CN101047105B

CN101047105B - 高压放电灯

Info

Publication number: CN101047105B
Application number: CN2007100856303A
Authority: CN
Inventors: 森本俊一; 稻冈数浩; 菊池康郎
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: CN101047105A; JP2007265883A; DE102007013583A1; DE102007013583B4; JP4725389B2; US7586263B2; US20070228982A1

Abstract

本发明提供一种高压放电灯，在灯点灯后，能够长时间稳定地向阴极前端供给钍(Th)，能够长时间抑制闪烁现象的产生，使用寿命长。本发明的高压放电灯中，阳极(14)和阴极(13)在灯泡内相对配置，阴极(13)是含有氧化钍的钨，除去阳极(14)侧的前端的表面上形成有碳化钨构成的碳化层(A)，在阴极(13)上，含有氧化钍的钨构成的电子放射物质载体(17)与阴极抵接配置，电子放射物质载体(17)在至少与阴极(13)抵接的抵接区域中形成有碳化钨构成的碳化层(A)。

Description

高压放电灯

技术领域

本发明涉及一种高压放电灯，该高压放电灯例如在利用DLP(注册商标，Digital Light Processing：数字光处理)技术的放映机等中作为光源使用，将氙气封入作为所使用的发光物质。

背景技术

以往，作为高压放电灯公知的有例如图8所示的结构。

该高压放电灯10由石英玻璃制的、发光管11和封闭管12所构成的灯泡以及在发光管11内部相对设置的阴极19和阳极14构成。

并且，分别支撑阴极19和阳极14的钨制的电极棒191、141插通保持在固定配置在封闭管12内的、且在其内部具有沿轴方向延伸的通孔的圆筒状石英玻璃构成的保持用筒体16，并且利用阶梯玻璃15封在封闭管12中。该电极棒191、141从灯泡的外端部向外方突出延伸，兼用作分别向阴极19和阳极14供给电力的外部导线棒。

并且，在发光管11内封入有氙气。

在具有以上构成的高压放电灯10中，阴极19如图9所示，由圆柱状的腰部192，以及在该腰部192的一端一体设置的、沿着阴极轴L向着前方(图中左方)逐渐直径变小、其前端形成圆形的平坦的前端面193的圆锥台形状的锥形部194构成。

并且，在这种放电灯中，为了长时间得到稳定的放射光，需要使电极间产生的电弧放电长时间稳定，阴极19使用掺杂有氧化钍(ThO₂)构成的电子放射性物质的敷钍钨(トリエ一テツドタングステン)，在前端侧区域196以外的区域即基端侧区域195的表面上形成碳化钨(W₂C)构成的碳化层A。

在特开平10-283921号公报中记载了这种技术。

另外，图9是阴极的平面图，为了表示方便，碳化层A用虚线表示。

在该碳化层A，在电弧放电动作中，碳化钨捕捉氧化钍(ThO₂)中的氧，高效地将钍(Th)供给到阴极19的前端面193上。该钍供给现象最适宜在碳化钨(W₂C)构成的碳化层A为1400℃～1800℃的温度下产生，如果利用化学式表示该钍供给现象，则为如下(式1)、(式2)。

ThO₂+W₂C→Th+2W+CO₂……(式1)

ThO₂+2W₂C→Th+4W+2CO₂……(式2)

如果进一步详细说明钍供给现象，则形成在阴极表面上的碳化层不仅在阴极的表面上，而且渗透到从阴极的表面约100μm的内部。

即，上述式1、式2的反应不仅在阴极表面发生，在阴极的内部也会发生，在阴极内部产生的钍(Th)包括通过钨的结晶粒径边界从阴极表面析出的部分和一边通过钨的结晶粒径边界，一边在阴极内部移动，从阴极19的前端面193析出的部分。

其结果是，在灯点灯后，能够长时间地、切实地将钍(Th)高效地供给到阴极19的前端面193，能够长时间得到稳定的放射光。

另外，直到阴极19的前端侧区域196设置碳化层时，前端侧区域196变为大约2900℃，会产生碳化钨(W₂C)熔融，阴极前端在早期磨损，使用寿命缩短的问题，或者发光管发黑，在早期放射光的强度降低的问题，因此，阴极19的前端侧区域196是不设置碳化层的构造。

另外，钍供给现象最适合在碳化层为1400℃～1800℃的温度下产生，设在阴极上的碳化层为了切实地变为1400℃～1800℃，如图10所示，提出了一种阴极，在阴极表面上形成与轴L垂直的垂直面197，向该垂直面197照射来自电弧的光，使垂直面197上形成的碳化层A切实地处于1400℃～1800℃的范围内，能够进一步有效进行钍供给现象。

