JP2023174123A - Discharge lamp, and manufacturing method of electrode for discharge lamp - Google Patents

Discharge lamp, and manufacturing method of electrode for discharge lamp Download PDF

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Abstract

To provide a discharge lamp with an electrode surface coated in such a way that a coating function can be demonstrated effectively during a lamp lighting time.SOLUTION: The method comprises the step of forming a coating layer 44 including a ceramic on the surface of a body part 34 of an electrode 30. In the method, the ceramic is composed of zirconium nitride (ZrN); an atomic number concentration (%) of nitrogen (N) is relatively lower than that of zirconium (Zr).SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ショートアーク型放電ランプなどの放電ランプに関し、特に、電極表面に対するコーティングに関する。 The present invention relates to discharge lamps such as short-arc discharge lamps, and particularly to coatings on electrode surfaces.

放電ランプは、点灯中に電極先端部が高温となり、タングステンなどの電極材料が溶融、蒸発し、放電管が黒化して、ランプ照度低下を招く。電極先端部を含めた電極の過熱を防ぐため、例えば、電極胴体部側面をネジ状の溝で表面積を大きくし、その溝の上に、タングステンの粉末を焼結させ、放熱層を形成する(特許文献1参照)。 When a discharge lamp is lit, the tip of the electrode reaches a high temperature, and the electrode material such as tungsten melts and evaporates, causing the discharge tube to turn black, resulting in a decrease in lamp illuminance. In order to prevent overheating of the electrode, including the electrode tip, for example, the surface area of the electrode body is increased with screw-shaped grooves on the side surface, and tungsten powder is sintered on the groove to form a heat dissipation layer ( (See Patent Document 1).

また、黒化抑制のため、電極表面に対してセラミックスを含む被膜を形成し、被膜の外表面一部にタングステンの粒子を付着させるコーティング手法が知られている(特許文献2参照)。そこでは、酸化ジルコニウムの溶媒を電極表面に塗布、熱処理することによって、セラミックスの被膜を形成するとともに、また、真空蒸着によってタングステンの粒子を所定の被覆率で付着させる。 Furthermore, in order to suppress blackening, a coating method is known in which a coating containing ceramics is formed on the electrode surface and tungsten particles are attached to a part of the outer surface of the coating (see Patent Document 2). In this process, a zirconium oxide solvent is applied to the electrode surface and heat treated to form a ceramic film, and tungsten particles are also deposited at a predetermined coverage rate by vacuum evaporation.

特開2000-306546号公報Japanese Patent Application Publication No. 2000-306546 特開2022-23612号公報JP2022-23612A

当業者にとって相当前から知られているように、タングステンを素材とする電極によって放電ランプを構成した場合、ランプ点灯による電極過熱によって電極材料であるタングステンが一部蒸発すると、その蒸発物の一部は電極表面に付着する。これは、電極表面を一部コーティングなどによって被膜している場合であっても生じる。 As has been known for a long time to those skilled in the art, when a discharge lamp is constructed with electrodes made of tungsten, when some of the tungsten, which is the electrode material, evaporates due to overheating of the electrode during lamp lighting, some of the evaporated material evaporates. adheres to the electrode surface. This occurs even when the electrode surface is partially covered with a coating or the like.

そのため、ランプ製造時において付着させるタングステン粒子の被覆率を調整したとしても、放電空間を含めた放電管の構造、電極の大きさ、定格電力の値などによって、電極素材から蒸発したタングステンの一部が電極表面に付着する程度は、点灯開始からの測定時期によって相違し(最初に定めた被覆率でそのコーティング効果が定められるものではない)、過度な電極表面への付着によって、逆に放熱などのコーティング機能が低下し、照度変動(照度低下)を招く恐れがある。 Therefore, even if the coverage rate of the tungsten particles deposited during lamp manufacturing is adjusted, some of the tungsten evaporated from the electrode material will depend on the structure of the discharge tube including the discharge space, the size of the electrodes, the rated power value, etc. The degree to which the coating adheres to the electrode surface varies depending on the time of measurement from the start of lighting (the coating effect is not determined by the initially determined coverage rate), and excessive adhesion to the electrode surface may cause heat dissipation. coating function may deteriorate, leading to fluctuations in illuminance (reduction in illuminance).

したがって、ランプ点灯の間、コーティング機能を効果的に発揮することができるコーティングを電極表面に施した放電ランプを提供することが求められる。 Therefore, there is a need to provide a discharge lamp whose electrode surface is coated with a coating that can effectively perform the coating function while the lamp is lit.

本発明の一態様である放電ランプは、放電管と、放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、少なくとも一方の電極において、セラミックスを含むコーティング層が電極表面に形成されている。電極の形状、構造は様々であり、例えば電極は、電極支持棒と接続する柱状の電極胴体部を備える。 A discharge lamp, which is one embodiment of the present invention, includes a discharge tube and a pair of electrodes that are placed opposite each other in the discharge tube, and a coating layer containing ceramics is formed on the surface of at least one of the electrodes. The shape and structure of the electrode are various. For example, the electrode includes a columnar electrode body connected to an electrode support rod.

ここでの「コーティング層」には、素材として1つまたは複数のセラミックスが含まれる単層のコーティング層と、複数のコーティング層が含まれる。また、複数のコーティング層に関しては、各層に対し、素材として1つのセラミックスが含まれる、あるいは、複数のセラミックスが含まれる構成となる。 The "coating layer" herein includes a single coating layer containing one or more ceramics as a material and a plurality of coating layers. Further, regarding the plurality of coating layers, each layer includes one ceramic material or a plurality of ceramic materials.

複数のコーティング層としての構成は様々であり、例えば、1つのコーティング層(例えば最下層)にセラミックスと電極素材(タングステン、モリブデンなど)が含まれる一方、他のコーティング層(例えば最下層の上に形成されるコーティング層)にはセラミックス成分のみ、あるいはセラミックスと電極素材以外の成分が含まれるように構成することが可能である。あるいは、ランプ軸方向に沿って電極先端側と後端側とで成分を変えた複数のコーティング層を構成することも可能である。 The configuration of multiple coating layers varies; for example, one coating layer (e.g., the bottom layer) may contain ceramics and an electrode material (tungsten, molybdenum, etc.), while other coating layers (e.g., on the bottom layer) may contain ceramics and electrode materials (tungsten, molybdenum, etc.). It is possible to configure the formed coating layer to contain only a ceramic component or a component other than the ceramic and the electrode material. Alternatively, it is also possible to configure a plurality of coating layers having different components on the electrode front end side and the electrode rear end side along the lamp axis direction.

本発明のセラミックスは、窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物のうち少なくともいずれか1つから成る。すなわち、窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物のいずれか1つのセラミックス、あるいは2つ以上のセラミックスから成る。 The ceramic of the present invention is made of at least one of nitride, oxide, boride, carbide, and silicide. That is, it is made of one or more ceramics of nitride, oxide, boride, carbide, and silicide.

そして、窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、またはケイ化物において、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)の原子数濃度(%)が、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)のそれぞれと化学結合する元素の原子数濃度(%)よりも低い。 In nitride, oxide, boride, carbide, or silicide, the atomic concentration (%) of nitrogen (N), oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si) is , nitrogen (N), oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si), respectively.

