專(zhuān)利名稱(chēng)：短弧型超高壓放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種點(diǎn)亮?xí)r的水銀蒸氣壓達(dá)150個(gè)大氣壓以上的短弧型超高壓放電燈，特別是使用液晶顯示裝置及DMD(數(shù)字反射鏡器件)的作為DLP(數(shù)字光處理)等投影裝置的背光源使用的短弧型超高壓放電燈。
背景技術(shù)：
對(duì)于投射型投影裝置，要求對(duì)著矩形屏幕均勻而色彩逼真的地照亮畫(huà)面，因此，將封入水銀及金屬鹵化物的金屬鹵化物燈作為光源來(lái)使用。另外，這種金屬鹵化物燈最近也向著更加小型化、點(diǎn)光源化發(fā)展，而且電極間距極小的燈正在走向?qū)嵱没?br> 在這種背景下，最近，提出了迄今為止尚未出現(xiàn)的具有高水銀蒸氣壓，比如150個(gè)大氣壓的燈，替代金屬鹵化物燈。通過(guò)使水銀蒸氣壓更高，抑制(壓縮)了電弧的擴(kuò)展，同時(shí)期望進(jìn)一步提高光輸出。
例如，在特開(kāi)平2-148561號(hào)、特開(kāi)平6-52830號(hào)中公開(kāi)了這種超高壓放電燈。
但是，這種超高壓放電燈，在點(diǎn)亮?xí)r發(fā)光管內(nèi)的壓強(qiáng)變得非常高，因此，必須在從發(fā)光部分兩側(cè)延伸的密封部分，使得構(gòu)成該密封部分的石英玻璃、電極、以及用于導(dǎo)電的金屬箔非常牢固的密著，如果密著不良，密封氣體會(huì)漏出，或成為產(chǎn)生裂紋的原因。
因此，在密封部分的密封工序中，例如，將石英玻璃加熱到2000℃的高溫，在這種狀態(tài)下，使厚石英玻璃慢慢收縮，從而提高密封部分的密著性。
然而，以如此高的溫度燒結(jié)石英玻璃，提高了石英玻璃與電極或者金屬箔的密著性，但是在放電燈制成后仍然出現(xiàn)了密封部分易于破損的問(wèn)題。
這種問(wèn)題是由于，加熱處理后密封部的溫度慢慢下降的過(guò)程中，構(gòu)成電極的材料(鎢)與構(gòu)成密封部分的材料(石英玻璃)的膨脹系數(shù)不同，因而相對(duì)伸縮量不同，由此引發(fā)在兩者的接觸部分產(chǎn)生裂紋。
可以認(rèn)為，這種裂紋雖然極其微小，但是在燈的點(diǎn)亮中，與點(diǎn)亮?xí)r的超高壓狀態(tài)相互作用，導(dǎo)致裂紋成長(zhǎng)，由此引發(fā)放電燈的破損。
為解決這種問(wèn)題，提出了如圖7所示的結(jié)構(gòu)。此圖中，密封部分3連接于放電燈1的發(fā)光部分2，發(fā)光部分2中的電極6、7在密封部分3中分別與金屬箔8結(jié)合。并且，電極6、7埋設(shè)在密封部分3中的部分纏繞有被螺線管部件10。
這種結(jié)構(gòu)，通過(guò)纏繞在電極棒上的螺線管部件10，使由電極(棒)熱膨脹引起的對(duì)石英玻璃的應(yīng)力得以緩解，例如，特開(kāi)平11-176385號(hào)中的記載。
但是，盡管根據(jù)這種結(jié)構(gòu)使電極的熱膨脹得以緩解，在實(shí)際情況中，電極6、7及螺線管部件10的周?chē)杂辛鸭y殘留。
這種裂紋雖然極其微小，但是在發(fā)光部分2的水銀蒸氣壓大約為150個(gè)大氣壓的情況下，經(jīng)常引起密封部分3破損。另外，近年來(lái)，要求達(dá)到200個(gè)大氣壓、甚至300個(gè)大氣壓這樣非常高的水銀蒸氣壓，在如此高的水銀蒸氣壓下，在燈點(diǎn)亮中促進(jìn)了裂紋增長(zhǎng)，結(jié)果，出現(xiàn)了密封部分3的破損顯著發(fā)生的問(wèn)題?？傊?，盡管這種裂紋的存在最初是微少的，但是在高水銀蒸氣壓下的燈的點(diǎn)亮中就會(huì)逐漸增大。
