DE60221221T2

DE60221221T2 - Superhochdruck-Entladungslampe vom Kurzbogentyp

Info

Publication number: DE60221221T2
Application number: DE60221221T
Authority: DE
Inventors: Masanobu Himeji-shi KOMIYA; Yoshitaka Himeji-shi Kanzaki; Toyohiko Himeji-shi Kumada
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2022-12-04
Also published as: US6940217B2; EP1324373B1; EP1324373A2; CN1423299A; US20030102806A1; DE60221221D1; JP2003173761A; CN100470714C; JP3613239B2; EP1324373A3

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe, bei welcher der Quecksilber-Dampfdruck beim Leuchtbetrieb bei mindestens 150 atm liegt. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe, welche als Lichtquelle eines Flüssigkristallanzeigengerätes sowie einer Projektorvorrichtung unter Verwendung eines DMD (digital mirror device), wie eines DLP (digital light processor) oder dergleichen, verwendet wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei einer Projektorvorrichtung vom Projektionstyp besteht ein Bedarf an einer Beleuchtung der Bilder auf eine rechteckige Bildfläche auf gleichmäßige Weise und mit einer ausreichenden Farbwiedergabe. Als Lichtquelle wird deshalb eine Metallhalogenlampe verwendet, in welche Quecksilber sowie Metallhalogenid eingefüllt sind. Ferner wurden in letzter Zeit immer kleinere Metallhalogenlampen und immer häufiger Punktlichtquellen hergestellt und Lampen mit äußerst kleinen Abständen zwischen den Elektroden in der Praxis eingesetzt.
Vor diesem Hintergrund wurden in letzter Zeit statt Metallhalogenlampen Lampen mit einem äußerst hohen Quecksilber-Dampfdruck, beispielsweise mit 150 atm, vorgeschlagen. Hierbei wird durch einen hohen Quecksilber-Dampfdruck das Verbreitern des Lichtbogens unterdrückt (der Lichtbogen wird zusammengezogen) und eine größere Erhöhung des Lichtaustritts angestrebt. Derartige Höchstdruck-Entladungslampen sind beispielsweise in JP-OS HEI 2-148561 (entspricht US-Patent 5,109,181 ), EP 0 994 500 A1 sowie in JP-OS HEI 6-52830 (entspricht US-Patent 5,497,049 ) offenbart.
Bei einer derartigen Höchstdruck-Entladungslampe wird der Druck innerhalb der Leuchtröhre beim Leuchtbetrieb äußerst hoch. Bei den Seitenröhrenteilen, welche sich von gegenüberliegenden Seiten der Leuchtröhre erstrecken, ist es deshalb erforderlich, das Quarzglas, aus welchem diese Seitenröhrenteile bestehen, die Elektroden und die Metallfolien für eine Stromzufuhr ausreichend dicht und zugleich unmittelbar aneinander anliegend anzuordnen. Wenn sie nicht dicht genug aneinander anliegend angeordnet sind, leckt das eingefüllte Gas, oder Risse entstehen. Beim Vorgang eines hermetischen Abschließens der Seitenröhrenteile wird deshalb das Quarzglas beispielsweise bei einer hohen Temperatur von 2000 °C erwärmt und in diesem Zustand das Quarzglas mit einer großen Dicke schrittweise einem Schrumpfen oder einer Quetschversiegelung unterzogen. Dadurch wird die Hafteigenschaft der Seitenröhrenteile erhöht. Es wurde jedoch beobachtet, dass die Metallfolien solcher Lampen nach kurzer Zeit oft fehlerhaft sind wegen des Auftretens innerer Spannungen innerhalb der Metallfolie, die durch eine lokale Temperaturerhöhung verursacht sind. EP 1 143 485 A2 beschreibt daher die Verwendung von Metallfolien mit verdrehter Struktur, die eine Verteilung der inneren Spannungen in andere als die Dickenrichtung der Folie ermöglicht.
Wenn man jedoch das Quarzglas auf eine übermäßig hohe Temperatur erhitzt, tritt der Nachteil auf, dass nach der Vervollständigung der Entladungslampe die Seitenröhrenteile beschädigt werden, auch wenn die Haftung des Quarzglases an den Elektroden oder den Metallfolien erhöht wird.
Man kann sich vorstellen, dass die Ursache dieses Nachteils in Folgendem liegt:
Nach der Wärmebehandlung besteht in einem Stadium, in welchem die Temperatur der Seitenröhrenteile sich schrittweise verringert, infolge der Unterschiede zwischen dem Ausdehnungskoeffizienten des Materials (Wolfram), aus welchem die Elektroden bestehen, und dem Ausdehnungskoeffizienten des Materials (Quarzglas), aus dem die Seitenröhrenteile bestehen, ein relativer Unterschied des Ausdehnungsausmaßes. Dieses verursacht die Entstehung von Rissen in einem Bereich, in welchem die beiden miteinander in Kontakt kommen.
Um einen derartigen Nachteil zu beseitigen, wurde die in 8 gezeigte Anordnung vorgeschlagen. Hierbei wird die Anordnung der Entladungslampe schematisch gezeigt. Der Emissionsteil 2 schließt sich an Seitenröhrenteile 3 an, in welchem eine Elektrode 6 (der Elektrodenträger 6a) oder eine Elektrode 7 (der Elektrodenträger 7a) jeweils mit einer Metallfolie 8 verbunden sind. Um die in die Seitenröhrenteile 3 eingebauten Elektrodenträger 6a, 7a ist ein Spulenbauteil 10 gewickelt. Diese Anordnung verringert durch das um die Elektrodenträger 6a, 7a herumgewickelte Spulenbauteil 10 die Spannung, die infolge der Wärmeausdehnung der Elektrodenträger 6a, 7a auf das Quarzglas ausgeübt wird. Diese Anordnung ist beispielsweise in der Japanischen Offenlegungsschrift HEI 11-176385 beschrieben.
Man hatte jedoch in der Realität den Nachteil, dass in der Umgebung der Elektrodenträger 6a, 7a sowie des Spulenbauteils 10 Risse verbleiben, auch wenn durch eine derartige Anordnung die Wärmeausdehnung der Elektrodenträger 6a, 7a entspannt wird. Diese Risse sind zwar am Anfang äußerst klein, aber es gibt oft Fälle, in welchen sie zu einer Beschädigung der Seitenröhrenteile 3 führen, wenn der Quecksilber-Dampfdruck des Emissionsteils 10 bei ca. 150 atm liegt. In den letzten Jahren besteht ferner ein Bedarf an einem höheren Quecksilber-Dampfdruck von 200 atm und darüber hinaus bis zu 300 atm. Bei einem derartig hohen Quecksilber- Dampfdruck wird während des Lampenbetriebs das Wachstum der Risse beschleunigt. Als Folge davon hatte man den Nachteil, dass eine Beschädigung der Seitenröhrenteile 3 deutlich auftritt. Das heißt, die Risse wachsen bei einem Betrieb der Lampe mit einem hohen Quecksilber-Dampfdruck allmählich an, auch wenn die Risse am Anfang noch äußerst klein waren.
US 5,277,639 A beschreibt eine Elektrodenanordnung für eine gattungsgemäße Entladungslampe, welche durch Überlappung eines Endbereichs eines Elektrodenstabes mit einer Molybdänfolie und Verbindung des eigentlichen Stabes mit der Molybdänfolie durch Punktschweißen des Überlappungsbereiches von Elektrodenstab und Molybdänfolie gebildet ist, wobei der mit der Molybdänfolie überlappende Endbereich des Elektrodenstabes an seinem Spitzenbereich einen nicht verschweißten Bereich aufweist.
Man kann sagen, dass dieses Problem zu verhindern eine neue technische Aufgabe ist, welche bei einer herkömmlichen Quecksilberlampe mit einem Dampfdruck beim Leuchtbetrieb von höchstens ca. 50 atm nie vorhanden ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung mit einer ausreichend hohen Druckdichtheit bei einer Quecksilber-Höchstdrucklampe anzugeben, welche mit einem äußerst hohen Quecksilber-Dampfdruck betrieben wird,.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe gemäß dem unabhängigen Anspruch. Die Erfindung betrifft also eine Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe, welche Folgendes umfasst:

– einen Lichtemissionsteil, in welchem ein Paar Elektroden gegenüberliegend angeordnet ist und welcher mit Quecksilber in einer Menge von mindestens 0.15 mg/mm³ des Innenvolumens des Lichtemissionsteils gefüllt ist; sowie
– Seitenröhrenteile, welche sich von gegenüberliegenden Seiten des Emissionsteils erstrecken und in welchen die Elektroden teilweise hermetisch abgeschlossen sind und in welchen die Elektroden jeweils an eine Metallfolie angeschweißt sind, und
– die Elektroden in den Bereichen, in welchen sie an die Metallfolie angeschweißt sind, in einer zu den Metallfolien senkrechten Richtung verformt sind, wobei ihr Verformungsgrad höchstens 10 % beträgt.

Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnung weiter beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht der Gesamtanordnung einer erfindungsgemäßen Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe;
2(a) und (b) zeigen jeweils eine vergrößerte Darstellung des Bereiches, in welchem der Elektrodenträger mit der Metallfolie verbunden ist;
3 ist eine Tabelle, die Versuchsergebnisse für erfindungsgemäße Lampen zeigt;
4(a) bis (c) zeigen jeweils eine vergrößerte Darstellung des Bereiches, in welchem der Elektrodenträger mit der Metallfolie verbunden ist;
5(a) bis (d) zeigen jeweils eine vergrößerte Darstellung des Bereiches, in welchem der Elektrodenträger mit der Metallfolie verbunden ist;
6(a) bis (b) zeigen jeweils eine vergrößerte Darstellung des Bereiches, in welchem der Elektrodenträger mit der Metallfolie verbunden ist;
7 zeigt einen Graphen, der Versuchsergebnisse für erfindungsgemäße Lampen darstellt, und
8 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht der Gesamtanordnung einer herkömmlichen Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe.
Ausführliche Darstellung der Erfindung
1 zeigt die Gesamtanordnung einer erfindungsgemäßen Höchstdruck-Entladungslampe (nachfolgend auch nur "Entladungslampe" genannt). In der Figur besitzt die Entladungslampe 1 einen Lichtemissionsteil 2, welcher aus einem aus Quarzglas bestehenden Entladungsgefäß gebildet ist und im Wesentlichen die Form eines Rugbyballs oder Fußballs besitzt. Innerhalb des Lichtemissionsteils 2 sind eine Kathode 6 und eine Anode 7 in gegenüberliegend Beziehung angeordnet. Von den beiden Enden des Lichtemissionsteils 2 erstreckt sich jeweils ein Seitenröhrenteil, in welchem eine leitende Metallfolie 8, welche normalerweise aus Molybdän besteht, beispielsweise durch eine Quetschversiegelung hermetisch eingeschlossen ist. Die Enden von Elektrodenträgern 6a, 7a, welche entweder die Kathode 6 oder die Anode 7 an ihrer Spitze aufweisen, sind jeweils an einem der Enden der Metallfolien 8 angeordnet, in diesem Zustand angeschweißt und hieran elektrisch angeschlossen. Am anderen Ende der jeweiligen Metallfolie 8 ist ein Außenanschluss 9 angeschweißt, welcher nach außen übersteht. Es gibt Fälle, in welchen die Kathode 6 und die Anode 7 jeweils an der Spitze einen Teil mit einem vergrößerten Durchmesser aufweisen, und auch Fälle, in denen sie an der jeweiligen Spitze keinen Teil mit einem vergrößerten Durchmesser aufweisen. Ferner ist es möglich, dass man unter dem Begriff "Elektrode" auch die Elektrodenträger 6a, 7a mit einschließt. Der Lichtemissionsteil 2 ist mit Quecksilber, Edelgas und bei Bedarf auch Halogengas gefüllt.
Das Quecksilber dient zum Erhalt der erforderlichen, sichtbaren Strahlung, beispielsweise zum Erhalt von Strahlungslicht mit Wellenlängen von 360 nm bis 780 nm, und ist in einer Menge von größer/gleich 0.15 mg/mm³, beispielsweise von 0.17 mg/mm³, 0.20 mg/mm³, 0.25 mg/mm³ oder 0.30 mg/mm³, bezogen auf das Innenvolumen des Emissionsraums, eingefüllt. Diese Einfüll menge ist hier für das Einfüllen bei Raumtemperatur angegeben. Der tatsächliche Dampfdruck ändert sich mit der Temperatur. Beim Betrieb wird jedoch ein Druck von mindestens 150 atm, also ein äußerst hoher Dampfdruck, erreicht. Durch Einfüllung einer größeren Menge Quecksilber kann man eine Entladungslampe mit einem hohen Quecksilber-Dampfdruck beim Betrieb von größer/gleich 200 atm oder größer/gleich 300 atm herstellen. Je höher der Quecksilber-Dampfdruck wird, eine desto geeignetere Lichtquelle für eine Projektorvorrichtung kann man realisieren.
Als Edelgas wird beispielsweise ca. 13 kPa Argongas eingefüllt, wodurch die Betriebs-Starteigenschaft verbessert wird.
Als Halogen werden Iod, Brom, Chlor und dergleichen in Form einer Verbindung mit Quecksilber und anderen Metallen eingefüllt. Die Einfüllmenge des Halogens kann man beispielsweise aus einem Bereich von 10^–6 bis 10^–2 μmol/mm³ auswählen. Die Funktion des Halogens besteht in einer Verlängerung der Lebensdauer unter Ausnutzung des Halogenzyklus. Bei einer äußerst kleinen Entladungslampe mit einem hohen Innendruck, wie den erfindungsgemäßen Entladungslampen, kann man durch Einfüllen des Halogens auch eine Schwärzung sowie eine Entglasung des Entladungsgefäßes verhindern.
Nachfolgend werden die Zahlenwerte einer derartigen Entladungslampe beispielhaft wie folgt gezeigt:

– maximaler Außendurchmesser des Lichtemissionsteils 9.5 mm;
– Abstand zwischen den Elektroden 1.5 mm;
– Innenvolumen der Leuchtröhre 75 mm³;
– Nennspannung 80 V und
– Nennleistung 150 W.

