放電ランプ
【課題】 金属板６１、６２の中心をリード棒５、８の軸中心に一致するようにして、金属板６１、６２とリード棒５、８とを溶加材９により接合することができる放電ランプを提供すること。
【解決手段】 ガラス部材１１の端面に続いて配置される金属板６１、６２と、ガラス部材１１の外周面に配設され、前記金属板に接続される金属箔と、放電容器１の外方または発光管２に向かってのびるリード棒５、８と、を備える放電ランプにおいて、
金属板６１、６２はテーパ穴の貫通孔６３を有し、テーパ穴の貫通孔６３に、テーパ部５３、８３が形成されたリード棒５、８が挿入され、テーパ穴の貫通孔６３とテーパ部５３、８３とが嵌合して、溶加材９により接合されていることを特徴とする。
【解決手段】 ガラス部材１１の端面に続いて配置される金属板６１、６２と、ガラス部材１１の外周面に配設され、前記金属板に接続される金属箔と、放電容器１の外方または発光管２に向かってのびるリード棒５、８と、を備える放電ランプにおいて、
金属板６１、６２はテーパ穴の貫通孔６３を有し、テーパ穴の貫通孔６３に、テーパ部５３、８３が形成されたリード棒５、８が挿入され、テーパ穴の貫通孔６３とテーパ部５３、８３とが嵌合して、溶加材９により接合されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプに関する。特に、投影露光装置、光化学反応装置などの光源として用いられるショートアーク型放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から放電ランプとしては種々のものが知られているが、発光管内に水銀が封入された放電ランプは、波長３６５ｎｍのｉ線や、波長４３６ｎｍのｇ線を放出する発光特性を有することから、例えば半導体ウェハ、液晶基板などの露光処理に用いられる露光装置用の光源として使用されている。
【０００３】
大電流用の放電ランプにおいては、発光ガスの主成分である水銀の封入量が多く、点灯時に発光管内部が高圧となり、しかも発熱量が大きく、したがって、特に側管やその内部のガラスにおいては耐熱性および耐圧性が大きいことが必要とされる。そして点灯中においては発光管内の水銀が完全に蒸発していることが必要であり、このため点灯中の発光管内においては水銀の凝縮が生ずるような低い温度部分がないことが必要である。
【０００４】
このようなことから、大電流用の放電ランプにおいては、発光管を形成するガラスを給電用のリード棒に直接溶着することにより、発光管の気密封止を達成するいわゆるロッドシール構造ではなく、封着用の金属箔を用いた箔シール構造が採用されている。また、電極に大電流を供給するために、金属箔や金属箔と電極を導通する部材に流れる電流量も大きいため、金属箔と電極を導通する部材としてディスク状の金属板が用いられる。
【０００５】
図４は、箔シール構造を有する放電ランプの一部を示す説明図である。
特開２００７−１１５４９８号公報にも示されるように、放電ランプは、発光管２に封止管３が連設された放電容器１を備え、発光管３の内部に電極４が配置される。封止部３の内部にガラス部材１１および金属箔７、金属板６１、６２、電極リード棒５、外部リード棒８、保持用筒体１２が配置され、発光管２の内部に配置される電極４を保持するとともに、放電ランプの外部と電極４とを電気的に導通させている。
【０００６】
円柱状のガラス部材１１の外周面を、軸方向に伸びるように帯状の金属箔７が、例えば５枚互いに離間して配置されている。これらの金属箔７の先端部は、電極リード棒５に挿通し配置される金属板６１に接続されている。一方、金属箔７の後端部は、外部リード棒８を挿通する金属板６２に接続されている。そして、電極リード棒５の外周には、ガラス製の保持用筒体１２が配置され、ガラス部材１１の後端には、金属板６２を介して、ガラス製の保持用筒体１２が配置される。
【０００７】
電極リード棒５と金属板６１とは溶加材により接合され、接触面積を確保して金属板６１に供給された電力を効率よく電極リード棒５に伝達できるようにしている。外部リード棒８と金属板６２とも、同様に溶加材により接続される。溶加材には、ガラス加工温度の約１６００℃に耐え、電極リード棒５や外部リード棒８を形成するタングステン（Ｗ）と金属板６１、６２を形成するモリブデン（Ｍｏ）との濡れ性がよく、蒸気圧が低く、他の封入物と反応しないことが求められる。これらの要求項目を満たす材料である、ジルコニウム（Ｚｒ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）が溶加材として用いられる。
【特許文献１】特開２００７−１１５４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図５は、金属板６１と電極リード棒５との接合部分を拡大して示す拡大断面図である。
電極リード棒５の材料であるタングステン（Ｗ）と金属板６１の材料であるモリブデン（Ｍｏ）は難切削材料であるため、電極リード棒５の軸径と金属板６１の貫通孔６３の径とはある程度公差が取ってあり、嵌め合いに余裕がある。そのため、電極リード棒５と金属板６１の間に溶加材９が不均一に流れ込んで凝固してしまうと、金属板６１がずれて、金属板６１の中心が電極リード棒５の軸中心に一致しなくなってしまう。
【０００９】
金属板６１の中心がずれてしまうと、ガラス部材１１の外周面と金属板６１の外輪とが滑らかにつながらず、段差が生じてしまう。ガラス部材１１の外周面を軸方向に伸び、金属板６１の外輪に接続される金属箔７に、段差により余計な力が加わり、金属箔７が切れやすくなる。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、金属板の中心をリード棒の軸中心に一致するようにして、金属板とリード棒とを溶加材により接合することができる放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願第１の発明は、発光管とその両端に連続して外方に伸びる封止管とを有する放電容器と、前記封止管の内部に配置されるガラス部材と、前記ガラス部材の端面に続いて配置される金属板と、前記ガラス部材の外周面に配設され、前記金属板に接続される金属箔と、前記放電容器の外方または前記発光管に向かってのびるリード棒と、前記発光管に向かってのびるリード棒の先端に形成され、前記発光管の内部に互いに対向して配置される電極と、を備える放電ランプにおいて、
前記金属板はテーパ穴の貫通孔を有し、前記テーパ穴の貫通孔に、テーパ部が形成されたリード棒が挿入され、前記テーパ穴の貫通孔と前記テーパ部とが嵌合して、溶加材により接合されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本願第２の発明は、本願第１の発明において、前記金属板の貫通孔は、一端面が拡開して設けられた凹部が形成され、貫通孔とリード棒との隙間が広がる溶加材溜まりとなっていることを特徴とする。
また、本願第３の発明は、本願第１の発明において、前記リード棒に窪みを設けることによって凹部が形成されて溶加材溜まりとなっていることを特徴とする。
【００１３】
また、本願第４の発明は、本願第１の発明において、前記金属板の貫通孔のテーパ角の角度が１°以上３０°以下であることを特徴とする。
また、本願第５の発明は、本願第１の発明において、前記リード棒のテーパ部のテーパ角の角度が１°以上３０°以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本願第１の発明に係る放電ランプによれば、テーパ穴となっている貫通孔に、テーパ部を有するリード棒が挿入されて嵌合することによって、金属板の中心軸とリード棒の中心軸とを合わせることができる。また、金属板の貫通孔と、リード棒の外周面との隙間が小さいので、溶加材が薄く流れ込み、均一に凝固されるので、溶加材の注入による中心軸のずれを抑制することができる。
