JP6691317B2 - 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、垂直点灯され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、高入力で高輝度なショートアーク型放電ランプにおいては、対向配置された一対の電極を垂直配置して点灯する垂直点灯方式が多用されている。
また、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。
更には、発光管内にキセノンを封入したショートアーク型放電ランプは、デジタルシネマ用光源として使用されている。
このような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。

例えば、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。
陽極の側周面に溝部を形成することにより、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抑制し、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。

ところが、この種のショートアーク型放電ランプは、点灯時に陽極にかかる熱的負荷が非常に高く、上記の方策を採用しても、わずかずつではあるが、陽極を構成するタングステンは蒸発していく。また、発光管内の温度も非常に高いために、わずかずつではあるが、陽極以外の陰極、陽極・陰極の芯線、不純ガスを吸着するゲッターなどを構成する金属などが蒸発する。
図６に垂直点灯されるショートアーク型放電ランプ１が示されていて、発光管２内に陰極３と陽極４とが対向配置され、多くの垂直点灯方式のショートアーク型放電ランプ１では、陽極４を上方にして点灯される。
点灯にともない、発光管２内にはガスの上方に向けた対流Ｘが生じ、陽極４、陰極３、および陽極の芯線４ａ、陰極３の芯線３ａなどから蒸発した金属は、この対流によって輸送され、発光管２の温度の低い部分、特に、上昇気流に乗って輸送されて発光管の上部内壁５に付着し、黒化の原因となる。
なお、図６には記載されていないが、発光管内に不純ガスを吸着するゲッターを設けた場合には、このゲッター材からの蒸発金属も黒化の一因となる。

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、発光管の内部に一対の陰極と陽極とが対向配置され、垂直点灯されるショートアーク型放電ランプにおいて、発光管内に生じる対流ガスによって電極や芯線などから蒸発した金属などが輸送されて、発光管の管壁に付着して黒化することを防止して長寿命化を図る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、上方位置にある電極の上方に、発光管内の対流ガスを通過させ黒化原因物質を捕集する捕集部材を取り付けたことを特徴とする。
また、前記捕集部材は、網で構成されていることを特徴とする。
また、前記捕集部材の形状が傘型形状であることを特徴とする。
また、前記捕集部材が有効放射領域の外にあることを特徴とする。

本発明によれば、上方位置の電極の上方に、黒化原因物質捕集部材を設けたことにより、点灯時に電極やその芯線などから蒸発した金属などがガスの対流によって輸送されるとき、上昇流側に設けた捕集部材により捕捉して、発光管の内壁に付着することを防止して、その黒化を抑制することができるものである。
また、捕集部材は、発光管からの有効放射領域外に設けることで、発光管からの出射光を妨げることがない。

本発明のショートアーク型放電ランプの発光管部分の断面図。 その作用説明図。 本発明の他のいくつかの実施例の断面図。 捕集部材の作製方法と取り付け方法。 本発明の効果を表すグラフ。 従来例の断面図。

図１は、この発明の垂直点灯されるショートアーク型放電ランプ１を示し、発光管２内に陰極３と陽極４とが対向配置されていて、上方に位置する電極、この実施例では陽極４の上方には、傘型形状の捕集部材１０が取り付けられている。
この捕集部材１０は、タングステンなどの高融点金属からなる網（メッシュ）からなり、陽極４の芯線４ａにワイヤ１１を巻き付けることによって固着されている。
そして、この捕集部材１０は、陽極４を覆うように下方に向けて延在している。
この捕集部材１０の大きさ（直径）は、図２に示す対流ガスＸの殆どが通過する大きさであることが好ましい。

なお、捕集部材１０は網状からなるもの以外に、縦方向の線条体のみからなるスクリーン形状であってもよく、その場合も、縦方向の線条体の安定保形のために、何本かの横方向の線条体を組み合わせることもできる。
また、捕集部材１０の固着手段も、ワイヤ１１による固着以外に、スポット溶接によるものであってもよい。
また、その取り付け位置は、発光管２からの出射光の有効放射領域Ａの外に設けることで、出射光を遮ることのないように設置される。

上記実施例において、図２に示すように、ランプ点灯時に、発光管２内には封入ガスの対流Ｘが生じるが、この対流ガスは、発光管２内を陽極４の周囲を沿うように上昇して、発光管２の上壁近傍で反転し下降する。次いで、下降した対流ガスＸは，発光管２の下壁近傍で反転して陰極３の周囲を沿うように上昇する。
陽極４に沿って上昇する対流ガスＸは、陽極４の上方に設けられた捕集部材１０を通過し、その中に含まれる電極やその芯線などから蒸発した金属などが捕集される。
こうして黒化原因物質が除去された対流ガスＸが上昇循環する。そのため、発光管２の上部内壁に沿って反転しても、その部位に黒化を起こすことがない。