セラミックスが、窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物いずれかのセラミックスから成る場合、その原子数濃度(%)が上記条件を満たすように構成される。また、セラミックスが窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物のうち2つ以上のセラミックスから成る場合、各セラミックスの原子数濃度(%)が上記条件を満たすように構成される、あるいは、コーティング層において最も支配的なセラミックスが上記条件を満たすように構成される。 When the ceramic is made of any one of nitride, oxide, boride, carbide, and silicide, the atomic concentration (%) thereof is configured to satisfy the above conditions. Further, when the ceramic is composed of two or more ceramics among nitride, oxide, boride, carbide, and silicide, the atomic concentration (%) of each ceramic is configured to satisfy the above conditions, or The coating layer is configured so that the most dominant ceramic material satisfies the above conditions.

また、複数のコーティング層が形成される場合、すべてのコーティング層が上記条件を満たすように構成される。あるいは、ある特定のコーティング層(例えば最も外側のコーティング層)が上述した上記条件を満たすように構成される。 Moreover, when a plurality of coating layers are formed, all the coating layers are configured to satisfy the above conditions. Alternatively, a particular coating layer (eg, the outermost coating layer) is configured to meet the above-mentioned conditions.

このように、「窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、またはケイ化物において、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)の原子数濃度(%)が、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)のそれぞれと化学結合する元素の原子数濃度(%)よりも低い」という記載は、以上説明したように定義される。また、コーティング層すべての箇所、任意の箇所において、このような原子数濃度(%)が満たされる構成だけでなく、一部が満たされる構成も含まれる。例えば、コーティング層の電極先端側端部から電極支持棒側端部の区間に渡って複数箇所において上述した条件が満たされる構成や、コーティング層全体に渡っておよそ全域が上述した条件が満たされていると判断可能なコーティング層を定義することが可能である。 In this way, the atomic number concentration of nitrogen (N), oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si) in nitrides, oxides, borides, carbides, or silicides ( %) is lower than the atomic concentration (%) of the element that chemically bonds with each of nitrogen (N), oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si). It is defined as explained above. Further, it includes not only a configuration in which such atomic number concentration (%) is satisfied in all locations or arbitrary locations in the coating layer, but also a configuration in which it is partially satisfied. For example, there may be a configuration in which the above-mentioned conditions are satisfied at multiple locations in the section of the coating layer from the end of the electrode tip to the end of the electrode support rod, or a configuration in which the above-mentioned conditions are satisfied in approximately the entire area of the entire coating layer. It is possible to define a coating layer that can be determined to be present.

セラミックスの種類としては様々な素材が適用可能であり、例えば、セラミックスが、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化ジルコニウム、炭化ケイ素、珪化タンタル、ホウ化ジルコニウムの少なくともいずれか1つから成るように構成することができる。 Various types of ceramics can be used; for example, ceramics include at least one of silicon nitride, aluminum nitride, zirconium nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, zirconium carbide, silicon carbide, tantalum silicide, and zirconium boride. It can be configured to consist of one.

上述した原子数濃度(%)の条件(原子数濃度(%)の違い、差)は、僅かであってもよく、大きく相違してもよい。例えば、窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物において、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)の原子数濃度と、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)のそれぞれと化学結合する原子数濃度との比が、0.2~0.9の範囲にあるように構成することが可能である。 The above-described conditions for the atomic number concentration (%) (difference in atomic number concentration (%)) may be small or may differ greatly. For example, in nitrides, oxides, borides, carbides, and silicides, the atomic number concentration of nitrogen (N), oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si) ), oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si), and the ratio of the number of atoms chemically bonded to each other is in the range of 0.2 to 0.9. Is possible.

一方、機能性セラミックスの観点から提供される、本発明の他の一態様である放電ランプは、放電管と、放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、少なくとも一方の電極において、セラミックスを含むコーティング層が電極表面に形成される。そして、セラミックスが、少なくとも熱性能を有する機能性セラミックスから成り、機能性セラミックスの電気陰性度が相対的に高い元素の原子数濃度(%)が、電気陰性度が相対的に低い元素の原子数濃度(%)よりも低い。 On the other hand, a discharge lamp which is another aspect of the present invention provided from the viewpoint of functional ceramics includes a discharge tube and a pair of electrodes disposed opposite to each other in the discharge tube, and at least one electrode is made of ceramics. A coating layer containing: is formed on the electrode surface. The ceramic is composed of a functional ceramic having at least thermal performance, and the atomic concentration (%) of an element with relatively high electronegativity in the functional ceramic is the number of atoms of an element with relatively low electronegativity. Concentration (%) is lower.

コーティング層に関しては、上述したように定義される。また、「機能性セラミックス」に関しては、上述した「窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物」と同様に定義される。すなわち、素材として1つの機能性セラミックスから成る、あるいは、すくなくとも2つ以上の機能性セラミックスから成る。また、窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物は、本発明の「機能性セラミックス」に含まれる。 The coating layer is defined as described above. Furthermore, "functional ceramics" is defined in the same manner as the above-mentioned "nitrides, oxides, borides, carbides, and silicides." That is, it is made of one functional ceramic as a material, or it is made of at least two or more functional ceramics. Further, nitrides, oxides, borides, carbides, and silicides are included in the "functional ceramics" of the present invention.

電極におけるコーティング層の形成箇所は様々であり、電極胴体部の表面の一部または全面に形成することが可能である。例えば、コーティング層が、電極胴体部の周回りに沿って形成された溝の少なくとも一部の上に形成することが可能である。この場合、コーティング層の放射率が、溝の放射率よりも大きくなるように構成することができる。 The coating layer can be formed at various locations on the electrode, and can be formed on part or the entire surface of the electrode body. For example, a coating layer can be formed over at least a portion of the groove formed around the circumference of the electrode body. In this case, the emissivity of the coating layer can be configured to be greater than the emissivity of the grooves.

例えば、溝とコーティング層とを合わせた放射率が、以下の式で表されるときに0.8以上となるように、コーティング層を形成することが可能である。

ε=1/(1+(L/S)×(1/ε-1))

ただし、Lは、溝の形成領域の軸方向長さを示し、Sは、総断面長さを示す。εは、コーティング層の放射率を示す。また、L/Sは、0.9以下に定められる。
For example, it is possible to form the coating layer so that the combined emissivity of the grooves and the coating layer is 0.8 or more when expressed by the following formula.

ε=1/(1+(L/S)×(1/ε 0 -1))

However, L indicates the axial length of the groove formation region, and S indicates the total cross-sectional length. ε 0 indicates the emissivity of the coating layer. Further, L/S is set to 0.9 or less.

本発明の他の一態様である放電ランプ用電極の製造方法は、柱状の胴体部と先端側テーパー部を有する電極を成形し、窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物の少なくともいずれか1つから成る粒子の粉末を溶媒に入れ、胴体部側面に対して溶媒を塗布し、熱処理することによって、セラミックスを含むコーティング層を形成する放電ランプ用電極の製造方法であって、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)の原子数濃度(%)が、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)のそれぞれと化学結合する元素の原子数濃度(%)よりも低くなるように、セラミックスを含むコーティング層を形成する。「コーティング層」および「窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)の原子数濃度(%)が、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)のそれぞれと化学結合する元素の原子数濃度(%)よりも低くなる」構成については、上述した定義に基づいている。 A method for manufacturing an electrode for a discharge lamp, which is another aspect of the present invention, includes forming an electrode having a columnar body portion and a tapered tip portion, and forming an electrode made of at least one of nitride, oxide, boride, carbide, and silicide. A method for producing an electrode for a discharge lamp in which a coating layer containing ceramics is formed by placing powder of particles consisting of one of nitrogen ( The atomic concentration (%) of nitrogen (N), oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si) is A coating layer containing ceramics is formed so as to have a lower atomic concentration (%) of an element chemically bonded to each of silicon (Si). "Coating layer" and "atomic concentration (%) of nitrogen (N), oxygen (O), boron (B), carbon (C), silicon (Si)" (B), carbon (C), and silicon (Si), respectively, is based on the above definition.

