(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状部と、該球状部の両端に該球状部の中心を通る軸線に沿って対向して配置した２つのシール管部とを備える発光管封体と、
前記球状部の内部に、所定距離離隔させて対向して配置した陰極及び陽極と、
該陰極及び陽極からそれぞれ前記２つのシール管部まで延在する電極芯棒とを備え、
各シール管部の内側に、第１のシール部材、第１の集電円板、第２のシール部材、第２の集電円板及び第３のシール部材が、該シール管部の中心軸線方向に沿って前記球状部から離れる方向に連続して配置され、各シール管部の外側端部に口金が固定され、前記第１の集電円板と前記第２の集電円板とが前記第２のシール部材の外周面上に配置された電気的接続箔によって電気的に接続され、
各シール管部内において、１つの前記電極芯棒が、前記第１のシール部材を該シール管部の中心軸線方向に沿って貫通してそれに保持されるとともに前記第１の集電円板に電気的に接続され、また、外部の電源に接続されるリード線が、前記口金を通って該シール管部の中心軸線方向に沿って前記球状部に向かって前記第３のシール部材及び前記第２の集電円板を貫通してそれらに保持されるとともに該第２の集電円板に電気的に接続される、２ｋＷから２５ｋＷのランプ電力のショートアーク型放電ランプであって、
前記シール管部は、前記第１の集電円板を囲繞する部分を含む比較的肉厚の厚い第１の部分と前記第２の集電円板を囲繞する部分を含む比較的肉厚の薄い第２の部分と前記第１の部分と前記第２の部分の間の肉厚が徐々に変化する第３の部分とを含み、前記口金は前記第２の部分の外側端部に固定され、
前記シール管部の前記第１の部分の厚さを肉厚ｔ１、前記シール管部の前記第２の部分の厚さを肉厚ｔ２とし、前記シール管部の前記第３の部分の大きさを長さＬ１とすると、
３．０（ｍｍ）≦ｔ１≦８．０（ｍｍ）であり、更に、ｔ２≦ｔ１の構造を持つショートアーク型放電ランプにおいて、
１．５（ｍｍ）≦ｔ２≦４．０（ｍｍ）、
０．５（ｍｍ）≦ｔ１−ｔ２≦３．０（ｍｍ）、
０．５≦ｔ２／ｔ１＜１、かつ
２≦Ｌ１である、ショートアーク型放電ランプ。
【請求項２】
請求項１のショートアーク型放電ランプにおいて、ランプ点灯時に前記発光管封体の前記球状部内の圧力が１．０ＭＰａから３．５ＭＰａである、ショートアーク型放電ランプ。
【請求項３】
請求項１又は２のショートアーク型放電ランプにおいて、前記第２のシール部材の直径が１６ｍｍから３５ｍｍである、ショートアーク型放電ランプ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかのショートアーク型放電ランプにおいて、該ショートアーク型放電ランプのランプ電力は、２ｋＷから３６ｋＷの範囲にある、ショートアーク型放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体や液晶、プリント回路基板などの露光装置等に用いられるショートアーク型放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ及びセラミックメタルハライドランプのような高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ：High Intensity Discharge Lamp）は、電極間の放電を利用して発光する。このため、高輝度放電ランプは、白熱電球と比べて、光束が大きく大規模な空間の照明に適し、エネルギー効率が良いといった種々の特徴を備えている。
【０００３】
特に、アーク長が短く高輝度の光を放射するショートアーク型放電ランプは、半導体、液晶、プリント基板等の製造工程における露光用光源のような光応用分野の光源として利用されており、発光波長として３６５ｎｍの発光強度を高めたｉ線ランプや４３６ｎｍの発光強度を高めたｇ線ランプが知られている。
【０００４】
ショートアーク型放電ランプの多くは、石英製の発光管封体の中央が球形状で、両端が細く絞られていて管形状に形成されている。中央の球形状の部分の内部には陰極及び陽極が対向して配置され、細く絞られたガラス管内には封止部を介して電極マウントが固定されている。陰極及び陽極の電極芯棒はそれを経由して外部のリード線に接続されている。
【０００５】
