CN1542901A - 短弧型超高压放电灯 - Google Patents
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Abstract
本发明在极高水银蒸气压下点亮的超高压水银灯中，提供具有非常高的耐压性的结构。由在内部将一对电极相向配置，并且，由封入0.15/mm3以上水银的发光部分；和从其两侧延伸的、将一部分电极密封、同时将电极与金属箔结合的密封部分构成，所述金属箔的剖面为近似欧米加形状，对于在极高水银蒸气压下点亮的超高压水银灯，提供具有非常高的耐压性的结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种点亮时的水银蒸气压达150个大气压以上的短弧型超高压放电灯，特别是使用液晶显示装置及DMD(数字反射镜器件)的作为DLP(数字光处理)等投影装置的背光源使用的短弧型超高压放电灯。
背景技术
对于投射型投影装置，要求对着矩形屏幕均匀而色彩逼真的地照亮画面，因此，将封入水银及金属卤化物的金属卤化物灯作为光源来使用。另外，这种金属卤化物灯最近也向着更加小型化、点光源化发展，而且电极间距极小的灯正在走向实用化。
在这种背景下，最近，提出了迄今为止尚未出现的具有高水银蒸气压，比如150个大气压的灯，替代金属卤化物灯。通过使水银蒸气压更高，抑制(压缩)了电弧的扩展，同时期望进一步提高光输出。
例如，在特开平2-148561号、特开平6-52830号中公开了这种超高压放电灯。
但是，这种超高压放电灯，在点亮时发光管内的压强变得非常高，因此，必须在从发光部分两侧延伸的密封部分，使得构成该密封部分的石英玻璃、电极、以及用于导电的金属箔非常牢固的密着，如果密着不良，密封气体会漏出，或成为产生裂纹的原因。
因此，在密封部分的密封工序中，例如，将石英玻璃加热到2000℃的高温，在这种状态下，使厚石英玻璃慢慢收缩，从而提高密封部分的密着性。
然而，以如此高的温度烧结石英玻璃，提高了石英玻璃与电极或者金属箔的密着性，但是在放电灯制成后仍然出现了密封部分易于破损的问题。
这种问题是由于，加热处理后密封部的温度慢慢下降的过程中，构成电极的材料(钨)与构成密封部分的材料(石英玻璃)的膨胀系数不同，因而相对伸缩量不同，由此引发在两者的接触部分产生裂纹。
可以认为，这种裂纹虽然极其微小，但是在灯的点亮中，与点亮时的超高压状态相互作用，导致裂纹成长，由此引发放电灯的破损。
为解决这种问题，提出了如图7所示的结构。此图中，密封部分3连接于放电灯1的发光部分2，发光部分2中的电极6、7在密封部分3中分别与金属箔8结合。并且，电极6、7埋设在密封部分3中的部分缠绕有被螺线管部件10。
这种结构，通过缠绕在电极棒上的螺线管部件10，使由电极(棒)热膨胀引起的对石英玻璃的应力得以缓解，例如，特开平11-176385号中的记载。
但是，尽管根据这种结构使电极的热膨胀得以缓解，在实际情况中，电极6、7及螺线管部件10的周围仍有裂纹残留。
这种裂纹虽然极其微小，但是在发光部分2的水银蒸气压大约为150个大气压的情况下，经常引起密封部分3破损。另外，近年来，要求达到200个大气压、甚至300个大气压这样非常高的水银蒸气压，在如此高的水银蒸气压下，在灯点亮中促进了裂纹增长，结果，出现了密封部分3的破损显著发生的问题。总之，尽管这种裂纹的存在最初是微少的，但是在高水银蒸气压下的灯的点亮中就会逐渐增大。
这是对于工作在蒸气压为50～100个大气压范围下的水银灯绝对不存在的新的技术课题。
发明内容
本发明提供一种为解决这种问题而提出的，其目的是在极高水银蒸气压下点亮的超高压水银灯中，提供具有非常高的耐压性的结构。
为解决上述课题，本发明的短弧型高压放电灯，在内部相向地配置一对电极，并且，由封入0.15/mm3以上水银的发光部分；和从其两侧延伸的、将一部分电极密封、同时将电极与金属箔结合的密封部分构成，其特征是：所述金属箔其剖面为近似欧米加形状(Ω形状)。
还有，电极与金属箔结合，在金属箔的宽度方向至少有两处焊接位置。
