JP3183145B2 - ショートアークランプ - Google Patents

ショートアークランプ

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JP3183145B2
JP3183145B2 JP3123996A JP3123996A JP3183145B2 JP 3183145 B2 JP3183145 B2 JP 3183145B2 JP 3123996 A JP3123996 A JP 3123996A JP 3123996 A JP3123996 A JP 3123996A JP 3183145 B2 JP3183145 B2 JP 3183145B2
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政徳 高橋
晃彦 杉谷
英夫 田中
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は広くは映写機、分光
計など強力な点光源から平行光を利用する分野や、強力
な点光源の光を微小面積に集光し光ファイバーなどを通
して照明や加熱などを行う分野に用いられるショートア
ークランプに関する。
【0002】
【従来の技術】ショートアークランプは、一般的には、
透明セラミックスや石英ガラス、その他のガラス材を発
光管に使用しているが、特殊な用途には、ランプ本体を
不透明絶縁部材であるセラミックスで作り、光取り出し
部のみ透光性セラミックスを用いているランプが知られ
ている。このランプは、全体外観形状がほぼ柱状であっ
て、極めて頑丈で取扱い易い。このようなショートアー
クランプについては、例えば特公昭54−37436号
や特公平4−57065号に開示されている。
【0003】図5は、従来のショートアークランプの一
例における構成の概略を示す説明図である。内部に湾曲
した反射面1aを有する凹部放電空間Dが形成された円
柱状の胴体1の反射面1aの近傍に、給電リング2が配
置されている。この給電リング2には陰極4を支持して
放電空間Dにおいて陽極5と間隙をもって所定の位置に
配置されるための導電性支持部材3がロウ付けによって
溶接されている。そして、この給電リング2は、第1金
属部材6によって胴体1に固定されている。金属ブロッ
ク7は、第2金属部材8によって胴体1に固定されてお
り、この金属ブロック7の内部で陽極5が、金属ブロッ
ク7と電気的に接続されている。
【0004】図6は、図5に示されたショートアークラ
ンプの給電リングと導電性支持部材のみを取り出した説
明図である。陰極4は、給電リング2の円周上にほぼ等
間隔になるように設けた3本の導電性支持部材3で放電
空間Dの所定の位置に支持されている。そして、この導
電性支持部材3は、陰極4と給電リング2の双方にロウ
材によって溶接されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6に
示すように、陰極4と3本の導電性支持部材3は、ロウ
付けによって溶接されている。ランプの動作時には、陰
極後端の温度が1000℃程度になりロウ材の融点に近
くなる。また、点灯消灯が周期的に繰り返して行われる
ため、ロウ付け部分に陰極4と導電性支持部材3との膨
張率の違いにより、熱衝撃によるストレスが加えられ、
最終的にロウ付け部分に亀裂が発生し、ロウ材が溶融し
て、陰極が放電空間内において所定の位置に固定されな
くなり、陽極5に対面する陰極先端が移動するという問
題があった。つまり、陰極4が所定の位置からづれるこ
とにより、光学特性が悪くなり、ランプから出射される
光量が減少してしまうという問題があった。
【0006】さらに、上記の問題は、陰極4が3本の導
電性支持部材3にロウ付けされて支持されているので、
陰極4に3方向からの複雑な応力がかかり、加速度的に
前述した問題が顕著に現れることになる。
【0007】一方、前述した理由でロウ材に亀裂が発生
して、ロウ材が溶融することにより陰極先端が移動する
という問題以外にも、下記のような問題があった。導電
性支持部材3と陰極4とのロウ付け部分に亀裂が発生す
ると、陰極4の熱を導電性支持部材3を介して放熱させ
ることが十分に行えなくなる。この結果、陰極4と導電
性支持部材3とのロウ付け部分のロウ材の温度が過度に
