(57)【要約】      （修正有）【課題】放電ランプにおいて、電極軸の軸方向に対するコイルの位置ずれの発生を抑制する。【解決手段】放電ランプは、放電空間を有する発光管と、放電空間に設けられた電極軸８と、電極軸８に巻回されたコイル９と、を備える。電極軸８の外周面には、コイル９の線材９ａが接する凹部８ａが形成され、凹部内８ａで線材９ａと電極軸８とが再結晶化されている。【選択図】図３
2019009088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間を有する発光管と；
前記放電空間に設けられた電極軸と；
前記電極軸に巻回されたコイルと；を具備し、
前記電極軸の外周面には、前記コイルの線材が接する凹部が形成され、前記凹部内で前記線材と前記電極軸とが再結晶化されている、放電ランプ。
【請求項２】
前記電極軸の直径をφＲ［ｍｍ］、前記コイルの線径をφｒ［ｍｍ］、前記電極軸の軸方向に対する前記凹部の幅をＷ［ｍｍ］、前記電極軸の径方向に対する前記凹部の深さをＤ［ｍｍ］としたとき、
φｒ≦Ｗ≦（φｒ×１．５）
Ｄ≧（φｒ×０．１）
を満たす、
請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項３】
前記凹部は、前記電極軸に巻回された前記コイルの、前記電極軸の軸方向における端部に位置している、
請求項１または２に記載の放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体の露光工程や、ＵＶ（ultraviolet）インクやＵＶ塗料の乾燥工程、樹脂の硬化工程等では、紫外線によって光化学反応を行うために、紫外線を発する光源としてロングアーク型放電ランプが用いられている。
【０００３】
この種の放電ランプの放電空間内には、コイルが巻回された電極軸が配置されている。電極軸に巻回されたコイルには、放電ランプの放電開始時に始動補助する働きと、放電ランプの点灯後には電極軸を所望の温度に保つように放熱する働きとがある。このため、放電ランプでは、電極軸の軸方向に対してコイルが所定の位置に安定的に保たれることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５４５１８３７号明細書
【特許文献２】特開平８−８７９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、放電ランプの製造工程では、電極軸の外周面にコイルが嵌められた後の工程において、コイルが嵌められた電極軸が取り扱われる。そのため、電極軸の取り扱い時に、電極軸の軸方向に対してコイルの位置ずれが生じる問題がある。この位置ずれの対策として、電極軸とコイルとを溶接する技術が知られている。
【０００６】
電極軸とコイルとの溶接時の温度によって電極軸とコイルが再結晶化する場合がある。このため、特許文献１、２では、再結晶化に伴って電極軸及びコイルに生じる損傷によって破損を招くおそれがあるので、再結晶化を避けることを目的とする。電極軸及びコイルの再結晶化を避けるために、特許文献１、２には、電極軸の外周面に、コイルの線材を嵌め込む凹部を形成する技術が記載されている。
【０００７】
また、この特許文献１、２に記載の技術では、電極軸の外周面に凹部を形成することによってコイルの位置ずれの発生がある程度抑制されるが、電極軸の凹部に嵌め込まれたコイルと電極軸との嵌合強度が不十分であり、位置ずれの発生率が十分に低減されていない。
【０００８】
そこで、本発明は、電極軸の軸方向に対するコイルの位置ずれの発生を抑制することができる放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態に係る放電ランプは、放電空間を有する発光管と、前記放電空間に設けられた電極軸と、前記電極軸に巻回されたコイルと、を具備し、前記電極軸の外周面には、前記コイルの線材が接する凹部が形成され、前記凹部内で前記線材と前記電極軸とが再結晶化されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電極軸の軸方向に対するコイルの位置ずれの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る放電ランプを示す模式図である。
