ショートアーク型放電ランプ
【課題】 本発明の目的は、ランプの長時間の点灯によって陰極先端部が消耗して先端形状が変化した場合でも、初期の放電破壊電圧を維持できるショートアーク型放電ランプを提供すること。
【解決手段】 陽極と陰極が発光管の内部で対向配置したショートアーク型放電ランプにおいて、該陰極は先端に向かうに従って小径となるテーパー部を有し、該テーパー部には凹所が設けられ、該凹所には、該テーパー部の表面から突出する金属体が設けられ、該金属体の先端に角部が少なくとも一つ設けられ、該金属体の先端と前記陽極の先端との距離が、該陰極と該陽極との距離より離れていることを特徴としている。
【解決手段】 陽極と陰極が発光管の内部で対向配置したショートアーク型放電ランプにおいて、該陰極は先端に向かうに従って小径となるテーパー部を有し、該テーパー部には凹所が設けられ、該凹所には、該テーパー部の表面から突出する金属体が設けられ、該金属体の先端に角部が少なくとも一つ設けられ、該金属体の先端と前記陽極の先端との距離が、該陰極と該陽極との距離より離れていることを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造や映写機の投影等に使用されるショートアーク型放電ランプに関し、特に陰極構造に特徴のあるショートアーク型放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ショートアーク型放電ランプは、点灯開始時、先ず陰極と陽極の間で放電破壊を起こすことを必要とする。このとき、放電破壊の発生を補助しランプの始動性を高める手段として、図９に示すようにショートアーク型放電ランプ９１にはトリガーワイヤー９３１と呼ばれる金属製のワイヤーをランプの発光管部９５０ａに設けている。このトリガーワイヤー９３１を設けることで、該ランプに高電圧が印加されたとき発光管内部の気体の電離を促進し電極間の放電破壊を容易にする。つまりは電極間の放電破壊電圧（ブレークダウン電圧）を下げることができる。これはランプの始動性の向上の点で優位である。
特許第４２８１６５５号公報にはトリガーワイヤーに関する発明が記載されている。
【０００３】
しかしながら、ランプの発光管部外壁にトリガーワイヤー９３１を設置しても、ランプ内の電極（特に陰極）の先端部は、高温で動作しているため、点灯時間と共に消耗したり、陰極先端部で原子移動（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）が起こり、陰極先端形状が経時的に変化するため、長時間の点灯によって放電破壊電圧は上昇してしまう。
【０００４】
点灯初期の場合、切削加工痕などの鋭部を有する陰極の先端部で電界集中が起こり、より強い電界強度が生じ、電子を加速させることができ、電子の増殖過程をもたらし、放電破壊に至らしめる。しかし、ランプ点灯が長時間続くとアーク放電によって陰極先端部は高温に曝され、陰極先端部は消耗し、形状が丸みを帯びて変形する。そのため陰極先端での電界集中は弱まり、電子の加速が小さくなり、放電破壊電圧は上昇する。つまり、長時間の点灯に伴ってランプの初期の放電破壊電圧は上昇してゆく、という問題がある。印加電圧が低い場合、放電破壊が困難となりランプは点灯できなくなる。或いは、ランプを点灯するために、更に高電圧を発生する新たなスターターと電源を用意しなければならない。
【０００５】
特開２００３−２５７３６３号公報には、陰極のテーパー部の表面に凸状または凹状の異形部を形成させた電極が開示されている。これによれば、陰極は放電空間側に向かって傾斜しているテーパー部を有しており、テーパー部はその表面に凹部または凸部の異形部が形成されている。
【０００６】
当該公報のショートアーク型放電ランプの陰極先端を図８に示す。陰極先端２１１が消耗すると陰極２１のテーパー部２１２にアークの始点が形成されてしまう問題があった。しかしテーパー部２１２の表面に異形部３２１を設けることで、仮にアークの始点がテーパー部２１２に発生した場合でも異形部３２１にアークの始点を留めさせることができ、アークの始点のふらつきやランプ内壁の失透、アークの立ち消え、といった問題を解消できる、ことが記載されている。
【０００７】
凸状の異形部３２１は陰極と同一の物質が溶融したものや切削加工により形成されるものであり、異形部３２１と陰極２１は一体であると共に、異形部３２１と陰極２１の間に間隙はないので、ランプ点灯時は陰極先端２１１からの熱伝導を疎外することがなく、異形部の先端３２２は熱の影響を受けやすく、角が無くなるように形状変形して異形部の先端３２２が鈍化する。よってランプの放電破壊電圧は点灯時間と共に上昇してゆく、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４２８１６５５号公報
【特許文献２】特開２００３−２５７３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、ランプの長時間の点灯によって陰極先端部が消耗して先端形状が鈍く変形した場合でも、初期の放電破壊電圧を維持できるショートアーク型放電ランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、陽極と陰極が発光管の内部で対向配置したショートアーク型放電ランプにおいて、該陰極は先端に向かうに従って小径となるテーパー部を有し、該テーパー部には凹所が設けられ、該凹所には、金属体の一端が該テーパー部の表面から突出するように該金属体の他端が埋設され、該テーパー部の表面から突出した該金属体の先端に角部が少なくとも一つ設けられ、該金属体の先端と前記陽極の先端との距離が、該陰極と該陽極との距離より離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とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記金属体は線状の部材であ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とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記金属体が前記陰極の中心軸に対して平行に突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のショートアーク型放電ランプとするものである。
請求項４に記載の発明は、前記金属体が前記テーパー部に対して垂直に突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のショートアーク型放電ランプとするものである。
請求項５に記載の発明は、前記テーパー部には、前記陰極の中心軸と直交する方向に該陰極を貫通する貫通穴部が設けられ、前記金属体は該貫通穴部に挿通し、該金属体は該貫通穴部から突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のショートアーク型放電ランプとするものである。
請求項６に記載の発明は、前記金属体と該凹所は前記テーパー部に複数設けられ、前記陰極の中心軸を中心とする円周上に離間して埋設されていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載のショートアーク型放電ランプとするものである。
