JP4591563B2 - 放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、放電ランプに関し、特に、半導体素子、液晶素子、プリント基板素子等の露光用の光源、または映写用投映装置の光源として使用されるショートアーク型放電ランプに関する。

上記技術分野で使用される放電ランプは、例えば、特許文献１、２等に記載されている。
図８は、特許文献１，２に記載されているようなショートアーク型放電ランプの構成を示す一部断面図である。
同図に示すように、ショートアーク型放電ランプ１０１における放電容器１０２は、発光管１０３の両端に外方に伸びる封止管１０４が連設されている。発光管１０３の内部には、１対の電極１０５，１０６が所定の間隔を隔てて互いに対向するよう配置されている。電極１０５，１０６は、各々電極本体１０５１，１０６１が、電極軸部１０５２，１０６２に固定されて構成されている。なお、電極軸部１０５２，１０６２は封止管１０４，１０４内の不図示の金属ディスクに固定されて石英により支持されている。電極１０５，１０６はタングステンからなり、例えば、全体が略円柱状であって先端部および後端部に各々外方に向かって先細りするよう曲面ないしは斜面が形成された陽極１０５と、先端が尖塔状に成形された陰極１０６とから構成されている。なお、このショートアーク型放電ランプ１０１は、上記技術分野のうち、各種素子の露光用に使用されるものにおいては、
通常、陽極１０５が上、陰極１０６が下という、垂直姿勢に保持されて、適宜の光学系と共に使用される。

このようなショートアーク型放電ランプ１０１において、電極本体１０５１は、電極軸部１０５２に対してプレス圧入によって挿入して接合されている。その保持力は、電極軸部１０５２と電極本体１０５１の穴（不図示）内面との摩擦によるものである。しかしながら、電極本体１０５１の穴と電極軸部１０５２の直径との間に寸法精度上の誤差等が生じるため、例えば、特許文献１には、図９（ａ）に示すように、電極本体１０５１の穴と電極軸部１０５２の間に金属箔１０７を適宜入れて、電極本体１０５１と電極軸部１０５２の接合において圧入時にかかる力を制御することにより、電極本体１０５１の抜け止め、および落下に対する対策がとられている。しかしながら、このような対策をとっても、電極本体１０５１の穴と電極軸部１０５２の径の寸法精度等の影響を皆無とすることはできず、輸送時の振動等によって電極本体１０５１が電極軸部１０５２から外れ、落下することがある。

また、特許文献３には、図９（ｂ）に示すように、電極本体１０５１と電極軸部１０５２との結合に螺合接続１０５３による電極が開示されている。しかしながら、螺合接続１０５も金属同士の結合であるため、衝撃、振動で結合の緩みが生じ、これを放置すると、電極本体１０５１が落下するおそれがあり、確実に電極本体１０５１と電極軸部１０５２を接続し、信頼性、安全性を高めることが必要である。
特開２００３−３３１７８０号公報 特開２００１−１５０７０号公報 特開平５−３２５８９１号公報

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、電極本体と電極軸部の接合を簡単かつ安定して行える電極接合構造を備え、電極本体が電極軸部から外れて落下する不具合を防止して、信頼性の高い放電ランプを提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、発光管の両端に封止管が連設されてなる放電容器の内部空間に、前記発光管の管軸方向において対向する一対の電極が配置され、前記電極が、先端部に続く略円柱状の胴部を有する電極本体と電極軸部とを備え、前記電極軸部の先端部に雄ネジ部が、前記電極本体の後端部に形成された凹所内壁に雌ネジ部が形成され、電極本体と電極軸部とが螺合することにより接続してなる放電ランプであって、前記電極本体の雄ネジ部と前記電極軸部の雄ネジ部との間に、金属部材が介装されてなり、前記金属部材を複数備え、該複数の金属部材は、前記電極本体の周方向に間隔を置いて配置され、前記電極軸部の雄ネジ部に、穴または溝がネジ山を貫通するように軸方向に形成されてなり、前記金属部材が棒状体であり、前記金属部材が前記穴または前記溝に嵌合して配置され、前記螺合によって、前記金属部材の一部が圧潰された状態で配置されていることを特徴とする放電ランプである。
第２の手段は、第１の手段において、前記雄ネジ部の基端部が前記電極本体内部に埋め込まれていることを特徴とする放電ランプである。
第３の手段は、第２の手段において、前記電極軸部には、前記雄ネジ部の基端部から電極軸部の後方に向かって拡径するテーパ面が形成され、該テーパ面が前記電極本体内部に埋め込まれていることを特徴とする放電ランプである。

