(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ランプ用陽電極であって、
前記陽電極の先端に、アーク放電により発生するアーク放電ガス流を流入させるためのガス流入部を設け、
前記ガス流入部に連続して前記陽電極の内部に空洞を設け、
前記陽電極の側面に、前記空洞内に流入したアーク放電ガス流を外部に排出するためのガス排出部を設け、
前記ガス流入部が、前記陽電極を支持する陽電極支持部の中心の延長線が通る位置に設けられた、
ことを特徴とする放電ランプ用陽電極。
【請求項２】
請求項１の放電ランプ用陽電極において、
前記ガス排出部を、前記陽電極の側面から前記空洞に達する深さで、かつ、前記陽電極の軸方向に直交する方向に形成した、
ことを特徴とする放電ランプ用陽電極。
【請求項３】
請求項１または請求項２の放電ランプ用陽電極において、
前記ガス排出部は、陽電極の側面から円柱形状の空洞に向かう切り込み溝で形成されており、
前記切り込み溝は、前記円柱形状の軸方向断面に平行な第１の面と、前記第１の面と平行で、かつ、前記先端とは反対側に位置する第２の面と、前記第１の面および第２の面と隣接する第３の面とで構成されており、前記第１の面には開口円が形成されている、
ことを特徴とする放電ランプ用陽電極。
【請求項４】
請求項１の放電ランプ用陽電極において、
前記ガス排出部を、前記陽電極の側面から前記空洞に達する深さで、かつ、前記陽電極の軸方向に延伸される所定幅の溝を形成して設けた、
ことを特徴とする放電ランプ用陽電極。
【請求項５】
請求項４の放電ランプ用陽電極において、
前記陽電極を、内部に空洞を設けた凹部を有する陽電極本体部と、前記凹部にはめ込み可能な所定長の凸部を有する陽電極蓋部とにより構成し、
前記陽電極本体部の後端から先端に向かって軸方向に延伸される所定幅の溝を形成し、
前記陽電極蓋部の凸部を前記陽電極本体部にはめ込むことにより、前記陽電極の側面に、前記空洞内に流入したアーク放電ガス流を外部に排出するためのガス排出部を設けた、
ことを特徴とする放電ランプ用陽電極。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れかの放電ランプ用陽電極を備えた低出力型の放電ランプ。
【請求項７】
放電ランプ用陽電極の製造方法であって、
陽電極の先端においてアーク放電により発生するアーク放電ガス流を流入させるためのガス流入部を前記陽電極を支持する陽電極支持部の中心の延長線が通る位置に設け、前記ガス流入部に連続して前記陽電極の内部に空洞を設け、
前記空洞内に流入したガス流を外部に排出するためのガス排出部を、前記陽電極の側面から前記空洞に達する深さで、かつ、前記陽電極の軸方向に直交する方向に所定幅の溝を形成して設けた、
ことを特徴とする放電ランプ用陽電極の製造方法。
【請求項８】
陽電極の内部に空洞を設けた陽電極本体部と、前記陽電極本体部に接合可能な陽電極蓋部とにより構成した放電ランプ用陽電極の製造方法であって、
前記陽電極の先端において、アーク放電により発生するアーク放電ガス流を流入させるためのガス流入部を、前記陽電極を支持する陽電極支持部の中心の延長線が通る位置に設け、
ガス流入部に連続して設けられる前記空洞に達する深さで、かつ、前記陽電極本体部の後端から先端に向かって軸方向に延伸される所定幅の溝を形成し、
前記陽電極蓋部を前記陽電極本体部に接合することにより、前記陽電極の側面に、前記空洞内に流入したガス流を外部に排出するためのガス排出部を設けた、
ことを特徴とする放電ランプ用陽電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプに用いられる陽電極に関する技術であり、特に、ショートアーク型直流放電ランプの性能劣化を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、図８を用いて、従来から用いられている放電ランプの一種であるショートアーク放電ランプ（直流型）の基本的な構造について説明する。
