JPH02304857A - ショートアーク型高圧水銀蒸気ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ショートアーク型高圧水銀蒸気ランプに関し
、特に、大面積のプリント基板や液晶基板の焼き付は用
光源として有用な大型のショートアーク型高圧水銀蒸気
ランプに関する。

〔技術の背景〕

従来のショートアーク型高圧水銀蒸気ランプにおいては
、希ガスとともに水銀が封入された発光管内に陰極と陽
極とが対向配置されてなり、陽極に対して陰極が上方に
位置するよう電極間方向がほぼ垂直な姿勢とされた状態
で点灯されている。

このように陰極を陽極の上方に位置させて点灯している
のは、次のような理由による。

（１）定常点灯状態に移行するまでの始動時間を短くす
るた狛には、発光管内の水銀をできるだけ早く蒸発させ
ることが必要であり、そのためには、熱放射率の高い陽
極を陰極の下方に位！させることが有効である。

（２）陰極の構成材料としては、トリエーテッドタング
ステンが好ましく用いられているが、このトリエーテッ
ドタングステンは、動作温度が約３０００にと高く、そ
のため陰極を上方に位置させた方が動作が安定しやすい
。特に、小型のショートアーク型高圧水銀蒸気ランプで
は人力電力が小さいことから、陰極の動作温度を約３０
００　Ｋに維持するために陰極を上方に位置させること
が肝要となる。

（３）プリント基板や液晶基板の焼き付は用光源として
用いられる場合には、被照射面に対して上方側に光源が
配置されて、上方から下方に向かって光照射することか
ら、凹面反射鏡はその開口部が下側に位置するよう組合
せられる。従って、凹面反射鏡による光の集光を高めて
光の利用率の向上を図るためには、陰極の先端近傍に形
成されるアーク輝点との関係から陰極を上方に位置させ
た方が有利となる。

以上のような理由から、ショートアーク型高圧水銀蒸気
ランプは、陰極が陽極の上方に位置する状態で点灯使用
されているが、従来のショートアーク型高圧水銀蒸気ラ
ンプは一般に小型であり、人力電力が５００Ｗ未満で、
放電電流も１５Ａ未満であるものが多い。

しかるに、最近においては、プリント基板や液晶基板の
焼き付けにおいて、大面積を一度に焼き付けることがで
きる大型のショートアーク型高圧水銀蒸気ランプの必要
性が高まり、具体的には、定常点灯時において水銀の蒸
気圧と希ガスの圧力の和が８気圧以上で放電電流が２０
Ａ以上となる大型のものが必要とされるに至った。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の構造のショートアーク型高圧水銀蒸気ラ
ンプにふいては、陰極がトリニーテッド゛　タングステ
ンからなるため、単に大型化しただけでは、アーク放電
による高温の対流熱によって上方に位置された陰極の動
作温度が過大となり、そのため陰極を構成するタングス
テンの蒸発が著しくなり、陰極先端が早期に消耗し、管
壁が黒化する問題があった。

本発明は以上の如き事情に基づいてなされたも′のであ
って、その目的は、定常点灯時において水銀の蒸気圧と
希ガスの圧力の和が８気圧以上で放電電流が２０Ａ以上
となる大型のショートアーク型高圧水銀蒸気ランプにお
いて、陰極の消耗を抑制することにより、管壁の黒化を
防止し、使用寿命を長くすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

以上の目的を達成するため、本発明のショートアーク型
高圧水銀蒸気ランプにおいては、希ガスとともに水銀が
封入された発光管内に陰極と陽極とが対向配置されてな
り、前記陽極に対して前記陰極が上方に位置するよう電
極間方向がほぼ垂直な姿勢で点灯され、当該陰極を主と
してタングステンにより作製しかつその先端を除く外表
面の少なくとも一部に当該タングステンよりも熱放射率
の高い粉末を焼結し、定常点灯時に右いては、水銀の蒸
気圧と希ガスの圧力の和が８気圧以上でかつ放電電流が
２０Ａ以上で点灯される構成を採用する。

〔作用〕

陰極を主としてタングステンにより作製し、かつ、その
先端を除く外表面の少なくとも一部に当該タングステン
よりも熱放射率の高い粉末を焼結しているので、当該焼
結部分により陰極の熱放射が促進され、しかも焼結部分
により陰極の放熱面積が増加し、これらの相乗作用によ
り、点灯時における陰極の温度上昇を十分に抑制するこ
とができる。

従って、定常点灯時の水銀の蒸気圧と希ガスの圧力の和
が８気圧以上で放電電流が２０Ａ以上となる大型のショ
ートアーク型高圧水銀蒸気ランプにおいて、陰極の消耗
を十分に抑制することができ、管壁の黒化を防止し、使
用寿命を長くすることができる。

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

Ｃ実施例１〕 本実施例のショートアーク型高圧水銀蒸気ランプにおい
ては、第り図に示すように、石英ガラス製の発光管１０
の中央の膨出部１１内に、陰極２０と陽極３０が、発光
管１０の管軸に沿って所定の電極間距離をおいて対向す
るよう配置されている。４１．４２は端部封止部を覆う
口金である。

