(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管の両端に封止管が連設されてなる放電容器と、前記発光管の内部に配置された電極と、前記封止管の内部に配置されたガラス部材を備え、前記ガラス部材の外周面に複数枚の金属箔が形成され、当該金属箔の一端を電気的に接続する内部リードと、前記内部リードを挿通した状態で支持する保持用筒体と、前記ガラス部材に一端が挿入された外部リードと、前記外部リードを挿通する外部石英管を有し、前記金属箔の他端を接続した集電板を介して外部リードが電気的に接続された放電ランプにおいて、
前記外部石英管と前記外部リードの外周に形成された隙間に低融点ガラスを備え、前記ガラス部材と前記外部リードの外周に形成された隙間に前記低融点ガラスが設けられていない空隙が形成されている、ことを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
ルビジウム酸化物が前記金属箔の周囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶や半導体、プリント基板などの露光装置の光源に用いられる放電ランプに関する。特に、封止部がモリブデンからなる金属箔によって封止された箔シール構造の放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
放電ランプの給電構造として、電極が封止管に埋設された金属箔に接続され、金属箔の他端に外部リードが接続されて導通をとるものが知られている。このような箔シール構造の封止部を有する放電ランプは、封止管を構成する石英ガラスと外部リードを構成するモリブデンあるいはタングステンの膨張係数が異なることに起因して、封止管と外部リードの外周との間に微細な隙間が形成される。このような隙間が存在するため、金属箔と外部リードの表面まで大気が侵入し、点灯時に金属箔および外部リードの酸化が大幅に促進される、という問題があった。その結果、封止管にクラックが発生することや、金属箔が溶断するなどして、放電ランプの寿命を短くしていた。
【０００３】
このような問題を解決する手段として、特開２００４−３１９１７７公報に示す技術が知られている。図４に示すように、液晶プロジェクタ用に用いられる放電ランプにおいて、封止管２と外部リード９の外周に形成された隙間に、ルビジウム酸化物２２からなる封着材を充填し、封止管２の外端部に酸化ホウ素と酸化ビスマスを主成分とする低融点ガラス２０を付着している。このような構造にすることにより、封止管２の外端面の大気の侵入口を塞いで外部リード９および箔を外気から遮断することができ、封止部の耐熱温度を向上させることができる。さらに、高温にさらされる状況下での使用寿命を延ばすこともできる。
【特許文献１】特開２００４−３１９１７７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、露光装置の光源に用いられる大型の放電ランプの寸法は、液晶プロジェクタ用に用いられる放電ランプに比べ約一桁近く大きくなり、封止管２と外部リード９の外周に形成された隙間も、当然広がってきている。それ故に、露光装置の光源に用いられる大型の放電ランプに、上記する構成、すなわち、封止管２と外部リード９の外周に形成された隙間に封着材を充填し、封止管２の外端面に低融点ガラス２０を付着させる構成を適用しても、隙間に外気が流入し、金属箔が酸化してしまう問題が発生した。露光装置の光源に用いられる放電ランプの点灯時の封止管２の外端面４２側の温度は、概ね１５０〜３００℃であるが、低融点ガラス２０の軟化点は４４０℃であるため、放電ランプの点灯中でも低融点ガラス２０は粘性を有さず、表面に微小クラックが存在している。この微小クラックから外気が流入していると考えられる。
【０００５】
図５は、露光装置の光源に用いられる放電ランプの封止部の外端側を示す拡大断面図である。
そこで、図５に示すように、封止管２の外端面４２側から通じ、外部リード９の外周に沿って形成される隙間３０全体に低融点ガラス２０を設けることにした。つまり、外部石英管１３と外部リード９の外周に形成された隙間３１、ガラス部材４と外部リード９の外周に形成された隙間３２、外部石英管１３とガラス部材４との間に形成された隙間３３、封止管２と外部石英管１３の外周に形成された隙間３４、および、封止管２とガラス部材４の外周に形成された隙間３５に、低融点ガラス２０を満たしている。低融点ガラス２０を設けることによって、隙間３０を埋めて、外気の流入路を塞いでいる。十分な量の低融点ガラス２０で隙間３０満たして塞ぐことによって、外部から内部まで貫通する微小クラックをなくして、外気の流入を防ぎ、金属箔５を外気から遮断できる。
【０００６】
