JP7141692B2 - 放電灯の封止構造、および当該構造を備える放電灯 - Google Patents

Description

本発明は、比較的大型で大電流を必要とする放電灯の封止構造、および当該構造を備える放電灯に関する。

現在、比較的発光量が多い放電灯は工場等での照明用途や、光化学産業分野といった様々な分野で広く使用されている。

とりわけ、より発光量を多くするために大電流を必要とする放電灯においては、発光ガスの主成分である水銀等の封入量が多く、かつ、点灯時における発光管内のガス圧が非常に高く、さらに、これらに伴って発熱量も多いことから、封止部における高い耐熱性および耐圧性が求められている。

このような高い耐熱性および耐圧性を実現するため、従前より、特許文献１に示すような封止構造が提案されている。

特許文献１に開示された封止構造によれば、給電用の複数枚の金属箔が円柱状のガラス部材の外周において互いに離間した状態で当該ガラス部材の軸方向に帯状に配置されていることから、ガラス製の封止管の内壁とガラス部材の表面とが互いに融着することにより、封止部内を気密できるようになっている。

特開２０１２－１８６１２１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された封止構造による封止部内の気密性では近年の光量増大の要求に伴う高圧化に耐えることができないおそれがあり、比較的大型で大電流を必要とする放電灯には適用できないおそれがあった。

なぜならば、特許文献１に開示された封止構造によれば、図１２に示すように、ガラス部材１は、円柱状の本体部２と、当該本体部２の一方端から延びる円錐台状の先端部３とで一体的に構成されている。そして、短冊状に形成された複数の金属箔４が当該先端部３の先端面５から、先端部３の側面（先端部側面）６および、本体部２の側面（本体部側面）７にかけて各面に沿うようにして取り付けられている。

このとき、先端部３の先端面５から先端部側面６にかけて金属箔４が折り曲げられた部分に注目すると、図１３に示すように、先端面５と先端部側面６との境界に生じるエッジ８が円弧状となっているのに対し、金属箔４は平面状である。このことにより、金属箔４を先端面５から先端部側面６に沿って取り付けたとき、金属箔４の幅方向中央部はエッジ８に接しているものの、金属箔４の幅方向両端部はエッジ８から浮いてしまう（図中上側の矢印）。このような「浮き」が生じると、ガラス製の封止管の内壁とガラス部材の表面とを互いに融着させて封止部内を気密させる際、溶融したガラスは粘度が高いことから、この「浮き」の部分に溶融したガラスが浸入できず金属箔４とエッジ８との間に「空間」が生じてしまうおそれがあった。

このような「空間」が生じると、例えば放電灯の点灯時に発光管内が高温高圧になった際、応力が集中することによってこの部分を基点として発光管に亀裂が生じ、発光管が破裂するおそれがあった。さらに、上述した「空間」が生じると、当該空間中に未蒸発の発光物質（例えば、水銀）が溜まり、発光に寄与する発光物質の量が変化することによって不所望に発光特性が変わってしまうおそれもあった。

このような問題は、先端部側面６と本体部側面７との境界に生じるエッジ９でも同様であり、エッジ９と金属箔４の幅方向両端部との間に生じた「浮き」により（図中下側の矢印）、金属箔４とエッジ９との間に「空間」が生じてしまうおそれがあり、このことが、発光管の破裂や発光特性の変化を引き起こすおそれがあった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、封止部内の気密性をより高めることのできる放電灯の封止構造、および当該構造を備える放電灯を提供することにある。

本発明の一局面によれば、
発光部、および前記発光部に続く封止部を有する発光管と、
前記封止部内に挿入され、前記封止部の内壁との間で融着されるガラス部材と、
一端が前記ガラス部材の先端面に取り付けられ、他端が前記発光部内に延びる電極と、
一端が前記電極の一端に接続され、前記ガラス部材の前記先端面からガラス部材側面に沿って取り付けられる金属箔とを備えており、
前記ガラス部材における前記先端面と前記ガラス部材側面との境界に生じる先端エッジは直線部を含んでおり、
前記金属箔は、前記先端エッジの前記直線部で折れ曲がって、前記先端面から前記ガラス部材側面に沿っており、
前記ガラス部材の本体部は円柱状である
放電灯の封止構造が提供される。

