TWI412058B - Ultrahigh pressure discharge lamp electrode, and ultrahigh pressure discharge lamp - Google Patents

Description

超高壓放電燈用電極、及超高壓放電燈

本發明是有關一種超高壓放電燈用的電極、及使用該電極的超高壓放電燈。特別是有關一種廣泛作為投影機等之光源使用，在放電空間內部封入水銀，亮燈時壓力非常高的超高壓放電燈，該電極構造具有特徵的超高壓放電燈用電極、及使用該電極的超高壓放電燈。

近年液晶投影機等之投射型顯示裝置被廣泛應用。特別希望該投射型顯示裝置在白天也可應用，或不關室內照明就能應用，且希望配置在該投射型顯示裝置內的光源本身也會更亮、效率良好。作為此種光源是廣泛應用在放電空間內封入水銀，亮燈時壓力非常高，在可視光區具有連續強烈發光的短弧型的超高壓放電燈。

在此種超高壓放電燈，具有直流亮燈型與交流亮燈型，作為直流亮燈型的陰極或交流亮燈型的電極，是廣泛應用在由鎢材料製成之棒狀體的前端，插入線圈狀構件，利用放電等熔解該前端的熔解電極。可是提案一種在該熔解電極中，在製造時熔解該前端部分的情形下，難以製作穩定的形狀，提供藉由切削加工來切削該電極，有一些己具以實施。作為此種超高壓放電燈與該超高壓放電燈用電極，係例如日本專利3623137號公報所記載。

本說明書中，第7圖是表示有關以往之超高壓放電燈 、和配置在該超高壓放電燈的電極。第7圖是表示以往超高壓放電燈51之構成的概略剖面圖。該超高壓放電燈51具備：以石英玻璃製成的放電容器52、和以前端相向配置在該放電容器52內的一對電極53、和熔接在該電極53的金屬箔54、和熔接在該金屬箔54之他端的外部引線棒55。又設有使該電極53的一部分、該金屬箔54、該外部引線棒55的一部分，密著於玻璃所形成的封固部56。該電極53是以鎢材料所形成，藉由切削加工形成有外徑較大的該電極53的前端部53a、和連接在該前端部53a，外徑較細的軸部53b。又，該軸部53b分為突出於該放電容器52內的突出部53b與埋設成圈繞在該封固部56之玻璃材的埋入部53c。

切削加工該電極53的情形下，在以往之加工方法中，是使用NC車床等，來保持以棒狀鎢材製成的電極材料之一端，邊旋轉邊將切削用切片按壓在該電極材料的外周表面，使該切削用切片朝軸向移動切削。在如此加工的該電極，是橫跨該電極表面整體而形成有略正交於電極軸向的微小凹凸(切削痕)。

可是，自以往該超高壓放電燈，會在該電極與玻璃密著形成的封固部產生裂痕，可能會導致該超高壓放電燈本身破損的問題。該現象係該電極與該玻璃之密著的面積愈大出現愈顯著。認為此乃起因於在該超高壓放電燈重複亮燈、關燈時，會在該電極的膨脹收縮與密著之玻璃的膨脹收縮之間產生熱膨脹係數之差，在該玻璃產生應力。作為 針對此種裂痕的對策，據知有例如日本特開平11－176385號公報等。根據該公報，記載著所謂在電極與玻璃密著形成的封固部介設線圈狀構件，縮小該電極與玻璃之密著的面積，以緩和發生在與玻璃之界面的應力，防止產生裂痕的技術。但是隨著最近之該超高壓放電燈本身的高輸出化，變成讓燈整體曝露在更高溫中，裂痕的問題只以習知技術是無法充分解決的，會發生該超高壓放電燈無法獲得可靠性的問題。又，隨著來自市場的要求，作為更高發光效率的燈，在燈的開發朝向更高壓力形式進行中，至目前為止未考慮到的微細裂痕，是形成引起破損的主要原因，而造成問題。又，由於對耐破損的可靠性不足，因此亦產生無法提供長壽命的超高壓放電燈的問題。

