CN101303958A - 超高压放电灯用电极及超高压放电灯 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种防止因电极封固部分产生的裂痕导致超高压放电灯破损，对耐破损的可靠性高且寿命长的超高压放电灯、及超高压放电灯用电极。超高压放电灯中，相对配置一对电极，在放电容器内封入0.15mg/mm³以上的水银，该电极的端部焊接有埋设于封固部的金属箔，该金属箔与该电极的一部分被封固在玻璃中，其特征为：电极是具有横跨整周相对于灯轴大致轴对称的大径部和连接在该大径部的缩径部，且经由连接该大径部与该缩径部的外表面一体形成的电极，封固在该电极的玻璃中的部分的表面，是沿着该电极的轴向的条纹状部，并横跨与该轴向正交的截面圆周整体形成凹凸部。

Description

超高压放电灯用电极及超高压放电灯

技术领域

本发明涉及一种超高压放电灯用的电极、及使用该电极的超高压放电灯。特别涉及一种广泛作为投影机等的光源使用，在放电空间内部封入水银，点灯时压力非常高的超高压放电灯，其电极构造具有特征的超高压放电灯用电极、及使用该电极的超高压放电灯。

背景技术

近年来，液晶投影机等投射型显示装置被广泛应用。特别希望该投射型显示装置在白天也可应用，或不关室内照明就能应用，且希望配置在该投射型显示装置内的光源本身也会更亮、效率良好。作为此种光源，广泛应用在放电空间内部封入水银，点灯时压力非常高，从而在可视光区具有连续强烈发光的短弧型的超高压放电灯。

这种超高压放电灯存在直流点灯型与交流点灯型，作为直流点灯型的阴极或交流点灯型的电极，广泛应用在由钨材料制成的棒状体的前端插入线圈状部件，利用放电等熔融该前端的熔融电极。可是在该熔融电极中，在制造时熔融该前端部分时，难以制作稳定的形状，于是提出了通过切削加工来提供该电极，有一部分已经实施。作为这种超高压放电灯与该超高压放电灯用电极，例如记载在日本专利3623137号公报中。

本说明书中，图7表示现有的超高压放电灯和配置在该超高压放电灯中的电极。图7是表示现有超高压放电灯51的构成的概略剖面图。该超高压放电灯51具备：由石英玻璃制成的放电容器52、前端相对地配置在该放电容器52内的一对电极53、焊接在该电极53上的金属箔54、和焊接在该金属箔54的另一端的外部引线棒55。还设有将该电极53的一部分、该金属箔54、该外部引线棒55的一部分密封于玻璃中而形成的封固部56。该电极53由钨材料形成，通过切削加工，形成外径较大的该电极53的前端部53a、和连接在该前端部53a上的外径较细的轴部53b。并且，该轴部53b分为突出到该放电容器52内的突出部53d和以卷绕的方式埋设在该封固部56的玻璃材料中的埋入部53c。

切削加工该电极53时，在现有的加工方法中，使用NC车床等，保持棒状的由钨制成的电极材料的一端，一边旋转一边将切削用切片按压在该电极材料的外周表面，使该切削用切片在轴向上移动并切削。在如此加工的该电极上，横跨该电极表面整体形成有大致正交于电极轴向的微小凹凸(切削痕)。

可是，一直以来，该超高压放电灯会在该电极与玻璃紧密接触而形成的封固部中产生裂痕，有些情况下可能会导致该超高压放电灯本身破损的问题。该电极与该玻璃的紧密接触面积愈大，该现象愈显著。这可以认为是由于在该超高压放电灯反复点灯闪烁时，会在该电极的膨胀收缩与紧密接触的玻璃的膨胀收缩之间产生热膨胀系数之差，在该玻璃中产生应力。作为针对此种裂痕的对策，据知有例如日本特开平11-176385号公报等。根据该公报，记载了在电极与玻璃紧密接触而形成的封固部中存在线圈状部件，缩小该电极与玻璃的紧密接触的面积，以缓和发生在与玻璃的界面上的应力，从而防止产生裂痕的技术。但是随着最近的该超高压放电灯本身的高输出化，灯整体暴露在更高温中，裂痕的问题仅以现有技术无法充分解决，会发生该超高压放电灯无法获得可靠性的问题。并且，随着来自市场的要求，作为更高发光效率的灯，在灯的开发朝向更高压力规格进行中，至今为止无需考虑的微细裂痕都会作为引起破损的主要原因而造成问题。并且，由于对耐破损的可靠性不足，因此也产生无法提供长寿命的超高压放电灯的问题。

