專利名稱：短弧型超高壓放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及點(diǎn)亮?xí)r的水銀蒸氣壓力為150氣壓以上的短弧型超高壓放電燈，特別涉及作為使用了液晶顯示裝置或DMD(數(shù)字反射鏡器件)的DLP(數(shù)字光源處理器)等的投影儀裝置的背照光源來使用的短弧型超高壓放電燈。
背景技術(shù)：
要求投射型投影儀裝置對(duì)于矩形屏幕均勻地且具有充分的彩色顯現(xiàn)性地照明圖像，因此，作為光源使用了封入了水銀及金屬鹵素化物的金屬鹵化物燈。此外，這樣的金屬鹵化物燈最近也在開展進(jìn)一步小型化及點(diǎn)光源化，此外，電極間距離極小的燈已實(shí)用化了。
在這樣的背景下，最近提出了具有空前高的水銀蒸氣壓力、例如150氣壓的燈來代替金屬鹵化物燈。這種燈通過更加提高水銀蒸氣壓力來抑制弧的擴(kuò)展(擠入)，同時(shí)謀求更進(jìn)一步地提高光輸出。
例如，在特開平2-148561號(hào)、特開平6-52830號(hào)中公開了這樣的超高壓放電燈。
該超高壓放電燈具有內(nèi)裝了一對(duì)電極的發(fā)光部、及在其兩端上的側(cè)管部，電極的一端與金屬箔在側(cè)管部中焊接起來。而且，由于要求小型化、點(diǎn)光源化，故要求電極芯棒的外徑例如小到φ0.2～φ1.0mm左右，電極間距離、即弧的長(zhǎng)度例如極小到0.5～2.0mm左右。
圖6示出把電極的前端部分?jǐn)U大了的概略結(jié)構(gòu)。陰極11與陽極12具有短間隙而相對(duì)配置起來，在二者之間形成弧的亮點(diǎn)P。但是，如(b)所示那樣，有時(shí)陰極11’發(fā)生偏移(其位置從規(guī)定的位置錯(cuò)開)，此時(shí)不僅與陽極12的間隙、即電極間距離變長(zhǎng)，而且亮點(diǎn)P’的位置也改變了。由于投影儀裝置等中基于規(guī)定的設(shè)計(jì)值進(jìn)行了光學(xué)設(shè)計(jì)，故這樣的電極間距離及亮點(diǎn)位置的改變使光的利用效率顯著降低了。
圖7示出說明電極偏移用的概略圖。
圖7(a)中示出在陰極11與金屬箔13的電阻焊中，當(dāng)焊極與陰極或金屬箔接觸時(shí)陰極在金屬箔上偏移了的狀態(tài)。
特別是由于如上述那樣陰極的直徑極小到φ0.2～φ1.0mm，故伴隨著焊極的接觸它很容易移動(dòng)。
此外，圖7(b)示出由于金屬箔本身撓曲、其結(jié)果陰極前端也偏移了的狀態(tài)。這是在對(duì)于針對(duì)金屬箔與陰極進(jìn)行了電阻焊之后的電極裝配體與石英玻璃進(jìn)行密封的工序中發(fā)生的，其原因是由于熔融狀態(tài)的石英玻璃的流動(dòng)性使金屬箔撓曲了。
再有，這些說明是對(duì)陰極進(jìn)行的，但對(duì)陽極也是相同的。
在此，由于電極前端偏移所產(chǎn)生的上述問題，因?yàn)槭请姌O間距離為0.5～2.0mm這樣極小的放電燈故成了問題，在電極間距離大、例如為5mm以上的放電燈中，即使電極前端多少有些偏移也不會(huì)發(fā)展成為亮點(diǎn)移動(dòng)等大問題。
而且，由于作為投射型投影儀裝置的光源的超高壓放電燈即使是少量的電極偏移、光量也顯著降低，故在這一點(diǎn)上成為現(xiàn)有的放電燈中不產(chǎn)生的、完全新的課題。
此外，在這樣的超高壓放電燈中，由于在點(diǎn)亮?xí)r發(fā)光管內(nèi)的壓力極高，故在發(fā)光管兩側(cè)上延伸的側(cè)管部中必須使構(gòu)成該側(cè)管部的石英玻璃與電極及金屬箔充分且強(qiáng)固地密接。因?yàn)楫?dāng)密接性低劣時(shí)，封入氣體將漏掉或者成為發(fā)生裂縫的原因。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明打算解決的課題是，提供在電極間距離為0.5～2mm這樣極小、且在點(diǎn)亮?xí)r發(fā)光管內(nèi)的壓力為150氣壓以上的短弧型超高壓水銀燈中，防止并減小電極的偏移、同時(shí)在側(cè)管部中密接性高的結(jié)構(gòu)。
