CN104284500A - 高压放电灯及其点亮方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高压放电灯和点亮方法，其在维持水银析出(凝结)的点亮状态的同时，避免在发光管部的内壁中产生显著黑化。高压放电灯(10)由以下装置构成：具有内部空间(16)的发光管部(12)；对置配置于内部空间(16)的一对钨电极(20)；被封入在内部空间(16)中的水银(24)和卤素(26)。并且，为使在水银(24)的一部分未气化而处于析出状态下，形成适当的卤素循环，将相对于内部空间(16)的容积过剩量的卤素(26)封入所述内部空间(16)，由此可解决上述课题。

Description

高压放电灯及其点亮方法
技术领域
本发明涉及一种能避免发光管部的内壁产生显著黑化的高压放电灯及其点亮方法。 
背景技术
高压放电灯具有由一个灯得到的光量非常多的特性，从而被广泛应用于投影仪等。高压放电灯在石英玻璃制的发光管部的内部空间配设有一对电极，并且在该内部空间封入有水银，通过对电极间施加电压使其产生电弧放电，激励蒸发的水银而发出光。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：日本特表2008－527405号公报 
发明所要解决的课题 
在专利文献1中，在投影仪中，出于得到高的对比度的目的，根据图像内容的辉度参数来变更供给功率，在全工作时间的至少一部分时间，对在高压放电灯的发光管部内水银析出的“饱和工作方式”和在相同发光管部内所有水银蒸发的“不饱和工作方式”进行切换。 
所述“饱和工作方式”与“不饱和工作方式”之间必须进行切换的理由在于，若在饱和工作方式下发光管部内水银大量析出，则成为发光管部的内壁产生黑化的原因，从电弧放电部分中放出的光被遮挡而造成照度降低，且导致发光管部的局部的温度上升而可能成为所述发光管部破裂与损伤的原因。 
发明内容
本发明鉴于这种以往技术的问题点而开发完成。因此本发明的主要课题在于提供一种高压放电灯和该高压放电灯的点亮方法，从而能够在维持 高压放电灯的发光管部内的水银析出(凝结)这种点亮状态的同时，避免发光管部的内壁上产生显著黑化。 
用于解决课题的技术方案 
根据本发明的第一方面，提供一种高压放电灯： 
包括： 
具有内部空间的发光管； 
在所述内部空间对置配置的一对钨电极； 
封入于所述内部空间的水银和卤素； 
以所述水银的一部分在所述内部空间中不气化而析出时形成适当卤素循环的方式相对于所述内部空间的容积过剩地封入所述卤素。 
优选地，水银的封入率为0.33mg/mm3以上、0.495mg/mm3以下，卤素的封入率为10×10-4μmol/mm3以上、100×10-4μmol/mm3以下。 
进一步优选地，水银的封入率为0.33mg/mm3以上、0.495mg/mm3以下，卤素的封入率为20×10-4μmol/mm3以上、50×10-4μmol/mm3以下。 
进一步优选地，使高压放电灯的水银的封入率为0.33mg/mm3以上、0.495mg/mm3以下且所述卤素的封入率为20×10-4μmol/mm3以上、50×10-4μmol/mm3以下，使该高压放电灯以750℃以上、870℃以下的发光管部温度点亮。 
或者，使高压放电灯的水银的封入率为0.33mg/mm3以上、0.495mg/mm3以下且所述卤素的封入率为50×10-4μmol/mm3以上、100×10-4μmol/mm3以下，使该高压放电灯以590℃以上、750℃以下的发光管部温度点亮。 
发明效果 
在高压放电灯的发光管部内水银析出(凝结)这种点亮状态下，由于卤素被所析出的水银取入，因此发光管部的内部空间中能够作用于卤素循环的卤素的量按照所析出的水银的量有所减少。因此，所述卤素的量的减少成为黑化的原因。关于这点，在应用了本发明的高压放电灯中，相对于发光管部的内部空间的容积封入有过剩量的卤素，所以即使维持水银的一部分始终处于析出状态，也不会阻碍卤素循环。由此，能够在维持一部分的水银处于析出状态的同时，避免发光管部的内壁的显著黑化。 
