特許 5983319 放電ランプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5983319

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】放電ランプ

(51)【国際特許分類】

   H01J 61/36 20060101AFI20160818BHJP

【ＦＩ】

   H01J61/36 B

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-242292(P2012-242292)

(22)【出願日】2012年11月2日

(65)【公開番号】特開2014-93165(P2014-93165A)

(43)【公開日】2014年5月19日

【審査請求日】2015年9月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106862

【弁理士】

【氏名又は名称】五十畑 勉男

(72)【発明者】

【氏名】加瀬 征彦

(72)【発明者】

【氏名】的場 正憲

(72)【発明者】

【氏名】金子 俊夫

【審査官】 佐藤 仁美

(56)【参考文献】

【文献】 登録実用新案第３１７１５１７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−３２９８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１２９４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−０８０２５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００７−２４２５７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ６１／３０−６１／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に一対の電極が配置された発光部とその両端の封止部とからなる発光管と、前記封止部の内部に配置された封止用ガラス部材と、該ガラス部材の側面に沿って長手方向に伸びるように配置された複数の金属箔と、前記ガラス部材の端面に配置された集電ディスクとからなり、該集電ディスクは、前記電極が固定された内部リード及び／又は封止部の外方に導出された外部リードと、前記金属箔とを電気的に接続してなる放電ランプにおいて、
前記集電ディスクは、前記内部リード及び／又は外部リードに固定される第１のディスクと、該第１のディスクの外周に沿って配置される第２のディスクとからなり、
前記第１のディスクは前記第２のディスクに比較して、延性−脆性転移温度（ＤＢＴＴ）が低い金属からなるとともに、
前記内部リード及び／又は外部リードは、外周面に凹部が形成されていて、前記第１のディスクに形成された貫通孔に挿入されており、
前記第１のディスクを、前記貫通孔近傍において塑性変形させて、当該第１のディスクの一部を前記内部リード及び／又は外部リードの前記凹部に侵入させてカシメ固定しているとともに、該第１のディスクの塑性変形により第２のディスクと接合固定していることを特徴とする放電ランプ。

【請求項2】

前記第１のディスクは、延性−脆性転移温度（ＤＢＴＴ）が室温以下の金属からな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】

前記第１のディスクはタンタル、ニオブのいずれかであり、第２のディスクはモリブデンであることを特徴とする請求項２に記載の放電ランプ。

【請求項4】

前記凹部は、前記内部リード及び／又は外部リードの外周面に円周方向に間隔をあけてドット状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプ。

【請求項5】

前記凹部は、前記内部リード及び／又は外部リードの外周面に円周方向に連続して溝状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は放電ランプに関し、特に、封止部内で金属箔と内部リードとを集電ディスクを介して電気的に接続してなる放電ランプに係わるものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、半導体基板や液晶ディスプレイ用の液晶基板を露光するのに使用する露光装置の紫外線光源として、放電ランプが使用されている。
この種の放電ランプでは、特開２００７−１１５４９８号公報（引用文献１）に示されるような、封止部内で金属箔と内部リードとを集電ディスクを介して電気的に接続する構造のものが多用されている。

【0003】

図５は、従来の放電ランプの全体断面図である。
図５に示すように、この放電ランプにおいて、石英ガラスにより形成される発光管１は、発光空間Ｓを囲繞する球形状の発光部２と、この発光部２の両端から外方に伸びるよう連設された筒状の封止部３とにより構成されている。
該発光管１の発光部２内には、陽極４および陰極５が互いに対向するよう配置されており、その各々は、封止部３から発光部２に管軸に沿って伸びる、例えばタングステンよりなる円柱状の内部リード６、６の先端に固定されて支持されている。そして、前記発光管１の発光部２内には、キセノン、アルゴン、クリプトン等の希ガス若しくはこれらの混合物よりなる封入ガスおよび水銀などの発光物質が封入されている。

【0004】

前記発光管１の封止部３内においては、発光部２に接近した位置に、石英ガラスよりなる内部リード保持用筒体７が配設され、前記内部リード６はこの内部リード保持用筒体７を貫通・支持されている。
上記内部リード保持用筒体７の後方には石英ガラスよりなる封止用ガラス部材８が配置されている。
そして、この封止用ガラス部材８の前端面には、前記内部リード保持用筒体７との間に挟まれるように、内部集電ディスク１２が設けられている。

