JP4914970B2 - Discharge lamp electrode and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、放電ランプの電極構造に関し、特に、放熱性向上に関する。   The present invention relates to an electrode structure of a discharge lamp, and more particularly to improvement of heat dissipation.

従来、陽極における放熱対策としては、陽極の容量を大きくすることが知られていた。しかし、陽極の容量を大きくすると、陽極が重たくなり、陽極を支えているリード棒が輸送中に折れたりする問題があった。   Conventionally, as a heat dissipation measure in the anode, it has been known to increase the capacity of the anode. However, when the capacity of the anode is increased, there is a problem that the anode becomes heavy and the lead rod supporting the anode is broken during transportation.

特許文献1には、陽極表面にタングステンおよびタンタルの混合物よりなる金属多孔質層が形成された陽極が開示されている。かかる金属多孔質層を設けることにより、放熱効果を高くすることができる。   Patent Document 1 discloses an anode in which a metal porous layer made of a mixture of tungsten and tantalum is formed on the surface of the anode. By providing such a metal porous layer, the heat dissipation effect can be enhanced.

また、特許文献2には、外周面にフィンを設け、陽極表面積を拡大し、陽極からの輻射効率を増大させた陽極が開示されている。   Patent Document 2 discloses an anode in which fins are provided on the outer peripheral surface, the anode surface area is enlarged, and the radiation efficiency from the anode is increased.

特開平2-256150号公報JP-A-2-256150

特開2002-117806号公報JP 2002-117806 JP

上記、特許文献1,2はいずれも、陽極の表面積を広げることにより、放熱効果を高めることはできても、十分な放熱は行えなかった。さらに、陽極を軽量化するのに限界があった。   In both Patent Documents 1 and 2, the heat dissipation effect can be enhanced by increasing the surface area of the anode, but sufficient heat dissipation cannot be performed. Furthermore, there is a limit to reducing the weight of the anode.

この発明は、電極を支持する電極リード棒の負荷を軽減できるとともに、温度上昇を抑制することができる電極構造を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide an electrode structure that can reduce the load on an electrode lead rod that supports an electrode and can suppress an increase in temperature.

1)本発明にかかる放電ランプ用電極は、1)高融点材料で構成された電極本体、2)前記電極本体の側面に設けられた中空円筒状の放熱部材を備えた放電ランプ用電極であって、3)前記放熱部材は、前記高融点材料より高い熱伝導性および熱放射性を有し、かつ前記高融点材料とほぼ同様の熱膨張係数を有する絶縁性セラミック材料で構成されている。材料の比重が前記電極本体よりも軽いので、電極を支持する電極リード棒の負荷を軽減できるとともに、温度上昇を抑制することができる電極構造を提供することができる。   1) A discharge lamp electrode according to the present invention is 1) an electrode main body made of a high melting point material, and 2) a discharge lamp electrode provided with a hollow cylindrical heat dissipating member provided on the side of the electrode main body. 3) The heat dissipating member is made of an insulating ceramic material having higher thermal conductivity and heat radiation than the high melting point material, and substantially the same thermal expansion coefficient as the high melting point material. Since the specific gravity of the material is lighter than that of the electrode body, it is possible to provide an electrode structure that can reduce the load on the electrode lead rod that supports the electrode and can suppress an increase in temperature.

2)本発明にかかる放電ランプ用電極においては、前記電極本体と前記放熱部材との間に、前記放熱部材と固相結合した金属緩衝層を有する。したがって、前記放熱部材と前記電極本体との密着性を高めることができる。   2) The discharge lamp electrode according to the present invention has a metal buffer layer solid-phase bonded to the heat dissipation member between the electrode body and the heat dissipation member. Therefore, the adhesion between the heat dissipation member and the electrode body can be enhanced.

3)本発明にかかる放電ランプ用電極においては、前記放熱部材は、熱伝導率170W/mK以上、熱放射率0.50以上、および熱膨張係数4.0*10−6〜5.0*10−6である。したがって、電極を支持する電極リード棒の負荷を軽減できるとともに、温度上昇を抑制することができる電極構造を提供することができる。 3) In the discharge lamp electrode according to the present invention, the heat dissipation member has a thermal conductivity of 170 W / mK or more, a thermal emissivity of 0.50 or more, and a thermal expansion coefficient of 4.0 * 10 −6 to 5.0 * 10 −6 . Therefore, it is possible to provide an electrode structure that can reduce the load on the electrode lead rod that supports the electrode and can suppress an increase in temperature.

4)本発明にかかる放電ランプ用電極においては、前記放熱部材は、窒化物系セラミックスまたは炭化物系セラミックスから選ばれる1種類または2種類以上の混合物から構成される。したがって、電極を支持する電極リード棒の負荷を軽減できるとともに、温度上昇を抑制することができる電極構造を提供することができる。   4) In the discharge lamp electrode according to the present invention, the heat dissipating member is composed of one kind or a mixture of two or more kinds selected from nitride ceramics or carbide ceramics. Therefore, it is possible to provide an electrode structure that can reduce the load on the electrode lead rod that supports the electrode and can suppress an increase in temperature.