請求項１に記載の発明によれば、雄ネジ部と雌ネジ部の間に金属部材が圧潰されて配置されているので結合状態が強固になり、電極本体が軸部から抜け落ちることを防止することができると共に、電極軸部と電極本体とを螺合する際、金属部材に偏りを生じることなく所定の位置に配置することができて、電極本体と電極軸部の軸ズレを防止することができる。
請求項２に記載の発明によれば、応力が雄ネジ部の基端部に集中することを防止することができ、電極軸部が折損を防止することができ、信頼性の高いランプとすることができる。
請求項３に記載の発明によれば、雄ネジ部の基端部にかかる応力をいっそう緩和でき、更に信頼性の高いランプとすることができる。

本発明の実施形態を図を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係るショートアーク型放電ランプ１の構成を示す一部断面図である。
同図に示すように、ショートアーク型放電ランプ１における放電容器２は、石英ガラスで形成され、楕円球形の発光管３と、発光管３の両端から外方に伸びるよう連設された筒状の封止管４とからなり、発光管３に続く封止管４の発光管３に接近した個所に、封止管４の一部が縮径された状態の絞り込み部４１が形成されている。放電容器２の発光管３内には、陽極５および陰極６が互いに対向するように配置されている。これらの電極５，６は、各々電極本体５１，６１がタングステンよりなり、各々同じくタングステンからなる円柱状の電極軸部５２，６２の先端部に固定されて支持され、配置されている。

図２は、参考例としての図１に示した陽極５の拡大断面図である。
同図に示すように、陽極５は電極本体５１と電極軸部５２とから構成され、電極本体５１の基端面５１１には、電極軸部５２の径より僅かに小さい円柱状の凹所が設けられており、その内周面にネジ山が形成されることによって雌ネジ部５１２が形成されている。一方、電極軸部５２の先端部には雌ネジ部５１２のネジ山に螺合するネジ山が外周に形成された雄ネジ部５２２が形成されており、電極本体５１の雌ネジ部５１２に電極軸部５２の雄ネジ部５２２が挿入し、螺合して結合するように構成されている。
さらに、螺合部には、雌ネジ部５１２および雄ネジ部５２２間に、金属部材としての金属箔７が介在し、螺合されることによって圧潰された状態で配置されている。金属箔７は、特に、陽極５に使用されるため、高温下での耐性を備える高融点金属からなり、具体的な材質としては、モリブデン、タンタル等の易変形性を有するものが好ましく、中でもタンタルが好ましい。

次に、陽極５の製作工程を図３を用いて説明する。
図３（ａ）は、電極本体５１となるタングステン円柱体５１Ａの断面図、図３（ｂ）は電極軸部５２となるタングステン棒５２Ａの側面図と断面図である。
図３（ａ）に示すように、電極本体５１となるタングステン円柱体５１Ａの中心部に有底穴を穿設した後、機械加工でネジ山を形成し、雌ネジ部５１２を作製する。一方、電極軸部５２となるタングステン棒５２Ａの先端部に機械加工でネジ山を形成し、雄ネジ部５２２を作製する。続いて、金属箔７を雄ネジ部５２２に、例えば、４枚をほぼ等間隔に離間して配置し、金属箔７を介在させた状態で、雄ネジ部５２２と雌ネジ部５１２を螺合して接続する。金属箔７は、雄ネジ部５２２と雌ネジ部５１２を完全に螺合すると、先端側においては潰れてしまい摩擦が少なくなるおそれがあるので、雄ネジ部５２２の基端部５２１近傍においては、金属箔７を配置した状態とすることが望ましい。その後、タングステン円柱体５１Ａを所定の陽極形状に旋盤により加工することによって陽極５が作製される。