這是對(duì)于工作在蒸氣壓為50～100個(gè)大氣壓范圍下的水銀燈絕對(duì)不存在的新的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種為解決這種問(wèn)題而提出的，其目的是在極高水銀蒸氣壓下點(diǎn)亮的超高壓水銀燈中，提供具有非常高的耐壓性的結(jié)構(gòu)。
為解決上述課題，本發(fā)明的短弧型高壓放電燈，在內(nèi)部相向地配置一對(duì)電極，并且，由封入0.15/mm3以上水銀的發(fā)光部分；和從其兩側(cè)延伸的、將一部分電極密封、同時(shí)將電極與金屬箔結(jié)合的密封部分構(gòu)成，其特征是所述金屬箔其剖面為近似歐米加形狀(Ω形狀)。
還有，電極與金屬箔結(jié)合，在金屬箔的寬度方向至少有兩處焊接位置。
作用本發(fā)明的短弧型超高壓放電燈，由于采用所述構(gòu)成，能夠使得密封部分的空隙減小，結(jié)果，能夠更加完全地抑制所述微少的裂紋的發(fā)生、增長(zhǎng)。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)對(duì)于現(xiàn)有金屬箔與電極的結(jié)合，如圖8所示，在金屬箔8與電極7之間不可避免地產(chǎn)生了空隙X，發(fā)光部分內(nèi)的極高壓強(qiáng)直接施加于此空隙X處，影響到裂紋的產(chǎn)生、增長(zhǎng)。
總之，可以認(rèn)為，如現(xiàn)有技術(shù)所說(shuō)明的，盡管將螺線管部件纏繞在電極上，使兩者熱膨脹率的不同得以緩解，但由于并沒(méi)有使空隙X的存在消除，結(jié)果，就不能完全防止裂紋的產(chǎn)生、增長(zhǎng)。
而本發(fā)明，新采用所述構(gòu)成，能夠很好地焊接密封部分中的電極與金屬箔，同時(shí)能夠抑制得使空隙X極小，實(shí)際上完全不發(fā)生的程度。


圖1是表示本發(fā)明短弧型超高壓放電燈的整體圖。
圖2是表示本發(fā)明短弧型超高壓放電燈的金屬箔、電極及外部引線。
圖3是表示本發(fā)明短弧型超高壓放電燈的金屬箔。
圖4是表示本發(fā)明短弧型超高壓放電燈的金屬箔與電極的結(jié)合狀態(tài)。
圖5是表示本發(fā)明短弧型超高壓放電燈的金屬箔與電極的結(jié)合狀態(tài)。
圖6是表示本發(fā)明短弧型超高壓放電燈的其他實(shí)施例。
圖7是表示現(xiàn)有短弧型超高壓放電燈的整體圖。
圖8是表示現(xiàn)有短弧型超高壓放電燈的電極與金屬箔的結(jié)合狀態(tài)。
圖9是表示本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖10是表示金屬箔與電極的結(jié)合狀態(tài)。
具體實(shí)施例圖1是表示本發(fā)明的超高壓放電燈(以下簡(jiǎn)稱(chēng)放電燈)的整體構(gòu)成。
放電燈1具有由石英玻璃依照放電容器制成的類(lèi)似球形的發(fā)光部分2，在該發(fā)光部分2內(nèi)，陰極6和陽(yáng)極7相向配置。另外，在發(fā)光部分2兩端部分的延伸而形成各個(gè)密封部分3，在這些密封部分3中將通常由鉬制成的導(dǎo)電金屬箔8采用例如收縮密封法氣密地埋入。金屬箔8的一端與陰極6或陽(yáng)極7結(jié)合，金屬箔8的另外一端與外部引線9結(jié)合。
此外，陰極6、陽(yáng)極7，有時(shí)也與同金屬箔結(jié)合的棒狀部分區(qū)別表示，只要未預(yù)先聲明，本發(fā)明中的稱(chēng)謂含有棒狀部分。
