CN1266735C - 高压放电灯的点火方法及点火装置 - Google Patents

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Abstract

一种短电弧型的高压放电灯，在发光管内有按0.5～2.0mm的间隔设置的电极。在该电极间产生放电。所述电极包括：电极轴，以及电极部；所述电极部被设置在该电极轴的放电侧前端部，比该电极轴直径大；电极部的与相对侧的电极对置的面被形成凸曲面。在所述电极部的前端中央附近，形成突起部。

Description

高压放电灯的点火方法及点火装置
技术领域
本发明涉及短电弧型的高压放电灯、该灯的制造方法和该灯的点火方法及点火装置。
背景技术
近年来，液晶投射器等投射型图像显示装置的开发和研究十分活跃。在这种投射型显示装置中，需要接近点光源的高亮度的光源，一般使用短电弧型的超高压汞灯或金属卤化物灯等高压放电灯。
当初，在作为投射型显示装置的光源采用的短电弧型的超高压汞灯和金属卤化物灯中，可以使用与以往的长电弧型的一般照明用高压放电灯相同结构的钨电极。
图1表示该长电弧型的高压放电灯中的电极50的结构图。如图所示，该电极50在钨电极轴51的前端部上安装形成由线径细的钨线构成的线圈52。该线圈52有散热作用，以防止电极过热为目的而安装。
但是，在使用这样的电极50的短电弧型灯中，已判明由于电极间距离短，所以电极前端53比长电弧型的灯温度更高，在仅线圈52散热的情况下，不能避免钨电极物质的熔融、蒸发和电极前端部的变形、损耗，还会招致因发光管黑化产生的灯的光束下降，难以实现灯的长寿命。
另一方面，作为与投射型显示装置使用的短电弧型放电灯有关的最新动向是要实现屏面上的亮度，为此，为了提高反射镜系统组合时的光利用效率，所以电极间距离从以往的2.0～5.0mm的范围缩短到2.0mm以下，而且正在开发短电弧型的灯。这样，作为短电弧型的灯上的新的固有问题，如图2所示，可判明随着灯的点火时间增加，会更显著地发生在当初电极50和55的前端部的中心附近形成的电极亮度(从作为阴极侧电极发射的位置)没有一个稳定位置的无序移动这样的跳弧现象。
如果发生这样的跳弧现象，则放电电弧从与反射镜系统组合的灯单元的光轴脱离，所以用这样的灯组件照射的屏面上的亮度变动大。从市场来说，需要开发可靠地抑制这种跳弧现象造成的屏面上亮度变动的高品质的短电弧型高压放电灯。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种寿命比较长、并且不易产生跳弧的高压放电灯。
本发明的第二目的在于提供上述高压放电灯的制造方法。
本发明的第三目的在于提供使高压放电灯的寿命比较长、并且不易产生跳弧的点火方法。
本发明的第四目的在于提供使高压放电灯的寿命比较长、并且不易产生跳弧的点火装置。
上述第一目的通过高压放电灯来实现，该高压放电灯包括：
发光管，有气密密封的放电室，在该放电室中封入发光物质；
第1和第2电极，被设置在所述放电室内，各个电极有其基端被支撑在所述发光管上的电极轴，各电极轴大致同轴地向所述放电室延伸，在与其前端接近的状态下被保持；
其中，将第1电极和第2电极内至少一个电极形成在该电极轴的前端，并且有轴方向的平均单位长度的体积比该电极轴大的头部、以及在该头部的与另一个电极对置位置上设置的突起部。
上述第二目的通过以下制造方法来实现，该高压放电灯的制造方法配有第1和第2电极，使得其前端部之间在发光管内对置，该方法包括以下步骤：
头部形成步骤，在第1电极和第2电极内至少一个电极的电极轴的前端，形成轴方向的平均单位长度的体积比该电极轴大的头部；
密封步骤，将第1和第2电极在其前端部之间处于规定的间隔状态下对置密封在发光管中；以及
突起部形成步骤，在所述头部的、与另一个电极前端对置的位置上形成突起部。
上述第三目的通过以下点火方法来实现，该高压放电灯的点火方法在电极轴的前端部有比该电极轴粗的头部，在该头部前端形成突起的一对电极在发光管内按所述头部之间对置那样来配置，该方法包括以下步骤：
放电电弧电流增大步骤，在所述一对电极间的监视电压低于规定电压的情况下，使两电极间进行通电的放电电弧电流增大；
放电电弧电流减少步骤，在所述一对电极间的监视电压达到所述规定电压以上的情况下，使两电极间进行通电的放电电弧电流减少；
其中，所述放电电弧电流增大步骤和所述放电电弧电流减少步骤被交替重复进行。
此外，上述第三目的通过以下点火方法来实现，该高压放电灯的点火方法在电极轴的前端部有比该电极轴粗的头部，在该头部前端形成突起的一对电极在发光管内按所述头部之间对置那样来配置，该方法包括以下步骤：
第1步骤，如果所述一对电极间的监视电压上升至第1电压，则将两电极间通电的交流电流的频率设定为第1频率；
第2步骤，如果所述一对电极间的监视电压下降至比第1电压低的第2电压，则将两电极间通电的交流电流的频率设定为第2频率；
其中，将所述第1步骤和第2步骤重复进行。
