(57)【要約】      （修正有）【課題】サファイア製の直管状の発光管を用いたダブルエンド型のショートアーク型放電灯であって、アークの安定度が高いショートアーク型放電灯の提供。【解決手段】ショートアーク型放電灯は、サファイア製の直管状の発光管１１と、発光管１１内に対向して配置された棒状の陽極１３および陰極１２とを備え、発光管１１の両端が封止され、発光管１１内に希ガスを含有する発光ガスが封入されてなるダブルエンド型のショートアーク型放電灯であって、陽極１３の外周面と発光管１１の内周面との間の空間に、発光ガスの流れを阻害する対流障害部１４が設けられている。【選択図】図１
2017021981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア製の直管状の発光管と、当該発光管内に対向して配置された棒状の陽極および陰極とを備え、当該発光管の両端が封止され、前記発光管内に希ガスを含有する発光ガスが封入されてなるダブルエンド型のショートアーク型放電灯であって、
前記陽極の外周面と前記発光管の内周面との間の空間に、発光ガスの流れを阻害する対流障害部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灯。
【請求項２】
前記陽極の外周面と前記発光管の内周面との距離をＷ（ｍｍ）、前記対流障害部の前記発光管の径方向の大きさをｔ（ｍｍ）、前記発光管の内半径をＬ（ｍｍ）としたとき、下記関係式（１）を満たす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灯。
関係式（１）：０．０５＜（Ｗ−ｔ）／Ｌ＜０．８
【請求項３】
前記対流障害部は、前記発光管の内半径をＬ（ｍｍ）としたとき、前記陽極の先端から発光管の軸方向の外方側に０．５ｍｍ以上３Ｌｍｍ以下の距離で離間した位置に当該対流障害部の最大の外径を有する部分が存在する状態に、設けられている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灯。
【請求項４】
前記対流障害部が、前記陽極と一体的に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のショートアーク型放電灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電流で点灯させる、サファイア製の直管状の発光管を用いたダブルエンド型のショートアーク型放電灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、石英ガラス製の発光管を備え、直流電流で点灯させるダブルエンド型のショートアーク型放電灯は、発光管による発光部が球状に大きく膨らんだ形状を有している。そして、発光部の両端に形成されるシール部は、モリブデン箔シールや段継シールによって気密に封止されて形成されている。
このようなショートアーク型放電灯は、アークの安定度が高いという特性を有する。
【０００３】
一方、小型化や高耐圧化を図るために、サファイア製の直管状の発光管を用い、両端が封止されたダブルエンド型のショートアーク型放電灯が提案されている（特許文献１参照）。
このようなショートアーク型放電灯は、発光管内に陰極および陽極が間隙を介して対向し、当該陰極および陽極が発光管内をその管軸方向に沿って伸びるよう配置されてなる。陰極および陽極は、それぞれの基端が、中央部に貫通穴を有するコバールなどの合金製の電極端子の各々の当該貫通穴に挿通されて封着されている。
【０００４】
しかしながら、このようなショートアーク型放電灯においては、アークの安定度が低い、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】特開昭５８−０８２４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、サファイア製の直管状の発光管を用いたダブルエンド型のショートアーク型放電灯であって、アークの安定度が高いショートアーク型放電灯を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者が、サファイア製の直管状の発光管を用いたダブルエンド型のショートアーク型放電灯において、アークの安定度が低い原因を研究したところ、以下のように、発光管内の陽極側の端部と中央部の陽極先端の近傍との温度差によるガスの対流によるものと推察された。
すなわち、まず、陽極の基端が接続された電極端子は、コバール製であるために、点灯中の酸化による損傷を防ぐために空冷あるいは水冷などの手段によって強制的に３００℃以下の温度になるように冷却されている。従って、発光管内の陽極側の端部の雰囲気温度は低く維持されている。一方、陰極と陽極との間のアークが生成される発光管内の中央部の温度は、輻射により陽極先端の近傍の広い範囲にわたって、約２０００〜３０００℃の高温とされている。
