JPH066447Y2 - ショートアーク型水銀蒸気放電灯 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、半導体やプリント基板の焼き付けなどに好適
に使用されるショートアーク型水銀蒸気放電灯に関する
ものである。

〔従来技術とその問題点〕

例えば半導体やプリント基板の焼き付けに紫外線が利用
され、この紫外線を発生する光源として、通常、ショー
トアーク型の超高圧水銀蒸気放電灯が使用されている。
かかる放電灯の石英ガラス製発光管は、中央の略球形を
した発光空間膨出部とその両側から伸びる封止管部から
なり、発光空間膨出部内でタングステン製の陰極と陽極
が対向配置されている。そして、封止管部に埋設された
金属箔がそれぞれ陰極と陽極に接続されている。また、
発光管内には、水銀と不活性ガスが所定量封入される
が、点灯時にきわめて高温になる陽極を発光管の下部に
滞留する水銀に接近せしめて水銀の蒸発を促進するた
め、陽極を下側にした垂直姿勢で点灯される。

ところで、かかる目的で使用される放電灯の点灯寿命
は、従来４００〜６００時間程度に設計されていたが、
最近では１０００時間以上の点灯寿命が要求されること
がある。放電灯の点灯寿命が尽きる原因はいろいろある
が、主要なものは次の３つの原因である。

先ず、電極のタングテンが蒸発し、発光空間膨出部の内
壁に付着して黒化するため、紫外線の透過量が減少して
光の放射量が低下してしまうことがある。蒸発したタン
グステンは上昇気流に乗って上昇し、発光空間膨出部の
上部内壁から付着して点灯時間の増加につれて徐々に発
光空間膨出部の中央内壁に付着していく。半導体の焼き
付けなどにおいては、放電灯より放射される光のうち、
実際に使用されるのは、アーク中心から上側４０°、下
側３５°程度の角度範囲から放射する光のみである。つ
まり、アーク中心から上側４０°以上の範囲が黒化して
もあまり影響がないが、長時間点灯しているとこれより
下の部分も黒化し、利用する光の放射量が減少する。そ
して、利用する光の放射量が使用開始時の７０％程度に
なると使用不能になる。

また、上側に位置して高温になる陰極側の封止管部の石
英ガラスと金属箔が剥離する「箔浮き」と称する現象が
生じて点灯不能になることがある。これは、石英ガラス
中に含まれる不純物の金属陽イオンが熱励起されるう
え、金属箔に負の電位が印加されるので、金属箔に向か
う方向に大きな電界が発生し、不純物の陽イオンが金属
箔の界面近傍に集中する。このため、金属箔が酸化して
石英ガラスと剥離し、隙間が発生するが、長時間点灯し
ていると、発光管の高圧力により隙間が徐々に進行して
外部と連通し、封止管部の気密性が破壊されるためと考
えられている。

更には、陽極もきわめて高温になるために溶損して形状
が変形し、正常なアークが形成されないので、出力が低
下してしまう。

このように、点灯時間が６００時間程度経過するとこれ
らの現象が急激に顕著になり、１０００時間以上の点灯
寿命を得るのが非常に困難であった。

〔考案の目的〕

そこで本考案は、発光管の黒化と箔浮きおよび陽極の溶
損が抑制され、点灯寿命の長いショートアーク型水銀蒸
気放電灯を提供することを目的とするものである。

〔考案の構成とその作用〕

本考案のショートアーク型水銀蒸気放電灯は、発光管の
中央に位置し、最大径部分がアーク中心より上側に変位
して上下非対称の略たまご型をした発光空間膨出部と、
この発光空間膨出部より上下にそれぞれ伸びる封止管部
と、発光空間膨出部内で上側に配置される陰極と、発光
空間膨出部内で陰極と対向して配置され、その胴部外表
面に熱放射層が設けられた陽極と、封止管部に埋設され
て陰極および陽極にそれぞれ接続される金属箔と、陰極
側の封止管部の外表面に設けられて陰極と電気的に接続
された導電層と、よりなることを特徴とする。

かかる放電灯において、発光空間膨出部は、最大径部分
がアーク中心より上側に変位して上下非対称の略たまご
型をしているので、上側の容積が大きい。つまり、黒化
しても利用する光に影響を与えない発光空間膨出部の上
側内壁の表面積が広く、この部分から黒化するので、影
響を与える発光空間膨出部の中央部分が黒化するまでの
時間を長くすることができる。また、陰極側の封止管部
の外表面に塗布された導電層が陰極と電気的に接続され
て同電位になっているので、石英ガラスと金属箔の電界
強度が実質上零となり、石英ガラス中の不純物の金属陽
イオンが金属箔の方向に移動しなくなる。従って、金属
箔が酸化されにくく、箔浮き現象を防止することができ
る。更には、陽極の胴部外表面に熱放射層を設けたの
で、陽極から熱がよく放散して過熱されず、熱溶損が抑
制される。

すなわち、放電灯の点灯寿命が尽きる主要な原因である
発光管要部の黒化、箔浮きおよび陽極の溶損を防止する
ようにしたので、点灯寿命が飛躍的に延長し、１０００
時間以上の点灯寿命を達成することができる。