金属板の中心軸とリード棒の中心軸とを合わせることができるので、ガラス部材の外周面と金属板の外輪とが滑らかにつながり、段差が生じない。ガラス部材の外周面を軸方向に伸び、金属板の外輪に接続される金属箔に、段差により余計な力がかからず、金属箔が切れることを防止できる。
【００１５】
本願第２または３の発明に係る放電ランプによれば、貫通孔とリード棒とは嵌合しているため、隙間の大きさが一定でかつ小さくなる。しかし、必要となる溶加材が小量なため、溶加材が想定以上にリード棒に付着してしまうと、隙間にしみ込ませる量が不足してしまう。そこで、金属板またはリード棒に凹部を設けて溶加材溜まりを形成することによって、隙間の大きさに対して必要となる量よりも多めに溶加材を用意し、隙間に十分に溶加材がしみ込むようにして溶加材が不足することによる溶接不良をなくすとともに、余った溶加材を溶加材溜まりに溜めて漏れ出ないようにしている。
【００１６】
本願第４または５の発明に係る放電ランプによれば、金属板の貫通孔またはリード棒のテーパ部のテーパ角を１°以上にすることによって、リード棒の軸方向の取り付け位置のズレを調整しうる範囲に抑えることができる。また、金属板の貫通孔またはリード棒のテーパ部のテーパ角を３０°以下にすることによって、リード棒に金属板が嵌合により固定され、溶加材により接合するときに金属板が傾きにくくなることがわかった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。
放電ランプは、例えば石英ガラスなどの光透過性材料よりなり、概略球状の発光管２とその両端に連続して外方に伸びる封止管３とを有する放電容器１を備え、放電容器１の内部には、各々例えばタングステン（Ｗ）からなる電極４が放電容器１の管軸方向において対向配置されている。放電容器１の内部空間には、発光物質または始動補助用のガスとしての水銀およびバッファガスがそれぞれ所定の封入量で封入されている。バッファガスとしては、例えばキセノンガスが封入される。水銀の封入量は、例えば１〜７０ｍｇ／ｃｍ３の範囲内、例えば２２ｍｇ／ｃｍ３とされ、キセノンガスの封入量は、例えば０．０５〜０．５ＭＰａの範囲内、例えば０．１ＭＰａとされる。
【００１８】
放電容器１内には、電極４が先端に固定された電極リード棒５が封止管３内をその管軸に沿って伸びるよう配設されている。電極４は高融点金属からなるものとされ、具体的には、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、タンタル（Ｔａ）などの融点が約３０００℃以上となる金属により構成される。これらの金属の中でも特にタングステン（Ｗ）が好ましい。電極４に一体的に接続される電極リード棒５は、電極４と同じ部材により形成され、例えば、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、タンタル（Ｔａ）などの金属により構成される。
【００１９】
電極リード棒５の他端部は、封止管３内に配設された、例えばモリブデン（Ｍｏ）よりなる円盤状の金属板６１に接合され、ガラス部材１１に挿入されている。ガラス部材１１の両端に金属板６１、６２が配置されており、他方の金属板６２には、外部リード棒８の一端が接合されている。外部リード棒８は、放電容器１の外部に導出、すなわち封止管３の外端より外方に突出して伸びている。
【００２０】
ガラス部材１１の外周面には、互いに周方向に離間して、複数枚例えば５枚の帯状の金属箔７が放電ランプの管軸方向に沿って互いに平行に配設されている。各々の金属箔７の一端が電極リード棒５を接合する一方の金属板６１に接続され、他端が外部リード棒８を接合する他方の金属板６２に接続される。そして、放電容器１における封止管３とガラス部材１１とが金属箔７を介して溶着されて気密シール構造が形成されている。保持用筒体１２は、電極リード棒５または外部リード棒８が挿通された状態でこれを支持する例えば石英ガラス製の筒状の支持部材であって、放電容器１における封止管３と溶着されている。
【００２１】
放電ランプの両端に口金１３が取り付けられている。放電容器１の外部に導出された外部リード棒８に縒り線１４を連結し、口金１３につなげることによって、電極４に給電することができる。縒り線１４は銅よりなる金属線を束ねて縒ったものよりなるので、ある程度の柔軟性があり、外部リード棒８と縒り線１４とを接合した状態で、封止管３と口金１３の位置関係を調整することが出来る。
【００２２】
この放電ランプにおいて、図示を省略した点灯電源によって電極４の間に高電圧例えば２０ｋＶが印加されることにより、電極４の間で絶縁破壊が生じて、それに続いて放電アークが形成され、例えば波長３６５ｎｍのｉ線や波長４３６ｎｍのｇ線を含む光が放射される。
【００２３】
図２は、放電ランプの発光管側に配置された金属板６１と電極リード棒５の構成を説明するための断面図である。
ガラス部材１１の一端に配置された金属板６１は、その中央に貫通孔６３を有する円盤形状をしている。金属板６１には、中央に形成された貫通孔６３に電極リード棒５の基端が挿入され、ガラス部材１１の一端に設けられた有底孔１５に挿入されている。
【００２４】
電極リード棒５は、ガラス部材１１に挿入された部分が、それ以外の部分に比べて径が小さくなっており、細径部５１を構成している。そして、金属板６１より電極側の部分が太径部５２となる。細径部５１と太径部５２との間はテーパ部５３となっており、太径部５２から細径部５１に向かって縮径するテーパ面が形成されている。テーパ部５３の周囲に金属板６１が接合される。
【００２５】
金属板６１の中央に形成された貫通孔６３は、一端面の開口の径が、他端面に形成される開口の径より小さくなっており、一端から他端に向かって孔径が大きくなるテーパ穴になっている。テーパ穴の貫通孔６３は、例えばテーパリーマー加工をすることによって形成される。電極リード棒５のテーパ部５３のテーパ面の傾きと、金属板６１の貫通孔６３のテーパ穴の傾きとが、略一致するように形成されており、テーパ部５３と貫通孔６３とが嵌合するように、電極リード棒５に金属板６１が挿通されている。
【００２６】
また、図示していないが、放電容器１の外方側に配置される他方の金属板６２と外部リード棒８も同様の構成よりなり、金属板６２の中央に形成された貫通孔６３に外部リード棒８の一端が挿入され、ガラス部材１１の基端に設けられた有底孔１５に挿入される。外部リード棒８は、ガラス部材１１に挿入された部分が細径部８１になっており、細径部８１に続いてテーパ部８３、太径部８２が形成されている。金属板６２の貫通孔６３も、テーパ部８３に対応するテーパ穴となっている。テーパ部８３と貫通孔６３とが嵌合するように、外部リード棒８に金属板６２が挿通されている。
【００２７】
外部リード棒８と金属板６２との関係も、電極リード棒５と金属板６１との関係と、同様の構成を有しているので、ガラス部材１１の両端に配置された金属板６１、６２の貫通孔６３のそれぞれに、リード棒５、８が挿通されているといえる。ここでいう「リード棒」とは、電極リード棒５と外部リード棒８のことをいう。
【００２８】
したがって、金属板６１、６２のテーパ穴となっている貫通孔６３に、外周がテーパ面となっているテーパ部５３、８３を有するリード棒５、８が挿通されて嵌合するので、円筒状の面同士を嵌合させる場合に比べて貫通孔６３とリード棒５、８との隙間が小さくなる。また、テーパ穴とテーパ面とを嵌合させることにより、金属板６１、６２の貫通孔６３のテーパ穴の中心軸と、リード棒５、８のテーパ部５３、８３のテーパ面に対する中心軸とが一致する。このため、テーパ穴とテーパ面を精度よく加工して形成することにより、金属板６１、６２の中心軸とリード棒５、８の中心軸とを合わせることができる。