上述第四目的通过以下点火装置来实现，该高压放电灯的点火装置在电极轴的前端部有比该电极轴粗的头部，在该头部前端形成突起的一对电极在发光管内按所述头部之间对置那样来配置，该装置包括：
电流生成部件，生成所述一对电极间通电的电流；
电压检测部件，检测在所述一对电极间施加的电压；
控制部件，根据所述电压检测部件的检测结果，对所述电流生成部件进行控制，使所述一对电极间的通电量变化。
此外，本发明的第四目的通过以下点火装置来实现，该高压放电灯的点火装置在电极轴的前端部有比该电极轴粗的头部，在该头部前端形成突起的一对电极在发光管内按所述头部之间对置那样来配置，该装置包括：
电流生成部件，生成所述一对电极间通电的电流；
电压检测部件，检测在所述一对电极间施加的电压；
控制部件，根据所述电压检测部件的检测结果，对所述电流生成部件进行控制，使所述交流电流的频率变化。
本发明还包括：
一种高压放电灯的制造方法，配有第1和第2电极，使得其前端部之间在发光管内对置，该种高压放电灯的制造方法包括以下步骤：
头部形成步骤，在第1电极和第2电极内至少一个电极的电极轴的前端，形成轴方向的平均单位长度的体积比该电极轴大的头部；
密封步骤，将第1和第2电极在其前端部之间处于规定的间隔状态下对置密封在发光管中；
突起部形成步骤，规定时间在第1和第2电极间通交流电，在所述头部的、与另一个电极前端对置的位置上形成突起部；
在所述突起部形成步骤中，以规定时间使第1和第2电极间通电交流电流而形成突起部。
附图说明
本发明的这些和其它目的、优点和特点通过下面结合附图示例性地示出的本发明实施例的下述描述将会变得更加清楚。其中：
图1表示现有的短电弧型高压放电灯电极的前端形状的图。
图2表示上述短电弧型高压放电灯电极中的跳弧现象发生状态的图。
图3表示本发明实施例的超高压汞灯的结构剖面图。
图4表示使用上述超高压汞灯的灯组件结构的部分剖面斜视图。
图5表示上述超高压汞灯中的电极形状的图。
图6表示实验1的结果的图。
图7A、7B表示制造上述电极的电极前端部的熔融加工的步骤说明图。
图8表示对上述电极前端部进行熔融、加工的氩等离子体焊接装置的结构图。
图9表示实验2的结果的图。
图10表示上述超高压汞灯中的电极间的电弧放电情况的图。
图11表示实验5的调查因形成电极前端部的突起部造成的灯电压变动的实验结果的图。
图12表示实验5的调查对电极间距离De进行事前校正的灯中灯电压变动的实验结果的图。
图13表示实验6的通过放电电流的增减来尝试调整电极间距离De的实验结果的图。
图14表示上述超高压汞灯的点火装置的结构方框图。
图15表示实验6的通过点火频率的增减来尝试调整电极间距离De的实验结果的图。
具体实施方式
以下，基于附图来说明本发明的实施例。
图3表示本发明实施例的超高压汞灯100的发光管结构的图，为了便于说明，示出露出电极部分的剖面图。
如图所示，超高压汞灯100在石英形成的大致旋转椭圆形状的发光管1中，一对钨电极2和3处于发光管两端部，在连接各自钼箔4、5的状态下被气密密封。钼箔4、5在其外侧连接各自的外部钼引线6和7，并被导出到发光管1外部。
这里，钨电极2和3的前端部之间的间隔、即电极间距离De以往被设定在2.0～5.0mm的范围内，但本实施例中，为了进一步提高灯的光利用效率，将De的正常值设定在0.5～2.0mm的范围内。在本说明书中，在表示为n1～n2的情况下，表示包括下限n1和上限n2的数值的范围。
在发光管1内部的放电室(发光空间)8内，封入作为发光物质的汞9和用作辅助起动的氩、氪、氙等稀有气体，以及碘、溴等卤化物物质。这种情况下，将所述汞9的封入量设定在发光管平均容积150～350mg/cm3(作为灯定常点火时的汞封入压力，相当于约15MPa～35MPa)的范围内，将所述稀有气体的灯冷却时的封入压力设定在0.01MPa～1MPa的范围内。
作为上述卤化物物质，以往使用1×10-10～1×10-4mol/cm3范围的溴，这是因为通过所谓的卤化物循环作用，使从电极蒸发的钨不附着在石英发光管内面而返回到原来的电极上，以便具有抑制发光管黑化这样的功能而被封入的。
而且，将所述发光管1的管壁负荷We(将灯输入除以所述发光管1的容器整个内表面积所得的值)设定在0.8W/mm2以上的比较高的范围内，以便实现石英发光管可获得的接近最高灯效率。即，由于高压放电灯的灯效率基本上与管壁负荷We一起上升，所以为了提高灯效率，将We值提高到定常点火下与石英发光管可以允许的限度温度(约1350K)相当的范围。
图4表示组装上述超高压汞灯100的灯组件200的结构的局部剖切斜视图。如图所示，灯组件200在发光管1的单向管端部上安装灯头10，通过衬套11在其放电电弧的位置被调整到与反射镜12的光轴一致的状态下安装在反射镜12上。通过穿过反射镜12的通孔15而拉出到外侧的引线14和端子13来对超高压汞灯100的两电极分别供给电流。
