JP4007106B2

JP4007106B2 - Short arc type ultra high pressure discharge lamp

Info

Publication number: JP4007106B2
Application number: JP2002213826A
Authority: JP
Inventors: 孝泰水野; 章塩谷
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2022-07-23
Also published as: JP2004055438A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
点灯時の水銀蒸気圧が、例えば１５０気圧以上になるように水銀を封入したショートアーク型超高圧放電ランプに関し、特に液晶ディスプレイ装置などのバックライトとして使用されるショートアーク型超高圧放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ装置は、スクリーンに対して均一にかつ十分な演色性を持って、画像を照明させることが要求され、このため光源として水銀や金属ハロゲン化物を封入させたメタルハライドランプが使われている。このようなメタルハライドランプは、最近ではより一層の小型化、点光源化が進められている。
【０００３】
しかしながら、メタルハライドランプは、ハロゲン化物として存在する比較的多量のハロゲンが、電極の腐食、管壁の黒化を引き起こすことが知られている。
【０００４】
このような背景から、最近ではメタルハライドランプに代わって、封入ハロゲン量が少なく、高い水銀蒸気圧、例えば１５０気圧以上を持つようなランプが提案されている。水銀の蒸気圧を高くすることで、アークの広がりを抑えるとともに光出力の向上を図るというものである。
【０００５】
このような超高圧放電ランプは、点灯中に発光部内が、例えば１５０気圧以上もの高圧になるので、発光部の両側に延在する側管部において、当該側管部を構成する材料、例えば石英ガラスと、電極および金属箔を十分に密着させて封止する必要がある。
【０００６】
通常、このような超高圧放電ランプの側管部を封止する工程では、例えば２０００℃もの高温で加熱し、石英ガラスを徐々に収縮したり、あるいは、石英ガラスをピンチシールしている。
【０００７】
このように、高温で石英ガラスを焼き込んで収縮したり、ピンチシールすると、側管部と電極および金属箔の密着性は向上する。しかしながら、封止工程終了後、側管部の温度が下がる段階で、両者の接触部にクラックが発生する。この理由は、電極を構成するタングステンと側管部を構成する石英ガラスとの熱膨張係数の違いによって、相対的な伸縮量が異なるからである。このクラックにより、前記ランプの点灯時に、頻繁に側管部の破損が発生するという問題があった。
【０００８】
このような問題は、例えば特開２００１−３５１５７６号に記載の技術によって解決される。この技術は、側管部を冷却した後に再加熱することにより、前述のクラックを消滅させるものである。さらに、電極軸の周りに空隙を作ることで、ランプ点灯時におけるクラックの発生も防止できる。
具体的には、図７に示すように、微小な空隙ｄが、電極３と側管部２の内表面との間に形成されている。この空隙ｄが、ランプ点灯時における電極の膨張を吸収することによって、電極と側管部の接触部におけるクラックの発生を防止する。
【０００９】
この空隙は、側管部の製造工程において、電極に対して何らかの形で振動を加え、電極を石英ガラスに対して強制的に移動させて形成するものである。しかしながら、この強制的な振動により、電極の端面ではある程度の空隙が形成できるかもしれないが、電極の側面では、現実には十分に形成できなかった。そして、空隙の形成が不十分だと、ランプ点灯時における電極の膨張によって、電極の側面と石英ガラスが接触していることになり、前述のように両者の接触部にクラックを発生させてしまう。そして、発光部１の水銀蒸気圧が１５０気圧以上もの高圧下では、ランプ点灯中にクラックの成長が促進され、側管部の破損につながるという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
点灯時の水銀蒸気圧が極めて高いショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、十分に高い耐圧力性を有する構造を形成することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明のショートアーク型超高圧放電ランプは、発光部内に一対の電極が対向配置され、この電極に接続された金属箔が、発光部の両側に延在する側管部で封止されたショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、