5)本発明にかかる放電ランプ用電極においては、前記放熱部材と接する電極本体の外径を先端部から後端部へ向かうに従い、小さくしたテーパー状とし、また、電極本体と接する前記放熱部材の内周面の内径を先端部から後端部へ向かうに従い、小さくしたテーパー状とし、前記放熱部材の内周面と前記電極本体の側面とを嵌合させている。したがって、前記放熱部材と前記電極本体との密着性を高めることができる。   5) In the electrode for a discharge lamp according to the present invention, the outer diameter of the electrode main body in contact with the heat radiating member is tapered as it goes from the front end to the rear end, and the heat radiating member in contact with the electrode main body The inner diameter of the inner peripheral surface is tapered as it goes from the front end to the rear end, and the inner peripheral surface of the heat radiating member and the side surface of the electrode body are fitted. Therefore, the adhesion between the heat dissipation member and the electrode body can be enhanced.

6)本発明にかかる放電ランプ用電極においては、前記放熱部材と前記電極本体との間に、前記放熱部材を構成するセラミック材料の微粒子粉末を焼結させた伝達層を有する。したがって、前記放熱部材と前記電極本体との密着性を高めることができる。   6) In the discharge lamp electrode according to the present invention, a transmission layer in which fine powder of a ceramic material constituting the heat dissipation member is sintered is provided between the heat dissipation member and the electrode body. Therefore, the adhesion between the heat dissipation member and the electrode body can be enhanced.

7)本発明にかかる放電ランプ用電極の製造方法は、1)高融点材料で構成された電極本体を用意し、2)前記高融点材料より高い熱伝導性および熱放射性を有し、かつ前記高融点材料とほぼ同様の熱膨張係数を有するセラミック材料で、前記電極本体の側面を覆う中空円筒状部材を用意し、3)前記電極本体の側面に前記中空円筒状部材を装着する。したがって、電極を支持する電極リード棒の負荷を軽減できるとともに、温度上昇を抑制することができる電極を提供することができる。   7) A method for producing an electrode for a discharge lamp according to the present invention includes: 1) preparing an electrode body composed of a high melting point material; 2) having higher thermal conductivity and heat radiation than the high melting point material; A hollow cylindrical member made of a ceramic material having substantially the same thermal expansion coefficient as that of the high melting point material and covering the side surface of the electrode body is prepared. 3) The hollow cylindrical member is mounted on the side surface of the electrode body. Therefore, it is possible to provide an electrode that can reduce the load on the electrode lead rod that supports the electrode and can suppress an increase in temperature.

8)本発明にかかる放電ランプ用電極の製造方法においては、前記電極本体に前記中空筒状部材を装着する前に、前記放熱部材を構成するセラミック材料の微粒子粉末を前記電極本体に付着させ、焼結させ、その後、前記中空円筒状部材を装着する。したがって、前記放熱部材と前記電極本体との密着性を高めることができる。これにより、熱伝導効率のよい電極を提供することができる。   8) In the method for manufacturing an electrode for a discharge lamp according to the present invention, before mounting the hollow cylindrical member on the electrode body, the fine particle powder of the ceramic material constituting the heat dissipation member is attached to the electrode body, After sintering, the hollow cylindrical member is mounted. Therefore, the adhesion between the heat dissipation member and the electrode body can be enhanced. Thereby, an electrode with good heat conduction efficiency can be provided.

図1に、本発明にかかる放電ランプ用電極である陽極1の断面図を示す。図1に示すように、陽極1は本体部3および放熱部材であるセラミックスリーブ5を備えている。セラミックスリーブ5は本体部3の先端を除く胴体部外周面に装着されている。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of an anode 1 that is an electrode for a discharge lamp according to the present invention. As shown in FIG. 1, the anode 1 includes a main body 3 and a ceramic sleeve 5 that is a heat dissipation member. The ceramic sleeve 5 is mounted on the outer peripheral surface of the body part excluding the tip of the main body part 3.

本体部3は、高融点金属、もしくは、高融点金属を主成分とする合金で構成されている。本実施形態においては、純度99.9%以上の純タングステンを採用した。なお、タングステンを用いる場合、微量のトリウムなどを含むドープタングステン等を用いてもよい。また、融点が3000(K)以上の他の高融点金属を採用することもできる。なお、本実施形態においては、電極先端の温度を低くすることもできるので、それほど大電力でない場合には、モリブデン等を用いることもできる。   The main body 3 is made of a refractory metal or an alloy containing a refractory metal as a main component. In the present embodiment, pure tungsten having a purity of 99.9% or more is employed. Note that when tungsten is used, doped tungsten containing a small amount of thorium or the like may be used. Further, other refractory metals having a melting point of 3000 (K) or more can be employed. In the present embodiment, since the temperature of the electrode tip can be lowered, molybdenum or the like can be used when the power is not so high.

