CN101593662A - 氙气灯 - Google Patents
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Abstract
提供一种氙气灯，放电容器使用含有氧化钛的石英玻璃，防止在放电容器暴露于发光空间的表面上沉积结晶体，防止发生放电容器破裂的原因。氙气灯(1)包括放电容器(10)，该放电容器由含有氧化钛的石英玻璃构成，并具有发光部(2)和在发光部的两端连续而延伸的侧管部(3a、3b)，在发光部的内部彼此相对地配置有阴极(4)和阳极(5)，一端具备阴极或阳极的导电棒(6)由设在侧管部内部的结合部(8)密封，在放电容器的内部封入有氙气，氙气灯的特征在于，阴极侧的侧管部(3b)和发光部的连接部分成为缩小部(14b)，在缩小部的外表面和与缩小部连接的发光部的外表面的局部形成有导电膜(16)，导电膜与阴极电连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种在例如使用了DLP(注册商标)(Digital LightProcessing：数字光处理)技术的投影仪等中作为光源而使用的氙气灯。
背景技术
近年来，以下类型的数字投影仪的使用迅速增多：通过大功率光源对DMD(Digital Micro-mirror Device：数字微镜装置)或液晶装置等的像素元件进行光照射而放大投射，从而在屏幕上投影映像。作为此时的光源，使用高亮度氙气灯，要求进一步高输出化和小型化。
图1是表示氙气灯1的概略剖面图。这种氙气灯1例如公开在日本特开2004-134104号公报中。
氙气灯1包括石英玻璃制的、由发光部2和侧管部3a、3b构成的放电容器10，发光部2的内部包括彼此相对配置的阴极4和阳极5。阴极4和阳极5由钨制的导电棒6支撑。另外，在侧管部3a、3b内固定配置了内部具有沿着轴向延伸的贯通孔并由圆筒状的石英玻璃构成的保持用筒体7。导电棒6插通保持用筒体7而保持，并由结合部8密封于侧管部3a、3b。该导电棒6从放电容器10的外端部向外方突出延伸，兼作分别向阴极4和阳极5供电的外部导线。
氙气灯1的高亮度化，具体的说是通过调整阴极4和阳极5的分离距离及封入气体的量而实现。例如，如果使阴极4和阳极5的分离距离比现有的氙气灯短，增加封入气体量以能够得到与现有的氙气灯相同的电气特性，则每单位弧长度的电输入增加，输出的光能增大。
从氙气灯1输出的光不仅包括可视光区域，而且达到从紫外区域到红外区域的范围，因此如果光能增大，则紫外光的输出也增大。
在从氙气灯1输出的光中波长200nm以下的紫外光不仅引起由石英玻璃构成的放电容器10歪曲的致命性缺陷，而且与氙气灯1周围的大气进行反应而产生臭氧。如果产生臭氧，则会引起聚光镜或反射镜的反射率和滤光器的透过率降低等，对光学设备带来各种损伤，结果导致在照射面的照度降低。
另外，公知通过将氧化钛(一般称为Titania)掺入构成氙气灯1的放电容器10，或者将氧化钛层设在放电容器10的表面，可以对这种波长200nm以下的紫外光进行遮光。通过使放电容器10含有氧化钛而遮住紫外光，可以防止臭氧的发生。掺入氧化钛的技术例如公开在日本特开平8-096751号公报中，涂敷氧化钛的技术例如公开在日本特开平11-096970号公报中。
专利文献1：日本特开2004-134104公报
专利文献2：日本特开平8-096751号公报
专利文献3：日本特开平11-096970号公报
但是，如果长时间点灯使用放电容器采用了含有氧化钛的石英玻璃的氙气灯，则在放电容器暴露于发光空间的表面上会沉积白色的结晶体。在结晶化的部分，在放电容器暴露于发光空间的表面上产生裂纹，破坏了遮住紫外光的氧化钛层。因此，如果在发光空间产生的紫外光入射到裂缝，则引起使形成放电容器的石英玻璃产生歪曲的致命性缺陷，成为放电容器破裂的原因。
发明内容
