JP5126618B2 - 高圧放電ランプ - Google Patents

Description

この発明は高圧放電ランプに関するものであり、特に、プロジェクター装置のバックライトや露光装置の光源に使うショートアーク型高圧水銀ランプ、映写機の光源に使うキセノンランプなどの高圧放電ランプに係るものである。

この種の高圧放電ランプは、電極軸の根元が封止部に埋設された金属箔と接合する構造、いわゆる箔シール構造、が採用される。かかる箔シール構造においては、電極軸は通常タングステンから構成されており、一方、封止部は石英ガラスから構成されているので、両者の熱膨張係数の違いから、石英ガラスの損傷、破損という問題がしばしば発生する。特に、プロジェクター装置に使う高圧放電ランプにおいては、発光部に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の多量の水銀が封入されて点灯時の水銀蒸気圧も１００気圧以上もの高圧になるため、この問題は一層深刻となっている。

上記問題を解決するために、例えば、特開２００８−５２９２５２号公報には、電極軸（芯棒）に軸方向に沿って伸びるように溝を形成する技術が紹介されている。

図６および図７に示すように、電極２の電極軸５には、封止部１１に対向する外表面領域において、軸方向に延在する多数の溝２０が形成されている。
この技術は電極軸５に溝２０を設けることで、円周方向の表面粗さを、長手方向の表面粗さよりも大きくして、電極軸５の材料（タングステン）と封止部１１の材料（石英ガラス）との熱膨張率の違いに起因する封止部の破損を解消せんとするものである。

しかしながら、該従来技術においては、電極軸３に軸方向に沿った溝２０を形成させるので、第一に、発光部１０内と封止部の金属箔４部分が、溝底部２０ａの空間によって連通状態となり、発光部における高圧力がそのまま封止部の金属箔まで到達して、金属箔近傍に、いわゆる箔浮きと呼ばれる現象を生じさせる。特に、プロジェクター装置の光源に使う高圧放電ランプでは、上記のように放電空間内における水銀蒸気圧がきわめて高いので、その現象が顕著に出現する。
第二に、軸方向に連続した溝を形成したことにより、電極軸そのものの強度が弱くなることである。特に、プロジェクター装置の光源に使う高圧放電ランプの電極軸は、直径が数ミリという小さいレベルであるため、電極軸の強度低下は、電極軸が折れたり、曲がったりという不具合を導きかねず、深刻な問題となっている。

特開２００８−５２９２５２号公報

そこで、この発明が解決しようとする課題は、内部に一対の電極を有する発光部と、その両側に延在して電極軸の一部を封止するとともに電極軸と金属箔を接合する封止部からなる高圧放電ランプにおいて、封止部における気密構造を保ちつつ、電極軸の強度を保ち、さらには電極軸と封止部の熱膨張の違いに起因する封止部の損傷・破損を防止することである。

上記課題を解決するために、この発明の高圧放電ランプでは、電極軸の、少なくとも封止部に対向する外表面領域にドット状の多数の微小凹部が形成されていることを特徴とする。

さらに、前記微小凹部は千鳥状に形成されていることを特徴とする。

さらに、前記微小凹部の開口面積の総和は、当該微小凹部が形成された電極軸の外表面領域の表面積に対する３０％以上であればよいことが分かる。

この発明によれば、電極軸には溝ではなくドット状の微小凹部が形成されるので、放電空間から金属箔に到るまでの繋がった経路が形成されることがなく、連通状態とはならないので、発光部における高圧力がそのまま金属箔まで到達するようなことがない。さらに、ドット状微小凹部は常に軸方向において存在位置を変えながら点在しているので溝のように強度が低下することもない。

本発明の高圧放電ランプの全体断面図。 図１の要部（電極）の拡大図。 図２のＡ部の拡大図及びそのＢ−Ｂ断面図。 図３の変形実施例。 別の実施例。 従来技術の要部断面図。 その一部断面図。

図１はこの発明に係る高圧放電ランプの全体構造を示す。
石英ガラスからなる放電容器によって形成された概略球形の発光部１０を有する。この発光部１０の中には発光空間Ｓが形成されており、該空間Ｓ内において電極２が、例えば、１〜２ｍｍの間隔で対向配置されている。発光部１０の両端部には封止部１１、１１が形成され、この封止部１１には、モリブデンよりなる導電用金属箔４が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設される。該金属箔４の一端には電極２の電極軸３が溶接等の手段により接合されている。
前記発光部１０の放電空間Ｓには、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。水銀は、必要な紫外光波長、例えば、波長３００〜３６０ｎｍの放射光を得るためのもので、０．０８〜０．２５ｍｇ／ｍｍ^３封入されている。この封入量は、温度条件によっても異なるが、点灯時８０気圧以上の高い蒸気圧となる。