本体部3は、図1に示すように、電極先端部から後端部へ向かうに従い、外径が小さくなっており(r1>r2)、テーパー状の円筒形状をなしている。   As shown in FIG. 1, the main body 3 has an outer diameter that decreases from the front end of the electrode toward the rear end (r1> r2), and has a tapered cylindrical shape.

セラミックスリーブ5は、電極胴体部外周面と接する内周面の内径を先端部から後端部へ向かうに従い小さくしたテーパー状の中空円筒状である。本実施形態においては、テーパー角は3°としたが、1°〜5°程度としてもよい。   The ceramic sleeve 5 has a tapered hollow cylindrical shape in which the inner diameter of the inner peripheral surface that is in contact with the outer peripheral surface of the electrode body portion is decreased from the front end portion toward the rear end portion. In the present embodiment, the taper angle is 3 °, but it may be about 1 ° to 5 °.

材質は、本体部3を構成するタングステンに比較して、ランプ点灯時における熱伝導率、および熱放射率が高く、且つ、熱膨張係数が近似した窒化アルミニウム(ALN)を採用した。   The material used was aluminum nitride (ALN), which has a higher thermal conductivity and thermal emissivity when the lamp is lit, and an approximate thermal expansion coefficient compared to tungsten constituting the main body 3.

なお、他の窒化物系セラミックスでもよく、また、炭化珪素(SiC)などの炭化物系セラミックスで構成してもよい。他の材料としては、熱伝導率170W/mK以上、熱放射率0.50以上、および熱膨張係数4.0*10−6〜5.0*10−6を有する窒化アルミニウム(ALN)、または同特性の炭化珪素(SiC)が好ましい。特に、熱伝導率200W/mK、熱放射率0.80、熱膨張係数4.5×10−6/度(摂氏)、密度3,320 kg/m3の窒化アルミニウムが好適である。 Other nitride-based ceramics may be used, or a carbide-based ceramic such as silicon carbide (SiC) may be used. Other materials include aluminum nitride (ALN) having a thermal conductivity of 170 W / mK or more, a thermal emissivity of 0.50 or more, and a thermal expansion coefficient of 4.0 * 10 −6 to 5.0 * 10 −6 , or silicon carbide having the same characteristics ( SiC) is preferred. In particular, aluminum nitride having a thermal conductivity of 200 W / mK, a thermal emissivity of 0.80, a thermal expansion coefficient of 4.5 × 10 −6 / degrees (Celsius), and a density of 3,320 kg / m 3 is suitable.

このように、放熱部に、非導電性の窒化物系セラミックスおよび炭化物系セラミックスを用いた場合でも、本体部3が導電性を示すので、陽極と陰極間の通電には問題はない。   Thus, even when non-conductive nitride-based ceramics and carbide-based ceramics are used for the heat radiating portion, there is no problem in energization between the anode and the cathode because the main body portion 3 exhibits conductivity.

電極胴体部外周面及び放熱部材内周面は、その表面が滑らかであれば、密着性を高まり、これにより熱伝達性を向上させることができる。   If the surface of the electrode body portion outer peripheral surface and the heat radiating member inner peripheral surface is smooth, the adhesion can be enhanced, thereby improving the heat transfer performance.

陽極1の製造方法について簡単に説明する。本体部3は、原材料であるタングステン棒材から所定の長さに切断した後、外形を形成するための切削加工を行う。この際、セラミックスリーブ5と接する電極胴体部外周面の外径を先端部から後端部へ向かうに従い直径を小さくしたテーパー状に切削加工を行う。   A method for manufacturing the anode 1 will be briefly described. The main body 3 is cut to a predetermined length from a tungsten rod as a raw material, and then performs a cutting process to form an outer shape. At this time, the outer diameter of the outer surface of the electrode body in contact with the ceramic sleeve 5 is cut into a taper shape having a diameter that decreases from the front end to the rear end.

一方、セラミックスリーブ5は、金属粉末射出成形によって成形体を形成する際、電極胴体部外周面と同様にテーパー形状とする。   On the other hand, the ceramic sleeve 5 is formed in a tapered shape in the same manner as the outer peripheral surface of the electrode body portion when forming a molded body by metal powder injection molding.

この状態で、セラミックスリーブ5と接する電極胴体部外周面に、窒化物系セラミックスの窒化アルミニウム微粉末を焼結し熱伝達層を形成し、その上から放熱部材を加圧挿入、嵌合させる。これにより両者の密着性を高めることができる。なお、粉末を焼結することなく、そのまま挿入し、嵌合させるようにしてもよい。   In this state, aluminum nitride fine powder of nitride ceramics is sintered on the outer peripheral surface of the electrode body portion in contact with the ceramic sleeve 5 to form a heat transfer layer, and a heat radiating member is press-inserted and fitted thereon. Thereby, both adhesiveness can be improved. In addition, you may make it insert and fit as it is, without sintering powder.

