CN100511573C - 高压放电灯 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高压放电灯，即使对于通常的使用状态，在阴极的圆锥状部分的表面区域，也可以达到高的钍的利用率，具有长的工作寿命。本发明的高压放电灯，在真空管设置有阳极及阴极，其特征在于：上述阴极，具有主干部分和涂布二氧化钍(ThO2)而成的圆锥状部分；上述圆锥状部分，由形成有碳化钨层的圆锥基部和从此圆锥基部向前方延伸的圆锥顶端部构成；圆锥基部，形成有对着放电电弧的感光面部分。在上述中，优选圆锥基部具有阶梯状的外周面，在此阶梯的台阶面上，形成在上述主干部分的轴的垂直方向上延伸的感光面部分。

Description

高压放电灯
技术领域
本发明涉及一种高压放电灯，例如对于利用DLP(注册商标)(Digital Light Processing：数字光处理)技术的放映机等，作为光源而使用的氙气灯，例如作为半导体曝光装置、液晶曝光装置或者印刷电路板曝光装置等的光源而使用的高压水银灯等。
背景技术
以往，作为高压放电灯，例如如图3所示的结构的装置已被公知。此高压放电高灯10，由石英玻璃制的，发光管部11以及密封管部12构成的真空管，和在发光管部11的内部相对而设置的阴极13以及阳极14构成。
并且，将分别支持阴极13和阳极14的钨制的电极棒131、141插通并保持在被固定配置在密封管部12内的，在其内部具有沿轴方向延伸的贯通孔的，由石英玻璃构成的保持用筒体16的同时，其通过对开接合玻璃15被密封管部12密封。此电极棒131、141从真空管的外端部向外方突出延伸，兼做分别向阴极13及阳极14供电的外部导引棒。
在具有以上构成的高压放电灯10中，阴极13，如图4所示，由圆柱状的主干部分132，和在此主干部分132的一端一体地设置的，沿着此主干部分132的轴L边向前方(图中的左方)，半径边逐渐地变小，在其顶端形成圆形的平坦的顶端面133的圆台形状的圆锥状部分134构成，此圆锥状部分134，由将二氧化钍(ThO2)构成的电子发射物质涂布于钨构成的高熔点金属上的而得到的镀钍钨形成。
在这里，阳极14由纯钨形成。
根据这样的阴极13，在其圆锥状部分134中，由于被涂布的二氧化钍被钨还原而成生的钍起着发射极作用，可稳定的放出电子，其结果，容易形成放电电弧。
然而，为了通过钨还原此二氧化钍，需要大约2500℃以上非常高的温度，并且，在通常的使用状态下，在与圆锥状部分134的放电电弧接近的顶端侧区域136以外的区域，即根基侧区域135，要得到这样的高温状态很困难。其结果，在此根基侧区域135，二氧化钍的基于钨的还原反应不进行，因而，不能使起发射极作用的钍有效地生成。
如上，在圆锥状部分134的表面，由于向钍还原的二氧化钍相对被涂布二氧化钍的总量的比例，即二氧化钍的还原率低，不能以高的利用效率利用二氧化钍，因而，实际上有助于放电电弧形成的钍的绝对量变少，其结果，存在高压放电灯10不能有很长的使用工作寿命的问题。
应对以上问题，以下的方案被提出(例如参照专利文献1)：在圆锥状部分134上，对根基侧区域135的表面进行碳化处理，在此根基侧区域135形成由碳化钨(W2C)层构成的表面层。
根据这样的构成，由于碳化钨可以在1800℃以上的较低温度范围还原二氧化钍，即使在通常的使用状态，在阴极13的圆锥形部分134的表面的宽广区域也可以实现二氧化钍还原所必需的温度，由此，二氧化钍还原率提高，由于实际上大量的钍有助于放电电弧的形成，因而可达到高压放电灯10的长寿命化。
专利文献：特开2000-21349号公报
然而，明确存在有以下问题：即使在其表面形成碳化钨层的圆锥状部分134上，在通常的使用状态下，在根基侧区域135也存在不能达到足够高的温度的区域，不能实现充分高的二氧化钍的还原率，因此，此高压放电灯10不能达到所期望的工作寿命。
发明内容
本发明是根据这样的情况而做出的，其目的在于，即使在通常的使用状态下，在阴极的圆锥状部分的表面区域，也可以达到高的二氧化钍还原率，提供具有长的工作寿命的高压放电灯。
