专利名称：短弧放电灯的密封结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及短弧放电灯的密封结构，特别是涉及在半导体和液晶制造领域等中使用的短弧放电灯的密封管内的结构。
背景技术：
以往的短弧放电灯有图10所示的结构。在半导体和液晶制造领域等中用作光源。在短弧放电灯中，使用密封部支撑电极，并维持发光管的气密状态。这里，对以往的短弧放电灯的密封部结构进行说明。
在支撑阳极2的阳极支撑棒4与密封管50之间具有内部玻璃部件14，保持阳极支撑棒4。阳极支撑棒4焊接在内部金属环24上。内部金属环24介于内部玻璃部件14与玻璃棒13之间。多枚厚度小于等于1mm的金属箔18焊接在内部金属环24的圆周面上。在该圆周面上还卷有进行了模压加工的金属箔(未作图示)。多枚金属箔18在玻璃棒13与密封管50之间，在圆周方向上分别隔开配置。多枚金属箔18通过焊接在其上的内部金属环24相互电导通。
通过将金属箔18夹在玻璃棒13与密封管50之间进行熔敷，实现放电灯内部与外部之间的气密状态。多枚金属箔18焊接在外部金属环25的圆周面上。在该圆周面上还卷有进行了模压加工的金属箔(未作图示)。外部金属环25介于外部玻璃部件15与玻璃棒13之间。引线棒5焊接在外部金属环25上，从引线棒5提供电力。将从放电灯的引线棒5把电力提供给放电灯内部的阳极2的一系列金属性部件与由保持这些金属性部件的玻璃部件构成的部件统称为安装部件。这种密封部与放电灯的强度和寿命密切关联。以下，列举短弧放电灯的密封部结构相关的现有技术的若干例。
专利文献1所公开的“放电灯”是抑制电极支撑棒在移动途中振动、不发生供电用钼金属箔的箔断裂的放电灯。该放电灯是具有在与发光管连设的密封管内，把在前端具有电极的电极支撑棒插通到石英玻璃制的管状构件来保持的结构的放电灯。使管状构件的一端侧的发光管侧端部区域的外径比另一端侧的端部区域的外径大。
专利文献2所公开的“短弧水银灯”是减少发生在密封部内的应力或应变来实现长寿命化的短弧水银灯，是密封工序中没有电极轴偏离的短弧水银灯。一对电极在发光部的放电空间内对置配置。在放电空间内封入有水银和稀有气体。继发光部的两端之后有密封部。使用由密封部保持的电极芯棒来支撑电极。在电极芯棒与密封部之间介入有石英玻璃体。内部金属圆筒体与电极芯棒连接。密封用金属箔与内部金属圆筒体连接。外部金属圆筒体通过密封用金属箔与内部金属圆筒体连接。外部电流导入体与外部金属圆筒体连接。在内部金属圆筒体与外部金属圆筒体之间介入有气密密封用石英玻璃体。当设内部金属圆筒体的厚度为T1，外部金属圆筒体的厚度为T2，以及密封用金属箔的长度为L时，满足2≤T1≤L/6、2≤T2≤L/6。
专利文献3所公开的“放电灯”是防止配置在密封管部内的玻璃构件或内部引线棒保持用简体发生裂纹，进而可防止气体泄漏或密封管部破损，可取得长的使用寿命的放电灯。在密封体的密封管部的内部配置有柱状的玻璃构件。在玻璃构件的面对发光空间围绕部侧的一侧配置有金属板。配置成使内部引线棒的基端固定在金属板上，并使前端延伸到发光管围绕部内。在内部引线棒的前端设置有电极。在内部引线棒的外周与密封管部的内周面之间配置有玻璃制的内部引线棒保持用筒体。在玻璃构件的面对密封管部的外端侧的另一侧配置有外部引线棒。金属箔沿着玻璃构件的外周延伸，其一端部与金属板连接，其另一端部与外部引线棒电连接。在玻璃构件与金属板之间配置有金属箔。
