JP4507040B2 - 金属蒸気放電灯及び金属蒸気放電灯の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線硬化型のインキ、塗料、樹脂、接着剤などの硬化、乾燥に利用される紫外線装置用の金属蒸気放電灯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光化学反応や塗料の乾燥用に用いられる光源には、おもに高圧水銀ランプが使用されているが、高圧水銀ランプよりも紫外線域での発光効率を高めたものに金属蒸気放電灯（メタルハライドランプ）が知られている。メタルハライドランプは発光管内に金属がハロゲンとともに封入され、金属特有の発光スペクトルを有する。光化学反応やインキ、塗料の乾燥には２５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長の光が有効で、この波長域に発光スペクトルを持つ金属元素としては、ガリウム、鉛、鉄、コバルト、ニッケルなどが知られている。これら金属元素のうち鉄、コバルト、ニッケルという鉄族のハロゲン化物を添加したランプは２５０ｎｍ〜４５０ｎｍでの発光効率が特に高く光化学用光源として適している。このようなメタルハライドランプの実用例としては特公昭５８−１８７４３号公報、特公昭５９−２３４２０号公報等に記載のものがよく知られている。
【０００３】
上記メタルハライドランプは図４に示すように、石英製の発光管１の両端にタングステンからなる電極２を配置しており、電極はモリブデン箔３を介して外接リード線４に接続されており、両端のリード線から電力が発光管に供給される。発光管の中には、水銀と希ガスと金属のハロゲン化物が封入されており、点灯後発光管の温度上昇とともに水銀と金属ハロゲン化物の蒸気圧があがり放電プラズマ中で金属ハロゲン化物が分解され金属原子となり電極から放出される電子のエネルギーを受け取り励起する。励起した金属原子はエネルギーを光として放出するため、金属元素の持つ固有のスペクトルが得られる。
【０００４】
また金属蒸気放電灯の発光管のシール部構造については、ピンチシール法と真空溶封法（シュリンクシールとも呼ぶ）が代表的なシール方法である。ピンチシール法はシールする石英ガラス管と電極マウント（電極と金属箔とリードで構成される）を配置し、石英管内には不活性ガスを導入しておき、石英ガラスを加熱溶融し大気圧下で機械的に圧潰してシールする方法である。この方法はモールドによる機械的な成形であるため形状が安定しているが、シールが瞬間的に行われるのでひずみが残りやすい。シール部にひずみがあることから機械的強度は小さい。また真空溶封法はシールする石英ガラス管内に電極マウントを挿入し、位置決めをした後、石英管の内部を真空ポンプで排気して減圧し、その後ガラス旋盤などで回転させながらシール箇所を加熱溶融することによって大気圧で金属箔体と石英ガラスとを溶着させる方法である。ピンチシール法と比較するとシール工程に手間がかかるが、シール部全体がよくなじむのでひずみが少なく機械的強度が大きい利点がある。特に紫外硬化用ランプは発光管が長く自重がシール部にかかるので、機械的強度が大きい真空溶封法が多く採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の真空溶封法では電極に石英ビーズが装着されることが多い。これは、石英ビーズを電極心棒に装着しておくことにより、電極の芯出し、溶接部の密着、シール形状の成形が容易になるためである。しかしながら、電極心棒に装着される石英ビーズは電極心棒に固着されていないので、石英ビーズがシール作業中に軸方向に移動してしまうことがある。石英製のビーズはモリブデン箔に接しているくらいが正常な状態であるが、モリブデン箔から離れると溶接部の隙間が大きくなりここに添加物が溜まり所望の分光分布が得られなくなる。また石英製のビーズがシール管から脱落すると電極の芯だしの機能が失われてしまう。さらに石英製のビーズが電極に備えられた二重コイル端にまで移動した状態では、電極の動作温度、発光管の最冷部温度が設計値からはずれ電気的光学的特性がばらつく問題が発生する。
