CN1702822A

CN1702822A - 短弧灯

Info

Publication number: CN1702822A
Application number: CN200510076077.8A
Authority: CN
Inventors: 泽田泰宏
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2005-11-30
Also published as: US20050264150A1; JP2005340051A

Abstract

本发明提供一种短弧灯，使灯主体的光轴X和阳极的中心轴一致，可以形成良好的放电。该短弧灯具有：灯主体(1)，是由氧化铝构成的，在内部形成了具有反射面(12)的凹处(11)；阴极(3)和阳极(2)，在凹处(11)的反射面(12)的预定位置以预定间隔被相对配置着；阴极供电构件(5)，被设在反射面(12)的开口边缘的附近，连接了支承阴极(3)的导电支承构件(8)；阳极供电构件(4)，呈块状、被设置在灯主体(1)的底端面(13)而支承阳极(2)；其特征在于，阳极供电构件(4)的材料在800℃的热膨胀率小于等于13.9×10^－6，通过焊接被接合在灯主体(1)的底端面(13)。

Description

短弧灯

技术领域

本发明涉及一种反射面一体型的短弧灯，其是在由氧化铝构成的灯主体上形成了反射面，将氙气作为发光气体封入放电空间。特别是涉及使用于内窥镜、数码投影仪的背景灯等的短弧灯。

背景技术

以往，作为短弧灯，众所周知的是反射面一体型的短弧灯，其是在由绝缘性材料的陶瓷(例如氧化铝)构成的灯主体的内部形成凹形反射面，用透光性的玻璃覆盖在光出射方向上的反射面的开口部。相关短弧灯不需要与另外的反射镜组合，所以能小型化；此外，整体形状构成圆柱形，所以极其坚固、操作简便；并且，没有破裂的危险性，所以安全性极高。作为相应的短弧灯，众所周知的是在日本特开平11-162412号公报公开的短弧灯。

图3是表示已有技术中的短弧灯在横向上的截面图。

如上述图所示，这个短弧灯30具备由氧化铝构成的圆柱形的灯主体31。在灯主体31的内部形成的凹处311，阴极32和阳极33相对配置着，在凹处311的表面形成有反射面312。在灯主体31的底端面313，阳极供电构件34通过圆筒状的第1的固定构件35固定着。阳极33穿通设在阳极供电构件34的中央的贯穿孔中，通过焊接被阳极供电构件34保持着，其前端从灯主体31的底端面侧的中央孔314向凹处311内突出着。

另外，在灯主体31的开口侧的端面315，环状阴极供电构件36通过圆柱形的第2的固定构件37固定着。阴极32焊接在导电支承构件38的一端，导电支承构件38的另一端嵌入在阴极供电构件36上形成的槽中固定着。并且，在与阴极供电构件36连接着的凸缘39的中央开口嵌入而固定有窗构件40。

通过这样地构成，由灯主体31的凹处311、阳极33、阳极供电构件34、阴极供电构件36、凸缘39以及光射出窗40隔开的放电空间S被形成。

上述结构的短弧灯30通过对第1的固定构件35和第2的固定构件37通电，在阴极32和阳极33之间引起放电，能够点灯。

专利文献：日本特开平11-162412号公报

但是，如上所示的短弧灯存在如下问题。

(1)第1的固定构件35被焊接在灯主体31上，使其中心轴与光轴X重合。而且，与第1的固定构件35对应，使第1的固定构件35的中心轴和阳极33的中心轴重合，压入阳极供电构件34，通过接合进行灯主体31和阳极供电构件34的一体化。

其中，在灯主体31的外周配置的第1的固定构件35，通过在与灯主体31之间形成的空隙里填充焊料，被焊接在灯主体31上。但是，焊料具有流动性，并且不是瞬时固化，因此，有时对空隙焊料不能均匀地被填充。在这种情况下，如图4所示，灯主体31的光轴X和固定构件35的中心轴变得不能重合。以这种状态，如果如上所述地压入阳极供电构件34，灯主体31的光轴X和阳极33的中心轴变得不能重合，因此，不能形成良好的放电。

(2)即使假设在第1的固定构件35和灯主体31之间的空隙里，焊料被均匀地填充，还具有产生以下的问题的可能性。

与在上述那样的灯主体31被焊接的第1的固定构件35对应，进行压入阳极供电构件34的作业后，在第1的固定构件35和阳极供电构件34之间进行焊接。但是，该焊接是对第1的固定构件35进行局部加热，因此，恐怕对第1的固定构件35产生变形，由此，与上述同样地，具有阳极33的中心从灯主体31的光轴X偏离的可能性。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种短弧灯，使灯主体的光轴X和阳极的中心轴一致，能形成良好的放电。

