JP4628777B2 - ショートアーク型高圧放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、発光管部に一組の電極を有するショートアーク型高圧放電ランプに関する。

ショートアーク型高圧放電ランプは、例えば、液晶のカラーフィルターの製造プロセスにおける露光工程などに使用されている。
前記露光工程においては、カラーフィルターの大型化あるいは露光時間の短縮化が求められている。そこで、ショートアーク型高圧放電ランプからの放射光量の増加が強く望まれている。

ショートアーク型高圧放電ランプからの放射光量を増加する方法としては、ランプへの入力電流を増加する方法が知られている。
しかし、ランプへの入力電流を増加すると、陽電極先端部が電子流の増加により加熱されて陽電極の温度が上昇する。そして、陽電極の温度が上昇すると、陽電極部材の熱蒸発が促進される。その結果、熱蒸発した陽電極部材のランプ内壁への付着が促進され、光量が低下して機能を果たさなくなり、ランプ寿命が短くなるという問題が起こる。

この問題を解決するために、陽電極側面に、図７に示すような、深さＴが当該陽電極１０１の直径の１２％以内であり、かつ深さＴとピッチＬとの関係がＴ／Ｌ≧２である微細なＶ字形状の溝１０２を設けることによって陽電極１０１からの熱放射の効率を向上し、陽電極の温度を下げる方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、および特許文献３参照）。

また、特許文献１には、陽電極１０１側面に、深さＴが当該陽電極の直径の１２％以内であり、かつ深さＴとピッチＬとの関係がＴ／Ｌ≧２である微細なＶ字形状の溝を、陽電極の軸方向に設ける方法も提案されている。
特開２００２−１１７８０６号公報 特開２００３−１５７７９４号公報 特開２００３−２２３８６５号公報

しかし、前記従来の技術で提案されているような微細なＶ字形状の溝を形成するためには、ダイヤモンドカッターによる方法、レーザ光を照射する方法、電子ビームを照射する方法などを用いる必要があるため、装置が高価でコスト高になってしまう、加工に時間がかかる等の問題があった。特に、ダイヤモンドカッターによる方法は、カッターの刃の管理が難しく、加工時間が長時間になってしまうという問題があり、レーザ光を照射する方法および電子ビームを照射する方法は、装置が高価でコスト高になってしまうという問題があった。
そこで、本発明の目的は、放電加工による方法等、長軸方向の加工が行いやすい加工装置を用いて短時間で加工することのできる方法によって簡易に製造することができ、かつ、放熱性に優れた陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することにある。

このため、請求項１に記載の発明は、発光管部に一組の電極を有するショートアーク型高圧放電ランプにおいて、陽電極を構成する円柱状の胴部側面の表面に直に複数の凸状の放熱部が形成され、該放熱部は、所定の距離を隔てて放電方向に沿って形成されるとともに前記胴部の表面積が前記放熱部形成前に比べて２倍以上になるように設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記一組の電極の軸が同一線上にあることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記凸状の放熱部が、陽電極の軸と平行に形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記陽電極が、先端部と、該先端部に続く胴部と、該胴部に続く後端部とからなり、前記放熱部が、前記先端部の任意の途中位置から前記胴部を通って前記後端部の任意の途中位置まで連続して形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、隣り合う凸状の放熱部の間に形成される中間部が平坦であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、放熱部が、略矩形型であることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、放熱部が、台形型であることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記放熱部の頂部が平坦であることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項８記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記頂部の平坦部の幅が０．３ｍｍ以上であることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記胴部が、胴部本体と該胴部本体の外周に設けられた前記放熱部とからなり、該放熱部と、前記胴部本体とが、同一材料で一体に形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、陽電極を構成する円柱状の胴部側面の表面に直に複数の凸状の放熱部が形成され、該放熱部は、所定の距離を隔てて放電方向に沿って形成されるとともに胴部の表面積が放熱部形成前に比べて２倍以上になるように設けられているので、放電加工による方法等、小型の加工装置を用いて短時間で加工することのできる方法によって簡易に製造することができ、かつ、安定状態時に放電方向に沿って生じている気化した発光物質および封入ガスの流れが隣り合う凸状の放熱部と放熱部との間を通りやすいため、放熱性に優れた陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。また、放熱部の面積が広く放熱効率が特に高いため、放熱性に特に優れた陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、一組の電極の軸が同一線上にあるので、陽電極の胴部側面付近を、放電方向に沿って、気化した発光物質および封入ガスが特に流れやすいので、放熱部からの放熱効率が高く、放熱性に特に優れた陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、凸状の放熱部が、陽電極の軸と平行に形成されているので、安定状態時に放電方向に沿って生じている気化した発光物質および封入ガスの流れが、隣り合う凸状の放熱部と放熱部との間を特に通りやすいため、放熱性に特に優れた陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。

