KR102190649B1

KR102190649B1 - Discharge lamp

Info

Publication number: KR102190649B1
Application number: KR1020157027299A
Authority: KR
Inventors: 미노루 오카이; 유스케 호소키; 다케히로 하야시
Original assignee: 가부시키가이샤 오크세이사쿠쇼
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2020-12-14
Also published as: CN105122423B; CN105122423A; TW201503219A; TWI608518B; KR20150140665A; JP6371275B2; WO2014170734A1; JPWO2014170734A1

Abstract

본 발명의 방전 램프는, 발광관과 일체적으로 형성된 봉지관 내에 설치되어, 상기 발광관 내의 전극을 지지하는 전극 지지봉과, 외부 전원과 전기적으로 접속되는 전기 접속봉과, 상기 전극 지지봉 및 상기 전기 접속봉이 삽입되어, 상기 봉지관과 용착하는 유리 부재와, 상기 유리 부재의 외표면을 따라서 연장되는 복수의 띠모양 금속박과, 상기 띠모양 금속박과 상기 전극 지지봉 및 상기 전기 접속봉을 전기적으로 접속시키는 한 쌍의 환상 부재를 구비한다. 그리고, 정격 전력 3 kW 이상, 안정 점등 중의 전류치 130 A 이상, 상기 발광관 내의 봉입 수은량 7 mg/cc 이하이며, 이하의 식을 채우도록, 상기 띠모양 금속박의 두께가 정해져 있다.
σ=7.54×10⁵T-6×10⁷
T=1.92(I/nwd)+98.9
σ≤1.20×10⁸ The discharge lamp of the present invention is installed in an encapsulation tube integrally formed with the light-emitting tube, an electrode support rod supporting an electrode in the light-emitting tube, an electrical connection rod electrically connected to an external power source, and the electrode support rod and the electrical connection. As long as a rod is inserted to electrically connect the glass member to be welded to the sealing tube, a plurality of band-shaped metal foils extending along the outer surface of the glass member, the band-shaped metal foil, the electrode supporting rod, and the electrical connection rod It has a pair of annular members. And the rated power is 3 kW or more, the current value during stable lighting is 130 A or more, the amount of mercury enclosed in the light emitting tube is 7 mg/cc or less, and the thickness of the strip-shaped metal foil is determined so as to satisfy the following equation.
σ=7.54×10 ⁵ T-6×10 ⁷
T=1.92(I/nwd)+98.9
σ≤1.20×10 ⁸

Description

방전 램프{DISCHARGE LAMP}Discharge lamp {DISCHARGE LAMP}

본 발명은, 쇼트 아크형 방전 램프에 관한 것으로, 특히, 방전 램프의 봉지 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a short arc type discharge lamp, and more particularly, to a structure for sealing a discharge lamp.

쇼트 아크형 방전 램프에서는, 전극을 봉한 발광관의 양단에 유리제의 봉지관이 일체적으로 형성되고, 봉지관 내에서는, 전극을 지지하는 전극 지지봉이 통상(筒狀) 유리관에 의해서 보관 유지된다. 금속박에 의한 봉지 구조에서는, 봉지관을 열에 의해서 축경시켜, 봉지관을 유리관과 용착한다. 이것에 의해, 금속박이 봉합되어, 발광관 내가 기밀 상태가 된다.In a short arc type discharge lamp, a glass sealing tube is integrally formed at both ends of a light emitting tube where an electrode is sealed, and in the sealing tube, an electrode supporting rod for supporting the electrode is usually held by a glass tube. In the sealing structure with metal foil, the sealing tube is reduced by heat, and the sealing tube is welded to the glass tube. Thereby, the metal foil is sealed, and the inside of the light-emitting tube becomes airtight.

반도체, 액정 제조 분야에서는, 생산 효율을 향상시키기 위해, 쇼트 아크형 방전 램프의 대전력화가 진행되고 있다. 그 때문에, 정격 전력이 큰 방전 램프에서는, 전극 지지봉에 금속링을 고정시켜, 복수의 금속박을 금속링에 용착한다. 이것에 의해, 금속박, 금속링, 전극 지지봉을 개입시켜 전력이 공급된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).In the field of semiconductor and liquid crystal manufacturing, in order to improve production efficiency, a short arc type discharge lamp has been increased in power. Therefore, in a discharge lamp having a large rated power, the metal ring is fixed to the electrode supporting rod, and a plurality of metal foils are welded to the metal ring. Thereby, electric power is supplied through a metal foil, a metal ring, and an electrode support rod (for example, see patent document 1).

램프 점등 중, 금속링과 봉지관의 열팽창율의 차이에 의해서 금속링 부근에서 크랙이 발생하면, 고온 상태의 금속링이 외기에 접함으로써 산화하고, 금속박이 용단해 버린다. 혹은, 크랙 진행에 의해서 발광관이 파열할 우려가 있다. 크랙 발생을 방지하기 위해, 봉지관을 이중구조로 하는 구조가 알려져 있고, 금속링크와 금속박을 흐르는 전류의 전류 밀도가 한도치를 넘지 않는 범위에서, 봉지관의 두께를 정한다(특허문헌 2 참조).During lamp lighting, if a crack occurs in the vicinity of the metal ring due to the difference in the thermal expansion coefficient between the metal ring and the sealing tube, the metal ring in a high temperature state oxidizes by contacting the outside air, and the metal foil is melted. Alternatively, there is a fear that the light emitting tube may rupture due to the progress of the crack. In order to prevent the occurrence of cracks, a structure in which the sealing tube has a double structure is known, and the thickness of the sealing tube is determined within a range in which the current density of the current flowing through the metal link and the metal foil does not exceed a limit value (see Patent Document 2).