专利文献1日本专利第3623137号

专利文献2日本特开平11-176385号

发明内容

鉴于这种情况，本发明要解决的课题在于提供一种防止该超高压放电灯因在该电极的封固(埋入)部分产生裂痕引起破损的该超高压放电灯用电极。并且，在于提供一种通过具备该电极，对耐破损的可靠性高、长寿命的超高压放电灯。

本发明的超高压放电灯用电极，其特征为：电极是具有横跨整周相对于灯轴大致轴对称的大径部和连接在该大径部的缩径部，且经由连接该大径部与该缩径部的外表面一体形成的电极，封固在该电极的玻璃中的部分的表面，是沿着该电极的轴向的条纹状部，并横跨与该轴向正交的截面圆周整体形成凹凸。

进而，前述凹凸相对于该电极的直径D，以D/4为基准长度，将每个基准长度的圆周方向的粗糙度曲线的最低谷底至最大山顶的高度设为Ry，将由该粗糙度曲线的山部及谷部的平均高度求得的平均线与该粗糙度曲线交叉的交点间距离即山谷周期的平均值设为Sm时，1.5μm≤Ry≤20.2μm、并且2.7μm≤Sm≤20.5μm。

并且本发明的超高压放电灯，具有上述超高压放电灯用电极，其特征为：沿着该电极轴的条纹状部的方向大致与灯轴方向一致。

进而，一种超高压放电灯，其特征为：一对电极相对配置，在由透光性材料制成的放电容器内，封入0.15mg/mm³以上的水银，该电极的端部上焊接有埋设在形成于该放电容器的两端的封固部的金属箔，该金属箔与该电极的一部分被封固在玻璃中。

发明效果

因根据本发明技术方案1所述的超高压放电灯用电极，沿着该电极的轴向的条纹状部，横跨与该轴向正交的截面圆周整体形成凹凸部，所以能抑制使用该电极制作超高压放电灯时例如由于密封加工时的热引起的膨胀收缩而在与该电极接触的玻璃材料上产生微细的裂痕，防止在利用玻璃材料卷绕地埋设在封固部中的该电极的埋入部上产生裂痕而导致灯的破损。

并且，因为根据技术方案2所述的发明，相对于该凹凸的圆周方向的大小规定在1.5μm≤Ry≤20.2μm、并且2.7μm≤Sm≤20.5μm，所以能适当缓和该电极的表面与玻璃的紧密接触程度，就能确实防止裂痕的产生。进而，因在组装有该电极的该超高压放电灯中，在玻璃与该电极之间并未形成很大的间隙，所以能解决水银进入该间隙，局部性引起点灯之后压力急剧上升，导致该超高压放电灯破损的问题。

进而，根据技术方案3所述的发明，因为沿着该电极轴的条纹状部，横跨在与该轴向正交的截面圆周整体形成的凹凸部与该超高压放电灯的灯轴方向大致一致，所以即使因反复点灯闪烁而产生热的膨胀收缩，也能防止该超高压放电灯因该电极的埋入部分上产生的裂痕在短时间破损。结果，具有能提供对耐破损的可靠性高的超高压放电灯的优点。

附图说明

图1是表示本发明的超高压放电灯的构成的概略图。

图2是表示本发明的超高压放电灯用电极的表面状态的SEM照片。

图3是评价本发明的超高压放电灯用电极的表面状态的示意图。

图4是表示具备本发明的超高压放电灯用电极的灯的破坏发生率的表。

图5是表示本发明的超高压放电灯用电极的表面状态的测定部位的说明图。

图6是表示本发明的超高压放电灯用电极的其他形态的概略图。

图7是表示已知的超高压放电灯的构成的概略图。

具体实施方式

本发明的超高压放电灯用电极在超高压放电灯的封固部形成有至少该电极的一端被埋入玻璃中，且在与该玻璃接触的部分上形成有沿着该电极的轴向的条纹状部，亦即横跨与该轴向正交的截面圆周整体形成凹凸部，所以即使产生因制造时的密封过程、或点灯闪烁的反复进行而导致热膨胀或收缩，都能抑制该电极的埋入部分产生裂痕，且抑制该裂痕导致的该超高压放电灯产生的破损。

