CN117423605A - 放映机用氙气灯 - Google Patents

Abstract

提供一种即使在长时间使用的情况下在启动时也不易中途熄灭的放映机用氙气灯，其具备发光管、阳极和阴极，特征在于阳极具有：主体部，以与第一方向正交的第一平面截断时的截面积实质上均匀；及端部，从所述主体部的所述阴极侧的端面向接近所述阴极的方向突出，以所述第一平面截断时的截面积比所述主体部小，所述端部是包括第一部分和第二部分的形状，该第一部分与所述主体部连结，呈随着在所述第一方向上接近所述阴极而由所述第一平面截断时的截面积缩小的锥形形状并向所述阴极侧突出，该第二部分与所述第一部分连结，呈沿与所述第一平面平行且与所述第一方向正交的第二方向观察时的外侧面的倾斜角与所述第一部分不同的形状并向所述阴极侧突出。

Description

放映机用氙气灯

技术领域

本发明涉及放映机用氙气灯。

背景技术

以往，作为放映机等图像投影装置所使用的光源，已知有短弧型放电灯。短弧型放电灯通过在发光管内相互对置地配置阳极和阴极并封入氙气等作为发光气体而构成。

使用图6A对封入有氙气的短弧型放电灯(以下，为了方便而称为“氙气灯”或简称为“灯”)的点亮动作进行说明。图6A是在氙气灯点亮时产生的电弧的概念图。在图6A中，对产生电弧的区域施加阴影，在以下的附图中也是同样的。

首先，在发光管81内的阴极82与阳极83之间施加用于启动的高电压(启动电压)。利用该启动电压在两电极间引起绝缘破坏，流过被称为浪涌电流的电流，形成电弧A1。电弧A1通过电流向两电极间的供给而被维持，转移到电弧放电。氙气灯80利用该电弧放电得到所期望的光。

另外，存在发光管81内的氙气因热而产生对流，电弧A1因该对流而在Z方向上受力的情况。Z方向典型地是铅垂方向。转移到电弧放电后，由于从阴极82朝向阳极83的电弧A1中的电子的流动大，所以即使由上述的气体的对流引起的力发挥作用，对电弧A1也没有大的影响。另一方面，从氙气灯80的启动到转移到电弧放电为止，电弧中的电子的流动相对较小，因此有时电弧A1的位置受到上述的气体的对流的影响而发生变动。

图6B是位置因气体的对流而发生了变动的电弧的概念图。如图6B所示，在电弧A2在Z方向上受力而发生了变动的情况下，为了维持电弧A2所需要的电压变高。并且，若该电压超过能够从电源供给的电压，则有时无法维持电弧A2而导致氙气灯80中途熄灭。特别是在经过了一定程度的时间(例如1000小时以上)的点亮动作的灯中，该问题变得显著。

另一方面，在下述专利文献1中，为了即使经过长时间的点亮动作，也抑制电弧的形成区域发生变动的情况，提出了从发光管的外部施加磁场的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-51286号公报

发明内容

发明所要解决的课题

上述专利文献1所记载的技术是通过施加磁场而使洛伦兹力作用于电弧的技术，因此存在能够抑制上述的灯启动时的电弧的位置的变动的可能性。但是，如果为了抑制电弧的变动而将磁场施加单元设置于发光管的外部，则存在灯的装置构造变得复杂的情况。而且，还有可能对使用该灯的图像投影装置等的设计造成影响。

本发明考虑到上述情况，其目的在于提供一种即使在进行了经过长时间的点亮动作的情况下，也不易发生启动时的中途熄灭的放映机用氙气灯。

用于解决课题的技术方案

本发明所涉及的放映机用氙气灯具备发光管和在所述发光管的内侧在第一方向上相互分离地对置配置的阳极和阴极而构成，其特征在于，

所述阳极具有：主体部，以与所述第一方向正交的第一平面截断时的截面积实质上均匀；及端部，从所述主体部的所述阴极侧的端面向接近所述阴极的方向突出，且以所述第一平面截断时的截面积比所述主体部小，

