CN1534717A

CN1534717A - 氙气灯

Info

Publication number: CN1534717A
Application number: CNA2004100059247A
Authority: CN
Inventors: 稻冈数浩; 置; 美安胜置; 典; 藤名恭典
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2024-02-24
Also published as: DE102004014982B4; CA2462324A1; DE102004014982A1; JP2004303532A; US20040189206A1; US7098597B2; CN1333427C; JP4042605B2; CA2462324C

Abstract

本发明提供一种即使是在使用寿命末期也能抑制电弧摆动、能延长到发生闪烁现象为止的时间，即能延长闪烁寿命的氙气灯。本发明的氙气灯具有：发光管，在两端形成侧管部；氙气，被封入发光管的内部；阳极和阴极，在发光管的内部相向配置；以及电极棒，分别与阳极和阴极的后端连接，其特征在于，阳极在阳极前端和后端具有曲面或平面，并且具有：扩径部，从阳极前端向后方形成；缩径部，在扩径部的后方形成，其轴向长度形成得比扩径部的轴向长度长；以及最大外径部，在扩径部和缩径部的边界处形成，扩径部与缩径部的边界附近平滑地形成。

Description

氙气灯

技术领域

本发明涉及一种在放映用、投影机用光源中使用的短弧型放电灯，特别是涉及一种直流点灯型的氙气短弧型放电灯。

背景技术

作为设置在放映用放映装置、投影机装置中的光源灯，使用阳极和阴极相向配置的所谓的短弧型放电灯。该放电灯随着点灯时间的经过，电弧的摆动变大，会产生所谓的闪烁现象。当产生闪烁现象时，投影在屏幕上的影像闪烁，从而在视觉上会产生不愉快感，所以在上述用途中，在确认到上述闪烁时，要进行光源灯的更换(闪烁寿命)。

上述闪烁现象是由于电极的损耗和发光管内的气流紊乱而产生的，这是公知的。迄今为止，为了在用于上述用途的光源灯中抑制闪烁现象，已经提出了各种技术。

(电极的改良)

通过对阴极前端部进行碳化处理，促进发射体(emitter)物质向阴极前端部的移动，从而降低阴极前端部损耗的技术(特许第2782611号公报)，以及通过改变以钨为主要成分的阴极的材质，来减小该阴极形状变化的程度，保持电弧稳定性的技术(特许2851727号公报)等是公知的。此外，作为提供无闪烁灯用电极的技术，例如特开2002-93363号公报所记载的技术是公知的。

(对流的改良)

另一方面，为了稳定发光管内部的气流，利用例如外部冷却机构来使冷却风在发光管上部流动，由此对发光管进行冷却，抑制对流，来稳定地维持电弧方向的技术也是公知的。但是，使用外部冷却机构会导致光源装置的大型化，困难很多，并且由于过度冷却，会导致发光管内部气压的下降。

另外，通过对电极形状的改良，来减小对流的影响的技术是公知的。例如在实用新型登记第3080631号公报中，记载了在阳极的前端面前侧分区与主体部之间的结合区域设置横截面为V字形的周向突起的短弧灯。

专利文献1：特许第2782611号公报

专利文献2：特许2851727号公报

专利文献3：特开2002-93363号公报

专利文献4：实用新型登记第3080631号公报

本发明的技术领域是在DMD或反射型液晶的反射型像素元件等、光输出大的投影机装置中，作为放电介质，优选使用被封入氙气的kW级的、高亮度、大输出的短弧型氙气灯，但上述氙气灯也会发生闪烁，所以对该灯的使用寿命的决定也不例外。因此，为了抑制闪烁现象，所采用的多种技术与上述公报所记载的同样。

但是在近一段时间，在小型的高精度DMD中，特别要求高亮度，从而出现了电极间距离变得更小，并且气体封入压力提高到例如4×10⁶Pa(25℃条件下)以上的氙气灯。当电极间距离变短时，阴极的温度上升，从而在早期损耗。另外，当氙气灯主要在发光管内部发生气流紊乱，对流发生变化时，也会导致电弧摆动。

