JP2020072006A

JP2020072006A - 放電ランプ

Info

Publication number: JP2020072006A
Application number: JP2018205341A
Authority: JP
Inventors: 武田　雄士; Yuji Takeda; 雄士武田; 正和堀内; Masakazu Horiuchi
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-05-07

Abstract

【課題】封止部とリード線の被覆に銀ロウが接触すること、およびアウターリードとリード線とが外れることを抑制することができる放電ランプを提供する。【解決手段】実施形態によれば、放電ランプは、発光管と、電極と、金属箔と、アウターリードと、溶着部と、リード線と、筒体と、を有する。発光管は、放電空間を有し、紫外線を透過する。電極は、放電空間の両側に設けられ、放電空間に延びて設けられる電極軸および電極軸の放電空間側にコイルを有する。金属箔は、電極と接続される。アウターリードは、一端が金属箔と接続される。溶着部は、アウターリードの他端側に設けられる。リード線は、アウターリードと、溶着部を介して設けられる。筒体は、アウターリード、溶着部およびリード線の一部を覆って設けられる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、放電ランプに関する。

紫外線を放出する光源として、例えば、印刷工程における紫外線硬化インクの硬化や、液晶製造工程での封止用接着剤の硬化等に用いる放電ランプが用いられている。紫外線を放出する放電ランプには、紫外線を放出する水銀を封入した紫外線ランプや、水銀の他に、例えば、鉄、スズ、タリウム、マグネシウム、ビスマス等の金属とハロゲン物質の混合物であるメタルハライドを封入した、メタルハライドランプが開示されている。

特開２００５−０６３７３２号公報

放電ランプは、ランプ点灯時に１０〜２０Ａ程度の高電流が通電される。放電ランプ外部の給電部、具体的にはアウターリードとリード線との接続は、高電流が通電されても確実に接続できる接続様式が求められる。

従来の紫外線ランプ１００を図４に示す。図４（ａ）に示す紫外線ランプ１００では、アウターリード２８とリード線４０の芯線４２とが突き合わされ、例えば、銀ロウなどの溶着部材により溶着することで形成される溶着部３０により接続される。しかしながら、溶着部３０を形成するとき、溶着前の加熱時間が長すぎて銀ロウ付けの温度が高くなりすぎ、例えばアウターリード２８とリード線４０の芯線４２とが１０００℃となると、図４（ｂ）に示すように、銀ロウが流れて紫外線ランプの封止部１４に接触し、封止部１４が割れてランプ不点灯が生じる場合がある。また、溶着部３０がリード線４０の被覆４２に接触した場合、被覆４４が炭化して剥がれが発生し、リード線４０の絶縁性能が低下する場合もある。更に、図４（ｃ）に示すように、銀ロウが垂れてアウターリードとリード線、特にリード線の芯線との接合が不十分となり、放電ランプの点灯−消灯の繰り返しで銀ロウの膨張と収縮を繰り返した結果、銀ロウが剥がれてアウターリードとリード線の芯線が外れる場合もある。
本発明が解決しようとする課題は、封止部とリード線の被覆に銀ロウが接触すること、およびアウターリードからリード線が外れることを抑制する。

本発明の実施形態によれば、放電ランプは、発光管と、電極と、金属箔と、アウターリードと、溶着部と、リード線と、筒体と、を有する。発光管は、放電空間を有し、紫外線を透過する。電極は、放電空間の両側に設けられ、放電空間に延びて設けられる電極軸および電極軸の放電空間側にコイルを有する。金属箔は、電極と接続される。アウターリードは、一端が金属箔と接続される。溶着部は、アウターリードの他端側に設けられる。リード線は、アウターリードと、溶着部を介して設けられる。筒体は、アウターリード、溶着部およびリード線の一部を覆って設けられる。

本発明の実施形態によれば、封止部とリード線の被覆に銀ロウが接触すること、およびアウターリードからリード線が外れることを抑制することができる。

図１は、第１の実施形態に係る放電ランプ１を例示する模式図である。図２は、第１の実施形態に係る放電ランプ１および従来例の評価結果を示す図である。図３は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の変形例１および２を例示する模式図である。図４は、従来例の放電ランプ１００を例示する模式図である。