本发明是为了解决上述的问题作出的发明，其目的在于提供一种氙气灯，放电容器使用含有氧化钛的石英玻璃，能够防止在放电容器暴露于发光空间的表面上沉积结晶体，防止发生放电容器破裂的原因。
本申请第1发明的氙气灯，包括放电容器，该放电容器由含有氧化钛的石英玻璃构成，并具有发光部和在所述发光部的两端连续而延伸的侧管部，在所述发光部的内部彼此相对地配置有阴极和阳极，一端具有所述阴极或阳极的导电棒由设置在所述侧管部内部的结合部密封，在所述放电容器的内部封入有氙气，所述氙气灯的特征在于，阴极侧的所述侧管部和所述发光部的连接部分成为缩小部，在所述缩小部的外表面和与所述缩小部连接的发光部的外表面的局部形成有导电膜，所述导电膜与阴极电连接。
另外，本申请第2发明的特征在于，在本申请的第1发明中，在所述发光部上，从与所述阴极侧的侧管部连接的部分至最大膨出部为止的范围形成有排气管残部，从所述排气管残部开始在阳极侧的外表面配置有与阳极电连接的触发线。
另外，本申请第3发明的特征在于，在本申请的第1或2发明中，在所述放电容器的两端安装有盖子，一方盖子与所述阴极导通，从所述一方盖子引出的相同电位线与所述导电膜接触。
根据第1发明的氙气灯，在阴极侧的侧管部和发光部的连接部分的缩小部的外表面和与所述缩小部连接的发光部的外表面的局部形成有导电膜，将导电膜与阴极电连接，使导电膜与阴极的电位相同，从而能够防止在放电容器暴露于发光空间的表面上发生结晶化。
根据第2发明的氙气灯，从排气管残部开始在阳极侧的外表面配置有与阳极电连接的触发线，触发线由于排气管残部的突出而不会向阴极侧偏离，因此能够确保不与阴极相同电位的导电膜接触，从而不会损坏触发线的起动性辅助的效果。
根据第3发明的氙气灯，通过使从与阴极导通的盖子引出的相同电位线与导电膜接触，能够容易使形成在放电容器外表面上的导电膜成为与阴极相同的电位。
附图说明
图1是表示氙气灯的结构的剖面图。
图2是表示具有箔密封结构的水银灯的结构的剖面图。
图3是表示氙气灯的外观的说明图。
图4是用于表示导电膜的形成区域的氙气灯的局部说明图。
具体实施方式
图1是表示氙气灯1的结构的说明用剖面图。
氙气灯1包括具有发光部2和在发光部2的两端连续而延伸的侧管部3a、3b的放电容器10，发光部2的内部包括相对配置的阴极4和阳极5。放电容器10用含有氧化钛的石英玻璃形成，遮挡波长200nm以下的紫外光。由大致球状的发光部2和从该发光部2的两端延伸的圆筒状的侧管部3a、3b构成的放电容器10的内部封入有作为放电用气体的氙气(Xe)。
在放电容器10的两端安装有黄铜制且有底筒状的盖子9a、9b。从中空圆筒状的主体部的开口端插入盖子9a、9b，以覆盖放电容器10的端部，在与放电容器10之间注入粘结剂而固定。盖子9a、9b的内部中央延伸有由铜捻线构成的导线11，通过钎焊部12而与一端具备电极4、5的导电棒6电连接。
导电棒6形成为从放电容器10的两端突出，由设在侧管部3a、3b内部的结合部8和保持用筒体7来保持，采用所谓的杆密封的结构。在侧管部3a、3b的端部设有圆环状的端壁部13，从端壁部13的内周端连接有筒状的结合部8。结合部8用具有构成放电容器10的例如石英玻璃的热膨胀系数和构成导电棒6的例如钨的热膨胀系数之间的热膨胀系数的结合玻璃(也叫中间玻璃)来形成。设置为沿着导电棒6向发光部2侧延伸的结合部8的发光部2侧的端部连接于导电棒6的外周，密封导电棒6。
在侧管部3a、3b上与发光部2连接的部分，设有向中心轴缩径的缩小部14a、14b。在连接于缩小部14a、14b的发光部2，形成有具有与侧管部3a、3b相同程度的直径的直管部15a、15b，接着连接有大致球状的膨出部。也就是说，侧管部3a、3b和发光部2的连接部分成为缩小部14a、14b，连接于缩小部14a、14b的发光部2侧形成有直管部15a、15b。
