超高压水银灯的制作方法

专利名称：超高压水银灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种点灯时的水银蒸气压在150气压以上的短电弧型超高压水银灯， 例如涉及作为使用了匿D(数字微镜器件注册商标)的DLP(数字光处理注册商标)等投 影装置的背光源而使用的超高压水银灯。
背景技术：
投射型投影装置要求以平均且充分的显色性对矩形的屏幕照射图像，因此，作为 光源采用封入有O. 15mg/mm3以上的水银而具有较高水银蒸气压的灯。 这种灯例如优选使用下述超高压水银灯在由石英玻璃构成的发光管中，将一对 电极以2mm以下的间隔相对配置，向该发光管封入0. 15mg/mm3以上的水银和卤素。封入卤 素的主要目的是防止发光管黑化，但由此也会产生卤素循环。这种放电灯例如记载于下述 专利文献1、2等中。 但这种放电灯中，电极间距离极短，起动时需要投入大电流，此时易产生由热造成 的电极变形、电极构成物质的蒸发所造成的发光管黑化。因此，鉴于这一问题，尝试通过改 良电极结构来改善灯的寿命。 参照图13说明这种放电灯的电极结构的一例。 图13是说明交流点灯型的超高压水银灯L2的基本构成的管轴方向剖视图。在该 图中，灯L2的发光管80由石英玻璃构成，具有发光管部81及其两端的杆状的密封管部82。 在发光管部81的内部，由钨构成的大致圆柱状的电极90相对配置，电极90的后方分别连 续设置轴部91。轴部91也由钨构成，通过分别埋入到密封管部82的内部而被支撑。该轴 部91上焊接未图示的导电性金属箔，进一步在金属箔上连接外部导棒，从而使电极导出到 外部。 电极90在前端侧具有构成成型为球状的主体部分的头部92，其前端形成有突起 部92A。头部92的后端具有圆柱状的主体部93。在该主体部93的周围具有线圈部94，其 用于辅助电极灯L2的起动，缠绕钨制的线圈后熔融，与主体部93 —体化。该线圈部94主 要在点灯时的辉光放电期间加热电极前端部，促进温度上升，以易于转换到电弧放电。
专利文献1 :日本特开2005-063817号公报
专利文献2 :日本特开2006-079986号公报
专利文献3 :日本特开2000-231903号公报 该放电灯中，起动时线圈部94被集中加热，因此产生的热经由电极主体部93，通 过电极轴部91逃逸到密封管部82—侧。因此，起动时加热为高温的热量传递到构成密封管 部82的石英玻璃，该石英玻璃过于受热以致改变其结构。并且，该石英玻璃的过热状态在 灯每次点灯时反复，从而使石英玻璃变质，与之相伴，体积在圆周方向上不平均地变化(增 大)，电极轴部91在偏移方向上受到压力，产生弯曲。 其结果是，在超高压水银灯中初始设定的电极间距离变化，灯电压变化，无法获得 所需的灯的功能，或因电极弯曲，电极和发光管的管壁的距离变短，结果造成构成发光管的
3石英玻璃黑色化，照度急速下降，灯寿命縮短。

发明内容
本发明鉴于以上情况而出现，其目的在于提供一种超高压水银灯，通过防止构成
密封管部的石英玻璃的温度过度上升，防止电极轴部弯曲，延长使用寿命。 本发明的一种超高压水银灯，在发光管的内部封入有0. 15mg/mm3以上的水银，该
发光管由石英玻璃构成且具有发光管部和与该发光管部连续设置的密封管部，并且一对电
极各自的轴部的基端部分别埋设于上述密封管部而被保持，从而上述一对电极相对配置，
上述超高压水银灯的特征在于，上述一对电极中进行阴极动作的电极具有配置于电极的前
端侧且直径比上述轴部粗的头部及与该头部的后端部连续设置的筒部，上述筒部以包围上
述电极的轴部的方式在轴方向上延伸，并且上述筒部的内周面与上述电极轴部分离。 并且，可在上述筒部的外周面上形成有异形部。 并且，在作为热电子易放出部的上述异形部中，可在筒部形成槽及/或贯通孔。
并且，在以上超高压水银灯中，电极的筒部和头部可由同一材料一体形成。
