CN101800155A - 高压放电灯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高压放电灯，即使是高压放电灯点灯固定时间，金属箔6也不会发生熔断。该高压放电灯具有在发光部(4)的两端连续设置有封固部(5)的放电容器、前端部在所述发光部(4)内相对配置的一对电极(1)、以及与该电极(1)的芯棒(7)熔融接合并埋设在所述封固部(5)内的金属箔(6)，其特征在于，随着熔融接合，形成从金属箔(6)的表面到芯棒(7)内部的空洞(2)，将构成封固部(5)的玻璃置于该空洞(2)中。
Description
技术领域
本发明涉及到数字投影仪或液晶投影仪、DLP(数字光处理)投影仪等装置中使用的高压放电灯。特别涉及到在发光部内封入有0.15mg/mm3以上的水银，水银蒸气压在110大气压以上的高压放电灯。
背景技术
近些年，液晶投影仪、以及使用数字光处理技术的DLP投影仪逐渐普及。其图像投影用光源采用短弧型高压放电灯。
图5是示出日本特开2004-363014号公报中公开的高压放电灯10的结构的局部剖视图。
高压放电灯10具有由形成在中央部分的球状的发光部4和形成于该发光部4两端的封固部5形成的放电容器。在发光部4内部配置有一对电极1，在封固部5中埋设有电极1的芯棒7和与芯棒7连接的金属箔6并进行了气密性地密封。该种高压放电灯10由于点灯时水银蒸气压变高因而抑制了电弧的扩张，而且能够实现光输出的进一步提高。
电极1的芯棒7和金属箔6通过激光接合起来。例如，在使芯棒7和金属箔6紧贴后，从金属箔6侧照射激光，通过使构成金属箔6的钼(Mo)和构成芯棒7的钨(W)双方均熔融从而接合起来。在使用激光进行接合的情况下，能够将芯棒7和金属箔6二者溶合，因此能够提高电连接的可靠性，并且能够提高接合强度。
专利文献1：日本特开2004-363014号公报
在该种灯中，电极1的芯棒7或金属箔6在点灯时发生热膨胀，在灭灯时会因冷却而收缩。芯棒7由于与构成封固部5的玻璃紧密贴合而难以伸缩，而金属箔6与玻璃的贴合不像芯棒7那样紧密因此容易伸缩。由此，在高压放电灯10点灯、灭灯时，芯棒7难以进行热膨胀和收缩、而金属箔6容易进行热膨胀和收缩。
像这样在芯棒7和金属箔6之间存在热膨胀和收缩的量的差异的状态下重复高压放电灯10的点灯和灭灯时，与芯棒7重合的部分的金属箔6的厚度变薄，施加到金属箔6上的电负荷增大。此外，根据已有经验知道，芯棒7的终端还会向金属箔6侧弯曲。金属箔6由于电负荷增大而被加热，进而因芯棒7的弯曲而受到压迫，从而发生熔断。
发明内容
本发明鉴于上述问题点，其目的在于提供一种高压放电灯，即使是将高压放电灯以固定时间的点灯，也不会发生金属箔的熔断。
本申请的第一发明中的高压放电灯具有在发光部的两端连续设置有封固部的放电容器、前端部在所述发光部内相对配置的一对电极、以及与该电极的芯棒熔融接合并埋设在所述封固部内的金属箔，其特征在于，随着所述熔融接合，形成从金属箔的表面到芯棒内部的空洞，将构成封固部的玻璃置于该空洞中。
在第一发明所述的高压放电灯的基础上，本申请的第二发明的特征在于，构成所述封固部的玻璃比金属箔更深入地进入到空洞中。
在第二发明所述的高压放电灯的基础上，本申请的第三发明的特征在于，在与构成所述封固部的玻璃接触的芯棒的表面上也形成有凹部，并将所述玻璃置于该凹部中。
在第二发明所述的高压放电灯的基础上，本申请的第四发明的特征在于，设从所述金属箔的表面到所述空洞的最深部为止的长度为d，设所述电极的芯棒的直径为r时，d/r在0.35以上、0.60以下。
根据本申请第一发明所述的高压放电灯，通过将玻璃置于从金属箔的表面到芯棒内部的空洞中，从而以玻璃为楔，使金属箔也难以伸缩。金属箔的膨胀和收缩量受到限制，能够减小由于构成封固部的玻璃的贴合情况的差引起的芯棒和金属箔的膨胀和收缩量的差异。在该状态下进行高压放电灯的点灯和灭灯，因此能够防止电极的芯棒弯曲，抑制金属箔的熔断。