【０００３】
図８に示すように、ショートアーク放電ランプ１００は、陰電極１０２と陽電極１０４が発光管１０６の両端部に取り付けられた構造となっている。アーク放電時には、発光部１０８（陰電極１０２および陽電極１０４の隙間）にアーク柱が形成され、その点灯光が多くの用途に利用されている。
【０００４】
しかし、アーク放電中、陽電極１０４の先端には、常に超高温ガス（アーク柱により発生するガス）が衝突し、当該先端は陽電極１０４の金属材料（タングステンなど）の融点近傍まで加熱される。その際、陽電極から蒸発したタングステン微粒子が発光管内壁に付着したり、陽電極表面において再結晶化するため、ランプ性能を劣化してランプ寿命を短命にする要因となっている。ショートアーク放電ランプの場合、特に、かかる問題が顕著に生じている。
【０００５】
このため、陽電極１０４の先端に集中する熱エネルギーを効果的に逃がす方法が社会的に要請されている。これに対し、陽電極表面の粗目化処理などにより陽電極表面積を拡大し、陽電極からの輻射効率を増大させたもの（特許文献１を参照）が存在する。また、高温下における陽電極の再結晶化を防止するために、タングステン陽電極に高融点酸化物を適量含有させたもの（特許文献２を参照）も存在する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２２３８６５号公報
【０００７】
【特許文献２】特開２００２−５６８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の技術は、陽電極に設けた溝部により表面積が増した分だけしか熱を逃がすことできず、陽電極の寿命を十分に延ばすことができなかった。特許文献２の技術によっても、陽電極の先端に熱エネルギーが集中することは何ら変わることはなく、十分に陽電極の寿命を延ばすことはできなかった。
【０００９】
かかる問題を解決するために出願人は、陽電極の内部に空洞を設け、さらに、陽電極の先端にガス流入孔を、後端に圧力調整孔を設けた発明について、特願２００５−３３４３９号を既に行っているが、低出力型（数百ワット程度）のショートアーク放電ランプの陽電極１０４は、外形が小さい（直径が数ミリ程度）ため陽電極の後端に圧力調整孔を空けるといった精度の高い加工を行うことが難しいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）この発明の放電ランプ用陽電極は、
前記陽電極の先端に、アーク放電により発生するアーク放電ガス流を流入させるためのガス流入部を設け、
前記ガス流入部に連続して前記陽電極の内部に空洞を設け、
前記陽電極の側面に、前記空洞内に流入したガス流を外部に排出するためのガス排出部を設け、
前記ガス流入部が、前記陽電極を支持する陽電極支持部の中心の延長線が通る位置に設けられた、
ことを特徴とする。
【００１１】
これにより、ガス流入部から陽電極の空洞内に流入させ、ガス排出部から空洞内に流入したアーク放電ガス流を排出することが可能となり、高温による陽電極の損傷を防止して、放電ランプの寿命を高めることが可能になる。
【００１２】
（２）この発明の放電ランプ用陽電極は、
前記ガス排出部を、前記陽電極の側面から前記空洞に達する深さで、かつ、前記陽電極の軸方向に直交する方向に所定幅の溝を形成して設けた、
ことを特徴とする。
【００１３】
これにより、陽電極の側面から空洞に達する深さで、かつ、陽電極の軸方向に直交する方向に所定幅の溝を形成して設けたガス排出部から、空洞内に流入したアーク放電ガス流を排出することが可能となり、高温による陽電極の損傷を防止して、放電ランプの寿命を高めることが可能になる。
【００１４】
（３）この発明の放電ランプ用陽電極は、
前記ガス排出部が、陽電極の側面から前記円柱形状の空洞方向に向かう切り込み溝で形成されており、
