JP2019102362A - ロングアーク型放電ランプ - Google Patents
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Abstract
【課題】熱ひずみの蓄積に起因する発光管のクラック発生を抑制できるロングアーク型放電ランプの提供。【解決手段】ロングアーク型放電ランプ(放電ランプ1)は、発光管10と、発光管10の放電空間20内に配置され、発光管10の封止部60に封止された電極40と、を備え、封止部60の放電空間20内の表面には、電極40の側面を一部露出する凹部50が形成されている。【選択図】図2
Description
本発明は、ロングアーク型放電ランプに関する。
広範囲の照明等に用いられるメタルハライドランプなどの放電ランプにおいて、熱ひずみを起因としたクラックが発光管に発生する場合がある。
従来技術としては、組立段階及びランプ使用段階において、発光管本体部及び発光管つなぎ部が熱的に変形すること無く、更に、所望の照度が長期間維持できるロングアーク型メタルハライドランプを提供することを目的として、発光管本体部ガラス管と、前記発光管本体部の両端に夫々加熱溶着された封止部と、各々、前記封止部のガラス管の内部を通り、ガラスビーズを使用して気密封止状態に溶着された電極マウントと、前記発光管本体部ガラス管の内部に封入された金属発光物質及び希ガスとを有するロングアーク型メタルハライドランプにおいて、ランプ軸線を通る断面で、前記発光管本体部ガラス管と前記封止部のガラス管のつなぎ部から前記電極マウント先端部までの距離をX、該つなぎ部から前記ガラスビーズの先端までの距離をYと規定したとき、Xは、5〜15mmの範囲内にあり、Yは、0.5〜2.0mmの範囲内にある、ロングアーク型メタルハライドランプが提案されている(例えば、特許文献1の[請求項1]及び段落[0008]等参照)。
しかし、上述した特許文献1に記載の技術を用いても、熱ひずみの蓄積に起因する発光管のクラック発生を抑制するには限界がある。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、熱ひずみの蓄積に起因する発光管のクラック発生を抑制できるロングアーク型放電ランプを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係るロングアーク型放電ランプは、発光管と、前記発光管の放電空間内に配置され、前記発光管の封止部に封止された電極と、を備え、前記封止部の前記放電空間内の表面には、前記電極の側面を一部露出する凹部が形成されている。
熱ひずみの蓄積に起因する発光管のクラック発生を抑制できるロングアーク型放電ランプを提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る放電ランプについて説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、以下の各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
本発明者は、電極を封止する発光管の封止部(後述)の当該電極の周囲と、当該電極の先端部(極頭)とが近いと、当該先端部からの熱が当該封止部の電極の周囲に伝わりやすくなって、当該封止部に熱ひずみが蓄積しやすくなり、発光管にクラックが発生しやすくなることを見出した。
このため、本発明者は、発光管の封止部の電極の周囲と、当該電極の先端部とを遠ざけることで、当該先端部からの熱が当該封止部に伝わりにくくなる点に着目した。つまり、発光管の封止部の放電空間内の表面に、当該封止部の電極の周囲と、当該電極の先端部とを遠ざける当該電極の側面を一部露出する凹部形成を形成することで、電極の先端部(極頭)と、発光管の封止部の電極の周囲を凹部の深さ分遠ざける。これにより、発光管の封止部に伝わる熱を抑えることができ、熱ひずみの蓄積を抑制することができ、発光管のクラック発生を抑制できる。
よって、本発明者は、この構成により発光管に蓄積される熱ひずみを抑制することができることを見出した。
図1は、本実施形態に係る放電ランプ1の構成を示す概念図である。図2は、図1の放電ランプ1における端部の断面構成を拡大して示す概念図である。図3は、図2に示すIII−III切断線を含む切断面を見た概念図である。
放電ランプ1は、例えば、高圧水銀蒸気中にメタルハライド(金属ハロゲン化物)を添加して、当該メタルハライドのアーク放電による発光を利用した、いわゆるメタルハライドランプである。ここで、放電ランプには、ショートアーク型放電ランプと、ロングアーク型放電ランプとがある。ショートアーク型放電ランプは、電極間距離が1〜10mm程度で、一般に超高圧力のアークランプである。ロングアーク型放電ランプは、ショートアーク型放電ランプよりも電極間距離が長く、アークが発光管全体に広がって、それによって安定化する一般に高圧力のアークランプである。本実施形態に係る放電ランプ1は、ロングアーク型放電ランプである。
具体的に、ロングアーク型放電ランプとは、発光管内径に対して電極間距離が5倍以上のものであり、長いものでは10倍以上になる。これは、面積が広い被照射物に対してランプ自体を走査したり、複数並べて均等に面照射を行う用途に用いられるためである。
具体的には、放電ランプ1は、図1〜図3に示すように、発光管10と、発光管10の内方(放電空間20内)に配置され、一端部が放電空間20内に、他端部が発光管10の端部12の封止部60に封止された電極40と、を備えている。発光管10の内面における封止部60の電極40の周囲(封止部60の放電空間内の表面60b)には、放電空間20と連通し、端部12の発光管10内部方向の面と電極40の側面とで形成される(前記電極40の側面を一部露出する)凹部50が形成されている。