〔專利文獻1〕日本專利第3623137號 〔專利文獻2］日本特開平11－176385號

有鑑於此種事情，本發明欲解決的課題在於提供一種防止該超高壓放電燈因在該電極之封著(埋入)部分產生裂痕引起破損的該超高壓放電燈用電極。又，在於提供一種具備該電極，藉此對耐破損之可靠性高、長壽命的超高壓放電燈。

本發明之超高壓放電燈用電極，其特徵為：具有橫跨整周對燈軸略軸對稱的大徑部、和連接在該大徑部的縮徑部，且經由連接該大徑部與該縮徑部的外表面形成一體的電極，封著在該電極之玻璃的部分之表面，是沿著該電極之軸向的條紋部，並橫跨於正交在該軸向的斷面圓周整體形成凹凸。

進而，前述凹凸是對該電極的直徑D，以D/4為基準長度，當每個基準長度之圓周方向的粗度曲線之最低谷底至最大山頂的高度為Ry，由該粗度曲線的山部及谷部的平均高度求得的平均線與該粗度曲線交叉之交點間距離的山谷周期之平均值為Sm時，1.5μm≦Ry≦20.2μm、以及2.7μm≦Sm≦20.5μm。

又，本發明之超高壓放電燈，其特徵為：具備前述的超高壓放電燈用電極，且沿著該電極軸的條紋狀部的方向，形成大致與燈軸方向一致。

進而，一種超高壓放電燈，其特徵為：一對電極為面對面配置，在以透光性材料製成的放電容器內，封入0.15mg/mm³ 以上的水銀，該電極的端部被熔接於埋設在形成於該放電容器之兩端的封固部的金屬箔，該金屬箔與該電極的一部分被封著在玻璃。

因根據本發明申請專利範圍第1項所記載的超高壓放電燈用電極，為沿著該電極之軸向的條紋狀部，並橫跨於 正交在該軸向的斷面圓周整體形成凹凸部，所以能抑制使用該電極製成超高壓放電燈時，例如因利用密封加工時之熱度的膨脹收縮，在接觸於該電極的玻璃材產生微細的裂痕，就能防止起因於產生在利用玻璃材捲繞在封固部之方式埋設的該電極之埋入部的裂痕之燈的破損。

又，因為根據申請專利範圍第2項記載的發明，對該凹凸的圓周方向的大小是以1.5μm≦Ry≦20.2μm、以及2.7μm≦Sm≦20.5μm的範圍規定，所以能適當緩和該電極的表面與玻璃的密著程度，就能確實防止裂痕的產生。進而，因在組裝該電極的該超高壓放電燈中，在玻璃與該電極之間並未形成很大的間隙，所以能解決水銀進入該間隙，局部性引起亮燈之後的急遽壓力上昇，直至該超高壓放電燈破損的缺點。

進而，根據申請專利範圍第3項所記載的發明，因為沿著該電極軸的條紋狀部，並橫跨在正交於該軸向斷面圓周整體形成的凹凸部與該超高壓放電燈之燈軸方向形成大致一致，所以即使因重複亮燈、關燈產生熱度的膨脹收縮，都能防止該超高壓放電燈因該電極的埋入部分產生的裂痕在短時間破損。結果，具有能提供對耐破損之可靠性高的超高壓放電燈之優點。

〔用以實施發明的最佳形態〕

因本發明的超高壓放電燈用電極，是在超高壓放電燈 的封固部，形成有至少該電極的一端被埋入玻璃，且在與該玻璃接觸的部分，沿著該電極之軸向的條紋狀部，並橫跨於正交在該軸向的斷面圓周整體的凹凸部，所以即使產生因製造時的密封過程，或亮燈、關燈之重複的熱膨脹或收縮，都能抑制該電極之埋入部分產生裂痕，且抑制該超高壓放電燈產生起因於該裂痕的破損。