所述端部包括：

第一部分，与所述主体部连结，呈随着在所述第一方向上接近所述阴极而由所述第一平面截断时的截面积缩小的锥形形状，并向所述阴极侧突出；及

第二部分，与所述第一部分连结，呈沿与所述第一平面平行且与所述第一方向正交的第二方向观察时的外侧面的倾斜角与所述第一部分不同的形状，并向所述阴极侧突出，

所述第二部分为满足以下的(1)式和(2)式的形状：

0.5≤D2/D1≤1.5 (1)；

0.3≤H1/D1≤1.0(2)。

需要说明的是，在上述(1)式和(2)式中，H1是沿所述第二方向观察时的所述第二部分在所述第一方向上的长度，D1是所述第二部分的所述阴极侧的前端位置在与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上的长度，D2是所述第一部分与所述第二部分的连结位置在所述第三方向上的长度。

如上所述，在经过了长时间的点亮动作的氙气灯中，在启动时电弧的位置发生变动，容易产生灯中途熄灭的现象。这是因为如下情况：由于长时间的点亮动作，灯所具备的阴极产生消耗。图6C是表示经过了长时间的点亮动作的灯的阴极的形状变化的概念图。

如图6C所示，由于经过长时间的点亮动作，阴极82的-X方向上的端部产生消耗而变形。在图6C中，阴极82消耗掉的部分用虚线表示。即，当经过了长时间的点亮动作时，阴极82的位于阳极83侧的端面的直径82a变大。另外，由于阴极82像这样产生消耗，阴极82的-X方向上的端面的位置82b移动到位置82c，阴极82与阳极83的距离扩大。示出一个例子，在点亮动作之前阴极82的端面的直径82a为0.45mm的灯中，在点亮3000小时后，端面的直径82a增大到1.9mm，其结果是，存在阴极阳极间的距离从4mm扩大到5mm的情况。

这样，当阴极阳极间的距离扩大时，用于维持在阴极阳极间形成的电弧的电压上升。因此，在长时间使用后的氙气灯中，在启动时电弧的位置发生变动，容易发生灯的中途熄灭(参照图6B)。

针对该问题，本发明的发明人们建立了启动时的灯的中途熄灭可能会受到在阳极与阴极之间施加了电压时形成于阳极附近的电场的较大影响的假设，为了使该等电位面不同，对阳极的形状进行了深入研究。其结果是，新发现了通过采用上述结构，能够实现在启动时不易中途熄灭的氙气灯。详细内容将后述。

由于在启动时不易发生灯的中途熄灭，所以与以往相比，在达到点亮状态之前所需的启动动作的次数减少，启动所需的时间缩短。而且，启动动作次数的减少使对灯施加启动用的高电压的次数降低，因此实现了灯的长寿命化。

另外，通过将上述氙气灯搭载于放映机，能够减少放映机的启动所需的操作。而且，由于抑制了灯启动时的中途熄灭，所以即使对于紧急的启动要求也能够迅速地应对。

所述放映机用氙气灯的所述第二部分也可以为进一步满足以下的(3)式和(4)式的形状：

1.2≤D2/D1≤1.5 (3)；

0.31≤H1/D1≤0.36 (4)。

发现了通过采用上述结构，能够实现抑制氙气灯启动时的中途熄灭，并且照度维持率也良好的氙气灯。详细内容将后述。

在本说明书中，所谓“照度维持率”是指点亮任意时间后的照度相对于氙气灯的初始状态下的照度的比例。另外，此处所说的初始状态例如是氙气灯刚交货后的状态。

所述放映机用氙气灯也可以配置成在点亮时所述第一方向与水平方向一致。

在配置成所述第一方向与水平方向一致的情况下，形成在阴极与阳极之间的电弧容易受到由发光管内的气体的对流产生的影响。但是，即使在这种情况下，如果采用上述结构，则也能够抑制灯启动时的中途熄灭。