在上述氙气灯中，即使提高气体压力，但由于对流的影响将变得更大，所以阴极损耗和对流紊乱相互作用、相互促进的结果使得在早期发生闪烁现象。

本发明人着重对在上述技术领域中使用的短弧灯改善发光管内部的对流。以下对对流与闪烁现象的关系进行说明。该说明限定于在上述技术领域中一般使用的短弧灯，即在灯的管轴处于水平姿势状态下点灯的短弧灯，而不适用于垂直姿势状态下点灯的短弧灯。

图12是放大了主要部分的现有技术的氙气灯的对流状态的图。

在图12(a)中，阳极81和阴极82间的虚线简要地示出了电弧的形状。另外，图中的箭头示出了发光管83内部的气体对流的情况。首先，被封入的气体借助于阴极点前面与阳极附近的压力差而从阴极82向阳极81方向加速，所以在电极间与管轴近似平行地前进。然后，借助于电弧而加速的气体沿着近似圆柱状的阳极81而向该阳极81后方流动。与此同时，气体被电弧加热，所以向发光管83的上方移动。

在初期阶段，在管轴方向上流动的气流，在阳极81的最大外径部即直径相同的主体部上，与阳极81分离(以下简称为“剥离”)，而再次返回发光管83的中央部，从而发生气流紊乱。受到该气流紊乱的影响，虽然电弧不会有问题，但电弧会发生摆动。该电弧的摆动加速了阴极82的损耗和发射体的枯竭。

在图12(b)中，随着点灯时间的经过，阴极82前端的损耗加剧，发射体物质也变为枯竭状态，所以接近使用寿命，电弧的摆动也逐渐变大。其结果是，虽然在点灯初期气流在阳极81的主体部剥离，但由于摆动变大的电弧而紊乱，从而在阳极81前端部的锥形部分与最大外径部的边界即角部81a处剥离。

这样，靠近电弧的对流紊乱对电弧摆动的影响很大。并且与使用寿命末期的阴极状态一起，使得电弧变为极不稳定的状态。

如上所述，由于阴极损耗和发射体物质的枯竭与对流紊乱相互影响，所以在早期发生闪烁现象，缩短了使用寿命。在现有技术中，大多对电极损伤进行改善，但现实情况是即使使用这样的电极，也难以延长闪烁寿命。

另一方面，当如上所述设置冷却机构来对对流进行改善时，由于不得不改变点灯特性，所以在实际应用中是很困难的。

在上述实用新型登记第3080631号公报所记载的技术中，通过在电极前端部设置突起，在发光管内形成涡流，从而在电弧附近降低气流的速度，由此减小对流的影响。但是，如果采用该技术，则会由于突起部产生涡流而使得气流的能量减弱，从而气流从突起部分上发生剥离，并且剥离后的气流开始发生紊乱，所以当邻近灯的使用寿命末期，发生阴极损耗时，会由于对流紊乱而使得发生电弧摆动，结果是不能延长闪烁寿命。

因此，本发明的目的在于提供一种即使是在使用寿命末期也能抑制电弧摆动、能延长到发生闪烁现象为止的时间，即能延长闪烁寿命的氙气灯。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的氙气灯具有：发光管，在两端形成侧管部；氙气，被封入上述发光管的内部；阳极和阴极，在上述发光管的内部以规定的间隔相向配置；以及电极棒，分别与上述阳极和阴极的后端连接，其特征在于，上述阳极在阳极前端和后端具有曲面或平面，并且具有：扩径部，从上述阳极前端向后方，直径逐渐扩大而形成；缩径部，在上述扩径部的后方，直径逐渐缩小，其轴向长度形成得比上述扩径部的轴向长度长；以及最大外径部，在上述扩径部和上述缩径部的边界处形成，上述扩径部与上述缩径部的边界附近平滑地形成。

进而，如果使从阳极前端到阳极后端的轴向长度为L(mm)，使上述最大外径部的直径为D(mm)，则优选L＞D。

进而，上述扩径部扩径成为圆锥状，上述缩径部缩径成为圆锥状，上述扩径部与上述缩径部的边界附近的表面由近似圆弧的旋转曲面形成。

此外，上述扩径部表面和上述缩径部表面由近似圆弧的旋转曲面形成，如果使上述扩径部的曲面的曲率半径为R3，使上述缩径部的曲面的曲率半径为R4，则优选满足R3＜R4的关系。