本发明为解决上述课题采用了如下的技术方案。

第1的方案是：一种短弧灯，具有：灯主体，所述灯主体由氧化铝构成，在内部形成了具有反射面的凹处；阴极和阳极，所述阴极和阳极在上述凹处的上述反射面的预定位置以预定间隔被相对配置着；阴极供电构件，所述阴极供电构件被设置在上述反射面的开口边缘的附近，连接了支承上述阴极的导电支承构件；和阳极供电构件，所述阳极供电部件呈块状，被设置在上述灯主体的底端面并是支承阳极的，其特征在于，上述阳极供电构件由在800℃的热膨胀率小于等于13.9×10^-6的材料构成，在上述灯主体的底端面通过焊接而被接合。

第2的方案的所述短弧灯是在第一种方案中，其特征在于，上述阳极供电构件是由科瓦铁镍钴合金(コバ一ル)构成的。

第3的方案的所述短弧灯是在第1的方案或第2的方案中，其特征在于，上述阳极供电构件在与灯主体的底端面接合侧的面，形成包围上述阳极外周的环状凹部，并且，在该凹部形成了包围上述阳极外周的环状槽。

根据第1的方案，一种短弧灯，具有：灯主体，所述灯主体由氧化铝构成，在内部形成了具有反射面的凹处；阴极和阳极，所述阴极和阳极在上述凹处的上述反射面的预定位置以预定间隔被相对配置着；阴极供电构件，所述阴极供电构件被设置在上述反射面的开口边缘的附近，连接了支承上述阴极的导电支承构件；和阳极供电构件，所述阳极供电部件呈块状，被设置在上述灯主体的底端面并是支承阳极的，其特征在于，上述阳极供电构件由在800℃的热膨胀率小于等于13.9×10^-6的材料构成，通过焊接被接合在上述灯主体的底端面，因此，使灯主体的光轴X和阳极的中心轴容易地一致，能在阴极和阳极间形成良好的放电。

根据第2的方案，作为上述阳极供电构件，使用科瓦铁镍钴合金，因此，能获得切削加工性优良、成形容易的阳极供电构件。

根据第3的方案，上述阳极供电构件在与灯主体的底端面接合侧的面，形成包围上述阳极外周的环状凹部，并且，在该凹部形成了包围上述阳极外周的环状槽的短弧灯，因此，点灯时阳极前端的附近成为高温状态之际，没有焊料流入灯主体和阳极供电构件之间的危险，因此，能防止流入阳极附近的焊料蒸发污染放电空间S的不便。

附图说明

图1是表示本发明的短弧灯在横向上的截面图。

图2是表示9种短弧灯分别在额定电流14A、额定电功率175W下，点灯100小时后，用目测确认灯主体1是否破损的结果的表格。

图3是表示有关已有的技术的短弧灯在横向上的截面图。

图4是表示在第1的固定构件35和灯主体31之间的空隙填充焊料时，灯主体31的光轴X和第1的固定构件35的中心轴不一致的状态的示意图。

具体实施方式

用图1和图2说明本发明的一个实施方式。

图1是表示本发明实施方式的短弧灯在横向上的截面图。

如上述图所示，短弧灯100具有作为反射镜的灯主体1，灯主体1是用氧化铝制作的，在内部形成了凹处11，外观形成为圆柱状。灯主体1是外径为22毫米～70毫米，全长为13毫米～75毫米。在凹处11的表面蒸镀有例如银、铝等金属而形成了反射面12。反射面12的截面形状是椭圆形或抛物线形等。

在灯主体1的凹处11，由钨构成的阳极2和阴极3隔着0.5～2毫米的间隔并与光轴X重合地相对置着，其中心位于灯主体1的焦点处。灯主体1通过焊接被接合在大致与灯主体1相同直径的块状阳极供电构件4上。

更详细地，在灯主体1的底端面13，实施钼锰法的金属喷镀处理，在底端面13和阳极供电构件4的前端面41之间，通过填充例如由银和铜构成的焊料进行接合。在阳极供电构件4的中央设置的贯穿孔42，阳极2被穿通，并通过焊接而被固定，从灯主体1的底端面13侧的中央孔14向凹处11内突出着。

灯主体1的底端面13的涂敷有氧化铝的喷镀金属，是由Mo-Mu和SiO₂构成的，其状态是SiO₂在氧化铝表层的凹坑渗透，Mo-Mu在SiO₂中进行扩散。并且，在该表面实施了Ni电镀，防止Mo-Mu氧化。

