JP5309754B2 - 高圧放電ランプ用電極、高圧放電ランプ及び高圧放電ランプ用電極の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は高圧放電ランプの電極構造に関する。より詳しくは、プロジェクタに用いる高圧放電ランプにおける電極コイルの変形を防止するための電極構造に関する。

図９は一般的な超高圧水銀ランプ等の高圧放電ランプの構造を示す図である。高圧放電ランプ６は石英ガラスからなる発光管２、発光管２の発光部２ａに１．５ｍｍ以下の間隔で対向配置された電極７、発光管２の封止部２ｂに配置されたモリブデン箔４、及びモリブデン箔４に接続された給電用のリード５を備え、発光部２ａには０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀、及び１０^−５μｍｏｌ／ｍｍ^３〜１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲の臭素が封入されている。

図１０は図９の高圧放電ランプにおける電極７の構造を示す断面図である。電極７は電極芯棒７０とそれに被覆されるコイル７５からなる。図１０（ａ）においては、電極芯棒７０の先端側にコイル７５が被覆され、電極芯棒７０とコイル７５の先端が溶融されてドーム状の先端部が形成されている。また、図１０（ｂ）においては、電極芯棒７０は細径部７１及び太径部７２からなり、太径部７２の先端側にコイル７５が被覆され、太径部７２とコイル７５の先端が溶融されてドーム状の先端部が形成されている。
一般に、電極コイルは電極の温度を調整する機能を持ち、これによって放電状態、放電特性等が決まる。

ここで、ランプ点灯中の電極温度は２０００度を超える高温になり、コイル７５もその熱的な影響を受ける。図１０のような構成において、コイル７５は、製造当初において密に巻き付けられていたとしても、高温下でスプリングバックを起こし、モリブデン箔４の方向（図１０の右側）に広がってしまう。このように電極温度を調整するためのコイル７５が点灯時間とともに変形することにより電極の温度条件も変化してしまい、放電特性等が個体間でばらつくという問題があった。

このようなスプリングバックの問題への対処として、特許文献１には、コイルと細径部（軸棒）とを溶融により一体化する構成が開示されている。具体的には、同引例図４に開示されるように、軸棒（５０）に対して先細り状にコイルを巻き付け（５４）、その先細り部分を溶融することにより先端部（２０）を形成するとともに、同文献の図９に開示されるように、コイルの先端側（１２２）だけでなく終端側（１２４）も軸棒（１２６）に溶融する構成が開示されている。
特開２００７−２７３１７４号公報

しかし、特許文献１の構成によると、確かにスプリングバック防止の効果を期待できるものの、先細り状にコイルを巻き付けるのに高度な技術を要し、さらにコイルの先端の溶融及び終端の溶融の２回の溶融工程が必要となり、生産性が悪く量産に適さないという問題があった。
また、コイルの終端位置が溶融加工の精度に依存するので終端の位置決め精度が低いという問題もあった。例えば、コイル終端の溶融工程において、コイルが溶融熱で多少延びた状態で終端が固定されてしまうことが予想される。また、加えられた熱で芯棒が再結晶化して、その部位の強度が低下することによる電極折れが危惧される。

そこで、本発明は、電極コイルのスプリングバックを防止することができ、しかも生産性が良くかつコイル終端の位置決め精度の高い高圧放電ランプ用電極を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、電極芯棒（３０）及び電極芯棒に被覆されるコイル（３５）からなる高圧放電ランプ用電極であって、電極芯棒が、給電側の細径部（３１）及び先端側の太径部（３２）からなり、太径部が、細径部側の大径部（３２ａ）、大径部よりも外径が小さく大径部と段差（Ｓ）を形成する小径部（３２ｂ）、及び先端部（３２ｃ）を有し、コイルが段差と先端部の間に被覆された高圧放電ランプ用電極である。

本発明の第２の側面は、電極芯棒（３０）及び電極芯棒に被覆されるコイル（３５）からなる高圧放電ランプ用電極であって、電極芯棒が、給電側の細径部（３１）及び先端側の太径部（３２）からなり、太径部が、細径部側から先端側に向けて細くなるテーパー部（３２ｄ）、及び先端部（３２ｃ）を有し、コイルがテーパー部に被覆された高圧放電ランプ用電極である。

上記第１及び第２の側面において、小径部（３２ｂ）又はテーパー部（３２ｄ）を切削加工によって形成する構成とした。
また、太径部（３２）の先端とコイル（３５）の先端とが溶融されて先端部（３２ｃ）が形成される構成とした。

本発明の第３の側面は、発光管（２）、及び発光管内に対向配置された一対の上記第１又は第２の側面の高圧放電ランプ用電極（３）を備えた高圧放電ランプ（１）である。

本発明の第４の側面は、高圧放電ランプ用電極の製造方法であって、細径部及び太径部からなる電極芯棒の太径部先端側を切削加工する工程（Ｓ１１０、Ｓ２１０）、切削加工された部分にコイルを被覆する工程（Ｓ１２０、Ｓ２２０）、及び太径部の先端及びコイルの先端を溶融して先端部を形成する工程（Ｓ１３０、Ｓ２３０）からなる製造方法である。