此外，优选上述扩径部扩径成为圆锥状，上述缩径部表面由近似圆弧的旋转曲面形成，上述扩径部的后端部的表面由近似圆弧的旋转曲面形成。

此外，优选上述扩径部的表面由近似圆弧的旋转曲面形成，上述缩径部缩径成为圆锥状。

此外，优选在上述阳极的后端设有同径部。

根据本发明，通过使被电弧加速的气流平稳地沿阳极向后方流动，与现有技术相比，可以延长再次返回电弧附近的距离，并且气流速度下降，从而减小了对电弧的影响。因此，理想的情况是使阳极形状成为翼状的流线型，但实际上制造困难。根据本发明，制造上不会有问题，并且能实现气流向阳极后方平稳的移动。

附图说明

图1是表示本发明的氙气灯的管轴方向的剖视图。

图2是表示图1中的阳极的放大侧视图。

图3是用于说明本发明的氙气灯点灯状态的图。

图4是用于说明第二实施方式的阳极的侧视图。

图5是用于说明第三实施方式的阳极的侧视图。

图6是用于说明第四实施方式的阳极的侧视图。

图7是用于说明第五实施方式的阳极的侧视图。

图8是用于说明其他实施方式的阳极的侧视图。

图9是在实施例中使用的实验装置的结构图。

图10是表示对实施例和比较例的灯观察对流的结果的图。

图11是表示实施例和比较例的灯的灯电压的测定结果的图。

图12是放大主要部分而表示现有技术的氙气灯的对流状态的图。

具体实施方式

图1是表示本发明的短弧型氙气灯整体沿管轴方向剖断的局部剖视图，图2是表示取出图1中的阳极的说明用侧视图。

图1是额定消耗电流为160A的氙气灯，在灯的管轴为水平姿势状态下进行点灯。

氙气灯1在由石英玻璃构成的发光管10内部封入1×10⁶Pa(25℃条件下)的氙气，并且在近似椭圆球形的发光管部11内部使阳极2和阴极3以极间距离约8mm相向配置。与该阳极2或阴极3分别连接的电极棒4、4′均由钨的棒材构成，它们被插通在紧接着发光管部11的两侧的侧管部12、12′中，并且在熔接部12a、12a′处与台阶连接玻璃部熔接，该台阶连接玻璃部是为了与电极棒4、4′的热膨胀系数接近而设置的。此外，图中的13、13′是使电极棒4、4′插通在设在中心的孔中，并固定在侧管部12、12′内部的电极棒保持用部件。

在图2中，阳极2在整体上是在该电极的轴向上具有中心的近似柱状，其材质由钨构成。此外，在本实施方式中，仅将阳极侧的电极的主体部分(柱状部分)称为“阳极”，不包括电极棒。在阳极和电极棒的制造工序中，将单独个体的阳极和电极棒连接在一起是有利的，但也可以通过车床等的加工来形成为一体。

紧接着与阴极3相向的前端面2a，形成有外径向后方逐渐扩大，即向前端逐渐变细的形状的扩径部21。上述电极棒4通过嵌入穿设于中心的孔而被固定在阳极2的后端2b上，从而与之成为一体。

如图所示，扩径部21的表面由将电极作为轴使圆弧旋转而得到的、在外方向倒圆角的旋转曲面形成，在其后端具有阳极的最大外径部2A。紧接着该最大外径部2A，形成外径向后方逐渐缩小，即向后端2b逐渐变细的形状的缩径部22。缩径部22的表面也由将电极作为轴使圆弧旋转而得到的、在外方向上倒圆角的旋转曲面形成。在该扩径部21表面的曲面的一部分与缩径部22表面的曲面的一部分的边界部分上构成了最大外径部2A，在其前后，2个曲面没有形成不连续的点，而是平滑地形成。

另外，缩径部22的轴向长度N为阳极2全长(L)的1/2以上，比扩径部21的轴向长度M形成得更长，从而缩短了气流到达缩径部22的距离，能有效地将气流导向发光管部11的外端部。