实施例1

根据图1说明本发明的第1实施例。图1是表示本发明的超高压放电灯的整体的概略剖面图。该超高压放电灯1是在例如由石英玻璃制成的透光性的放电容器2内，具备相对配置的一对电极3，在该电极3的一个端部3a上焊接由Mo制成的金属箔4，在该金属箔4的另一端焊接有外部引线棒5。在该放电容器2内封入水银、稀有气体和微量的卤素。在本实施例中，使用该放电容器2的最大外径为φ10mm、内容积为65mm³、电极间距离为1.0mm、点灯时的输入为230W的AC点灯型的灯。并且，已封入的水银为0.15mg/mm³，作为稀有气体，封入氩气。该电极3具有相当于相对于灯轴大致轴对称的大径部的前端部3d、和与该前端部3d连接的缩径部即轴部3b，且经由连接该前端部3d与该轴部3b的外表面3f形成一体。轴部3b的直径为φ0.4mm，材料是使用高纯度(5N品)的纯钨材料。在该电极3的轴部3b与该放电容器2的玻璃材料接触的接触部3c的表面上形成有沿着该电极3的轴向的条纹状部，在与该轴向正交的截面圆周上，横跨整周形成有微细的凹凸。

该电极3是例如以NC车床等切削加工φ1.4mm的纯钨棒材之后，将整体利用化学药品蚀刻，全长为7mm，轴部3b的直径为φ0.4mm，前端部3d的直径为φ1.2mm，在前端部3d的端部设有突起部3e。该电极3一般来说保持由棒状的钨材料制成的电极材料的一端，以在长边方向上延伸的电极轴为中心一面使其旋转、一面将切削用切片按压于该电极的外周面上，使该切削用切片移动，由此进行切削加工。在该切削加工后，横跨于该电极表面整体形成有大致正交于电极轴向的微小凹凸状的切削痕。将该切削痕利用化学药品进行充分的蚀刻处理，微小凹凸状的切削痕会消失，出现由棒状的钨材制成的电极材料原本具有的朝着轴向延伸的一次再结晶粒的形状。该一次再结晶粒的形状是沿着该电极3的轴向的条纹状部，横跨与该轴向正交的截面圆周整体，形成微细的凹凸。

该电极3是例如以NC车床等切削加工φ1.4mm的纯钨棒材之后，将整体利用化学药品蚀刻，全长7mm，轴部3b的直径φ0.4mm，前端部3d的直径φ1.2mm，在前端部3d的端部设有突起部3e。该电极3是保持一般以棒状的钨材制成的电极材料的一端，以朝长边方向延伸的电极轴为中心一边使其旋转、一边将切削用切片按压于该电极的外周面，使该切削用切片移动，由此进行切削加工。在该切削加工后，横跨于该电极表面整体形成有略正交于电极轴向的微小凹凸状的切削痕。将该切削痕利用化学药品充分的进行蚀刻处理，微小凹凹状的切削痕会消失，出现以棒状的钨材制成的电极材料原本具有的朝着轴向延伸的一次再结晶粒的形状。该一次再结晶粒的形状是沿着该电极3的轴向的条纹状部，并横跨于正交在该轴向的截面圆周整体，形成微细的凹凸。

在图2中表示比较该电极的切削加工后的表面状态与切削加工后进行了蚀刻处理时的表面状态的SEM(扫描型电子显微镜)照片。这些SEM照片以该照片的横向为电极轴向，放大该电极的表面部分。图2(a)中，在与该电极轴向正交的方向上，形成由车床进行切削加工的切削痕，在沿着该电极的轴向的表面上形成微细的凹凸。图2(b)是该电极的切削加工后，进行了蚀刻处理时的SEM照片，与图2(a)同样地，该照片的横向为电极轴向，放大该电极的表面部分。在蚀刻处理后的该电极上，形成在正交于该电极轴向的方向的切削痕会消失，可以看见横跨整体的沿着该电极轴向的微细条纹状的图案。该微细条纹状的图案表现出由棒状钨材料制成的电极材料原本具有的朝着轴向延伸的一次再结晶粒的形状。该一次再结晶粒的形状是沿着该电极的轴向的条纹状的形状，横跨与该电极轴向正交的截面圆周整体，形成微细的凹凸。