〔實施例1〕

根據第1圖說明本發明的第1實施例。第1圖是表示本發明之超高壓放電燈之整體的概略剖面圖。該超高壓放電燈1，是在例如以石英玻璃製成的透光性之放電容器2內，具備面對面配置的一對電極3，在該電極3之一方的端部3a，熔接以Mo製成的金屬箔4，在該金屬箔4的他端，熔接外部引線棒5。在該放電容器2內封入水銀、惰性氣體和微量的鹵素。在本實施例中，係為該放電容器2之最大外徑為10mm、內容積為65mm³ 、電極間距離1.0mm、亮燈時的輸入230W的AC亮燈型的燈。又，已封入的水銀為0.15mg/mm³ ，惰性氣體是封入氬氣。該電極3係具有相當於對燈軸略軸對稱之大徑部的前端部3d、和連接在該前端部3d之縮徑部的軸部3b，且經由連接該前端部3d與該軸部3b的外表面3f形成一體。軸部3b的直徑為0.4mm，材料係使用高純度(5N品)的純鎢材料。在該電極3的軸部3b與該放電容器2之玻璃材料接觸的接觸部3c之表面，為沿著該電極3之軸向的條紋狀部，並在 正交於該軸向的斷面圓周，橫跨整周形成微細的凹凸。

該電極3是例如以NC車床等切削加工1.4mm的純鎢棒材之後，將整體利用化學藥品蝕刻，全長7mm，軸部3b之直徑0.4mm，前端部3d之直徑1.2mm，在前端部3d之端部設有突起部3e。該電極3是保持一般以棒狀的鎢材製成的電極材料之一端，以朝長邊方向延伸的電極軸為中心一面使其旋轉、一面將切削用切片按壓於該電極的外周面，使該切削用切片移動，藉此進行切削加工。在該切削加工後，橫跨於該電極表面整體形成有略正交於電極軸向的微小凹凸狀的切削痕。將該切削痕利用化學藥品充分的進行蝕刻處理，微小凹凹狀的切削痕會消失，出現以棒狀的鎢材製成的電極材料原本具有之朝著軸向延伸的一次再結晶粒的形狀。該一次再結晶粒的形狀是沿著該電極3之軸向的條紋狀部，並橫跨於正交在該軸向的斷面圓周整體，形成微細的凹凸。

於第2圖表示進行該電極之切削加工後的表面狀態與切削加工後進行蝕刻處理時的表面狀態之比較的SEM(掃瞄型電子顯微鏡)照片。該等的SEM照片，是以該照片的橫向為電極軸向，放大該電極的表面部分。第2圖a)中，在正交於該電極軸向的方向，形成以車床進行切削加工的切削痕，在沿著該電極之軸向的表面形成微細的凹凸。第2圖b)是該電極之切削加工後，進行蝕刻處理時的SEM照片，與第2圖a)同樣的，以該照片的橫向為電極軸向，放大該電極的表面部分。在蝕刻處理後的該電極，形成在正 交於該電極軸向之方向的切削痕會消失，且橫跨於整體看見沿著該電極軸向之微細條紋狀的圖案。該微細條紋狀的圖案，係出現以棒狀鎢材製成的電極材料原本具有之朝著軸向延伸的一次再結晶粒的形狀。該一次再結晶粒的形狀是沿著該電極之軸向的條紋狀的形狀，並橫跨於正交在該電極軸向的斷面圓周整體，形成微細的凹凸。