일본 공개특허 특개2007-115414호 공보Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-115414 일본 공개특허 특개2007-095328호 공보Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-095328

방전 램프에서는, 세밀한 노광을 실현시키기 위해, 봉입 수은량을 지극히 줄이는 일이 있다. 이것에 의해서, 피크 반값폭이 작아져, 피크 파장 부근이 두드러지는 스펙트럼 분포 특성을 얻을 수 있다. 봉입 수은량이 적은 이러한 방전 램프에서는, 저전압에서 발광하고, 안정 점등 상태가 된다. 그 결과, 대전력인(3kW 이상) 방전 램프에서 램프 점등 시에 흐르는 전류는, 고전류치(예를 들면 130 A 이상)가 된다.In a discharge lamp, the amount of encapsulated mercury may be extremely reduced in order to realize detailed exposure. Thereby, the peak half value width becomes small, and a spectrum distribution characteristic in which the vicinity of the peak wavelength is prominent can be obtained. In such a discharge lamp with a small amount of enclosed mercury, it emits light at a low voltage and is in a stable lighting state. As a result, in a high-power (3 kW or more) discharge lamp, the current flowing when the lamp is lit becomes a high current value (for example, 130 A or more).

금속박, 금속링에 흐르는 전류치가 높아지는 것에 의해서 보다 많은 열이 발생하고, 특히, 금속링 및 금속박과 봉지관과의 접촉면에서, 큰 열응력이 봉지관을 향해서 작용한다. 그렇지만, 봉지부 외경이 작은 쇼트 아크형 방전 램프 등의 경우, 봉지관을 이중구조로 채용하는 것이 어렵고, 또, 금속박의 두께도 제한된다. 그 때문에, 금속링 부근에서의 크랙 발생을 충분히 방지할 수 없다.As the current value flowing through the metal foil and metal ring increases, more heat is generated. In particular, a large thermal stress acts toward the sealing tube at the contact surface between the metal ring and the metal foil and the sealing tube. However, in the case of a short arc type discharge lamp or the like having a small outer diameter of the sealing portion, it is difficult to employ the sealing tube in a double structure, and the thickness of the metal foil is also limited. Therefore, the occurrence of cracks in the vicinity of the metal ring cannot be sufficiently prevented.

따라서, 고출력, 대전류형 쇼트 아크형 방전 램프(특히, 단일 봉지관 구조의 경우)에서, 램프 점등 중, 크랙이 봉지관에 발생하는 것을 억제하는 것을 요구할 수 있다.Therefore, in a high-output, high-current type short arc type discharge lamp (especially in the case of a single sealed tube structure), it can be required to suppress the occurrence of cracks in the sealed tube during lamp lighting.

본 발명의 방전 램프는, 발광관과 일체적으로 형성된 봉지관 내에 설치되어, 상기 발광관 내의 전극을 지지하는 전극 지지봉과, 외부 전원과 전기적으로 접속되는 전기 접속봉과, 상기 전극 지지봉 및 상기 전기 접속봉이 삽입되어, 상기 봉지관과 용착하는 유리 부재와, 상기 유리 부재의 외표면을 따라서 연장되는 복수의 띠모양 금속박과, 상기 띠모양 금속박과 상기 전극 지지봉 및 상기 전기 접속봉을 전기적으로 접속시키는 한 쌍의 환상 부재를 구비한다.The discharge lamp of the present invention is installed in an encapsulation tube integrally formed with the light-emitting tube, an electrode support rod supporting an electrode in the light-emitting tube, an electrical connection rod electrically connected to an external power source, and the electrode support rod and the electrical connection. As long as a rod is inserted to electrically connect the glass member to be welded to the sealing tube, a plurality of band-shaped metal foils extending along the outer surface of the glass member, the band-shaped metal foil, the electrode supporting rod, and the electrical connection rod It has a pair of annular members.

환상 부재는, 도전성 부재이면 좋고, 예를 들면 금속링 등에 의해서 구성 가능하고, 복수의 금속박이 링 외표면에 접속된다. 유리 부재는, 양단에 축공을 형성한 통상(筒狀) 유리로서 구성하는 것이 가능하다.The annular member may be a conductive member, and may be constituted by, for example, a metal ring, and a plurality of metal foils are connected to the outer surface of the ring. The glass member can be configured as ordinary glass in which shaft holes are formed at both ends.

본 발명에서는, 정격 전력 3 kW 이상, 안정 점등 중의 전류치 130 A 이상, 상기 발광관 내의 봉입 수은량 7 mg/cc 이하며, 이하의 식을 채우도록, 상기 띠모양 금속박의 두께가 정해져 있다.In the present invention, a rated power of 3 kW or more, a current value of 130 A or more during stable lighting, an amount of mercury enclosed in the light emitting tube is 7 mg/cc or less, and the thickness of the strip-shaped metal foil is determined so as to satisfy the following equation.

σ=7.54×10⁵T-6×10⁷ σ=7.54×10 ⁵ T-6×10 ⁷

T=1.92(I/nwd)+98.9T=1.92(I/nwd)+98.9

σ≤1.20×10⁸ σ≤1.20×10 ⁸

다만, 상기 환상 부재의 외표면으로부터 상기 봉지관의 내표면에 걸리는 열응력을 σ(Pa), 상기 봉지관의 외표면 온도를 T(℃), 안정 점등 중의 전류치를 I(A), 상기 띠모양 금속박의 매수를 n, 상기 띠모양 금속박의 폭을 w(mm), 상기 띠모양 금속박의 두께를 d(mm)로 한다.However, the thermal stress applied from the outer surface of the annular member to the inner surface of the sealing tube is σ(Pa), the temperature of the outer surface of the sealing tube is T(℃), the current value during stable lighting is I(A), and the band The number of sheets of the metal foil is n, the width of the metal foil is w (mm), and the thickness of the metal foil is d (mm).