好適には、
前記ガラス部材は、柱状の本体部と、前記本体部の先端から延びる先端部とを有しており、
前記先端部は、前記先端面に向けて断面積が減少していく形状となっており、
前記直線部に続く前記先端部の前記ガラス部材側面は平面となっており、
平面状の前記先端部の前記ガラス部材側面と前記本体部の前記ガラス部材側面との境界に中間エッジが形成されている。

本発明の他の局面によれば、
上述した封止構造を備える放電灯が提供される。

本発明によれば、封止部内の気密性をより高めることのできる放電灯の封止構造、および当該構造を備える放電灯を提供できた。

実施形態１に係る放電灯１００の構造を示す図である。 封止部１１４内を気密させる前における、実施形態１に係る放電灯１００の構造を示す図である。 陽極として用いられるマウント１５０の分解図である。 陽極として用いられるマウント１５０の分解斜視図である。 ガラス部材１５２の斜視図である。 ガラス部材１５２を先端面１７４の正面から見た図である。 金属箔１５６を取り付けた状態のガラス部材１５２の斜視図である。 金属箔１５６を取り付けた状態のガラス部材１５２を先端面１７４の正面から見た図である。 陰極として用いられるマウント１２０の分解図である。 ガラス部材１５２の先端エッジ１７８における金属箔１５６の取り付け状態を示す拡大図である。 図１０における仮想線ＩＳとガラス部材１５２の中心軸とを含む平面でガラス部材１５２を切断した状態を示す断面の模式図である。 特許文献１に開示された封止構造における、ガラス部材１に対する金属箔４の取り付け状態を示す斜視図である。 特許文献１に開示された封止構造における、エッジ８およびエッジ９でのガラス部材１に対する金属箔４の取り付け状態を示す拡大図である。

（実施形態１に係る放電灯１００の構造）
本発明が適用された実施形態１に係る放電灯１００における封止構造について、図面を用いて説明する。図１は、実施形態１に係る放電灯１００の構造を示す図である。図２は、封止部内を気密させる前における、実施形態１に係る放電灯１００の構造を示す図である。

実施形態１に係る放電灯１００は、大略、発光管１１０と、一対のマウント１２０，１５０とを備えている。

発光管１１０は、石英ガラスで形成された管状部材であり、中央部に形成された略球状の発光部１１２と、当該発光部１１２に続いて両側から突設された一対の封止部１１４とを有している。なお、封止部１１４は１つであってもよい。

発光部１１２の内部は、後述する封止工程を経て、両封止部１１４で気密封止された内部空間１１６となる。

一対のマウント１２０，１５０は、基本的に同じ構造となっており、実施形態１に係る放電灯１００は、直流点灯用であることから、陰極として使用されるマウント１２０に比べて、陽極として使用されるマウント１５０の方が大きくなっている点が異なる。以下では、陽極として使用されるマウント１５０の構成について詳説し、然る後、陰極として使用されるマウント１２０について、マウント１５０との相違を中心に説明する。

陽極として使用されるマウント１５０は、図３および図４に示すように、大略、ガラス部材１５２と、電極１５４と、金属箔１５６と、補助ガラス部材１５８と、外部リード１６０と、キャップガラス部材１６１と、コイル１６２とで構成されている。

ガラス部材１５２は、発光管１１０の封止部１１４内に挿入され、当該封止部１１４の内壁との間で融着される略円柱状の部材である。実施形態１のガラス部材１５２は、図５および図６に示すように、円柱状の本体部１７０と、当該本体部１７０の先端から延びる先端部１７２とを有している。先端部１７２は、ガラス部材１５２における先端面１７４に向けて断面積が減少していく形状、つまり、先細りのテーパ形状となっている。本体部１７０と先端部１７２とは、互いに一体に形成されている。

