(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極の凹部に金属箔を介して、電極支持棒を挿入した放電ランプにおいて、
電極の凹部は電極内側に向かうにつれ細くなるテーパーとなっており、電極支持棒の挿入部も先端に向かうにつれ径が細くなるテーパーとなっており、その二つのテーパー角は同角であり、前記テーパー角はθ≧０．８°であることを特徴とする放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプに関し、特に、半導体や液晶パネルやプリント配線基板などのパターンを形成する露光装置に使用される放電ランプや、映写機及びプロジェクター等の光源として使用される放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体や液晶パネルやプリント配線基板などのパターンを形成する露光装置や、映写機及びプロジェクター等の光源として使用される放電ランプは、発光空間を形成する発光管の両端に封止管が連接されてなるバルブを有し、このバルブの発光管内に、一対の電極が互いに対向するように配置されるとともに、例えば希ガスおよび水銀などが封入されており、電極の各々は、バルブの封止管から発光管に向かって管軸に沿って伸びる電極支持棒の挿入部に固定されて支持されている。
【０００３】
また、電極支持棒の挿入部に電極を固定する手段としては、例えば特開２００１−２３５６６号公報に記載されるように、電極の端部に開口するように凹部を形成し、この凹部に金属箔を介して電極支持棒の挿入部を保持する手段が知られている。
【０００４】
図７は、従来の放電ランプの電極１３と電極支持棒１５を示した断面図である。電極１３の端部１３ａに開口し、電極１３の先端に向かって径がわずかに小さくなるようにテーパー状の凹部１４を形成するとともに、電極支持棒１５の挿入部１５ａを、電極１３の凹部１４に適合する形状すなわち先端に向かって径がわずかに小さくなるようテーパー状に加工され、更にこの挿入部１５ａの周面に金属箔１６を形成している。
【０００５】
さらに、電極１３の凹部１４に電極支持棒１５の挿入部１５ａが挿入され、電極支持棒１５の挿入部１５ａを、その全体が電極１３の凹部１４内に収容されるよう圧入することにより、金属箔１６が挿入部１５ａと凹部１４との間にあり、電極支持棒１５の挿入部１５ａが電極１３の凹部１３ａ内に挿入されて固定されている。電極１３の凹部１４と電極支持棒１５の挿入部１５ａのテーパー角２０は、例えば、軸方向に２０ｍｍ進むと、径方向に０．０６ｍｍずれる形状、すなわち０．０９°となっている。
【０００６】
しかしながら、テーパー角２０が０．０９°のときのように、電極１３に電極支持棒１５がほぼ垂直な面で接して挿入されると、電極１３もしくは電極支持棒１５の径方向のわずかな寸法誤差が、軸方向に大きな寸法誤差となる。図８は、電極１３と電極支持棒１５の径方向の寸法誤差が、軸方向の寸法に与える影響を示した図である。図８（ａ）に示すように、電極１３の凹部１４の径がわずかに小さい場合、もしくは電極支持棒１５の挿入部１５ａの径がわずかに大きい場合は、電極１３と電極支持棒１５を挿入することができない。また、図８（ｂ）に示すように、電極１３の凹部１４の径がわずかに大きい場合、もしくは電極支持棒１５の挿入部１５ａの径がわずかに小さい場合は、電極１３と電極支持棒１５は軸方向に大きくずれて寸法誤差となり、さらには固定することができないこともある。
【０００７】
そこで、モリブデン箔やタンタル板などを電極支持棒１５の挿入部１５ａに巻き回して、金属箔１６の厚みを、試行錯誤を繰り返して調整している。金属箔１６の厚みや巻き回し数や位置を調整して、電極１４と電極支持棒１５の径方向の寸法誤差を補正して、軸方向の寸法誤差を相殺している。
【０００８】
しかし、電極支持棒１５による電極１３の保持力は、金属箔１６の弾性力により、金属箔１６が電極支持棒１５の挿入部１５ａ及び電極１３を押すことにより発生する摩擦力である。そのため、電極支持棒１５による電極１３の保持力は、金属箔１６の厚みによって異なるようになるので、製品間において保持力が異なり、大きなバラツキが生じる。特開２００１−２３５６６号公報には、電極支持棒１５による電極１３の保持力は、１０００ｋｇｆで押したときの引き抜き強度が４０ｋｇｆ〜２５０ｋｇｆとなることが記載されている。放電ランプに加える電力の増加により、電極質量が大きくなれば、従来よりも大きな保持力が必要となり、電極支持棒１５による電極１３の保持力がバラツキのために小さくなるときには、放電ランプの輸送中あるいは点灯中において、電極支持棒１５から電極１３が脱落してしまうことがある。