在缩小部14a、14b的内部设有外表面卷绕有金属箔的圆筒状的保持用筒体7，将14a、14b烧制并缩小以与保持用筒体7接触，从而将保持用筒体7固定为无法移动。另外，在保持用筒体7中央的贯通孔中插通外表面卷绕有金属箔的导电棒6，支撑与导电棒6的前端连接的电极4、5的重量。
这样，形成在导电棒6的前端的电极4、5支撑在侧管部3a、3b，相对配置在发光部2的内部。另外，阴极4或阳极5经由导电棒6而与盖子9a、9b电连接。
表示氙气灯1的数值例，发光部2的最大膨出部的外径是在φ40～80mm的范围，例如60mm。大致球状的发光部2的内表面积是在4800～20400mm2的范围，例如10700mm2。阳极5和阴极4的分离距离是在3～8mm的范围，例如4.5mm。点灯时的输入是在3000～7000W的范围，例如4200W。点灯时的发光部2的管壁负荷是0.3～0.5W/mm2，具体是0.38W/mm2。
接着，为了分析放电容器暴露于发光空间的表面上沉积结晶体的条件，对规格不同的3种灯进行了点灯实验。
列举灯1～3的规格。
灯1氙气灯
放电容器：含有氧化钛的石英玻璃、全长300mm、发光部的最大膨出部的外径φ60mm、发光部的全长80mm。
密封结构：杆密封
封入气体：氙气(Xe)2MPa(静压)
阳极和阴极的分离距离：4.5mm
输入：4kW
灯2氙气灯
除了放电容器的材质采用了不含有氧化钛的石英玻璃之外，以与灯1的规格相同的条件制造氙气灯。
灯3水银灯
放电容器：含有氧化钛的石英玻璃、全长300mm、发光部的最大膨出部的外径φ80mm、发光部的全长90mm。
密封结构：箔密封
封入气体：氙气(Xe)0.2MPa(静压)水银30mg/cc
阳极和阴极的分离距离：5.0mm
输入：4kW
其中，灯3的水银灯的密封结构所采用的箔密封是指如图2所示的结构。
在采用箔密封的密封结构中，一端具备电极的内部导线33的另一端支撑在由石英玻璃构成的大致圆柱状的玻璃部件34上，玻璃部件34配置于密封部32。另外，向放电容器31外部导出、即设置成从密封部32的外端向外方突出延伸的外部导线35的一端支撑在玻璃部件34。
在玻璃部件34的外周面，在圆周方向上彼此分离地沿着水银灯的管轴方向彼此平行配置有5张带状的金属箔36。各金属箔36的一端与内部导线33电连接，另一端与外部导线35电连接。并且，放电容器31的密封部32和玻璃部件34经由金属箔36焊着而形成密封结构。保持用筒体37以插通有内部导线33的状态进行支撑，焊着于密封部32。
这样，在箔密封中，由玻璃部件34形成密封结构，因此即使点灯时，封入气体也不会充满到保持低温的密封部32的端部。为了抑制封入气体被冷却而水银不蒸发的情况，水银灯的密封结构需要进行箔密封。
对此，在氙气灯中，由于封入气体的压力高，因此密封结构需要高的耐压性。如果采用箔密封，容易从金属箔36的间隙产生龟裂。另外，为了增大电力输入，必须增加金属箔36的数量，由此增加金属箔36所形成的间隙的数量，更容易产生龟裂，尤其是不适于要求高亮度化的数字投影仪的光源。因此，氙气灯的密封结构必须是杆密封。杆密封由结合部8来密封，因此不易产生龟裂。
分别使灯1～3点灯，观测在暴露于放电容器的发光空间的表面上是否发生结晶化。
点灯条件是，点灯2个小时熄灯30分钟，再反复进行该点灯动作。即，隔着30分钟的间隔而每次点灯2小时。有无结晶化的观测是在点灯时间每经过50个小时后在熄灯时通过目测进行。该点灯动作反复进行到发生结晶化为止。
结晶化是与放电容器的内部的模糊不同，随之而产生放电容器的微小裂纹。如果发生结晶化，则构成放电容器的石英玻璃暴露于发光空间的表面发生剥落，产生花白的微小的玻璃破片。因为发生与放电容器产生裂纹时相同的现象，因此本领域的技术人员能够通过目测进行确认。将发生这种现象时看作发生结晶化，记录此时的累计点灯时间。
灯1在点灯100个小时的时候发生了结晶化。
灯2在点灯500个小时的时候也没有发生结晶化。另外，500小时是氙气灯的平均寿命。
灯3在点灯1000个小时的时候也没有发生结晶化。