上昇して、ロウ材が蒸発するという問題があった。つま
り、この蒸発したロウ材が反射面に付着したり、あるい
は、光を取り出す窓部材の内面に付着することにより、
光学特性が悪くなり、ランプから出射される光量が減少
してしまうという問題があった。
【0008】本発明は、以上のような事情に基づいてな
されたものであって、その目的は、陰極と導電性支持部
材を溶着することによって、陰極と導電性支持部材との
接合を良好にし、陰極と導電性支持部材の熱的影響を低
減し、特に、1つの導電性支持部材で陰極を支持するこ
とにより、陰極に加わる応力をなくし、陰極先端の移動
がないショートアークランプを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
のショートアークランプは、内部に湾曲した反射面を有
する凹部放電空間が形成された絶縁部材からなる胴体
と、前記放電空間において、前記反射面の焦点位置に間
隙を持って配置された一対の陰極と陽極と、前記反射面
の開口縁の近傍に配置され、前記陰極を支持するための
導電性支持部材が電気的に接続してなる給電リングと、
この給電リングと接合して前記胴体の一方の端部に形成
された第1金属部材と、前記胴体の他方の端部に形成さ
れ、前記陽極と電気的に接続された第2金属部材と、よ
り成るショートアークランプにおいて、前記導電性支持
部材は、前記放電空間内において前記給電リングの半径
方向に延在して、その一端部は前記給電リングに溶着さ
れて他端部は前記陰極に溶着されており、前記陰極は一
つの導電性支持部材で溶着支持されていることを特徴と
する。
【0010】ここでいう溶着とは、陰極と導電性支持部
材を直接接触させた状態で、その直接接触している部分
がお互いに溶け合うように接続することを意味してお
り、YAGレーザー等のレーザー光を照射するか、電子
ビーム溶接や、プラズマアーク溶接を用いることができ
る。
【0011】
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明のショートアークラ
ンプの実施の形態を説明する。図1は、本発明に係るシ
ョートアークランプの一例における構成を示す説明図で
ある。
【0013】図1において、胴部1はアルミナ製の絶縁
部材からなり、外径が約30mmである。この胴部1の
内部は、湾曲した反射面1aが形成されている。この反
射面1aは、指向性の高い光出力が得られるように、放
物線形、楕円形、非球面形にするとができる。このショ
ートアークランプの反射面1aは放物面である。そし
て、反射効率を高めるために銀やアルミニウムなどの金
属が蒸着されている。金属蒸着膜の代わりに誘電体多層
膜を設けても良い。反射面1aの内側が放電空間Dであ
り、反射面1aの焦点位置に間隙を以て陰極4と陽極5
が反射面1aの軸と一致するように対向配置されてい
る。陰極4と陽極5はタングステン製であり、陰極4と
陽極5との間隙は1〜2mmである。陰極4の先端は約
30°〜50°のテーパ角が付けられており、電子放射
を良好にするためにこの角度を決定している。
【0014】反射面1aの開口に続く胴体1の先端縁に
は、胴体1の外径とほぼ等しい外径を有するセラミック
リング9の一側面が当接している。セラミックリング9
の他方の側面に不図示の銅リングを介して、これも胴体
1の外径とほぼ等しい外径を有すコバール製の給電リン
グ2が配置されている。この給電リング2の内面に当接
するようにリング状のフランジ10が嵌め込まれてい
る。フランジ10はその内周面に透明な円形の窓部材1
1を有している。この窓部材11は、可視光を透過し、
給電リング2のコバールと熱膨張率が近いという理由で
サファイアよりなる。
【0015】第1金属部材6は、コバール製であり、給
電リング2とその内周面に当接して配置されたフランジ
10および窓部材11を胴体1に固定するためのもので
ある。第1金属部材6は、幅が約10mmであり、厚さ
が約1mmである。つまり、第1金属部材6と給電リン
グ2とフランジ10および窓部材11で内部の放電空間
Dの密封状態が保たれている。第1金属部材6は、給電
リング2と導電性支持部材3を経て陰極4に電流を供給
するための給電機構も兼ねている。
【0016】導電性支持部材3は耐熱性と溶接性を考慮