【００１１】
本発明におけるショートアーク型放電ランプは、封入ガスとしてＸｅ、Ｋｒ、Ａｒやそれらの混合ガスのいずれかを選択した放電ランプ、又はそれらのガスをバッファガスとする発光金属の水銀を封入した放電ランプのことをいう。また、該放電ランプの電極間距離は数ｍｍ程度から数十ｍｍ程度までである。またここで云う距離とは、二つの部材の間の最短距離であり、例えば陰極と陽極との距離とは陰極と陽極との最短距離をいう。
本発明におけるテーパー部表面の凹所は、円柱状、矩形状、板状、薄状の金属体を埋設するための穴や溝のことである。
本発明における線状の部材は、直径０．１ｍｍ〜数ｍｍの細いワイヤーであり、該線状部材の形状は柱状、針状、扁平状、のものを含み、また、該線状部材の形状が一部加工されたものを含む。通常、陰極先端径より小さいものが使用される。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、陰極のテーパー部に金属体を埋設するための凹所を設け、凹所に金属体が埋設され、金属体の先端と前記陽極の先端との距離が該陰極と該陽極との距離より長くなるよう調整され、金属体の一部がテーパー部の表面から突出して陰極先端の周囲に設けられることで、該金属体の先端に電界集中を起こさせることができ、長時間のランプ点灯によって陰極先端が消耗しても、初期の放電破壊電圧を維持できる。
請求項２に記載の発明によれば、金属体に線状の部材を用いることで、金属体先端に生じる電界の強度を高めさせ、放電破壊を容易にできる。
請求項３に記載の発明によれば、金属体が陰極の中心軸に対して平行に突出して形成することで、長時間のランプ点灯によって陰極先端が消耗しても、初期の放電破壊電圧を維持することができる。
請求項４に記載の発明によれば、金属体が陰極の中心軸に対して直交して突出していることで、長時間のランプ点灯によって陰極先端が消耗しても、初期の放電破壊電圧を維持することができる。
請求項５に記載の発明によれば、陰極の中心軸と直交する方向に貫通穴を設け、前記貫通穴に先端部と後端部に尖った角部を持つ略棒状の金属体を設けることで、長時間のランプ点灯によって陰極先端が消耗しても、初期の放電破壊電圧を維持することができる。
請求項６に記載の発明によれば、前記金属体と前期凹所は、前記テーパー部に複数個設けられ、該テーパー部の陰極の中心軸を中心とする円周上に離間して埋設されていることで、不意にある位置の該金属体の機能が失われた場合でも、他の金属体が予備となって、初期の放電破壊電圧を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のショートアーク型放電ランプの概略の外観図を示す。
【図２】本発明の第一の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの陰極構造の図を示す。
【図３】本発明の第二の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの陰極構造の図を示す。
【図４】本発明の第三の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの陰極構造の図を示す。
【図５】本発明の第四の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの陰極構造の図を示す。
【図６】ランプの点灯時間に対する放電破壊電圧の変化についての実験結果を示す。
【図７】本発明のショートアーク型放電ランプの電極間の距離関係の図を示す。
【図８】従来のショートアーク型放電ランプの陰極の図を示す。
【図９】従来のショートアーク型放電ランプの概略の外観図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明であるショートアーク型放電ランプの外観図を図１に示す。ショートアーク型放電ランプ１は略楕円球状の発光管部５０ａと、その両端に伸びる封止管部５０ｂと、封止管部５０ｂの発光管５０ａ側と反対側に固定された口金部１１で構成されている。発光管５０ａの内部には陰極２１陽極２０が対向配置しており、各電極は外部リード線１０と電気的に接続している。各電極は先端に向かうに従って小径となるテーパー部を有し、先端部と該テーパー部と胴体部が連設して構成されている。
【００１５】
本発明の第一の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの構造を図２に示す。図２（ａ）は陰極の中心軸を含む陰極テーパー部の断面図、図２（ｂ）は陰極先端側から観察した図を示す。陰極２１のテーパー部２１２には、陰極軸Ｃに対して平行に金属体２２１が埋設されている。金属体先端２２２は尖った角部を有し、電界集中によって強い電界強度を生む。また、凹所２２０及び金属体２２１は陰極軸Ｃを中心として対称的に配置されている。このように複数の金属体２２１を離間して埋設することは、金属体の不具合回避や予備の点で好ましい。しかしながら、凹所２２０や金属体２２１は必ずしも対称的に配置させたり、陰極軸Ｃに平行に埋設させたり、する必要はなく、金属体２２１はテーパー部２１２の領域に少なくとも一つ埋設されていれば良い。
【００１６】
陰極２１のテーパー部２１２には、金属体２２１を埋設するための凹所２２０が設けられており、陰極２１とは別体の金属体２２１がテーパー部２１２から突出して該凹所２２０に埋設されている。凹所２２０の形状（断面形状や径など）や深さは、埋設する金属体２２１の形状と大きさによって異なる。凹所２２０は放電加工、ドリルによる加工、レーザー加工、電子線加工等で形成できる。
また、金属体２２１は凹所２２０に圧入させる、または、金属体２２１と凹所２２０の内面を少なくとも一箇所融着させる、ことで金属体２２１をテーパー部２１２に固定することが可能となる。上記の構成では、凹所２２０の位置や形状、深さを任意に決めることができ、金属体２２１の埋設位置やテーパー部２１２からの金属体２２１の突出具合を精度よく調整できる。本発明の効果は金属体２２１、陰極２１、陽極２０のそれぞれの距離間隔によって変わるため、埋設箇所や突出具合を精度よく調整できる点は有用である。
【００１７】
金属体２２１は凹所２２０に埋設され、金属体２２１の一部はテーパー部２１２から突出しており、該金属体２２１の突出した部位（以下、突出部と称す）の先端には尖った角部が少なくとも一つ設けられている。
上記の構成から、尖った角部の影響で金属体先端２２２に強い電界強度が生じ、放電破壊を容易にする。また陽極２０に対して金属体の先端２２２は陰極先端２１１より離れているため、金属体２２１はアークに曝されることがなく、金属体２２１が磨耗して形状が変形することがない。よって金属体先端２２２ではランプ点灯初期の電界強度が維持され、ランプ点灯初期の放電破壊電圧を維持できる。また金属体２２１は凹所２２０に埋設されており、陰極２１の凹所２２０と金属体２２１の間に間隙を生み、陰極２１から金属体２２１への熱伝導を抑制できる。よって熱伝導による金属体先端２２２の形状変化を防止でき、ランプ点灯初期の放電破壊電圧を維持できる。
【００１８】
