JP6733258B2 - 放電ランプ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、放電ランプに関する。

例えば、液晶パネル製造分野や印刷分野において、被照射物に紫外線を照射して露光、硬化、乾燥などの用途に用いられる光源としての放電ランプが開示されている。

特開２００９−２５９７９０号公報

放電ランプは、暗所中に長時間放置されたとき、自然光の励起による初期電子の供給がなく、絶縁破壊に至るまでの時間が長くなったり、ランプの始動不良が生じたりする、いわゆる暗黒始動特性が悪化することが知られている。暗黒始動特性の改善を目的にランプ点灯前に補助光源を点灯したり、ランプの電極コイル部に仕事関数が低いエミッタ材を塗布したりする方法がある。しかしながら、補助光源を設置するスペースがない場合や、エミッタ材が飛散することにより発光管と反応してしまい、リークやエミッタとの反応部が高温となって、発光管黒化に繋がることが懸念される。

本発明の実施形態は、始動不良を抑制する放電ランプを提供する。

本発明の実施形態によれば、放電ランプは、両端に一対の電極が対向して埋設された封止部を有し、前記封止部により内部が気密に封止された気密容器と、前記気密容器の内部に封入される水銀および希ガスと、前記一対の電極の前記気密容器と対向する側に設けられたリード線と、前記封止部の外面に、前記リード線と接続されて設けられた導電膜と、を有し、紫外線を放出する。

本発明の実施形態によれば、始動不良を抑制する放電ランプを提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る放電ランプを例示する模式図である。 図２は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の封止部１６を拡大した模式図である。 図３は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の始動不良の抑制を説明するための模式図である。 図４は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の変形例について例示する模式図である。 図５は、第１の実施形態に係る放電ランプ１において、導電膜６０の有無、導電膜６０のリード線２８との接続有無による始動電圧（Ｖ）の差の結果を示す図である。

以下で説明する実施形態に係る両端に一対の電極が対向して埋設された封止部を有し、封止部により内部が気密に封止された気密容器と、気密容器の内部に封入される水銀および希ガスと、一対の電極の気密容器と対向する側に設けられたリード線と、封止部の外面に、リード線と接続されて設けられた導電膜と、を有し、紫外線を放出する。

本実施形態によれば、始動不良を抑制することができる。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプにおいて、導電膜は、リード線と金属導体により接続される。

本実施形態によれば、より確実に始動不良を抑制することができる。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプにおいて、導電膜は、リード線まで延びて形成される。

本実施形態によれば、より確実に始動不良を抑制することができる。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）

図１は、第１の実施形態に係る放電ランプ１について、図１を用いて説明する。図１は、放電ランプ１を例示している。

図１に示したように、本実施形態に係る放電ランプ１は、気密容器１０と、一対の放電電極２０，２０とを有する。

本実施形態では、放電ランプ１として、高圧水銀ランプを用いた実施形態を例示している。

気密容器１０は、直管状に形成され、内部に放電空間１２を有する。また、気密容器１０の両端には封止部１６，１６が形成されることで、放電空間１２を気密に保つ。気密容器１０は、紫外線を透過する材料で構成されており、例えば石英ガラスで構成される。気密容器は、外径が２５ｍｍ、全長が１２６０ｍｍである。

放電空間１２は、一対の放電電極２０，２０より電力が印加されることで、放電空間１２に封入された水銀１４や希ガス（図示しない）が発光する。放電空間１２は、例えば内径が２２ｍｍ、発光長（放電電極２０−２０間の距離）が１１００ｍｍで構成される。

水銀１４は、放電空間１２に封入され、放電ランプ１の外部より電力が印加されることで、例えば２５４ｎｍ、３６５ｎｍの紫外線を放出する。また、水銀１４は、放電ランプ１の外部より電力が印加されることで、放電の維持に寄与する。水銀１６は、放電ランプ１に電力が供給されていないときは気密容器１０内に大部分が液体として、一部が気体として存在する。水銀の封入量は、例えば０．５〜３．０（ｍｇ／ｃｍ^３）である。

希ガスは、放電ランプ１の始動時に放電を促進させ、放電開始後に放電維持に寄与する。希ガスの封入圧力は、例えば、２５（℃）において、１〜１０（ｋＰａ）である。また、希ガスは、キセノン、アルゴン、ネオンのいずれか一種、または二種以上の混合ガスでよい。

封止部１６，１６は、放電空間１２の両端に形成される。封止部１６，１６は、気密容器１０と同じ石英ガラスで構成される。封止部１６，１６は、放電電極２０，２０を所望の位置に設けた後に、減圧下で図示しないガスバーナーなどの溶融手段により溶融して封止する、いわゆるシュリンクシールにより形成される。なお、封止部１６，１６には、気密容器１０と異なる石英ガラスなどで構成されても良い。また、封止部１６，１６は、図示しないピンチャーなどの成形手段による、いわゆるピンチシールにより形成されてもよい。封止部１６，１６の長さは、例えば、７５ｍｍである。封止部１６，１６の外面には、導電膜６０が形成されている。なお、導電膜６０の詳細については後述する。