前記切り込み溝が、前記円柱形状の軸方向断面に平行な第１の面と、前記第１の面と平行で、かつ、前記先端とは反対側に位置する第２の面と、前記第１の面および第２の面と隣接する第３の面とで構成されており、前記第１の面には開口円が形成されていること、
を特徴とする。
【００１５】
このように、ガス排出部を陽電極の側面から前記円柱形状の空洞方向に向かう切り込み溝で形成したので、ガス排出部から、空洞内に流入したアーク放電ガス流を排出することが可能となり、高温による陽電極の損傷を防止して、放電ランプの寿命をより高めることができる。
【００１６】
（４）この発明の放電ランプ用陽電極は、
前記ガス排出部を、前記陽電極の側面から前記空洞に達する深さで、かつ、前記陽電極の軸方向に延伸される所定幅の溝を形成して設けた、
ことを特徴とする。
【００１７】
これにより、陽電極の側面から空洞に達する深さで、かつ、前記陽電極の軸方向に延伸される所定幅の溝を形成して設けたガス排出部から、空洞内に流入したアーク放電ガス流を排出することが可能となり、高温による陽電極の損傷を防止して、放電ランプの寿命を高めることが可能になる。
【００１８】
（５）この発明の放電ランプ用陽電極は、
前記陽電極を、内部に空洞を設けた凹部を有する陽電極本体部と、前記凹部にはめ込み可能な所定長の凸部を有する陽電極蓋部とにより構成し、
前記陽電極本体部の後端から先端に向かって軸方向に延伸される所定幅の溝を形成し、
前記陽電極蓋部の凸部を前記陽電極本体部にはめ込むことにより、前記陽電極の側面に、前記空洞内に流入したアーク放電ガス流を外部に排出するためのガス排出部を設けた、
ことを特徴とする。
【００１９】
これにより、陽電極蓋部の凸部を前記陽電極本体部にはめ込むことにより、前記陽電極の側面に設けたガス排出部から、空洞内に流入したアーク放電ガス流を排出することが可能となり、高温による陽電極の損傷を防止して、放電ランプの寿命をより高めることが可能になる。
【００２０】
（６）この発明の放電ランプ用陽電極の製造方法は、
陽電極の先端においてアーク放電により発生するアーク放電ガス流を流入させるためのガス流入部を前記陽電極を支持する陽電極支持部の中心の延長線が通る位置に設け、前記ガス流入部に連続して前記陽電極の内部に空洞を設け、
前記空洞内に流入したアーク放電ガス流を外部に排出するためのガス排出部を、前記陽電極の側面から前記空洞に達する深さで、かつ、前記陽電極の軸方向に直交する方向に所定幅の溝を形成して設けた、
ことを特徴とする。
【００２１】
これにより、陽電極の側面から前記空洞に達する深さで、かつ、陽電極の軸方向に直交する方向に所定幅の溝を形成して設けたガス排出部から、空洞内に流入したアーク放電ガス流を排出することが可能となり、高温による陽電極の損傷を防止して、放電ランプの寿命を高めることが可能な陽電極を低コストで製造することが可能になる。
【００２２】
（７）この発明の放電ランプ用陽電極の製造方法は、
陽電極の内部に空洞を設けた陽電極本体部と、前記陽電極本体部に接合可能な陽電極蓋部とにより構成し、
前記陽電極の先端において、アーク放電により発生するアーク放電ガス流を流入させるためのガス流入部を、前記陽電極を支持する陽電極支持部の中心の延長線が通る位置に設け、
ガス流入部に連続して設けられる前記空洞に達する深さで、かつ、前記陽電極本体部の後端から先端に向かって軸方向に延伸される所定幅の溝を形成し、
前記陽電極蓋部を前記陽電極本体部に接合することにより、前記陽電極の側面に、前記空洞内に流入したアーク放電ガス流を外部に排出するためのガス排出部を設けた、
ことを特徴とする。
【００２３】
これにより、陽電極蓋部を前記陽電極本体部に接合することにより陽電極の側面に設けたガス排出部から、空洞内に流入したアーク放電ガス流を排出することが可能となり、高温による陽電極の損傷を防止して、放電ランプの寿命を高めることが可能な陽電極を低コストで製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
１．放電ランプ用陽電極２ａの構造
