(57)【要約】      （修正有）【課題】電極が損耗することによる黒化を抑制する放電ランプを提供する。【解決手段】放電ランプ１は、紫外線を透過し、放電空間１２および放電空間１２の両端に封止部１４、１４が形成される気密容器１０と、放電空間１２の内部に封入される希ガスおよび水銀と、封止部１４、１４に一部が埋設して設けられ、軸部にコイル２４が巻かれて設けられ、軸部よりも外径が小さい先端部が放電空間１２に設けられる軸材２２を有する一対の放電電極２０、２０と、を有する。軸材２２は、軸部の外径をＡ（ｍｍ）、先端部の外径をＢ（ｍｍ）とするとき、１．５≦Ａ≦３．０およびＢ／Ａ≦０．８０の両方を満たす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を透過し、放電空間および前記放電空間の両端に封止部が形成される気密容器と；
前記放電空間の内部に封入される希ガスおよび水銀と；
前記封止部に一部が埋設して設けられ、軸部にコイルが巻かれて設けられ、前記軸部よりも外径が小さい先端部が前記放電空間に設けられる軸材を有する一対の放電電極と；
を有し、
前記軸材は、前記軸部の外径をＡ（ｍｍ）、前記先端部の外径をＢ（ｍｍ）とするとき、１．５≦Ａ≦３．０およびＢ／Ａ≦０．８０の両方を満たす放電ランプ。
【請求項２】
前記先端部には尖端を有する請求項１記載の放電ランプ。
【請求項３】
前記軸材および前記コイルにはエミッタが含浸されており、前記エミッタは酸化トリウム、炭化ハフニウム、炭化ジルコニウムのいずれか１種類を０．５０〜２．０ｗｔ％含む請求項１または２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、液晶パネル製造分野や印刷分野において、被照射物に紫外線を照射して露光、硬化、乾燥などの用途に用いられる光源としての放電ランプが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５９７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
放電ランプは、暗所中に長時間放置されると、自然光の励起による初期電子の供給がなく、絶縁破壊に至るまでの時間が長くなったり、放電ランプの始動不良に繋がったりする。この不具合を解消することを目的に、放電ランプの放電電極に巻かれて設けられるコイルに仕事関数が低いエミッタ材を塗布したりする方法があるが、エミッタ飛散による気密容器との反応によるリークや、エミッタと気密容器とが反応した箇所が高温となり、気密容器の黒化に繋がることが懸念される。
【０００５】
また、近年印刷用としては高電力の放電ランプの要求が多くなっている。高電力ランプにおいては、点灯中電極の損耗を抑制するため、電極径を太くする傾向があるが、電極径が太くなると初期始動時に電極温度が上がりにくく、逆に電極が損耗し黒化につながる問題がある。
【０００６】
更に、放電の点灯方法として、例えば紫外線を照射する被照射物がある場合には、所望の紫外線光量を放出するために、放電ランプに定格電力と呼ばれる電力が放電ランプに供給される。一方、被照射物がない場合には放電ランプに供給される電力を定格電力以下にする、いわゆる調光が行われる場合がある。調光が行われると、放電ランプの内部でアーク放電を維持するために電極から放出される電子を増やそうとして、更に電極が損耗する。
【０００７】
本発明の実施形態は、電極が損耗することによる黒化を抑制する放電ランプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、紫外線を透過し、放電空間および前記放電空間の両端に形成された封止部が形成される気密容器と、放電空間の内部に封入される希ガスおよび水銀と、封止部に一部が埋設して設けられ、軸部にコイルが巻かれて設けられ、前記軸部よりも外径が小さい先端部が前記放電空間に設けられる軸材を有する一対の放電電極と、を有する。軸材は、軸部の外径をＡ（ｍｍ）、先端部の外径をＢ（ｍｍ）とするとき、１．５≦Ａ≦３．０およびＢ／Ａ≦０．８０の両方を満たす。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、電極が損耗することによる黒化を抑制する放電ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る放電ランプを例示する模式図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の軸材２２を拡大した模式図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る放電ランプ１において、先端部２２１の軸部の外径Ａ、および軸部の外径Ａと先端部の外径Ｂとで表されるＢ／Ａの違いによる黒化有無の結果を