JP6102658B2 - ショートアーク型放電ランプ - Google Patents

Description

この発明はショートアーク型放電ランプに関し、特に、封止管内に電極芯線保持体が用いられているショートアーク型放電ランプに係わるものである。

従来から、半導体基板や液晶ディスプレイ用の液晶基板を露光するのに使用される露光装置の紫外線光源として、水銀を封入したショートアーク型放電ランプが多用されている。
この種のショートアーク型放電ランプでは、発光管内に一対の電極が配置されており、これらの電極は電極芯線の先端に取り付けられており、電極芯線は封止管内においてガラス製の筒状の保持体によって保持されていた。
この構造を採用していた理由は、陽極や陰極のうち直接放電を行う先端本体部（ヘッドともいう）が、きわめて重いため、これを軸ずれなく保持するには、電極芯線をまず筒状の保持体に挿入して保持し、この保持体を封止管内に挿入して、封止管を加熱溶融して該保持体を溶着し保持する必要があるためである。

この電極芯線保持体としてガラス製の筒状体が用いられる理由は、この種の放電ランプでは発光管内の電極間中心に近いほど温度が高く、従って発光管内に露出する保持体も高温になり、封止管であるガラスとの間で熱膨張量に差ができると封止管が損傷したり、破損したりすることがあるので、これを避けるために封止管と同素材のガラスを用いるということにある。

ところで、この種の放電ランプにおいては点灯時に蒸発していた水銀が、消灯時には凝集して電極の根元に滞留することになる。特に、垂直点灯される場合には、下方に位置する電極側に水銀が滞留するが、このとき、水銀は電極芯線保持体上に滞留することになる。
そして、点灯始動時には、ランプに電力を投入することで電極の温度が上昇していき、この電極と接触している水銀が蒸発して水銀蒸気となる。そのため、水銀と電極および電極芯線とがなるべく多くの面積で接触していることが点灯始動上好ましい態様であるが、実際には水銀のほとんどは電極芯線保持体の先端面側に溜まっており、電極芯線とはきわめて小さい面積で接触するにとどまる。

電極の熱は、電極芯線から電極芯線保持体に伝達されていくが、前記電極芯線保持体がガラス製であるために、熱伝動率が悪く、電極芯線と接触していても、点灯始動時になかなか温度が上昇しない。そのため、該保持体の表面上に溜まっている水銀をすみやかに蒸発させることができず、早期に安定点灯することができなかった。

一方、特公平４−６７２９７号公報（特許文献１）や特開２００６−２２８４４０号公報（特許文献２）にみられるように、電極芯線保持体をガラス製に変えて、金属製とする構造が提案されている。
前記特許文献には必ずしも明記されていないが、電極芯線保持体を金属製とした場合、ガラス製の保持体に比べて熱伝導が良く、点灯始動後に短時間で高温になり、水銀を速やかに蒸発させることができるという効果を期待できる。
また、更に一方で、封止管近傍に滞留する水銀を速やかに蒸発させるために、特開２０１０−１９２３５１号公報（特許文献３）にみられるように、発光管および封止管に保温膜を設けることも行われている。

前記特許文献１，２に開示された電極芯線保持体を金属製とした放電ランプにおいては、この保温膜を形成することが考慮されておらず、更には当然のこととして、保温膜と電極芯線保持体との関係も開示されていない。
こうした金属製の電極芯線保持体を採用した構造において、保温膜を設ける構成を図４に示す。
ショートアーク型放電ランプ２１の発光管２２に連設された封止管２３内には、電極２４が固定された電極芯線２５を保持する金属製の電極芯線保持体２６が封止されている。また、この電極芯線保持体２６の後方には封止用ガラス体２７および更にその後方には後方集電板２８が封止されている。前記電極芯線保持体２６と後方集電板２８には導電箔２９が接続されていて電気的な導通が取られている。
そして、前記発光管２２と封止管２３との境界近傍の外表面には保温膜３０が設けられている。