例えば、胴体部側面に対し、電極周方向に沿った溝を形成し、塗布によって、溝の放射率よりも大きい放射率のコーティング層を溝の上に形成することが可能である。 For example, it is possible to form a groove along the circumferential direction of the electrode on the side surface of the body, and to form a coating layer on the groove with an emissivity higher than that of the groove by coating.

本発明によれば、ランプ点灯の間、コーティング機能を効果的に発揮することができるコーティングを電極表面に施した放電ランプを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a discharge lamp whose electrode surface is coated with a coating that can effectively exhibit a coating function while the lamp is lit.

本実施形態である放電ランプの概略的平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a discharge lamp according to the present embodiment. 本実施形態の電極の概略的平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of an electrode of this embodiment. 溝の形状とコーティング層の放射率との相関関係のテーブルを示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a table of correlation between the shape of a groove and the emissivity of a coating layer. 溝の形状を示した概略図である。It is a schematic diagram showing the shape of a groove. 実施例と比較例の電極における相対温度を示したグラフである。It is a graph showing relative temperatures in electrodes of Examples and Comparative Examples.

ショートアーク型放電ランプ10は、高輝度の光を出力可能な大型放電ランプであり、透明な石英ガラス製の略球状放電管(発光管)12を備え、放電管12内には、タングステン製の一対の電極20、30が対向(同軸)配置される。放電管12の両側には、石英ガラス製の封止管13A、13Bが放電管12と連設し、一体的に形成されている。放電管12内の放電空間DSには、水銀とハロゲンやアルゴンガスなどの希ガスが封入されている。 The short arc discharge lamp 10 is a large discharge lamp capable of outputting high-intensity light, and includes a substantially spherical discharge tube (luminous tube) 12 made of transparent quartz glass. A pair of electrodes 20 and 30 are arranged facing each other (coaxially). On both sides of the discharge tube 12, sealed tubes 13A and 13B made of quartz glass are connected to and integrally formed with the discharge tube 12. A discharge space DS within the discharge tube 12 is filled with mercury and a rare gas such as halogen or argon gas.

陰極である電極20は、電極支持棒17Aによって支持されている。封止管13Aには、電極支持棒17Aが挿通されるガラス管(図示せず)と、外部電源と接続するリード棒15Aと、電極支持棒17Aとリード棒15Aを接続する金属箔16Aなどが封止されている。陽極である電極30についても同様に、電極支持棒17Bが挿通されるガラス管(図示せず)、金属箔16B、リード棒15Bなどのマウント部品が封止されている。また、封止管13A、13Bの端部には、口金19A、19Bがそれぞれ取り付けられている。 Electrode 20, which is a cathode, is supported by electrode support rod 17A. The sealed tube 13A includes a glass tube (not shown) into which the electrode support rod 17A is inserted, a lead rod 15A that connects to an external power source, and a metal foil 16A that connects the electrode support rod 17A and the lead rod 15A. It is sealed. Similarly, for the electrode 30, which is an anode, mounting parts such as a glass tube (not shown) into which the electrode support rod 17B is inserted, a metal foil 16B, and a lead rod 15B are sealed. Furthermore, caps 19A and 19B are attached to the ends of the sealed tubes 13A and 13B, respectively.

一対の電極20、30に電圧が印加されると、電極20、30の間でアーク放電が発生し、放電管12の外部に向けて光が放射される。ここでは、1kW以上の電力が投入される。放電管12から放射された光は、反射鏡(図示せず)によって所定方向へ導かれる。 When voltage is applied to the pair of electrodes 20 and 30, arc discharge occurs between the electrodes 20 and 30, and light is emitted toward the outside of the discharge tube 12. Here, power of 1 kW or more is input. Light emitted from the discharge tube 12 is guided in a predetermined direction by a reflecting mirror (not shown).

図2は、電極(陽極)30の概略的平面図である。なお、電極(陰極)20についても同様の構造にすることが可能である。 FIG. 2 is a schematic plan view of the electrode (anode) 30. Note that the electrode (cathode) 20 can also have a similar structure.

電極30は、電極先端面32Tを有し、テーパー形状となる部分(以下、先端側テーパー部という)32と、電極支持棒17Bと繋がる柱状部分(以下、胴体部という)34から構成されている。ここでは、電極30が一体的に構成されているが、先端側テーパー部32を有する部材と胴体部34を有する部材とを、拡散接合などの固相接合によって接合し、電極30を構成することが可能である。また、中間部材を介して接合することも可能である。電極30は、タングステンやモリブデンあるいはこれらの合金などから構成することができる。 The electrode 30 has an electrode tip surface 32T and is composed of a tapered portion 32 (hereinafter referred to as the tip-side tapered portion) and a columnar portion 34 (hereinafter referred to as the body portion) connected to the electrode support rod 17B. . Here, the electrode 30 is integrally constructed, but the electrode 30 can also be constructed by joining the member having the tip side tapered portion 32 and the member having the body portion 34 by solid phase bonding such as diffusion bonding. is possible. It is also possible to join via an intermediate member. The electrode 30 can be made of tungsten, molybdenum, or an alloy thereof.

胴体部34の側面34Sには、放熱構造40が設けられている(図2の斜線部参照)。放熱構造40は、素地表面33、すなわち特別な放熱構造をあえて採用していない表面と比べて放射率が高く、放熱性を高める機能をもつ。図2において、側面34Sの拡大部(符号B参照)に示すように、放熱構造40は、ここでは周方向(電極軸周り)に沿った溝42を所定ピッチで形成した構成となっている。溝42は、例えばレーザや切削などによって形成可能である。 A heat dissipation structure 40 is provided on the side surface 34S of the body portion 34 (see the shaded area in FIG. 2). The heat dissipation structure 40 has a higher emissivity than the base surface 33, that is, a surface on which no special heat dissipation structure is intentionally adopted, and has a function of increasing heat dissipation. In FIG. 2, as shown in the enlarged portion of the side surface 34S (see reference numeral B), the heat dissipation structure 40 has a configuration in which grooves 42 are formed along the circumferential direction (around the electrode axis) at a predetermined pitch. The groove 42 can be formed, for example, by laser or cutting.

さらに、放熱構造40(溝42)を設けた胴体部34の側面34Sには、コーティング層44(図2の塗りつぶし部分)が形成されている。ここでは、胴体部34の電極先端側端部34E1からランプ軸C方向に沿って所定距離Tだけ離れた位置をコーティング層44の端部44E1とし、その端部44E1から胴体部34の電極支持棒側端部34E2に渡って、コーティング層44が形成されている。コーティング層44の端部44E1と、胴体部34の電極先端側端部34E1との間では、放熱構造40(溝42)が形成される一方、コーティング層44は形成されていない。所定距離Tの値は、電極の大きさや定格電力の値などに応じて定められる。 Furthermore, a coating layer 44 (filled portion in FIG. 2) is formed on the side surface 34S of the body portion 34 provided with the heat dissipation structure 40 (groove 42). Here, a position a predetermined distance T apart from the electrode tip side end 34E1 of the body part 34 along the direction of the lamp axis C is defined as an end 44E1 of the coating layer 44, and the electrode support rod of the body part 34 is connected to the end 44E1 of the coating layer 44. A coating layer 44 is formed over the side end portion 34E2. The heat dissipation structure 40 (groove 42) is formed between the end portion 44E1 of the coating layer 44 and the electrode tip side end portion 34E1 of the body portion 34, but the coating layer 44 is not formed. The value of the predetermined distance T is determined depending on the size of the electrode, the value of the rated power, and the like.

