JP4998840B2 - ショートアーク型放電ランプ - Google Patents
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Description
また、電極を構成する材料、例えばタングステンが蒸発して発光管の内表面に付着して黒化してしまい、ランプとしての放射能力が低下するという問題も生じている。
このショートアーク型放電ランプにおいては、電極本体に形成した密閉内部空間に、電極材料よりも熱伝達率が高く、ランプ点灯時に溶融する伝熱体が封入された電極を用いるものである。
図7において、発光管10内に対向配置された一対の電極11、12を有するショートアーク型放電ランプ1が示されており、その電極のうちの少なくとも一方の電極(この例では陽極)12の電極本体15は、図8に示されるように、容器部材16と蓋部材17とからなり、その内部には密閉空間18が形成されている。
そして、該密閉空間18には、電極12を構成する材料、例えばタングステンよりも熱伝導率が高く、ランプ点灯時に溶融する材料、例えば、金、銀などからなる電熱体Mが封入されている。また、前記密閉空間18には不活性ガスが充填されている。
前記伝熱体Mは、ランプ点灯時に溶融して、密閉空間18内で対流し、電極本体15の先端の熱を該電極本体15の後端側に伝達することによって、電極本体15の軸方向での温度勾配を減少し、その結果、先端の温度を下げることができるものであって、これにより、電極先端の溶融や蒸発を抑えることができるという効果を奏するものである。
この高温クリープ変形は、内部に密閉空間を有する電極構造に特有の変形現象である。
そのメカニズムは、ランプ点灯時に、電極の内壁が、伝熱体と不活性ガスによる高い圧力を受けるとともに、電極外部からは極めて高温の熱を受けることで生じるものと推測されている。特に、放電アークが生じる部位である先端は、例えば2000℃というレベルの高温に曝されるからである。高温クリープ変形は、容器部材を形成する底部(電極先端側の壁)の一部が内側から凹部状に変形するものであり、そのまま進行すると、ついには穴を開けて破裂してしまうことになりかねない。
図8に示されるように、電極12の密閉空間18内の伝熱体Mは、電極材料より熱伝達率が高く、融点の低い金、銀などの金属であり、ランプ点灯時には高温により溶融して液体状態となる。電極の長手方向を垂直方向に沿って配置してランプを垂直点灯した場合において、この溶融伝熱体Mは、容器部材16内で主に垂直方向に、浮力と、ローレンツ力を受けて上下に対流運動Fを行っており、ここには上昇流Fuと下降流Fdが生じている。
容器部材6の内部では、この上昇流Fuと下降流Fdが接近する部分があり、その上下の流れが対向していることによって、この部分の圧力が高まる。流体はこの圧力を逃がすために水平方向にも分散し、対流に対して水平方向の加速度が加わることになる。
これにより、図9に示すように、上昇流Fuと下降流Fdは水平方向の力をうけて周方向(回転方向)に移動してしまうため、上昇流と下降流の発生する位置は、密閉容器部材16に対して相対的に移動して時々刻々と変化する。
このような対流が前記したような周方向での回動をして時間的変化が生じているところで、容器部材16の底部16a近傍の壁の温度を定点観測すると、図6(A)(B)における従来例として示されるグラフのように、激しい温度変化が生じていることが確認された。
詳細には、図10に示すように、容器部材16の内表面が低温から高温になると圧縮熱応力が発生して、この応力を緩和するために、容器部材16の内表面から内部に突出する方向にクリープ変形20して応力を緩和しようとする。このとき、突出する領域20へ移動するタングステン原子は、主に最も高温となっている底面中央部21から供給されるので、図10(A)に示すように、底面の周辺部20が厚肉化し、底面中央部21は薄肉化していく。
こうして容器部材16の底部(電極先端)16aの薄肉化が進行すると、図10(B)に示すように、ついには容器部材16の底16aが貫通するように穴22が開いてしまい、溶融伝熱体Mが漏出するに至るという問題があった。
また、前記規制体が電極の長手方向に伸びるとともに、径方向に横断する板材からなることを特徴とする。