そして、希ガスは、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ封入されている。その機能は点灯始動性を改善することにある。ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが水銀あるいはその他の金属と化合物の形態で封入される。ハロゲンの封入量は、５×１０^−５〜７×１０^−３μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲から選択される。ハロゲンの機能は、いわゆるハロゲンサイクルを利用した長寿命化であるが、本発明の放電ランプのように極めて小型できわめて高い点灯蒸気圧のものは、放電容器の失透防止という作用もある。ランプの数値例を示すと、例えば、発光部１０の最大外径９．５ｍｍ、電極間距離１．５ｍｍ、発光管内容積７５ｍｍ^３、定格電圧７０Ｖ、定格電力２００Ｗであ３５０Ｈｚで交流点灯される。

そして、図１及び図２で示すように、前記電極軸３にはドット状の多数の微小凹部５が形成されている。以下、微小凹部５について詳細を記述する。

図２の要部Ａの拡大図である図３（ａ）に示すように、電極軸３には多数のドット状の微小凹部５、５が形成されていて、これら凹部５は軸方向及び円周方向で整列状態となっている。そして、図３（ｂ）に示すように、これらの凹部５、５は隣り合う同士で互いに連通することがない。
前記微小凹部５の一例を示すと、ＩＲパルスレーザを照射して形成されるものであり、その凹部５の直径０．０２ｍｍ、深さ０．０２ｍｍ、ピッチ０．０３ｍｍで形成されている。

前記ドット状の微小凹部５の配列はこれに限られず、図４に示すように、互いに隣り合う軸方向の列を半ピッチずらせて、千鳥状に配置するものであってもよい。
更には、半径方向に半ピッチずらせる千鳥状配置としてもよい（不図示）。

また、前記微小凹部５の形状は、円形に限られるものではなく、図５（ａ）に示す四角形状、あるいは、図５（ｂ）に示す楕円形状など、任意の形状であってもよい。
そして、これらの形状の微小凹部５の配列も、図４に示すような、千鳥状の配列であってもよい。また、この場合も、半径方向に半ピッチずらせる千鳥状配置としてもよい。

本発明者らは、微小凹部の開口面積の総和と、当該微小凹部が形成された電極軸の外表面領域の表面積の関係について実験を行った。実験に使ったランプは定格電力３３０Ｗの交流点灯型放電ランプであって、図３に示した形状の微小凹部を有する電極構造のものである。そして、凹部の面積比率が０％、２０％、３０％、５０％、６０％の５パターンについてそれぞれ各５０本ずつ強制点灯条件にて約８０分点灯させてクラックの発生確率を調査した。結果、微小凹部を有さないランプ（０％）は５０本中６本にクラックが発生したのに対し、微小凹部が２０％形成されたランプは５０本中１本にクラックが発生し、さらに、微小凹部が３０％以上形成されたランプは５０本中１本もクラックが発生しなかった。
この結果、上記微小凹部５が形成される電極軸３の表面積に対する凹部５の開口面積の総和は３０％以上であるのが好ましいことが分かる。

なお、上記実施例においては、電極２と電極軸３とは直径が異なるものを図示したが、これに限られず、それらが同径のものであってもよく、更には、同径のものの先端部にコイルを巻き付けて電極とする形状であってもよい。

上記のように、本発明によれば、電極軸の封止部に対向する外表面領域の円周方向及び軸方向にドット状の多数の微小凹部が形成されているので、発光部内の放電空間と封止部の金属箔部分が連通することがなく、発光部内の高圧が金属箔部分にまで及ぶことがないので、箔浮きなどの不具合現象を発生させることなく、かつ電極軸の強度を保ちつつ、電極軸と封止部の熱膨張率の相違に基づく封止部の破損の防止を達成できるという効果を奏する。

１ 高圧放電ランプ
２ 電極
３ 電極軸
４ 金属箔
５ ドット状の微小凹部
１０ 発光部
１１ 封止部

Claims (2)

1. 内部に一対の電極を有する発光部と、その両側に延在して電極軸の一部を封止するとともに電極軸と金属箔を接合する封止部とからなる高圧放電ランプにおいて、
   前記電極軸は、少なくとも封止部に対向する外表面領域に、軸方向及び円周方向にドット状の多数の微小凹部が形成され、
   前記微小凹部の開口面積の総和は、当該微小凹部が形成された電極軸の外表面領域の表面積に対する３０％以上であることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 前記微小凹部は千鳥状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
   

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