【作用】
本发明的短弧型超高压放电灯，由于采用所述构成，能够使得密封部分的空隙减小，结果，能够更加完全地抑制所述微少的裂纹的发生、增长。
本发明者发现：对于现有金属箔与电极的结合，如图8所示，在金属箔8与电极7之间不可避免地产生了空隙X，发光部分内的极高压强直接施加于此空隙X处，影响到裂纹的产生、增长。
总之，可以认为，如现有技术所说明的，尽管将螺线管部件缠绕在电极上，使两者热膨胀率的不同得以缓解，但由于并没有使空隙X的存在消除，结果，就不能完全防止裂纹的产生、增长。
而本发明，新采用所述构成，能够很好地焊接密封部分中的电极与金属箔，同时能够抑制得使空隙X极小，实际上完全不发生的程度。
附图说明
图1是表示本发明短弧型超高压放电灯的整体图。
图2是表示本发明短弧型超高压放电灯的金属箔、电极及外部引线。
图3是表示本发明短弧型超高压放电灯的金属箔。
图4是表示本发明短弧型超高压放电灯的金属箔与电极的结合状态。
图5是表示本发明短弧型超高压放电灯的金属箔与电极的结合状态。
图6是表示本发明短弧型超高压放电灯的其他实施例。
图7是表示现有短弧型超高压放电灯的整体图。
图8是表示现有短弧型超高压放电灯的电极与金属箔的结合状态。
图9是表示本发明的实验结果。
图10是表示金属箔与电极的结合状态。
具体实施例
图1是表示本发明的超高压放电灯(以下简称放电灯)的整体构成。
放电灯1具有由石英玻璃依照放电容器制成的类似球形的发光部分2，在该发光部分2内，阴极6和阳极7相向配置。另外，在发光部分2两端部分的延伸而形成各个密封部分3，在这些密封部分3中将通常由钼制成的导电金属箔8采用例如收缩密封法气密地埋入。金属箔8的一端与阴极6或阳极7结合，金属箔8的另外一端与外部引线9结合。
此外，阴极6、阳极7，有时也与同金属箔结合的棒状部分区别表示，只要未预先声明，本发明中的称谓含有棒状部分。
在发光部分2内封入水银、惰性气体及卤族气体。
水银是用于产生必要的可见光例如波长为360～780nm的出射光，封入0.15mg/mm3以上。此封入量也随温度条件的不同而变化，点亮时达到150个大气压以上的极高蒸气压。另外，如果封入更多的水银，就可以制成点亮时的水银蒸气压为200个大气压以上、300个大气压以上的高水银蒸气压放电灯，水银蒸气压越高就越能够适合作为投影装置的光源。
惰性气体，例如氩气，封入约13kPa来改善点亮启动性。
卤族元素碘、溴及氯等以水银之外的其它金属的化合物的形态封入。卤族元素的封入量，例如，可以从10-6～10-2μmol/mm3的范围内选择，其作用是利用卤族元素的循环延长寿命，而对于像本发明这样极小型的、具有高内压的放电灯，可以认为，封入这种卤化物具有防止放电容器破损、失透的作用。
举例表示这种放电灯的数值：例如，发光部分的外径从ф6.0～15.0mm的范围选择，比如9.5mm；电极间距离从0.5～2.0mm的范围选择，比如1.5mm；发光管内容积从40～200mm3的范围内选择，比如75mm3。点亮条件：例如，管壁负荷1.5W/mm2；额定电压80V；额定功率150W。
这样，该放电灯就能够搭载于上述投影装置以及顶式投影机之类演示用设备并提供色彩良好的出射光。
图2是示意地表示的本发明放电灯的电极与金属箔的结合部分的图。
金属箔8的剖面为近似欧米加(Ω)形状，在中央的曲面部分合适地配置有电极6及外部引线9。另外，只表示了电极7和外部引线与金属箔结合一侧的端部分，为了方便，金属箔在纵长方向表示得较短。
像这样金属箔8的剖面为近似欧米加形状，使金属箔8形成为卷裹在电极上的样子。因此，消除了图10所示的空隙X，或者说大幅度地使其减小，结果就大幅度地减少了裂纹的产生。
再有，由于与金属箔电极及外部引线的曲面部分相配合，在密封部分的制造工序等中就不存在向不希望方向倾斜的情况，能够保障正确的方向和定位。
图3是金属箔8的放大图，(a)表示剖面形状，(b)表示在(a)中从箭头A方向看去的状态。