또한, 한 쌍의 환상 부재 양쪽 모두에서의 열응력 σ, 외표면 온도 T라고 해도 좋고, 혹은, 일방의 환상 부재에 대해 규정해도 괜찮다. 대전류에 의한 크랙이 발생하기 쉬운 봉지관과 환상 부재와의 접속부에서 정하면 좋다.In addition, the thermal stress σ in both the pair of annular members and the outer surface temperature T may be used, or may be defined for one annular member. It may be determined at the connection portion between the sealing tube and the annular member, where cracks easily occur due to a large current.

본 발명에서는, 정격 출력이 크고, 저전압으로 점등하고, 봉지관 외경이 작은 방전 램프 등에서, 램프 점등 중에 금속박에서 발생하는 열이, 봉지관 내표면과 금속링 등 도전성 환상 부재 외표면과의 접촉면에 걸리는 열응력에 영향을 미치는 것을 찾아내고, 대전류를 금속박이 흘러도 크랙이 발생하지 않게, 금속박의 두께가 특유의 두께로 정해진다. 지금까지 필요라고 생각하지 않았던 두께를 갖는 금속박을 적용함으로써, 내구성이 뛰어난 방전 램프가 실현 가능해진다.In the present invention, in a discharge lamp having a large rated output, lighted at a low voltage, and having a small outer diameter of the sealing tube, heat generated from the metal foil while the lamp is lit is applied to the contact surface between the inner surface of the sealing tube and the outer surface of the conductive annular member such as a metal ring. The thickness of the metal foil is determined by a unique thickness so that cracks do not occur even when the metal foil flows through a large current by finding out what affects the applied thermal stress. By applying a metal foil having a thickness that has not been considered necessary so far, a discharge lamp having excellent durability can be realized.

봉지관 외경이 비교적 작은 쇼트형 방전 램프에서 크랙 발생을 효과적으로 억제하는 것이 가능하고, 봉지관이 이하의 식을 채우는 방전 램프에 적용하는 것이 가능하다.It is possible to effectively suppress the occurrence of cracks in a short-type discharge lamp having a relatively small outer diameter of the sealing tube, and it is possible to apply it to a discharge lamp in which the sealing tube satisfies the following equation.

I/L≥5I/L≥5

봉지관의 외표면 온도가 너무 낮으면, 봉지관과 발광관과의 온도차가 커지는 것에 의해서 열변형이 생기고, 한편, 외표면 온도가 너무 높으면, 구금부(口金部)와 봉지관과의 온도차가 커지는 것에 의해서 열왜곡이 생긴다. 그 때문에, 램프 안정 점등 중의 상기 봉지관의 외표면 온도가, 이하의 식을 채우도록 정하는 것이 좋다.If the outer surface temperature of the sealing tube is too low, the temperature difference between the sealing tube and the light emitting tube increases, causing thermal deformation. On the other hand, when the outer surface temperature is too high, the temperature difference between the cap and the sealing tube is increased. Heat distortion occurs due to the increase. Therefore, it is preferable to set the outer surface temperature of the sealing tube during stable lighting of the lamp to satisfy the following equation.

150≤T≤800150≤T≤800

본 발명의 다른 태양에서의 방전 램프는, 발광관과 일체적으로 형성된 봉지관 내에 설치되어, 상기 발광관 내의 전극을 지지하는 전극 지지봉과, 외부 전원과 전기적으로 접속되는 전기 접속봉과, 상기 전극 지지봉 및 상기 전기 접속봉이 삽입되어, 상기 봉지관과 용착하는 유리 부재와, 상기 유리 부재의 외표면을 따라서 연장되는 복수의 띠모양 금속박과, 상기 띠모양 금속박과 상기 전기 접속봉을 전기적으로 접속시키는 환상 부재를 구비하고, 이하의 식을 채우도록, 상기 띠모양 금속박의 두께가 정해져 있다.In another aspect of the present invention, a discharge lamp is provided in an encapsulation tube integrally formed with a light emitting tube, an electrode supporting rod supporting an electrode in the light emitting tube, an electrical connecting rod electrically connected to an external power source, and the electrode supporting rod And a glass member into which the electrical connection rod is inserted and welded to the sealing tube, a plurality of band-shaped metal foils extending along the outer surface of the glass member, and an annular electrically connecting the band-shaped metal foil and the electrical connection rod. A member is provided, and the thickness of the strip-shaped metal foil is determined so as to satisfy the following equation.

σ≤1.20×10⁸ σ≤1.20×10 ⁸

다만, 상기 환상 부재의 외표면에서 상기 봉지관의 내표면에 걸리는 열응력을 σ(Pa)로 한다.However, the thermal stress applied from the outer surface of the annular member to the inner surface of the sealing tube is set to σ(Pa).

본 발명에 의하면, 점등 중, 봉지관 내에서 크랙이 발생하는 것을 막아, 신뢰성이 높은 봉지 구조를 갖는 방전 램프를 얻을 수 있다.Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to prevent cracks from occurring in the sealing tube during lighting, thereby obtaining a discharge lamp having a highly reliable sealing structure.

[도 1] 본 실시 형태인 쇼트 아크형 방전 램프의 개략적 단면도이다.
[도 2] 음극측 봉지관의 개략적 단면도이다.
[도 3] 봉지관외표면 온도와 열응력과의 관계를 나타낸 그래프이다.
[도 4] 금속박을 흐르는 전류의 전류 밀도와 봉지관 외표면 온도와의 관계를 나타낸 그래프이다.1 is a schematic cross-sectional view of a short arc type discharge lamp according to the present embodiment.
[Fig. 2] A schematic cross-sectional view of a cathode-side sealing tube.
3 is a graph showing the relationship between the temperature of the outer surface of the sealing tube and the thermal stress.
Fig. 4 is a graph showing the relationship between the current density of the current flowing through the metal foil and the temperature of the outer surface of the sealing tube.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은, 본 실시 형태인 쇼트 아크형 방전 램프의 개략적 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a short arc type discharge lamp according to the present embodiment.