【特許文献１】特開２００１−２３５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、電極の凹部に金属箔を介して電極支持棒を挿入し、その軸方向の寸法精度が優れ、さらに電極支持棒による電極の保持力に製品間でバラツキがなく、確実に保持できる放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電極の凹部に金属箔を介して、電極支持棒を挿入した放電ランプにおいて、電極の凹部は電極内側に向かうにつれ細くなるテーパーとなっており、電極支持棒の挿入部も先端に向かうにつれ径が細くなるテーパーとなっており、その二つのテーパー角は同角であり、前記テーパー角はθ≧０．８°であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
電極の凹部と電極支持棒の挿入部テーパー角を、θ≧０．８°とすることによって軸方向の寸法精度が向上する。また、製品間において安定した保持力で電極支持棒の挿入部に電極を支持し、その保持力にバラツキが生じず、確実に保持できる放電ランプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、図面に基づいて本発明の放電ランプを説明する。
図１は、本発明に係る放電ランプの一例における構成の概略を示す説明用断面図である。この放電ランプにおけるバルブ１０は、石英ガラスにより形成され、楕円球形の発光管１１と、この発光管１１の両端から外方に伸びるよう連設された封止管１２とよりなる。
【００１３】
バルブ１０の発光管１１内には、それぞれタングステンよりなる電極１３が互いに対向するように配置されており、タングステンよりなる円柱状の電極支持棒１５の先端に支持されている。
【００１４】
バルブ１０の発光管１１内には、キセノン、アルゴン、クリプトン等の希ガスもしくはこれらの混合物よりなる封入ガス、および必要に応じて水銀などの発光物質が封入されている。
【００１５】
封入ガスの圧力は、封入時において例えば０．１〜１０ａｔｍであり、発光物質として水銀を用いる場合には、その封入量は、例えばバルブ１０における発光管１１の内容積当たりの重量で０．５〜６０ｍｇ／ｃｃである。
【００１６】
図２を用いて電極支持棒が電極に保持する状態を説明する。
電極１３は、例えば外径φ１０ｍｍ以上、長さ１０ｍｍ以上、質量１００ｇ以上であり、端部１３ａに開口する凹部１４を有する。この凹部１４は、電極内側に、先端に向かって径が小さくなるようなテーパーになっている円柱状の嵌挿部を形成している。電極１３の凹部１４のテーパー角２０は、端部１３ａから続くテーパーが垂直方向からどれくらい傾いているか、その角度をいう。また、電極支持棒１５は、例えば直径φ２ｍｍ以上であり、先端の挿入部１５ａを先端に向かうにつれて径が小さくなるようなテーパーに加工されている。電極支持棒１５の挿入部１５ａのテーパー角２０は、電極支持棒１５の先端から続くテーパーが垂直方向からどれくらい傾いているか、その角度をいう。また、電極１３の凹部１４のテーパー角２０と電極支持棒１５の挿入部１５ａのテーパー角２０は略同角になっている。
【００１７】
電極１３の凹部１４には、金属箔１６を介して、電極支持棒１５が挿入される。金属箔１６は、タンタル箔またはモリブデン箔よりなり、形状に限定されないが、図３に示すように、半円以上の円筒状であることが好ましい。このような断面形状がＣ字状のものには、内部ガスを抜く効果もある。金属箔１６は、それ自体の延性により、電極支持棒１５を電極１３の凹部１４に挿入して圧入した時に、圧入荷重が電極１３のある一点に加わることを防ぎ、電極１３が割れないようにしている。
【００１８】
電極支持棒１５の挿入部１５ａと電極１３の凹部１４のはめ合い公差ｘは、電極支持棒１５の軸径および電極１３の凹部１４の穴径の加工精度に左右され、その精度はＪＩＳ規格により定められている。すきまばねの圧入の場合、例えば電極支持棒１５の軸径をφ６ｍｍもしくはφ８ｍｍとしたとき、ＪＩＳ規格ＪＩＳＢ０４０１−２「寸法公差及びはめあいの方式  第２部：穴及び軸の公差等級並びに寸法許容差の表」Ｐ１１(穴の寸法許容差)とＰ２８(軸の寸法許容差)における最も厳しい精度で加工すると、軸径の公差は−０．００１ｍｍ、穴径の公差は＋０．００１ｍｍとなり、はめ合い公差ｘは最大０．００２ｍｍとなる。
【００１９】
また、軸方向の寸法誤差ｙは、テーパー角２０をθとしたとき、三角関数より、軸方向の寸法誤差ｙ＝（はめ合い公差ｘ）／ｔａｎθの関係が成り立つ。図４のグラフは、横軸にテーパー角２０をとり、縦軸に軸方向の寸法誤差ｙをとり、その関連を示した図である。電解研磨等を用いて厳しい精度で加工したとき、すなわち、はめ合い公差ｘが０．００２ｍｍのときのテーパー角２０と軸方向の寸法誤差ｙの関係をａに示し、大量生産するために精密旋盤までで加工したとき、すなわち、はめ合い公差ｘが＋０．０２ｍｍのときのテーパー角２０と軸方向の寸法誤差ｙの関係をｂに示す。図４に示すように、はめ合い公差ｘが＋０．００２ｍｍで、テーパー角２０が０．０９°のとき、軸方向の寸法誤差ｙは０．６７ｍｍとなる。この軸方向の寸法誤差ｙを精密旋盤までで加工して実現する、すなわち、はめ合い公差ｘが＋０．０２ｍｍのときに満足させるためには、テーパー角を０．８°以上に取らなければならないことがわかる。