【0005】

そして、電極４、５を保持した内部リード６は、前記内部リード保持用筒体７を貫通し、前記内部集電ディスク１２に接続されている。
一方、前記封止用ガラス部材８には、その前端面から軸方向に沿って伸びる有底孔８ａと、後端面から伸びる有底孔８ｂが形成されており、これらの有底孔８ａ、８ｂにはそれぞれ内部リード６と外部リード９が挿入されている。この外部リード９は封止部３の後方に延出している。
前記封止用ガラス部材８の後端面には外部集電ディスク１３が配置され、前記外部リード９は、この外部集電ディスク１３を貫通して接続されている。

【0006】

前記封止用ガラス部材８の外周面には、モリブデンよりなる複数の帯状の金属箔１１が、当該封止用ガラス部材８の周方向に互いに離間して長手方向に伸びるように配置されており、該金属箔１１の各々の内端部は、前記内部集電ディスク１２に接続されて内部リード６と電気的に接続されており、一方、前記金属箔１１の各々の外端部は、前記外部集電ディスク１３に接続されて外部リード９と電気的に接続されている。
これにより、前記内部リード６と外部リード９とは、内部集電ディスク１２、金属箔１１および外部集電ディスク１３を介して電気的に接続される。
そして、封止用ガラス部材８の外周面は、金属箔１１を介して封止部３の内面に気密に溶着されている。
なお、前記封止用ガラス部材８の外端側には、外部リード保持用筒体１０が配置され、前記外部リード９がこの外部リード保持用筒体１０に挿通・支持されていて、該外部リード保持用筒体１０の外周面は、封止部３の内面に気密に溶着されている。

【0007】

かかる従来技術においては、前記集電ディスクは、材質としてはモリブデンからなり、内部リード及び外部リードはタングステンで構成される。
そして、内部集電ディスクと内部リード、及び、外部集電ディスクと外部リードとを接合する手段としては、これらの間での電気的導通を図るためにロウ材としてプラチナ（Ｐｔ）を使用してロウ付け接合する方法が採用されている。
ところが、プラチナは発光管内に封入された水銀と反応する性質を有するので、集電ディスクの表面にまで到達してくる水銀と反応してアマルガムを形成してしまい、この反応により体積膨張して、封止部が破裂するという問題があった。この現象は、発光部により近い内部集電ディスクにおいて顕著に出現する。
そこで、本出願人は先に、実用新登録第３１７５１７号公報（特許文献２）によって、集電ディスクとリードとを接合する際に、ロウ材を用いることなく、カシメ固定によって接合することを提案している。

【0008】

図６に詳細が示されるように、内部リード６の外周面には、その円周方向に凹部１５が形成されている。
一方、内部集電ディスク１２の中心には、前記内部リード６の外径に適合する内径（若干大きめの内径）の貫通孔１２ａが形成されており、前記内部リード６は該貫通孔１２ａに挿入されている。このとき、内部リード６の凹部１５が内部リード６の貫通孔１２ａ内に位置するようにする。
そして、集電ディスク１２の貫通孔１２ａの近傍に、その両側からカシメプレス機圧子３０、３０を当接してプレスする。
これにより、図７に示すように、集電ディスク１２が塑性変形して、その塑性変形した材料の一部１２ｂが、内部リード６の凹部１５内に侵入することによって、集電ディスク１２は内部リード６にカシメ固定されて接合される。
また、外部集電ディスク１３と外部リード９の接合にも同様な手段が採用されている。

【0009】

ところで、先に例示したように、集電ディスクは、耐熱性、電気伝導性、コスト性の観点からモリブデンが使用されている。
しかしながら、集電ディスク１２を高い圧力でプレスした際、クラックが入り、内部リード又は外部リードに接合できないことがある。具体的に説明すると、図８に示されるように、集電ディスク１２の貫通孔１２ａから放射状にクラックＣが生じて破損する。
このようなクラックＣは、プレス加工時に、室温状態（冷間）において強力な圧力がかかることにより、モリブデンが脆性破壊をしたためであると、本発明者らの調査により判明した。
このような破損は、集電ディスクの材質としてモリブデン以外の材料が選択された場合でも、加工時の温度と当該材料の特性との関係で生じるので、単に材質の選択に留まらない対策が必要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００７−１１５４９８号公報

