CN101752181B

CN101752181B - 高压放电灯

Info

Publication number: CN101752181B
Application number: CN200910206371.4A
Authority: CN
Inventors: 绀谷亘; 后藤一浩
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2029-10-15
Also published as: JP2010129498A; JP4872999B2; US20100134003A1; CN101752181A; US8378573B2

Abstract

一种高压放电灯(10)，即使是具有由纯度在99.99％以上的钨构成的电极(1)的高压放电灯，也不会发生电极(1)折断。本发明的高压放电灯(10)包括：放电容器，在发光部(4)的两端连续设置有密封部(5)；和由纯度为99.99％以上的钨构成的电极(1)，基端埋设在所述密封部(5)中，前端相对配置在所述发光部(4)内，高压放电灯(10)的特征在于，所述电极(1)由形成在该电极(1)的前端的大径部(2)和比该大径部(2)细的轴部(3)一体形成，在所述大径部(2)的表面的一部分上，以在圆周方向上具有槽的部分(23a)和没有槽的部分(23b)相对于电极(1)的轴不对称的方式形成有凹凸结构(22)。

Description

高压放电灯

技术领域

本发明涉及一种用于数据投影仪、液晶投影仪、DLP(数字光处理)投影仪等装置的高压放电灯。尤其涉及在发光部内密封有0.15mg/mm³以上的水银，水银蒸气压在110气压以上的高压放电灯。

背景技术

近年来，液晶投影仪、使用数字光处理技术的DLP投影仪逐渐得到普及。作为其图像投影用光源，使用短电弧型金属卤化物灯、短电弧型高压放电灯。

图6为表示高压放电灯10的结构的说明用剖视图。

高压放电等10具有形成在中央部分的球状发光部4和形成在该发光部4两端上的密封部5。在发光部4的内部配置有一对电极11，在密封部5中埋设有电极11的一部分与电极11的基端连接的金属箔6，从而构成气密的密封结构。这种高压放电灯10通过提高点亮时的水银蒸气压来抑制电弧的扩大，并且能够进一步提高光输出。

但是，高压放电灯10随着点亮时间的经过，发光部4的透过率降低，因此存在照度维持率显著降低等问题。这种照度维持率的降低其主要原因在于，点亮时蒸发的电极构成物质即钨附着在发光部4的内壁上，从而发光部4的黑化所导致的。因此，日本特开2001-319617号公报公开了一种寿命长的高压放电灯10，即使电极11的钨纯度为99.99％以上，点亮时间长，发光部4也难以失透。

专利文献1：日本特开2001-319617号公报

发明内容

但是，当将具有这种由纯度在99.99％以上的钨构成的电极的高压放电灯点亮数百小时的情况下，发生了电极从根部折断的情况。当检测折断的电极时发现，由于钨的纯度高，当高压放电灯点亮而成为高温时发生再结晶，晶粒成长而变大，沿着晶界发生龟裂，从而被切断。

本发明是为解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种高压放电灯，即使是具有由纯度为99.99％以上的钨构成的电极的高压放电灯，也不会发生电极折断。

本申请的第一发明的高压放电灯，包括：放电容器，在发光部的两端连续设置有密封部；和由纯度为99.99％以上的钨构成的电极，基端埋设在所述密封部中，前端相对配置在所述发光部内，所述高压放电灯的特征在于，所述电极由形成在该电极的前端的大径部和比该大径部细的轴部一体形成，在所述大径部的表面的一部分上，以在圆周方向上具有槽的部分和没有槽的部分相对于电极的轴不对称的方式形成有凹凸结构。

本申请的第二发明的特征在于，在本申请的第一发明中，所述凹凸结构形成至大径部与轴部的边界。

根据本申请的第一发明所涉及的高压放电灯，以在圆周方向上具有槽的部分和没有槽的部分相对于电极的轴不对称方式形成了凹凸结构，因此形成电极的钨的晶界相对于电极的轴倾斜地形成，而不是在与电极的轴垂直的方向上形成。因此，即使由于电极的振动而在表面上发生与电极轴平行方向的拉伸应力，也不会在与发生该拉伸的方向垂直的方向上形成晶界，因此难以生成沿着晶界发生的龟裂，从而能够防止电极折断。

