JP2019032958A

JP2019032958A - ショートアーク型放電ランプ

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Publication number: JP2019032958A
Application number: JP2017152134A
Authority: JP
Inventors: 裕介加納; Yusuke Kano; 晃明河尻; Teruaki Kawajiri
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2017-08-07
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2037-08-07
Also published as: CN109390208A; CN109390208B; JP6941275B2

Abstract

【課題】発光管の内部に一対の陰極と陽極とが対向配置され、垂直点灯されるショートアーク型放電ランプにおいて、発光管内の電極や電極芯線などから蒸発した金属などの黒化物が点灯時の対流ガスによって輸送されて発光管の内壁に付着して黒化することを防止するとともに、発光管の上部領域での温度低下による水銀の未蒸発を防止して、長時間にわたって照度維持率が高いランプ構造を提供することである。【解決手段】発光管２内の上方位置にある電極４の上方に、管軸方向の貫通孔１１を有する対流誘導部材１０を設けて、発光管２内の対流ガスの一部を通過させるようにして発光管２の上部領域の温度低下を防止したことを特徴とする。【選択図】図１

Description

この発明は、ショートアーク型放電ランプに関するものであり、特に、垂直点灯されるショートアーク型放電ランプに係わるものである。

従来、高入力で高輝度なショートアーク型放電ランプにおいては、対向配置された一対の電極を垂直配置して点灯する垂直点灯方式が多用されている。
また、水銀を封入した発光管内に一対の陰極と陽極とが対向配置されたショートアーク型放電ランプは、点光源に近いことから、光学系と組み合わせることにより集光効率の高い露光装置の光源として利用されている。
更には、発光管内にキセノンを封入したショートアーク型放電ランプは、デジタルシネマ用光源として使用されている。
このようなショートアーク型放電ランプにおいては、点灯時に陽極にかかる熱的負荷が高いことから、陽極の過熱等に起因する電極材料の蒸発が生じ、この蒸発物が発光管の内壁に付着して光透過率が低下する、いわゆる黒化が生じることが知られている。このような黒化物は点灯中のガスの対流によって運ばれて、発光管の上部近傍に付着しやすい。

このような電極材料の蒸発による黒化物を対流ガス中から捕捉する工夫として、特開２００５−３４０１３６号公報（特許文献１）では、上方に位置する電極（陽極）の上方に円板状部材を設けることが開示されている。
図６にその構造が示されていて、ショートアーク型放電ランプ１０１の発光管１０２内に、一対の陰極１０３と陽極１０４とが対向配置されていて、このランプ１０１は、陽極１０４を上方として垂直点灯される。上方の陽極１０４には、その芯線１０４ａに円板状部材１１０が設けられている。

図６に示すように、ランプ点灯中には、発光管１０２内にアークによるガスの対流Ｘが生じるが、陽極１０４上方の円板状部材１１０に衝突し、発光管１０２の内壁に沿って流れる。陽極１０４の上方への流れが円板状部材１１０に衝突するため、この間に対流ガス中の黒化物はこの円板状部材１１０や陽極芯線１０４ａに付着する。これにより、発光管１０２の内壁に沿って流れる対流中には黒化物が殆ど含まれることがなく、発光管１０２の黒化が抑制できるとしている。

ところが、特許文献１のように、円板状部材１１０を設けると、陽極１０４の周囲に沿って上昇する対流ガスＸが、この円板状部材１１０によって阻止されて、発光管１０２内部の上端部まで流れることがなくなり、その領域で水銀の未蒸発が起こり、所望のランプ寿命（照度維持率）が得られないという問題があることが分かった。

特開２００５−３４０１３６号公報

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、発光管の内部に一対の陰極と陽極とが対向配置され、垂直点灯されるショートアーク型放電ランプにおいて、発光管内に生じる対流ガスによって電極や芯線などから蒸発した金属などが輸送されて、発光管の管壁に付着して黒化することを防止するとともに、発光管内の対流ガスが発光管の上端部にまで流れるようにして、水銀の未蒸発を抑制した構造を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明では、上方位置にある電極の上方に対流誘導部材が設けられ、該対流誘導部材には、管軸方向の貫通孔が形成されていることを特徴とする。
また、前記対流誘導部材は、円板形状であることを特徴とする。
また、前記貫通孔は、管軸を中心とする同一円周上に等ピッチで設けられていることを特徴とする。
また、前記上方位置にある電極の後端に、後方に向かって縮径する傾斜部が設けられていることを特徴とする。
また、前記貫通孔は、前記傾斜部を延長した仮想線よりも管軸からみて外方側に位置していることを特徴とする。