為了解決上述課題，本發(fā)明的短弧型超高壓放電燈由在內(nèi)部相對(duì)配置了一對(duì)電極、且封入了0.15mg/mm3以上的水銀的發(fā)光部；以及在其兩側(cè)上延伸、對(duì)電極的一部分進(jìn)行密封，同時(shí)對(duì)電極與金屬箔進(jìn)行接合的側(cè)管部構(gòu)成，其特征在于，上述金屬箔的剖面為大致反W形，把上述電極配置在上述金屬箔的大致反W形的中心谷部分內(nèi)、對(duì)其進(jìn)行了焊接。
本發(fā)明短弧型超高壓放電燈的特征還在于，在上述電極棒的直徑為φ0.2～φ1.0mm，上述側(cè)管部的外徑為φ4.0～φ9.0mm的情況下，大致反W形的金屬箔中心谷部分的最大高度為0.2～1.0mm。
附圖的簡(jiǎn)單說明
圖1示出本發(fā)明短弧型超高壓放電燈的整體結(jié)構(gòu)。
圖2示出本發(fā)明短弧型超高壓放電燈的電極裝配體及金屬箔。
圖3示出使用了本發(fā)明金屬箔的焊接狀態(tài)。
圖4示出本發(fā)明金屬箔中的應(yīng)力分布。
圖5示出本發(fā)明金屬箔的另一實(shí)施形態(tài)。
圖6示出電極的偏移狀態(tài)。
圖7示出電極的偏移狀態(tài)。
圖8示出本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖9示出本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖10示出本發(fā)明短弧型超高壓放電燈的另一實(shí)施形態(tài)。
發(fā)明的實(shí)施形態(tài)圖1示出本發(fā)明短弧型高壓放電燈(以下，也只稱為「放電燈」)的整體結(jié)構(gòu)。
放電燈1具有由石英玻璃構(gòu)成的放電容器來形成的大致橄欖球形的發(fā)光部2，在該發(fā)光部2內(nèi)以互相對(duì)置的方式配置了陰極6及陽極7。此外，以從發(fā)光部2的兩端部伸展的方式形成各個(gè)側(cè)管部3，例如利用夾緊密封以氣密方式把通常由鉬構(gòu)成的導(dǎo)電用金屬箔8埋設(shè)到這些側(cè)管部3內(nèi)。在把在前端上具有的電極棒6a、7a的端部配置到金屬箔8的一端部上的狀態(tài)下，對(duì)陰極6及陽極7的每一個(gè)進(jìn)行焊接，形成電連接。此外，把向外部伸出的外部引線9焊接到金屬箔8的另一端上。
再有，陰極6、陽極7有時(shí)在前端上有粗徑部分、有時(shí)沒有粗徑部分，一直包含到電極棒6a、7a有時(shí)都稱為「電極」。
把水銀、稀有氣體、及根據(jù)需要把鹵素氣體封入了發(fā)光部2內(nèi)。
水銀用于得到所需要的可見光波長(zhǎng)、例如波長(zhǎng)為360～780mm這樣的輻射光，其封入量為0.15mg/mm3以上，例如為0.17mg/mm3或者0.20mg/mm3、0.25mg/mm3、0.30mg/mm3。該封入量也隨溫度條件而不同，但當(dāng)點(diǎn)亮?xí)r呈150氣壓以上極高的蒸氣壓力。此外，通過更多地封入水銀，能夠制作點(diǎn)亮?xí)r的水銀蒸氣壓力為200氣壓以上、300氣壓以上這樣高的水銀蒸氣壓力的放電燈，水銀蒸氣壓力越高就越能夠?qū)崿F(xiàn)適合于投影儀裝置的光源。
稀有氣體用于改善點(diǎn)亮起動(dòng)性，例如以約13kPa封入氬。