図４は、本発明の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの陽極の拡大断面図である。
図４（ａ）は電極本体５１と電極軸部５２の一部断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＭ−Ｍ線における電極軸部５２の断面図である。
同図に示すように、電極軸部５２の先端部には雄ネジ部５２２Ａが形成されている。この雄ネジ部５２２Ａには、機械加工により電極軸部５２の軸と平行に伸びる貫通穴５２２１Ａが、該雄ネジ部５２２Ａのネジ山を貫通して形成されている。貫通穴５２２１Ａの内部には、貫通穴５２２１Ａの内径に適合する直径を有する棒状の金属部材としてのワイヤー７Ａが挿入されて、嵌合状態に配置されている。ワイヤー７Ａは、タンタル、モリブデン、インジウム等の高融点金属からなり、中でもタンタルが好ましい。電極軸部５２に係る数値例を示すと、電極軸部５２の直径はφ８ｍｍ、雄ネジ部５２２Ａの外径はφ５ｍｍ、貫通穴５２２１Ａの内径はφ０．５５ｍｍ、ワイヤー７Ａの直径は０．５ｍｍである。なお、その他の構成は図２に示した陽極５に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。

図４に示した電極軸部５２を電極本体５１に取り付けると、電極軸部５２の雄ネジ部５２２Ａのネジ山の間から露出したワイヤー７Ａが、電極本体５１の雌ネジ部５１２のネジ山によって圧潰されて、ネジ山同士の間隙がなくなって摩擦力が増すと共に、ワイヤー７Ａがクサビ状に変形することにより螺着方向に対して反対方向に回転することが抑制され、緩み止めとして作用する。この結果、電極軸部５２と電極本体５１とは強力に結合し、逆方向への回転が抑制され、電極本体５１が電極軸部５２から外れることを確実に防止することができる。

なお、このような雄ネジ部５２２Ａのネジ山の間にワイヤー７Ａを配置する方法としては、このような貫通穴５２２１Ａの例にとどまらず、電極軸部５２の軸方向に伸びるものであれば、図５に示すように貫通溝５２２１Ｂであってもよい。すなわち、図５に示すように、電極軸部５２の軸と平行に伸びるようなスリット（溝）５２２１Ｂを雄ネジ部５２２Ｂのネジ山部分に形成し、スリット５２２１Ｂに金属部材としての金属板７Ｂを嵌合配置する。金属板７Ｂは、雄ネジ部５２２Ｂを不図示の雌ネジ部に螺合する際、ネジ山の隙間から露出した部分が潰れてネジ山の間隙を埋めると共に、金属板７Ｂがクサビ状に変形するので逆方向の回転を抑制し、緩み止めとして作用させることができる。これらの実施形態においても、螺合状態を形成する間、棒状の金属部材が潰れて、摩擦が少なくなる可能性があり、雄ネジ部５２２Ａの基端部近傍に金属部材が位置されることが望ましい。

図６を参照して、更に異なる実施形態を説明する。
図６は、図２，４，５に示した電極軸部５２と異なる形状を有する電極軸部５２の拡大断面図である。
図２に示した陽極５においては、電極本体５１と電極軸部５２の外径差が大きく、電極軸部５２の雄ネジ部５２２における基端部５２１の近傍Ｐにおいては応力が集中しやすい構造となっている。そのため、雄ネジ部５２２の基端部５２１では、更に径が小さく加工されると共に、ネジ加工されており、更に折れやすい構造になっている。このような、雄ネジ部５２２の基端部５２１における応力集中を回避するため、図６に示すように、電極本体５１の凹所に電極軸部５２が嵌入する拡径部を形成しておいて、電極軸部５２の雄ネジ部５２２に続く軸部本体の一部を電極本体５１の内部に埋入する構造とするのが良い。すなわち、雄ネジ部５２２における基端部５２１Ａを、電極本体５１の雌ネジ部５１２に続く基端面５１１Ａに形成される凹所の内部に完全に埋め込むようにする。このように構成することによって雄ネジ部５２２の基端部５２１Ａにおける折損を防止することができる。