また、ガラス部材１５２における先端面１７４と、ガラス部材１５２の側面であるガラス部材側面１７６との境界には、先端エッジ１７８が形成されている。実施形態１では、先端エッジ１７８には、５つの直線部１８０が含まれている。

さらに、各直線部１８０に続く、先端部１７２のガラス部材側面１７６（以下、「先端部側面１８１」という。）は平面となっている。以下、この平面の部分を「平面部１８２」という。また、ガラス部材側面１７６におけるこの平面部１８２と、本体部１７０のガラス部材側面１７６（以下、「本体部側面１８４」という。）との境界には、中間エッジ１８６が形成されている。

また、ガラス部材１５２における先端面１７４の中央部には、電極１５４が取り付けられる電極取付用穴１８８が形成されており、後端面１９０には、外部リード１６０が取り付けられる外部リード取付用穴１９２が形成されている。

図３および図４に戻り、電極１５４は、ヘッド１９４と、電極軸１９６と、集電板１９８とを備えている。ヘッド１９４は、例えばタングステン製の略柱状部材であり、実施形態１の放電灯１００では、上述のように、陽極マウント１５０のヘッド１９４が陰極マウント１２０のヘッド１９４よりも大きく形成されている。また、ヘッド１９４には、電極軸１９６の先端部が挿設される電極軸挿設穴１９９が形成されている。

電極軸１９６は、例えばタングステン製の棒状部材であり、一端がガラス部材１５２の電極取付用穴１８８（図５）に挿設されるようになっており、他端がヘッド１９４に形成された電極軸挿設穴１９９に挿設されるようになっている。電極軸１９６は、接着・溶着・ロウ付けその他の手段により、ヘッド１９４に対して電気的に接続されている。

集電板１９８は、例えばモリブデン製の円板状部材であり、その外径は、ガラス部材１５２における先端面１７４からはみ出ない程度の寸法に設定されている。また、集電板１９８の中央部には、電極軸１９６が挿通される電極軸貫通孔２０１が形成されており、当該電極軸貫通孔２０１に電極軸１９６が挿通された状態で、集電板１９８は、接着・溶着・ロウ付けその他の手段により、電極軸１９６に対して電気的に接続されている。

実施形態１では、上述のようにヘッド１９４と、電極軸１９６と、集電板１９８とを互いに組み合わせることで電極１５４を形成しているが、もちろん、これらを一体的に形成して電極１５４としてもよい。また、ヘッド１９４や集電板１９８は本発明に必須の構成ではないことから、これらを省略して電極１５４を構成してもよい。

金属箔１５６は、モリブデン製の略短冊状薄板部材であり、その一端が電極１５４の一端部（実施形態１では、電極１５４における電極軸１９６の一端部に取り付けられた集電板１９８）に対して電気的に接続されており、また、ガラス部材１５２の先端面１７４からガラス部材側面１７６に沿って取り付けられる。さらに、金属箔１５６の他端は、外部リード１６０（実施形態１では、外部リード１６０における外部リード軸２０６に取り付けられた外部リード集電板２０８）に対して電気的に接続される。

図７および図８に示すように、金属箔１５６は、ガラス部材１５２における先端面１７４と、ガラス部材１５２の側面であるガラス部材側面１７６との境界に形成された先端エッジ１７８における直線部１８０の数（実施形態１では５つ）と同じ数だけ用意されており、当該直線部１８０で折れ曲がることによって先端面１７４からガラス部材側面１７６（より正確には、先端部側面１８１）に沿うようになっている。さらに、金属箔１５６は、ガラス部材側面１７６における先端部側面１８１から本体部側面１８４からにかけて、中間エッジ１８６で少し折れ曲がるようにしてガラス部材側面１７６に沿って取り付けられている。

また、金属箔１５６における中間エッジ１８６に接する部分から電極１５４に接続される一端までは、金属箔１５６の一端に向かうにつれて両側辺が金属箔１５６の長手方向中心に近づくことによって当該金属箔１５６の幅方向寸法が漸減するテーパ状に形成されている