従って、発光管内の陽極側の端部の温度と中央部の陽極先端の近傍の温度の温度差により、当該陽極先端の近傍から発光管内の陽極側の端部に向かって、封入されたガスが高速で移動して対流が発生し、その結果、アークが不安定化してしまう。
なお、陰極においては、その先端部のごく狭い範囲が高温とされるのみなので、発光管の陰極側の端部に向かうガスの移動は、発光管内の陽極側の端部に向かうガスの移動と比較して緩やかとなり、アークの不安定化への影響は小さいものと考えられる。
【０００８】
本発明のショートアーク型放電灯は、サファイア製の直管状の発光管と、当該発光管内に対向して配置された棒状の陽極および陰極とを備え、当該発光管の両端が封止され、前記発光管内に希ガスを含有する発光ガスが封入されてなるダブルエンド型のショートアーク型放電灯であって、
前記陽極の外周面と前記発光管の内周面との間の空間に、発光ガスの流れを阻害する対流障害部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明のショートアーク型放電灯においては、前記陽極の外周面と前記発光管の内周面との距離をＷ（ｍｍ）、前記対流障害部の前記発光管の径方向の大きさをｔ（ｍｍ）、前記発光管の内半径をＬ（ｍｍ）としたとき、下記関係式（１）を満たすことが好ましい。
関係式（１）：０．０５＜（Ｗ−ｔ）／Ｌ＜０．８
【００１０】
本発明のショートアーク型放電灯においては、前記対流障害部は、前記発光管の内半径をＬ（ｍｍ）としたとき、前記陽極の先端から発光管の軸方向の外方側に０．５ｍｍ以上３Ｌｍｍ以下の距離で離間した位置に当該対流障害部の最大の外径を有する部分が存在する状態に、設けられていることが好ましい。
【００１１】
本発明のショートアーク型放電灯においては、前記対流障害部が、前記陽極と一体的に設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のショートアーク型放電灯は、陽極の外周面と発光管の内周面との間の空間に、発光ガスの流れを阻害する対流障害部が設けられて構成されている。従って、発光管内の陽極側の端部の温度と中央部の陽極先端の近傍の温度の温度差による、封入された発光ガスの対流を抑制することができ、その結果、高いアークの安定度が得られる。
【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灯の構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る対流障害部の構成の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明に係る対流障害部の構成のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明のショートアーク型放電灯の構成の一例を模式的に示す断面図である。
このショートアーク型放電灯は、両端が封止され、内部に放電空間Ｓが形成された、直管状の発光管１１を備えるダブルエンド型のものである。この発光管１１内には、棒状の陰極１２および棒状の陽極１３が間隙を介して対向し、当該陰極１２および陽極１３が発光管１１内をその管軸Ｃ方向に沿って伸びるよう配置されている。
【００１５】
陰極１２は、その基端（図１において右端）が、中央部に貫通穴２５を有する電極端子２１の当該貫通穴２５に圧入されて支持されると共に電気的に接続されている。
また、陽極１３は、その基端（図１において左端）が、中央部に貫通穴３５を有する電極端子３１の当該貫通穴３５に挿入されて金属ロウ付けされることにより、支持されると共に電気的に接続されている。
電極端子２１，３１は、発光管１１の外径と同じ外径を有する円柱状の基端部２７，３７と、当該基端部２７，３７よりも小さい外径の円柱状の先端部２８，３８とが、一体的に形成されてなるものである。電極端子２１，３１は、先端部２８，３８が発光管１１の両端から当該発光管１１内に挿入された状態で、基端部２７，３７が発光管１１と共に円筒状の継手管２０，３０内に挿入されて接合されることによって、発光管１１に対して固定されている。
【００１６】
放電空間Ｓ内には、例えばキセノンガス、クリプトンガス、アルゴンガス等の希ガスまたはこれらの混合ガスが発光ガスとして封入されている。これらの希ガスによる発光と希ガス以外のガスによる発光との両方を利用するために、これらの希ガスと、窒素ガス、水素ガスなどの添加ガスとが共に放電空間Ｓ内に封入されていてもよい。
