JP2017152291A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光管の封止管部と電極体の電極支持部材との間に設けられた接合層の温度が上昇することを抑制することができ、従って、接合層を構成する材料が発光管の内面に付着することを防止または抑制することができる発光装置を提供する。
【解決手段】封止管部を両端に有する発光管と、内部に冷却水流通路を有し、前記封止管部内において当該封止管部の軸方向に伸びる筒状の電極支持部材、および当該電極支持部材の先端に支持された電極よりなる一対の電極体とを備えてなる発光装置であって、前記発光管は、前記封止管部と前記電極支持部材との間に形成された接合層によって気密に封止されており、少なくとも一方の前記電極体には、前記接合層より先端側に位置する部分の外周面に対流抑制手段が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソーラーシミュレータや半導体露光用光源、デジタルシネマ映写機用光源などに好適に用いられる発光装置に関するものである。

従来、ソーラーシミュレータなどの光源としては、水冷式の発光装置が用いられている。例えば特許文献１には、電極支持部材の先端に電極が支持されてなる電極体を有し、電極支持部材の内部に冷却水流通路が形成された発光装置が開示されている。この発光装置においては、当該発光装置の作動中に、電極支持部材内の冷却水流通路に冷却水を循環させることにより、発光管の封止管部や電極体が冷却されるので、高熱に伴う劣化が抑制され、高い出力が維持されると共に、発光装置の長寿命化を図ることができるとされている。

上記の発光装置の具体的な構造を図２に示す。この発光装置５０においては、発光管５１の封止管部５２内に配置された電極体５３の電極支持部材の内部に、冷却水導入管５４が挿入されている。これにより、電極体５３の電極支持部材の内部には、冷却水流通路５５が形成されている。
封止管部５２の端部には、口金５６が設けられている。この口金５６の内部には、電極体５３の電極支持部材の冷却水流通路５５に連通する冷却水流通路５７が形成されている。また、口金５６には、冷却水排出管５８が設けられている。
封止管部５２と口金５６との間および封止管部５２と電極体５３の電極支持部材との間には、接合層５９が設けられており、この接合層５９を介して封止管部５２および口金５６が接合されている。
このような発光装置においては、当該発光装置の作動中に、冷却水導入管５４から導入された冷却水は、冷却水流通路５５，５７を流通し、冷却水排出管５８から排水される。このようにして冷却水が流通されることによって、発光管５１の封止管部５２および電極体５３が冷却されるとともに、接合層５９が、動作中の熱によって溶解されることが防止される。

しかしながら、上記の発光装置５０においては、以下のような問題があることが判明した。
近年、発光装置においては、より一層の高出力化・小型化の要請に伴って、発光管５１内の熱負荷は増加する傾向にある。このような発光装置においては、発光管５１内の封入ガスの温度が相当に高い温度に上昇する。そして、高温の封入ガスが、対流により封止管部５２と電極体５３の電極支持部材との間に進入し、封止管部５２と電極体５３の電極支持部材との間の接合層５９に接触する。そのため、冷却水によって発光管５１の封止管部５２および電極体５３を冷却しても、接合層５９の表面の温度が上昇する。その結果、接合層５９を構成する低融点金属が蒸発し、発光管５１内に輸送され、発光管５１の内面に低融点金属が付着するため、発光装置の照度が低下する、という問題がある。

実公昭４８−１９４９９号公報

そこで、本発明の目的は、発光管の封止管部と電極体の電極支持部材との間に設けられた接合層の温度が上昇することを抑制することができ、従って、接合層を構成する材料が発光管の内面に付着することを防止または抑制することができる発光装置を提供することにある。

本発明の発光装置は、封止管部を両端に有する発光管と、
内部に冷却水流通路を有し、前記封止管部内において当該封止管部の軸方向に伸びる筒状の電極支持部材、および当該電極支持部材の先端に支持された電極よりなる一対の電極体と
を備えてなる発光装置であって、
前記発光管は、前記封止管部と前記電極支持部材との間に形成された接合層によって気密に封止されており、
少なくとも一方の前記電極体には、前記接合層より先端側に位置する部分の外周面に対流抑制手段が設けられていることを特徴とする。

