CN101465264A - 高压放电灯 - Google Patents

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Abstract

提供一种高压放电灯，用作液晶投影仪或DLP投影仪装置等的光源，即使重复点亮和熄灭，也能够抑制产生电极芯棒的弯曲，能够实现高寿命化。上述高压放电灯(1)在石英玻璃制的发光管(2)的两侧具有密封部(3)，在发光管(2)内相对配置有一对电极(4)，该高压放电灯(1)的特征在于，与电极(4)连接的电极芯棒(5)插通到石英玻璃体(6)的中心孔，并与该中心孔的周围设有间隙，石英玻璃体(6)在电极芯棒(5)定位并固定，在石英玻璃体(6)的中心孔内表面设有由耐热金属构成的红外线反射薄膜(8)，石英玻璃体(6)与构成密封部(3)的石英玻璃成为一体。

Description

高压放电灯
技术领域
本发明涉及一种高压放电灯，特别是涉及作为液晶投影仪、DLP投影仪装置等的光源而使用的高压放电灯。
背景技术
液晶投影仪、DLP投影仪装置的光源一般使用如专利文献1所记载的将高水银蒸气压的高压放电灯安装到凹面反射镜的灯单元。这是由于，通过提高水银蒸气压可以得到高输出的可见波长波段的光。
近年来，用于投影仪的高压放电灯以交流用的高压放电灯为主流，但是存在电极温度高于直流用高压放电灯的问题。交流用高压放电灯的电极温度升高的原因在于，一对的各电极需要兼做放出热电子的阴极，因此无法将各电极像直流用高压放电灯那样非常大型化，无法确保作为阳极而动作时能够耐受的充分的热容量。
进而，伴随着光源的小型化、光亮的增大化，要求高压放电灯设计成大功率且能够耐受高动作压力，电极头部热容量的增加及密封部电极芯棒径的缩小化得到发展。但是，由此电极头部与电极芯棒径的重量不均衡显著，石英玻璃开口部的电极的力矩增大，失去电极芯棒与石英玻璃内壁的同心圆状的均匀接触，产生热收缩时钨与石英玻璃间的应力增大的问题。此外，在投影仪市场中教育用途等增多，因此光源的点灭频度高的使用状态增加，需要点灭耐性高的电极。
若利用上述交流用高压放电灯按额定功率重复灯的点亮/熄灭，则高压放电灯的电极轴部弯曲，其结果放电弧光的位置从凹面镜的光轴偏离，产生来自灯单元的光输出下降的问题。
图5是表示产生电极轴部折弯的现有技术的高压放电灯的结构的局部正视图。在此，如该图5所示，电极轴部的弯折是指如下状态：配置在高压放电灯100内部的一对电极101、102，在暴露于放电空间内的石英玻璃开口部103、104附近，折弯成电极头部105、106的中心相对于在密封部107、108埋设的电极芯棒109、110长度方向的轴偏离。在例如从电极头部105、106的中心位置到石英玻璃的开口部103、104的距离为5mm的高压放电灯中，该电极轴部的折弯、即电极头部105、106的中心位置相对于电极芯棒109、110长度方向的轴的偏离距离达到1.5mm以上，对产品的寿命故障水平有非常重大的影响。
专利文献1：日本专利特开平11-297268号公报
对电极轴部的弯折进行调查的结果，在现有的密封方法中，将电极芯棒和周围的密封管玻璃在负压环境中熔融收缩，因此石英玻璃与电极芯棒必然接触地密封。并且得知从接触密封的位置产生裂纹的情况较多。进而，仔细观察的结果得知，由于灯的点亮和熄灭的重复，电极重复进行热膨胀，电极以产生有裂纹的部分为支点开始向有裂纹的方向或没有裂纹的方向弯曲。