쇼트 아크형 방전 램프(10)는, 석영 유리로 이루어지는 구상(球狀) 발광관(12) 내에 양극(14), 음극(16)을 대향 배치시킨 램프이며, 발광관(12)의 양단에는, 석영 유리의 봉지관(20, 60)이 대향하도록 일체적으로 형성되어 있다. 봉지관(20, 60)의 양단은, 구금(80A, 80B)으로 막혀 있다.The short arc type discharge lamp 10 is a lamp in which an anode 14 and a cathode 16 are disposed opposite to each other in a spherical light emitting tube 12 made of quartz glass, and at both ends of the light emitting tube 12, The quartz glass sealing tubes 20 and 60 are integrally formed to face each other. Both ends of the sealing pipes 20 and 60 are closed with caps 80A and 80B.

봉지관(20, 60)의 내부에는, 양극(14), 음극(16)을 지지함과 동시에, 발광관(12) 내의 방전 공간(11)을 봉지하는 파트( 이하, 마운트 부품이라고 한다)(18A, 18B)가 각각 봉입되어 있다. 방전 공간(11)에는, 수은 및 희가스가 봉입되어 있다.Inside the sealing tubes 20 and 60, a part (hereinafter referred to as a mount part) that supports the anode 14 and the cathode 16 and seals the discharge space 11 in the light-emitting tube 12 18A, 18B) are each enclosed. In the discharge space 11, mercury and a rare gas are enclosed.

쇼트 아크형 방전 램프(10)는, 정격 전력 3 kW 이상의 고출력 방전 램프이고, 봉지관 외경이 비교적 작고, 또, 피크 파장 부근이 두드러지는 스펙트럼 분포 특성을 갖게 한 조명광으로 하기 위해, 발행관 내의 수은 봉입량이 7 mg/cc 이하로 정해져 있다. 그 때문에, 안정 점등하고 있을 때의 전압치는 낮고, 반대로 전류치가 커져, 전류치는 130 A 이상이 된다.The short arc type discharge lamp 10 is a high-power discharge lamp with a rated power of 3 kW or more, has a relatively small outer diameter of the sealing tube, and has an outstanding spectral distribution characteristic near the peak wavelength. The amount of encapsulation is set to be 7 mg/cc or less. Therefore, the voltage value when stably lighting is low, conversely, the current value increases, and the current value becomes 130 A or more.

도 2는, 음극측 봉지관의 개략적 단면도이다. 또, 양극측 봉지관도 이와 같이 구성되어 있다.2 is a schematic cross-sectional view of a cathode-side sealing tube. In addition, the anode-side sealing tube is also configured in this manner.

도 2에 나타내듯이, 마운트 부품(18B)이 봉입되어 있는 봉지관(60) 내부에는, 음극(16)을 지지하는 전극 지지봉(17B)이 설치되고, 축 방향을 따라서 배설되어 있다. 전극 지지봉(17B)은, 원통형의 두꺼운 유리관(이하, 전극측 유리관이라고 한다)(22)에 형성된 축공에 삽통되고, 전극측 유리관(22)에 의해서 보관 유지된다.As shown in FIG. 2, inside the sealing tube 60 in which the mount part 18B is enclosed, the electrode support rod 17B which supports the cathode 16 is provided, and is arrange|positioned along an axial direction. The electrode support rod 17B is inserted into a shaft hole formed in a cylindrical thick glass tube (hereinafter, referred to as an electrode side glass tube) 22, and is held by the electrode side glass tube 22.

전극 지지봉(17B)은, 봉지관(60)의 단부까지 연장되지 않고, 소정 간격을 두고 금속제의 리드봉(전기 접속봉)(19B)가 동축적으로 대향 배치되어 있다. 전극 지지봉(17B), 리드봉(19B)은, 두꺼운 통상 유리 부재(이하, 외측 유리 부재라고 한다)(26)의 양단에 설치한 삽입공에 삽입되고, 외측 유리 부재(26)는 전극 지지봉(17B), 리드봉(19B)을 보관 유지한다. 리드봉(19B)은, 전원부(도시하지 않음)와 연결된 외부의 리드선(도시하지 않음)에 접속되어 있다.The electrode supporting rod 17B does not extend to the end of the sealing tube 60, and metal lead rods (electrical connecting rods) 19B are coaxially arranged opposite to each other at predetermined intervals. The electrode support rod 17B and the lead rod 19B are inserted into insertion holes provided at both ends of a thick normal glass member (hereinafter referred to as an outer glass member) 26, and the outer glass member 26 is an electrode support rod ( 17B) and the lead rod 19B are kept. The lead rod 19B is connected to an external lead wire (not shown) connected to a power supply unit (not shown).

외측 유리 부재(26)의 양단에는, 금속링(환상 부재)(23, 25)이 각각 밀착 배치되고, 전극 지지봉(17B), 리드봉(19B)은, 금속링(23, 25)의 축공에 삽입되어 용접되고 있다. 발광관(12)에 가까운 금속링(이하, 내측 금속링이라고 한다)(23)은, 전극측 유리관(22)에 당접하고, 타방의 금속링(이하, 외측 금속링이라고 한다)(25)은, 리드봉(19B)을 축통하게 하여 보관 유지되는 두꺼운 고정 고정 유리관(28)에 당접한다.At both ends of the outer glass member 26, metal rings (annular members) 23 and 25 are arranged in close contact, respectively, and the electrode support rod 17B and the lead rod 19B are attached to the shaft holes of the metal rings 23 and 25. It is being inserted and welded. The metal ring (hereinafter referred to as the inner metal ring) 23 close to the light-emitting tube 12 abuts the electrode-side glass tube 22, and the other metal ring (hereinafter referred to as the outer metal ring) 25 is , The lead rod 19B is brought into contact with the thick fixed fixed glass tube 28 that is held and held.

