(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管内の電極を支持し、発光管と繋がった外側封止管内に配設された導電性の電極支持棒と、
前記電極支持棒を保持し、前記外側封止管と溶着したガラス管と、
前記ガラス管に面し、軸方向に沿って配設された金属箔と前記電極支持棒とを電気的に接続させる導電性環状部材と、
外側封止管内で同軸的に溶着し、前記環状部材から外側封止管端部の範囲内で延在する内側封止管とを備え、
前記外側封止管は、前記ガラス管の環状部材側端部付近において、前記ガラス管との溶着によって、該環状部材側端部の外面に沿った形状になっており、
前記ガラス管の環状部材側端部における径が、発光管側端部における径よりも大きいことを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
前記ガラス管の少なくとも一部が、外側封止管端部側に向けて先太のテーパー状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。
【請求項３】
前記ガラス管の環状部材側端部が、前記環状部材を囲むように円筒状凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項４】
前記環状部材より外径の大きい前記ガラス管の環状部材側端部の軸方向長さが、前記環状部材の軸方向厚さより大きいことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項５】
前記内側封止管の径が、前記ガラス管の環状部材側端部における径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項６】
前記環状部材は、前記電極支持棒を軸挿させて保持する金属リングであることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項７】
先太のテーパー状部分と、発光管側端部より外径の大きい封止管側端部に円筒状凹部とを同軸的に設けたガラス管を形成し、
電極支持棒を保持する導電性環状部材を前記凹部へ挿入し、
前記導電性環状部材の外径よりも内径が大きく、前記ガラス管の封止管側端部の外径よりも外径の小さい内側封止管の発光管側端部を、前記ガラス管の封止管側端部に当てて位置決めし、
外側封止管内に前記内側封止管、前記ガラス管、前記導電性環状部材を含めたマウント部品を封入し、
外部から前記外側封止管を熱することによって前記外側封止管と、前記内側封止管と、前記ガラス管の封止管側端部とを同時に縮径させ、前記マウント部品を外側封止管内に封止させることを特徴とする放電ランプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショートアーク型放電ランプなど放電ランプの封止構造に関し、特に、封止管を重ねた封止構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ショートアーク型放電ランプでは、電極を封じた発光管の両端にガラス製の封止管が一体的に連設されており、封止管内では、電極を支持する電極支持棒が円筒状のガラス管によって保持される。金属箔によるシール構造では、電極支持棒を軸着させた金属リングなどを介してモリブデン箔などを電極支持棒と電気的に接続させる。そして、封止工程では、封止管を熱によって縮径させ、封止管をガラス管と溶着させる。これによって、金属箔が封着され、発光管内が気密状態になる。
【０００３】
半導体、液晶製造分野では、生産効率を向上させるため、ショートアーク型放電ランプの大電力化が進んでいる。電力を上げることによって過度な応力が封止管にかかり、封止管の破損、しいてはランプ破壊が生じる恐れある。そのような破壊を防止するため、二重封止構造によって強度を高めた放電ランプが知られている（特許文献１、２参照）。
【０００４】