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の軸材２２における尖端２２３を示す図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の変形例１について例示する模式図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の変形例２について例示する模式図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の変形例３について例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１は、紫外線を透過し、放電空間１２および放電空間１２の両端に形成された封止部１４、１４が形成される気密容器１０と；放電空間１２に封入される希ガスおよび水銀と；封止部１４、１４に一部が埋設して設けられ、軸部にコイルが巻かれて設けられ、軸部２２２よりも外径が小さい先端部２２１が放電空間１２に設けられる軸材２２を有する一対の放電電極２０、２０と；を有する。軸材は、軸部２２２の外径をＡ（ｍｍ）、先端部２２１の外径をＢ（ｍｍ）とするとき、１．５≦Ａ≦３．０およびＢ／Ａ≦０．８０の両方を満たす。
【００１２】
本実施形態によれば、電極が損耗することによる黒化を抑制する放電ランプを提供することができる。
【００１３】
また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１において、先端部２２１には尖端２２３を有する。
【００１４】
本実施形態によれば、アーク放電の不安定さを抑制する放電ランプを提供することができる。
【００１５】
また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１において、軸材２２およびコイル２４にはエミッタが含浸されており、エミッタは酸化トリウム、炭化ハフニウム、炭化ジルコニウムのいずれか１種類を０．５０〜２．０ｗｔ％含む。
【００１６】
本実施形態によれば、電極が損耗することによる黒化を抑制する放電ランプを提供することができる。
【００１７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
【００１９】
図１は、第１の実施形態に係る放電ランプ１について、図１を用いて説明する。図１は、放電ランプ１を例示している。
【００２０】
図１に示したように、本実施形態に係る放電ランプ１は、気密容器１０と、一対の放電電極２０、２０とを有する。
【００２１】
本実施形態では、放電ランプ１として、高圧水銀ランプを用いた実施形態を例示している。
【００２２】
気密容器１０は、直管状に形成され、内部に放電空間１２を有する。また、気密容器の両端には封止部１４、１４が形成されることで、放電空間１２を気密に保つ。気密容器１０は、紫外線を透過する材料で構成されており、例えば石英ガラスで構成される。気密容器１０は、外径が２３ｍｍ、発光長（放電電極２０−２０間の距離）が３７５ｍｍである。
【００２３】
放電空間１２は、一対の放電電極２０、２０より電力が印加されることで、放電空間１２に封入された水銀や希ガス（図示しない）が発光する。放電空間１２は、例えば内径が２０ｍｍ、発光長が３７５ｍｍで構成される。
【００２４】
水銀は、放電空間１２に封入され、放電ランプ１の外部より電力が印加されることで、例えば２５４ｎｍ、３６５ｎｍの紫外線を放出する。水銀の封入量は、実際の水銀の不入寮を放電空間１２の体積、すなわち、気密容器１０で除した、単位容積当たりの封入量（１〜５ｍｇ／ｃｍ３）で表され、例えば１〜５ｍｇ／ｃｍ３である。なお、水銀の組成は上記に限定されず、例えば水銀に金属を混合したアマルガムで構成されても良い。
【００２５】
希ガスは、放電ランプ１の始動時に放電を促進させ、放電開始後に放電維持に寄与する。希ガスの封入圧力は、例えば、０．６７ｋＰａ〜５．３ｋＰａである。また、希ガスは、キセノン、アルゴン、ネオンのいずれか一種、または二種以上の混合ガスでよい。
【００２６】
封止部１４、１４は、放電空間１２の両端に形成される。封止部１４、１４は、気密容器１０と同じ石英ガラスで構成される。封止部１４、１４は、電極２０、２０を所望の位置に設けた後に、減圧下で図示しないガスバーナーなどの溶融手段により溶融して封止する、いわゆるシュリンクシールにより形成される。なお、封止部１４、１４には、気密容器１０と異なる石英ガラスなどで構成されても良い。また、封止部１４、１４は、図示しないピンチャーなどの成形手段による、いわゆるピンチシールにより形成されてもよい。封止部１４、１４の長さは、２５ｍｍである。
【００２７】