【特許文献1】実用新案登録第３１７５１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

この発明が解決しようとする課題は、発光管の封止部内で、電極に繋がる内部リードに集電ディスクが接続され、該集電ディスクが金属箔によって接続されてなる放電ランプにおいて、内部リード及び／又は外部リードと集電ディスクとの接合構造としてカシメ固定による接合構造を採用したものにおいて、集電ディスクに脆性破壊によるクラックや損傷が生じることがなく、強固にかつ歩留まりよく接合することができる、生産性が良好な放電ランプを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために、この発明に係る高圧放電ランプでは、前記集電ディスクは、前記内部リード及び／又は外部リードに固定される第１のディスクと、該第１のディスクの外周に沿って配置される第２のディスクとからなり、前記第１のディスクは前記第２のディスクに比較して、延性−脆性転移温度（ＤＢＴＴ）が低い金属からなるとともに、前記内部リード及び／又は外部リードは、外周面に凹部が形成されていて、前記第１のディスクに形成された貫通孔に挿入されており、前記第１のディスクを、前記貫通孔近傍において塑性変形させて、当該第１のディスクの一部を前記内部リード及び／又は外部リードの前記凹部に挿入させてカシメ固定しているとともに、該第１のディスクの塑性変形により第２のディスクと接合固定していることを特徴とする。
また、前記第１のディスクは、延性−脆性転移温度（ＤＢＴＴ）が室温以下の金属からなることを特徴とする。
また、前記第１のディスクはタンタル、ニオブのいずれかであり、第２のディスクはモリブデンであることを特徴とする。
また、前記凹部は、前記内部リードの外周面に円周方向に間隔をあけて形成されていることを特徴とする。
また、前記凹部は、前記内部リードの外周面に円周方向に連続して溝状に形成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

この発明によれば、内部リード及び／又は外部リードと集電ディスクとのカシメ接合構造において、集電ディスクを構成する第１のディスクの延性−脆性転移温度（ＤＢＴＴ）が第２のディスクよりも低いので、プレス加工時にもその展延性によって、クラック等の損傷が起こることなく塑性変形して、強固に内部リードに接合することができる。
しかも、該第１のディスクのプレス加工により、外周方向への塑性変形により第２のディスクと接合するので、第１のディスクへのプレス加工により、一度に内部リードと第２のディスクへの接合が同時に行われて、工数の低減が図れる。
また、第１のディスクを、その延性−脆性転移温度（ＤＢＴＴ）が室温以下の金属から構成することによって、部材を加熱することなく室温での加工が可能となる。
更には、第２のディスクをモリブデンで構成できるので、ディスク全体を、より高価なニオブやタンタルで構成するよりも安価となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施例の要部断面図。

【図2】図１における接合構造の部分拡大図。

【図3】リードと集電ディスクの分解図（Ａ）および組立図（Ｂ）。

【図4】本発明の接合工程を表す断面図。

【図5】従来の放電ランプの全体図。

【図6】従来例のリードと集電ディスクの接合工程を表す断面図。

【図7】従来例の部分拡大図。

【図8】従来例の不具合の説明斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１は、本発明にかかる内部リード６と集電ディスク２０との接合構造を示す要部断面図であり、図２は更にその要部の拡大図である。
図１に示すように、発光管１の封止部３内における封止用ガラス部材８の前端面に集電ディスク２０が配置されている。図１および図２に示すように、該集電ディスク２０は、前記内部リード６に固定される第１のディスク２１と、該第１のディスク２１の外周に外嵌されて配置される第２のディスク２２とからなる。
前記第１のディスク２１は前記第２のディスク２２に比較して、延性−脆性転移温度（ＤＢＴＴ）が低い金属からなっている。また、この第１のディスク２１の延性−脆性転移温度は室温（２０〜２５℃）以下であることが好ましい。
その具体的な材質の一例をあげると、第１のディスク２１がタンタル、ニオブなどであり、第２のディスク２２はモリブデン、タングステンである。これら材質の延性−脆性転移温度は、それぞれ、モリブデンは３０℃、タングステンは３００℃であり、タンタルは−１１３℃、ニオブは−１４０℃である。

【0016】

一方で、図２に示すように、前記内部リード６の外周面には凹部１５が形成されていて、該内部リード６が前記集電ディスク２０の第１のディスク２１に形成された貫通孔２３内に挿通されたとき、前記凹部１５はこの貫通孔２３内に位置する。
この凹部１５は、円周方向に間隔をあけて形成された複数のドット状の凹部からなるものであってもよいし、円周方向に連続する溝形状であってもよい。また、その断面形状も、図示した三角形の他に、四角形状、半円形状、Ｕ字形状など種々の形状であってよい。

