CN101414540A - 超高压放电灯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超高压放电灯，能够不发生超高压放电灯本身的破裂或电极的弯曲(变形)，长期得到预期的性能。该超高压放电灯具有发光管，所述发光管包括发光部和封闭部，所述发光部的内部相对地配置有一对电极并且封入有0.15mg/mm3以上的汞，所述封闭部分别与所述发光部的两端连续并且沿着管轴延伸，每个电极具有沿着管轴延伸的电极轴部，所述电极轴部的基端侧部分与在所述封闭部内沿着管轴延伸而密封埋设的金属箔连接，所述超高压放电灯的特征在于，至少一侧电极的电极轴部至少在从封闭部到发光部的边界部分中发光管的最小内径部所对应的部分具有梯形部分，所述梯形部分朝着轴方向外侧而外径变大。
Description
技术领域
本发明涉及一种超高压放电灯，该超高压放电灯被使用于例如使用液晶显示装置或DMD(数字微镜晶片：注册商标)的DLP(数字光处理：注册商标)等投影装置中，特别是涉及在发光管内封入0.15mg/mm3以上的汞而形成的、在点灯时汞气压达到150气压以上的超高压放电灯。
背景技术
一直以来，例如使用液晶投影机或DMD的DLP等所代表的投射型投影装置中，由于在发光管内封入汞或金属卤化物的卤化金属灯作为光源对矩形屏幕也能够均匀且以充分的色彩照明图像，因此被广为利用。
近年来，由于对这种投影装置所使用的光源要求更加小型化、点光源化，因此使用点灯时的汞气压例如达到150气压以上的超高压放电灯来替代卤化金属灯成为主流。
如果使用这样的超高压汞灯作为光源的话，由于通过极其高的汞气压能够抑制放电电弧的扩散，所以能更加提高光输出。
这种超高压放电灯具有例如石英玻璃制的发光管，该发光管包括内部具有密封空间的球状的发光部、及从该发光部的两端连续并分别沿着管轴延伸的杆状的封闭部，在发光部内部相对地配置有例如钨构成的一对电极，每个电极分别通过沿着管轴延伸且密封地埋设在每个封闭部中的金属箔与外部导线电连接，该外部导线被设置为从封闭部的外端面向外方突出延伸。
而且，被用作例如投影机的光源的超高压放电灯，由于被反复点灯、熄灭，因此，点灯时及熄灭时容易产生因电极材料和发光材料之间的热膨胀率差所引起的对封闭部的应力，从而降低超高压放电灯的耐压性。
对于这种问题，提出了用于提高超高压放电灯的耐压性的种种对策，具体的说，提出了以下结构的超高压放电灯，如图8所示，为了缓和因电极材料的膨胀、收缩所引起的发光管42的构成材料例如石英玻璃的应力，在埋设于封闭部43中的电极40的杆状电极部分缠上线圈材料41(参照专利文献1)。
这种结构的超高压放电灯，因为是电极材料和石英玻璃之间没有直接紧贴的结构，所以能够缓和点灯时及熄灭时的电极40的膨胀、收缩所引起的应力。
另外，作为缓和因电极的膨胀、收缩而产生在发光管材料上的应力的技术，提出了以下结构的超高压放电灯，如图9所示，作为电极45，具有从保持电弧放电的前端部侧朝着接合金属箔48的后端部侧方向直径逐渐减小的梯形部46，该梯形部46位于从封闭部52到发光部51的边界部分中发光管50的最小内径部P所对应的位置上，并且以在梯形部46和玻璃材料之间形成较大缝隙的状态配置，从而即使产生点灯时及熄灭时的电极45的膨胀、收缩，也防止了由于电极45接触到发光管50内表面而在发光管50(封闭部52)产生应力(参照专利文献2)。
专利文献1：日本专利特开平11-176385号公报
专利文献2：日本专利特开2004-55438号公报
但是，上述现有的超高压放电灯，在反复点灯、熄灭的过程中，在封闭部到发光部的边界部分中对应于发光管最小内径部的位置上，可能产生电极会较大的弯曲以至电极断掉的问题。
而且，在封闭部到发光部的边界部分中发光管最小内径部中，可能发生因产生裂缝而导致超高压放电灯本身破裂的问题。
发明内容