以碘、溴、氯等與水銀之外的金屬之化合物這樣的形態(tài)封入鹵素，鹵素的封入量例如可從10-6～10-2μmol/mm3的范圍內(nèi)選擇，其功能是利用了鹵素周期的長(zhǎng)壽命化，正如本發(fā)明放電燈那樣是極小型且具有高內(nèi)壓的裝置，通過封入這樣的鹵素能夠防止放電容器變暗、透明消失。
示出這樣的放電燈的數(shù)值例，例如，發(fā)光部2的最大外徑在φ6.0～15.0mm范圍內(nèi)，例如為9.5mm；電極間距離在0.5～2.0mm范圍內(nèi)，例如為1.5mm；發(fā)光管內(nèi)體積在40～200mm3范圍內(nèi)，例如為75mm3；以及點(diǎn)亮條件，例如額定電壓為80v、額定功率為150w。
此外，該短弧型超高壓放電燈內(nèi)裝于小型化的投影儀裝置內(nèi)，要求整體結(jié)構(gòu)極其小型化、另一方面要求高光量。因而，發(fā)光部?jī)?nèi)的熱條件極嚴(yán)，管壁負(fù)荷量在0.8～2.0w/mm2范圍內(nèi)、具體地說為1.5w/mm2。
而且，可以把該短弧型超高壓放電燈安裝在上述投影儀裝置或字幕投影儀這樣的顯示用設(shè)備上，來提供彩色顯現(xiàn)性良好的輻射光。
圖2示出金屬箔，(a)示出電極棒6a、金屬箔8、外部引線9的電極裝配體，(b)示出金屬箔8的剖面形狀。
金屬箔8為大致反W形(盡管是圓弧形的)，在其中心有谷部分81，在其兩側(cè)有峰部分82，把電極棒6a及外部引線9分別裝在中心谷部分81上并進(jìn)行焊接。
而且，只要是該剖面形狀，在焊接電極棒6a與金屬箔8時(shí)即使焊極對(duì)二者進(jìn)行按壓、電極棒6a也良好地裝入金屬箔8的中心谷部分81內(nèi)，不產(chǎn)生在現(xiàn)有例中說明了的那樣的非所望的偏移。
再有，如后述，中心谷部分81的寬度W為0.2～1.0mm，高度H為0.2～1.0mm。
圖3示出電極棒6a與金屬箔8的電阻焊接的狀態(tài)。
把電極棒6a及金屬箔8設(shè)置在以規(guī)定型式形成了的規(guī)30之中，通過以上方焊極31及下方焊極32對(duì)電極棒6a、金屬箔8進(jìn)行按壓來實(shí)施焊接。再有，下方焊極之所以細(xì)是為了減小焊接面積。因?yàn)楹附用娣e在0.3mm2以下是較為理想的。這是由于，在進(jìn)行金屬箔與電極棒的電阻焊接時(shí)，在焊接部分中形成了作為金屬箔的構(gòu)成材料的鉬與作為電極棒的構(gòu)成材料的鎢的合金狀態(tài)，產(chǎn)生了焊接區(qū)域附近的鉬部分不同的熱膨脹率，在該焊接區(qū)域中產(chǎn)生了所謂的箔浮動(dòng)現(xiàn)象。
而且，由于在以兩焊極31、32進(jìn)行按壓時(shí)電極棒6a良好地裝入反W形金屬箔8的中心谷部分81內(nèi)，故可防止電極棒6a的偏移。
再有，不只是電極棒，而且就外部引線而言，也能夠使之配置在金屬箔的谷部分內(nèi)，這與電極棒具有完全相同的效果。
此外，在上述實(shí)施例中，就陰極棒作了說明，但不是只限定于陰極棒，當(dāng)然對(duì)陽極棒也能夠采用。
其次，說明依據(jù)使用反W形金屬箔的與石英玻璃的密接性。
圖4表示把金屬箔密封到石英玻璃上時(shí)的應(yīng)力的發(fā)生，省略了石英玻璃，只表示了金屬箔及電極棒。(a)示出使用了本發(fā)明反W形金屬箔時(shí)的狀態(tài)圖，(b)示出使用了現(xiàn)有的平板形金屬箔時(shí)的狀態(tài)圖。
由于兩圖都利用石英玻璃對(duì)金屬箔進(jìn)行了氣密密封，故在與金屬箔垂直的方向上發(fā)生應(yīng)力(用箭頭示出)。該應(yīng)力是因石英玻璃與鉬的膨脹系數(shù)的差別在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上而引起的。