【0017】

前記集電ディスク２０は、第１のディスク２１を、その貫通孔２３の近傍で塑性変形させることにより、その材料の一部２１ｂを前記内部リード６の凹部１５内に侵入させてカシメ固定されている。
このとき、前記第１のディスク２１に外嵌された第２のディスク２２は、該第１のディスク２１が塑性変形する時にその外周縁では、半径方向外方に膨張するように変形することにより、該第１のディスク２１と密着して接合固定される。
これにより、内部リード６−集電ディスク２０−金属箔１１という電気的接続がなされる。
なお、図１において、集電ディスク２０の前方には内部リード保持用筒体７が配設され、前記内部リード６はこの内部リード保持用筒体７を貫通・支持されている。
また、該内部リード６の前記集電ディスク２０を貫通した後端６ａは、封止用ガラス部材８に形成した有底孔８ａ内に挿入されている。

【0018】

前記集電ディスク２０と内部リード６詳細な構造及びそのカシメ工程を図３及び図４に基づいて説明する。
図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、集電ディスク２０は第１のディスク２１と、これに外嵌される第２のディスク２２とからなり、第１のディスク２１の貫通孔２３を内部リード６が貫通している。
図４に示すように、内部リード６の外周面には周方向の凹部１５が形成されていて、該内部リード６が第１のディスク２１の貫通孔２３を貫通した状態では、前記凹部１５は、前記集電ディスク２０（第１のディスク２１）の貫通孔２３内に位置している。
前記内部リード６と第１のディスク２１の貫通孔２３との隙間、及び第１のディスク２１と第２のディスク２２との隙間は、ともに、前記第１のディスク２１が塑性変形して、それぞれ内部リード６及び第２のディスク２２と互いに密着してカシメ固定される程度であって、具体的には、例えば、内部リード６の直径がφ５ｍｍ、第１のディスク２１の貫通孔２３の径が５．０５ｍｍ、第１のディスク２１の外径が１０ｍｍ、第２のディスク２２の内径が１０．３ｍｍである。

【0019】

図３（Ｂ）のように内部リード６に装着された集電ディスク２０において、図４に示すように、第１のディスク２１の貫通孔２３近傍に、その両側からカシメプレス機圧子３０、３０を当接してパンチプレスする。
このプレス加工によって、第１のディスク２１が塑性変形して、その内径部分では材料の一部が内部リード６の凹部１５内に侵入して、第１のディスク２１が内部リード６にカシメ固定される。（図２参照）
また、該第１のディスク２１の外周縁では、前記塑性変形によりその半径方向の外方に膨張して、第２のディスク２２と密着して接合固定される。
こうして集電ディスク２０は、図２に示すように、第１のディスク２１と第２のディスク２２とが接合されるとともに、内部リード６にカシメ固定される。

【0020】

また、図５に示される外部リード９と外部集電ディスク１３との接続においても、上記と同様な構造を採用することができる。
即ち、内部リードと内部集電ディスクの接続構造、外部リードと外部集電ディスクの接続構造の両者とも、本発明の集電ディスク構造とカシメ構造を採用することができるし、いずれか一方のリードと集電ディスクの接続構造においてのみ採用することもできる。
ただいずれか一方のみに本発明の構造を採用する場合、発光部に近い内部リード側では、熱的な影響がより大きいことから、内部リード側に本発明のカシメ構造を採用することがより好ましい。

【0021】

本発明の効果を実証すべく、以下の実験例に基づいて検証を行った。
以下の、実施例、比較例の各仕様に基づいて、集電ディスクと内部リードのサンプルをそれぞれ１０本ずつ作製し、得られたサンプルについて、第１〜第３の手順に基づいて、放電ランプに使用することができるか否か、耐久性についての検証を行った。
＜実施例１＞
・内部リード：タングステン製、円柱状、直径φ５ｍｍ
・集電ディスク：
第１のディスク：タンタル製、内径φ５．０５ｍｍ、外径φ１０ｍｍ、
厚さ４ｍｍ
第２のディスク：モリブデン製、内径１０．３ｍｍ、外径φ２０ｍｍ、
厚さ４ｍｍ
＜実施例２＞
上記実施例１における第１のディスクの材質をタンタルに代えてニオブを採用した。それ以外の条件は上記実施例１と同様である。