根据本申请的第二发明所涉及的高压放电灯，在电极折断的发生频率最高的部位即大径部与轴部的边界上形成了凹凸结构，由此能够使形成大径部与轴部的边界的钨的晶界相对于电极的轴倾斜地形成，而不是在与电极的轴垂直的方向上形成。因此，难以形成沿着晶界发生的龟裂，从而能够有效防止电极折断。

附图说明

图1为表示本发明的高压放电灯的结构的说明用剖视图。

图2为表示本发明的高压放电灯的电极的结构的放大图。

图3为本发明的高压放电灯的电极的放大剖视图。

图4为表示本发明的高压放电灯的电极的结构的放大图。

图5为表示本发明的高压放电灯的实验结果的图表。

图6为表示现有的高压放电灯的结构的说明图。

具体实施方式

图1为表示第一实施方式的高压放电灯10的结构的说明用剖视图。

高压放电灯10具有由石英玻璃构成的大致球形的发光部4，在该发光部4中彼此相对地配置有一对电极1。并且，以从发光部4的两端部延伸的方式形成有密封部5，在上述密封部5内，通过收缩密封气密地埋设有例如由钼构成的导电用金属箔6。在一对电极1中，轴部3焊接在金属箔6上，从而构成电连接，并且，在金属箔6的另一端上焊接有朝外部突出的外部导线7。

在发光部4中密封有水银、稀有气体和卤素气体。

水银用于获得必要的可见光波长，例如获得波长在360nm～780nm的放射光，封入0.15mg/mm³以上。该水银的封入量根据温度条件会有所不同，但是以在点亮时发光部4的内压为150气压以上的极高蒸气压的方式进行制作。并且，通过封入更多的水银，能够制作点亮时水银蒸气压在200气压以上或300气压以上的高压放电灯10，从而能够实现该水银蒸气压越高则越适合投影装置的光源。

稀有气体是为了改善点亮起动性而使用的，例如封入约13kpa的氩气。

卤素以碘、溴、氯等与水银及其他金属的化合物的形态封入，卤素的封入量从1×1^-6～1×10^-2μmol/mm³的范围中选择。通过封入卤素，发生卤素循环，能够使高压放电灯10的寿命长。并且，如本发明的高压放电灯10所示，在极小且具有高内压时，具有能够通过封入卤素防止发光部4黑化、失透的效果。

表示高压放电灯10的数值例，例如发光部4的最大外径为11.3mm，电极间距离为1.1mm，发光部4的内容积为120mm³。高压放电灯10内置在投影装置中，伴随装置的小型化，高压放电灯10也要求小型化。并且，还要求高压放电灯10的光量，因此施加电力也高，发光部内部的热影响非常大。高压放电灯10的管壁负荷值(发光部内表面的每单位面积的施加电力)成为0.8～5W/mm²，具体成为2.8W/mm²。具有这种高水银蒸气压、管壁负荷值的高压放电灯10搭载到如投影装置、高架投影仪等演示用设备上，能够提供显色性良好的放射光。

图2为表示第一实施方式的高压放电灯的电极1的结构的放大图，图2(a)为电极1的侧视图，图2(b)为由图2(a)所示的A-A切断的剖视图。

电极1由纯度在99.99％以上的钨成形，接着大致圆柱状的大径部2，一体地形成有比该大径部2细的轴部3。大径部2的与轴部3的连接部分形成为从大径部2经与轴部3的连接部分直径逐渐变细的缩径部21，从而大径部2与轴部3顺滑地连接。轴部3是指与金属箔6连续的直径大致相同的棒状部分，比轴部3的直径大的部分的整体称为大径部2。因此，缩径部21构成大径部2的一部分。另外，图2所示的电极1中，大径部2的缩径部21使直径连续缩小从而与轴部3连接，但是也可以不设置缩径部21，而是阶段性地连接大径部2与轴部3。

在大径部2的外表面的一部分上形成有由在圆周方向上延伸的槽构成的凹凸结构22。凹凸结构22从与大径部2的前端24的相隔距离d₁为1mm的位置起在轴方向上延伸而到达缩径部21，进而形成至大径部2与轴部3的边界25。凹凸结构22的具有槽的部分23a不是形成在圆周方向的全周上，而是形成在圆周方向的一部分上，具体形成为中心角O为180°的圆弧状。没有槽的部分23b是指圆周方向中除去具有槽的部分23a的部分。以图2所记载的电极1进行说明，在上侧形成具有槽的部分23a，下侧形成构成光滑的面的没有槽的部分23b，从而构成凹凸结构22。即，在大径部2的形成有凹凸结构22的部分中，在圆周方向具有槽的部分23a和没有槽的部分23b相对于电极1的轴以不对称方式形成。