此時(shí)，(a)中，在鉬箔8a上發(fā)生以箭頭8a示出的應(yīng)力及以箭頭8b示出的應(yīng)力，但是由于這些應(yīng)力與來自其它部位的應(yīng)力作用在互相抵銷的方向上，故作為總體可保持金屬箔與其周圍的石英玻璃的密接性。但是，(b)中，在鉬箔上發(fā)生的以箭頭8c示出的應(yīng)力及以箭頭8d示出的應(yīng)力不與在其它部位上發(fā)生的應(yīng)力抵銷，金屬(鉬)箔在與石英玻璃之間的密接性變?nèi)?，其結(jié)果，當(dāng)在放電空間施加超高壓時(shí)引起裂縫的發(fā)生。
圖5表示反W形金屬箔的其它實(shí)施形態(tài)。
(a)中心谷部分81是梯形，兩側(cè)峰部分82也是梯形。
(b)中心谷部分81是矩形，兩側(cè)峰部分82也是矩形。
(c)中心谷部分81是銳角形，兩側(cè)峰部分82也是銳角形。
這樣，把本發(fā)明金屬箔的剖面形狀作成大致反W形即可，其形狀是圖2所示那樣波浪形、或上述梯形、或矩形、或其它形狀，都沒關(guān)系。
再有，本發(fā)明的金屬箔中，在配置電極棒這樣的意義上其中心谷部分81是必定需要的，在焊接時(shí)形成配重這樣的意義上兩側(cè)的峰部分是需要的。
再有，一部分具有這樣的反W形、而在峰部分82那一側(cè)上進(jìn)而設(shè)置其它形狀，也沒關(guān)系。
在此，在作為投影儀裝置的光源來使用的短弧形超高壓放電燈中，側(cè)管部的外徑、電極棒的外徑、發(fā)光管的內(nèi)容積限定于某一范圍內(nèi)，一般來說，側(cè)管部的外徑為4.0～9.0mm，電極棒的外徑為0.2～1.0mm。在這樣的形狀及大小下，本發(fā)明金屬箔的谷部分的高度H為0.2～1.0mm、寬度W為0.2～1.0mm是有效的。這是因?yàn)?，由于金屬箔的谷部分的高度H在電極棒的外徑值以下時(shí)不與電阻焊接的焊極接觸，故不對(duì)金屬箔帶來損傷。
其次，說明示出與現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)相比較、本發(fā)明金屬箔結(jié)構(gòu)在位置的穩(wěn)定性、與石英玻璃的密接性方面優(yōu)越的情況之實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
使用10個(gè)使用了本發(fā)明反W形金屬箔(圖2所示的結(jié)構(gòu))的放電燈及10個(gè)使用了現(xiàn)有平板形金屬箔的放電燈，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
這共計(jì)20個(gè)燈中，除了金屬箔的結(jié)構(gòu)不同之外，其它條件相同。
即，作成電極棒的外徑為0.3mm，側(cè)管部的外徑為6.0mm，電極間距離的設(shè)計(jì)值為1.1mm，發(fā)光管內(nèi)容積為116mm3。
再有，對(duì)于電極間距離，測(cè)定陰極與陽極的前端相互間的最短距離，偏心性示出在與燈的長(zhǎng)度方向垂直的方向(圖1中的方向B)上的兩電極前端相互間的距離之差。
圖8示出其結(jié)果，在使用了現(xiàn)有金屬箔的放電燈中，電極間距離的平均為0.77mm，最大值為0.98mm，最小值為0.58mm，與此不同，在使用了本發(fā)明金屬箔的放電燈中，電極間距離的平均為1.05mm，最大值為1.12mm，最小值為0.99mm，顯然其離散性極小。
此外，在密接性的實(shí)驗(yàn)中，與上述實(shí)驗(yàn)不同，只有單側(cè)側(cè)管部密封了電極裝配體，另一側(cè)側(cè)管部不插入電極裝配體而是作成與放電空間連通起來原封不動(dòng)的狀態(tài)。