特に、半導体露光装置に用いられるショートアーク型放電ランプは、露光工程で、長時間にわたり、高輝度を維持することや安定した発光効率を維持することが求められている。このため、ショートアーク型放電ランプは、直流点灯方式で投入電力が大きく、点灯時にはランプ内の温度と圧力とがかなり高くなる。また、ランプを高照度化するための一方法として、より多くの水銀や希ガスを封入して紫外域のランプ発光効率が高められている。このため、電極芯棒を支持する電極マウントが溶着されたシール管において、点灯時に、特に、電極マウントの端部が接する部分と集電円板が接する部分を起点として破裂が発生する可能性が高い。
【０００６】
中でも、液晶・プリント基板露光装置に用いられるショートアーク型放電ランプにおいては、電圧、照度などの諸特性を満たすため、水銀を多く発光管内に封入する必要がある。そのため、ランプが点灯した際には、ランプ内の温度が８００Ｋから１２００Ｋで、内部圧力が２．０ＭＰａから３．５ＭＰａになるものもあり、ランプ容器の強度にばらつきがあったり、又は上記以外の部分の強度が不足していたりすると、その強度が不足している部分からランプ容器の破裂に至ることがある。
【０００７】
シール管の肉厚を厚くすることで点灯時圧力（応力）に耐え得るようにすることが考えられるが、破裂の起点となり得る部分、つまり、溶着部の外径部分及び集電円板の接する部分のみの肉厚を厚くするだけでは、点灯中の水銀や封入ガスの内部圧力（応力）、熱応力、紫外線によるガラスの構造劣化、溶着部の端面形状による応力集中（例えば、二種以上のガラス同士の溶着点が鋭角になる程応力が１点に集中すること）などの蓄積により、点灯中に破裂を回避することは困難である。
【０００８】
また、露光用水銀ランプは露光装置の高価な光学系に組み込んで使用されるため、ランプの破裂に伴い、その高価な光学系を破損することになり、また、ランプ内には水銀が封入されていてランプの破裂により水銀が外部に飛散することになるため、ランプの破裂の回避が強く要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１９８９４７号公報  特許文献１は、円板部材及び円板箔の外径に所定の関係を持たせることによって封止管の破裂を防ぐように構成したショートアーク型放電ランプを開示する。
【特許文献２】特開２００６−２８６３４３号公報  特許文献２は、シール用ガラス部材の凹部の縁幅、溝の深さ、軸方向の全長に所定の関係を持たせることによって点灯時の破裂を防止するように構成したショートアーク型放電ランプを開示する。
【特許文献３】特開２００５−２４３４８４号公報  特許文献３は、リード棒を保持する管状体の端部から封止用ガラス体の放電空間側の端部までの距離、封止用ガラス体の径方向のガラス肉厚及び枝管部を構成するガラス管の径方向のガラス肉厚に所定の関係を持たせることによって、ランプ点灯時に枝管部の折れ等の不具合が起こらないように構成したショートアーク型放電ランプを開示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１では、内側金属リングの外径と円板箔の外径との差を考慮すること、又は、内側金属リングと封止管の肉厚との比と点灯時の発光管内の圧力とを考慮することによって封止管の破裂を防ぐことが図られており、ランプの破裂の起点となる個所の検討が限定されている。
【００１１】
特許文献２では、シール用ガラス部材の凹部の深さ及び全長との関係からランプの破裂防止をしようとするもので、この文献もランプの破裂の起点となる個所の検討が限定されている。
【００１２】
また、特許文献３では、特に、封止用ガラス体及び枝管部のガラス管のそれぞれの肉厚を考慮することによってシール部の破断や枝管部の折れ等を防ごうとするもので、この文献もランプの破裂の起点となる個所の検討が限定されている。
【００１３】
以上の観点から、上記の特許文献によってランプの破裂の危険性が低くなったとはいえ、ランプの破裂の起点となる個所をより確実に把握しそれらを適切に改良することによって、より確実にランプの破裂の危険性を下げることが要望されている。
【００１４】
また、上記の特許文献とは異なる態様によってランプの破裂の危険性を下げることが要望されている。
【００１５】
さらに、より簡易な構造によって確実にランプの破裂の危険性を下げることが要望されている。
【００１６】
そして、いずれの文献でも、シール管の石英ガラス中に含まれるＯＨ基濃度によってシール管の紫外線による劣化による機械的強度の低下は考慮していない。
【００１７】
そこで、本発明は、従来に比べて、異なる態様により、簡易な構造によって、より確実にランプ破裂の危険性を下げるショートアーク型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】
【００１８】
