TWI805896B - 放電燈以及其製造方法與其金屬構件 - Google Patents

Abstract

本發明係提供具有熱耐久性優異密封構造的放電燈。

在放電燈10的密封管20中插通電極支撐棒22A，並將金屬箔36外周面連接的內側金屬環26組裝於黏著零件18A。內側金屬環26係由圓盤部26B、與從其周緣呈末端擴大延伸的伸出部26C構成，形成碗狀。

Description

放電燈以及其製造方法與其金屬構件

本發明放電燈，特別係關於電極黏著零件所配置的密封管之密封構造。

大型短弧型放電燈(例如1kW以上)，為提升半導體、液晶的製造生產效率，而朝大功率化演進。因為隨大功率化導致電極亦大型化，因而配置有黏著零件的密封管亦隨之大型化。

此種放電燈的黏著零件，使金屬環對由筒狀玻璃管保持的電極支撐棒進行固定，將複數帶狀金屬箔熔接於金屬環外周面。藉此，將電力經由金屬箔、金屬環、電極支撐棒供應給發光管內的電極。

燈點亮中，因金屬零件與密封管的熱膨脹量差，導致在金屬環附近、帶狀金屬箔附近的密封管容易發生龜裂。為防止此現象，例如依滿足既定條件式的方式，將帶狀金屬箔的厚度決定於特有厚度(參照專利文獻1)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第6371275號公報

因應曝光對象物的大型化、產能提升，放電燈要求更進一步的高輸出，又，為實現精密的曝光，在燈點亮時流通的電流會成為高電流，密封管所承受的熱影響遠超過目前狀況的程度。此種放電燈頗難僅依賴金屬箔的厚度調整達抑制龜裂發生。

所以，針對放電燈要求提供熱耐久性優異密封管的密封構造。

本發明的放電燈係具備有：電極支撐棒、玻璃管、及金屬構件；而，該電極支撐棒係支撐著發光管內的電極，配設於與發光管呈一體連接的密封管內；該玻璃管係插通電極支撐棒並與密封管熔接；該金屬構件係將沿電極軸配設的金屬箔與電極支撐棒予以電氣式耦接。例如密封管係可由雙層密封管等複數密封管構成。

然後，金屬構件係具備有：圓盤部、與從圓盤部的周緣至少其中一部分朝發光管側延伸的伸出部；而，該伸出部係相對電極軸朝遠離電極支撐棒的方向延伸。此處，伸出部較佳係至少其中一部分朝遠離電極軸方向延伸，從圓盤部周緣延伸的方向係可構成傾斜於電極軸的方向，又，亦可構成從周緣呈直狀延伸並在端部呈傾斜狀態。

伸出部全體係可朝相同方向延伸，或者亦可在端部側改變角度延伸。例如伸出部可構成形成圓錐面狀態，又，亦可設置形成圓錐面與圓柱面、且端部側朝平行於電極軸延伸的直狀部。伸出部較佳係對電極軸傾斜0°＜θ≦15°範圍。

伸出部的端部係可依不會對密封管造成熱膨脹影響的方式，構成與玻璃管呈相對向狀態。例如玻璃管係可在相對向於金屬構件的端部設置梯度部分，且伸出部的端部係與梯度部分呈相對向狀態。在伸出部周圍至少其中一部分(特別係相對向於玻璃管的伸出部端面側)，最好形成接受伸出部熱膨脹的間隙。

當設有覆蓋金屬箔與金屬構件的箔構件時，為利用箔構件覆蓋伸出部，箔構件靠玻璃管側之端部，較佳係位於較伸出部的端部更靠玻璃管位置處。亦可設有配置於玻璃管與金屬構件之間，且具有配合金屬構件形狀的圓板箔。

本發明另一態樣的放電燈，係具備有：電極支撐棒、玻璃管、及金屬構件；而，該電極支撐棒係支撐著發光管內的電極，配設於與發光管呈一體連接的密封管內；該玻璃管係插通電極支撐棒並與密封管熔接；該金屬構件係將沿電極軸配設的金屬箔與電極支撐棒予以電氣式耦接；其中，金屬構件係具備有：圓盤部、與從圓盤部周緣至少其中一部分朝發光管側延伸的伸出部；伸出部係沿電極軸延伸，且其端部相對向於玻璃管。