本发明是基于上述情况而产生的，其目的在于提供一种不产生超高压放电灯本身的破裂或电极的弯曲(变形)，且能够长期稳定地得到预期性能的超高压放电灯。
本发明的超高压放电灯，具有发光管，所述发光管包括发光部和封闭部，所述发光部的内部相对地配置有一对电极并且封入有0.15mg/mm3以上的汞，所述封闭部分别与所述发光部的两端连续并且沿着管轴延伸，每个电极具有沿着管轴延伸的电极轴部，所述电极轴部的基端侧部分与在所述封闭部内沿着管轴延伸而密封埋设的金属箔连接，所述超高压放电灯的特征在于，至少一侧电极的电极轴部至少在从封闭部到发光部的边界部分中发光管的最小内径部所对应的部分具有梯形部分，所述梯形部分朝着轴方向外侧而外径变大。
在本发明的超高压放电灯中，优选的是，所述电极轴部的梯形部分被形成为，朝着轴方向外侧而外径均匀变大，相对于电极中心轴的扩张角在0.2°≤A≤8°的范围内。
根据本发明的超高压放电灯，至少一侧的电极，在封闭部到发光部的边界部中发光管最小内径部所对应的位置上具有朝着轴方向的外方侧而外径变大的梯形部，通过这种结构，主要是，点灯时热膨胀状态的电极在灯熄灭时收缩的过程中，通过梯形面的作用，电极的表面相对于发光管的最小内径部的内表面分离地向径方向及轴方向收缩，因此，能够防止电极的收缩(形状复原)被发光管妨碍，并且即使在点灯时电极与发光管内表面热性紧贴的情况下，在灯熄灭时，通过梯形面的作用，也能够容易地从发光管剥离电极，结果能够确实防止电极弯曲的发生。
而且，由于能够确实防止电极梯形部分的外表面与发光管内表面热性紧贴的状态，因此即使在反复点灯及熄灭动作的情况下，也能够确实防止封闭部上发生裂缝而引起的超高压放电灯本身的破裂，因而，能够长期稳定地得到预期的性能。
附图说明
图1是表示本发明的超高压放电灯的一例的概略结构的截面图。
图2是表示图1所示的超高压放电灯的一部分的放大截面图。
图3是表示图1所示的超高压放电灯的点灯及熄灭所引起的电极的膨胀、收缩状态的截面图。
图4是概略性表示本发明的超高压放电灯的另外一例的部分结构的截面图。
图5是概略性表示本发明的超高压放电灯的再另外一例的部分结构的截面图。
图6是概略性表示本发明的超高压放电灯的再另外一例的部分结构的截面图。
图7是概略性表示本发明的超高压放电灯的再另外一例的部分结构的截面图。
图8是概略性表示现有的超高压放电灯的一例的部分结构的截面图。
图9是概略性表示现有的超高压放电灯的另外一例的部分结构的截面图。
具体实施方式
图1是表示本发明的超高压放电灯的一例的概略结构的截面图，图2是表示图1所示的超高压放电灯的一部分的放大截面图。
该超高压放电灯10具有例如由石英玻璃构成的发光管11，该发光管11包括内部形成有放电空间的例如近似球状或者近似椭圆球状的发光部12、及从该发光部12的两端分别连续且向管轴方向外侧延伸的杆状的封闭部13，封闭部13通过例如收缩密封(shrink seal)法形成。
发光部12的内部相对地配置有例如由钨等构成的一对电极20，每个电极20通过分别由钼等导电性材料构成的带板状的金属箔18与从封闭部13的外端面向管轴方向外侧突出延伸的外部导线15电连接，该金属箔18封闭地埋设在各封闭部13中并向管轴方向延伸。这里的电极之间距离为例如0.5mm-2.0mm。
而且，发光部12的内部封入有汞、稀有气体及卤素气体。
汞的封入量为能使点灯时发光部12内的汞气压达到150气压以上的量，例如0.15mg/mm3以上。而且，通过封入使点灯时的汞气压达到200气压或者300气压以上的量的汞，进而提高点灯时的汞气压，能够确实构成适合于投影装置的光源。
稀有气体是用于改善点灯起动性，封入了13kPa量的例如氩气体。
卤素气体是利用卤素循环而延长灯的寿命，并且防止发光部12的破损及失透现象，其封入量为，例如在10-6-10-2μmol/mm3范围内，根据灯的型号适当调整。