上記の課題に鑑み、本発明に係るショートアーク型放電ランプは、球状部と、該球状部の両端に該球状部の中心を通る軸線に沿って対向して配置した２つのシール管部とを備える発光管封体と、前記球状部の内部に、所定距離離隔させて対向して配置した陰極及び陽極と、該陰極及び陽極からそれぞれ前記２つのシール管部まで延在する電極芯棒とを備え、各シール管部の内側に、第１のシール部材、第１の集電円板、第２のシール部材、第２の集電円板及び第３のシール部材が、該シール管部の中心軸線方向に沿って前記球状部から離れる方向に連続して配置され、各シール管部の外側端部に口金が固定され、前記第１の集電円板と前記第２の集電円板とが前記第２のシール部材の外周面上に配置された電気的接続箔によって電気的に接続され、
各シール管部内において、１つの前記電極芯棒が、前記第１のシール部材を該シール管部の中心軸線方向に沿って貫通してそれに保持されるとともに前記第１の集電円板に電気的に接続され、また、外部の電源に接続されるリード線が、前記口金を通って該シール管部の中心軸線方向に沿って前記球状部に向かって前記第３のシール部材及び前記第２の集電円板を貫通してそれらに保持されるとともに該第２の集電円板に電気的に接続される、２ｋＷから３０ｋＷのランプ電力のショートアーク型放電ランプであり、前記シール管部の前記第１の集電円板円盤を囲繞する部分の厚さを肉厚ｔ１、前記シール管部の前記第２の集電円板を囲繞する部分の厚さを肉厚ｔ２とし、前記シール管部において肉厚が徐々に変化する部分の長さをＬ１とすると、３．０（ｍｍ）≦ｔ１≦８．０（ｍｍ）のシール部の肉厚があり、更に、ｔ２≦ｔ１の構造を持つショートアーク型放電ランプにおいて、１．５（ｍｍ）≦ｔ２≦４．０（ｍｍ）、０．５（ｍｍ）≦ｔ１−ｔ２≦３．０（ｍｍ）、０．５≦ｔ２／ｔ１＜１、かつ２≦Ｌ１であることを特徴とする。
【００１９】
そのショートアーク型放電ランプにおいては、ランプ点灯時に前記発光管封体の前記球状部内の圧力が１．０ＭＰａから３．５ＭＰａである。
【００２０】
また、そのショートアーク型放電ランプにおいては、前記第２のシール部材の直径が１６ｍｍから３５ｍｍである。
【００２１】
そのショートアーク型放電ランプにおいて、該ショートアーク型放電ランプのランプ電力は、２ｋＷから３６ｋＷの範囲にあってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、ランプの破裂の起点となる個所をより確実に把握してそれらを適切に改良することによって、より確実にランプの破裂の危険性を下げるショートアーク型放電ランプを提供することができる。
【００２３】
また、本発明によると、新たな態様によってランプの破裂の危険性を下げるショートアーク型放電ランプを提供することができる。
【００２４】
さらに、本発明によると、より簡易な方法によって確実にランプの破裂の危険性を下げるショートアーク型放電ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプの概略構成を示すための簡略化した断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示すショートアーク型放電ランプのシール管部の拡大断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の別の実施形態に係るショートアーク型放電ランプのシール管部の拡大断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、シール管部に、第１シール材２１−１が溶着されたときに、応力がどのように溶着部分にかかるかを説明するための概念図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａとは異なる溶着角で、シール管部７に、第１シール材２１−２が溶着されたときに、溶着角の相違により応力がどのように溶着部分にかかるかを説明するための概念図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の別の実施形態に係わる第１シール材２１−３が円筒凹形状の実施例の断面図で、図３Ａの溶着角位置を補足する概念図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の別の実施形態に係わる第１シール材２１−４が円筒凹形状で更に多重管シール構造として２重管実施例の断面図で、図３Ｂの溶着角位置を補足する概念図である。
【図４】図４は、シール管部の所定の２か所の位置の肉厚、それらの間の肉厚差、肉厚差比を示す表である。
