JP6487720B2 - Anode for short arc discharge lamp and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明はショートアーク放電ランプの陽極に関し、特にアーク流の流れを促進するとともに、放熱性を向上させる処理に関する。 The present invention relates to an anode of a short arc discharge lamp, and more particularly to a process for promoting the flow of arc flow and improving heat dissipation.
従来、ショートアーク放電ランプの陽極は、点灯中に非常に高温になるため、通常、高融点金属であるタングステンが用いられ、陽極の温度を下げるために、各種の対策がなされている。 Conventionally, since the anode of a short arc discharge lamp becomes very hot during lighting, tungsten, which is a refractory metal, is usually used, and various measures have been taken to lower the temperature of the anode.
例えば、特許文献１には、陽極表面にタングステン粉末を焼結する技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technique for sintering tungsten powder on the anode surface.
また、特許文献２には、表面にレーザー溝加工をした陽極が開示されている。 Patent Document 2 discloses an anode having a laser groove processed on its surface.
しかしながら、特許文献1および特許文献2もいずれも、表面積を拡大することにより、放熱効果を高めようとするものであった。このため、表面に凹凸ができ、かえって、アーク流の流れを阻害するという問題があった。 However, both Patent Document 1 and Patent Document 2 try to enhance the heat dissipation effect by increasing the surface area. For this reason, there was a problem that irregularities were formed on the surface, which hindered the flow of the arc flow.
本発明は、上記課題を解決し、アーク流の流れを促進するとともに、放熱性の高いショートアーク放電ランプ用の陽極を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to promote the flow of arc flow, and to provide an anode for a short arc discharge lamp having high heat dissipation.
（１）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の陽極は、前記本体部の表面に設けられた多数の繊維状ナノ突起を有している。したがって、アーク流の流れを阻害することなく、放熱性がよいショートアーク放電ランプ用の陽極を提供することができる。 (1) The anode for a short arc discharge lamp according to the present invention has a number of fibrous nano-projections provided on the surface of the main body. Therefore, it is possible to provide an anode for a short arc discharge lamp with good heat dissipation without hindering the flow of the arc flow.
（２）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の陽極においては、前記高融点金属はタングステンである。したがって、タングステンを用いた場合に、アーク流の流れを阻害することなく、放熱性がよいショートアーク放電ランプ用の陽極を提供することができる。 (2) In the anode for a short arc discharge lamp according to the present invention, the refractory metal is tungsten. Therefore, when tungsten is used, an anode for a short arc discharge lamp with good heat dissipation can be provided without hindering the flow of the arc flow.
（３）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の陽極においては、前記繊維状ナノ突起は、陽極の先端部近傍の側面に形成されている。したがって、アーク流よりも陽極の方が高温である領域において、陽極自身の熱放射に加えて、陽極からアーク流への熱移動が効率よくなり、陽極表面の冷却効果を増大させることができる。 (3) In the anode for a short arc discharge lamp according to the present invention, the fibrous nanoprotrusions are formed on the side surface near the tip of the anode. Therefore, in the region where the anode is hotter than the arc flow, in addition to the heat radiation of the anode itself, the heat transfer from the anode to the arc flow becomes efficient, and the cooling effect on the anode surface can be increased.
（４）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の陽極においては、前記繊維状ナノ突起は、陽極の先端部を除く陽極側面に形成されている。したがって、繊維状ナノ突起はアーク流の方が陽極よりも高温である領域においては、高温のアーク流に対して一種の防護壁として機能させることができる。 (4) In the anode for a short arc discharge lamp according to the present invention, the fibrous nanoprotrusions are formed on the anode side surface excluding the tip of the anode. Therefore, the fibrous nanoprotrusions can function as a kind of protective wall against the high-temperature arc flow in a region where the arc flow is hotter than the anode.
（５）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の陽極の製造方法においては、高融点金属で構成された本体部を準備し、前記本体部の表面にヘリウムイオンを照射することにより、表面に多数の繊維状ナノ突起を形成する。したがって、アーク流の流れを阻害することなく、放熱性がよいショートアーク放電ランプ用の陽極を提供することができる。 (5) In the method for manufacturing an anode for a short arc discharge lamp according to the present invention, a main body portion made of a refractory metal is prepared, and the surface of the main body portion is irradiated with helium ions, whereby a large number of surfaces are formed. The fibrous nanoprojection is formed. Therefore, it is possible to provide an anode for a short arc discharge lamp with good heat dissipation without hindering the flow of the arc flow.
