JP3075094B2 - 電極水冷型放電灯 - Google Patents
電極水冷型放電灯Info
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- JP3075094B2 JP3075094B2 JP06196207A JP19620794A JP3075094B2 JP 3075094 B2 JP3075094 B2 JP 3075094B2 JP 06196207 A JP06196207 A JP 06196207A JP 19620794 A JP19620794 A JP 19620794A JP 3075094 B2 JP3075094 B2 JP 3075094B2
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- H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プロジェクター用光
源、あるいはソーラーシミュレーター用光源などに使用
される電極水冷型放電灯に関し、特にその陽極に関する
ものである。
源、あるいはソーラーシミュレーター用光源などに使用
される電極水冷型放電灯に関し、特にその陽極に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】電極水冷型放電灯の電極設計は種々のも
のがあり、特に高性能のものは電極胴体部を電気伝導
度、熱伝導度の良い銅やニッケルで構成し、電極先端部
のみ高融点金属であるタングステンあるいはトリエーテ
ッドタングステンのディスクを金属ろうで接合したもの
がある。例えば、実公昭５６−２５１７４は、ニッケル
あるいは銅からなる陰極胴体部と、これにコンスタンタ
ン等の金属ろうにより接合されたトリエーテッドタング
ステンの陰極先端部とで構成された電極水冷型高圧放電
灯の陰極に関する技術開示である。同様に、陽極に関し
ても、陽極胴体部を銅で構成し、ニッケルろう等の金属
ろう層を介して陽極先端部にタングステンが接合されて
いるものが現在用いられている。
のがあり、特に高性能のものは電極胴体部を電気伝導
度、熱伝導度の良い銅やニッケルで構成し、電極先端部
のみ高融点金属であるタングステンあるいはトリエーテ
ッドタングステンのディスクを金属ろうで接合したもの
がある。例えば、実公昭５６−２５１７４は、ニッケル
あるいは銅からなる陰極胴体部と、これにコンスタンタ
ン等の金属ろうにより接合されたトリエーテッドタング
ステンの陰極先端部とで構成された電極水冷型高圧放電
灯の陰極に関する技術開示である。同様に、陽極に関し
ても、陽極胴体部を銅で構成し、ニッケルろう等の金属
ろう層を介して陽極先端部にタングステンが接合されて
いるものが現在用いられている。
【０００３】図１は電極水冷型放電灯の一般的な構成を
示す説明図であって、１は発光管、２ａ，２ｂは口金、
３ａ，３ｂは冷却水給水管、４ａ，４ｂは冷却水排水
管、５は水冷型陽極、６は水冷型陰極である。図２は上
記電極水冷型放電灯における従来の水冷型陽極構造を示
す一部切欠断面図であり、７はタングステンで構成され
る陽極先端部、８は銅で構成される陽極胴体部、９は陽
極先端部７と陽極胴体部８とを接合するためのニッケル
ろう層、１０は陽極内部に冷却水を導く冷却水導入管で
ある。図中の矢印は陽極内部における冷却水の流れを示
し、陽極胴体部８と冷却水導入管１０は同軸的に配置さ
れており、図１の冷却水給水管３ａにより供給された冷
却水は冷却水導入管１０により陽極先端内面１１まで導
かれ、ここで銅とニッケルろう層９を介して、陽極先端
部７のタングステンの熱を奪って、陽極胴体部８と冷却
水導入管１０の隙間１４を流れて図１の冷却水排水管３
ｂへと導かれる。
示す説明図であって、１は発光管、２ａ，２ｂは口金、
３ａ，３ｂは冷却水給水管、４ａ，４ｂは冷却水排水
管、５は水冷型陽極、６は水冷型陰極である。図２は上