Diese Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe wird in einer kleinen Projektorvorrichtung oder dergleichen angeordnet. Die Gesamtanordnung ist sehr klein. Andererseits besteht ein Bedarf an einer großen Lichtmenge. Die thermischen Bedingungen innerhalb des Lichtemissionsteils sind deshalb äußerst streng, das heißt, der Wert der Wandbelastung liegt bei 0.8 W/mm² bis 2.0 W/mm², konkret bei 1.5 W/mm². Die Lampe wird in die vorstehend beschriebene Projektorvorrichtung oder ein Darstellungsgerät wie einen Overhead-Projektor eingebaut und kann Strahlungslicht mit einer guten Farbwiedergabe anbieten.
2(a) und 2(b) sind jeweils eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie A-A' gemäß 1. Sowohl 2(a) als auch 2(b) zeigen einen Zustand nach einem Anschweißen des Elektrodenträgers an die Metallfolie. 2(a) zeigt schematisch einen Fall, in dem ein Schweißstab verwendet wird, um Druck auszuüben. 2(b) zeigt schematisch einen Fall, in dem kein Schweißstab zum Ausüben von Druck verwendet wird. 2(a) zeigt das Quarzglas S. in 2(b) ist das Quarzglas S zu Vereinfachung nicht dargestellt.
Der Elektrodenstab 7a und die Metallfolie 8 werden durch Widerstandsschweißen miteinander verbunden. Wenn nach dem Schweißen der Vorgang einer hermetischen Abschließung in dem Quarzglas beendet wird, entsteht zwischen dem Elektrodenträger 7a, der Metallfolie 8 und dem Quarzglas S unvermeidlich eine Lücke X.
Wenn hierbei ein Schweißstab zum Ausüben eines starken Drucks verwendet wird, wie in 2(b) gezeigt, verformt sich der Elektrodenstab 7a in der Weise, dass er sich in der Querrichtung der Metallfolie 8 verbreitert. Entsprechend dieser Verformung verformt sich der Elektrodenträger 7a von der Höhe D (Höhe in Richtung des nach oben und unten in der Zeichnungsebene) zur Höhe D1 und schrumpft um D2 (das heißt, D – D1). Auch die Breite W der Lücke X vergrößert sich von W1 gemäß 2(a) auf W2 gemäß 2(b).
Bei der Erfindung gemäß einem ersten Aspekt wurde beobachtet, dass eine derartige Verformung des Elektrodenträgers, welche durch Druck mittels des Schweißstabs entsteht, sowie die daraus entstehende Vergrößerung der Breite der Lücke X auf ein Entstehen von Rissen bei einer Entladungslampe mit einem äußerst hohen Druck, wie mit einem Innendruck beim Betrieb von größer/gleich 150 atm, einen großen Einfluss ausübt.
Man kann sich vorstellen, dass der Grund hierfür in Folgendem liegt:
Da der Innendruck beim Betrieb äußerst hoch ist, wird über den äußerst kleinen Raum in der Umgebung des jeweiligen Elektrodenträgers aus dem Lichtemissionsteil auf die Lücke X ein hoher Druck ausgeübt. Dies fördert ein Entstehen sowie ein Wachstum von Rissen. Dieses ist ein Nachteil, welcher bei einer herkömmlichen Entladungslampe (mit einem Innendruck beim Betrieb von höchstens ca. 50 atm) nie auftreten würde. Mit anderen Worten war bei einer herkömmlichen Entladungslampe kein technischer Gedanke einer Durchführung eines Widerstandsschweißens unter Berücksichtigung der unvermeidlich entstehenden Lücke X vorhanden.
Bei der Erfindung gemäß ihrem ersten Aspekt wurde herausgefunden, dass bei einem Verformungsgrad des Elektrodenträgers von höchstens 10 %, bevorzugt höchstens 7 %, besonders bevorzugt höchstens 5 %, Risse weder entstehen noch wachsen. Hierbei soll man unter dem Begriff "Verformungsgrad des Elektrodenträgers" einen Verformungsgrad (D2/D) in der Richtung verstehen, in welcher der Schweißstab gedrückt wird (in der zur Metallfolie senkrechten Richtung).
Nachfolgend wird das Versuchsergebnis zum Beleg der möglichen Wirkungen der Erfindung beschrieben. Bei dem Versuch wurden die Stärke des Drucks durch den Schweißstab verändert und der Verformungsgrad und ein Entstehen von Rissen beobachtet.
Es wurden Entladungslampen mit einer im Wesentlichen identischen Form und im Wesentlichen identischen Abmessungen verwendet. Das Innenvolumen der Leuchtröhre lag bei ca. 0.1 cm³, der Abstand zwischen den Elektroden bei ca. 1.0 mm, der Nennleuchtstrom bei ca. 3.5 A und die Nennleuchtleistung bei ca. 200 W. Die Lampen wurden unter Verwendung eines Gleichstroms betrieben. Quecksilber wurde in einer Einfüllmenge von ca. 0.20 mg/mm³ eingefüllt.