前記金属体２２１がテーパー部２１２から突出していない場合、ランプ点灯初期の放電破壊電圧を維持することはできず、本発明の効果は失われる。他方、前記金属体２２１がテーパー部２１２から突出させると、金属体先端２２２に尖った角部を設けることで、金属体先端２２２に強い電界強度を生じさせ、陰極と陽極間の放電破壊を容易にし、ランプの始動性は良くなる。
【００１９】
金属体先端２２２と陰極２１の陽極２０の夫々の電極間の距離関係を図７（ａ）に示す。対向配置する陰極２１と陽極２０の電極間の距離Ｄ１は、金属体先端２２２と陽極先端の距離Ｄ０より短くなるよう金属体が埋設されている。これにより、ランプ点灯時に金属体がアークに曝されることがない。
また、長時間のランプ点灯によって陰極先端２１１は消耗する。陰極先端２１１が消耗した場合の、金属体２２１と陰極２１と陽極２０の、夫々の電極間の距離を図７（ｂ）に示す。このとき陰極先端２１１の消耗によって陰極２１と陽極２０がなす電極間の距離Ｄ２は、図７（ａ）に示す距離Ｄ１と比べて離れる。仮に陰極先端２１１が消耗し、陰極２１と陽極２０がなす電極間の距離Ｄ２が金属体先端２２２と陽極２０の距離Ｄ０より離れる、つまり、電極間の距離がＤ２＞Ｄ０の関係となれば、該金属体先端２２２がアークに曝されて金属体先端２２２が鈍ってしまう虞がある。しかしながら、金属体先端が陽極や陰極先端に近ければ、つまり、電極間の距離がＤ２≒Ｄ０の関係であれば、該金属体による電界集中の影響は大きい。そのため陰極テーパー部２１２に埋設する金属体２２１は、陰極先端２１１の消耗を考慮して突出させる必要がある。例えばランプ点灯によってランプ寿命中に陰極先端２１１が１ｍｍ程度消耗する場合、該陽極２０に対して金属体先端２２２が該陰極２１よりも１ｍｍ〜２ｍｍ離れるよう、凹所の位置や金属体の長さを調整する。
【００２０】
本発明に使用する金属体には、線状、箔状、棒状、板状の部材が挙げられる。特に、金属体先端で電界集中を起こさせる点から、金属体は線状部材または箔状部材のものが適しており、本発明の効果を高める。また、金属体先端２２２には角部を設ける必要がある。該金属体に線状部材や箔状部材を使用する場合は、先端部をカットする、先端部を狭圧する、先端を削るなどして、尖った角部ができるように金属体先端２２２を加工することが望ましい。
また、金属体２２１は陰極本体２１とは別体であり、金属体２２１の素材としてはタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、そしてレニウム（Ｒｅ）などの高融点金属が望ましい。また金属体２２１にエミッターを添加することもできるが、必ずしも必要ではない。
【００２１】
図２に示すように陰極２１のテーパー部２１２に突出部を形成する場合、テーパー部２１２に凹所２２０を設け、陰極２１とは別体の金属体２２１を凹所２２０に埋設し、テーパー部２１２に突出部を形成する。
陰極２１のテーパー部２１２に凹所２２０を設けることで、ランプ点灯時に陰極先端２１１が高温となり陰極先端から陰極胴部に向かって熱伝導する際、凹所２２０が陰極先端２１１からの伝熱をせき止める（以下、ヒートダムと称す）効果を有する。このヒートダムの効果により、陰極先端部から胴体部への熱伝導を抑え、陰極２１先端部においてエミッターの供給が促進され、安定なアーク放電が生じやすい。
また、上記の凹所２２０に金属体２２１を埋設して突出させることで、凹所２２０と金属体２２１の間に間隙が生じる。そのため陰極２１と金属体２２１の熱伝導は悪く、金属体２２１は陰極先端部より低温状態を維持できる。そのため、長時間の点灯で陰極先端２１１が消耗しても金属体２２１は熱による形状変形を起こさず、初期の放電破壊電圧を維持することができる。
【００２２】
特許文献２に記載される陰極構造を図８に示す。陰極２１のテーパー部２１２に凸状の異形部３２１を形成した陰極が記載されている。特許文献２によれば、この異形部はアークの始点となって放電に曝される。凸状の異形部３２１は陰極と同一の物質が溶融したものや切削加工により形成されるものであり、ランプ点灯時は陰極先端２１１からの熱伝導によって異形部の先端３２２は鈍りやすく、ランプ点灯初期の放電破壊電圧を維持できない。本発明では、例えば図２で示したように凹所２２０に金属体２２１を埋設する構成のため、陰極２１の凹所２２０と金属体２２１の間に間隙ができ熱伝導を阻害するため、熱伝導による金属体先端２２２の鈍化を防止することができ、初期の放電破壊電圧を維持することができる。
【００２３】
また特許文献２に記載の課題は、陰極先端のテーパー部にアークの始点が形成され、アークの始点がふらつくことの記載がある。上記の現象は当該文献の実験例が示すように、封入ガス圧が０．０１〜０．３ＭＰａ程度のランプで生じるものであり、ランプの封入ガス圧が高圧になるにつれ、ランプの始動時間を要さない瞬時再点灯が可能となる。例えばキセノンランプは用途に応じて封入ガス圧が１ＭＰａ〜３ＭＰａと高圧であり、ランプは瞬時再点灯する。最近ではデジタルシネマランプ用のキセノンランプとして封入ガス圧が１．５ＭＰａ〜３ＭＰａのランプが使用されている。これら封入ガス圧が高圧のランプにおいては、アークの始点がテーパー部に形成されるといった現象は起きない。
しかしながら、ランプの封入ガス圧が高圧だと放電破壊電圧も高くなり、加えて、ランプ電流を大きくして点灯させると、陰極先端の変形や消耗が激しくなる。そのため、封入ガス圧が高いほど放電破壊電圧の上昇は顕著に高くなり、初期の放電破壊電圧の維持は困難である。言い換えれば、封入ガス圧が高いランプほど本発明の効果はより顕著に表れる。
【００２４】
本発明の第二の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの陰極構造を図３に示す。図３（ａ）は陰極の中心軸Ｃを含む陰極テーパー部の断面図、図３（ｂ）は陰極先端側から観察した図である。図３はテーパー部２１２に設ける凹所２２０がリング状の溝であり、埋設する金属体２２１は板または箔であり、金属体２２１はテーパー部２１２からリング状に突出している。また陰極２１と対向する陽極２０の間隔は、金属体２２１の先端２２２と該陽極２０の間隔より近くなるよう配置されている。
板状または箔状の金属体をテーパー部２１２に埋設する場合、金属体２２１の埋設箇所を一部折り曲げて圧入する、または折り曲げ部で生じるバネ性を利用して固定する、といった金属体２２１の埋設も可能である。これにより、テーパー部２１２に金属体２２１を埋設することが可能となり、また金属体２２１を凹所２２０に圧入させる、または金属体２２１と凹所２２０の接点を融着させる、ことで金属体２２１を固定することが可能となる。また該金属体２２１は必ずしもリング状である必要はなく、金属体２２１はリングが途切れた形状でも良い。また箔状部材の先端部をノコギリ状に加工しても良い。また、金属体２２１の先端を剣山型にしても良い。
【００２５】
陰極２１のテーパー部２１２に埋設する金属体２２１は２つ以上であることが好ましい。