藉由本實施例，因在該電極3之軸部3b與該放電容器2之玻璃材接觸的接觸部3c的表面，橫跨於斷面圓周整體形成沿著該電極3之軸向的微細凹凸，所以在製造燈時，可抑制在構成該放電容器2的玻璃材側產生裂痕。控制該裂痕的機構，參照如下。在該超高壓放電燈的密封過程中，己軟化的玻璃會接觸到該電極3的表面。此時，如果在該電極3的表面存在著正交於該電極軸向之方向的切削痕，該電極與玻璃就會在玻璃側形成對應該切削痕之複製品的狀態下被接著。然後，密封完之後，在冷卻時，因玻璃與鎢的熱膨脹差，一次被接著的玻璃會自該表面剝落。此時，形成在因熱收縮之移動量較多的電極側之切削痕的微細凹凸，會牽連形成在玻璃側之複製品的微細凹凸，產生裂痕。但是在本發明中，因沿著該電極3之軸向的微小凹凸是橫跨於斷面圓周整體而形成，所以在密封時，能藉由密著玻璃與該電極3之玻璃側的複製品之形狀，成為沿著該電極之熱膨脹較大的該電極軸之條紋狀的形狀。又，因即使密封完之後，該電極3也會因熱膨脹差比玻璃大幅的朝軸向移動，橫跨整周而形成沿著該電極3之軸向的 微細凹凸，所以該電極3會按壓在成為複製品而形成在玻璃側的凹凸，就不會因此而產生裂痕。

其次，第3圖表示針對有關沿著形成在該電極的該電極之軸向的條紋狀之形狀，並橫跨於正交在該電極軸向的斷面圓周整體的微細凹凸加以評估的指標。該指標援用日本工業規格(JIS B 0601－1994)的規定。於第3圖a)表示在對電極軸向正交的方向切斷該電極的剖面。又，第3圖b)是表示放大該斷面之一部分的模式圖，表示微細凹凸之粗度曲線。於第3圖a)中，該電極之直徑為D，以相當於該直徑D的1/4長度的圓周方向之長度作為基準長度L來規定。雖只切出該基準長度L並放大該電極之圓周部分，但為第3圖b)所示的粗度曲線。該粗度曲線係在該基準長度L的範圍表示該微線凹凸之形狀之曲線，在該柤度曲線之中最突出的山部至最凹陷的谷部之高度方向的距離(該電極斷面之徑向的距離)定為最大高度Ry。

其次，若由基準長度L之範圍的該粗度曲線的山部與谷部之平均高度求得的平均線，該平均線與該粗度曲線之交叉的交點所規定的山谷之周期間隔的平均值即為Sm。有關沿著該電極之軸向的條紋狀的形狀，並橫跨於正交在該電極軸向的斷面圓周整體的微細凹凸，利用基準長度L、山谷的最大高度Ry、山谷的周期間隔的平均值Sm進行評估。

於第4圖表示將上述之山谷的最大最度Ry(μm)、山谷之周期間隔的平均值Sm(μm)改變各種值的該超高 壓放電燈用電極組裝在該超高壓放電燈，進行亮燈試驗的結果。在此所用的該超高壓放電燈的形式，是AC亮燈型的燈，亮燈電壓350W，在放電容器內封入350mg/cc的水銀。又，使用該超高壓放電燈用電極之軸部的直徑為0.6mm，電極軸斷面圓周距離比較長，該電極與玻璃接觸之埋入部較大的樣品。於第4圖a)表示該Ry與Sm之值和放電燈之破損發生率的關係。

在第4圖a)中，是由樣品1至樣品21製作出21種，Ry之值由0.3至50.2緩緩增加的樣品。也測定各樣品的Sm之值。在此，有關樣品3、4、6、13~17，即使亮燈後，破損發生率亦為0%，判定為OK品(圖中的○印記)。其他樣品中，有燈破損的情形，判定為NG品(圖中的×印記)。再者，破損發生率(%)，係製作50盞~60盞同一條件的燈，藉由亮燈試驗來確認有無破損。

