CN101996847A - 高压放电灯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高压放电灯，电极的电极轴和金属箔接合，并被封固在封固部内，在上述电极轴的封固部内的部分的外周面上形成有多个槽，通过上述槽形成的封固部玻璃的槽的底部角部不会产生裂纹，不会产生应力集中导致的破损。将上述电极轴的槽的上方肩部即形成该槽的突出部的顶部形成为曲面形状，由此形成的封固部玻璃的槽的底部角部形成为曲面形状。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压放电灯，尤其是涉及投影仪装置用光源、曝光装置用光源所使用的高压放电灯。
背景技术
作为这种高压放电灯的密封构造，采用电极轴的根部与埋设在封固部中的金属箔接合的所谓箔密封构造。
通常，电极轴由钨构成，而另一方面发光管由石英玻璃构成，因此在上述箔密封构造中，由于封固部处的二者的热膨胀系数的不同，时常产生封固部损伤、破损的问题。特别是在投影仪装置所使用的高压放电灯中，例如在发光部内封入有0.15mg/mm3以上的大量的水银，点灯时水银蒸气压达到100个大气压以上的高压，因而该问题更加严重。
为了解决这种问题，例如，在日本特表2008-529252号公报中介绍了在电极轴(芯棒)上沿着轴向延伸地形成槽的技术。
图3(A)是上述现有例的灯的概略构成图，图3(B)是电极的放大图。
如图3(A)及(B)所示，在放电灯1的电极2的电极轴21上，在与封固部3相对的外表面区域形成有沿轴方向延伸的多个槽5。另外，电极轴21在封固部3内与金属箔4连接。
上述现有技术通过在电极轴21上设置多个槽5，使圆周方向的表面粗糙度比长边方向的表面粗糙度大，消除电极轴21的材料(钨)与封固部3的材料(石英玻璃)的热膨胀率的不同导致的封固部的破损。
但是，在该现有技术中，将通过激光束加工来形成在电极轴21方向上连续的多个槽5的灯进行封固时，时常发生封固部3破损的问题。
本发明的发明人锐意研究该现象，结果发现该封固部破损的原因如下。
在图4所示的激光束进行的加工中，该光束的能量集中，一般来说其剖面的激光束的输出分布如图4(B)所示。在具有这种输出分布的光束中，如图4(A)所示，在电极轴21上形成槽5时，如图4(C)所示，在该槽5的上方的肩部5a，即形成槽5的突出部6的顶部6a上形成了锐角的角部。
这样一来，在槽5的肩部5a(突出部6的顶部6a)存在锐角的角部时，形成封固部时，如图4(C)所示，封固部3的玻璃向着槽5的锐角的肩部5a挤入。在该封固部形成后，封固部5和电极轴21被冷却时，如图4(D)所示，虽然相互保持若干间距地分离，在该冷却时，封固部3的玻璃上形成的槽7的底部角部7a形成为锐角状。
并且，如图4(D)所示，在封固部玻璃3中，由刻入该锐角状的角部7a的褶皱形成裂纹8，由于灯点灯时玻璃的膨胀，应力集中在该角部7a及裂纹8，以裂纹8为起点导致破损。
专利文献1 日本特表2008-529252号公报
发明内容
本发明鉴于上述现有技术的问题点，提供一种高压放电灯，在电极轴上形成轴向的多个槽，防止电极轴和石英玻璃的热膨胀率的不同导致的封固部的损伤、破损，并且消除应力集中在形成于封固部的玻璃侧的槽上而导致的该封固部破损的问题。
为了解决上述问题，本发明的高压放电灯，在电极的电极轴上沿轴向形成的多个槽的上方的肩部形成为曲面形状，由此形成的封固部玻璃侧的槽的底部角部形成为曲面形状，能够抑制该部分上的裂纹的产生，并且能够避免玻璃膨胀时应力集中。
根据本发明，通过使电极轴上形成的多个槽的上方肩部为曲面状，能够避免形成于密封部玻璃侧的槽部的底部角部的应力集中，因此能够获得不会在该部分产生裂纹或封固部的破损的情况。
附图说明
图1是本发明的高压放电灯的部分剖视图。
图2是形成本发明的电极槽的说明图。
图3是现有的高压放电灯的剖视图。
图4是现有例的电极槽的说明图。
具体实施方式
图1(A)是本发明的高压放电灯的剖视图，图1(B)是其X部的放大剖视图，图1(C)是槽的一部分和其Y部的放大图。
在图1(A)所示的本发明的高压放电灯的封固部结构中，在电极轴21上形成有多个槽5。
并且，在封固工序时，封固部(石英玻璃)3被加热，与电极轴21熔接，但玻璃3与电极轴21仅在形成槽5的突出部6接触，因此二者的接触面积小，在冷却过程中两者剥离，在该二者之间形成若干间隙。由此，即使灯点灯、非点灯时二者的热膨胀率的差导致伸缩量不同，也能够防止破损。
并且，如图1(B)所示，本发明中的槽5的形状形成为其上方的肩部5a即形成该槽5的突出部6的顶部6a形成为曲面形状。因此，形成于上述封固部3的玻璃侧的槽7的底部角部7a也为曲面形状，因此在该底部角部不会产生裂纹。
在上述电极轴21的直径为0.3mm～1mm的情况下，形成于该电极轴21的槽5的肩部5a的曲面形状的曲率半径为5μm～50μm，从而在玻璃侧不会有褶皱产生，能够防止封固部3的损伤。