記電極水冷型放電灯における従来の水冷型陽極構造を示
す一部切欠断面図であり、７はタングステンで構成され
る陽極先端部、８は銅で構成される陽極胴体部、９は陽
極先端部７と陽極胴体部８とを接合するためのニッケル
ろう層、１０は陽極内部に冷却水を導く冷却水導入管で
ある。図中の矢印は陽極内部における冷却水の流れを示
し、陽極胴体部８と冷却水導入管１０は同軸的に配置さ
れており、図１の冷却水給水管３ａにより供給された冷
却水は冷却水導入管１０により陽極先端内面１１まで導
かれ、ここで銅とニッケルろう層９を介して、陽極先端
部７のタングステンの熱を奪って、陽極胴体部８と冷却
水導入管１０の隙間１４を流れて図１の冷却水排水管３
ｂへと導かれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図２に示した従来の水
冷型陽極には次の様な欠点があった。 （１）一般に、熱的負荷の大きい放電灯の陽極は、陰極
に比べて高温になるため、発光管の黒化の原因となる付
着物は主に陽極からのタングステンの蒸発によるもので
ある。電極水冷型放電灯においても、陽極先端部７のタ
ングステンの温度が発光管の黒化に大きく影響を及ぼす
が、従来の水冷型陽極のニッケル層９は、銅で構成され
た陽極胴体部８よりも熱伝導が悪く、陽極先端部７のタ
ングステンの冷却を妨げている。このため、陽極先端部
７のタングステンが高温になり、タングステンの蒸発が
促進されて、発光管の黒化による光出力の減衰が早いと
いう欠点があった。 （２）陽極先端部７のタングステンに亀裂が生じ、局所
的にその部分の温度が上昇し、タングステンが蒸発して
発光管が黒化し、光出力の減衰が早くなるという欠点が
あった。 （３）陽極先端部内面１１から電池作用によって腐食が
進み、銅及びその先のタングステンにピンホール状の穴
が貫通する。これにより発光管１内への冷却水の侵入、
キセノンガスのリークなどの事故を起こすという欠点が
あった。本発明は、上記欠点を除くためになされたもの
である。
冷型陽極には次の様な欠点があった。 （１）一般に、熱的負荷の大きい放電灯の陽極は、陰極
に比べて高温になるため、発光管の黒化の原因となる付
着物は主に陽極からのタングステンの蒸発によるもので
ある。電極水冷型放電灯においても、陽極先端部７のタ
ングステンの温度が発光管の黒化に大きく影響を及ぼす
が、従来の水冷型陽極のニッケル層９は、銅で構成され
た陽極胴体部８よりも熱伝導が悪く、陽極先端部７のタ
ングステンの冷却を妨げている。このため、陽極先端部
７のタングステンが高温になり、タングステンの蒸発が
促進されて、発光管の黒化による光出力の減衰が早いと
いう欠点があった。 （２）陽極先端部７のタングステンに亀裂が生じ、局所
的にその部分の温度が上昇し、タングステンが蒸発して
発光管が黒化し、光出力の減衰が早くなるという欠点が
あった。 （３）陽極先端部内面１１から電池作用によって腐食が
進み、銅及びその先のタングステンにピンホール状の穴
が貫通する。これにより発光管１内への冷却水の侵入、
キセノンガスのリークなどの事故を起こすという欠点が
あった。本発明は、上記欠点を除くためになされたもの
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】特徴部分を箇条書きにす
れば次のとおりである。 （１）陽極胴体部銅に、先端部に直接接合したタングス
テンを具えるとともに、陽極胴体部先端の内面に絶縁被
膜が設けられている。 （２）タングステンの外径は、陽極胴体部の外径Ｄと略
同等で、その厚みＬが０．２≦Ｌ／Ｄ≦０．５である。 （３）絶縁被膜が酸化第一銅もしくは二酸化珪素であ
る。本発明は、以上の構成よりなる電極を備えた電極水
冷型放電灯である。
れば次のとおりである。 （１）陽極胴体部銅に、先端部に直接接合したタングス
テンを具えるとともに、陽極胴体部先端の内面に絶縁被
膜が設けられている。 （２）タングステンの外径は、陽極胴体部の外径Ｄと略