コーティング層44は、熱性能(耐熱性、放熱性を含む)のあるセラミックスを含むコーティング層として構成されている。特に2000℃以上の高融点であることが好ましく、セラミックスとしては、窒化ジルコニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの窒化物、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物、炭化ジルコニウム、炭化ケイ素などの炭化物、珪化タンタルなどのケイ化物、または、ホウ化ジルコニウムなどのホウ化物によって構成することが可能であり、もしくはこれらの少なくとも2つ以上の組み合わせで構成することも可能である。ここでは、窒化ジルコニウムから成るセラミックスが、コーティング層44に含まれている。また、コーティング層44には、タングステンやモリブデンなど電極30と同じ金属を含有してもよい。 The coating layer 44 is configured as a coating layer containing ceramics having thermal performance (including heat resistance and heat dissipation properties). In particular, it is preferable that the ceramic has a high melting point of 2000°C or higher, and examples of ceramics include nitrides such as zirconium nitride, silicon nitride, and aluminum nitride, oxides such as aluminum oxide and zirconium oxide, carbides such as zirconium carbide and silicon carbide, and silicides. It can be composed of a silicide such as tantalum, a boride such as zirconium boride, or a combination of at least two of these. Here, a ceramic consisting of zirconium nitride is included in the coating layer 44. Further, the coating layer 44 may contain the same metal as the electrode 30, such as tungsten or molybdenum.

窒化ジルコニウムから成るセラミックスを含んだコーティング層44では、Zr(ジルコニウム)元素の原子数濃度(%)が、N(窒素)元素の原子数濃度(%)よりも高くなるように定められている。ここでは、コーティング層44におけるこのようなジルコニウムリッチ状態が、ランプ軸Cに沿って全体に渡っている。 In the coating layer 44 containing ceramics made of zirconium nitride, the atomic concentration (%) of the Zr (zirconium) element is set to be higher than the atomic concentration (%) of the N (nitrogen) element. Here, such a zirconium-rich state in the coating layer 44 extends entirely along the lamp axis C.

また、窒化ジルコニウムの窒素とジルコニウムの原子数濃度の比が、0.2<N/Zr<0.9の範囲に定められるように、コーティング層44が形成されている。例えば、0.4<N/Zr<0.9の範囲に定められる。なお、原子数濃度、原子数濃度比は、胴体部34の表面を、例えばエネルギー分散型X線分析(EDS)を利用して測定、分析することにより、明らかにすることができる。 Further, the coating layer 44 is formed such that the ratio of the atomic number concentration of nitrogen and zirconium in zirconium nitride is set in the range of 0.2<N/Zr<0.9. For example, it is set in the range of 0.4<N/Zr<0.9. Note that the atomic number concentration and atomic number concentration ratio can be determined by measuring and analyzing the surface of the body portion 34 using, for example, energy dispersive X-ray analysis (EDS).

以上説明したように、窒素(N)の原子数濃度(%)がジルコニウム(Zr)の原子数濃度(%)よりも相対的に低いセラミックスを構成することにより、熱性能の優れたセラミックスによるコーティング層44が形成される。 As explained above, by composing a ceramic in which the atomic concentration (%) of nitrogen (N) is relatively lower than the atomic concentration (%) of zirconium (Zr), coating with ceramics with excellent thermal performance can be achieved. Layer 44 is formed.

すなわち、ランプ点灯中、電極30が高温となることによって、窒化ジルコニウムの一部では、窒素がコーティング層44から分離、放出される。しかしながら、分離、放出された窒素は、胴体部34の表面において相対的に多く存在するジルコニウムと再結合が容易になり、再びセラミックスとして機能する。 That is, when the electrode 30 is heated to a high temperature while the lamp is lit, nitrogen is separated and released from the coating layer 44 in a part of the zirconium nitride. However, the separated and released nitrogen easily recombines with zirconium, which is present in a relatively large amount on the surface of the body portion 34, and functions as a ceramic again.

したがって、コーティング層44が長期に渡って熱性能を発揮することが可能となり、放射率の高い電極構造にすることができる。また、窒化ジルコニウムの窒素とジルコニウムの原子数濃度の比が、0.2<N/Zr<0.9の範囲に定められることにより、ジルコニウムリッチの状態を保ちつつ、よりコーティング層44の機能を発揮させることができる。 Therefore, the coating layer 44 can exhibit thermal performance over a long period of time, and an electrode structure with high emissivity can be obtained. Furthermore, by setting the ratio of the atomic number concentration of nitrogen and zirconium in zirconium nitride to a range of 0.2<N/Zr<0.9, the function of the coating layer 44 can be improved while maintaining a zirconium-rich state. It can be demonstrated.

一方、胴体部34の放熱構造40(溝42)の形成領域全体にコーティング層44を形成せず、電極先端側の一部分においてコーティング層44を形成していない。すなわち、コーティング層44が、胴体部34の電極先端側端部34E1よりも電極支持棒側を端部として(端部44E1)として形成されている。これにより、アーク放電の熱によってコーティング層44が剥がれ、放電管12に付着して照度低下を招くのを抑制することができる。 On the other hand, the coating layer 44 is not formed over the entire formation region of the heat dissipation structure 40 (groove 42) of the body portion 34, and the coating layer 44 is not formed on a portion of the electrode tip side. That is, the coating layer 44 is formed with an end (end 44E1) closer to the electrode support rod than the electrode tip side end 34E1 of the body portion 34. This can prevent the coating layer 44 from peeling off and adhering to the discharge tube 12 due to the heat of the arc discharge, resulting in a decrease in illuminance.

さらに、窒化ジルコニウムの特性により、後述するコーティング層44の形成工程を経ると、コーティング層44は有彩色のある側面領域として視認される。すなわち、電極素地33とは異なる色として識別される。そのため、色ムラや膜の具合を外観から確認することが容易となり、放射率測定、点灯実験を行うことなく、コーティング層44が適切に形成されているか否かを検査することが可能となる。 Further, due to the characteristics of zirconium nitride, after the coating layer 44 is formed in the process described below, the coating layer 44 is visually recognized as a colored side area. That is, it is identified as a different color from the electrode base 33. Therefore, it becomes easy to check the color unevenness and the condition of the film from the appearance, and it becomes possible to inspect whether the coating layer 44 is appropriately formed without performing emissivity measurement or lighting experiment.

特に、窒素とジルコニウムの原子数濃度の比が、0.2<N/Zr<0.9の範囲であれば、コーティング層44は茶系色の有彩色として形成される。例えば、窒素の原子数濃度が低いと、コーティング層44は黒系色となり、有彩色とはならない。そのため、外観から適切なコーティング層が形成されていないと判断できる。有彩色がコーティング形成によって現れる他のセラミックスについても、同様の効果が生じる。 In particular, if the ratio of the atomic number concentrations of nitrogen and zirconium is in the range of 0.2<N/Zr<0.9, the coating layer 44 is formed as a brownish chromatic color. For example, if the nitrogen atomic number concentration is low, the coating layer 44 will have a blackish color and will not be a chromatic color. Therefore, it can be determined from the appearance that an appropriate coating layer is not formed. A similar effect occurs with other ceramics in which chromatic colors appear through the formation of coatings.