【図２】実施形態に係る放電ランプの封止部近傍を示す平面図である。
【図３】実施形態に係る放電ランプの電極軸及びコイルを拡大して示す断面図である。
【図４】実施形態に係る放電ランプの電極軸の凹部を示す斜視図である。
【図５】実施形態に係る放電ランプの電極軸について、加熱処理前の断面組織を示す模式図である。
【図６】実施形態に係る放電ランプの電極軸について、加熱処理後の断面組織を示す模式図である。
【図７】実施形態に係る放電ランプについて、電極軸の凹部の幅を説明するための図である。
【図８】実施形態に係る放電ランプについて、電極軸の凹部の深さを説明するための図である。
【図９】実施形態に係る放電ランプに関して、コイルの位置ずれの発生率、電極軸とコイルとの嵌合強度を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下で説明する実施形態に係る放電ランプ５は、発光管６と、電極軸８と、コイル９と、を備える。発光管６は、放電空間６ａを有する。電極軸８は、放電空間６ａに設けられている。コイル９は、電極軸８に巻回されている。電極軸８の外周面には、凹部８ａが形成されている。凹部８ａには、コイルの線材９ａが接する。凹部８ａ内で線材９ａと電極軸８は再結晶化されている。
【００１３】
また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ５は、電極軸８の直径をφＲ［ｍｍ］、コイル９の線径をφｒ［ｍｍ］、電極軸８の軸方向に対する凹部８ａの幅をＷ［ｍｍ］、電極軸８の径方向に対する凹部８ａの深さをＤ［ｍｍ］としたとき、φｒ≦Ｗ≦（φｒ×１．５）、Ｄ≧（φｒ×０．１）を満たす。
【００１４】
また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ５における凹部８ａは、電極軸８に巻回されたコイル９の、電極軸８の軸方向における端部に位置している。
【００１５】
（実施形態）
以下、実施形態に係るロングアーク型の放電ランプ（以下、単に「放電ランプ」と称する）について、図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係る放電ランプ５を示す模式図である。図１に示すように、実施形態の放電ランプ５は、例えば、紫外線照射装置１が備える装着部３に装着されて、被照射体へ紫外線を照射するために使用される。装着部３は、放電ランプ５を保持する一対の保持部材４を有しており、一対の保持部材４によって、放電ランプ５が有する後述の一対の口金部材１３が保持される。
【００１６】
（放電ランプの構成）
本実施形態に係る放電ランプ５は、ロングアーク型の水銀ランプ、あるいはロングアーク型のメタルハライドランプであり、いわゆる高輝度放電灯（ＨＩＤ：High  Intensity  Discharge  lamp）である。図１に示すように、放電ランプ５は、発光管６と、口金部材１３と、接続線１４と、を備える。
【００１７】
発光管６は、透過光性を有する石英ガラスによって円筒状に形成されており、内部に放電空間６ａを有する。放電空間６ａの内部には、例えば、アルゴンガス、高蒸気圧の水銀が封入され、これらに加えて、鉄、錫、ヨウ素等の金属ハロゲン化物が封入されている。
【００１８】
図１に示すように、発光管６の放電空間６ａの両端には、一対の電極７が設けられている。図２は、実施形態に係る放電ランプ５の封止部近傍を示す平面図である。図２に示すように、電極７は、電極軸８と、コイル９と、を有する。電極軸８は、一端部側が放電空間６ａ側に向けられており、一端部側が放電空間６ａに設けられている。電極軸８の他端部は、金属箔１０に溶接されて接合されている。コイル９は、電極軸８の一端部の外周面に巻回されており、放電空間６ａ内に配置されている。コイル９は、電極軸８の周回りに螺旋状に巻回された線材９ａを有する。電極軸８及びコイル９は、タングステンを主成分とする金属材料によって形成されている。本実施形態における電極軸８及びコイル９の詳細については後述する。
【００１９】