以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１，２，３は、発光管１０と、一対の電極２０，２０と、金属箔２６と、アウターリード２８と、溶着部３０と、リード線４０と、筒体５０とを有する。発光管１０は、放電空間１２を有し、紫外線を透過する。一対の電極２０，２０は、放電空間１２の両端に設けられ、放電空間１２に延びて設けられる電極軸２２および電極軸２２の放電空間１２側にコイル２４を有する。金属箔２６は、電極２２と接続される。アウターリード２８は、一端が金属箔２６と接続される。溶着部３０は、アウターリード２８の他端側に設けられる。リード線４０は、アウターリード２８と、溶着部３０を介して接続される。筒体５０は、アウターリード２８、溶着部３０およびリード線４０の一部を覆って設けられる。

本実施形態によれば、封止部１４とリード線４０の被覆４４に銀ロウが接触することを抑制すること、およびアウターリード２８からリード線４０が外れることを抑制することができる。
また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１，２，３において、筒体５０は、溶着部３０よりも融点が高い金属である。

本実施形態によれば、封止部１４とリード線４０の被覆４４に銀ロウが接触することを抑制すること、およびアウターリード２８からリード線４０が外れることを抑制することができる。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１，２，３において筒体は、アウターリード２８の他端側またはリード線４０の一端側に平坦部５２，５４が設けられる。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１，２，３において、筒体５０は、アウターリード２８およびリード線４０が対向する側面に孔５６が設けられる。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１，２，３において、筒体５０の長さをＬ［ｍｍ］、アウターリード２８の延びる方向の長さをＬ１［ｍｍ］、リード線４０の芯線４２の長さをＬ２［ｍｍ］としたとき、（Ｌ１＋Ｌ２）−Ｌ≦２を満たす。

本実施形態によれば、封止部１４とリード線４０の被覆４４に銀ロウが接触することを抑制すること、およびアウターリード２８からリード線４０が外れることを抑制することができる。
また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１，２，３において、孔５６は、直径が０．５［ｍｍ］以上である。

本実施形態によれば、封止部１４とリード線４０の被覆４４に銀ロウが接触することを抑制すること、およびアウターリード２８からリード線４０が外れることを抑制することができる。
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。
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る放電ランプについて、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。
図１に示したように、本実施形態に係る放電ランプ１は、発光管１０と、一対の電極、２０，２０とを有する。

発光管１０は、直管状に形成され、内部に放電空間１２を有する。また、発光管１０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。発光管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。発光管１０は、外径φが２３．７［ｍｍ］、長手方向の長さ（いずれかの発光管１０における一方の封止部１４−他方の封止部１４の距離）が３３０［ｍｍ］である。

放電空間１２には、封止部１４，１４の外部より電力が印加されることで、放電空間１２内に対向して設けられる一対の電極２０−２０間でアーク放電が生起されて発光する。放電空間１２は、例えば内径φが２０．５［ｍｍ］、発光長（一対の電極２０−２０間の距離）が２５０［ｍｍ］で構成される。

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、発光管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、不図示の減圧手段により放電空間１２を減圧したあとで不図示のガスバーナーなどの溶融手段により溶融して成形する、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、発光管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、不図示のガスバーナーなどの溶融手段により溶融して、不図示のピンチャーなどの成形手段によりピンチして封止する、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、例えば、３２［ｍｍ］である。

放電空間１２には、封入金属１６および不図示の希ガスが封入される。封入金属１６、希ガスは、放電空間１２内でアーク放電が生起されることにより蒸発して発光に寄与する。封入金属１６は、水銀および金属ハロゲン化物の混合物として、一部が放電空間１２中に凝集し、残りが蒸気として放電空間１２中に存在する。封入金属１６は、水銀および金属ハロゲン化物を含む。水銀は、例えば７０［ｍｇ］封入される。金属ハロゲン化物は、例えば鉄が３［ｍｇ］、ヨウ化タリウムが０．５［ｍｇ］、ヨウ化水銀が１０［ｍｇ］、臭化水銀が１［ｍｇ］封入される。希ガスは、例えばアルゴンが１．３［ｋＰａ］（１０［Ｔｏｒｒ］）封入される。なお、希ガスは、アルゴン、クリプトン、キセノンなどのいずれか一種、または二種以上の混合ガスでよい。なお、封入金属１６は上記に限定されず、例えば、水銀、ヨウ化水銀、希ガスのみで構成される、水銀ランプであってもよい。
封止部１４の内部には、電極２０として電極軸２２、コイル２４、金属箔２６が設けられる。