本発明によれば、上方位置の電極の上方に、貫通孔を有する対流誘導部材を設けたことにより、発光管内の対流ガスがこの対流誘導部材の貫通孔を通過して発光管の上端部まで流れることになり、この領域で温度低下を引き起こすことがなく、水銀の未蒸発を抑制できる。また、対流誘導部材から下方に折り返されるガスの流れが生じることにより、発光管内の対流ガスに乱れが生じることが少なくなり、アークの揺らぎが低減し、安定的に点灯維持される。更に、上方へ流れる対流ガス中の黒化物は、この対流誘導部材や電極芯線に付着し、更には、貫通孔の内表面にも付着して、対流ガス中から除去されて、黒化物の発光管内壁への付着が防止できるものである。
また、上方電極の後端に縮径する傾斜部が設けられたことで、対流ガスはこの傾斜部により電極芯線側に沿った流れとなり、これが対流誘導部材の貫通孔に効果的に流れることとなり、発光管の上端部における水銀の未蒸発をより一層抑制することができる。

本発明のショートアーク型放電ランプの断面図。図１の一部の拡大断面図（Ａ）、対流誘導部材の平面図（Ｂ）。対流誘導部材における貫通孔の他の実施例。発光管内のガスの対流の挙動図。本発明の照度維持率に関する効果を表すグラフ。従来例の断面図。

図１は、この発明の垂直点灯されるショートアーク型放電ランプ１を示し、発光管２内に陰極３と、陽極４とが対向配置されていて、それぞれ、陰極３の芯線５および陽極４の芯線６が、封止部７、８において封止されている。
点灯時に上方に位置する電極、この実施例では陽極４の上方には、対流誘導部材１０が設けられている。
この対流誘導部材１０は円板状部材からなり、陽極４の芯線６に取付け部材９により取付けられている。そして、この対流誘導部材１０には複数の管軸方向の貫通孔１１が形成されている。

図２に対流誘導部材１０の詳細が示されていて、図２（Ｂ）に示すように、この円板状の対流誘導部材１０には、管軸（発光管２の中心軸、即ち、陰極３、陽極４の中心軸）Ｙを中心として同一円周上に等ピッチで複数の貫通孔１１が形成されている。この例では６つの貫通孔１１が形成されたものが示されているが、その数は、対流誘導部材１０の大きさ（直径）や、貫通孔１１の開口径などにより適宜に選択される。
一方、陽極４の後端には、後方（上方）に向かって縮径する傾斜部４ａが設けられている。この縮径部４ａは、典型的にはテーパー部で形成される。
そして、前記対流誘導部材１０の貫通孔１１は、管軸Ｙからみて、前記傾斜部４ａを延長した仮想線Ｌよりも外方側（上方側）に位置するように設けられることが好適である。
また、貫通孔１１の形状は図２（Ｂ）に示された円形状のみならず、図３に示すように、円周方向に延びる複数のスリット状の長穴形状であってもよい。

図４に基づき、本発明における発光管２内でのガスの対流を説明すると以下のようである。
発光管２内で、陰極３と陽極４間でのアークにより温められたガスＸは、陽極４に沿うように発光管２内を上昇し、対流誘導部材１０に至る。ここで、その一部Ｘ１は流れを反転して発光管２の内壁面に沿うように下方に流れる。
また、対流誘導部材１０には貫通孔１１が形成されていることから、対流ガスＸの一部Ｘ２がこの貫通孔１１を通って発光管２内の上端部にまで流れる。
このとき、貫通孔１１の位置が、管軸Ｙからみて、陽極４後端の傾斜部４ａを延長した仮想線Ｌよりも外方側（上方側）にあることで、上昇する対流ガスＸの一部Ｘ２がより円滑に貫通孔１１に流れやすくする。

このようにして、対流誘導部材１０を通過したガスＸ２により発光管２の上部領域全体が加熱されて最冷点を形成することがなく、水銀の未蒸発が抑制される。また、対流誘導部材１０から下方に折り返されるガスＸ１により、発光管２内の対流ガスに乱れが生じることが少なくなり、アークの揺らぎが低減し、安定的に点灯維持される。
そして、この間に、対流ガスＸ中の黒化物は、陽極芯線６や対流誘導部材１０に衝突して付着し、更には、貫通孔１１の内表面にも付着して、対流ガス中から除去される。

