ショートアーク型放電ランプ
【課題】陰極と陽極が発光管内で対向配置され、前記陰極の近傍に始動補助電極が配設されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、前記始動補助電極に外力が作用しても、変形することなく陰極との位置関係が適正に保たれて、確実な始動補助が行われる構造を提供するものである。
【解決手段】前記陰極には、その後端側から先端側に軸芯方向に貫通する貫通孔が形成され、前記始動補助電極は、その根元部が前記陰極の軸部に固定されるとともに、前記貫通孔を貫通して、その先端部が貫通孔から突出して前記陰極の先端近傍にまで延在していることを特徴とする。
【解決手段】前記陰極には、その後端側から先端側に軸芯方向に貫通する貫通孔が形成され、前記始動補助電極は、その根元部が前記陰極の軸部に固定されるとともに、前記貫通孔を貫通して、その先端部が貫通孔から突出して前記陰極の先端近傍にまで延在していることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この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、特に陰極近傍に始動補助電極を有するショートアーク型放電ランプに係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のショートアーク型放電ランプでは、その始動電圧を下げて始動性を改善するためのさまざまな手段が提案されている。
特開２００４―０５５４１６号公報（特許文献１）には、始動補助電極として細いワイヤー状の導電性部材を陰極近傍に設けることで、ランプに高電圧が印加されたとき該導電性部材（始動補助電極）の先端に電界集中を生じさせて、陰極先端近傍の電子密度を上昇させて、電極間の絶縁破壊を容易にし、ランプの始動性を向上させる技術が開示されている。
【０００３】
図４にその全体構成が示されていて、発光管２内に陰極３と陽極４とが対向配置された放電ランプ１において、前記陰極３の近傍にワイヤー状の導電性部材からなる始動補助電極６が配置されている。
図５にその詳細が示されていて、始動補助電極６はその根元部６ｂが前記陰極３の軸部５に巻き付けられて固定され、その先端部６ａが前記陰極３の先端３ａの近傍に位置している。
かかる構成により、ランプ点灯時に陰極３と陽極４間に高電圧が印加されると、前記始動補助電極６の先端部６ａに電界集中が起き、陰極３から放出される電子密度を上昇させることにより、両電極３、４間の絶縁破壊を容易にしようとするものである。
【０００４】
ところで、この始動補助電極６を構成する導電性部材は金属ワイヤーからなるため、その剛性が低く、該始動補助電極６が、その根元部６ｂが陰極軸部５に固定され、そこから陰極３に沿って延在して陰極先端部３ａの近傍にその先端部６ａを配置する片持ち支持構造であるため、該始動補助電極６自体が振動などの外力により変形し易く、その先端部６ａの位置が極めて不安定で変動しやすい。
例えば、ランプの輸送中に掛かる軽微な負荷によっても始動補助電極６が変形し、その先端部６ａの位置が変動してしまうということがある。また、ランプ点灯中は電極軸部５から陰極先端部３ａ側に向けて熱対流が発生しており、特に陰極３の外周囲はこの熱対流による負荷が大きいために、該始動補助電極６に大きな負荷がかかり変形してしまうことがあった。
このため、始動補助電極６の先端部６ａと、陰極３先端および陽極４先端との適正位置が保たれずに、所期の効果を期待できなくなってしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０５５４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明が解決しようとする課題は、発光部内に陰極と陽極が対向配置されるとともに、前記陰極の近傍にワイヤー状の始動補助電極が配置されてなる放電ランプにおいて、前記始動補助電極がみだりに変形することがなく、陰極に対して適正な位置関係に保たれて、確実な始動補助ができるような構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明に係るショートアーク型放電ランプでは、陰極に、その後端側から先端側に軸芯方向に貫通する貫通孔が形成され、始動補助電極は、その根元部が前記陰極の軸部に固定されるとともに、前記貫通孔を貫通して、その先端部が該貫通孔から突出して前記陰極の先端部近傍にまで延在していることを特徴とする。
また、前記陽極の先端と前記始動補助電極の先端部の距離Ｄ２は、前記陽極と前記陰極の電極間距離Ｄ１よりも大きいことを特徴とする。