図1に示す陽極1を組み込んだ放電ランプ20を図2に示す。放電ランプ20の構成は下記の通りである。発光管内容積: 620cm、発光長(電極間距離、ランプ動作中)d=12mm、陰極は、トリエーティッドタングステン( トリア:2wt.% )で構成し、電極支持棒7、17は外径6mmのタングステンを採用した。 A discharge lamp 20 incorporating the anode 1 shown in FIG. 1 is shown in FIG. The configuration of the discharge lamp 20 is as follows. The inner volume of the arc tube: 620 cm 3 , the emission length (distance between electrodes, during lamp operation) d = 12 mm, the cathode is composed of triated tungsten (Tria: 2 wt.%), And the electrode support rods 7 and 17 have an outer diameter of 6 mm Tungsten was adopted.

軸方向長さL1=45mm 、先端部直径r0=25mm、胴部外径をr1=15mm 、内容積を10000mm とした。電極支持棒5は、材質をタングステンとし、外径6mmとした。 The axial length L1 = 45 mm, the tip diameter r0 = 25 mm, the outer diameter of the trunk is r1 = 15 mm, and the internal volume is 10000 mm 3 . The electrode support bar 5 is made of tungsten and has an outer diameter of 6 mm.

陽極1における放熱作用について説明する。タングステンの熱伝導率は、2000K程度の高温域においては、約100W/mKである。これに対し、窒化アルミニウムは、タングステンよりも熱伝導率が高く200W/mKである。また、一般に、セラミックスは温度上昇と共に、熱伝導率も高くなる傾向にある。   The heat radiation action in the anode 1 will be described. The thermal conductivity of tungsten is about 100 W / mK at a high temperature range of about 2000K. In contrast, aluminum nitride has a higher thermal conductivity than tungsten and is 200 W / mK. In general, ceramics tend to have higher thermal conductivity as the temperature rises.

電極先端部付近に蓄積された熱は、かかる先端部よりセラミックスリーブ5に効率よく伝達され、さらには、熱放射により発光雰囲気へ効率よく熱を放出する。その結果、電極先端部においては、熱が該放熱部材に向けて高い効率で伝達されるので、該電極先端部の過熱を防止できる。   The heat accumulated in the vicinity of the electrode tip is efficiently transmitted from the tip to the ceramic sleeve 5, and further, heat is efficiently released to the light emitting atmosphere by heat radiation. As a result, since heat is transferred to the heat radiating member with high efficiency at the electrode tip, overheating of the electrode tip can be prevented.

以上のように、電極本体と、これと比較して高い熱伝導率および熱放射率を有するようなセラミックスリーブ5とを組み合わせることにより、電極先端部の過熱を防止することができる。その結果、放電ランプの電流流量を増大しても陽極の劣化等の問題を解消できる。   As described above, overheating of the electrode tip can be prevented by combining the electrode main body and the ceramic sleeve 5 having a higher thermal conductivity and thermal emissivity than the electrode main body. As a result, problems such as anode deterioration can be solved even if the current flow rate of the discharge lamp is increased.

本実施形態においては、電極胴体部外周部に電極本体よりも高い熱伝導性と熱放射率を有する放熱部材が密着性よく設けられているので、当該電極先端部の熱を高効率に電極側面及び後方に向けて放熱することができ、当該電極を具備した本発明に係る放電ランプは、電極先端部の過熱を防止でき、高輝度かつ高出力を実現することが可能になる。   In the present embodiment, since the heat dissipation member having higher thermal conductivity and thermal emissivity than the electrode body is provided on the outer periphery of the electrode body with good adhesion, the heat of the electrode tip can be efficiently transferred to the side surface of the electrode. The discharge lamp according to the present invention having the electrode can dissipate heat toward the rear and the electrode tip can be prevented from being overheated, and high brightness and high output can be realized.

また、本実施形態においては、セラミックスリーブ5は密度3,320kg/mであり、タングステンは、密度19,250kg/m3である。したがって、従来と比べてセラミックスリーブ5を約1/6の質量で構成することができる。これにより陽極を全体として軽量化することができる。また、かかる軽量化によって、大出力大型放電ランプの製作に際しても、作業性が良好となり、生産性高い高品位な放電ランプを提供することができる。また、かかる軽量化は、製造時におけるメリットだけでなく、搬送時の衝撃や振動等による破損も防止できる。 In the present embodiment, the ceramic sleeve 5 has a density of 3,320 kg / m 3 and tungsten has a density of 19,250 kg / m 3 . Therefore, the ceramic sleeve 5 can be configured with a mass of about 1/6 as compared with the conventional case. Thereby, the weight of the anode can be reduced as a whole. In addition, such weight reduction makes it possible to provide a high-quality discharge lamp with high workability and high productivity even when manufacturing a large output large discharge lamp. Moreover, such weight reduction can prevent not only the merit at the time of manufacture but also damage due to impact or vibration during transportation.