図１に、本発明の放電ランプ用陽電極２ａの構造を示す。図１Ａは、放電ランプ用陽電極２ａの構造を示す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示す放電ランプ用陽電極２ａのα−矢視図である。
【００２５】
図１Ａに示す放電ランプ用陽電極２ａは、高融点金属であるタングステンで構成され、陽電極２ａの後端Ｐ３には、陽電極２ａを支持する導電性の陽電極支持部４が接合される。なお、陽電極２ａに用いるタングステンの純度は、９９．９％以上としている。
【００２６】
陽電極２ａは、図１Ａに示すように、円柱状に形成されており、内部に空洞１０が設けられている。各部の寸法は、例えば、出力１３０Ｗの放電ランプを想定した場合、陽電極２ａの外径はφ１．８［mm］、内径（空洞１０の大きさ）をφ１．０［mm］とし、全長を３．０[mm]としている。
【００２７】
陽電極２の先端Ｐ１には、図１Ａに示すように、アーク放電時に発生するガスを前記空洞内に流入させるためのガス流入孔１２が設けられている。なお、この実施形態においては、ガス流入孔１２の径は、空洞１０の大きさ（径）と同じにしているが、空洞と異なる大きさ（径）にしてもよい。
【００２８】
また、図１Ａに示すように、陽電極２の側面Ｐ２には、ガス排出部８が設けられている。ガス排出部８は、図１Ｂに示すように、陽電極２ａの側面Ｐ２から空洞１０の最深部と同じ深さで、かつ、前記陽電極の軸方向ｘに直交する方向に所定幅の溝を形成して設けられている。ここで、最深部とは図１Ｂのγ位置を示す。この実施形態では、ガス排出部の幅を０．５[mm]、側面からの深さを１．４［mm］としている。なお、ガス排出部８は、陽電極２ａの側面Ｐ２から空洞１０の最深部と同じ深さまで形成するようにしたが、空洞１０と繋がってガスを排出できるのであれば、空洞１０の最深部まで達しないようにしてもよい。例えば、図２に示すようにガス排出部８を空洞１０の中央位置の深さに形成してもよい。なお、図２Ａ、Ｂは、それぞれ図１Ａ、Ｂに対応する放電ランプ用陽電極２ａの他の構造を示す図である。
【００２９】
また、ガス排出部８は、図１Ａに示す陽電極２ａの側面Ｐ２から円柱形状の空洞１０方向に向かう切り込み溝で形成される。この切り込み溝は、図１Ａに示すように、円柱形状の軸方向（図１Ａのｘ方向）断面に平行な第１の面Ｄ１と、前記第１の面と平行で、かつ、前記先端とは反対側に位置する第２の面Ｄ２と、前記１の面Ｄ１および第２の面Ｄ２と隣接する第３の面Ｄ３とでコの字型に構成されており、前記第１の面には開口円Ｃが形成されている。
【００３０】
図１に示す陽電極２および陽電極支持部４は、タングステン鋼棒をそれぞれ所定径に加工することにより成形され、陽電極２の空洞１０、ガス流入部１２は切り出した鋼片をドリルなどで切削することにより設けられる。なお、図１Ａに示す陽電極２と陽電極支持部４は、旋盤加工などにより一体で成形してもよい。
【００３１】
また、ガス排出部８は、ワイヤー放電加工を図１Ａ中のβ位置から行うことによりコの字型に成形される。なお、図１Ａに示す第３の面Ｄ３は平面となっているが、加工方法によっては平面とならない場合もある。例えば、ガス排出部の幅と同じ径のワイヤーが一方向に前後移動して放電加工を行う場合、図１Ａに示す第３の面Ｄ３は曲面となる。
【００３２】
この実施形態では、図１Ａに示すように、陽電極２が必要な強度を維持することができるだけの肉厚を残して、ガス排出部８をワイヤー放電加工により成形するようにしているため、陽電極を後述するような分離タイプにすることなく、一体的に成形することができる。
【００３３】
このように、図１に示すガス排出部８を構成する溝の深さは、ガスの流出を妨げず、かつ、陽電極が所望の強度を得られるように決定すればよい。
【００３４】
２．放電ランプ用陽電極２ａにおけるガスの流れ
図１に示す放電ランプ用陽電極２ａにおいてアーク放電時に発生するガスの流れについて、図３を用いて以下に説明する。
【００３５】