图5表示电极2的前端部的形状的图。在钨的电极轴21的前端有比该电极轴21直径大、朝向前端部大致为半球状的电极部22，在其顶点部形成突起部24。由此，可以获得长寿命的灯和防止发生跳弧的效果，再有，由于电极3都是完全相同的形状，所以以下在说明电极的形状等时，除了特别的情况以外，仅使用图5对电极2所附的标号。
下面与实验结果一起来详细说明发明图5所示的电极形状的经过和通过这样的形状所获得的效果。
首先，本发明人除了电极前端部的形状以外，使用具有与图3的超高压汞灯100相同的基本结构的多个试验灯，进行有效地阻止随着经过点火时间而产生的跳弧现象的一连串研讨。
这里，作为使用的试验灯的具体发光管设计，将灯输W1a设定为150W，所述发光管1的管尺寸按管中央部的最大管外径D0为9.4mm(最大管内径Di为4.4mm)、电极间距离De的正常值为1.1mm、管体总内容积为0.06cm3、管总长L0为57mm、容器总内表面积SI为160mm2来设定。在该管的尺寸中，所述发光管1的管壁负荷We为0.9W/mm2。
此外，在管内封入汞13.8mg(平均管内单位容积230mg/cm3，相当于点火时的汞蒸汽压约23MPa)和氩20kPa。此外，作为所述卤化物，按CH2Br2的组成封入10-6mol/cm3的溴。这里，溴的封入组成也可以由HBr或HgBr2构成。
所述试验灯的点火试验这样进行，组装图4所示的所述灯组件200，使用矩形波点火的全桥方式电子稳压器，将发光管1保持在水平位置来进行3.5小时点火/0.5小时熄火循环。这种情况下，为了研究发生上述的跳弧现象成为左右使用的电子稳压器的频率的主要因素，试着在50～1000Hz的范围中来改变所述矩形波点火的频率。跳弧现象的观测按将经过特定点火时间后的所述试验灯(每种试验的灯数为5)点火2小时，调查其间有无发生跳弧现象。
(实验1)
首先，本发明人在最初的预备研讨中，作为所述电极，准备使用图1所示的现有的长电弧型灯用的电极50的试验灯，调查随着经过点火时间的跳弧现象的发生状态。
这种情况下，在线径0.4mm的钨制电极轴51的前端部上，使用插入固定线径0.2mm的钨线的双层卷绕的线圈52(线圈卷绕数8匝)的线圈。作为所述电极轴51和所述线圈52的材料，使用将副成分组成Al、Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Sn、Na、K、Mo、U和Th等元素的总含量抑制在10ppm以下的高纯度钨。采用这样的高纯度钨材料来抑制灯寿命中的发光管黑化而具有改善光束维持率的效果是已知的。通过该预备试验，可获得图6所示的结果。
通过本实验，判明以下事实。
(1)在使用现有的长电弧灯用电极50的所有试验灯中，在点火时间500小时以内发生了跳弧现象。调查实验后的试验灯的电极后，观测到其前端部的变形、损耗明显。
(2)如果观察跳弧现象的发生状态和矩形波点火频率的相关关系，则如图6所示，可确认跳弧现象发生前的点火时间在点火频率700Hz以下的范围时变长，在比700Hz高的范围时，有变短的倾向。
由以上可知，仅使用现有的长电弧型灯用电极50，根据本发明的目的，不能获得可靠地抑制短电弧型中跳弧现象的高压放电灯。此外，还判明跳弧现象的发生和矩形波点火频率之间是什么样的相关关系。
(实验2)
本发明人作为第二研讨，期待通过抑制灯电极前端部的变形、损耗来使跳弧现象被抑制，进行在电极前端部使用有大直径部的电极的实验。
图7B是表示该电极的前端部形状的局部剖切剖面图。在电极轴21的前端形成大致半球状的电极部22。
首先，如图7A所示，在钨的电极轴21的前端部上安装钨线圈23，通过熔融、加工该电极轴21的前端部和线圈23的一部分来获得这样的形状。在本实验例中，具体地说，在线径0.4mm的钨电极轴21上插入、固定线径0.2mm的钨线的双层卷绕线圈23(线圈卷绕数8匝)，通过使用氩等离子体焊接装置的放电加工方法来熔融加工钨电极轴21和所述线圈23的前端部。
图8表示该氩等离子体焊接装置的结构图。如图所示，等离子体喷灯40在喷嘴41内活动自如地插入电极棒42来构成，电极轴21和电极轴42之间施加高电压，并且进行电弧放电，经喷嘴41，通过供给包含氩的工作气体来产生高温的等离子体，对与等离子体喷灯40对置侧的电极前端部进行熔融加工。
熔融的前端部(熔融的钨)因其表面张力而缩成球状。其结果，前端部被形成大致半球状。由于形成的前端部的形状受重力的影响，所以为了将半球表面形状(凸曲面形状)形成为与电极的轴心对称的形状，最好使电极轴21和等离子体喷灯40按与各个轴心呈垂直方向的姿态来进行熔融加工。此外，为了使电极的前端部形状形成更接近半球状的形状，将电极轴21设置在上方，而将等离子体喷灯40设置在下方，即对两者进行配置，使得形成的半球状的凸曲面朝向下方。
此外，在该放电加工中，作为制造处理条件，通过组合多次发生间断的放电加工(电弧电流32A×时间30sec中发生5～8)和特定的冷却时间(1.5～3.0sec)，来适当地控制所述电极部22的加工温度，以使得在熔融加工的所述电极部22的内部不残留空穴等缺陷。