凹部50の深さLは、4mm以下であることが好ましい。ここで、凹部50の深さLとは、図2に示すように、電極40の軸方向(X軸方向)における凹部50の奥側の端部から凹部50の開放端までの距離である。また、深さLは2mm以上であると好ましい。本実施形態では、電極40の全周に沿った環状の凹部50を例示している。しかし、凹部50は、電極40の軸方向に沿って、電極40の前記他端部側を開放させていれば、その形状は如何様でもよい。例えば、周方向に間欠的に形成された複数の凹部であっても、軸方向に沿う一本の凹部であってもよい。
図4は、本実施形態に係る放電ランプ1において、凹部50の深さLと熱ひずみとの関係を示すグラフである。図4に示すように、深さLが短いと発光管10に蓄積される熱ひずみが大きくなり、深さLが長いと発光管10に蓄積される熱ひずみが小さくなることが分かる。このため、熱ひずみが蓄積したとしても発光管10にあまり影響をあたえないように、深さLを2mm以上とすることが好ましい。また、深さLが大きすぎると電極40が発光管10に対して安定して固定されないおそれがあるため、深さLを4mm以下とすることが好ましい。
このように、本実施形態に係る放電ランプ1は、電極40の全周に沿うように、発光管10の内面に形成された環状の凹部50の深さLが2mm以上、4mm以下であるので、電極40から発光管10に伝わる熱を小さくすることができ、発光管10に蓄積される熱ひずみも抑制することができる。特に、発光管10の材質として、石英ガラスを用いた場合は、熱ひずみの蓄積に起因する発光管10のクラックが発生しやすい。このため、上記の構成によって石英ガラス製の発光管10に対する熱ひずみを好適に抑制することができる。
なお、ここでいう石英ガラスとは、合成石英ガラス(例えば、シリコンアルコキシドの加水分解等により、合成された合成原料を溶融し、製造されたもの)やノンドープ石英ガラス(ドーパントを含まない石英ガラス、例えば、天然石英ガラスや高純度な合成石英ガラス)等を含む。
ここで、発光管10は、筒状の本体部11と、本体部11よりも開口面積が小さい筒状の端部12とを有している。本体部11は、円筒状かつX軸方向に長尺の形状を有し、本体部11の両端には中間部13及び端部12がそれぞれ設けられている。また、それぞれの端部12は、円筒状の形状を有し、それぞれの中間部13は、断面(例えばXZ平面での断面)において曲線状(円弧状)の外形を有している。また、発光管10における端部12側には、例えば、金膜またはシリカ膜からなる赤外線反射膜(保温膜)が全周に亘って形成されていてもよい。また、発光管10の両端には、口金30が取り付けられている。
また、本体部11の両端に設けられた一対の電極40は、電極芯41とコイル42とをそれぞれ有している。電極芯41は、タングステン等の耐熱性金属で構成された円柱状体である。コイル42は、電極芯41の先端部に巻回されたコイル体であり、タングステン等の耐熱性金属で構成されている。
なお、ロングアーク型放電ランプの特徴として、一対の電極40は、発光管10の長手方向の中心を基準として対称となる形状となっている。また、発光管10のそれぞれの端部12には、電極芯41の他端部を封止する封止部60が設けられている。封止部60は、封止前においては、発光管10とは別体の石英ビーズ(挿入管)である。封止部60は、封止時に加熱されることで溶融し、発光管10と一体化して発光管10の一部となる。このため、封止後においては、封止部60の境界(図2に示す破線L1)は、部分的に残存したり、全体としてなくなったりする場合もある。封止後においては、この封止部60に相当する部位に凹部50が形成されている。
図2及び図3に示すように、電極40における発光管10に封止される部位(電極芯41)は円柱状である。凹部50は、電極芯41と同軸の円環状である。電極芯41の外径をDとし、凹部50の外径をD1とすると式(1)の関係が満たされている。
D+0.2mm≦D1≦D+0.5mm・・・(1)
凹部50の外径D1がD+0.2mmよりも小さいと、電極芯41と発光管10とが近づきすぎて、凹部50があったとしても熱ひずみを蓄積してしまう。また、凹部50の外径D1がD+0.5mmよりも大きいと、凹部50内に金属封入物が侵入しやすくなってしまう。このように式(1)の関係を満たしているので、この凹部50内に金属封入物を侵入させにくくすることができる。したがって、凹部50内の金属封入物を起因としたUV強度の低下を抑制することができる。
また、電極40の軸方向に直交する方向から見た凹部50の断面積は、1.00mm2以下である。また、凹部50の断面積は0.08mm2以上であることが好ましい。
図5は、本実施形態に係る放電ランプ1において、凹部50の断面積とUV強度との関係を示すグラフである。図5に示すように、凹部50の断面積が1.00mm2よりも大きくなるとUV強度が急激に低下してしまう。また、凹部50の断面積が0.008mm2よりも小さいと、電極芯41と発光管10とが近づく部分が発生し、凹部50があったとしても熱ひずみを蓄積してしまう。凹部50の断面積が、0.08mm2以上、1.00mm2以下であるので、凹部50内に金属封入物を侵入させにくくすることができる。したがって、凹部50内の金属封入物を起因としたUV強度の低下を抑制することができる。
また、図2に示すように、凹部50をなす発光管10の内周面18は、凸状に湾曲した湾曲面である。
前記凹部50の形成方法としては、例えば、石英ビーズ(挿入管)に前記電極40の他端側を挿入後、加熱して石英ビーズを溶融する際、前記凹部50を形成する部分に、前記凹部50となる形状有する冶具を押し当て、その後冷却することで形成することができる。