黒化原因物質を捕集する捕集部材１０は、その取り付け場所も含めて種々の形態を採用することができる。
図３にその種々の形態が示されていて、上方位置の電極（陽極）４の上方に取り付ける例として、図１のものは、陽極４の上方で電極芯線４ａに固着するものを示したが、図３（Ａ）は、陽極４本体の上部に当接するように取り付けた例である。
また、逆に、陽極４の周囲を覆うように取り付けるばかりではなく、図３（Ｂ）に示すように、芯線４ａの上部に取り付けて、陽極４本体を覆うことがなく、その上方に位置してもよい。
図３（Ｃ）は、芯線４ａの上方に取り付けられて、陽極４の周囲を覆うように延在した例である。
以上の例では、捕集部材１０は傘型形状であるが、図３（Ｄ）に示すように、平板形状であってもよい。

上記のような捕集部材１０の様々な形態は、ランプの発光管形状や、陽極形状などに起因する対流ガスＸの形態との関係で最適なものが選択され、対流ガスＸを効果的に通過させる形状や取り付け位置であることが求められる。
その意味では、一般的には、捕集部材１０の形状は下側に向けて開口した傘型形状であることが最も好適である。
このように、捕集部材１０の取り付け位置は、陽極４の上方にあればよく、陽極芯線４ａに取り付ける場合のみならず、陽極４本体に取り付ける場合も含まれる。
ただ、いずれの場合であっても、捕集部材１０は、発光管２からの出射光の有効放射領域外にあることが好ましい。

傘型形状の捕集部材１０の製作方法と電極芯線への取り付け方法の一例を図４に基づいて説明する。
図４（Ａ）に示すように、円形のタングステン製の金網（メッシュ）１２を扇形に裁断する。これを円錐台形状（コーン形状）に成形し、重ね合わせ部分１３を溶接１４して捕集部材１０とする（Ｂ）。なお、溶接の代わりにタンタルやタングステンなどの高融点金属ワイヤで縫合してもよい。
この捕集部材１０を陽極４の芯線４ａに通す（Ｃ）。そして、捕集部材１０の上部に金属ワイヤ１１を巻き付けて芯線４ａに固定する（Ｄ）。この芯線４ａへの固着はワイヤ巻き付け以外に、スポット溶接によってもよい。

本発明の放電ランプの一仕様例を以下に示す。
入力：定格入力１２ｋＷ，定格電流１００Ａ
点灯姿勢：陽極上方の垂直点灯
陰極寸法：直径φ２０ｍｍ、全長４０ｍｍ
陽極寸法：直径φ３０ｍｍ、全長５５ｍｍ
先端テーパー角６０° 先端部の径φ１２ｍｍ
極間：１０ｍｍ
捕集部材：タングステン製金網 メッシュ＃３２５（線径φ０．０１６ｍｍ、目開き０．０６２ｍｍ、開口率６３．２％）
形状 傘型形状（図１）
陽極芯線にレーザ加工による複数条の溝を形成し、捕集部材をタングステンワイヤによって縛り付けて固定。

上記構造の本発明ランプと、捕集部材を備えていないことを除いて同仕様の比較例ランプを作成して、照度維持率の実験を行った。
その結果が図５のグラフに示されていて、比較例では点灯時間９００時間で初期照度の７０％程度にまで低下しているのに対し、本発明では８５％程度を維持していることが分かる。

なお、以上の説明においては、陽極が上方位置にある垂直点灯方式の場合を説明したが、陰極が上方位置にある垂直点灯方式であってもよく、その場合は、捕集部材は、上方位置にある陰極の上方に取り付けられる。

以上のように、本発明によれば、発光管内の上方位置にある電極の上方に、捕集部材を取り付けたことにより、発光管内の対流ガスをこの捕集部材を通過させて、電極などからの蒸発金属等の黒化原因物質を捕集することができるので、発光管の黒化を防止することができて、長時間にわたり、照度維持率の高いランプを提供できるものである。

１ ショートアーク型放電ランプ
２ 発光管
３ 陰極
４ 陽極
４ａ 陽極芯線
１０ 捕集部材
１１ ワイヤ
１２ 円形の金網
１３ 重ね合わせ部
１４ スポット溶接
Ｘ 対流ガス
Ａ 有効放射領域

Claims (4)

1. 発光管の内部に一対の陰極と陽極とが対向配置され、垂直点灯されるショートアーク型放電ランプにおいて、
   垂直に対向配置された一対の電極のうち上方に位置する電極の上方に、それ自体が発光管内の対流ガスを通過させ黒化原因物質を捕集する捕集部材を取り付けたことを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
   
2. 前記捕集部材は、網で構成されている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。
3. 前記捕集部材の形状が傘型形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のショートアーク型放電ランプ。
4. 前記捕集部材が有効放射領域の外にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のショートアーク型放電ランプ。
   
   
   

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