JP4171475B2 - ショートアーク型高圧放電ランプおよびランプ装置 - Google Patents
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Description
図10は従来のショートアーク型高圧放電ランプの断面図、図11は従来のショートアーク型高圧放電ランプの製造過程を示す断面図、図12(A)〜(C)は図11のAA線断面図、図13は電極軸と封着金属箔の部分の拡大図、図14(A)は電極軸と封着金属箔の部分の拡大図、(B)は(A)の円内の拡大図である。
図10に示すように、ショートアーク型高圧放電ランプ10は、石英ガラスなどのガラス材料からなる放電容器12と、一対の電極14と、2つの封着金属箔16とを備えている。
放電容器12は一対の軸部1202と、一対の軸部1202の間に設けられ内部に密閉空間20を有し水銀などが封入された膨出部1204とから構成されている。
一対の電極14は、それぞれ電極軸1402と、電極軸1402の端部に設けられた電極本体1404を有している。
一対の電極14は、それらの電極軸1402が一対の軸部1202にそれぞれ埋設され、それらの電極本体1404が密閉空間20において対向するように配置されている。
2つの封着金属箔16は細幅で帯板状に延在し、その長手方向を軸部1202の長手方向に平行させて軸部1202に埋設されている。
封着金属箔16の長手方向の一端に電極軸1402が抵抗溶接によって接合され、長手方向の他端にリード線18が抵抗溶接によって接合されている。
ショートアーク型高圧放電ランプ10を点灯させる際には、各リード線18に外部電源を接続して各電極14に電圧を印加させると、各電極本体1404間で放電が生じ密閉空間20が300℃を超える高温となり密閉空間20の水銀が気化し、例えば200気圧程度の水銀蒸気圧となり、その状態で各電極本体1404間に生じるアーク放電によって光が出力される。
まず、図11に示すように、放電容器12の軸部1202よりも大径のガラス管22が用意される。
ガラス管22は、封着金属箔16の幅よりも大きな内径を有する一対の小径部2202と、小径部2202の内径よりも大きな内径を有しそれら小径部2202の間に設けられた大径部2204を備えている。
まず、大径部2204に水銀をベースにし、Arガス、ハロゲンガスが投入される。
次に、それぞれ封着金属箔16が溶接された一対の電極14を、ガラス管22の各小径部2202から大径部2204に向けてそれぞれ挿入し、電極本体1404を大径部2204において対向させる。
このとき、図11、図12(A)に示すように、封着金属箔16に溶接された電極軸1402部分は小径部2202に位置している。
次いで、大径部2204に液体窒素を当てて密閉空間20に位置する水銀を冷却してその蒸発を防止しつつ、各小径部2202の端部から大径部2204に向かってレーザー光線を移動させつつ照射することで小径部2202の全域を順次加熱する。
これにより、リード線18の周囲に位置する小径部2202の部分および封着金属箔16の周囲に位置する小径部2202の部分が溶融される。この際、前記液体窒素による大径部2204の冷却で放電容器12の内部の気圧は大気圧以下となっている。
したがって、図12(B)に示すように、溶融された小径部2202は、上述した気圧の差によりその外径が小さくなるように収縮される。
やがて、溶融された小径部2202の部分が電極軸1402と封着金属箔16を包み込み、図13に示すように、封着金属箔16のうち電極軸1402が溶接された表面1602とは反対側の裏面1604の全域には溶融された小径部2202の部分、すなわち溶融されたガラス材料部分が密着した状態となる。
また、電極軸1402の外周面1402Aのうち封着金属箔16と反対側に位置する外周面1402Aの部分にも溶融されたガラス材料部分12Aが密着した状態となる。