請求項４に記載の発明によれば、放熱部が、前記先端部の任意の途中位置から前記胴部を通って前記後端部の任意の途中位置まで連続して形成されているので、放熱部の面積が広く放熱効率が特に高いため、放熱性に特に優れた陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。

請求項５に記載の発明によれば、隣り合う凸状の放熱部の間に形成される中間部が平坦であるので、放電加工による方法等、小型の加工装置を用いて短時間で加工することのできる方法によって特に簡易に製造することができる陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。

請求項６に記載の発明によれば、前記放熱部が略矩形型であるので、放電加工による方法等、小型の加工装置を用いて短時間で加工することのできる方法によって特に簡易に製造することができる陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。

請求項７に記載の発明によれば、前記放熱部が台形型であるので、放熱部からの熱放射による放熱と、前記気化した発光物質および前記封入ガスの対流による放熱とのバランスが良くなることにより、効率的な放熱効果を得られる陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。

請求項８に記載の発明によれば、前記放熱部の頂部が平坦であるので、放電加工時に生じうる頂部のチッピングが防止できるので、小型の加工装置を用いて短時間で加工することのできる放電加工による方法によって製造することができる。したがって、特に簡易に製造することができる陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。

請求項９に記載の発明によれば、頂部の幅が０．３ｍｍ以上であるので、放電加工による方法等、小型の加工装置を用いて短時間で加工することのできる方法によってとりわけ簡易に製造することができる陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、放熱部と、胴部本体とが、同一材料で一体に形成されているので、一つの材料を、小型の加工装置を用いて短時間で加工することのできる方法（例えば放電加工による方法）を用いて加工することによって製造することができる。したがって、特に簡易に製造することができる陽電極を備えたショートアーク型高圧放電ランプを提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明を実施するための最良の形態について詳述する。
図１は、この発明の一例としてのショートアーク型高圧放電ランプの側面図であり、図２（ａ）は陽電極付近の拡大図である。
ショートアーク型高圧放電ランプ１０は、中空でほぼ球形の発光管部１１と、発光管部１１の両端から延びた一対の封止管部１２と、封止管部１２から発光管部１１とは反対方向に延びた外部端子１４と、発光管部１１の内部に配置された陽電極２０と陰電極３０とからなる一組の電極と、電極の、放電空間Ｓ方向とは反対側に固着された電極リード棒１３とを有する。
前記一組の電極の軸Ａは、同一線上となるように構成されている。

これらの陽電極２０、陰電極３０は、それらに固着された電極リード棒１３によって支持され、かつ、電気的に接続されている。封止管部１２内部で電極リード棒１３と外部端子１４とが電気的に接続されている。
外部端子１４は、図示しない外部点灯回路に電気的に接続される。

陽電極２０、陰電極３０は放電に適した金属によって形成され、通常タングステンによって形成される。

電極リード棒１３は導電性材料で形成され、通常タングステンによって形成される。
外部端子１４は、従来公知の導電性材料にて構成されている。

発光管部１１の内部には、水銀、ハロゲン化金属などの発光物質、および封入ガスとしてのキセノン、アルゴン、クリプトンなどの希ガスなどが封入されている。
発光管部１１および封止管部１２は、石英ガラスなど従来公知の材料にて構成されている。
なお、本発明のショートアーク型高圧放電ランプ１０の陽電極２０以外の構成は、従来公知のショートアーク型高圧放電ランプと同様に構成することができる。

このショートアーク型高圧放電ランプ１０は、外部点灯回路によって、例えば、定格９４Ｖ、定格１０ｋＷで点灯される。
ショートアーク型高圧放電ランプの安定状態
時には、陰電極３０と陽電極２０との間にアーク放電が起こっており、陽電極２０付近には、放電方向Ｙに沿ってフレアＦが生じている。これに伴い、陽電極２０の胴部２２側面付近には、放電方向Ｙに沿って、気化した発光物質および封入ガスの流れが生じている。