【００２９】
なお、ここでは、外部リード棒８と金属板６２との関係も、電極リード棒５と金属板６１との関係も、嵌合面がテーパ状となると説明したが、例えば、外部リード棒８と金属板６２との嵌合面がテーパ状に形成されているが、電極リード棒５と金属板６１との関係を円筒状の面が嵌合するように形成するようにして、外部リード棒８と金属板６２との関係、もしくは、電極リード棒５と金属板６１との関係の、どちらか一方の関係について嵌合面がテーパ面となるように構成することもできる。金属板６１、６２とリード棒５、８の関係は、どちらか一方の金属板６２とリード棒８との嵌合面をテーパ状とするだけでも、従来技術にかかる放電ランプに比べて、金属箔７の箔切れの発生を抑制することができる。
【００３０】
また、ガラス部材１１に挿入されている部分を細径部５１、８１としてリード棒５、８にテーパ部５３、８３を形成しているが、ガラス部材１１に挿通されている部分を太径部とし、金属板６１、６２に嵌合する部分をテーパ部とし、その他の部分を細径部とすることもできる。ただし、このように形成した場合は、細径部を長い
範囲に設けなければならず、旋盤加工によって棒状部材を削り取って細径部を形成するときには、加工作業上の手間となりうる。
【００３１】
続いて、金属板６１、６２とリード棒５、８との接合方法について説明する。
電極リード棒５と金属板６１とは溶加材９により接合され、電極リード棒５と溶加材９とが密着し、金属板６１と溶加材９とが密着するため、溶加材９を介して接触面積を確保して金属板６１に供給された電力を効率よく電極リード棒５に伝達できるようにしている。また、外部リード棒８と金属板６２とも、同様に溶加材９により接続される。溶加材９には、ガラス加工温度の約１６００℃に耐え、リード棒５、８を形成するタングステン（Ｗ）と金属板６１、６２を形成するモリブデン（Ｍｏ）との濡れ性がよく、蒸気圧が低く、他の封入物と反応しないことが求められる。これらの要求項目を満たす材料である、ジルコニウム（Ｚｒ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）が溶加材９として用いられる。
【００３２】
金属板６１、６２の貫通孔６３は、径が小さい開口を有する一端面が拡開して設けられた凹部６４が形成されており、金属板６１の貫通孔６３と電極リード棒５との隙間や、金属板６２の貫通孔６３と外部リード棒８との隙間が広がっている。貫通孔６３の凹部６４が形成された部分が、溶加材９の液を溜める溶加材溜まりとして機能し、溶加材９が漏れ出すことを防いでいる。
【００３３】
溶加材９は次の手法によって、金属板６１、６２の貫通孔６３と、リード棒５、８の外周面との間に注入される。
金属板６１、６２の貫通孔６３にリード棒５、８を挿通して予め嵌合させておく。この状態の金属板６１、６２とリード棒５、８において、白金（Ｐｔ）よりなる金属ワイヤを、リード棒５、８の凹部６４に対応する位置に巻きつける。そして、真空もしくは不活性ガスで満たした炉に入れ、１８００℃まで昇温して５分間維持する。リード棒５、８を構成するタングステン（Ｗ）や金属板６１、６２を構成するモリブデン（Ｍｏ）の融点は１８００℃より高いので溶融しないが、白金（Ｐｔ）の融点は約１８００℃なので溶融する。溶融した白金（Ｐｔ）が貫通孔６３とリード棒５、８との間に流入する。
【００３４】
貫通孔６３とリード棒５、８との間に白金（Ｐｔ）よりなる溶加材９が充填されることになる。また、金属板６１、６２の一端面に凹部６４を設けることにより、貫通孔６３とリード棒５、８との間に充填されず残った白金（Ｐｔ）を留めることができ、液化した白金（Ｐｔ）が他へ漏れ出すことを防止できる。冷却されると、溶加材９が凹部６４に溜まった状態で凝固し、溶加材溜まりとなる。
【００３５】
金属板６１、６２の貫通孔６３と、リード棒５、８の外周面との隙間は小さいので、溶加材９の原料となる高価な白金（Ｐｔ）の使用量を減らすことができる。また、貫通孔６３とリード棒５、８との隙間の大きさは一定となり、必要となる溶加材９の量の一定となる。しかしながら、必要となる溶加材９が小量なため、溶加材９が想定以上にリード棒５、８に付着してしまうと、隙間にしみ込ませる量が不足してしまう。そこで、金属板６１、６２の一端面に凹部６４を設けて溶加材溜まりを形成することによって、隙間の大きさに対して必要となる量よりも多めに溶加材９を用意し、隙間に十分に溶加材９がしみ込むようにして溶加材９が不足することによる溶接不良をなくすとともに、余った溶加材９を溶加材溜まりに溜めて漏れ出ないようにしている。
【００３６】
上述したように、金属板６１、６２のテーパ穴となっている貫通孔６３に、外周がテーパ面となっているテーパ部５３、８３を有するリード棒５、８が挿通されて嵌合することによって、金属板６１、６２の中心軸とリード棒５、８の中心軸とを合わせることができる。また、金属板６１、６２の貫通孔６３と、リード棒５、８の外周面との隙間が小さいので、溶加材９が薄く流れ込み、均一に凝固されるので、溶加材９の注入による中心軸のずれを抑制することができる。
【００３７】
金属板６１、６２の中心軸とリード棒５、８の中心軸とを合わせることができるので、ガラス部材１１の外周面と金属板６１、６２の外輪とが滑らかにつながり、段差が生じない。ガラス部材１１の外周面を軸方向に伸び、金属板６１、６２の外輪に接続される金属箔７に、段差により余計な力がかからず、金属箔７が切れることを防止できる。
さらに、電極リード棒５の中心軸と金属板６１の中心軸が一致し、金属板６１の中心軸が封止管３の中心軸が一致することによって、電極リード棒５の先端に形成される電極４の軸と、放電容器１の軸とを合わせることができる。対向配置される電極４の軸がずれないので、点灯時の照度ムラが出にくく、アークが安定しやすくなり、放電ランプの寿命を延ばすことができる。
【００３８】
なお、テーパ穴となっている貫通孔６３に、外周がテーパ面となっているリード棒５、８を嵌合させることによって、金属板６１、６２の中心軸とリード棒５、８の中心軸とは一致させやすくなるが、金属板６１、６２の貫通孔６３の穴径精度とリード棒５、８の軸径精度の関係で、軸方向の位置精度が悪くなる場合がある。しかし、図１に示すように、外部リード棒８の基端は口金１３の内部に配置される縒り線１４に接続されるため、軸方向の微小なズレは縒り線１４で吸収できるため、問題とならない。
【００３９】
続いて、溶加材溜まりの異なる形状について説明する。
図３は、溶加材溜まりの形状を説明するための断面図である。
ここに示す溶加材溜まりを有する放電ランプは、溶加材溜まりの形状を除いて、図１、２に示す放電ランプの形状と同様であり、溶加材溜まり以外の説明及び図示を省略する。
【００４０】
図３（ａ）に示す溶加材溜まりは、金属板６１、６２の貫通孔６３の、径が大きい開口を有する他端面に拡開して設けられた凹部６４が形成されており、金属板６１、６２の貫通孔６３と電極リード棒５との隙間を大きくして形成されている。このように、金属板６１、６２の他端面に凹部６４を形成して溶加材溜まりを設けることもできる。
【００４１】
図３（ｂ）に示す溶加材溜まりは、金属板６１、６２ではなく、リード棒５、８に窪みを設けて凹部５４、８４が形成されており、金属板６１、６２の貫通孔６３と電極リード棒５との隙間を大きくして形成されている。このように、金属板６１、６２ではなく、リード棒５、８に凹部５４、８４を形成して溶加材溜まりを設けることもできる。