ここで、切削加工された部分が一定の外径となるようにしてもよいし、先端側に向けて細くなるテーパー形状となるようにしてもよい。

上記の構成により、生産効率が高く量産に適した構成であり、かつ、確実に電極コイルのスプリングバックを防止できる。
また、溶融加工よりも高精度な位置決めが可能な切削加工によってコイル終端位置が決まるので、その終端位置に起因する個体間のばらつきをなくすことができる。

図１に本発明の高圧放電ランプ１を示す。高圧放電ランプ１は、従来例の図９とは電極３の構造のみが異なり、発光管２、モリブデン箔４及びリード５やそれらの全体的な構成は図９と同様であるのでその説明を省略する。

図２は第１の実施例の電極３の構造を示す断面図である。電極３は電極心棒３０及びコイル３５からなり、電極芯棒３０は給電側の細径部３１及び先端側の太径部３２からなり、太径部３２は大径部３２ａ、小径部３２ｂ及び先端部３２ｃからなり、コイル３５は小径部３２ｂに被覆される。これにより、大径部３２ａと小径部３２ｂの段差Ｓによって、コイル３５の細径部３１方向（図の右方向）への移動が規制される。

図３に図２の電極の製造方法を示す。
工程Ｓ１００において、図４（ａ）のような細径部３１及び太径部３２からなる電極芯棒が作製される。
工程Ｓ１１０において、図４（ｂ）のように、太径部３２が切削加工されて小径部３２ｂが形成され、大径部３２ａとの段差Ｓが形成される。

工程Ｓ１２０において、図４（ｃ）のように、コイル３５が小径部３２ｂに被覆され、段差Ｓによってその終端位置が決まる。
ここで、工程Ｓ１２０において、コイル３５の小径部３２ｂへの被覆は、予め巻きあげられた空芯状のコイル３５を小径部３２ｂに挿入して段差Ｓで止まるようにしてもよいし、コイル用の線材を小径部３２ｂに巻き付けるようにしてもよい。
なお、本明細書ではコイルの装着について、上記の「挿入」の場合と「巻付け」の場合を含めて「被覆」と表現している。

工程Ｓ１３０において、小径部３２ｂの先端とコイル３５の先端が溶融され、図４（ｄ）のようにドーム状の先端部３２ｃが形成される。
上記の各工程の結果として、コイル３５が段差Ｓと先端部３２ｃによって挟みこまれた構成の電極が製造される。
なお、図４の各図は説明のための模擬的な図であり、各部位の寸法やコイルの巻数等は図示したものに限られない。

上記のような構成により、コイル３５の終端が段差Ｓによって固定され、スプリングバックが防止される。これにより、寿命に亘って放電の挙動を安定させることができる。
また、上記の製造方法においては、各工程はいずれも量産に適したものであり、しかも溶融工程が工程Ｓ１３０の１回のみで済むので、高い生産効率ないしは量産性を担保することができる。
また、コイル３５の終端位置が、高精度な位置決めが可能な切削加工によって決まるので、その終端位置に起因する固体間のばらつきをなくすことができる。

図５は第２の実施例の電極３の構造を示す断面図である。電極３は電極芯棒３０及びコイル３５からなり、電極芯棒３０は給電側の細径部３１及び先端側の太径部３２からなり、太径部３２はテーパー部３２ｄ及び先端部３２ｃからなり、コイル３５はテーパー部３２ｄの先端側に被覆される。テーパー部３２ｄによって、コイル３５の細径部３１方向（図の右方向）への移動が規制される。

図６に図５の電極の製造方法を示す。
工程Ｓ２００において、図７（ａ）のような細径部３１及び太径部３２からなる電極芯棒が作製・提供される。
工程Ｓ２１０において、図７（ｂ）のように、太径部３２に切削加工が施されてテーパー部３２ｄが形成される。

工程Ｓ２２０において、図７（ｃ）のように、コイル３５がテーパー部３２ｄに被覆される。
なお、工程Ｓ２２０において、コイル３５のテーパー部３２ｄへの被覆は、予めテーパー部３２ｄに合わせた形状に巻きあげられた空芯状のコイル３５をテーパー部３２ｄに挿入するようにしてもよいし、コイル用の線材をテーパー部３２ｄに巻き付けるようにしてもよい。

工程Ｓ２３０において、テーパー部３２ｄの先端とコイル３５の先端が溶融され、図７（ｄ）に示すようにドーム状の先端部３２ｃが形成される。
なお、図７の各図は説明のための模擬的な図であり、各部位の寸法やコイルの巻数等は図示したものに限られない。