通过在这样的该电极轴21的前端设置大直径部的电极部22，由于前端部的热容量增大，所以不易因电弧放电而产生熔融变形，并且通过熔融加工，电极部22大致作为一体而连接在线圈23上，所以热被迅速地传导到线圈23，电极部22的温度不易上升，电极物质的熔融、蒸发等造成的电极前端部的变形、损耗被抑制，可得到寿命长的灯。
形成上述图7所示的改良电极，制作试验灯，与上述实验1同样，在调查点火时间和跳弧现象的发生有无关系时，得到图9所示的实验结果。
除了在该实验中使用的试验灯的电极结构以外，具体的灯和发光管设计与上述实验1中使用的结构相同。
如图9所示，在使用配有熔融加工过的所述电极部的电极的试验灯中，发现跳弧现象的发生和电子稳压器的矩形波点火频率的相关关系更明确。即，在点火频率比700Hz高的范围中进行点火的所有试验灯中，跳弧现象在点火时间500小时以内发生。这与使用实验1的长电弧型灯用电极的灯的结果大致相同。另一方面，在点火频率50～700Hz范围中进行点火的所述试验灯中，发生跳弧现象前的点火时间显著变长，在实验中被试验的25个所述实验灯中，23个灯在点火时间直至3000小时都未发生跳弧现象，与实验1的情况相比，灯寿命明显延长。
这样，以700Hz的点火频率为界，在实验结果中产生大的差距的原因被认为不只是在于将电极轴21的前端简单地形成大直径部。因此，本发明人详细观察电弧放电中的电极前端部的变形状况，在点火频率比700Hz高的范围中进行点火，在点火时间500小时以内发生跳弧现象的试验灯的电极的前端部变形、损耗比较快，判明难以维持当初的半球状。对此，在点火频率50～700Hz范围下进行点火，在3000小时前未发生跳弧现象的所述试验灯中，观察到半球状的电极前端部的变形、损耗轻微，并且在其电极轴的大致延长线上(半球状的中心部附近)形成突起部的情况。
图10是表示此时的电极2、3的形状的图。在各个电极部22、32的半球部的中心附近(与对方电极最近的地方)形成突起部24、34，放电电弧在两突起部24、34间稳定形成，变为不易发生跳弧现象的状态。
由此可清楚地了解到，只有在电极轴的前端部的大直径部中朝向对方电极方向形成构成凸曲面的电极部，并在其前端的中心附近形成突起部，才是具有可以可靠地抑制短电弧中跳弧现象的有效结构。
而且，在详细调查上述突起部通过上述试验灯的点火试验而形成的过程后，可确认该突起部在点火时间为10小时以内(平均2～3小时)的初始阶段形成。形成这样的突起部的现象可认为是通过封入溴的卤化物循环作用，从所述电极中蒸发的钨主要返回集中到最高温的所述电极部前端部的中心附近而产生的。
一般地，卤化物循环的程度较多地受到电极部的温度和管壁温度及卤化物物质的量的影响。而且，通过形成大直径的电极部22使热容量变大，其升温与长电弧型的电极情况比被抑制，钨容易累积在仅集中在前端部电弧放电产生的高温部，所以形成突起部。
与形成的突起部有关的一个特征是，初始点火产生的所述突起部24的形状在其后的3000小时点火时间中保持不变。可以认为这是因为突起部达到某种特定的大小(在本实验例中，突起部的平均高度约0.05mm)后，突起部24中的钨物质的因上述卤化物循环作用而产生的积累和因温度而产生的蒸发达到均衡。而且，可以认为通过3000小时点火，放电电弧被稳定集束在所述电极前端部的中心附近，可抑制跳弧现象的发生。
另一方面，矩形波点火频率比700Hz高后，可以认为跳弧现象断续地显著发生的原因在于，在以本发明为标准的电极间距离De的正常值在0.5～2.0mm这样短的范围内、并且发光管内的汞蒸汽压在15MPa～35MPa这样高的范围的超高压汞灯中，发光管内的声音共鸣在高于700Hz、低于1000Hz的点火频率区域内也容易发生，这种共鸣基本上与放电电弧的不稳定性相关，并使电极前端部的变形、损耗加快，可以认为是最终产生跳弧现象的诱因。
从以上观察可知，就短电弧型的超高压汞灯来说，在实际上确实可靠地抑制随着点火时间而产生的跳弧现象中，可以在基本上以形成凸曲面形状来加工的电极前端部的中心附近设置使放电电弧稳定的突起部。
(实验3)
本发明人为了弄清楚在所述电极部22的中心附近形成突起部24的现象和进行卤化物循环作用的溴的封入量的关系，准备在1×10-10～1×10-4mol/cm3范围内改变所述发光管1的溴封入量的试验灯，调查在点火频率150Hz的矩形波点火产生的老化下形成所述突起部24的现象。
这种情况下，除了溴封入量外，灯和发光管的设计与上述实验2时相同。通过该实验可知，如果所述发光管1的溴封入量在1×10-9～1×10-5mol/cm3的范围，在初始点火10小时以内，便可在所述电极部22的中心附近形成可以集束放电电弧的形状的所述突起部24。并且可确认这样的灯直至点火时间3000小时跳弧现象实际上确实被抑制。
这种情况下，如果溴封入量变得比所示范围少，则卤化物循环作用弱，集束放电电弧的突起部24未形成在所述电极部22上，因此，不能抑制跳弧现象。另一方面，如果比所述范围大，虽然突起部24本身能够形成，但相反地，由于卤化物循环作用过剩，突起部24成为针状比较大的部分，所述电极部21已经变形而不构成半球状的凸曲面的形状，因而电极前端部的损耗显著增大。