此外，阳极供电构件4是科瓦铁镍钴合金制的，但是，防止与灯主体1焊接时使用的焊料向科瓦铁镍钴合金内部侵食、和科瓦铁镍钴合金氧化的目的，实施了Ni电镀。

灯主体1和阳极供电构件4的焊接使用由银和铜构成的极普通的焊料，在大约800℃的气氛下焊接。焊接后，其状态是喷镀金属的Mo-Mu和SiO₂的一部分、焊料的银和铜、以及各Ni电镀层熔合，并将SiO₂作为介质而扩散的状态，灯主体1和阳极供电构件4牢固地被接合。

此外，这时有必要对应于焊料和为进行焊接的夹具类进行温度和熔解时间的调整。这样使焊料熔解的时间最合适，由此焊料能向喷镀金属部分适当地混合扩散。在温度低或时间短的情况下，产生焊料的熔化残留，不能形成密闭容器。此外，温度高或时间长的情况下，焊料的铜、银、喷镀金属的SiO₂、Mo、Mn和电镀的Ni，由于各自密度差异而导致各成份的分离，因而不能获得充分的焊接强度。

并且，在阳极供电构件4，在与灯主体1焊接侧的前方端面41形成有包围阳极2的环状凹部43，在凹部43的中心形成用于穿通阳极2的贯穿孔42。一方面，在后端面44设有与凹部43连接的密封放电气体用的排气管45。并且，在焊接灯主体1和阳极供电构件4时，为了防止焊料流入阳极2的附近，在凹部43形成包围阳极3的外周的环状槽46，使其起到积存焊料的作用。其理由在于，在点灯时阳极2的前端21的附近成为高温状态之际，不用担心灯主体和阳极供电构件之间的焊料流入，因此，防止流入阳极附近的焊料蒸发而污染放电空间S等的不良情况。

该阳极供电构件4被形成为圆盘状，其外径是21毫米～70毫米，厚度是5毫米～25毫米。阳极供电构件4最好是具有充分的热容量，以使用于阳极2和阳极供电构件4之间接合的焊料、及阳极供电构件4和灯主体1之间的焊料，不会通过点灯时的发热而熔融，其外径被形成与灯主体1大致相同。

一方面，在灯主体1的开口侧的端面15，环状的阴极供电构件5通过圆筒状的固定构件9被固定。阴极3被焊接在导电支承构件8的一端，导电支承构件8的另一端嵌入阴极供电构件5形成的槽而被固定。此外，在阴极供电构件5的内周面嵌入有圆盘状的光出射窗7。光射出窗7透过可见光，由于在放电空间S内封入高压气体，要求具有高强度，用蓝宝石(サフアイア)构成。在光射出窗7的外侧的表面71，根据需要实施具有减反射或隔离紫外钱等效果的涂层。

此外，阴极3通过用3个导电支承构件8连接其外周而被固定，使其被配置在预定位置。导电支承构件8是钼制的，宽度为2毫米至5毫米，厚度为0.3毫米至0.8毫米。

筒状的固定构件9是科瓦铁镍钴合金制的，其被配置成将阴极供电构件5、在其内周面固定的凸缘6和光射出窗7一体固定在灯主体1的，使其覆盖灯主体1的开口部侧的外周和阴极供电构件5的外周。

通过这样地构成，在短弧灯100的内部被形成由灯主体1的凹处11、阳极2、阳极供电构件4、阴极供电构件5、凸缘6以及光射出窗7大致密闭的放电空间S。此外，固定构件9兼具经由阴极供电构件5和导电支承构件8向阴极3供电的供电机构。

放电空间S通过在阳极供电构件4的后端面44设置的排气管45被排气后，通过与在灯主体1的底端面13和凹部43之间的放电空间S连接的空隙，例如被封入氙气。使封入氙气时的压力成为15千帕～30千帕。并且，通过对阳极供电构件4和固定构件9通电，对阳极2和阴极3供电，阳极2和阴极3之间的绝缘破坏而产生放电，在可见光区域发出在约450nm具有峰值波长的光。若要列举点灯的条件，例如额定电流是14A，消耗功率是175W。

这样地，根据本发明的短弧灯100，不必像以往的短弧灯使用固定构件，能使灯主体1和阳极供电构件4一体化，能避免之前提到的以往的短弧灯的(1)、(2)记载的、由固定构件引起的问题。

并且，本发明人着眼于构成灯主体1和阳极供电构件4的材料的热膨胀率。具体地，通常构成灯主体1的材料使用氧化铝，因此，判断用于阳极供电构件4的材料的热膨胀率最好与氧化铝接近，并通过实验在合理的范围规定了用于阳极供电构件4的材料的热膨胀率。

