JP2003346709A

JP2003346709A - 放電ランプ用電極

Info

Publication number: JP2003346709A
Application number: JP2002156516A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kagebayashi; 由郎影林; Tsuneo Okanuma; 恒夫岡沼; Yoshitoku Aiura; 良徳相浦
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】放電ランプ用の電極構造を提供する。【解決手段】バルブ内部に一対の電極が設けられ、点
灯時の入力電力が２ｋＷ以上で垂直点灯する、水銀が２
０ｍｇ／ｃｃ以上封入された高圧水銀放電ランプの陽極
であって、該陽極の先端部に平坦面が設けられた放電ラ
ンプ用電極において、前記一対の電極間の距離をＬとし
た場合に、前記陽極の先端部に設けられた平坦面の中心
から該極間Ｌの４０％の距離を越える位置に段差部を設
けたことを特徴とする放電ランプ用電極。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電ランプ用の電
極構造に関するものであり、更に詳しくは、入力が２Ｋ
Ｗ以上で垂直点灯する高圧水銀放電ランプであって、水
銀を２０ｍｇ／ｃｃ以上封入した該高圧水銀放電ランプ
の陽極構造に関するものである。本発明は、特定の陽極
構造を採用することにより、陽極からの電極物質の異常
蒸発を抑制してランプ短寿命を防ぐことを可能とするも
のであり、特に、入力電力が大きな大型放電ランプや高
出力化された放電ランプに好適に使用される高圧水銀放
電ランプ用の新規電極構造を提供するものとして有用で
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、高圧水銀放電ランプは、半導体や
液晶パネル、あるいはカラーフィルター等の製造におい
て主に利用されている。これらの製造工程においては、
処理時間の短縮や液晶パネル等の該製造物の大型化とい
った要求に伴って、該高圧水銀放電ランプ自身も大型
化、高出力化が進められてきた。また、これらの高圧水
銀放電ランプ自身の大型化、高出力化に伴い、該ランプ
に対する入力電力も高くなり、電極に対する単位面積当
たりの入力電力が大きくなっている。更には、ランプの
高出力化に合わせて、点灯時の投入電流が大きくなった
り、該ランプに封入される水銀の量が多くなることによ
り、陽極にかかる負荷が、従来の場合と比較して飛躍的
に大きくなってきた。

【０００３】一方、従来の高圧水銀放電ランプにおける
陽極の形状は、その多くが先端部に平坦な面を有する略
砲弾型、又は略円錐台型の形状をしている。図１のＡ）
に、従来の高圧水銀放電ランプにおける陽極の形状を示
す。図中、１１は陽極、１２は芯線、１３は陰極、１５
は陽光柱、Ｄは陽極の先端部に設けられた平坦面の直
径、Ｌは一対の電極間の距離を各々示す。

【０００４】これらの電極の形状は、陰極から放出され
る熱電子の衝突等により加熱される陽極の熱的ダメージ
を緩和し、該陽極からの電極物質の蒸発を抑制するため
に採用されるものである。該陽極の先端部に設けられた
平坦面の面積がランプ点灯時のアークの広がりよりも小
さくなると、該陽極の先端部がアークに覆われ、熱的ダ
メージを受けやすくなる。また、該平坦面の面積が該ア
ークの広がりに対して大き過ぎると、放電によって放射
される光を該陽極自身が遮ることになる。そのため、該
陽極の先端部の平坦面は、ランプから放射される光を遮
らない範囲で、しかも、アークからの熱を効率良く排出
する程度の大きさとするのが好ましいとされている。

【０００５】しかし、市場の要求を満たすために大型
化、高出力化した高圧水銀放電ランプにおいては、高い
電流等により、点灯時間が経つにつれて陽極の先端部の
平坦面の中央付近にカルデラ状のへこみができると共
に、その周囲が山状に盛り上がる（図１のＢ）。例え
ば、ランプのバルブ内に水銀を２５ｍｇ／ｃｃ、キセノ
ンガスを１×１０⁵ Ｐａ封入し、定格電圧４８Ｖ、定格
入力電力４．３ｋＷの条件で、陽極を上方向にして垂直
方向に点灯した高圧水銀放電ランプにおいて、７５０時
間点灯後の陽極は、ランプ軸中心部で初期の平坦面から
０．３９ｍｍまでへこみ、その周辺部では初期の平坦面
からの高さが０．１５ｍｍの円周状の盛り上がりが形成
される。この盛り上がりの頂上部は、電極軸中心から
２．７ｍｍに位置し、該電極間の距離Ｌ＝５ｍｍに対し
て５４％の位置であった。