ランプを水平点灯する場合、ランプ内のガス流の影響によってアークが水平方向に対して持ち上がり、稀に金属体２２１がアークに曝される可能性がある。この場合、アークの熱によって金属体先端２２２が鈍化し初期の放電破壊電圧の維持が困難になることが考えられる。そのため、陰極２１のテーパー部２１２に埋設する金属体２２１は複数あり、またそれぞれ離間して設けられていることが好ましい。例えば、図２のように陰極軸Ｃに対して対称的に２つ又は４つ金属体２２１を配置させる、また、図３のようにリング状の金属体２２１を配設させる、といった構成が好ましい。
【００２６】
本発明の第一と第二の実施形態に係るショートアーク型放電ランプをそれぞれ図２と図３に示す。これらの実施形態では、陰極テーパー部２１２に埋設する金属体２２１が陰極軸Ｃに対して平行に形成されている。これにより金属体先端２２２が陰極先端２１１や陽極２０に近く、また、金属体先端２２２は陽極先端２０１と対向配置することで電界集中の影響を強く働かせることができ、本発明の効果が良い。さらに、他の実施形態と比較して金属体２２１を埋設する凹所を陰極先端から離して形成させることができ、凹所はより低い温度の部位に位置するため、金属体は熱の影響で変形する虞が少なくなる点で有用である。
【００２７】
本発明の第三の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの構造を図４に示す。図４（ａ）は陰極の中心軸を含む陰極テーパー部の断面図、図４（ｂ）は陰極先端側から観察した図である。図４は金属体２２１がテーパー部の表面から垂直に突出して形成される。そのため、金属体２２１を埋設するための凹所２２０はテーパー部２１２に対して垂直であり、図２に示す第一の実施形態と比較して、金属体先端２２２は陰極先端２１１から離れており、トリガーとしての効果が弱まり、金属体の電界集中の影響は弱まり、本発明の効果が弱まる。しかしながら、凹所２２０の加工をテーパー部２１２の表面に対して垂直に行うことができ、凹所の加工が容易となり、製造工程の面で有用である。さらに金属体２２１を埋設する凹所を陰極先端から離して形成させることができ、熱伝導の影響を小さくできる。
【００２８】
本発明の第四の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの構造を図５に示す。図５（ａ）は陰極の中心軸を含む陰極テーパー部の断面図、図５（ｂ）は陰極先端側から観察した図である。第四の実施形態は、陰極軸Ｃに対して直交する方向に陰極２１を貫通する穴を設け、貫通穴に金属体２２１を挿入している。埋設する金属体２２１の先端部、後端部はテーパー部２１２から突出しており、また金属体２２１の先端部２２２ａおよび後端部２２２ｂには尖った角部が設けられている。金属体の固定は、金属体２２１を圧入させる、金属体２２１と貫通穴の接点を少なくとも一箇所融着させる、などの方法で行う。
また、貫通穴に埋設する金属体は、先端部２２２ａと後端部２２２ｂが両方テーパー部２１２から突出していなくても良く、どちらか片方だけ突出していれば本発明の効果は得られる。
金属体は陰極軸Ｃに対して直交しており、図２や図４に示す第一と第三の実施形態と比較して金属体先端２２２は陰極先端２１１と離れるため、金属体の電界集中の影響は弱まり、第一と第三の実施形態と比較して発明の効果は弱まる。しかしながら第四の実施形態は、陰極テーパー部に形成する凹所の深さ（切削深さ）を調整する必要がなく、貫通穴を設けるだけでよく、製造工程の面で有用である。
また、金属体２２１の先端部と後端部はそれぞれ陰極軸Ｃに対して対称位置に突出させることができ、金属体の対称配置を容易に行える、という点で有用である。
【実施例】
【００２９】
図２に示した陰極テーパー部から突出して金属体を備えた本発明のショートアーク型放電ランプと図９に示す金属体を備えない従来のショートアーク型放電ランプを用いて、それぞれの放電破壊電圧を測定し、ランプの長時間点灯に伴う放電破壊電圧の変化を調査し、本発明の効果を確認した。
各ランプにはＸｅガスを封入したキセノンランプを用い、キセノンランプの電極間距離を５ｍｍとし、室温下でのＸｅ封入ガス圧を１．８ＭＰａ、ランプ電流を１１０Ａとしてランプを点灯し、放電破壊電圧の変化を調査した。ランプの陰極は直径Φ１０ｍｍで長さ１５ｍｍの陰極基体に、先端径Φ１．２ｍｍでテーパー角６０度のテーパー部が形成され、テーパー部のうち、陰極先端から２ｍｍ離れた場所にΦ０．５５×深さ約３ｍｍの凹所が４箇所、陰極軸Ｃの円周上に均等に形成されている。該凹所には直径Φ０．５×長さ３．２ｍｍのタングステン線材を圧入して固定され、このタングステン線材の先端は扁平に加工されている。
【００３０】
本発明のランプと従来のランプのランプ点灯時間に伴う放電破壊電圧の測定結果を図６に示す。図６の点灯時間が０の場合はランプ点灯初期の放電破壊電圧を表す。また本測定は点灯初期、３００時間点灯時、６００時間点灯時に行った。図６の測定結果から、従来品は点灯時間と共に放電破壊電圧は上昇していったが、本発明品は放電破壊電圧の上昇が抑えられていることが確認でき、本発明の効果が実証できた。
【００３１】
本発明によってランプ初期の放電破壊電圧を維持することが可能となり、より長寿命のランプが得られる。
【符号の説明】
【００３２】
１ ショートアーク型放電ランプ
１０ 外部リード線
１１ 口金
２０ 陽極
２１ 陰極
２１１ 陰極先端部
２１２ テーパー部
Ｃ 陰極軸、中心軸
２２０ 凹所
２２１ 金属体
２２２ 金属体先端部
２２２ａ先端部
２２２ｂ後端部
２２３ 貫通穴部
２５０ 消耗部
３１ トリガーワイヤー
３２１ 異形部
３２２ 異形部先端
３２３ 異形部外縁
５０ａ 発光管部
５０ｂ 封止管部
９１ ショートアーク型放電ランプ
９１０ 外部リード線
９１１ 口金
９２０ 陽極
９２１ 陰極
９３１ トリガーワイヤー
９５０ａ 発光管部
９５０ｂ 封止管部
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造や映写機の投影等に使用されるショートアーク型放電ランプに関し、特に陰極構造に特徴のあるショートアーク型放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ショートアーク型放電ランプは、点灯開始時、先ず陰極と陽極の間で放電破壊を起こすことを必要とする。このとき、放電破壊の発生を補助しランプの始動性を高める手段として、図９に示すようにショートアーク型放電ランプ９１にはトリガーワイヤー９３１と呼ばれる金属製のワイヤーをランプの発光管部９５０ａに設けている。このトリガーワイヤー９３１を設けることで、該ランプに高電圧が印加されたとき発光管内部の気体の電離を促進し電極間の放電破壊を容易にする。つまりは電極間の放電破壊電圧（ブレークダウン電圧）を下げることができる。これはランプの始動性の向上の点で優位である。
特許第４２８１６５５号公報にはトリガーワイヤーに関する発明が記載されている。
【０００３】
しかしながら、ランプの発光管部外壁にトリガーワイヤー９３１を設置しても、ランプ内の電極（特に陰極）の先端部は、高温で動作しているため、点灯時間と共に消耗したり、陰極先端部で原子移動（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）が起こり、陰極先端形状が経時的に変化するため、長時間の点灯によって放電破壊電圧は上昇してしまう。
【０００４】