发明效果

根据本发明，能够提供一种即使在经过了长时间的点亮动作的情况下，在启动时也不易中途熄灭的放映机用氙气灯。

附图说明

图1是表示本实施方式所涉及的氙气灯的概要的概念图。

图2是阴极的放大剖视图。

图3是阳极的放大剖视图。

图4A是在以往的阳极附近形成的等电位面的概念图。

图4B是在本实施方式所涉及的阳极的附近形成的等电位面的概念图。

图5是表示阳极的参数的图。

图6A是在氙气灯点亮时产生的电弧的概念图。

图6B是位置因气体的对流而发生了变动的电弧的概念图。

图6C是表示经过了长时间的点亮动作的灯的阴极的形状变化的概念图。

具体实施方式

[灯的概要]

参照附图对本实施方式所涉及的短弧型的氙气灯进行说明。另外，附图均是示意性地图示的图，附图上的尺寸比和个数未必与实际的尺寸比和个数一致。

图1是表示灯的概要的概念图。在以下的各图中，根据需要适当地一并记载了将阴极2与阳极3对置的方向设为X方向、将与X方向正交且相互正交的方向分别设为Y方向和Z方向的X-Y-Z坐标系。使用该定义进行说明时，图1是沿-Y方向观察灯10时的示意图。

图1中的X方向对应于“第一方向”，Y方向对应于“第二方向”，Z方向对应于“第三方向”。

另外，在以下的说明中，在表示方向时，在区分正负的朝向的情况下，如“+X方向”、“-X方向”那样，标注正负的符号来进行记载。另外，在不区分正负的朝向来表示方向的情况下，仅记载为“X方向”。即，在本说明书中，在仅记载为“X方向”的情况下，包括“+X方向”和“-X方向”这两者。对于Y方向和Z方向也同样。

灯10是短弧型放电灯。更详细地说，如图1所示，灯10具备配置于发光管1的内侧的阴极2和阳极3。这些阴极2和阳极3分别在发光管1的内侧由引线棒(4a、4b)支承。对于阴极2和阳极3的形状将在后面叙述。

所谓短弧型放电灯，是阴极2与阳极3以10mm以下的间隔(没有发生热膨胀的熄灭时的数值)相互对置配置的灯。该电极间的间隔例如为4mm。灯10主要搭载于放映机，在点亮时，典型地配置成Z方向为铅垂方向。

发光管1例如由石英玻璃管形成，可以是球体或椭圆体的形状。在发光管1的内部空间，以规定的压力封入氙气作为发光物质。

另外，在发光管1的X方向上的两端设置有未图示的密封管。而且，在该密封管安装有与引线棒(4a、4b)电连接的接头。引线棒(4a、4b)使用含有高熔点金属(例如钨)的材料。

[阴极的构造]

参照图2对阴极2的构造进行说明。图2是灯10的阴极的放大剖视图。阴极2呈以中心轴R1为中心的旋转体形状。在图2中，示出了包含中心轴R1的X-Z平面上的阴极2的截面。

如图2所示，阴极2例如由在X方向上越接近阳极3则Z方向上的宽度越小的圆锥台形状部分、和位于比该圆锥台形状部分靠+X方向侧且Z方向上的宽度实质上均匀的圆柱形状部分构成。圆柱形状部分在+X方向侧与引线棒4a连接。阴极2的最大外径例如为6mm。阴极2使用含有高熔点金属(例如钍钨)的材料。

[阳极的结构]

参照图3对阳极3的构造进行说明。图3是灯10的阳极的放大剖视图。阳极3呈以中心轴R1为中心的旋转体形状。在图3中，示出了包含中心轴R1的X-Z平面上的阳极3的截面。

如图3所示，阳极3具有分别后述的主体部21和端部22。主体部21在X方向上与端部22相反的一侧的位置处与引线棒4b连接。主体部21包括Z方向上的宽度实质上均匀的圆柱形状部分。主体部21的外径例如为15mm。