根据灯1和灯2的实验结果，可知仅在放电容器使用含有氧化钛的石英玻璃时才发生结晶化。可知放电容器所含的氧化钛对结晶化起某种作用。
另外，根据灯1和灯3的实验结果，可知封入有水银的水银灯不发生结晶化。这是因为，对中心波长172nm的氙受激发光的强度而言，氙气灯比水银灯强。其原因在于，氙气灯在灯中的氙气量更多，而这显然是因为氙气封入压力比水银灯高。
对于为了抑制臭氧的发生而使用含有氧化钛的石英玻璃作为放电容器的氙气灯，为了防止在暴露于发光空间的表面上沉积结晶体，发明人对结构进行了创新，想到了采用图3所示的氙气灯。
图3是表示本发明的氙气灯的外观的说明图。
在阴极侧的侧管部3b和发光部2的连接部分的外表面上，形成有例如由金或铂构成的导电膜16。导电膜16形成在缩小部14b和直管部15b的外表面以及与缩小部14b连接的侧管部3b的局部和与直管部15b连接的发光部2的局部的外表面。
并且，配置了例如由镍铬构成的直径0.5mm的一根线状部件所形成的、从阴极侧的盖子9b沿着阴极侧的侧管部3b延伸的相同电位线17。相同电位线17的一端，例如穿过设在盖子9b上的小孔并捻着固定，从而与阴极侧的盖子9b电连接。从阴极侧的盖子9b引出的相同电位线17在侧管部3b的外表面沿着轴向延伸，在阴极侧的缩小部14b上形成了卷绕一周的环状的传导部18。由于在阴极侧的缩小部14b的外表面上形成了导电膜16，因此通过传导部18与导电膜16接触，可以使导电膜16与阴极4电连接而与阴极的电位相同。
另外，在发光部2中，在从与阴极侧的侧管部3b的连接部分至最大膨出部的范围形成有排气管残部19。在制造氙气灯的过程中，在形成由连接有排气管的发光部2和支撑具备阴极4或阳极5的导电棒6的侧管部3a、3b构成的放电容器10之后，从排气管封入氙气。本发明的氙气灯1采用如图1所示的密封结构，因此氙气从保持用筒体7的间隙流入到侧管部3a、3b的内部，充满到导电棒6与结合部8密封的部分。然后，密封排气管而切断，其残部成为排气管残部19。
另外，如图3所示，配置有从阳极侧的侧管部3a延伸到发光部2的触发线20。触发线20的一端与阳极侧的盖子9a电连接，在侧管部3a的外表面沿着轴向延伸，在阳极侧的直管部15a上卷绕一周，进一步沿着发光部2的外表面延伸，形成在发光部2的膨出部上卷绕一周的环状部21。环状部21形成在发光部2的外表面上，在发光部2的轴向上形成于阳极5和阴极4之间或者到阴极4的位置，并且形成在排气管残部19的阳极5一侧。排气管残部19的突出发挥不使环状部21向阴极侧的缩小部14b一方偏移的作用。
氙气灯1通过将触发线20配置在发光部2的外表面，可以降低点灯开始时的击穿电压。向阳极5施加高电压，在形成在发光部2外表面的环状部21和发光部2内的阴极4之间发生绝缘破坏，氙气灯1点灯。通过降低击穿电压，点灯装置的电压负荷降低，从而能够解决从点灯装置施加的起动电压的漏电以及点灯装置的大型化和成本增加的问题。
而且，通过排气管残部19的突出而不使触发线20向阴极4侧移动，因此可以确保不与导电膜16接触，从而不会损坏触发线20的起动性辅助的效果。
另外，在阴极侧的盖子9b的侧面，在外周上设有多个圆状孔22，并且在阳极侧的盖子9a的侧面，在外周上设有多个椭圆状孔23。这些圆状孔22及椭圆状孔23是为了冷却氙气灯1的侧管部3a、3b而设置。因此，可以适当地选择圆状孔22及椭圆状孔23的形状。
接着，为了确认放电容器暴露于发光空间的表面上是否沉积结晶体，准备2个条件的测定对象对上述结构的氙气灯进行点灯实验。
灯4氙气灯
除了在阴极侧的侧管部和发光部的连接部分的外表面上形成有导电膜之外，以与灯1的规格相同的条件制造氙气灯。
灯5氙气灯
除了配置有沿着阴极侧的侧管部延伸的相同电位线之外，以与灯4的规格相同的条件制造氙气灯。
以与灯1～3的情况相同的条件分别点灯4和5，观测在放电容器暴露在发光空间中的表面上是否沉积结晶体。
