JPH11135066A - 金属蒸気放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、発光管内添加物であるガリウムに
よるモリブデン箔の腐食作用を抑制し、ランプの寿命期
間を通して、発光管のリーク等の恐れがなく長寿命であ
り、ランプの寿命特性及び光学特性が優れた光化学反応
用光源として最適な金属蒸気放電灯を提供することを目
的とする。 【構成】 本発明は、石英ガラス製の発光管の両端に封
着部を形成し、該封着部にモリブデン箔を介して接続し
た電極と外部導入線とを埋設し、該発光管の内部に水
銀、希ガス、ハロゲンと共にガリウムを封入してなり、
前記封着部内の電極心棒とモリブデン箔との接続部の周
辺に生じる隙間に露出するモリブデン箔の表面をタンタ
ル、タングステンあるいはタンタルとタングステンとの
複合物で被覆することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、光化学反応用光源
に関し、主に製版焼付用装置に使用される金属蒸気放電
灯用発光管の改良に関する。

【0002】

【従来の技術】光化学用光源は各種の産業分野で使用さ
れている。例えば印刷分野では感光性インキや樹脂を印
刷物に塗布し、該印刷物に紫外線あるいは短波長の可視
光線を照射するにより、インキや樹脂の化学反応を起こ
し、乾燥、硬化させることができる。又、ポジフィルム
を利用して、光の照射、未照射部を生成し、感光剤にパ
ターンを形成することにより版を製作する殖版機といわ
れる製版用焼付装置が市販されている。

【0003】殖版機用光源として、水冷式超高圧水銀ラン
プ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等の各種光
源が使用されているが、その中でも光化学反応に有効な
波長の光の放射効率が優れているメタルハライドランプ
が使用されている。

【0004】光化学反応を利用する場合、感光剤の感度にあ
った波長の光を照射することが効率の点から重要であ
る。前記殖版機に用いられる被照射物には、アルミニウ
ムの薄板に感光剤が塗布されたＰＳ版が用いられる。こ
の種の感光剤は３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長の光を吸
収して光化学反応を起こすので、殖版機用メタルハライ
ドランプには発光金属としてガリウム（Ｇａ）が封入さ
れ、波長３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの光を効率良く放射す
るようになっている。

【0005】しかし、ガリウム金属あるいはハロゲン化ガリ
ウムは石英製発光管両端の電極封着材である金属箔とし
てのモリブデン箔を腐食する性質がある。発光管内部を
気密にするために封着部に使用されるモリブデン箔と発
光金属であるガリウムとが反応すると、モリブデンとガ
リウムとの合金が生成する。このモリブデンに対するガ
リウムの反応は様々で、ランプ特性に大きく影響を与え
る。例えば、モリブデン箔を脆くし機械的強度を低下さ
せるため、ランプの点灯、消灯時における電極の熱膨張
によって、モリブデン箔が断裂してしまいランプが不点
になったり、モリブデン箔と高濃度で合金化することに
より、モリブデン箔の体積膨張を促し、封着部にクラッ
クを発生させ、ついには発光管がリークする。このよう
に、ガリウムを添加したランプは寿命が短いといった問
題がある。

【0006】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は前記モリブ
デン箔のガリウムによる腐食作用について種々検討した
ところ、前記作用は次のようにして発生することが判明
した。一般に、メタルハライドランプは特公昭４２−２
８２２８号公報に開示されているように、発光管内の遊
離ハロゲンとしてのヨウ素の発生を抑制するため、発光
金属をヨウ素よりも過剰に封入することがよく知られて
いる。

【0007】そして、殖版機用メタルハライドランプも前記
と同様な設計がなされているが、発光管内に添加した余
剰のガリウムは、ランプ点灯中、ランプの最冷部である
発光管内端部の底部にたまり、次に封着部の電極心棒と
石英ガラスとの隙間を通って、電極心棒とモリブデン箔
との接続部の周辺に生じた隙間にたまる。これは、ガリ
ウムは約２９℃以上で液体となるので、隙間のうち、特
に電極心棒とモリブデン箔との接続部周辺や石英ガラス
とモリブデン箔との封着部の周辺といった狭い個所に表
面張力によってたまっていくという性質があるためであ
る。

【0008】こうした箇所にガリウムがたまっていくにつれ
て、ガリウムのモリブデン箔への腐食作用は大きくなっ
ていく。電極心棒とモリブデン箔との接続部周辺では、
ガリウムがモリブデンと反応してガリウム−モリブデン
合金が生成する。この合金は、はじめモリブデン箔表面
に析出するが、次第にモリブデン箔を腐食して粒状結晶
として成長し、ついには接続部周辺のモリブデン箔がガ
リウム−モリブデン合金の粒状結晶に変化してしまう。