かかる構成においては、電極芯線保持体２６を熱伝導性の良い金属製とすることで、点灯始動時に速やかに温度上昇するが、発光管２２および封止管２３に設けた保温膜３０が電極芯線保持体２６と対向する位置にまで形成されていると、その保温効果の影響が加わって電極芯線保持体２６が過度に昇温してしまうことがあり、該保持体２６の膨張量が大きくなりすぎて、封止管２３にクラックが入るという問題がある。
また、保温膜３０は、導電性材料（水白金等）や被導電性材料（セラミック系耐熱樹脂）が用いられるが、通常、点灯性の改善のために、導電性材料を用いて、該導電性保温膜３０には陽極と同電位である金属ワイヤーを接触させた構造を採用している。そのため、発光管２２や封止管２３内のアルカリ（陽電荷）が、陽極と同電位となっている保温膜３０とクーロン力によって反発し、陰極２４と同電位の金属製の電極芯線保持体５の近傍に吸い寄せられることになる。
こうして封止管２３の電極芯線保持体２６近傍のガラス内に多量のアルカリが集結してしまうと、ガラスの結晶化が生じて機械的な強度が低下するという問題がある。特に、金属製の電極芯線保持体２６は、周囲のガラスよりも熱膨張量が大きく、この部分においてガラスが結晶化していて機械的な強度が弱いと、容易にクラックが生じてしまうという問題が発生する。

特公平４−６７２９７公報 特開２００６−２２８４４０公報 特開２０１０−１９２３５１公報

上記従来技術の問題点に鑑みて、この発明が解決しようとする課題は、発光管と、該発光管の両端に接続された封止管と、前記発光管内に対向配置された一対の電極と、該電極を支持する電極芯線を具備してなるショートアーク型放電ランプにおいて、封止管内に配置した電極芯線保持体に滞留する水銀を点灯始動時に速やかに蒸発させるとともに、発光管と封止管の境界近傍の外表面に設けた保温膜の影響によって電極芯線保持体が過度に昇温し、熱膨張して封止管を破損させることがないようにした構造を提供せんとするものである。

上記課題を解決するために、この発明に係るショートアーク型放電ランプでは、封止管内には、発光管内に露出し、集電機能を備える金属製の電極芯線保持体と、前記電極芯線保持体の後方の封止用ガラス体と、前記封止用ガラス体の後端の後方集電板と、前記電極芯線保持体と前記後方集電板に接続された導電箔と、前記電極芯線保持体の外周に巻回された緩衝箔とが配置され、前記発光管と前記封止管の境界近傍の外表面に保温膜が設けられ、前記保温膜が前記電極芯線保持体の前端面よりも前記発光管側に形成されていることを特徴とする。
また、前記保温膜が導電性を有し、前記緩衝箔が、前記電極芯線保持体の前端面よりも突出して設けられていることを特徴とする。
また、前記電極芯線保持体と、前記封止用ガラス体と、前記後方集電板と、前記導電箔と、前記緩衝箔とが、ガラス製の副封止管の内部で封止されて電極構造体を構成し、前記電極構造体の前記副封止管が、前記封止管の内部に封止されていて、前記保温膜が導電性を有し、前記電極構造体における前記副封止管及び前記緩衝箔が、前記電極芯線保持体の前端面よりも突出して形成されていることを特徴とする。
また、前記緩衝箔がエンボス加工されて凹凸形状を有することを特徴とする。

この発明によれば、電極芯線保持体を金属製として、発光管と封止管の境界領域の外表面に設ける保温膜を、前記電極芯線保持体の前端面よりも前記発光管側に形成したことにより、当該保温膜によって電極芯線保持体が過度に昇温することを防止して、封止管を損傷することを回避できるものである。
これにより、電極芯線保持体を金属製として速やかな温度上昇をなし早期の水銀蒸発を実現しつつ、保温膜による過剰な温度上昇の影響を避けて封止管の損傷が防止できるという構成が実現できるものである。

また、前記緩衝箔を前記電極芯線保持体の前端面よりも突出して形成したので、発光管や封止管内のアルカリが、陽極と同電位となっている保温膜とクーロン力によって反発しても、緩衝箔の先端部近傍に吸引されることになり、金属製の電極芯線保持体近傍には吸い寄せられることがなくなる。そのため、熱膨張量が大きく応力の掛かりやすい電極芯線保持体近傍でのガラスの結晶化が防止されて機械的強度が低下することがない。
また、電極構造体を構成して、該電極構造体の副封止管を封止管で封止するようにしたので、放電ランプの組立作業が自動化できるので、その作業コストが大幅に減少し、安価なランプを提供することができる。更に、この場合においても、前記副封止管および前記緩衝箔を前記電極芯線保持体の前端面よりも突出して形成したので、発光管や封止管内のアルカリが金属製の電極芯線保持体近傍には吸い寄せられることがなくなる。そのため、当該部位でのガラスの結晶化が防止されて機械的強度が低下することがない。
また、金属製電極芯線保持体の外周にエンボス加工されて凹凸を有する緩衝箔を巻回したので、電極芯線保持体と封止管が融着することがなく、かつ、その間に微小間隙が形成されるので、金属製電極芯線保持体が熱膨張しても、当該間隙で吸収されて、封止管が破損することがない。