【０００６】これは、該陽極の先端部の平坦面の中央付
近の電流密度が高いために、該平坦面の周辺付近に比べ
て温度が高くなり、加熱された電極物質が拡散移動する
いわゆるマイグレーションが生じ、比較的加熱されてい
ない該平坦面の周辺付近で堆積するためと考えられる。
該カルデラ状のへこみと周辺の山状の盛り上がりが形成
されると、アークの広がりが絞り込まれる方向に制限さ
れ、該陽極の先端部の平坦面へ更に熱的なダメージが加
わり、その結果として、電極物質の異常な蒸発が発生す
る。この蒸発により、電極物質は、ランプバルブ部に付
着し、ランプからの放射光を急激に減衰させ、ランプ寿
命を短くするといった問題が生じる。

【０００７】また、該カルデラ状のへこみと周辺の山状
の盛り上がりが形成されると、該ランプバルブ内で加熱
されたガスの対流などに変化が生じ、高温に加熱された
封入ガスが陽極を異常に加熱し、該陽極自身が急激に変
形するといった問題が生じる。更には、該陽極の変形に
伴い、該ランプから放射される光が該陽極に遮られた
り、光の出射方向の均一性が取れなくなるといった問題
が生じる。これらの問題は、ランプ入力が２ＫＷ以上の
ランプで多く見られ、特に、４ＫＷクラス以上のランプ
で顕著に見られた。また、これらの問題は、ランプ入力
が低くても、水銀量が２０ｍｇ／ｃｃを越えるランプで
顕著に見られた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような状況の中
で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、該従来技術
における諸問題を抜本的に解決することを目標として鋭
意研究を積み重ねた結果、前記高圧水銀放電ランプの陽
極の先端部に設けられた平坦面の所定の位置に段差部を
設けることにより所期の目的を達成し得ることを見出
し、本発明を完成するに至った。本発明は、入力電力が
大きな大型放電ランプや高出力化された放電ランプに使
用可能な放電ランプ用の電極構造を提供することを目的
とする。また、本発明は、従来技術の問題点、即ち、陽
極の先端部の平坦面にカルデラ状のへこみやその周囲の
山状の盛り上がりが形成されることによりアークが絞り
込まれ陽極の極端な変形が発生したり電極物質が異常蒸
発するといった問題が少ない、放電ランプ用電極を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、バルブ内部に一対の電極が設けられ、点灯
時の入力電力が２ｋＷ以上で垂直点灯する、水銀が２０
ｍｇ／ｃｃ以上封入された高圧水銀放電ランプの陽極で
あって、該陽極の先端部に平坦面が設けられた放電ラン
プ用電極において、前記一対の電極間の距離をＬとした
場合に、前記陽極の先端部に設けられた平坦面の中心か
ら該極間Ｌの４０％の距離を越える位置に段差部を設け
たことを特徴とする放電ランプ用電極、に係るものであ
る。また、本発明は、前記段差部の形状が溝形状である
前記放電ランプ用電極、及び前記平坦面の直径で０．８
Ｌを越える位置に段差部を連続して設けた前記放電ラン
プ用電極、を好ましい態様とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明について更に詳細に
説明する。本発明の放電ランプ用電極の一例を図２に示
す。図中、１は陽極、２は芯線、３は陰極、４は段差
部、５は陽光柱、Ｌは電極間の距離を各々示す。また、
図３に、本発明の放電ランプ用電極の他の例Ａ）〜Ｄ）
を示す。図中、４１は陽極の先端部に設けられた平坦面
に形成した段差部の溝部の構造を示す。これらは、溝部
の構造の一例を例示的に示すものであり、段差部はこれ
らに制限されるものではない。