此外，即使在点亮之前与电极芯棒接触密封的位置未产生裂纹，随着重复进行点亮和熄灭，最终电极芯棒与玻璃也溶着，产生裂纹。并且得知电极芯棒以该裂纹为支点开始向产生有裂纹的方向或没有裂纹的方向弯曲。即，由于重复点亮，电极芯棒伸缩。因此认为，由于在裂纹侧石英玻璃与电极芯棒紧密贴合，因此裂纹侧成为支点，未紧密贴合处伸展，从而向裂纹侧弯曲，此外认为在点亮时由裂纹引起的紧密贴合被打开的情况下，熄灭时因热收缩而再次溶着并向裂纹的相反方向弯曲。
发明内容
本发明考虑到上述问题点，目的在于提供一种高压放电灯，即使重复点亮和熄灭，也能够抑制产生电极芯棒的弯曲，能够实现灯的高寿命化。
本发明为了解决上述课题，采用以下方法。
第一方法的高压放电灯，在石英玻璃制的发光管的两侧具有密封部，在上述发光管内相对配置有一对电极，该高压放电灯的特征在于，与上述电极连接的电极芯棒插通到石英玻璃体的中心孔，并与该中心孔的周围设有间隙，上述石英玻璃体在上述电极芯棒定位并固定，在上述石英玻璃体的中心孔内表面设有由耐热金属构成的红外线反射薄膜，上述石英玻璃体与构成上述密封部的石英玻璃成为一体。
第二方法的高压放电灯的特征在于，在第一方法中，上述电极芯棒包括与上述电极连接的大径部和与该大径部连接的小径部，该小径部插通到上述石英玻璃体的中心孔，上述石英玻璃体由在上述大径部与上述小径部的边界形成的阶梯部定位，上述石英玻璃体在上述发光管一侧的端面成为凹面形状，该凹面形状的直径向外侧逐渐扩大，并且以该石英玻璃体的中心轴对称。
第三方法的高压放电灯的特征在于，在第一或第二方法中，上述红外线反射薄膜为钼。
第四方法的高压放电灯的特征在于，在第一至第三方法的任一个方法中，上述高压放电灯在上述发光管封入有0.16mg/mm3以上的水银、稀有气体、及卤素，并以交流点亮。
根据本发明，能够贯穿石英玻璃体的几乎全长而形成电极芯棒与石英玻璃体中心孔内表面的金属薄膜分离的结构，因此不存在电极芯棒与石英玻璃熔着的危险，能够防止电极芯棒弯曲的不良。
附图说明
图1是表示本发明的高压放电灯1的结构的俯视图。
图2是图1所示高压放电灯1的电极安装结构的放大正视图。
图3是表示本发明电极安装结构的制造工序的一例的图。
图4是总结实验结果的表。
图5是表示产生电极轴部折弯的现有技术的高压放电灯的结构的局部正视图。
具体实施方式
利用图1至图4说明本发明的一个实施方式。
图1是表示本实施方式的发明涉及的高压放电灯1的结构的俯视图。
如该图1所示，该高压放电灯1是交流点亮型的高压放电灯，在石英玻璃制的发光管2的两侧具有密封部3、3，在发光管2内相对配置有一对电极4、4，在发光管2内封入有0.16mg/mm3以上的水银、稀有气体、及卤素，一对电极4、4的形状大致相同。
图2是图1所示高压放电灯1的电极安装结构(Mount)的放大正视图。
在此，电极安装结构是指如下结构体，电极芯棒5，在其前端具有电极4；石英玻璃体6，插通有电极芯棒5，电极芯棒5在石英玻璃体6的外部插通到例如由钨(W)构成的线圈9及金属箔7，并在金属箔7熔接。在该电极安装结构，与电极4连接的电极芯棒5包括电极芯棒大径部51、电极芯棒小径部52、及在电极芯棒大径部51和电极芯棒小径部52的边界形成的电极芯棒阶梯部53，电极芯棒小径部52保持预定间隔地插通到石英玻璃体6的中心孔，石英玻璃体6在电极芯棒阶梯部53定位并固定。在石英玻璃体6的中心孔的内表面形成有由耐热金属构成的红外线反射薄膜8。石英玻璃体6最终与构成密封部3的石英玻璃成为一体。