本发明的高压放电灯，在真空管内设置有相互对着的阳极和阴极，其特征在于：所述阴极，具有圆柱状的主干部分和圆锥状部分，圆锥状部分具有沿着从此主干部分的一端边向前方，半径边缩小而形成的假想圆锥体的外周面的形状，被涂布二氧化钍(ThO2)；
所述圆锥状部分，由与所述主干部分相连的形成有碳化钨构成的表面层的圆锥基部，和从此圆锥基部向前方延伸的圆锥顶端部构成；
圆锥基部，形成有感光面部分，感光面部分，相对于所述主干部分的轴，以大于所述假想圆锥体的倾斜角θ1的角度站立，对着与所述阳极之间形成的放电电弧。
在上述中，优选圆锥基部具有阶梯状的外周面，通过此阶梯的台阶面形成相对于上述主干部分的轴垂直方向上延伸的感光面部分。
根据本发明的高压放电灯，阴极的圆锥状部分的圆锥基部，具有以大于所述圆锥状部分的倾斜角θ1的角度θ2站立，对着放电电弧，接受来自此放电电弧的辐射光的感光面部分，此感光面部分接受来自放电电弧的辐射热的结果，此圆锥基部的温度变高，其结果，圆锥状部分在整体上确实地实现高的二氧化钍还原率，因此，预期的量的钍可利用于放电电弧的稳定形成，其结果，对于高压放电灯，可确实地得到期望的长的工作寿命。
附图说明
图1是表示本发明的高压放电灯的阴极的一例的结构的说明用侧面图。
图2是表示本发明的高压放电灯的阴极的其他例的结构的说明用侧面图。
图3是以沿管轴的截面表示高压放电灯的一例的结构的说明用侧面图。
图4是表示以往的高压放电灯的阴极的一例的结构的说明用侧面图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细地说明。
图1是表示本发明的高压放电灯的阴极的一例的结构的说明用侧面图。
本发明的高压放电灯，具有有着如图1所示构成的阴极20，除此以外，例如也可以是具有和图3所示的高压放电灯10同样结构的高压放电灯，在这里，作为本发明的高压放电灯，代替图3所示的构成，也可以是具有使用金属箔的密封构造的结构的高压放电灯(未图示)。
在图1中，阴极20，由圆柱状的主干部分21，和圆锥状部分22一体地构成。圆锥状部分22，具有沿着从此主干部分21的一端边向着其轴L的方向的前方(图中的左方)，半径逐渐地缩小，具有倾斜角θ1的假想圆锥体C的外周面的形状。
并且，圆锥状部分22，由圆锥基部221和圆锥顶端部222构成。圆锥基部221，由以相对轴L的角度θ2为90°的状态站立，对着前方的圆形带状的台阶面S1，和从此台阶面S1的一边向前方，与轴L平行地延伸，形成圆柱外周面的台阶侧周面S2构成，为此台阶面S1和台阶侧周面S2形成的环状的角缘部在上述假想圆锥体C的外周面上沿着圆周方向延伸而形成的阶梯状，例如具有从上述主干部分21的一端开始，边向前方，4个台阶面S1和顺次变得小径的4个台阶侧周面S2边交错地构成的阶梯状的外周面。圆锥顶端部222，具有从此圆锥基部221再向前延伸的，沿着上述假想圆锥体C的外周面的外周面。
并且，由上述的台阶面S1形成对着放电电弧的感光面部分a。在这里，此台阶面S1，其径方向上的宽度t为0.1mm～1mm。
在上述中，假想圆锥体C的倾斜角θ1，是指此假想圆锥体C外周面的以上述轴L为基准时的倾斜角度，即，如图1所示，是指在圆锥顶端部222的其外周面和轴L之间形成的角度。
另外，感光面部分的站立角度θ2，是指形成感光面部分的面的相对轴L的角度，即，如图1所示，是指在形成感光面部分的台阶面S1的延长面和轴L之间形成的角度。
主干部分21以及圆锥状部分22，由涂布了电子发射性物质的高熔点金属形成的，具体的，是由镀钍钨构成的，镀钍钨，是将由二氧化钍构成的电子发射性物质涂布于由钨构成的高熔点金属上而得到的。
在这里，优选形成阴极的镀钍钨中的二氧化钍的含有比例为1～4质量％。
另外，在圆锥基部221，形成由经碳化处理形成的碳化钨层构成的表面层，此圆锥基部221的表面层的碳化钨层，在1800℃以上比较低的温度区域，还原二氧化钍。