同等で、その厚みＬが０．２≦Ｌ／Ｄ≦０．５である。 （３）絶縁被膜が酸化第一銅もしくは二酸化珪素であ
る。本発明は、以上の構成よりなる電極を備えた電極水
冷型放電灯である。
【０００６】
【作用】（１）銅に比べて熱伝導率の悪いニッケルろう
層を介さず陽極先端部タングステンが冷却できるので、
タングステンの蒸発による発光管の黒化が少ない。ま
た、絶縁被膜により、冷却水に接する陽極先端部内面と
冷却水との間に電位差が生じないので、電池作用による
銅の腐食が起こらない。 （２）タングステンの厚さを規定することにより、タン
グステン内部の温度勾配と温度が制御されているためタ
ングステンの亀裂が発生しない。また、タングステンの
蒸発が少ない。
層を介さず陽極先端部タングステンが冷却できるので、
タングステンの蒸発による発光管の黒化が少ない。ま
た、絶縁被膜により、冷却水に接する陽極先端部内面と
冷却水との間に電位差が生じないので、電池作用による
銅の腐食が起こらない。 （２）タングステンの厚さを規定することにより、タン
グステン内部の温度勾配と温度が制御されているためタ
ングステンの亀裂が発生しない。また、タングステンの
蒸発が少ない。
【０００７】
【実施例】以下本発明の実施例について説明する。本発
明による電極水冷型キセノンショートアーク放電灯の実
施例の外観構成は図１に示したものと変わらない。陽極
５と陰極６との放電ギャップｄは８ｍｍであり、口金２
ａ，２ｂ内部にて気密封止されて、発光管内部には室温
（２５℃）で４４００ｈＰａのキセノンガスが充填され
ている。前記構造の電極水冷型キセノンショートアーク
放電灯は動作電流４００Ａ、動作電圧３７Ｖ、消費電力
１５ｋＷで動作させて、その発光をプロジェクター用光
源として利用すると好適である。
明による電極水冷型キセノンショートアーク放電灯の実
施例の外観構成は図１に示したものと変わらない。陽極
５と陰極６との放電ギャップｄは８ｍｍであり、口金２
ａ，２ｂ内部にて気密封止されて、発光管内部には室温
（２５℃）で４４００ｈＰａのキセノンガスが充填され
ている。前記構造の電極水冷型キセノンショートアーク
放電灯は動作電流４００Ａ、動作電圧３７Ｖ、消費電力
１５ｋＷで動作させて、その発光をプロジェクター用光
源として利用すると好適である。
【０００８】図３に、この実施例放電灯から水冷型陽極
を取り出して示す。陽極胴部８は銅製で外径Ｄが２５ｍ
ｍのものを用い、その先端部には略外径の等しいタング
ステン７を直接接合し、台形状に加工したものを用い
る。１２はその接合面を示す。この直接接合は、真空中
の鋳造プロセスによって得られるもので、接合面積はほ
ぼ１００％である。タングステンと銅の接合に、銅に比
べて熱伝導率の悪いニッケルろう層を介在させていない
ので従来のニッケルろうを用いたものに比べて陽極先端
部のタングステンを効率よく冷却できる。このため、タ
ングステンの温度を低くすることができ、蒸発を少なく
することができて、タングステンの付着による発光管の
黒化が少なくできる。
を取り出して示す。陽極胴部８は銅製で外径Ｄが２５ｍ
ｍのものを用い、その先端部には略外径の等しいタング
ステン７を直接接合し、台形状に加工したものを用い
る。１２はその接合面を示す。この直接接合は、真空中
の鋳造プロセスによって得られるもので、接合面積はほ
ぼ１００％である。タングステンと銅の接合に、銅に比
べて熱伝導率の悪いニッケルろう層を介在させていない
ので従来のニッケルろうを用いたものに比べて陽極先端
部のタングステンを効率よく冷却できる。このため、タ
ングステンの温度を低くすることができ、蒸発を少なく
することができて、タングステンの付着による発光管の
黒化が少なくできる。
【０００９】上記陽極を用いた電極水冷型キセノンショ
ートアーク放電灯と、陽極以外の条件は同じで陽極にの
み従来のニッケルろう層を使った従来放電灯とについて
水平光度維持率を比較して図４に示す。水平光度維持率