電極軸２２は、放電空間１２に電力を印加する。電極軸２２は、一端が放電空間１２に突出して構成され、他端が封止部１４に埋設される。また、電極軸２２の放電空間１２側に突出した一端側にはコイル２４が設けられる。また、電極軸２２は、放電空間１２の反対側である他端側で金属箔２６と接続される。電極軸２２は、例えば、主な材料としてタングステンを含む。また、電極軸２２は、放電ランプ１の点灯中に、電極軸２２の主な材料として構成されるタングステンの再結晶化による電極軸２２の強度低下を抑制するため、微量の金属を含んだ、いわゆるドープタングステンにより構成される。なお、電極軸２２には、例えば、電子放射性を良くするため、例えば酸化トリウムを含むトリエーテッドタングステンで構成されても良い。電極軸２２は、他端側が後述する金属箔２６との溶接を容易とするため、平坦となるように切削加工されている。電極軸２２は、一端側の電極先端の外径φが２［ｍｍ］、他端側の切削加工された平面の厚みが１．５［ｍｍ］である。

コイル２４は、電極軸２２の一端側に設けられ、放電中の電極軸２２から温度を放射することで、電極先端２２ａを除く電極軸２２の温度上昇を抑制する。また、コイル２４は、放電ランプ１の点灯始動時に電極２０全体でグロー放電が安定して行われるために電極軸２２の表面積を増大させる。コイル２４は、一端が電極軸２２の一端側、すなわち、放電空間１２側に設けられ、他端が電極軸２２の他端側に設けられる。コイル２４は、電極軸２２の電極先端側に、例えばコイル２４を構成する線材１本を二重に巻回することにより設けられる、いわゆる二重巻構造である。コイル２４は、例えばドープタングステンにより構成される。

金属箔２６は、封止部１４に埋設されて封止されることにより、発光管１０を気密に保つ。金属箔２６は、一端が電極軸２２の他端と溶接され、他端が後述するアウターリード２８の一端と溶接され、封止部１４に埋設して設けられる。金属箔２６は、例えばモリブデンにより構成される。なお、金属箔２６が複数枚設けられる場合は、複数の金属箔２６の間に、絶縁部材として図示しないセパレータガラスが設けられてもよい。

アウターリード２８は、一部が封止部１４に埋設され、他端が後述する溶着部３０を介してリード線４０と接続され、発光管１０の内部と外部とが電気的に接続される。アウターリード２８は、一端が金属箔２６と接続され、他端が後述するリード線４０と接続される。アウターリード２８は、例えば、モリブデンにより構成される。アウターリード２８は、直径φが２［ｍｍ］の棒状体である。

溶着部３０は、アウターリード２８と後述するリード線４０とを接続する。溶着部３０は、一部が後述する筒体５０の孔５２から露出して設けられる。溶着部３０は、例えば、銅８５％、銀５％、リン５％、スズ５％を含む、銀ロウにより構成される。溶着部３０は、銀ロウを、作業温度６２０［℃］〜６６０［℃］で加熱して溶融し、アウターリード２８とリード線４０とを接触させた状態で、溶融した銀ロウを付着させ、自然空冷により冷却後固化して形成される。

リード線４０は、一端に溶着部３０が設けられる。リード線４０は、アウターリード２８と溶着部３０を介して接続される。リード線４０は、芯線４２を被覆４４で覆うことで形成される。芯線４２は、例えば、スズめっき軟銅線を撚って形成した、撚り線である。
このようにして設けられた放電ランプ１は、不図示の点灯回路から、放電ランプ１に電力が供給されることで、紫外線が放出される。
ここで、筒体５０の構成について、更に詳しく説明する。