前記電極は、その側面および端面が、前記側管部内において、当該側管部を構成する材料との間に微小空隙を形成して配置しており、かつ、前記金属箔に接合された直線部と当該直線部に続くテーパー部とを有し、当該テーパー部の直径がアーク放電を保持する側から上記金属箔に接続される側に向かうにつれて漸次減少することにより、その側面が、前記側管部内において、当該側管部を構成する材料との間に微小空隙を形成して配置していることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明は、電極が軸部分においてテーパー部を持つ構成とした。これにより、製造工程において、電極の側面と側管部の内表面との間に空隙が十分に形成されなかったとしても、ランプ点灯時において、テーパー部の存在と電極の膨張によって、空隙を新たに形成することができる。そして、この新たに形成された空隙によって、電極と側管部が接触することはなくなるので、両者の接触部にクラックが発生するという問題を確実に防止できる。
【００１３】
ここで、本発明の電極構造が、ランプ点灯時において、電極の側面と側管部の内表面との間に、新たに空隙を形成できることについて説明する。
ランプ点灯時において、電極は、径方向に膨張するとともに、電極軸方向においても主に発光部方向へ膨張する。この膨張により、電極は発光部方向へ伸びる。一方、側管部の内表面は、石英ガラスの膨張係数が電極を構成するタングステンよりも遥かに小さいことに起因して、電極と比べてほとんど膨張せず、その形状は維持されたままである。
後述するように、ランプ点灯時において、テーパー部を有する電極が発光部方向へ伸び、テーパー部の大径部が側管部の内表面と対向していた場所には、テーパー部の小径部が位置することになる。これにより、テーパー部の大径部と小径部の半径の差に相当する間隔だけ、電極の側面と側管部の内表面との間に新たに空隙を形成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
まず図１を用いて、本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの全体構造を説明する。発光部１の両側に伸びるように側管部２が形成されている。発光部内に一対の電極３が対向配置され、この電極３に接続された金属箔４が、側管部２で各々封止されている。外部リード棒５は、金属箔４と溶着されている。尚、図１の電極３はテーパー部を有しているが、ここでは図面説明の便宜上、テーパー部は省略して表現している。
【００１５】
発光部１内には、水銀、希ガス、ハロゲンガスが封入されている。水銀は、可視光波長、例えば波長が３６０〜７８０ｎｍの領域に存在する放射光を得るために封入され、点灯時における水銀蒸気圧が１５０気圧を超えるように計算された量が封入される。希ガスは、点灯始動性を向上させるため、ハロゲンガスは、発光管の白濁を防止するために封入される。
【００１６】
図２は、発光部１と側管部２との境界部分の拡大図を示し、図３は図２のＡ−Ａ´断面図を示す。ここで、本発明では、直線部３ａとテーパー部３ｂと発光管内に露出した放電保持部３ｃの全てを含有するものを電極３と称する。
直線部３ａは、側管部側先端に設けられるもので、同一径、すなわち円柱形状であって、金属箔との溶接を行う部分である。テーパー部３ｂは、直線部３ａに続き形成され、後述のように周囲に微小空隙ｄを形成するとともに、発光部側から金属箔に向けて漸次縮小する形状である。放電保持部３ｃは、アーク放電を保持する部分で、放熱などのため大径に形成される。尚、図２、図３の空隙ｄは、実際には極めて小さいものであるが、図面説明の便宜上、誇張して表現している。
【００１７】
ここで、空隙ｄは、テーパー部を構成する材料と側管部を構成する材料の膨張係数の差に起因して形成されるものである。本発明のように、テーパー部がタングステンからなり、側管部が石英ガラスからなる場合には、空隙は幅が５〜２０μｍであり、電極の長さ方向に１〜２０ｍｍ存在する。
【００１８】
ここで、図６を用いて、テーパー部の作用について説明する。尚、図中の実線部は、ランプ点灯時に移動した電極であり、斜線部は移動前の電極を示している。
電極３は、ランプ点灯時に発生する熱エネルギーによって、電極軸方向において、主に発光部１の方向へ図中ｘで示す長さだけ膨張する。つまり、テーパー部３ｂもこの電極の膨張により、発光部１の方向へｘ伸びることになる。ここで、テーパー部３ｂと対向している側管部２の内表面は、石英ガラスの膨張係数が、タングステンと比較して、遥かに小さいことに起因して、テーパー部３ｂと比較してほとんど膨張せず、その形状は維持されたままである。したがって、ランプ点灯時において、テーパー部３ｂは発光部方向へ膨張し、テーパーの大径部が側管部２の内表面と対向していた場所には、テーパーの小径部が位置することになる。すなわち、電極３と側管部２の内表面の間には、製造工程で形成された空隙ｄに加え、図中ｄ´に示す空隙が新たに形成されることになる。この空隙は、大径部の半径と小径部の半径の差に相当する。
尚、理論的には径方向にも膨張して、その膨張により空隙が塞がるようにも考えられる。しかし、径方向への膨張は、ランプ点灯時に形成される空隙ｄ´と比較して遙かに小さいので、空隙が塞がることはない。
【００１９】
ここで、本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの電極に関する数値例を紹介する。
