專利名稱：：高壓放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及到數(shù)字投影儀或液晶投影儀、DLP(數(shù)字光處理)投影儀等裝置中使用的高壓放電燈。特別涉及到在發(fā)光部內(nèi)封入有0.15mg/mm3以上的水銀，水銀蒸氣壓在110大氣壓以上的高壓放電燈。
背景技術(shù)：
：近些年，液晶投影儀、以及使用數(shù)字光處理技術(shù)的DLP投影儀逐漸普及。其圖像投影用光源采用短弧型高壓放電燈。圖5是示出日本特開2004-363014號公報中公開的高壓放電燈10的結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。高壓放電燈10具有由形成在中央部分的球狀的發(fā)光部4和形成于該發(fā)光部4兩端的封固部5形成的放電容器。在發(fā)光部4內(nèi)部配置有一對電極1，在封固部5中埋設(shè)有電極1的芯棒7和與芯棒7連接的金屬箔6并進(jìn)行了氣密性地密封。該種高壓放電燈10由于點燈時水銀蒸氣壓變高因而抑制了電弧的擴(kuò)張，而且能夠?qū)崿F(xiàn)光輸出的進(jìn)一步提高。電極1的芯棒7和金屬箔6通過激光接合起來。例如，在使芯棒7和金屬箔6緊貼后，從金屬箔6側(cè)照射激光，通過使構(gòu)成金屬箔6的鉬(Mo)和構(gòu)成芯棒7的鎢(W)雙方均熔融從而接合起來。在使用激光進(jìn)行接合的情況下，能夠?qū)⑿景?和金屬箔6二者溶合，因此能夠提高電連接的可靠性，并且能夠提高接合強(qiáng)度。專利文獻(xiàn)1日本特開2004-363014號公報在該種燈中，電極1的芯棒7或金屬箔6在點燈時發(fā)生熱膨脹，在滅燈時會因冷卻而收縮。芯棒7由于與構(gòu)成封固部5的玻璃緊密貼合而難以伸縮，而金屬箔6與玻璃的貼合不像芯棒7那樣緊密因此容易伸縮。由此，在高壓放電燈10點燈、滅燈時，芯棒7難以進(jìn)行熱膨脹和收縮、而金屬箔6容易進(jìn)行熱膨脹和收縮。像這樣在芯棒7和金屬箔6之間存在熱膨脹和收縮的量的差異的狀態(tài)下重復(fù)高壓放電燈10的點燈和滅燈時，與芯棒7重合的部分的金屬箔6的厚度變薄，施加到金屬箔6上的電負(fù)荷增大。此外，根據(jù)已有經(jīng)驗知道，芯棒7的終端還會向金屬箔6側(cè)彎曲。金屬箔6由于電負(fù)荷增大而被加熱，進(jìn)而因芯棒7的彎曲而受到壓迫，從而發(fā)生熔斷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明鑒于上述問題點，其目的在于提供一種高壓放電燈，即使是將高壓放電燈以固定時間的點燈，也不會發(fā)生金屬箔的熔斷。本申請的第一發(fā)明中的高壓放電燈具有在發(fā)光部的兩端連續(xù)設(shè)置有封固部的放電容器、前端部在所述發(fā)光部內(nèi)相對配置的一對電極、以及與該電極的芯棒熔融接合并埋設(shè)在所述封固部內(nèi)的金屬箔，其特征在于，隨著所述熔融接合，形成從金屬箔的表面到芯棒內(nèi)部的空洞，將構(gòu)成封固部的玻璃置于該空洞中。在第一發(fā)明所述的高壓放電燈的基礎(chǔ)上，本申請的第二發(fā)明的特征在于，構(gòu)成所述封固部的玻璃比金屬箔更深入地進(jìn)入到空洞中。在第二發(fā)明所述的高壓放電燈的基礎(chǔ)上，本申請的第三發(fā)明的特征在于，在與構(gòu)成所述封固部的玻璃接觸的芯棒的表面上也形成有凹部，并將所述玻璃置于該凹部中。