在發(fā)光部分2內(nèi)封入水銀、惰性氣體及鹵族氣體。
水銀是用于產(chǎn)生必要的可見(jiàn)光例如波長(zhǎng)為360～780nm的出射光，封入0.15mg/mm3以上。此封入量也隨溫度條件的不同而變化，點(diǎn)亮?xí)r達(dá)到150個(gè)大氣壓以上的極高蒸氣壓。另外，如果封入更多的水銀，就可以制成點(diǎn)亮?xí)r的水銀蒸氣壓為200個(gè)大氣壓以上、300個(gè)大氣壓以上的高水銀蒸氣壓放電燈，水銀蒸氣壓越高就越能夠適合作為投影裝置的光源。
惰性氣體，例如氬氣，封入約13kPa來(lái)改善點(diǎn)亮啟動(dòng)性。
鹵族元素碘、溴及氯等以水銀之外的其它金屬的化合物的形態(tài)封入。鹵族元素的封入量，例如，可以從10-6～10-2μmol/mm3的范圍內(nèi)選擇，其作用是利用鹵族元素的循環(huán)延長(zhǎng)壽命，而對(duì)于像本發(fā)明這樣極小型的、具有高內(nèi)壓的放電燈，可以認(rèn)為，封入這種鹵化物具有防止放電容器破損、失透的作用。
舉例表示這種放電燈的數(shù)值例如，發(fā)光部分的外徑從ф6.0～15.0mm的范圍選擇，比如9.5mm；電極間距離從0.5～2.0mm的范圍選擇，比如1.5mm；發(fā)光管內(nèi)容積從40～200mm3的范圍內(nèi)選擇，比如75mm3。點(diǎn)亮條件例如，管壁負(fù)荷1.5W/mm2；額定電壓80V；額定功率150W。
這樣，該放電燈就能夠搭載于上述投影裝置以及頂式投影機(jī)之類(lèi)演示用設(shè)備并提供色彩良好的出射光。
圖2是示意地表示的本發(fā)明放電燈的電極與金屬箔的結(jié)合部分的圖。
金屬箔8的剖面為近似歐米加(Ω)形狀，在中央的曲面部分合適地配置有電極6及外部引線9。另外，只表示了電極7和外部引線與金屬箔結(jié)合一側(cè)的端部分，為了方便，金屬箔在縱長(zhǎng)方向表示得較短。
像這樣金屬箔8的剖面為近似歐米加形狀，使金屬箔8形成為卷裹在電極上的樣子。因此，消除了圖10所示的空隙X，或者說(shuō)大幅度地使其減小，結(jié)果就大幅度地減少了裂紋的產(chǎn)生。
再有，由于與金屬箔電極及外部引線的曲面部分相配合，在密封部分的制造工序等中就不存在向不希望方向傾斜的情況，能夠保障正確的方向和定位。
圖3是金屬箔8的放大圖，(a)表示剖面形狀，(b)表示在(a)中從箭頭A方向看去的狀態(tài)。
金屬箔8由兩端的平面部分8a和中央的曲面部分8b形成整體近似歐米加的形狀。這種歐米加形狀貫穿金屬箔的全長(zhǎng)而形成。
以數(shù)值舉例金屬箔的全長(zhǎng)從8.0～30.0mm的范圍選擇，比如11.0mm；寬度方向從1.0～4.0mm的范圍選擇，比如1.5mm，具體而言平面部分的寬度比如0.25mm×2個(gè)，為0.5mm，曲面部分的寬度為1.0mm。另外，曲面部分的寬度如上所述，以適合于電極直徑及外部引線直徑為最好。電極直徑從ф0.3～1.5mm的范圍選擇，比如ф1.0mm。另外，金屬箔的厚度從10～40μm范圍選擇，比如20μm。
圖4表示電極與金屬箔的結(jié)合狀態(tài)，(a)是表示電極體積的一半以上與曲面部分8b相配合的狀態(tài)；(b)是表示電極體積的大多半與曲面部分8b相配合的狀態(tài)；(c)是表示電極體積的大約一半與曲面部分8b相配合的狀態(tài)。
對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)供給的電流量與密封部分的大小的關(guān)系來(lái)適當(dāng)決定，其中，可以說(shuō)(c)所表示的結(jié)構(gòu)在防止電極偏心方面是優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)。其理由是因?yàn)槊芊庵行某闪私饘俨行?、成了電極中心。