专利文献4所公开的“短弧型放电灯”是在箔密封工序后的自然冷却时，使密封管等不出现裂纹的短弧型放电灯。在圆柱体的外周面，在轴线方向上配置有多枚供电用钼箔，使用密封管进行箔密封。抵接配置在圆柱体的端面上、并焊接了供电用钼箔的端部的第1集电圆盘的周面与密封管内壁之间介入有熔敷防止用钼箔。在第2集电圆盘的周面与密封管内壁之间、在圆柱体的两端面与第1集电圆盘和第2集电圆盘之间、在第1集电圆盘与第1中空壁厚管之间、以及在第2集电圆盘与第2中空壁厚管之间也介入熔敷防止用钼箔。
专利文献1日本特开2000-003695号公报专利文献2日本特开2000-173544号公报专利文献3日本专利3228073号公报专利文献4日本专利3475815号公报然而，以往的短弧放电灯的密封部结构具有以下问题。由于流入导电性部件(例如，金属环)内的电流增大，因而由焦耳热引起的发热相当大。因此，有时由于通电时的焦耳热和放电的辐射热而使密封部温度超过石英玻璃的退火点即1200℃，使放电灯受到破坏。并且，当金属环外径与内部玻璃部件相比较大而相当薄时，在制造工序中容易发生密封部破坏。并且，由于电极重量荷载施加给导电性金属箔，因而在放电灯运送时容易受到破坏。
发明内容
本发明的目的是解决上述以往问题，在短弧放电灯的亮灯时或移动中不容易破坏，并提高耐压性和耐热负荷性。
为了解决上述课题，在本发明中，提供一种通过把密封管熔敷在外部玻璃部件、金属箔、内部金属环、外部金属环、玻璃棒以及内部玻璃部件上来进行密封的短弧放电灯的密封结构，当设金属箔的枚数为n，金属箔的宽度为W，金属环的外径为ODring(mm)，金属环的厚度为tring(mm)，以及灯电流值为I(A)时，满足I/(n×W×tring)＜2.08n×W＜π×ODring。
而且，使内部金属环、外部金属环、玻璃棒、内部玻璃部件以及外部玻璃部件的外径相同。密封管由作为接近轴的侧的内侧的第1密封管和作为远离轴的侧的外侧的第2密封管构成，并使用第1密封管和第2密封管进行双重密封。使第1密封管的发光管侧端部为呈喇叭状打开的形状。当设第1密封管的厚度为tinside(mm)，以及第2密封管的厚度为toutside(mm)时，满足1.5tinside＜toutsidetinside≤2。
把从内部玻璃部件的发光管侧端面到第1密封管的发光管侧端面的长度a(mm)的值设定为5＜a＜12的范围。在发光管与第1密封管的发光管侧端面之间设置有薄壁部。
通过上述构成，可提高短弧放电灯的密封部的破坏内压。并且，对热负荷的耐性也提高。而且，不容易发生放电灯亮灯中或移动中的破坏。特别是，高输入亮灯时的放电灯的安全性得到显著改善。
图1是本发明的实施例中的短弧放电灯的概略外观图。
图2是本发明的实施例中的短弧放电灯的安装部的图。
图3是本发明的实施例中的短弧放电灯的安装部的局部放大图。
图4是示出本发明的实施例中的短弧放电灯的电流和密封部外面温度最高值的关系的曲线图。
图5是示出把本发明的实施例中的短弧放电灯的安装部件封入在第1密封管内的状态的图。
图6是示出把本发明的实施例中的短弧放电灯的具有喇叭形状的安装部件插入在第2密封管内的状态的图。
图7是示出把本发明的实施例中的短弧放电灯的安装部件封入在第2密封管内的状态的图。
图8是示出本发明的实施例中的短弧放电灯的喇叭部的长度和破坏内压的关系的曲线图。
图9是示出本发明的实施例中的短弧放电灯的输入电力和密封部温度的关系的曲线图。
图10是以往的放电灯的概略外观图。
具体实施例方式
以下，参照图1～图9对用于实施本发明的最佳方式进行详细说明。
