WO2009133773A1 - 超高圧水銀ランプ用電極及び超高圧水銀ランプ - Google Patents

超高圧水銀ランプ用電極及び超高圧水銀ランプ Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an electrode for an ultrahigh pressure mercury lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp using the same, and a method for producing an electrode for an ultrahigh pressure mercury lamp.
  • a light source device composed of an ultra-high pressure mercury lamp combined with a reflecting mirror, commonly called a short arc discharge lamp, has been widely used as a light source for a projector device or a projector.
  • a projector device is required to have sufficient brightness on a screen, and therefore a light source close to a point light source is necessary, and a short arc discharge lamp is mainly used as a lamp.
  • the lamp has a short arc, the consumption of the electrode becomes significant due to a decrease in lamp voltage and an increase in lamp current.
  • FIG. 1 An example of a conventional electrode is shown in FIG.
  • the electrode shown in the figure is usually composed of an electrode mandrel 4 made of tungsten and a coil 5 made of tungsten, and the relationship between the electrode mandrel and the thickness of the coil is limited within a certain range because the coil is wound around the electrode mandrel. Therefore, an extremely thick coil cannot be wound around the electrode mandrel. Therefore, the coil 5a is wound once on the tip end side of the electrode mandrel 4, and the double wound from the coil 5b portion is used as an elementary electrode, and the tip of the electrode is generally heated and melted and used as an electrode. In that case, there is an example in which the shape of the melted portion at the tip of the electrode is controlled by changing the wire diameter of the coil wound around the electrode mandrel, so-called thickness (for example, Patent Document 1).
  • the electrode since there is an electrode coil portion that is not sufficiently melted in the molten dome at the tip of the electrode, the electrode temperature distribution in the molten dome becomes non-uniform, and the discharge becomes unstable. Therefore, it is desirable for the electrode to have a state in which the electrode coil portion included in the melting dome at the tip of the electrode is sufficiently melted as shown in FIG.
  • An object of the present invention is to maintain a stable arc discharge when the lamp is lit and to provide uniform brightness without flickering of the lamp.
  • the first aspect of the present invention is a tungsten electrode for an ultrahigh pressure mercury lamp.
  • the tungsten electrode includes an electrode mandrel, a first coil wound around the tip end of the electrode mandrel, and a second coil wound from the end of winding of the first coil, and constitutes the first coil.
  • the wire diameter of the tungsten wire is smaller than the wire diameter of the tungsten wire constituting the second coil.
  • the tip end side of the electrode mandrel and the first coil are melt processed to form the electrode tip.
  • the first coil is wound around a plurality of layers.
  • the second aspect of the present invention is an ultra-high pressure mercury lamp in which the tungsten electrode of the first aspect is disposed oppositely in the arc tube.
  • the third aspect of the present invention is a method for producing a tungsten electrode for an ultrahigh pressure mercury lamp.
  • This manufacturing method includes a step of winding a first coil around an electrode mandrel, a step of winding a second coil from the end of winding of the first coil, and melting the tip side of the electrode mandrel and the first coil. It consists of a step of forming an electrode tip, and the wire diameter of the tungsten wire constituting the first coil is smaller than the wire diameter of the tungsten wire constituting the second coil.
  • the first coil is wound in a plurality of layers.
  • the wire diameter of the tungsten wire wound around the electrode mandrel on the melt processing side of the electrode tip is reduced, and after the end of winding of the coil, a tungsten wire having a thicker wire diameter than that of the tungsten wire wound around the tip end is
  • An electrode for an ultrahigh pressure mercury lamp in which a coil portion having a thin wire diameter of a tungsten wire is mainly melt-processed and a lamp using the same are wound around as a coil.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a so-called elementary electrode before melting the tip of an electrode used in an ultrahigh pressure mercury lamp according to the present invention
  • FIG. 2 is an example of a state in which the electrode of FIG. 1 is melt processed.
  • a thin coil 2 made of tungsten wire is wound on the electrode mandrel 1 as a coil layer on the tip side of the electrode, and is wound in a single layer, double layer or triple layer.
  • a coil 3 made of tungsten wire is wound twice.
  • the coils are wound from one to three in each wire diameter.
  • the number of coil turns and the number of coil stacks can be appropriately designed according to lamp power and the like. .
  • the number of coil turns indicates the number of turns of a tungsten wire wound around the electrode mandrel, and a so-called wound coil layer in which the coils are overlapped is called single or double.
  • FIG. 6 shows an example in which a thin coil is wound on the electrode tip side, and then a thick coil is wound twice.
  • FIG. 7 shows a view in which a thin coil and a thick coil are respectively wound twice. The size of the melted part when the electrode tip is melted by changing the coil layer of the thin coil wound around the electrode tip as shown in FIGS. 6 and 7, or by changing the number of turns (not shown). Can be adjusted.
  • FIG. 1 is melted by arc discharge or laser irradiation to form a melting dome at the tip of the electrode.
  • FIG. 2 shows the appearance in this state. At this time, it is desirable that a part of the tip side of the coil 3 is melted.
  • the ultrahigh pressure mercury lamp of the present invention includes a pair of electrodes having the shape shown in FIG. 2 in a discharge vessel, and, for example, 0.1 to 0.3 mg / mm 3 of mercury and halogen, and The experiment was conducted with a 150 W arc tube in which a rare gas was enclosed and the distance between the electrodes was selected to be 2.0 mm or less.
  • FIG. 8 shows the arc tube provided with the electrode of the present invention incorporated in a reflecting mirror and added with a starting external auxiliary conductor.
  • the gap between the coil wires is small by using a thin tungsten wire as the coil as in the lamp having the above configuration, when the tungsten wire coil portion having a thin wire diameter is melt-processed, the coil-to-coil The heat conduction of the dome is improved and there is no unmelted coil in the dome. Further, by using a thin tungsten wire as the coil, the volume of the molten dome can be finely adjusted by the number of coil turns. Further, by using a thin tungsten wire as the coil, energy adjustment in the melting process is facilitated, and unnecessary melting is eliminated as compared with a thick tungsten wire.
  • Electrode mandrel 1a Electrode mandrel tip 2 Thin wire diameter coil 3 Slightly thick wire diameter coil 4 Electrode mandrel 5 Coil 5a Single winding coil 5b Double winding coil