一対の放電電極２０，２０は、放電ランプ１の外部より印加された電力を放電空間１２に導入し、放電空間１２にてアーク放電を生起する。一対の放電電極２０，２０は、一部が封止部１６，１６に埋設して設けられ、放電空間１２の両端部に対向して設けられる。一対の放電電極２０，２０は、軸材２２，２２、コイル２４，２４、箔２６，２６、リード線２８，２８を有する。

軸材２２，２２は、放電空間１２に電力を印加する。軸材２２，２２は、一端が放電空間１２に突出して構成されていて、他端が封止部１６，１６に埋設される。また、軸材２２，２２の放電空間１２側に突出した一端にはコイル２４，２４が設けられる。また、軸材２２，２２は、他端で箔２６，２６と溶接により接続される。軸材２２，２２は、例えばタングステンにより構成される。

コイル２４，２４は、軸材２２，２２の一端側に設けられ、放電中の軸材２２，２２の先端から温度を放射することで、軸材２２，２２の温度上昇を抑制する。コイル２４，２４は、一端が軸材２２，２２の一端側、すなわち、放電空間１２側に設けられ、他端が軸材２２，２２の他端側に設けられる。コイル２４，２４は、例えばタングステンにより構成される。

箔２６，２６は、封止部１６，１６に埋設され、封止されることにより、気密容器１０を気密に保つ。箔２６，２６は、一端が軸材２２，２２の他端と溶接され、他端がリード線２８，２８の一端と溶接され、封止部１６，１６に埋設して設けられる。箔２６，２６は、例えばモリブデンにより構成される。

リード線２８，２８は、一部が封止部１６，１６に埋設され、気密容器１０の内部とハーネス４０，４０とを電気的に接続する。リード線２８，２８は、一端が箔２６，２６と溶接され、他端がハーネス４０，４０と接続される。リード線２８，２８は、例えば、モリブデンにより構成される。

ベース３０，３０は気密容器１０の封止部１６，１６、リード線２８，２８およびハーネス４０，４０の外周に設けられ、リード線２８，２８およびハーネス４０，４０の接続箇所が露出することを防ぐ。ベース３０，３０は、例えば、セラミックスで構成される。また、ベース３０，３０内には、気密容器１０との嵌合をより強固とするため、例えばセメントで封止部１６，１６の一部と固着されてもよい。

ハーネス４０，４０は、気密容器１０の内部に、図示しない電源回路と電気的に接続する。ハーネス４０，４０は、一端がリード線２８，２８の他端と接続され、他端が電源回路などと接続される。ハーネス４０，４０は、例えば軟銅線により構成される。なお、ハーネス４０，４０の他端には、電源回路との接続を容易にするため、図示しない端子が設けられてもよい。

このようにして設けられた放電ランプ１は、例えば、放電ランプ１に電力が供給されて点灯しているとき、図示しない送風機等により送られた冷却風により冷却される、いわゆる空冷方式である。なお、放電ランプ１は、放電ランプ１を包囲するように設けられた図示しない水冷ジャケットで覆われて、水冷ジャケット内部を流れる液体、具体的には水により冷却される、いわゆる水冷方式を採用してもよい。

ここで、導電膜６０について、図２を用いて更に詳しく説明する。図２は、電極２０、封止部１６とリード線２８を拡大した模式図である。なお、図２では、電極２０の位置を明確にするため、導電膜６０については一部分についてのみ描画している。

導電膜６０の一端は、気密容器１０の、電極２０の軸材２２と対向する位置の近傍に設けられる。また、導電膜６０の他端は、封止部１６の全体に渡って設けられる。なお、導電膜６０の他端は、リード線２８と電気的に接続されていることが望ましい。導電膜６０がリード線２８と電気的に接続されることで、暗黒始動特性による始動不良を抑制することができるためである。導電膜６０は、例えば、酸化スズ（ＳｎＯ）を塗布後、乾燥させることにより設けられる。なお、導電膜６０は、気密容器１０の両端を保温することで、封止部１６，１６と電極２０との間に生じる僅かな隙間に入り込む可能性がある水銀液体などを昇温させて再び放電空間１２へ戻す、いわゆる保温膜として作用してもよい。また、導電膜６０は、酸化スズ（ＳｎＯ）に限定されない。導電膜６０は、例えば、酸化スズ（ＳｎＯ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、酸化セシウム（ＣｓＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のうちいずれか一種、または複数含まれていてもよい。

ここで、導電膜６０が設けられることによる始動不良の抑制のメカニズムについて、図３を用いて説明する。図３は、始動不良の抑制を説明するための模式図である。なお、図３では、放電のメカニズムを明確にするため、導電膜６０については一部分についてのみ描画している。