在第二發(fā)明所述的高壓放電燈的基礎(chǔ)上，本申請的第四發(fā)明的特征在于，設(shè)從所述金屬箔的表面到所述空洞的最深部為止的長度為d，設(shè)所述電極的芯棒的直徑為r時，d/r在0.35以上、0.60以下。根據(jù)本申請第一發(fā)明所述的高壓放電燈，通過將玻璃置于從金屬箔的表面到芯棒內(nèi)部的空洞中，從而以玻璃為楔，使金屬箔也難以伸縮。金屬箔的膨脹和收縮量受到限制，能夠減小由于構(gòu)成封固部的玻璃的貼合情況的差引起的芯棒和金屬箔的膨脹和收縮量的差異。在該狀態(tài)下進(jìn)行高壓放電燈的點燈和滅燈，因此能夠防止電極的芯棒彎曲，抑制金屬箔的熔斷。根據(jù)本申請的第二發(fā)明所述的高壓放電燈，使構(gòu)成封固部的玻璃比空洞中的金屬箔更深入，不僅金屬箔，也能夠限制芯棒的移動，從而不僅限制了金屬箔的膨脹和收縮，而且能夠得到使金屬箔和芯棒的膨脹和收縮量大致相等的效果。根據(jù)本申請的第三發(fā)明所述的高壓放電燈，通過在與玻璃接觸的側(cè)面的表面上也設(shè)置凹部并使玻璃進(jìn)入到該凹部中而使其難以伸縮，從而能夠和與芯棒的金屬箔接合的側(cè)面的熱膨脹和收縮量一致。芯棒的圓周方向的任一側(cè)面上的熱膨脹和收縮量都大致相等，能夠更為有效地防止芯棒的彎曲。根據(jù)本申請的第四發(fā)明所述的高壓放電燈，通過以使d/r在0.35以上、0.60以下的方式形成電極，能夠形成具有足夠的焊接強(qiáng)度、且玻璃置于空洞中的形狀。圖1是示出第一實施方式的高壓放電燈的結(jié)構(gòu)的局部放大圖。圖2是示出第一實施方式的電極和金屬箔的俯視圖。圖3是放大示出圖2所示的激光的照射部分的剖視圖。圖4是示出第二實施方式的電極和金屬箔的放大剖視圖。圖5是示出現(xiàn)有的高壓放電燈的結(jié)構(gòu)的說明圖。具體實施例方式圖1是示出第一實施方式的高壓放電燈10的結(jié)構(gòu)的局部放大圖。高壓放電燈10具有由石英玻璃構(gòu)成的大致球形的發(fā)光部4，在該發(fā)光部4中相對配置有由鎢構(gòu)成的電極1。此外，以從發(fā)光部4的端部伸出的方式形成有封固部5，在封固部5內(nèi)通過收縮密封氣密地埋設(shè)有例如由鉬構(gòu)成的導(dǎo)電用的金屬箔6。一對電極1由直徑粗的前端部和直徑細(xì)的芯棒7構(gòu)成，芯棒7焊接在金屬箔6上并且電連接。在發(fā)光部4中封入有水銀、稀有氣體和鹵素。水銀量封入有0.15mg/mm3以上，以得到必要的可視光波長，例如波長為360nm780nm的放射光。該水銀封入量隨溫度條件不同而不同，但都是要制作成在點燈時發(fā)光部4的內(nèi)壓達(dá)到150大氣壓以上的極高的蒸氣壓力。此外，通過封入更多水銀能夠制作出在點燈時使水銀蒸氣壓達(dá)到200大氣壓以上或者300大氣壓以上的高壓放電燈10，能夠?qū)崿F(xiàn)適用于投影儀裝置中的光源。稀有氣體用于改善點燈啟動性，例如封入有大約13kPa的氬氣。鹵素以氟、溴、氯等與水銀以外的金屬的化合物的形態(tài)被封入，鹵素的封入量可以在1X10_61X10_2μmol/mm3的范圍內(nèi)選擇。通過封入鹵素，能夠形成鹵素循環(huán)，延長高壓放電燈10的壽命。此外，在像本發(fā)明的高壓放電燈10那樣非常小型且具有高內(nèi)壓的高壓放電燈中，通過封入鹵素，具有防止發(fā)光部4的黑化、失透的效果。