【００４２】
図３（ｃ）に示す溶加材溜まりは、金属板６１、６２の一端面に表面が曲面となる凹部６４が形成されており、金属板６１、６２の貫通孔６３とリード棒５、８との隙間を大きくして形成されている。このように、凹部６４の形状は貫通孔６３の開口側に広がるテーパ面に限られず、表面を曲面とすることもできる。また、リード棒５、８の端面５５、８５を、金属板６１、６２の端面６５と一致するように形成されている。
【００４３】
図３（ｄ）に示す溶加材溜まりは、金属板６１、６２の一端面に円筒状の凹部６４が形成されており、金属板６１、６２の貫通孔６３と電極リード棒５との隙間を大きくして形成されている。このように、液を溜めることができる空間があればよく、凹部６４の形状は種々選ぶことができる。また、リード棒５、８の端面５５、８５を、金属板６１、６２の端面６５よりも貫通孔６３の内方に位置するように構成されている。リード棒５、８が接合された金属板６１、６２の中央に窪みが形成された状態となる。
【００４４】
続いて、本発明の実施例について説明する。
〔実験例１〕
テーパ穴となっている貫通孔を有する金属板と、外周にテーパ面となっているテーパ部を有するリード棒とを嵌合させ、金属板の傾きとリード棒の中心軸からのズレを測定した。
実験対象とした金属板とリード棒の構成は下記の通りである。
＜仕様＞
金属板 材質：モリブデン、外径：２６．５ｍｍ、軸方向の厚さ：４ｍｍ
貫通孔：最大径７．８８ｍｍ、最小径７．７２ｍｍ、テーパ角度２．３°
リード棒 材質：タングステン、
大径部：軸方向長さ１３７ｍｍ、外径８ｍｍ、細径部：軸方向長さ１３ｍｍ、外径７．６ｍｍ
テーパ部：軸方向長さ１０ｍｍ、テーパ角度２．３°
【００４５】
リード棒のテーパ角度は、図３（ａ）に示すように、テーパ部を形成する部分のリード棒の表面を延長して形成される仮想平面が形成する円錐について、当該円錐の回転軸を含む平面で切断した切断面における円錐頂点の角度をいう。
金属板のテーパ角度は、図３（ｂ）に示すように、テーパ穴の内表面を延長して形成される仮想平面が形成する円錐について、当該円錐の回転軸を含む平面で切断した切断面における円錐頂点の角度をいう。
金属板の傾きは、軸を中心にして回転させたときの、金属板円盤面の振れをダイヤルゲージで測定し、中心軸と測定点までの距離から金属板の傾きを求めて偏角とした。リード棒先端のズレは、金属板の中心軸の延長線に対して、リード棒の先端が径方向に離間する長さを測定した。
【００４６】
テーパ穴となっている貫通孔に、リード棒を挿通してテーパ部で嵌合させて、溶加材で接合した連結体を３つ作成し、偏角とリード棒先端のズレを測定した。
比較対象として、円筒状の貫通孔に円柱状のリード棒を挿通し、嵌合させずに溶加材で接合した連結体も３つ作成し、偏角とリード棒先端のズレを測定した。
測定結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
測定結果より、テーパ穴となっている貫通孔に、リード棒を挿通してテーパ部で嵌合させて、溶加材で接合した方が、全体として偏角も小さく、リード棒先端のズレも小さくなることが確認できた。したがって、テーパ面で嵌合させて溶加材で接合することによって、金属板の中心軸とリード棒の中心軸とを合わせることができることが確かめられた。
【００４９】
〔実験例２〕
テーパ穴となっている貫通孔を有する金属板と、外周にテーパ面となっているテーパ部を有するリード棒とを嵌合させ、リード棒の軸方向の取り付け位置精度を測定した。
テーパ角の角度を０．５°、１．０°、１．５°、２．０°、２．５°とする５つの場合を測定対象とした。
テーパ角の角度を除いた仕様は、実験例１で用いた金属板とリード棒と同様である。
取り付け位置精度は、リード棒細径部先端と金属板の細径部側の面との距離について、リード棒と金属板の規格中心値で組み合わせた場合の距離を基準として軸方向のずれ量とした。
測定結果を表２に示す。
【００５０】
【表２】
【００５１】
測定結果より、テーパ角の角度は１．０°以上が好ましいことがわかった。テーパ角の角度が０．５°のときは、リード棒の軸方向の取り付け位置が４．６ｍｍもずれてしまうため、実用的ではない。一方、テーパ角の角度が１．０°のときも、リード棒の軸方向の取り付け位置が２．３ｍｍずれているが、外部リード棒は口金の内部にのびる縒り線に接続することでズレ量を吸収することができ、電極リード棒も先端に電極を圧入するときに調整してズレ量を吸収することができるので、実用に耐えうる誤差である。
【００５２】
〔実験例３〕
テーパ穴となっている貫通孔を有する金属板と、外周にテーパ面となっているテーパ部を有するリード棒とを嵌合させ、金属板が固定できるかどうか確かめた。
テーパ角の角度を２８°、２９°、３０°、３１°、３２°とする５つの場合を測定対象とした。
テーパ角の角度を除いた仕様は、実験例１で用いた金属板とリード棒と同様である。
金属板が固定できるかどうかは、金属板とリード棒とを嵌合させ、溶加材によって接合させる前の状態の連結体について、上下逆さまにしてリード棒を保持し、金属板が抜け落ちるかどうかにより判断した。金属板が抜け落ちなかった場合を「○」とし、金属板が抜け落ちた場合を「×」とした。
測定結果を表３に示す。
【００５３】
【表３】
【００５４】
測定結果より、テーパ角の角度は３０°以下が好ましいことがわかった。テーパ角の角度が３０°以下のときは、リード棒に金属板が嵌合により固定され、溶加材により接合するときに金属板が傾きにくくなることがわかった。
実験例２、３の結果より、テーパ角の角度は１°以上３０°以下が好ましいことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図
【図２】本発明の金属板と電極リード棒の接合部分を拡大して示す拡大断面図
【図３】本発明の溶加材溜まりの形状を説明するための断面図
【図４】従来の箔シール構造を有する放電ランプの一部を示す説明図
【図５】従来の金属板と電極リード棒との接合部分を拡大して示す拡大断面図
【符号の説明】
【００５６】
１ 放電容器
２ 発光管
３ 封止管
４ 電極
５ 電極リード棒
６１、６２ 金属板
７ 金属箔
８ 外部リード棒
９ 溶加材
５１、８１ 細径部
５２、８２ 太径部
５３、８３ テーパ部
５４、８４ 凹部
６３ 貫通孔
６４ 凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプに関する。特に、投影露光装置、光化学反応装置などの光源として用いられるショートアーク型放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から放電ランプとしては種々のものが知られているが、発光管内に水銀が封入された放電ランプは、波長３６５ｎｍのｉ線や、波長４３６ｎｍのｇ線を放出する発光特性を有することから、例えば半導体ウェハ、液晶基板などの露光処理に用いられる露光装置用の光源として使用されている。
【０００３】
大電流用の放電ランプにおいては、発光ガスの主成分である水銀の封入量が多く、点灯時に発光管内部が高圧となり、しかも発熱量が大きく、したがって、特に側管やその内部のガラスにおいては耐熱性および耐圧性が大きいことが必要とされる。そして点灯中においては発光管内の水銀が完全に蒸発していることが必要であり、このため点灯中の発光管内においては水銀の凝縮が生ずるような低い温度部分がないことが必要である。
【０００４】