本発明の発光装置においては、前記対流抑制手段は、前記電極体の外周面から外方に突出する突起部よりなることが好ましい。

本発明の発光装置によれば、電極体に設けられた対流抑制手段によって、発光管内の高温の封入ガスが、封止管部と電極体の電極支持部材との間の接合層に接触することが防止または抑制される。このため、接合層の表面の温度が上昇することが抑制され、これにより、当該接合層を構成する材料が蒸発することが防止または抑制される。また、仮に接合層を構成する材料が蒸発した場合であっても、対流抑制手段に付着する。従って、接合層を構成する材料が発光管の内面に付着することを防止または抑制することができる。

本発明の発光装置の一例における構成を示す説明用断面図である。 従来の発光装置の一例における構成を示す説明用断面図である。

以下、本発明の発光装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の発光装置の一例における構成を示す説明用断面図である。この発光装置１０は、発光空間Ｓを囲繞する略長球状の発光部１２の両端に、円管状の封止管部１３，１４が形成されてなる発光管１１を有する。封止管部１３，１４には、その表面における後述する接合層１５，１６が形成される領域に、インジウム合金などの金属によるメタライズ処理が施されていてもよい。

発光管１１の内部には、一対の電極体２０，２５が設けられている。具体的に説明すると、一対の電極体２０，２５の各々は、円筒状の電極支持部材２１，２６と、電極支持部材２１，２６の先端に支持された電極３０，３１とにより構成されている。電極３０，３１は、例えば銀ロウなどによるロウ付けによって、電極支持部材２１，２６に固定されている。

電極支持部材２１，２６は、発光管１１の封止管部１３，１４の内径より小さい外径を有する円筒状の本体部２２，２７と、この本体部２２，２７の基端に形成された封止用キャップ部２３，２８とにより構成されている。この封止用キャップ部２３，２８は、本体部２２，２７の基端において当該本体部２２，２７の半径方向外方に突出する鍔部２３ａ，２８ａと、この鍔部２３ａ，２８ａの外周縁に連続して本体部２２，２７の先端側に向かう方向に伸びるよう形成された、封止管部１３，１４の外径より大きい内径を有する外筒部２３ｂ，２８ｂとにより構成されている。

電極体２０，２５の各々は、発光管１１の封止管部１３，１４に挿入され、電極３０，３１が発光部１２内に位置されると共に、電極支持部材２１，２６における外筒部２３ｂ，２８ｂの内面が、封止管部１３，１４の端部の外表面に対向するよう配置されている。 電極支持部材２１，２６の各々における本体部２２，２７には、電極支持部材２１，２６の内径より小さい外径を有する冷却水導入管３５，３６が、電極支持部材２１，２６の本体部２２，２７の基端から筒孔内に挿入され、当該冷却水導入管３５，３６の先端が電極３０，３１から離間した位置となるよう配置されている。そして、電極体２０，２５の各々における電極支持部材２１，２６の内部には、当該電極支持部材２１，２６と冷却水導入管３５，３６との間に、冷却水流通路Ｒが形成されている。

電極支持部材２１，２６の各々における封止用キャップ部２３，２８には、内部に空洞を有する、例えばステンレスよりなる円柱状の口金４０，４５が取り付けられている。この口金４０，４５の内端面には、電極支持部材２１，２６を挿通する、空洞に貫通する開口４１，４６が形成されている。口金４０，４５の外端面における中央位置は、冷却水導入管３５，３６を挿通する、口金４０，４５の空洞内において軸方向に伸びる筒状部４２，４７が形成されている。また、口金４０，４５の外端面には、冷却水を排出する冷却水排出管４３，４８が設けられている。

発光管１１は、封止管部１３，１４の端部と電極支持部材２１，２６における本体部２２，２７の基端部および封止用キャップ部２３，２８との間に形成された接合層１５，１６によって、気密に封止されている。また、冷却水導入管３５，３６は、溶接部４４，４９を介して口金４０，４５に固定されている。

そして、発光管１１内において、電極体２０，２５の各々の電極支持部材２１，２６には、接合層１５，１６より先端側に位置する部分の外周面に対流抑制手段２４，２９が設けられている。この対流抑制手段２４，２９は、それぞれ電極体２０，２５の各々の電極支持部材２１，２６における本体部２２，２７の外周面から外方に突出する、互いに軸方向に離間して形成された複数の突起部２４ａ，２９ａにより構成されている。突起部２４ａ，２９ａの各々は、電極支持部材２１，２６の周方向に全周にわたって伸びる突条によって構成されている。これらの突起部２４ａ，２９ａは電極支持部材２１，２６に連続して一体に形成されていてもよいが、電極支持部材２１，２６とは別体のリング状の突起部２４ａ，２９ａが当該電極支持部材２１，２６の外表面に固定されていてもよい。