【００１１】本発明において、上記陽極としては、好適
には、その先端部に平坦面が設けられた略円錐台形状の
タングステン電極が例示される。しかし、これに制限さ
れるものではなく、略砲弾型の形状やこれらと同等の形
状の電極であれば同様に使用することができる。本発明
では、上記陽極の先端部の平坦面に、その中心から電極
間距離Ｌの４０％の距離を超える位置に段差部を形成す
る。この場合、上記段差部は、上記位置から平坦面の周
辺部までの任意の位置に形成される。この位置は、前記
平坦面の直径で０．８Ｌを越える位置に相当し、好適に
は、この位置に上記段差部を連続して形成する。

【００１２】段差部の形状は、好適には、溝形状とし、
その深さが０．２ｍｍ前後のものが例示されるが、図
２、及び図３のＡ）〜Ｄ）にその断面図が示されるよう
に、適宜の形状のものを使用することが可能であり、そ
の形状は特に制限されない。上記陽極の先端部に設けら
れた平坦面は、前述のように、ランプから放射される光
を遮らない範囲で、しかも、アークからの熱を効率良く
排出する程度の大きさとすることが好ましいとされてい
るので、平坦面の中心からその周辺部までの長さは、上
記大きさにより定まることになる。

【００１３】本発明により、陽極の先端部平坦面への単
位面積当りの入力電流が高く、該平坦面にカルデラ状の
へこみが発生する場合であっても、マイグレーションに
よって移動した電極物質を、事前に平坦面に形成した段
差部に堆積させ、それにより、該陽極の先端部の平坦面
に山状の盛り上がり部が形成されるのを防ぐことができ
る。該山状の盛り上がり部の成長を前記段差部によって
押さえることにより、陽極からの電極物質の異常蒸発が
抑制され、これにより、ランプの短寿命を防ぐことがで
きる。

【００１４】また、該山状の盛り上がり部の形成を抑え
ることによって、ランプバルブ内で高温に加熱されたガ
スの流れが変化し、該陽極を急激に加熱することが無い
ので、該陽極自身が変形することを抑制することができ
る。また、本発明により、陽極の先端部の加工時間を短
縮でき、前記と同様に、カルデラ状のへこみが出来ても
その周辺に山状の盛り上がりが形成されず、蒸発や変形
の起こりにくい電極を提供することができる。また、本
発明により、該陽極の熱容量を大きくすることができ
る。

【００１５】次に、図面に基づいて本発明を具体的に説
明する。本発明の放電ランプ用電極の第１の実施例を示
す図２において、１は、略円錐台形状のタングステン電
極であって、該電極先端に平坦面が設けられている。該
平坦面にはその中心から電極間距離Ｌの５４％の長さを
半径とする円周状の段差部４が形成されている。該段差
部４の深さは０．２ｍｍである。

【００１６】次に、該電極を陽極とする高圧水銀放電ラ
ンプを作製し、比較例として、前記段差部を持たない従
来の陽極を配置した高圧水銀放電ランプを使用し、それ
らの点灯時間による照度維持率の比較試験を行なった。
その結果を図４に示す。図４においては、縦軸は点灯初
期の照度を１００％とした時の照度維持率を、横軸は点
灯時間を各々示している。作製した高圧水銀放電ランプ
は、ランプバルブ内に水銀を２５ｍｇ／ｃｃ、キセノン
ガスを１×１０⁵ Ｐａ封入し、定格電圧４８Ｖ、定格入
力電力４．３ｋＷ、陽極が上方向になるようにして垂直
点灯した。

【００１７】従来の陽極を用いた場合、照度維持率が約
７５０時間で９０％にまで減衰しているのに対して、本
発明の第１の実施例では、それが約９２％まで向上して
いる。また、本実施例の高圧水銀放電ランプでは、従来
と同等の照度まで減衰する時間は、約１２００時間であ
った。また、１２００時間点灯した本実施例の高圧水銀
放電ランプの陽極を観察したところ、先端平坦部に形成
した段差部には、同じ電極部材であるタングステンが堆
積していたが、該平坦部には、従来のような山状の盛り
上がり部は形成されなかった。

