TWI544514B - Discharge lamp - Google Patents

Description

放電燈

本發明係關於放電燈者，尤其關於在封止部內之玻璃桿的表面配設金屬箔所成的放電燈者。

先前，於印刷業界及電子工業界中，作為油墨及塗料的乾燥、樹脂的硬化處理所使用之光化學反應用裝置的紫外線光源，或者作為對半導體基板及液晶顯示器用的液晶基板作曝光所使用之曝光裝置的紫外線光源，使用放電燈。

作為該構造，公知有如日本特開2006-134710號公報(專利文獻1)所示之於封止部內的玻璃桿上具備金屬箔的構造者。

於圖5揭示其構造。

於圖中，於放電燈1之發光管2的兩端部，形成有被收縮密封的封止部3，於此發光管2內配置有一對電極4。

該電極4的尾端部4a係以上下部成為平坦面形狀之方式切削加工，成為幾近角柱狀。

於前述封止部3係埋設有石英玻璃製之扁平狀的玻璃桿5，以挾持該玻璃桿5之方式，於其上下面配置有一對金屬箔6、6。

又，於封止部3係配置有玻璃製的保持用筒體7，於 該保持用筒體7插通電極4，藉此支持該電極4。

再者，於金屬箔6、6的尾端係連接外部導線8。

然後，為了良好放射紫外線，於發光管2內，封入水銀、鐵、鉈等的金屬。

然而近來，就節能的觀點來看，處理被處理物時照射所定光量之光線，除此之外時，具體來說在搬送被處理物之間，通常會進行降低電力而降低光輸出，進行節能對策。

亦即，逐漸多用切換恆定點燈模式與待機點燈模式來進行點燈的方式(所謂全開．待機點燈方式)。

於此種放電燈，尤其是全開．待機點燈的放電燈中，因為對封止部會重覆施加熱應力的增減，於玻璃桿的表面使用金屬箔之封止部的構造較為複雜，故有金屬箔從玻璃桿剝離而產生箔突起，或者玻璃桿產生裂痕而破損，造成封止部的密閉封止構造損毀之問題。

針對此玻璃桿的破損進行說明，於圖6(A)揭示在封止部3之X-X剖面的玻璃桿5與金屬箔6。如圖6(B)所示，因為封止部3的溫度變動，金屬箔6會重覆往厚度方向膨脹(A)及收縮(B)。因為金屬箔6與玻璃桿5為熔接狀態，在此收縮時，拉伸應力F會作用於玻璃桿5。因為此拉伸應力F作用在玻璃桿5兩面，於該玻璃桿5，拉伸應力作用於其厚度方向，玻璃桿5被往厚度方向拉離而產生裂痕K造成破損。

此裂痕K係如圖7所示，於玻璃桿5的角部5a發生 應力集中，從該角部5a往軸方向產生裂開。然後，此軸方向的裂痕A因為全開．待機點燈的重覆進行而逐漸變大，最後封止部的氣密封止構造破損而造成密封部破裂。

此種現象並不限於專利文獻1所示之長弧型放電燈的封止部構造，即使於圖8所示之短弧型放電燈中也同樣發生。

如圖8(A)(B)所示，短弧型放電燈11係具有發光管12與封止管13，發光管12內的電極14係電性連接於被埋設於封止管13內之玻璃桿15的表面所配設的金屬箔16。更詳細來說，設置於電極14之電極軸14a的集電板17被配置於玻璃桿15的端面，該集電板17連接於金屬箔16。

此時也與因前述圖6所說明相同的原理，剝離玻璃桿15之半徑方向的拉伸力發生作用，而產生裂痕K。

但是，近年來，燈管的高輸出化之要求提升，為了為應該要求而謀求燈管的高輸入時，為了負荷大電流而必須加厚金屬箔，此金屬箔之厚度的增加係造成前述之熱變化所致之收縮量變大，玻璃桿的裂痕發生頻繁發生。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2006-134710號公報

本發明所欲解決之課題係提供具有於封止部使用玻璃桿之箔構造的封止部之放電燈中，尤其即使因為全開．待機點燈等，對封止部重覆施加熱應力的增減，玻璃桿也不會產生裂痕而破損，進而，金屬箔與玻璃桿時常密接而不會產生箔突起之狀況的放電燈。

為了解決前述課題，本發明的放電燈之特徵係發光管兩端的封止部內之玻璃桿的表面具備金屬箔的放電燈中，構成前述玻璃桿之玻璃構件的熱膨脹係數，係比構成前述封止部之玻璃構件的熱1脹係數還小。