また、前記陰極の軸芯と前記始動補助電極の先端部の距離Ｌ１が、前記陽極と前記陰極の電極間距離Ｄ１よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ワイヤー状からなる始動補助電極が、陰極に設けた軸芯方向の貫通孔を貫通しているので、外力が掛かってもみだりに変形することがなく、その位置が固定され陰極との適正な位置関係が保たれて、確実な始動補助が確保されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施例の陰極部分の部分断面図。
【図２】この発明の陰極、陽極、始動補助電極の配置関係を示す図。
【図３】この発明の効果を示す表。
【図４】従来例の全体図。
【図５】図４の部分拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に本発明に係わる放電ランプの陰極構造が示されていて、陰極３は、先端側で縮径されるテーパ部３ｂとその先端部３ａとを備える。
該陰極３には、その後端側から先端側に軸芯方向に貫通する貫通孔８が形成されており、該貫通孔８は陰極３の後端部３ｃから前記テーパ部３ｂに貫通している。
金属ワイヤーからなる始動補助電極６は、根元部６ｂが陰極３の陰極軸部５に巻きつけ固定されている。そして、該始動補助電極６は、貫通孔８に嵌挿されてこれを貫通し、その先端部６ａはテーパ部３ｂの先端から突出して、陰極３の先端部３ａの近傍に位置している。
前記貫通孔８は、好適には例えば、細孔放電加工機を用いることで穿設され、その孔径は、例えば０．５ｍｍである。
【００１１】
前記始動補助電極６には、陰極軸部５から高電圧が印加され、その先端部６ａの電界集中によって強い電界強度が近傍の陰極３に働き、該陰極３の電子密度を上昇させ、これによりランプの始動性が向上するものである。この始動補助電極６は陰極３本体とは別体に設けられるため、陰極３とは別の素材を選定することができる。この始動補助電極６に適した素材としては、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用いられる。
【００１２】
前記始動補助電極６と陰極３および陽極４との配置関係が図２に示されている。
陽極４と始動補助電極６の突出先端部６ａの最短距離Ｄ２は、電極間距離Ｄ１より大きくなるよう始動補助電極６が配置されている。
この始動補助電極６の先端部６ａは陽極４に近いほどランプの始動性が上がるが、あまり陽極４に近づけすぎると、該陽極４との間にアークが発生してしまい、その先端部６ａがアークにより溶融し蒸発してしまって、発光管の内面に蒸発物が付着し、黒化の原因となってしまう。
そのため、始動補助電極６の先端部６ｂは、陰極先端部３ａより僅かに後退した位置にあるように設定される。即ち、始動補助電極６の先端部６ａと陽極４との最短距離Ｄ２は、陰極３と陽極４の電極間距離Ｄ１よりも大きく（Ｄ２＞Ｄ１）なるように設定されることが好ましい。
【００１３】
本発明の効果を実証するために以下の実験を行った。
＜放電ランプ＞
封入ガス：キセノン １．０ａｔｍ
電極間距離（Ｄ１）：９ｍｍ
陰極先端径：１．５ｍｍ
貫通孔径：０．５ｍｍ
始動補助電極：φ０．２ｍｍ Ｔａワイヤー
＜始動補助電極の突出位置＞
実施形態１：Ｄ２＝１７ｍｍ、Ｌ１＝９．５ｍｍ
実施形態２：Ｄ２＝１２ｍｍ、Ｌ１＝３．５ｍｍ
実施形態３：Ｄ２＝７ｍｍ 、Ｌ１＝３．５ｍｍ
比較例：始動補助電極なし
これらのランプを製作し、それぞれのランプ始動性能の比較実験を行った。始動性能の評価は、点灯初期における絶縁破壊電圧（ｋＶ）と１５００時間点灯後の絶縁破壊電圧（ｋＶ）を計測することによって評価した。
【００１４】
その結果が図３に示されていて、比較例においては、始動電圧は初期においては２０ｋＶ、１５００時間点灯後には２５ｋＶであったものが、本発明の実施形態１〜３はいずれも絶縁破壊電圧がこれを下回り、始動性の改善が見られる。
実施形態３は、Ｄ２＝７ｍｍで、Ｄ２＜Ｄ１となり、始動補助電極６の先端部６ａが陰極先端３ａより突出して、陽極４に近づいているものであって、点灯初期においては１０ｋＶと最も低いが、先に述べたように、点灯後にその先端が溶融してしまい、１５００時間点灯後には、２０ｋｖと、実施形態２のランプと同等となっている。
このことから、先に述べたように、始動補助電極６の溶融・蒸発は発光管黒化の観点から必ずしも好ましいものではないので、同程度の効果が期待できる実施形態２のように、始動補助電極６の先端部６ａが、陰極線端部３ａよりも後退していて、Ｄ２＞Ｄ１になる関係であることがより好ましいことが分かる。ただし、ランプのその他の種々の状況から、黒化の程度が現実的に問題にならない程度であれば、実施形態３のものも採用しうることはいうまでもない。