１. 第１実施形態
図１に、本発明にかかるショートアーク放電ランプの陽極１を示す。陽極１の本体はタングステンであり、その側面には、後述するプラズマ処理により、太さ数十nm、長さ1μm程度の長さの繊維状ナノ突起３が多数形成されている(図1拡大写真参照)。
1. First Embodiment FIG. 1 shows an anode 1 of a short arc discharge lamp according to the present invention. The main body of the anode 1 is tungsten, and a large number of fibrous nano-projections 3 having a thickness of several tens of nanometers and a length of about 1 μm are formed on the side surface by plasma processing to be described later (FIG. 1 enlarged photograph). reference).
陽極１について、電子ビームを用いて既知の熱負荷を与えその時の温度上昇により全放射率を計測した。その結果、黒色化したタングスタンの全放射率は通常のタングステンの４倍のほぼ1.0であった。すなわちすなわち完全黒体と同じ陽極が得られた。 About the anode 1, the known heat load was given using the electron beam, and the total emissivity was measured by the temperature rise at that time. As a result, the total emissivity of blackened tungstan was about 1.0, four times that of normal tungsten. That is, the same anode as a complete black body was obtained.
また、繊維状に形成された細長いナノ突起により、実効的に、より大きな表面積を得ることができた。 Moreover, a larger surface area could be effectively obtained by the elongated nano-projections formed in a fiber shape.
発明者は、表面に形成される繊維状ナノ突起については、ショートアーク水銀ランプの陽極に採用した場合、以下のような効果も期待できると考えた。 The inventor considered that the following effects can be expected when the fibrous nanoprotrusions formed on the surface are employed in the anode of a short arc mercury lamp.
陽極表面の表面粗さが小さいので、陽極に採用した場合、陽極表面のアーク流は速くなる。したがって、アーク流よりも陽極の方が高温である領域においては、陽極自身の熱放射に加えて、陽極からアーク流への熱移動が効率よくなり、陽極表面の冷却効果がさらに増大する。 Since the surface roughness of the anode surface is small, the arc flow on the anode surface becomes faster when employed for the anode. Therefore, in the region where the anode is hotter than the arc flow, in addition to the heat radiation of the anode itself, the heat transfer from the anode to the arc flow becomes efficient, and the cooling effect on the anode surface is further increased.
また、繊維状ナノ突起は、従来の陽極表面よりも表面形態が繊細である。したがって、繊維状ナノ突起はアーク流の方が陽極よりも高温である領域においては、高温のアーク流に対して一種の防護壁として機能する。 The fibrous nanoprotrusions have a finer surface form than the conventional anode surface. Therefore, the fibrous nanoprotrusions function as a kind of protective wall against the high-temperature arc flow in a region where the arc flow is hotter than the anode.
これらは、特に、陽極アップで設置するショートアーク水銀ランプにおいて有意義である。 These are particularly significant in short arc mercury lamps installed with the anode up.
陽極１の製造方法について簡単に説明する。本実施形態においては、図２に示すようなプラズマ照射装置１０を採用した。 A method for manufacturing the anode 1 will be briefly described. In the present embodiment, a plasma irradiation apparatus 10 as shown in FIG. 2 is employed.
プラズマ照射装置１０は、熱陰極 １１（LaB6） と銅陽極１２の間でガス放電が行われ、10+18m-3を超える高密度のプラズマを発生させる。動作ガスは、ヘリウム(He)である。プラズマ照射装置１０は、ヘリウムをプラズマ化し、ヘリウムイオンを陽極表面に照射することより、陽極１の表面に繊維状ナノ突起を形成する。 In the plasma irradiation apparatus 10, gas discharge is performed between the hot cathode 11 (LaB6) and the copper anode 12, and high-density plasma exceeding 10 +18 m −3 is generated. The working gas is helium (He). The plasma irradiation apparatus 10 forms fibrous nano-projections on the surface of the anode 1 by converting helium into plasma and irradiating the surface of the anode with helium ions.