如本实施方式所示，阳极2的扩径部21与缩径部22的边界平滑、连续地形成，缩径部22的长度(N)形成得比扩径部21的长度(M)更长，由此，在该阳极2的最大外径部2A处，容易在电极的轴向捕捉气流，难以发生气流的剥离，从而能促进向阳极2后方的对流的形成，稳定地维持电弧。

此外，阳极2全长L比阳极的最大外径D长，在侧视图中为横向长的形态，由此，气流容易向阳极2后方流动，而难以向半径方向外方扩散，从而能获得难以发生气流剥离的效果。

图3是用于说明使上述氙气灯保持管轴水平姿势而点灯的状态的图。对于与在前面的图1、图2中说明的相同的结构，使用相同的标号，并省略其说明。

在该图中，阴极3前端与阳极2前端之间的虚线表示电弧。被封入的气体中，阴极3附近的气体在电弧方向上即从阴极3向阳极2加速，在电极间大致与管轴平行地前进。从而从前端2a向后端2b沿着阳极2流动。与此同时，由于气体被电弧加热，所以向发光管10的上方移动。

即使随着点灯时间的经过而接近使用寿命时，在本实施方式中，由于在阳极2的扩径部21处形成平滑的曲面，所以气流沿着阳极2表面被导向后端2b，难以剥离。并且，缩径部22在轴向上的长度形成得比扩径部21的长，从而通过了最大外径部2A的气流保持一定程度的速度而到达缩径部22，在该缩径部22处偏离电极的中心方向。其结果是，气流在半径方向上不会扩散，而是流向发光部11的外端部。该气流即使是在接近灯的使用寿命时也同样产生，所以对流的变化小。

到达了发光管11端部的气流，在发光管11的外端部附近，沿着该发光管11的上表面而再次返回阴极3一侧，但此时，由于气流在发光管11的长度方向上移动距离较大，所以动能充分被消耗，因此气流处于减速状态，即使返回了电弧附近，也不会使该电弧产生摆动。因此，采用上述实施方式的阳极2，可以避免由于对流而产生的电弧摆动。

这样，即使是在灯的使用寿命末期，也可以避免对流的影响，而保持与点灯初期相同的状态，由此，即使是由于电极的损耗等变得显著而使得电弧处于容易摆动的状态时，对流也不会使电弧摆动，因此可以使到电弧摆动变大为止的时间比现有技术延长，从而能延长闪烁寿命。

图4是用于说明本发明的第二实施方式的阳极的侧视图。对于与在前面的图中说明的相同的结构，使用相同的标号，并省略其说明。如图所示，在本实施方式中，扩径部21和缩径部22双方都分别形成一定斜率的斜面部(21b、22b)。即，扩径部21在前端具有扩径成为圆锥状的斜面部21b，缩径部22从最大外径部2A开始，具有缩径为圆锥状的斜面部22b，扩径部21和缩径部22的边界附近由截面为圆弧(R1)、具有圆角的曲面部形成，在该曲面部处形成最大外径部2A。

对于具有上述圆锥状扩径部和缩径部的阳极，通过在扩径部和缩径部的边界处形成平滑的曲面，可以使气流难以产生剥离，从而能使气体在阳极2后方产生对流。此外，在本实施方式中，曲面部由一个曲率的曲面形成，但只要是平滑地形成上述边界附近的表面，也可以由曲率不同的多个曲面形成。

图5是用于说明本发明的第三实施方式的阳极的侧视图。扩径部21和缩径部22由曲面部21a、22a构成，该曲面部21a、22a是由使圆弧(R3、R4)以电极轴(图示省略)为轴旋转而得到的旋转体形成的，上述圆弧(R3、R4)在从电极的轴(图示省略)向最大外径部2A所引的垂线P上具有不同的中心。选择使得扩径部21和缩径部22的边界在电极轴的截面中连续的曲率。

在本实施方式中，扩径部21的曲率半径R3比缩径部22的曲率半径R4小。特别是在电极全长为40～50mm、最大外径部直径为25mm的情况下，优选R3≤30、R4＞30。

使缩径部22的曲率半径R4比扩径部21的曲率半径R3大，同时使缩径部22的轴向长度比扩径部21的长，并且具有阳极全长的1/2以上的长度，由此可以使气流在半径方向上扩散之前，向电极的轴线方向偏移。