しかしながら、ガラス部材４と外部リード９の外周との隙間３２に形成された低融点ガラス２５は、放電ランプの点灯時に５００℃程度になる。低融点ガラス２５は粘性を有して微小クラックを塞ぐが、熱膨張もする。一方、封止管２の外端面４２側の温度は３００℃程度に留まるため、外部石英管１３と外部リード９の外周との隙間３１に形成された低融点ガラス２６は軟化せず、放電ランプの点灯時も消灯時の位置に留まる。
【０００７】
ガラス部材４と外部リード９の外周との隙間３２に形成された低融点ガラス２５は熱膨張しようとするが、外部石英管１３と外部リード９の外周との隙間３１に形成された低融点ガラス２６は消灯時の位置に留まって、蓋のようになって、低融点ガラス２６の膨張を阻止する。熱膨張する低融点ガラス２６は行き場をなくし、ガラス部材４を破損する場合がある。
本発明は、上記の問題点に鑑み、露光装置の光源に用いられる放電ランプにおいて、封止部を破損せずに、封止管の外端面の大気の侵入口を塞いで金属箔を外気から遮断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】
【０００８】
本願第１の発明は、発光管の両端に封止管が連設されてなる放電容器と、前記発光管の内部に配置された電極と、前記封止管の内部に配置されたガラス部材を備え、前記ガラス部材の外周面に複数枚の金属箔が形成され、当該金属箔の一端を電気的に接続する内部リードと、前記内部リードを挿通した状態で支持する保持用筒体と、前記ガラス部材に一端が挿入された外部リードと、前記外部リードを挿通する外部石英管を有し、前記金属箔の他端を接続した集電板を介して外部リードが電気的に接続された放電ランプにおいて、前記外部石英管と前記外部リードの外周に形成された隙間に低融点ガラスを備え、前記ガラス部材と前記外部リードの外周に形成された隙間に前記低融点ガラスが設けられていない空隙が形成されている、ことを特徴とする。
また、本願第２の発明は、本願第１の発明において、ルビジウム酸化物が前記金属箔の周囲に形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る放電ランプによれば、ガラス部材の外周面に金属箔が配置され、外部リードの一端がガラス部材に挿入された放電ランプにおいて、外部石英管と外部リードの外周に形成された隙間に低融点ガラスを備えることによって、大気の侵入口を塞いで金属箔を外気から遮断できる。さらに、ガラス部材と外部リードの外周に形成された隙間に、低融点ガラスが設けられていない空隙を形成することによって、低融点ガラスが熱膨張できる余裕ができ、封止部の破損を抑制できる。また、金属箔の周囲に、ルビジウム酸化物を形成することによって、金属箔をより効果的に外気から遮断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、放電ランプの構成の概略を示す断面図である。
放電ランプは、例えば石英ガラスなどの光透過性材料よりなり、概略球状の発光管３とその両端に連続して外方に伸びる封止管２とを有する放電容器１を具え、発光管３の内部には、各々例えばタングステンからなる陽極６および陰極７が対向配置されている。放電容器１内には、発光物質としての水銀および始動補助用のバッファガスとしての例えばキセノンガスがそれぞれ所定の封入量で封入されている。水銀の封入量は、例えば１〜７０ｍｇ／ｃｍ３の範囲内、例えば２２ｍｇ／ｃｍ３とされ、キセノンガスの封入量は例えば０．０５〜０．５ＭＰａの範囲内、例えば０．１ＭＰａとされる。
【００１１】
ガラス部材４の外周面に、互いに周方向に離間して、複数枚例えば６枚の帯状の金属箔５が放電ランプの管軸方向に沿って互いに並行に配設されている。金属箔５は、例えばタングステン、タンタル、ルテニウム、レニウム等の高融点金属またはそれらの合金により構成することができるが、溶接のしやすさ、溶接熱の伝導性がよいことなどの理由から、モリブデンを主成分とする金属により構成されていることが好ましい。各々の金属箔５は、厚みが例えば０．０２〜０．０６ｍｍ、幅が例えば６〜１５ｍｍである。また、ガラス部材４の外部石英管１３側の端面には、直径６ｍｍの外部リード９が挿入される穴が設けられている。
【００１２】
各々の金属箔５の一端が内部リード８に電気的に接続され、他端が外部リード９に電気的に接続される。具体的には、内部リード８は保持用筒体１０に挿通された状態で支持され、内部リード８の封止部側には金属板１１が固定されており、金属箔５が金属板１１に溶接されることにより、内部リード８と金属箔５とが電気的に接続される。ガラス部材４に挿入された外部リード９は外部石英管１３に挿通された状態で支持され、外部石英管１３の発光管側の端面から外周面を覆うように集電板１２が設けられ、金属箔５が集電板１２の外周面に溶接されることにより、外部リード９と金属箔５とが電気的に接続される。集電板１２は、例えば、外部石英管１３の外周面に複数の金属リボンを放射状に渡すことによって形成されている。
【００１３】