アーク放電が始まると、まず、図３に示すように、陰電極１から陽電極２ａに向けてアーク柱と共に高温、高速ガス流が発生する（図３のflow１）。この高温、高速ガス流flow１は、ガス流入孔１２から陽電極２の空洞１０内に流入する（図３のflow２）。さらに、空洞内の高温ガスflow２は、空洞内壁に沿って移動し、ガス排出部８から排出される（図３のflow３）。
【００３６】
このように、陽電極２の空洞内１０に流入したガスをガス排出部８から排出することによって、陽電極２ａが高温となって損傷することを防止することができる。
【００３７】
３．放電ランプ用陽電極（分離タイプ）２ｂの構造
第２の実施形態における放電ランプ用陽電極２ｂ（分離タイプ）は、図４に示すように、陽電極本体部２０と陽電極蓋部３０で構成される。なお、図４Ａは、組み立て後の放電ランプ用陽電極２ｂの構造を示す図であり。図４Ｂは組み立て前の放電ランプ用陽電極２ｂの構造を示す図である。
【００３８】
図４Ｂに示すように、陽電極本体部２０の内部には空洞１０が設けられており、陽電極本体部２０は、陽電極蓋部３０が有する凸部３２にはめ込まれる凹部２２を有する。また、陽電極本体部２０の先端には、アーク放電時に発生するガスを前記空洞内１０に流入させるためのガス流入部１２が形成されている。
【００３９】
図４Ｂに示す陽電極本体部２０には、前記陽電極の側面から前記空洞に達する深さで、かつ、前記陽電極の軸方向（図４中ｘ方向）に延伸される所定幅の溝２４が形成されている。また、ガス排出部８は、図４Ｂに示す前記陽電極蓋部３０の凸部３２を前記陽電極本体部の凸部２２にはめ込むことにより設けられる。
【００４０】
ここで、図４に示すガス排出部８の断面積の総和を、ガス流入部１２の断面積よりも小さくならないように設計すると、陽電極２ｂの高温化を効果的に防止することができる実験結果が得られた。なお、ガス流入部１２の断面積は、図４に示すように、溝の幅をｗ、溝の長さをＤ、溝の本数をＮ、陽電極蓋部３０が有する凸部の長さをｄとすると、Ｓ＝Ｗ×（Ｄ−ｄ）×Ｎによって計算することができる（溝のＲ部分を無視した場合）。
【００４１】
具体的には、ガス流入部１２の断面積Ｓ1とガス排出部８の断面積Ｓ2の関係について、次の実験を実施した。３種類の試作Ａ（Ｓ1＞Ｓ2）、Ｂ（Ｓ1＝Ｓ2）、Ｃ（Ｓ1＜Ｓ2）を作製し、陽電極の先端に穴加工を実施していない通常の電極を用いた放電ランプとの評価を行なった。サーモビューアによる電極の温度測定及び熱電対による発光管の温度測定を行ない比較した。その結果、通常の放電ランプより上記の３種類の試作Ａ、Ｂ，Ｃとも低い温度が得られた。さらに、３種類の試作のうち、温度が高いものが試作Ａで、試作Ｂ、Ｃが試作Ａより低い温度が得られ、ほぼ同じ値となった。試作Ａにおいては、陽電極先端のガス流入部１２付近に、サーモビューアによって渦が観測されたのに対して、試作Ｂと試作Ｃには渦が見られなかった。これは、ガス排出部８が小さいとガス流入部１２から入ったガス気流が同じ流量で排出することができず、陽電極の内部に溜まり、渦が発生したためと考えられる。
【００４２】
４．放電ランプ用陽電極２ｂにおけるガスの流れ
図４に示す放電ランプ用陽電極２ｂにおいて、アーク放電時に発生するガスの流れについて、図５を用いて以下に説明する。
【００４３】
アーク放電が始まると、まず、図５に示すように、陰電極１から陽電極２ａの先端Ｐ１に向けてアーク柱と共に高温、高速ガス流が発生する（図５のflow１）。この高温、高速ガス流flow１は、ガス流入孔１２から陽電極２の空洞内に流入する（図５のflow２）。
【００４４】
さらに、空洞内の高温ガスflow２は、空洞内壁に沿って移動し、ガス排出部８から排出される（図５のflow３）。ここで、放電ランプ用陽電極２ｂは、図５に示すように、ガス排出部８が陽電極本体部２０の後端から先端に向かって軸方向（図４中ｘ方向）に延伸される所定幅の溝を形成して設けられる。このため、空洞１０内のガスflow２は、図５に示すように、陽電極蓋部２２が有する凸部２４に当たって図中斜め下方向に排出される（図５のflow３）。
【００４５】