二重封止構造の放電ランプでは、封止管内に挿入されるガラス管、金属箔を含めたパーツ（マウント部品）に封止管を溶着させ、さらにその外側から封止管を溶着させる。特許文献２では、内側封止管の端部が放電空間に露出しないようにするため、内側封止管より径の大きいテーパー状のガラス管端部に内側封止管を当接させている。この構造によって、内側、外側封止管を一度に溶着させて封止構造を提供することができ、生産効率が高められる。
【特許文献１】特開２００７−１５７５１３号公報
【特許文献２】特開２００７−９５３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の二重封止構造では、封止工程のときに内部封止管が収縮する一方、径の大きいガラス管端部は、厚みのため外径が変化しにくい。そのため、内側封止管とガラス管のテーパー部分での接触面では、内側封止管が複雑な収縮動作によって溶着し、接触面に隙間が残る恐れがある。特に、内側封止管の端部形状が複雑な形状になることによって、隙間が生じやすい。
【０００６】
材質の異なる金属リングとガラス管との接触面付近では応力集中が生じやすく、接触面付近の微小隙間に沿ってクラックが発生しやすい。発生したクラックは径方向に沿って隣接する内側封止管、さらに外側封止管へすぐに進行する。このようなクラックの進行によって、封止管が破断し、さらには発光管へクラックが進行することによってランプの破損、破裂が生じる。また、ガラス管の発光管側端部の径を大きくすると、外側封止管との溶着部分に応力集中が起こり、ランプ点灯時の破裂起点となる恐れがある。
【０００７】
一方、ショートアーク型放電ランプの場合、放電開始から安定点灯状態といえる定格ランプ電圧まで上昇する時間をできるだけ短縮することが要求される。しかしながら、ガラス管の発光管側端部の径が大きいと、放電空間に触れるガラス管端面の熱容量が大きくなり、ガラス管が暖まりにくい。その結果、放電空間内の水銀蒸発がなかなか進まず、定格電圧による放電まで時間を要し、迅速に安定点灯へ移行できない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の放電ランプは、発光管内の電極を支持し、発光管と繋がった外側封止管内に配設された導電性の電極支持棒と、電極支持棒を保持し、外側封止管と溶着したガラス管と、ガラス管に面し、軸方向に沿って配設された金属箔と電極支持棒とを電気的に接続させる導電性環状部材と、外側封止管内で同軸的に溶着した内側側封止管とを備える。例えば、ガラス管は円筒状ガラス管であり、電極支持棒を軸通させて保持する。環状部材は、例えば金属リングによって構成すればよい。
【０００９】
本発明では、内側封止管は、環状部材から外側封止管端部の範囲内で延在する。すなわち、環状部材を超え、発光管側まで軸方向に延びておらず、環状部材とガラス管との接触面から離れている。そして、ガラス管の環状部材側端部における径は、発光管側端部における径よりも大きい。
【００１０】
環状部材とガラス管との接触面が、外側封止管および内側封止管から離れているため、接触面において生じやすいクラックが外側封止管へ伝わりにくい。また、ガラス管の発光管側端部における径の大きさが抑制されるため、安定点灯へ迅速に移行する。さらに、ガラス管の発光管側端部にかかる応力集中が抑えられる。
【００１１】
応力集中を避けるため、ガラス管の少なくとも一部を、外側封止管端部に向けて先太のテーパー状に形成するのがよい。例えば、円筒状凹部を同軸的に形成し、その凹部に環状部材を挿入させることによって、ガラス管の環状部材側端部が、環状部材を囲むように構成するのがよい。特に、内側封止管を環状部材と隣接させいないため、環状部材よりも外径の大きい前記ガラス管の環状部材側端部の軸方向長さが、前記環状部材の厚さより大きくするのが望ましい。また、封止管全体を大型化させないように、内側封止管の径を、第１の径よりも小さくするのがよい。例えば、封止管端部に向けて先細のテーパー状部分をガラス管に形成すればよい。
【００１２】