实施例本发明的实施例是一种短弧放电灯，该放电灯使多枚金属箔不在圆周上重叠，而使用内侧的第1密封管和外侧的第2密封管进行双重密封，使灯电流值(A)/{(金属箔枚数)×(金属箔宽度(mm))×(金属制环厚度(mm))}的值小于2.08，使第1密封管的发光管侧端部采用呈喇叭状打开的形状，使第1密封管的厚度小于等于2mm且比第2密封管的厚度的2/3薄，使从内部玻璃部件的发光管侧的端面到第1密封管的端面的长度为5～12mm。
图1是本发明的实施例中的短弧放电灯的概略外观图。在图1中，发光管1是封入了水银的石英玻璃制的管。阳极2是正侧电极。阴极3是负侧电极。
图2是短弧放电灯的安装部的图。在图2中，阳极支撑棒4是支撑阳极的金属构件。引线棒5是用于供给电力的导电性构件。第1密封管11是气密密封用的圆筒状的玻璃构件。第2密封管12是发光管的延长的圆筒状部分。玻璃棒13是使引线棒和阳极支撑棒结构性连接的玻璃构件。内部玻璃部件14是保持阳极支撑棒的玻璃构件。外部玻璃部件15是保持引线棒的玻璃构件。内部金属环24是使阳极支撑棒和金属箔电连接的钼制构件。外部金属环25是使引线棒和金属箔电连接的钼制构件。喇叭形状部31是第1密封管的灯内部侧的端部，是呈漏斗状扩展的部分。放电空间S是封入有水银蒸气来产生放电的空间。
图3是短弧放电灯的安装部的局部放大图。在图3中，接合部32是发光管的球面部和第2密封管的接缝。端面33是第1密封管的灯内部侧的端部。电极侧端面34是内部玻璃部件的灯内部侧的端部。露出部分36是第2密封管在放电空间内露出的部分。tinside是第1密封管的厚度。toutside是第2密封管的厚度。
图4是示出短弧放电灯的电流和密封部外面温度最高值的关系的曲线图。图5是示出把短弧放电灯的安装部件封入在第1密封管内的状态的图。在图5中，第1密封管41是封装前的第1密封管。图6是示出把短弧放电灯的具有喇叭形状的安装部件插入在第2密封管内的状态的图。在图6中，第2密封管42是封装前的第2密封管。图7是示出把短弧放电灯的安装部件封入在第2密封管内的状态的图。图8是示出短弧放电灯的喇叭部的长度和破坏内压的关系的曲线图。图9是示出短弧放电灯的输入电力和密封部温度的关系的曲线图。
对上述构成的本发明的短弧放电灯的结构进行详细说明。首先，参照图1对短弧放电灯的整体结构进行说明。短弧放电灯有中央部膨胀的发光管1，在发光管1内具有相对的一对阳极2和阴极3。该短弧放电灯有安装部，该安装部由从放电灯外部向放电灯内部的电极供给电力的一系列金属性部件和保持这些金属性部件的玻璃部件构成。
下面，参照图2和图3对安装部结构进行说明。在与发光管1连接的第2密封管12和安装部件之间介入有第1密封管11。安装部件和第1密封管11使用燃烧器等进行加热熔敷，而且第1密封管11和第2密封管12使用燃烧器等进行加热熔敷，并密封成维持发光管内部与外部之间的气密状态。第1密封管11具有直径朝端面33增大的喇叭形状。
下面，参照图4的曲线图对安装部件的金属环进行说明。图4示出在对放电灯密封部内的一枚金属箔18通电的情况下的电流与密封部外面的温度最高值的关系。在金属箔18和内部金属环24焊接接合的附近，密封部温度达到最高。在实施例的密封部中，由通电引起的温度上升得到大幅抑制，即使在密封部的温度上升到1200℃的情况下也不会破坏。石英玻璃的退火点是1200℃附近。通电时，有必要把密封部内的最高温度抑制在该温度以下。设金属箔18和内部金属环24接合的部分的电流密度为ρ。该电流密度ρ可从式(1)求出，其中，设电流为I(A)，金属箔18的宽度为W(mm)，金属箔18的枚数为n，以及金属环的厚度为tring(mm)。