一対の放電電極２０、２０は、放電ランプ１の外部より印加された電力を放電空間１２に導入し、放電空間１２にてアーク放電を生起する。一対の放電電極２０、２０は、一部が封止部１４、１４に埋設して設けられ、放電空間１２の両端部に対向して設けられる。一対の放電電極２０、２０は、軸材２２、２２、コイル２４、２４、箔２６、２６、アウターリード２８、２８を有する。
【００２８】
軸材２２、２２は、放電空間１２に電力を印加する。電極棒２２、２２は、一端が放電空間１２に突出して構成されていて、他端が封止部１４、１４に埋設される。また、軸材２２、２２の放電空間１２側に突出した一端にはコイル２４、２４が設けられる。また、軸材２２、２２は、他端で箔２６、２６と溶接により接続される。軸材２２、２２は、例えばタングステンにより構成される。
【００２９】
コイル２４、２４は、軸材２２、２２の一端側に設けられ、放電中の軸材２２、２２の先端から温度を放射することで、軸材２２、２２の温度上昇を抑制する。コイル２４、２４は、一端が軸材２２、２２の一端側、すなわち、放電空間１２側に設けられ、他端が軸材２２、２２の他端側に設けられる。コイル２４、２４は、例えばタングステンにより構成される。
【００３０】
箔２６、２６は、封止部１４、１４に埋設され、封止されることにより、気密容器１０を気密に保つ。箔２６、２６は、一端が軸材２２、２２の他端と溶接され、他端がアウターリード２８、２８の一端と溶接され、封止部１４、１４に埋設して設けられる。箔２６、２６は、例えばモリブデンにより構成される。
【００３１】
アウターリード２８、２８は、一部が封止部１４、１４に埋設され、気密容器１０の内部と、一部がベース３０、３０の内部に設けられたリード線４０、４０とを電気的に接続する。アウターリード２８、２８は、一端が箔２６、２６と溶接され、他端がリード線４０、４０と接続される。アウターリード２８、２８は、例えば、モリブデンにより構成される。
【００３２】
ベース３０、３０は気密容器１０の封止部１４、１４、アウターリード２８、２８およびリード線４０、４０の外周に部分的に設けられ、アウターリード２８、２８およびリード線４０、４０の接続箇所が露出することを防ぐ。ベース３０、３０は、例えば、セラミックスで構成される。また、ベース３０、３０内には、気密容器１０との嵌合をより強固とするため、例えばセメント（図示しない）で封止部１４、１４と固着されてもよい。
【００３３】
リード線４０は、気密容器１０の内部と、図示しない電源回路とを電気的に接続する。リード線４０、４０は、一端がアウターリード２８、２８の他端と接続され、他端が電源回路などと接続される。リード線４０、４０は、例えば軟銅線により構成される。なお、リード線４０、４０の他端には、電源回路との接続を容易にするため、端子５０、５０が設けられてもよい。
【００３４】
ここで、軸材２２およびコイル２４について、図２を用いて更に詳しく説明する。図２は、軸材２２およびコイル２４の拡大図である。
【００３５】
軸材２２は、放電空間１２側の先端部２２１および軸部２２２を有する。先端部２２１は、放電空間１２に突出して設けられる。軸材２２の放電空間１２側、すなわち、軸材２２の先端部２２１の側には、コイル２４が巻かれて設けられる。また、軸部２２２の外径をＡ（ｍｍ）、先端部２２１の外径をＢ（ｍｍ）とするとき、１．５≦Ａ≦３．０およびＢ／Ａ≦０．８０の両方を満たすことが望ましい。
【００３６】
軸部２２２の外径Ａが１．５よりも小さくなると、放電ランプ１の点灯時に軸材２２の温度が上昇し、軸材２２からスパッタが生じてしまい、黒化が発生するため好ましくない。一方、Ａが３．０よりも大きくなると、放電ランプ１の点灯時に軸材２２の温度が上昇せず、電子放射性をよくするため軸材２２からスパッタが生じてしまい、黒化が発生するため好ましくない。よって、軸部２２２の外径Ａは１．５≦Ａ≦３．０であることが望ましい。
【００３７】
加えて、先端部２２１の外径Ｂを軸部２２２の外径Ａで除した値Ｂ／Ａについて、Ｂ／Ａ≦０．８０であることが望ましい。Ｂ／Ａが０．８０よりも大きくなると、先端の温度が低く、放電が不安定となり、スパッタが生じるため好ましくない。よって、Ｂ／Ａ≦０．８０であることが望ましい。
【００３８】
なお、本実施形態で、コイル２４はいわゆるシングル巻きであるが、コイル２４はダブル巻きであってもよい。要は、コイルの設けられ方はどのような構成でもよい。また、コイル２４の一端が軸材２２に溶接されていてもよい。
【００３９】
また、軸材２２およびコイル２４は、電子放射性を良くするため、電子放射性物質であるエミッタ（図示しない）を含んでいても良い。エミッタは、軸材２２およびコイル２４の仕事関数を低減させるために、軸材２２およびコイル２４に含浸して設けられる。エミッタとしては、例えば、酸化トリウム（ＴｈＯ２）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）が用いられる。エミッタは、軸材２２またはコイル２４に、０．５０〜２．０ｗｔ％（重量％）含まれる。
【００４０】
