JP2006179421A - ショートアーク型高圧放電ランプ - Google Patents

ショートアーク型高圧放電ランプ Download PDF

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Abstract

【課題】簡易に製造することができ、かつ、放熱性に優れた陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供する。
【解決手段】発光管部に一組の電極を有するショートアーク型高圧放電ランプであり、陽電極20の胴部22側面に複数の凸状の放熱部40を、所定の距離を隔てて放電方向Yに沿って形成する。
【選択図】図2

Description

本発明は、発光管部に一組の電極を有するショートアーク型高圧放電ランプに関する。
ショートアーク型高圧放電ランプは、例えば、液晶のカラーフィルターの製造プロセスにおける露光工程などに使用されている。
前記露光工程においては、カラーフィルターの大型化あるいは露光時間の短縮化が求められている。そこで、ショートアーク型高圧放電ランプからの放射光量の増加が強く望まれている。
ショートアーク型高圧放電ランプからの放射光量を増加する方法としては、ランプへの入力電流を増加する方法が知られている。
しかし、ランプへの入力電流を増加すると、陽電極先端部が電子流の増加により加熱されて陽電極の温度が上昇する。そして、陽電極の温度が上昇すると、陽電極部材の熱蒸発が促進される。その結果、熱蒸発した陽電極部材のランプ内壁への付着が促進され、光量が低下して機能を果たさなくなり、ランプ寿命が短くなるという問題が起こる。
この問題を解決するために、陽電極側面に、図7に示すような、深さTが当該陽電極101の直径の12%以内であり、かつ深さTとピッチLとの関係がT/L≧2である微細なV字形状の溝102を設けることによって陽電極101からの熱放射の効率を向上し、陽電極の温度を下げる方法が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2、および特許文献3参照)。
また、特許文献1には、陽電極101側面に、深さTが当該陽電極の直径の12%以内であり、かつ深さTとピッチLとの関係がT/L≧2である微細なV字形状の溝を、陽電極の軸方向に設ける方法も提案されている。
特開2002−117806号公報 特開2003−157794号公報 特開2003−223865号公報
しかし、前記従来の技術で提案されているような微細なV字形状の溝を形成するためには、ダイヤモンドカッターによる方法、レーザ光を照射する方法、電子ビームを照射する方法などを用いる必要があるため、装置が高価でコスト高になってしまう、加工に時間がかかる等の問題があった。特に、ダイヤモンドカッターによる方法は、カッターの刃の管理が難しく、加工時間が長時間になってしまうという問題があり、レーザ光を照射する方法および電子ビームを照射する方法は、装置が高価でコスト高になってしまうという問題があった。
そこで、本発明の目的は、放電加工による方法等、長軸方向の加工が行いやすい加工装置を用いて短時間で加工することのできる方法によって簡易に製造することができ、かつ、放熱性に優れた陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することにある。
このため、請求項1に記載の発明は、発光管部に一組の電極を有するショートアーク型高圧放電ランプにおいて、陽電極の胴部側面に複数の凸状の放熱部が、所定の距離を隔てて放電方向に沿って形成されていることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記一組の電極の軸が同一線上にあることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項2記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記凸状の放熱部が、陽電極の軸と平行に形成されていることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記陽電極が、先端部と、該先端部に続く胴部と、該胴部に続く後端部とからなり、放熱部が、前記先端部の任意の途中位置から前記胴部を通って前記後端部の任意の途中位置まで連続して形成されていることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記凸状の放熱部が、前記胴部の表面積が2倍以上になるように設けられていることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、隣り合う凸状の放熱部の間に形成される中間部が平坦であることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、放熱部が、略矩形型であることを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、放熱部が、台形型であることを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記放熱部の頂部が平坦であることを