点灯初期の場合、切削加工痕などの鋭部を有する陰極の先端部で電界集中が起こり、より強い電界強度が生じ、電子を加速させることができ、電子の増殖過程をもたらし、放電破壊に至らしめる。しかし、ランプ点灯が長時間続くとアーク放電によって陰極先端部は高温に曝され、陰極先端部は消耗し、形状が丸みを帯びて変形する。そのため陰極先端での電界集中は弱まり、電子の加速が小さくなり、放電破壊電圧は上昇する。つまり、長時間の点灯に伴ってランプの初期の放電破壊電圧は上昇してゆく、という問題がある。印加電圧が低い場合、放電破壊が困難となりランプは点灯できなくなる。或いは、ランプを点灯するために、更に高電圧を発生する新たなスターターと電源を用意しなければならない。
【０００５】
特開２００３−２５７３６３号公報には、陰極のテーパー部の表面に凸状または凹状の異形部を形成させた電極が開示されている。これによれば、陰極は放電空間側に向かって傾斜しているテーパー部を有しており、テーパー部はその表面に凹部または凸部の異形部が形成されている。
【０００６】
当該公報のショートアーク型放電ランプの陰極先端を図８に示す。陰極先端２１１が消耗すると陰極２１のテーパー部２１２にアークの始点が形成されてしまう問題があった。しかしテーパー部２１２の表面に異形部３２１を設けることで、仮にアークの始点がテーパー部２１２に発生した場合でも異形部３２１にアークの始点を留めさせることができ、アークの始点のふらつきやランプ内壁の失透、アークの立ち消え、といった問題を解消できる、ことが記載されている。
【０００７】
凸状の異形部３２１は陰極と同一の物質が溶融したものや切削加工により形成されるものであり、異形部３２１と陰極２１は一体であると共に、異形部３２１と陰極２１の間に間隙はないので、ランプ点灯時は陰極先端２１１からの熱伝導を疎外することがなく、異形部の先端３２２は熱の影響を受けやすく、角が無くなるように形状変形して異形部の先端３２２が鈍化する。よってランプの放電破壊電圧は点灯時間と共に上昇してゆく、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４２８１６５５号公報
【特許文献２】特開２００３−２５７３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、ランプの長時間の点灯によって陰極先端部が消耗して先端形状が鈍く変形した場合でも、初期の放電破壊電圧を維持できるショートアーク型放電ランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、陽極と陰極が発光管の内部で対向配置したショートアーク型放電ランプにおいて、該陰極は先端に向かうに従って小径となるテーパー部を有し、該テーパー部には凹所が設けられ、該凹所には、金属体の一端が該テーパー部の表面から突出するように該金属体の他端が埋設され、該テーパー部の表面から突出した該金属体の先端に角部が少なくとも一つ設けられ、該金属体の先端と前記陽極の先端との距離が、該陰極と該陽極との距離より離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とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記金属体は線状の部材であ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とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記金属体が前記陰極の中心軸に対して平行に突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のショートアーク型放電ランプとするものである。
請求項４に記載の発明は、前記金属体が前記テーパー部に対して垂直に突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のショートアーク型放電ランプとするものである。
請求項５に記載の発明は、前記テーパー部には、前記陰極の中心軸と直交する方向に該陰極を貫通する貫通穴部が設けられ、前記金属体は該貫通穴部に挿通し、該金属体は該貫通穴部から突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のショートアーク型放電ランプとするものである。
請求項６に記載の発明は、前記金属体と該凹所は前記テーパー部に複数設けられ、前記陰極の中心軸を中心とする円周上に離間して埋設されていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載のショートアーク型放電ランプとするものである。
【００１１】
本発明におけるショートアーク型放電ランプは、封入ガスとしてＸｅ、Ｋｒ、Ａｒやそれらの混合ガスのいずれかを選択した放電ランプ、又はそれらのガスをバッファガスとする発光金属の水銀を封入した放電ランプのことをいう。また、該放電ランプの電極間距離は数ｍｍ程度から数十ｍｍ程度までである。またここで云う距離とは、二つの部材の間の最短距離であり、例えば陰極と陽極との距離とは陰極と陽極との最短距離をいう。
本発明におけるテーパー部表面の凹所は、円柱状、矩形状、板状、薄状の金属体を埋設するための穴や溝のことである。
本発明における線状の部材は、直径０．１ｍｍ〜数ｍｍの細いワイヤーであり、該線状部材の形状は柱状、針状、扁平状、のものを含み、また、該線状部材の形状が一部加工されたものを含む。通常、陰極先端径より小さいものが使用される。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、陰極のテーパー部に金属体を埋設するための凹所を設け、凹所に金属体が埋設され、金属体の先端と前記陽極の先端との距離が該陰極と該陽極との距離より長くなるよう調整され、金属体の一部がテーパー部の表面から突出して陰極先端の周囲に設けられることで、該金属体の先端に電界集中を起こさせることができ、長時間のランプ点灯によって陰極先端が消耗しても、初期の放電破壊電圧を維持できる。
請求項２に記載の発明によれば、金属体に線状の部材を用いることで、金属体先端に生じる電界の強度を高めさせ、放電破壊を容易にできる。
請求項３に記載の発明によれば、金属体が陰極の中心軸に対して平行に突出して形成することで、長時間のランプ点灯によって陰極先端が消耗しても、初期の放電破壊電圧を維持することができる。
請求項４に記載の発明によれば、金属体が陰極の中心軸に対して直交して突出していることで、長時間のランプ点灯によって陰極先端が消耗しても、初期の放電破壊電圧を維持することができる。
請求項５に記載の発明によれば、陰極の中心軸と直交する方向に貫通穴を設け、前記貫通穴に先端部と後端部に尖った角部を持つ略棒状の金属体を設けることで、長時間のランプ点灯によって陰極先端が消耗しても、初期の放電破壊電圧を維持することができる。
請求項６に記載の発明によれば、前記金属体と前期凹所は、前記テーパー部に複数個設けられ、該テーパー部の陰極の中心軸を中心とする円周上に離間して埋設されていることで、不意にある位置の該金属体の機能が失われた場合でも、他の金属体が予備となって、初期の放電破壊電圧を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のショートアーク型放電ランプの概略の外観図を示す。
