JP2014167877A - ロングアーク型放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】両端に封止部を有する発光管と、前記発光管の内部で対向配置された一対の電極と、を備えたロングアーク型放電ランプにおいて、前記電極が、タングステンからなる本体部の先端面に、エミッターを含有したタングステンからなる先端部が接合された構造を有するものにおいて、ランプ始動時に、本体部と先端部を接合した接合面の外周部が放電起点となり、この部分にアークが発生しても、そのアーク起点を素早く先端部の先端側に移動させることができ、発光管の内壁が黒化することを防止できる構造を提供することである。
【解決手段】前記発光管は、前記電極の先端に対応する位置から前記封止部にかけて漸次縮径されていて、前記電極の本体部と先端部との接合面に対応する部分が、当該発光管の中央部分より小径とされていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明はロングアーク型放電ランプに関し、特に、電極本体の先端にエミッターを含んだ先端部を接合した電極構造を有するロングアーク型放電ランプに係わる。

電子工業界や印刷業界においては、紫外線硬化型のインキや塗料や接着材を紫外線により硬化乾燥する紫外線光源として、あるいは、半導体基板や液晶ディスプレイ用の液晶基板を露光するために使用する露光装置の紫外線光源として、ロングアーク型放電ランプが使用されている。

ロングアーク型放電ランプとしては、発光物質として水銀を封入した水銀放電ランプや、金属ハロゲンを封入したメタルハライドランプが知られている。
この種のロングアーク型放電ランプにおいては、陰極動作する電極に、例えば酸化トリウムのようなエミッター（電子放射性物質）を含有させて、電子放射特性を高めるようにしたものが知られている。

ところで近時では、希少資源の節約という観点からエミッター材としてのトリウムなどの使用に制限が設けられるようになってきており、その大量使用を避ける要請がなされてきている。加えて該トリウムが放射性物質であり、法的規制によりその取り扱いが制限されているという事情もある。
このような事情を勘案して、陰極の先端部にのみエミッター材を含有させた構造の放電ランプが開発されている。
特開２０１２−１９０６２７号公報（特許文献１）に、そのような電極を用いたショートアーク型放電ランプの陰極構造が開示されていて、タングステンからなる本体部の先端にエミッター材を含有させた先端部を接合する陰極構造が示されている。
る。

かかる接合電極は、前記したように、ショートアーク型放電ランプに適用されているが、ロングアーク型放電ランプに適用されている例は未だない。
前記構造の電極をそのままロングアーク型放電ランプに適用した場合の構造を、図３、図４によって説明する。

図３は、一般的なロングアーク型放電ランプの構造を示し、図４はそのロングアーク型放電ランプに接合構造の電極を組み込んだ構造が示されている。
図３において、ロングアーク型ランプ１は、石英ガラスよりなる発光管２の両端に封止部３を備えており、該発光管２内には一対の電極４、４が所定の距離を隔てて対向配置される。
図４に詳細が示されるように、この例では、上記電極４の非発光空間側の後端５は、扁平形状に形成されており、その後方端には、該電極後端５の形状に合わせて扁平形状とされた石英ガラス部材７が配設されている。
そして、封止部３内において、前記電極４の扁平後端５の上下面に溶接等により接合された２枚の金属箔６、６が、ガラス部材７の上下面に沿って延在し、その後方端で外部リード８に接続されている。該外部リード８は発光管２の外部に突出し、給電線９に接続される。

しかして図４には、電極４の構造として、タングステンからなる本体部４ａの先端に、エミッターを含んだ先端部４ｂを接合したものが示されている。
このような電極構造を有するロングアーク型放電ランプを点灯したところ、発光管２の内壁に早期に黒化が発生することが分かった。
その理由としては、本体部４ａと先端部４ｂとの接合面Ｘの外周部において、どうしても凹部又は凸部が形成されてしまうので、ランプ始動時において、その凹部又は凸部に電界集中が生じ、ここから放電が開始されてアークＡが発生する。このアーク起点がその位置に留まり続けることにより、このアークＡによって電極材料の一部が蒸発し、当該アークＡの流れに沿って進むことになる。そして、このアークＡが、発光管２の内壁に向かってしまったときに、蒸発した電極材料が発光管２に付着し、その内壁が黒化してしまうものであることが判明した。