本発明の実施例の断面図 本発明の他の実施例の断面図 本発明の作用説明図 従来のショートアーク型放電ランプの断面図

図１は、本発明に係るショートアーク型放電ランプ１の部分断面図である。
ショートアーク型放電ランプ１は、発光管２と封止管３を有し、発光管２内の発光空間内に一対の電極４が対向配置されている。この図１においては、電極４は陰極を表しており、他方の陽極は図示が省略されている。
陰極４を支持する電極芯線５は、封止管３内でモリブデン等の金属製の円筒状電極芯線保持体６によって保持されている。この電極芯線保持体６の後方には円柱状の封止用ガラス体７が配置され、更にその後方には後方集電板８が配置されていて、この後方集電板８には外部リード９が接続されている。

前記電極芯線保持体６は集電機能を兼ね備えていて、該電極芯線保持体６と前記後方集電板８との間には、それぞれに溶接接続されたモリブデン等の導電箔１０が、前記封止用ガラス体７の外周に沿って設けられている。
そして、前記電極芯線保持体６の外周には、エンボス加工によって凹凸が形成されたモリブデン等の緩衝箔１１が、前記導電箔１０の上に巻回されている。
この緩衝箔１１の先端は、電極芯線保持体６の前端面６ａより発光管２側に突出している。換言すれば、電極芯線保持体６の前端面６ａは、緩衝箔１１の先端より後退している。

前記発光管２と封止管３の境界近傍の外周面には、水金や水白金等からなる導電性の保温膜１２が設けられている。なお、この保温膜１２は必ずしも導電性である必要はなく、セラミック系耐熱塗料等の被導電性材料からなるものであってもよい。
この保温膜１２は、前記電極芯線保持体６の前端面６ａよりも前記発光管２側に形成されていて、電極芯線保持体６が保温膜１２によってその外周を覆われることがない。
このような構成により、電極芯線保持体６は保温膜１２による保温効果の影響を受けることがなく、異常に過熱されることがなく、その熱膨張が抑えられて、封止管２を破損させるようなことがない。

図２には他の実施例が示されていて、この実施例では、封止部構造が所謂二重シール構造となっている。
陰極４の芯線５を保持する金属製の円筒状電極芯線保持体６、封止用ガラス体７および後方集電板８は、副封止管１４によって封止されていて、これらが電極構造体１５を構成している。
予め副封止管１４によって、前記電極芯線保持体６、封止用ガラス体７および後方集電板８が封止された電極構造体１５を、封止管３内に配置して、封止管３によって副封止管１４を封止することによって、封止部構造を構成している。
電極芯線保持体６を金属製とすることで機械加工を可能として、電極４および電極芯線５との組立作業が効率的となり、更に、電極構造体１５構造を採用することで、放電ランプの自動組み立て作業が可能となり、コストダウンに資することが大である。

前記電極構造体１５における副封止管１４および緩衝箔１１の先端は、電極芯線保持体６の先端面より発光管２側に突出している。換言すれば、電極芯線保持体６の先端は、副封止管１４および緩衝箔１１の先端より後退している。
そして、前記発光管２と封止管３の境界近傍の外周面には、保温膜１２が設けられていて、この保温膜１２は、前記電極芯線保持体６の前端面よりも前記発光管２側に形成されており、電極芯線保持体６の外周が保温膜１２によって覆われないことは、図１の実施例と同様である。