また、実施形態１のランプでは、始動補助電極６の先端部６ａと陰極軸芯Ｏとの距離Ｌ１が９．５ｍｍと、実施形態２、３の３．５ｍｍより大きく、その分だけ、絶縁破壊電圧が実施形態２、３よりもやや大きくなっていてやや劣る。このことから、距離Ｌ１は、電極間距離Ｄ１よりも小さい（Ｌ１＜Ｄ１）ことが好ましいことが分かる。
しかしながら、この実施形態３においても、比較例よりは始動性がよいことが分かる。
【００１５】
以上説明したように、本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、陰極の近傍に始動補助電極が配設されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、前記陰極には、該陰極後端側から先端側に軸芯方向に貫通する貫通孔が形成され、前記始動補助電極は、その根元部が前記陰極の軸部に固定されるとともに、前記貫通孔を貫通して、その先端部が貫通孔から突出して前記陰極の先端部近傍にまで延在していることにより、始動補助電極は、貫通孔によりその挙動が制限されるので、移送時の負荷や発光管内の熱対流による負荷が掛かっても、変形が防止されて、陰極との位置関係が適正に保たれ、確実な始動性が担保されるものである。
【符号の説明】
【００１６】
１ ショートアーク型放電ランプ
２ 発光管
３ 陰極
４ 陽極
５ 陰極軸
６ 始動補助電極
６ａ 根元部
６ｂ 先端部
８ 貫通孔
【技術分野】
【０００１】
この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、特に陰極近傍に始動補助電極を有するショートアーク型放電ランプに係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のショートアーク型放電ランプでは、その始動電圧を下げて始動性を改善するためのさまざまな手段が提案されている。
特開２００４―０５５４１６号公報（特許文献１）には、始動補助電極として細いワイヤー状の導電性部材を陰極近傍に設けることで、ランプに高電圧が印加されたとき該導電性部材（始動補助電極）の先端に電界集中を生じさせて、陰極先端近傍の電子密度を上昇させて、電極間の絶縁破壊を容易にし、ランプの始動性を向上させる技術が開示されている。
【０００３】
図４にその全体構成が示されていて、発光管２内に陰極３と陽極４とが対向配置された放電ランプ１において、前記陰極３の近傍にワイヤー状の導電性部材からなる始動補助電極６が配置されている。
図５にその詳細が示されていて、始動補助電極６はその根元部６ｂが前記陰極３の軸部５に巻き付けられて固定され、その先端部６ａが前記陰極３の先端３ａの近傍に位置している。
かかる構成により、ランプ点灯時に陰極３と陽極４間に高電圧が印加されると、前記始動補助電極６の先端部６ａに電界集中が起き、陰極３から放出される電子密度を上昇させることにより、両電極３、４間の絶縁破壊を容易にしようとするものである。
【０００４】
ところで、この始動補助電極６を構成する導電性部材は金属ワイヤーからなるため、その剛性が低く、該始動補助電極６が、その根元部６ｂが陰極軸部５に固定され、そこから陰極３に沿って延在して陰極先端部３ａの近傍にその先端部６ａを配置する片持ち支持構造であるため、該始動補助電極６自体が振動などの外力により変形し易く、その先端部６ａの位置が極めて不安定で変動しやすい。
例えば、ランプの輸送中に掛かる軽微な負荷によっても始動補助電極６が変形し、その先端部６ａの位置が変動してしまうということがある。また、ランプ点灯中は電極軸部５から陰極先端部３ａ側に向けて熱対流が発生しており、特に陰極３の外周囲はこの熱対流による負荷が大きいために、該始動補助電極６に大きな負荷がかかり変形してしまうことがあった。
このため、始動補助電極６の先端部６ａと、陰極３先端および陽極４先端との適正位置が保たれずに、所期の効果を期待できなくなってしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０５５４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明が解決しようとする課題は、発光部内に陰極と陽極が対向配置されるとともに、前記陰極の近傍にワイヤー状の始動補助電極が配置されてなる放電ランプにおいて、前記始動補助電極がみだりに変形することがなく、陰極に対して適正な位置関係に保たれて、確実な始動補助ができるような構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明に係るショートアーク型放電ランプでは、陰極に、その後端側から先端側に軸芯方向に貫通する貫通孔が形成され、始動補助電極は、その根元部が前記陰極の軸部に固定されるとともに、前記貫通孔を貫通して、その先端部が該貫通孔から突出して前記陰極の先端部近傍にまで延在していることを特徴とする。