発光ガスの封入圧は、室温で１〜５０気圧とされており、添加ガスの封入圧は０．１〜１０気圧程度とされる。
【００１７】
発光管１１は、単結晶サファイア、多結晶サファイアなどからなるものである。
発光管１１の外周面における、継手管２０，３０に接合されるべき両端部は、Ｍｏ−Ｍｎ法によってメタライズ加工されている。
【００１８】
陰極１２は、例えば先端に向かって小径となるテーパー状の先端部を有し、酸化トリウムなどの易電子放出物質を含むタングステンなどの高融点金属よりなるものである。
【００１９】
陽極１３は、例えば先端に向かって小径となるテーパー状の先端部を有し、タングステンなどの高融点金属よりなるものである。
【００２０】
〔対流障害部〕
そして、本発明のショートアーク型放電灯においては、陽極１３の外周面と発光管１１の内周面との間の空間に、発光ガスの流れを阻害する対流障害部１４が設けられている。
【００２１】
対流障害部１４は、陽極１３と一体的に設けられている。
この例のショートアーク型放電灯においては、対流障害部１４は、例えば厚さ２ｍｍの円環盤状のものであって、円環内に陽極１３が挿入された状態において、モリブデンで溶着されることにより、当該陽極１３に接合されている。また、棒状のタングステンを切削加工することによって陽極および対流障害部を同時に形成してもよい。
【００２２】
対流障害部１４は、その最大の外径を有する部分（以下、「最大外径部」ともいう。）が、発光管１１の内半径をＬ（ｍｍ）としたとき、陽極１３の先端から発光管１１の軸方向の外方側に０．５ｍｍ以上３Ｌｍｍ以下の距離で離間した位置に存在する状態に設けられていることが好ましい。
発光管１１のＬが１０ｍｍより大きい場合には、より好ましくは陽極１３の先端から発光管１１の軸方向の外方側に３０ｍｍ以下の距離で離間した位置に対流障害部１４の最大外径部が存在することが好ましい。
最大外径部の存在位置が陽極１３の先端から発光管１１の軸方向の外方側に０．５ｍｍ未満の距離で離間した位置である場合は、陽極１３の先端部を例えば円錐形状などの適切な形状に加工することが困難であり、３Ｌｍｍより大きな距離で離間した位置である場合は、アークの近傍から対流障害部１４までの空間において、封入された発光ガスの対流が発生してしまうおそれがある。
【００２３】
対流障害部１４は、陽極１３の外周面と発光管１１の内周面との距離をＷ（ｍｍ）、対流障害部１４の発光管１１の径方向の大きさをｔ（ｍｍ）、発光管１１の内半径をＬ（ｍｍ）としたとき、関係式（１）を満たすものとされる。
関係式（１）：０．０５＜（Ｗ−ｔ）／Ｌ＜０．８
陽極１３と発光管１１との距離（Ｗ−ｔ）の割合（以下、「隙間の割合」ともいう。）（Ｗ−ｔ）／Ｌは、０．０５＜（Ｗ−ｔ）／Ｌ＜０．４であることが好ましい。
【００２４】
ショートアーク型放電灯における隙間の割合（Ｗ−ｔ）／Ｌが過大である場合は、封入された発光ガスの対流を十分に抑制することができないおそれがある。一方、隙間の割合（Ｗ−ｔ）／Ｌが過小である場合は、製造時に対流障害部１４が発光管１１の内壁に接触するおそれなどが生ずるため、製造が困難である。
【００２５】
電極端子２１，３１は、コバール製である。
陰極１２側の電極端子２１には、放電空間Ｓに開口し、当該放電空間Ｓと外部空間とを連通させる連通路１８が形成されており、連通路１８の外部空間側の端部に、ニッケルパイプよりなる排気管１７の基端部が金属ロウ付けにより固定されている。排気管１７の先端部は、外部空間に突出しており、放電空間Ｓ内にガスを封入した後に圧潰することにより封止されている。
【００２６】
継手管２０，３０は、コバール製である。
継手管２０，３０は、電極端子２１，３１および発光管１１の外径に適合する内径を有している。そして、継手管２０，３０と発光管１１とは、メタライズ加工された発光管１１の外周面の両端部と、銀ロウなどを用いて金属ロウ付けすること、あるいは、活性金属法で直接ロウ付けすることによって、接合されている。また、継手管２０，３０と電極端子２１，３１とは、ＴＩＧ溶接あるいはレーザ溶接によって、接合されている。
【００２７】
電極端子２１，３１および継手管２０，３０は、いずれもコバール製であるために、点灯中にも温度が例えば３００℃以下となるよう冷却する必要がある。
これらを冷却するための具体的な方法としては、電極端子２１，３１および陽極１３を発光管１１の軸方向外方に長いものとして構成し、電極端子２１，３１に冷却フィンを取り付ける方法が挙げられる。また、陽極１３のみを長いものとして構成し、これに直接冷却フィンを取り付ける方法や、継手管２０，３０に適宜、冷却フィンを取り付ける方法などが採用されてもよい。
【００２８】
図１において、１９は、発光管１１の端面と電極端子２１，３１の当該発光管１１の端面と対向する部分に挟設された、例えばセラミックなどの耐熱性および低熱伝導性の材料よりなるｏ−リングである。