図２の部分拡大図である図３によって、導電性緩衝箔を電極芯線保持体よりも突出させた構成の作用を説明すると以下の通りである。
導電性の保温膜１２は、図示しない陽極と同電位となる金属ワイヤー１６が接続されており、一方、電極芯線保持体６は陰極４と同電位であるので、緩衝箔１１と、保温膜１２とは、副封止管１１と封止管３とを介して電気的に容量結合されていて、いわばコンデンサのような構造が出現する。
ここで、発光管２や封止管３内に含まれる、ＫやＮａ等の陽電荷されたアルカリ金属１７は、発光管２側から封止管３に移動してきて、保温膜１２との電気的な斥力によって反発され、負電位にある緩衝箔１１側に吸引される。このとき、緩衝箔１１は電極芯線保持体６の前端面６ａよりも突出しているので、保温膜１２によって反発されたアルカリ金属１７は、緩衝箔１１の前端部付近に吸引されることになる。
そのため、電極芯線保持体６の近傍まではアルカリ金属１７が到達し難くなる。これにより、電極芯線保持体６の近傍での副封止管１４や封止管３のガラスの結晶化が抑制される。
こうして、結晶化することによるガラス材料の機械的弱体化を抑制して、電極芯線保持体６の熱膨張による副封止管１４や封止管３の破損を未然に防止できる。

以上説明したように、本発明では、発光管と、封止管と、前記発光管内に対向配置された一対の電極とを備えたショートアーク型放電ランプにおいて、前記発光管と封止管の境界近傍の外表面に設けられた保温膜を、前記封止管内に封止した金属製の電極芯線保持体の前端面よりも発光管側に形成したので、該電極芯線保持体が保温膜による保温効果の影響を受けることがなく、異常に過熱されることがないので、金属製の電極芯線保持体の過度の熱膨張が抑制できて、封止管が破損することを防止することができる。

また、金属製電極芯線保持体の外周に巻回された緩衝箔が電極芯線保持体の先端よりも突出しているので、発光管のガラス内のアルカリ金属が電極芯線保持体の先端部に集中して吸引されて、電極芯線保持体部分に吸引されることがなく、この部位での封止管ガラスが結晶化することがなく、その機械的強度の低下を招くこともない。
また、発光空間に露出する電極芯線保持体を金属製としたことにより、点灯した際の電極からの熱伝達が速く、早期に温度上昇して、消灯時に凝縮して滞留している水銀を早期に蒸発させて早期の安定点灯が得られる。
また、金属製電極芯線保持体の外周と、封止管もしくは副封止管の間に緩衝箔を介在させたので、封止管若しくは副封止管の溶着時に電極芯線保持体に溶着してしまうことがなく、更には、緩衝箔にはエンボス加工により凹凸が形成されているので、封止管もしくは副封止管と電極芯線保持体の間に間隙が形成され、金属製の電極芯線保持体が熱膨張しても、この間隙で吸収されて封止管もしくは副封止管が破損されることもない。

１ ショートアーク型放電ランプ
２ 発光管
３ 封止管
４ 陰極
５ 電極芯線
６ 電極芯線保持体
６ａ 前端面
７ 封止用ガラス体
８ 後方集電板
９ 外部リード
１０ 導電箔
１１ 緩衝箔
１２ 保温膜
１４ 副封止管
１５ 電極構造体
１６ 金属ワイヤー
１７ アルカリ金属

Claims (4)

1. 発光管と、該発光管の両端に接続された封止管と、前記発光管内に対向配置された一対の電極と、該電極を支持する電極芯線を具備してなるショートアーク型放電ランプにおいて、
   前記封止管内には、
   前記発光管内に露出し、集電機能を備える金属製の電極芯線保持体と、
   前記電極芯線保持体の後方の封止用ガラス体と、
   前記封止用ガラス体の後端の後方集電板と、
   前記電極芯線保持体と前記後方集電板に接続された導電箔と、
   前記電極芯線保持体の外周に巻回された緩衝箔と、
   が配置され、
   前記発光管と前記封止管の境界近傍の外表面に保温膜が設けられ、
   前記保温膜が前記電極芯線保持体の前端面よりも前記発光管側に形成されていることを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
2. 前記保温膜が導電性を有し、
   前記緩衝箔が、前記電極芯線保持体の前端面よりも突出して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
3. 前記電極芯線保持体と、前記封止用ガラス体と、前記後方集電板と、前記導電箔と、前記緩衝箔とが、ガラス製の副封止管の内部で封止されて電極構造体を構成し、
   前記電極構造体の前記副封止管が、前記封止管の内部に封止されていて、
   前記保温膜が導電性を有し、
   前記電極構造体における前記副封止管及び前記緩衝箔が、前記電極芯線保持体の前端面よりも突出して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
4. 前記緩衝箔は、エンボス加工されて凹凸形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のショートアーク型放電ランプ。
   
   
   

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