另外，在(c)所表示的結(jié)構(gòu)中，電極7的中心7a位于平面部分8a的假想延長(zhǎng)線8a’上，更具體點(diǎn)，位于平面部分厚度一半的假想延長(zhǎng)線上。例如，金屬箔8的平面部分8a的厚度為20μm時(shí)，電極7的中心7a位于10μm的假想延長(zhǎng)線上，如果用數(shù)值范圍表示，優(yōu)選的是電極的中心7a在電極7直徑的1/10的范圍內(nèi)靠近中心。例如，電極直徑為1.0mm時(shí)，中心7a位于距平面部分8a的假想延長(zhǎng)線0.1mm的范圍內(nèi)，就能夠有效防止上述電極偏心。
再有，電極與金屬箔的結(jié)合結(jié)構(gòu)并不限于上述(a)(b)(c)，其它結(jié)構(gòu)，例如電極體積的一半以下與曲面部分8b相配合也是可以的。
此處，金屬箔通過(guò)沖壓加工設(shè)備而形成歐米加形狀。
本發(fā)明中的“歐米加形狀”并不是指完全的歐米加形狀。例如，只要具有能夠與電極相配合的曲面部分，平面部分多少有些變化，例如，發(fā)光部分側(cè)前端形成為曲面形狀等等，都是可以的。
另外，如圖3所示，金屬箔的曲面部分貫穿金屬箔的全長(zhǎng)以同一寬度而形成，在制造工序上是有利的，但是例如，在電極直徑與外部引線直徑不同等情況下，也可能使曲面部分的寬度有所變化。
圖5表示電極與金屬箔的結(jié)合狀態(tài)，(a)是表示采用本發(fā)明的焊接方法的電極和金屬箔的放大圖；(b)是作為比較，表示采用現(xiàn)有的焊接方法的電極和金屬箔的放大圖。
即，在(a)中，由于焊接棒觸及電極7的側(cè)面，在兩側(cè)部分也形成焊接點(diǎn)53；與此相對(duì)，在(b)中，由于焊接棒從電極7上下方向觸及，僅在電極7的下部一個(gè)地方形成焊接點(diǎn)。圖中的53表示由焊接棒擠壓的方向。
這種焊接棒接觸方向的不同，由于焊接點(diǎn)數(shù)的不同，不只是影響強(qiáng)度的提高。即，在(b)中，焊接后電極自身由于焊接棒擠壓向左右方向擴(kuò)展變形，這種變形使得金屬箔與電極之間的空隙Y易于形成。與此相反，在(a)中，由于焊接棒的擠壓方向不同，對(duì)于這種不希望的空隙的產(chǎn)生具有很好的抑制效果。
這樣，在本發(fā)明中從電極的側(cè)面進(jìn)行焊接，能夠更加提高金屬箔與電極的結(jié)合性，結(jié)果，能夠防止產(chǎn)生不希望的空隙。
另外，像現(xiàn)有的那樣從上下方向進(jìn)行焊接之后，再?gòu)膫?cè)面進(jìn)行焊接，也是可以的。
此處，優(yōu)選的是金屬箔與電極的一個(gè)焊接區(qū)域(焊接點(diǎn))的面積為0.3mm2以下。焊接時(shí)在焊接部分形成了構(gòu)成金屬箔材料的鉬與構(gòu)成電極材料的鎢的合金狀態(tài)，這種合金狀態(tài)在焊接區(qū)域附近的鉬部分之間產(chǎn)生了不同的熱膨脹率，這種熱膨脹率的不同就在該焊接區(qū)域產(chǎn)生了所謂的“脫箔”現(xiàn)象。
這種數(shù)值，根據(jù)電極和金屬箔的材料、尺寸、及放電燈的構(gòu)成等種種條件，其最佳值自然不同，從嚴(yán)格的意義上講，不能單純僅對(duì)焊接面積作數(shù)值上的規(guī)定。然而，本發(fā)明的放電燈是作為投影機(jī)等的光源被采用，大致限定了一般的尺寸及規(guī)格條件，在這種通常規(guī)定的條件范圍內(nèi)，也可以看出焊接面積對(duì)耐壓有很大影響。具體舉例，經(jīng)確認(rèn)，電極的外徑在ф0.3～1.5mm、金屬箔的寬度在1.0～4.0mm范圍內(nèi)時(shí)，焊接面積0.3mm以下是良好的。