通过本实施例，由于在该电极3的轴部3b与该放电容器2的玻璃材接触的接触部3c的表面，横跨截面圆周整体形成沿着该电极3的轴向的微细凹凸，所以可抑制在制造灯时在构成该放电容器2的玻璃材侧产生裂痕。控制该裂痕的机构，参照如下。在该超高压放电灯的密封过程中，已软化的玻璃会接触到该电极3的表面。此时，如果在该电极3的表面存在着与该电极轴向正交的方向的切削痕，该电极与玻璃就会在玻璃一侧形成对应于该切削痕的复制品的状态下被接合。然后，密封完之后，在冷却时，因玻璃与钨的热膨胀差，一次接合的玻璃会从该表面剥落。此时，形成在热收缩导致的移动量较多的电极侧的切削痕即微细凹凸，会挂在形成在玻璃侧的复制品的微细凹凸上，产生裂痕。但是在本发明中，因沿着该电极3的轴向的微小凹凸是横跨截面圆周整体而形成，所以在密封时，通过玻璃与该电极3紧密接触而得到的玻璃侧的复制品的形状，成为沿着该电极的热膨胀较大的该电极轴的条纹状的形状。并且，即使密封完之后由于热膨胀差该电极3比玻璃大幅地向轴向移动，由于沿着该电极3的轴向的微细凹凸横跨整周形成，所以该电极3会按压并挂在作为复制品而形成在玻璃一侧的凹凸上，不会产生裂痕。

其次，图3表示对形成在该电极上的、沿着该电极的轴向的条纹状的形状，横跨与该电极轴向正交的截面圆周整体的微细凹凸进行评价的指标。该指标援用日本工业规格(JIS B 0601-1994)的规定。在图3(a)中表示在与电极轴向正交的方向上切断该电极的剖面。并且，图3(b)是表示放大该截面的一部分的示意图，表示微细的凹凸的粗糙度曲线。在图3(a)中，该电极的直径为D，以相当于该直径D的1/4长度的圆周方向的长度作为基准长度L来规定。仅切出该基准长度L并放大该电极的圆周部分为图3(b)所示的粗糙度曲线。该粗糙度曲线是在该基准长度L的范围表示该微细凹凸的形状的曲线，在该粗糙度曲线中最突出的山部至最凹陷的谷部的高度方向的距离(该电极截面的径向的距离)定为最大高度Ry。

其次，由基准长度L的范围内的该粗糙度曲线的山部与谷部的平均高度求得的平均线和该平均线与该粗糙度曲线交叉的交点所规定的山谷的周期间隔的平均值即为Sm。对于沿着该电极的轴向的条纹状的形状、即横跨与该电极轴向正交的截面圆周整体的微细凹凸，利用基准长度L、山谷的最大高度Ry、山谷的周期间隔的平均值Sm进行评价。

在图4中表示将上述的山谷的最大最度Ry(μm)、山谷的周期间隔的平均值Sm(μm)的值进行了各种变化的该超高压放电灯用电极组装在该超高压放电灯，进行点灯试验的结果。在此所用的该超高压放电灯的规格，是AC点灯型的灯，点灯电压为350W，在放电容器内封入350mg/cc的水银。并且，使用该超高压放电灯用电极的轴部的直径为φ0.6mm，电极轴截面圆周距离比较长，该电极与玻璃接触的埋入部较大的样品。在图4(a)中表示该Ry与Sm的值和放电灯的破损发生率的关系。

在图4(a)中，制作出Ry的值由0.3至50.2缓缓增加的样品，即样品1至样品21这21种灯。也测定各样品的Sm的值。在此，对于样品3、4、6、13～17，即使灯点灯后，破损发生率亦为0％，判定为OK品(图中的○印记)。其他样品中，有灯破损的情形，判定为NG品(图中的×印记)。再者，破损发生率(％)是制作50根～60根相同条件的灯，通过点灯试验来确认有无破损。

将该图4(a)所示的数据进行座标化，得到图4(c)。图4(c)是在纵轴取Sm(μm)、在横轴取Ry(μm)，绘出各样品的Ry、Sm的值的图。在该图4(c)中，图4(a)的各样品内，破损发生率为0％的样品(样品3、4、6、13～17)为OK品以○印记绘出。进而，后述的图4(b)所示的该超高压放电灯，是破损发生率为0％的样品，在图4(c)中为OK品以▲印记绘出。并且，图4(a)所示的其他样品，为有破损情形的样品，在图4(c)中为NG品以×印记绘出。如同图内以虚线围住的部分所示，在1.5μm≤Ry≤20.2μm、且2.7μm≤Sm≤20.5μm的范围内，破损发生率即为0％。