【図２】本発明の第一の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの陰極構造の図を示す。
【図３】本発明の第二の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの陰極構造の図を示す。
【図４】本発明の第三の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの陰極構造の図を示す。
【図５】本発明の第四の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの陰極構造の図を示す。
【図６】ランプの点灯時間に対する放電破壊電圧の変化についての実験結果を示す。
【図７】本発明のショートアーク型放電ランプの電極間の距離関係の図を示す。
【図８】従来のショートアーク型放電ランプの陰極の図を示す。
【図９】従来のショートアーク型放電ランプの概略の外観図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明であるショートアーク型放電ランプの外観図を図１に示す。ショートアーク型放電ランプ１は略楕円球状の発光管部５０ａと、その両端に伸びる封止管部５０ｂと、封止管部５０ｂの発光管５０ａ側と反対側に固定された口金部１１で構成されている。発光管５０ａの内部には陰極２１陽極２０が対向配置しており、各電極は外部リード線１０と電気的に接続している。各電極は先端に向かうに従って小径となるテーパー部を有し、先端部と該テーパー部と胴体部が連設して構成されている。
【００１５】
本発明の第一の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの構造を図２に示す。図２（ａ）は陰極の中心軸を含む陰極テーパー部の断面図、図２（ｂ）は陰極先端側から観察した図を示す。陰極２１のテーパー部２１２には、陰極軸Ｃに対して平行に金属体２２１が埋設されている。金属体先端２２２は尖った角部を有し、電界集中によって強い電界強度を生む。また、凹所２２０及び金属体２２１は陰極軸Ｃを中心として対称的に配置されている。このように複数の金属体２２１を離間して埋設することは、金属体の不具合回避や予備の点で好ましい。しかしながら、凹所２２０や金属体２２１は必ずしも対称的に配置させたり、陰極軸Ｃに平行に埋設させたり、する必要はなく、金属体２２１はテーパー部２１２の領域に少なくとも一つ埋設されていれば良い。
【００１６】
陰極２１のテーパー部２１２には、金属体２２１を埋設するための凹所２２０が設けられており、陰極２１とは別体の金属体２２１がテーパー部２１２から突出して該凹所２２０に埋設されている。凹所２２０の形状（断面形状や径など）や深さは、埋設する金属体２２１の形状と大きさによって異なる。凹所２２０は放電加工、ドリルによる加工、レーザー加工、電子線加工等で形成できる。
また、金属体２２１は凹所２２０に圧入させる、または、金属体２２１と凹所２２０の内面を少なくとも一箇所融着させる、ことで金属体２２１をテーパー部２１２に固定することが可能となる。上記の構成では、凹所２２０の位置や形状、深さを任意に決めることができ、金属体２２１の埋設位置やテーパー部２１２からの金属体２２１の突出具合を精度よく調整できる。本発明の効果は金属体２２１、陰極２１、陽極２０のそれぞれの距離間隔によって変わるため、埋設箇所や突出具合を精度よく調整できる点は有用である。
【００１７】
金属体２２１は凹所２２０に埋設され、金属体２２１の一部はテーパー部２１２から突出しており、該金属体２２１の突出した部位（以下、突出部と称す）の先端には尖った角部が少なくとも一つ設けられている。
上記の構成から、尖った角部の影響で金属体先端２２２に強い電界強度が生じ、放電破壊を容易にする。また陽極２０に対して金属体の先端２２２は陰極先端２１１より離れているため、金属体２２１はアークに曝されることがなく、金属体２２１が磨耗して形状が変形することがない。よって金属体先端２２２ではランプ点灯初期の電界強度が維持され、ランプ点灯初期の放電破壊電圧を維持できる。また金属体２２１は凹所２２０に埋設されており、陰極２１の凹所２２０と金属体２２１の間に間隙を生み、陰極２１から金属体２２１への熱伝導を抑制できる。よって熱伝導による金属体先端２２２の形状変化を防止でき、ランプ点灯初期の放電破壊電圧を維持できる。
【００１８】
前記金属体２２１がテーパー部２１２から突出していない場合、ランプ点灯初期の放電破壊電圧を維持することはできず、本発明の効果は失われる。他方、前記金属体２２１がテーパー部２１２から突出させると、金属体先端２２２に尖った角部を設けることで、金属体先端２２２に強い電界強度を生じさせ、陰極と陽極間の放電破壊を容易にし、ランプの始動性は良くなる。
【００１９】
金属体先端２２２と陰極２１の陽極２０の夫々の電極間の距離関係を図７（ａ）に示す。対向配置する陰極２１と陽極２０の電極間の距離Ｄ１は、金属体先端２２２と陽極先端の距離Ｄ０より短くなるよう金属体が埋設されている。これにより、ランプ点灯時に金属体がアークに曝されることがない。
また、長時間のランプ点灯によって陰極先端２１１は消耗する。陰極先端２１１が消耗した場合の、金属体２２１と陰極２１と陽極２０の、夫々の電極間の距離を図７（ｂ）に示す。このとき陰極先端２１１の消耗によって陰極２１と陽極２０がなす電極間の距離Ｄ２は、図７（ａ）に示す距離Ｄ１と比べて離れる。仮に陰極先端２１１が消耗し、陰極２１と陽極２０がなす電極間の距離Ｄ２が金属体先端２２２と陽極２０の距離Ｄ０より離れる、つまり、電極間の距離がＤ２＞Ｄ０の関係となれば、該金属体先端２２２がアークに曝されて金属体先端２２２が鈍ってしまう虞がある。しかしながら、金属体先端が陽極や陰極先端に近ければ、つまり、電極間の距離がＤ２≒Ｄ０の関係であれば、該金属体による電界集中の影響は大きい。そのため陰極テーパー部２１２に埋設する金属体２２１は、陰極先端２１１の消耗を考慮して突出させる必要がある。例えばランプ点灯によってランプ寿命中に陰極先端２１１が１ｍｍ程度消耗する場合、該陽極２０に対して金属体先端２２２が該陰極２１よりも１ｍｍ〜２ｍｍ離れるよう、凹所の位置や金属体の長さを調整する。
【００２０】
本発明に使用する金属体には、線状、箔状、棒状、板状の部材が挙げられる。特に、金属体先端で電界集中を起こさせる点から、金属体は線状部材または箔状部材のものが適しており、本発明の効果を高める。また、金属体先端２２２には角部を設ける必要がある。該金属体に線状部材や箔状部材を使用する場合は、先端部をカットする、先端部を狭圧する、先端を削るなどして、尖った角部ができるように金属体先端２２２を加工することが望ましい。
また、金属体２２１は陰極本体２１とは別体であり、金属体２２１の素材としてはタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、そしてレニウム（Ｒｅ）などの高融点金属が望ましい。また金属体２２１にエミッターを添加することもできるが、必ずしも必要ではない。
【００２１】