また、当該放熱部材と電極側面部の形状をテーパー状とすることにより、放熱部材と電極との高い密着性を実現し、熱伝達性の高い構造とすることができる。   Moreover, by making the shape of the said heat radiating member and an electrode side part into a taper shape, the high adhesiveness of a heat radiating member and an electrode is implement | achieved and it can be set as a structure with high heat transfer property.

また、前記放熱部材と電極胴体部外周面との間に、前記放熱部材と同じ素材の微粒子粉末を焼結した伝達層を設けるようにしてもよい。これにより、放熱部材と電極との高い密着性を実現し、熱伝達性の高い構造とすることが可能となる。たとえば、前記放熱部材を窒化物系セラミックスで構成した場合には、窒化物系セラミックスの微粒子粉末を焼結した伝達層を用いればよい。炭化物系セラミックスについても同様である。窒化物系セラミックスおよび炭化物系セラミックスを混合した場合についても同様である。また、窒化物系セラミックスおよび/または炭化物系セラミックスに、炭化タンタル、炭化タングステン、タングステンなどを混入して、放熱部材を形成した場合には、伝達層も同様に同じ素材を混合してもよい。   Moreover, you may make it provide the transmission layer which sintered the fine particle powder of the same raw material as the said heat radiating member between the said heat radiating member and the electrode body part outer peripheral surface. As a result, high adhesion between the heat dissipation member and the electrode can be realized, and a structure with high heat transfer can be achieved. For example, when the heat radiating member is made of nitride ceramics, a transmission layer obtained by sintering fine particles of nitride ceramics may be used. The same applies to carbide ceramics. The same applies to the case where nitride ceramics and carbide ceramics are mixed. Further, when a heat radiating member is formed by mixing tantalum carbide, tungsten carbide, tungsten, or the like into nitride ceramics and / or carbide ceramics, the same material may be mixed in the transmission layer as well.

さらに、放熱部材の材料として、炭化タンタル、炭化タングステン、タングステンなどを混入しない場合でも、伝達層を炭化タンタル、炭化タングステン、タングステンから選ばれる1種類または2種類以上の混合物を採用してもよい。   Furthermore, even when tantalum carbide, tungsten carbide, tungsten, or the like is not mixed as a material for the heat dissipation member, the transmission layer may be one type or a mixture of two or more types selected from tantalum carbide, tungsten carbide, and tungsten.

本実施形態においては、セラミックスリーブ5によって、電極先端部の熱を電極側面部外周面から確実に逃がすことができ、電極の温度上昇を抑制することができる。これにより電極構成物質の蒸発が抑えられ、発光管部内壁の黒化を防止できる。したがって、光放射出力の減衰が少ない放電ランプを提供することができる。   In the present embodiment, the ceramic sleeve 5 can reliably release the heat at the tip of the electrode from the outer peripheral surface of the side surface of the electrode, and the temperature rise of the electrode can be suppressed. Thereby, evaporation of the electrode constituent material is suppressed, and blackening of the inner wall of the arc tube portion can be prevented. Therefore, it is possible to provide a discharge lamp with little attenuation of light radiation output.

また、本実施形態においては、電極先端部の熱をより多く後端に輸送することができる。これにより、消灯した後、温度が低下する勾配を、従来のランプに比べて、緩慢とすることができる。   In the present embodiment, more heat at the electrode tip can be transported to the rear end. As a result, the gradient in which the temperature decreases after the light is extinguished can be made slower than the conventional lamp.

このように、本発明に係る放電ランプによれば、電極先端部の温度を低下させることが可能であり、電極構成物質の蒸発を抑え、電極が溶融することがなく、発光管内壁が黒化せず光放射出力の減衰が少ない放電ランプとすることができる。   Thus, according to the discharge lamp according to the present invention, it is possible to reduce the temperature of the electrode tip, suppress evaporation of the electrode constituent material, the electrode does not melt, and the arc tube inner wall is blackened Therefore, it is possible to provide a discharge lamp with little attenuation of the light radiation output.

上記実施形態においては、前記放熱部材と電極胴体部外周面との間に、窒化物系セラミックスまたは炭化物系セラミックスからなる微粒子粉末を焼結した伝達層を設けることにより、放熱部材と電極との高い密着性を実現したが、セラミックと金属との間に中間層金属を設け、固有結合するようにしてもよい。   In the above embodiment, by providing a transmission layer obtained by sintering fine particle powder made of nitride-based ceramics or carbide-based ceramics between the heat-dissipating member and the outer peripheral surface of the electrode body part, the heat-dissipating member and the electrode are high. Although the adhesion is realized, an intermediate layer metal may be provided between the ceramic and the metal so as to be inherently bonded.