直線部３ａは、直径が０．２〜１．０ｍｍの範囲で、例えば０．４ｍｍであり、長さが０．５〜２０．０ｍｍの範囲で、例えば２．５ｍｍである。テーパー部３ｂは、小径側の直径が０．２〜１．０ｍｍの範囲で、例えば０．４ｍｍであり、太径側の直径が０．２１〜４．０ｍｍの範囲で、例えば０．７ｍｍであり、長さが０．５〜２０ｍｍの範囲で、例えば２．５ｍｍである。放電保持部３ｃは、小径側の直径が０．２１〜４．０ｍｍの範囲で、例えば０．７ｍｍであり、太径側の直径が０．２１〜４．０ｍｍの範囲で、例えば１．８ｍｍであり、長さが１．０〜３０．０ｍｍの範囲で、例えば５．０ｍｍである。
【００２０】
図４は、電極の他の構造を示す。電極のテーパー部の形状は、図２に示す構造に限らず、（ａ）に示すように直線部から放電保持部に向かって曲線を描くもの、（ｂ）に示すように直線部から放電保持部に向かって階段形状になっているものでもよく、またその他の形状のものであっても構わない。さらに、発光管内に露出した放電保持部の先端の形状は、（ａ）、（ｂ）に示すように曲面状であっても、また平面状などその他の形状であっても構わない。
【００２１】
次に、本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの製造方法について説明する。
図５（イ）〜（ニ）は一連の製造工程を示し、（イ）は封止工程、（ロ）は冷却工程、（ハ）は加熱工程、（ニ）は振動工程を表す。尚、電極３は、テーパー部を有しているが、図面説明の便宜上、ここでは省略している。
【００２２】
まず、図５（イ）の封止工程について説明する。
発光部１の両側に延在する側管部２のうち、一方の側管部２ａ内に電極３、金属箔４、外部リード棒５が一体に形成された電極組立体を挿入する。そして、電極３の先端が発光部１に露出するとともに、電極３の一部と金属箔４が側管部２ａの内表面と向かい合うように配置する。その後、図中Ａで示すように、電極３と金属箔４を取り囲む側管部２ａを加熱する。側管部２ａを構成する材料は、石英ガラスであり、この石英ガラスの軟化点温度は約１６８０℃であるから、この軟化点温度以上の２０００℃程度でガスバーナーによって加熱する。
【００２３】
この封止工程においては、側管部２ａの端部が既に閉じられているので、他方の側管部２ｂの開口端を介して、ガラスバルブ内は例えば１００Ｔｏｒｒまで減圧される。このため、側管部２ａが加熱されると、この側管部２ａは縮径されて電極３と金属箔４は封止される。尚、この方法以外にも側管部２ａを加熱後、ピンチャーによって封止することもできる。
【００２４】
次に図５（ロ）の冷却工程について説明する。
前記封止工程が終了した後、強制冷却や自然冷却により側管部２ａを冷却する。この冷却は、例えば１２００℃になるまで行われ、電極３や金属箔４が側管部２ａに封止されて固定されるようにする。
【００２５】
この冷却工程により、電極３の一部が側管部２ａと溶着されるが、電極３の表面全体が側管部２ａと溶着されるわけではない。その理由は、電極を構成するタングステンと、側管部を構成する石英ガラスでは膨張係数が異なるので、電極３と側管部２ａの溶着部分が一部剥離するからである。この剥離によって、側管部２ａの内表面にクラックが発生する。
【００２６】
次に、図５（ハ）の加熱工程について説明する。
前記冷却工程の終了後、図中Ｂで示すように、電極３が封止された側管部を再加熱する。この加熱は、例えばガスバーナーを用い、側管部２ａを構成する石英ガラスが粘性流動状態となって電極３と再び接し、電極３と石英ガラスが相対的に動くことができるようになるまで行う。
尚、この加熱工程は、側管部２ａのうち、図中Ｂで示す部分のみを再加熱し、金属箔４がすでに封止固定されている部分までも加熱するものではないから、金属箔４と側管部２ａの気密性にはなんら影響を及ぼすものではない。
このような再加熱を行うことで、電極３の周辺の側管部２ａの内表面に存在していた微小クラックを消滅させることができる。
【００２７】
次に、図５（ニ）の振動工程について説明する。
前記加熱工程の終了後、側管部２ａを構成する石英ガラスが粘性流動状態であって、電極３と石英ガラスが相対的に動くことのできる時に、側管部２ａに対して、図中の矢印の方向に振動を加える。具体的には、側管部２ａの図中Ｂの部分の温度が石英ガラスの軟化点（約１６８０℃）以下、除冷点（約１２８０℃）以上の温度において、図中の矢印の方向に振動を加える。
振動は、例えば１〜１０回行われ、これにより、電極３が発光部へ向かって０．１〜１．０ｍｍ移動する。
【００２８】
前記の振動を加える方法としては、図５（ニ）に示すように、側管部２を掴んだ保持部材６がモーターなどに接続され、モーターの駆動によって、矢印方向の振動を発生させる方法が挙げられる。この振動により、電極３と側管部２ａが強制的かつ相対的にずれて、電極３と側管部２ａとの間に空隙が発生するはずである。しかしながら、電極３の端面ではある程度の空隙が形成できるかもしれないが、電極の側面では十分に形成できなかった。
【００２９】