【００２９】
上記のショートアーク型放電灯の寸法の一例を挙げると、発光管１１の全長が１２０ｍｍ、外径がφ３０ｍｍ、内径がφ２５ｍｍ（Ｌが１２．５ｍｍ）、陰極１２の外径がφ２．０ｍｍ、陽極１３の外径がφ４ｍｍ、陽極１３と陰極１２との電極間距離が６ｍｍ、対流障害部１４の厚みが２ｍｍ、発光管１１の径方向の大きさｔが８ｍｍである。
【００３０】
上記のショートアーク型放電灯は、直流電流が供給されることにより点灯される。このショートアーク型放電灯の点灯姿勢は、水平および垂直のいずれであってもよい。
【００３１】
以上のような本発明のショートアーク型放電灯は、陽極１３の外周面と発光管１１の内周面との間の空間に、発光ガスの流れを阻害する対流障害部１４が設けられて構成されている。従って、発光管１１内の陽極１３側の端部の温度と中央部の陽極１３先端の近傍の温度の温度差による、封入された発光ガスの対流を抑制することができ、その結果、高いアークの安定度が得られる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、対流障害部の形状は円環盤状のものであることに限定されない。具体的には、図２に示されるように、対流障害部１５は、円環盤状の基台部１５ａと、当該基台部１５ａから連続して伸びる発光管１１の軸方向の内方に向かって小径となるテーパー状部１５ｂとからなる傘状のものとして構成することもできる。なお、図２においては、図１のショートアーク型放電灯と同様の構成を有するものを同じ符号で示す。
【００３３】
また例えば、図３に示されるように、対流障害部１６は、筒状に巻いたワイヤ部１６ａが、陽極１３に接合された略円筒状の支持部材１６ｂによって陽極１３の先端部を包囲するよう取り付けられた構成のものとすることもできる。なお、図３においては、図１のショートアーク型放電灯と同様の構成を有するものを同じ符号で示す。
【００３４】
また例えば、対流障害部は、発光管１１の内周面に支持されて取り付けられていてもよい。
【００３５】
さらに例えば、ショートアーク型放電灯は、発光管１１の外周面にトリガ線を巻いた構成とされていてもよい。
【００３６】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３７】
＜実験例１＞
図１に示す構成を参照して、対流障害部を有さず、下記の仕様を有する放電灯〔１〕を作製した。
［発光管（１１）］
寸法：全長１２０ｍｍ、外径φ３０ｍｍ、内径φ２５ｍｍ（Ｌ＝１２．５ｍｍ）
材質：サファイア
［陰極（１２）］
材質：酸化トリウムを含有したタングステン
寸法：外径φ２．０ｍｍ
陽極（１３）との電極間距離：６ｍｍ
［陽極（１３）］
材質：タングステン
寸法：外径φ４ｍｍ（Ｗ＝１０．５）
［発光ガス］
種類：キセノンガス
封入圧：２０気圧
【００３８】
＜実験例２＞
実験例１において、以下の対流障害部を設けたこと以外は同様にして、放電灯〔２〕を作製した。
［対流障害部（１４）］
材質：タングステン
形状：円環盤
寸法：厚さ（発光管の軸方向の幅）２ｍｍ、発光管の径方向の大きさ（ｔ）：１．０ｍｍ
【００３９】
＜実験例３〜５＞
実験例２において、対流障害部の発光管の径方向の大きさ（ｔ）が表１のものを用いたこと以外は同様にして、放電灯〔３〕〜〔５〕を作製した。
【００４０】
以上の放電灯〔１〕〜〔５〕を、発光管の軸方向が水平となる点灯姿勢で、２ｋＷの直流電流で点灯させた。そして、点灯時の給電端の電圧（放電電圧）の変動を１０分間測定し、その最大電圧、最低電圧および平均電圧から、下記式（１）に従ってアーク不安定度を算出した。結果を表１に示す。
式（１）：アーク不安定度（％）＝｛（最大電圧−最低電圧）／平均電圧｝×１００
【００４１】
【表１】
2017021981.tif 000003
【００４２】
以上の結果より明らかなように、対流障害部が設けられた放電灯によれば、アーク不安定度が小さく抑制されることが確認された。また、対流障害部の発光管の径方向の大きさ（ｔ）が大きいほど、アーク不安定度が小さくなることが確認された。
【符号の説明】
【００４３】
１１  発光管
１２  陰極
１３  陽極
１４〜１６  対流障害部
１５ａ  基台部
１５ｂ  テーパー状部
１６ａ  ワイヤ部
１６ｂ  支持部材
１７  排気管
１８  連通路
１９  ｏ−リング
２０，３０  継手管
２１，３１  電極端子
２５，３５  貫通穴
２７，３７  基端部
２８，３８  先端部
Ｓ  放電空間
【図１】
2017021981.tif 000004
【図２】
2017021981.tif 000005
【図３】
2017021981.tif 000006