特開２０１２−１９０６２７号公報

この発明は、上記接合電極をロングアーク型放電ランプに適用した場合の問題点に鑑みて、両端に封止部を有する発光管と、該発光管の内部で対向配置された一対の電極とを備えたロングアーク型放電ランプにおいて、前記電極が、タングステンからなる本体部の先端面に、エミッターを含有した先端部が接合された構造を有するものにおいて、ランプ始動時に、本体部と先端部を接合した接合面の外周部が放電起点となり、この部分にアークが発生しても、そのアーク起点を素早く電極の先端側に移動させることができ、発光管の内壁が黒化することを防止できるロングアーク型放電ランプを提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明に係るロングアーク型放電ランプは、前記発光管は、前記電極の先端に対応する位置から前記封止部にかけて漸次縮径されていて、前記電極の本体部と先端部との接合面に対応する部分が、当該発光管の中央部分より小径とされていることを特徴とする。

また、前記発光管は、前記電極の先端に対応する位置から前記封止部にかけて、テーパー状とされて縮径されていることを特徴とする。
また、前記発光管は、前記電極の先端に対応する位置から前記封止部にかけて、段階状に縮径されていることを特徴とする。
また、前記発光管内に封入されるバッファーガスの封入圧が、１００Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする。
また、始動開始から１分までの電流値を定格電流値の２０〜８０％にしたことを特徴とする。

この発明のロングアーク型放電ランプによれば、ランプ始動時において、電極の本体部と先端部の接合面の外周部から放電が開始されてアークが生成された場合、このアーク起点付近の温度が局所的に上昇する。そのため電極のアーク起点と、縮径された管壁との間にある狭小化された空間のガスが急激に膨張し、アーク起点を管壁側から電極先端付近に押し出すような力が働き、アーク起点が電極先端に移行するものである。
つまり、アークを接合面から電極先端側へ素早く移動させて正常な点灯モードとすることができ、蒸発した電極材料が発光管内壁に付着することが抑制され、発光管の黒化が防止できるものである。

本発明のロングアーク型放電ランプにおける要部の断面図。 他の実施例の断面図。 従来のロングアーク型放電ランプの構造を示す説明図。 接合電極を従来のロングアーク型放電ランプに適用した断面図。

図１および図２は本発明のそれぞれ異なる実施例のロングアーク型放電ランプにおける要部断面図である。
図１において、発光管２内に配置された電極４は、タングステンからなる本体部４ａと、その先端に拡散接合などにより接合されたエミッターを含有するタングステンからなる先端部４ｂとからなる。なお、この接合は拡散接合以外に、抵抗溶接やレーザーによる溶着などが採用できる。
また、この接合電極は、直流点灯ランプにおいては、陰極に採用し、交流点灯ランプにおいては、両方の電極に採用するものである。

そして、発光管２は、前記電極４の（先端部４ｂの）先端４ｃに対応する位置から前記発光管２の封止部３にかけてテーパー状に漸次縮径されたテーパー状縮径部１０とされていて、前記電極４の本体部４ａと先端部４ｂとの接合面Ｘに対応する部分が、当該発光管２の中央部分１２より小径とされている。
なお、電極４の先端４ｃに対応する位置とは、厳密に一致している必要はなく、概ね先端４ｃに対応していてその近傍であればよい。
その他の構成については、図４に示すものにおいて同じ参照数字が示す構成と同様の構成である。

図２に示す他の実施例においては、発光管２の縮径部が段階状となっている点で図１に示す実施例と相違する。
即ち、発光管２は、前記電極４の先端４ｃに対応する位置から前記発光管２の封止部３にかけて段階状に漸次縮径された段階状縮径部１１とされていて、前記電極４の本体部４ａと先端部４ｂとの接合面Ｘに対応する部分が、当該発光管２の中央部分１２より小径とされている。
その他の構成は、図１の実施例と同様である。

上記構成において、ランプ始動時において、電極４の本体部４とａ先端部４ｂの接合面Ｘの外周部から放電が開始されてアークＡが生成された場合、このアーク起点付近の温度が局所的に上昇する。そのため電極４のアーク起点と、縮径された管壁との間にある狭小化された空間Ｙのガスが急激に膨張し、アーク起点を管壁側から電極先端付近に押し出すような力が働き、アーク起点が電極先端４ｃ側に移行するものである。
つまり、アークＡを接合面Ｘから電極先端４ｃ側へ素早く移動させて正常な点灯モードとすることができ、蒸発した電極材料が発光管内壁に付着することが抑制され、発光管２の黒化が防止できるものである。