내측 금속링(23), 외측 금속링(25)의 사이에는, 복수의 띠모양 금속박(27)이, 외측 유리 부재(26)의 외표면을 따라서 축방향으로 연장되고, 주방향(周方向)을 따라서 등간격으로 배치되어 있다. 또, 복수의 띠모양 금속박(27) 각각의 양단은, 내측 금속링(23), 외측 금속링(25)의 원주면에 용접되고 있다. 외측 금속링(25)은, 리드봉(19B)과 띠모양 금속박(27)을 전기적으로 접속시키고, 내측 금속링(23)은, 띠모양 금속박(27)과 전극 지지봉(17B) 을 전기적으로 접속시키고, 이것에 의해, 전원부와 전기적으로 접속하는 리드봉(19B)으로부터 음극(16)에 전력이 공급된다.Between the inner metal ring 23 and the outer metal ring 25, a plurality of strip-shaped metal foils 27 extend in the axial direction along the outer surface of the outer glass member 26, and the circumferential direction They are arranged at equal intervals along the line. Moreover, both ends of each of the plurality of strip-shaped metal foils 27 are welded to the circumferential surfaces of the inner metal ring 23 and the outer metal ring 25. The outer metal ring 25 electrically connects the lead rod 19B and the strip metal foil 27, and the inner metal ring 23 electrically connects the strip metal foil 27 and the electrode support bar 17B. In this way, power is supplied to the cathode 16 from the lead rod 19B electrically connected to the power supply unit.

봉지관(60)은, 봉지 공정 시에 가스 버너 등에서 가열되는 것에 의해서 축경하고, 전극측 유리관(22), 외측 유리 부재(26), 고정 유리관(28)과 용착하고 있다. 이것에 의해, 봉지관(60) 내부가 봉지되어, 전극측 유리관(22), 내측 금속링(23), 외측 금속링(25), 외측 유리 부재(26), 그리고 고정 유리관(28)을 포함한 마운트 부품(18B)이, 축방향으로 움직이지 않게 고정된다.The sealing tube 60 is reduced in diameter by being heated by a gas burner or the like at the time of the sealing process, and is welded to the electrode-side glass tube 22, the outer glass member 26, and the fixed glass tube 28. Thereby, the inside of the sealing tube 60 is sealed, and the electrode side glass tube 22, the inner metal ring 23, the outer metal ring 25, the outer glass member 26, and the fixed glass tube 28 are included. The mount part 18B is fixed so as not to move in the axial direction.

이하, 도 3, 4를 이용하여, 본 실시 형태의 봉지 구조에 대해 설명한다.Hereinafter, the sealing structure of this embodiment is demonstrated using FIGS. 3 and 4.

도 3은, 봉지관 외표면 온도와 열응력과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 4는, 금속박을 흐르는 전류의 전류 밀도와 봉지관 외표면 온도와의 관계를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the relationship between the temperature of the outer surface of the sealing tube and the thermal stress. 4 is a graph showing the relationship between the current density of the current flowing through the metal foil and the temperature of the outer surface of the sealing tube.

램프 점등 시, 금속과 유리의 열팽창율이 상위(相違)하기 때문에, 금속박(27)과 봉지관(60), 외측 금속링(25)과 봉지관(60)과의 접촉면/용착면에서, 열응력이 발생한다. 내측 금속링(23), 금속박(27), 봉지관(60)과의 사이에서도 동일하게 열응력이 발생한다.When the lamp is lit, since the coefficient of thermal expansion between the metal and the glass is different, the contact surface/welding surface between the metal foil 27 and the sealing tube 60, the outer metal ring 25 and the sealing tube 60, Stress occurs. Thermal stress also occurs between the inner metal ring 23, the metal foil 27, and the sealing tube 60.

상술한 것처럼, 방전 램프(10)는, 쇼트 아크형 방전 램프이며, 저전압, 대전류형 방전 램프이며, 봉지관 외경이 비교적 작다. 그 때문에, 램프 점등 중에 금속박(27) 전체로 발생하는 열이, 내측, 외측 금속링(25)의 외주면 부근에서 봉지관(60)을 향해서 걸리는 열응력에 영향을 준다. 이 열의 영향은, 봉지관 외경이 큰 방전 램프와 비교해서 매우 크다. 또한 봉지관 외경을 작게 했을 경우, 이중 봉지 구조를 채용하여 봉지부 강도를 강하게 하는 것이 어렵다.As described above, the discharge lamp 10 is a short arc type discharge lamp, a low voltage, high current type discharge lamp, and has a relatively small outer diameter of the sealing tube. Therefore, the heat generated in the entire metal foil 27 during lamp lighting affects the thermal stress applied toward the sealing tube 60 in the vicinity of the outer peripheral surfaces of the inner and outer metal rings 25. The influence of this heat is very large compared to a discharge lamp having a large outer diameter of the sealing tube. In addition, when the outer diameter of the sealing tube is made small, it is difficult to increase the strength of the sealing portion by employing a double sealing structure.

금속박(27)에 흐르는 전류의 전류 밀도가 큰 만큼 금속박(27)의 온도가 상승하고, 열량이 많아지지만, 전류 밀도는 금속박(27)의 두께에 의해서 바뀐다. 따라서, 용착 부족에 의한 박리를 방지하기 위해서 금속박(27)을 너무 얇게 하면, 열응력이 커져 크랙 발생의 우려가 있다. 거기서 본 실시 형태에서는, 전류 밀도에 관한 금속박(27)의 두께가, 소정 두께 이상이 되도록 정해져 있다.As the current density of the current flowing through the metal foil 27 increases, the temperature of the metal foil 27 increases and the amount of heat increases, but the current density changes depending on the thickness of the metal foil 27. Therefore, if the metal foil 27 is made too thin in order to prevent peeling due to insufficient welding, thermal stress increases and there is a fear of cracking. Therefore, in this embodiment, the thickness of the metal foil 27 in relation to the current density is determined so as to be equal to or greater than a predetermined thickness.