每个电极20，通过切削例如杆状的电极材料而成，包括形成有线圈部22的电极主体部21，以及与该电极主体部21连续并向轴方向外侧延伸的电极轴部25。
电极轴部25具有杆状的前端侧部分26、与该前端侧部分26连续且朝着轴方向外方侧方向外径均匀变大的梯形部分27、以及与该梯形部27连续的杆状的基端侧部分28。
每个电极20在以下的状态下配置，即电极轴部25的梯形部分27至少与封闭部13到发光部12的边界部分中发光管11的最小内径部的位置P相对应。换言之，该最小内径部的位置P位于电极轴部25的梯形部27。
具体地说，考虑到点灯时电极的轴方向的膨胀量(伸展)，优选的是，电极轴部25的梯形部分27位于包括封闭部13到发光部12的边界部分中发光管11的最小内径部的位置P在内的长度为0.5mm区域内。
电极轴部25的梯形部分27相对于电极20的中心轴的扩张角A，优选的是在例如0.2°≤A≤8°范围内。通过扩张角A在所述角度范围内，能够确实防止电极弯曲及发光管11产生破裂。当扩张角A大于8°时，容易产生发光管11的破裂，当扩张角A小于0.2°时，容易产生电极弯曲。
所述超高压放电灯10的电极20的其他构成部分相关的数值例为，例如，在灯的功率为100-300W的超高压放电灯的情况下，如果梯形部分27的扩张角A设定为满足所述角度范围，则电极轴部25的基端侧部分28的外径D1及前端侧部分26的外径D2为，例如基端侧部分28的外径D1为0.4-0.8mm的范围，前端侧部分26的外径D2为0.35-0.78mm的范围，电极轴部25的基端侧部分28的长度为例如0.5-3.0mm的范围，电极轴部25的前端侧部分26的长度为例如0.5-3.0mm的范围，电极轴部25的梯形部分27的长度L为例如0.5-2.9mm的范围，电极主体部21的外径为例如1.0-3.0mm的范围，长度为例如2.5-5.0mm的范围，以上数值范围不是特别限定的。
另外，在所述超高压放电灯点灯时，如图3所示，电极20向径方向膨胀，并且也在轴方向中主要向发光部方向(轴方向内侧)膨胀，与此相比，发光管11由于其构成材料例如石英玻璃的热膨胀系数比构成电极20的例如钨的热膨胀系数小得多，因此与电极20相比发光管11几乎不膨胀，其形状也是维持原样的状态，所以，电极20由于膨胀而接触发光管11，特别是封闭部13到发光部12的边界部分中最小内径位置P的内表面，其一部分热性紧贴，之后超高压放电灯熄灭时电极20收缩，此时以该紧贴部分作为支点会发生电极弯曲，之后由于反复点灯及熄灭而产生的电极20的膨胀、收缩，在发光管11中产生应力，由于该应力而在该紧贴部分产生裂缝，并且可能导致破裂。
然而，由于电极20的结构是在封闭部13到发光部12的边界部分中发光管11的最小内径部所对应的位置P中，具有随着向轴方向外侧而外径均匀变大的梯形部分27，因此根据所述结构的超高压放电灯10，点灯时热膨胀状态的电极20在熄灭时收缩的过程中，通过梯形面的作用，电极20的表面相对于发光管11的最小径部的内表面相分离地向径方向及轴方向收缩，因此，能够防止电极20的收缩(形状复原)被发光管11阻碍，并且即使在点灯时电极20热性紧贴于发光管11的情况下，由于灯熄灭时通过梯形面的作用可以容易地从发光管11剥离电极20，所以能确实防止电极产生弯曲。
而且，因为能够确实防止电极20的梯形部分27的外表面与发光管11的内表面热性紧贴的状态，所以，即使反复进行点灯及熄灭，也能够确实防止因封闭部13中发生裂缝而引起超高压放电灯10本身破裂，因此，能够长期稳定地得到预期的性能。
以下，说明为确认本发明的效果而进行的实验例。
根据图1所示的超高压汞灯的结构，根据以下规格，制作了按照下列表1改变其电极轴部的基端侧部分的外径D1、电极轴部的前端侧部分的外径D2、电极轴部的梯形部分长度L及电极轴部的梯形部分的扩张角A的20种超高压放电灯，每种5根共100根。
灯的基本规格