本發明另一態樣的金屬構件，係密封於放電燈的密封管內，且與在密封管內設置的電極支撐棒呈同軸配置；具備有：圓盤部與伸出部；該伸出部係依形成圓錐面的方式，從圓盤部周緣朝至少其中一圓盤部側面方向呈末端擴大延伸的傾斜部。

本發明另一態樣的放電燈之製造方法，係包括有：將圓盤狀金屬素材，依形成含有從其周緣呈末端擴大之圓錐面形狀的方式施行加工，而形成碗狀金屬構件的步驟；將電極支撐棒熔接於金屬構件的步驟；以及將含有金屬構件的黏著零件插入於密封管中並密封的步驟。

根據本發明，可提供具有熱耐久性優異密封構造的放電燈。

以下參照圖式，針對本發明實施形態進行說明。

圖1所示係本實施形態短弧型放電燈的概略剖視圖。

短弧型放電燈10係在由石英玻璃構成的發光管12內，相對向配置陽極14、陰極16的放電燈，在發光管12的二端，依石英玻璃的密封管20、60呈相對向狀態一體形成。

在密封管20、60內部，分別封入支撐著陰極16、陽極14，且將發光管12內的放電空間11予以密封的零件(以下稱「黏著零件」)18A、18B，密封管20、60的二端係利用管塞80A、80B堵塞住。在放電空間11中封入水銀及稀有氣體，例如依額定功率1kW以上發光的方式決定水銀量。

圖2所示係圖1中靠陰極側的黏著零件18A附近之概略剖視圖。此處，省略管塞80A。另外，靠陽極側的黏著零件18B亦同樣的構成。

在此密封管20係形成雙層管密封構造，由內側密封管20A、外側密封管20B構成，且內側密封管20A與外側密封管20B相互熔接。黏著零件18A係具備有：圓筒狀加厚玻璃管(以下稱「玻璃管」)24、柱狀玻璃構件34、以及複數帶狀金屬箔36。內側密封管20A係與玻璃管24及玻璃構件34相熔接。

在密封管20內，支撐著陰極16的導電性電極支撐棒22A係沿電極軸E(燈軸)配置。電極支撐棒22A係插通於玻璃管24中所形成的軸孔24A，並由玻璃管24保持著。

另一方面，在密封管端部側(靠管塞80A側)，依相對向於電極支撐棒22A的狀態配置導電性導線棒28。電極支撐棒22A與導線棒28分別軸插於在玻璃構件34二端所設置的孔(凹陷部分)34A、34B，而玻璃構件34係保持著電極支撐棒22A與導線棒28。導線棒28係連接於與電源部(未圖示)相連接的外部導線(未圖示)。

在玻璃構件34二端分別配置金屬環(金屬構件)26、32，而電極支撐棒22A、導線棒28分別熔接於金屬環26、32的軸孔26A、32A，且均與電極軸E呈同軸配置。金屬環26、32係由導電性任意金屬素材(例如鎢、鉬、鉭等)構成。

靠近發光管12的金屬環(以下稱「內側金屬環」)26係由碟狀且開設有插通電極支撐棒22A用之孔的圓板箔42、44夾置，另一金屬環(以下稱「外側金屬環」)32亦同樣地由碟狀圓板箔52、54夾置。密封管端部側係固定著插通並保持導線棒28的加厚固定玻璃管50。

在內側金屬環26與外側金屬環32之間，複數帶狀金屬箔(例如鉬箔)36沿玻璃構件34外表面且沿電極軸E延伸，其二端係熔接於內側金屬環26、外側金屬環32的外周面。外側金屬環32係電氣式耦接於導線棒28與金屬箔36，內側金屬環26係電氣式耦接於金屬箔36與電極支撐棒22A。

圖3所示係內側金屬環26附近的密封管20之概略剖視圖。圖4所示係內側金屬環26的剖視圖。

內側金屬環26係將二側面呈平坦的圓盤部26B設為基座部分，形成從該圓盤部26B周緣朝發光管側延伸的環狀伸出部26C。伸出部26C係形成朝向發光管側呈末端擴大的圓錐面26S3，若從發光管側觀看，內側金屬環26係形成以其中一側面26S2為底面的碗(缽)狀。

如圖4所示，伸出部26C係相對於電極軸E，朝遠離電極支撐棒22A的方向(即朝密封管外側)僅傾斜角度θ。此處，角度θ係限定於0°＜θ≦15°範圍。伸出部26C的端部26D係其端面26S4平行於圓盤部26B。