以上的阴极20的整体形状，由例如作为光源装置使用时组装入的反射镜的形状、作为高压放电灯而被要求的寿命、输入电流值等的种种的条件而决定。具体的，倾斜角θ11例如为30～60°，主干部分21的直径例如为4～12mm，顶端面223的直径例如为0.2～0.6mm。
此外，在由真空管限定的放电空间的内部，例如在0.01～1Mpa的范围内密封入氩气、氙气、等的稀有气体，或者，和这些的稀有气体一起，例如在1～100mg/cm3的范围内密封入水银。
在放电空间的内部封入水银的情况下，不是图3所示的构成，而是使用其构成具有采用金属箔的密封结构的高压放电灯。
根据本发明的高压放电灯，阴极的圆锥基部，由于具有以大于此阴极的假想圆锥体的倾斜角的角度站立，对着放电电弧的感光面部分，此感光面部分接受来自放电电弧的辐射光的结果，此圆锥基部的温度达到比没有这样的感光面部分的高压放电灯的温度高的温度，其结果，确实地实现了用于基于碳化钨的二氧化钍的还原的足够高的温度。因此，可以以高的利用效率，将在圆锥状部分表面以二氧化钍形式存在的钍利用于稳定的放电电弧的形成。其结果，确实地实现与被涂布的二氧化钍的量对应的期望的长的使用工作寿命。
在上述中，由于形成感光面部分的台阶面S1具有0.1mm以上的宽度t，对此感光面部分可确保足够大的面积，接受足够量的辐射热，其结果，充分并确实地实现基于碳化钨的二氧化钍还原所必需的高的温度。
以上，对本发明的实施的方式进行了具体的说明，然而本发明并不限定子上述方式，可以加以种种的变更。
例如，本发明的高压放电灯，也可以是具有如图2所示的结构的阴极30的装置。此阴极30，在其外周面上，具有由数条在各自圆周方向上延伸的，与延伸方向垂直的截面为圆弧状的环状的沟，平行于轴L方向排列而形成的圆锥基部31。并且，在圆锥基部31，由作为此沟的内壁面的站立部分的，对着放电电弧的面部分a形成感光面部分。
在上述中，阴极的圆锥基部，也可以对其表面实施磨毛(frost)加工处理。被实施这样的磨毛加工处理的结构的圆锥基部，由于其表面积大，可以涂布大量的二氧化钍，并且，通过确实地实现二氧化钍的还原所必需的温度，对此大量的二氧化钍，达到高的利用效率，因而，可利用于放电电弧的形成的钍是大量的，其结果，对于高压放电灯，可以达到其长寿命化。
对比例：制造具有如图3所示的结构的，在石英玻璃制的真空管的内部空间中填充氙气，输出功率为2kW，工作压强为8MPa的氙气灯。其氙气灯的阴极，是图4所示的构造的装置，其材质，是以2重量％的比例被涂布二氧化钍的钨，阴极的顶端面的直径为0.4mm，圆锥顶端部的倾斜角θ1为40°，主干部分的直径为6mm。
对得到的氙气灯测量工作寿命，其工作寿命为1150小时。
除了阴极使用如图1所示的构造的装置，制出和上述对比例相同的氙气灯。
在此氙气灯中，圆锥基部221的阶梯上部分的台阶面S1的径方向的宽度t为0.2mm，在轴L方向上延伸的台阶侧周面的宽度为1.0mm，其体积和上述对比例的阴极几乎没有改变。
对得到的氙气灯测量工作寿命的结果，其工作寿命为1350小时。
以上的的结果，根据本发明的高压放电灯，可大幅地得到长的工作时间。

Claims (1)

1、一种高压放电灯，在真空管内设置有相互对看的阳极和阴极，其特征在于：
所述阴极，具有圆柱状的主干部分和圆锥状部分，圆锥状部分具有沿着从此主干部分的一端向前方，半径缩小而形成的假想圆锥体的外周面的形状，且被涂布二氧化钍(ThO2)；
所述圆锥状部分，由与所述主干部分相连的形成有碳化钨构成的表面层的圆锥基部，和从此圆锥基部向前方延伸的圆锥顶端部构成；
圆锥基部形成有感光面部分，感光面部分，相对于所述主干部分的轴，以大于所述假想圆锥体的倾斜角θ1的角度站立，对着与所述阳极之间形成的放电电弧，
圆锥基部具有阶梯状的外周面，由此阶梯状的台阶面形成相对于所述主干部分的轴垂直的方向上延伸的感光面部分。
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