筒体５０は、アウターリード２８と、溶着部３０と、リード線４０の一部を覆って設けられる。筒体５０は、アウターリード２８の他端側に平坦部５２が設けられる。また、筒体５０は、リード線４０の一端側に平坦部５４が設けられる。なお、ここでいう平坦部５２、５４とは、完全に平坦な部分のみをさしているのではなく、筒体５０に比べて平坦であればどのような形態でもよい。平坦部５２、５４は、例えば、筒体５０を図示しないカシメ工具によりかしめられることで形成される。筒体５０は、アウターリード２８の他端側およびリード線４０の一端側、特にアウターリード２８とリード線４０の芯線４２とが接触する部分の側面に孔５６が設けられる。筒体５０は、溶着部３０よりも融点が高い金属である。筒体５０が溶着部よりも融点が高い金属で構成されることで、銀ロウを流し込む工程で流し込んだ銀ロウにより筒体５０が溶融することを防ぐことができることから、封止部１４とリード線４０の被覆４４に銀ロウが接触すること、およびアウターリード２８とリード線４０とが外れることを抑制することができる。筒体５０は、例えば、スズめっき銅である。

ここで、アウターリード２８、リード線４０の溶着工程について説明する。まず、放電ランプ１が製造された状態で、放電ランプ１のアウターリード２８の表面を覆うように、筒体５０を用意する。このとき、筒体５０の内表面には、溶着部３０を構成する銀ロウと筒体５０の内表面とが接合しやすくなるように、フラックス(溶剤)を設けてもよい。次に、リード線４０を用意し、リード線４０の芯線４２とアウターリード２８とを対向させた状態で、アウターリード２８、芯線４２、筒体５０とを、表面温度が約７００℃となるように例えば酸水素バーナーで加熱する。次に、筒体５０に設けられた孔５２から、銀ロウを流し込み、溶着を行う。このとき、筒体５０に流し込んだ銀ロウは、筒体５０の一端および他端に設けられた平坦部５２、５４により、筒体５０の内部にとどめることができるため、銀ロウが筒体５０の外部に漏れることを抑制することができる。また、銀ロウは、筒体５０の内部に溜まることができるため、アウターリード２８とリード線４０の芯線４２とが接触する箇所に銀ロウを流し込むことができることから、アウターリード２８とリード線４０とを確実に溶着することができ、結果封止部１４とリード線４０の被覆４４に銀ロウが接触すること、およびアウターリード２８とリード線４０とが外れることを抑制することができる。

また、筒体５０の、アウターリード２８とリード線４０とが対向する側面に孔５２が設けられる。孔５２が設けられることで、溶着部３０を形成するときに銀ロウを容易にアウターリード２８とリード線４０とが接触する部分に流し込むことができ、結果封止部１４とリード線４０の被覆４４に銀ロウが接触すること、およびアウターリード２８からリード線４０が外れることを抑制することができる。

また、筒体５０の長さをＬ［ｍｍ］、アウターリード２８の延びる方向の長さをＬ１［ｍｍ］、リード線４０の芯線４２の長さをＬ２［ｍｍ］としたとき、（Ｌ１＋Ｌ２）−Ｌ≦２を満たす。（Ｌ１＋Ｌ２）−Ｌ＞２となると、筒体５０がアウターリード２８とリード線４０の芯線４２との長さとほぼ同じとなり、アウターリード２８とリード線４０の溶着作業を行うときに筒体５０が移動してしまうため、好ましくない。（Ｌ１＋Ｌ２）−Ｌ≦２を満たすことで、封止部１４とリード線４０の被覆４４に銀ロウが接触すること、およびアウターリード２８からリード線４０が外れることを抑制することができる。

また、孔５２の直径は０．５［ｍｍ］以上である。孔５２の直径が０．５［ｍｍ］以下であると、溶着部３０を形成するときに銀ロウをアウターリード２８とリード線４０とが接触する部分に的確に流し込むことができないため、アウターリード２８とリード線４０との接続不良が発生し、放電ランプ１の不点灯が発生する可能性がある。孔５２の直径を０．５［ｍｍ］以上とすることがで、溶着部３０を形成するときに銀ロウをアウターリード２８とリード線４０とが接触する部分に的確に流し込むことができることから、封止部１４とリード線４０の被覆４４に銀ロウが接触すること、およびアウターリード２８からリード線４０が外れることを抑制することができる。
ここで、放電ランプ１において、筒体５０の有無による銀ロウ付け工程での不良発生数の比較を行った。評価条件は以下のとおりである。