如上所述，通过将溴封入量规定在所述范围内，可以在初期点火阶段比较容易地形成具有本发明特征的抑制跳弧现象效果大的所述突起部24。
(实验4)
作为第4研讨，本发明人为了对所述突起部24与跳弧现象抑制的效果进行进一步的旁证，在加工形成半球状的凸面形状的电极前端部的中心附近事先准备设有突起部的电极，调查通过点火频率150Hz的矩形波点火来老化使用该电极的灯时的跳弧现象的发生状态。
这种情况下，作为所述电极2和3，按以下处理来制作：(i)首先准备与上述第2研讨中使用的经熔融加工而成为前端部形成凸曲面的形状的电极相同的电极，(ii)接着，在形成该凸曲面形状的所述电极部22的中心附近，通过所述电弧等离子体焊接装置来熔融焊接钨线的小片(φ0.15mm×0.7mm)，形成与所述突起部24相同的突起部。
此外，将所述发光管1的溴封入量设定为通过上述结果中初期点火而未形成所述突起部24的范围的0.4×10-9mol/cm3的值。除了电极和溴封入量以外，灯和发光管设计与上述第2研讨时相同。根据该研讨结果，也可确认正常点火时的放电电弧被稳定集束在所述电极部22前端的中心附近，直至点火时间3000小时跳弧现象实际上被可靠地抑制。
如上可知，通过在加工成构成本发明那样的半球状的凸曲面的电极前端部的中心附近形成突起部，而将放电电弧稳定聚束在所述电极前端部的中心附近，由此可靠地抑制灯寿命中的跳弧现象的发生。而且可知，通过将发光管的溴封入量规定在特定范围内，接着使灯短时间点火这样的简单方法来形成所述突起部。
(实验5)
最后，本发明人研讨了将通过上述初始点火形成突起部24的方法应用于实际的灯时所引起的问题。
即，在利用卤化物循环形成突起部而使电极间距离De减少的情况下，灯电压会下降比较大，在该灯电压下降到由稳压器的设计决定的规定的灯电压值的情况下，由于灯输入功率降低，所以显然灯的输出、即屏面上的亮度下降。
图11表示由电极前端中的突起部形成所造成的灯电压的变动量ΔV1a的值的实验结果。
该图表示测定上述图9的试验灯的初始点火10小时后的灯电压变动ΔV1a的结果。这里，试验灯的灯电压在以频率50～700Hz的矩形波点火下、在所述电极部22前端的中心附近形成所述突起部24的灯中ΔV1a平均降低6.2V，在另一个用比700Hz高的频率点火、在所述突起部24未形成的灯中，ΔV1a却相反地上升5.7V。由形成这样的小的突起部24而产生比较大的灯电压下降的原因在于，在电极间距离De的正常值为2.0mm以下的短电弧型的灯中，即使在突起部的高度上产生小的变动Δde，变动与电极间距离De的比例Δde/De的值变得比较大。
通过形成突起部24，即使可以尽力抑制作为短电弧型灯中固有问题的跳弧现象的发生，但除非解决附带产生的灯电压下降的问题，否则本发明的高压放电灯的实用化难以进行。
因此，为了解决上述灯电压下降的问题，预先将电极间距离设定为仅增加相当于突起部的成长部分(图10中的d1+d2)的量。
根据图11，由于试验灯的放电电弧的平均电位梯度E1a＝(平均初始灯电压V1a)/(电极间距离De)＝61.6/1.1＝56V/mm，所以突起部形成造成的平均灯电压变动(下降)ΔV1a＝-6.2V与作为电极间距离De的变动Δde约0.1mm相当。
因此，初始点火造成的平均灯电压变动(下降)ΔV1a为-6.2V，即注意电极间距离变动Δde约为0.1mm，制作在灯制造之前将电极间距离De0设定为1.2mm的试验灯，调查突起部的形成和10小时点火的灯电压变动ΔV1a的结果示于图12。
以下的试验灯的发光管设计只要没有变更记述，则与上述实验2的情况相同，点火频率为150Hz。
如图12所示，观测10小时的初始点火产生的突起部的形成情况，此时的平均灯电压变动ΔV1a为-6.2V，老化点火后的平均灯电压V1a可获得灯原来的额定值61V附近的值。如上所述，这里形成的所述突起部24的形状经过其后的点火时间为3000小时仍保持着没有什么变化，因此，灯电压V1a值比较稳定，此外，跳弧现象的发生也被可靠地抑制。
这样，通过将灯电极间距离De仅事先校正由初始点火形成的突起部的变动部分Δde，可以获得期望的光输出。
(实验6)
接着，本发明人研讨通过改变点火条件来调整电极间距离De的方法，考虑以下两种方法。第1方法是强制地增减放电电弧电流的方法，第2方法是使点火频率变化的方法。以下详细说明。
(1)放电电弧电流的增减
如果将放电电弧电流增大到规定值以上，则电极部的中心附近的温度上升，认为这样的温度产生的钨物质的蒸发大于因卤化物循环作用产生的集聚而使所述突起部缩小。
因此，将所述放电电弧电流以平均值增大到2.45A至2.72A来进行测定灯电压的实验时，可以获得以下图13所示的实验结果。
如图13所示，初始灯电压平均为61.2V，然后通过点火10小时，平均下降6.1V。但是，如果使放电电弧电流增大，则灯电压上升，与所述试验灯的初始灯电压相比，恢复到平均下降3.8V。与此相对，确认出突起部的形状也缩小。