とは、使用開始時の水平光度（放電の方向に対して垂直
な方向における光度）の値を１００％として各時間毎に
水平光度を測定し、初期の値に対する比を求めたもので
ある。図４は、使用開始１０００時間後で、本実施例が
従来例に比べ水平光度維持率が９％改善されていること
を示している。
ートアーク放電灯と、陽極以外の条件は同じで陽極にの
み従来のニッケルろう層を使った従来放電灯とについて
水平光度維持率を比較して図４に示す。水平光度維持率
とは、使用開始時の水平光度（放電の方向に対して垂直
な方向における光度）の値を１００％として各時間毎に
水平光度を測定し、初期の値に対する比を求めたもので
ある。図４は、使用開始１０００時間後で、本実施例が
従来例に比べ水平光度維持率が９％改善されていること
を示している。
【００１０】上記光出力減衰の他に従来の電極水冷型の
放電灯の課題として陽極先端部タングステン亀裂、陽極
先端内面の腐食という問題がある。これらの問題を解決
するために種々の検討を重ねた結果、タングステンの亀
裂はタングステン自身の温度勾配によって生ずる熱応力
によるものであることが分かった。また、腐食は陽極内
部と冷却水との間の電位差による局所的な電池作用によ
る銅イオンの流出によるものであることが分かった。
放電灯の課題として陽極先端部タングステン亀裂、陽極
先端内面の腐食という問題がある。これらの問題を解決
するために種々の検討を重ねた結果、タングステンの亀
裂はタングステン自身の温度勾配によって生ずる熱応力
によるものであることが分かった。また、腐食は陽極内
部と冷却水との間の電位差による局所的な電池作用によ
る銅イオンの流出によるものであることが分かった。
【００１１】図５に示す様に、外径Ｄ＝２５ｍｍの銅製
の陽極胴体部８に直径Ｄ＝２５ｍｍのタングステンで厚
さＬを変えて、タングステン内部の温度勾配が異なる様
にした。以下の５種類のサンプルを用意する。 Ｌ1 ＝２．５ｍｍ Ｌ1 ／Ｄ＝０．１ Ｌ2 ＝５ｍｍ Ｌ2 ／Ｄ＝０．２ Ｌ3 ＝１０ｍｍ Ｌ3 ／Ｄ＝０．４ Ｌ4 ＝１２．５ｍｍ Ｌ4 ／Ｄ＝０．５ Ｌ5 ＝１５ｍｍ Ｌ5 ／Ｄ＝０．６ 各々のサンプルで水冷型陽極を構成し、５種類の電極水
冷型キセノンショートアーク放電灯を形成する。また、
すべてのサンプルについて、陽極先端内面には二酸化珪
素を主成分とした絶縁被膜１３を設ける。この時上記陽
極以外の放電灯の設計仕様は全く同じにする。
の陽極胴体部８に直径Ｄ＝２５ｍｍのタングステンで厚
さＬを変えて、タングステン内部の温度勾配が異なる様
にした。以下の５種類のサンプルを用意する。 Ｌ1 ＝２．５ｍｍ Ｌ1 ／Ｄ＝０．１ Ｌ2 ＝５ｍｍ Ｌ2 ／Ｄ＝０．２ Ｌ3 ＝１０ｍｍ Ｌ3 ／Ｄ＝０．４ Ｌ4 ＝１２．５ｍｍ Ｌ4 ／Ｄ＝０．５ Ｌ5 ＝１５ｍｍ Ｌ5 ／Ｄ＝０．６ 各々のサンプルで水冷型陽極を構成し、５種類の電極水
冷型キセノンショートアーク放電灯を形成する。また、
すべてのサンプルについて、陽極先端内面には二酸化珪
素を主成分とした絶縁被膜１３を設ける。この時上記陽
極以外の放電灯の設計仕様は全く同じにする。
【００１２】これら５種類の実施例を１０００時間点灯
して陽極先端の亀裂の発生状況、陽極先端部内面の腐食
有無について観察した結果を図６の表に示す。またこの
実施例と従来例との水平光度維持率の比較を図７に示
す。図６の表が示す様にＬ1 ＝２．５ｍｍ Ｌ1 ／Ｄ＝
０．１のサンプルのみに亀裂が生じ、それ以外のものは
亀裂が発生していない。この理由はタングステンの厚さ
Ｌが大きくなるにしたがいタングステン内部の温度勾配
が緩やかになり、温度勾配によって生ずる熱応力が減少
するためである。また、すべてのサンプルについて陽極
先端内面に腐食は認められなかった。この理由は、陽極
先端内面に施した絶縁被膜１３により、冷却水に接する
陽極先端内面と冷却水との間に電位差が生じないためで
ある。他方、図７に示すＬ5 ＝１５ｍｍ，Ｌ5 ／Ｄ＝
０．６の水平光度維持率は１０００時間点灯後には初期