また、前記陽極の先端と前記始動補助電極の先端部の距離Ｄ２は、前記陽極と前記陰極の電極間距離Ｄ１よりも大きいことを特徴とする。
また、前記陰極の軸芯と前記始動補助電極の先端部の距離Ｌ１が、前記陽極と前記陰極の電極間距離Ｄ１よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ワイヤー状からなる始動補助電極が、陰極に設けた軸芯方向の貫通孔を貫通しているので、外力が掛かってもみだりに変形することがなく、その位置が固定され陰極との適正な位置関係が保たれて、確実な始動補助が確保されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施例の陰極部分の部分断面図。
【図２】この発明の陰極、陽極、始動補助電極の配置関係を示す図。
【図３】この発明の効果を示す表。
【図４】従来例の全体図。
【図５】図４の部分拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に本発明に係わる放電ランプの陰極構造が示されていて、陰極３は、先端側で縮径されるテーパ部３ｂとその先端部３ａとを備える。
該陰極３には、その後端側から先端側に軸芯方向に貫通する貫通孔８が形成されており、該貫通孔８は陰極３の後端部３ｃから前記テーパ部３ｂに貫通している。
金属ワイヤーからなる始動補助電極６は、根元部６ｂが陰極３の陰極軸部５に巻きつけ固定されている。そして、該始動補助電極６は、貫通孔８に嵌挿されてこれを貫通し、その先端部６ａはテーパ部３ｂの先端から突出して、陰極３の先端部３ａの近傍に位置している。
前記貫通孔８は、好適には例えば、細孔放電加工機を用いることで穿設され、その孔径は、例えば０．５ｍｍである。
【００１１】
前記始動補助電極６には、陰極軸部５から高電圧が印加され、その先端部６ａの電界集中によって強い電界強度が近傍の陰極３に働き、該陰極３の電子密度を上昇させ、これによりランプの始動性が向上するものである。この始動補助電極６は陰極３本体とは別体に設けられるため、陰極３とは別の素材を選定することができる。この始動補助電極６に適した素材としては、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用いられる。
【００１２】
前記始動補助電極６と陰極３および陽極４との配置関係が図２に示されている。
陽極４と始動補助電極６の突出先端部６ａの最短距離Ｄ２は、電極間距離Ｄ１より大きくなるよう始動補助電極６が配置されている。
この始動補助電極６の先端部６ａは陽極４に近いほどランプの始動性が上がるが、あまり陽極４に近づけすぎると、該陽極４との間にアークが発生してしまい、その先端部６ａがアークにより溶融し蒸発してしまって、発光管の内面に蒸発物が付着し、黒化の原因となってしまう。
そのため、始動補助電極６の先端部６ｂは、陰極先端部３ａより僅かに後退した位置にあるように設定される。即ち、始動補助電極６の先端部６ａと陽極４との最短距離Ｄ２は、陰極３と陽極４の電極間距離Ｄ１よりも大きく（Ｄ２＞Ｄ１）なるように設定されることが好ましい。
【００１３】
本発明の効果を実証するために以下の実験を行った。
＜放電ランプ＞
封入ガス：キセノン １．０ａｔｍ
電極間距離（Ｄ１）：９ｍｍ
陰極先端径：１．５ｍｍ
貫通孔径：０．５ｍｍ
始動補助電極：φ０．２ｍｍ Ｔａワイヤー
＜始動補助電極の突出位置＞
実施形態１：Ｄ２＝１７ｍｍ、Ｌ１＝９．５ｍｍ
実施形態２：Ｄ２＝１２ｍｍ、Ｌ１＝３．５ｍｍ
実施形態３：Ｄ２＝７ｍｍ 、Ｌ１＝３．５ｍｍ
比較例：始動補助電極なし
これらのランプを製作し、それぞれのランプ始動性能の比較実験を行った。始動性能の評価は、点灯初期における絶縁破壊電圧（ｋＶ）と１５００時間点灯後の絶縁破壊電圧（ｋＶ）を計測することによって評価した。
【００１４】
その結果が図３に示されていて、比較例においては、始動電圧は初期においては２０ｋＶ、１５００時間点灯後には２５ｋＶであったものが、本発明の実施形態１〜３はいずれも絶縁破壊電圧がこれを下回り、始動性の改善が見られる。
実施形態３は、Ｄ２＝７ｍｍで、Ｄ２＜Ｄ１となり、始動補助電極６の先端部６ａが陰極先端３ａより突出して、陽極４に近づいているものであって、点灯初期においては１０ｋＶと最も低いが、先に述べたように、点灯後にその先端が溶融してしまい、１５００時間点灯後には、２０ｋｖと、実施形態２のランプと同等となっている。
このことから、先に述べたように、始動補助電極６の溶融・蒸発は発光管黒化の観点から必ずしも好ましいものではないので、同程度の効果が期待できる実施形態２のように、始動補助電極６の先端部６ａが、陰極線端部３ａよりも後退していて、Ｄ２＞Ｄ１になる関係であることがより好ましいことが分かる。ただし、ランプのその他の種々の状況から、黒化の程度が現実的に問題にならない程度であれば、実施形態３のものも採用しうることはいうまでもない。
