JP6197999B2 - ショートアーク型放電ランプ - Google Patents

Description

この発明は、ショートアーク型放電ランプに関するものであり、特に、陽極表面に放熱用溝を形成してなるショートアーク型放電ランプに係わるものである。

従来、水銀を封入した発光管内に一対の陰極と陽極とが対向配置されたショートアーク型放電ランプは、点光源に近いことから、光学系と組み合わせることにより集光効率の高い露光装置の光源として利用されている。また、キセノンを封入したショートアーク型放電ランプは、映写機などにおいて可視光光源として用いられており、近年ではデジタルシネマ用光源としても重用されている。
そして、かかるショートアーク型放電ランプにおいては、点灯時に陽極にかかる熱的負荷が高いことから、陽極の表面に放熱用の溝を形成して熱放射を促進させることが行われている。
たとえば、特開２００７−２８７７０５号公報（特許文献１）には、陽極の周側面にレーザを照射して微細な溝加工を施したショートアーク型放電ランプが開示されている。
図５にその概略が示されていて、発光管２１内で陰極２２と対向する陽極２３の側周面にはレーザ加工等により放熱用の円周方向の溝部２４が形成されている。
この発明によれば、陽極の熱放射率を著しく向上させることができ、その結果として陽極物質の蒸発を防止し、ひいては照度維持率を向上させることができるものとしている。

しかしながら、このような溝が形成された陽極には、以下の事象が生じることがある。
ショートアーク型放電ランプの点灯時には、陰極２２の先端と陽極２３の先端の間にアーク放電が形成されるが、アークが安定するまでの点灯始動時の過程では必ずしも陰極２２と陽極２３の先端どうしで放電が生じるというわけではなく、陰極２２の先端と陽極２３の側面との間にアークが形成されることがある。この現象は、“アークの横とび”などと呼ばれ、電極の先端位置以外にアークが形成される異常放電Ｘである。

特に、上記従来技術のように、陽極２３の側周面に溝部２４が形成されたものにおいては、陰極２２と、陽極２３の溝部２４間に形成される尖った山部２５との間に異常放電Ｘが発生しやすい。
このように、始動時に異常放電が起こると、溝部間の山部では熱容量が小さいため、陽極構成材料の蒸発が生じたり、アークが発光管内面に接近することによる、発光管の局所的な加熱が生じたりする惧れがある。
特に、陽極の後端側の側面と発光管壁面とは距離が近いことから、陰極と、前記陽極後端側の山部間で異常放電がおこると、アークＹが発光管により接近し、時には発光管に触れたりすることがある。そのため、発光管が局所的に異常に加熱されることがあり、局所的な熱歪が発生して発光管の破損や穴あき、発光管構成材料（石英ガラス）の白濁による照度低下といった事態に至ることが多い。

特開２００７−２８７７０５号公報

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、発光管内に陰極と陽極とを備え、前記陽極の側周面に溝部が形成されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、点灯始動時において、前記陰極と陽極の側周面との間で放電が発生することがあっても、前記陽極の先端側に形成された溝部間の山部との間に放電を集中させて、陽極の後端側に形成された溝部間の山部との間で放電が生じることがないようにした構造を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明では、陽極が、タングステンからなる先端部と、モリブデンからなる後端部とを接合してなり、前記陽極の側周面の溝部は、前記先端部から前記後端部にかけて形成されており、前記先端部に形成された溝部によって形成された山部の頂角が、前記後端部に形成された溝部によって形成された山部の頂角よりも、鋭角的に形成されていることを特徴とする。
また、前記先端部に形成された溝部のピッチをＰ１、溝部の深さをＤ１とし、前記後端部に形成された溝部のピッチをＰ２、溝部の深さをＤ２としたとき、
（Ｄ１／Ｐ１）＞（Ｄ２／Ｐ２）
の関係を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、点灯時において、陰極と、陽極の側周面の溝部間の山部との間に異常放電が発生することがあっても、陽極の後端側の溝部間の山部の頂角が、先端部側の山部の頂角よりも大きな角度で形成されているので、その放電は陽極前端側の山部との間に集中して発生し、発光管の内壁との間の距離が比較的小さな後端側で放電が発生することがない。そのため、この異常放電が発光管内壁に近接もしくは触れることがなくなり、発光管に局所的な熱歪が生じることがなく、その破裂や、白濁による照度低下といった事態に至ることがない。

本発明に係るショートアーク型放電ランプの断面図。 本発明の陽極の拡大図。 本発明の陽極に形成する溝部の各実施例。 本発明の作用の説明図。 従来技術による陽極構造とその不具合の説明図。

図１において、この発明のショートアーク型放電ランプ１は、発光管２とその両端の封止管３を備え、発光管２内には陰極４と陽極５とが対向配置されている。封止管３内には、電極芯線保持体６、全部集電板７、封止用ガラス体８、後部集電板９などが封止されている。
図２に示すように、前記陽極５は、タングステン（Ｗ）からなる先端部５１と、モリブデン（Ｍｏ）からなる後端部５２とを拡散接合等により接合して構成されている。この陽極５の側周面には放熱用の溝部５３が円周方向に形成されていて、該溝部５３は陽極５の先端部５１から後端部５２にかけて形成されている。
そして、前記先端部５１に形成された溝部５３ａによって形成された山部５４ａの頂角は、前記後端部５２の溝部５３ｂによって形成された山部５４ｂの頂角よりも、鋭角的に形成されている。