したモリブデン製のものであり、放電空間D内におい
て、給電リング2の半径方向に延在しており、その一端
部は給電リング2に他端は陰極4に溶接されている。す
なわち、導電性支持部材3は陰極4に電流を流すための
経路であるとともに、陰極4を放電空間D内において、
所定の位置に配置するように支持している。この導電性
支持部材3は、幅が4.0mm、厚みが0.4〜0.8
mmである。そして、反射面1aからの反射光を遮らな
いように導電性支持部材3の短手方向がランプ軸に平行
になるように配置されている。
【0017】金属ブロック7の一部は、胴体1とほぼ同
じ外径であり、第2金属部材8によって、胴体1に当接
して固定されている。金属ブロック7は、その中心に陽
極5を貫通して電気的に接続される。つまり、第2金属
部材8は、金属ブロック7を経て陽極5に電流を供給す
るための給電機構も兼ねている。さらには、第2金属部
材8は、幅が約8mmであり、厚さが約1mmである。
金属ブロック7は、胴体1の熱吸収体としても働き、放
電空間D内が過剰に昇温することを防止している。この
ように金属ブロック7は、導電性に富んでおり、なおか
つ、熱吸収作用を奏することが期待されているので例え
ば鉄製のものである。
【0018】ショートアークランプは、以上のように構
成されている。このショートアークランプは、放電空間
Dに数十気圧の圧力でキセノン等の不活性ガスが充填さ
れており、定格電流20A,消費電力が300Wのもの
である。
【0019】図2は、図1に示されたショートアークラ
ンプの給電リングと導電性支持部材のみを取り出した説
明図である。陰極4は、1つの導電性支持部材3で放電
空間Dの所定の位置に支持されている。この導電性支持
部材3は給電リング2と陰極4の双方に溶着されてい
る。詳細に説明すると、陰極4と導電性支持部材3及び
導電性支持部材3と給電リング2を直接接触させた状態
で、YAGレーザー光を照射して両方の部材を溶融して
溶着する。なお、溶着手段としては、YAGレーザー光
に限定されるのではなく、これ以外に電子ビーム、プラ
ズマアーク溶接などでも良い。
【0020】図3と図4は陰極と導電性支持部材のみを
取り出した説明図である。図3に示されるように、陰極
4は導電性支持部材3と接触する側面が平坦部を有して
おり、この平坦部に導電性支持部材3を接触させた状態
で、YAGレーザー光を照射する等によって陰極4と溶
着する。図4に示すように、陰極4と導電性支持部材3
は5ヵ所で溶着されている。この例においては、5ヵ所
で溶着しているが、溶着面積を変えることにより、その
個数は変更しうるものであり、要は、陰極4と導電性支
持部材3を強固に溶着すればよく、溶着箇所の個数は5
ヵ所に限られるものではない。
【0021】陰極4と導電性支持部材3は、溶着されて
いるので、接続部分において、陰極4と導電性支持部材
3の双方が溶融して一体物になっている。つまり、陰極
4のタングステンと導電性支持部材3のモリブデンを溶
着することで、この溶着部は、従来のロウ材と陰極であ
るタングステンとの接続部及びロウ材と導電性支持部材
であるモリブデンの接続部と比較して、接続部の動作温
度を接続部を構成する材質のうち最も低い融点で割った
値が小さくなるので、より熱影響に対する機械的な強度
が保証でき、従って、飛躍的に耐熱性を向上することが
できる。また、熱衝撃によるストレスが発生しても、前
述した動作温度と融点の関係より機械的な強度が保証さ
れているので、金属疲労が発生せず亀裂が起こらなくな
り、ましてや、その溶着部分が蒸発することがない。
【0022】そして、陰極4と導電性支持部材3を溶着
した結果、従来より耐熱性が向上したので、陰極4を1
つの導電性支持部材3で支持することができるようにな
った。この結果、従来、3本の導電性支持部材で陰極を
支持していために、それぞれの導電性支持部材に熱の影
響による曲げ等の応力がかかった場合、その応力の逃げ
場がなく陰極と導電支持部材との接続部分で熱衝撃によ
るストレスが発生したが、この発明のショートアークラ
ンプは1つの導電性支持部材で陰極を支持しているの
で、そのような応力が働くことがなくなる。従って、陰
極と導電性支持部材の溶着部分にかかる熱衝撃によるス
トレスを大幅に減少させることができ、陰極が放電空間