図において、電極12は、容器部材16と蓋部材17とからなる電極本体15を有し、該電極本体15内には密閉空間18が形成されている。そして、該密閉空間18内には、タングステンなどの電極材料よりも熱伝導率の高い伝熱体Mが封入されている。該伝熱体Mは、例えば金や銀などの金属からなり、電極材料よりも融点が低く、ランプ点灯時には密閉空間18内で溶融する。
そして、前記電極12の密閉空間18内には、板状の規制体2が挿入されている。該規制体2は、密閉空間18の略中心軸上を長手方向に伸び、かつ、径方向に横断するように設けられていて、電極12の密閉空間18の内径と略同一の寸法を有する。なお、規制体2は厳密な意味で電極12の中心軸上に位置しなければならないわけではない。
図4は、図1の実施例の作用の概略説明図で、溶融伝熱体Mの対流Fは板状の規制体2によって密閉空間18内で周方向に移動することが抑制され、当該規制体2に沿った面内で対流する。
なお、図2の実施例に関しては、上記図4の作動説明と同様であることは容易に理解される。
また、図5は図3の実施例の作用の概略説明図で、溶融伝熱体Mの対流F1は規制体2を構成する2枚の板材3、4によって囲まれた空間Aから板材3にそって上昇し、板材4を超えて空間Bに流入して下降流となっていく。そして、この対流F1は板材3によって周方向の移動が規制されて、板材3に沿った対流F1として維持される。
また、板材3に関して反対側の空間領域C、Dにおいても同様の対流F2が形成される。
なお、この実施例では、図に示すような対流方向に限られず、空間Aから空間Cに流れる対流と、空間Bから空間Dに流れる対流となることもあり、そのいずれになるかはその時点での溶融伝熱体Mの対流の状況次第である。ただ、何れも場合においても、一旦対流が決まると、その対流が規制体2を構成する板材3、4によって維持されていき、密閉空間18内で周方向に回動されるようなことはない。
ランプの仕様は以下の通り。
<発光管>
材料:石英ガラス
内容積:550cm3
電極間距離:6mm
封入物:水銀2.0mg/cc、アルゴン100kPa
<陽極>
材料:タングステン
胴部(容器部材)の外径:25mm
電極本体容積:6cm3
肉厚:5.5mm
伝熱体:銀4.7cm3
封入ガス:アルゴン100kPa
<陰極>
材料:トリウム含有タングステン(トリタン) トリウム含有2重量%
<定格>
定格電流:150A
定格電力:5kW
<規制体>
材料:タングステン
寸法:厚さ200μm、高さ15mm
これらのランプを、陽極を上方とした垂直点灯を行い、該陽極先端面から電極軸に沿って10mm上方の箇所における電極表面温度を放射温度計で3分間測定し、その温度変動幅(最大値−最小値)を記録した。その結果が、図6に示されている。
同グラフで分かるように、本発明ランプAでは温度変動幅が9℃、ランプBでは6℃であって、いずれのランプも、従来ランプの温度変動幅60℃よりも大幅に減少している。
<表1>
表1で分かるように、初期において5.5mmであった肉厚が、従来ランプでは3.0mmとなり、その肉厚減少量は2.5mmであったのに対して、本発明ランプAでは肉厚減少量が1.2mm、本発明ランプBでは1.0mmとなり、大幅な改善が見られた。
2 規制体
3、4 板材
10 発光管
11、12 電極
15 電極本体
16 容器部材
17 蓋部材
18 密閉空間
M 伝熱体
F 対流
Fu 上昇流
Fd 下降流
Claims (4)
- 発光管の内部に一対の電極を有し、少なくとも一方の電極の密閉空間に伝熱体が封入されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、
前記密閉空間内に、溶融伝熱体の対流が周方向に回動することを規制する規制体が設けら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。 - 前記規制体は、前記密閉空間内を電極の長手方向に伸びるとともに、径方向に横断する板材からな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。
- 前記板材は、前記電極の中心軸上を通るように配置されていることを特徴とする請求項2に記載のショートアーク型放電ランプ。
- 前記規制体は、互いに交差する2枚の板材からなることを特徴とする請求項2に記載のショートアーク型放電ランプ。
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