また、実施形態１のランプでは、始動補助電極６の先端部６ａと陰極軸芯Ｏとの距離Ｌ１が９．５ｍｍと、実施形態２、３の３．５ｍｍより大きく、その分だけ、絶縁破壊電圧が実施形態２、３よりもやや大きくなっていてやや劣る。このことから、距離Ｌ１は、電極間距離Ｄ１よりも小さい（Ｌ１＜Ｄ１）ことが好ましいことが分かる。
しかしながら、この実施形態３においても、比較例よりは始動性がよいことが分かる。
【００１５】
以上説明したように、本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、陰極の近傍に始動補助電極が配設されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、前記陰極には、該陰極後端側から先端側に軸芯方向に貫通する貫通孔が形成され、前記始動補助電極は、その根元部が前記陰極の軸部に固定されるとともに、前記貫通孔を貫通して、その先端部が貫通孔から突出して前記陰極の先端部近傍にまで延在していることにより、始動補助電極は、貫通孔によりその挙動が制限されるので、移送時の負荷や発光管内の熱対流による負荷が掛かっても、変形が防止されて、陰極との位置関係が適正に保たれ、確実な始動性が担保されるものである。
【符号の説明】
【００１６】
１ ショートアーク型放電ランプ
２ 発光管
３ 陰極
４ 陽極
５ 陰極軸
６ 始動補助電極
６ａ 根元部
６ｂ 先端部
８ 貫通孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極と陽極が発光管内で対向配置され、前記陰極の近傍に始動補助電極が配設されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、
前記陰極には、その後端側から先端側に軸芯方向に貫通する貫通孔が形成され、
前記始動補助電極は、その根元部が前記陰極の軸部に固定されるとともに、前記貫通孔を貫通して、その先端部が該貫通孔から突出して前記陰極の先端部近傍にまで延在している、
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】
前記陽極の先端と前記始動補助電極の先端部の距離Ｄ２は、前記陽極と前記陰極の電極間距離Ｄ１よりも大きい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】
前記陰極の軸芯と前記始動補助電極の先端部の距離Ｌ１は、前記陽極と前記陰極の電極間距離Ｄ１よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のショートアーク型放電ランプ。
【請求項１】
陰極と陽極が発光管内で対向配置され、前記陰極の近傍に始動補助電極が配設されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、
前記陰極には、その後端側から先端側に軸芯方向に貫通する貫通孔が形成され、
前記始動補助電極は、その根元部が前記陰極の軸部に固定されるとともに、前記貫通孔を貫通して、その先端部が該貫通孔から突出して前記陰極の先端部近傍にまで延在している、
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】
前記陽極の先端と前記始動補助電極の先端部の距離Ｄ２は、前記陽極と前記陰極の電極間距離Ｄ１よりも大きい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】
前記陰極の軸芯と前記始動補助電極の先端部の距離Ｌ１は、前記陽極と前記陰極の電極間距離Ｄ１よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１０９９９３（Ｐ２０１３−１０９９９３Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４６４４（Ｐ２０１１−２５４６４４）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【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２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【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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