このようにして、図10に示すようなショートアーク型高圧放電ランプ10が完成する。
この隙間Sは密閉空間20に連通している。
また、封着金属箔16が溶接された箇所とは反対側に位置する電極軸1402の外周面1402Aの半部は、図14(A)では溶融されたガラス材料が密着しているように描かれているが、実際には、この電極軸1402の外周面1402Aの半部を介して電極軸1402の両側の隙間Sは連通している。
電極軸1402の両側の隙間Sは、電極軸1402から離れる方向でかつ封着金属箔16の表面1602に沿って次第に小さくなるように形成され、隙間Sに臨むガラス材料部分12Aの面12−1が封着金属箔16の表面1602に対する角度は鋭角θとなっている。
したがって、ショートアーク型高圧放電ランプ10が点灯すると、密閉空間20の水銀蒸気圧が上昇することから隙間S内の圧力も上昇し、隙間Sに臨むガラス材料部分12Aの面12−1と封着金属箔16の表面1602との間の鋭角θをなす隙間S1部分に、あたかも楔のごとく強い力が作用することになる。
このような問題を解決するために封着金属箔16の形状を変更することが提案されている(特許文献1参照)。
図15(A)は封着金属箔の形状を変更した従来例における電極軸1402と封着金属箔16の部分を示す平面図、(B)は(A)のBB線断面図である。
図15(A)、(B)に示すように、電極軸1402が封着金属箔16に溶接される箇所において、封着金属箔16を電極軸1402の外周面1402Aに沿って封着金属箔16に溶接された箇所とは反対の箇所まで巻き付けることで、電極軸1402の外周面1402Aの両側と封着金属箔16の表面1602との間に形成される隙間Sを無くすようにしている。
そして、これら凹部には、それぞれガラス材料部分12Aが完全には入り込むことができずに密閉空間20に連通した隙間S2が形成され、前記と同様に、隙間S2に臨むガラス材料部分12Aの面12−2と封着金属箔16の裏面1604とがなす角度は鋭角θとなることから、ショートアーク型高圧放電ランプ10が点灯すると、前記と同様に、封着金属箔16の裏面1604とガラス材料部分12Aの面12−2との間の境界面に沿ってあたかも楔のごとく強い力が作用し、クラックが発生する懸念がある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、耐久性を向上する上で有利なショートアーク型高圧放電ランプおよびこのようなショートアーク型高圧放電ランプを有するランプ装置を提供することにある。
また、本発明のランプ装置は、ショートアーク型高圧放電ランプと、前記ショートアーク型高圧放電ランプを密封状態に収容する保護管と、前記保護管の前部に設けられた開口と、前記開口を密閉する透明パネルと、前記保護管の内面に設けられ前記ショートアーク型高圧放電ランプで発光される光を反射して前記透明パネルを通して前方に導く反射面と、前記保護管の外面に設けられ外部電源に接続される給電端子とを有している。前記放電容器は、一対の軸部と、前記一対の軸部の間に設けられ内部に密閉空間を有する膨出部とを備えている。前記一対の電極は、それぞれ電極軸と、前記電極軸の端部に設けられた電極本体からなり、それらの電極軸が前記一対の軸部に埋設され、かつ、それらの電極本体が前記密閉空間において対向するように配置されている。前記封着金属箔は細幅で帯板状を呈し、前記封着金属箔の長手方向の一端の幅方向の中間部で前記電極軸の外周面を包み込んだ湾曲部とされ前記湾曲部の最も窪んだ底部とこの底部に接触する前記電極軸の外周面箇所が接合された状態で前記電極軸と共に前記軸部に埋設されている。前記封着金属箔の長手方向の他端が前記給電端子に接続されている。前記電極軸の外周面の両側と前記封着金属箔の湾曲部との間に、それぞれ前記ガラス材料が入り込んだガラス材料部分が設けられている。前記電極軸の外周面の両側と前記封着金属箔の湾曲部との間に、それぞれ前記ガラス材料部分と前記電極軸の外周面と前記湾曲部との間に前記密閉空間に連通する隙間が残存している。前記隙間は、前記ガラス材料部分から離れる方向でかつ前記電極軸の周方向に沿って次第に小さくなるように形成されている。前記隙間に臨む前記ガラス材料部分の面が前記湾曲部に対する角度は鈍角である。