以下、ランプの仕様の一例を示す。
＜ランプ仕様例＞
定格入力：１８ｋＷ（ランプ電圧 ６４０Ｖ、ランプ電流 ２８．１Ａ）
封入物質：水銀、ヨウ化水銀、
キセノンガス１００Ｔｏｒｒ（１３．３３２ｋＰａ）
発光管：石英ガラス、外径２６ｍｍ、内径２２ｍｍ
縮径部長さ １６ｍｍ
発光長：１１００ｍｍ
電極：本体部 純タングステン
先端部 トリエーテッドタングステン（ＴｈＯ_２；２％）
希土類酸化物（ランタン、セリア）等を含むタングステンでも可
封止部からの突出量 １６ｍｍ
直径φ ３．５ｍｍ
先端部長さ ３．７ｍｍ
本体部長さ １０ｍｍ

上記仕様のランプを、始動開始から１分までの電流値を定格電流値の２０〜８０％に制御し、具体的には、始動から０．１５Ａ／秒ずつ電流を増加させて１分後に１５Ａになるように制御している。
定格電流値の２０％以下では電極温度が十分加熱されずに立ち消えを生じる。また、８０％以上では、電極接合部より異常放電（横飛び）が生じた際に瞬時に黒化してしまう。

＜実験例＞
接合電極を用いた図１に示す発光管の形状のランプ（発明品）と、図４に示す発光管の形状のランプ（比較品）のそれぞれに、封入するバッファーガスの封入圧を変えた時に、電極の接合面の外周部で発生したアーク起点が電極先端側に移行せず、そのままの状態で維持されてしまう回数を調べる実験を行った。
下記のデータ中、「横飛び回数」とは、接合面の外周部で生じたアーク起点が移動することなく、そのまま維持されてしまう回数のことである。
発明品と比較品を全て１０回ずつ点灯させて、横飛び回数をカウントした。

上記実験結果表からも分かるように、接合電極の接合面近傍で発光管を、中央部よりも小径にした発明品は、このような構造をとらない比較品よりも横飛び確率が少ない。即ち、電極の接合面に発生したアークが、その部位に留まることなく、電極先端に移動して正常な点灯モードとなるものである。
特に、バッファーガスのガス圧が１００Ｔｏｒｒ以下のものおいて、横飛び回数は零になり、本発明の発光管の効果がより完全なものとなる。

以上説明したように、本発明においては、発光管を、陰極本体部と先端部の接合面に対応する位置から封止部にかけて漸次縮径して、接合面に対応する部分が、発光管の中央部分より小径とされていることにより、接合面外周部に発生するアークを素早く電極先端側に移動させて正常点灯モードとすることができて、電極材料の蒸発による発光管の黒化を防止できるという効果を奏するものである。

２ 発光管
３ 封止部
４ 電極
４ａ 本体部
４ｂ エミッター含有の先端部
４ｃ 電極先端
５ 電極の後端部
６ 金属箔
７ ガラス部材
８ 外部リード
１０ テーパー状縮径部
１１ 段階状縮径部
１２ 中央部
Ｘ 接合面
Ａ アーク

Claims (5)

1. 両端に封止部を有し、内部に発光物質が封入された円筒状の発光管と、前記発光管の内部で対向配置された一対の電極と、を備えたロングアーク型放電ランプにおいて、
   前記電極は、タングステンからなる本体部の先端面に、エミッターを含有したタングステンからなる先端部が接合され、
   前記発光管は、前記電極の先端に対応する位置から前記封止部にかけて漸次縮径されていて、前記電極の本体部と先端部との接合面に対応する部分が、当該発光管の中央部分より小径とされている、
   ことを特徴とするロングアーク型放電ランプ。
2. 前記発光管は、前記電極の先端に対応する位置から前記封止部にかけて、テーパー状とされて縮径されていることを特徴とする請求項１に記載のロングアーク型放電ランプ。
3. 前記発光管は、前記電極の先端に対応する位置から前記封止部にかけて、段階状に縮径されていることを特徴とする請求項１に記載のロングアーク型放電ランプ。
4. 前記発光管内に封入されるバッファーガスの封入圧が、１００Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロングアーク型放電ランプ
5. 始動開始から１分までの電流値を定格電流値の２０〜８０％にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のロングアーク型放電ランプ
   
   
   

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