由以上得到下述实证：在灯电压比正常值(基准电压值)低的情况下，通过增加电弧放电电流，突起部长度缩小并可以恢复灯电压。相反，在灯电压比正常值(基准电压值)大的情况下，可以认为突起部的长度过短，通过将电弧放电电流下降规定量来使突起部的长度被恢复，可以经常在灯电压最佳的状态下点火。
观察该点火方法的确认实验的结果，试验灯经过点火时间3000小时，灯电压比较稳定，此外，还可确认跳弧现象的发生被抑制。由此，根据本点火方法，可以获得屏面上的亮度变动低并且寿命长的光输出。
图14表示执行上述点火方法的灯点火装置(稳压器)300的结构方框图。如图所示，本灯点火装置300由DC电源301、DC/DC转换器302、DC/AC逆变器303、高压发生器304、控制部305、电流检测器306和电压检测器307构成。
DC电源301将民用交流100V～240V变换为直流电压，DC/DC变换器302将控制部305控制的规定大小的直流电流供给DC/AC逆变器303。DC/AC逆变器303接受控制部305的指示，生成规定频率的交流矩形电流并送至高压发生器304。将高压发生器304产生的高电压施加在超高压汞灯100上。
另一方面，将检测超高压汞灯100的电弧放电电流的电流检测器306和检测超高压汞灯100的灯电压的电压检测器307的各自检测信号输入到控制部305，控制部305根据这些输入信号来控制DC/DC变换器302，生成规定值的电流。
具体地说，在控制部305的内部存储器内存储基准电压值和控制程序，将检测出的灯电压和对应的基准电压进行比较，在前者比后者低的情况下，对DC/DC变换器302进行反馈控制，使其提高放电电弧电流A 1，相反，在前者比后者高的情况下，对DC/DC变换器302进行反馈控制，使其流出比A1低的放电电弧电流A2。作为基准电压值，由规格的灯电压来设定，而通过对各种灯进行实验来预先求A1、A2的具体值。
根据检测出的灯电压来求灯电压变动量ΔV1a，如果在该变动量开始达到规定值以上时，执行上述的放电电弧电流的变更，则可以抑制电流切换控制的频度。
(2)点火频率的变更
此外，如实施例2说明的那样，着眼于使矩形点火频率比700Hz高时未形成突起部，通过矩形波频率150Hz的初始点火来进行形成突起部24的试验灯的频率800Hz下的10小时点火，在进行调查此时的突起部24的形状变化和灯电压变动ΔV1a的变化实验时，得到图15所示的结果。
如图15所示，如果将形成突起部的试验灯在点火频率150Hz下进行10小时点火，则灯电压与初始灯的状态相比，平均降低6.0V，但对相同的试验灯以点火频率为800Hz点火10小时，则与上述(1)的实验中突起部的形状缩小不同，可观测到突起部基本消散的状态。然后，与此相对，将灯电压变动ΔV1a变小，可看出灯电压Vla大致接近初始点火前的原来值的水平。
这种突起部的消散的原因在于，通过将点火频率从150Hz提高到800Hz，所述电极部22的前端部的温度上升，钨物质的蒸发增大。而且，如果将所述突起部24消失的所述试验灯再次在150Hz下进行10小时的老化点火，则可确认所述突起部被再次形成，灯电压V1a也再次下降。
如上所述，着眼于通过点火频率来反复进行所述突起部24的形成和消散的现象，作为灯点火装置，(i)检测相对于老化点火中的灯电压的初始值的增减±ΔV1a，(ii)使用配有在ΔV1a值每次变到作为第2电压的-2V时，将矩形波频率从作为第1频率的150Hz切换到作为第2频率的800Hz，另一方面，在ΔV1a值每次变到作为第1电压的0V时，相反地从作为第2频率的800Hz切换到作为第1频率的150Hz这样的反馈控制电路，观察老化点火时的试验灯的所述电极部的形状变化和跳弧现象的发生状态。
结果可知，就所述试验灯来说，经点火时间3000小时，所述电极前端部的变形、损耗比较轻微，另一方面，跳弧现象也几乎未发生。这种情况下的灯输入变动即屏面上的亮度变动相对于灯电压变动ΔV1a为-2V，约降低1/3，可判明实用上没有问题。
这样，通过改变点火稳压器的矩形波频率而将老化点火的灯电压变动ΔV1a抑制控制到比较低的值，也是解决问题的一个具体方式。
切换点火频率的组不限于150Hz和800Hz的情况。在使突起部24成长的情况下，选择50Hz以上、700Hz以下的其他适当频率作为第1频率也可以。相反，在使突起部减少的情况下，可选择低于50Hz或750Hz以上的其它适当的频率作为第2频率。
无论是低于50Hz还是在750Hz以上，突起部都减少，但与低于50Hz时相比，在750Hz以上时，可观察出突起部迅速减少。这是因为如果低于50Hz，极性达至反向的时间(半周期)也相应延长。即，可以认为电极间变为接近通电直流电流的状态，与频率高情况相比，电极前端部变为高温，容易蒸发。
总之，在使突起部减少的情况下，最好选择低于50Hz或750Hz以上的频率作为第2频率，从减少时的速度的观点来看，最好选择低于50Hz的频率作为第2频率。