このようなことから、大電流用の放電ランプにおいては、発光管を形成するガラスを給電用のリード棒に直接溶着することにより、発光管の気密封止を達成するいわゆるロッドシール構造ではなく、封着用の金属箔を用いた箔シール構造が採用されている。また、電極に大電流を供給するために、金属箔や金属箔と電極を導通する部材に流れる電流量も大きいため、金属箔と電極を導通する部材としてディスク状の金属板が用いられる。
【０００５】
図４は、箔シール構造を有する放電ランプの一部を示す説明図である。
特開２００７−１１５４９８号公報にも示されるように、放電ランプは、発光管２に封止管３が連設された放電容器１を備え、発光管３の内部に電極４が配置される。封止部３の内部にガラス部材１１および金属箔７、金属板６１、６２、電極リード棒５、外部リード棒８、保持用筒体１２が配置され、発光管２の内部に配置される電極４を保持するとともに、放電ランプの外部と電極４とを電気的に導通させている。
【０００６】
円柱状のガラス部材１１の外周面を、軸方向に伸びるように帯状の金属箔７が、例えば５枚互いに離間して配置されている。これらの金属箔７の先端部は、電極リード棒５に挿通し配置される金属板６１に接続されている。一方、金属箔７の後端部は、外部リード棒８を挿通する金属板６２に接続されている。そして、電極リード棒５の外周には、ガラス製の保持用筒体１２が配置され、ガラス部材１１の後端には、金属板６２を介して、ガラス製の保持用筒体１２が配置される。
【０００７】
電極リード棒５と金属板６１とは溶加材により接合され、接触面積を確保して金属板６１に供給された電力を効率よく電極リード棒５に伝達できるようにしている。外部リード棒８と金属板６２とも、同様に溶加材により接続される。溶加材には、ガラス加工温度の約１６００℃に耐え、電極リード棒５や外部リード棒８を形成するタングステン（Ｗ）と金属板６１、６２を形成するモリブデン（Ｍｏ）との濡れ性がよく、蒸気圧が低く、他の封入物と反応しないことが求められる。これらの要求項目を満たす材料である、ジルコニウム（Ｚｒ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）が溶加材として用いられる。
【特許文献１】特開２００７−１１５４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図５は、金属板６１と電極リード棒５との接合部分を拡大して示す拡大断面図である。
電極リード棒５の材料であるタングステン（Ｗ）と金属板６１の材料であるモリブデン（Ｍｏ）は難切削材料であるため、電極リード棒５の軸径と金属板６１の貫通孔６３の径とはある程度公差が取ってあり、嵌め合いに余裕がある。そのため、電極リード棒５と金属板６１の間に溶加材９が不均一に流れ込んで凝固してしまうと、金属板６１がずれて、金属板６１の中心が電極リード棒５の軸中心に一致しなくなってしまう。
【０００９】
金属板６１の中心がずれてしまうと、ガラス部材１１の外周面と金属板６１の外輪とが滑らかにつながらず、段差が生じてしまう。ガラス部材１１の外周面を軸方向に伸び、金属板６１の外輪に接続される金属箔７に、段差により余計な力が加わり、金属箔７が切れやすくなる。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、金属板の中心をリード棒の軸中心に一致するようにして、金属板とリード棒とを溶加材により接合することができる放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願第１の発明は、発光管とその両端に連続して外方に伸びる封止管とを有する放電容器と、前記封止管の内部に配置されるガラス部材と、前記ガラス部材の端面に続いて配置される金属板と、前記ガラス部材の外周面に配設され、前記金属板に接続される金属箔と、前記放電容器の外方または前記発光管に向かってのびるリード棒と、前記発光管に向かってのびるリード棒の先端に形成され、前記発光管の内部に互いに対向して配置される電極と、を備える放電ランプにおいて、
前記金属板はテーパ穴の貫通孔を有し、前記テーパ穴の貫通孔に、テーパ部が形成されたリード棒が挿入され、前記テーパ穴の貫通孔と前記テーパ部とが嵌合して、溶加材により接合されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本願第２の発明は、本願第１の発明において、前記金属板の貫通孔は、一端面が拡開して設けられた凹部が形成され、貫通孔とリード棒との隙間が広がる溶加材溜まりとなっていることを特徴とする。
また、本願第３の発明は、本願第１の発明において、前記リード棒に窪みを設けることによって凹部が形成されて溶加材溜まりとなっていることを特徴とする。
【００１３】
また、本願第４の発明は、本願第１の発明において、前記金属板の貫通孔のテーパ角の角度が１°以上３０°以下であることを特徴とする。
また、本願第５の発明は、本願第１の発明において、前記リード棒のテーパ部のテーパ角の角度が１°以上３０°以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本願第１の発明に係る放電ランプによれば、テーパ穴となっている貫通孔に、テーパ部を有するリード棒が挿入されて嵌合することによって、金属板の中心軸とリード棒の中心軸とを合わせることができる。また、金属板の貫通孔と、リード棒の外周面との隙間が小さいので、溶加材が薄く流れ込み、均一に凝固されるので、溶加材の注入による中心軸のずれを抑制することができる。
金属板の中心軸とリード棒の中心軸とを合わせることができるので、ガラス部材の外周面と金属板の外輪とが滑らかにつながり、段差が生じない。ガラス部材の外周面を軸方向に伸び、金属板の外輪に接続される金属箔に、段差により余計な力がかからず、金属箔が切れることを防止できる。
【００１５】
本願第２または３の発明に係る放電ランプによれば、貫通孔とリード棒とは嵌合しているため、隙間の大きさが一定でかつ小さくなる。しかし、必要となる溶加材が小量なため、溶加材が想定以上にリード棒に付着してしまうと、隙間にしみ込ませる量が不足してしまう。そこで、金属板またはリード棒に凹部を設けて溶加材溜まりを形成することによって、隙間の大きさに対して必要となる量よりも多めに溶加材を用意し、隙間に十分に溶加材がしみ込むようにして溶加材が不足することによる溶接不良をなくすとともに、余った溶加材を溶加材溜まりに溜めて漏れ出ないようにしている。
【００１６】
本願第４または５の発明に係る放電ランプによれば、金属板の貫通孔またはリード棒のテーパ部のテーパ角を１°以上にすることによって、リード棒の軸方向の取り付け位置のズレを調整しうる範囲に抑えることができる。また、金属板の貫通孔またはリード棒のテーパ部のテーパ角を３０°以下にすることによって、リード棒に金属板が嵌合により固定され、溶加材により接合するときに金属板が傾きにくくなることがわかった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。
放電ランプは、例えば石英ガラスなどの光透過性材料よりなり、概略球状の発光管２とその両端に連続して外方に伸びる封止管３とを有する放電容器１を備え、放電容器１の内部には、各々例えばタングステン（Ｗ）からなる電極４が放電容器１の管軸方向において対向配置されている。放電容器１の内部空間には、発光物質または始動補助用のガスとしての水銀およびバッファガスがそれぞれ所定の封入量で封入されている。バッファガスとしては、例えばキセノンガスが封入される。水銀の封入量は、例えば１〜７０ｍｇ／ｃｍ３の範囲内、例えば２２ｍｇ／ｃｍ３とされ、キセノンガスの封入量は、例えば０．０５〜０．５ＭＰａの範囲内、例えば０．１ＭＰａとされる。
【００１８】