したがって、隙間の箇所から封着金属箔の表面とガラス材料部分の面との間の境界面に沿ってクラックが発生することを抑制でき、ショートアーク型高圧放電ランプおよびランプ装置の耐久性を高める上で有利となる。
以下では、本発明に係るショートアーク型高圧放電ランプがランプ装置に組み込まれている場合について説明する。
図1は第1の実施の形態におけるランプ装置の正面図、図2は図1のA矢視図、図3は図1のBB線断面図である。
ランプ装置30は、本発明に係るショートアーク型高圧放電ランプ50と、このショートアーク型高圧放電ランプ50を密封状態に収容する保護管40とを備える。
保護管40は、内面に放物線状の反射面4202を有するファネル形状の硬質ガラス製本体部42と、この本体部42の前面開口を密閉する硬質ガラス製の透明パネル44とを有している。
本体部42のネック部4204には、本体部42の内側からショートアーク型高圧放電ランプ50の一方の軸部5202が挿通され、この軸部5202の外周面とネック部4204の内周面との間に形成される隙間に耐熱性の封止材46が充填されている。これにより、ショートアーク型高圧放電ランプ50は本体部42のネック部4204に気密に固定されている。
また、ネック部4204から突出するショートアーク型高圧放電ランプ50の一方の軸部5202には口金48が気密に装着されている。
さらに口金48に給電端子48Aが設けられ、この給電端子48Aには、ショートアーク型高圧放電ランプ50の一対のリード線62のうちの一方のリード線62が接続されている。
また、本体部42の外側面にも給電端子49Aが設けられており、この給電端子49Aには、リード導体49を介して一対のリード線62のうちの他方のリード線62が接続されている。
なお、保護管40内には、ショートアーク型高圧放電ランプ50の熱を保護管54の外へ良好に放射するための窒素ガスが封入されている。
図4に示すように、ショートアーク型高圧放電ランプ50は、ガラス材料からなる放電容器52と、一対の電極54と、2つの封着金属箔56とを備えている。本実施の形態では、放電容器52を構成するガラス材料は石英ガラスである。
放電容器52は一対の軸部5202と、一対の軸部5202の間に設けられ内部に密閉空間60を有し水銀などが封入された膨出部5204とから構成されている。
一対の電極54は、それぞれ電極軸5402と、電極軸5402の端部に設けられた電極本体5404を有し、本実施の形態では一対の電極54はタングステンで形成され、電極軸5402の直径は0.3mmである。
一対の電極54は、それらの電極軸5402が一対の軸部5202にそれぞれ埋設され、それらの電極本体5404が密閉空間60において対向するように配置されている。
各封着金属箔56は、その長手方向を軸部52の長手方向に平行させ封着金属箔56の長手方向の一端の幅方向の中間部で電極軸5402の外周面5406を包み込んだ湾曲部58とされ湾曲部58の最も窪んだ底部5802とこの底部5802に接触する電極軸5402の外周面5406箇所が接合された状態で軸部52に埋設されている。
図9に示すように、電極軸5402の外周面5406の両側と封着金属箔56の湾曲部58との間に、それぞれガラス材料が入り込んだガラス材料部分52Aが設けられ、また、ガラス材料部分52Aと電極軸5402の外周面5406と湾曲部58との間に密閉空間60に連通する隙間S3が残存している。