発光管６の両端部には、図１及び図２に示すように、放電空間６ａを封止する円柱状の封止部１１が形成されている。図２に示すように、封止部１１の内部には、金属箔１０全体が覆われており、電極軸８の他端部及び金属箔１０、導線１２の一端部が封止されている。金属箔１０は、例えば、モリブデンによって矩形状に形成されている。また、金属箔１０の他端部には、導線（リード線）１２の一端部が接合されている。導線１２の他端部は、封止部１１から引き出されている。また、封止部１１の外周部には、図１に示すように、円筒状の口金部材１３が設けられている。口金部材１３は、接着剤によって発光管６の封止部１１に接合されている。
【００２０】
接続線１４は、発光管６の外部に配置されており、封止部１１から引き出された導線１２の他端部に一端部が接続されている。接続線１４の一端部と導線１２の他端部は、例えば溶接により形成された接続部（図示せず）を介して接続されている。そして、放電ランプ５は、紫外線照射装置１の装着部３に装着されたときに、装着部３に設けられた一対の保持部材４によって口金部材１３が保持されて、接続線１４が電源部（図示せず）に接続される。
【００２１】
図３は、実施形態に係る放電ランプ５の電極軸８及びコイル９を拡大して示す断面図である。図４は、実施形態に係る放電ランプ５の電極軸８の凹部を示す斜視図である。
【００２２】
図３及び図４に示すように、電極軸８の外周面には、コイル９の線材９ａが接する凹部８ａが形成されている。凹部８ａは、螺旋状に巻かれた線材９ａの長手方向に沿っており、電極軸８の周方向に対して僅かに傾斜された方向へ延びる溝状に形成されている。このため、コイルは、線材の長手方向に沿って凹部８ａ内に接触している。したがって、凹部８ａが溝状に延びる方向は、コイル９の線材９ａの巻回状態（コイル９の中心線に対する線材９ａの長手方向の傾き）に応じて適正に設定されている。なお、凹部８ａは、電極軸８の周方向に沿って延びる溝状に形成されてもよい。
【００２３】
凹部８ａは、図３に示すように、線材９ａの外周面に沿って接する断面円弧状に形成されており、線材９ａとの接触面積が適正に確保されている。また、凹部８ａの断面形状の曲率半径は、線材９ａの半径よりもやや大きく形成されており、線材９ａを凹部８ａ内へ容易に嵌め込むことができると共に、凹部８ａ内での線材９ａの変動が抑えられている。なお、凹部８ａの断面形状、電極軸８の軸方向に対する凹部８ａの個数が限定されるものではない。凹部８ａは、例えば、角溝状等の他の断面形状に形成されてもよく、凹部８ａと線材９ａとの接触面積が調整されてもよい。
【００２４】
また、凹部８ａは、電極軸８に巻回されたコイル９の、電極軸８の軸方向における端部に位置している。なお、電極軸８の軸方向においてコイル９全体を均一に接合する観点では、電極軸８の軸方向における複数の箇所、例えば、コイル９の両端とその中央に凹部８ａがそれぞれ形成されてもよい。複数の凹部８ａを有することで、電極軸８の軸方向におけるコイル９と電極軸８との接合状態の信頼性を高めることができる。
【００２５】
上述したように、電極軸８に巻回されたコイル９は、コイル９の端部の線材９ａが凹部８ａ内に嵌め込まれており、凹部８ａ内で線材９ａと電極軸８とが再結晶化されている。すなわち、凹部８ａ内において、コイル９の線材９ａと電極軸８は、再結晶化により、相互に成分が拡散され、拡散接合されている。
【００２６】
（電極軸とコイルとの接合状態）
図５は、実施形態に係る放電ランプ５の電極軸８について、加熱処理前の断面組織を示す模式図である。図６は、実施形態に係る放電ランプ５の電極軸８について、加熱処理後の断面組織を示す模式図である。本実施形態では、コイル９が巻回された電極軸８を所定温度（再結晶温度）以上に加熱すると共に加圧することにより（加熱処理）、電極軸８及びコイル９が再結晶化されている。図５及び図６に示すように、電極軸８は、再結晶化されたことにより、組織に多角形の結晶粒が生じている。本実施形態では、便宜上、加圧しながら加熱することを加熱処理と称する。
【００２７】
ここで、電極軸８の直径をφＲ［ｍｍ］、コイル９の線径（線材９ａの直径）をφｒ［ｍｍ］、電極軸８の軸方向に対する凹部８ａの幅をＷ［ｍｍ］、電極軸８の径方向に対する凹部８ａの深さをＤ［ｍｍ］としたとき、
φｒ≦Ｗ≦（φｒ×１．５）      ・・・（式１）
Ｄ≧（φｒ×０．１）      ・・・（式２）