【０００６】
また石英ガラスの軸方向の移動を抑制するため、電極にストッパーを溶接して金属箔とストッパーで石英ビーズをとめれば移動は抑制できるが、シール中に回転させるのでストッパーがはずれることがあり完全ではない。
【０００７】
本発明は上記の諸点に鑑み発明したものであって、金属蒸気放電灯の電気的・光学的特性のばらつきを低減するとともに、ストッパーなどを溶接する必要が無いのでストッパーの溶接はずれがなくシール工程の歩留まりを向上させることができ、電極マウント工程も簡素化され金属蒸気放電灯のコストの低減にも寄与する
ことができる金属蒸気放電灯及び金属蒸気放電灯の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は上記課題を解決するために次の構成としてある。つまり、請求項１に記載の発明は、石英ガラス製の発光管の両端に、電子放出性物質を含浸塗布した電極を封着し、同電極の一端に金属箔導体を接続して気密に構成してなる金属蒸気放電灯に関する。また前記電極の電極心棒にタングステンコイルを二重に巻き、二重に巻いたタングステンコイルの内側コイルの外端より間隙を有して巻回し一体的に延長して内側コイルの延長部を形成し、また電極心棒には、内径が電極心棒より大きくかつ延長形成された内側コイルが通過しない大きさの石英ビーズを嵌着して構成してある。
【０００９】
請求項１に記載の金属蒸気放電灯によると、石英ビーズはシール管の所定の箇所に封着することができるので、電極はバルブの所定の箇所に支持され、電気的光学的特性のばらつきを低減してなる金属蒸気放電灯を得ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の本発明は、金属蒸気放電灯の製造方法に関し、
ａ）電極の電極心棒に二重に巻いたタングステンコイルと、二重に巻いたタングステンコイルの内側コイルの外端より間隙を有して巻回し一体的に延長形成した内側コイルの延長部と、電極心棒に挿入支持してなるビーズと、電極心棒の外端近傍に接続してなる金属箔と、金属箔の外端に外部リードを介して接続してなる位置決め具とを有し、電極心棒に二重に巻いたタングステンコイルの巻回部は電子放出性物質に含浸塗布してマウントを形成し、
ｂ）次にマウントを発光管の両端に配置してなるシール管の所定位置まで挿入し、シール管の外端を加熱して塞ぎ、発光管内を排気管を介して減圧状態にしてその端部を封止し、
ｃ）次に発光管の両端の封止部を回転しながら加熱して気密シールし、
ｄ）かかる後発光管の排気管を開封して添加物を封入し、希ガスを封入後、再度排気管を封止し、さらにシール管の外部リードより外端を切断して構成してある。
【００１１】
請求項２に記載の金属蒸気放電灯の製造方法によると、簡単な方法により、シール管の所定の箇所に、モリブデン箔と、電極と、ビーズを封着することができる。
またストッパーなどを溶接する必要が無いのでストッパーの溶接はずれがなく、シール工程の歩留まりを向上させることができ、電極マウント工程も簡素化され金属蒸気放電灯のコストの低減にも寄与することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は本発明に係る金属蒸気放電灯の構造図である。図１において、外径２３ｍｍ、肉厚１．５ｍｍに構成した石英ガラス製の発光管１１の両端に電極１２が設けられている。また発光管１１の端部には内径５．５ｍｍ、肉厚２ｍｍの石英ガラス製のシール管１３が接続されている。また電極１２の外端に内径２ｍｍ、外径５ｍｍの石英製のビーズ１４を設け、同ビーズ１４の外端に幅５ｍｍ、全長２０ｍｍ、厚さ３５μｍの金属箔１５を設け、さらに金属箔１５の外端に、外径１ｍｍ、長さ１３ｍｍのモリブデン製のリード１６を接続して電極マウントを構成し、同電極マウントを発光管の両端に溶着してある。金属箔としては例えばモリブデン箔を用いて構成する。
【００１３】