点灯中においては陰極２０の先端近傍にアーク輝点が形
成され、実質上点光源となる。このショートアーク型高
圧水銀蒸気ランプは、陽極３Ｇに対して陰極２０が上方
に位置するよう電極間方向Ｐがはぼ垂直な姿勢に保持さ
れた状態で点灯使用される。

ここで「電極間方向Ｐがほぼ垂直な姿勢」とは、厳密に
垂直であることは必要でなく、実用上許容できる範囲で
あれば、電極間方向Ｐが垂直方向から多少ずれていても
よい。

発光管１０内には、アルゴン等の始動用の希ガスととも
に、水銀が封入されている。水銀の封入量は、定常点灯
時において発光管１０内の水銀の蒸気圧と希ガスの圧力
の和が８気圧以上となる割合である。

このショートアーク型高圧水銀蒸気ランプの定常点灯時
における放電電流は２ＯＡ以上である。具体的には、水
銀の封入量を上記のように設定するほか、発光管１０の
大きさ、陰極２０および陽極３０の大きさ等を設定する
ことにより放電電流を２０Ａ以上とすることができる。

陰極２０は、第２図にも示すように、主としてタングス
テン例えばトリエーテッドタングステンにより作製され
、かつ、その先端を除く外表面の少なくとも一部には、
当該タングステンよりも熱放射率の高い粉末が焼結され
ている。第２図において網目状の斜線を付した部分が焼
結部分５０を示し、この例では、大径の胴部２１の外表
面の全体と、コーン状の先端部２２の先端を除く外表面
に焼結部分が設けられている。先端を除くのは、アーク
放電に支障がないようにするためである。陰極２０の先
端には小さな平坦面２３が形成されている。この平坦面
２３の代わりに半球面であってもよい。

熱放射率の高い粉末としては、例えばタンタルと炭素の
化合物（Ｔ　ａ　Ｃ、Ｔ　ａ　２　Ｃ）　、チタンと炭
素の化合物（ＴｉＣ）　、ジルコニウムと炭素の化合物
（ＺｒＣ）等が好ましい。なお、タングステンの熱放射
率は約０．３であるのに対し、ＴａＣ・は約０．８、Ｔ
ａ２Ｃは約０，４乃至０．４５、ＴｉＣは約０．４乃至
０．６、ＺｒＣは約０４５乃至０．５である。

焼結手段としては、タングステンよりも熱放射率の高い
粉末を陰極の外表面の所定部分に塗布し、次いでこれを
高温で加熱して焼結する方法が好適である。

本実施例のショートアーク型高圧水銀蒸気ランプによれ
ば、陰極２０が、主としてタングステンにより作製され
、かつ、その先端を除く外表面の少なくとも一部に当該
タングステンよりも熱放射率の高い粉末が焼結されてい
るので、当該焼結部分５０により陰極２０の熱放射が促
進され、しかも焼結部分５０により陰極２０の放熱面積
が増加し、これらの相乗作用により、点灯時における陰
極２０の温度上昇を十分に抑制することができる。

従って、定常点灯時の水銀の蒸気圧と希ガスの圧力の和
が８気圧以上で放電電流が２０Ａ以上となる大型のショ
ートアーク型高圧水銀蒸気ランプにおいて、陰極２０の
消耗を十分に抑制することができ、発光管１０の管壁の
黒化を防止し、使用寿命を長くすることができる。

〔実施例２〕 本実施例においては、上記実施例１のショートアーク型
高圧水銀蒸気ランプを、大面積のプリント基板や液晶基
板の焼き付は用光源として用いる場合について説明する
。

第３図に示すように、ンヨートアータ型高圧水銀蒸気ラ
ンプ８１は、プリント基板や液晶基板が位置される被照
射面８２に対して上方側に配置されて上方から下方に向
かって光照射するようにする。

従って、凹面反射鏡８３はその開口部８４が下側に位置
するようショートアーク型高圧水銀蒸気ランプ８１に組
合せられる。凹面反射鏡８３による集光性を高めて光の
利用率の向上を図るために、陰極の先端近傍に形成され
るアーク輝点を凹面反射鏡８３の焦点に位置させる。８
５は光学系、８６はシャッター、８７は点灯用電源であ
る。

このような使用の態様によれば、大面積のプリント基板
や液晶基板の焼き付けを効率的に達成することができる
。

また、第４図に示すように、装置の高さを大きくせずに
必要な光路長を得るために、二枚の反射鏡８８．８９　
とレンズ系９０を用いた構造を採用してもよい。

〔実施例３〕 酢酸ブチル（溶剤）とニトロセルロースを混合した液に
、粒径ｌμ肩乃至２ｎ程度のＴａＣの粉末を加えて塗布
液′を調製した。

この塗布液を用いて、第２図と同様の形状で主としてト
リエーテッドタングステンよりなる陰極の外表面の所定
部分に塗布膜を形成し、これを乾燥し、次いで減圧雰囲
気下において１９５０℃で１５分間にわたり焼結処理し
て、第２図と同様の領域に焼結部分を形成した。