胴体部34に構成された放熱構造40(溝42)全体の形成領域に合わせて、コーティング層44を重ねるように形成してもよい。また、先端側テーパー部32および/または胴体部34において、溝42の形成されていない部分にコーティング層を形成してもよい。 The coating layer 44 may be formed in an overlapping manner to correspond to the entire formation area of the heat dissipation structure 40 (groove 42) formed in the body portion 34. Further, a coating layer may be formed on a portion of the distal end tapered portion 32 and/or the body portion 34 where the groove 42 is not formed.

一方で、コーティング層44の上から別成分のコーティング層を重ねて、複数層のコーティング層を形成してもよい。例えば、窒化ジルコニウムから成る下層にタングステンやモリブデンなどを含有させて、同じく窒化ジルコニウムから成る表層にはタングステンやモリブデンを含有させないように、組成を変えた複数層にしてもよいし、炭化ジルコニウムから成るコーティング層の上に窒化ジルコニウムから成るコーティング層を形成し、素材の異なる複数層にしてもよい。複数層のうちいずれかのコーティング層にセラミックスを含むように構成することも可能である。 On the other hand, a coating layer of another component may be stacked on top of the coating layer 44 to form a plurality of coating layers. For example, a lower layer made of zirconium nitride may contain tungsten, molybdenum, etc., while a surface layer made of zirconium nitride does not contain tungsten or molybdenum. Alternatively, multiple layers may be made of zirconium carbide. A coating layer made of zirconium nitride may be formed on the coating layer to form a plurality of layers made of different materials. It is also possible to configure one of the plurality of coating layers to include ceramics.

また、上述した窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの窒化物、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物、炭化ジルコニウム、炭化ケイ素などの炭化物、珪化タンタルなどのケイ化物、または、ホウ化ジルコニウムなどのホウ化物から成るセラミックスを含むようにコーティング層44を形成する場合、窒化ジルコニウム同様、電気陰性度の相対的に高い元素の原子数濃度が、電気陰性度の相対的に低い元素の原子数濃度より低くなるように、セラミックスを構成すればよい。このことは、列挙してないセラミックスであって、すくなくとも熱性能を有する機能性セラミックスについても、同様に原子数濃度、原子数濃度比を定めて適用することができる。 In addition, from the above-mentioned nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride, oxides such as aluminum oxide and zirconium oxide, carbides such as zirconium carbide and silicon carbide, silicides such as tantalum silicide, or borides such as zirconium boride, When the coating layer 44 is formed to include ceramics such as zirconium nitride, the atomic concentration of the element with relatively high electronegativity is lower than the atomic concentration of the element with relatively low electronegativity. Therefore, ceramics may be used. This can be similarly applied to ceramics not listed, such as functional ceramics that have at least thermal performance, by determining the atomic number concentration and atomic number concentration ratio.

例えば、窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、またはケイ化物において、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)の原子数濃度が、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)のそれぞれと化学結合する元素の原子数濃度(例えば、酸化アルミニウムの場合、Al)よりも低いセラミックスを構成すればよい。また、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)の原子数濃度と、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)のそれぞれと化学結合する原子数濃度との比が、0.2~0.9の範囲に定められるセラミックスを構成すればよい。 For example, in a nitride, oxide, boride, carbide, or silicide, the atomic concentration of nitrogen (N), oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si) is Ceramics must be constructed with a lower atomic concentration (for example, Al in the case of aluminum oxide) of elements that chemically bond with each of N), oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si). Bye. In addition, the atomic number concentration of nitrogen (N), oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si), and the atomic number concentration of nitrogen (N), oxygen (O), boron (B), and carbon (C ) and silicon (Si), and the ratio of the number concentration of chemically bonded atoms is set in the range of 0.2 to 0.9.

また、コーティング層44のランプ軸C全体に渡って上記原子数濃度、原子数濃度比を満たすように、セラミックスを含んだコーティング層44を形成することに限定されない。例えば、上記原子数濃度、原子数濃度比のうち少なくとも原子数濃度の条件を満たすような、コーティング領域の一部(例えば半分以上の領域)であってもよく、少なくとも上記原子数濃度の条件を満たす箇所が、ランプ軸Cに沿った周方向のいずれかの箇所で存在すればよく、例えばその周方向に半分以上の割合で条件を満たせばよい。あるいは、ランプ軸C方向に沿って原子数濃度の濃薄度合が徐々に変化するように構成してもよい。 Further, the present invention is not limited to forming the coating layer 44 containing ceramics so as to satisfy the above atomic number concentration and atomic number concentration ratio over the entire lamp axis C of the coating layer 44. For example, it may be a part of the coating area (for example, a half or more area) that satisfies at least the atomic concentration condition among the atomic concentration and atomic concentration ratio, and it may satisfy at least the atomic concentration condition. It is sufficient that the condition is satisfied at any point in the circumferential direction along the lamp axis C, and for example, the condition may be satisfied at a rate of half or more in the circumferential direction. Alternatively, the atomic number concentration may be configured to gradually change along the direction of the lamp axis C.

以上、コーティング層44の構成および機能について説明したが、以下述べるように、放熱構造40(溝42)とコーティング層44との組み合わせによってより効果的な放熱機能を発揮している。 The structure and function of the coating layer 44 have been described above, but as described below, the combination of the heat dissipation structure 40 (grooves 42) and the coating layer 44 exhibits a more effective heat dissipation function.

図2に示すように、コーティング層44で覆った溝42の頂部42Pの高さ、すなわち、ランプ軸(電極軸)Cから頂部42P(層表面)までの距離は、胴体部34の側面34Sより電極中心側に位置する。溝42の頂部42Pが胴体部34の側面34Sよりも引っ込んだ位置にあることによって、アークやフレアによるコーティングの剥がれや薄くなるのを効果的に抑制することができる。 As shown in FIG. 2, the height of the top 42P of the groove 42 covered with the coating layer 44, that is, the distance from the lamp axis (electrode axis) C to the top 42P (layer surface) is greater than the side surface 34S of the body 34. Located on the center side of the electrode. By locating the top portion 42P of the groove 42 in a position that is more recessed than the side surface 34S of the body portion 34, peeling off or thinning of the coating due to arcing or flare can be effectively suppressed.

コーティング層44は、放熱構造40(溝42)の放熱機能をより高めるように機能し、ここでは溝42よりも大きな放射率をもつ。溝42から構成される放熱構造40、およびコーティング層44という2つの放熱機能を備えた部分(以下、この側面部分を放熱機能部Jという)が、胴体部34の側面34Sの一部に対して形成されている。溝の形成された表面の放射率εは、以下の(1)式によって近似的に表すことができる。

ε=1/(1+(L/S)×(1/ε-1)) ・・・(1)

ただし、Lは、溝の形成領域の軸方向(側面34Sに沿った)長さを示し、Sは、溝断面図での溝に沿った全長(総断面長)を示す(図4参照)。材料固有の放射率εを、コーティング層44の放射率(図3では、εcoatと表す)に置き換えることによって、放熱機能部Jの放射率εを導出している(図3では、εgroove+coatと表す)。ただし、コーティング層44は溝の大きさ(深さ)と比べて非常に薄いため、その厚さを無視できるものとする。
The coating layer 44 functions to further enhance the heat dissipation function of the heat dissipation structure 40 (grooves 42), here having a higher emissivity than the grooves 42. A heat dissipation structure 40 composed of grooves 42 and a coating layer 44, which have two heat dissipation functions (hereinafter, this side surface portion will be referred to as a heat dissipation function section J), are attached to a part of the side surface 34S of the body section 34. It is formed. The emissivity ε of the grooved surface can be approximately expressed by the following equation (1).