附图说明
图1表示应用本发明的高压放电灯的一例。 
图2表示使应用本发明的高压放电灯点亮的点亮电路的一例。 
符号说明 
10…高压放电灯、12…发光管部、14…密封部、16…内部空间、18…箔、20…电极、22…引线棒、24…水银、26…卤素、100…点亮电路、102…电力供给电路、103…电源、104…发光管部温度测定装置、106…点亮状态分析装置、107…引线、108…热电偶、110…热电偶温度计、112…温度数据输出线、114…电压计、116…电流计、118…分析电路、120…电压值发送线、122…电流值发送线、124…分析结果发送线 
具体实施方式
以下，对应用本发明的高压放电灯1和使所述高压放电灯10点亮的点亮电路100的实施例进行说明。 
首先，说明高压放电灯10。如图1所示，高压放电灯10具有由石英玻璃一体形成的发光管部12和从所述发光管部12延伸出的一对密封部14，发光管部12内由密封部14封闭而形成内部空间16。另外，各密封部14内埋设有钼制的箔18。 
进一步而言，分别设置有一端连接在箔18的一端部且另一端配置在内部空间16的钨制的一对电极20、一端连接于箔18另一端部且另一端从密封部14向外部延出的一对引线棒22。另外，内部空间16中封入有规定量的水银24和卤素26(例如溴)。 
当对高压放电灯10中设置的一对引线棒22施加规定的高电压时，在设于发光管部12的内部空间16的一对电极20之间开始的辉光放电向电弧放电转移，通过所述电弧所蒸发/激励的水银24发射光。需要说明的是，图1中参照号码24所示的黑色部分表示析出状态的水银。 
在此，对在高压放电灯10的发光管部12的内部空间16中所封入的水银24的量和卤素26的量进行说明。在实施例中所述高压放电灯10之中，为了在水银24的一部分未气化而析出(凝结)时形成适当的卤素循环，相对于发光管部12的内部空间16的容积封入与以往的高压放电灯的 场合相比过剩的量的卤素26。所述“以往的高压放电灯”是指，在发光管部的内部空间中所封入的所有水银蒸发的状态下，可形成适宜的卤素循环这种量的卤素被封入的高压放电灯。 
对卤素循环进行简单说明。构成电极20的钨从因通电而成为高温的所述电极20升华。升华后的钨在发光管部12的内壁面附近与卤素26化合，从而形成卤化钨。卤化钨维持气化状态不变地返回到电极20附近。返回到电极20附近的卤化钨被过热到1400℃以上时，钨和卤素相互分离。分离后的钨再次返回到电极20。另外，分离后的卤素再次返回到发光管部12的内壁面附近，与别的钨化合。这种卤素循环继续进行，由此，从电极20中升华的钨付着于发光管部12的内壁面而形成黑化现象或者电极20消耗的情况受到抑制。换而言之，如果发光管部12的内部空间16中能与钨结合的卤素26的量不适当，则会阻碍卤素循环而快速促进黑化现象与电极20的消耗。 
然而，水银24在发光管部12的内部空间16中析出时，造成卤素26被析出水银24取入，从而不能像上述那样与升华后的钨结合。 
因此，对于以往的高压放电灯而言，维持在发光管部的内部空间水银的一部分析出的状态且同时使所述高压放电灯经常点亮的情况未得到考虑。若水银的一部分析出，则能够与钨结合的卤素的量减少，从而存在阻碍卤素循环的风险。 
在本实施例的高压放电灯10中，如上所述，预先过剩地封入卤素26。因此，即使维持发光管部12的内部空间16中水银24的一部分处于析出状态且同时使高压放电灯10经常点亮，由于能与钨结合的卤素的量合适，从而也不会阻碍卤素循环。因而，在维持一部分的水银处于析出状态的同时，能够避免发光管部的内壁黑化。 
另外，在以往的高压放电灯中，从不饱和工作向饱和工作切换时，无法知晓水银在哪个位置上析出(凝集)。所以，发生因电极变化成不希望的形状而造成的电弧放电的起点紊乱(＝电弧跳跃)，这成为闪烁的原因，有可能使得高压放电灯作为商品的寿命缩短。 