以上述べたように、電極２０の軸材２２において、軸部２２２の外径をＡ（ｍｍ）、先端部２２１の外径をＢ（ｍｍ）とするとき、１．５≦Ａ≦３．０およびＢ／Ａ≦０．８０の両方を満たすと、発光管の黒化を抑制することができる。
【００４１】
ここで、放電ランプ１における電極２０の軸材２２において、軸部２２２の外径Ａと先端部２２１の外径Ｂとにおいて、ＡおよびＢ／Ａを変えて検討を行った。評価条件は以下のとおりである。
【００４２】
放電ランプ１（共通）：内径＝２０ｍｍ、放電空間の長さ＝３７５ｍｍ、放電ランプ１の全体長さ＝５００ｍｍ、ランプ電圧＝２５００Ｖ、ランプ電流＝８．９Ａ、ランプ電力＝２２ｋＷ、点灯時間：５００時間。
【００４３】
軸部２２２の外径Ａ＝１．３、１．５、２．０、２．５、３．０、３．２ｍｍ。
【００４４】
先端部２２１の外径Ｂ／軸部２２２の外径Ａ＝０．４０、０．５０、０．６０、０．７０、０．７５、０．８０、０．９０。
【００４５】
評価方法：点灯時間５００時間後に放電ランプ１の放電電極２０、２０近傍の気密容器１０を観察し、目視で黒化が認められない場合に○、わずかに黒化が認められる場合に△、明らかに黒化が認められる場合をＸとする視感評価を行った。なお、わずかに黒化が認められる場合（図３における“△”の場合）でも、実使用には問題ないことが判明した。また、明らかに黒化が認められる場合（図３における“Ｘ”の場合）には、電極の損耗が著しく、早期にリークしたり、安定してアーク放電を維持したりすることができなかった。
【００４６】
結果を図３に示す。図３から明らかであるとおり、１．５≦Ａ≦３．０およびＢ／Ａ≦０．８０の両方を満たすと、黒化を抑制することができた。
【００４７】
なお、先端部２２１には、図４に示すように尖端２２３を有していてもよい。尖端２２３は先端部２２１に生じる尖った部分のことであり、先端部２２１に有していることが望ましい。この場合、例えば平坦部２２１と比べて明らかに放電空間１２側へ突出している部分があれば「尖端２２３」であるとしてよい。また、先端部２２１は完全に平坦である必要はない。このような構成とすることで、放電ランプ１を点灯させたときに生起するアーク放電の不安定さを抑制することができる。
（変形例１）
【００４８】
図５は、第１の実施形態で示した放電ランプ１の変形例１を例示する模式図である。
【００４９】
図５に表したように、本変形例に係る放電ランプ１に用いられる軸材３２は、先端部２２１と、第１の軸部２２４と、第２の軸部２２５と、を有する。また、第１の軸部２２４は、第２の軸部よりも大きい。
【００５０】
軸材２２は、略中央でテーパー状であり、第１の軸部２２４と第２の軸部２２５とに区別されて一体的に形成される。なお、本変形例では、第１の軸部２２４の外径が、第１の実施形態で示した「軸部２２２の外径Ａ」に該当する。
【００５１】
本変形例においても、１．５≦Ａ≦３．０およびＢ／Ａ≦０．８０の両方を満たすことで、黒化を抑制することができる。
（変形例２）
【００５２】
図６は、第１の実施形態で示した放電ランプ１の変形例２を例示する模式図である。
【００５３】
図６に表したように、本変形例に係る放電ランプ１に用いられる軸材３４は、軸材３４が全体に渡ってテーパー状に一体的に形成される。なお、本変形例では、軸部２２２で最も外径が大きい部分、すなわち、コイル２４が設けられた側で最大外径を有する部分が「軸部２２２の外径Ａ」に該当する。
【００５４】
本変形例においても、１．５≦Ａ≦３．０およびＢ／Ａ≦０．８０の両方を満たすことで、黒化を抑制することができる。
（変形例３）
【００５５】
図７は、第１の実施形態で示した放電ランプ１の変形例３を例示する模式図である。
【００５６】
図７に表したように、本変形例に係る放電ランプ１に用いられる軸材３６は、軸材３６の先端部２２１側が曲面に一体的に形成される。
【００５７】
本変形例においても、１．５≦Ａ≦３．０およびＢ／Ａ≦０．８０の両方を満たすことで、黒化を抑制することができる。
【００５８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施され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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００５９】
１…放電ランプ、
１０…気密容器、
１２…放電空間、
１４…封止部、
２０…電極、
２２…軸材、
２２１…先端部、
２２２、２２４、２２６、２２７…軸部、
２４…コイル、
２６…箔、
２８…アウターリード
３０…ベース、
４０…リード線、
５０…端子。
【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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