金属箔8由两端的平面部分8a和中央的曲面部分8b形成整体近似欧米加的形状。这种欧米加形状贯穿金属箔的全长而形成。
以数值举例：金属箔的全长从8.0～30.0mm的范围选择，比如11.0mm；宽度方向从1.0～4.0mm的范围选择，比如1.5mm，具体而言平面部分的宽度比如0.25mm×2个，为0.5mm，曲面部分的宽度为1.0mm。另外，曲面部分的宽度如上所述，以适合于电极直径及外部引线直径为最好。电极直径从ф0.3～1.5mm的范围选择，比如ф1.0mm。另外，金属箔的厚度从10～40μm范围选择，比如20μm。
图4表示电极与金属箔的结合状态，(a)是表示电极体积的一半以上与曲面部分8b相配合的状态；(b)是表示电极体积的大多半与曲面部分8b相配合的状态；(c)是表示电极体积的大约一半与曲面部分8b相配合的状态。
对于这种结构，可以根据供给的电流量与密封部分的大小的关系来适当决定，其中，可以说(c)所表示的结构在防止电极偏心方面是优秀的结构。其理由是因为密封中心成了金属箔中心、成了电极中心。
另外，在(c)所表示的结构中，电极7的中心7a位于平面部分8a的假想延长线8a’上，更具体点，位于平面部分厚度一半的假想延长线上。例如，金属箔8的平面部分8a的厚度为20μm时，电极7的中心7a位于10μm的假想延长线上，如果用数值范围表示，优选的是：电极的中心7a在电极7直径的1/10的范围内靠近中心。例如，电极直径为1.0mm时，中心7a位于距平面部分8a的假想延长线0.1mm的范围内，就能够有效防止上述电极偏心。
再有，电极与金属箔的结合结构并不限于上述(a)(b)(c)，其它结构，例如电极体积的一半以下与曲面部分8b相配合也是可以的。
此处，金属箔通过冲压加工设备而形成欧米加形状。
本发明中的“欧米加形状”并不是指完全的欧米加形状。例如，只要具有能够与电极相配合的曲面部分，平面部分多少有些变化，例如，发光部分侧前端形成为曲面形状等等，都是可以的。
另外，如图3所示，金属箔的曲面部分贯穿金属箔的全长以同一宽度而形成，在制造工序上是有利的，但是例如，在电极直径与外部引线直径不同等情况下，也可能使曲面部分的宽度有所变化。
图5表示电极与金属箔的结合状态，(a)是表示采用本发明的焊接方法的电极和金属箔的放大图；(b)是作为比较，表示采用现有的焊接方法的电极和金属箔的放大图。
即，在(a)中，由于焊接棒触及电极7的侧面，在两侧部分也形成焊接点53；与此相对，在(b)中，由于焊接棒从电极7上下方向触及，仅在电极7的下部一个地方形成焊接点。图中的53表示由焊接棒挤压的方向。
这种焊接棒接触方向的不同，由于焊接点数的不同，不只是影响强度的提高。即，在(b)中，焊接后电极自身由于焊接棒挤压向左右方向扩展变形，这种变形使得金属箔与电极之间的空隙Y易于形成。与此相反，在(a)中，由于焊接棒的挤压方向不同，对于这种不希望的空隙的产生具有很好的抑制效果。
这样，在本发明中从电极的侧面进行焊接，能够更加提高金属箔与电极的结合性，结果，能够防止产生不希望的空隙。
另外，像现有的那样从上下方向进行焊接之后，再从侧面进行焊接，也是可以的。
此处，优选的是：金属箔与电极的一个焊接区域(焊接点)的面积为0.3mm2以下。焊接时在焊接部分形成了构成金属箔材料的钼与构成电极材料的钨的合金状态，这种合金状态在焊接区域附近的钼部分之间产生了不同的热膨胀率，这种热膨胀率的不同就在该焊接区域产生了所谓的“脱箔”现象。
这种数值，根据电极和金属箔的材料、尺寸、及放电灯的构成等种种条件，其最佳值自然不同，从严格的意义上讲，不能单纯仅对焊接面积作数值上的规定。然而，本发明的放电灯是作为投影机等的光源被采用，大致限定了一般的尺寸及规格条件，在这种通常规定的条件范围内，也可以看出焊接面积对耐压有很大影响。具体举例，经确认，电极的外径在ф0.3～1.5mm、金属箔的宽度在1.0～4.0mm范围内时，焊接面积0.3mm以下是良好的。
外部引线9与金属箔8的焊接，如上所述，对外部引线的侧面部分进行焊接也可以，像现有的那样，从上下方向进行焊接也可以。这是因为，没有必要考虑在外部引线与金属箔的焊接中空隙的产生与发光空间的关系。