另外，在以往的高压放电灯中，在从不饱和工作方式切换为饱和工作方式而水银析出时，所述水银在发光管部内的析出位置不明，假设，在高 压放电灯所适用的投影仪中，有可能会在光学上重要的光路上有水银析出的情况发生，从而导致水银写入在投射的图像中，可能造成图像产生明显的缺陷。 
并且，在以往的高压放电灯中，在析出的水银增大的过程中，往往因电弧放电所产生的微振动、重力的原因，造成析出的水银向发光管部内的较低的位置运动，由于产生这种运动，因此可能造成投影图像中产生紊乱。 
然而，通过维持所封入的水银的一部分在发光管部的内部空间中总是析出的状态，从而所述水银所存在的位置(最冷点)能够固定化。通过如此对水银的位置进行固定化，能够进行以水银存在于该位置上为前提的光学系统设计，能够避免所投影的图像产生缺陷和紊乱。并且，因为将水银存在的位置(最冷点)固定化，所以在避免发生电弧跳跃且同时能够实现高压放电灯的长寿命化。 
另外，维持水银的一部分总是处于析出状态的点亮与使所封入的水银全部气化的点亮相比，能够将发光管部的内部空间的温度设定得较低。因此，从高压放电灯中放射出的紫外线难以被构成发光管部的石英玻璃所吸收，因延迟发光管部的白浊(失透)，从而能够实现高压放电灯的长寿命化。 
实验数据 
接下来，将对本发明的高压放电灯10中，改变了水银24的封入率、卤素26的封入率和发光管部12的温度之后的实验结果进行说明。另外，在本说明书中，“水银的封入率”是指，发光管部12中所封入的水银的重量(mg)除以发光管部12的内部空间16的容积(mm3)所得的值(mg/mm3)。另外，本说明书中，“卤素的封入率”是指，发光管部12所封入得卤素的物质量(μmol)除以发光管部12的内部空间16的容积(mm3)所得的值(μmol/mm3)。 
如表1至表3所示，实验均为按照72的条件实施。并且，每次按照1的条件准备2套的实验材料(高压放电灯)。另外，对于实验所用高压放电灯10而言，发光管部12的内部空间16的容积为55mm3或33mm3，发光管部12的内表面积为91mm2，管壁负载为2.2W/mm2，额定电压为200W。需要说明的是，以往的高压放电灯中一般的卤素封入率为 1×10-4μmol/mm3。 
表1总结如下结果，即，在内部空间16的容积为55mm3、水银的封入率为0.33mg/mm3的高压放电灯10的条件下，使卤素的封入率和发光管部温度发生变化时的结果。另外，表2总结出如下结果，即，在内部空间16的容积为55mm3且水银的封入率设为0.495mg/mm3的高压放电灯10的条件下，使卤素的封入率和发光管部温度发生变化时的结果。另外，表3总结出如下结果，即，在内部空间16的容积为33mm3且水银的封入率为0.33mg/mm3时的高压放电灯10的条件下，使卤素的封入率和发光管部温度发生变化时的结果。 
高压放电灯10在各条件下点亮，水银24的析出量以“小”、“中”和“大”为基准分类。另外，测定出到照度下降为点亮开始时的未满90％的状态或者大量黑化发生状态之前的累积点亮时间。将累积点亮时间到达200小时时，未产生显著黑化，并且维持点亮开始时的90％以上的照度，而且确认出发送电弧跳跃的情况记为“OK”，其他记为“NG”。 
因为难以直接测定发光管部12的内部空间16的温度，在本实验中，使用热电偶对发光管部12的上表面(高压放电灯10在点亮时的、发光管部12的铅直上部的外表面)的温度进行测定。在本说明书中，如上所测定的发光管部12的上表面的温度称为“发光管部温度”。 
水银24以如下方法封入发光管部12的内部空间16中，即，在发光管部12的一方被密封部14密封后，使用充填水银24的注射器将既定量的水银24压出而注入到发光管部12的内部空间16，使用另一密封部14密封内部空间16。并且，实际上封入的水银24的重量以如下方法确认出，即，在测定水银24已注入状态的管体(形成一方的密封部14的状态下的发光管部12)的重量后，将所述管体加热使水银24完全蒸发排出，再度测定不含水银24的状态下的管体的重量，由水银24蒸发前后的重量差计算出水银24的重量的方法。 