図２（ａ）において、陽電極２０は先端部２１、胴部２２、後端部２３から構成されている。胴部２２は円柱状に形成されている。そして、陽電極２０には、その側面に、複数の凸状の放熱部４０が、所定の距離を隔てて放電方向Ｙに沿って、前記先端部２１の任意の途中位置から前記胴部２２を通って前記後端部２３の任意の途中位置まで連続して形成されている。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ矢視断面図である。
符号Ｄは胴部２２の直径を表す。
直径Ｄは、通常２０ｍｍ以上である。
陽電極２０の胴部２２の側面には、複数の凸状の放熱部４０が所定の距離を隔てて形成されている。胴部２２は、胴部本体２４の表面に放熱部４０を形成して構成されている。

図３は図２（ｂ）の放熱部４０付近の拡大図である。
符号Ｈは放熱部４０の高さを表す。符号Ｘは放熱部４０の頂部４２の幅を表す。符号Ｗは放熱部４０の中間部４１の幅を表す。符号Ｐは放熱部４０のピッチを表す。
放熱部４０の先端である頂部４２には平坦部を有している。
隣り合う凸状の放熱部４０の間には、溝部４３が形成されている。
放熱部４０は、略矩形型に形成されている。このような略矩形型の放熱部４０は、隣り合う凸状の放熱部４０の間に形成される溝部４３が矩形型になるように加工することによって形成することができる。溝部４３が矩形型になるように加工するのが、加工の際の設定が容易であるので、簡易に製造できるという点で好ましい。したがって、放熱部４０が略矩形型であるのが、簡易に製造できるという点で好ましい。

放熱部４０は、陽電極２０の胴部２２の側面に、放電加工による方法、ダイヤモンドカッターによる方法、レーザ光を照射する方法、電子ビームを照射する方法など公知の方法によって溝部４３を形成することによって形成することができる。なかでも、放電加工による方法が、加工装置が小型であり、かつ、短時間で加工することのできるので、簡易に製造できるという点で好ましい。

本発明のショートアーク型高圧放電ランプ１０の陽電極２０には、放熱効果を上げるために、さらにタングステンパウダーの焼結を行ってもよい。タングステンパウダーの焼結は、従来公知の方法によって行うことができる。前記の放電加工による方法によれば、放電加工後の表面状態がタングステンパウダーの塗布を行うのに適した状態になる。したがって、放電加工による方法は、タングステンパウダーの焼結を行うのに適しているという点でも好ましい。

隣り合う凸状の放熱部４０の間に形成される中間部４１には、平坦部を有している。
なお、本発明において、平坦部とは、特に示さない限り、平面でなくてもよく、例えば円柱の側面のような曲面であってもよい。

本発明の凸状の放熱部４０は、胴部２２の表面積が、放熱部４０形成前に比べて２倍以上になるように設けられるのが放熱性の点で好ましい。
放熱部４０としては、具体的には、下記のような形状であるのが好ましい。
すなわち、放熱部４０の高さＨとしては、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であるのが好ましい。高さＨが１ｍｍ未満であると、放熱効率が十分でないという問題がある。高さＨが３ｍｍを超えると、加工が困難になる、加工に時間がかかるなどの問題があるばかりか、電極断面積の減少により電極本体の熱伝導が悪くなるため、効率的に電極の温度を下げることができないためである。

放熱部４０の先端である頂部４２が平坦でないか、または、放熱部４０の先端である頂部４２の幅Ｘが狭すぎると、放熱部４０を形成する際にチッピングが起こり、頂部４２が欠けてしまうという問題が生じやすい。そこで、放熱部４０の先端である頂部４２には平坦を有しているのが好ましく、さらに頂部４２の幅Ｘは０．３ｍｍ以上であるのが好ましく、とりわけ０．５ｍｍ以上であるのが好ましい。また、放熱性の点では、頂部４２の平坦部の幅Ｘは２．５ｍｍ以下であるのが好ましく、１ｍｍ以下であるのがより好ましい。
放熱部４０の中間部４１の幅Ｗとしては、０．４ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるのが好ましく、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であるのがより好ましい。中間部４１の幅Ｗが０．４ｍｍ未満であると、加工が困難であり、また、放熱性が十分でないという問題がある。また、２．５ｍｍ以上であると放熱性が十分でないという問題がある。
中間部４１の幅Ｗと頂部４２の幅Ｘとは、Ｗ／Ｘ≧１であるのが、隣り合う凸状の放熱部４０の間に形成される溝部４３を、対流している気化した発光物質および封入ガスが効率的に流れるため、効率的に放熱できるという点で好ましい。