外部引線9與金屬箔8的焊接，如上所述，對(duì)外部引線的側(cè)面部分進(jìn)行焊接也可以，像現(xiàn)有的那樣，從上下方向進(jìn)行焊接也可以。這是因?yàn)?，沒(méi)有必要考慮在外部引線與金屬箔的焊接中空隙的產(chǎn)生與發(fā)光空間的關(guān)系。
電極6、金屬箔8、外部引線9連為一體、電極組裝體完成后，在下道工序中，將此電極組裝體置于形成發(fā)光部分和密封部分形狀的石英玻璃的密封部分中并密封，例如，進(jìn)行收縮封接。這種收縮密封，與使用模具瞬間進(jìn)行的壓緊密封不同，是將石英玻璃加熱而收縮這一類(lèi)型的密封方法。
以上說(shuō)明的金屬箔和電極的結(jié)合結(jié)構(gòu)，不局限于陽(yáng)極，也可以適用陰極。
另外，如圖1所示的那樣，作為電極的結(jié)構(gòu)，在發(fā)光部分中直徑大時(shí)，希望在與金屬箔結(jié)合部分的直徑小些。因?yàn)殡姌O直徑大的話，與金屬箔結(jié)合面積也變大，容易產(chǎn)生不希望的空隙。
此處，圖1所示的陽(yáng)極其直徑分三段減小。例如，發(fā)光部分的直徑為2.0mm，以這樣粗的直徑構(gòu)成能夠加大熱容量。
另外，不管陽(yáng)極還是陰極，在哪一種結(jié)構(gòu)的電極中都可以采用本發(fā)明的金屬箔與電極的結(jié)構(gòu)。
再有，直流點(diǎn)亮型、交流點(diǎn)亮型中的哪一種放電燈都適用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
再有，本申請(qǐng)人此前在特開(kāi)2001-351576號(hào)中提出了在電極與密封部分之間形成小空隙的放電燈。
圖6表示在此電極與密封部分之間形成微小空隙的放電燈的大致構(gòu)成，而且，表示本發(fā)明的金屬箔與電極結(jié)合結(jié)構(gòu)所適用的狀態(tài)。發(fā)光部分中封入0.15mg/cc以上的水銀，在陰極6和陽(yáng)極7的密封部分3的外表面處形成空隙70。這是因?yàn)閾?dān)心，構(gòu)成電極材料的鎢與構(gòu)成密封部分的材料石英玻璃密著，在密封工序后，由于兩者的膨脹系數(shù)不同，就會(huì)產(chǎn)生裂紋；為使兩者能夠自由相對(duì)伸縮而形成的?？障斗葹?～20μm。
并且，在這種結(jié)構(gòu)的放電燈中，由于發(fā)光部分內(nèi)的高壓直接施加在電極與金屬箔的結(jié)合部分，采用能夠提高耐壓強(qiáng)度的本發(fā)明的金屬箔結(jié)構(gòu)是極為有利的。
其次，對(duì)表示本發(fā)明效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。
進(jìn)行用于比較本發(fā)明的箔結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的箔結(jié)構(gòu)的耐壓實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明的箔結(jié)構(gòu)如圖2、圖3、圖4(c)所示，其剖面呈所謂歐米加形狀?，F(xiàn)有的箔結(jié)構(gòu)整體為平板狀的箔，且以此形狀與電極結(jié)合。另外，除箔結(jié)構(gòu)之外，基本上以相同的方法制作。