【図５Ａ】図５Ａは、シール管部の所定の２か所における２種類の肉厚差を示すグラフ１である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、シール管部の所定の２か所における２種類の肉厚比を示すグラフ２である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ａ及び図５Ｂに示されたグラフを重ね合わせたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプを説明する。なお、全図において、各部材の厚さ、長さ、形状、部材同士の間隔、隙間等は、理解の容易のために、適宜、拡大・縮小・変形・簡略化等をしている。図の説明の際の上下・左右の表現は、その図を鉛直面内に置いた状態でのその図面の面に沿った方向を表すものとする。
【００２７】
［ショートアーク型放電ランプの概略構造］
図１は、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプ１０の概略構造を示すための簡略化した一部断面図である。ここでは、例えば、ショートアーク型放電ランプ１０は２ｋＷから２５ｋＷのランプ電力を有するものや、室温（２５℃）で、アルゴン、クリプトン、キセノンの少なくとも１種類の希ガスを０．０５ＭＰａから０．４ＭＰａ封入し、発光空間の全容積に対する水銀密度が、５ｍｇ／ｃｃから６０ｍｇ／ｃｃのランプであり、点灯時の平均ガス温度が８００Ｋから１２００Ｋにおいて、点灯時の圧力が１ＭＰａを超えるものでもよい。本実施形態では、例えば、ショートアーク型放電ランプ１０はランプ電力が１２ｋＷで、点灯時圧力が２ＭＰａを超えるものとする。耐圧強度は３．５ＭＰａが望ましい。
【００２８】
ショートアーク型放電ランプ１０は、３１３ｎｍと３６５ｎｍと４３６ｎｍの発光波長の光を強く放射するランプであり、球状部とその中心を通る軸線に沿って対向した２つのシール管部７とからなる発光管封体１を備える。球状部の内部には、陽極２及び陰極３が対向して配置され、対向した２つのシール管部７には、それぞれ、発光管封体１の内部と外気とを遮断するために電極マウント９が固定されている。陽極２と陰極３との先端部間の距離は、３〜３０ｍｍの範囲内の例えば１０ｍｍである。
【００２９】
詳しくは後述するが、電極マウント９の球状部側の端部には、陽極２及び陰極３に接続された電極芯棒５が固定され、反対側の端部には、外部の電源に接続されたリード線と接続するためのリード棒６が連結されている。このように電極マウント９は、電極芯棒５及びリード棒６を保持するとともに、外気と発光管封体１との間を遮断するように気密に封じる。
【００３０】
電極芯棒５には、発光管封体１の封入後もその中に残った不純物や点灯時に発生する不純物を除去するためにゲッター材１１が取り付けられている。
【００３１】
また、ランプの製造時に、図１のチップオフ４の位置に取り付けられていた排気管から、発光管封体内に、水銀を封入するとともに、少なくともアルゴン、クリプトン、キセノンなどの不活性ガスを単独またはそれらの混合ガスの形で封入する。
【００３２】
発光管封体１の球状部の外径は、発光出力の大きさと投入電力に応じて変わり、５０ｍｍから３００ｍｍの範囲内の例えば１００ｍｍで、球状部の軸線方向の長さは７０ｍｍから３００ｍｍの範囲内の例えば１４０ｍｍである。発光管封体１内には、３ｍｇ／ｃｃから５０ｍｇ／ｃｃの範囲から選択された例えば４０ｍｇ／ｃｃの水銀と、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）及びクリプトン（Ｋｒ）の中の少なくとも１つの希ガスとが封入されている。ただし、１つの希ガスに代えて、混合ガス、例えばＫｒ及びＡｒなどの２種以上の混合ガスを用いてもよい。希ガスの封入圧は、封入されたガスの種類によっても異なるが、概略０．０５ＭＰａから０．４ＭＰａの範囲内の例えば０．２ＭＰａである。本ランプ点灯時には、発光管封体１内の圧力は２．０ＭＰａから３．５ＭＰａ程度になる。
【００３３】
［シール管部の概略構造］
陰極側及び陽極側のシール管部７は同様の構造であるため、以下は、一方の側の、例えば、陽極側のシール管部７について説明する。
【００３４】
図２Ａは、図１に示すショートアーク型放電ランプ１０のシール管部７の拡大断面図である。図２Ａに示すように、シール管部７の内側には、電極マウント９が溶着されていて発光管封体１の気密性が保たれている。溶着の方法については後述する。
【００３５】