实施以上说明的点火方法的灯点火装置具有与图14所示的灯点火装置300相同的结构。但是，控制部305的控制内容不同。即，根据电压检测器307检测出的灯电压，控制部305求灯电压变动ΔV1a，在该变动量比规定量大的情况下，按照其变动量的正负，如上所述，选择突起部可正常增大的频率，对DC/AC逆变器303进行指示，使得可生成对应的点火频率的矩形波。
根据上述实验5、6的研讨结果可知，按照本发明，为了抑制跳弧现象的发生，在所述电极部22上形成所述突起部24时，附带产生的灯电压变动(下降)导致的灯输入功率下降的问题可以通过以下3种有效的方法来解决：
(a)电极间距离De的事先校正，(b)由放电电弧电流来进行电极间距离De的校正控制，(c)由矩形波的点火频率来进行电极间距离De的校正控制。
如以上说明，按照本发明，通过在加工成半球状的凸曲面形状的电极前端部的中心附近形成突起部，将放电电弧稳定聚束在所述电极前端部的中心附近，可以可靠地抑制随着老化的跳弧现象的产生，而且伴随产生的灯输入功率下降这样的问题也可以通过上述(a)～(c)的3种有效方法来解决，按照目的可获得短电弧型并且没有屏面上的亮度变动和下降的高品质的超高压汞灯。
(制造方法)
最后，对于上述超高压汞灯100的制造方法，简单说明由初始点火来形成电极2的突起部24的情况。该超高压汞灯100的制造方法可以大致分为3个阶段。
(1)电极部形成步骤
如图7A、7B的说明，在钨的电极轴21的前端部上安装双层卷绕的钨线圈23(图7A)，用氩等离子体焊接机(参照图8)来熔融加工其前端部，形成大致半球状的电极部22(图7B)。
(2)电极密封步骤
将图7B所示形成的一对电极分别连接钼箔、外部钼引线，在该电极间间隔仅比用于获得正常输出的距离De长Δde间隔的对置状态下密封发光管1的两端部。
此时，抽取内部的空气，同时封入上述量的汞和卤化物物质。Δde的值是与在下面的突起部形成步骤中两电极上形成的突起部的高度之和大致相等的值，可预先通过实验等来求。
(3)突起部形成步骤
将密封上述电极的超高压汞灯100通过矩形波电流仅点火规定时间，在电极部22的前端形成突起部24。该规定时间是突起部24成长到规定高度，通过卤化物循环作用使其高度达到稳定所需要的时间，因各种条件而有所不同。在本实施例中，被设定为大约3小时左右。
此时，进行交流的矩形波点火，但其频率被设定为50～700Hz范围内的适当频率。由此，在上述半球状的电极部的前端的中心部上形成突起部。
按照以上来制造配有图5所示电极的超高压汞灯100。
(变形例)
不言而喻，本发明的内容不限于上述实施例，可以有以下的变形例。
①在上述实施例中，电极轴前端的电极部形状大致为半球状，但通过初始点火产生突起部的电极如果处于接近最初容易产生电弧放电的位置、即最接近对方电极的位置，则即使非半球状，只要与对方电极相对的面为凸曲面，在该凸曲面的顶部或其附近可稳定形成突起部。
此外，不使用初始点火中的卤化物循环作用，而按照通过焊接等将钨的尖端安装在电极部前端上的方法，不必特别考虑初始点火中突起部容易形成的位置，所以如果前端电极部的热容量比电极轴的热容量大，则其形状不必限定为凸曲面。
这样，在不将电极前端部限定为凸曲面形状的情况下，一般地，如果该电极部的轴方向的平均单位长度的体积形成得比电极轴的部分大，则可以使前端电极部的热容量(严格来说，轴方向的平均单位长度的热容量)比电极轴的部分大。
②在上述实施例中，作为产生卤化物循环作用的卤化物物质选择了溴，但也可以使用其他适当的卤化物物质。
③在上述实施例中，在大致半球状的电极部22的中心部形成突起部24时，通电50～700Hz范围的适当频率的矩形波电流，但不限于矩形波，也可以是sin波交流。
④在上述实施例中，以电极间距离De的正常值在0.5～2.0mm的范围，并且正常点火时的管内汞蒸汽压在15MPa～35MPa范围的超高压汞灯为例进行了说明，但不言而喻，本发明也可以应用于除了有跳弧现象问题以外的高压放电灯。
⑤此外，在上述实施例中，说明了交流型的放电灯，但上述电极形状的防止跳弧现象的效果在理论上也可以用于直流型的放电灯。这种情况下，至少阳极的电极有带有上述突起部的凸曲面的前端电极部。
尽管参照附图利用实施例已经说明了本发明，但应该指出，对于本领域的技术人员来说，各种变更和改进是显而易见的。
因此，除非这种变更和改进脱离本发明的范围，否则它们都应该属于本发明。

Claims (14)

1.一种高压放电灯的点火方法，该高压放电灯具有一对在头部前端形成突起的电极，该一对电极在发光管内按所述头部之间对置那样来配置，该种高压放电灯的点火方法包括以下步骤：
第1步骤，如果所述一对电极间的监视电压上升至第1电压，则将两电极间通电的交流电流的频率设定为第1频率；
第2步骤，如果所述一对电极间的监视电压下降至比第1电压低的第2电压，则将两电极间通电的交流电流的频率设定为与所述第1频率不同的第2频率。
2.如权利要求1的高压放电灯的点火方法，其中，