玻璃管24具有由大小互異直徑D1、D2、D3的圓筒狀小徑部24D1、中徑部24D2、大徑部24D3相連接之形狀，在小徑部24D1與中徑部24D2之間、中徑部24D2與大徑部24D3之間分別形成梯度部分J1、J2。

內側金屬環26的伸出部26C係其端面26S4位於相對向於梯度部分J1的位置處，並與中徑部24D2相對向。又，在伸出部26C的端面26S4、與中徑部24D2之間，設有沿電極軸E且間隔距離B的間隙KS。帶狀金屬箔36係延伸至金屬環26的伸出部26C，但未連接於梯度部分J1(即未連接於玻璃管24)。

梯度部分J2係熔接於內側密封管20A，且連接於捲箔(箔構件)39。捲箔39係由Mo、Ta製的箔構成，從玻璃構件34的內側金屬環26附近橫跨至玻璃管24的梯度部分J2朝電極軸方向延伸，覆蓋著玻璃構件34、內側金屬環26及玻璃管24的小徑部24D1、中徑部24D2。但，捲箔39在圖1、2中並未圖示。

鄰接內側金屬環26的發光管側側面26S2之圓板箔42，係與內側金屬環26同樣地形成碗(缽)狀，藉由末端擴大的伸出部所形成圓錐面，跨接內側金屬構件26的圓盤部26B與伸出部26C二者。所以，內側金屬環26並未接觸到玻璃管24的小徑部24D1。

藉由安裝此種內側金屬環26，如下述便可抑制燈點亮中的密封管出現龜裂。

燈點亮中，內側金屬環26會熱膨脹，不僅圓盤部26B，連帶沿靠近電極軸方向延伸的伸出部26C亦會熱膨脹。藉由熱膨脹方向朝徑向與伸出部26C延伸的傾斜方向分散，捲箔39與密封管20所承受的徑向應力便會降低(應力不會集中於單一方向)，便可抑制龜裂發生。特別係藉由將傾斜角度θ設定在15°以下，便可有效地抑制應力。

再者，因為伸出部26C朝發光管側延伸，因而金屬箔36亦會朝伸出部26C的熱膨脹方向進行熱膨脹(被拉伸)，便可防止金屬箔36發生皺邊、起皺情形。

另一方面，因為在伸出部26C的端部26D與玻璃管24之間形成間隙KS，因而當伸出部26C熱膨脹時，便不會對玻璃管24、密封管20施加應力，便可抑制發生龜裂。因為該間隙KS係由玻璃管24的小徑部24D1與伸出部26C的端面26S4間之距離間隔決定，因而藉由調整小徑部24D1的電極軸方向長度(即，決定梯度部分J1的形狀)，便可將間隙KS決定於所需的電極軸方向長度。又，因為伸出部26C的端部26D係相對向於玻璃管24配置，所以可安定地施行密封作業。

再者，覆蓋玻璃構件34的捲箔39係超過伸出部26C的端部26D，延伸至鄰接玻璃管24處，捲箔39覆蓋間隙KS並在間隙KS中呈露出狀態。藉此，當燈點亮中伸出部26C熱膨脹時，便可易利用捲箔39的變形而吸收應力，故可更加抑制龜裂發生。

在內側金屬環26與玻璃管24間配置的圓板箔42，係形成配合內側金屬環26形狀的碗狀(缽狀)。藉此，伸出部26C不會直接接觸到玻璃管24，便可抑制玻璃管24發生龜裂。

具有此種密封構造的放電燈，係依照以下的製造方法便可製造。即，在圓盤狀金屬素材中形成電極支撐棒插通用的孔，且依從金屬素材周緣形成末端擴大之圓錐面的方式，利用衝壓加工等對金屬素材施行加工，而成形為碗狀(缽狀)金屬構件。然後，使電極支撐棒插通於金屬構件中並熔接，且使帶狀金屬箔熔接於金屬構件外周面，便組裝成黏著零件。在將黏著零件插入密封管中之後，利用熱使密封管縮徑，而將黏著零件予以密封。藉此便製得放電燈。另外，放電燈的組裝順序並不僅侷限於上述，例如亦可在施行金屬素材的衝壓加工後才形成電極支撐棒插通用孔，亦可在電極支撐棒插通後才將金屬素材成形為碗狀。又，除衝壓加工以外，亦可將相當於伸出部的構件施行熔接、或將已呈碗狀的金屬素材施行切削成形。