上記のような構成により、コイル３５のスプリングバックがテーパー部３２ｄによって抑制される。これにより、寿命に亘って放電の挙動を安定させることができる。
また、上記の製造方法においては、各工程はいずれも量産に適したものであり、しかも溶融工程が工程Ｓ２３０の１回のみで済むので、高い生産効率ないしは量産性を担保することができる。

＜変形例＞
なお、電極３の構造として、実施例１で示した段差を設ける構成と実施例２で示したテーパーを設ける構成とを適宜組み合わせて種々の変形例を構成できる。即ち、コイルの終端部の（細径部方向への）移動が太径部における段差又はテーパーによって規制されていれば本発明の目的は達成できる。

例えば、図８Ａの断面図に示すように、太径部３２に大径部３２ａ及び小径部３２ｂを構成し、大径部３２ａをテーパー状にしてもよい。
また、図８Ｂの断面図に示すように、テーパー部３２ｄを太径部３２の一部に設けてもよい。
双方とも得られる効果は上記第１又は第２の実施例と同様である。

また、図８Ｃの断面図に示すように、太径部に複数の大径部３２ａ及び小径部３２ｂを設けて各小径部にコイルを被覆してもよいし、図８Ｄの断面図に示すように、太径部に複数のテーパー部３２ｄを設けて各テーパー部にコイルを被覆してもよい。これらの場合、コイルの被覆は巻付けにより行なう。これらの変形例では上記第１又は第２の実施例と同様の効果が得られるとともに、コイルを多層巻にする場合に、その巻き方に起因する層高さ方向のばらつきを抑制できる。
なお、変形例は図８Ａ−Ｄに示すものに限られない。

本発明の高圧放電ランプを示す図である。 本発明の第１の実施例の電極構造を示す断面図である。 第１の実施例の電極の製造方法を示す図である。 第１の実施例の電極の製造方法を説明する図である。 本発明の第２の実施例の電極構造を示す断面図である。 第２の実施例の電極の製造方法を示す図である。 第２の実施例の電極の製造方法を説明する図である。 本発明の変形例を示す断面図である。 本発明の変形例を示す断面図である。 本発明の変形例を示す断面図である。 本発明の変形例を示す断面図である。 一般的な高圧放電ランプを示す図である。 従来の電極構造を示す断面図である。

符号の説明

１．高圧放電ランプ
２．発光管
２ａ．発光部
２ｂ．封止部
３．電極
４．モリブデン箔
５．リード
３０．電極芯棒
３１．細径部
３２．太径部
３２ａ．大径部
３２ｂ．小径部
３２ｃ．先端部
３２ｄ．テーパー部
３５．コイル
Ｓ：段差

Claims (6)

1. 電極芯棒及び該電極芯棒に被覆されるコイルからなる高圧放電ランプ用電極であって、
   前記電極芯棒が、給電側の細径部及び先端側の太径部からなり、
   前記太径部が、前記細径部側の大径部、該大径部よりも外径が小さく該大径部と段差を形成する小径部、及び先端部を有し、前記コイルが前記段差と前記先端部の間に被覆され、前記太径部の先端と前記コイルの先端とが互いに溶融されて前記先端部が形成され、前記コイルの終端位置が前記段差によって規制された高圧放電ランプ用電極。
2. 電極芯棒及び該電極芯棒に装着されるコイルからなる高圧放電ランプ用電極であって、
   前記電極芯棒が、給電側の細径部及び先端側の太径部からなり、
   前記太径部が、前記細径部側から先端側に向けて細くなるテーパー部、及び先端部を有し、前記コイルが前記テーパー部に被覆され、前記太径部の先端と前記コイルの先端とが互いに溶融されて前記先端部が形成され、前記コイルの終端位置が前記テーパー部によって規制された高圧放電ランプ用電極。
3. 請求項１又は２記載の高圧放電ランプ用電極において、前記小径部又は前記テーパー部が切削加工によって形成された高圧放電ランプ用電極。
4. 発光管、及び該発光管内に対向配置された一対の請求項１から３いずれか一項に記載の高圧放電ランプ用電極を備えた高圧放電ランプ。
5. 高圧放電ランプ用電極の製造方法であって、
   細径部及び太径部からなる電極芯棒の該太径部先端側を切削加工する工程であって、前記細径部側の大径部、及び該大径部よりも外径が小さく該大径部と段差を形成する、一定の外径を有する小径部を形成する工程、
   前記切削加工された部分にコイルを被覆する工程、及び
   前記段差によって前記コイルの終端位置を規制して前記太径部の先端及び前記コイルの先端をともに溶融して先端部を形成する工程
   からなる製造方法。
6. 高圧放電ランプ用電極の製造方法であって、
   細径部及び太径部からなる電極芯棒の該太径部先端側を、先端側に向けて細くなるテーパー形状をなすように切削加工する工程、
   前記切削加工された部分にコイルを被覆する工程、及び
   前記テーパー形状によって前記コイルの終端位置を規制して前記太径部の先端及び前記コイルの先端をともに溶融して先端部を形成する工程
   からなる製造方法。

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