根据本申请的第二发明所述的高压放电灯，使构成封固部的玻璃比空洞中的金属箔更深入，不仅金属箔，也能够限制芯棒的移动，从而不仅限制了金属箔的膨胀和收缩，而且能够得到使金属箔和芯棒的膨胀和收缩量大致相等的效果。
根据本申请的第三发明所述的高压放电灯，通过在与玻璃接触的侧面的表面上也设置凹部并使玻璃进入到该凹部中而使其难以伸缩，从而能够和与芯棒的金属箔接合的侧面的热膨胀和收缩量一致。芯棒的圆周方向的任一侧面上的热膨胀和收缩量都大致相等，能够更为有效地防止芯棒的弯曲。
根据本申请的第四发明所述的高压放电灯，通过以使d/r在0.35以上、0.60以下的方式形成电极，能够形成具有足够的焊接强度、且玻璃置于空洞中的形状。
附图说明
图1是示出第一实施方式的高压放电灯的结构的局部放大图。
图2是示出第一实施方式的电极和金属箔的俯视图。
图3是放大示出图2所示的激光的照射部分的剖视图。
图4是示出第二实施方式的电极和金属箔的放大剖视图。
图5是示出现有的高压放电灯的结构的说明图。
具体实施方式
图1是示出第一实施方式的高压放电灯10的结构的局部放大图。
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中相对配置有由钨构成的电极1。此外，以从发光部4的端部伸出的方式形成有封固部5，在封固部5内通过收缩密封气密地埋设有例如由钼构成的导电用的金属箔6。一对电极1由直径粗的前端部和直径细的芯棒7构成，芯棒7焊接在金属箔6上并且电连接。
在发光部4中封入有水银、稀有气体和卤素。
水银量封入有0.15mg/mm3以上，以得到必要的可视光波长，例如波长为360nm～780nm的放射光。该水银封入量随温度条件不同而不同，但都是要制作成在点灯时发光部4的内压达到150大气压以上的极高的蒸气压力。此外，通过封入更多水银能够制作出在点灯时使水银蒸气压达到200大气压以上或者300大气压以上的高压放电灯10，能够实现适用于投影仪装置中的光源。
稀有气体用于改善点灯启动性，例如封入有大约13kPa的氩气。
卤素以氟、溴、氯等与水银以外的金属的化合物的形态被封入，卤素的封入量可以在1×10-6～1×10-2μmol/mm3的范围内选择。通过封入卤素，能够形成卤素循环，延长高压放电灯10的寿命。此外，在像本发明的高压放电灯10那样非常小型且具有高内压的高压放电灯中，通过封入卤素，具有防止发光部4的黑化、失透的效果。
在由钼(Mo)的薄箔构成的金属箔6上沿轴向的数个部位处通过激光焊接并接合有电极1的芯棒7。芯棒7和金属箔6在接合起来的状态下通过收缩密封被埋设在封固部5中，并且周围以石英玻璃覆盖。
以下示出高压放电灯10的数值示例，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115mm3。电极1的芯棒3的直径φ为0.3～1.0mm，金属箔6的厚度为20μm，芯棒7与金属箔6的重合部分的轴向长度为1～2mm。高压放电灯10内置于投影仪装置内，随着装置的小型化，高压放电灯10也被要求小型化。此外，由于对高压放电灯10的光量也有要求，因此施加电量也增高，发光部4内部的热的影响非常难以处理。高压放电灯10的管壁负荷值(发光部4的内表面的单位面积的施加电量)为0.8～3.0W/mm2，具体来说是2.5W/mm2。
像这样具有高水银蒸气压和管壁负荷值的高压放电灯10搭载于投影仪装置这样的演示用仪器中，能够提供演色性良好的放射光。
接着，对通过激光照射将金属箔6和芯棒7焊接起来的方法参照图2进行说明。
图2是示出芯棒7和金属箔6的俯视图。