図３および図４に戻り、補助ガラス部材１５８は、電極１５４におけるヘッド１９４と、ガラス部材１５２との間に配設される石英ガラス製の略円筒状部材である。

また、補助ガラス部材１５８は、円柱状の補助ガラス本体部２０２と、当該補助ガラス本体部２０２におけるガラス部材１５２に向かう端からガラス部材１５２に向けて断面の径を漸減させつつ延びる補助ガラス後端部２０４とを有している。

さらに、補助ガラス部材１５８には、軸方向中央部に電極１５４の電極軸１９６が挿通される電極軸挿通孔２００が形成されており、電極軸挿通孔２００の径は、ヘッド１９４に向かう先端部で急に大きくなるように形成されており、電極軸挿通孔２００の径が急に大きくなった部分が凹所２０５となっている。

外部リード１６０は、外部リード軸２０６と、外部リード集電板２０８とを備えている。外部リード軸２０６は、例えばモリブデン製の棒状部材であり、一端がガラス部材１５２の外部リード取付用穴１９２（図５）に挿設されるようになっており、他端が発光管１１０の封止部１１４から外部に突設されるようになっている。

外部リード集電板２０８は、例えばモリブデン製の円板状部材であり、その外径は、ガラス部材１５２における後端面１９０からはみ出ない程度の寸法に設定されている。また、外部リード集電板２０８は、その中央部に外部リード軸２０６を嵌挿するための外部リード嵌挿孔２１０を有している。

外部リード集電板２０８の外部リード嵌挿孔２１０に外部リード軸２０６を嵌挿したうえで、外部リード集電板２０８が接着・溶着・ロウ付けその他の手段により、外部リード軸２０６に対して電気的に接続されている。

実施形態１では、上述のように外部リード軸２０６と外部リード集電板２０８とを互いに組み合わせることで外部リード１６０を形成しているが、もちろん、これらを一体的に形成して外部リード１６０としてもよい。また、外部リード集電板２０８は本発明に必須の構成ではないことから、これを省略して外部リード１６０を構成してもよい。

キャップガラス部材１６１は、外部リード１６０（外部リード集電板２０８）の後端面２１２に接するように配設される石英ガラス製の略円筒状部材である。

また、キャップガラス部材１６１には、軸方向中央部に外部リード１６０の外部リード軸２０６が挿通される外部リード挿通孔２１４が形成されている。

コイル１６２は、例えばタンタル製の極細棒をコイル状に巻回することで形成されたものであり、電極１５４における電極軸１９６が挿通されて、電極１５４のヘッド１９４と補助ガラス部材１５８との間に配設される。

このコイル１６２は、発光部１１２の内部空間１１６内に残存する不純物（例えば、水素や酸素）を吸収する「ゲッター」の役割を有している。なお、コイル１６２は本発明に必須の構成ではないことから、これを省略して放電灯１００を構成してもよい。

陰極として使用されるマウント１２０は、図９に示すように、陽極として使用されるマウント１５０と基本的に同じ構造となっているが、上述したように、陰極として使用されるマウント１２０に比べて、陽極として使用されるマウント１５０の方が大きく形成されている点が異なる。また、マウント１２０には、コイル１６２が設けられていない。

（実施形態１に係る放電灯１００の製造手順）
次に、上述した実施形態１に係る放電灯１００の製造手順について、簡単に説明する。先ず、両マウント１２０，１５０を組み立てる。

具体的には、電極軸１９６を電極軸貫通孔２０１に挿通して集電板１９８を当該電極軸１９６に固定する。然る後、電極軸１９６の他端をガラス部材１５２の先端面１７４に形成された電極取付用穴１８８に挿入することにより、ガラス部材１５２に対して電極軸１９６および集電板１９８を取り付ける。

また、外部リード軸２０６を外部リード嵌挿孔２１０に挿通して外部リード集電板２０８を当該外部リード軸２０６に固定する。然る後、外部リード軸２０６の一端をガラス部材１５２の後端面１９０に形成された外部リード取付用穴１９２に挿入することにより、ガラス部材１５２に対して外部リード軸２０６および外部リード集電板２０８を取り付ける。