【0009】この状態におけるモリブデン箔はもはや粒状物
質の集合体であるため、結晶同士の結合力、すなわち機
械的強度が弱い。このため、ランプの点灯、消灯にとも
なう電極の熱膨張による応力を受けて電気的結合が切断
されてしまう。そして電極に電気エネルギーが供給され
なくなり、放電が維持できなくなり、ついにはランプの
不点となる。

【0010】又、石英ガラスとモリブデン箔との封着部周辺
では、ガリウムはモリブデンと反応し、前記と同様にモ
リブデン箔の表面に粒状結晶が析出する。そして、次第
に粒状結晶が成長するにつれて、石英ガラスとモリブデ
ン箔との封着部の端部から封着をはがす応力が発生し、
合金の成長とともにその力は増大する。ついには封着部
が応力に耐えられなくなって、ガラスのクラックが生
じ、発光管の気密が保てなくなってしまうという現象が
生じる。

【0011】本発明は、前記に鑑みてなされたもので、発光
管添加物であるガリウムによるモリブデン箔の腐食作用
を抑制し、ランプの寿命期間を通して、発光管のリーク
等の恐れがなく長寿命であり、ランプの寿命特性及び光
学特性が優れた光化学反応用光源として最適な金属蒸気
放電灯を提供することを目的とする。

【0012】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係る金属蒸気放電灯は、石英ガラス製の発
光管の両端に封着部を形成し、該封着部にモリブデン箔
を介して接続した電極と外部導入線とを埋設し、該発光
管の内部に水銀、希ガス、ハロゲンと共にガリウムを封
入してなり、前記封着部内の電極心棒とモリブデン箔と
の接続部の周辺に生じる隙間に露出するモリブデン箔の
表面をタンタル、タングステンあるいはタンタルとタン
グステンとの複合物で被覆することを特徴とする。

【0013】前記構成としてのモリブデン箔の表面にタンタ
ルあるいはタングステンを被覆することにより、ガリウ
ムとモリブデン箔とが直接接触することがなく、ガリウ
ムとモリブデンの反応が生じない。また、タンタルやタ
ングステンはガリウムと反応しないため、モリブデン合
金が生成されることはなく、粒状結晶が生じない。そし
て、発光管のリークやクラックに伴なうランプの不点は
生じない。

【0014】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１は本発明に係る金属蒸気放電灯
の一実施例を示す側面図であり、図２は要部拡大図であ
る。図１に示すメタルハライドランプ１は石英ガラス製
の発光管２の両端に封着部３を形成し、該封着部にモリ
ブデン箔４が埋設されている。該モリブデン箔の一端に
タングステン等の高融点金属からなる電極５が接続さ
れ、かつ他端にタングステン製の外部導入線６が接続さ
れている。又、発光管には水銀と希ガスとハロゲンとガ
リウムが封入されている。そして、ランプの外部から電
力が供給されると、発光管の両電極間で放電が発生し、
水銀及びガリウムのハロゲン化物の蒸気が電子によって
励起し、主に３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの光を放射するよ
うになる。

【0015】図２は発光管２の電極部及び封着部周辺の拡大
図である。発光管内に添加物を封入する前に、モリブデ
ン箔４と電極５のタングステン製の電極心棒５ａ及び外
部導入線６とからなる一対の電極マウントは、石英ガラ
ス管に挿入され、該部分を溶融し、いわゆるピンチシー
ルを行なうことにより、封着されるが、図示するよう
に、溶融した石英ガラスの粘性により接続部周辺に空隙
７が形成されている。その後、発光管はその中央部に形
成した排気管（図示せず）に真空排気装置を接続して、
管内の不純ガスを排気した後、添加物と所定の圧力の希
ガスが封入される。

【0016】次に、発光管及び電極マウントの具体的な構造
について説明する。発光管２の寸法は内径１９ｍｍ、電
極５，５間距離は２３２ｍｍであり、管内に１００ｍｇ
の水銀と１８ｍｇのヨウ化水銀および５ｍｇのガリウム
とともに４×１０⁴ Ｐａのキセノンガスが封入されてい
る。電極５は直径２ｍｍのトリエーテッドタングステン
の電極心棒５ａの先端に直径０．８ｍｍのタングステン
ワイヤが巻回されている。

【0017】モリブデン箔４は、幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍ、
厚さ３５マイクロメートルのほぼ長方形で端部がナイフ
エッジ４ａ加工されたガラス封着用の金属箔である。ま
た、モリブデン箔４の電極心棒５ａを接続する側の端部
から約１０ｍｍの位置まで、タンタル８が約１マイクロ
メートルの厚さで被覆されている。なお、タンタルの被
覆方法はＰＶＤ法（特にスパッタリング法）が有効であ
るが、圧延接合も可能である。