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項9記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記頂部の平坦部の幅が0.3mm以上であることを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記胴部が、胴部本体と該胴部本体の外周に設けられた前記放熱部とからなり、該放熱部と、前記胴部本体とが、同一材料で一体に形成されていることを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記胴部が、胴部本体と該胴部本体の外周に設けられた前記放熱部とからなり、該放熱部と、前記胴部本体とが、別体に形成されていることを特徴とする
請求項1に記載の発明によれば、陽電極の胴部側面に複数の凸状の放熱部が、所定の距離を隔てて放電方向に沿って形成されているので、放電加工による方法等、小型の加工装置を用いて短時間で加工することのできる方法によって簡易に製造することができ、かつ、安定状態時に放電方向に沿って生じている気化した発光物質および封入ガスの流れが隣り合う凸状の放熱部と放熱部との間を通りやすいため、放熱性に優れた陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。
請求項2に記載の発明によれば、一組の電極の軸が同一線上にあるので、陽電極の胴部側面付近を、放電方向に沿って、気化した発光物質および封入ガスが特に流れやすいので、放熱部からの放熱効率が高く、放熱性に特に優れた陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。
請求項3に記載の発明によれば、凸状の放熱部が、陽電極の軸と平行に形成されているので、安定状態時に放電方向に沿って生じている気化した発光物質および封入ガスの流れが、隣り合う凸状の放熱部と放熱部との間を特に通りやすいため、放熱性に特に優れた陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。
請求項4に記載の発明によれば、放熱部が、前記先端部の任意の途中位置から前記胴部を通って前記後端部の任意の途中位置まで連続して形成されているので、放熱部の面積が広く放熱効率が特に高いため、放熱性に特に優れた陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。
請求項5に記載の発明によれば、凸状の放熱部が、前記胴部の表面積が2倍以上になるように設けられているので、放熱部の面積が広く放熱効率が特に高いため、放熱性に特に優れた陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。
請求項6に記載の発明によれば、隣り合う凸状の放熱部の間に形成される中間部が平坦であるので、放電加工による方法等、小型の加工装置を用いて短時間で加工することのできる方法によって特に簡易に製造することができる陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。
請求項7に記載の発明によれば、前記放熱部が略矩形型であるので、放電加工による方法等、小型の加工装置を用いて短時間で加工することのできる方法によって特に簡易に製造することができる陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。
請求項8に記載の発明によれば、前記放熱部が台形型であるので、放熱部からの熱放射による放熱と、前記気化した発光物質および前記封入ガスの対流による放熱とのバランスが良くなることにより、効率的な放熱効果を得られる陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。
請求項9に記載の発明によれば、前記放熱部の頂部が平坦であるので、放電加工時に生じうる頂部のチッピングが防止できるので、小型の加工装置を用いて短時間で加工することのできる放電加工による方法によって製造することができる。したがって、特に簡易に製造することができる陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。
請求項10に記載の発明によれば、頂部の幅が0.3mm以上であるので、放電加工による方法等、小型の加工装置を用いて短時間で加工することのできる方法によってとりわけ簡易に製造することができる陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。
請求項11に記載の発明によれば、放熱部と、胴部本体とが、同一材料で一体に形成されているので、一つの材料を、小型の加工装置を用いて短時間で加工することのできる方法(例えば放電加工による方法)を用いて加工することによって製造することができる。したがって、特に簡易に製造することができる陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。