次に、ガラス部材１５２の先端面１７４からガラス部材側面１７６、そして後端面１９０に沿って、各金属箔１５６を貼り付けていく。このとき、各金属箔１５６の一端が電極１５４（より具体的には、集電板１９８）に対して電気的に接続し、他端が外部リード１６０（より具体的には、外部リード集電板２０８）に対して電気的に接続する。

次に、電極軸１９６の先端を電極軸挿通孔２００に挿通していくことによって補助ガラス部材１５８を電極軸１９６に取り付け、当該補助ガラス部材１５８によって金属箔１５６の一端と電極１５４（集電板１９８）とをガラス部材１５２の先端面１７４に押し付ける。然る後、コイル１６２に電極軸１９６を挿通することによってコイル１６２を電極軸１９６に取り付ける。さらに、電極軸挿設穴１９９に電極軸１９６の先端部を挿設固定して当該電極軸１９６にヘッド１９４を取り付ける。

また、外部リード軸２０６の先端を外部リード挿通孔２１４に挿通していくことによってキャップガラス部材１６１を外部リード軸２０６に取り付け、当該キャップガラス部材１６１によって金属箔１５６の他端と外部リード１６０（外部リード集電板２０８）とをガラス部材１５２の後端面１９０に押し付ける。

以上により、マウント１５０が完成する。なお、マウント１２０の組み立て手順も基本的にこれと同じであるから、マウント１５０の組み立て手順を援用して説明を省略する。

マウント１２０，１５０を完成させた後、両マウント１２０，１５０を発光管１１０の封止部１１４に挿入する。このとき、両マウント１２０，１５０における両電極１５４が発光管１１０の発光部１１２の内部空間１１６で互いに対向するようにする。発光管１１０の内部空間１１６に必要な発光物質（例えば、水銀やアルゴン）を入れた後、発光管１１０の封止部１１４を熱することによって収縮させ、さらに、当該封止部１１４の内壁と、両マウント１２０，１５０におけるガラス部材１５２、補助ガラス部材１５８、および、キャップガラス部材１６１の表面とを互いに融着させることによって発光部１１２の内部空間１１６の封止を完了させる。これにより、放電灯１００の組み立てが完了する。もちろん、発光部１１２の内部空間１１６の封止手順はこれに限定されることはなく、例えば、両方の封止部１１４を先に封止しておき、然る後、発光部１１２に接続させた排気管を介して内部空間１１６に発光物質等を入れてもよい。

（実施形態１に係る放電灯１００の特徴）
上述した実施形態１に係る放電灯１００の封止構造によれば、図１０に示すように、金属箔１５６は、ガラス部材１５２における先端面１７４とガラス部材側面１７６の一部である先端部側面１８１における平面部１８２との境界に生じる先端エッジ１７８における直線部１８０で折れ曲がって先端面１７４および先端部側面１８１に沿っている。

これにより、金属箔１５６の幅方向全体が先端エッジ１７８に接することができるので、当該金属箔１５６が先端エッジ１７８から不所望に浮いてしまうのを回避することができる。このため、石英ガラス製の発光管１１０における封止部１１４の内壁とガラス部材１５２の表面とを互いに融着させて発光管１１０の内部空間１１６を気密させる際に金属箔１５６と先端エッジ１７８との間に「空間」が生じてしまうのを回避できる。

以上により、点灯時に発光管１１０が破裂する可能性を低減するとともに、未蒸発の発光物質（例えば、水銀）が溜まり、発光に寄与する発光物質の量が変化することによって不所望に発光特性が変わる可能性も低減することができる。

また、先端部側面１８１と本体部側面１８４との間に生じる中間エッジ１８６においても同様の特徴があり、金属箔１５６がガラス部材側面１７６に取り付けられる面（先端部側面１８１における平面部１８２）は「平面」になっていることから、図１１に示すように、従来の封止構造のように先端部側面１８１に相当する面が「曲面」である場合と比べて、金属箔１５６の幅方向中心を通る仮想線ＩＳとガラス部材１５２の中心軸とを含む平面による断面において平面部１８２と曲面状の本体部側面１８４とが成す角度（内角）は大きくなる。（実施形態１における内角θ１ ＞ 従来技術における内角θ２）