灯4在点灯100个小时的时候发生了结晶化。
灯5在点灯500个小时的时候也没有发生结晶化。
根据灯4和灯5的实验结果，可知仅将导电膜形成在阴极侧的侧管部和发光部的连接部分的外表面是不够的，而是通过使导电膜与阴极的电位相同，才可以防止放电容器暴露在发光空间的表面发生结晶化。结晶化的发生认为与石英玻璃中的碱金属离子有关，并可以认为碱金属离子由于玻璃的外表面和内表面的电位差而向内表面移动。在本实验中可以认为，通过使导电膜与阴极的电位相同并接地，可以抑制灯泡外表面带正电，结果可以减小灯泡内表面和外表面的电位差，从而可以抑制碱金属离子向灯泡内表面移动。
接着，为了确认在逐渐改变导电膜的形成区域的情况下在放电容器暴露在发光空间的表面上是否沉积结晶体，准备了3个条件的测定对象，进行了点灯实验。
灯6氙气灯
如图4(a)所示，除了将导电膜16的形成区域改变为缩小部14b和与缩小部14b连接的侧管部3b局部的外表面之外，以与灯5的规格相同的条件制造氙气灯。另外，配置有相同电位线17，导电膜16与阴极的电位相同。
灯7氙气灯
如图4(b)所示，除了将导电膜16的形成区域改变为缩小部14b和与缩小部14b连接的侧管部3b局部的外表面以外，还扩张到直管部15b的外表面，除此之外以与灯6的规格相同的条件制造氙气灯。导电膜16的形成区域从灯6的导电膜16的发光部侧末端向发光部侧沿着轴向扩张4mm。
灯8氙气灯
如图4(c)所示，除了将导电膜16的形成区域改变为缩小部14b和与缩小部14b连接的侧管部3b局部的外表面以外，还扩张到直管部15b和所连接的发光部2局部的外表面，除此之外以与灯6的规格相同的条件制造氙气灯。导电膜16的形成区域从灯6的导电膜16的发光部侧末端向发光部侧沿着轴向扩张10mm。
以与灯1～3的情况相同的条件分别点灯6～8，观测放电容器暴露在发光空间的表面上是否沉积结晶体。
灯6在点灯100个小时的时候发生了结晶化。
灯7在点灯500个小时的时候也没有发生结晶化。
灯8在点灯500个小时的时候也没有发生结晶化。
根据灯6～8的实验结果，可知导电膜的形成区域如灯6所示仅限于缩小部的外表面时，没有抑制结晶化的效果，而如灯7，接着缩小部的直管部的外表面形成有导电膜，或者如灯8，在灯7的基础上在接着直管部的膨出部的外表面形成有导电膜时，才能得到抑制结晶化的效果。也就是说，即使在仅将导电膜形成在阴极侧的侧管部和发光部的连接部分即缩小部的外表面，并使导电膜与阴极的电位相同时，也没有抑制结晶化的效果，而在将导电膜还形成在与缩小部连接的发光部局部的外表面，并使导电膜与阴极的电位相同时，才得到抑制结晶化的效果。
另外，如果扩大导电膜的形成区域，使得导电膜大范围地覆盖发光部的外表面，则不能高效地从发光空间取出光。因此，需要避免导电膜的形成区域覆盖配光角。
Claims (3)
1.一种氙气灯，包括放电容器，该放电容器由含有氧化钛的石英玻璃构成，并具有发光部和在所述发光部的两端连续而延伸的侧管部，在所述发光部的内部彼此相对地配置有阴极和阳极，一端具有所述阴极或阳极的导电棒由设置在所述侧管部内部的结合部密封，在所述放电容器的内部封入有氙气，所述氙气灯的特征在于，
阴极侧的所述侧管部和所述发光部的连接部分成为缩小部，在所述缩小部的外表面和与所述缩小部连接的发光部的外表面的局部形成有导电膜，所述导电膜与阴极电连接。
2.根据权利要求1所述的氙气灯，其特征在于，
在所述发光部上，从与所述阴极侧的侧管部连接的部分至最大膨出部为止的范围形成有排气管残部，从所述排气管残部开始在阳极侧的外表面配置有与阳极电连接的触发线。
3.根据权利要求1或2所述的氙气灯，其特征在于，
在所述放电容器的两端安装有盖子，一方盖子与所述阴极导通，从所述一方盖子引出的相同电位线与所述导电膜接触。
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