具体的には、円筒状薄板で形成されたモリブデンリングを、電極胴体部外周面に挿入する。モリブデンリングには、タングステンとセラミックスの熱膨張の差による応力が加わる。またモリブデンリング自身も厚み方向に熱膨張する。モリブデンリングはこれら熱膨張に起因する歪みをモリブデンの弾性・塑性変形によって緩和する。   Specifically, a molybdenum ring formed of a cylindrical thin plate is inserted into the outer periphery of the electrode body. Stress due to the difference in thermal expansion between tungsten and ceramics is applied to the molybdenum ring. The molybdenum ring itself also thermally expands in the thickness direction. Molybdenum rings relieve strain caused by thermal expansion by elastic and plastic deformation of molybdenum.

本実施形態においてはモリブデンリングの厚みを0.2mmとしたが、これに限定されず、0.05mm〜3mm程度としてもよい。   In the present embodiment, the thickness of the molybdenum ring is 0.2 mm, but is not limited to this, and may be about 0.05 mm to 3 mm.

また、当該電極では、通電を行うことにより、放電がおき、モリブデンとセラミックスリーブの境界面は1000℃近くなり、しかも熱膨張による応力が加わる。したがって、特に、その様な製造工程を設けることなく、両者間で固相結合が起こる。   In addition, when the electrode is energized, electric discharge occurs, the boundary surface between the molybdenum and the ceramic sleeve becomes close to 1000 ° C., and stress due to thermal expansion is applied. Therefore, in particular, solid phase bonding occurs between the two without providing such a manufacturing process.

なお、モリブデンリングの熱膨張による円周方向の伸びを吸収できるように、モリブデンリングにスリットを設けてもよい。具体的には、図3Aに示すように、軸方向に平行に延びるスリット61を設ければよい。   Note that a slit may be provided in the molybdenum ring so as to absorb circumferential elongation due to thermal expansion of the molybdenum ring. Specifically, as shown in FIG. 3A, a slit 61 extending in parallel with the axial direction may be provided.

かかるスリットは、1つだけでなく、図3B、図3Cに示すように、スリット62a,62b,スリット63a,63b,63cというように、複数設けてもよい。なお、図3B,図3Cは、モリブデンリングを軸方向に垂直方向の断面図である。スリットを複数設けた場合、1つの物体ではなく、複数の板状部材となるが、これらを押さえたまま、放熱部材で挟むことにより、バラバラになることはない。   As shown in FIGS. 3B and 3C, a plurality of such slits may be provided such as slits 62a and 62b and slits 63a, 63b and 63c. 3B and 3C are cross-sectional views of the molybdenum ring perpendicular to the axial direction. When a plurality of slits are provided, it becomes a plurality of plate-like members instead of a single object, but it does not fall apart by sandwiching them with a heat radiating member while holding them.

このように、薄いモリブデンリングを、電極本体とセラミックスリーブとの間に設けることにより、電極本体とセラミックスリーブとの密着性を高めつつ、セラミックスリーブの割れを防止することができる。   Thus, by providing the thin molybdenum ring between the electrode body and the ceramic sleeve, it is possible to prevent the ceramic sleeve from cracking while improving the adhesion between the electrode body and the ceramic sleeve.

なお、本実施形態においては緩衝金属層としてモリブデンリングを採用したが、延性の高い高融点金属であればどの様なものでもよく、たとえばニオブ(Nb)などを採用することもできる。   In the present embodiment, the molybdenum ring is used as the buffer metal layer. However, any type of refractory metal having high ductility may be used. For example, niobium (Nb) may be used.

なお、本願発明は上記構成に限定されず適宜変更が可能である。例えば、電極本体を構成する高融点金属については上述した物質に限定されない。また、放熱部材についても上述した物質に限定されず適宜変更可能であり、何れも、窒化物系セラミックスまたは炭化物系セラミックスから選ばれる1種類または2種類以上の混合物であってもよいし二層以上の構造であってもよく、上記実施形態に限定されるものではない。   In addition, this invention is not limited to the said structure, It can change suitably. For example, the refractory metal constituting the electrode body is not limited to the above-described substances. Further, the heat dissipating member is not limited to the above-mentioned substances and can be appropriately changed, and any of them may be one kind or a mixture of two or more kinds selected from nitride ceramics or carbide ceramics, or two or more layers. However, the present invention is not limited to the above embodiment.

なお、本発明の電極構造は、直流点灯型放電ランプにおいては陽極に採用することが好ましいが、陰極に採用するようにしてもよい。また、陽極および陰極の双方に採用することもできる。   The electrode structure of the present invention is preferably employed for the anode in a DC lighting type discharge lamp, but may be employed for a cathode. Moreover, it can also employ | adopt as both an anode and a cathode.

また、交流点灯型放電ランプにおいても採用できる。   It can also be used in an AC lighting type discharge lamp.