を満たす。
【００２８】
凹部８ａの幅Ｗ、凹部８ａの深さＤが、式１、２を満たすことにより、凹部８ａ内で線材９ａと電極軸８とが再結晶化されたときに、電極軸８に嵌め込まれたコイル９の嵌合強度が２０［Ｎ］以上となり、嵌合強度を適正に確保することができる。これにより、放電ランプ５の製造工程において、電極軸８の軸方向に対してコイル９の位置ずれが発生することが抑えられる。言い換えると、凹部８ａの幅Ｗが式１を満たさない場合と、凹部８ａの深さＤが式２を満たさない場合には、後述するように、電極軸８に嵌め込まれたコイル９の嵌合強度が２０［Ｎ］未満になるので、電極軸８の軸方向に対するコイル９の位置ずれが適正に抑えられない。
【００２９】
図７は、実施形態に係る放電ランプ５について、電極軸８の凹部８ａの幅Ｗを説明するための図である。図７における縦軸は、嵌合強度［Ｎ］を示しており、目標とする２０［Ｎ］を破線で示す。図７における横軸は、電極軸８の凹部８ａの幅Ｗ［ｍｍ］を示しており、式１に基づいて凹部８ａの幅Ｗ［ｍｍ］を、コイル９の線径φｒ［ｍｍ］の倍率で示す。図７は、凹部８ａの深さＤを０．２［ｍｍ］とし、加熱処理により再結晶化されたときの、凹部８ａの幅Ｗ［ｍｍ］と嵌合強度［Ｎ］との関係を示している。
【００３０】
図７に示すように、凹部８ａの幅Ｗが、φｒよりも小さくなると、嵌合強度が２０［Ｎ］未満となる。これは、凹部８ａと線材９ａとの接触面積が不十分であることに起因する。また、凹部８ａの幅Ｗが、（φｒ×１．５）よりも大きくなると、嵌合強度が２０［Ｎ］未満となる。これは、凹部８ａ内で線材９ａの位置が変動しやすいことに起因する。よって、凹部８ａの幅Ｗが式１を満たすことで、２０［Ｎ］以上の嵌合強度が得られる。
【００３１】
図８は、実施形態に係る放電ランプ５について、電極軸８の凹部８ａの深さＤを説明するための図である。図８における縦軸は、嵌合強度［Ｎ］を示しており、目標とする２０［Ｎ］を破線で示す。図８における横軸は、電極軸８の凹部８ａの深さＤ［ｍｍ］を示しており、式２に基づいて凹部８ａの深さＤ［ｍｍ］を、コイル９の線径φｒ［ｍｍ］の倍率で示す。図８は、凹部８ａの幅Ｗを１．２［ｍｍ］とし、加熱処理により再結晶化されたときの、凹部の深さＤ［ｍｍ］と嵌合強度［Ｎ］との関係を示している。
【００３２】
図８に示すように、凹部８ａの深さＤが、（φｒ×０．１）よりも小さくなると、嵌合強度が２０［Ｎ］未満となる。これは、凹部８ａと線材９ａとの接触面積が不十分であることに起因する。よって、凹部８ａの深さＤが式２を満たすことで、２０［Ｎ］以上の嵌合強度が得られる。
【００３３】
図９は、実施形態に係る放電ランプ５に関して、コイル９の位置ずれの発生率、電極軸８とコイル９との嵌合強度を説明するための図である。図９における縦軸は、嵌合強度［Ｎ］を示すと共に、コイル９の位置ずれの発生率［％］を示す。図９における横軸は、比較形態として、凹部８ａの有無、加熱処理の有無、再結晶の有無の組み合わせを示しており、各組み合わせにおけるコイルの位置ずれの発生率を示している。また、図９では、コイル９の線径φｒが１［ｍｍ］、電極軸８の直径φＲが３［ｍｍ］凹部８ａの幅Ｗが１．２［ｍｍ］、凹部８ａの深さＤが０．２［ｍｍ］としたときの、コイル９の位置ずれの発生率［％］と、嵌合強度［Ｎ］とを示している。コイル９の位置ずれの発生率［％］は、１００個のサンプルを用いて算出した。
【００３４】
図９に示すように、凹部８ａなし、加熱処理なしの場合には、嵌合強度が５［Ｎ］しか得られず、コイル９の位置ずれの発生率が１５［％］を超えた。凹部８ａあり、加熱処理なしの場合には、嵌合強度が１５［Ｎ］に高められるが、依然として、コイル９の位置ずれの発生率が５％を超えた。また、凹部８ａあり、加熱処理あり、再結晶化なしの場合には、嵌合強度が１５［Ｎ］程度に高められるが、依然として、コイル９の位置ずれの発生率が５［％］を超えた。一方、凹部８ａあり、加熱処理あり、再結晶化ありの実施形態の場合には、嵌合強度が２５［Ｎ］程度まで高められると共に、コイル９の位置ずれの発生率が０［％］まで下がった。
【００３５】
（電極の組立工程）