隙間S3に臨むガラス材料部分52Aの面52−1が湾曲部58に対する角度は鈍角φであり、言い換えると、隙間S3に臨むガラス材料部分52Aの面52−1と隙間S3に臨む封着金属箔56の湾曲部58の表面5602とが接する部分の隙間S3−1の角度は鈍角φである。
封着金属箔56の長手方向の他端にリード線62が抵抗溶接によって接合され、上述の給電端子48A、49Aを介して外部電源に接続されるように構成されている。
本実施の形態では、2つの封着金属箔56はモリブデンで形成され厚さは20μmである。
リード線62はモリブデンで形成され、直径は0.4mmである。
ショートアーク型高圧放電ランプ50を点灯させる際には、各リード線62に外部電源を接続して各電極54に電圧を印加させると、各電極本体5404間で放電が生じ密閉空間60が300℃を超える高温となり密閉空間60の水銀が気化し、例えば200気圧程度の水銀蒸気圧となり、その状態で各電極本体5404間に生じるアーク放電によって光が出力される。
図7は第1の実施の形態のショートアーク型高圧放電ランプの製造過程を示す断面図、図8(A)〜(D)は図7のAA線断面図である。
まず、図7に示すように、放電容器52の軸部5202よりも大径のガラス管64が用意される。
ガラス管64は、封着金属箔56の幅よりも大きな内径を有する一対の小径部6402と、小径部6402の内径よりも大きな内径を有しそれら小径部6402の間に設けられた大径部6404を備えている。
また、一対の封着金属箔56の長手方向の一端にそれぞれ電極54を取着する。
さらに、半円筒部5812の上端から、すなわち、半円筒部5812の最も窪んだ底部5802から電極軸5402の約半径程度の寸法の高さに位置する半円筒部5812の上端から、電極軸5402の半径と等しい半径の円筒面で電極軸5402の外周面5406から次第に離れ、両側の半円筒部5812の上端と、封着金属箔56の幅方向の両側に残存する平坦部5612とを連続状に(無段階的に)接続する円筒面部5814を形成する。
これら半円筒部5812と、その両側の円筒面部5814により、封着金属箔56の長手方向の一端の幅方向の中間部に電極軸5402の外周面5406を包み込んだ湾曲部58が構成される。
なお、両側の平坦部5612を接続する仮想線は、底部5802と反対に位置する外周面5406の上端を通り、したがって、円筒面部5814は、底部5802と反対に位置する外周面5406の上端に向けて凸状の円筒面となっており、両側の平坦部5612に対する湾曲部58の深さは電極軸5402の直径とほぼ等しい寸法となっている。
次に、封着金属箔56の湾曲部58の底部5802に電極軸5402が溶接された一対の電極54を、ガラス管64の各小径部6402から大径部6404に向けてそれぞれ挿入し、電極本体5404を大径部6404において対向させる。
このとき、図7、図8(A)に示すように、封着金属箔56の湾曲部58の底部5802に溶接された電極軸5402部分は小径部6402に位置している。
次いで、大径部6404に液体窒素を当てて密閉空間60に位置する水銀を冷却してその蒸発を防止しつつ、各小径部6402の端部から大径部6404に向かってレーザー光線を移動させつつ照射することで小径部6402の全域を順次加熱する。
これにより、リード線62の周囲に位置する小径部6402の部分および封着金属箔56の周囲に位置する小径部6402の部分が溶融される。この際、前記液体窒素による大径部6404の冷却で放電容器52の内部の気圧は大気圧以下となっている。
したがって、溶融された小径部6402は、上述した気圧の差によりその外径が小さくなるように収縮される。
やがて、溶融された小径部6402の部分が電極軸5402と封着金属箔56を包み込み、図8(D)に示すように、封着金属箔56のうち電極軸5402が溶接された表面5602とは反対側の裏面5604の全域、具体的には、湾曲部58の裏面5604を含む裏面5604の全域には溶融された小径部6402の部分、すなわち溶融されたガラス材料が密着した状態となる。