請求項12に記載の発明によれば、放熱部と、胴部本体とが、別体に形成されているので、別体に形成された放熱部と胴部本体とを、簡易な加工装置を用いて短時間で加工することのできる方法(例えば溶接による方法)を用いて固着させることによって製造することができる。したがって、特に簡易に製造することができる陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。
以下、図面を参照しつつ、この発明を実施するための最良の形態について詳述する。
図1は、この発明の一例としてのショートアーク型高圧放電ランプの側面図であり、図2(a)は陽電極付近の拡大図である。
ショートアーク型高圧放電ランプ10は、中空でほぼ球形の発光管部11と、発光管部11の両端から延びた一対の封止管部12と、封止管部12から発光管部11とは反対方向に延びた外部端子14と、発光管部11の内部に配置された陽電極20と陰電極30とからなる一組の電極と、電極の、放電空間S方向とは反対側に固着された電極リード棒13とを有する。
前記一組の電極の軸Aは、同一線上となるように構成されている。
これらの陽電極20、陰電極30は、それらに固着された電極リード棒13によって支持され、かつ、電気的に接続されている。封止管部12内部で電極リード棒13と外部端子14とが電気的に接続されている。
外部端子14は、図示しない外部点灯回路に電気的に接続される。
陽電極20、陰電極30は放電に適した金属によって形成され、通常タングステンによって形成される。
電極リード棒13は導電性材料で形成され、通常タングステンによって形成される。
外部端子14は、従来公知の導電性材料にて構成されている。
発光管部11の内部には、水銀、ハロゲン化金属などの発光物質、および封入ガスとしてのキセノン、アルゴン、クリプトンなどの希ガスなどが封入されている。
発光管部11および封止管部12は、石英ガラスなど従来公知の材料にて構成されている。
なお、本発明のショートアーク型高圧放電ランプ10の陽電極20以外の構成は、従来公知のショートアーク型高圧放電ランプと同様に構成することができる。
このショートアーク型高圧放電ランプ10は、外部点灯回路によって、例えば、定格94V、定格10kWで点灯される。
ショートアーク型高圧放電ランプの安定状態
時には、陰電極30と陽電極20との間にアーク放電が起こっており、陽電極20付近には、放電方向Yに沿ってフレアFが生じている。これに伴い、陽電極20の胴部22側面付近には、放電方向Yに沿って、気化した発光物質および封入ガスの流れが生じている。
図2(a)において、陽電極20は先端部21、胴部22、後端部23から構成されている。胴部22は円柱状に形成されている。そして、陽電極20には、その側面に、複数の凸状の放熱部40が、所定の距離を隔てて放電方向Yに沿って、前記先端部21の任意の途中位置から前記胴部22を通って前記後端部23の任意の途中位置まで連続して形成されている。
図2(b)は、図2(a)のB矢視断面図である。
符号Dは胴部22の直径を表す。
直径Dは、通常20mm以上である。
陽電極20の胴部22の側面には、複数の凸状の放熱部40が所定の距離を隔てて形成されている。胴部22は、胴部本体24の表面に放熱部40を形成して構成されている。
図3は図2(b)の放熱部40付近の拡大図である。
符号Hは放熱部40の高さを表す。符号Xは放熱部40の頂部42の幅を表す。符号Wは放熱部40の中間部41の幅を表す。符号Pは放熱部40のピッチを表す。
放熱部40の先端である頂部42には平坦部を有している。
隣り合う凸状の放熱部40の間には、溝部43が形成されている。
放熱部40は、略矩形型に形成されている。このような略矩形型の放熱部40は、隣り合う凸状の放熱部40の間に形成される溝部43が矩形型になるように加工することによって形成することができる。溝部43が矩形型になるように加工するのが、加工の際の設定が容易であるので、簡易に製造できるという点で好ましい。したがって、放熱部40が略矩形型であるのが、簡易に製造できるという点で好ましい。
放熱部40は、陽電極20の胴部22の側面に、放電加工による方法、ダイヤモンドカッターによる方法、レーザ光を照射する方法、電子ビームを照射する方法など公知の方法によって溝部43を形成することによって形成することができる。なかでも、放電加工による方法が、加工装置が小型であり、かつ、短時間で加工することのできるので、簡易に製造できるという点で好ましい。
本発明のショートアーク型高圧放電ランプ10の陽電極20には、放熱効果を上げるために、さらにタングステンパウダーの焼結を行ってもよい。タングステンパウダーの焼結は、従来公知の方法によって行うことができる。前記の放電加工による方法によれば、放電加工後の表面状態がタングステンパウダーの塗布を行うのに適した状態になる。したがって、放電加工による方法は、タングステンパウダーの焼結を行うのに適しているという点でも好ましい。
隣り合う凸状の放熱部40の間に形成される中間部41には、平坦部を有している。
なお、本発明において、平坦部とは、特に示さない限り、平面でなくてもよく、例えば円柱の側面のような曲面であってもよい。
本発明の凸状の放熱部40は、胴部22の表面積が、放熱部40形成前に比べて2倍以上になるように設けられるのが放熱性の点で好ましい。
放熱部40としては、具体的には、下記のような形状であるのが好ましい。