发光管是，发光部的最大外径为12mm、发光部的全长为12mm、发光部的内容积为137mm3，封闭部的外径为5.7mm，封闭部的长度为22mm。
电极是，电极轴部的基段侧部分的长度为0.6mm，电极轴部的前端侧部分的长度为0.5mm，电极主体部的外径为1.8mm，电极主体部的长度为8.0mm。
汞的封入量为0.15mg/mm3，氩气体(稀有气体)的封入量为13kPa，卤素气体的封入量为3.0μmol/mm3。
封闭部是，通过收缩密封法形成的，包括从封闭部到发光部的边界部分中发光管的最小内径部在内的长度为0.5mm的区域，与电极梯形部分对应而形成。
对如此得出的各超高压放电灯，通过下列表1所示的点灯功率反复进行500次连续点灯15分钟后再熄灭15分钟的动作，从而进行点灯实验，调查是否发生电极弯曲。其结果如下列表1所示。
对于电极弯曲的评价，如果在试验前后电极前端位置有1.0mm以上的变化则视为发生“电极弯曲”，对各灯组调查发生电极弯曲的灯的数量，没有发生电极弯曲的为“○”，发生电极弯曲的数量为2根以下的为“△”，发生电极弯曲的数量为3根以上的为“×”。
另外，对每个所述超高压放电灯，通过下列表1所示的点灯功率反复进行500次连续点灯15分钟后再熄灭15分钟的动作，从而进行点灯实验，调查是否发生有破裂。其结果如下列表1所示。关于破裂，没有发生破裂的为“○”，发生破裂的数量为2根以下的为“△”，发生破裂的数量为3根以上的为“×”。
以上，关于超高压放电灯的评价标准，如果电极弯曲及破裂中任意一项为“×”，则判定为“×”。
[表1]
| 点灯功率[W] | 金属箔侧直径D1[mm] | 电弧侧直径D2[mm] | 长度L[mm] | 角度A[度] | 电极弯曲 | 破裂 | 判定 | |
| 1 | 300 | 0.8 | 0.4 | 0.8 | 14 | ○ | × | × |
| 2 | 300 | 0.7 | 0.4 | 0.7 | 12 | ○ | × | × |
| 3 | 300 | 0.8 | 0.4 | 1.1 | 10 | ○ | △ | △ |
| 4 | 200 | 0.6 | 0.4 | 0.6 | 10 | ○ | △ | △ |
| 5 | 300 | 0.8 | 0.6 | 0.7 | 8 | ○ | ○ | ○ |
| 6 | 300 | 0.7 | 0.5 | 0.7 | 8 | ○ | ○ | ○ |
| 7 | 120 | 0.5 | 0.35 | 0.5 | 8 | ○ | ○ | ○ |
| 8 | 300 | 0.8 | 0.7 | 0.7 | 4 | ○ | ○ | ○ |
| 9 | 200 | 0.6 | 0.4 | 1.4 | 4 | ○ | ○ | ○ |
| 10 | 120 | 0.5 | 0.35 | 1.1 | 4 | ○ | ○ | ○ |
| 11 | 300 | 0.8 | 0.7 | 2.9 | 1 | ○ | ○ | ○ |
| 12 | 200 | 0.5 | 0.45 | 1.4 | 1 | ○ | ○ | ○ |
| 13 | 120 | 0.4 | 0.35 | 1.4 | 1 | ○ | ○ | ○ |
| 14 | 300 | 0.8 | 0.78 | 2.9 | 0.2 | ○ | ○ | ○ |
| 15 | 200 | 0.5 | 0.48 | 2.9 | 0.2 | ○ | ○ | ○ |
| 16 | 120 | 0.4 | 0.38 | 2.9 | 0.2 | ○ | ○ | ○ |
| 17 | 300 | 0.6 | 0.6 | - | 0 | △ | ○ | △ |
| 18 | 200 | 0.4 | 0.4 | - | 0 | △ | ○ | △ |
| 19 | 300 | 0.5 | 0.55 | 2.9 | -0.5 | × | ○ | × |
| 20 | 200 | 0.4 | 0.6 | 1.4 | -4 | × | ○ | × |