〔実施例〕

以下に図面に示す実施例に基いて本考案を具体的に説明
する。

第１図は、消費電力が１ＫＷであり、半導体やプリント
基板の焼き付けなどに使用されるショートアーク型の超
高圧水銀蒸気放電灯を示す。石英ガラス製の発光管１の
中央が発光空間膨出部11であり、その上下に封止管部12
が伸びている。そして、発光空間膨出部11内には、タン
グステン製の陰極３と陽極４が対向して配置されてお
り、電極間距離は2.9mmである。陰極３には点灯中に発
生する不純ガスを吸収するためのゲッター31が巻き付け
られている。封止管部12の端部にはそれぞれ口金５が取
り付けられ、また、封止管部12内に板厚が0.02mm程度の
モリブデン箔からなる金属箔２が埋設されており、この
金属箔２の端部が陰極３ないし陽極４に接続されてい
る。そして、発光管１内に、点灯時に例えば４０気圧に
なる水銀と不活性ガスが封入され、陰極３を上側にした
垂直姿勢で点灯される。

ここで、発光空間膨出部11は、その最大径部分11aがア
ーク中心Ｃよりも上側に位置してる。つまり、通常の発
光空間膨出部は球形ないし楕円球形であって上下対称で
あるが、本考案の発光空間膨出部11は焦点間距離の異な
る２個の半楕円球形を繋げたものであり、上下非対称で
あって上側が大きな略たまご型をしている。ここで、ア
ークから放射される光を有効に利用するのは、アーク中
心Ｃから上側４０°、下側３５°（第１図に示す有効利
用範囲）を透過する光である。従って、この有効利用範
囲よりも上側の発光空間膨出部11の内表面が大きくなっ
ている。もっとも、最大径部分11aの位置をアーク中心
Ｃから大きく離して有効利用範囲より上側の内表面をあ
まり大きくすると、点灯中にその部分の石英ガラスが十
分に高温にならず、石英ガラスに接触した水銀蒸気が凝
縮するので、これを避けなければならない。このため、
最大径部分11aは、発光空間膨出部11の上下方向の長さ
を１：２ないし２：３に按分する位置に設けるのが好ま
しい。

次に、上側に位置して高温になる陰極３側の封止管部12
の外表面に導電層６が設けられており、この導電層６は
接続線61によって陰極３と電気的に接続されている。導
電層６は、例えば導電性塗料を２０mm程度の長さに塗布
して焼き付けたものであるが、薄い銅板を巻き付けた
り、細い銅線を密な螺旋状に巻き付けたものであっても
よい。

陽極４は、先端が台形でそれに続く胴部からなるが、こ
の胴部の表面に熱放射層41が形成されている。この熱放
射層41は、タンタルカーバイドやジルコニウムカーバイ
ト、ハーフニウムカーバイドなどの金属炭化物をペース
ト状にして数十μｍ程度の厚さに塗布し、焼き付けたも
のである。これらの金属炭化物は、耐熱温度が高く、か
つ熱放射特性が大きいので、陽極４の熱が熱放射層41か
らよく放射する。

しかして、かかる構成の放電灯を点灯すると、陰極３か
ら蒸発したタングステンが上昇気流に乗って発光空間膨
出部11上部の内表面に付着し、黒化するが、点灯時間が
増加すると黒化部分が徐々に下側に下りてくる。しか
し、有効利用範囲より上側の内表面が広いので、この部
分が黒化するのに時間がかかり、有効利用範囲は１００
０時間以上点灯しても黒化しない。因に、発光空間膨出
部11の上下方向の長さを１：２に按分する位置に最大径
部分11aを設けて発光空間膨出部11の上半分の内表面を
約１０％大きくした場合、点灯時間が１５００時間で有
効範囲を透過する光量の減衰量が７０％になり、点灯寿
命が尽きた。

そして、陰極３側の封止管部12の外表面に導電層６が設
けられ、この導電層６が陰極３と同電位になっているの
で、封止管部12の石英ガラスと金属箔２の電界強度が実
質上零となり、前述の通り、石英ガラスに含まれる不純
物の金属陽イオンが金属箔２側に移動しないので、金属
箔２の酸化が抑制され、これも点灯時間が１５００時間
経過しても、封止管部12の気密性が破壊されなかった。
また、陽極４の熱が熱放射層41からよく放射し、過熱さ
れないので、点灯時間が１５００時間経過してもほとん
ど溶損せず、陽極４の状態は良好であった。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案のショートアーク型水銀蒸
気放電灯は、放電灯の点灯寿命が尽きる主要な原因であ
る発光管の有効利用範囲の黒化、陰極側の封止管部の箔
浮きおよび陽極の溶損を防止するようにしたので、点灯
寿命が飛躍的に延長して１０００時間以上の点灯寿命を
達成することができ、半導体やプリント基板の焼き付け
などの光源として好適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例の正面図である。 １…発光管、11…発光空間膨出部、11a…最大径部分、1
2…封止管部、２…金属箔、３…陽極、31…ゲッター、
４…陽極、41…熱放射層、５…口金、６…導電層、61…
接続線、Ｃ…アーク中心。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】発光管の中央に位置し、最大径部分がアー
   ク中心より上側に変位して上下非対称の略たまご型をし
   た発光空間膨出部と、 この発光空間膨出部より上下にそれぞれ伸びる封止管部
   と、 発光空間膨出部内で上側に配置される陰極と、 発光空間膨出部内で陰極と対向して配置され、その胴部
   外表面に熱放射層が設けられた陽極と、 封止管部に埋設されて陰極および陽極にそれぞれ接続さ
   れる金属箔と、 陰極側の封止管部の外表面に設けられて陰極と電気的に
   接続された導電層と、 よりなることを特徴とするショートアーク型水銀蒸気放
   電灯。