尚、側管部２ｂにおける電極の封止については、前記振動工程の終了後、発光部１に必要な水銀と希ガスとハロゲンガスを封入した後に、同様の、封止、冷却、加熱、振動工程を行うことになる。
【００３０】
次に、本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの数値例を紹介する。
陰極の外径：１ｍｍ
陰極の長さ：１０ｍｍ
陽極の外径：２ｍｍ
陽極の長さ：１０ｍｍ
側管部の外径：６ｍｍ
側管部の長さ：２０ｍｍ
ランプ全長：５０ｍｍ
発光管の内容積：０．１ｃｃ
電極間距離：１ｍｍ
定格点灯電圧：１００Ｖ
定格点灯電流：２Ａ
封入水銀量：３０ｍｇ
希ガス：アルゴンを１００Ｔｏｒｒ
【００３１】
次に、本発明の効果を示す実験について説明する。本発明者らは、実験を行うにあたって、上記のような製造工程を経て、本発明のテーパー部を持つ電極を用いて作製したランプ（図２に示すランプ）と、テーパー部を持たない電極を用いて作製したランプ（図７に示すランプ）をそれぞれ１００本用意した。具体的に説明すると、合計２００本のランプに対して、表１に示すように、まず始めに、ランプを２分間点灯させた後に消灯し１分間放置するという試行を７回繰り返した。次に、５分間点灯させた後に消灯し、５分間放置するという試行を５回繰り返した。最後に、３０分間点灯させた後に消灯し、ランプが常温になるまで待ち、ランプを目視して側管部のクラックの有無を確認するというものである。
【００３２】
【表１】

【００３３】
この実験の結果、従来の電極構造のランプは、１００本のうち７０本のランプがクラックを発生したのに対し、本発明の電極構造のランプは、１００本のうちクラックを発生したランプが１本も存在しないことが確認された。
【００３４】
以上説明したように、本発明のショートアーク型超高圧放電ランプは、電極にテーパー部を設けることにより、製造工程において、空隙を電極の側面と側管部の内表面との間に十分に形成することができなくても、ランプ点灯時において、このような空隙を新たに形成することができる。この新たに形成された空隙により、電極と側管部が接触しないので、両者の接触部へクラックが発生することを確実に防止できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の電極構造を用いれば、ランプ点灯時において、電極の端面および側面と側管部との間に微小空隙が確実に存在し、電極と側管部が接触しないので、側管部にクラックが発生しない。これにより、発光管部が１５０気圧を超える高い水銀蒸気圧になっても側管部の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ショートアーク型超高圧放電ランプの全体図である。
【図２】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの部分図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ´断面図である。
【図４】本発明の電極の構造を示す図である。
【図５】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの製造方法の説明図である。
【図６】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの部分図である。
【図７】本発明を説明するためのショートアーク型超高圧水銀ランプの部分図を示す。
【符号の説明】
１発光部
２側管部
３電極
４金属箔
５外部リード
ｄ空隙[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a short arc type ultra high pressure discharge lamp in which mercury is enclosed so that a mercury vapor pressure at lighting is, for example, 150 atmospheres or more, and more particularly to a short arc type high pressure discharge lamp used as a backlight of a liquid crystal display device or the like.
[0002]
[Prior art]
The liquid crystal display device is required to illuminate an image with uniform and sufficient color rendering on the screen. For this reason, a metal halide lamp in which mercury or a metal halide is enclosed is used as a light source. In recent years, such metal halide lamps are being further miniaturized and made point light sources.