７０％以下に低下している。この理由は、タングステン
をＬ5 ＝１５ｍｍ，Ｌ5 ／Ｄ＝０．６程度に大きくする
とタングステン先端部の温度が上昇し、タングステンの
蒸発が促進されてバルブの黒化が早くなるためである。
して陽極先端の亀裂の発生状況、陽極先端部内面の腐食
有無について観察した結果を図６の表に示す。またこの
実施例と従来例との水平光度維持率の比較を図７に示
す。図６の表が示す様にＬ1 ＝２．５ｍｍ Ｌ1 ／Ｄ＝
０．１のサンプルのみに亀裂が生じ、それ以外のものは
亀裂が発生していない。この理由はタングステンの厚さ
Ｌが大きくなるにしたがいタングステン内部の温度勾配
が緩やかになり、温度勾配によって生ずる熱応力が減少
するためである。また、すべてのサンプルについて陽極
先端内面に腐食は認められなかった。この理由は、陽極
先端内面に施した絶縁被膜１３により、冷却水に接する
陽極先端内面と冷却水との間に電位差が生じないためで
ある。他方、図７に示すＬ5 ＝１５ｍｍ，Ｌ5 ／Ｄ＝
０．６の水平光度維持率は１０００時間点灯後には初期
７０％以下に低下している。この理由は、タングステン
をＬ5 ＝１５ｍｍ，Ｌ5 ／Ｄ＝０．６程度に大きくする
とタングステン先端部の温度が上昇し、タングステンの
蒸発が促進されてバルブの黒化が早くなるためである。
【００１３】以上の結果をまとめると、陽極先端内面に
絶縁被膜を形成し、陽極先端部のタングステンの厚みＬ
は、陽極胴体部の直径Ｄに次の関係を成立させることが
好ましい。 ０．２≦（Ｌ／Ｄ）≦０．５
絶縁被膜を形成し、陽極先端部のタングステンの厚みＬ
は、陽極胴体部の直径Ｄに次の関係を成立させることが
好ましい。 ０．２≦（Ｌ／Ｄ）≦０．５
【００１４】
【発明の効果】以上詳述したような本発明の構成によれ
ば、発光管の黒化による光出力の低下が少なく、かつ、
陽極先端部のタングステンの亀裂、陽極先端内面の腐食
などによる事故の少ない長寿命な電極水冷型放電灯を提
供することができる。
ば、発光管の黒化による光出力の低下が少なく、かつ、
陽極先端部のタングステンの亀裂、陽極先端内面の腐食
などによる事故の少ない長寿命な電極水冷型放電灯を提
供することができる。
【図１】電極水冷型ショートアーク放電灯の説明図であ
る。
る。
【図２】従来の電極水冷型ショートアーク放電灯の陽極
構造の一部切欠断面図である。
構造の一部切欠断面図である。
【図３】本発明の電極水冷型ショートアーク放電灯の陽
極の実施例を説明する一部切欠断面図である。
極の実施例を説明する一部切欠断面図である。
【図４】従来例と実施例の水平光度維持率を比較して示
したデータの説明図である。
したデータの説明図である。
【図５】本発明の電極水冷型ショートアーク放電灯の陽
極の他の実施例を説明する一部切欠断面図である。
極の他の実施例を説明する一部切欠断面図である。
【図６】陽極先端の亀裂と陽極先端部内面の腐食に関す
るデータの表である。
るデータの表である。
【図７】従来例と実施例の水平光度維持率を比較して示
したデータの説明図である。
したデータの説明図である。
１ 発光管 ２ａ，２ｂ 口金 ３ａ，３ｂ 冷却水給水管 ４ａ，４ｂ 冷却水排水管 ５ 水冷型陽極 ６ 水冷型陰極 ７ 陽極先端部 ８ 陽極胴体部 ９ 金属ろう層 １０ 冷却水導入管 １１ 陽極先端部内面 １２ 直接接合面 １３ 絶縁被膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 61/073 H01J 61/52
Claims (3)
- 【請求項１】 電極内部水冷型の陽極を具えた放電灯に
おいて、前記陽極は胴体部を銅で構成し、先端に銅に直
接接合したタングステンを具えてなるとともに、 前記陽極胴体先端部の内面に絶縁被膜が設けられている
ことを特徴とする電極水冷型放電灯。 - 【請求項２】 陽極先端部に直接接合されたタングステ
ンが、その外径は前記陽極胴体部の外径Dと略同等で、