電極マウント９は、石英ガラス円筒体の第１のシール部材２１、第２のシール部材（又はシール箔封着円筒体）２２及び第３のシール部材２３を備える。第１シール部材外径はφ１６からφ３５ｍｍの範囲の寸法であり外径が異径形状もののもある。本実施例ではφ２５ｍｍとする。第１のシール部材２１は、発光管封体１の球状部とシール管部７との連結位置Ａから、球状部から離れる方向に向かって約１０ｍｍ離れた位置からシール管部７の内面に溶着されている。そのように約１０ｍｍの空間が設けられているのは、シール管部７内に第１のシール部材２１等を含む電極マウント９を溶着するためにシール管部７を火炎バーナー等で加熱するので、その熱が球状部に伝わってその球状部が変形することを防ぐためである。第１のシール部材２１の中央には貫通孔が形成されており、その貫通孔には、電極芯棒５が挿入され、図示はしていないが巻回した金属箔の緩衝材を介して第１のシール部材２１に固定されている。また図２Ｂには、第１シール部材が円筒形状の発光部側を切削またはレーザー加工した凹形状であり、更にシール管７部が多重管の例として２重管方式の参考として図示する。図２Ａ及び図２Ｂにおいて同種の部材には同一の符号を付してある。
【００３６】
第１のシール部材２１と第２のシール部材２２との間には、第１の集電円板３１が介装されており、第１の集電円板３１には、第１のシール部材２１を貫通した電極芯棒５の端部が連結されている。これにより、電極芯棒５が第１の集電円板３１に電気的に接続されることになる。なお、電極芯棒５の端部は、さらに第１の集電円板３１を貫通して第２のシール部材２２に接続されるように構成される場合もある。集電円板３１の外径は電極マウント９よりも小さく、厚さは０．５ｍｍから１５ｍｍが多用されるが本実施例では６ｍｍとした。
【００３７】
また、第２のシール部材２２と第３のシール部材２３との間には、第２の集電円板３２が介装されている。第３のシール部材２３の中心には貫通孔が形成されており、その貫通孔にはリード棒６が挿入されていて第３のシール部材２３に固定されている。また、その貫通したリード棒６の端部は、第２の集電円板３２を貫通して第２のシール部材２２の端部に挿入されて固定されている。これにより、リード棒６は、電気的に第２の集電円板３２に接続されるとともに第２のシール部材２２に機械的に保持されている。ただし、リード棒６の端部は、第２の集電円板３２を貫通せずにそれに電気的に接続されるだけもよい。
【００３８】
第１の集電円板３１の外周面と、この第１の集電円板３１の両側に位置する第１のシール部材２１及び第２のシール部材２２の外周面とは、金属製の緩衝箔１５によって覆われている。金属製の緩衝箔１５として、本実施例では厚さ０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍの金属箔のなかでも厚さ０．０１５ｍｍを搭載し、更に箔には凹凸加工を施している。緩衝箔１５は、集電円板の厚さ同等以上の幅で巻き回し集電円板やシール箔に溶接されている。また、第２のシール部材２２の外周面上には、軸線方向と平行に、複数の短冊状のモリブデン製のシール箔２５（図１、図２Ａで実線と破線とを交互に引いたハッチングで示すもの）が、間隔を置いて配置されている。これらの電気的接続箔である緩衝箔１５及びシール箔２５によって、第１の集電円板３１と第２の集電円板３２とが電気的に接続されることになり、その結果、電極芯棒５とリード棒６とが電気的に接続されることになる。本実施例のシール箔は、厚さ０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍのナイフエッジ型モリブデン製シール箔の中でも、厚さ０．０４ｍｍの幅１２ｍｍのシール箔を５枚搭載した。
【００３９】
図２Ａに破線で示すように、口金２８がシール管部７の端部に取り付けられている。口金２８にはリード線が接続されていて口金２８を経由してリード棒６に外部の電源から電力が供給される。
【００４０】
また、図２Ａに示すように、第１の集電円板３１の外周面に接する部分のシール管部７には、位置Ａから位置Ｂまでの比較的肉厚の厚い部分と位置Ｂから後端までの比較的薄い部分とからなり、比較的肉厚の厚い部分において、第１の集電円板３１を囲繞する部分のシール管部７の厚さを肉厚ｔ１（ｍｍ）とし、比較的肉厚の薄い部分において、第２の集電円板３２を囲繞する部分のシール管部７の厚さを肉厚ｔ２（ｍｍ）とし、肉厚ｔ１が３．０≦ｔ１（ｍｍ）≦８．０の範囲にあり、肉厚ｔ２が１．５≦ｔ２（ｍｍ）≦４．０の範囲にあるとする。また、シール管部７において、シール管部７の肉厚が徐々に変化する部分の長さＬ１が、２≦Ｌ１（ｍｍ）であるとする。図２Ｂの二重管方式の場合には、シール管部の肉厚ｔ１及びｔ２は、それぞれの範囲において、シール管部７とシール管内管８とを合計した大きさである。