【００１８】本発明の第２の実施例として、前記段差部
を設けた位置を変えた場合の例を示す。該段差部を設け
た位置は、電極間距離Ｌの４０％の長さを半径とした距
離であり、この位置に段差を形成した陽極を作製し、点
灯した。他の条件は、第１の実施例の場合と同様とし
た。該ランプの７５０時間点灯後の照度維持率は９０％
であった。従来の段差部を持たない陽極を使用したラン
プと比べて照度維持率はほぼ同等であった。しかし、該
照度維持率は、第１の実施例の場合より減少していた。
これにより、該平坦面に設ける段差部の位置は、その中
心から電極間距離Ｌの４０％の長さを半径とした距離を
越える位置であることが好ましいことが判った。

【００１９】本発明の第３の実施例として、該段差部の
形状を溝形状とし、その深さを０．５ｍｍとした陽極を
作製した。この場合、溝部の形状が方形状のものと、該
方形状の角に面取り処理を施したものとを作製した。そ
の他は、第１の実施例と同等とした。ランプを７５０時
間点灯し、照度維持率を測定したところ、溝部の形状が
方形状のものは９０％、面取り処理を行なったものは９
２％であった。方形状のものの方が早く照度維持率が減
衰したのは、形成した溝が探すぎるために溝部の角が高
温ガスに曝されることにより該角部の突出部分が蒸発し
たことによるものと考えられる。しかし、点灯後の電極
を観察すると、該溝部は電極物質が堆積しているもの
の、該陽極先端平坦部のカルデラ状のへこみ周辺には前
記の山状の盛り上がりは形成されていなかった。該溝部
の深さが大きいときは、該溝部の突出する角部は面取り
処理を行なった方が好ましいことが判った。

【００２０】本発明の第４の実施例として、入力電力を
変えた場合の例について示す。入力電力を定格電圧３７
Ｖ、定格電力２ｋＷとして点灯し、照度維持率を測定し
た。その他のランプ仕様は、第２の実施例の場合と同様
とした。該ランプにおいては、７５０時間点灯後の照度
維持率は９５％であり、従来にくらべて良好であること
が判った。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、高圧水
銀放電ランプ用の電極構造に係るものであり、本発明に
よれば、陽極の先端部の平坦部に段差部を形成している
ので、マイグレーションによって移動した電極物質を該
段差部に堆積させることができ、これにより、該陽極の
先端部の平坦面にカルデラ状のへこみが発生してもその
周辺に山状の盛り上がり部が形成され無いので、陽極が
異常に加熱され変形を起こすことがない。また、本発明
では、該山状の盛り上がり部が形成され無いので、従来
技術の場合のように、陽極が異常な蒸発を起こしランプ
を短寿命に至らせることが無い。更には、本発明によ
り、高効率、大電流の高圧水銀放電ランプであっても、
ランプ寿命の長いランプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高圧放電ランプ用陽極の一実施例を示
す。

【図２】本発明の高圧放電ランプ用陽極の他の実施例を
示す。

【図３】本願発明の陽極と従来の陽極を用いた高圧放電
ランプの照度維持率の比較図を示す。

【図４】従来の高圧放電ランプ用陽極の例を示す。

【符号の説明】

１陽極２芯線３陰極４段差部４１溝部５陽光柱１１陽極１２芯線１３陰極１５陽光柱Ｄ平坦面の直径Ｌ電極間の距離

フロントページの続き (72)発明者相浦良徳兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内Ｆターム(参考） 5C015 JJ06 5C039 HH04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バルブ内部に一対の電極が設けられ、点
灯時の入力電力が２ｋＷ以上で垂直点灯する、水銀が２
０ｍｇ／ｃｃ以上封入された高圧水銀放電ランプの陽極
であって、該陽極の先端部に平坦面が設けられた放電ラ
ンプ用電極において、前記一対の電極間の距離をＬとした場合に、前記陽極の
先端部に設けられた平坦面の中心から該極間Ｌの４０％
の距離を越える位置に段差部を設けたことを特徴とする
放電ランプ用電極。
【請求項２】前記平坦面の直径で０．８Ｌを越える位
置に円周状の段差部を設けた請求項１に記載の放電ラン
プ用電極。
【請求項３】前記段差部の形状が溝形状である請求項
１又は２に記載の放電ランプ用電極。