规定热膨胀率的理由在于，在本发明的短弧灯封入了高压气体，因此，始终在灯主体1和阳极供电构件4的焊接部的分离方向上作用拉伸应力，并在制作时，在700～900℃的温度下进行的焊接产生的应力始终加在接合部。并且，每次重复点灯、熄灯时，反复温度的升高，下降而重复热胀冷缩，因此，当一体化的灯主体1和阳极供电构件4的热膨胀率存在差异时，就有可能灯主体1破损。而且，在本发明中，预定了构成阳极供电构件4的材料在800℃的热膨胀率，其是根据通常用于陶瓷和金属的接合的由银和铜构成的焊料的熔点大约在800℃左右。

在下面对为了将阳极供电构件4的热膨胀率规定在合理的范围而进行的实验进行说明。

用于实验的短弧灯根据图1的结构，作为阳极供电构件4，使用铜(Cu)、铁(Fe)、42Ni-6Cr-Fe、50Ni-Fe、42Ni-Fe、科瓦铁镍钴合金(Ni29-Co17-Fe)、氧化铝(Al₂O₃)、钼(Mo)、钨(W)等9种材料中的任意一种。

其中，灯主体1是外径为26毫米，全长为20毫米，是氧化铝制的；阳极2是最大外径为3毫米，全长为15毫米，是钨制的；阴极3是在前端带有50°的圆锥角，最大外径为1.5毫米，全长为15毫米，是掺钍钨制的。阳极供电构件4是外径为25毫米、厚度为7毫米，材料使用了上述9种中的任一种。阴极供电构件5是外径为26毫米、内径为21毫米、厚度为4毫米，是科瓦铁镍钴合金制的。光射出窗口7是外径为20毫米、厚度为3毫米，是蓝宝石制的。导电支承构件8是宽度为3毫米、厚度为0.4毫米，是钼制的。固定构件9是外径为27.5毫米、内径为26毫米、全长9毫米，是科瓦铁镍钴合金制的。

图2是表示上述9种短弧灯分别在额定电流14A、额定功率为175W下点灯100小时后，目测确认灯主体1是否破损的结果的表格。

表中“在800℃的热膨胀率”表示构成阳极供电构件4的每个材料的热膨胀率，“灯主体1有没有发生破损”的栏中“○”表示没有破损，“×”表示破损。而且，构成灯主体1的氧化铝在800℃的热膨胀率是7.9×10^-6。

如上述表格所示，阳极供电构件4的热膨胀率在本发明预定的范围内的情况下，在灯主体1不会发生破损。与此相对，可知铜(Cu)或铁(Fe)那样地热膨胀率大于本发明预定的范围的情况下，灯主体1发生破损。

其理由在于，铜(Cu)的热膨胀率比氧化铝大很多，因此，通过焊接两者接合时，通过因其膨胀率的差异在氧化铝中产生的拉伸应力而破损。此外，铁(Fe)也不会在制作时引起破损，但是，由于热膨胀率大，始终对接合部的氧化铝施加相当大的拉伸应力。另外，通过点灯、熄灯时被施加反复应力而破损。这是由于，通过点灯时产生的热量内部气压升高，施加在氧化铝和阳极供电构件之间的压力引起的应力增加；以及通过各构件的热胀冷缩的应力而产生的变形。这些一系列的破损原因被认为是构成灯主体1的氧化铝对拉伸应力是脆弱的。

而且，不能确定钼(Mo)、钨(W)的破损，但是，加工困难、价格昂贵。与此相对，科瓦铁镍钴合金(Ni29-Co17-Fe)的切削加工性优良、容易成形。

并且，对于构成阳极供电构件4的材料在800℃的热膨胀率小于等于4.4×10^-6的数据，由于考虑没有灯主体1破损的情况，故省略。其理由在于，与构成灯主体1的氧化铝材料比较，热膨胀率显著小的情况下，变成对灯主体1施加压缩的力，而氧化铝对这样的压缩力是强韧的。

Claims

1.一种短弧灯，具有：

灯主体，所述灯主体由氧化铝构成，在内部形成了具有反射面的凹处；

阴极和阳极，所述阴极和阳极在上述凹处的上述反射面的预定位置以预定间隔而被相对配置着；

阴极供电构件，所述阴极供电构件被设置在上述反射面的开口边缘的附近，连接了支承上述阴极的导电支承构件；和

阳极供电构件，所述阳极供电部件呈块状，被设置在上述灯主体的底端面并是支承阳极的，

其特征在于，上述阳极供电构件由在800℃的热膨胀率小于等于13.9×10^-6的材料构成，通过焊接而被接合在上述灯主体的底端面。

2.如权利要求1所述的短弧灯，其特征在于，上述阳极供电构件是由科瓦铁镍钴合金构成的。

3.如权利要求1或2所述的短弧灯，其特征在于，上述阳极供电构件在与灯主体的底端面接合侧的面，形成有包围上述阳极的外周的环状凹部，并且，在该凹部被形成有包围上述阳极外周的环状槽。