[0003]
However, in metal halide lamps, it is known that a relatively large amount of halogen present as a halide causes corrosion of the electrode and blackening of the tube wall.
[0004]
Against this background, recently, instead of metal halide lamps, lamps having a small amount of enclosed halogen and having a high mercury vapor pressure, for example, 150 atm or higher have been proposed. By increasing the vapor pressure of mercury, the spread of the arc is suppressed and the light output is improved.
[0005]
Such an ultra-high pressure discharge lamp has a high pressure of, for example, 150 atmospheres or more during lighting, and therefore, in a side tube portion extending on both sides of the light emitting portion, a material constituting the side tube portion, for example, quartz It is necessary to seal glass, an electrode, and a metal foil in close contact with each other.
[0006]
Usually, in the step of sealing the side tube portion of such an ultrahigh pressure discharge lamp, the quartz glass is heated at a high temperature of, for example, 2000 ° C., and the quartz glass is gradually contracted, or the quartz glass is pinched.
[0007]
Thus, when quartz glass is baked and shrunk at a high temperature or pinched, the adhesion between the side tube portion, the electrode and the metal foil is improved. However, when the temperature of the side tube portion is lowered after the sealing process is finished, a crack is generated at the contact portion between the two. This is because the relative expansion / contraction amount differs depending on the difference in thermal expansion coefficient between tungsten constituting the electrode and quartz glass constituting the side tube portion. Due to this crack, there was a problem that the side tube portion was frequently damaged when the lamp was turned on.
[0008]
Such a problem is solved by the technique described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-351576. This technique eliminates the above-mentioned cracks by cooling the side tube portion and then reheating it. Further, by creating a gap around the electrode axis, it is possible to prevent cracks from occurring when the lamp is lit.
Specifically, as shown in FIG. 7, a minute gap d is formed between the electrode 3 and the inner surface of the side tube portion 2. The gap d absorbs the expansion of the electrode when the lamp is lit, thereby preventing the occurrence of cracks at the contact portion between the electrode and the side tube portion.
[0009]
The gap is formed by applying some vibration to the electrode and forcibly moving the electrode with respect to the quartz glass in the manufacturing process of the side tube portion. However, due to this forced vibration, a certain amount of voids may be formed on the end face of the electrode, but in reality, it cannot be sufficiently formed on the side face of the electrode. If the gap is not sufficiently formed, the side surface of the electrode and the quartz glass are in contact with each other due to the expansion of the electrode when the lamp is turned on, and as described above, a crack is generated at the contact portion between the two. . And when the mercury vapor pressure of the light emitting part 1 is as high as 150 atmospheres or more, there is a problem that the growth of cracks is promoted during lighting of the lamp and the side tube part is damaged.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
It is to form a structure having a sufficiently high pressure resistance in a short arc type ultra-high pressure discharge lamp having a very high mercury vapor pressure at the time of lighting.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, in the short arc type ultra-high pressure discharge lamp of the present invention, a pair of electrodes are disposed opposite to each other in the light emitting portion, and metal foils connected to the electrodes extend on both sides of the light emitting portion. In the short arc type ultra-high pressure discharge lamp sealed with the side tube,
The electrode has a side surface and an end surface arranged in the side tube portion so as to form a minute gap with a material constituting the side tube portion, and a straight portion joined to the metal foil And a taper portion following the straight portion, and the diameter of the taper portion gradually decreases from the side holding the arc discharge toward the side connected to the metal foil, so that the side surface is the side tube. Inside the part, a minute gap is formed between the material constituting the side pipe part and arranged .
[0012]
[Action]
In the present invention, the electrode has a tapered portion in the shaft portion. As a result, even if a sufficient gap is not formed between the side surface of the electrode and the inner surface of the side tube portion in the manufacturing process, the gap is renewed due to the presence of the tapered portion and the expansion of the electrode during lamp lighting. Can be formed. Since the newly formed gap does not contact the electrode and the side tube portion, it is possible to reliably prevent the problem that a crack occurs at the contact portion between the two.
[0013]
Here, it will be described that the electrode structure of the present invention can newly form a gap between the side surface of the electrode and the inner surface of the side tube portion when the lamp is lit.
When the lamp is lit, the electrode expands in the radial direction and also expands mainly in the light emitting portion direction in the electrode axis direction. Due to this expansion, the electrode extends toward the light emitting portion. On the other hand, the inner surface of the side tube portion hardly expands compared to the electrode due to the fact that the expansion coefficient of quartz glass is much smaller than that of tungsten constituting the electrode, and the shape thereof is maintained.