封止管２とガラス部材４とを金属箔５を介して溶着して封止することにより、発光空間と外気空間が分けられている。ガラス部材４より外端側は外気空間となっているため、封止管２の外端面側から通じる隙間は外部と連通している。タングステンやモリブデンなどの金属の熱膨張率と、石英ガラスの熱膨張率とは約１桁違うので、金属の熱膨張を許容すべく、金属と石英ガラスとの間には隙間が設けられている。放電ランプの入力電力が増大することや、封止部の軸方向の長さを短くすることにより、封止管２の外端面側が高温になりやすい。金属箔５の外端面側は外気空間となっている隙間に連通しており、高温にさらされると酸化しやすい。そこで、隙間に低融点ガラスを充填して、大気中の酸素が隙間から侵入して金属箔５を酸化させないようにしている。
【００１４】
図２は、低融点ガラス２０が設けられていない空隙２１が形成されている放電ランプの封止部の外端側を示す拡大断面図である。
封止管２の外端面４２から通じる隙間３０において、低融点ガラス２０が熱膨張できる空間を設けるべく、外部リード９の先端部４１の外周に、低融点ガラス２０が設けられていない空隙２１を形成している。つまり、ガラス部材４と外部リード９の外周に形成された隙間３２に低融点ガラス２０が設けられていない隙間２１を形成し、外部石英管１３と外部リード９の外周に形成された隙間３１、外部石英管１３とガラス部材４との間に形成された隙間３３、封止管２と外部石英管１３の外周に形成された隙間３４、および、封止管２とガラス部材４の外周に形成された隙間３５に、低融点ガラス２０を満たしている。
低融点ガラス２０は、酸化ホウ素と酸化ビスマスを主成分とし、この主成分の合計重量が全体の重量の７０％以上である。また、ＤＴＡ転移温度は３７０℃〜５５０℃の範囲にある。なお、ＤＴＡ転移温度は酸化ホウ素と酸化ビスマスの組成比によって異なり、通常、ＤＴＡ転移温度が高くなるに伴い融点も高くなる。
【００１５】
空隙２１が形成された低融点ガラス２０は次のようにして設けることができる。
溶融した低融点ガラス２０を封止管２の外端面４２から、外部石英管１３と外部リード９の外周に形成された隙間３０に注入する。低融点ガラス２０が注入される以前の隙間３０には空気があり、封止管２の外端面４２側以外に空気の抜け穴がないため、外部石英管１３と外部リード９の外周に形成された隙間３１に低融点ガラス２０を滴下しても、そのまま隙間３０を満たすことはできない。そのため、隙間３０の中の空気を外に出しつつ、低融点ガラス２０を滴下する。このようにして形成されるため、注入口側に低融点ガラス２０が配設され、隙間３０の先端側に空気が満たされる。十分な量の低融点ガラス２０が注入されて自然冷却により固化されると、封止管２の外端面４２近傍の隙間３０は低融点ガラス２０で充填され、注入口から遠い外部リード９の先端部４１の外周は低融点ガラス２０が設けられていない空隙２１が設けられる。
また、放電ランプの使用時は、点灯中のガラス部材４と外部リード９の外周に形成された隙間３２の温度が４５０℃を超えるので、隙間３２に注入された低融点ガラス２０は軟化する。しかし、低融点ガラス２０が溶けて流れ出すほどの温度までには上昇しない。そのため、低融点ガラス２０は初めに設けた位置に留まり、外部リード９の先端部４１の外周に形成された空隙２１が埋められることはない。
【００１６】
放電ランプの入力電力を増大させることや、封止部の軸方向の長さを短くすることにより、放電ランプの点灯条件を厳しくすると、封止管２の外端面４２側も高温になりやすい。このような条件下で低融点ガラス２０が３００℃程度の温度差の熱膨張をした場合でも、低融点ガラス２０の周囲に空隙２１を予め設けることによって、低融点ガラス２０が外部リード９の先端部４１の外周において熱膨張できる空間的余裕があり、ガラス部材４または周囲の低融点ガラス２０を破損することがない。
また、空隙２１を設けても十分な量の低融点ガラス２０を隙間３０に設ければ、外気の流入路を塞ぐことができる。金属箔５を外気から遮断するために、低融点ガラス５は、隙間３０を塞ぐように径方向断面において密に配設され、微小クラックが貫通しない程度に外部リード９の軸方向に十分な長さにわたって形成される。
【００１７】
ガラス部材４の外周面に金属箔５が配置され、外部リード９の一端がガラス部材４に挿入された放電ランプにおいて、外部石英管１３と外部リード９の外周に形成された隙間３１に低融点ガラス２０を備えることによって、大気の侵入口を塞いで金属箔５を外気から遮断できる。さらに、ガラス部材４と外部リード９の外周に形成された隙間３２に、低融点ガラス２０が設けられていない空隙２１を形成することによって、低融点ガラス２０が熱膨張できる余裕ができ、封止部の破損を抑制できる。
【００１８】
図３は、低融点ガラス２０が設けられていない空隙２１が形成されている放電ランプの封止部の外端側を示す拡大断面図である。