発光管１１を構成する材料としては、石英ガラスなどのガラス材料、水晶などを用いることができる。
電極３０，３１を構成する材料としては、例えばタングステンなどの高融点金属材料を用いることができる。
電極支持部材２１，２６を構成する材料としては、銅、ニッケルなどを用いることができる。
接合層１５，１６を構成する材料としては、ハンダ合金、インジウム、スズなどの低融点金属を用いることができる。接合層１５，１６の厚み（封止管部１３，１４の内面と電極支持部材２１，２６の本体部２２，２７の外面との間の離間距離）は、例えば０．５〜２．０ｍｍである。

対流抑制手段２４，２９を構成する突起部２４ａ，２９ａにおける電極支持部材２１，２６からの突出高さは、封止管部１３，１４の内面と電極支持部材２１，２６との離間距離に応じて適宜設計される。具体的には、突起部２４ａ，２９ａの突出高さは、当該突起部２４ａ，２９ａの先端と封止管部１３，１４の内面と離間距離が０．５〜１．５ｍｍとなるよう設計されていることが好ましい。突起部２４ａ，２９ａの先端と封止管部１３，１４の内面と離間距離が過小である場合には、発光装置１０の作動中において、熱膨張によって、封止管部１３，１４に突起部２４ａ，２９ａが圧接して破損が生じるおそれがある。突起部２４ａ，２９ａの先端と封止管部１３，１４の内面と離間距離が過大である場合には、封入ガスの対流を十分に抑制することが困難となるおそれがある。

発光管１１内に封入される封入ガスとしては、キセノンガス、アルゴンガスなどを用いることができる。
封入ガスの封入圧は、例えば０．５〜２．０ＭＰａである。

上記の発光装置１０は、例えば以下のようにして製造することができる。
目的とする電極支持部材２１，２６より大きい外径および肉厚を有する円筒材料に対して切削加工を施すことにより、複数の突起部２４ａ，２９ａよりなる対流抑制手段２４，２９が形成された電極支持部材２１，２６の本体部２２，２７を作製する。この本体部２２，２７の基端に、封止用キャップ部２３，２８を例えば銀ロウによってロウ付けすると共に、本体部２２，２７の先端に電極３０，３１を例えば銀ロウによってロウ付けすることにより、電極支持部材２１，２６の先端に電極３０，３１が支持されてなる電極体２０，２５を作製する。封止管部１３，１４の表面における接合層１５，１６が形成される領域に、メタライズ処理が施された発光管１１に、作製した電極体２０，２５を挿入し、封止管部１３，１４と電極支持部材２１，２６との間に、低融点金属よりなる接合層を形成して封止する。そして、発光管１１内の排気、口金４０，４５および冷却水導入管３５，３６の取り付け、封入ガスの封入などを行うことにより、図１に示す発光装置１０が得られる。

上記の発光装置１０の具体的な仕様の一例を挙げると、以下の通りである。
発光管１１は、石英ガラスよりなり、発光部１２の長さが５０ｍｍ、外径が３５ｍｍ、内径が２５ｍｍ（肉厚が５ｍｍ）で、封止管部１３，１４の長さが１５ｍｍ、外径が３５ｍｍ、内径が２４ｍｍ（肉厚が６ｍｍ）である。
電極支持部材２１，２６は、銅よりなり、本体部２２，２７の長さが２０ｍｍ、外径が２０ｍｍ（本体部２２，２７の外面と封止管部１３，１４の内面との離間距離が２ｍｍ）、内径が１０ｍｍ、外筒部２３ｂ，２８ｂの長さが６０ｍｍ、最大外径が５０ｍｍ、最大内径が４０ｍｍである。
電極３０，３１は、タングステンよりなり、長さが３０ｍｍ、最大外径が２０ｍｍである。
接合層１５，１６は、インジウムよりなり、厚みが２ｍｍである。
対流抑制手段２４，２９を構成する突起部２４ａ，２９ａの突出高さは１．５ｍｍである。
冷却水導入管３５，３６は、ステンレスよりなり、外径が７ｍｍ、内径が５ｍｍである。
口金４０，４５は、ステンレスよりなり、長さが６０ｍｍ、外径が５０ｍｍ、内径（空洞の径）が４０ｍｍである。
封入ガスは、キセノンまたはアルゴンであり、その封入圧は０．５〜２．０ＭＰａである。