又，特徵為：前述封止部，係由熔融石英玻璃所成；前述玻璃桿，係由合成石英玻璃所成。

又，特徵為：構成前述玻璃桿之玻璃構件的OH基含有量，係比構成前述封止部之玻璃構件的OH基含有量還多。

依據本發明的放電燈，即使因為全開．待機點燈等，燈管的封止部負荷重覆的熱應力變動，在熱收縮時因封止部而壓縮應力作用於玻璃桿，金屬箔所致之拉伸應力作用於玻璃桿，也不會發生裂痕也不會破損。

又，金屬箔與玻璃桿的密接性較高，也不會有箔剝離 而造成箔突起之狀況。

圖1所示者係圖5所示之長弧型放電燈之封止部3的剖面圖，在此範例中，玻璃桿5為扁平之四邊形剖面，於其上下面配設有金屬箔6、6，封止部3藉由收縮密封(shrink seal)來進行封止。

然後，構成前述玻璃桿5之玻璃構件的熱膨脹係數(Ka)比構成該封止部3之玻璃構件的熱膨脹係數(Kb)還小(Ka<Kb)。

用於該狀況的具體例揭示於圖3的表1，在實施例1中，玻璃桿5係由合成石英玻璃所成，封止部(發光管)3係由熔融石英玻璃所成。

合成石英玻璃與熔融石英玻璃係因為根據製法的不同而玻璃之結晶構造不同，故其熱性質及物理性質也不同。具體來說，合成石英玻璃的結晶構造因為相較於熔融石英玻璃的結晶構造，更接近完全之非晶構造，故合成石英玻璃的熱膨脹係數比熔融石英玻璃的熱膨脹係數還低，又，合成石英玻璃的黏性也比熔融石英玻璃的黏性還低。

然後，作為一例，各別之熱膨脹係數(1/K)如圖3<表1>所表記般，由合成石英玻璃所成的玻璃桿5為4.7×10^-7，由熔融石英玻璃所成的封止部3為5.9×10^-7，玻璃桿5的熱膨脹係數(Ka)比封止部3側的熱膨脹係數(Kb)還小。

作為使封止部3與玻璃桿5的熱膨脹係數變化之手段 ，除了如前述實施例1，改變材料本身之外，也可藉由改變玻璃構件中的OH基含有量來實現。此OH基含有量係可易於藉由改變電爐熔融法、氫氧火焰熔融法、氣相合成法等之玻璃製法，及玻璃製造後的熱處理(例如在真空中加熱，進行脫水處理等)來控制。

實施例2及實施例3為該範例，封止部3與玻璃桿5皆由熔融石英玻璃所成，將其OH基含有量分別如表3進行改變者，結果，各別之熱膨脹係數彼此不同。

亦即，在實施例2中，玻璃桿5的OH基含有量為150ppm，封止部3的含有量為未滿1ppm，各別之熱膨脹係數為5.3×10^-7與5.9×10^-7。

又，在實施例3中，玻璃桿5的OH含有量為50ppm，封止部3的OH含有量為10ppm，各別之熱膨脹係數為5.5×10^-7與5.7×10^-7。

亦即，將玻璃桿5側的OH基含有量設為比封止部3側的OH基含有量還多，將玻璃桿5側的熱膨脹係數(Ka)設為比封止部3側的熱膨脹係數(Kb)還小。

再者，熱膨脹係數的測定係使用雷射熱膨脹計，測定從室溫到1000度為止的平均熱膨脹係數來進行調查者。

如此，因為使玻璃桿5與封止部3的熱膨脹係數變化，如圖1所示，在封止部3產生熱變化時，尤其，如從全開點燈轉移成待機點燈時，從點燈轉移成熄燈時般，封止部3從加熱狀態被冷卻時，封止部3的收縮量會變成比玻璃桿5的收縮量還大。

然而，此時，金屬箔6與玻璃桿5的收縮量彼此不同，結果，拉伸力作用於玻璃桿5之狀況係如依據圖6所述般，但是，如前述般，因為封止部3的收縮量比玻璃桿5的收縮量還大，故從該周圍，作為壓縮力M會對於該玻璃桿5作用。

藉此，以抵消前述拉伸力之方式作用，可防止因玻璃桿5剝離而造成裂痕之狀況。

又，同時，也可防止金屬箔6從玻璃桿5的表面突起。

再者，在封止部3被加熱而膨脹時，因為金屬箔6的熱膨脹量比玻璃桿5的熱膨脹量還大，故拉伸力不會作用於該玻璃桿5，也不會產生前述裂痕。

將該等實施例1~3，與以相同材料來構成封止部與玻璃桿的先前例，以金屬箔的厚度變化成20μm~50μm之方式，分別各製作5個，來進行實驗。

<燈管規格>

燈管形態：如圖5所示之長弧型放電燈

發光管：內徑22mm，外徑26mm

電極間距離：500mm

電極材料：釷氧鎢(thoriated tungsten)