金属箔6形成为剖面呈Ω状，在中央形成有在芯棒7的周面沿轴向延伸的中央曲面部61，并且两端形成为平面。中央曲面部61向金属箔6的一端伸出，形成与芯棒7接合的重合部62。
另外，在图2中使用了剖面为Ω状的金属箔6，但也可以使用剖面为平坦的平板状的金属箔。
在金属箔6的中央曲面部61和芯棒7重合的重合部62上，从金属箔6侧在多个部位照射激光，形成多个熔融开口部3。激光可以采用YAG激光、光纤激光、或者取代激光采用电子束等。能量密度在17J/mm2以上，例如通过1.2J的激光以φ0.3mm的光斑直径进行照射。
图3是放大示出图2所示的激光的照射部分的剖视图。具体来说，是穿过认为是激光照射到的中心部的焊接开口部3的中央，并相对于芯棒7的轴垂直地进行剖开的剖视图。
在照射激光后，贯穿由作为重合材料的上方材料的钼(Mo)构成的金属箔6，并使由作为下方材料的钨(W)构成的芯棒7喷出。喷出的钨(W)的一部分升华，而其大部分表面粘性下降并流到周边，蔓延到金属箔6上，以充满形成于金属箔6的表面上的开口的周缘的方式进行覆盖。熔融的钨超过金属箔6并溢出，以覆盖形成在金属箔6上的开口的方式形成焊接开口部3。
在受到激光焊接的热影响时，构成芯棒7的钨(W)喷出或者升华，因此在芯棒7的内部形成空洞2。形成于芯棒7的空洞2形成于受到激光的热影响的部分，随着激光的能量密度不同，其深度也变化。此外，根据情况不同，有时会出现中央熔融并埋上而分隔成上部和下部的情况。空洞2的深度d为从金属箔6的表面到空洞2的最深部，即在分隔成上部和下部的情况下是指到下部的底部为止的长度。
通过激光焊接，以使熔融的钨覆盖金属箔6的开口的方式形成焊接开口部3，将由芯棒7和金属箔6接合形成的电极结构体贯穿到圆筒状的石英玻璃管的内部，并使圆筒管加热收缩，形成封固部5。构成封固部5的石英玻璃与芯棒7和金属箔6紧贴，因此也进入到焊接开口部3的内部。进入到由于激光而在芯棒7中形成的空洞2中的玻璃起到了使芯棒7和金属箔6不发生大的移动而留在原始位置的楔的功能。
由于玻璃进入到了由激光焊接形成的穿过金属箔6并到达芯棒7为止的空洞2中，因此玻璃作为楔使金属箔6也难以伸缩。金属箔6的膨胀和收缩量受到限制，从而能够减小由于构成封固部5的玻璃的贴合情况的差引起的芯棒7和金属箔6的膨胀和收缩量的差异。在金属箔6和芯棒7的热膨胀和收缩量大致相等的状态下进行高压放电灯10的点灯和灭灯，因此能够防止电极1的芯棒7弯曲，还可以抑制金属箔6的熔断。
另外，优选的是，构成封固部5的石英玻璃进入到从焊接开口部3开始连续的空洞2的比芯棒7的表面更靠内部的位置。玻璃深入到空洞2中，不仅金属箔6，也限制了芯棒7的动作，从而不仅限制了金属箔6的膨胀和收缩，而且能够得到使金属箔6和芯棒7的膨胀和收缩量大致相等的效果。
接着，对第二实施方式进行说明。图4是示出第二实施方式的电极和金属箔的放大剖视图。
在第二实施方式中，对于电极1的芯棒7，不仅在与金属部6接合的侧面形成有空洞2以使芯棒7和金属箔6的热膨胀和收缩量的差异减小，而且在与构成封固部5的玻璃接触的侧面的表面上形成有凹部8，并使玻璃进入到凹部8中。仅使芯棒7的与金属箔6接合的侧面难以伸缩的话，芯棒7的相反侧的侧面会像以往一样进行热膨胀和收缩，因此由于芯棒7的周向的侧面会产生热膨胀和收缩量不同的情况。
因此，在与玻璃接触的侧面的表面上也设置凹部8并使玻璃进入到其中，使伸缩难以进行，从而能够使其与芯棒7的与金属箔6接合的侧面的热膨胀和收缩量一致。芯棒7的周向的任意侧面均具有大致相等的热膨胀和收缩量，从而能够有效地防止芯棒7的弯曲。
接着，对实施例进行说明。
准备通过使电极的芯棒直径和空洞的深度进行各种改变并与金属箔进行激光焊接形成的电极结构体，验证焊接强度和玻璃是否进入到了空洞中。
作为实验对象的高压放电灯的规格如下所示。
电极：材质，钨；芯棒直径φ0.4mm；芯棒长度6.7mm
金属箔：材质，钼；厚度20μm；与电极的重叠长度1.5mm