図２は、本発明に係る金属蒸気放電灯の製造中（シール工程中）の電極マウントの構成を表す図である。該電極マウントには位置決め具１７がモリブデンリード１６に溶接され、発光管１１とシール管１３で構成される封体に挿入される。位置決め具１７は略菱形の部分をシール管１３の内面に当接することにより電極マウントを所定の位置に固定することができる。
【００１４】
図３は本発明に係る金属蒸気放電灯の電極および関連部品の切り欠き断面図である。本実施例においては、電極１２は外径１．５ｍｍ、長さ２０ｍｍで、０．８ｍｍのタングステン二重コイルが電極心棒１８に被せて構成してある。二重コイルの内側コイル２０は、例えばピッチ２００％で粗に巻いてあり、外側コイル１９はピッチ１００％で密巻きとしている。なお二重コイル部では内側コイル２０と外側コイル１９の両方のコイルピッチを１００％で密巻きとして構成してもよい。また、二重に巻いたタングステンコイルの外端部より内側コイル２０は間隙を有して巻回し一体的に延長して内側コイル延長部２１を形成してある。その端部は石英ガラス製のビーズ１４の端面に達する。また電極心棒に二重コイルを被せた状態で、電極は酸化トリウムや酸化スカンジウムなどの電子放出性物質の粉末を溶媒に溶いた液体に含浸塗布し二重コイルで形成される隙間に電子放出性物質２３をしみこませ、乾燥焼成する。このとき、内側コイルより延長された部位はタングステンコイルによって囲まれることがなく、かつ粗に巻いてあるので電子放出性物質の吸い上げはごくわずかになり、ほとんど塗布されることがない。
【００１５】
上記した金属蒸気放電灯の製造方法について図２と図３に基づき説明する。先ず次の順序でマウントを構成する。
ａ）電極１２の電極心棒１８に二重に巻いたタングステンコイルと、二重に巻いたタングステンコイルの内側コイル２０を、その外端より間隙を有して巻回し一体的に延長形成した内側コイル延長部２１と、電極心棒に挿入支持（嵌着）してなるビーズ１４と、電極心棒１８の外端近傍に金属箔１５を接続し、金属箔１５の外端にモリブデンリード１６を接続し、さらにその端部に位置決め具１７を接続して、マウントを構成する。電極１２は電極心棒１８に二重コイルを被せた状態で、電極は酸化トリウムや酸化スカンジウムなどの電子放出性物質の粉末を溶媒に溶いた液体に含浸塗布し、二重コイルで形成される隙間に電子放出性物質をしみこませ、乾燥焼成しておく。
ｂ）次にマウントを発光管１１の両端に配置してなるシール管１３の所定位置まで挿入し、シール管の外端を加熱して塞ぎ、またあらかじめ発光管に封着した排気管（図示せず）を介して内部を真空ポンプで排気して発光管１１内を減圧状態にする。そして排気管の端部を封止する。
ｃ）次に発光管１１をガラス旋盤で支持し、シール部を回転しながら火炎バーナー２２で加熱して気密シールする。
ｄ）かかる後発光管１１の排気管を開封して添加物を封入し、希ガスを封入後、再度排気管を封止し、シール管１３のモリブデンリード１５より外端を切断して構成してある。
【００１６】
上記構成に基づき、発光長１２５ｍｍ、１．５ｋＷのランプを製作したところ本発明の金属蒸気放電灯は初期紫外線出力のばらつきはプラスマイナス５％以内にあったが、従来の金属蒸気放電灯はプラスマイナス１５％の水準であった。これは、電極の内側コイルが石英ビーズの移動を抑制するので、電極部位の形状が安定するので、発光管の最冷部温度のばらつきが抑制されて安定した紫外線出力が得られるようになったためである。
【００１７】
また図４に示す従来の構造によると、電極２の内側コイル及び外側コイルを石英ビーズ５が所定の位置となるところまで延長した電極を製作し、同様なランプの製作を試みたが、外側コイルが発光管とシール管の接続部に近くなり、コイルの切断端から始動時に発生するアークスポットにより石英ガラスが侵されてリークに至る問題が発生した。また、内側コイルのみを密巻きで石英ガラスが所定の位置となるところまで延長した電極の場合も同様であった。これらの現象は、電極コイルに含浸塗布された電子放出性物質が始動時にコイル切断端に発生するアークスポットからの電子放射を助け安定化させるためにおこる問題である。従来構造に対して、本発明による放電灯は電極の内側コイルの延長部が粗に（間隙を有して）巻かれているので電子放出性物質の含浸塗布箇所を制御するので、アークスポットの内側コイル切断端での安定化を阻止する作用がある。