在由鉬(Mo)的薄箔構(gòu)成的金屬箔6上沿軸向的數(shù)個部位處通過激光焊接并接合有電極1的芯棒7。芯棒7和金屬箔6在接合起來的狀態(tài)下通過收縮密封被埋設(shè)在封固部5中，并且周圍以石英玻璃覆蓋。以下示出高壓放電燈10的數(shù)值示例，例如，發(fā)光部4的最大外徑為11.3mm、電極間距離為1.1mm、發(fā)光部4的內(nèi)容積為115mm3。電極1的芯棒3的直徑Φ為0.31.Omm,金屬箔6的厚度為20μm，芯棒7與金屬箔6的重合部分的軸向長度為12mm。高壓放電燈10內(nèi)置于投影儀裝置內(nèi)，隨著裝置的小型化，高壓放電燈10也被要求小型化。此外，由于對高壓放電燈10的光量也有要求，因此施加電量也增高，發(fā)光部4內(nèi)部的熱的影響非常難以處理。高壓放電燈10的管壁負(fù)荷值(發(fā)光部4的內(nèi)表面的單位面積的施加電量)為0.83.Off/mm2,具體來說是2.5W/mm2。像這樣具有高水銀蒸氣壓和管壁負(fù)荷值的高壓放電燈10搭載于投影儀裝置這樣的演示用儀器中，能夠提供演色性良好的放射光。接著，對通過激光照射將金屬箔6和芯棒7焊接起來的方法參照圖2進(jìn)行說明。圖2是示出芯棒7和金屬箔6的俯視圖。金屬箔6形成為剖面呈Ω狀，在中央形成有在芯棒7的周面沿軸向延伸的中央曲面部61，并且兩端形成為平面。中央曲面部61向金屬箔6的一端伸出，形成與芯棒7接合的重合部62。另外，在圖2中使用了剖面為Ω狀的金屬箔6，但也可以使用剖面為平坦的平板狀的金屬箔。在金屬箔6的中央曲面部61和芯棒7重合的重合部62上，從金屬箔6側(cè)在多個部位照射激光，形成多個熔融開口部3。激光可以采用YAG激光、光纖激光、或者取代激光采用電子束等。能量密度在17J/mm2以上，例如通過1.2J的激光以Φ0.3mm的光斑直徑進(jìn)行照射。圖3是放大示出圖2所示的激光的照射部分的剖視圖。具體來說，是穿過認(rèn)為是激光照射到的中心部的焊接開口部3的中央，并相對于芯棒7的軸垂直地進(jìn)行剖開的剖視圖。在照射激光后，貫穿由作為重合材料的上方材料的鉬(Mo)構(gòu)成的金屬箔6，并使由作為下方材料的鎢(W)構(gòu)成的芯棒7噴出。噴出的鎢(W)的一部分升華，而其大部分表面粘性下降并流到周邊，蔓延到金屬箔6上，以充滿形成于金屬箔6的表面上的開口的周緣的方式進(jìn)行覆蓋。熔融的鎢超過金屬箔6并溢出，以覆蓋形成在金屬箔6上的開口的方式形成焊接開口部3。在受到激光焊接的熱影響時，構(gòu)成芯棒7的鎢(W)噴出或者升華，因此在芯棒7的內(nèi)部形成空洞2。形成于芯棒7的空洞2形成于受到激光的熱影響的部分，隨著激光的能量密度不同，其深度也變化。此外，根據(jù)情況不同，有時會出現(xiàn)中央熔融并埋上而分隔成上部和下部的情況?？斩?的深度d為從金屬箔6的表面到空洞2的最深部，即在分隔成上部和下部的情況下是指到下部的底部為止的長度。通過激光焊接，以使熔融的鎢覆蓋金屬箔6的開口的方式形成焊接開口部3，將由芯棒7和金屬箔6接合形成的電極結(jié)構(gòu)體貫穿到圓筒狀的石英玻璃管的內(nèi)部，并使圓筒管加熱收縮，形成封固部5。構(gòu)成封固部5的石英玻璃與芯棒7和金屬箔6緊貼，因此也進(jìn)入到焊接開口部3的內(nèi)部。進(jìn)入到由于激光而在芯棒7中形成的空洞2中的玻璃起到了使芯棒7和金屬箔6不發(fā)生大的移動而留在原始位置的楔的功能。由于玻璃進(jìn)入到了由激光焊接形成的穿過金屬箔6并到達(dá)芯棒7為止的空洞2中，因此玻璃作為楔使金屬箔6也難以伸縮。