本實施形態的放電燈10中，在玻璃管中形成梯度部分，但亦可構成沒有梯度部分的玻璃管。又，捲箔亦可設為如帽蓋之類的覆蓋構造，或者亦可未設置捲箔的構造。本實施形態係因為大型放電燈的關係而採用雙層密封管，但亦可形成由雙層密封管以外的單一管等所構成的密封管構造。又，亦可在內側金屬環側面沒有設置圓板箔的構造。

相關內側金屬環26，沿伸出部電極軸方向的長度係可為任意，只要設定為較短於圓盤部直徑、且較長於內側金屬環26之厚度便可。又，亦可在圓盤部26B的角R(圖4)處設計圓角，並設定為曲率半徑0.3~5。

伸出部26C係從圓盤部26B周緣全體延伸形成圓錐面，但亦可設為從周緣其中一部分(例如既定間隔) 延伸的構造。又，相關內側金屬環26亦可僅使用其中一電極側密封管，且連接於導線棒的外側金屬環亦可設為同樣的構造。

相關內側金屬環的形狀，除形成圓錐面的伸出部之外，尚亦可設置依形成圓柱面的方式更進一步朝軸方向延伸的伸出部。

圖5所示係本實施形態第1變化例的內側金屬環。

內側金屬環260係伸出部260C從設有孔260A的圓盤部260B周緣朝發光管側延伸的形狀，伸出部260C係由形成圓錐面的傾斜部260C1、與沿電極軸E延伸且形成圓柱面的直狀部260C2構成。

藉由在伸出部260C的端部側設置直狀部260C2，當熱膨脹時亦會在間隙KS內朝梯度部分J1進行膨脹，便可更加抑制龜裂。又，藉由設置直狀部260C2，便可易進行與金屬箔36的熔接。另外，亦可僅利用直狀部260C2構成伸出部260C，亦可在伸出部260C的端部側構成傾斜部260C1。

相關內側金屬環的形狀，並不僅侷限於從其中一側面朝發光管側呈末端擴大延伸的碗形狀，亦可設計亦朝背後側沿伸的伸出部。

圖6所示係本實施形態第2變化例的內側金屬環。內側金屬環360係形成：設有孔360A的圓盤部360B、與從圓盤部360B周緣呈末端擴大朝側面雙向延伸的伸出部360C1、360C2。藉此，使伸出部360C1、360C2朝傾斜方向熱膨脹，便可獲得與內側金屬環26同樣的效果。

[實施例]

本實施例的放電燈係在電腦上模擬對應實施形態的放電燈，重現相當於已形成梯度部分的玻璃管、捲箔、雙層密封管之構造。以下，在變更伸出部傾斜角度情況下，依既定的亮燈條件施行亮燈模擬，調查對密封管的應力降低程度。但，在供應8kW電力進行安定亮燈的條件下施行模擬。

圖7所示係伸出部傾斜角度、與對密封管的應力降低程度之關係圖表。比較例係將由未設伸出部的習知圓盤狀內側金屬環所構成的放電燈模型化。除內側金屬環以外的構成均同實施例。縱軸係將該比較例的應力值設為1，當改變實施例傾斜角度時的應力值比例。值越低則密封管破損的可能性越低。

由圖7中得知，傾斜角度θ越大則值越降低。在10°時呈現最低，但在此以上時，值並不會在下降。即，得知特別係將傾斜角度θ設定在15°以下，便可有效地抑制應力。又，因為即便傾斜角0°，但值仍會降低，因而得知僅由第1變化例所示直狀部形成伸出部，仍具有效果。

10:放電燈

11:放電空間

12:發光管

14:陽極

16:陰極

18A,18B:黏著零件

20,60:密封管

20A:內側密封管

20B:外側密封管

22A:電極支撐棒

24:玻璃管

24A,26A,32A:軸孔

24D1:小徑部

24D2:中徑部

24D3:大徑部

26,260,360:內側金屬環(金屬構件)