放電容器１内には、電極４が先端に固定された電極リード棒５が封止管３内をその管軸に沿って伸びるよう配設されている。電極４は高融点金属からなるものとされ、具体的には、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、タンタル（Ｔａ）などの融点が約３０００℃以上となる金属により構成される。これらの金属の中でも特にタングステン（Ｗ）が好ましい。電極４に一体的に接続される電極リード棒５は、電極４と同じ部材により形成され、例えば、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、タンタル（Ｔａ）などの金属により構成される。
【００１９】
電極リード棒５の他端部は、封止管３内に配設された、例えばモリブデン（Ｍｏ）よりなる円盤状の金属板６１に接合され、ガラス部材１１に挿入されている。ガラス部材１１の両端に金属板６１、６２が配置されており、他方の金属板６２には、外部リード棒８の一端が接合されている。外部リード棒８は、放電容器１の外部に導出、すなわち封止管３の外端より外方に突出して伸びている。
【００２０】
ガラス部材１１の外周面には、互いに周方向に離間して、複数枚例えば５枚の帯状の金属箔７が放電ランプの管軸方向に沿って互いに平行に配設されている。各々の金属箔７の一端が電極リード棒５を接合する一方の金属板６１に接続され、他端が外部リード棒８を接合する他方の金属板６２に接続される。そして、放電容器１における封止管３とガラス部材１１とが金属箔７を介して溶着されて気密シール構造が形成されている。保持用筒体１２は、電極リード棒５または外部リード棒８が挿通された状態でこれを支持する例えば石英ガラス製の筒状の支持部材であって、放電容器１における封止管３と溶着されている。
【００２１】
放電ランプの両端に口金１３が取り付けられている。放電容器１の外部に導出された外部リード棒８に縒り線１４を連結し、口金１３につなげることによって、電極４に給電することができる。縒り線１４は銅よりなる金属線を束ねて縒ったものよりなるので、ある程度の柔軟性があり、外部リード棒８と縒り線１４とを接合した状態で、封止管３と口金１３の位置関係を調整することが出来る。
【００２２】
この放電ランプにおいて、図示を省略した点灯電源によって電極４の間に高電圧例えば２０ｋＶが印加されることにより、電極４の間で絶縁破壊が生じて、それに続いて放電アークが形成され、例えば波長３６５ｎｍのｉ線や波長４３６ｎｍのｇ線を含む光が放射される。
【００２３】
図２は、放電ランプの発光管側に配置された金属板６１と電極リード棒５の構成を説明するための断面図である。
ガラス部材１１の一端に配置された金属板６１は、その中央に貫通孔６３を有する円盤形状をしている。金属板６１には、中央に形成された貫通孔６３に電極リード棒５の基端が挿入され、ガラス部材１１の一端に設けられた有底孔１５に挿入されている。
【００２４】
電極リード棒５は、ガラス部材１１に挿入された部分が、それ以外の部分に比べて径が小さくなっており、細径部５１を構成している。そして、金属板６１より電極側の部分が太径部５２となる。細径部５１と太径部５２との間はテーパ部５３となっており、太径部５２から細径部５１に向かって縮径するテーパ面が形成されている。テーパ部５３の周囲に金属板６１が接合される。
【００２５】
金属板６１の中央に形成された貫通孔６３は、一端面の開口の径が、他端面に形成される開口の径より小さくなっており、一端から他端に向かって孔径が大きくなるテーパ穴になっている。テーパ穴の貫通孔６３は、例えばテーパリーマー加工をすることによって形成される。電極リード棒５のテーパ部５３のテーパ面の傾きと、金属板６１の貫通孔６３のテーパ穴の傾きとが、略一致するように形成されており、テーパ部５３と貫通孔６３とが嵌合するように、電極リード棒５に金属板６１が挿通されている。
【００２６】
また、図示していないが、放電容器１の外方側に配置される他方の金属板６２と外部リード棒８も同様の構成よりなり、金属板６２の中央に形成された貫通孔６３に外部リード棒８の一端が挿入され、ガラス部材１１の基端に設けられた有底孔１５に挿入される。外部リード棒８は、ガラス部材１１に挿入された部分が細径部８１になっており、細径部８１に続いてテーパ部８３、太径部８２が形成されている。金属板６２の貫通孔６３も、テーパ部８３に対応するテーパ穴となっている。テーパ部８３と貫通孔６３とが嵌合するように、外部リード棒８に金属板６２が挿通されている。
【００２７】
外部リード棒８と金属板６２との関係も、電極リード棒５と金属板６１との関係と、同様の構成を有しているので、ガラス部材１１の両端に配置された金属板６１、６２の貫通孔６３のそれぞれに、リード棒５、８が挿通されているといえる。ここでいう「リード棒」とは、電極リード棒５と外部リード棒８のことをいう。
【００２８】
したがって、金属板６１、６２のテーパ穴となっている貫通孔６３に、外周がテーパ面となっているテーパ部５３、８３を有するリード棒５、８が挿通されて嵌合するので、円筒状の面同士を嵌合させる場合に比べて貫通孔６３とリード棒５、８との隙間が小さくなる。また、テーパ穴とテーパ面とを嵌合させることにより、金属板６１、６２の貫通孔６３のテーパ穴の中心軸と、リード棒５、８のテーパ部５３、８３のテーパ面に対する中心軸とが一致する。このため、テーパ穴とテーパ面を精度よく加工して形成することにより、金属板６１、６２の中心軸とリード棒５、８の中心軸とを合わせることができる。
【００２９】
なお、ここでは、外部リード棒８と金属板６２との関係も、電極リード棒５と金属板６１との関係も、嵌合面がテーパ状となると説明したが、例えば、外部リード棒８と金属板６２との嵌合面がテーパ状に形成されているが、電極リード棒５と金属板６１との関係を円筒状の面が嵌合するように形成するようにして、外部リード棒８と金属板６２との関係、もしくは、電極リード棒５と金属板６１との関係の、どちらか一方の関係について嵌合面がテーパ面となるように構成することもできる。金属板６１、６２とリード棒５、８の関係は、どちらか一方の金属板６２とリード棒８との嵌合面をテーパ状とするだけでも、従来技術にかかる放電ランプに比べて、金属箔７の箔切れの発生を抑制することができる。
【００３０】
また、ガラス部材１１に挿入されている部分を細径部５１、８１としてリード棒５、８にテーパ部５３、８３を形成しているが、ガラス部材１１に挿通されている部分を太径部とし、金属板６１、６２に嵌合する部分をテーパ部とし、その他の部分を細径部とすることもできる。ただし、このように形成した場合は、細径部を長い
範囲に設けなければならず、旋盤加工によって棒状部材を削り取って細径部を形成するときには、加工作業上の手間となりうる。
【００３１】
続いて、金属板６１、６２とリード棒５、８との接合方法について説明する。
電極リード棒５と金属板６１とは溶加材９により接合され、電極リード棒５と溶加材９とが密着し、金属板６１と溶加材９とが密着するため、溶加材９を介して接触面積を確保して金属板６１に供給された電力を効率よく電極リード棒５に伝達できるようにしている。また、外部リード棒８と金属板６２とも、同様に溶加材９により接続される。溶加材９には、ガラス加工温度の約１６００℃に耐え、リード棒５、８を形成するタングステン（Ｗ）と金属板６１、６２を形成するモリブデン（Ｍｏ）との濡れ性がよく、蒸気圧が低く、他の封入物と反応しないことが求められる。これらの要求項目を満たす材料である、ジルコニウム（Ｚｒ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）が溶加材９として用いられる。
【００３２】