内において常に所定の位置に固定されることになり、陰
極先端が移動することがない。
【0023】
【発明の効果】本発明のショートアークランプによれ
ば、陰極と導電性支持部材及び導電性支持部材と給電リ
ングを溶着することによって、それぞれの溶着部分が溶
融して一体的になっている。つまり、この溶着部分は、
従来のロウ付けされた接続部分より動作温度を融点で割
った値が小さくなるので、より熱影響に対する機械的な
強度が保証できると共に、溶融することがない。また、
熱衝撃によるストレスが発生しても、動作温度と融点の
関係より機械的な強度が保証されているので、金属疲労
が発生せず亀裂が起こらなくなり、ましてや、その溶着
部分が蒸発することがない。さらには、陰極を1つの導
電性支持部材で支持することができるので、導電性支持
部材の熱による応力が陰極にかかることがなくなり、陰
極が放電空間内において常に所定の位置に固定されるこ
とになり、陰極先端が移動することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のショートアークランプの実施の形態の
一例における構成の概略を示す説明図である。
【図2】図1に示されたショートアークランプの給電リ
ングと導電性支持部材の説明図である。
【図3】図1に示されたショートアークランプの陰極と
導電性支持部材の説明図である。
【図4】図1に示されたショートアークランプの陰極と
導電性支持部材の説明図である。
【図5】従来のショートアークランプの一例における構
成の概略を示す説明図である。
【図6】図5に示されたショートアークランプの給電リ
ングと導電性支持部材の説明図である。
【符号の説明】
1 胴体 1a 反射面 2 給電リング 3 導電性支持部材 4 陰極 5 陽極 6 第1金属部材 7 金属ブロック 8 第2金属部材 9 セラミックリング 10 フランジ 11 窓部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭47−28773(JP,A) 特開 平3−101032(JP,A) 特開 平3−269949(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 61/86

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に湾曲した反射面を有する凹部放電
    空間が形成された絶縁部材からなる胴体と、 前記放電空間において、前記反射面の焦点位置に間隙を
    持って配置された一対の陰極と陽極と、 前記反射面の開口縁の近傍に配置され、前記陰極を支持
    するための導電性支持部材が電気的に接続してなる給電
    リングと、 この給電リングと接合して前記胴体の一方の端部に形成
    された第1金属部材と、 前記胴体の他方の端部に形成され、前記陽極と電気的に
    接続された第2金属部材とより成るショートアークラン
    プにおいて、 前記導電性支持部材は、前記放電空間内において前記給
    電リングの半径方向に延在して、その一端部は前記給電
    リングに溶着されて他端部は前記陰極に溶着されてお
    り、 前記陰極は一つの導電性支持部材で溶着支持されている
    ことを特徴とするショートアークランプ。
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US7679276B2 (en) * 2004-12-09 2010-03-16 Perkinelmer Singapore Pte Ltd. Metal body arc lamp
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JP4952100B2 (ja) 2006-07-07 2012-06-13 ウシオ電機株式会社 ショートアークランプ
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JP6428259B2 (ja) * 2014-12-26 2018-11-28 ウシオ電機株式会社 ショートアーク型放電ランプ

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