ε=1/(1+(L/S)×(1/ε 0 -1))...(1)

However, L indicates the length of the groove formation region in the axial direction (along the side surface 34S), and S indicates the total length (total cross-sectional length) along the groove in the groove cross-sectional view (see FIG. 4). The emissivity ε of the heat dissipation function part J is derived by replacing the material-specific emissivity ε 0 with the emissivity of the coating layer 44 (expressed as εcoat in FIG. 3) (expressed as εgroove+coat in FIG. 3). ). However, since the coating layer 44 is very thin compared to the size (depth) of the groove, its thickness can be ignored.

溝42とコーティング層44とを組み合わせた放射率を導く上記(1)式を適用することによって、溝42の形状およびコーティング層44の成分とを適宜組み合わせ、胴体部34の放熱性(放射率)を効果的(協働的)に高めることができる。特に、コーティング層44の放射率を溝42の放射率より高く定めることにより、コーティング層44の放熱機能を主とし、溝42の放熱機能を従とする放熱機能部Jを構成することができる。 By applying the above equation (1) to derive the emissivity of the combination of the grooves 42 and the coating layer 44, the shape of the grooves 42 and the components of the coating layer 44 are appropriately combined, and the heat dissipation property (emissivity) of the body portion 34 is determined. can be improved effectively (collaboratively). In particular, by setting the emissivity of the coating layer 44 to be higher than that of the grooves 42, it is possible to configure a heat dissipation function section J in which the heat dissipation function of the coating layer 44 is the main one, and the heat dissipation function of the grooves 42 is secondary.

溝42のL/Sの値によっては、コーティング層44の選択を誤ると、そのコーティング層44の放射率と大差のない放射率しか得ることができず、十分な放熱効果が得られない。しかしながら、図3のテーブルを参照することにより、様々な溝形状(L/Sの値)に対しても、放射率εgroove+coatを高く維持することができる。 Depending on the value of L/S of the groove 42, if the coating layer 44 is selected incorrectly, an emissivity that is not much different from that of the coating layer 44 can be obtained, and a sufficient heat dissipation effect cannot be obtained. However, by referring to the table in FIG. 3, the emissivity εgroove+coat can be maintained high even for various groove shapes (L/S values).

このような放熱機能部Jを設けた胴体部34に対し、先端側テーパー部32のテーパー側面(表面)32Sには、溝のみを形成し、その上にコーティング層を形成しない放熱構造(非コーティング放熱構造)50が設けられている。なお、テーパー側面32Sの放熱構造50をコーティング層で覆っても構わない。 In contrast to the body part 34 provided with such a heat dissipation function part J, the tapered side surface (surface) 32S of the distal end side taper part 32 has a heat dissipation structure in which only a groove is formed and no coating layer is formed thereon (non-coated). A heat dissipation structure) 50 is provided. Note that the heat dissipation structure 50 of the tapered side surface 32S may be covered with a coating layer.

このような放電ランプの電極30は、以下のように製造することができる。 The electrode 30 of such a discharge lamp can be manufactured as follows.

まず、柱状の胴体部と先端側テーパー部を有する電極を成形し、胴体部側面に対し、レーザや切削などの加工によって周方向に沿った溝を形成する。次に、塗布によってコーティング層を溝の上に形成する。このとき、図2に示すように、胴体部の電極先端側端部から所定距離Tだけ離れた位置を端部とするように、コーティング層を形成する。なお、放電ランプの電力に応じてアーク放電の影響が小さいと判断できる場合、この所定距離Tを短くあるいは無くしてもよい。また、上述した原子数濃度、原子数濃度比を満たすように、上述したセラミックスを構成する材料の粉末を溶媒に入れ、塗布する。これを真空炉などの加熱装置で熱処理する。原子数濃度、原子数濃度比は、熱処理の時間や炉の雰囲気(真空度合やガス種)を設定することで調節してもよい。 First, an electrode having a columnar body portion and a tapered tip portion is formed, and a circumferential groove is formed on the side surface of the body portion by processing such as laser or cutting. A coating layer is then formed over the groove by application. At this time, as shown in FIG. 2, the coating layer is formed so that its end portion is located a predetermined distance T away from the electrode tip side end portion of the body portion. Note that if it is determined that the influence of arc discharge is small depending on the power of the discharge lamp, this predetermined distance T may be shortened or eliminated. Further, the powder of the material constituting the ceramics described above is placed in a solvent and applied so as to satisfy the atomic number concentration and atomic number concentration ratio described above. This is heat-treated using a heating device such as a vacuum furnace. The atomic number concentration and the atomic number concentration ratio may be adjusted by setting the heat treatment time and the furnace atmosphere (degree of vacuum and gas type).

また、コーティング層の放射率を溝の放射率より高く定めることにより、放射率の高い放熱機能部を構成することができる。なお、スプレー、蒸着、スパッタ、CVDなどの均質に塗布される手段が採用可能である。塗布したコーティングは、レーザによって焼結させてもよい。 Moreover, by setting the emissivity of the coating layer to be higher than the emissivity of the groove, it is possible to configure a heat dissipation function section with a high emissivity. Note that it is possible to employ means for uniformly applying the material, such as spraying, vapor deposition, sputtering, and CVD. The applied coating may be sintered by a laser.

本実施形態では、周方向に沿った溝によって放熱構造を構成しているが、電極軸方向に沿った溝で構成してもよい。また、溝以外の放熱構造を採用してもよい。例えば、サンドブラストなどによる梨地粗面や、黒化抑制体を放熱構造として構成することができる。黒化抑制を主目的とするならば黒化抑制体を採用し、放熱性向上を求めるならば溝を構成する。低コストを求めるならば梨地粗面を採用することが可能である。ランプ出力、電極形状、電極素材、切削などの加工容易性などに応じて放熱構造を定めればよい。また、溝の上からサンドブラストして、コーティング層の密着性をより高めることもできる。さらに、溝を形成せずにコーティング層を胴体部側面に形成した電極を製造してもよい。 In this embodiment, the heat dissipation structure is formed by grooves along the circumferential direction, but it may be formed from grooves along the electrode axis direction. Further, heat dissipation structures other than grooves may be employed. For example, a matte rough surface formed by sandblasting or the like or a blackening suppressor can be used as a heat dissipation structure. If the main purpose is to suppress blackening, a blackening suppressor is used, and if improvement in heat dissipation is desired, grooves are used. If low cost is desired, it is possible to use a matte rough surface. The heat dissipation structure may be determined depending on the lamp output, electrode shape, electrode material, ease of processing such as cutting, etc. It is also possible to sandblast the grooves to further improve the adhesion of the coating layer. Furthermore, an electrode may be manufactured in which a coating layer is formed on the side surface of the body without forming a groove.