其次，图4(b)表示改变该高压放电灯的规格时的点灯试验的结果。由样品a至样品d，是输入功率为100W、该电极的芯线径为φ0.3mm、封入放电容器的水银量为250mg/cc的灯。同样地，样品e、样品f的输入功率为230W、该电极的芯线径为φ0.4mm(样品e)及φ0.5mm(样品f)、封入放电容器的水银量为300mg/cc。样品g的输入功率为300W、该电极的芯线径为φ0.5mm、封入放电容器的水银量为320mg/cc。并且，样品h的输入功率为400W、该电极的芯线径为φ0.6mm、封入放电容器的水银量为280mg/cc。并且，样品i、样品j的输入功率为500W、该电极的芯线径为φ0.7mm、封入放电容器的水银量为250mg/cc(样品i)及300mg/cc(样品j)。在这些改变了规格的超高压放电灯中，如果该电极芯线的Ry、Sm的值在一定的范围内的话，在点灯试验中并未破损。该数据由涂黑的三角印记记载在图4(c)的表格中(OK品)。像这样，即使是改变了规格的该超高压放电灯，亦如图4(c)内以虚线围住的部分所示，如果在1.5μm≤Ry≤20.2μm、且2.7μm≤Sm≤20.5μm的范围，破损发生率即为0％。

再者，图4所示的Sm、Ry的测定，具体来说对记载于图5所示的说明图的等分线的部分进行测定。对于将该超高压放电灯1的玻璃埋入部10，即放电空间侧的箔部端部11与该玻璃埋入部10的放电空间侧端部12之间以轴向的距离四等分的假想线即等分线A、B、C，横跨该电极13的整周，以分解能为0.01μm的激光变位计来测定。

在图6中表示该电极的其他实施例。在实施例1中，虽然表示了AC点灯型灯的电极的一例，但在本实施例中，表示DC点灯型的阴极和阳极。在DC灯中，也与AC灯的情况同样地，在该阴极、该阳极的引线部与玻璃接触的部分上设有沿着电极轴向的条纹状的微细凹凸，对于破损具有同样的效果。

图6(a)所示的是表示DC点灯型灯的阴极形状的概略图。在该阴极前端设有直径粗大的大径部21，且设有连接在该大径部21的引线棒部22，该大径部21与该引线棒部22由一根棒状部件利用切削加工制成。并且，在该大径部21上卷绕有线圈23。对该阴极20的整体进行蚀刻处理，由此在该阴极20整体上在该阴极20的轴向上形成条纹状的微细凹凸24。

在图6(b)中表示DC点灯型灯的阳极25的形状。该阳极25也是由一根棒状部件利用切削加工切削而成的，由前端侧的大径部26、和连接在该大径部26的引线棒部27形成。在该阳极25中，该大径部26必须具有足够的热容量，比DC点灯用阴极更大。该阳极25与该阴极的情况相同，整体进行蚀刻处理，由此在该阳极25整体上形成沿着该阳极25的轴向的条纹状的微细凹凸28。

图6(c)是DC点灯用的阳极29。与图6(b)的情况相同，由一根棒状部件利用切削加工切削而成的。可是，蚀刻的范围仅在密封加工后与玻璃30接触的引线棒部31的端部32附近。在该端部32，通过蚀刻处理，形成沿着该阳极29的轴向的条纹状的微细凹凸33。

并且，在本实施例中，作为制作沿着该电极的轴向的条纹状的微细凹凸的方法，示出了使用蚀刻，但也可采用其他的方法。例如可通过电解研磨或激光加工，甚至利用高精度铣刀的铣刀加工等进行加工。

Claims (4)

1.一种超高压放电灯用电极，其特征为：

电极是具有横跨整周相对于灯轴大致轴对称的大径部和连接在该大径部的缩径部，且经由连接该大径部与该缩径部的外表面一体形成的电极，

封固在该电极的玻璃中的部分的表面，是沿着该电极的轴向的条纹状部，并横跨与该轴向正交的截面圆周整体形成凹凸。

2.如权利要求1所述的超高压放电灯用电极，其中，

前述凹凸相对于该电极的直径D，以D/4为基准长度，

将每个基准长度的圆周方向的粗糙度曲线的最低谷底至最大山顶的高度设为Ry，将由该粗糙度曲线的山部及谷部的平均高度求得的平均线与该粗糙度曲线交叉的交点间距离即山谷周期的平均值设为Sm时，

1.5μm≤Ry≤20.2μm、并且

2.7μm≤Sm≤20.5μm。

3.一种超高压放电灯，具有权利要求1所述的电极，其特征为：

沿着该电极轴的条纹状部的方向与灯轴方向大致一致。

4.一种超高压放电灯，具有权利要求1所述的电极，其特征为：

一对电极相对配置，在由透光性材料制成的放电容器内，封入0.15mg/mm³以上的水银，该电极的端部上焊接有埋设在形成于该放电容器的两端的封固部中的金属箔，该金属箔与该电极的一部分被封固在玻璃中。

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