在以上的第二、第三实施方式中，任何一个阳极都紧接着阳极前端面，具有外径向后方逐渐扩大的扩径部、在该扩径部后端由曲面部的一部分形成的最大外径部以及外径向后方逐渐缩小的缩径部，在最大外径部的前后没有形成不连续的区域，而是形成平滑的曲面，所以促进了沿阳极的表面向后方的气流，将气流导向发光管的外端部附近，由此能使速度下降。并且，使缩径部的轴向长度比扩径部的长，使其具有阳极全长的1/2以上的长度，由此可以使气流向电极的中心方向偏移，抑制对流向半径方向的扩散。

图6是表示第四实施方式的阳极的侧视图。在该图中，阳极2的扩径部21具有在轴向截面中扩径为圆锥状的斜面部21b，缩径部22由曲率半径为R6的圆弧的旋转曲面形成，该圆弧的中心在从电极轴(图示省略)向最大外径部2A所引的垂线P上。此外，在连接扩径部和缩径部的最大外径部2A处，形成用于平滑地连接扩径部和缩径部的曲面R5。在该实施方式中，最大外径部2A的前后也由平滑的曲面形成，从而将气流沿阳极2的表面导向后方。通过使缩径部22的长度形成得比扩径部21的长度长，可以防止气流在半径方向上扩散，从而容易导向发光管部11的外端部。

图7是用于说明第五实施方式的阳极的侧视图。在该图中，阳极2的扩径部21由使曲率半径R7的圆弧以电极轴O为轴旋转而得到的旋转体构成，上述圆弧的中心在从电极轴O向最大外径部2A所引的垂线P上。另一方面，缩径部22紧接着最大外径部2A，由缩径为圆锥状的斜面部形成。在该实施方式中，虽然在缩径部22上不形成曲面部，但减小扩径部21的曲率(增大曲率半径R7)，进而减小缩径部的斜面部的斜率，由此可以平滑地形成最大外径部2A。

本实施方式也能获得与上述实施方式相同的效果。

本发明的实施例不限于上述说明的内容，可以进行适当变更。以下参照图8(a)～(d)，对其他实施方式进行说明。在该图的说明中，对于与前面说明的相同的结构，使用相同的标号，并省略其说明。

首先，如图8(a)所示，阳极2的前端面2a由曲面构成。曲面优选向外方突出的、倒圆角的曲面。

在图8(b)中，在阳极2主体的后方，在该阳极2的后端2b上，与该阳极2一体地形成外径一定的同径部23。该同径部23是在阳极2的制造工序中，在利用车床加工将钨的柱状体加工成规定的阳极形状时，为了工人利用卡盘等夹持固定而形成规定的长度。它被称为“电极夹紧部”。由于该部分配置在电极的后方，所以不会对本发明的对流控制效果产生影响。因此，如本实施方式所示，在阳极的后方形成同径部的情况下，将除了该同径部23之外的部分的尺寸作为阳极的全长(L)。

图8(c)是将相当于上述同径部23(即“电极夹紧部”)的部分设置在阳极2主体内的例子，它是在最大外径部2A处形成同径部24的例子。当然，在该实施方式中，缩径部22的长度N也具有阳极2全长(L)的1/2以上的长度而形成。在最大外径部2A前后的曲面上没有形成不连续的点，从而平滑地形成。在该例子中，其轴向长度如果为电极全长的5～10％左右，则对本发明的对流控制效果不会产生影响。

图8(d)是在上述(b)的基础上，使同径部23的一部分的直径缩小而设置圆锥部23a的例子。在该例子中，与上述(b)同样，由于不会对本发明的对流控制效果产生影响，所以将除了该同径部23之外的部分的尺寸作为阳极的全长(L)。

(实施例)

以下说明实施例。

制造图1所述的氙气灯。其额定消耗功率为6kW，在发光管内封入1×10⁶Pa(25℃)的氙气。

阳极的结构采用与图2所示的相同的形态，阳极的前端面直径为7mm，其最大外径部直径(D)为25mm。阳极的全长(L)为40mm，扩径部的长度(M)为14mm，缩径部的长度(N)为26mm。

(比较例)