図２に示すように陰極２１のテーパー部２１２に突出部を形成する場合、テーパー部２１２に凹所２２０を設け、陰極２１とは別体の金属体２２１を凹所２２０に埋設し、テーパー部２１２に突出部を形成する。
陰極２１のテーパー部２１２に凹所２２０を設けることで、ランプ点灯時に陰極先端２１１が高温となり陰極先端から陰極胴部に向かって熱伝導する際、凹所２２０が陰極先端２１１からの伝熱をせき止める（以下、ヒートダムと称す）効果を有する。このヒートダムの効果により、陰極先端部から胴体部への熱伝導を抑え、陰極２１先端部においてエミッターの供給が促進され、安定なアーク放電が生じやすい。
また、上記の凹所２２０に金属体２２１を埋設して突出させることで、凹所２２０と金属体２２１の間に間隙が生じる。そのため陰極２１と金属体２２１の熱伝導は悪く、金属体２２１は陰極先端部より低温状態を維持できる。そのため、長時間の点灯で陰極先端２１１が消耗しても金属体２２１は熱による形状変形を起こさず、初期の放電破壊電圧を維持することができる。
【００２２】
特許文献２に記載される陰極構造を図８に示す。陰極２１のテーパー部２１２に凸状の異形部３２１を形成した陰極が記載されている。特許文献２によれば、この異形部はアークの始点となって放電に曝される。凸状の異形部３２１は陰極と同一の物質が溶融したものや切削加工により形成されるものであり、ランプ点灯時は陰極先端２１１からの熱伝導によって異形部の先端３２２は鈍りやすく、ランプ点灯初期の放電破壊電圧を維持できない。本発明では、例えば図２で示したように凹所２２０に金属体２２１を埋設する構成のため、陰極２１の凹所２２０と金属体２２１の間に間隙ができ熱伝導を阻害するため、熱伝導による金属体先端２２２の鈍化を防止することができ、初期の放電破壊電圧を維持することができる。
【００２３】
また特許文献２に記載の課題は、陰極先端のテーパー部にアークの始点が形成され、アークの始点がふらつくことの記載がある。上記の現象は当該文献の実験例が示すように、封入ガス圧が０．０１〜０．３ＭＰａ程度のランプで生じるものであり、ランプの封入ガス圧が高圧になるにつれ、ランプの始動時間を要さない瞬時再点灯が可能となる。例えばキセノンランプは用途に応じて封入ガス圧が１ＭＰａ〜３ＭＰａと高圧であり、ランプは瞬時再点灯する。最近ではデジタルシネマランプ用のキセノンランプとして封入ガス圧が１．５ＭＰａ〜３ＭＰａのランプが使用されている。これら封入ガス圧が高圧のランプにおいては、アークの始点がテーパー部に形成されるといった現象は起きない。
しかしながら、ランプの封入ガス圧が高圧だと放電破壊電圧も高くなり、加えて、ランプ電流を大きくして点灯させると、陰極先端の変形や消耗が激しくなる。そのため、封入ガス圧が高いほど放電破壊電圧の上昇は顕著に高くなり、初期の放電破壊電圧の維持は困難である。言い換えれば、封入ガス圧が高いランプほど本発明の効果はより顕著に表れる。
【００２４】
本発明の第二の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの陰極構造を図３に示す。図３（ａ）は陰極の中心軸Ｃを含む陰極テーパー部の断面図、図３（ｂ）は陰極先端側から観察した図である。図３はテーパー部２１２に設ける凹所２２０がリング状の溝であり、埋設する金属体２２１は板または箔であり、金属体２２１はテーパー部２１２からリング状に突出している。また陰極２１と対向する陽極２０の間隔は、金属体２２１の先端２２２と該陽極２０の間隔より近くなるよう配置されている。
板状または箔状の金属体をテーパー部２１２に埋設する場合、金属体２２１の埋設箇所を一部折り曲げて圧入する、または折り曲げ部で生じるバネ性を利用して固定する、といった金属体２２１の埋設も可能である。これにより、テーパー部２１２に金属体２２１を埋設することが可能となり、また金属体２２１を凹所２２０に圧入させる、または金属体２２１と凹所２２０の接点を融着させる、ことで金属体２２１を固定することが可能となる。また該金属体２２１は必ずしもリング状である必要はなく、金属体２２１はリングが途切れた形状でも良い。また箔状部材の先端部をノコギリ状に加工しても良い。また、金属体２２１の先端を剣山型にしても良い。
【００２５】
陰極２１のテーパー部２１２に埋設する金属体２２１は２つ以上であることが好ましい。
ランプを水平点灯する場合、ランプ内のガス流の影響によってアークが水平方向に対して持ち上がり、稀に金属体２２１がアークに曝される可能性がある。この場合、アークの熱によって金属体先端２２２が鈍化し初期の放電破壊電圧の維持が困難になることが考えられる。そのため、陰極２１のテーパー部２１２に埋設する金属体２２１は複数あり、またそれぞれ離間して設けられていることが好ましい。例えば、図２のように陰極軸Ｃに対して対称的に２つ又は４つ金属体２２１を配置させる、また、図３のようにリング状の金属体２２１を配設させる、といった構成が好ましい。
【００２６】
本発明の第一と第二の実施形態に係るショートアーク型放電ランプをそれぞれ図２と図３に示す。これらの実施形態では、陰極テーパー部２１２に埋設する金属体２２１が陰極軸Ｃに対して平行に形成されている。これにより金属体先端２２２が陰極先端２１１や陽極２０に近く、また、金属体先端２２２は陽極先端２０１と対向配置することで電界集中の影響を強く働かせることができ、本発明の効果が良い。さらに、他の実施形態と比較して金属体２２１を埋設する凹所を陰極先端から離して形成させることができ、凹所はより低い温度の部位に位置するため、金属体は熱の影響で変形する虞が少なくなる点で有用である。
【００２７】
本発明の第三の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの構造を図４に示す。図４（ａ）は陰極の中心軸を含む陰極テーパー部の断面図、図４（ｂ）は陰極先端側から観察した図である。図４は金属体２２１がテーパー部の表面から垂直に突出して形成される。そのため、金属体２２１を埋設するための凹所２２０はテーパー部２１２に対して垂直であり、図２に示す第一の実施形態と比較して、金属体先端２２２は陰極先端２１１から離れており、トリガーとしての効果が弱まり、金属体の電界集中の影響は弱まり、本発明の効果が弱まる。しかしながら、凹所２２０の加工をテーパー部２１２の表面に対して垂直に行うことができ、凹所の加工が容易となり、製造工程の面で有用である。さらに金属体２２１を埋設する凹所を陰極先端から離して形成させることができ、熱伝導の影響を小さくできる。
【００２８】
本発明の第四の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの構造を図５に示す。図５（ａ）は陰極の中心軸を含む陰極テーパー部の断面図、図５（ｂ）は陰極先端側から観察した図である。第四の実施形態は、陰極軸Ｃに対して直交する方向に陰極２１を貫通する穴を設け、貫通穴に金属体２２１を挿入している。埋設する金属体２２１の先端部、後端部はテーパー部２１２から突出しており、また金属体２２１の先端部２２２ａおよび後端部２２２ｂには尖った角部が設けられている。金属体の固定は、金属体２２１を圧入させる、金属体２２１と貫通穴の接点を少なくとも一箇所融着させる、などの方法で行う。