端部22位于比主体部21在X方向上靠近阴极2的一侧，并包括第一部分22a和第二部分22b。另外，端部22在Z方向上的宽度小于主体部21。

第一部分22a呈在X方向上越接近阴极2则Z方向上的宽度越小的锥形形状。即，以Y-Z平面截断第一部分22a时的截面积随着向+X方向前进而缩小。

第二部分22b与第一部分22a连结并向+X方向突出。另外，沿-Y方向观察时的端部22的外侧面23在第一部分的外侧面23a和第二部分的外侧面23b分别呈不同的形状。另外，在图3中，作为第二部分22b，示出了呈在X方向上越接近阴极2则Z方向上的宽度越小的锥形形状的例子，但也可以呈在X方向上越接近阴极2侧则Z方向上的宽度越大的形状。

作为阳极3的材料，可举出高熔点金属、例如钨，阳极3通过车床加工等切削这些材料而制作。另外，也可以对主体部21与端部22的连结位置、第一部分22a与第二部分22b的连结位置等一部分进行倒角加工。

对在阳极3呈这样的形状的情况下，在施加了电压时形成于阳极3的附近的电场的形状进行说明。图4A是在以往的阳极的附近形成的等电位面的概念图，图4B对应于本实施方式所涉及的阳极3的情况。另外，在图4A和图4B中，等电位面示意性地用实线标记。如图4B所示，由于阳极3呈上述的形状，从而与以往的阳极83的情况相比，阳极3的附近的等电位面30朝向阳极3弯曲。这样，由于等电位面朝向阳极3弯曲，从而与等电位面正交的电场朝向阳极3的端部22。因此，在阴极阳极之间形成的电弧被吸引到端部22的附近，电弧的变动减轻，由此能够抑制灯的中途熄灭。

[实验1]

本发明的发明人们对上述结构的阳极形状进行了详细研究，并对使用实际制作出的灯在启动时是否发生中途熄灭进行了实验。以下对该实验1进行说明。

将针对所研究的灯的阳极形状得到的、中途熄灭的判定结果和照度维持的判定结果示于下述的表1。另外，如图5所示，H1是沿-Y方向观察时的第二部分22b在X方向上的长度，D1是第二部分22b的阴极2侧的端面在Z方向上的长度，D2是第一部分22a与第二部分22b的连结位置在Z方向上的长度。另外，现有例不具有第二部分22b，因此为了方便，将+X方向上的端面的直径记载于D1一栏。

在中途熄灭的判定试验中，为了再现进行了长时间点亮的灯，将阴极2的-X方向上的端面的直径设为1.9mm，将阴极阳极间的距离设为5mm(参照图6C)。将该灯的启动操作进行10次，确认是否发生中途熄灭。将未发生中途熄灭的情况评价为A，将发生了中途熄灭的情况评价为B。另外，将灯配置成在点亮时Z方向为铅垂方向、X方向和Y方向为水平方向(参照图1)。

另外，进行针对照度维持率的判定试验。这里的照度维持率为点亮3000小时后的照度相对于灯刚制造后的状态下的照度的比例。照度遵照JIS C 7801“普通照明用光源的测光方法”进行测定。将该照度维持率为50％以上的情况评价为C，将小于50％的情况评价为D。以50％为基准是因为现有例的照度维持率为50％左右。另外，为了慎重起见进行说明，在照度维持的判定试验的开始时间点，与中途熄灭的判定试验不同，阴极形状为初始状态(刚制造后的状态)。

【表1】

如表1所示，确认了在D2/D1为1.5以下且H1/D1为0.3以上的范围内，不会发生灯的中途熄灭。而且，在D2/D1为1.2～1.5、且H1/D1为0.31～0.36的范围内，防止了中途熄灭，并且照度维持率也得到了良好的结果。这样，发现通过使阳极形状为上述的结构，能够抑制灯的中途熄灭。