而且，同樣制作了10個(gè)使用了本發(fā)明反W形金屬箔(圖2所示的結(jié)構(gòu))的半成品及10個(gè)使用了現(xiàn)有平板形金屬箔的半成品。
實(shí)驗(yàn)時(shí)，從另一側(cè)的側(cè)管部開口對(duì)各半成品注入酒精，測(cè)定密封了電極裝配體那一側(cè)的側(cè)管部損壞了時(shí)的注入壓力，進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
而且，把各個(gè)數(shù)值表示成為以現(xiàn)有品號(hào)碼No1的燈損壞了時(shí)的注入壓力為100時(shí)的相對(duì)值。
把結(jié)果示于圖9，使用了現(xiàn)有金屬箔的半成品其相對(duì)值的平均值為101，最高值為114，最低值為88，與此不同使用了本發(fā)明金屬箔的半成品其相對(duì)值的平均值為143，最高值為186，最低值為120，這表明當(dāng)采用本發(fā)明金屬箔時(shí)，由于上述理由金屬箔與石英玻璃的密接性提高了，其結(jié)果耐壓顯著提高。
進(jìn)而，以前本申請(qǐng)人在特愿2000-168798號(hào)中提出了在電極棒與側(cè)管部之間形成微小空隙的放電燈。
圖10示出放電燈的概略圖，在發(fā)光部中封入0.15mg/cc以上的水銀，在側(cè)管部3中、陰極棒6a及陽極棒7a的外表面上形成空隙10。這是當(dāng)作為電極棒構(gòu)成材料的鎢與作為側(cè)管部構(gòu)成材料的石英玻璃密接時(shí)、由于在密封工序之后二者的膨脹系數(shù)不同而存在著產(chǎn)生裂縫的可能性，故為了使二者能夠自由地相對(duì)伸縮而形成的空隙?？障兜膶挾燃s為5～20μm。
而且，由于在這樣的結(jié)構(gòu)的放電燈中發(fā)光部的高壓力直接施加到電極棒與金屬箔的接合部上，故采用本發(fā)明的金屬箔結(jié)構(gòu)是有用的。
正如以上說明了的那樣，本發(fā)明的短弧型超高壓放電燈由于密封在側(cè)管部上的金屬箔的剖面為反W形，故第一具有消除或減小電極棒偏移這樣的效果，第二還具有提高在側(cè)管部中與石英玻璃的密接性這樣的效果。
權(quán)利要求
1.一種短弧型超高壓放電燈，由在內(nèi)部相對(duì)配置了一對(duì)電極、且封入了0.15mg/mm3以上的水銀的發(fā)光部；以及在其兩側(cè)上延伸、對(duì)電極的一部分進(jìn)行密封，同時(shí)對(duì)電極與金屬箔進(jìn)行接合的側(cè)管部構(gòu)成，其特征在于，上述金屬箔的剖面為大致反W形，把上述電極配置在上述金屬箔的大致反W形的中心谷部分內(nèi)、對(duì)其進(jìn)行了焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的短弧型超高壓放電燈，其特征在于，在上述電極棒的直徑為φ0.2～φ1.0mm，上述側(cè)管部的外徑為φ4.0～φ9.0mm的情況下，上述金屬箔中心谷部分的最大高度為0.2～1.0mm。
全文摘要
本發(fā)明短弧型超高壓放電燈的課題是，提供防止并減小電極的偏移、同時(shí)在側(cè)管部中密接性高的結(jié)構(gòu)。這種燈由在內(nèi)部相對(duì)配置了一對(duì)電極(6、7)、且封入了0.15mg/mm
文檔編號(hào)H01J61/12GK1424741SQ0215586
公開日2003年6月18日 申請(qǐng)日期2002年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月12日
發(fā)明者神崎義隆, 小宮正伸, 熊田豐彥 申請(qǐng)人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會(huì)社