26B,260B,360B:圓盤部

26C,260C,360C1,360C2:伸出部

26D:端部

26S2:其中一側面

26S3:圓錐面

26S4:端面

28:導線棒

32:外側金屬環

34:玻璃構件

34A,34B,260A,360A:孔

36:金屬箔

39:捲箔

42,44,52,54:圓板箔

50:加厚固定玻璃管

80A,80B:管塞

260C1:傾斜部

260C2:直狀部

B:間隔距離

D1,D2,D3:直徑

E:電極軸

J1,J2:梯度部分

KS:間隙

R:角

圖1係本實施形態短弧型放電燈的概略構成圖； 圖2係陰極側的密封管剖視圖； 圖3係金屬構件附近的密封管概略剖視圖； 圖4係金屬構件的剖視圖； 圖5係本實施形態變化例的金屬構件圖； 圖6係本實施形態第2變化例的金屬構件圖；以及 圖7係表示降低對密封管應力程度之圖表的圖。

24:玻璃管

26:內側金屬環

26A:軸孔

36:金屬箔

39:捲箔

20:密封管

20A:內側密封管

20B:外側密封管

22A:電極支撐棒

24D1:小徑部

24D2:中徑部

24D3:大徑部

26C:伸出部

42,44:圓板箔

D1,D2,D3:直徑

J1,J2:梯度部分

KS:間隙

Claims (13)

1. 一種放電燈，係具備有：電極支撐棒，其係支撐著發光管內的電極，配設於與上述發光管呈一體連接的密封管內；玻璃管，其係插通上述電極支撐棒，並與上述密封管熔接；以及金屬構件，其係將沿電極軸配設的金屬箔與上述電極支撐棒予以電氣式耦接；其中，上述金屬構件係具備有：有孔的圓盤部、與從上述圓盤部的周緣至少其中一部分朝發光管側延伸的伸出部；上述伸出部係相對電極軸朝遠離上述電極支撐棒的方向延伸。
2. 如請求項1之放電燈，其中，上述伸出部係形成圓錐面。
3. 如請求項1或2之放電燈，其中，上述伸出部係形成圓錐面與圓柱面。
4. 如請求項1或2之放電燈，其中，上述伸出部係依0°<θ≦15°範圍傾斜於電極軸。
5. 如請求項1或2之放電燈，其中，上述伸出部的端部係相對向於上述玻璃管。
6. 如請求項1或2之放電燈，其中，在上述伸出部周圍至少其中一部分處形成間隙。
7. 如請求項1或2之放電燈，其中，上述玻璃管係在相對向於上述金屬構件的端部處設有梯度部分；上述伸出部的端部係相對向於上述梯度部分。
8. 如請求項1或2之放電燈，其中，更進一步具備有覆蓋上述金屬 箔與上述金屬構件的箔構件；上述箔構件臨玻璃管側的端部係位於較上述伸出部的端部更靠玻璃管處。
9. 如請求項1或2之放電燈，其中，更進一步具備有：配置於上述玻璃管與上述金屬構件之間，且具有配合上述金屬構件之形狀的圓板箔。
10. 如請求項1或2之放電燈，其中，上述密封管係由複數密封管構成。
11. 一種放電燈的金屬構件，係密封於放電燈的密封管內，且與在上述密封管內設置的電極支撐棒呈同軸配置；具備有：有孔的圓盤部；以及伸出部，其係依形成圓錐面的方式，從上述圓盤部周緣朝至少其中一圓盤部側面方向呈末端擴大延伸的傾斜部。
12. 一種放電燈，係具備有：電極支撐棒，其係支撐著發光管內的電極，配設於與上述發光管呈一體連接的密封管內；玻璃管，其係插通上述電極支撐棒，並與上述密封管熔接；以及金屬構件，其係將沿電極軸配設的金屬箔與上述電極支撐棒予以電氣式耦接；其中，上述金屬構件係具備有：有孔的圓盤部、與從上述圓盤部周緣至少其中一部分朝發光管側延伸的伸出部；上述伸出部係沿電極軸從周緣延伸，且其端部相對向於上述玻璃管。
13. 一種放電燈之製造方法，其為用於製造如請求項1~10、12項中任一項之放電燈之製造方法，係包括有：將有孔的圓盤狀金屬素材，依形成含有從其周緣呈末端擴大之圓錐面形狀 的方式施行加工，而形成碗狀金屬構件的步驟；將電極支撐棒熔接於上述金屬構件的步驟；以及將含有上述金屬構件的黏著零件插入於密封管中並密封的步驟。

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