另外，該實(shí)驗(yàn)中，在一個(gè)密封部分中形成上述的箔結(jié)構(gòu)，同時(shí)，另外一個(gè)密封部分什么也不形成，只是呈管狀，使得發(fā)光空間與外部連通，也不封入發(fā)光氣體等。并且，從另外一個(gè)連通口注入酒精，測(cè)量頭一個(gè)密封部分破裂時(shí)的壓力。即所謂的靜耐壓(酒精)實(shí)驗(yàn)。
制成本發(fā)明的箔結(jié)構(gòu)10個(gè)、現(xiàn)有的箔結(jié)構(gòu)10個(gè)，進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)。
圖9為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，各數(shù)值為以單位MPa表示的破裂時(shí)的壓強(qiáng)。
通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可以更加明白，現(xiàn)有的箔結(jié)構(gòu)的耐壓為14～16MPa；與此相對(duì)應(yīng)，本發(fā)明的箔結(jié)構(gòu)的耐壓低的也為19.8Mpa，還有25MPa以上的數(shù)值記錄。用10個(gè)的平均值表示，本發(fā)明的箔結(jié)構(gòu)為21.92MPa；與此相對(duì)應(yīng)，現(xiàn)有的箔結(jié)構(gòu)為14.92Mpa，可以理解，兩者數(shù)值上有很大的不同。
如以上所說(shuō)明的，本發(fā)明的短弧型放電燈，由于其金屬箔的剖面形狀為近似歐米加形狀，能夠提供具有極高耐壓的箔結(jié)構(gòu)，因而，發(fā)光部分即使在極高水銀蒸氣壓下點(diǎn)亮也能夠很好地防止裂紋的產(chǎn)生等。再有，將電極置于歐米加形狀的金屬箔曲面部分，能夠很好地防止電極偏心。
圖10表示發(fā)明的短弧型放電燈的金屬箔與電極的結(jié)合部分。
金屬箔8在其與電極7結(jié)合的部分減小了寬度，而電極7只存在于金屬箔8減小了寬度的部分。另外，金屬箔8的整體形狀其剖面為近似歐米加形狀。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠使在金屬箔與電極的結(jié)合部分產(chǎn)生的空隙更加減少。另外，假如即使在該部分產(chǎn)生了空隙，由于電極只存在于金屬箔減小了寬度的部分，可以制止這種空隙的增大。
權(quán)利要求
1.一種短弧型超高壓放電燈，由在內(nèi)部相向地配置一對(duì)電極，并且，由封入0.15/mm3以上水銀的發(fā)光部分；和從其兩側(cè)延伸的、將一部分電極密封并同時(shí)將電極與金屬箔結(jié)合的密封部分構(gòu)成，其特征是所述金屬箔，其剖面為近似歐米加形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短弧型超高壓放電燈，其特征是所述電極與所述金屬箔的結(jié)合，在所述金屬箔的寬度方向至少有兩處焊接位置。
全文摘要
本發(fā)明在極高水銀蒸氣壓下點(diǎn)亮的超高壓水銀燈中，提供具有非常高的耐壓性的結(jié)構(gòu)。由在內(nèi)部將一對(duì)電極相向配置，并且，由封入0.15/mm
文檔編號(hào)H01J61/86GK1542901SQ20041000125
公開(kāi)日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2004年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月3日
發(fā)明者神崎義隆 申請(qǐng)人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會(huì)社