また、電極軸5402の外周面5402Aのうち封着金属箔56と反対側に位置する外周面5406の部分にも溶融されたガラス材料部分が密着した状態となる。
このようにして電極軸5402と封着金属箔56とが軸部5202と平行して延在し、図1に示すショートアーク型高圧放電ランプ50が完成する。
図9に示すように、電極軸5402の外周面5406の両側と封着金属箔56の湾曲部58(詳細には円筒面部5814)との間に、それぞれガラス材料が入り込んだガラス材料部分52Aが設けられ、また、ガラス材料部分52Aと電極軸5402の外周面5406と湾曲部58(詳細には円筒面部5814)との間に密閉空間60に連通する隙間S3が残存する。
隙間S3は、ガラス材料部分52Aから離れる方向でかつ電極軸5402の周方向に沿って次第に小さくなるように形成されている。
そして、隙間S3に臨むガラス材料部分52Aの面52−1が湾曲部58(詳細には円筒面部5814)に対する角度は鈍角φであり、言い換えると、隙間S3に臨むガラス材料部分52Aの面52−1と隙間S3に臨む封着金属箔56の湾曲部58(詳細には円筒面部5814)の表面5602とが接する部分の隙間S3−1の角度は鈍角φである。
なお、封着金属箔56が溶接された箇所とは反対側に位置する電極軸5402の外周面5406の半部は、図9では溶融されたガラス材料が密着しているように描かれているが、実際には、この電極軸5402の外周面5406の半部を介して電極軸5402の両側の隙間S3は連通している。
したがって、この隙間S3―1の箇所から封着金属箔56の表面5602とガラス材料部分52Aの面52−1との間の境界面に沿ってクラックが発生することを抑制でき、ショートアーク型高圧放電ランプ50およびランプ装置30の耐久性を高める上で有利となる。
Claims (6)
- ガラス材料からなる放電容器と、
一対の電極と、
前記一対の電極にそれぞれ電気的に接続される2つの封着金属箔とを備え、
前記放電容器は、一対の軸部と、前記一対の軸部の間に設けられ内部に密閉空間を有する膨出部からなり、
前記一対の電極は、それぞれ電極軸と、前記電極軸の端部に設けられた電極本体からなり、それらの電極軸が前記一対の軸部に埋設され、かつ、それらの電極本体が前記密閉空間において対向するように配置され、
前記封着金属箔は細幅で帯板状を呈し、前記封着金属箔の長手方向の一端の幅方向の中間部で前記電極軸の外周面を包み込んだ湾曲部とされ前記湾曲部の最も窪んだ底部とこの底部に接触する前記電極軸の外周面箇所が接合された状態で前記電極軸と共に前記軸部に埋設され、前記封着金属箔の長手方向の他端が外部電源に接続されるように構成されており、
前記電極軸の外周面の両側と前記封着金属箔の湾曲部との間に、それぞれ前記ガラス材料が入り込んだガラス材料部分が設けられ、
前記電極軸の外周面の両側と前記封着金属箔の湾曲部との間に、それぞれ前記ガラス材料部分と前記電極軸の外周面と前記湾曲部との間に前記密閉空間に連通する隙間が残存しており、
前記隙間は、前記ガラス材料部分から離れる方向でかつ前記電極軸の周方向に沿って次第に小さくなるように形成され、
前記隙間に臨む前記ガラス材料部分の面が前記湾曲部に対する角度は鈍角である、