なお、上述したように、窒化ジルコニウムの場合、コーティング層は有彩色となる。すなわち、色味の違いを示す色相、色の明暗を示す明度、色の変化の度合いを示す飽和度の三要素すべてを含む色(色彩のある色)で視認されるコーティング層が電極に形成される。電極表面に対するコーティング層の適切な形成を確認、検証するといったことを技術的課題とすれば、上述したような窒化ジルコニウムの窒素(N)とジルコニウム(Zr)の原子数濃度(%)の条件に関係なく、窒化ジルコニウムを含むコーティング層を形成した電極を備えた放電ランプを提供することもできる。 Note that, as described above, in the case of zirconium nitride, the coating layer has a chromatic color. In other words, a coating layer is formed on the electrode that is visible in a color (colorful color) that includes all three elements: hue, which indicates the difference in color, brightness, which indicates the brightness of the color, and saturation, which indicates the degree of color change. Ru. If the technical issue is to confirm and verify the appropriate formation of a coating layer on the electrode surface, it is necessary to meet the conditions of the atomic concentration (%) of nitrogen (N) and zirconium (Zr) in zirconium nitride as described above. Regardless, it is also possible to provide a discharge lamp with electrodes provided with a coating layer comprising zirconium nitride.

すなわち、放電管と、放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、少なくとも一方の電極において、セラミックスを含むコーティング層が電極表面に形成され、セラミックスが、コーティング層を形成したときに有彩色が視認可能なセラミックスによって構成される放電ランプを提供することができる。少なくとも熱性能をもつセラミックス(例えば窒化ジルコニウムや炭化ジルコニウムなど)から成る、あるいは複数のセラミックスの場合にはそのようなセラミックスを含むように構成すればよい。コーティング層は、単層、あるいは積層させた複数のコーティング層で構成してもよい。 That is, it is equipped with a discharge tube and a pair of electrodes arranged oppositely in the discharge tube, and at least one of the electrodes has a coating layer containing ceramics formed on the electrode surface, and when the ceramics forms the coating layer, it has a chromatic color. It is possible to provide a discharge lamp made of ceramics that can be visually recognized. It may be configured to consist of at least a ceramic having thermal performance (for example, zirconium nitride or zirconium carbide), or in the case of a plurality of ceramics, to include such ceramics. The coating layer may be composed of a single layer or a plurality of laminated coating layers.

以下、実施例を用いて、コーティング層を形成した電極の熱性能について説明する。 The thermal performance of the electrode formed with the coating layer will be described below using Examples.

実施例の放電ランプは、上記実施形態に相当する構成の電極(陽極)を備えたショートアーク型放電ランプであり、電極は、ランプ軸方向に沿った胴体部長さが57mm、径35mmのサイズで構成される。電極の胴体部側面には、全体に渡って溝が形成される一方、胴体部の電極先端側端部から所定距離離れた位置を端部として、胴体部側面の一部にコーティング層を形成している。 The discharge lamp of the example is a short arc discharge lamp equipped with an electrode (anode) having a configuration corresponding to the above embodiment, and the electrode has a body length of 57 mm along the lamp axis direction and a diameter of 35 mm. configured. A groove is formed all over the side surface of the body of the electrode, and a coating layer is formed on a part of the side surface of the body, with the end located at a predetermined distance from the electrode tip side end of the body. ing.

コーティング層は、窒化ジルコニウムの粉末を、エチルセルロースの含まれる溶媒に溶かして胴体部側面に塗布し、乾燥させた後、加熱処理することによって形成されている。エネルギー分散型X線分析(EDS)によってコーティング層の原子数濃度を測定、分析した。ここでは、胴体部の電極支持棒側端部から所定距離(具体的には、10mm、20mm、40mm)の箇所で、原子数濃度を測定した。 The coating layer is formed by dissolving zirconium nitride powder in a solvent containing ethyl cellulose, applying the solution to the side surface of the body, drying it, and then heat-treating it. The atomic number concentration of the coating layer was measured and analyzed by energy dispersive X-ray analysis (EDS). Here, the atomic concentration was measured at predetermined distances (specifically, 10 mm, 20 mm, and 40 mm) from the electrode support rod side end of the body.

エネルギー分散型X線分析(EDS)による分析の結果、Zr:Nの原子数濃度(%)は、10mm、20mm、40mmの箇所で、それぞれ、62.6:35.0、56.3:41.2、56.7:29.1であった。また、原子数濃度比(N/Zr)は、10mm、20mm、40mmの箇所で、それぞれ、56.0%、73.1%、51.4%であった。 As a result of analysis by energy dispersive X-ray analysis (EDS), the atomic concentration (%) of Zr:N was 62.6:35.0 and 56.3:41 at 10 mm, 20 mm, and 40 mm, respectively. .2, 56.7:29.1. Further, the atomic number concentration ratio (N/Zr) was 56.0%, 73.1%, and 51.4% at 10 mm, 20 mm, and 40 mm, respectively.

上述した実施例と、比較例として原子数濃度(%)を満たしていないコーティング層を形成した電極を備える放電ランプとの比較実験を行った。比較例の電極は、実施例と同様の製造方法によって、炭化ジルコニウムから成るコーティング層を形成している。電極形状に関しては、実施例の電極と実質的に等しい。エネルギー分散型X線分析(EDS)による分析の結果、比較例の電極におけるZr:Cの原子数濃度(%)は、10mm、20mm、40mmの箇所で、それぞれ、38.34:60.76、38.09:54.76、33.02:52.4であった。 A comparative experiment was conducted between the above-mentioned example and a discharge lamp provided with an electrode formed with a coating layer that did not satisfy the atomic number concentration (%) as a comparative example. In the electrode of the comparative example, a coating layer made of zirconium carbide was formed by a manufacturing method similar to that of the example. Regarding the electrode shape, it is substantially the same as the electrode of the example. As a result of analysis by energy dispersive X-ray analysis (EDS), the atomic number concentration (%) of Zr:C in the electrode of the comparative example was 38.34:60.76 at 10 mm, 20 mm, and 40 mm, respectively. They were 38.09:54.76 and 33.02:52.4.

実施例と比較例それぞれの電極のコーティング層を形成した領域に対し、点灯初期(0時間)の電極温度と、600時間経過後の電極温度を測定し、その温度変化を確認した。図5は、実施例と比較例の電極それぞれの温度変化を示したグラフである。 The electrode temperature at the initial stage of lighting (0 hour) and the electrode temperature after 600 hours were measured for the area where the coating layer of the electrode of each of the example and comparative example was formed, and the temperature change was confirmed. FIG. 5 is a graph showing temperature changes of the electrodes of the example and the comparative example.

図5のグラフの縦軸は、コーティング層の所定位置の温度を100としたときの相対温度、横軸は電極の温度測定位置を表す。ここでは、コーティング層の一部領域を測定領域と定め、その電極先端側の端部の温度を100として電極支持棒側までの測定温度を相対温度にしてグラフ化した。符号T1A、T1Bのラインは、実施例の電極の点灯初期、600時間経過後の相対温度をそれぞれ表す。符号T0A、T0Bのラインは、比較例の電極の点灯初期、600時間経過後の相対温度をそれぞれ表す。 The vertical axis of the graph in FIG. 5 represents the relative temperature when the temperature at a predetermined position of the coating layer is set to 100, and the horizontal axis represents the temperature measurement position of the electrode. Here, a partial area of the coating layer is defined as the measurement area, and the temperature at the end of the electrode tip is set as 100, and the measured temperature up to the electrode support rod side is expressed as a relative temperature and graphed. The lines T1A and T1B represent the relative temperature of the electrode in the example at the initial stage of lighting and after 600 hours, respectively. The lines T0A and T0B represent the relative temperature of the electrode of the comparative example at the beginning of lighting and after 600 hours, respectively.