ρ＝I/(n×W×tring)(1)因此，根据图4的实验结果的曲线图，当100(A)的电流流入一枚金属箔时为1200℃。并且，根据表2，如果设金属箔18的宽度W＝12(mm)，金属箔18的枚数n＝1，以及金属环的厚度tring＝4(mm)，则密封部的温度为1200℃时的电流密度ρ根据式(1)为2.08(A/mm2)。
即，根据实验结果，当接合部的电流密度小于2.08(A/mm2)时，密封部内的最高温度不超过1200℃，因而电流密度ρ只要满足式(2)的关系即可。
ρ＝I/(n×W×tring)＜2.08 (2)设内部金属环24的外径为ODring(mm)，为了防止金属箔之间的重叠，只要金属箔的宽度总计小于等于金属环的圆周长度即可，因而这些值有必要满足式(3)的关系。
n×W＜π×ODring(3)因此，只要是满足式(2)和(3)的密封部，密封部内的金属箔18就不会重叠。同时，通电时的温度不会达到石英玻璃的退火点，可得到对破坏更有抵抗力的密封部。
内部玻璃部件14和外部玻璃部件15的外径在忽略金属箔厚度时，期望的是具有与金属环外径相等的值。其理由如下。可简化在密封前将配置在密封部内的电极或玻璃部件等进行组装的工序。能更可靠地取得发光管内部大外部的气密状态。防止金属环氧化，管套安装时的作业变得容易。
下面，参照图5、图6和图7，对密封使用金属环的安装部件的工序进行说明。图5是示出把使用金属环的安装部件封入在第1密封管41内的状态的图。把安装部件封入在第1密封管41内，使第1密封管内处于负压状态，使用燃烧器等进行加热，将第1密封管和安装部件进行熔敷。使用燃烧器等对第1密封管11进行加热来缩径，至少熔敷到内部玻璃部件14的电极侧端面。当第1密封管11和内部玻璃部件14之间的熔敷不充分时，成为灯点亮时的破裂起点。第1密封管11和内部玻璃部件14之间的熔敷部有必要进行充分加热来磨合。熔敷在内部玻璃部件14上的第1密封管11在距内部玻璃部件14的电极侧端面34为a(mm)的位置处切断。
另外，在距电极侧端面34为a(mm)的位置的第1密封管11的直径大于内部玻璃部件的外径的情况下，形成为第1密封管的直径从内部玻璃部件14的电极侧端面34朝阳极2侧的轴方向增大的喇叭形状。并且，即使在使用燃烧器等对通过缩径来熔敷在内部玻璃部件14上的第1密封管11进行加热的同时，使该第1密封管11扩径，也能制作该喇叭形状。
图6是示出把在距内部玻璃部件的电极端面为a(mm)的位置处将第1密封管切断来形成为喇叭形状的安装部件插入在第2密封管42内的状态的图。图7示出把在距内部玻璃部件的电极端面为a(mm)的位置处将第1密封管切断的安装部件封入在第2密封管42中、并把阳极2配置在放电空间S内的期望位置上的状态。使第2密封管内(发光管内)处于负压状态，使用燃烧器等进行加热，使第2密封管和第1密封管熔敷。同样，对于在放电空间内相对的阴极3，也同样进行密封。
表1
*)破坏内压是10个试验片的平均下面，参照表1对第1密封管11和第2密封管12的厚度进行说明。表1是在模拟了放电灯的高压力状态的静水压试验中，求出破坏内压与密封部的第1密封管11和第2密封管的厚度的关系的表。从表1所示的结果来看，通过第1密封管11和第2密封管12的组合，比起以往的密封结构的破坏内压，可使破坏内压上升。具有第1密封管11越厚、破坏内压越下降的倾向。只要内压作用时的破坏内压/作用内压的值大于等于1.5，则在亮灯时就不容易发生破坏，这从以往经验是已知的。如果设第1密封管11的厚度为tinside(mm)，第2密封管12的厚度为toutside(mm)，以及亮灯时的内压最大为2.5MPa左右，则从表1可知，通过满足1.5tinside＜toutside且tinside≤2的关系，可使耐破坏性得到显著改善。