また、放電ランプの管軸を垂直方向に配置して点灯される、いわゆる垂直点灯型放電ランプにおいては、上側に配置される電極が高温化されやすい。したがって、本発明にかかる電極構造は、上側に配置される電極に用いることが好ましい。しかしながら、垂直点灯型放電ランプにおいて、下側に配置する電極に採用することを否定するものではなく、下側に配置した電極にも採用することもできる。   In a so-called vertical lighting type discharge lamp that is lit with the tube axis of the discharge lamp arranged in the vertical direction, the electrode arranged on the upper side is likely to be heated. Therefore, the electrode structure according to the present invention is preferably used for the electrode disposed on the upper side. However, in a vertical lighting type discharge lamp, it is not denied that it is adopted for the electrode arranged on the lower side, and it can also be adopted for the electrode arranged on the lower side.

さらに、本発明にかかる電極構造は、管軸を水平に配置する水平点灯型放電ランプや斜めに配置する放電ランプにも、採用することができる。   Furthermore, the electrode structure according to the present invention can also be employed in a horizontal lighting type discharge lamp in which the tube axis is horizontally arranged and a discharge lamp in which the tube axis is obliquely arranged.

また、本発明にかかる電極構造は、ショートアーク型高圧水銀ランプに限るものではなく、さまざまな放電ランプに応用できる。   The electrode structure according to the present invention is not limited to the short arc type high-pressure mercury lamp, and can be applied to various discharge lamps.

また、本発明の放熱部材は、実施例に示す形状に限定されるものではなく、例えば、放熱部材外周側面部に放熱用フィンや凹凸を設けるなど、適宜な形状変更が可能である。   Further, the heat radiating member of the present invention is not limited to the shape shown in the embodiment. For example, it is possible to appropriately change the shape such as providing heat radiating fins and unevenness on the outer peripheral side surface of the heat radiating member.

本発明にかかる放電ランプは、高熱伝導・高熱放射性セラミック製放熱部材を付設した陽極を用いている。したがって、陽極側面部(窒化アルミ)の熱放射(輻射)効率を高め、陽極側面の温度を低下させるとともに陽極内部の温度勾配を大きくして熱流速を増大させ、陽極先端部に集中した熱エネルギーの放熱を効果的に高めることができる。   The discharge lamp according to the present invention uses an anode provided with a heat radiating member made of ceramic having high thermal conductivity and high thermal radiation. Therefore, the heat radiation (radiation) efficiency of the anode side surface (aluminum nitride) is increased, the temperature of the anode side surface is lowered, the temperature gradient inside the anode is increased, the heat flow rate is increased, and the heat energy concentrated on the anode tip portion Heat dissipation can be effectively increased.

当該放電ランプにおいて、放熱部材として用いられる高熱伝導・高熱放射性セラミック、例えば、窒化アルミは、非酸化中であれば最高使用温度は1700度(摂氏)であり、熱伝導率は200W/mKとタングステンより高熱伝導性を示す。また、熱膨張係数は4.5×10−6/度(摂氏)で、タングステンの熱膨張係数とほとんど同じである。さらには、密度が3,320 kg/m3であって、タングステン質量(19,250 kg/m3)の約6分の1であり、陽極の軽量化が可能である。軽量化により、大出力大型放電ランプの製作に際しても、陽極支持棒にかかる重量の負担を軽減することができる。また、当該放熱部材と電極側面部の形状をテーパー状としたことにより、放熱部材と電極との高い密着性を実現することができる。これにより熱伝達性の高い構造とすることができる。 In the discharge lamp, a high heat conduction and high heat radiation ceramic used as a heat radiating member, for example, aluminum nitride, has a maximum operating temperature of 1700 degrees Celsius when it is not oxidized and has a thermal conductivity of 200 W / mK and tungsten. Higher thermal conductivity. The coefficient of thermal expansion is 4.5 × 10 −6 / degrees (Celsius), which is almost the same as that of tungsten. Furthermore, the density is 3,320 kg / m 3 , which is about one-sixth of the mass of tungsten (19,250 kg / m 3 ), and the weight of the anode can be reduced. By reducing the weight, the burden on the weight of the anode support rod can be reduced even when manufacturing a large output large discharge lamp. Moreover, the high adhesiveness of a heat radiating member and an electrode is realizable by making the shape of the said heat radiating member and an electrode side part into a taper shape. Thereby, it can be set as a structure with high heat transfer property.

陽極1の断面図である。1 is a cross-sectional view of an anode 1. 陽極1を採用した放電ランプにおける放熱を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the thermal radiation in the discharge lamp which employ | adopted the anode 1. FIG. スリットを設けたモリブデンリングを示す図である。It is a figure which shows the molybdenum ring which provided the slit.