Der Verformungsgrad wurde in der Weise gemessen, dass der Außendurchmesser des jeweiligen Elektrodenträgers vor dem Schweißen mit der jeweiligen Metallfolie als Prototypabmessung genommen wurde und dass unter Berücksichtigung des Verhältnisses zu der Höhe des jeweiligen Elektrodenträgers nach dem Schweißen "100 – (Abmessung nach dem Schweißen/Abmessung des Prototyps) × 100" als Verformungsgrad betrachtet wurde. Der Verformungsgrad beispielsweise im Fall, dass die Prototypabmessung des Elektrodenträgers bei einem Durchmesser von 0.425 mm und die Abmessung nach dem Schweißen bei einem Durchmesser von 0.375 mm liegen, liegt durch "100 – (0.375/0.425) × 100" bei ca. 12.
Nach der Messung des Verformungsgrades schweißt man die Außenanschlüsse an den Metallfolien an, und nach den Vorgängen des hermetischen Abschließens in dem Quarzglas, der Einfüllung des Gases, der Evakuierung und dergleichen ist die Entladungslampen fertig.
Das Entstehen von Rissen wurde nach einem Betrieb dieser Entladungslampen von 462 Stunden (nach einem Leuchtbetrieb von 2 Stunden 45 Minuten werden die Lampen 15 Minuten lang ausgeschaltet. Dieser Vorgang wird 500 Stunden lang wiederholt) in den Seitenröhrenteilen visuell beobachtet. Es wurden jeweils 100 Entladungslampen mit demselben Verformungsgrad betrieben, und nach 500 Stunden wurde die Situation des Entstehens von Rissen bestätigt.
3 zeigt das Versuchsergebnis. Hierbei wird bestätigt, dass die Entstehungswahrscheinlichkeit von Rissen bei einem Verformungsgrad von höchstens 10 % äußerst gering ist. Ferner wurde bestätigt, dass bei einem Verformungsgrad von höchstens 7 % die Entstehungswahrscheinlichkeit von Rissen noch geringer ist und dass bei einem Verformungsgrad von höchstens 5 % ein Entstehung von Rissen vollständig unterdrückt wird.
In den Fällen, in welchen beurteilt wurde, dass Risse entstanden sind, wurden diejenigen Lampen in Betracht gezogen, die zwar an sich beim Betrieb von 462 Stunden bei diesem Versuch nicht keine Beschädigung aufweisen, bei denen jedoch die Möglichkeit bestand, dass sie durch einen anschließend fortgesetzten Betrieb beschädigt werden.
Die Anmelderin hat bereits in der Japanischen Patentanmeldung HEI 2000-168798 eine Entladungslampe sowie ein Verfahren zur Herstellung hiervon vorgeschlagen, bei welcher/welchem zur Verhinderung eines Entstehens von Rissen im Quarzglas, welches in der Umgebung der Elektrodenträger vorhanden ist, zwischen den beiden absichtlich ein äußerst kleiner Raum vorgesehen ist. Bei einer Entladungslampe mit dieser Anordnung wirkt auf die zwischen den Metallfolien und den Elektrodenträgern unvermeidlich entstehende Lücke unmittelbar ein hoher Innendruck des Lichtemissionsteils. Es ist deshalb äußerst wirksam, die erfindungsgemäße Anordnung anzuwenden.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beschrieben.
4(a) bis 4(c) zeigen – wie in 2(a) und 2(b) – den Bereich, in welchem der Elektrodenträger 7a mit der Metallfolie 8 verbunden ist. 4(a) zeigt einen Zustand, in welchem der Elektrodenträger 7a an die Metallfolie 8 angeschweißt ist. 4(b) ist eine vergrößerte Darstellung nach dem Schweißen, welche von der Seite, auf welcher der Elektrodenträger 7a vorhanden ist, her betrachtet wurde (von einem in 4(a) dargestellten, unteren Schweißstab 32 her betrachtet). 4(c) ist ebenfalls eine vergrößerte Darstellung nach dem Schweißen, welche von der Seite, auf welcher der Elektrodenträger 7a nicht vorhanden ist, her betrachtet wurde (von einem in 4(a) dargestellten oberen Schweißstab 31 her betrachtet).
In 4(a) werden der Elektrodenträger 7a und die Metallfolie 8 in einer Lehre 30, in welcher eine vorgegebene Form gebildet ist, angeordnet, und durch ein Drücken des oberen Schweißstabs 31 und des unteren Schweißstabs 32 gegeneinander wird ein Widerstandsschweißen durchgeführt. Der Grund dafür, dass der untere Schweißstab 32 dicker ist, liegt darin, zu verhindern, dass der Elektrodenträger 7a sich örtlich verformt.
4(b) zeigt einen Bereich W des an die Metallfolie 8 angeschweißten Elektrodenträgers 7a, mit welchem der untere Schweißstab 32 in Kontakt ist. 4(c) zeigt den Bereich W, in dem der dem Elektrodenträger 7a an die Metallfolie 8 angeschweißt ist durch den oberen Schweißstab 31, wenn der Elektrodenträger 7 an die Metallfolie 8 angeschweißt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe, welche als Lichtquelle einer Projektorvorrichtung verwendet wird, ist die Größe der Metallfolie und des Elektrodenträgers in gewissem Maß beschränkt. Die Breite D3 der Metallfolie 8 wird im allgemeinen aus einem Bereich von 1.0 mm bis 2.0 mm ausgewählt. Der Außendurchmesser D4 des Elektrodenträgers 7a wird im allgemeinen aus einem Bereich von 0.2 mm bis 1.0 mm ausgewählt.