【００４１】
なお、図２Ａにおいて、口金２８の端部位置が、シール管部７の肉厚が薄くなった位置Ｂにあるように描いているが、その端部はその位置に特定されるものではない。
【００４２】
ここで、ショートアーク型放電ランプ１０を製造する際に、シール管部７内に電極マウント９を固定する概略の方法を説明する。まず、電極マウント９を用意し、電極マウント９をその外径よりも大きな内径を有するシール管部となる発光管封体１の筒状部の中に挿入する。この際に、上記のとおり、電極マウント９の球状部側に面する第１のシール部材２１の端面が、位置Ａから１０ｍｍ程度口金方向に離れるように電極マウント９を配置する。次に、シール管部となる筒状部の端部を火炎バーナーで加熱して封じ発光管封体１内を前出の排気管により減圧する。その減圧した状態で、電極マウント９を挿入したシール管部となる筒状部の外周を火炎バーナーで加熱する。その加熱により、シール管部７となる筒状部が溶融して収縮して電極マウント９の外周面に密着する。すなわち、シール管部７の内面が、第１のシール部材２１、第１の集電円板３１、第２のシール部材２２、第２の集電円板３２及び第３のシール部材２３の外周面と溶着する。これにより、電極マウント９とその筒状部とが密着してシール管部７が形成される。特に、シール部材２２の溶着性を高めるために、複数本の酸素と水素を利用した火炎バーナーにより、第１シール部材２１を溶着させるときよりも火力を上げている。また図２Ｂのような２重管構造の場合、石英ガラス製のシール管内管８と電極マウント９を先に溶封させた後に発光管封体１内に挿入し前述の同手法にて封着する。
【００４３】
［ランプ破裂の起点の応力の概念］
上記のように、肉厚ｔ１及びｔ２のように肉厚の大きさを異ならせ、それらの間に肉厚が変化する長さＬ１の部分を形成しているのは、ランプ点灯時に破裂の起点となる可能性が特に高い個所が、図２に示す位置Ｃの電極マウント９の球状体封体側の端面と、集電円盤３１の外周面にシール管部７が溶着されている部分とであるため、それらの部分を含むシール管部７の肉厚は厚くする必要がある一方、口金２８の寸法が規定されているため口金内に収容される部分のシール管部７の肉厚は厚くできないからである。
【００４４】
ショートアーク型放電ランプ１０においては、シール管部７上において、その内面が、第１のシール部材２１の球状部側の端面と接する位置Ｃと、第１の集電円板３１の外周面と接する位置Ｄとが、点灯時においてランプの破裂の起点となる傾向が強い。例えば、本実施形態に係るショートアーク型放電ランプ１０のランプ電力が１２ｋＷである場合には、点灯後約１５分経過すると、ランプ内の温度は８００Ｋから１２００Ｋ程度になる。その時に、点灯時のランプ内部圧力が高くなり、それらの位置が破裂の起点となってランプが破裂する傾向がある。
【００４５】
図３Ａ乃至図３Ｄは、シール管部７に、それぞれ、電極マウント９の第一シール部材２１−１乃至２１−４が溶着されたときに、溶着状態の相違により応力がどのように溶着部分にかかるかを説明するための概念図である。図３Ａと図３Ｂとの相違は、第一シール部材２１−１と２１−２の溶着角の向きが異なる点にある。図３Ｃ及び図３Ｄは両方とも第一シール部材２１−３及び２１−４が凹形状のものであり、図３Ｄはさらにシール管部がシール管部７及びシール管内管８の二重管構造になっている。詳しくは後述の通り、図３Ｃにおいては、溶着角はシール管部７と第一シール部材２１−３との間で形成されるが、図３Ｄにおいては、溶着角はシール管内管８と第一シール部材２１−４との間で形成される。
【００４６】
ランプの点灯時には、内部圧力が１．０ＭＰａから３．５ＭＰａ程度と高くなり、発光管封体１の球状体部の内面部には引張応力がかかる。球状体部は楕円ミラーなどの集光光学系として利用されるため、集光効率を向上させるために滑らかな曲線を持つように成型されている。また、配光特性を向上させ封体球面の石英ガラスの屈折率の変化を抑制するため、球状体部では肉厚の変化が少なく温度変化も少なくなるようにされており、その結果、球状体部の全体に比較的均一の応力が加わることになる。一方、シール管部７では、シール管部７に第一シール部材２１−１又は２１−２が溶着されている部分では、内径が同じでも外径が大きく相違することがある。すなわち、シール管部７の肉厚ｔが場所によって大きく変わり、断面積の相違が１０倍以上になることがある。また、シール管部７に、第一シール部材２１−１又は２１−２が溶着されている部分では、シール管部７の内面と石英円筒体の溶着された角の面との間には鋭角の隙間が形成される。その隙間を形成する角度を溶着角という。溶着部への応力の集中の大きさや向きは、溶着角の大きさや溶着角の向きによって相違する。