도 3, 도 4에 나타내듯이, 외측 금속링(25)의 외주면으로부터 봉지관(60)의 내표면에 걸리는 열응력 σ(Pa)에 관해서는, 봉지관(60)의 외표면 온도를 T(℃), 안정 점등 중의 전류치를 I(A), 금속박(27)의 매수를 n, 금속박의 폭을 w(mm), 금속박의 두께를 d(mm)로 했을 때, 이하의 식이 성립되도록, 금속박의 두께 d(mm), 금속박의 폭 w(mm), 금속박(27)의 매수 n가 정해져 있다.3 and 4, as for the thermal stress σ (Pa) applied from the outer peripheral surface of the outer metal ring 25 to the inner surface of the sealing tube 60, the outer surface temperature of the sealing tube 60 is T( ℃), when the current value during stable lighting is I (A), the number of sheets of metal foil 27 is n, the width of the metal foil is w (mm), and the thickness of the metal foil is d (mm), the following equation is established. The thickness d (mm) of the metal foil, the width w (mm) of the metal foil, and the number n of sheets of the metal foil 27 are determined.

σ=7.54×10⁵T-6×10⁷ ····(1)σ=7.54×10 ⁵ T-6×10 ⁷ ...(1)

T=1.92(I/nwd)+98.9 ····(2)T=1.92(I/nwd)+98.9...(2)

σ≤1.20×10⁸ ····(3)σ≤1.20×10 ^{8 ·} ...(3)

(1) 식은, 봉지관 외표면 온도 T와 열응력 σ이 비례 관계에 있는 것을 나타내고 있다(도 3 참조). 다만, 도 2에 나타내는 봉지관 포인트 PT에서의 표면 온도로 한다. 또, (2) 식은, 봉지관 외표면 온도 T와 전류 밀도 (I/nwd)가 비례 관계에 있는 것을 나타내고 있다(도 4 참조). (1), (2) 식은, 실제로 봉지관 외표면 온도를 열전대 등에서 측정하고, 시뮬레이션에 의해서 열응력을 측정한 것으로부터 밝혀진 식이다.The equation (1) shows that the sealing tube outer surface temperature T and the thermal stress σ have a proportional relationship (see Fig. 3). However, it is set as the surface temperature at the sealing tube point PT shown in FIG. In addition, Equation (2) shows that the sealing tube outer surface temperature T and the current density (I/nwd) are in a proportional relationship (see Fig. 4). Equations (1) and (2) are the equations found from the fact that the temperature of the outer surface of the sealing tube was actually measured with a thermocouple or the like, and the thermal stress was measured by simulation.

그리고, (3) 식은 실험 등에서 경험적으로 인도된 식이며, 전류치 I가 정해지면, 상기(3) 식을 채우도록 금속박(27)의 배치 매수 n, 폭 w, 두께 d를 정할 수 있다. 내측 금속링(23)에 대해서도 동일한 관계가 된다.In addition, the equation (3) is an equation that has been empirically guided in an experiment, and when the current value I is determined, the number of sheets n, the width w, and the thickness d of the metal foil 27 may be determined to satisfy the above equation (3). The same relationship applies to the inner metal ring 23 as well.

그런데, 금속박(27)의 배치 매수 및 폭은, 일반적으로 종래의 쇼트 아크형 방전 램프와 같은 사양이 되는 경우가 많고, 또, 제조 공정에서의 제한, 요구에 의해서 자유도가 적다. 그 때문에, 실제로는, 금속박(27)의 두께를 조정하는 것에 의해서 크랙 발생을 방지한다. 구체적으로는, 종래와 비교해서 두께가 있는 금속박이 된다. 다만, 너무 두껍게 하면 박리가 일어나기 때문에, 0.1 mm 이하로 정해진다.By the way, the number and width of the metal foil 27 are generally the same specifications as those of a conventional short arc type discharge lamp, and there are few degrees of freedom due to limitations and demands in the manufacturing process. Therefore, in practice, cracking is prevented by adjusting the thickness of the metal foil 27. Specifically, it becomes a metal foil with a thickness compared with the conventional one. However, since peeling occurs when it is too thick, it is set to 0.1 mm or less.

또한, 봉지관(60)과 발광관(12) 혹은 구금(80B)과의 온도차가 너무 크면, 유리의 열변형이 커지고, 크랙이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 이하의 식을 채우는 봉지관 외표면 온도가 되도록, 정격 전력, 봉지관경 등이 정해진다.In addition, if the temperature difference between the sealing tube 60 and the light emitting tube 12 or the cap 80B is too large, the thermal deformation of the glass increases, and cracks are likely to occur. Therefore, the rated power, the sealed tube diameter, etc. are determined so that the temperature of the outer surface of the sealed tube satisfying the following equation may be obtained.

150≤T≤800 ····(4)150≤T≤800 ·...(4)

봉지관 외표면 온도 T를 150° 이상으로 함으로써 발광관과의 온도차에 의한 열왜곡을 억제하고, 봉지관 외표면 온도 T를 800° 이하로 함으로써, 구금부와의 온도차에 의한 열왜곡을 억제한다.By setting the outer surface temperature T of the sealing tube to 150° or more, thermal distortion due to the temperature difference with the light emitting tube is suppressed, and by setting the outer surface temperature T of the sealing tube to 800° or less, the thermal distortion due to the temperature difference with the detent portion is suppressed. .

또, 봉지관 외경(L)이 비교적 작은 쇼트 아크형 방전 램프에서 상기 식을 채우는 봉지 구조를 채용하는 것이 바람직하고, 여기에서는, 이하의 식을 채우는 봉지관 외경(L)을 갖는 방전 램프가 적용된다. 예를 들면, 전류치가 200 A 일 때, 외형 L은 40 mm 이하로 정해진다.In addition, it is preferable to employ a sealing structure that satisfies the above formula in a short arc type discharge lamp having a relatively small outer diameter (L) of the sealing tube, and here, a discharge lamp having an outer diameter of the sealing tube (L) satisfying the following formula is applied. do. For example, when the current value is 200 A, the external shape L is set to 40 mm or less.