卤素26使用溴(Br)。所述卤素26以如下方法封入发光管部12的内部空间16中，即，在发光管部12的一方被密封部14密封后，将卤素26注入发光管部12的内部空间16，利用另一密封部14密封所述内部空间16。并且，实际封入卤素26的量，以离子色谱法(Ion Chromatography) 进行确认。 
【表1】 
【表2】 
【表3】 
根据实验的结果可知，通过在水银24的封入率为0.33mg/mm3以上、0.495mg/mm3以下且卤素26的封入率在20×10-4μmol/mm3以上、50×10-4μmol/mm3以下，且在750℃以上、870℃以下的发光管部温度下点亮，从而未产生大量的黑化且能够长时间地将照度降低维持在规定的范围内，并且并未认定有电弧跳跃发生。 
另外还可知，通过在水银24的封入率在0.33mg/mm3以上、0.495mg/mm3以下且卤素26的封入率在50×10-4μmol/mm3以上、100×10-4μmol/mm3以下，且590℃以上、750℃以下的发光管部温度下进行点亮，从而未产生大量黑化且能够长时间地将照度降低维持在规定的范围 内，并且并未认定有电弧跳跃发生。 
另外，根据实验的结果可知，对于高压放电灯10而言，若水银24的封入率在0.33mg/mm3以上、0.495mg/mm3以下，并且卤素26的封入率在10×10-4μmol/mm3以上、100×10-4μmol/mm3以下，通过适当调整点亮时的发光管部温度，未产生大量黑化且能够长时间地将照度降低维持在规定的范围内，并且并未认定有电弧跳跃发生。 
更为优选的是，使高压放电灯10中的水银24的封入率为0.33mg/mm3以上、0.495mg/mm3以下且卤素26的封入率为20×10-4μmol/mm3以上、50×10-4μmol/mm3以下，由此，未产生大量黑化且能够长时间地讲照度降低维持在规定的范围内，并且并未认定有电弧跳跃发生。 
另外，发光管部温度的上限设为870℃的理由如下，即，若超出870℃，从高压放电灯10中放射出的紫外线光变得易于被构成发光管部12的石英玻璃所吸收，可能造成发光管部12发生白浊(失透)。 
另外，水银24的封入率设为0.33mg/mm3以上的理由如下，即，若水银24的封入率小于0.33mg/mm3，则当发光管部温度为上限温度(＝870℃)时，可能造成全部的水银24蒸发。 
另外，水银24的封入率设为0.495mg/mm3以下的理由如下，即，若水银24的封入率超过0.495mg/mm3，因为与发光管部温度的上限(＝870℃)的关系，水银24的析出量将变得多于必要量，卤素26将被水银24过剩地取入。其结果可能造成卤素循环受到阻碍，且发光管部12中发生黑化。理论上，可以认为若形成为更为过剩的卤素26的封入率，则能够避免卤素循环受到阻碍。然而，会发生高压放电灯10的制造时的成品率恶化、或者过剩的卤素26腐蚀电极20等其他问题。因而，难以使卤素26的封入率更为过剩。 
接下来，对可使本实施例中高压放电灯10在所期望的发光管部温度下点亮的点亮电路100进行简单说明。如图2所示，点亮电路100大体具有：电力供给电路102、发光管部温度测定装置104、点亮状态分析装置106。 
电力供给电路102将从电源103接收的电力变换为适合高压放电灯10的点亮的电压和电流，然后经由一对引线107向所述高压放电灯10供电。 
发光管部温度测定装置104为可测定高压放电灯10中发光管部12的温度的装置。在本实施例中，发光管部温度测定装置104大致具有：热电偶108，其被使用粘结剂粘结于发光管部12的上侧表面；热电偶温度计110，其与热电偶108组合使用；温度数据输出线112，其将热电偶温度计110所测定的温度数据T输入到点亮状态分析装置106中。另外，在本实施例中，使用“K热电偶”。 