金屬箔6的膨脹和收縮量受到限制，從而能夠減小由于構(gòu)成封固部5的玻璃的貼合情況的差引起的芯棒7和金屬箔6的膨脹和收縮量的差異。在金屬箔6和芯棒7的熱膨脹和收縮量大致相等的狀態(tài)下進(jìn)行高壓放電燈10的點燈和滅燈，因此能夠防止電極1的芯棒7彎曲，還可以抑制金屬箔6的熔斷。另外，優(yōu)選的是，構(gòu)成封固部5的石英玻璃進(jìn)入到從焊接開口部3開始連續(xù)的空洞2的比芯棒7的表面更靠內(nèi)部的位置。玻璃深入到空洞2中，不僅金屬箔6，也限制了芯棒7的動作，從而不僅限制了金屬箔6的膨脹和收縮，而且能夠得到使金屬箔6和芯棒7的膨脹和收縮量大致相等的效果。接著，對第二實施方式進(jìn)行說明。圖4是示出第二實施方式的電極和金屬箔的放大剖視圖。在第二實施方式中，對于電極1的芯棒7，不僅在與金屬部6接合的側(cè)面形成有空洞2以使芯棒7和金屬箔6的熱膨脹和收縮量的差異減小，而且在與構(gòu)成封固部5的玻璃接觸的側(cè)面的表面上形成有凹部8，并使玻璃進(jìn)入到凹部8中。僅使芯棒7的與金屬箔6接合的側(cè)面難以伸縮的話，芯棒7的相反側(cè)的側(cè)面會像以往一樣進(jìn)行熱膨脹和收縮，因此由于芯棒7的周向的側(cè)面會產(chǎn)生熱膨脹和收縮量不同的情況。因此，在與玻璃接觸的側(cè)面的表面上也設(shè)置凹部8并使玻璃進(jìn)入到其中，使伸縮難以進(jìn)行，從而能夠使其與芯棒7的與金屬箔6接合的側(cè)面的熱膨脹和收縮量一致。芯棒7的周向的任意側(cè)面均具有大致相等的熱膨脹和收縮量，從而能夠有效地防止芯棒7的彎曲ο接著，對實施例進(jìn)行說明。準(zhǔn)備通過使電極的芯棒直徑和空洞的深度進(jìn)行各種改變并與金屬箔進(jìn)行激光焊接形成的電極結(jié)構(gòu)體，驗證焊接強(qiáng)度和玻璃是否進(jìn)入到了空洞中。作為實驗對象的高壓放電燈的規(guī)格如下所示。電極材質(zhì)，鎢；芯棒直徑Φ0.4mm；芯棒長度6.7mm金屬箔材質(zhì)，鉬；厚度20μm；與電極的重疊長度1.5mm焊接YAG激光，軸向兩個部位，能量密度1721J/mm2封固部材質(zhì)，石英玻璃；直徑Φ約5.5mm另外，封固部是由厚度為2mm、直徑Φ6πιπι的圓筒管收縮形成的。通過激光焊接在電極中形成的空洞的深度也是受到了激光的熱影響的深度，因此通過選擇激光的能量密度能夠使所述深度形成為適當(dāng)?shù)牧?。此外，用于高壓放電燈中的電極芯棒的直徑非常小，要求在Φ0.31.Omm左右，因此空洞的深度不可能大到所述程度。如圖3所示，通過激光焊接形成的空洞有時會出現(xiàn)中央熔融并埋上而分隔成上部和下部的情況。空洞的深度指的是受到了激光的熱影響的到達(dá)深度，因而在此處，在分隔成上部和下部的情況下指的是到下部的底部為止的長度d。為了正確地測定空洞的深度，在以通過認(rèn)為是受到激光的中心部的焊接開口部的中央的方式剖開的剖面中，通過激光測量對從金屬箔的表面到空洞的最深部位置的分離距離進(jìn)行計量。實驗結(jié)果在表1中示出。以空洞的長度d和電極芯棒的直徑r為變量的“d/r”作為參數(shù)，確認(rèn)改變d/r的各種值的情況下的焊接強(qiáng)度和玻璃是否進(jìn)入。已知當(dāng)焊接強(qiáng)度在芯棒和金屬箔的焊接部的剝離強(qiáng)度在60g以上時，高壓放電燈在性能上沒有問題，因此在剝離強(qiáng)度處于60g以上時為“〇”，在60g以下時為“X”。