在大径部2的外表面的一部分上，凹凸结构22由具有槽的部分23a和没有槽的部分23b形成，因此具有槽的部分23a与没有槽的23b相比，表面积大，与放电空间接触的面积大，因此能够将电极1中发生的热量更有效地释放，从而能够保持较低的温度。假设能够沿着轴方向将点亮的电极1切为两半，则包含具有槽的部分23a的半个部分的温度能够期待由表面积变大带来的冷却，因此比包含没有槽的部分23b的另一侧的半个部分的温度低。

在点亮高压放电灯时，与电弧最近的电极1的大径部2的前端24的温度最高，会达到4000℃左右。从大径部2的前端24随着接近缩径部21、进而接近轴部3，温度渐渐变低。由构成密封部5的石英玻璃所包围的轴部3的基端32能够向石英玻璃散热，因此其温度低，会成为2000℃左右。

在制造电极1时虽然进行热处理，但是其温度在1800℃～2200℃，因此作为高压放电灯的电极1使用时的温度高。因此，在大径部2与轴部3的前端31部分，发生形成电极1的钨的再结晶，随着高压放电灯的点亮时间变长，钨的晶粒成长而变大。当将高压放电灯点亮数百小时时，电极1的暴露于放电空间的部分由多个晶粒构成，生成分割晶粒与晶粒的晶界。

并且，在点亮高压放电灯时，可以想到电极1以支撑在金属箔6上的轴部3为支点，发生略微的振动。在前端具有容量大的大经部2的电极1由于振动而产生弯曲，因此在电极1的表面上在与电极轴平行的方向上始终发生拉伸和压缩。因此，在与相对于产生拉伸的方向垂直的电极1的轴垂直地形成晶界时，由拉伸引起的应力成为沿着晶界分割粒子的应力，因此沿着晶界容易产生龟裂，当龟裂扩大时导致电极1切断。

但是，在电极1的大径部2的该表面上，形成有由具有槽的部分23a 和由光滑的面构成的没有槽的部分23b所构成的凹凸结构22，因此只能在具有槽的部分23a的表面上期待有效的散热，上述具有槽的部分23a中，形成有与相邻的槽以50～100μm的间隔且100～500μm的深度形成的多个微细的槽。因此，能够将具有槽的部分23a的温度保持为低于没有槽的部分23b的温度。温度越高再结晶速度越快，因此在具有凹凸结构22的电极中，晶粒不是朝轴方向均匀地成长，而是在表面上没有槽的部分23b附近成长得大，表面上具有槽的部分23a附近成长得小。由此分割晶粒与晶粒的晶界，以表面上没有槽的部分23b的附近靠近轴部3的基端32、表面上具有槽的部分23a的附近靠近大径部2的前端24的方式相对于电极1的轴倾斜地形成，而不是与电极1的轴垂直地形成。

在圆周方向上具有槽的部分23a和没有槽的部分23b相对于电极1的轴以不对称方式形成凹凸结构22，因此形成电极1的钨的晶界以表面上没有槽的部分23b的附近靠近轴部3的基端32、表面上具有槽的部分23a的附近靠近大径部2的前端24的方式相对于电极1的轴倾斜地形成，而不是与电极1的轴垂直地形成。因此，即使由于电极1的振动在表面发生拉伸应力，也不会在与发生拉伸的方向垂直的方向上形成晶界，因此难以生成沿着晶界发生的龟裂，从而能够防止电极1折断。

凹凸结构22沿着电极1的轴方向拉长地形成时，在形成有凹凸结构22的部分和其他部分中发生的温度梯度变大，因此晶界的成长方向相对于与电极1的轴垂直的方向的角度变大，从而能够更为有效地防止电极1折断。

但是，电极1的大径部2的前端24在点亮时温度变得非常高，因此即使在外表面形成凹凸结构22，也会随着点亮而熔化消失。因此，至少从与电极1的大径部2的前端24相隔1～2mm的位置起形成凹凸结构22。