另外，在封固工序时，与电极轴21接触的封固部3的石英玻璃达到1800℃左右，但此时石英玻璃的粘度为6logη泊左右，处于非常硬的状态，是与大约20℃的焦油沥青相同程度的硬度。
在该状态下前端尖的相同温度的电极轴21的槽5的肩部5a被按压时，其前端扎入，玻璃进入到凹部的中途并停留。因此，在槽肩部5a的曲面的曲率半径小于5μm的情况下，封固部上会产生褶皱，封固部破损。
并且另一方面，槽肩部5a的曲面的曲率半径超过50μm的情况下，槽的肩部和封固部的接触面积增加，两者紧密接触，冷却时不能适当地剥离，产生点灯过程中封固部破损的问题。
另外，本发明所述的电极轴21的直径可以通过例如千分尺对设有槽5的外表面即突出部6的外径的多个部分进行测定，由其平均值求出。另外，也可以通过激光显微镜放大电极轴21的剖面，测定多个直径，由其平均值求出。
并且，槽5的上方肩部5a的曲率半径可以通过激光显微镜放大其剖面进行测定。
并且，槽5通过后述的激光照射来形成的情况下，可以将其外表面如图1(C)所示地变粗糙。该槽5的外表面的表面粗糙度(中心线平均粗糙度)Ra是0.05μm～1μm。
灯点灯时，由于热膨胀差，槽5的外表面与封固部3接触，但由于槽5的外表面变得粗糙，从而能够抑制该槽5的外表面和封固部3紧密接触，能够防止封固部3紧密接触而产生的破损。
上述电极轴21的槽5可以通过激光照射来形成。基于图2对采用该激光照射的形成方法进行说明。
预先通过钨形成电极轴21，准备激光加工机10。激光加工机10如图2(A)所示，准备YAG激光，使从该激光输出的脉冲束11通过未图示的非球面透镜而构成。
该光束11的剖面的输出分布如图2(B)所示。如上文所述，通常光束11的输出分布如图4(B)所示，但通过使其通过非球面透镜，能够相对于光束11的中心轴的输出11a缩小光束的外周边的输出11b。
将具有这种输出分布的脉冲束11向着电极轴21照射，使激光沿着该电极轴21移动(参照图2(A))。达到加工端部后中断激光束的照射，以电极轴21为轴中心，旋转槽间距的量，然后返回并雕刻相邻的槽。
通过反复进行上述操作，如图1(A)，在电极轴21的外周可以形成在轴的长边方向延伸的多个槽5、5。
并且，向电极轴21照射图2(B)所示的输出分布的光束11时，如图2(C)所示，光束的中心轴具有急剧的输出11a，因此能够将槽2的凹部5b形成得较深。
对此，光束的外周边的输出11b比中心轴的输出11a小，并且随着面向外周边其输出减小，具有平缓的输出分布。因此，随着向着槽5的肩部5a即形成槽5的突出部6的顶点6a，照射的光束的输出11b变小，通过该光束的平缓的输出分布，槽5的上方的肩部5a熔融，形成平缓的曲面状。
进而，相邻的槽的肩部由于光束而被熔融时，如图2(D)所示，形成槽5的突出部6的顶部6a形成为曲面状。
这样一来，具有本发明的曲面状的肩部的槽通过非球面透镜等，使其光束分布为图2(B)这样的方式，从而可以形成。
另外，如果表示激光照射的条件的话，则如下所示：
YAG激光：波长1.06μm
YAG激光的功率：1.85kW
光束直径：20μm
光束的前进速度：100mm/s
形成相邻的槽时的光束的中心轴距离：25μm
在上述条件下，在电极轴21上形成槽5时，槽5的上方肩部5a的曲率半径为15μm，其表面粗糙度为0.05μm～1μm。
另外，在上述条件下，形成槽5的突出部6的顶部6a上没有照射光束11，但受到了激光照射产生的热。由于该热，顶部的一部分蒸发，形成表面粗糙度。
可以推测出，在被照射一方的光束11的槽5的凹部5b中，被照射光束，从而其表面熔融，但在激光束通过、变冷的过程中，蒸发了的电极轴21的部件(钨)附着，形成表面粗糙度。
另外，槽5的上方肩部5a的曲率半径可以通过调节激光束11的输出和扫描速度调整为5μm～50μm。
如上所述，在本发明的高压放电灯中，形成于电极轴的轴向的多个槽的上方肩部形成为曲面形状，由此即使在封固工序时封固部玻璃冷却时，形成于玻璃侧的槽的底部角部也不会形成为锐角状，而形成为曲面形状，因此不会在该部分产生裂纹，并且即使点灯、非点灯时封固部玻璃膨胀、收缩，也能够获得应力不会集中在该部分，封固部不会破损的效果。
Claims (3)
1.一种高压放电灯，具有在放电空间内相对配置的一对电极，该电极的电极轴在封固部内与金属箔接合，在上述电极轴上与封固部对应的部位上形成有轴向的多个槽，其特征在于，
上述槽的上方肩部形成为曲面状，
上述电极轴的直径为0.3～1mm，上述曲面状的上方肩部的曲率半径为5μm～50μm。
2.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，
上述槽的外表面的粗糙度为0.05μm～1μm。
3.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，
上述槽通过激光照射而形成。
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