Die Erfindung hat im Hinblick auf eine derartige Größe der Metallfolie und des Elektrodenträgers das Merkmal, dass die Größe der Schweißfläche W der beiden auf kleiner/gleich 0.3 mm² festgelegt wird.
Der Grund für die Festlegung der Fläche des Schweißbereiches liegt in Folgendem:
Im Fall einer großen Schweißfläche W wird die Metallfolie in der Nähe dieses Schweißbereiches von dem Quarzglas teilweise entfernt, wodurch zwischen den beiden ein äußerst kleiner Raum gebildet wird. Dies ist das sogenannte "Folienschwebe-Phänomen". Man kann sich vorstellen, dass auf den durch dieses Folienschwebe-Phänomen entstandenen äußerst kleinen Raum der hohe Druck innerhalb des Lichtemissionsteils wirkt und dass dadurch ein Entstehen von Rissen sowie eine Beschädigung der Leuchtröhre verursacht werden.
Der Grund dafür, dass die Größe des Schweißbereiches ein Entstehen des Folienschwebens verursacht, ist zwar nicht ganz klar. Man kann sich jedoch Folgendes vorstellen:
In dem Bereich, in welchem der Elektrodenträger an die Metallfolie angeschweißt ist, wird ein Zustand erzeugt, in welchem Wolfram, aus welchem der Elektrodenträger besteht, mit Mo lybdän, aus dem die Metallfolie besteht, legiert wird. Da dieser legierte Bereich einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zum reinen Molybdänteil aufweist, entsteht in der breiten Metallfolie ein Unterschied zwischen dem Kontraktionsgrad des Legierungsteils und dem Kontraktionsgrad des Molybdänteils, was vermutlich zu einem Folienschweben führt. Ferner gibt es auch Fälle, in welchen auf der Schweißfläche des Schweißstabes Verunreinigungen, wie Staub und dergleichen, anhaften. Diese Verunreinigungen üben negative Einflüsse aus, wie ein Erzeugen von Verunreinigungsgas beim Vorgang des hermetischen Abschließens sowie ein fehlerhaftes hermetisches Abschließen. Das heißt, eine große Schweißfläche bedeutet, dass ein derartiges Entstehen von Verunreinigungsgas und ein fehlerhaftes hermetisches Abschließen dabei häufiger auftreten.
In dieser Hinsicht hat man bei einer herkömmlichen Entladungslampe nur unter Berücksichtigung des Gesichtspunktes des elektrischen Anschlusses die beiden miteinander verbunden. Bei der Erfindung wird erfasst, dass bei einer Entladungslampe mit einem äußerst hohen Innendruck beim Betrieb von mindestens 150 atm die Schweißfläche ein Entstehen von Rissen sowie eine Lampenbeschädigung verursacht. Erfindungsgemäß legt man deshalb die Schweißfläche fest, um diese ganz neue technische Aufgabe zu lösen.
Nachfolgend wird die Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt beschrieben.
5(a) bis 5(d) zeigen, wie 4(a) bis 4(c), jeweils schematisch den Bereich, in welchem der Elektrodenträger 7a mit der Metallfolie 8 verbunden ist. 5(a) und 5(b) sind jeweils eine vergrößerte Darstellung nach dem Anschweißen des Elektrodenträgers an die Metallfolie und zeigen jeweils einen Zustand (entspricht 4(c)), welcher von der Seite, auf welcher der Elektrodenträger 7a nicht vorhanden ist, her betrachtet wurde. 5(c) und 5(d) sind jeweils eine der Linie A-A' gemäß 5(a) und 5(b) entsprechende Querschnittsdarstellung einschließlich des Quarzglases.
In 5(b) werden der Elektrodenträger 7a und die Metallfolie 8 im Schweißbereich W aneinander angeschweißt. Der Schweißbereich W ist an einer Position gebildet, welche von einem elektrodenseitigen Ende der Metallfolie 8 um einen Abstand D5 entfernt ist. 5(a) ist der Schweißbereich W1 an einem Ende der Metallfolie 8 oder im Wesentlichen in der Nähe hiervon gebildet. Diese Schweißung erfolgt durch Widerstands-Schweißen mit der vorstehend anhand von 4(a) gezeigten Anordnung.
5(c) ist eine der Linie A-A' entsprechende Querschnittsdarstellung, wenn der Schweißbereich W1 vorhanden ist. 5(d) ist eine der Linie A-A entsprechende Querschnittsdarstellung, wenn der Schweißbereich W vorhanden ist. Der schraffierte Bereich 33 zeigt Quarzglas in der Umgebung. Durch den Elektrodenträger 7a, die Metallfolie 8 und das Quarzglas 33 wird eine Lücke X gebildet.
Aus einem Vergleich von 5(c) mit 5(d) wird ersichtlich, dass die Größe der Lücke X bei 5(c) sich extrem von der Größe der Lücke X bei 5(d) unterscheidet und dass durch eine Entfernung des Schweißbereiches von dem Ende der Metallfolie die Größe (Querschnittfläche der Öffnung) der Lücke X verkleinert werden kann.