【００１８】
また従来の電極では、電極心棒にタングステンなどの高融点材料を用いてストッパーを溶接などの手法で付加し石英ビーズの移動を抑制する必要があったが、ストッパーの溶接工程が必要であったり、シール工程中にストッパーがはずれたりするので歩留まりが悪い。従来の構造に対して本発明に係る金属蒸気放電灯の電極は、内側コイルを延長するだけでよいので、ストッパーの溶接工程が不要であるだけでなく電極の製造が容易であるのでコストの低減を図ることができる。また、従来電極では電極の二重コイルを石英ビーズまで延長してモリブデン箔とコイルによって石英ビーズをとめると、電極の温度が下がりすぎて、立ち消え、ちらつきを起こす。また、二重コイルの端部が発光管に近づくので、始動時に二重コイル端から発生するアークによって石英ガラスのつなぎ目からリークする問題も発生する。
【００１９】
【発明の効果】
上記した請求項１に記載の金属蒸気放電灯によると、石英ビーズはシール管の所定の箇所に支持されるので、電極は所定の箇所に封着することができ、電気的・光学的特性のばらつきを低減し、また電極の電極心棒に二重に巻いた内側コイルは間隙を有して巻回し延長部を延長形成してあるので、同部に電子放出性物質は付着し難く、安定した電気的特性を有する放電灯を得ることができる特別な効果がある。
【００２０】
上記した請求項２に記載の金属蒸気放電灯の製造方法によると、簡単な方法により、シール管の所定の箇所に、モリブデン箔と、電極と、ビーズを封着することができ、また溶接時のずれがないシール工程の歩留まりを向上させることができ、さら電極マウント工程も簡素化される特別な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の係る金属蒸気放電灯の切り欠き構成図である。
【図２】シール工程中の電極マウントの構成図である。
【図３】本発明に係る電極の構成例である。
【図４】従来の金属蒸気放電灯の電極マウントの構成図である。
【符号の説明】
１１ 発光管
１２ 電極
１３ シール管
１４ ビーズ
１５ 金属箔
１６ リード
１７ 位置決め具
１８ 電極心棒
１９ 外側コイル
２０ 内側コイル
２１ 内側コイル延長部
２２ ガスバーナー
２３ 電子放出性物質

Claims (2)

1. 石英ガラス製の発光管の両端に、電子放出性物質を含浸塗布した電極を封着し、同電極の一端に金属箔を接続して気密に構成してなる金属蒸気放電灯において、前記電極の電極心棒にタングステンコイルを二重に巻き、二重に巻いたタングステンコイルの内側コイルの外端より間隙を有して巻回し一体的に延長して内側コイルの延長部を形成し、また電極心棒には、内径が電極心棒より大きくかつ延長形成された内側コイルが通過しない大きさの石英ビーズを嵌着して構成したことを特徴とする金属蒸気放電灯。
2. ａ）電極の電極心棒に二重に巻いたタングステンコイルと、二重に巻いたタングステンコイルの内側コイルの外端より間隙を有して巻回し一体的に延長形成した内側コイルの延長部と、電極心棒に挿入支持してなるビーズと、電極心棒の外端近傍に接続してなる金属箔と、金属箔の外端に外部リードを介して接続してなる位置決め具とを有し、電極心棒に二重に巻いたタングステンコイルの巻回部は電子放出性物質に含浸塗布してマウントを形成し、
   ｂ）次にマウントを発光管の両端に配置してなるシール管の所定位置まで挿入し、シール管の外端を加熱して塞ぎ、発光管内を排気管を介して減圧状態にしてその端部を封止し、
   ｃ）次に発光管の両端の封止部を回転しながら加熱して気密シールし、
   ｄ）かかる後発光管の排気管を開封して添加物を封入し、希ガスを封入後、再度排気管を封止し、さらにシール管の外部リードより外端を切断したことを特徴とする金属蒸気放電灯の製造方法。

Images