將該第4圖a)所示的資料座標化的是第4圖c)。第4圖c)係於縱軸取得Sm(μm)、於橫軸取得Ry(μm)，繪出各樣品的Ry、Sm之值。在該第4圖c)中，第4圖a)的各樣品內，破損發生率為0%的樣品(樣品3、4、6、13~17)為OK品以○印記繪出。進而，後述之第4圖b)所示的該超高壓放電燈，是破損發生率0%的樣品，在第4圖c)中為OK品以▲印記繪出。又，第4圖a)所示的其他樣品，為有破損情形的樣品，在第4圖c)中為NG品以×印記繪出。如同圖內以虛線圍住所示，若為1.5μm≦Ry≦20.2μm、以及2.7μm≦Sm≦20.5μm的範圍， 破損發生率即為0%。

其次，第4圖b)表示有關改變該高壓放電燈之形式時的亮燈試驗之結果。由樣品a至樣品d，是輸入電力100W、該電極的芯線徑0.3mm、封入放電容器的水銀量250mg/cc的燈。同樣的，樣品e、樣品f，是輸入電力230W、該電極的芯線徑0.4mm(樣品e)及0.5mm(樣品f)、封入放電容器的水銀量300mg/cc。樣品g，是輸入電力300W、該電極的芯線徑0.5mm、封入放電容器的水銀量320mg/cc。又，樣品h，是輸入電力400W、該電極的芯線徑0.6mm、封入放電容器的水銀量280mg/cc。又，樣品i、樣品j，是輸入電力500W、該電極的芯線徑0.7mm、封入放電容器的水銀量250mg/cc(樣品i)及300mg/cc(樣品j)。在改變該些形式的超高壓放電燈中，如果該電極芯線的Ry、Sm之值亦為一定之範圍內的話，在亮燈試驗中，並未到破損。該資料是以塗潶的三角印記記載在第4圖c)的座標中(OK品)。像這樣，即使改變形式的該超高壓放電燈，亦如第4圖c)內以虛線圍住所示，若為1.5μm≦Ry≦20.2μm、及2.7μm≦Sm≦20.5μm的範圍，破損發生率即為0%。

再者，第4圖所示的Sm、Ry的測定，具體上是測定記載於第5圖所示之說明圖的等份線的部分來進行。有關該超高壓放電燈1的玻璃埋入部10，將放電空間側的箔部端部11與該玻璃埋入部10的放電空間側端部12之間，以軸向之距離形成四等份的假想線的等份線A、B、C，橫 跨於該電極13的整周，以分解能0.01μm的雷射變位計來測定。

於第6圖表示該電極的其他實施例。在實施例1中，雖是表示有關AC亮燈型燈之電極的一例，但在本實施例中，是表示有關DC亮燈型燈的陰極和陽極。連在DC燈中，亦與AC燈之情形同樣的，在利用該陰極、該陽極之引線部與玻璃接觸的部分，設有沿著電極軸向之條紋狀的微細凹凸，藉此對破損具有同樣的效果。

第6圖a)所示的是表示DC亮燈型燈的陰極形狀的概略圖。在該陰極前端設有直徑粗大的大徑部21，且設有連接在該大徑部21的引線棒部22，該大徑部21與該引線棒部22是以一根棒狀構件利用切削加工製成的。又，在該大徑部21捲繞著線圈23。蝕刻處理該陰極20的整體，藉此在該陰極20整體，於該陰極20的軸向形成條紋狀的微細凹凸24。

於第6圖b)表示DC亮燈型燈之陽極25的形狀。該陽極25也是以一根棒狀構件利用切削加工被切削而成的，由前端側的大徑部26、和連接在該大徑部26的引線棒部27所形成。在該陽極25中，該大徑部26必須具有足夠的熱容量，比DC亮燈用陰極更大。該陽極25與該陰極的情形相同，將整件進行蝕刻處理，藉此在該陽極25整體形成沿著該陽極25之軸向的條紋狀的微細凹凸28。

第6圖c)是DC亮燈用的陽極29。與第6圖b)的情形相同，以一根棒狀構件利用切削加工被切削而成的。可是 蝕刻的範圍只在密封加工後與玻璃30接觸的引線棒部31之端部32附近。在該端部32，藉由蝕刻處理，形成沿著該陽極29之軸向的條紋狀的微細凹凸33。