放熱部４０のピッチＰとしては、０．８ｍｍ以上５ｍｍ以下であるのが好ましく、１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるのがより好ましい。ピッチＰが０．８ｍｍ未満であると、加工が困難であり、また、放熱性が十分でないという問題がある。また、５ｍｍ以上であると放熱性が十分でないという問題がある。
放熱部４０は、陽電極２０の胴部２２側面の一部に設けてもよいが、先端部２１と胴部２２との境界Ｍ１付近から胴部２２と後端部２３との境界Ｍ２付近まで連続して設けるのが、放熱性の点で好ましい。さらに、前記先端部２１の任意の途中位置から前記胴部２２を通って前記後端部２３の任意の途中位置まで連続して設けるのが、放熱性の点で好ましい。

ところで、放熱部４０は、図４に示すように台形型であってもよい。放熱部４０が台形型である場合は、図４（ａ）に示すように、放熱部４０の先端である頂部４２の幅が放熱部４０の底部より狭い台形型でもよく、または図４（ｂ）に示すように、前記頂部４２の幅が前記底部より広い台形型であってもよい。
このような台形型の放熱部４０は、隣り合う凸状の放熱部４０の間に形成される溝部４３が台形型になるように加工することによって形成することができる。
放熱部４０が、図４（ａ）に示すように、放熱部４０の先端である頂部４２の幅が放熱部４０の底部より狭い台形型である場合には、放熱部と気化した発光物質および封入ガスとの摩擦が減少し、気化した発光物質および封入ガスの流速が増加するため、冷却効果が増す。また、放熱部４０が、図４（ｂ）に示すように、前記頂部４２の幅が前記底部より広い台形型である場合には、気化した発光物質および封入ガスの対流による放熱に加えて、熱放射による放熱効率が良くなり、冷却効果が増す。このため、放熱部４０は、台形型であるのが、放熱性の点で好ましい。

また、放熱部４０と胴部本体２３とは、図５に示すように別体に形成されていてもよい。
放熱部４０は、放熱性が良く、かつ、点灯中の高温に耐えられる材料で形成すればよく、胴部本体２４と同一材料で形成してもよく、これとは異なる材料で形成してもよい。
放熱部４０と、胴部本体２４とは、溶接など公知の方法で固着すればよい。

このように構成されたショートアーク型高圧放電ランプ１０を点灯すると、陰電極３０と陽電極２０との間にアーク放電が起こる。アーク放電が起こると、陽電極２０は電子流によって加熱される。これに伴い発光管部１１も加熱され、発光管部１１に封入されている水銀などの発光物質が気化する。発光物質が十分に気化すると、ショートアーク型高圧放電ランプ１０からの放射光量が安定する。この放射光量が安定した状態を安定状態という。
安定状態時には、陽電極２０付近には、放電方向Ｙに沿ってフレアＦが生じている。これに伴い、陽電極２０の胴部２２側面付近には、放電方向Ｙに沿って、気化した発光物質および封入ガスの流れが生じている。

本発明のショートアーク型高圧放電ランプ１０は、陽電極２０の胴部２２の側面に複数の凸状の放熱部４０が、所定の距離を隔てて放電方向Ｙに沿って形成されているので、安定状態時に放電方向Ｙに沿って生じている気化した発光物質および封入ガスの流れが、隣り合う凸状の放熱部４０の間に形成される溝部４３の間を通りやすい。このため、気化した発光物質および封入ガスの流れによって陽電極２０が効果的に冷却される。
図６から明らかなように、本発明のショートアーク型高圧放電ランプ１０を用いると、陽電極の温度上昇を抑制することができ、陽電極部材の熱蒸発が抑制される。その結果、熱蒸発した陽電極部材のランプ内壁への付着が抑制され、照度の低下が抑制されるので、ランプ寿命を長くすることができる。

