JP4349723B2 - 放電ランプおよび放電ランプ用電極 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電ランプ、特に放電空間内に１対の放電電極を一定間隔で対向配置し、電極間に放電電圧を印加して、アーク放電させる放電ランプおよび特に小型ショートアークランプの陰極に好適な電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電ランプは、種々の波長の強力な発光を生じるので照明用のみならず、半導体集積回路（ＩＣ）製造工程の露光用、殺菌／殺虫用等の種々の用途に実用されている。このような放電ランプの従来技術は、例えば、特開平11-102662号公報の「ショートアーク型放電ランプ」、特開昭63-298957号公報の「ショートアークキセノンランプ」および特開平8-153487号公報の「ショートアークメタルハライドランプ」等に開示されている。
【０００３】
例えば、上記特開平11-102662号公報に開示される放電ランプの構成を、図３および図４に示す。図３は、全体構成を示す断面図であり、図４は、その放電電極部の拡大図である。放電（アーク）ランプは、図３に示すように、発光部（または放電領域）10および発光部10の両側の封止部13よりなるガラス等の光透過性材料による放電管１を有する。この放電管１の発光部10内に対向して配置された１対の電極、即ち陰極11および陽極12を有する。陰極11および陽極12は、それぞれ金属箔14を介して外部リード15に接続される。これら１対の外部リード15を介して放電電流を供給する。陰極11の先端から少し離れた位置の外周に、例えばコイルＬが設けられ、放電の開始を容易にする。
【０００４】
図４に示すように、陽極12の先端は、例えばドーム状または円錐台形（切頭円錐形）状に加工されている。また、例えば０.６ｍｍの細い陰極11の先端11ａは、陽極12の先端11ａから所定寸法、例えば２.０ｍｍ離間して配置している。この陰極11の先端から少し離れた位置には、上述したコイルＬに代わって、ピッチ11ｃ、外径11ｄ示すような突起部11ｂを例えばＮＣ旋盤等で加工形成している。このような電極11、12は、一般に、動作時に高温になるので、タングステンまたは特開平9-76092号公報の「タングステン電極材料」等に開示するように少量の硼化ランタン等を含むタングステンにより製造される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の放電ランプにおいては、陰極先端形状を例えば図２（Ｄ）の断面図に示すように、約５０°〜７０°の円錐形状にすると、所定時間のランニング（放電動作）後に、点灯中の再結晶時の結晶場所にばらつきがあるために、図２（Ｅ）に示すように陰極11の先端に複数の「こぶ」または「割れ」が生じる。このように電極先端部に変形が生じる原因は、先端部の温度分布の高温点が比較的広範にに及ぶためと考えられる。その結果、放電点が移動して、発光時間に対する発光照度特性は、図２（Ｆ）に示すように不安定になる（またはデジタル的に変化する）という課題を有していた。一方、陰極11の先端を図２（Ｇ）に示すように約３０°の鋭角の円錐状に加工形成すると、所定時間のランニング後でも、図２（Ｈ）に示すように、実質的に変形を生じない。その理由は、温度分布の高温点が最先端部のみであるためと考えられる。しかし、図２（Ｉ）の照度特性に示すように、５〜１０分間に照度が徐々に低下し、その後突然に照度が増加し、その後、徐々に一定値に落ち着くという好ましくない照度特性を呈するという課題を有している。
【０００６】
そこで、本発明は、ランニング中の電極先端形状および放電点が安定し、照度特性（経時変化）が安定している放電ランプおよびその電極を提供することを目的として考えられたものである。
【０００７】
【課題解決のための手段】
本発明の放電ランプは、放電管内に一定間隔で配置された１対の電極を有し、この１対の電極に放電電流を供給して放電させるものであって、１対の電極の一方は、他方の電極に対向する円柱状本体部の一端に形成された略円錐台形の第１先端部と、この第１先端部の先端から突出する円錐形の第２先端部とを備えることを特徴とする。本発明の好適な実施形態によると、第２先端部の円錐形の角度を第１先端部の円錐形の角度より十分に小さく選定することを特徴とする。第１先端部の円錐台形の角度を約５０°乃至９０°に選定することを特徴とする。第２先端部の円錐形の角度を約２０°乃至４０°に選定することを特徴とする。電極は、重量比約２％の酸化ランタンを含むタングステン合金より形成することを特徴とする。電極の本体部の外周に重量比約２％の酸化トリウムを含むタングステン合金の細線を巻回したコイルを有することを特徴とする。また、一方の電極は陰極であり、陽極はドーム状の先端を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の放電ランプ用電極は、略円柱状の本体部と、この本体部の放電端側に形成された略円錐台形の第１先端部と、この第１先端部の先端から突出する略円錐形の第２先端部とを備えることを特徴とする。好適な実施形態によると、この電極は、重量比約２％の酸化ランタンを含むタングステン合金を加工して形成することを特徴とする。本体部の外周にタングステンまたはタングステン合金の細線を巻介して形成したコイルを備えることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による放電ランプおよびその電極の好適な実施形態の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明による放電ランプ用電極の好適な実施形態の構成を示す。図１（Ａ）は電極の正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す電極の縦断面図である。この電極20は、例えば、ショートアーク型放電ランプを構成する１対の電極の一方（例えば、陰極）である。この電極20は、例えば重量比で約２％の酸化ランタンを含むタングステン合金（Ｌa₂Ｏ₃：Ｗ）の棒状体を、例えばＮＣ旋盤を使用して機械加工により製造される。
【００１１】
この電極20は、比較的大径の円柱状の本体部21、その一端の広角かつ略円錐台形の第１先端部22、この第１先端部22の先端に突出形成された鋭角かつ略円錐状の第２先端部23、本体部21の他端側の比較的小径部24およびこの小径部24からさらに他方に延びる薄く加工された板状部25により構成される。この板状部25の自由端26は、例えば約３０°のテーパ26とされている。なお、図示せずも、この板状部25の他端には外部ブリードが形成または溶接等で接続されてもよい。また、本体部21の外周には、例えば約２％の酸化トリウムを含むタングステン合金（ＴhＯ₂：Ｗ）の細線（直径約０.４ｍｍ）によるコイル27が、複数回（例えば約１５回）巻回され、放電ランプ用電極（陰極）に使用されるとき、放電開始を容易にしている。
【００１２】
本発明の好適な実施形態では、本体部21の直径は３.０ｍｍ、第２先端部23の長さは約２.０ｍｍである。この第２先端部23を含む本体部21の長さは約１５ｍｍである。小径部24の直径は約２.５ｍｍである。板状部25の厚さは、約１.０ｍｍである。また、電極20の全長は、約２７ｍｍである。電極20の第１先端部22の円錐台形をなす角度αは、例えば約５０°〜９０°（好ましくは約７０°）の広角である。一方、第２先端部23のなす角度βは、角度αより十分小さい鋭角であり、例えば約３０°であり、その基部の直径は本体部21より十分小さいこと勿論である。
【００１３】
本発明の放電ランプまたは小型ショートアークランプは、例えば図３に示すような形状の放電管内に図１に示すような特定形状である電極20（特に、広角かつ円錐台形の第１先端部22および鋭角の第２先端部23を有する）を陰極とし、これと対向させた陽極を封止することにより構成可能である。陽極の先端形状は、ドーム状または円錐台形となし得る。なお、放電管は、特にこの特定形状に限定するものではないこと勿論である。このような構成の放電ランプによると、図２（Ａ）に示すような電極（陰極）は、例えば1000時間のランニング後にあっても図２（Ｂ）に示すようにその形状を維持する。そして、その照度特性は、図２（Ｃ）に示すように、十分長いランニング中において極めて安定していることが実験により確認された。
【００１４】
本発明による放電ランプおよびその電極により、上述のような良好な特性が得られる理由は、次の通りであると考えられる。即ち、ランニング中の温度分布の高温点は、第２先端部23の最先端部に集中する。次先端部の動作温度は、比較的低温であり最先端部の冷却効果を高める。さらに、第２先端部23における先端、中間および末端に温度差を発生させる。これにより、第２先端部23の先端が最高温度点となり、ここに放電点が集中するのでビームが安定し、揺らぎ等の不安定要因が効果的に抑えられる。
【００１５】
以上、本発明による放電ランプおよびその電極の好適な実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、このような実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて、上述した実施形態から種々の変形変更が可能であること当業者には容易に理解できよう。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の放電ランプによると、特定形状の電極を使用することにより、長時間にわたり照度が安定しているという実用上顕著な効果を奏することができる。また、本発明の電極によると、略円錐台形の第１先端部および略円錐形の第２先端部とを有するのでタングステンまたはタングステン合金の棒状体をＮＣ旋盤等の従来の加工技術を使用して、比較的簡単かつ安価に製造可能であり、特に小型ショートアークランプの陰極として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による放電ランプ用電極の好適な実施形態を示し、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）はその縦断面図である。
【図２】本発明の放電ランプおよび電極の特性を従来の放電ランプおよび電極の特性と対比して示し、（Ａ）〜（Ｃ）は本発明であり、（Ｄ）〜（Ｉ）は従来技術である。
【図３】従来の放電ランプの１例を示す全体構成である。
【図４】従来の放電ランプの対向する電極部の拡大図である。
【符号の説明】
１ 放電管
10 発光部
11、20 電極（陰極）
12 電極（陽極）
21 本体部
22 第１先端部
23 第２先端部
27 コイル