これにより、金属箔１５６の幅方向全体が中間エッジ１８６に接しやすくなるので、当該金属箔１５６が中間エッジ１８６から不所望に浮いてしまうのを回避しやすくなる。このため、石英ガラス製の発光管１１０における封止部１１４の内壁とガラス部材１５２の表面とを互いに融着させて発光管１１０の内部空間１１６を気密させる際に金属箔１５６と中間エッジ１８６との間に「空間」が生じてしまう可能性を低減できる。

以上により、点灯時に発光管１１０が破裂する可能性を低減するとともに、未蒸発の発光物質（例えば、水銀）が溜まり、発光に寄与する発光物質の量が変化することによって不所望に放電灯の発光特性が変わる可能性をさらに低減することができる。

（変形例１）
上述した実施形態１では、ガラス部材１５２は略円柱状に形成されていたが、これに変えて、ガラス部材１５２を角柱状に形成してもよい。この場合、ガラス部材側面１７６は、所定枚数の平面で構成されることになる。

（変形例２）
上述した実施形態１では、陽極となるマウント１５０における電極１５４のヘッド１９４が陰極となるマウント１２０のヘッド１９４よりも大きい直流用の放電灯１００について説明したが、両ヘッド１９４の大きさをほぼ同じにして交流用の放電灯１００としてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００…放電灯
１１０…発光管、１１２…発光部、１１４…封止部、１１６…内部空間
１２０…マウント（陰極）
１５０…マウント（陽極）、１５２…ガラス部材、１５４…電極、１５６…金属箔、１５８…補助ガラス部材、１６０…外部リード、１６１…キャップガラス部材、１６２…コイル
１７０…（ガラス部材１５２の）本体部、１７２…（ガラス部材１５２の）先端部、１７４…（ガラス部材１５２の）先端面、１７６…ガラス部材側面、１７８…先端エッジ、１８０…直線部、１８１…先端部側面、１８２…平面部、１８４…本体部側面、１８６…中間エッジ、１８８…電極取付用穴、１９０…（ガラス部材１５２の）後端面、１９２…外部リード取付用穴、１９４…ヘッド、１９６…電極軸、１９８…集電板、１９９…電極軸挿設穴、２００…電極軸挿通孔、２０１…電極軸貫通孔、２０２…補助ガラス本体部、２０４…補助ガラス後端部、２０５…（補助ガラス部材１５８の）凹所、２０６…外部リード軸、２０８…外部リード集電板、２１０…外部リード嵌挿孔、２１２…（外部リード１６０の）後端面、２１４…外部リード挿通孔

Claims (3)

1. 発光部、および前記発光部に続く封止部を有する発光管と、
   前記封止部内に挿入され、前記封止部の内壁との間で融着されるガラス部材と、
   一端が前記ガラス部材の先端面に取り付けられ、他端が前記発光部内に延びる電極と、
   一端が前記電極の一端に接続され、前記ガラス部材の前記先端面からガラス部材側面に沿って取り付けられる金属箔とを備えており、
   前記ガラス部材における前記先端面と前記ガラス部材側面との境界に生じる先端エッジは直線部を含んでおり、
   前記金属箔は、前記先端エッジの前記直線部で折れ曲がって、前記先端面から前記ガラス部材側面に沿っており、
   前記ガラス部材の本体部は円柱状である
   放電灯の封止構造。
2. 前記ガラス部材は、前記本体部と、前記本体部の先端から延びる先端部とを有しており、
   前記先端部は、前記先端面に向けて断面積が減少していく形状となっており、
   前記直線部に続く前記先端部の前記ガラス部材側面は平面となっており、
   平面状の前記先端部の前記ガラス部材側面と前記本体部の前記ガラス部材側面との境界に中間エッジが形成されている請求項１に記載の封止構造。
3. 請求項１または２に係る封止構造を備える放電灯。
   

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