その厚みLが、０．２≦Ｌ／Ｄ≦０．５に規定されてな
ることを特徴とする請求項１に記載の電極水冷型放電
灯。 - 【請求項３】 絶縁被膜が酸化第一銅、もしくは二酸化
珪素であることを特徴とする請求項１または２に記載の
電極水冷型放電灯。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06196207A JP3075094B2 (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 電極水冷型放電灯 |
| US08/506,853 US5633556A (en) | 1994-07-29 | 1995-07-25 | Discharge lamp of the water cooled type |
| CA002154615A CA2154615C (en) | 1994-07-29 | 1995-07-25 | Discharge lamp of the water cooled type |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06196207A JP3075094B2 (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 電極水冷型放電灯 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0845472A JPH0845472A (ja) | 1996-02-16 |
| JP3075094B2 true JP3075094B2 (ja) | 2000-08-07 |
Family
ID=16353987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06196207A Expired - Fee Related JP3075094B2 (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 電極水冷型放電灯 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5633556A (ja) |
| JP (1) | JP3075094B2 (ja) |
| CA (1) | CA2154615C (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19729219B4 (de) * | 1997-07-09 | 2004-02-19 | Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH | Hochdruckentladungslampe mit gekühlter Elektrode sowie entsprechende Elektrode |
| US6297591B1 (en) * | 1998-11-19 | 2001-10-02 | Ilc Technology, Inc. | Chimney-cooled arc lamp electrode |
| WO2001043155A1 (en) * | 1999-12-07 | 2001-06-14 | Trusi Technologies, Llc | Hollow electrode for plasma generation |
| JP3994880B2 (ja) * | 2002-04-26 | 2007-10-24 | ウシオ電機株式会社 | 放電ランプ |
| US6868570B2 (en) * | 2002-05-31 | 2005-03-22 | Richard G. Sanders | Tool for opening utility vault lids |
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