以上のように構成された放電ランプ５の製造工程は、電極軸８の外周面に凹部８ａを加工する加工工程と、電極軸８の外周面にコイル９を嵌め込む電極の組立工程と、を有する。電極７の組立工程では、コイル９の内周部へ電極軸８が、凹部８ａが位置する他端側とは反対側の一端側から挿入され、コイル９を、電極軸８の一端側から他端側へ向かって移動させる。コイル９が電極軸８の他端側へ移動されることにより、コイル９の進行方向の先端の線材９ａが、電極軸８の他端側に配置された凹部８ａ内へ嵌め込まれる。
【００３６】
このように、電極軸８の他端側に凹部８ａが位置していることで、電極軸８の軸方向に沿って一端側から他端側へ移動される途中で、移動するコイル９が凹部８ａに引っ掛かることなく、線材９ａが凹部８ａ内にスムーズに嵌め込まれる。加えて、コイル９の線材９ａが凹部８ａ内に嵌め込まれることで、凹部８ａにより、電極軸８の軸方向に沿って移動されたコイル９が位置決めされる。このため、コイル９を電極軸８の軸方向に対する所定の位置に容易に位置決めすることができる。
【００３７】
つぎに、凹部８ａ内に線材９ａが嵌め込まれた電極軸８及びコイル９は、例えば、真空加熱炉内で所定温度（再結晶温度）以上に加熱され、かつ、加圧されることによって、凹部８ａ内において線材９ａと電極軸８とが再結晶化される。この再結晶化により、凹部８ａに接する線材９ａと電極軸８とが拡散接合されることで、所定の嵌合強度が得られる。
【００３８】
上述したように実施形態の放電ランプ５における電極軸８の外周面には、コイル９の線材９ａが接する凹部８ａが形成されており、凹部８ａ内で線材９ａと電極軸８とが再結晶化されている。これにより、凹部８ａにおける線材９ａと電極軸８との嵌合強度を適正に得ることが可能になり、電極軸８の軸方向に対するコイル９の位置ずれの発生を抑制することができる。
【００３９】
また、実施形態の放電ランプ５は、電極軸８の直径をφＲ［ｍｍ］、コイル９の線径をφｒ［ｍｍ］、電極軸８の凹部８ａの幅をＷ［ｍｍ］、凹部８ａの深さをＤ［ｍｍ］としたとき、φｒ≦Ｗ≦（φｒ×１．５）・・・（式１）、Ｄ≧（φｒ×０．１）・・・（式２）を満たす。これにより、凹部８ａにおける線材９ａと電極軸８との嵌合強度を２０［Ｎ］以上に確保することが可能になり、放電ランプ５の製造工程において電極軸８の軸方向に対するコイル９の位置ずれの発生率を抑制することができる。すなわち、放電ランプ５の製造工程において、電極軸８の軸方向に対してコイル９を所定の位置に安定的に保つことができる。
【００４０】
また、実施形態の放電ランプ５における電極軸８の凹部８ａは、電極軸８に巻回されたコイル９の、電極軸８の軸方向における端部に位置している。これにより、コイル９の線材９ａを電極軸８の凹部８ａ内に嵌め込むときに、コイル９の内周部へ電極軸８を、凹部８ａが位置する端部と反対側から挿入することで、電極軸８に対するコイル９の移動が妨げられることなく、線材９ａを凹部８ａへスムーズに嵌め込むことができる。このため、電極軸８へのコイル９を嵌め込む作業性を良好に確保することができる。加えて、コイル９の線材９ａが凹部８ａ内に嵌め込まれることによって、コイル９を電極軸８の軸方向に対して容易に位置決めすることができる。
【００４１】
本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することを意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施す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。実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００４２】
５  放電ランプ
６  発光管
６ａ  放電空間
７  電極
８  電極軸
８ａ  凹部
９  コイル
９ａ  線材
１１  封止部
Ｄ  深さ
Ｒ  直径
ｒ  線径
Ｗ  幅
【図１】
2019009088.tif 000003
【図２】
2019009088.tif 000004
【図３】
2019009088.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019009088.tif 000009
【図８】
2019009088.tif 000010
【図９】
2019009088.tif 000011