図３に示す放電ランプの封止部は、図２に示す放電ランプの封止部の集電板１２を、ドーナツ状の円板よりなる集電板１４に替えている。集電板１４の側面に金属箔５を溶接することによって、外部リード９と金属箔５とを電気的に接続している。また、外部リード９は、外周面にモリブデンよりなる巻き箔１５を設けて外部石英管１３に挿通されている。石英ガラスよりなる外部石英管１３とタングステンよりなる外部リード９とが直接に接触しないようにしている。石英ガラスに比べてタングステンの熱膨張率は約１桁大きいが、巻き箔１５を設けて保持することによって、外部リード９の熱膨張による外部石英管１３の破損を防止できる。
【００１９】
低融点ガラス２０を外部石英管１３と外部リード９の外周に形成された隙間３１に設け、ルビジウム酸化物２２を封止管２と集電板１４の外周に形成された隙間３４、封止管２とガラス部材４の外周に形成された隙間３５に設けている。
低融点ガラス２０は、巻き箔１５が外気にさらされないように、封止管２の外端面４２から盛り上がるようにして巻き箔１５を覆っている。また、低融点ガラス２０は、微小クラックが外部から内部まで貫通しないように、外部石英管１３と外部リード９の外周に形成された隙間３１に入り込むように設けられる。低融点ガラス２０は外気の流入を抑えることを目的とするので、外部石英管１３と外部リード９の外周に形成された隙間３１を塞ぐように、径方向断面において密に配設され、微小クラックが貫通しない程度に、外部リード９の軸方向に少なくとも３ｍｍにわたって形成される。また、低融点ガラス２０に続いて、封止管２の外端面４２から通じる隙間３０の外部リード９の先端部４１の外周に、低融点ガラス２０が設けられていない空隙２１が形成されている。
【００２０】
金属箔５を覆うように、ルビジウム酸化物２２が設けられる。ルビジウム酸化物２２は、高温でも安定した化合物であるので、金属箔５と反応せず、侵食しない。低融点ガラス２０に加えて、ルビジウム酸化物２２を充填することによって、効果的に外気から遮断することができる。特に、金属箔５の外周にルビジウム酸化物２２を形成すれば、金属箔の酸化をより一層抑えることができる。
【００２１】
ルビジウム酸化物２２は、低融点ガラス２０を隙間３１に形成する前に、次のようにして設けることができる。
濃度が調整されたルビジウム硝酸塩の水溶液を、封止管２の外端面４２の隙間３０から適量滴下する。隙間３０にルビジウム硝酸塩の水溶液が充填された放電ランプを約１５０℃に加熱して乾燥させることにより、水分が蒸発してルビジウム硝酸塩が生成する。蒸発した水分は放電ランプの外部に放出される。さらに水素バーナーで加熱すると、ＮＯＸガスが放出されてルビジウム酸化物２２が生成される。
なお、ルビジウム硝酸塩の水溶液は、例えば、濃度が２ｍｏｌ／Ｌとなるように純水と硝酸ルビジウムを秤量し、純水に硝酸ルビジウムを溶解させて形成される。ルビジウム硝酸塩の水溶液を均一な被膜が得られるように注入し、量が不足するときは乾燥後に追加注入することもできる。注入と乾燥を複数回繰り返せば、厚い被膜を作ることもできる。
【００２２】
ガラス部材４の外周面に金属箔５が配置され、外部リード９の一端がガラス部材４に挿入された放電ランプにおいて、封止管２の外端面４２側から通じる隙間３０に低融点ガラス２０を備えることによって、大気の侵入口を塞いで金属箔５を外気から遮断できる。さらに、低融点ガラス２０の発光管側端面２３に続く発光管側に、低融点ガラス２０が設けられていない空隙２１を形成することによって、低融点ガラス２０が熱膨張できる余裕ができ、封止部の破損を抑制できる。また、空隙２１に続く発光管側である、金属箔５の周囲にルビジウム酸化物２２を設けることによって、金属箔５をより効果的に外気から遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の放電ランプの構成の概略を示す断面図
【図２】本発明の放電ランプの封止部の外端側を示す拡大断面図
【図３】本発明の放電ランプの封止部の外端側を示す拡大断面図
【図４】従来の放電ランプの封止部の外端側を示す拡大断面図
【図５】放電ランプの封止部の外端側を示す拡大断面図
【符号の説明】
【００２４】
１        放電容器
２        封止管
３        発光管
４        ガラス部材
５        金属箔
６        陽極
７        陰極
８        内部リード
９        外部リード
１０      保持用筒体
１１      金属板
１２      集電板
１３      外部石英管
２０      低融点ガラス
２１      空隙
２２      ルビジウム酸化物
【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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