【0022】

＜比較例１＞（図７に示す従来例）
・内部リード：タングステン製、円柱状、直径φ５ｍｍ
・集電ディスク：モリブデン製の単一構造
内径φ５．０５ｍｍ、外径φ２０ｍｍ、厚さ４ｍｍ
＜比較例２＞
上記実施例１における第１のディスクの材質をタンタルに代えてタングステンを採用した。それ以外の条件は実施例１と同様である。

【0023】

以上の実施例１、２と比較例１、２を表１に示すと以下の通りである。

【0024】

これらの実施例１、２、比較例２は図４に示した手順に従い、また、比較例１は図６に示した手順に従って、それぞれ集電ディスクと内部リードとを室温でカシメ固定したもので、それぞれ１０本ずつ用意した。
なお、ここで、カシメプレス機の圧子３０は鋼製であり、２ｔ程度の荷重で集電ディスクにカシメ加工を行った。
カシメ加工後に、第１に外観検査を行い、カシメ加工により集電ディスクにクラックが発生したかを目視で調べた（クラックが確認された場合は不良と判断）。
第２に、第１の検査で良品と判断されたものについて、５００ｋｇｆの荷重で集電ディスクと内部リードの引き抜き試験を行い、接合強度に問題がないかを検証した。
第３に、第１及び第２の検査で良品と判断されたものについて、ランプとして使用する場合よりも高い電流である２００Ａを内部リードと集電ディスクの外縁部間に作用させ、同部品間でスパークや特異な温度上昇などの問題が発生しないかを検証した。

【0025】

以上の実験結果をまとめて表２に示す。

【0026】

表２から明らかなように、比較例２においては、カシメ加工によって１０本の全てにクラックが入り、外観検査において良品と判断されるものはなかった。これは、第１のディスクの材料であるタングステンの延性−脆性転移温度（ＤＢＴＴ）が３００℃と高いため、室温でのカシメ加工により脆性破壊したためである。
また、従来技術である比較例１においては、試験本数１０本のうち外見検査で合格したもの（クラックが入らなかったもの）は６本であり、これら６本を引き抜き試験した結果、合格したものが３本であった。そして、この３本を通電検査した結果、２本が合格した。つまり、当初の１０本の内、第１〜第３の検査を通じて合格したものは１０本中２本であり、その良品率は２／１０であった。
これに対して、本願発明の実施例１、２においては、いずれの試験も合格して、その良品率は１０／１０であった。
この結果から、集電ディスクの材質としてモリブデンのみを使用した比較例１（従来技術）と比較して、モリブデンディスクの内側にタンタルディスクやニオブディスクを使用した実施例１、２においては、良品率が大幅に向上することが分かった。

【0027】

以上のことから、第２のディスクの内側に設けられる第１のディスクの材料としては、第２のディスク材料より延性−脆性転移温度（ＤＢＴＴ）が低い材料が良く、特に、室温以下の温度であることが好適であって、このような材料を選択すれば、室温によるカシメ加工でクラックが入ることがない。

【0028】

以上説明したように、前記集電ディスクを、内部リード及び／又は外部リードに固定される第１のディスクと、該第１のディスクの外周に沿って配置される第２のディスクとから構成し、前記第１のディスクは前記第２のディスクに比較して、延性−脆性転移温度（ＤＢＴＴ）が低い金属からなるようにしたことにより、前記第１のディスクを、中央に形成した貫通孔近傍において塑性変形させて、当該第１のディスクの一部を前記内部リード及び／又は外部リードの外周面に形成した凹部に侵入させてカシメ固定する際に、該第１のディスクに脆性破壊によるクラックが入ることを防止でき、良品率が飛躍的に向上する。
また、第１のディスクのカシメ加工時の塑性変形によって、第１のディスクと第２のディスクが密着接合するので、特段の接合手段を要することがない。
更に、前記第１のディスクを、延性−脆性転移温度（ＤＢＴＴ）が室温以下の金属から構成することによって、室温でのカシメ加工が可能となり、加工作業の簡略化が図られる。

【符号の説明】

【0029】

１ 発光管
２ 発光部
３ 封止部
４ 陽極
５ 陰極
６ 内部リード
７ 内部リード保持用筒体
８ 封止用ガラス部材
９ 外部リード
１１ 金属箔
１５ 内部リードの凹部
２０ 集電ディスク
２１ 第１のディスク
２２ 第２のディスク
２３ 貫通孔
３０ カシメプレス機圧子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】