在特开2005-142071号中记载了这种技术。

另外，图10是阴极的平面图，为了表示方便，将碳化层A用虚线表示。

专利文件1特开平10-283921号

专利文件2特开2005-142071号

但是，最近在利用DLP(注册商标)技术的放映机领域，高亮度、点光源的灯的要求逐渐变高，在增加氙气的封入量和提高灯的动作压力的同时，缩短电极间距离的放电灯正逐渐被开发。

在这种放电灯中，阳极的温度变为比至今的温度高的高温，受到阳极的辐射热的影响，阴极的温度有上升的倾向。

其结果是，阴极中含有的钍(Th)在早期被还原，在短时间内枯竭。

并且，阴极前端部分变为高温状态，因此阴极前端部的结晶粒径变大，阴极内部的钍(Th)由于结晶粒而被阻碍前进，无法向阴极前端供给钍(Th)。

即，灯点灯后，短时间内无法向阴极前端供给钍(Th)，产生发生闪烁现象，在荧幕上影像闪烁的问题。

发明内容

本发明正是鉴于以上问题而产生的，提供一种高压放电灯，在灯点灯后，能够长时间稳定地向阴极前端供给钍(Th)，能够长时间抑制闪烁现象的产生，使用寿命较长。

技术方案1所述的高压放电灯，阳极和阴极在灯泡内相对配置，其特征在于，所述阴极是含有氧化钍的钨，除去前端的表面上形成有碳化钨构成的碳化层，在所述阴极上，含有氧化钍的钨构成的电子放射物质载体与所述阴极抵接配置，所述电子放射物质载体在至少与阴极抵接的抵接区域中形成有碳化钨构成的碳化层。

技术方案2所述的高压放电灯，是技术方案1所述的高压放电灯，尤其是，其特征在于，所述电子放射物质载体为块状体，形成有贯穿该电子放射物质载体的通孔，所述阴极嵌合在所述电子放射物质载体的通孔内，所述电子放射物质载体由所述阴极保持。

技术方案3所述的高压放电灯，是技术方案1所述的高压放电灯，尤其是，其特征在于，所述电子放射物质载体为线状体，所述电子放射物质载体卷绕所述阴极地被保持。

发明效果

根据本发明的放电灯，从保持在阴极上的电子放射物质载体向阴极表面供给作为电子放射物质的钍(Th)，因此能够长时间稳定地向阴极前端供给钍(Th)，能够成为长时间抑制闪烁现象产生的长使用寿命的放电灯。

附图说明

图1是本发明的高压放电灯的说明图。

图2是本发明的高压放电灯的阴极的说明图。

图3是本发明的高压放电灯的阴极保持的电子放射物质载体的说明图。

图4是本发明的保持电子放射物质载体的高压放电灯的阴极的说明图。

图5是表示本发明的高压放电灯的阴极的钍(Th)的移动的示意图。

图6是本发明的其他的保持电子放射物质载体的高压放电灯的阴极的说明图。

图7是检查闪烁产生情况的实验结果的数据说明图。

图8是以往的高压放电灯的说明图。

图9是以往的高压放电灯的阴极的说明图。

图10是以往的高压放电灯的阴极的说明图。

具体实施方式

利用图1对本发明的高压放电灯进行说明。

高压放电灯10包括：石英玻璃制的、由发光管11以及封闭管12构成的灯泡；以及在发光管11的内部相对设置的阴极13和阳极14。

阴极13和阳极14由钨制的电极棒131、141支撑，该电极棒131、141插通保持在在封闭管12的内部具有沿轴方向延伸的通孔的圆筒状石英玻璃构成的保持用筒体16，并且利用阶梯玻璃15封在封闭管12中。

该电极棒131、141从灯泡的外端部向外方突出延伸，兼用作分别向阴极13和阳极14供给电力的外部导线棒。

并且，在发光管11内封入有氙气。

阴极13是掺杂有氧化钍(ThO₂)构成的电子放射性物质的敷钍钨，是由98％的钨(W)和2％的氧化钍(ThO₂)烧结的电极。

阳极14是由不含氧化钍(ThO₂)的钨构成的。

图2是阴极的放大平面图。

阴极13由圆柱状的腰部132；在该腰部132的一端侧一体设置的圆柱状的小径腰部133；以及沿着电极轴L向着前方(图中左方)逐渐直径变小，其前端部形成圆形的平坦的前端面134的作为阳极侧的前端侧的圆锥台形状的锥形部135构成。