また、貫通穴に埋設する金属体は、先端部２２２ａと後端部２２２ｂが両方テーパー部２１２から突出していなくても良く、どちらか片方だけ突出していれば本発明の効果は得られる。
金属体は陰極軸Ｃに対して直交しており、図２や図４に示す第一と第三の実施形態と比較して金属体先端２２２は陰極先端２１１と離れるため、金属体の電界集中の影響は弱まり、第一と第三の実施形態と比較して発明の効果は弱まる。しかしながら第四の実施形態は、陰極テーパー部に形成する凹所の深さ（切削深さ）を調整する必要がなく、貫通穴を設けるだけでよく、製造工程の面で有用である。
また、金属体２２１の先端部と後端部はそれぞれ陰極軸Ｃに対して対称位置に突出させることができ、金属体の対称配置を容易に行える、という点で有用である。
【実施例】
【００２９】
図２に示した陰極テーパー部から突出して金属体を備えた本発明のショートアーク型放電ランプと図９に示す金属体を備えない従来のショートアーク型放電ランプを用いて、それぞれの放電破壊電圧を測定し、ランプの長時間点灯に伴う放電破壊電圧の変化を調査し、本発明の効果を確認した。
各ランプにはＸｅガスを封入したキセノンランプを用い、キセノンランプの電極間距離を５ｍｍとし、室温下でのＸｅ封入ガス圧を１．８ＭＰａ、ランプ電流を１１０Ａとしてランプを点灯し、放電破壊電圧の変化を調査した。ランプの陰極は直径Φ１０ｍｍで長さ１５ｍｍの陰極基体に、先端径Φ１．２ｍｍでテーパー角６０度のテーパー部が形成され、テーパー部のうち、陰極先端から２ｍｍ離れた場所にΦ０．５５×深さ約３ｍｍの凹所が４箇所、陰極軸Ｃの円周上に均等に形成されている。該凹所には直径Φ０．５×長さ３．２ｍｍのタングステン線材を圧入して固定され、このタングステン線材の先端は扁平に加工されている。
【００３０】
本発明のランプと従来のランプのランプ点灯時間に伴う放電破壊電圧の測定結果を図６に示す。図６の点灯時間が０の場合はランプ点灯初期の放電破壊電圧を表す。また本測定は点灯初期、３００時間点灯時、６００時間点灯時に行った。図６の測定結果から、従来品は点灯時間と共に放電破壊電圧は上昇していったが、本発明品は放電破壊電圧の上昇が抑えられていることが確認でき、本発明の効果が実証できた。
【００３１】
本発明によってランプ初期の放電破壊電圧を維持することが可能となり、より長寿命のランプが得られる。
【符号の説明】
【００３２】
１ ショートアーク型放電ランプ
１０ 外部リード線
１１ 口金
２０ 陽極
２１ 陰極
２１１ 陰極先端部
２１２ テーパー部
Ｃ 陰極軸、中心軸
２２０ 凹所
２２１ 金属体
２２２ 金属体先端部
２２２ａ先端部
２２２ｂ後端部
２２３ 貫通穴部
２５０ 消耗部
３１ トリガーワイヤー
３２１ 異形部
３２２ 異形部先端
３２３ 異形部外縁
５０ａ 発光管部
５０ｂ 封止管部
９１ ショートアーク型放電ランプ
９１０ 外部リード線
９１１ 口金
９２０ 陽極
９２１ 陰極
９３１ トリガーワイヤー
９５０ａ 発光管部
９５０ｂ 封止管部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極が発光管の内部で対向配置したショートアーク型放電ランプにおいて、
該陰極は先端に向かうに従って小径となるテーパー部を有し、
該テーパー部には凹所が設けられ、
該凹所には、該テーパー部の表面から突出する金属体が設けられ、
該金属体の先端に角部が少なくとも一つ設けられ、
該金属体の先端と前記陽極の先端との距離が、該陰極と該陽極との距離より離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
【請求項２】
前記金属体は、線状の部材であ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
【請求項３】
前記金属体は、前記陰極の中心軸に対して平行に突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のショートアーク型放電ランプ。
【請求項４】
前記金属体は、前記テーパー部の表面から垂直に突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のショートアーク型放電ランプ。
【請求項５】
前記テーパー部には、前記陰極の中心軸と直交する方向に該陰極を貫通する貫通穴部が設けられ、
前記金属体は、該貫通穴部に挿通し、
前記金属体は、該貫通穴部から突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のショートアーク型放電ランプ
【請求項６】
前記金属体と前記凹所は、前記テーパー部に複数個設けられ、前記陰極の中心軸を中心とする円周上に離間して埋設されていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載のショートアーク型放電ランプ
【請求項１】
陽極と陰極が発光管の内部で対向配置したショートアーク型放電ランプにおいて、
該陰極は先端に向かうに従って小径となるテーパー部を有し、
該テーパー部には凹所が設けられ、
該凹所には、該テーパー部の表面から突出する金属体が設けられ、
該金属体の先端に角部が少なくとも一つ設けられ、
該金属体の先端と前記陽極の先端との距離が、該陰極と該陽極との距離より離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
【請求項２】
前記金属体は、線状の部材であ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
【請求項３】
前記金属体は、前記陰極の中心軸に対して平行に突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のショートアーク型放電ランプ。
【請求項４】
前記金属体は、前記テーパー部の表面から垂直に突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のショートアーク型放電ランプ。
【請求項５】
前記テーパー部には、前記陰極の中心軸と直交する方向に該陰極を貫通する貫通穴部が設けられ、
前記金属体は、該貫通穴部に挿通し、
前記金属体は、該貫通穴部から突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のショートアーク型放電ランプ
【請求項６】
前記金属体と前記凹所は、前記テーパー部に複数個設けられ、前記陰極の中心軸を中心とする円周上に離間して埋設されていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載のショートアーク型放電ランプ
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１６０３０６（Ｐ２０１２−１６０３０６Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４１９（Ｐ２０１１−１８４１９）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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