繊維状ナノ突起が陽極表面にむらなく形成されるように、一定時間（例えば１時間程度）プラズマを照射すると、陽極の面を変更するようにすればよい。 The surface of the anode may be changed by irradiating plasma for a certain time (for example, about 1 hour) so that the fibrous nanoprotrusions are uniformly formed on the anode surface.
本実施形態においては、電子密度が1018m-3、電子温度が5eV程度、入射イオンエネルギーを数十eV、照射温度を1000〜2000Kとした。これにより、ヘリウムバブルの自己成長が生じ、表面に1μm程度の長さの繊維状ナノ突起が形成される。形成のためのヘリウムイオン照射量は1025 個/m2 程度であり、タングステンの表面方位にはよらない。 In this embodiment, the electron density is 10 18 m −3 , the electron temperature is about 5 eV, the incident ion energy is several tens eV, and the irradiation temperature is 1000 to 2000K. As a result, self-growth of helium bubbles occurs, and fibrous nano-projections having a length of about 1 μm are formed on the surface. The irradiation dose of helium ions for formation is about 10 25 ions / m 2 and does not depend on the surface orientation of tungsten.
なお、ヘリウムプラズマ照射の条件は、これに限定されるわけではない。 In addition, the conditions of helium plasma irradiation are not necessarily limited to this.
また、ヘリウムプラズマ照射以外で繊維状ナノ突起を形成するようにしてもよい。 Moreover, you may make it form a fibrous nanoprotrusion other than helium plasma irradiation.
２．他の実施形態
上記実施形態においては、陽極１の側面の全面に繊維状ナノ突起を形成したが、先端部近傍だけ、または陽極の先端部を除く陽極側面に形成するようにしてもよい。
2. Other Embodiments In the above embodiment, the fibrous nano-projections are formed on the entire side surface of the anode 1, but may be formed only in the vicinity of the tip portion or on the anode side surface excluding the tip portion of the anode.
また、放電ランプの陽極に適用した場合について説明したが、陰極にも適用することも可能である。
Moreover, although the case where it applied to the anode of a discharge lamp was demonstrated, it is also possible to apply to a cathode.
１・・・・・・陽極
３・・・・・・繊維状ナノ突起
1 ···· Anode 3 ··· Fibrous nanoprotrusions
Claims (4)
前記本体部の表面に設けられた多数の繊維状ナノ突起、
を備えたショートアーク放電ランプ用の陽極であって、
前記高融点金属は、タングステンであり、
前記繊維状ナノ突起はタングステンで構成されており、その太さは数十nmであること、
を特徴とするショートアーク放電ランプ用の陽極。 A main body composed of a refractory metal,
A large number of fibrous nanoprojections provided on the surface of the main body,
An anode for a short arc discharge lamp comprising:
The refractory metal is tungsten;
The fibrous nanoprotrusions are made of tungsten, and the thickness thereof is several tens of nm.
An anode for a short arc discharge lamp.
前記繊維状ナノ突起は、陽極の先端部近傍の側面に形成されていること、
を特徴とするショートアーク放電ランプ用の陽極。 The anode for a short arc discharge lamp according to claim 1 ,
The fibrous nanoprotrusions are formed on the side surface near the tip of the anode,
An anode for a short arc discharge lamp.
前記繊維状ナノ突起は、陽極の先端部を除く陽極側面に形成されていること、
を特徴とするショートアーク放電ランプ用の陽極。 The anode for a short arc discharge lamp according to claim 1 ,
The fibrous nanoprotrusions are formed on the anode side surface excluding the tip of the anode,
An anode for a short arc discharge lamp.
前記本体部の表面に、ヘリウムをプラズマ化してヘリウムイオンを照射することにより、ヘリウムバブルの自己成長を生じさせて、タングステンの繊維状ナノ突起を形成すること、
を特徴とするショートアーク放電ランプ用の陽極の製造方法。
A method for producing an anode for a short arc discharge lamp in which a large number of fibrous nanoprojections having a thickness of several tens of nanometers are formed on the surface of an anode main body made of tungsten ,
The surface of the main body is made into helium plasma and irradiated with helium ions to cause helium bubble self-growth, thereby forming fibrous nano-projections of tungsten .
A method for producing an anode for a short arc discharge lamp.
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