优选钼(Mo)作为由耐热金属构成的红外线反射薄膜8，也可以使用钨(W)。在发光管2内含有水银时，由于白金(Pt)与水银形成汞合金而消耗水银，因此无法使用白金。此外，在发光管2内含有卤素时，由于铼(Re)、钽(Ta)形成卤化物，剥落红外线反射薄膜8等原因，无法使用铼、钽。
接下来，利用图2说明本发明的电极安装结构的实施例。
电极安装结构在石英玻璃体6的中心孔的内表面覆盖作为红外线反射薄膜8的Mo薄膜，以使电极芯棒小径部52与石英玻璃体6的中心孔不直接接触。通过溅射或真空蒸镀形成Mo薄膜。电极芯棒5的电极芯棒大径部51例如为ф0.6，电极芯棒小径部52例如为ф0.4，石英玻璃体6的内径例如为ф0.45，石英玻璃体6的全长例如为1.5mm，外径为ф1.8。
在附图上，虽然石英玻璃体6和密封部3被明确区分，但是由于实际上将相同材料的石英玻璃加热而紧密贴合，因此石英玻璃体6和密封部3大体上形成为一体。虽然石英玻璃体6的外表面和密封部3的边界无法通过肉眼区分，但是在石英玻璃体6面向放电空间的端面，残留有石英玻璃体6的加工线，此外在石英玻璃体6内表面残留有红外线反射薄膜8的薄膜，上述情况可通过肉眼发现存在着色部分，或通过例如EPMA分析而得知。由此，能够确认在中心孔内表面具有由耐热金属构成的红外线反射薄膜8的石英玻璃体6的中心孔插通有电极芯棒5而密封。
图3是表示本发明的电极安装结构制造工序的一例的图。
首先，如图3(a)所示，准备将石英玻璃体固定用的线圈9穿通金属箔7的狭窄部的部件。接着，如图3(b)所示，准备在中心孔内表面覆盖有红外线反射薄膜8的石英玻璃体6，用于插通电极芯棒5的电极芯棒小径部52。接着，如图3(c)所示，将电极芯棒5的电极芯棒小径部52插入石英玻璃体6，直到石英玻璃体6与电极芯棒阶梯部53抵接。接着，如图3(d)所示，将电极芯棒5的电极芯棒小径部52与金属箔7的狭窄部重合。接着，如图3(e)所示，使金属箔7的狭窄部上的线圈9滑动到与石英玻璃体6抵接。其结果，石英玻璃体6在电极芯棒阶梯部53与线圈9之间定位。接着，如图3(f)所示，将电极芯棒小径部52与金属箔7熔接，并将线圈9也与电极芯棒小径部52一起熔接固定。
其结果，能够贯穿石英玻璃体6的几乎全长，电极芯棒小径部52与石英玻璃体6的中心孔内表面的红外线反射薄膜8分离，电极芯棒小径部52不与石英玻璃体6熔着。
推测因如下原因形成上述结构。由耐热金属构成的红外线反射薄膜8覆盖石英玻璃体6的中心孔内表面，从而在灯的密封工序中，在将燃烧器从密封部3外表面靠近并加热时，电极4及电极芯棒5赤热。虽然红外线从赤热的电极芯棒5向石英玻璃体6的中心孔内表面辐射，但是由于存在红外线反射薄膜8，该红外线向电极芯棒5反射，石英玻璃体6的内表面不熔融即完成工序，其结果电极芯棒5与石英玻璃体6的中心孔内表面的红外线反射薄膜8分离，能够形成电极芯棒5与石英玻璃体6不熔着的结构。
进而，可以如下思考：虽然来自利用燃烧器加热的密封部3的传导热到达石英玻璃体6的中心孔内表面，但是由于构成红外线反射薄膜8的钼(Mo)的发射率高于石英玻璃，因此向内部圆筒空间放出热量，石英玻璃体6的中心孔内表面的温度不会上升至石英玻璃收缩的温度，其结果电极芯棒5与石英玻璃体6的中心孔内表面的红外线反射薄膜8分离，形成电极芯棒5与石英玻璃体6不熔着的结构。
接下来，利用采用了本发明的电极安装结构的高压放电灯和现有技术的高压放电灯，对调查反复点亮和熄灭时电极芯棒部有无弯曲的实验进行说明。