另外，从确保阳极3的第二部分22b的机械强度的观点出发，D2/D1优选为0.5以上，更优选为0.6以上。另外，若H1/D1变大，则阳极前端部分的热容量变小，温度容易上升，因此在点亮时阳极容易熔融或变形。从该观点出发，H1/D1优选为1.0以下，更优选为0.8以下。

上述实验1是使用额定功率为2kW的灯来确认的。另一方面，即使灯的额定功率改变，也只不过是阴极2和阳极3等的尺寸变大这样的变化，尺寸比没有大的变化，因此根据同样的讨论也能够应用本发明。

以D1为例，在额定功率为2kW的灯中，D1被设计在3.5mm～5.8mm的范围内。在额定功率为4kW的情况下，D1处于5.4mm～9.0mm的范围，在额定功率为6.5kW的情况下，D1处于7.4mm～10.0mm的范围。D1可以利用通过以与额定功率(为了方便而设为“P1”)之间的关系进行近似而得到的下述的(5)式来设计。

D1＝-8×10^-8P1²+0.0017P1+1.0033 (5)

表2是针对额定功率为4kW和6.5kW的灯，对通过采用上述的结构，是否同样能够抑制灯的中途熄灭进行确认而得到的结果。中途熄灭的判定和照度维持的判定方法遵照实验1。

【表2】

如表2所示，确认了即使在额定功率大的灯的情况下，如果采用上述结构，也能够抑制中途熄灭。

本发明并不限定于上述的实施方式和实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种改良变更。

标号说明

1、81：发光管

2、82：阴极

3、83：阳极

4a、4b：引线棒

10、80：氙气灯

21：主体部

22：端部

22a：第一部分

22b：第二部分

23、23a、23b：外侧面

30：等电位面

82a：端面的直径

82b、82c：端面的位置

A1、A2：电弧

R1：中心轴

Claims (3)

1.一种放映机用氙气灯，具备发光管和在所述发光管的内侧在第一方向上相互分离地对置配置的阳极和阴极而构成，其特征在于，

所述阳极具有：主体部，以与所述第一方向正交的第一平面截断时的截面积实质上均匀；及端部，从所述主体部的所述阴极侧的端面向接近所述阴极的方向突出，且以所述第一平面截断时的截面积比所述主体部小，

所述端部包括：

第一部分，与所述主体部连结，呈随着在所述第一方向上接近所述阴极而由所述第一平面截断时的截面积缩小的锥形形状，并向所述阴极侧突出；及

第二部分，与所述第一部分连结，呈沿与所述第一平面平行且与所述第一方向正交的第二方向观察时的外侧面的倾斜角与所述第一部分不同的形状，并向所述阴极侧突出，

所述第二部分为满足以下的(1)式和(2)式的形状：

0.5≤D2/D1≤1.5 (1)，

0.3≤H1/D1≤1.0 (2)，

其中，在上述(1)式和(2)式中，H1是沿所述第二方向观察时的所述第二部分在所述第一方向上的长度，D1是所述第二部分的所述阴极侧的前端位置在与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上的长度，D2是所述第一部分与所述第二部分的连结位置在所述第三方向上的长度。

2.根据权利要求1所述的放映机用氙气灯，其特征在于，

所述第二部分为进一步满足以下的(3)式和(4)式的形状：

1.2≤D2/D1≤1.5 (3)，

0.31≤H1/D1≤0.36 (4)，

其中，在上述(3)式和(4)式中，H1是沿所述第二方向观察时的所述第二部分在所述第一方向上的长度，D1是所述第二部分的所述阴极侧的前端位置在与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上的长度，D2是所述第一部分与所述第二部分的连结位置在所述第三方向上的长度。

3.根据权利要求1或2所述的放映机用氙气灯，其特征在于，

所述放映机用氙气灯配置成在点亮时所述第一方向与水平方向一致。