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Abstract

超高圧水銀ランプ用のタングステン電極において、電極心棒、該電極心棒の先端側に巻きまわされた第１のコイル、及び該第１のコイルの巻き終わりから巻きまわされた第２のコイルからなり、前記第１のコイルを構成するタングステン線の線径が前記第２のコイルを構成するタングステン線の線径よりも小さくなるようにした。

Description

超高圧水銀ランプ用電極及び超高圧水銀ランプ
　本発明は超高圧水銀ランプ用の電極、それを用いた超高圧水銀ランプ、及び超高圧水銀ランプ用電極の製造方法に関する。
　近年、反射鏡と組み合わされる超高圧水銀ランプ、通称ショートアーク放電ランプからなる光源装置は、プロジェクタ装置や映写機等の光源として多く用いられている。
　一般にプロジェクタ装置は、スクリーン上で十分な明るさを要求され、そのため点光源に近い光源が必要であり、ランプはショートアーク放電ランプが主に用いられる。しかしながら、ランプは短アークにすることにより、ランプ電圧の低下、ランプ電流の増大を招く事等により電極の消耗が著しくなる。
　従来の電極例を図３に示す。同図に示す電極は通常、タングステンからなる電極心棒４とタングステンからなるコイル５で構成されており、コイルを電極心棒に巻きつける関係上、電極心棒とコイルの太さの関係はある範囲で制限されてしまい、電極心棒に対して極端に太いコイルは巻けない。従って、電極心棒４の先端側にコイル５ａを一重巻きし、コイル５ｂ部分から二重巻きしたものを素電極とし、その電極先端を加熱溶融して電極として用いることが一般的である。その場合、電極心棒に巻きつけるコイルの線径、いわゆる太さを変えて電極先端の溶融部の形状を制御する例がある（例えば、特許文献１）。
特開２００７－２７３１７４号公報
　図３のごとく、同じ線径のコイルを電極心棒に巻きつけ、電極先端部を加熱溶融し電極とする場合、その電極の断面を観察すると図４のごとく、電極先端の溶融ドーム内に十分溶融していない電極コイル部が存在することがあり、ランプ点灯時間が経過するにつれ、電極先端の消耗が起きると、ドーム内の溶融していない電極コイル部が電極先端に露出することになり、ランプ点灯中の放電状態が不安定になる。
　さらに、電極先端の溶融ドーム内に十分溶融していない電極コイル部が存在することで、溶融ドーム内の電極温度分布が不均一となり、放電が安定しなくなる。
　したがって、電極としては、その断面が図５のように電極先端の溶融ドーム内に含まれる電極コイル部が十分溶融している状態が望ましい。
　本発明は、ランプ点灯時に安定したアーク放電を維持し、ランプのチラツキが無く、均一な明るさを提供することを目的とする。
　本発明の第１の側面は、超高圧水銀ランプ用のタングステン電極である。このタングステン電極は、電極心棒、電極心棒の先端側に巻きまわされた第１のコイル、及び第１のコイルの巻き終わりから巻きまわされた第２のコイルからなり、第１のコイルを構成するタングステン線の線径が第２のコイルを構成するタングステン線の線径よりも小さい。
　ここで、電極心棒の先端側及び第１のコイルが溶融加工されて電極先端が形成されるようにした。
　また、第１のコイルが複数層巻きまわされることが好ましい。
　本発明の第２の側面は、上記第１の側面のタングステン電極が発光管内で対向配置された超高圧水銀ランプである。
　本発明の第３の側面は、超高圧水銀ランプ用のタングステン電極の製造方法である。この製造方法は、電極心棒に第１のコイルを巻きまわす工程、第１のコイルの巻き終わりから第２のコイルを巻きまわす工程、及び電極心棒の先端側及び第１のコイルを溶融加工して電極先端を形成する工程からなり、第１のコイルを構成するタングステン線の線径が第２のコイルを構成するタングステン線の線径よりも小さい。
　ここで、電極心棒に第１のコイルを巻きまわす工程において、第１のコイルが複数層巻きまわされることが好ましい。
本発明の一実施例に用いた電極の例を示した平面図である。 本発明の一実施例に用いた電極先端を溶融加工した例を示した平面図である。 従来の電極の例を示した平面図である。 従来の電極の電極先端を溶融加工した例を示した断面図である。 本発明の一実施例に用いた電極先端を溶融加工した例を示した断面図である。 本発明の別の実施例に用いた電極の例を示した平面図である。 本発明のさらに別の実施例に用いた電極の例を示した平面図である。 本発明の電極を備えた発光管を反射鏡に組み込んだ超高圧水銀ランプの断面図である。