As will be described later, when the lamp is lit, the electrode having the tapered portion extends in the direction of the light emitting portion, and the small diameter portion of the tapered portion is located where the large diameter portion of the tapered portion faces the inner surface of the side tube portion. Will be located. As a result, a gap can be newly formed between the side surface of the electrode and the inner surface of the side tube portion by an interval corresponding to the difference in radius between the large diameter portion and the small diameter portion of the tapered portion.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the overall structure of the short arc type ultra-high pressure discharge lamp of the present invention will be described with reference to FIG. Side tube portions 2 are formed so as to extend on both sides of the light emitting portion 1. A pair of electrodes 3 are disposed opposite to each other in the light emitting portion, and the metal foils 4 connected to the electrodes 3 are respectively sealed by the side tube portions 2. The external lead bar 5 is welded to the metal foil 4. Although the electrode 3 in FIG. 1 has a taper portion, the taper portion is omitted here for convenience of illustration.
[0015]
Mercury, rare gas, and halogen gas are sealed in the light emitting unit 1. Mercury is encapsulated in order to obtain radiation light having a visible light wavelength, for example, a wavelength of 360 to 780 nm, and an amount calculated so that the mercury vapor pressure during lighting exceeds 150 atm is encapsulated. Since the rare gas improves the lighting startability, the halogen gas is sealed in order to prevent the arc tube from becoming cloudy.
[0016]
FIG. 2 is an enlarged view of a boundary portion between the light emitting unit 1 and the side tube unit 2, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. Here, in this invention, what contains all the discharge holding | maintenance parts 3c exposed in the linear part 3a, the taper part 3b, and the arc_tube | light_emitting_tube is called the electrode 3. FIG.
The straight portion 3a is provided at the tip of the side tube portion, and has the same diameter, that is, a cylindrical shape, and is a portion that is welded to the metal foil. The tapered portion 3b is formed following the straight portion 3a, and has a shape in which a minute gap d is formed in the periphery as will be described later, and is gradually reduced from the light emitting portion side toward the metal foil. The discharge holding portion 3c is a portion that holds arc discharge and is formed to have a large diameter for heat dissipation. Note that the gap d in FIGS. 2 and 3 is actually extremely small, but is exaggerated for convenience of illustration.
[0017]
Here, the space | gap d is formed resulting from the difference of the expansion coefficient of the material which comprises a taper part, and the material which comprises a side pipe part. As in the present invention, when the tapered portion is made of tungsten and the side tube portion is made of quartz glass, the gap has a width of 5 to 20 μm and exists in the length direction of the electrode of 1 to 20 mm.
[0018]
Here, the effect | action of a taper part is demonstrated using FIG. In the figure, the solid line portion indicates the electrode that has moved when the lamp is lit, and the shaded portion indicates the electrode before the movement.
The electrode 3 expands by a length indicated by x in the drawing mainly in the direction of the light emitting unit 1 in the electrode axis direction due to the heat energy generated when the lamp is lit. That is, the tapered portion 3b also extends x toward the light emitting portion 1 due to the expansion of this electrode. Here, the inner surface of the side tube portion 2 facing the tapered portion 3b is almost in comparison with the tapered portion 3b due to the fact that the expansion coefficient of quartz glass is much smaller than that of tungsten. It does not swell and its shape remains intact. Therefore, when the lamp is lit, the tapered portion 3b expands toward the light emitting portion, and the small diameter portion of the taper is located where the large diameter portion of the taper faces the inner surface of the side tube portion 2. . That is, a gap indicated by d ′ in the figure is newly formed between the electrode 3 and the inner surface of the side tube portion 2 in addition to the gap d formed in the manufacturing process. This gap corresponds to the difference between the radius of the large diameter portion and the radius of the small diameter portion.
Theoretically, it can also be considered that the gap expands in the radial direction and the gap is closed by the expansion. However, since the expansion in the radial direction is much smaller than the gap d ′ formed when the lamp is lit, the gap is not blocked.
[0019]
Here, numerical examples relating to the electrodes of the short arc type ultra-high pressure discharge lamp of the present invention will be introduced.