本発明のショートアーク型高圧放電ランプ１０の実施の形態としては、例えば、発光管部１１に一組の電極を有するショートアーク型高圧放電ランプ１０において、陽電極２０の胴部２２側面に複数の凸状の放熱部４０が、所定の距離を隔てて放電方向Ｙに沿って形成される。
また、前記一組の電極（陽電極２０、陰電極３０）の軸が同一線上になるように構成される。
さらに、前記凸状の放熱部４０が、陽電極２０の軸と平行に形成される。
加えて、前記陽電極２０が、先端部２１と、該先端部２１に続く胴部２２と、該胴部２２に続く後端部２３からなり、放熱部４０が、前記先端部２１と前記胴部２２との境界側の端Ｍ１から該胴部２２と前記後端部２３との境界側の端Ｍ２まで連続して形成される。
また、前記凸状の放熱部４０が、胴部２２の表面積が２倍以上になるように形成される。
さらに、隣り合う凸状の放熱部４０の間に形成される中間部４１に平坦部を有するように構成される。
加えて、放熱部４０が、略矩形型になるように構成される。
また、前記放熱部４０の先端である頂部４２に平坦部を有するように構成される。
さらに、前記頂部４２の平坦部の幅が０．３ｍｍ以上となるように構成される。
加えて、前記放熱部４０と、胴部本体２４とが、同一材料で一体に形成される。

他の実施の形態としては、例えば、放熱部４０が、台形型になるように構成される。

他の実施の形態としては、例えば、前記放熱部４０と、胴部本体２４とが、別体に形成される。

なお、本発明は、上述の例に限定されるものではない。

この発明のショートアーク型高圧放電ランプの側面図である。 （ａ）は、図１のショートアーク型高圧放電ランプの陽電極付近の拡大図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ矢視断面図である。 図２（ｂ）の陽電極の放熱部付近の一部拡大図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明のショートアーク型高圧放電ランプの他の実施形態における陽電極の放熱部付近の一部拡大図である。 本発明のショートアーク型高圧放電ランプの他の実施形態における陽電極の放熱部付近の一部拡大図である。 本発明のショートアーク型高圧放電ランプの効果を示すグラフである。 従来のショートアーク型高圧放電ランプの陽電極の溝部付近の拡大図である。

符号の説明

１０ ショートアーク型高圧放電ランプ
１１ 発光管部
１２ 封止管部
１３ 電極リード棒
１４ 外部端子
２０ 陽電極
２１ 先端部
２２ 胴部
２３ 後端部
２４ 胴部本体
３０ 陰電極
４０ 放熱部
４１ 中間部
４２ 頂部
４３ 溝部
Ａ 電極の軸
Ｄ 直径
Ｆ フレア
Ｈ 高さ
Ｍ１，Ｍ２ 境界
Ｐ ピッチ
Ｓ 放電空間
Ｗ，Ｘ 幅
Ｙ 放電方向

Claims (10)

1. 発光管部に一組の電極を有するショートアーク型高圧放電ランプにおいて、
   陽電極を構成する円柱状の胴部側面の表面に直に複数の凸状の放熱部が形成され、
   該放熱部は、所定の距離を隔てて放電方向に沿って形成されるとともに前記胴部の表面積が前記放熱部形成前に比べて２倍以上になるように設けられていることを特徴とするショートアーク型高圧放電ランプ。
2. 前記一組の電極の軸が同一線上にあることを特徴とする請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
3. 前記凸状の放熱部が、陽電極の軸と平行に形成されていることを特徴とする請求項２記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
4. 前記陽電極が、先端部と、該先端部に続く胴部と、該胴部に続く後端部とからなり、前記放熱部が、前記先端部の任意の途中位置から前記胴部を通って前記後端部の任意の途中位置まで連続して形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
5. 隣り合う凸状の放熱部の間に形成される中間部が平坦であることを特徴とする請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
6. 前記放熱部が、略矩形型であることを特徴とする請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
7. 前記放熱部が、台形型であることを特徴とする請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
8. 前記放熱部の頂部が平坦であることを特徴とする請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
9. 前記頂部の幅が０．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項８記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
10. 前記胴部が、胴部本体と該胴部本体の外周に設けられた前記放熱部とからなり、該放熱部と、前記胴部本体とが、同一材料で一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
    

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