　電極先端の溶融加工側の電極心棒に巻きつけるタングステン線の線径を細くし、前記コイルの巻き終わりに引続き、前記先端側に巻きまわされたタングステン線の径のより太い線径のタングステン線がコイルとして巻きまわされていることを特徴とし、タングステン線の線径の細いコイル部が主に溶融加工されている超高圧水銀ランプ用電極及びそれを用いたランプとする。
　以下に、本発明の形態を実施例に基づき図面を用いて説明する。
　図１は本発明に係る超高圧水銀ランプに用いる電極の先端を溶融する前の状態、いわゆる素電極の一例を示す図であり、図２は図１の電極を溶融加工した状態の一例を示す図である。
　図１の電極は、電極心棒１にタングステン線で成る細いコイル２が電極先端側にコイル層として一重ないし、二重、三重に巻きまわされ、その細いコイルに引続きコイル２よりやや太い線径のタングステン線で成るコイル３が二重に巻きまわされている。なお、図１にて、それぞれの線径においてコイルが一重から三重に巻きまわされているが、巻きまわしのコイルターン数、コイルの重ね数はランプ電力等に応じ、適宜電極設計が可能である。ここで、コイルターン数とは電極心棒に対して巻きまわされているタングステン線の巻き数を示し、そのコイルが重なっている、いわゆる巻きまわされたコイル層を一重、二重と呼んでいる。
　図６に電極先端側に細いコイルが一重、それに続いて太いコイルが二重に巻きまわされている例を示す。また、図７に細いコイルおよび太いコイルがそれぞれ二重に巻きまわされている図を示す。図６、図７のごとく電極先端側に巻きつける細いコイルのコイル層を変更したり、ターン数を変更（図示せず）したりすることにより、電極先端を溶融したときの溶融部の大きさを調節することが可能となる。
　図１に示す電極の電極心棒１の先端部１ａとコイル２とをアーク放電やレーザー照射にて溶融させて電極先端部に溶融ドームが形成される。その状態の外観を示したものが図２である。このとき、コイル３の先端側の一部が溶融されていることが望ましい。
　そして、本発明の超高圧水銀ランプは、放電容器内に、図２に示す形状の電極を一対備えると共に、その放電容器内に、例えば、０．１～０．３ｍｇ／ｍｍ３の水銀とハロゲン及び希ガスが封入され、一対の電極は、その電極間距離が２．０ｍｍ以下に選択された１５０Ｗ発光管とし、実験を行なった。
　本発明の電極を備えた前記発光管を反射鏡に組み込んだものと、従来の電極、つまり図３の電極先端を溶融加工したものを備えた発光管を反射鏡に組み込んだもの、の各６セット光源装置の寿命試験を行ったところ、本発明の電極を用いた光源装置のちらつき、明るさの変化、そしてランプ寿命は、従来電極のものより優れた結果であった。
　なお、本発明の電極を備えた前記発光管を反射鏡に組み込み、始動用の外部補助導体を付加したものを図８に示す。
　以上の構成としたランプのように、コイルとして細いタングステン線を用いることにより、コイルの線間における隙間が小さいゆえ、この線径が細いタングステン線コイル部を溶融加工する際、溶融加工時にコイル間の熱伝導が良くなり、ドーム内のコイル溶け残りが無くなる。
　また、コイルとして細いタングステン線を用いることにより、コイル巻き数により溶融ドームの容積の微妙な調節が可能となる。
　さらに、コイルとして細いタングステン線を用いることにより、溶融加工におけるエネルギー調節が容易になり、太いタングステン線に比べて不要な溶融が無くなる。
　なお、先端側の細いタングステン線を溶融加工する際、前記細いタングステン線に引続き巻きまわされる太いタングステン線との境界となる前記太いタングステン線の先端側のごく一部が溶融されていることが望ましい。そうすることにより、電極溶融部とコイル部がしっかりと密着することになり、強固な電極部となる。
　以上のごとく、本発明の電極を用いることにより、電極状態が均一となり、明るさが一定で、チラツキの少ない放電灯を供給することができる。
１　　電極心棒
１ａ　電極心棒先端
２　　細い線径のコイル
３　　やや太い線径のコイル
４　　電極心棒
５　　コイル
５ａ　一重巻きコイル
５ｂ　二重巻きコイル