また、更に異なる実施形態として、図７で示すように、電極軸部５２の軸部と雄ネジ部５２２の間に、軸部の後方に向かって径が拡大するようテーパ面を形成を形成し、電極軸部５２の基端部５２１Ｂが電極本体５１内に形成されたテーパ面で形成された基端面５１１Ｂの内部に埋入するようにしてもよい。
更に、テーパ面と基端面５１１Ｂ間に金属箔７を挿入配置することによって、テーパ面において電極本体５１と電極軸部５２との密着性を高めると共に、雄ネジ部５２２の基端部５２１Ｂにかかる応力を一層小さくし、雄ネジ部５２２の基端部５２１Ｂにおける折損を防止するようにしてもよい。

本発明に係るショートアーク型放電ランプ１の構成を示す一部断面図である。 参考例を説明する図であり、図１に示した陽極５の拡大断面図である。 参考例に係る陽極の製作工程を説明するための、電極本体となるタングステン円柱体の断面図および電極軸部となるタングステン棒の側面図および断面図である。 本発明の実施形態に係る電極軸部の拡大断面図である。 他の実施形態に係る電極軸部の拡大断面図である。 他の実施形態に係る電極本体と電極軸部の結合部を示す拡大断面図である。 他の実施形態に係る電極本体と、電極軸部の結合部を示す拡大断面図である。 特許文献１，２に記載されているようなショートアーク型放電ランプの構成を示す一部断面図である。 従来技術に係る電極における電極本体と電極軸部との結合手段を示す断面図である。

符号の説明

１ ショートアーク型放電ランプ
２ 放電容器
３ 発光管
４ 封止管
４１ 絞り込み部
５ 陽極
５１ 電極本体
５１Ａ タングステン円柱体
５１１ 基端面
５１１Ａ 基端面
５１１Ｂ 基端面
５１２ 雌ネジ部
５２ 電極軸部
５２Ａ タングステン棒
５２１ 基端部
５２１Ａ 基端部
５２１Ｂ 基端部
５２２ 雄ネジ部
５２２Ａ 雄ネジ部
５２２１Ａ 貫通穴
５２２Ｂ 雄ネジ部
５２２１Ｂ 貫通溝
６ 陰極
６１ 電極本体
６２ 電極軸部
７ 金属箔
７Ａ ワイヤー
７Ｂ 金属板

Claims (3)

1. 発光管の両端に封止管が連設されてなる放電容器の内部空間に、前記発光管の管軸方向において対向する一対の電極が配置され、前記電極が、先端部に続く略円柱状の胴部を有する電極本体と電極軸部とを備え、前記電極軸部の先端部に雄ネジ部が、前記電極本体の後端部に形成された凹所内壁に雌ネジ部が形成され、電極本体と電極軸部とが螺合することにより接続してなる放電ランプであって、
   前記電極本体の雌ネジ部と前記電極軸部の雄ネジ部との間に、金属部材が介装されてなり、
   前記金属部材を複数備え、該複数の金属部材は、前記電極本体の周方向に間隔を置いて配置され、
   前記電極軸部の雄ネジ部に、穴または溝がネジ山を貫通するように軸方向に形成されてなり、前記金属部材が棒状体であり、前記金属部材が前記穴または前記溝に嵌合して配置され、
   前記螺合によって、前記金属部材の一部が圧潰された状態で配置されていることを特徴とする放電ランプ。
2. 前記雄ネジ部の基端部が前記電極本体内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載の放電ランプ。
3. 前記電極軸部には、前記雄ネジ部の基端部から電極軸部の後方に向かって拡径するテーパ面が形成され、該テーパ面が前記電極本体内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項２記載の放電ランプ。