The straight portion 3a has a diameter in the range of 0.2 to 1.0 mm, for example, 0.4 mm, and a length in the range of 0.5 to 20.0 mm, for example, 2.5 mm. The tapered portion 3b has a diameter on the small diameter side in the range of 0.2 to 1.0 mm, for example, 0.4 mm, and a diameter on the large diameter side in the range of 0.21 to 4.0 mm, for example, 0.7 mm. Yes, the length is in the range of 0.5-20 mm, for example 2.5 mm. The discharge holding portion 3c has a diameter on the small diameter side in the range of 0.21 to 4.0 mm, for example, 0.7 mm, and a diameter on the large diameter side in the range of 0.21 to 4.0 mm, for example, 1.8 mm. The length is in the range of 1.0 to 30.0 mm, for example 5.0 mm.
[0020]
FIG. 4 shows another structure of the electrode. The shape of the taper portion of the electrode is not limited to the structure shown in FIG. 2, but a curve is drawn from the straight portion toward the discharge holding portion as shown in (a), and the discharge holding from the straight portion as shown in (b). It may have a stepped shape toward the part, or may have another shape. Furthermore, the shape of the tip of the discharge holding portion exposed in the arc tube may be a curved shape as shown in FIGS.
[0021]
Next, the manufacturing method of the short arc type ultra high pressure discharge lamp of the present invention will be described.
5A to 5D show a series of manufacturing steps, where FIG. 5B shows a sealing step, FIG. 5B shows a cooling step, FIG. 5C shows a heating step, and FIG. 5D shows a vibration step. In addition, although the electrode 3 has a taper part, it has abbreviate | omitted here for convenience of drawing description.
[0022]
First, the sealing process of FIG.
Of the side tube portions 2 extending on both sides of the light emitting portion 1, an electrode assembly in which the electrode 3, the metal foil 4, and the external lead bar 5 are integrally formed is inserted into one side tube portion 2a. And the front-end | tip of the electrode 3 is exposed to the light emission part 1, and it arrange | positions so that a part of electrode 3 and the metal foil 4 may face the inner surface of the side pipe part 2a. Thereafter, as shown by A in the figure, the side tube portion 2a surrounding the electrode 3 and the metal foil 4 is heated. The material constituting the side tube portion 2a is quartz glass, and the quartz glass has a softening point temperature of about 1680 ° C., and is thus heated by a gas burner at about 2000 ° C. above the softening point temperature.
[0023]
In this sealing step, since the end of the side tube portion 2a is already closed, the pressure inside the glass bulb is reduced to, for example, 100 Torr through the open end of the other side tube portion 2b. For this reason, when the side tube portion 2a is heated, the diameter of the side tube portion 2a is reduced and the electrode 3 and the metal foil 4 are sealed. In addition to this method, the side tube portion 2a can be sealed with a pincher after being heated.
[0024]
Next, the cooling process of FIG.
After the sealing step is completed, the side tube portion 2a is cooled by forced cooling or natural cooling. This cooling is performed, for example, until 1200 ° C., and the electrode 3 and the metal foil 4 are sealed and fixed to the side tube portion 2a.
[0025]
In this cooling step, a part of the electrode 3 is welded to the side tube portion 2a, but the entire surface of the electrode 3 is not welded to the side tube portion 2a. The reason is that, since the expansion coefficient differs between tungsten constituting the electrode and quartz glass constituting the side tube portion, the welded portion between the electrode 3 and the side tube portion 2a is partially peeled off. This peeling causes a crack on the inner surface of the side tube portion 2a.
[0026]
Next, the heating process in FIG.
After completion of the cooling step, as shown by B in the figure, the side tube portion where the electrode 3 is sealed is reheated. This heating is performed using, for example, a gas burner until the quartz glass constituting the side tube portion 2a is in a viscous flow state and comes into contact with the electrode 3 again so that the electrode 3 and the quartz glass can move relatively. .
In addition, since this heating process reheats only the part shown by B in a figure among the side pipe parts 2a, and does not heat even the part by which the metal foil 4 is already sealingly fixed, metal foil 4 This does not affect the airtightness of the side tube portion 2a.
By performing such reheating, the microcracks existing on the inner surface of the side tube portion 2a around the electrode 3 can be eliminated.
[0027]
Next, the vibration process in FIG.
After completion of the heating step, when the quartz glass constituting the side tube portion 2a is in a viscous flow state and the electrode 3 and the quartz glass can move relatively, the side tube portion 2a is Add vibration in the direction of the arrow. Specifically, the temperature of the portion B in the drawing of the side tube portion 2a is below the softening point (about 1680 ° C.) of the quartz glass and above the decooling point (about 1280 ° C.) in the direction of the arrow in the drawing. Add vibration.