【００２０】
このようなテーパー角２０を有する電極１３と電極支持棒１５を、図２のように、電極支持棒１５の挿入部１５ａに金属箔１６を巻き回した電極支持棒１５を、電極１３の凹部１４に挿入して圧入荷重をかけると、テーパー角２０を大きくすることにより電極支持棒１５が電極１３を押し付ける力が大きくなるので、金属箔１６が挿入部１５ａと凹部１４との間で押し潰されて分布し、電極１３の凹部１４と電極支持棒１５の挿入部１５ａを密着させることができる。電極１３と電極支持棒１５は密着しているので、電極１３の押さえ込む力を、直接伝えあうことができ、電極支持棒１５による電極１３の保持力は金属箔１６に影響されない。
【００２１】
以上より、電極１３の凹部１４と電極支持棒１５の挿入部１５ａのテーパー角２０を０．８°以上とすることによって、電極支持棒１５と電極３のはめ合い公差ｘを大きくしても、高さ方向への変位は小さくなるため、軸方向の寸法誤差ｙを適正範囲に収めることができる。
【００２２】
また、電極１３の押さえ込む力を、金属箔１６を介して電極支持棒１５に直接伝えることができるので、電極支持棒１５による電極１３の保持力にバラツキを生じさせず、製品間において安定した保持力で電極支持棒１５の挿入部に電極１３を保持することができる。
【００２３】
続いて、本発明の放電ランプの電極支持棒による電極の保持力の強度試験を行った。
実験対象として用いた電極と電極支持棒の仕様を以下に示す。
＜仕様＞
電極：タングステン製、直径φ２５ｍｍ、全長３８ｍｍ、凹部最大径φ６．２ｍｍ、凹部全長３８ｍｍ
電極支持棒：タングステン製、直径φ６ｍｍ、挿入部全長２５ｍｍ
金属箔：モリブデン製
電極の凹部と電極支持棒の挿入部テーパー角を、１．１°、２．８°、５．７°とした３通りの電極と電極支持棒を作成した。電極の凹部に電極支持棒の挿入部を所定の圧入荷重をかけて挿入し、その後、電極と電極支持棒に引き抜くように力を加え、電極支持棒が電極の凹部から抜けたときの力を測定し、それを引き抜き強度とした。なお、圧入荷重は、２０ｋｇｆ、５０ｋｇｆ、１５０ｋｇｆ、５００ｋｇｆ、１０００ｋｇｆとした。
【００２４】
図５は、強度試験結果を示したグラフである。横軸を圧入荷重、縦軸を引き抜き強度とし、実験結果をプロットし、テーパー角１．１°、２．８°、５．７°それぞれについて近似曲線を引いた。その近似曲線の傾きは、テーパー角１．１°、２．８°、５．７°に対してそれぞれ、０．５７、０．５２、０．３１であった。このグラフより、圧入荷重と引き抜き強度は一定の関係にあり、一定のテーパー角において一律に決まるものであることがわかった。また、テーパー角が大きい方が、電極支持棒による電極の保持力に製品間でのバラツキが小さくなることがわかった。これより、テーパー角を０．８°以上にしても、十分な保持力が得られ、さらに、製品間でのバラツキが小さくなるため、従来よりも小さな保持力でも確実に保持できることがわかった。
【００２５】
図６は、図５の強度試験結果から得られたデータを示したグラフである。横軸をテーパー角、縦軸を引き抜き強度／圧入荷重とし、図５の強度試験結果から得られたデータをプロットし、近似曲線を引いた。このグラフより、テーパー角が小さい方が圧入荷重に対する引き抜き強度が大きくなることがわかった。また、テーパー角を８°以上にすると、電極支持棒による電極の保持力が働かなくなることがわかった。
【００２６】
以上の実験結果より、テーパー角を０．８°以上にすることによって、精密旋盤までで加工を終了して、はめ合い公差ｘが＋０．０２ｍｍのときでも、軸方向の寸法誤差０．６７ｍｍとすることができ、軸方向の寸法精度が向上し、電極支持棒による電極の保持力に製品間でのバラツキが小さくなり、確実に保持できることが確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の放電ランプの概略断面図
【図２】本発明の放電ランプの拡大断面図
【図３】本発明の放電ランプの金属箔の斜視図
【図４】テーパー角と開口部径公差に対する軸方向寸法誤差の関係図
【図５】圧入荷重と引き抜き強度の関係図
【図６】テーパー角と引き抜き強度／圧入荷重の関係図
【図７】従来の放電ランプの拡大断面図
【図８】従来の放電ランプの拡大断面図
【符号の説明】
【００２８】
１０            バルブ
１１            発光管
１２            封止管
１２ａ          絞り込み部
１３            電極
１３ａ          端部
１４            凹部
１５            電極支持棒
１５ａ          挿入部
１６            金属箔
２０            テーパー角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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