焊接：YAG激光，轴向两个部位，能量密度17～21J/mm2
封固部：材质，石英玻璃；直径φ约5.5mm
另外，封固部是由厚度为2mm、直径φ6mm的圆筒管收缩形成的。
通过激光焊接在电极中形成的空洞的深度也是受到了激光的热影响的深度，因此通过选择激光的能量密度能够使所述深度形成为适当的量。此外，用于高压放电灯中的电极芯棒的直径非常小，要求在φ0.3～1.0mm左右，因此空洞的深度不可能大到所述程度。
如图3所示，通过激光焊接形成的空洞有时会出现中央熔融并埋上而分隔成上部和下部的情况。空洞的深度指的是受到了激光的热影响的到达深度，因而在此处，在分隔成上部和下部的情况下指的是到下部的底部为止的长度d。为了正确地测定空洞的深度，在以通过认为是受到激光的中心部的焊接开口部的中央的方式剖开的剖面中，通过激光测量对从金属箔的表面到空洞的最深部位置的分离距离进行计量。
实验结果在表1中示出。以空洞的长度d和电极芯棒的直径r为变量的“d/r”作为参数，确认改变d/r的各种值的情况下的焊接强度和玻璃是否进入。已知当焊接强度在芯棒和金属箔的焊接部的剥离强度在60g以上时，高压放电灯在性能上没有问题，因此在剥离强度处于60g以上时为“○”，在60g以下时为“×”。另外，剥离强度为，例如与推挽计(push-pull gauge)连接，并向从芯棒剥离的方向拉伸，在剥离时的测定值。此外，对于玻璃是否进入，在进入得比芯棒表面更深时为“○”，在玻璃没有进入时或者进入得比芯棒表面更浅时为“×”。
表1
| d/r | 焊接强度 | 玻璃是否进入 |
| 0.10 | × | × |
| 0.15 | × | × |
| 0.20 | × | × |
| 0.25 | × | × |
| 0.30 | ○ | × |
| 0.35 | ○ | ○ |
| 0.40 | ○ | ○ |
| 0.45 | ○ | ○ |
| 0.50 | ○ | ○ |
| 0.55 | ○ | ○ |
| 0.60 | ○ | ○ |
| 0.65 | × | ○ |
| 0.70 | × | ○ |
由上表可知，对于焊接强度，在d/r在0.25以下时不能够充分地接合，会发生剥离，在d/r在0.65以上时金属箔过量熔融，会发生断开的情况。以d/r在0.30以上、0.60以下的方式形成焊接部的话，剥离强度在60g以上，并且具有足够的焊接强度。
由上表可知，对于玻璃是否进入，在d/r在0.30以下时空洞过小，形成玻璃无法进入的形状。而以d/r在0.35以上的方式形成电极的话，能够形成玻璃比金属箔的表面更深地进入到空洞中的形状。
根据上述实验结果，以d/r在0.35以上、0.60以下的方式形成电极的话，能够具有充分的焊接强度，且形成玻璃进入到空洞中的形状。
Claims (4)
1.一种高压放电灯，其具有在发光部的两端连续设置有封固部的放电容器、前端部在所述发光部内相对配置的一对电极、以及与该电极的芯棒熔融接合并埋设在所述封固部内的金属箔，其特征在于，
随着所述熔融接合，形成从金属箔的表面到芯棒内部的空洞，将构成封固部的玻璃置于该空洞中。
2.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，
所述构成封固部的玻璃比芯棒的表面更深入地进入到空洞中。
3.根据权利要求2所述的高压放电灯，其特征在于，
在与构成所述封固部的玻璃接触的芯棒的表面上也形成有凹部，并将所述玻璃置于该凹部中。
4.根据权利要求2所述的高压放电灯，其特征在于，
设从所述金属箔的表面到所述空洞的最深部为止的长度为d，设所述电极的芯棒的直径为r时，d/r在0.35以上、0.60以下。
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