本発明の放電ランプの製造方法は、１）先太のテーパー状部分と、発光管側端部より径の大きい封止管側端部に円筒状凹部を同軸的に設けたガラス管を形成し、２）電極支持棒を保持する導電性環状部材を、凹部へ挿入し、３）導電性環状部材の外径より内径が大きく、ガラス管の封止管側端部の外径よりも外径の小さい内側封止管の発光管側端部を、封止管側端部に当てて位置決めし、４）外側封止管内に内側封止管、導電性環状部材を含めたマウント部品を封入し、５）外部から外側封止管を熱することによって外側封止管と、内側封止管と、ガラス管の発光管側端部とを同時に縮径させる工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、確実に放電空間を気密にし、破裂、破損の恐れがない封止構造を提供するとともに、迅速に安定した点灯を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態であるショートアーク型放電ランプの概略的断面図である。図２は、陽極側における封止管の概略的断面図である。
【００１６】
ショートアーク型放電ランプ１０は、石英ガラスの発光管１２内に陽極１４、陰極１６を備え、発光管１２の両側には、同軸的に封止管２０、６０（以下、外側封止管という）が形成されている。外側封止管２０、６０は、発光管１２と一体的に繋がった石英ガラス管であり、その両端は、口金８０Ａ、８０Ｂで塞がれている。
【００１７】
封止管２０、６０各々の内部には、陽極１４、陰極１６を支持するとともに、発光管１２内の放電空間１１を密閉、封止するパーツ（以下、マウント部品という）１８Ａ、１８Ｂが設けられている。本実施形態では２重封止構造によって発光管１０内の放電空間１１を気密封止している。放電空間１１には、水銀および放電ガスが封入されている。
【００１８】
図２に示すように、封止管２０の内部には、陽極１４を支持する電極支持棒２２が設けられ、外側封止管２０内の軸方向に延設されている。電極支持棒２２は、石英ガラス管（以下、電極側ガラス管という）２４に設けられた軸穴２４Ａに挿通され、外側封止管２０と溶着した電極側ガラス管２４は、電極支持棒２２を保持する。電極側ガラス管２４の発光管側を向く端部（発光管側端部）２４Ｔ２には、外側封止管２０と確実に溶着するために円筒状穴２４Ｂが形成されている。
【００１９】
電極支持棒２２は、外側封止管２０の端部まで延出しておらず、所定間隔を置いて金属製のリード棒２８が電極支持棒２２と同軸的に対向配置されている。電極支持棒２２、リード棒２８は、石英製の円柱状ガラス部材３４の両端の軸に沿って設けた挿入穴３４Ａ、３４Ｂに嵌挿され、ガラス部材３４は電極支持棒２２、リード棒２８を保持する。リード棒２８は外部の電源部（図示せず）と繋がるリード線（図示せず）に接続される。
【００２０】
円筒状のガラス部材３４の両端には、剛性金属リング２６、３２がそれぞれ密着するように配置され、電極支持棒２２、リード棒２８は軸穴２６Ａ、３２Ｂに挿通される。発光管１２に近い金属リング（以下、内側金属リングという）２６は、電極側ガラス管２４のもう一方の端部２４Ｔ１と当接する。他方の金属リング（以下、外側金属リングという）３２は、石英製の外側ガラス管リング３５と当接する。金属リング２６、３２は、それぞれ電極支持棒２２、リード棒２８と溶着している。  
【００２１】
内側金属リング２６、外側金属リング３２の間には、軸方向に沿って複数の帯状金属箔３６がガラス部材３４の外表面に沿って軸方向に延び、その両端は、内側金属リング２６、外側金属リング３２の外周面と溶接されている。金属リング３２はリード棒２８と金属箔３６とを電気的に接続させ、金属リング２６は金属箔３６と電極支持棒２２とを電気的に接続させる。
【００２２】
石英ガラスから成る内側封止管３８は、外側封止管２０の内面と溶着し、同軸的に配置されている。内側封止管３８は、円筒状のガラス部材３４、金属箔３６を収容し、外側封止管２０と溶着することによって封止管２０内を封止する。なお、金属箔３６は、図２で示すのとは異なり、実際には内側封止管３８と比べて非常に薄い。石英製の固定リング２９は、外側封止管２０の端部に挿入され、内側封止管３８の軸方向に沿った位置を固定する。
【００２３】