玻璃桿：寬度6mm，長度16mm，厚度17mm

Mo箔(兩張箔)：寬度4mm，長度24mm

<點燈條件>

恆定點燈(全開點燈)：9kW

待機點燈(Standby點燈)：4kW

照射時間：30秒，待機時間：30秒，每24小時熄燈1次，再進行點燈。

箔熔接部溫度(概略試算溫度)：恆定點燈時850℃，待機點燈時600℃

結果如圖4的表2，作為在點燈5000小時後的評估基準，檢證金屬箔斷線的有無、玻璃桿是否產生裂痕、是否產生起因於該裂痕之密封部的破損(氣密封止破損)。其具體的評估基準係如同圖之箔斷線與密封部破損之基準。

關於金屬箔的斷線，作為當然的結論，隨著箔的厚度增加而不會產生斷線，隨然在25~30μm可觀察到金屬箔的變色，但是並未產生斷線。厚度成為30μm以上的話，則變色跟斷線都不會產生。

在密封部的破損評估上，在先前構造中，成為30μm的話，在玻璃桿可觀察到裂痕的發生，在40μm以上則氣密封止會破損，相對於此，在實施例1中，到45μm為止完全沒有裂痕的產生，在50μm雖然會產生裂痕，但是並未造成氣密封止的破損。

又，關於實施例2及實施例3，也相同地於與先前構造的比較中有改善之狀況，可實證該效果。

再者，於前述說明中，已針對如圖5所示之長弧型放 電燈的封止部進行記載，但是，即使圖8所示之短弧型放電燈的封止部也相同，於圖2揭示該剖面圖。

在此實施形態中，於封止部13內配置有圓柱狀的玻璃桿15，於其外周面配設金屬箔16者，該等封止部13與玻璃桿15之熱膨脹係數的關係與前述圖1相同。

此時，也在封止部13因溫度下降而收縮時，對圓柱狀的玻璃桿15包含金屬箔16從其周圍來進行壓縮，防止該玻璃桿15的裂痕者。

又，在圖2中，揭示金屬箔為兩張，但是，3張以上亦可。

如以上所述，於封止部內具有玻璃桿，並於該玻璃桿的表面配設金屬箔所成的放電燈中，藉由將構成前述玻璃桿之玻璃構件的熱膨脹係數，設為比構成該封止部之玻璃構件的熱膨脹係數還小，在封止部溫度下降時，封止部的收縮量會變成大於玻璃桿的收縮量，以從周圍壓縮該玻璃桿之方式產生作用，故玻璃桿不會產生裂痕。

又，以將金屬箔往玻璃桿推壓之方式產生作用，也不會產生箔突起。

1，11‧‧‧放電燈

2，12‧‧‧發光管

3，13‧‧‧封止部

4，14‧‧‧電極

4a‧‧‧尾端部

5，15‧‧‧玻璃桿

5a‧‧‧角部

6，16‧‧‧金屬箔

7，17‧‧‧保持用筒體

14a‧‧‧電極軸

17‧‧‧集電板

M‧‧‧壓縮力

A，K‧‧‧裂痕

F‧‧‧拉伸應力

[圖1]本發明的放電燈之封止部的剖面圖。

[圖2]其他實施形態之封止部的剖面圖。

[圖3]本發明的具體實施例。

[圖4]表示本發明之效果的評估表。

[圖5]放電燈的整體剖面圖。

[圖6]在先前例之封止部的玻璃桿與金屬箔之作用的說明圖。

[圖7]揭示先前例的封止部之問題的部分剖面圖。

[圖8]揭示其他先前例的封止部之問題的部分剖面圖。

3‧‧‧封止部

5‧‧‧玻璃桿

6‧‧‧金屬箔

M‧‧‧壓縮力

Claims (3)

1. 一種放電燈，係於配置有一對電極的發光管之兩端形成封止部，於該封止部內埋設玻璃桿，並且於該玻璃桿的表面配設金屬箔，該金屬箔電性連接於前述電極所成的放電燈，其特徵為：構成前述玻璃桿之玻璃構件的熱膨脹係數，係比構成前述封止部之玻璃構件的熱膨脹係數還小。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之放電燈，其中，前述封止部，係由熔融石英玻璃所成；前述玻璃桿，係由合成石英玻璃所成。
3. 如申請專利範圍第1項所記載之放電燈，其中，構成前述玻璃桿之玻璃構件的OH基含有量，係比構成前述封止部之玻璃構件的OH基含有量還多。