制造现有产品的阳极。在直径φ25mm、长度45mm的近似圆柱状的钨棒的前端侧形成轴向长度14mm的圆锥部，在后端侧形成6mm的圆锥部，在后端面连接电极棒。除了阳极以外的该现有技术的电极和电极棒结构与上述实施例的氙气灯同样，从而制造比较例的氙气灯1。

在电流值160A的条件下，使以上的实施例和比较例的氙气灯点灯750小时，观察对流的状态。

对流的观察是利用图9所示的实验装置来进行的。该图示出了从上部向下看实验装置的结构图。

首先，配置要观察对流的灯50，并且配置用于将对流状态在投影屏幕51之间投影放大的透镜52和光圈53。

在灯50的后方配置光源54，通过透镜55获得平行光，照射在灯50上。由此，灯50的发光管内部的气体的对流状态被投影在屏幕51上。

图10集中示出了其结果。为了简单起见，该图仅用箭头示出了成为对流紊乱的原因的阳极前端下部的气流。

可以确认，实施例的氙气灯即使在点灯后经过750小时，从阳极前端部附近向后方的气流也不会发生变化，气体从阳极主体部附近向发光管上方流动，与点灯时间不足1小时同样，对流紊乱小。

另一方面可以确认，比较例的氙气灯在阳极前端部附近，在径向上扩散流动，并且能确认在该阳极前端部附近上升的气流，对流发生了紊乱。此外，当确认到该对流紊乱时，电弧的摆动幅度变大，灯电压的摆动变得显著。

在上述灯中，为了能通过灯电压的摆动幅度检测出闪烁现象，测定了750小时点灯后的灯电压。

图11示出了灯电压的测定结果。在该图中，横轴是时间(min)，纵轴是灯电压(V)。如该图所示，实施例的灯的灯电压摆动幅度改善了80％左右。

比较例的灯在点灯750小时时，发生了闪烁现象。另一方面，实施例的灯即使点灯1000小时，也没有发生闪烁现象。

发明的效果

采用本发明的氙气灯，气体沿阳极主体部向后方平稳地流动，然后经发光管的外端部附近而流动，所以电弧附近的气流成为减速状态，从而很缓和由于对流导致的电弧摆动现象，长时间地维持电弧的稳定状态。其结果是，可以延长到发生闪烁现象的时间，即能延长闪烁寿命。

Claims

1.一种氙气灯，具有：发光管，在两端形成侧管部；氙气，被封入上述发光管的内部；阳极和阴极，在上述发光管的内部以规定的间隔相向配置；以及电极棒，分别与上述阳极和阴极的后端连接，其特征在于，

上述阳极在阳极前端和后端具有曲面或平面，并且具有：

扩径部，从上述阳极前端向后方，直径逐渐扩大而形成；

缩径部，在上述扩径部的后方，直径逐渐缩小，其轴向长度形成得比上述扩径部的轴向长度长；以及

最大外径部，在上述扩径部和上述缩径部的边界处形成，

上述扩径部与上述缩径部的边界附近平滑地形成。

2.根据权利要求1所述的氙气灯，其特征在于，设从阳极前端到阳极后端的轴向长度为L(mm)，上述最大外径部的直径为D(mm)，则L＞D。

3.根据权利要求1或2所述的氙气灯，其特征在于，上述扩径部扩径成为圆锥状，上述缩径部缩径成为圆锥状，

上述扩径部与上述缩径部的边界附近的表面由近似圆弧的旋转曲面形成。

4.根据权利要求1或2所述的氙气灯，其特征在于，上述扩径部表面和上述缩径部表面由近似圆弧的旋转曲面形成，

设上述扩径部的曲面的曲率半径为R3，上述缩径部的曲面的曲率半径为R4，则满足R3＜R4的关系。

5.根据权利要求1或2所述的氙气灯，其特征在于，上述扩径部扩径成为圆锥状，上述缩径部表面由近似圆弧的旋转曲面形成，

上述扩径部的后端部的表面由近似圆弧的旋转曲面形成。

6.根据权利要求1或2所述的氙气灯，其特征在于，上述扩径部的表面由近似圆弧的旋转曲面形成，上述缩径部缩径成为圆锥状而形成。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的氙气灯，其特征在于，在上述阳极的后端设有同径部。