本実施形態の放電ランプ１：内径＝２０．５［ｍｍ］、放電空間１２の長さ＝２６６［ｍｍ］、放電ランプ１の全体長さ＝３３０［ｍｍ］、ランプ電圧＝３２５［Ｖ］、ランプ電流＝１０．３［Ａ］。電極２０：電極軸２２＝トリアを含有したタングステン（トリエーテッドタングスステン）、直径φ２［ｍｍ］、コイル２４：ドープタングステン、線径φ０．７［ｍｍ］を電極軸２２の電極先端２２ａ側に、外径φ４．６［ｍｍ］となるように巻き付けた。

筒体５０：外径φ３．５［ｍｍ］−内径φ２．５［ｍｍ］、全長５［ｍｍ］の筒体に、直径がφ２［ｍｍ］の孔５２を設けた。筒体５０の一端および他端部には、アウターリード２８およびリード線４０の延びる方向に長さ１［ｍｍ］の平坦部５２、５４を設けた。
比較例：筒体５０を設けなかった。

評価項目：放電ランプ１を２０本ずつ制作し、封止部１４への銀ロウの付着本数、リード線４０の被覆４４への銀ロウの付着本数、アウターリード２８とリード線４０の芯線４２との接触面の銀ロウ不足本数を、それぞれ目視で確認した。なお、いずれの項目も少ない方がよい。

結果を図２に示す。図２から明らかであるとおり、筒体５０を有することで、封止部１４への銀ロウの付着、リード線４０の被覆４４への銀ロウの付着、アウターリード２８とリード線４０の芯線４２との接触面の銀ロウ不足のいずれの不具合も発生しなかった。以上のことから、放電ランプ１は、筒体５０を設けることが望ましいことがわかる。
（第１の実施形態の変形例１）

第１実施形態の変形例１および変形例２に係る放電ランプ２，３について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、放電ランプ２を例示している。図３（ｂ）は、放電ランプ３を例示している。なお、第１の実施形態と同じ構成については符号を同一とし、以降の説明を省略する。

図３（ａ）に示すように、筒体５０の形状は限定されない。例えば、図３（ａ）に示すように、筒体５０の断面形状が六面体等の多角形となっていてもよい。また、図３（ｂ）に示すように、筒体５０の封止部１４側が楕円形状となっていてもよい。このような構成であっても、第１の実施形態と同様に、アウターリード２８とリード線４０とを確実に溶着することができる。

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。

１,２，３…放電ランプ
１０…発光管
１２…放電空間
１４…封止部
１６…封入金属
２０…電極
２２…電極軸
２４…コイル
２６…金属箔
２８…アウターリード
３０…溶着部
４０…リード線
４２…芯線
４４…被覆
５０…筒体

Claims

放電空間を有し、紫外線を透過する発光管と；
前記放電空間の両端に設けられ、前記放電空間に延びて設けられる電極軸および前記電極軸の前記放電空間側にコイルを有する一対の電極と；
前記電極と接続される金属箔と；
一端が前記金属箔と接続されるアウターリードと；
前記アウターリードの他端側に設けられる溶着部と；
前記アウターリードと、前記溶着部を介して接続されるリード線と；
前記アウターリード、前記溶着部および前記リード線の一部を覆って設けられる筒体と；
を有する放電ランプ。
前記筒体は、前記溶着部よりも融点が高い金属である、請求項１記載の放電ランプ。
前記筒体は、前記アウターリードの他端側または前記リード線の一端側に平坦部が設けられる、請求項１または２記載の放電ランプ。
前記筒体は、前記アウターリードおよび前記リード線が対向する側面に孔が設けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の放電ランプ。
前記筒体の長さをＬ［ｍｍ］、前記アウターリードの延びる方向の長さをＬ１［ｍｍ］、前記リード線の芯線の長さをＬ２［ｍｍ］としたとき、（Ｌ１＋Ｌ２）−Ｌ≦２を満たす、請求項１〜４のいずれか１項に記載の放電ランプ。
前記孔は、直径が０．５［ｍｍ］以上である、請求項４または５に記載の放電ランプ。