在实验中，分别准备30根具有以下形态的电极芯棒附近结构的、交流额定功率为275W的四种高压放电灯(本发明的实施例1、比较例1、比较例2、比较例3)。
本发明实施例1的高压放电灯，作为电极芯棒附近的结构具有如图2所示的电极安装结构，在石英玻璃体6的中心孔内表面溅射覆盖Mo薄膜作为红外线反射薄膜8，电极芯棒5不直接接触石英玻璃体6的中心孔。另外，上述溅射膜厚在1～5μm范围。
比较例1的高压放电灯具有将电极芯棒和周围密封部的石英玻璃在负压环境中熔融收缩的电极芯棒附近结构，开始使用前已经在电极芯棒与密封管玻璃连接的玻璃部分存在可见的裂纹。
比较例2的高压放电灯具有将电极芯棒和周围密封部的石英玻璃在负压环境中熔融收缩的电极芯棒附近结构，开始使用前在电极芯棒与密封管玻璃连接的玻璃部分不存在可见的裂纹。
比较例3的高压放电灯具有如下电极芯棒附近结构：比较例3的高压放电灯的石英玻璃体与本发明实施例1的石英玻璃体相同，但是在石英玻璃体中心孔内表面不具有红外线反射薄膜的中心孔中插通电极芯棒的状态下，将周围密封部的玻璃在负压环境中熔融收缩，开始使用前在电极芯棒与密封管玻璃连接的玻璃部分不存在可见的裂纹。
在实验中，对各30根利用交流点亮的额定功率为275W的四种(本发明的实施例1、比较例1、比较例2、比较例3)高压放电灯，以点亮时间3分钟、熄灭时间3分钟的点灭条件重复进行1000次点灭，只要在其中一根产生电极芯棒弯曲的情况下，就认为产生了弯曲，其结果总结在图4的表中。
另外，电极芯棒弯曲的判断标准如下，在从电极头部中心位置到石英玻璃开口部的距离为5mm的高压放电灯中，在电极头部的中心位置相对于电极芯棒长度方向的轴的偏离距离达到1.0mm以上时，认为电极芯棒弯曲。
如图4所示，在本发明实施例1的高压放电灯中，即使重复1000次点亮熄灭循环，也未产生电极芯棒弯曲的现象。与此相对，在比较例1中，仅重复20次点亮熄灭循环时就产生电极芯棒弯曲，此外在比较例2中，重复120次点亮熄灭循环时产生电极芯棒弯曲，在比较例3中，重复100次时产生电极芯棒弯曲。从该结果可知，证实了具有本发明的电极安装结构的高压放电灯对防止电极芯棒弯曲非常有效。

Claims (4)

1.一种高压放电灯，在石英玻璃制的发光管的两侧具有密封部，在上述发光管内相对配置有一对电极，该高压放电灯的特征在于，
与上述电极连接的电极芯棒插通到石英玻璃体的中心孔，并与该中心孔的周围设有间隙，上述石英玻璃体在上述电极芯棒定位并固定，在上述石英玻璃体的中心孔内表面设有由耐热金属构成的红外线反射薄膜，上述石英玻璃体与构成上述密封部的石英玻璃成为一体。
2.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，
上述电极芯棒包括与上述电极连接的大径部和与该大径部连接的小径部，该小径部插通到上述石英玻璃体的中心孔，上述石英玻璃体由在上述大径部与上述小径部的边界形成的阶梯部定位，上述石英玻璃体在上述发光管一侧的端面成为凹面形状，该凹面形状的直径向外侧逐渐扩大，并且以该石英玻璃体的中心轴对称。
3.根据权利要求1或2所述的高压放电灯，其特征在于，
上述红外线反射薄膜为钼。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的高压放电灯，其特征在于，
上述高压放电灯在上述发光管封入有0.16mg/mm3以上的水银、稀有气体、及卤素，并以交流点亮。
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