陽極５の側周面に形成する溝部５３および山部５４の種々の形態が図３に示されている。
図３（Ａ）に示す形態は、先端部５１に形成した溝部５３ａと、後端部５２に形成した溝部５３ｂは、その深さＤ１とＤ２が同じ（Ｄ１＝Ｄ２）であって、溝部５３（山部５４）のピッチＰが異なる。つまり、先端部５１の溝部５３ａのピッチＰ１が、後端部５２の溝部５３ｂのピッチＰ２よりも小さい（Ｐ１＜Ｐ２）。
これにより、先端部５１の山部５４ａの頂角α１は、後端部５２の山部５４ｂの頂角α２よりも鋭角的となる（α１＜α２）。

図３（Ｂ）に示す態様は、先端部５１の溝部５３ａと、後端部５２の溝部５３ｂでは、ピッチＰが等しく（Ｐ１=Ｐ２）、深さＤが先端部５１側で深い（Ｄ１＞Ｄ２）。
図３（Ｃ）に示す態様は、先端部５１の溝部５３ａと、後端部５２の溝部５３ｂでは、ピッチＰが先端部５１の溝部５３ａで小さく、（Ｐ１＜Ｐ２）、かつ、深さＤが先端部５１側で深い（Ｄ１＞Ｄ２）。
これらいずれの場合にも、先端部５１の山部５４ａの頂角α１は、後端部５２の山部５４ｂの頂角α２よりも鋭角的となる（α１＜α２）。
つまり、（Ｄ１／Ｐ１）＞（Ｄ２／Ｐ２）の関係を満たすとき、α１＜α２となる。
なお、以上の説明において、ピッチＰに関しては溝部と溝部の間隔で説明を行ったが、ここでのピッチは山部と山部の間隔と同じになることは言うまでもない。

図４に示すように、点灯始動時に陰極４と陽極５の側周面との間に異常放電Ｘが発生するようなことがあっても、側周面に形成された溝部５３ａ、５３ｂにおける山部５４ａ、５４ｂの頂角α１、α２が、先端部５１側で鋭角的に形成されているので、上記異常放電Ｘは該先端部５１の山部５４ａとの間で止まり、後端部５２側に移行することがない。
そのため、この異常放電によるアークが発光管２の壁面に接近したり、触れたりすることがなく、発光管の局所的な過熱を招くことがなく、アークが立ち消えするようなこともない。

また、アークが陽極５側面の先端部５１の山部５４ａに到達しても、先端部５１の構成材料であるタングステンが、後端部５２の構成材料であるモリブデンよりも融点が高く、材料の蒸発が起こりにくいという効果もある。
更には、仮に先端部５１でタングステンの蒸発が起こったとしても、発光管２の最も膨出した部位の近傍であるため、蒸発物質による汚染の程度が薄まるため、透光性を長期間維持することができる。
加えて、後端部５２の構成材料であるモリブデンが、先端部５１の構成材料であるタングステンよりも熱伝導率が低いので、陽極が全てタングステンで構成されている場合に比べて、先端部５１から後端部５２への熱伝達がし難く、点灯始動時に先端部５１の温度が速やかに上昇してアークが早期に安定し、定常点灯への移行が速やかになる。
なお、定常点灯に移行してアークが安定すると、陽極側面（先端部及び後端部）に設けられた溝部による熱放射が支配的になり、陽極全体の放熱が円滑に行われるようになる。

なお、先端部５１に形成した溝部５３ａや、後端部５２に形成した溝部５４ｂと記載したが、厳密な意味で先端部５１と後端部５２に限定されるわけではなく、本願発明の効果を奏する範囲で、先端部５１の溝部５３ａが幾分かは後端部５２に掛かっていてもよいし、反対に、後端部５２の溝部５３ｂが幾分かは先端部５１に掛かっていてもよい。
また、先端部５１から後端部５２にかけて溝部５３ａ、５３ｂを形成するとしたが、必ずしも連続しているというわけではなく、例えば、両者の接合面を避けて形成するようにしてもよい。

１ ショートアーク型放電ランプ
２ 発光管
３ 封止部
４ 陰極
５ 陽極
５１ 先端部（Ｗ）
５２ 後端部（Ｍｏ）
５３ 溝部
５３ａ 先端部の溝部
５３ｂ 後端部の溝部
５４ａ 先端部の山部
５４ｂ 後端部の山部
Ｐ 溝部のピッチ
Ｄ 溝部の深さ
α 山部の頂角

Claims (2)

1. 発光管内に陰極と陽極とを備え、前記陽極の側周面に円周方向の溝部が形成されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、
   前記陽極は、タングステン（Ｗ）からなる先端部と、モリブデン（Ｍｏ）からなる後端部とを接合してなり、
   前記溝部は、前記先端部から前記後端部にかけて形成されており、
   前記先端部に形成された溝部によって形成された山部の頂角が、前記後端部に形成された溝部によって形成された山部の頂角よりも、鋭角的に形成されていることを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
2. 前記先端部に形成された溝部のピッチをＰ１、溝部の深さをＤ１とし、
   前記後端部に形成された溝部のピッチをＰ２、溝部の深さをＤ２としたとき、
   以下の関係を備えたことを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
   （Ｄ１／Ｐ１）＞（Ｄ２／Ｐ２）
   
   
   

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