并且，在阴极13的小径腰部133的表面形成有碳化钨(W₂C)构成的碳化层A。

该碳化层A通过在小径腰部133的表面涂布碳粉末的分散液，在真空中进行热处理而得到。

其结果是，该碳化层A有时不仅在小径腰部133的表面，甚至浸碳至从表面100μm的内部。

图3是仅取出电子放电物质载体的透视图。

电子放射物质载体17是中心有通孔171的圆盘状的块状体，与阴极13同样地，是掺杂有由氧化钍(ThO₂)构成的电子放射性物质的敷钍钨，是由98％的钨(W)和2％的氧化钍(ThO₂)构成的烧结体。

并且，电子放射物质载体17在包括通孔171的内表面在内的全表面上形成由碳化钨(W₂C)构成的碳化层A。

该碳化层A与阴极的碳化层同样地，将碳粉末的分散液涂布在电子放射物质载体17的表面，在真空中通过热处理得到的碳化层。

其结果是，该碳化层A不仅在通孔171的内表面，还浸碳到从表面约100μm的内部。

图4是将电子放射物质载体安装到阴极上的截面图。

电子放射物质载体17的通孔171上嵌合有阴极13的小径腰部133，阴极13上保持有电子放射物质载体17。

并且，形成有碳化层A的阴极13的小径腰部133的外表面和形成有碳化层A的电子放射物质载体17的通孔171的内周面变为抵接状态。

即，电子放射物质载体17与阴极13抵接的抵接区域为电子放射物质载体17的通孔171的内周面。

另外，在图4中，夸张表现了电子放射物质载体17的通孔171的内周面和小径腰部133之间的间隙，但实际上，电子放射物质载体17的通孔171的内周面与小径腰部133的外周面抵接。

并且，根据需要，在小径腰部133上在比电子放射物质载体17更靠阳极侧卷绕固定有由高熔点金属构成的金属线，例如钼线W，以使电子放射物质载体17不会从阴极13的小径腰部133脱落，通过该钼线W，电子放射物质载体17不会从阴极13脱落。

图5是表示本发明的高压放电灯的阴极的钍(Th)的移动的示意图。另外，钍(Th)的移动如箭头示意所示。

阴极13的小径腰部133上形成有碳化层A，在小径腰部133的表面以及从表面约100μm的内部中存在碳。

灯点灯过程中，小径腰部133的温度达到1400℃～1800℃时，如上式1和式2所示，碳化钨(W₂C)捕捉氧化钍(ThO₂)中的氧，由此生成钍(Th)。

并且，阴极13的表面及内部生成的钍(Th)通过晶界扩散，通过钨的结晶粒径边界从阴极13的表面析出，阴极的前端部为高温，因此产生表面扩散，即，沿着小径腰部133的表面移动，进而沿着锥形部135的表面移动，供给到阴极13的前端面134。

进而，在阴极13内部生成的钍(Th)的一部分一边通过钨的结晶粒径边界，一边在阴极13内部移动，供给到阴极13的前端面。

进而，在电子放射物质载体17与阴极13抵接的靠近部分，即从电子放射物质载体17的表面以及从表面约100μm的内部由于来自阴极的热，变为与阴极大致相同的温度，即，变为1400℃～1800℃。

其结果是，电子放射物质载体17上形成有碳化层A，存在于电子放射物质载体17与阴极13抵接的通孔171的内表面上以及从内表面约100μm的内部中存在的碳捕捉氧化钍(ThO₂)中的氧，在电子放射物质载体17上也生成钍(Th)。

并且，电子放射物质载体17的通孔171的内表面析出的钍(Th)被供给到阴极13的小径腰部133的表面，该钍(Th)在小径腰部133的表面移动，沿着锥形部135的表面移动，被供给到阴极13的前端面。

其结果是，从电子放射物质载体17也能向阴极13供给钍(Th)，灯点灯后，能够长时间稳定地向阴极前端供给钍(Th)，能够长时间抑制钍(Th)原子的枯竭引起的闪烁现象的产生。

并且，即使点灯后，阴极13的前端变为高温，阴极13的前端的结晶粒子变大，在阴极13内部生成的钍(Th)无法通过结晶粒径边界在阴极内部移动，也能够从电子放射物质载体17向阴极13的表面供给钍(Th)，能够切实且稳定地向阴极13的前端面134供给钍(Th)，灯点灯后，能够长时间稳定地向阴极前端供给钍(Th)，能够长时间抑制闪烁现象的产生。

图6是阴极上安装有其他例子的电子放射物质载体的说明图。

电子放射物质载体18是直径为6～12mm的线状体，是掺杂有由氧化钍(ThO₂)构成的电子放射性物质的敷钍钨线，是由98％的钨(W)和2％的氧化钍(ThO₂)构成的。