I/L≥5 ····(5)I/L≥5 ····(5)

봉지관 외경(L)이 비교적 작은 쇼트 아크형 방전 램프에서는, 크랙 내성을 올리기 위해서 이중 봉지 구조를 취하면, 금속박의 매수와 폭이 매우 작아져 버리기 때문에, 금속박을 극단적으로 두껍게 하지 않으면 안되고, 박리의 위험이 증가한다. 즉, (5) 식을 채우는 방전 램프에서는, (1) (2) (3) 식을 채우도록 봉지박의 두께를 정하는 것이 요구될 수 있다.In a short arc type discharge lamp with a relatively small outer diameter (L) of the sealing tube, if the double sealing structure is adopted to increase crack resistance, the number and width of the metal foil are very small, so the metal foil must be extremely thick and peeled off. Increases the risk of. That is, in the discharge lamp that satisfies the equation (5), it may be required to determine the thickness of the sealing foil so as to satisfy the equation (1), (2) and (3).

이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 봉지관 외경이 작고, 정격 출력이 크고(3 kW 이상), 저전압에 의한 점등에 의해 대전류(130 mmA 이상)가 흐르는 쇼트 아크형 방전 램프에서, 상기 (1)~(3) 식이 채워지도록, 금속박의 두께가 정해진다.As described above, according to the present embodiment, in a short arc type discharge lamp that has a small outer diameter of the sealing tube, has a large rated output (3 kW or more), and a large current (130 mmA or more) flows by lighting by a low voltage, the above (1) to (3) The thickness of the metal foil is determined so that the formula is filled.

또한, 금속링, 유리 부재에 대해서는, 그 이외의 구성, 형상으로 하는 것도 가능하다.Moreover, it is also possible to set it as a structure and shape other than that about a metal ring and a glass member.

[실시예][Example]

이하, 실시예인 방전 램프에 대해 설명한다. 여기에서는, 금속박의 두께를 바꾸어 크랙 발생의 유무를 조사했다.Hereinafter, a discharge lamp as an example will be described. Here, the thickness of the metal foil was changed to investigate the presence or absence of cracks.

실시 예의 쇼트 아크형 방전 램프에서는, 봉지관 외경 27mm, 봉지관두께 3.5mm, 원주상 외측 유리 부재의 외경 20mm, 금속박의 매수 5, 폭 10 mm로 정해져 있다. 정격 전력은 4.5kW, 전류치 155 mA로 정해진다.In the short arc type discharge lamp of the embodiment, the outer diameter of the sealing tube is 27 mm, the thickness of the sealing tube is 3.5 mm, the outer diameter of the cylindrical outer glass member is 20 mm, the number of metal foils is 5, and the width is 10 mm. The rated power is set at 4.5kW and the current value is 155 mA.

그리고, 금속박의 두께를 0.06mm, 0.05 mm로 하고 1000시간 램프 계속 점등을 실시하고, 열전대에 의해서 온도를 측정하는 한편으로, 열응력을 계산기에 의한 시뮬레이션에 의해서 계산함과 동시에, 크랙 발생의 유무를 조사하였다. 그 결과, 이하 표 1에 나타낸다.Then, the thickness of the metal foil is set to 0.06 mm and 0.05 mm, the lamp is continuously lit for 1000 hours, and the temperature is measured by a thermocouple, while the thermal stress is calculated by simulation by a computer, and the presence or absence of cracks. Was investigated. As a result, it is shown in Table 1 below.

표 1에 나타내듯이, 3.5kW, 4.5 kW 어느 것에서도, 열응력은 모두 1.20×10⁸ Pa 이하가 되어, 금속박의 두께 0.06mm, 0.05 mm양쪽 모두에서, 크랙이 발생하지 않았다.As shown in Table 1, both of 3.5 kW and 4.5 kW had a thermal stress of 1.20 x 10 ⁸ Pa or less, and cracks did not occur in both 0.06 mm and 0.05 mm thicknesses of the metal foil.

한편, 비교예로서, 금속박의 두께를 0.033 mm로 한 방전 램프에 대해 같은 실험을 실시하고, 열응력을 계산하여 크랙 발생의 유무를 조사하였다. 다만, 점등 조건을 바꾸어 수행하였다.On the other hand, as a comparative example, the same experiment was conducted for a discharge lamp having a thickness of a metal foil of 0.033 mm, and thermal stress was calculated to investigate the presence or absence of cracks. However, it was performed by changing the lighting conditions.

그 결과, 열응력이 1.20×10⁸ Pa보다 커지면, 크랙이 발생한다. 이와 같이, 금속박의 두께를 종래와 비교해서 적절한 두께로 함으로써, 이중 봉지 구조를 채용하지 않고, 봉지관 외경이 작고, 저전압으로 대전류를 흘리는 쇼트 아크형 방전 램프에서, 크랙이 발생하지 않는 것이 밝혀졌다.As a result, when the thermal stress is greater than 1.20×10 ⁸ Pa, cracks occur. In this way, it was found that by making the thickness of the metal foil an appropriate thickness compared to the conventional one, cracks do not occur in a short arc type discharge lamp that does not employ a double sealing structure, has a small outer diameter of the sealing tube, and passes a large current at a low voltage. .