所述第1频率低于50Hz；
所述第2频率在50Hz以上、700Hz以下。
3.如权利要求1的高压放电灯的点火方法，其中，
所述第1频率在750Hz以上；
所述第2频率在50Hz以上、700Hz以下。
4.一种高压放电灯的点火装置，该高压放电灯具有一对在头部前端形成突起的电极，该一对电极在发光管内按所述头部之间对置那样来配置，该种高压放电灯的点火装置包括：
电流生成部件，生成所述一对电极间通电的电流；
电压检测部件，检测在所述一对电极间施加的电压；
控制部件，根据所述电压检测部件的检测结果，对所述电流生成部件进行控制，使所述一对电极间的通电量变化，改变所述突起的长度。
5.如权利要求4的高压放电灯的点火装置，其中，所述控制部件在由所述电压检测部件检测的电压低于基准电压的情况下，控制所述电流生成部件，使所述通电量增加；在由所述电压检测部件检测的电压等于或高于基准电压的情况下，控制所述电流生成部件，使所述通电量减少。
6.如权利要求4的高压放电灯的点火装置，其中，所述控制部件在由所述电压检测部件检测的电压由于所述突起变长电极间距离比正常值短而引起比基准电压低的情况下，控制所述电流生成部件，使所述通电量增加；在由所述电压检测部件检测的电压由于所述突起变短电极间距离比正常值长而引起等于或高于所述基准电压的情况下，控制所述电流生成部件，使所述通电量减少。
7.一种高压放电灯的点火装置，该高压放电灯具有一对在头部前端形成突起的电极，该一对电极在发光管内按所述头部之间对置那样来配置，该种高压放电灯的点火装置包括：
电流生成部件，生成所述一对电极间通电的交流电流；
电压检测部件，检测在所述一对电极间施加的电压；
控制部件，根据所述电压检测部件的检测结果，对所述电流生成部件进行控制，使所述交流电流的频率变化。
8.如权利要求7的高压放电灯的点火装置，其中，所述控制部件如果由所述电压检测部件检测的电压上升到第1电压，则控制所述电流生成部件，使所述频率变成第1频率；如果由所述电压检测部件检测的电压下降到低于所述第1电压的第2电压，则控制所述电流生成部件，使所述频率变成与所述第1频率不同的第2频率。
9.如权利要求7的高压放电灯的点火装置，其中，所述控制部件如果由所述电压检测部件检测的电压由于所述突起变短使电极间距离比正常值长而引起上升到第1电压，则控制所述电流生成部件，使所述频率变成第1频率；如果由所述电压检测部件检测的电压由于所述突起变长使电极间距离比正常值短而引起下降到低于所述第1电压的第2电压，则控制所述电流生成部件，使所述频率变成与所述第1频率不同的第2频率。
10.一种高压放电灯的点火方法，该高压放电灯具有一对在头部前端形成突起的电极，该一对电极在发光管内按所述头部之间对置那样来配置，该高压放电灯的点火方法包括以下步骤：
第一步骤，当因所述突起部的增长使电极间的距离小于正常值时，强行增大在两电极间流动的放电电弧电流；
第二步骤，当因所述突起部长度的缩短使电极间的距离大于正常值时，强行减小放电电弧电流。
11.一种高压放电灯的点火方法，该高压放电灯具有一对在头部前端形成突起的电极，该一对电极在发光管内按所述头部之间对置那样来配置，该高压放电灯的点火方法包括以下步骤：
第一步骤，当因所述突起部的增长使电极间的距离小于正常值时，将在两电极间通电的交流电流的频率设定为第一频率；
第二步骤，当因所述突起部长度的缩短使电极间的距离大于正常值时，将在两电极间通电的交流电流的频率设定为与所述第1频率不同的第二频率。
12.一种高压放电灯的点火方法，该高压放电灯具有一对在头部前端形成突起的电极，该一对电极在发光管内按所述头部之间对置那样来配置，该高压放电灯的点火方法包括以下步骤：
放电电弧电流增大步骤，当所述一对电极间的监视电压因所述突起增长电极间距离小于正常值而低于基准电压时，增大在两电极间通电的放电电弧电流；
放电电弧电流减小步骤，当所述一对电极间的监视电压因所述突起缩短电极间距离小于正常值而等于或高于所述基准电压时，减小在两电极间通电的放电电弧电流。
13.一种高压放电灯的点火方法，该高压放电灯具有一对在头部前端形成突起的电极，该一对电极在发光管内按所述头部之间对置那样来配置，该高压放电灯的点火方法包括以下步骤：
第一步骤，当所述一对电极间的监视电压因所述突起缩短电极间距离大于正常值而上升至第一电压时，将在两电极间通电的交流电流的频率设定为第一频率；
第二步骤，当所述一对电极间的监视电压因所述突起增长电极间距离小于正常值而下降至低于第一电压的第二电压时，将在两电极间通电的交流电流的频率设定为与所述第1频率不同的第二频率。
14.一种高压放电灯的点火方法，该高压放电灯具有一对在头部前端形成突起的电极，该一对电极在发光管内按所述头部之间对置那样来配置，该高压放电灯的点火方法中，
根据所述一对电极间的监视电压的增减，变更在所述一对电极间通电的交流电流的频率。
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