【0018】更に、モリブデン箔４の他端には直径２ｍｍの
タングステン製の外部導入線６が接続されている。この
ようにして構成したメタルハライドランプは、発光管の
両端の外部導入線に放電を開始し、電力を安定に供給す
るための安定器が接続され、ランプの安定点灯時に、ラ
ンプ電力６ｋＷ、ランプ電圧４００Ｖ、ランプ電流１６
Ａで点灯される。

【0019】前記構成のランプを点灯すると、発光管内に封
入されている水銀やガリウムはハロゲン化物の蒸気とな
って放電プラズマ中で解離し、励起して水銀やガリウム
固有のスペクトルの光を放射する。又、過剰に封入した
ガリウムの一部は発光管の最冷部にたまり、点灯時間の
経過に伴なって電極心棒とモリブデン箔との接続部周辺
の空隙にたまるが、前記のように、該空隙（隙間）に露
出するモリブデン箔の表面にはタンタルが被覆されてい
るので、ガリウムはモリブデンと反応することがなく、
ガリウム−モリブデン合金が生成することはない。これ
により、安定な寿命特性を維持できる。

【0020】更に、最冷部のガリウムは金属のまま残ってお
り、ランプ点灯によって消費される量を補うことができ
るため、プラズマ中のガリウム濃度が一定となり、寿命
期間を通して良好な紫外線放射強度が維持できる。

【0021】一般に、製版用光源の場合、１回の点灯（焼き
付けに要する時間）が２０秒〜３０秒、消灯が約４０秒
のサイクルでの繰り返し点灯という点滅頻度が高い条件
で使用される。本発明に係る放電灯の寿命特性を確認す
るために、前記本発明に係るメタルハライドランプと従
来ランプとを各１０本作成し、２０秒点灯、４０秒消灯
のサイクルによる点滅試験を行なった。その残存率特性
を図３に示す。

【0022】図３は点滅回数に対するランプの残存率で寿命
特性を測定している。ここで、残存率は、（（試験本数
−クラック、不点の発生した本数）／試験本数×１０
０）で表わす。図中、実線は本発明ランプの残存率曲
線、破線は従来ランプの残存率曲線を示す。図３から明
らかなように、本発明ランプは点滅回数が１０００×１
０³ （約５０００時間）でも発光管のリーク、クラック
に伴なうランプ不点は生じていない。

【0023】前記実施の形態においては、モリブデン箔に被
覆する金属としてタンタルを用いた場合について説明し
たが、タングステンあるいはタンタルとタングステンと
の複合物でもガリウムに対する耐反応性を有するので、
タンタルと同様に用いることができる。また、上記実施
の形態では、電極心棒とモリブデン箔との接続部にタン
タルを被覆したが、モリブデン箔の全面に被覆しても同
様な特性が得られ、作業性はよい。

【0024】

【発明の効果】以上のように、本発明は少なくとも電極
心棒とモリブデン箔との接続部に生じる空隙に露出する
モリブデン箔の表面にタンタルあるいはタングステンを
被覆したので、ガリウムとモリブデンとが接触せず合金
が生成しないので、点灯時間の経過に伴なうモリブデン
箔の断線や封着部の石英ガラスのクラックが発生しない
ので、寿命特性及び紫外線放射特性等のランプ特性が良
好な光学装置用光源として最適な金属蒸気放電灯を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の一実施例を示す金属蒸気放電灯の側面
図である。

【図2】同じく図１の発光管の電極心棒とモリブデン箔
との接続部および封着部を示す要部拡大図である。

【図3】本発明に係るメタルハライドランプと従来ラン
プとの点滅による寿命試験における残存率の変化を示す
特性図である。

【符号の説明】

１ メタルハライドランプ ２ 発光管 ３ 封着部 ４ モリブデン箔 ５ 電極 ５ａ 電極心棒 ６ 外部導入線 ７ 空隙 ８ タンタル被覆部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 石英ガラス製の発光管の両端に封着部を
   形成し、該封着部にモリブデン箔を介して接続した電極
   と外部導入線とを埋設し、該発光管の内部に水銀、希ガ
   ス、ハロゲンと共にガリウムを封入してなる金属蒸気放
   電灯において、前記封着部内の電極心棒とモリブデン箔
   との接続部の周辺に生じる空隙に露出するモリブデン箔
   の表面をタンタル、タングステンあるいはタンタルとタ
   ングステンとの複合物で被覆することを特徴とする金属
   蒸気放電灯。