另外，缩径部21其发生折断的频率高，这是由目前为止的经验所能获知的。因此，在位于大径部2与轴部3的边界的缩径部21的该表面上形成凹凸结构22，由此在缩径部21的凹凸结构22的具有槽的部分23a和没有槽的部分23b上产生温度梯度，形成大径部2与轴部3的边界的钨晶界相对于电极1的轴倾斜地形成，而不是相对于电极1的轴垂直地形成。因此，由于电极1的振动即使在表面上发生拉伸应力，也不会在与发生拉伸的方向垂直的方向上形成晶界，因而能够减少拉伸应力的结晶晶界的垂直成分，从而沿着结晶晶界发生的龟裂难以发生，能够有效防止电极1折断。

接着，对第一实施方式的放电灯10的变形例进行说明。

图3为表示用于说明第一实施方式的变形例的高压放电灯的电极1的、在与形成有凹凸结构22的部分的轴垂直的方向上切断的剖面的剖视图。

第一实施方式所示的电极1由中心角O为180°的圆弧状的槽23形成凹凸结构22，但如图3(a)所示，也可以由具有槽的部分23a的中心角比第一实施方式的电极1小即中心角O在180°以下的120°的圆弧状的槽形成凹凸结构22。只要以具有槽的部分23a和没有槽的部分23b相对于电极1的轴以不对称方式形成凹凸结构22，以使电极1的热分布不均匀即可，因此只要不在全周上形成槽，就能满足条件。

并且，如图3(b)所示，也可以在圆周方向进行分割而形成多个槽。具有槽的部分23a的中心角O₁、O₂分别为80°的圆弧状的槽在相隔30°的位置形成了两个。具有槽的部分23a被分割为两个，但是具有槽的部分23a主要形成在上半部分上，因此能够从具有槽的部分23a上期待有效的散热，点亮时的温度比没有槽的部分23b所占据的下半部分低。相对于电极1的轴倾斜地形成晶界，而不是相对于电极1的轴垂直地形成，因此沿着晶界发生的龟裂难以发生，从而能够防止电极1折断。

由此，只要在圆周方向间距不相等，则可以在轴方向上排列多个在圆周方向分割而形成的具有槽的部分23a，使其他部分的表面光滑的没有槽的部分为23b，从而设置凹凸结构22。但是，在将具有槽的部分23a在圆周方向间隔相等地排列时，电极1的温度分布在直径方向的剖面上均匀，因此这种情况可以排除。即，在大径部2的形成有凹凸结构22的部分中，在圆周方向具有槽的部分23a和没有槽的部分23b相对于电极1的轴以不对称的方式形成。

接着，对第二实施方式的高压放电灯进行说明。

图4为表示第二实施方式的高压放电灯的电极1的结构的放大图，图4(a)为电极1的侧视图，图4(b)为用图4(a)所示的A-A切断的剖视图。

第二实施方式的高压放电灯与第一实施方式的高压放电灯相比不同点在于，凹凸结构22的具有槽的部分23a的槽形成的方向，除此之外与第一实施方式的高压放电灯的结构相同。对与第一实施方式的高压放电灯的结构相同的部件，省略说明。

在第二实施方式的高压放电灯的电极1上，在大径部2的外表面的一部分上形成有多个在轴方向上延伸的槽，从而形成具有槽的部分23a，将其他部分设为光滑表面的没有槽的部分23b，从而形成凹凸结构22。在具有槽的部分23a上形成的槽从与大径部2的前端24的相隔距离d₁为1mm的位置起在轴方向上延伸而达到缩径部21，进而形成至大径部2与轴部3的边界25。如图4(b)所示，凹凸结构22的具有槽的部分23a形成在电极1的上半部分的表面上，下半部分构成表面光滑的没有槽的部分23b。即，在大径部2的形成有凹凸结构22的部分中，在圆周方向具有槽的部分23a和没有槽的部分23b相对于电极1的轴以不对称方式形成。

在大径部2的外表面通过形成具有槽的部分23a和没有槽的部分23b而形成了凹凸结构22，因此具有槽的部分23a与没有槽的部分23b相比，表面积大，与放电空间接触的面积大，因此能够有效释放在电极1中产生的热量。因此，表面没有槽的部分23b的附近晶粒的成长较大，表面具有槽的部分23a的附近晶粒的成长较小，晶粒在轴方向上成长的速度不同。因此，形成电极1的钨的晶界以没有槽的部分23b的附近靠近轴部3的基端32、具有槽的部分23a的附近靠近大径部2的前端24的方式、从与电极1的轴垂直的方向倾斜地形成，而不是在与电极1的轴垂直的方向上形成。