并且，在线状的电子放射物质载体18的表面形成有碳化钨(W₂C)构成的碳化层A。

该碳化层A是在电子放射物质载体187的表面上涂布碳粉末的分散液，在真空状态下进行加热处理而得到的。

另外，在图6中夸张表现了电子放射物质载体18的碳化层A的尺寸，并且，小径腰部133的碳化层A为了表示方便而用虚线表示。

该电子放射物质载体18在预先在表面上形成碳化层A的状态下，紧密地缠绕在形成有碳化层A的阴极13的小径腰部133上，保持在阴极13上。

在该阴极13上，在阴极13的小径腰部133上形成有碳化层A，在小径腰部133的表面以及从表面约100μm的内部存在碳。

灯点灯过程中，小径腰部133的温度达到1400℃～1800℃时，如上述式1和式2所示，通过碳化钨(W₂C)捕捉氧化钍(ThO₂)中的氧，生成钍(Th)。

并且，在阴极13表面和内部生成的钍(Th)通过晶界扩散，通过钨的结晶粒径边界，在阴极13的表面析出，阴极的前端部为高温，因此产生表面扩散，即沿着小径腰部133的表面移动，进而沿着锥形部135的表面移动，供给到阴极13的前端面134。

进而，电子放射物质载体18由于来自阴极的热，变成与阴极大致相同的温度，即变为1400℃～1800℃。

其结果是，电子放射物质载体18与阴极13抵接的表面以及从表面约100μm的内部存在的碳捕捉氧化钍(ThO₂)中的氧吸引，在电子放射物质载体18上也生成钍(Th)。

并且，电子放射物质载体18的表面析出的钍(Th)被供给到阴极13的小径腰部133的表面，该钍(Th)在小径腰部133的表面移动，沿着锥形部135的表面移动，被供给到阴极13的前端面134。

其结果是，从电子放射物质载体18也能向阴极13供给钍(Th)，灯点灯后，能够长时间稳定地向阴极前端供给钍(Th)，能够长时间抑制钍(Th)原子的枯竭引起的闪烁现象的产生。

另外，上述高压放电灯以将氙气作为发光物质封入的高压放电灯进行了说明，但将水银作为发光物质封入的高压放电灯中也可以应用本申请。

接着，对于图1和图4所示的利用具有电子放电物质载体的阴极的高压放电灯，进行调查闪烁发生情况的实验。

闪烁在点灯时的电压振幅超过1V时，荧幕上的影像的闪烁变得显著。因此，在电压振幅宽度超过1V的时刻，荧幕上的影像的闪烁成为问题，定义成闪烁决定的灯寿命。

在该实验中使用的高压放电灯是额定24V、78A、2kW的情况下点灯的灯，作为比较灯，将使用除了未安装电子放射物质载体的图9的阴极以外其他规格相同的灯作为比较灯，进行实验。

其结果如图7所示。

图7的横轴表示点灯时间(时间)，纵轴表示电压振幅宽(V)，图表A是本发明的高压放电灯的数据，图表B是比较灯的数据。

由图7可知，在比较灯中，点灯后经过900小时的阶段，电压振幅宽度变为1V以上，荧幕上的图像的闪烁变得明显，达到了灯的寿命。

另一方面，在本发明的高压放电灯中，点灯后经过1100小时后电压振幅宽度才达到1V以上，荧幕上的影像的闪烁变得明显，达到灯的寿命。即，闪烁决定的灯寿命延迟了200小时。

由该结果可知，本发明的高压放电灯在灯点灯后能够长时间稳定地向阴极前端供给钍(Th)，成为能够长时间抑制闪烁现象的产生的长寿命灯。

Claims

1.一种高压放电灯，阳极和阴极在灯泡内相对配置，其特征在于，

所述阴极是含有氧化钍的钨，除去阳极侧的前端的表面上形成有碳化钨构成的碳化层，

在所述阴极上，含有氧化钍的钨构成的电子放射物质载体与所述阴极上所形成的碳化层抵接配置，

所述电子放射物质载体在至少与阴极上所形成的碳化层抵接的抵接区域中形成有由碳化钨构成的碳化层。

2.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，

所述电子放射物质载体为块状体，形成有贯穿该电子放射物质载体的通孔，

所述阴极嵌合在所述电子放射物质载体的通孔内，所述电子放射物质载体由所述阴极保持。

3.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，

所述电子放射物质载体为线状体，所述电子放射物质载体卷绕所述阴极地被保持。