なお、陰極２０の全体の長さＬｌは２２ｍｍ、胴部２１
の外径Ｄ１は１０ｍｍ、先端部２２の平坦面２３の直径
Ｄ２は０．５ｍｍ、先端部２２において焼結されていな
い部分の長さＬ２は６ｍｍ、コーン状の先端部２２の角
度αは５０°である。なお、この角度αは、軸に沿った
切断面における角度である。

以上の構成の陰極を用いて、第１図と同様の構成のショ
ートアーク型高圧水銀蒸気ランプを作製した。なお、希
ガスとしてはキセノンガスを用い、水銀の封入量は、定
常点灯時において発光管内の水銀の蒸気圧と希ガスの圧
力の和が８気圧となる割合である。そして、放電電流は
８３Ａである。

以上のようにして作製されたショートアーク型高圧水銀
蒸気ランプを、陰極２０が陽極３０に対して上方に位置
するよう電極間方向Ｐをほぼ垂直な姿勢に保持した状態
で実際に点灯する実験を行い、下記の項目について評価
した。

（評価項目） （１）光束の経時的変化 波長３６５ｎｍの紫外線の放射強度を測定し、初期値を
１００％としたときの相対値を求めた。結果は第５図に
示したとありである。

（２）電極間距離の経時的変化 電極間距離を実測した。なお、電極間距離の初期値は７
ｍｍである。結果は第６図に示したとおりである。

〔比較例１〕 比較のため、陰極の外表面に焼結部分を形成しないほか
は上記実施例３と同様にして比較用のンヨートアーク型
高圧水銀蒸気ランプを作製し、このランプについても同
様にして評価した。

なお、第５図および第６図において、曲線Ａは実施例３
の結果を表し、曲線ａは比較例１の結果を表す。　　　
　′ この第５図および第６図から明らかなように、実施例３
の本発明に係るショートアーク型高圧水銀蒸気ランプに
よれば、長時間にわたり十分な量の光束が得られ、長い
使用寿命が得られる。そして、電極間距離の経時的変化
がきわめて小さいため、反射鏡と組合せて使用する場合
に、陰極の先端近傍に形成されるアーク輝点の反射鏡の
焦点からの位置ずれが生じにくく、長時間にわたり十分
な集光性を維持することができる。

これに対して、比較例１の比較用のショートアーク型高
圧水銀蒸気ランプによれば、短時間で光束が大幅に減少
し、使用寿命がきわめて短い。また、短時間で陰極の先
端が著しく消耗するため、アーク輝点の反射鏡の焦点か
らの位置ずれが生じやすく、集光性が早期に悪化する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、定常点灯時において水銀の蒸気圧と希
ガスの圧力の和が８気圧以上で放電電流が２０Ａ以上と
なる大型のショートアーク型高圧水銀蒸気ランプにおい
て、陰極の消耗を十分に抑制することができ、管壁の黒
化を防止し、使用寿命を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はショートアーク型高圧水銀蒸気ランプの断面図
、第２図は陰極および陽極の拡大図、第３図はショート
アーク型高圧水銀蒸気ランプを焼き付は用の光源として
用いる場合の使用の態様の一例を示す説明図、第４図は
使用の態様の他の例を示す説明図、第５図は光束の経時
的変化を示すグラフ、第６図は電極間距離の経時的変化
を示すグラフである。 １０・・・発光管　　　　　　１１・・・膨出部２０・
・・陰極　　　　　　　３０・・・陽極４１．４２・・
・口金　　　　　Ｐ・・・電極間方向５０・・・焼結部
分　　　　　２Ｆ・・胴部２２・・・先端部　　　　　
　２３・・・平坦面８１・・・ショートアーク型高圧水
銀蒸気ランプ８２・・・被照射面　　　　　８３・・・
凹面反射鏡８４・・・開口部　　　　　　８５・・・光
学系８６・・・ンヤッター″　　　８７・・・点灯用電
源８８．８９・・・反射鏡　　　　９０・・・レンズ系
矛１図　　　　　や２図 十３図 八 ＋５図 占、太■時藺　ｆｈｒｌ ＋−４図 −＋６図 ７す、文子時間（ｈ「）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）希ガスとともに水銀が封入された発光管内に陰極
   と陽極とが対向配置されてなり、前記陽極に対して前記
   陰極が上方に位置するよう電極間方向がほぼ垂直な姿勢
   で点灯され、当該陰極を主としてタングステンにより作
   製しかつその先端を除く外表面の少なくとも一部に当該
   タングステンよりも熱放射率の高い粉末を焼結し、定常
   点灯時においては、水銀の蒸気圧と希ガスの圧力の和が
   ８気圧以上でかつ放電電流が２０Ａ以上で点灯されるこ
   とを特徴とするショートアーク型高圧水銀蒸気ランプ。