본 발명에 관해서는, 첨부된 클레임에 의해서 정의되는 본 발명의 의도 및 범위로부터 멀어지지 않고, 여러 가지 변경, 치환, 대체가 가능하다. 또한, 본 발명에서는, 명세서에 기재된 특정의 실시 형태의 프로세스, 장치, 제조, 구성물, 수단, 방법 및 스텝으로 한정되는 것을 의도하고 있지 않는다. 당업자이면, 본 발명의 개시로부터, 여기에 기재된 실시 형태가 가져오는 기능과 같은 기능을 실질적으로 완수하고, 또는 동등의 작용, 효과를 실질적으로 가져오는 장치, 수단, 방법이 이끌리는 것을 인식할 것이다. 따라서, 첨부한 청구의 범위는, 그러한 장치, 수단, 방법의 범위에 포함되는 것이 의도되고 있다.With regard to the present invention, various changes, substitutions, and substitutions are possible without departing from the intent and scope of the present invention defined by the appended claims. In addition, in the present invention, it is not intended to be limited to the process, apparatus, manufacture, constitution, means, method, and step of the specific embodiment described in the specification. Those skilled in the art will recognize that, from the disclosure of the present invention, devices, means, and methods that substantially accomplish functions such as those brought about by the embodiments described herein or that substantially bring equivalent actions and effects are drawn. will be. Accordingly, it is intended that the appended claims be included in the scope of such devices, means and methods.

본원은, 일본 출원(특원2013-084929호, 2013년 4월 15일 출원)을 기초 출원으로서 우선권 주장하는 출원이며, 기초 출원의 명세서, 도면 및 클레임을 포함한 개시 내용은, 참조하는 것에 의해서 본원 전체에 집어 넣어져 있다.This application is an application for claiming priority as a basic application for Japanese application (Japanese Patent Application No. 2013-084929, filed on April 15, 2013), and the disclosure contents including the specification, drawings and claims of the basic application are the entire application by reference. It is put in.

10 방전 램프
17B 전극 지지봉
19B 리드봉(전기 접속봉)
23 내측 금속링(환상 부재)
25 외측 금속링(환상 부재)
26 외측 유리 부재(유리 부재)
27 금속박
60 봉지관10 discharge lamp
17B electrode support rod
19B lead rod (electrical connection rod)
23 Inner metal ring (annular member)
25 outer metal ring (annular member)
26 outer glass member (glass member)
27 metal foil
60 bag

Claims

발광관과 일체적으로 형성된 봉지관 내에 설치되어, 상기 발광관 내의 전극을 지지하는 전극 지지봉과,
외부 전원과 전기적으로 접속되는 전기 접속봉과,
상기 전극 지지봉 및 상기 전기 접속봉이 삽입되어, 상기 봉지관과 용착하는 유리 부재와,
상기 유리 부재의 외표면을 따라서 연장되고, 상기 봉지관의 내표면과 접하는 복수의 띠모양 금속박과,
상기 띠모양 금속박과 상기 전극 지지봉 및 상기 전기 접속봉을 전기적으로 접속시키는 한 쌍의 환상 부재를 구비하고,
상기 복수의 띠모양 금속박은, 상기 환상 부재의 외주면에 용접되고,
정격 전력 3 kW 이상, 안정 점등 중의 전류치 130 A 이상, 상기 발광관 내의 봉입 수은량 7 mg/cc 이하이며,
이하의 식을 채우도록, 상기 띠모양 금속박의 두께가 정해져 있는 것을 특징으로 하는 쇼트 아크형 방전 램프.

σ=7.54×10⁵T-6×10⁷
T=1.92(I/nwd)+98.9
σ≤1.20×10⁸

다만, 상기 환상 부재의 외표면에서 상기 봉지관의 내표면에 걸리는 열응력을 σ(Pa), 상기 환상 부재의 지름 방향 외측의 상기 봉지관의 외표면 온도를 T(℃), 안정 점등 중의 전류치를 I(A), 상기 띠모양 금속박의 매수를 n, 상기 띠모양 금속박의 폭을 w(mm), 상기 띠모양 금속박의 두께를 d(mm)라 한다.
An electrode support rod installed in the sealing tube integrally formed with the light emitting tube and supporting the electrode in the light emitting tube,
An electrical connection rod electrically connected to an external power source,
A glass member into which the electrode support rod and the electrical connection rod are inserted, and welded to the sealing tube,
A plurality of strip-shaped metal foils extending along the outer surface of the glass member and in contact with the inner surface of the sealing tube;
And a pair of annular members electrically connecting the strip-shaped metal foil, the electrode support rod, and the electrical connection rod,
The plurality of strip-shaped metal foils are welded to the outer peripheral surface of the annular member,
The rated power is 3 kW or more, the current value during stable lighting is 130 A or more, and the amount of mercury enclosed in the light emitting tube is 7 mg/cc or less,
A short arc type discharge lamp, wherein the thickness of the strip-shaped metal foil is determined so as to satisfy the following equation.

σ=7.54×10 ⁵ T-6×10 ⁷
T=1.92(I/nwd)+98.9
σ≤1.20×10 ⁸

However, the thermal stress applied to the inner surface of the sealing tube from the outer surface of the annular member is σ (Pa), the temperature of the outer surface of the sealing tube outside the radial direction of the annular member is T (°C), and the current value during stable lighting Is I(A), the number of strip-shaped metal foils is n, the width of the strip-shaped metal foil is w(mm), and the thickness of the strip-shaped metal foil is d(mm).

제1항에 있어서,
램프 안정 점등 중의 상기 봉지관의 외표면 온도가, 이하의 식을 채우도록 정해져 있는 것을 특징으로 하는 쇼트 아크형 방전 램프.

150≤T≤800
The method of claim 1,
A short arc type discharge lamp, characterized in that the temperature of the outer surface of the sealing tube during stable lighting of the lamp is determined to satisfy the following equation.

150≤T≤800

제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 봉지관의 외경(L)(mm)이, 이하의 식을 채우도록 정해지는 것을 특징으로 하는 쇼트 아크형 방전 램프.

I/L≥5
The method according to claim 1 or 2,
A short arc type discharge lamp, characterized in that the outer diameter (L) (mm) of the sealing tube is determined to satisfy the following equation.

I/L≥5

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