并且，在上述筒部和轴部之间形成的环状的空间内，可形成有连接上述轴部和筒 部并支撑筒部的支撑部。 在灯点灯起动时，在进行阴极动作的电极中筒部被加热，但筒部仅在其前端侧连 接到头部，不连接到电极轴部，因此起动时的热不从筒部直接传递到电极轴部，抑制了埋入 有轴部的密封管部过热，构成密封管部的石英玻璃不会变质。其结果是，避免了电极轴部因 密封管部的玻璃而弯曲，并避免因电极间距离变化、电极前端靠近发光管而使玻璃黑化、破 坏透光性的问题，可延长超高压水银灯的使用寿命。


图1是表示本发明涉及的超高压水银灯的整体构成的说明图，是轴方向的剖视 图。 图2是表示本发明的超高压水银灯中的电极的实施方式的(a)从横向观察的图、 (b)剖视图、(c)P-P剖视图。 图3是说明图1的灯起动时的动作状态的图。 图4 (a)、图4 (b)是说明本发明的超高压水银灯中的电极的其他实施方式的图。
图5(a)、图5(b)是说明本发明的超高压水银灯中的电极的其他实施方式的图。
图6(a)、图6(b)、图6(c)是说明本发明的超高压水银灯中的电极的其他实施方式 的侧视图。 图7(a)、图7(b)是说明本发明的超高压水银灯中的电极的其他实施方式的图。
图8是说明本发明的超高压水银灯中的电极的其他实施方式的(a)侧视图、(b)剖视图。 图9(a)是说明制造本发明涉及的电极的步骤的图。
图9(b)是表示本发明涉及的电极的最终形状的侧视图。 图10(a)、图10(b)是表示本发明的超高压水银灯中的电极的其他实施方式的说 明图。
图11(a)、图11(b)是表示本发明的超高压水银灯中的电极的其他实施方式的说 明图。 图12是表示灯点灯初期的光的照度为100%时的、照度维持率伴随点灯次数的经 过而变化的图表。 图13表示现有的超高压水银灯的构成，是放大表示主要部分的说明用剖视图。
具体实施例方式
以下参照图1 3详细说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的实施方式涉 及的超高压水银灯的整体构成的图，是沿着灯的管轴的剖面表示的说明用剖视图，图2放 大表示图l所示的电极，(a)是从侧面方向观察的图，(b)是沿着电极的中心轴的剖视图， (c)是用(b)中的线段P-P切断的剖视图。并且图3是说明灯起动时的动作的图。
超高压水银灯Ll (以下简称为"灯")具有发光管IO，其在中央部具有大致球形的 发光管部11、及从其两端部向外部延伸而形成的杆状的密封管部12a、12b，在该发光管部 11内，一对电极20、30相对配置。 在密封管部12a、12b的内部，通常由钼构成的导电用金属箔13a、13b例如通过收 縮密封气密地埋入，一对电极20、30的位于轴部23、33的后端部分的基端部23A、33A焊接 到金属箔13a、13b并电连接，进一步，在该金属箔13a、13b的另一端，焊接突出到发光管10 的外部的外部导线14a、14b。 这些电极20、30也包括向各自的后方延伸的轴部23、33，由钨构成。
此外，在本实施方式涉及的超高压水银灯L1中，正常点灯时以交流点灯方式点 灯，电极20、30的构成的目的在于使正常点灯时的热设计变得容易，均是相同的构成。
发光管10由石英玻璃构成。该发光管部11的内部例如封入作为放电介质的水银、 稀有气体、卤素气体，形成放电空间S。水银用于获得必要的可见光波长，例如波长360 780nm的放射光，封入0. 15mg/mm3以上。该封入量因温度条件不同而不同，用于在点灯时形 成150气压以上的非常高的蒸气压。并且，通过封入更多的水银，可做成点灯时的水银蒸气 压200气压以上、300气压以上的高水银蒸气压的放电灯，水银蒸气压越高，越可实现适于 投影装置的光源。 封入稀有气体以达到静压约10 26kPa。具体而言是氩气，封入稀有气体的目的 在于改善点灯起动性。 并且，卤素以碘、溴、氯等和水银等金属的化合物的形态封入。卤素的封入量从