下面，参照图8的曲线图对喇叭部的长度a(mm)进行说明。图8是示出图3所示的长度a(mm)和静水压试验中的破坏内压的关系的表。使第1密封管11的厚度按照1～3(mm)变化，使第2密封管12的厚度为4(mm)。从图8的结果可知，通过使长度a(mm)合适化，使耐压性提高。即可知，在长度a(mm)的值大于等于5(mm)的情况下，与小于等于5(mm)的情况相比较，耐破坏性提高。当a值大于等于12(mm)时，在亮灯时附近的水银不容易蒸发。因此，通过设定为5＜a＜12的范围，不会使亮灯时的上升特性劣化，可提高破坏内压。
优选的是，在发光管1和第2密封管12的接合部32与第1密封管11的端面33之间设置第2密封管在放电空间内露出的露出部分36。该理由如下。当发光管1和第2密封管12的接合部32与第1密封管11的端面33接近时，有时由于使第2密封管12缩径时的燃烧器等的热而使发光管变形，使作为商品的价值显著下降。露出部分36仅为第2密封管的厚度，由于与双重密封的部分相比较薄，因而从发光管1到密封部的热传导减少，也能抑制密封部的温度上升。并且，通过把接近内部玻璃部件14的密封部的玻璃厚度设定为使第1密封管11和第2密封管12重叠的厚度，可针对重的电极(特别是阳极)增大密封部强度。
通过使第1密封管11的发光管侧端面33为喇叭状，可在使用燃烧器等的热的密封作业中，使第1密封管11和第2密封管12顺利熔敷。由于密合性提高，因而可防止从第1密封管11和第2密封管12的熔敷部的端面33发生的裂纹，可防止由裂纹引起的放电灯破裂。并且，通过使第1密封管11的端面33为喇叭状，从而即使在使用与第1密封管11的外径相比较内径稍大的第2密封管进行密封的情况下，也能防止电极的中心轴偏离密封管的中心轴。电极的圆周面不会与密封管内壁接触，可保持在第2密封管内。对使进行了表面加工的电极不损伤的情况特别有效。表2示出密封部部件的尺寸和材质的示例。另外，在本实施例中，每一个密封部使用六枚金属箔18。
表2
单位(mm)下面，参照图9的曲线图对电力与温度的关系进行说明。制作三盏放电灯，使其在相同条件下亮灯，使用放射温度计测定密封部内的温度。图9示出输入到放电灯的电力与密封部温度的关系。从密封部的温度测定结果可知，实施例的密封部与现有例的放电灯相比较，相同电力时的密封部温度低。因此，实施例的密封部不容易发生由热负荷引起的破坏，与现有例的灯相比较，对热负荷的耐性高。可知，当放电灯输入电力进一步提高时，效果表现显著。
表3坠落试验的电极偏离和密封部破坏的总结
下面，参照表3对坠落情况的耐破坏性进行说明。对在移动时作用于灯的荷载带来破坏的影响进行调查。将具有现有例和实施例的密封部的灯进行包装，进行使由坠落引起的冲击产生作用的实验。使所包装的灯从1m高处坠落，调查坠落前后的电极位置的变化、以及是否从密封部发生破坏。表3是实验结果的总结。可知，只要是具有实施例的密封部结构的灯，针对在输送时由坠落等引起的电极偏离或密封部破坏，就具有比现有例优良的特性。
如上所述，在本发明的实施例中，由于把短弧放电灯的密封部构成为使多枚金属箔不在圆周上重叠，并使用内侧的第1密封管和外侧的第2密封管进行双重密封，使灯电流值(A)/{(金属箔枚数)×(金属箔宽度(mm))×(金属制环厚度(mm))}的值小于2.08，使第1密封管的发光管侧端部采用呈喇叭状打开的形状，使第1密封管的厚度小于等于2mm且比第2密封管的厚度的2/3薄，以及使从内部玻璃部件的发光管侧端面到第1密封管端面的长度为5～12mm，因而可提高密封部的破坏内压，对热负荷的耐性也提高，不容易发生亮灯中或移动中的破坏。