【００４７】
図３Ａは、シール管部７の内面に、第一シール部材２１−１（石英円筒体）が溶着された状態を示す。第一シール部材２１−１はその軸線がシール管部７の内面と平行になるように配置されている。第一シール部材２１−１のシール管部７の内面に溶着された角の丸みは比較的大であるが、溶着角は、シール管部７の内面から測った角度である。
【００４８】
図３Ｂは、図３Ａと同様に、シール管部７の内面に、石英円筒体の第一シール部材２１−２が溶着された状態を示す。この場合は、第一シール部材２１−２はその軸線がシール管部７の内面と平行になるように配置されている。第一シール部材２１−２がシール管部７の内面に溶着された角の丸みは比較的小である。なお、図３Ｂには示していないが、第一シール部材２１−２が溶着されたシール管部７の内面は内部に向かって少し盛り上がっている。このため、溶着角は、その盛り上がった内面の接線から測った角度になる。
【００４９】
図３Ｃは、シール管部７の内面に凹形状の第一シール部材２１−３が溶着された構造を示す。この場合には、溶着角は、図３Ａと同様に、シール管部７の内面と第一シール部材２１−３の角の面との間に形成され、ほぼシール管部７の内面から図った角度になる。
【００５０】
図３Ｄでは、シール管部は、シール管部７の内側にシール管内管８が配置された二重構造となっており、内側のシール管内管８の内面に凹形状の第一シール部材２１−４が溶着されている。シール管内管８の先端は内側に縮径して変形している。この場合には、溶着角は、シール管内管８の内面と第一シール部材２１−４の角の面との間に形成され、シール管内管８の内面から図った角度になる。
【００５１】
一般的に、応力は石英円筒体の内部に放射状に広がった後に所定部分に集中することになる。図３Ａにおいては、溶着角が比較的シール管部７の内面に沿った方向であるため、応力の集中する方向は、その図に白矢印で示すように、ランプの軸線方向になる。一方、図３Ｂにおいては、溶着角は比較的石英円筒体の端面に沿った方向であるため、応力の集中する方向は、その図に白矢印で示すように、シール管部７の肉厚方向になる。
【００５２】
溶着角は、石英円筒体の丸みにより白矢印で示すように、応力集中方向となる角度中心方向が変化する。この方向は、石英円筒体の丸みだけに起因するものではなく、火炎バーナー溶封作業によりシール管内面が内側に食い込むことにより角度方向が変化する場合もある。
【００５３】
これらの集中した応力にはシール管部７の肉厚を厚くすることで対応することが可能になる。つまり、シール管部７の内面から外面までの距離が保てるため応力を広く分散することができるようになるので、溶着点や鋭角部分に応力が集中してもその応力を分散し結果的に強度を向上させることができるからである。
【００５４】
上記の通り、特に、図３Ａにおいては、ランプの軸線方向に集中した応力が向いている。また、応力には作用と反作用の力があり、特に引張応力が集中した部位周辺には圧縮応力が存在するので、圧縮耐性がないと引張応力によってシール管部７のその部位が破裂することになる。このため、その応力の向く軸線方向に沿ってシール管部７の所定の長さにわたって肉厚を大きくする必要がある。これにより、軸方向での応力緩和を図り、結果的に、耐圧強度をさらに向上させることができるようになる。
【００５５】
また、肉厚差が大きいと、例えば、３ｍｍを超えると、肉厚差のある部分におけるシール管部を含む電極マウントの断面方向の体積差が大きくなり、火炎バーナーでの溶融作業にバラつきやムラが発生しシール作業性が悪化することになる。また、部分的気密封着性能が低下する。つまり、シール箔裏側の溶着が不足し、例えば、シール箔幅１０ｍｍの場合、５ｍｍから１０ｍｍ程度の浮きが発生することになる。気密性が悪い場合には、点灯時に外部からの酸化現象が促進し、酸化物の体積増によるクラックの発生や、シール箔と集電円盤の溶接部の酸化現象による溶断などの不具合が発生する可能性が高い。一方、肉厚差が小さいと、例えば、０．５ｍｍ未満の場合には、リード線側の気密封着性能が低下することがある。このため、最適な肉厚差を検討する必要がある。
【００５６】
［実施例１］
図２に示すように、第１の集電円盤３１を囲繞する部分のシール管部７の厚さを肉厚ｔ１（ｍｍ）と、第２の集電円盤３２を囲繞する部分のシール管部７の厚さを肉厚ｔ２（ｍｍ）との厚さを変化させて組み合わせた場合に、それらの肉厚の差と、ｔ１に対するｔ２の比率と、ｔ１に対する肉厚差の比率を調べてみた。その結果を図４に示す。