另外，剝離強(qiáng)度為，例如與推挽計(push-pullgauge)連接，并向從芯棒剝離的方向拉伸，在剝離時的測定值。此外，對于玻璃是否進(jìn)入，在進(jìn)入得比芯棒表面更深時為“〇”，在玻璃沒有進(jìn)入時或者進(jìn)入得比芯棒表面更淺時為“X”。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由上表可知，對于焊接強(qiáng)度，在d/r在0.25以下時不能夠充分地接合，會發(fā)生剝離，在d/r在0.65以上時金屬箔過量熔融，會發(fā)生斷開的情況。以d/r在0.30以上、0.60以下的方式形成焊接部的話，剝離強(qiáng)度在60g以上，并且具有足夠的焊接強(qiáng)度。由上表可知，對于玻璃是否進(jìn)入，在d/r在0.30以下時空洞過小，形成玻璃無法進(jìn)入的形狀。而以d/r在0.35以上的方式形成電極的話，能夠形成玻璃比金屬箔的表面更深地進(jìn)入到空洞中的形狀。根據(jù)上述實驗結(jié)果，以d/r在0.35以上、0.60以下的方式形成電極的話，能夠具有充分的焊接強(qiáng)度，且形成玻璃進(jìn)入到空洞中的形狀。權(quán)利要求一種高壓放電燈，其具有在發(fā)光部的兩端連續(xù)設(shè)置有封固部的放電容器、前端部在所述發(fā)光部內(nèi)相對配置的一對電極、以及與該電極的芯棒熔融接合并埋設(shè)在所述封固部內(nèi)的金屬箔，其特征在于，隨著所述熔融接合，形成從金屬箔的表面到芯棒內(nèi)部的空洞，將構(gòu)成封固部的玻璃置于該空洞中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓放電燈，其特征在于，所述構(gòu)成封固部的玻璃比芯棒的表面更深入地進(jìn)入到空洞中。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓放電燈，其特征在于，在與構(gòu)成所述封固部的玻璃接觸的芯棒的表面上也形成有凹部，并將所述玻璃置于該凹部中。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓放電燈，其特征在于，設(shè)從所述金屬箔的表面到所述空洞的最深部為止的長度為d，設(shè)所述電極的芯棒的直徑為r時，d/r在0.35以上、0.60以下。全文摘要本發(fā)明提供一種高壓放電燈，即使是高壓放電燈點燈固定時間，金屬箔6也不會發(fā)生熔斷。該高壓放電燈具有在發(fā)光部(4)的兩端連續(xù)設(shè)置有封固部(5)的放電容器、前端部在所述發(fā)光部(4)內(nèi)相對配置的一對電極(1)、以及與該電極(1)的芯棒(7)熔融接合并埋設(shè)在所述封固部(5)內(nèi)的金屬箔(6)，其特征在于，隨著熔融接合，形成從金屬箔(6)的表面到芯棒(7)內(nèi)部的空洞(2)，將構(gòu)成封固部(5)的玻璃置于該空洞(2)中。文檔編號H01J61/073GK101800155SQ201010105840公開日2010年8月11日申請日期2010年1月26日優(yōu)先權(quán)日2009年2月9日發(fā)明者向野陽一,梅崎悟,笠石朱貴申請人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會社