本発明のショートアーク型放電ランプの一仕様例を以下に示す。
＜実施例＞
・入力：定格入力１２ｋＷ、定格電流１００Ａ
・点灯姿勢：陽極上方の垂直点灯
・陰極：
陰極材料：トリエーテッドタングステン
陰極寸法：φ２５ｍｍ、全長３０ｍｍ
陰極芯線：φ８ｍｍ
・陽極：
陽極材料：タングステン
陽極寸法：φ３５ｍｍ、全長５０ｍｍ
先端部直径：８ｍｍ
先端部テーパー角：１２０°
後端部テーパー角：９０°
後端部の直径：２５ｍｍ
陽極芯線：φ８ｍｍ
陽極胴部には、レーザ溝
・極間：１１ｍｍ
・対流誘導部材：
材料：タングステン
形状：円板に６個の貫通孔
円板の寸法：φ３２ｍｍ、厚さ２ｍｍ
貫通孔の配置：φ２０ｍｍの円周上に同一ピッチ（６０°）で６個
固定位置：陽極後端部の後方（上方）２０ｍｍ
固定方法：タングステン製コイルで上下から挟持

＜比較例＞
図６に示す構造で、円板状部材には、貫通孔がない。それ以外の仕様は実施例と同様。

実施例と比較例のランプについて照度維持率を測定した。その結果が図５に示されている。
比較例においては、点灯時間１０００時間で初期照度の７６％程度まで低下しているのに対して、本発明の実施例では初期照度の９３％に維持されていることが分かる。

本発明のショートアーク型放電ランプにおいて、上記のように照度維持率が改善された理由は以下のように推測される。
実施例のショートアーク型放電ランプにおいて、発光管の上部領域で水銀未蒸発が生じないため、この領域では水銀は蒸発と凝縮を繰り返すことがない。この水銀の蒸発／凝縮サイクルはアークを不安定にさせ、電極の蒸発や損耗を促進してしまうものであるが、実施例のショートアーク型放電ランプではこのような現象が生じることがない。その結果、実施例のショートアーク型放電ランプの方が、比較例よりも照度維持率が良好に推移したものである。

なお、以上の説明においては、陽極が上方位置にある垂直点灯方式の場合を説明したが、陰極が上方位置にある垂直点灯方式であってもよく、その場合は、対流誘導部材は、上方位置にある陰極の上方に取り付けられる。
また、垂直点灯としたが、その点灯姿勢は、厳密に水平に対して９０°であることだけに限られず、略９０°（垂直）での点灯方式であればよい。

以上のように、本発明によれば、垂直点灯されるショートアーク型放電ランプにおいて、発光管内の上方位置にある電極の上方に、軸方向の貫通孔を有する対流誘導部材を設けたことにより、発光管内の対流ガスの一部をこの貫通孔を経て上方に導くので、発光管内の上端部の温度が高温状態に保たれて、最冷点を形成することがなく、この領域での水銀の未蒸発が抑制できる。
また、対流誘導部材から下方に折り返されるガスの流れが生じることにより、発光管内の対流ガスに乱れが生じることが少なくなり、アークの揺らぎが低減し、安定的に点灯維持される。
また、対流ガス中に含まれる黒化物は、上方電極の芯線や対流誘導部材に衝突して付着し、また、貫通孔を通過する間にその内表面に付着することで対流ガス中から除去される。
そして、上方電極の後端部に傾斜部を形成し、対流誘導部材の貫通孔の位置を、該傾斜部の延長線よりも外方側に配置することで、上方電極に沿って上昇する対流ガスが円滑に対流誘導部材の貫通孔に導かれる。

１：ショートアーク型放電ランプ
２：発光管
３：陰極
４：陽極
４ａ：傾斜部
５：陰極芯線
６：陽極芯線
７、８：封止部
９：取付け部材
１０：対流誘導部材
１１：貫通孔
Ｘ：対流ガス
Ｘ１：対流ガスの一部
Ｘ２：対流ガスの上昇一部
Ｙ：管軸中心（電極軸中心）
Ｌ：傾斜部の延長線

Claims

発光管の内部に一対の陰極と陽極とが対向配置され、垂直点灯されるショートアーク型放電ランプにおいて、
上方位置にある電極の上方に対流誘導部材が設けられ、
該対流誘導部材には、管軸方向の貫通孔が形成されていることを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
前記対流誘導部材は、円板形状であることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
前記貫通口は、管軸を中心とする同一円周上に等ピッチで設けられていることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
前記上方位置にある電極の後端に、後方に向かって縮径する傾斜部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
前記貫通口は、前記傾斜部を延長した仮想線よりも管軸からみて外方側に位置していることを特徴とする請求項４に記載のショートアーク型放電ランプ。