金属板６１、６２の貫通孔６３は、径が小さい開口を有する一端面が拡開して設けられた凹部６４が形成されており、金属板６１の貫通孔６３と電極リード棒５との隙間や、金属板６２の貫通孔６３と外部リード棒８との隙間が広がっている。貫通孔６３の凹部６４が形成された部分が、溶加材９の液を溜める溶加材溜まりとして機能し、溶加材９が漏れ出すことを防いでいる。
【００３３】
溶加材９は次の手法によって、金属板６１、６２の貫通孔６３と、リード棒５、８の外周面との間に注入される。
金属板６１、６２の貫通孔６３にリード棒５、８を挿通して予め嵌合させておく。この状態の金属板６１、６２とリード棒５、８において、白金（Ｐｔ）よりなる金属ワイヤを、リード棒５、８の凹部６４に対応する位置に巻きつける。そして、真空もしくは不活性ガスで満たした炉に入れ、１８００℃まで昇温して５分間維持する。リード棒５、８を構成するタングステン（Ｗ）や金属板６１、６２を構成するモリブデン（Ｍｏ）の融点は１８００℃より高いので溶融しないが、白金（Ｐｔ）の融点は約１８００℃なので溶融する。溶融した白金（Ｐｔ）が貫通孔６３とリード棒５、８との間に流入する。
【００３４】
貫通孔６３とリード棒５、８との間に白金（Ｐｔ）よりなる溶加材９が充填されることになる。また、金属板６１、６２の一端面に凹部６４を設けることにより、貫通孔６３とリード棒５、８との間に充填されず残った白金（Ｐｔ）を留めることができ、液化した白金（Ｐｔ）が他へ漏れ出すことを防止できる。冷却されると、溶加材９が凹部６４に溜まった状態で凝固し、溶加材溜まりとなる。
【００３５】
金属板６１、６２の貫通孔６３と、リード棒５、８の外周面との隙間は小さいので、溶加材９の原料となる高価な白金（Ｐｔ）の使用量を減らすことができる。また、貫通孔６３とリード棒５、８との隙間の大きさは一定となり、必要となる溶加材９の量の一定となる。しかしながら、必要となる溶加材９が小量なため、溶加材９が想定以上にリード棒５、８に付着してしまうと、隙間にしみ込ませる量が不足してしまう。そこで、金属板６１、６２の一端面に凹部６４を設けて溶加材溜まりを形成することによって、隙間の大きさに対して必要となる量よりも多めに溶加材９を用意し、隙間に十分に溶加材９がしみ込むようにして溶加材９が不足することによる溶接不良をなくすとともに、余った溶加材９を溶加材溜まりに溜めて漏れ出ないようにしている。
【００３６】
上述したように、金属板６１、６２のテーパ穴となっている貫通孔６３に、外周がテーパ面となっているテーパ部５３、８３を有するリード棒５、８が挿通されて嵌合することによって、金属板６１、６２の中心軸とリード棒５、８の中心軸とを合わせることができる。また、金属板６１、６２の貫通孔６３と、リード棒５、８の外周面との隙間が小さいので、溶加材９が薄く流れ込み、均一に凝固されるので、溶加材９の注入による中心軸のずれを抑制することができる。
【００３７】
金属板６１、６２の中心軸とリード棒５、８の中心軸とを合わせることができるので、ガラス部材１１の外周面と金属板６１、６２の外輪とが滑らかにつながり、段差が生じない。ガラス部材１１の外周面を軸方向に伸び、金属板６１、６２の外輪に接続される金属箔７に、段差により余計な力がかからず、金属箔７が切れることを防止できる。
さらに、電極リード棒５の中心軸と金属板６１の中心軸が一致し、金属板６１の中心軸が封止管３の中心軸が一致することによって、電極リード棒５の先端に形成される電極４の軸と、放電容器１の軸とを合わせることができる。対向配置される電極４の軸がずれないので、点灯時の照度ムラが出にくく、アークが安定しやすくなり、放電ランプの寿命を延ばすことができる。
【００３８】
なお、テーパ穴となっている貫通孔６３に、外周がテーパ面となっているリード棒５、８を嵌合させることによって、金属板６１、６２の中心軸とリード棒５、８の中心軸とは一致させやすくなるが、金属板６１、６２の貫通孔６３の穴径精度とリード棒５、８の軸径精度の関係で、軸方向の位置精度が悪くなる場合がある。しかし、図１に示すように、外部リード棒８の基端は口金１３の内部に配置される縒り線１４に接続されるため、軸方向の微小なズレは縒り線１４で吸収できるため、問題とならない。
【００３９】
続いて、溶加材溜まりの異なる形状について説明する。
図３は、溶加材溜まりの形状を説明するための断面図である。
ここに示す溶加材溜まりを有する放電ランプは、溶加材溜まりの形状を除いて、図１、２に示す放電ランプの形状と同様であり、溶加材溜まり以外の説明及び図示を省略する。
【００４０】
図３（ａ）に示す溶加材溜まりは、金属板６１、６２の貫通孔６３の、径が大きい開口を有する他端面に拡開して設けられた凹部６４が形成されており、金属板６１、６２の貫通孔６３と電極リード棒５との隙間を大きくして形成されている。このように、金属板６１、６２の他端面に凹部６４を形成して溶加材溜まりを設けることもできる。
【００４１】
図３（ｂ）に示す溶加材溜まりは、金属板６１、６２ではなく、リード棒５、８に窪みを設けて凹部５４、８４が形成されており、金属板６１、６２の貫通孔６３と電極リード棒５との隙間を大きくして形成されている。このように、金属板６１、６２ではなく、リード棒５、８に凹部５４、８４を形成して溶加材溜まりを設けることもできる。
【００４２】
図３（ｃ）に示す溶加材溜まりは、金属板６１、６２の一端面に表面が曲面となる凹部６４が形成されており、金属板６１、６２の貫通孔６３とリード棒５、８との隙間を大きくして形成されている。このように、凹部６４の形状は貫通孔６３の開口側に広がるテーパ面に限られず、表面を曲面とすることもできる。また、リード棒５、８の端面５５、８５を、金属板６１、６２の端面６５と一致するように形成されている。
【００４３】
図３（ｄ）に示す溶加材溜まりは、金属板６１、６２の一端面に円筒状の凹部６４が形成されており、金属板６１、６２の貫通孔６３と電極リード棒５との隙間を大きくして形成されている。このように、液を溜めることができる空間があればよく、凹部６４の形状は種々選ぶことができる。また、リード棒５、８の端面５５、８５を、金属板６１、６２の端面６５よりも貫通孔６３の内方に位置するように構成されている。リード棒５、８が接合された金属板６１、６２の中央に窪みが形成された状態となる。
【００４４】
続いて、本発明の実施例について説明する。
〔実験例１〕
テーパ穴となっている貫通孔を有する金属板と、外周にテーパ面となっているテーパ部を有するリード棒とを嵌合させ、金属板の傾きとリード棒の中心軸からのズレを測定した。
実験対象とした金属板とリード棒の構成は下記の通りである。
＜仕様＞
金属板 材質：モリブデン、外径：２６．５ｍｍ、軸方向の厚さ：４ｍｍ
貫通孔：最大径７．８８ｍｍ、最小径７．７２ｍｍ、テーパ角度２．３°
リード棒 材質：タングステン、
大径部：軸方向長さ１３７ｍｍ、外径８ｍｍ、細径部：軸方向長さ１３ｍｍ、外径７．６ｍｍ
テーパ部：軸方向長さ１０ｍｍ、テーパ角度２．３°
【００４５】
リード棒のテーパ角度は、図３（ａ）に示すように、テーパ部を形成する部分のリード棒の表面を延長して形成される仮想平面が形成する円錐について、当該円錐の回転軸を含む平面で切断した切断面における円錐頂点の角度をいう。
金属板のテーパ角度は、図３（ｂ）に示すように、テーパ穴の内表面を延長して形成される仮想平面が形成する円錐について、当該円錐の回転軸を含む平面で切断した切断面における円錐頂点の角度をいう。
金属板の傾きは、軸を中心にして回転させたときの、金属板円盤面の振れをダイヤルゲージで測定し、中心軸と測定点までの距離から金属板の傾きを求めて偏角とした。リード棒先端のズレは、金属板の中心軸の延長線に対して、リード棒の先端が径方向に離間する長さを測定した。
【００４６】