図３は、外側封止管２０のガラス管２４付近を拡大した断面図である。
【００２４】
電極側ガラス管２４の端部２４Ｔ１付近には、発光管側から金属リング側に向けて先太になったテーパー形状部分２４Ｓが形成され、外側封止管２０もテーパー形状部分２４Ｓに沿ってテーパー状に形成されている。テーパー形状部分２４Ｓは、応力集中を防ぐために滑らかに形成されている。
【００２５】
このテーパー形状部分２４Ｓにより、電極側ガラス管２４の端部２４Ｔ１における径Ｄ１は、他方の端部２４Ｔ２における径Ｄ２よりも大きい。そして端部２４Ｔ１には、円筒状の凹部２４Ｎが同軸的に形成され、外周面の金属箔３６を含めて内側金属リング２６、およびガラス部材３４が凹部２４Ｎに挿入される。すなわち、端部２４Ｔ１は内側金属リング２６を囲む。
【００２６】
端部２４Ｔ１の径Ｄ２は、内側封止管３８の外径よりも大きい。そして、径Ｄ２を有する端部２４Ｔ１の軸方向長さＬは、内側金属リング２６の厚さＬ０よりも長い。すなわち、内側封止管３８の端部３８Ｔ１は、軸方向に沿って金属リング３６よりも封止管端部側の位置で電極側ガラス管２４の端部２４Ｔ１と溶着する。
【００２７】
さらに、電極側ガラス管２４の端部２４Ｔ１には、封止管端部側に向けて先細になったテーパー形状部分２４Ｕが形成され、内側封止管３８と溶着する端部２４Ｔ１の端面における径Ｄ３は、径Ｄ１より小さい。
【００２８】
図４は、マウント部品１８Ａを内側封止管３８に挿入している溶着前の概略的断面図である。図５は、マウント部品１８Ａを収納する内側封止管３８を外側封止管２０へ挿入している溶着前の概略的断面図である。図４、５を用いて、封止工程について説明する。
【００２９】
図４に示す内側封止管３８は、バーナーなどによって溶着する前の状態を示し、電極側ガラス管２４の端部２４Ｔ１は、溶着前の形状である。端部２４Ｔ１の環状フランジ部２４Ｖは、内側金属リング２６の外径より大きい内径を有し、かつ、内側封止管３８の外径よりも大きい外径を有する。内側封止管３８の内径は、導電性環状部材の外径よりも大きい。
【００３０】
マウント部品１８Ａを構成するため、まず、内側金属リング２６と電極支持棒２２とを溶接により一体化し、電極支持棒２２に電極側ガラス管２４と挿入する。さらに、陽極１４に電極支持棒２２を圧入させて一体化させる。また、外側金属リング３２とリード棒２８とを溶接により一体化させる。
【００３１】
次に、内側金属リング２６の溶接された電極支持棒２２と、外側金属リング３２の溶接されたリード棒２８とを、ガラス部材３４の挿入穴３４Ａ、３４Ｂに嵌挿させて、ガラス部材３４の両端に内側金属リング２６と外側金属リング３２を配置させる。
【００３２】
さらに、内側金属リング２６の外周面と外側金属リング３２の外周面に複数の帯状金属箔３２を溶接し、これによって、内側金属リング２６、ガラス部材３４、外側金属リング３２が一体的になる。本実施形態では、６枚の金属箔を等間隔で軸方向に延ばしている。
【００３３】
今度は、電極側ガラス管２４の凹部２４Ｎに、外側金属リング３２、金属箔３２、およびガラス部材３４と一体的な内側金属リング２６を挿入する。そして、内側封止管３８をガラス部材３４に被せる。このとき、ガラス部材３４と内側封止管３８との間には僅かな隙間が生じている。
【００３４】
さらに、外側ガラス管３５をリード棒２８に挿入させ、固定リング２９を内側封止管３８に当てながらリード棒２８を挿通させる。内側封止管３８の端部３８Ｔ１は電極側ガラス管２４の端部２４Ｔ１と当接し、もう一方の端部３８Ｔ２は、固定リング２９と当接する。これによって内側封止管３８が位置決めされ、軸方向への動きが抑制される。
【００３５】
マウント部品１８Ａが実装され、内側封止管３８が装着されると、今度は、外側封止管２０内にマウント部品１８Ａが挿入される。そして、放電空間１１内を負圧状態にし、バーナーなどによって外側封止管２０を加熱する。加熱によって外側封止管２０、内側封止管３８および電極側ガラス管の電極側端部２４Ｔ２が縮径し、電極側ガラス管２４、ガラス部材３４、および外側ガラス管３５と溶着する。これによって、マウント部品１８Ａが外側封止管２０内に封止される。