Claims (8)

1. 放電管内に一定間隔で配置された１対の電極を有し、該１対の電極間に放電電流を供給して放電させる放電ランプにおいて、前記１対の電極の一方は、他方の電極に対向する円柱棒状電極本体部の一端に形成された略円錐台形の第１先端部と、該第１先端部の頂角より小さい頂角を有し該第１先端部の先端から突出する略円錐状の第２先端部とを備えることを特徴とする放電ランプ。
2. 前記第１先端部の前記円錐台形の角度を約５０°乃至約９０°に選定することを特徴とする請求項１または２に記載の放電ランプ。
3. 前記第２先端部の前記円錐形の角度を約２０°乃至約４０°に選定することを特徴とする請求項３に記載の放電ランプ。
4. 前記電極は、重量比約２％の酸化ランタンを含むタングステン合金により形成することを特徴とする請求１乃至４の何れかに記載の放電ランプ。
5. 前記電極の前記本体部の外周に重量比約２％の酸化トリウムを含むタングステン合金の細線を巻回したコイルを有することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の放電ランプ。
6. 略円柱状の本体部と、該本体部の放電端側に形成された略円錐台形の第１先端部と、該第１先端部の頂角より小さい頂角を有し該第１先端部の先端から突出する略円錐形の第２先端部とを備えることを特徴とする放電ランプ用電極。
7. 重量比約２％の酸化ランタンを含むタングステン合金を加工して形成することを特徴とする請求項７に記載の放電ランプ用電極。
8. 前記本体部の外周にタングステンまたはタングステン合金の細線を巻回して形成したコイルを備えることを特徴とする請求項７または８に記載の放電ランプ用電極。

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