由此，形成电极1的钨的晶界倾斜地形成，而不是在相对于1的轴垂直的方向上形成，因此即使由于电极1的振动在表面上发生拉伸应力，晶界也不会在与发生拉伸的方向垂直的方向上形成，因此难以生成沿着晶界发生的龟裂，从而能够防止电极1折断。

以上，说明了作为第一实施方式的形成有包含由在圆周方向上延伸的槽构成的具有槽的部分23a在内的凹凸结构22的电极1和作为第二实施方式的形成有包含由在轴方向上延伸的槽构成的具有槽的部分23a在内的凹凸结构22的电极2，但是槽的形状不限于此，例如也可以将在圆周方向和轴方向上同时形成槽的格子状的槽作为凹凸结构。并且，图1至图4所记载的凹凸结构22的具有槽的部分23a形成在纸面的上侧，但是具有槽的部分23a的配置不限于此，也可以形成在纸面的下侧或左右中的任意一侧，只要在圆周方向上具有槽的部分23a和没有槽的部分23b以不对称的方式形成就能起到本发明的凹凸结构22的作用。

测定将高压放电灯连续点亮300小时之后的电极的晶粒的形状。

[实施例1]

用作实验对象的高压放电灯的规格如下。

<灯规格>

放电容器：材质：石英玻璃，发光部的最大外径：

～12.0mm，全长：9.0mm～11.1mm

封入物：水银：0.15mg/mm³以上，

溴气(卤素)：1.0×10^-6mol/mm³～1.0×10^-2mol/mm³

电极：材质：钨(纯度：99.99％以上)

尺寸：大径部：直径全长5mm，轴部：直径全长8mm

凹凸结构：与大径部的前端相隔3mm的位置起形成至与轴部的边界

具有槽的部分：中心角180°，

槽：深度为0.1mm的圆弧状，槽与槽的间隔为0.05mm

将该高压放电灯在输入电力330W下，以点亮100小时、灭灯1小时作为一组的点灭方式，点亮至总点亮小时达到300小时。取出点亮后的电极，利用金属显微镜观测构成电极的钨的晶粒。

并且，作为比较例，准备除在电极上没有形成凹凸结构之外规格相同的高压放电灯，同样以将点亮100小时、灭灯1小时作为一组的点灭方式，测定总点亮时间在300小时之后的钨的晶粒。

图5为表示通过实验得到的钨的晶粒的形状的简略图。图5(a)表示本发明的实验对象的电极截面的结晶状态，图5(b)表示比较例的电极截面的结晶状态。

在圆周方向上具有槽的部分和没有槽的部分相对于电极的轴不对称的凹凸结构形成在大径部表面的一部分上的电极中，具有槽的部分的钨的晶粒变小，能够确认形成槽而带来的冷却(散热)效果。并且，通过槽的冷却(散热)效果，钨的晶界相对于电极的轴倾斜地形成，而不是相对于电极的轴垂直地形成。由此能够确认，即使由于电极的振动而在表面上发生与电极轴平行方向的拉伸应力，也不会在与发生该拉伸的方向垂直的方向上形成晶界，因此沿着晶界发生的龟裂难以形成，从而能够防止电极折断。

并且，在没有形成凹凸结构的比较例的电极中，与图5(a)所示的电极相比，钨的晶粒的成长得大，大径部由在轴方向上分割的三个晶粒构成。并且能够确认，钨的晶界形成在与电极的轴垂直的方向上，因此当发生与电极轴平行方向的拉伸应力时，沿着晶界发生龟裂，电极折断的可能性高。

Claims

1.一种高压放电灯，包括：放电容器，在发光部的两端连续设置有密封部；和由纯度为99.99％以上的钨构成的电极，所述电极的基端埋设在所述密封部中，所述电极的前端相对配置在所述发光部内，所述高压放电灯的特征在于，

所述电极由形成在该电极的前端的大径部和比该大径部细的轴部一体形成，

由多个槽构成的具有槽的部分形成在所述大径部的表面的圆周方向的一部分上并且在所述电极的轴方向上延伸而形成，由此以在圆周方向上具有所述槽的部分和没有槽的部分相对于所述电极的轴不对称的方式形成有凹凸结构，该凹凸结构在所述电极的轴方向上延伸而形成。

2.如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，

所述凹凸结构形成至所述大径部与所述轴部的边界为止。