【００３６】
なお、陰極側の封止構造、封止工程も、陽極側と同様である。
【００３７】
このように本実施形態によれば、二重封止構造の放電ランプ１０において、電極支持棒２２を保持する電極側ガラス管２４の端部２４Ｔ１に、封止管端部に向けて先太のテーパー形状部分２４Ｓが形成されている。そして、端部２４Ｔ１の径Ｄ１が、他方の端部２４Ｔ２の径Ｄ２よりも大きい。すなわち、内側金属リング２６とガラス管２４との接触面付近において、電極側ガラス管２４の径が他の部分の径よりも大きくなる。
【００３８】
内側金属リング２６とガラス管２４との接触面は、材質の異なる接触面であるため、ランプ使用中のランプ内圧力や熱による応力がかかりやすく、隙間が生じやすい。本実施形態では、ガラス管２４の凹部２４Ｎに内側金属リング２６が挿入されることによって電極側ガラス管２４が接触面付近を囲む。したがって、接触面付近からのクラック発生を防ぎ、外側封止管２０、しいては発光管１２においてクラックにより破損するのを防ぐ。
【００３９】
また、内側封止管３８と電極側ガラス管２４の端部２４Ｔ１との溶着部が内側金属リング２６と電極側ガラス管２４との接触面付近から離れているため、この溶着部を起点とするクラックが発生するのを防ぐことができる。
【００４０】
一方、電極側ガラス管２４の端部２４Ｔ２の径Ｄ２は、一重封止構造とほぼ同じ径の大きさに定めることができる。これにより、端部２４Ｔ２と外側封止管２０との肉厚の薄い溶着部分におけるクラック発生、応力集中による管の破損が防止される。また、放電空間１１との接触面積を小さく抑えることができ、点灯開始から安定した定格電圧へ迅速に移行することができる。
【００４１】
さらに、電極側ガラス管２４の端部２４Ｔ１には、先細のテーパー形状部分２４Ｕが形成され、内側封止管３８の外径は、電極側ガラス管２４の端部２４Ｔ１の径Ｄ１よりも小さい。これによって、外側封止管２０を大径化する必要がない。
【００４２】
その上、内側封止管３８は電極側ガラス管２４の端部２４Ｔ１と固定リング２９との間で位置決めされるため、放電ランプの封止工程において、内側封止管３８、外側封止管２０を一度に溶着させることができ、効率よく放電ランプを製造することができる。
【００４３】
なお、二重封止構造に限定されず、所定の強度形状を備えた３種類以上の封止管を重ねて溶着さえてもよい。内側封止管３８は、内側金属リング２６を超えて発光管側まで延びないように配置すればよい。また、ガラス管２４Ｔ２のテーパー形状部分２４Ｓの形状は、必要に応じて変更可能である。さらに、ショートアーク型以外の放電ランプの封止構造にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施形態であるショートアーク型放電ランプの概略的断面図である。
【図２】陽極側における封止管の概略的断面図である。
【図３】外側封止管のガラス管付近を拡大した断面図である。
【図４】マウント部品を内側封止管３８に挿入している溶着前の概略的断面図である。
【図５】マウント部品を収納する内側封止管を外側封止管へ挿入している溶着前の概略的断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  放電ランプ
１１  放電空間
１２  発光管
２０  外側封止管
２２  電極支持棒
２４  電極側ガラス管（ガラス管）
２４Ｔ１  端部（環状部材側端部）
２４Ｔ２  端部（発光管側端部）
２４Ｎ  凹部
２６  内側金属リング（環状部材）
２８  リード棒
３２  外側金属リング
３４  ガラス部材
３６  金属箔
３８  内側封止管
Ｄ１  径（環状部材側端部における径）
Ｄ２  径（発光管側端部における径）
【図１】
0005080327.tif 000002
【図２】
0005080327.tif 000003
【図３】
0005080327.tif 000004
【図４】
0005080327.tif 000005
【図５】
0005080327.tif 000006