Claims (6)

  1. 　超高圧水銀ランプ用のタングステン電極であって、
    　電極心棒、該電極心棒の先端側に巻きまわされた第１のコイル、及び該第１のコイルの巻き終わりから巻きまわされた第２のコイルからなり、
    　前記第１のコイルを構成するタングステン線の線径が前記第２のコイルを構成するタングステン線の線径よりも小さいタングステン電極。
  2. 　請求項１のタングステン電極において、前記電極心棒の先端側及び前記第１のコイルが溶融加工されて電極先端が形成されたタングステン電極。
  3. 　請求項１のタングステン電極において、前記第１のコイルが複数層巻きまわされたタングステン電極。
  4. 　一対の請求項１記載のタングステン電極が発光管内で対向配置された超高圧水銀ランプ。
  5. 　超高圧水銀ランプ用のタングステン電極の製造方法であって、
    　電極心棒の先端側に第１のコイルを巻きまわす工程、
    　前記第１のコイルの巻き終わりから第２のコイルを巻きまわす工程、及び
    　前記電極心棒の先端側及び前記第１のコイルを溶融加工して電極先端を形成する工程
    からなり、
    前記第１のコイルを構成するタングステン線の線径が前記第２のコイルを構成するタングステン線の線径よりも小さい製造方法。
  6. 　請求項５の製造方法において、
    　前記電極心棒に第１のコイルを巻きまわす工程において、前記第１のコイルが複数層巻きまわされる製造方法。
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