符号の説明Explanation of symbols

1 陽極
3 電極本体
5 セラミックスリーブ
7 電極支持棒
20 放電ランプ
1 Anode 3 Electrode Body 5 Ceramic Sleeve 7 Electrode Support Bar 20 Discharge Lamp

Claims (8)

高融点材料で構成された電極本体、
前記電極本体の側面に設けられた中空円筒状の放熱部材、
を備えた放電ランプ用電極であって、
前記放熱部材は、前記高融点材料より高い熱伝導性および熱放射性を有し、かつ前記高融点材料とほぼ同様の熱膨張係数を有する絶縁性セラミック材料で構成されていること、
を特徴とする放電ランプ用電極。
An electrode body composed of a high melting point material,
A hollow cylindrical heat radiating member provided on the side surface of the electrode body,
A discharge lamp electrode comprising:
The heat dissipating member is made of an insulating ceramic material having higher thermal conductivity and heat radiation than the high melting point material and having a thermal expansion coefficient substantially similar to the high melting point material;
An electrode for a discharge lamp.
請求項1の放電ランプ用電極において、
前記電極本体と前記放熱部材との間に、前記放熱部材と固相結合した金属緩衝層を有すること、
を特徴とするもの。
The electrode for a discharge lamp according to claim 1,
Between the electrode body and the heat dissipation member, having a metal buffer layer solid-phase bonded to the heat dissipation member,
It is characterized by.
請求項1の放電ランプ用電極において、
前記放熱部材は、熱伝導率170W/mK以上、熱放射率0.50以上、および熱膨張係数4.0*10−6〜5.0*10−6であること、
を特徴とするもの。
The electrode for a discharge lamp according to claim 1,
The heat dissipation member has a thermal conductivity of 170 W / mK or more, a thermal emissivity of 0.50 or more, and a thermal expansion coefficient of 4.0 * 10 −6 to 5.0 * 10 −6 ;
It is characterized by.
請求項3の放電ランプ用電極において、
前記放熱部材は、窒化物系セラミックスまたは炭化物系セラミックスから選ばれる1種類または2種類以上の混合物から構成されること、
を特徴とするもの。
The electrode for a discharge lamp according to claim 3,
The heat dissipating member is composed of one kind or a mixture of two or more kinds selected from nitride ceramics or carbide ceramics;
It is characterized by.
請求項3または請求項4の放電ランプ用電極において、
前記放熱部材と接する電極本体の外径を先端部から後端部へ向かうに従い、小さくしたテーパー状とし、また、電極本体と接する前記放熱部材の内周面の内径を先端部から後端部へ向かうに従い、小さくしたテーパー状とし、前記放熱部材の内周面と前記電極本体の側面とを嵌合させたこと、
を特徴とするもの。
In the discharge lamp electrode according to claim 3 or 4,
The outer diameter of the electrode body in contact with the heat radiating member is tapered as it goes from the front end to the rear end, and the inner diameter of the inner peripheral surface of the heat radiating member in contact with the electrode main body is changed from the front end to the rear end. As it goes, the taper shape is reduced, and the inner peripheral surface of the heat dissipation member and the side surface of the electrode body are fitted.
It is characterized by.
請求項2〜請求項5のいずれかの放電ランプ用電極において、
前記放熱部材と前記電極本体との間に、前記放熱部材を構成するセラミック材料の微粒子粉末を焼結させた伝達層を有すること、
を特徴とするもの。
In the discharge lamp electrode according to any one of claims 2 to 5,
Between the heat radiating member and the electrode body, a transmission layer obtained by sintering fine powder of a ceramic material constituting the heat radiating member,
It is characterized by.
高融点材料で構成された電極本体を用意し、
前記高融点材料より高い熱伝導性および熱放射性を有し、かつ前記高融点材料とほぼ同様の熱膨張係数を有するセラミック材料で、前記電極本体の側面を覆う中空円筒状部材を用意し、
前記電極本体の側面に前記中空円筒状部材を装着したこと、
を特徴とする放電ランプ用電極の製造方法。
Prepare an electrode body composed of high melting point material,
A ceramic material having higher thermal conductivity and thermal radiation than the high melting point material, and having a thermal expansion coefficient substantially similar to that of the high melting point material, and preparing a hollow cylindrical member covering the side surface of the electrode body,
Mounting the hollow cylindrical member on the side surface of the electrode body;
A method for producing an electrode for a discharge lamp characterized by the above.
請求項7の放電ランプ用電極の製造方法において、
前記電極本体に前記中空筒状部材を装着する前に、前記放熱部材を構成するセラミック材料の微粒子粉末を前記電極本体に付着させ、焼結させ、その後、前記中空円筒状部材を装着すること、
を特徴とするもの。
In the manufacturing method of the electrode for discharge lamps of Claim 7,
Before attaching the hollow cylindrical member to the electrode body, the fine powder of the ceramic material constituting the heat dissipation member is attached to the electrode body and sintered, and then the hollow cylindrical member is attached.
It is characterized by.
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