从以上实验结果可知，根据本发明的超高压放电灯(灯组1-16)的结构，即具有电极朝着轴方向外侧外径变大的梯形部分的结构的超高压放电灯，能够防止发生电极弯曲。
而且，具有电极朝着轴方向外侧外径变大的梯形部分的结构的超高压放电灯(灯组1-16)中，进而，如果梯形部分的扩张角为0.2°≤A≤8°(灯组5-16)，则能够防止发生电极弯曲，并且也能够防止发生破裂。
与之相对比，电极不具有梯形部分结构、即在轴方向具有同一外径的结构(D1＝D2)的超高压放电灯(灯17、18)，以及具有电极朝着轴方向外侧外径变小的结构(D1<D2)的超高压放电灯(灯19、20)会发生电极弯曲。灯组17-20发生“电极弯曲”的原因是灯熄灭时电极的收缩被发光管阻碍。
以上说明了本发明的实施例，但本发明并不限定于所述实施例，而是可以进行种种改变。
例如，只要电极是在封闭部到发光部的边界部分中最小内径部所对应的位置具有朝着轴方向外侧外径变大的梯形部分的形状，就不限定于所述实施例中的形状，例如图4及图5所示的形状，也能够得到与所述实施例相同的效果。
图4所示的电极20的梯形部分27，在包括电极20的中心轴的截面中，相对于连接前端侧部分和基端侧部分的假想直线(脊线)在内方侧具有凸状形状，而且是相对于电极20的轴方向朝着基端侧外径变大的结构。
该电极20的梯形部分的扩张角A，优选的是与所述实施例同样为0.2°≤A≤8°扩张角。
图5所示的电极20的梯形部分27，在包括电极20的中心轴的截面中，相对于连接前端侧部分和基端侧部分的假想直线(脊线)，外方侧具有凸状形状，而且是相对于电极20朝着基端侧外径变大的结构。
该电极20的梯形部分的扩张角A，优选的是与所述实施例同样为0.2°≤A≤8°。
进而，即使是电极的整个电极轴部是相对于轴方向朝着基端部外径变大的梯形状结构，在图1及图2所示的电极中不具有前端部分及后端部分的任意一部分的结构也可以。
进而，本发明的超高压放电灯的电极，可以没必要是电极主体部及电极轴部形成为一体化的，例如，也可以如图6所示，在具有外径D2的前端侧部分36、梯形部分37及外径D1(>D2)的基端侧部分38的电极轴部35的前端侧，通过熔融以卷绕有由钨构成的线材的状态位于该前端侧的一部分，电极轴部35的前端不被熔融而残留，从而形成点灯时放电电弧聚集的突起部33，并且通过不被熔融而残留下的部分钨线材构成线圈部32，以此形成电极主体部31的电极30。
进而，在本发明的超高压放电灯中，如果电极具有梯形部分的话，其他结构就不限定于所述实施例。
(1)如图7所示，可以通过电极20的梯形部分27的基端到基端侧部分28的区域设有线圈材料29，从而电极轴部25与发光部不直接接触。
(2)在本发明的超高压放电灯中，发光管的封闭部不限定于通过收缩密封法形成的，也可以是通过压着密封法形成的。
(3)交流点灯型及直流点灯型都能适用本发明，例如在直流型点灯型中，使阴极具有梯形部分，从而能够得到预期的效果。
Claims (2)
1.一种超高压放电灯，具有发光管，所述发光管包括发光部和封闭部，所述发光部的内部相对地配置有一对电极并且封入有0.15mg/mm3以上的汞，所述封闭部分别与所述发光部的两端连续并且沿着管轴延伸，每个电极具有沿着管轴延伸的电极轴部，所述电极轴部的基端侧部分与在所述封闭部内沿着管轴延伸而密封埋设的金属箔连接，所述超高压放电灯的特征在于，
至少一侧电极的电极轴部至少在从封闭部到发光部的边界部分中发光管的最小内径部所对应的部分具有梯形部分，所述梯形部分朝着轴方向外侧而外径变大。
2.根据权利要求1所述的超高压放电灯，其特征在于，
所述电极轴部的梯形部分被形成为，朝着轴方向外侧而外径均匀变大，相对于电极中心轴的扩张角在0.2°≤A≤8°的范围内。
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