再者，雖然在本實施例中，製作沿著該電極之軸向的條紋狀的微細凹凸的手段，是表示使用蝕刻，但也可為其他的方法。例如可藉由電解研磨或雷射加工，甚至利用高精度銑刀的銑刀加工等進行加工。

1‧‧‧超高壓放電燈

2‧‧‧放電容器

3‧‧‧電極

3a‧‧‧端部

3b‧‧‧軸部

3c‧‧‧接觸部

3d‧‧‧前端部

3e‧‧‧突起部

3f‧‧‧外表面

4‧‧‧金屬箔

5‧‧‧外部引線棒

10‧‧‧玻璃埋入部

11‧‧‧箔部端部

12‧‧‧放電空間側端部

13‧‧‧電極

20‧‧‧陰極

21‧‧‧大徑部

22‧‧‧引線棒部

23‧‧‧線圈

24‧‧‧凹凸

25‧‧‧陽極

26‧‧‧大徑部

27‧‧‧引線棒部

28‧‧‧凹凸

29‧‧‧陽極

30‧‧‧玻璃

31‧‧‧引線棒部

32‧‧‧端部

33‧‧‧凹凸

51‧‧‧超高壓放電燈

52‧‧‧放電容器

53‧‧‧電極

53a‧‧‧前端部

53b‧‧‧軸部

53c‧‧‧埋入部

53d‧‧‧突出部

第1圖是表示本發明之超高壓放電燈之構成的概略圖。

第2圖是表示本發明之超高壓放電燈用電極之表面狀態的SEM照片。

第3圖是評估本發明之超高壓放電燈用電極之表面狀態的模式圖。

第4圖是表示具備本發明之超高壓放電燈用電極之燈的破壞發生率之表。

第5圖是表示本發明之超高壓放電燈用電極之表面狀態的測定位置之說明圖。

第6圖是表示本發明之超高壓放電燈用電極之其他形態的概略圖。

第7圖是表示習知之超高壓放電燈之構成的概略圖。

1‧‧‧超高壓放電燈

2‧‧‧放電容器

3‧‧‧電極

3a‧‧‧端部

3b‧‧‧軸部

3c‧‧‧接觸部

3d‧‧‧前端部

3e‧‧‧突起部

3f‧‧‧外表面

4‧‧‧金屬箔

5‧‧‧外部引線棒

Claims (4)

1. 一種超高壓放電燈用電極，係針對超高壓放電燈用電極，其特徵為：電極是具有橫跨整周對燈軸略軸對稱的大徑部、和連接在該大徑部的縮徑部，且經由連接該大徑部與該縮徑部的外表面形成一體的電極，封著在該電極之玻璃的部分之表面，是沿著該電極之軸向的條紋狀部，並橫跨於正交在該軸向的斷面圓周整體形成凹凸。
2. 如申請專利範圍第1項所記載的超高壓放電燈用電極，其中，前述凹凸是對該電極的直徑D，以D/4為基準長度，當每個基準長度之圓周方向的粗度曲線之最低谷底至最大山頂的高度為Ry，由該粗度曲線的山部及谷部的平均高度求得的平均線與該粗度曲線交叉之交點間距離的山谷周期之平均值為Sm時，1.5μm≦Ry≦20.2μm、以及2.7μm≦Sm≦20.5μm。
3. 一種超高壓放電燈，針對申請專利範圍第1項所記載的電極的超高壓放電燈，其特徵為：沿著該電極軸的條紋狀部的方向，形成大致與燈軸方向一致。
4. 一種超高壓放電燈，具備申請專利範圍第1項所記載的電極的超高壓放電燈，其特徵為： 一對電極為面對面配置，在以透光性材料製成的放電容器內，封入0.15mg/mm³ 以上的水銀，該電極的端部被熔接於埋設在形成於該放電容器之兩端的封固部的金屬箔，該金屬箔與該電極的一部分被封著在玻璃。