【００５７】
図４において、ｔ１及びｔ２は肉厚（ｍｍ）を表し、ｔ３はｔ１とｔ２との差（肉厚差）を表し、ｔ２／ｔ１はｔ１に対するｔ２の比率（％）（肉厚比）を表し、ｔ３／ｔ１はｔ１に対するｔ３の比率（％）（肉厚差比）を表わす。例えば、ｔ１が４．０ｍｍで、ｔ２が３．０ｍｍの場合には、肉厚差ｔ３は１．０ｍｍになり、肉厚比ｔ２／ｔ１は７５％になり、肉厚差比ｔ３／ｔ１は２５％になった。
【００５８】
この実施例１において、ｔ１が４．０ｍｍ、ｔ２が３．５ｍｍのときには、肉厚差比ｔ３／ｔ１が１３％である。１３％以上の場合には、肉厚が変位する部分Ｌ１に応力が集中し、耐圧強度が０．８ＭＰａから１．５ＭＰａ程度まで低下する。また、ｔ１の肉厚が３ｍｍ未満の場合には、強度が、２．０ＭＰａから３．５ＭＰａ程度まで低下する。一方、ｔ１の肉厚が８ｍｍを超えると、強度は３．５ＭＰａから５ＭＰａまで向上する。ただし、肉厚が８ｍｍを超えると、火炎バーナーによってシール管部７内に電極マウント９を溶着させる場合に、火炎バーナーの火力を高めて時間を長くして溶融を図る必要があり、この場合には、火炎バーナーの火力により封体が変形し、端部の溶着が十分に行えず、強度に３．０ＭＰａから５．０ＭＰａの間のばらつきが生じてしまうことがある。
【００５９】
実施例１の観点から、シール管部７の厚さを肉厚ｔ１（ｍｍ）とシール管部７の厚さを肉厚ｔ２（ｍｍ）との差ｔ１−ｔ２及び比率ｔ２／ｔ１を一般化して検討した。図５Ａから図５Ｃにその結果を示す。
【００６０】
図５Ａは、肉厚の差ｔ１−ｔ２が、０．５ｍｍの場合と３．０ｍｍの場合との２つの関係を示すグラフ１である。ｔ１−ｔ２が０．５ｍｍの場合はひし形を結ぶ上側の直線によって表され、ｔ１−ｔ２が３．０ｍｍの場合は矩形を結ぶ下側の直線によって表される。両直線は平行であり、２本の直線の間に、肉厚の差ｔ１−ｔ２が０．５ｍｍから３．０ｍｍまで相違する場合の関係が存在することになる。
【００６１】
図５Ｂは、肉厚の比率ｔ２／ｔ１が、０．５（５０％）の場合と１．０（１００％）の場合との２つの関係を示すグラフ２である。比率ｔ２／ｔ１が０．５（５０％）の場合がひし形を結ぶ下側の直線になり、比率ｔ２／ｔ１が１．０（１００％）の場合が矩形を結ぶ上側の直線となる。これらの２本の直線の間に、比率ｔ２／ｔ１が０．５（５０％）から１．０（１００％）まで相違する場合の関係が存在することになる。
【００６２】
図５Ｃは、図５Ａのグラフ１と図５Ｂのグラフ２とを重ね合わせたグラフを示す。このグラフにおいて、グラフ１とグラフ２とにそれぞれ示された２つの直線のすべてに挟まれた領域に斜線を入れている。この領域においては、最適な肉厚差及び肉厚比を得ることができる。
【００６３】
以上、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプについて説明したが、本発明は上記の実施形態に拘束されるものではなく、当業者が容易になしえる追加、削除、改変等は、本発明に含まれるものであり、また、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められることを承知されたい。例えば、シール部材を石英ガラスではなくオゾンレス石英等他の適切な材料を用いて作ってもよい。それらのシール部材の材質を異ならせてもよい。第１シール部材はガラス以外の例えばモリブデン製の材料でも良い。この場合、モリブデン製の第１シール部材にシール金属箔を電気的に溶接すれば集電円板と同機能を果たす。また、水銀を封入せずにキセノンガスのみを封入したショートアーク型キセノンランプやフラッシュ点灯方式の希ガスショートアーク型放電ランプにおいても上記の実施形態に係る手法が適用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・発光管封体
２・・・陽極
３・・・陰極
５・・・電極芯棒
６・・・リード棒
７・・・シール管部
８・・・シール管内管
９・・・電極マウント
１０・・・ショートアーク型放電ランプ
１１・・・ゲッター材
１５・・・金属製緩衝箔
２５・・・シール箔
２１・・・第１のシール部材
２２・・・第２のシール部材
２３・・・第３のシール部材
３１・・・第１の集電円板
３２・・・第２の集電円板
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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