本发明的短弧放电灯最适合用作耐压性和耐热负荷性高、在亮灯时或移动中不容易破坏的短弧放电灯。
权利要求
1.一种短弧放电灯的密封结构，该短弧放电灯具有玻璃制的发光管，与上述发光管连接的玻璃制的密封管，密封在上述发光管内的阳极，支撑上述阳极的金属制的阳极支撑棒，密封在上述发光管内的阴极，支撑上述阴极的金属制的阴极支撑棒，与上述阳极或阴极电连接的钼制的内部金属环，用于把电力提供给上述阳极或阴极的引线棒，与上述引线棒电连接的钼制的外部金属环，与上述内部金属环和上述外部金属环的圆周部电连接的多枚金属箔，支撑上述引线棒的外部玻璃部件，支撑上述引线棒、上述内部金属环、上述外部金属环、上述阳极支撑棒或上述阴极支撑棒、以及上述金属箔的玻璃棒，以及支撑上述阳极支撑棒或上述阴极支撑棒的内部玻璃部件，该短弧放电灯借助直流电力保持放电状态，该密封结构是在该短弧放电灯中，通过把上述密封管熔敷在上述外部玻璃部件、上述金属箔、上述内部金属环、上述外部金属环、上述玻璃棒以及上述内部玻璃部件上来进行密封的密封结构，其特征在于，当设上述金属箔的枚数为n，上述金属箔的宽度为W，上述金属环的外径为ODring(mm)，上述金属环的厚度为tring(mm)，以及灯电流值为I(A)时，满足I/(n×W×tring)＜2.08n×W＜π×ODring。
2.根据权利要求1所述的短弧放电灯的密封结构，其特征在于，上述内部金属环、上述外部金属环、上述玻璃棒、上述内部玻璃部件以及上述外部玻璃部件的外径相同。
3.根据权利要求1或2所述的短弧放电灯的密封结构，其特征在于，上述密封管由作为接近轴的侧的内侧的第1密封管和作为远离轴的侧的外侧的第2密封管构成，并使用上述第1密封管和上述第2密封管进行双重密封。
4.根据权利要求3所述的短弧放电灯的密封结构，其特征在于，使上述第1密封管的发光管侧端部为呈喇叭状打开的形状。
5.根据权利要求3或4所述的短弧放电灯的密封结构，其特征在于，当设上述第1密封管的厚度为tinside(mm)，以及上述第2密封管的厚度为toutside(mm)时，满足1.5tinside＜toutsidetinside≤2。
6.根据权利要求3～6中的任意一项所述的短弧放电灯的密封结构，其特征在于，把从上述内部玻璃部件的发光管侧端面到上述第1密封管的发光管侧端面的长度a(mm)的值设定为5＜a＜12的范围。
7.根据权利要求3～6中的任意一项所述的短弧放电灯的密封结构，其特征在于，在上述发光管和上述第1密封管的发光管侧端面之间设置有薄壁部。
全文摘要
本发明提供一种短弧放电灯的密封结构，该结构提高短弧放电灯的耐压性和耐热负荷性，使其在亮灯时或移动中不容易受损。使短弧放电灯的密封部的多枚金属箔不在圆周上重叠。使用密封部内侧的第1密封管和外侧的第2密封管进行双重密封。使灯电流值(A)/{(金属箔枚数)×(金属箔宽度(mm))×(金属制环厚度(mm))}的值小于2.08。使第1密封管的发光管侧端部为呈喇叭状打开的形状。使第1密封管的厚度小于等于2mm且比第2密封管的厚度的2/3薄。使从内部玻璃部件的发光管侧端面到第1密封管的端面的长度为5～12mm。
文档编号H01J61/36GK1941272SQ200610139398
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月27日 优先权日2005年9月27日
发明者加濑征彦, 泽俊行 申请人:株式会社Orc制作所