また、発光管10内部には、緩衝ガス用の水銀と、主発光金属となる鉄、ハロゲンとしての沃素と臭素とが封入され、さらに始動用の希ガスが封入される。ハロゲンは、例えば、FeI2、FeBr2、HgI2、HgBr2等の金属ハロゲン化物の形で発光管10内に封入でき、水銀や鉄は金属ハロゲン化物や金属単体として封入でき、これらが適宜組み合わされて所定の量と比率になるように封入される。なお、ハロゲンとして臭素を含む金属ハロゲン化物が用いられるのが好ましい。また、希ガスとしては、He、Ne、Xe、Ar、Kr等を用いることができる。
このように、ハロゲンとして臭素を含む金属ハロゲン化物を用いるなど、臭素系封入物を用いると電極40の温度が高くなる傾向にあるが、本発明によって、臭素系封入物を用いる場合でも、電極40から発光管10に伝導する熱を低減することができ、熱ひずみの蓄積を抑制することができる。
なお、上記実施形態では、湾曲面である内周面18によって凹部50が形成されている場合を例示して説明したが、凹部の形状は如何様でもよい。凹部の具体的な変形例として、図6及び図7を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図6は、変形例1に係る凹部50Aの断面形状を示す概念図である。具体的には、図6は図2に対応した図である。この図6に示すように、変形例1に係る凹部50Aは、電極40の他端側から他端側に向けて先細るテーパー面である内周面18aによって形成されている。
図7は、変形例2に係る凹部50Bの断面形状を示す概念図である。具体的には、図7は図2に対応した図である。この図7に示すように、変形例2に係る凹部50Bは、電極芯41の軸方向に平行な内周面18bと、軸方向に直交する内底面18cとによって形成されている。
また、上記実施形態では、中間部13は、断面(例えばXZ平面での断面)において曲線状(円弧状)の外形を有していることとしたが、当該断面において直線状や折れ線状の外形を有していることにしてもよい。
1 放電ランプ
10 発光管
11 本体部
12 端部
13 中間部
18、18a、18b 内周面
18c 内底面
20 放電空間
30 口金
40 電極
41 電極芯(封止される部位)
42 コイル
50、50A、50B 凹部
60 封止部
60b 放電空間内の表面
10 発光管
11 本体部
12 端部
13 中間部
18、18a、18b 内周面
18c 内底面
20 放電空間
30 口金
40 電極
41 電極芯(封止される部位)
42 コイル
50、50A、50B 凹部
60 封止部
60b 放電空間内の表面
Claims (5)
- 発光管と、
前記発光管の放電空間内に配置され、前記発光管の封止部に封止された電極と、を備え、
前記封止部の前記放電空間内の表面には、前記電極の側面を一部露出する凹部が形成されている
ロングアーク型放電ランプ。 - 前記凹部の深さは、4mm以下である
請求項1に記載のロングアーク型放電ランプ。 - 前記電極における前記発光管に封止される部位は、円柱状であり、
前記凹部は、前記部位と同軸の円環状であり、
前記部位の外径をDとし、前記凹部の外径をD1とすると式(1)の関係を満たす
請求項1または2に記載のロングアーク型放電ランプ。
D+0.2mm≦D1≦D+0.5mm・・・(1) - 前記電極の軸方向に直交する方向から見た前記凹部の断面積は、1.00mm2以下である
請求項1〜3のいずれか1項に記載のロングアーク型放電ランプ。 - 前記発光管には、ハロゲンとして臭素を含む金属ハロゲン化物が封入されている
請求項1〜4のいずれか1項に記載のロングアーク型放電ランプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017234555A JP2019102362A (ja) | 2017-12-06 | 2017-12-06 | ロングアーク型放電ランプ |
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JP2017234555A JP2019102362A (ja) | 2017-12-06 | 2017-12-06 | ロングアーク型放電ランプ |
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Publication Number | Publication Date |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1040867A (ja) * | 1996-07-25 | 1998-02-13 | Ushio Inc | 放電ランプ |
JPH10321135A (ja) * | 1997-03-17 | 1998-12-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高圧放電ランプおよびその製造方法 |
JP2016126873A (ja) * | 2014-12-26 | 2016-07-11 | 東芝ライテック株式会社 | メタルハライドランプ |
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2017
- 2017-12-06 JP JP2017234555A patent/JP2019102362A/ja active Pending
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