テーパ穴となっている貫通孔に、リード棒を挿通してテーパ部で嵌合させて、溶加材で接合した連結体を３つ作成し、偏角とリード棒先端のズレを測定した。
比較対象として、円筒状の貫通孔に円柱状のリード棒を挿通し、嵌合させずに溶加材で接合した連結体も３つ作成し、偏角とリード棒先端のズレを測定した。
測定結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
測定結果より、テーパ穴となっている貫通孔に、リード棒を挿通してテーパ部で嵌合させて、溶加材で接合した方が、全体として偏角も小さく、リード棒先端のズレも小さくなることが確認できた。したがって、テーパ面で嵌合させて溶加材で接合することによって、金属板の中心軸とリード棒の中心軸とを合わせることができることが確かめられた。
【００４９】
〔実験例２〕
テーパ穴となっている貫通孔を有する金属板と、外周にテーパ面となっているテーパ部を有するリード棒とを嵌合させ、リード棒の軸方向の取り付け位置精度を測定した。
テーパ角の角度を０．５°、１．０°、１．５°、２．０°、２．５°とする５つの場合を測定対象とした。
テーパ角の角度を除いた仕様は、実験例１で用いた金属板とリード棒と同様である。
取り付け位置精度は、リード棒細径部先端と金属板の細径部側の面との距離について、リード棒と金属板の規格中心値で組み合わせた場合の距離を基準として軸方向のずれ量とした。
測定結果を表２に示す。
【００５０】
【表２】
【００５１】
測定結果より、テーパ角の角度は１．０°以上が好ましいことがわかった。テーパ角の角度が０．５°のときは、リード棒の軸方向の取り付け位置が４．６ｍｍもずれてしまうため、実用的ではない。一方、テーパ角の角度が１．０°のときも、リード棒の軸方向の取り付け位置が２．３ｍｍずれているが、外部リード棒は口金の内部にのびる縒り線に接続することでズレ量を吸収することができ、電極リード棒も先端に電極を圧入するときに調整してズレ量を吸収することができるので、実用に耐えうる誤差である。
【００５２】
〔実験例３〕
テーパ穴となっている貫通孔を有する金属板と、外周にテーパ面となっているテーパ部を有するリード棒とを嵌合させ、金属板が固定できるかどうか確かめた。
テーパ角の角度を２８°、２９°、３０°、３１°、３２°とする５つの場合を測定対象とした。
テーパ角の角度を除いた仕様は、実験例１で用いた金属板とリード棒と同様である。
金属板が固定できるかどうかは、金属板とリード棒とを嵌合させ、溶加材によって接合させる前の状態の連結体について、上下逆さまにしてリード棒を保持し、金属板が抜け落ちるかどうかにより判断した。金属板が抜け落ちなかった場合を「○」とし、金属板が抜け落ちた場合を「×」とした。
測定結果を表３に示す。
【００５３】
【表３】
【００５４】
測定結果より、テーパ角の角度は３０°以下が好ましいことがわかった。テーパ角の角度が３０°以下のときは、リード棒に金属板が嵌合により固定され、溶加材により接合するときに金属板が傾きにくくなることがわかった。
実験例２、３の結果より、テーパ角の角度は１°以上３０°以下が好ましいことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図
【図２】本発明の金属板と電極リード棒の接合部分を拡大して示す拡大断面図
【図３】本発明の溶加材溜まりの形状を説明するための断面図
【図４】従来の箔シール構造を有する放電ランプの一部を示す説明図
【図５】従来の金属板と電極リード棒との接合部分を拡大して示す拡大断面図
【符号の説明】
【００５６】
１ 放電容器
２ 発光管
３ 封止管
４ 電極
５ 電極リード棒
６１、６２ 金属板
７ 金属箔
８ 外部リード棒
９ 溶加材
５１、８１ 細径部
５２、８２ 太径部
５３、８３ テーパ部
５４、８４ 凹部
６３ 貫通孔
６４ 凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管とその両端に連続して外方に伸びる封止管とを有する放電容器と、
前記封止管の内部に配置されるガラス部材と、
前記ガラス部材の端面に続いて配置される金属板と、
前記ガラス部材の外周面に配設され、前記金属板に接続される金属箔と、
前記放電容器の外方または前記発光管に向かってのびるリード棒と、
前記発光管に向かってのびるリード棒の先端に形成され、前記発光管の内部に互いに対向して配置される電極と、を備える放電ランプにおいて、
前記金属板はテーパ穴の貫通孔を有し、
前記テーパ穴の貫通孔に、テーパ部が形成されたリード棒が挿入され、
前記テーパ穴の貫通孔と前記テーパ部とが嵌合して、溶加材により接合されていることを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
前記金属板の貫通孔は、一端面が拡開して設けられた凹部が形成され、貫通孔とリード棒との隙間が広がる溶加材溜まりとなっ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】
前記リード棒に窪みを設けることによって凹部が形成されて溶加材溜まりとなっ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４】
前記金属板の貫通孔のテーパ角の角度が１°以上３０°以下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５】
前記リード棒のテーパ部のテーパ角の角度が１°以上３０°以下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１】
発光管とその両端に連続して外方に伸びる封止管とを有する放電容器と、
前記封止管の内部に配置されるガラス部材と、
前記ガラス部材の端面に続いて配置される金属板と、
前記ガラス部材の外周面に配設され、前記金属板に接続される金属箔と、
前記放電容器の外方または前記発光管に向かってのびるリード棒と、
前記発光管に向かってのびるリード棒の先端に形成され、前記発光管の内部に互いに対向して配置される電極と、を備える放電ランプにおいて、
前記金属板はテーパ穴の貫通孔を有し、
前記テーパ穴の貫通孔に、テーパ部が形成されたリード棒が挿入され、
前記テーパ穴の貫通孔と前記テーパ部とが嵌合して、溶加材により接合されていることを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
前記金属板の貫通孔は、一端面が拡開して設けられた凹部が形成され、貫通孔とリード棒との隙間が広がる溶加材溜まりとなっ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】
前記リード棒に窪みを設けることによって凹部が形成されて溶加材溜まりとなっ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４】
前記金属板の貫通孔のテーパ角の角度が１°以上３０°以下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５】
前記リード棒のテーパ部のテーパ角の角度が１°以上３０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１３５１５８（Ｐ２０１０−１３５１５８Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０９２４４（Ｐ２００８−３０９２４４）
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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