上記の発光装置１０においては、当該発光装置１０の作動中に、冷却水導入管３５，３６から導入された冷却水は、電極支持部材２１，２６の内部の冷却水流通路Ｒを流通し、その後、口金４０，４５の空洞を介して冷却水排出管４３，４８から排水される。このようにして冷却水が流通することによって、発光管１１の封止管部１３，１４および電極体２０，２５が冷却される。そして、発光装置１０の作動中においては、発光管１１内の封入ガスは、温度が上昇して対流する。然るに、電極体２０，２５には、対流抑制手段２４，２９が設けられているため、発光管１１内の高温の封入ガスが、封止管部１３，１４内に流入することが防止または抑制される。

このような発光装置１０によれば、電極体２０，２５に設けられた対流抑制手段２４，２９によって、発光管１１内の高温の封入ガスが、封止管部１３，１４と電極体２０，２５の電極支持部材２１，２６との間の接合層１５，１６に接触することが防止または抑制される。このため、接合層１５，１６の表面の温度が上昇することが抑制され、これにより、当該接合層１５，１６を構成する材料が蒸発することが防止または抑制される。また、仮に接合層１５，１６を構成する材料が蒸発した場合であっても、対流抑制手段２４，２９を構成する突起部２４ａ，２９ａに付着する。従って、接合層１５，１６を構成する材料が発光管１１の内面に付着することを防止または抑制することができ、これにより、発光装置の照度の低下を防止することができる。

本発明の発光装置は、上記の実施の形態に限定されず、以下のように、種々の変更を加えることができる。
（１）発光装置が垂直点灯されるものである場合には、上側に位置する一方の電極体のみに、対流抑制手段が設けられていてもよい。
（２）発光管は直管状のもの（発光部および封止管部が同一の内径を有するもの）であってもよく、このような発光管を用いる場合には、電極に対流抑制手段が設けられていてもよい。
（３）対流抑制手段を構成する突起部は、電極支持部材または電極に、ワイヤーがコイル状に巻き回されることによって形成されていてもよい。

１０ 発光装置
１１ 発光管
１２ 発光部
１３，１４ 封止管部
１５，１６ 接合層
２０ 電極体
２１ 電極支持部材
２２ 本体部
２３ 封止用キャップ部
２３ａ 鍔部
２３ｂ 外筒部
２４ 対流抑制手段
２４ａ 突起部
２５ 電極体
２６ 電極支持部材
２７ 本体部
２８ 封止用キャップ部
２８ａ 鍔部
２８ｂ 外筒部
２９ 対流抑制手段
２９ａ 突起部
３０，３１ 電極
３５，３６ 冷却水導入管
４０ 口金
４１ 開口
４２ 筒状部
４３ 冷却水排出管
４４ 溶接部
４５ 口金
４６ 開口
４７ 筒状部
４８ 冷却水排出管
４９ 溶接部
５０ 発光装置
５１ 発光管
５２ 封止管部
５３ 電極体
５４ 冷却水導入管
５５ 冷却水流通路
５６ 口金
５７ 冷却水流通路
５８ 冷却水排出管
５９ 接合層
Ｒ 冷却水流通路
Ｓ 発光空間

Claims (2)

1. 封止管部を両端に有する発光管と、
   内部に冷却水流通路を有し、前記封止管部内において当該封止管部の軸方向に伸びる筒状の電極支持部材、および当該電極支持部材の先端に支持された電極よりなる一対の電極体と
   を備えてなる発光装置であって、
   前記発光管は、前記封止管部と前記電極支持部材との間に形成された接合層によって気密に封止されており、
   少なくとも一方の前記電極体には、前記接合層より先端側に位置する部分の外周面に対流抑制手段が設けられていることを特徴とする発光装置。
2. 前記対流抑制手段は、前記電極体の外周面から外方に突出する突起部よりなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

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