The vibration is performed, for example, 1 to 10 times, whereby the electrode 3 moves 0.1 to 1.0 mm toward the light emitting unit.
[0028]
As a method of applying the vibration, as shown in FIG. 5 (d), the holding member 6 holding the side tube portion 2 is connected to a motor or the like, and the vibration in the direction of the arrow is generated by driving the motor. Can be mentioned. Due to this vibration, the electrode 3 and the side tube portion 2a are forcibly and relatively displaced, and a gap should be generated between the electrode 3 and the side tube portion 2a. However, a certain amount of voids may be formed on the end face of the electrode 3, but not sufficiently on the side face of the electrode.
[0029]
As for the sealing of the electrode in the side tube portion 2b, the same sealing, cooling, heating and vibration are carried out after sealing the mercury, rare gas and halogen gas necessary for the light emitting portion 1 after the end of the vibration step. The process will be performed.
[0030]
Next, numerical examples of the short arc type high pressure discharge lamp of the present invention will be introduced.
Cathode outer diameter: 1 mm
Cathode length: 10 mm
Anode outer diameter: 2 mm
Anode length: 10 mm
Side pipe outer diameter: 6 mm
Side tube length: 20mm
Lamp total length: 50mm
The inner volume of the arc tube: 0.1cc
Distance between electrodes: 1mm
Rated lighting voltage: 100V
Rated lighting current: 2A
Encapsulated mercury content: 30 mg
Noble gas: Argon at 100 Torr
[0031]
Next, an experiment showing the effect of the present invention will be described. In conducting the experiment, the inventors conducted a manufacturing process as described above, and a lamp manufactured using the electrode having the tapered portion of the present invention (the lamp shown in FIG. 2) and an electrode having no tapered portion. 100 lamps (lamps shown in FIG. 7) prepared using these were prepared. Specifically, as shown in Table 1, for a total of 200 lamps, first, the trial of turning on the lamp for 2 minutes and then turning it off for 1 minute was repeated seven times. Next, a trial of turning on the light for 5 minutes and then turning it off for 5 minutes was repeated 5 times. Finally, after turning on for 30 minutes, the lamp is turned off, waits until the lamp reaches room temperature, and the lamp is visually observed to check for cracks in the side tube.
[0032]
[Table 1]

[0033]
As a result of this experiment, in the conventional electrode structure lamp, 70 out of 100 lamps were cracked, whereas in the electrode structure lamp of the present invention, 1 out of 100 lamps were cracked. It was confirmed that there was no book.
[0034]
As described above, the short arc type ultra-high pressure discharge lamp of the present invention provides a gap between the side surface of the electrode and the inner surface of the side tube portion in the manufacturing process by providing the electrode with a tapered portion. Even if this is not possible, such a gap can be newly formed when the lamp is lit. Since the electrode and the side tube portion do not contact with each other due to the newly formed gap, it is possible to reliably prevent cracks from occurring in the contact portion between the two.
[0035]
【The invention's effect】
When the electrode structure of the present invention is used, a minute gap is surely present between the end face and side face of the electrode and the side tube portion when the lamp is turned on, and the electrode and the side tube portion do not contact with each other. Does not occur. Thereby, even if the arc tube portion has a high mercury vapor pressure exceeding 150 atm, the side tube portion can be prevented from being damaged.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of a short arc type ultra-high pressure discharge lamp.
FIG. 2 is a partial view of a short arc type ultra high pressure discharge lamp of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a view showing a structure of an electrode according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a manufacturing method of a short arc type ultra-high pressure discharge lamp of the present invention.
FIG. 6 is a partial view of a short arc type ultra high pressure discharge lamp of the present invention.
FIG. 7 is a partial view of a short arc type ultra-high pressure mercury lamp for explaining the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emission part 2 Side pipe part 3 Electrode 4 Metal foil 5 External lead d Space | gap

Claims

In a short arc type ultra-high pressure discharge lamp in which a pair of electrodes are arranged opposite to each other in the light emitting part, and a metal foil connected to the electrodes is sealed with side tube parts extending on both sides of the light emitting part.
The electrode has a side surface and an end surface arranged in the side tube portion so as to form a minute gap with the material constituting the side tube portion, and the straight portion joined to the metal foil And the taper portion following the straight portion, and the diameter of the taper portion gradually decreases from the side holding the arc discharge toward the side connected to the metal foil, so that the side surface of the side tube is A short arc type ultra-high pressure discharge lamp characterized in that a minute gap is formed between the material constituting the side tube part in the part .