すなわち、放熱部40の高さHとしては、1mm以上3mm以下であるのが好ましい。高さHが1mm未満であると、放熱効率が十分でないという問題がある。高さHが3mmを超えると、加工が困難になる、加工に時間がかかるなどの問題があるばかりか、電極断面積の減少により電極本体の熱伝導が悪くなるため、効率的に電極の温度を下げることができないためである。
放熱部40の先端である頂部42が平坦でないか、または、放熱部40の先端である頂部42の幅Xが狭すぎると、放熱部40を形成する際にチッピングが起こり、頂部42が欠けてしまうという問題が生じやすい。そこで、放熱部40の先端である頂部42には平坦を有しているのが好ましく、さらに頂部42の幅Xは0.3mm以上であるのが好ましく、とりわけ0.5mm以上であるのが好ましい。また、放熱性の点では、頂部42の平坦部の幅Xは2.5mm以下であるのが好ましく、1mm以下であるのがより好ましい。
放熱部40の中間部41の幅Wとしては、0.4mm以上2.5mm以下であるのが好ましく、0.5mm以上1.5mm以下であるのがより好ましい。中間部41の幅Wが0.4mm未満であると、加工が困難であり、また、放熱性が十分でないという問題がある。また、2.5mm以上であると放熱性が十分でないという問題がある。
中間部41の幅Wと頂部42の幅Xとは、W/X≧1であるのが、隣り合う凸状の放熱部40の間に形成される溝部43を、対流している気化した発光物質および封入ガスが効率的に流れるため、効率的に放熱できるという点で好ましい。
放熱部40のピッチPとしては、0.8mm以上5mm以下であるのが好ましく、1mm以上2.5mm以下であるのがより好ましい。ピッチPが0.8mm未満であると、加工が困難であり、また、放熱性が十分でないという問題がある。また、5mm以上であると放熱性が十分でないという問題がある。
放熱部40は、陽電極20の胴部22側面の一部に設けてもよいが、先端部21と胴部22との境界M1付近から胴部22と後端部23との境界M2付近まで連続して設けるのが、放熱性の点で好ましい。さらに、前記先端部21の任意の途中位置から前記胴部22を通って前記後端部23の任意の途中位置まで連続して設けるのが、放熱性の点で好ましい。
ところで、放熱部40は、図4に示すように台形型であってもよい。放熱部40が台形型である場合は、図4(a)に示すように、放熱部40の先端である頂部42の幅が放熱部40の底部より狭い台形型でもよく、または図4(b)に示すように、前記頂部42の幅が前記底部より広い台形型であってもよい。
このような台形型の放熱部40は、隣り合う凸状の放熱部40の間に形成される溝部43が台形型になるように加工することによって形成することができる。
放熱部40が、図4(a)に示すように、放熱部40の先端である頂部42の幅が放熱部40の底部より狭い台形型である場合には、放熱部と気化した発光物質および封入ガスとの摩擦が減少し、気化した発光物質および封入ガスの流速が増加するため、冷却効果が増す。また、放熱部40が、図4(b)に示すように、前記頂部42の幅が前記底部より広い台形型である場合には、気化した発光物質および封入ガスの対流による放熱に加えて、熱放射による放熱効率が良くなり、冷却効果が増す。このため、放熱部40は、台形型であるのが、放熱性の点で好ましい。
また、放熱部40と胴部本体23とは、図5に示すように別体に形成されていてもよい。
放熱部40は、放熱性が良く、かつ、点灯中の高温に耐えられる材料で形成すればよく、胴部本体24と同一材料で形成してもよく、これとは異なる材料で形成してもよい。
放熱部40と、胴部本体24とは、溶接など公知の方法で固着すればよい。
このように構成されたショートアーク型高圧放電ランプ10を点灯すると、陰電極30と陽電極20との間にアーク放電が起こる。アーク放電が起こると、陽電極20は電子流によって加熱される。これに伴い発光管部11も加熱され、発光管部11に封入されている水銀などの発光物質が気化する。発光物質が十分に気化すると、ショートアーク型高圧放電ランプ10からの放射光量が安定する。この放射光量が安定した状態を安定状態という。
安定状態時には、陽電極20付近には、放電方向Yに沿ってフレアFが生じている。これに伴い、陽電極20の胴部22側面付近には、放電方向Yに沿って、気化した発光物質および封入ガスの流れが生じている。
本発明のショートアーク型高圧放電ランプ10は、陽電極20の胴部22の側面に複数の凸状の放熱部40が、所定の距離を隔てて放電方向Yに沿って形成されているので、安定状態時に放電方向Yに沿って生じている気化した発光物質および封入ガスの流れが、隣り合う凸状の放熱部40の間に形成される溝部43の間を通りやすい。このため、気化した発光物質および封入ガスの流れによって陽電極20が効果的に冷却される。
図6から明らかなように、本発明のショートアーク型高圧放電ランプ10を用いると、陽電極の温度上昇を抑制することができ、陽電極部材の熱蒸発が抑制される。その結果、熱蒸発した陽電極部材のランプ内壁への付着が抑制され、照度の低下が抑制されるので、ランプ寿命を長くすることができる。
本発明のショートアーク型高圧放電ランプ10の実施の形態としては、例えば、発光管部11に一組の電極を有するショートアーク型高圧放電ランプ10において、陽電極20の胴部22側面に複数の凸状の放熱部40が、所定の距離を隔てて放電方向Yに沿って形成される。