电极6、金属箔8、外部引线9连为一体、电极组装体完成后，在下道工序中，将此电极组装体置于形成发光部分和密封部分形状的石英玻璃的密封部分中并密封，例如，进行收缩封接。这种收缩密封，与使用模具瞬间进行的压紧密封不同，是将石英玻璃加热而收缩这一类型的密封方法。
以上说明的金属箔和电极的结合结构，不局限于阳极，也可以适用阴极。
另外，如图1所示的那样，作为电极的结构，在发光部分中直径大时，希望在与金属箔结合部分的直径小些。因为电极直径大的话，与金属箔结合面积也变大，容易产生不希望的空隙。
此处，图1所示的阳极其直径分三段减小。例如，发光部分的直径为2.0mm，以这样粗的直径构成能够加大热容量。
另外，不管阳极还是阴极，在哪一种结构的电极中都可以采用本发明的金属箔与电极的结构。
再有，直流点亮型、交流点亮型中的哪一种放电灯都适用本发明的结构。
再有，本申请人此前在特开2001-351576号中提出了在电极与密封部分之间形成小空隙的放电灯。
图6表示在此电极与密封部分之间形成微小空隙的放电灯的大致构成，而且，表示本发明的金属箔与电极结合结构所适用的状态。发光部分中封入0.15mg/cc以上的水银，在阴极6和阳极7的密封部分3的外表面处形成空隙70。这是因为担心，构成电极材料的钨与构成密封部分的材料石英玻璃密着，在密封工序后，由于两者的膨胀系数不同，就会产生裂纹；为使两者能够自由相对伸缩而形成的。空隙幅度为5～20μm。
并且，在这种结构的放电灯中，由于发光部分内的高压直接施加在电极与金属箔的结合部分，采用能够提高耐压强度的本发明的金属箔结构是极为有利的。
其次，对表示本发明效果的实验结果进行说明。
进行用于比较本发明的箔结构与现有的箔结构的耐压实验。本发明的箔结构如图2、图3、图4(c)所示，其剖面呈所谓欧米加形状。现有的箔结构整体为平板状的箔，且以此形状与电极结合。另外，除箔结构之外，基本上以相同的方法制作。
另外，该实验中，在一个密封部分中形成上述的箔结构，同时，另外一个密封部分什么也不形成，只是呈管状，使得发光空间与外部连通，也不封入发光气体等。并且，从另外一个连通口注入酒精，测量头一个密封部分破裂时的压力。即所谓的静耐压(酒精)实验。
制成本发明的箔结构10个、现有的箔结构10个，进行上述实验。
图9为实验结果，各数值为以单位MPa表示的破裂时的压强。
通过上述实验可以更加明白，现有的箔结构的耐压为14～16MPa；与此相对应，本发明的箔结构的耐压低的也为19.8Mpa，还有25MPa以上的数值记录。用10个的平均值表示，本发明的箔结构为21.92MPa；与此相对应，现有的箔结构为14.92Mpa，可以理解，两者数值上有很大的不同。
如以上所说明的，本发明的短弧型放电灯，由于其金属箔的剖面形状为近似欧米加形状，能够提供具有极高耐压的箔结构，因而，发光部分即使在极高水银蒸气压下点亮也能够很好地防止裂纹的产生等。再有，将电极置于欧米加形状的金属箔曲面部分，能够很好地防止电极偏心。
图10表示发明的短弧型放电灯的金属箔与电极的结合部分。
金属箔8在其与电极7结合的部分减小了宽度，而电极7只存在于金属箔8减小了宽度的部分。另外，金属箔8的整体形状其剖面为近似欧米加形状。
根据这种结构，能够使在金属箔与电极的结合部分产生的空隙更加减少。另外，假如即使在该部分产生了空隙，由于电极只存在于金属箔减小了宽度的部分，可以制止这种空隙的增大。
Claims (2)
1.一种短弧型超高压放电灯，由在内部相向地配置一对电极，并且，由封入0.15/mm3以上水银的发光部分；和从其两侧延伸的、将一部分电极密封并同时将电极与金属箔结合的密封部分构成，其特征是：
所述金属箔，其剖面为近似欧米加形状。
2.根据权利要求1所述的短弧型超高压放电灯，其特征是：
所述电极与所述金属箔的结合，在所述金属箔的宽度方向至少有两处焊接位置。
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