放電ランプ１に図示しない電源回路から電力が供給されると、図３（ａ）に示すように、あるタイミングでは電極２０の軸材２２およびコイル２４が正に帯電すると同時に、導電膜６０も正に帯電する。導電膜６０が正に帯電することで、図３（ｂ）に示すように、放電容器１０の内部は分極して負に帯電する。このとき、放電容器１０内には、正に帯電した電極２０と負に帯電した放電容器１０とが存在するため、電極２０と放電容器１０との間で放電が生じ、この放電が放電容器１０内を伝わって他方の電極２０まで到達し、最終的に一方の電極２０から他方の電極２０まで放電が形成される。以上のことから、放電ランプ１の封止部１６の外面に、リード線と接続されて設けられた導電膜６０があることが望ましい。

以上の実施形態に基づいて説明したように、本実施形態によれば、放電ランプ１の封止部１６の外面に、リード線２８と接続されて設けられた導電膜６０があることで、放電ランプ１の始動時に一方の電極２０から他方の２０まで放電が生じやすくなるため、始動不良を抑制できる放電ランプを提供することができる。

また、上記実施形態で、放電ランプ１に設けられた導電膜６０が、リード線２８まで延びて設けられることで、放電ランプ１の始動時に導電膜６０が分極する作用から一方の電極２０と他方の電極２０との間の放電が更に生じやすくなるため、始動不良を抑制することができる放電ランプを提供することができる。

（第一の実施形態の変形例）

第１の実施形態の変形例を図４に示す。図４は、第１の実施形態の変形例を示す模式図である。

図４では、導電膜６０が金属導体７０によりリード線２８と接続される例を示す。金属導体７０は、導電膜６０とリード線２８とを電気的に接続する。金属導体７０は、例えば、

ニッケルやモリブデンにより形成される。導電膜６０とリード線２８とを金属導体７０により接続することで、導電膜６０をリード線２８まで延びて形成されるときに比べて安定して電気的接続が行える効果がある。

以上の実施形態に基づいて説明したように、本実施形態によれば、放電ランプ１の封止部１６の外面に、金属導体７０を用いてリード線２８と接続されて設けられた導電膜６０があることで、放電ランプ１の始動時に一方の電極２０から他方の２０まで放電が生じやすくなるため、始動不良を抑制できる放電ランプを提供することができる。

また、上記実施形態で、放電ランプ１に設けられた導電膜６０が、金属導体７０によりリード線２８と接続されることで、より安定して電気的な接続が確保できるため、始動不良を抑制することができる放電ランプを提供することができる。

ここで、放電ランプ１において、導電膜６０有無、導電膜６０のリード線２８との接続有無による始動電圧（Ｖ）の差について検討を行った。評価条件は以下のとおりである。なお、始動電圧（Ｖ）は、ランプを１日暗所放置して、松定プレシジョン製高圧電源ＨＳＸ-３Ｒ５を用い、絶縁破壊電圧を測定することで評価した。

放電ランプ１（共通）：内径＝２３ｍｍ、放電空間の長さ＝１１００ｍｍ、放電ランプ１の全体長さ＝１２６０ｍｍ、ランプ始動電圧＝６００Ｖ、ランプ電流＝１０Ａ、ランプ電力＝１６ｋＷ。
導電膜６０（比較例２、実施例１、実施例２）：酸化スズ（ＳｎＯ）。
実施例１：導電膜６０をリード線２８と接続させるよう、リード線２８まで延びて形成した。
実施例２：導電膜６０とリード線２８とを接続するように、金属導体７０を設けた。
比較灯数：各１０本。

結果を図５に示す。図５から明らかであるとおり、比較例１、２と比べて、実施例１、２のときに始動電圧の平均値が２００（Ｖ）低下した。すなわち、比較例１、２と比べて、実施例１、２では、始動電圧（Ｖ）を２００（Ｖ）下げることができたため、比較例１、２と比べて始動不良を抑制することが判明した。

なお、上記実施形態で、放電ランプ１は、いわゆる高圧水銀ランプの構成であったが、水銀と希ガスの他に、メタルハライドを封入した、いわゆるメタルハライドランプであってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…放電ランプ、
１０…気密容器、
１２…放電空間、
１４…封止部、
１６…第１の封入物、
１８…第２の封入物、
２０…電極、
２２…軸材、
２４…コイル、
２６…箔、
２８…リード線
３０…ベース、
４０…ハーネス、
６０…導電膜、
７０…金属導体。

Claims (1)

1. 両端にエミッタ材を含まない一対の電極が対向して埋設された封止部を有し、前記封止部により内部が気密封止された気密容器と；
   前記気密容器の内部に封入される水銀および希ガスと；
   前記一対の電極の前記気密容器と対向する側に設けられたリード線と；
   前記封止部の外面に、前記リード線と接続されて設けられた導電膜と；
   を有し、
   前記導電膜は、
   酸化スズ（ＳｎＯ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、酸化セシウム（ＣｓＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のうちいずれか一種、または複数含まれ、ニッケルまたはモリブデンにより形成される金属導体を介して、前記リード線と接続される放電ランプ。

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