また、前記一組の電極(陽電極20、陰電極30)の軸が同一線上になるように構成される。
さらに、前記凸状の放熱部40が、陽電極20の軸と平行に形成される。
加えて、前記陽電極20が、先端部21と、該先端部21に続く胴部22と、該胴部22に続く後端部23からなり、放熱部40が、前記先端部21と前記胴部22との境界側の端M1から該胴部22と前記後端部23との境界側の端M2まで連続して形成される。
また、前記凸状の放熱部40が、胴部22の表面積が2倍以上になるように形成される。
さらに、隣り合う凸状の放熱部40の間に形成される中間部41に平坦部を有するように構成される。
加えて、放熱部40が、略矩形型になるように構成される。
また、前記放熱部40の先端である頂部42に平坦部を有するように構成される。
さらに、前記頂部42の平坦部の幅が0.3mm以上となるように構成される。
加えて、前記放熱部40と、胴部本体24とが、同一材料で一体に形成される。
他の実施の形態としては、例えば、放熱部40が、台形型になるように構成される。
他の実施の形態としては、例えば、前記放熱部40と、胴部本体24とが、別体に形成される。
なお、本発明は、上述の例に限定されるものではない。
この発明のショートアーク型高圧放電ランプの側面図である。 (a)は、図1のショートアーク型高圧放電ランプの陽電極付近の拡大図であり、(b)は、(a)のB矢視断面図である。 図2(b)の陽電極の放熱部付近の一部拡大図である。 (a)、(b)は、それぞれ本発明のショートアーク型高圧放電ランプの他の実施形態における陽電極の放熱部付近の一部拡大図である。 本発明のショートアーク型高圧放電ランプの他の実施形態における陽電極の放熱部付近の一部拡大図である。 本発明のショートアーク型高圧放電ランプの効果を示すグラフである。 従来のショートアーク型高圧放電ランプの陽電極の溝部付近の拡大図である。
符号の説明
10 ショートアーク型高圧放電ランプ
11 発光管部
12 封止管部
13 電極リード棒
14 外部端子
20 陽電極
21 先端部
22 胴部
23 後端部
24 胴部本体
30 陰電極
40 放熱部
41 中間部
42 頂部
43 溝部
A 電極の軸
D 直径
F フレア
H 高さ
M1,M2 境界
P ピッチ
S 放電空間
W,X 幅
Y 放電方向

Claims (12)

  1. 発光管部に一組の電極を有するショートアーク型高圧放電ランプにおいて、
    陽電極の胴部側面に複数の凸状の放熱部が、所定の距離を隔てて放電方向に沿って形成されていることを特徴とするショートアーク型高圧放電ランプ。
  2. 前記一組の電極の軸が同一線上にあることを特徴とする請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
  3. 前記凸状の放熱部が、陽電極の軸と平行に形成されていることを特徴とする請求項2記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
  4. 前記陽電極が、先端部と、該先端部に続く胴部と、該胴部に続く後端部とからなり、放熱部が、前記先端部の任意の途中位置から前記胴部を通って前記後端部の任意の途中位置まで連続して形成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
  5. 前記凸状の放熱部が、前記胴部の表面積が2倍以上になるように設けられていることを特徴とする請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
  6. 隣り合う凸状の放熱部の間に形成される中間部が平坦であることを特徴とする請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
  7. 前記放熱部が、略矩形型であることを特徴とする請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
  8. 前記放熱部が、台形型であることを特徴とする請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
  9. 前記放熱部の頂部が平坦であることを特徴とする請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
  10. 前記頂部の幅が0.3mm以上であることを特徴とする請求項9記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
  11. 前記胴部が、胴部本体と該胴部本体の外周に設けられた前記放熱部とからなり、該放熱部と、前記胴部本体とが、同一材料で一体に形成されていることを特徴とする請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
  12. 前記胴部が、胴部本体と該胴部本体の外周に設けられた前記放熱部とからなり、該放熱部と、前記胴部本体とが、別体に形成されていることを特徴とする請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
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