Da an der Lücke S über die äußerst kleine Lücke, welche in der vorstehend beschriebenen Weise in der Umgebung des Elektrodenträgers 7a gebildet wird, der sehr hohe Druck innerhalb des Lichtemissionsteils anliegt, bedeutet eine Verkleinerung dieser Lücke X, dass man ein Entstehen von Rissen in den Seitenröhrenteilen sowie eine Beschädigung der Entladungslampe vorteilhaft verhindern kann, wie vorstehend beschrieben wurde.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist bei einer Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe, welche als Lichtquelle einer Projektorvorrichtung verwendet wird, die Größe der Metallfolie sowie des Elektrodenträgers in gewissem Maß beschränkt. Im allgemeinen liegen die Breite D3 der Metallfolie 8 bei 1.0 mm bis 2.0 mm und der Außendurchmesser D4 des Elektrodenträgers 7a bei 0.2 mm bis 1.0 mm. Es wurde herausgefunden, dass auf die Lücke X kein negativer Einfluss, wie ein Erzeugen von Rissen oder dergleichen, ausgeübt wird, wenn man bei einer derartigen Form und einer derartigen Größe den Schweißbereich in einer Position anordnet, welche von dem Ende der Metallfolie (von dem Ende auf der Seite des Lichtemissionsteils) um größer/gleich 0.3 mm entfernt ist (Abstand D5 gemäß 5(b)).
Bei einer Entfernung von größer/gleich 0.4 mm wird eine größere Wirkung entfaltet. Man hat ferner herausgefunden, dass eine ausgezeichnete Wirkung entfaltet wird, wenn man bevorzugt wenigstens 0.5 mm entfernt ist. Wenn die Entfernung zu groß ist, entsteht jedoch im Hinblick auf den elektrischen Anschluss eine Störung. Es ist erforderlich, dass die Entfernung höchstens 1.0 mm beträgt.
Der Grund dafür, dass die Position des Schweißbereiches W mit der Lücke X auf diese Weise zusammenhängt, ist zwar nicht ganz klar. Man kann sich jedoch Folgendes vorstellen:
6(a) und 6(b) zeigen jeweils den schematischen Zusammenhang des Schweißbereichs W mit der Lücke X. 6(a) ist eine Darstellung, welche von der Seite, auf welcher der Elektrodenträger des Schweißbereiches nicht vorhanden ist, her betrachtet wurde (entspricht 5(a)). 6(b) ist eine der Linie B-B gemäß 6(a) entsprechende Querschnittsdarstellung.
Wie in 6(b) gezeigt, wird ein Ende 81 der Metallfolie 8 zum freien Ende, wenn der Schweißbereich W (Schweißstelle) von dem Ende der Metallfolie 8 entfernt ist (in 6(b) um den Abstand D5 entfernt). Bei einem Vorgang des hermetischen Abschließens in dem Quarzglas nach der Verbindung des Elektrodenträgers mit der Metallfolie wird es deshalb zugelassen, dass Quarzglas 33 zwischen den Elektrodenträger und die Metallfolie eindringt.
Das Vorhandensein des Quarzglases 33 verhindert ein Entstehen der Lücke X vorteilhaft. Die Lücke X kann in der Nähe des Schweißbereiches W entstehen. Am Ende auf der Seite des Lichtemissionsteils wird jedoch keine Lücke gebildet, oder sie wird hier verkleinert. Eine durchgehende Verbindung mit dem Lichtemissionsteil wird deshalb auch verhindert. Als Folge davon übt die im Schweißbereich W entstehende Lücke auf Risse sowie eine Beschädigung keinen Einfluss aus.
Nachfolgend wird das Versuchsergebnis beschrieben, welches zeigt, dass die Erfindung gemäß den vorstehend beschriebenen Aspekten, das heißt, die Festlegung der Schweißfläche einerseits und die Festlegung der Schweißstelle andererseits, mit einem Entstehen von Rissen sowie einer Lampenbeschädigung zusammenhängen.
Ca. 30 Entladungslampen mit einer im Wesentlichen identischen Form und im Wesentlichen identischen Abmessungen wurden hergestellt und untersucht. In einem Stadium bei der Herstellung der jeweiligen Lampe, bei welchem die Elektrodenträger an die Metallfolien angeschweißt wurden, wurde die Schweißfläche und der Abstand zwischen dem Ende der jeweiligen Metallfolie und der Schweißstelle gemessen. Bei diesen Entladungslampen lagen beispielsweise das Innenvolumen der Leuchtröhre bei ca. 0.1 cm³ und der Abstand zwischen den Elektroden bei ca. 1.0 mm. Quecksilber wurde in einer Einfüllmenge von ca. 0.20 mg/mm³ des Innenvolumens der Leuchtröhre eingefüllt. Die Entladungslampen wurden mit einem Nennleuchtstrom von ca. 3.5 A und einer Nennleuchtleistung von 200 W betrieben.
Die Messung wurde unter Verwendung eines simulierten Versuchsgerätes mit denselben Kühlungsbedingungen wie bei einer realen Projektorvorrichtung in der Weise durchgeführt, dass bei jeder Entladungslampe ein Zyklus, bei welchem 2 Stunden 45 Minuten lang betrieben und 15 Minuten lang ausgeschaltet wurde, 500 Stunden lang ununterbrochen durchgeführt wurde und man den Zustand der Seitenröhrenteile nach Ablauf von 500 Stunden visuell beobachtete.
Die Auswertung hatte folgende fünfstufige Bewertungsskala:

– (☐); äußerst guter Zustand der Seitenröhrenteile
– (o); zum größten Teil gut
– (Δ); gut
–
kein guter Zustand, obwohl eine Fortsetzung des Lampengebrauchs möglich ist.
– (x); eine Fortsetzung des Lampengebrauchs ist schwierig.

Die ersteren drei Zustände wurden als akzeptabel beurteilt, und die letzteren zwei Zustände wurden als inakzeptabel beurteilt.
Bei den Entladungslampen wies die Schweißfläche Streuungen in einem Bereich von 0.1 mm² bis 1.0 mm² und der Schweißabstand ebenfalls Streuungen in einem Bereich von 0 mm bis 0.7 mm auf.
In 7 ist jede Entladungslampe so wiedergegeben, dass die y-Achse die Schweißfläche und die x-Achse den Schweißabstand darstellt. Aus dem in 7 gezeigten Ergebnis wird ersichtlich, dass bei einer Schweißfläche von kleiner als 0.3 mm² ein akzeptables Ergebnis erreicht wird, dass bei einer Schweißfläche von kleiner als 0.2 mm² ein noch vorteilhafterer Zustand erhalten wird und dass bei einer Schweißfläche von kleiner als 0.1 mm² ein äußerst vorteilhafter Zustand erhalten wird. Ferner wird ersichtlich, dass bei einem Schweißabstand von größer als 0.3 mm ein akzeptables Ergebnis erreicht wird, dass bei einem Schweißabstand von größer/gleich 0.4 mm ein noch vorteilhafterer Zustand erhalten wird und dass bei einem Schweißabstand von größer/gleich 0.5 mm ein äußerst vorteilhafter Zustand erhalten wird.
Es ist ferner äußerst nützlich, die Erfindung gemäß den vorstehend beschriebenen Aspekten für die vorstehend beschriebene, von der Anmelderin bereits beanspruchte Anordnung in der Japanischen Patentanmeldung HEI 2000-168798 anzuwenden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde zwar eine Entladungslampe vom Gleichstrom-Betriebstyp beschrieben. Man kann jedoch die erfindungsgemäße Anordnung auch für eine Entladungslampe vom Wechselstrom-Betriebstyp anwenden.
Man kann also durch eine Kombination des Hauptaspekts der Erfindung mit den weiteren Aspekte der Erfindung den Nachteil eines Entstehens von Rissen sowie einer Lampenbeschädigung noch effektiver beseitigen.
Konkret eine Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe, welche Folgendes umfasst:

– einen Lichtemissionsteil, in welchem ein Paar Elektroden gegenüberliegend angeordnet ist und der mit mindestens 0.15 mg/mm³ Quecksilber gefüllt ist; sowie
– Seitenröhrenteile, welche sich von gegenüberliegenden Seiten des Lichtemissionsteils erstrecken und in welchen die Elektroden teilweise hermetisch abgeschlossen sind und in welchen die Elektroden jeweils an eine Metallfolie angeschweißt sind, und wobei:
– die Elektroden in den an den Metallfolien angeschweißten Bereichen in einer zur Metallfolie senkrechten Richtung verformt sind;
– der Verformungsgrad bei höchstens 10 % liegt;
– der Durchmesser der Elektroden bei 0.2 mm bis 1.0 mm liegt;
– die Breite der Metallfolien bei 1.0 mm bis 2.0 mm liegt;
– die Schweißfläche höchstens 0.3 mm² beträgt.

Ferner eine Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe, welche Folgendes umfasst:

– einen Lichtemissionsteil, in welchem ein Paar Elektroden gegenüberliegend angeordnet ist und der mit mindestens 0.15 mg/mm³ Quecksilber gefüllt ist; sowie
– Seitenröhrenteile, welche sich von gegenüberliegenden Seiten des Lichtemissionsteils erstrecken und in welchen die Elektroden teilweise hermetisch abgeschlossen sind und in welchen die Elektroden jeweils an eine Metallfolie angeschweißt sind, und wobei:
– die Elektroden in den an den Metallfolien angeschweißten Bereichen in einer zur Metallfolie senkrechten Richtung verformt sind;
– der Verformungsgrad bei höchstens 10 % liegt;
– der Durchmesser der Elektroden bei 0.2 mm bis 1.0 mm liegt;
– die Breite der Metallfolien bei 1.0 mm bis 2.0 mm liegt und
– die Schweißstelle höchstens 0.3 mm vom Ende der jeweiligen Metallfolie entfernt ist.

Ferner eine Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe, welche Folgendes umfasst:

– einen Lichtemissionsteil, in welchem ein Paar Elektroden gegenüberliegend angeordnet ist und der mit mindestens 0.15 mg/mm³ Quecksilber gefüllt ist; sowie
– Seitenröhrenteile, welche sich von gegenüberliegenden Seiten des Lichtemissionsteils erstrecken und in welchen die Elektroden teilweise hermetisch abgeschlossen sind und in welchen die Elektroden jeweils an eine Metallfolie angeschweißt sind, und wobei:
– die Elektroden in den an den Metallfolien angeschweißten Bereichen in einer zur Metallfolie senkrechten Richtung verformt sind;
– der Verformungsgrad bei höchstens 10 % liegt;
– der Durchmesser der Elektroden bei 0.2 mm bis 1.0 mm liegt;
– die Breite der Metallfolien bei 1.0 mm bis 2.0 mm liegt;
– die Schweißfläche höchstens 0.3 mm² beträgt und
s die Schweißstelle höchstens 0.3 mm vom Ende der jeweiligen Metallfolie entfernt ist.

Wie vorstehend beschrieben wurde, weist die erfindungsgemäße Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe einen sehr hohen Innenluftdruck beim Betrieb von größer als 150 atm und auch äußerst strenge thermische Bedingungen auf. Man kann jedoch ein Rissentstehen in den Verbindungsbereichen der Elektrodenträger mit den Metallfolien sowie eine Lampenbeschädigung vorteilhaft beseitigen.

Claims

Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe (1), welche umfasst: – einen Lichtemissionsteil (2), in welchem ein Paar Elektroden (6, 7) gegenüberliegend angeordnet ist und welcher mit mindestens 0.15 mg/mm³ Quecksilber gefüllt ist; sowie – Seitenröhrenteile (3), welche sich von gegenüberliegenden Seiten des Lichtemissionsteils (2) erstrecken und in welchen die Elektroden (6, 7) teilweise hermetisch abgeschlossen sind und in welchen die Elektroden (6, 7) jeweils an eine Metallfolie (8) angeschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (6, 7) in Bereichen, in welchen die Elektroden an die Metallfolien (8) angeschweißt sind, in einer zu den Metallfolien (8) senkrechten Richtung verformt sind und dass der Verformungsgrad des Elektroden (6, 7) höchstens 10 % beträgt.
Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe (1) nach Anspruch 1, worin in den Bereichen, in welchen die Elektroden (6, 7) an die Metallfolien (8) angeschweißt sind, die Elektroden (6, 7) einen Durchmesser von 0.2 mm bis 1.0 mm haben, die Metallfolien (8) eine Breite von 1.0 mm bis 2.0 mm und die Schweißbereiche eine Fläche von höchstens 0.3 mm² haben.
Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, worin in den Bereichen, in welchen die Elektroden (6, 7) an die Metallfolien (8) angeschweißt sind, die Elektroden (6, 7) einen Durchmesser von 0.2 mm bis 1.0 mm haben und die Metallfolien (8) eine Breite von 1.0 mm bis 2.0 mm haben und worin die Schweißbereiche von einer elektrodenseitigen Kante der jeweiligen Metallfolie mindestens 0.3 mm entfernt angeordnet sind.
Kurzbogen-Höchstdruck-Entladungslampe nach Anspruch 2, worin die Schweißbereiche von einer elektrodenseitigen Kante der jeweiligen Metallfolie (8) mindestens 0.3 mm entfernt angeordnet sind.