ことを特徴とするショートアーク型高圧放電ランプ。 - 前記湾曲部は、前記電極軸の外周面と等しい内径で前記電極軸の外周面の半部を覆う半円筒部と、前記半円筒部の最も窪んだ底部から前記電極軸の約半径程度の寸法の高さに位置する前記半円筒部の上端から、前記電極軸の半径と等しい半径の円筒面で前記電極軸の外周面から次第に離れ、前記両側の半円筒部の上端と前記封着金属箔の幅方向の両側に残存する両側の平坦部とを連続状に接続する円筒面部とで構成され、前記電極軸の外周面の両側と前記封着金属箔の湾曲部との間にそれぞれ前記ガラス材料が入り込んだガラス材料部分は、前記電極軸の外周面の両側と前記円筒面部との間にそれぞれ前記ガラス材料が入り込んだガラス材料部分であり、前記隙間に臨む前記ガラス材料部分の面が前記湾曲部に対する角度は、前記隙間に臨む前記ガラス材料部分の面が前記円筒面部に対する角度であることを特徴とする請求項1記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
- 前記両側の平坦部に対する前記湾曲部の深さは前記電極軸の直径とほぼ等しい寸法となっていることを特徴とする請求項2記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
- ショートアーク型高圧放電ランプと、前記ショートアーク型高圧放電ランプを密封状態に収容する保護管と、前記保護管の前部に設けられた開口と、前記開口を密閉する透明パネルと、前記保護管の内面に設けられ前記ショートアーク型高圧放電ランプで発光される光を反射して前記透明パネルを通して前方に導く反射面と、前記保護管の外面に設けられ外部電源に接続される給電端子とを有するランプ装置であって、
前記ショートアーク型高圧放電ランプは、
ガラス材料からなる放電容器と、
一対の電極と、
前記一対の電極にそれぞれ電気的に接続される2つの封着金属箔とを備え、
前記放電容器は、一対の軸部と、前記一対の軸部の間に設けられ内部に密閉空間を有する膨出部からなり、
前記一対の電極は、それぞれ電極軸と、前記電極軸の端部に設けられた電極本体からなり、それらの電極軸が前記一対の軸部に埋設され、かつ、それらの電極本体が前記密閉空間において対向するように配置され、
前記封着金属箔は細幅で帯板状を呈し、前記封着金属箔の長手方向の一端の幅方向の中間部で前記電極軸の外周面を包み込んだ湾曲部とされ前記湾曲部の最も窪んだ底部とこの底部に接触する前記電極軸の外周面箇所が接合された状態で前記電極軸と共に前記軸部に埋設され、前記封着金属箔の長手方向の他端が前記給電端子に接続され、
前記電極軸の外周面の両側と前記封着金属箔の湾曲部との間に、それぞれ前記ガラス材料が入り込んだガラス材料部分が設けられ、
前記電極軸の外周面の両側と前記封着金属箔の湾曲部との間に、それぞれ前記ガラス材料部分と前記電極軸の外周面と前記湾曲部との間に前記密閉空間に連通する隙間が残存しており、
前記隙間は、前記ガラス材料部分から離れる方向でかつ前記電極軸の周方向に沿って次第に小さくなるように形成され、
前記隙間に臨む前記ガラス材料部分の面が前記湾曲部に対する角度は鈍角である、
ことを特徴とするランプ装置。 - 前記湾曲部は、前記電極軸の外周面と等しい内径で前記電極軸の外周面の半部を覆う半円筒部と、前記半円筒部の最も窪んだ底部から前記電極軸の約半径程度の寸法の高さに位置する前記半円筒部の上端から、前記電極軸の半径と等しい半径の円筒面で前記電極軸の外周面から次第に離れ、前記両側の半円筒部の上端と前記封着金属箔の幅方向の両側に残存する両側の平坦部とを連続状に接続する円筒面部とで構成され、前記電極軸の外周面の両側と前記封着金属箔の湾曲部との間にそれぞれ前記ガラス材料が入り込んだガラス材料部分は、前記電極軸の外周面の両側と前記円筒面部との間にそれぞれ前記ガラス材料が入り込んだガラス材料部分であり、前記隙間に臨む前記ガラス材料部分の面が前記湾曲部に対する角度は、前記隙間に臨む前記ガラス材料部分の面が前記円筒面部に対する角度であることを特徴とする請求項4記載のランプ装置。
- 前記両側の平坦部に対する前記湾曲部の深さは前記電極軸の直径とほぼ等しい寸法となっていることを特徴とする請求項5記載のランプ装置。
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