このように、陽電極２ｂを陽電極本体部２０と陽電極蓋部３０に分けて別々に加工することで、ガス排出部の断面積や高温ガス気流の排出方向を簡単に調節することができ、所望の性能を有する陽電極２ｂを低コストで作製することができる。
【００４６】
なお、図４に示す陽電極２ｂと形状、大きさが同じで、空洞、ガス流入部、ガス排出部を有さない従来の陽電極を作成して実験を行った。この発明の陽電極２ｂと従来の陽電極を用いた放電ランプの温度変化を比較したところ、図６に示すように、図４に示す陽電極２ｂを用いた放電ランプは、従来の放電ランプよりも、温度上昇が緩やかで、安定化時における温度が２割程度低くなることが分かった。
【００４７】
なお、上記実施形態においては、凸部３２を有する陽電極蓋部３０を陽電極本体部２０にはめ込むこととしたが、陽電極蓋部３０が凸部を有さない構造とし、陽電極本体部２０と陽電極蓋部３０の端面同士を接合するようにしてもよい。
【００４８】
５．その他の実施形態
なお、各部材の接合方法は、高温下の使用に耐えられる方法であれば、ロウ付け、焼き嵌め、叩き込みなどの方法を用いてもよい。
【００４９】
なお、上記実施形態においては、陽電極２や陽電極支持部４の材質としてタングステン用いているが、モリブデン、タンタル、ニオブ、レニウム、オスミウム、イリジウム、ルテニウム、ハフニウム、およびこれらの合金などの他の高融点金属を用いてもよい。
【００５０】
なお、上記実施形態においては、図１Ａに示すように、陽電極２の先端Ｐ１を平面に形成したが、例えば、尖形に形成したり、半円状や台形状に形成する等、他の形状に形成してもよい。
【００５１】
なお、上記実施形態においては、図１に示すように、陽電極２の輪郭およびその内部に設ける空洞を何れも円柱形状としたが、かかる形状に限定されるものではない。
【００５２】
なお、第１の実施形態では、ガス排出部を構成する所定幅の溝を１カ所設け、第２の実施形態では、ガス排出部を構成する所定幅の溝を２カ所設けたが、３つ以上設けるようにしてもよい。このように、空洞１０とつながり、ガス排出が可能な溝を１又は２以上陽電極の側面から設けることにより、ガス排出が可能な小径電極を容易に作製することとができる。
【００５３】
また、上記実施形態では、ガス排出部８をコの字型に成形したが、これに限定されるものではなく、他の形状に成形してもよい。例えば、図７Ａに示すように、図１Ａに示す切り込み溝を構成する第２の面Ｄ２を陽電極の軸方向断面に対して斜めに形成し、ガス排出部８を外側に広げて設けるようにしてもよい。これにより、陽電極の軸方向断面に対して斜めに形成した第２の面Ｄ２に沿った方向にガスの排出方向を変更することができる。なお、図７Ａ、Ｂは、それぞれ図１Ａ、Ｂに対応する放電ランプ用陽電極２ａの他の構造を示す図である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】放電ランプ用陽電極２ａの構造を示す図である。
【図２】放電ランプ用陽電極２ａの他の構造を示す図である。
【図３】陽電極２ａの空洞内外におけるガスの移動を示す図である。
【図４】放電ランプ用陽電極２ｂの構造を示す図である。
【図５】陽電極２ｂの空洞内外におけるガスの移動を示す図である。
【図６】陽電極２ｂと従来の陽電極を用いた放電ランプの温度変化を比較した実験結果を示す図である。
【図７】他の実施形態の放電ランプ用陽電極の構造を示す図である。
【図８】従来のショートアーク放電ランプ（直流型）の基本的構造を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・・陰電極
２・・・・陽電極
４・・・・陽電極支持部
８・・・・ガス排出部
１０・・・・空洞
１２・・・・ガス流入部
【図１】
0004725958.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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