点亮状态分析装置106具有以下作用，即，对基于电力供给电路102的高压放电灯10的点亮状态进行实时分析，将所述结果返回到电力供给电路102。在本实施例中，所述点亮状态分析装置106大体具有：电压计114，其设于一对引线107之间；电流计116，其设于引线107的任意一方的引线107上；分析电路118。另外，在分析电路118与电压计114之间，通过电压值发送线120进行联络。在分析电路118与电流计116之间，通过电流值发送线122进行联络。在分析电路118与电力供给电路102之间，通过分析结果发送线124进行联络。 
分析电路118接收以下数据：电压计114所测定的电压值V、电流计116所测定的电流值A、以及来自发光管部温度测定装置104的温度数据T。然后，分析电路118计算所接收的温度数据T与预先设定的发光管部温度(本实施例中，发光管部12的铅直上部的外表面温度)之间温度差。 
当所接收温度数据T比预先设定的发光管部温度高的情况下，分析电路118经由分析结果发送线124将使向高压放电灯10供给的电流值A降低的分析结果信号R发送到电力供给电路102。 
反过来，在所接收温度数据T比预先设定的发光管部温度低的情况下，分析电路118经由分析结果发送线124将使向高压放电灯10供给的电流值A增加的分析结果信号R发送到电力供给电路102。 
另外，在所接收到的温度数据T和预先设定的发光管部温度相同的情况下，分析电路118经由分析结果发送线124将使向高压放电灯10供给的电流值A维持不变的分析结果信号R发送到电力供给电路102。 
接收到的分析结果信号R的电力供给电路102依据所述分析结果信号R的指示来变更或者维持向高压放电灯10供给的电流值A。 
若使用所述点亮电路100，能够以预先设定的发光管部温度使高压放 电灯10进行定常点亮。 
需要说明的是，点亮状态分析装置106不是必须的构成要素。只要电力供给电路102能够接收来自发光管部温度测定装置104的温度数据T并调节向高压放电灯10供给的电力供给量从而调节为预先设定温度，则可以不需要点亮状态分析装置106。 
可以知晓的是，本次公开的实施方式的所有点均为例示，并不具有限制性。本发明的范围并非为上述说明书，而是由权利要求书所示，其包含与权利要求书均等含义及范围内的所有变更。 

Claims (5)

1.一种高压放电灯，其特征在于，
包括：
具有内部空间的发光管；
在所述内部空间对置配置的一对钨电极；
封入于所述内部空间的水银和卤素；
以所述水银的一部分在所述内部空间中不气化而析出时形成适当卤素循环的方式相对于所述内部空间的容积过剩地封入所述卤素。
2.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，
所述水银的封入率为0.33mg/mm3以上、0.495mg/mm3以下，
所述卤素的封入率为10×10-4μmol/mm3以上、100×10-4μmol/mm3以下。
3.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，
所述水银的封入率为0.33mg/mm3以上、0.495mg/mm3以下，
所述卤素的封入率为20×10-4μmol/mm3以上、50×10-4μmol/mm3以下。
4.一种高压放电灯的点亮方法，使所述水银的封入率为0.33mg/mm3以上、0.495mg/mm3以下且所述卤素的封入率为20×10-4μmol/mm3以上、50×10-4μmol/mm3以下的权利要求1中记载的高压放电灯以750℃以上、870℃以下的发光管部温度点亮。
5.一种高压放电灯的点亮方法，使所述水银的封入率为0.33mg/mm3以上、0.495mg/mm3以下且所述卤素的封入率为50×10-4μmol/mm3以上、100×10-4μmol/mm3以下的权利要求1中记载的高压放电灯以590℃以上、750℃以下的发光管部温度点亮。
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