図5に示すように、実施例の電極の場合、点灯初期と600時間経過後を比較しても相対温度にあまり変化は無く、長期間に渡ってコーティング層が維持できていることが確認された。一方、比較例の電極の場合、点灯初期に対して600時間経過後の相対温度が測定領域全体に渡って高い。比較例の電極の場合、コーティング機能が低下し、コーティング層が維持できていないことが確認された。 As shown in Figure 5, in the case of the electrode of the example, there was no significant change in relative temperature when comparing the initial stage of lighting and after 600 hours, confirming that the coating layer was maintained over a long period of time. Ta. On the other hand, in the case of the electrode of the comparative example, the relative temperature after 600 hours was higher over the entire measurement region than at the initial stage of lighting. In the case of the electrode of the comparative example, it was confirmed that the coating function was degraded and the coating layer could not be maintained.

10 放電ランプ
30 電極
40 放熱構造
42 溝
44 コーティング層
10 discharge lamp 30 electrode 40 heat radiation structure 42 groove 44 coating layer

Claims (10)

放電管と、
前記放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、
少なくとも一方の電極において、セラミックスを含むコーティング層が電極表面に形成され、
前記セラミックスが、窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物のうち少なくともいずれか1つから成り、
前記窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、またはケイ化物において、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)の原子数濃度(%)が、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)のそれぞれと化学結合する元素の原子数濃度(%)よりも低いことを特徴とする放電ランプ。
discharge tube,
a pair of electrodes arranged oppositely within the discharge tube,
In at least one electrode, a coating layer containing ceramics is formed on the electrode surface,
The ceramic is made of at least one of nitride, oxide, boride, carbide, and silicide,
In the nitride, oxide, boride, carbide, or silicide, the atomic concentration (%) of nitrogen (N), oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si) is A discharge lamp characterized in that the atomic concentration (%) is lower than the atomic concentration (%) of an element that chemically bonds with each of nitrogen (N), oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si).
前記窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物において、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)の原子数濃度と、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)のそれぞれと化学結合する原子数濃度との比が、0.2~0.9の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の放電ランプ。 In the nitride, oxide, boride, carbide, and silicide, the atomic number concentration of nitrogen (N), oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si), and nitrogen (N) , the ratio of the number concentration of atoms chemically bonded to each of oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si) is in the range of 0.2 to 0.9. A discharge lamp according to claim 1. 放電管と、
前記放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、
少なくとも一方の電極において、セラミックスを含むコーティング層が電極表面に形成され、
前記セラミックスが、少なくとも熱性能を有する機能性セラミックスから成り、
前記機能性セラミックスの電気陰性度が相対的に高い元素の原子数濃度(%)が、電気陰性度が相対的に低い元素の原子数濃度(%)よりも低いことを特徴とする放電ランプ。
discharge tube,
a pair of electrodes arranged oppositely within the discharge tube,
In at least one electrode, a coating layer containing ceramics is formed on the electrode surface,
The ceramic is made of a functional ceramic having at least thermal performance,
A discharge lamp characterized in that the functional ceramic has a lower atomic concentration (%) of an element having a relatively high electronegativity than an atomic concentration (%) of an element having a relatively low electronegativity.
前記電極が、電極支持棒と接続する柱状の電極胴体部を備え、
前記コーティング層が、前記電極胴体部の電極先端側端部よりも電極支持棒側を端部として、前記電極胴体部の表面に形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の放電ランプ。
The electrode includes a columnar electrode body connected to an electrode support rod,
4. The coating layer is formed on the surface of the electrode body with the end thereof being closer to the electrode support rod than the electrode tip side end of the electrode body. Discharge lamp described in.
前記セラミックスが、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化ジルコニウム、炭化ケイ素、珪化タンタル、ホウ化ジルコニウムの少なくともいずれか1つから成ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の放電ランプ。 4. The ceramic according to claim 1, wherein the ceramic is made of at least one of silicon nitride, aluminum nitride, zirconium nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, zirconium carbide, silicon carbide, tantalum silicide, and zirconium boride. The discharge lamp described in any of the above. 前記コーティング層が、有彩色であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の放電ランプ。 4. The discharge lamp according to claim 1, wherein the coating layer has a chromatic color. 前記電極が、電極支持棒と接続する柱状の電極胴体部を備え、
前記コーティング層が、前記電極胴体部の周回りに沿って形成された溝の少なくとも一部の上に形成され、
前記コーティング層の放射率が、前記溝の放射率よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の放電ランプ。
The electrode includes a columnar electrode body connected to an electrode support rod,
The coating layer is formed on at least a portion of the groove formed along the circumference of the electrode body,
4. The discharge lamp according to claim 1, wherein the coating layer has a higher emissivity than the groove.
前記電極が、電極支持棒と接続する柱状の電極胴体部を備え、
前記コーティング層が、前記電極胴体部の周回りに沿って形成された溝の少なくとも一部の上に形成され、
前記溝と前記コーティング層とを合わせた放射率が、以下の式で表されるときに0.8以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の放電ランプ。

ε=1/(1+(L/S)×(1/ε-1))

ただし、Lは、溝の形成領域の軸方向長さを示し、Sは、総断面長さを示す。εは、コーティング層の放射率を示す。また、L/Sは、0.9以下に定められる。
The electrode includes a columnar electrode body connected to an electrode support rod,
The coating layer is formed on at least a portion of the groove formed along the circumference of the electrode body,
4. The discharge lamp according to claim 1, wherein the combined emissivity of the groove and the coating layer is 0.8 or more when expressed by the following formula.

ε=1/(1+(L/S)×(1/ε 0 -1))

However, L indicates the axial length of the groove formation region, and S indicates the total cross-sectional length. ε 0 indicates the emissivity of the coating layer. Further, L/S is set to 0.9 or less.
柱状の胴体部と先端側テーパー部を有する電極を成形し、
窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物の少なくともいずれか1つから成る粒子の粉末を溶媒に入れ、
胴体部側面に対して前記溶媒を塗布し、熱処理することによって、セラミックスを含むコーティング層を形成する放電ランプ用電極の製造方法であって、
窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)の原子数濃度(%)が、窒素(N)、酸素(O)、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)のそれぞれと化学結合する元素の原子数濃度(%)よりも低くなるように、セラミックスを含むコーティング層を形成することを特徴とする放電ランプ用電極の製造方法。
An electrode having a columnar body part and a tapered part on the distal end is formed,
Powder of particles consisting of at least one of nitride, oxide, boride, carbide, and silicide is placed in a solvent,
A method for manufacturing an electrode for a discharge lamp, comprising forming a coating layer containing ceramics by applying the solvent to a side surface of the body and heat-treating the same, the method comprising:
The atomic number concentration (%) of nitrogen (N), oxygen (O), boron (B), carbon (C), and silicon (Si) is C) A method for producing an electrode for a discharge lamp, comprising forming a coating layer containing ceramics so that the atomic concentration (%) of an element chemically bonded to each of silicon (Si) is lower than the atomic concentration (%).
前記胴体部側面に対し、電極周方向に沿った溝を形成し、
前記塗布によって、前記溝の放射率よりも大きい放射率の前記コーティング層を前記溝の上に形成することを特徴とする請求項9に記載の放電ランプ用電極の製造方法。
forming a groove along the circumferential direction of the electrode on the side surface of the body;
10. The method of manufacturing an electrode for a discharge lamp according to claim 9, wherein the coating layer is formed on the grooves by the coating, the coating layer having an emissivity higher than the emissivity of the grooves.
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