10—6 10— mol/mm3范围选择。其功能在于通过卤素循环实现长寿化，在本发明的放电灯
这样的极小型、高内压的装置中，用于防止发光管10黑化。 此外，放电空间S内，作为其他放电介质可进一步封入卤化金属。 放电灯的具体数值例如是，发光部(11)的最大外径为12mm，电极间距离为1. 2mm，
发光管(10)内容积120mm 额定电压85V，额定功率300W，以交流方式点灯。并且，这种放
电灯内置于小型化的投影装置，要求装置整体尺寸小型化，并要求较高的光量，因此发光管
部(11)内的热条件极为严格，灯的管壁负荷值为0.8 3.0W/mm、具体而言是2. 1W/mm2。
通过具有这样高的水银蒸气压、管壁负荷值，当其搭载于投影装置等放映用设备时，可提供
显色性良好的放射光。
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如图1及图2所示，在本实施方式中，起动时进行阴极侧动作的电极20包括整体 为圆柱状的电极轴部23 ;头部21，直径比该轴部23大；筒部22，连续设置到该头部21的后 端部，其外径与头部21的直径基本相同，向轴方向外部延伸。在本实施方式中，轴部23中 包括在具有基端部23A的后端部分直径较小的小径部231，在一方前端侧具有直径比小径 部231大的大径部232。在与该轴部23的大径部232连接的头部21中，其最大外径大于轴 部23的大径部232的直径。 在本实施方式的例子中，电极20是例如对一根钨棒材进行激光加工、放电加工
等，并通过切削加工而形成，是实心且没有由焊接等造成的接缝，而是一体构成。 尤其是作为材料的钨可使用纯度4N以上的材料，这种情况下，可减少从突出到放
电空间S的电极轴部23及头部21放出到放电空间S内的杂质量。 以下详细说明电极20。 如图2所示，在头部21的前端，较小径的圆锥台形的突起部21A配置在前端，随着 从该突起部21A的大径侧的端部靠向后方，直径逐渐扩大，作为头部21整体，大致为圆锥体 形状。对于头部21的大小，需要具有一定程度的热容量，从而即使因放电电弧而产生热负 荷，也不易发生熔融、蒸发，其大小需要确保用于上述发挥作用的体积，但另一方面，放电灯 的电弧所产生的光应不被电极遮挡，需要取得双方的平衡，并尽可能地小。
筒部22例如为具有与头部21的最大外径部分连续的侧面的圆筒形状，全长
(从后端面开始的深度)为lmm，最大外径部的外径为(p2mm，内径为(pl.6mm (即厚度 0. 2mm)。 如图2所示，筒部22包围轴部23的侧面，并且从电极轴部23开始隔预定距离以 平行延伸的状态配置。在该筒部22中，在辉光放电期间，需要能够接收放电的长度，当过短 时，放电到达轴部，有可能加热轴部，并且筒部的热到达头部的距离过短，到轴部的温度阻 碍变小。并且当过长时，在筒端部产生放电时，与发光管的内壁的距离过短，可能对发光管 造成黑化等损伤。从这一观点出发，实际应用上筒部的全长优选0. 3 5mm。
并且，在本发明中，筒部22由钨形成，在轴方向上连续且一体地形成。因此，长期 使用后在电极20产生损耗时，筒部22也具有自我保持力，难以产生跌落等问题。例如，在 外观同样为筒状的线圈中，在轴方向上不连续，线圈的丝线切断时，可能跌落。在本发明中， 筒部22由一体化的筒状的钨构成，从而不产生这种问题，具有经得起反复使用的结构。
在轴部23的小径部232，考虑灯的额定耗电功率、对密封管部12a的热膨胀差等参 数来设定，优选方式是，电极轴部23的外径相对于头部21的最大外径部中的外径为20 70%的范围。电极轴部23的外径满足该范围，阻碍了头部21到电极轴部23的热传导，可 抑制电极轴部23的温度上升。 此外，在本例中，轴部23在小径部231的前端侧具有大径部232。如上所述，改变 轴部23的直径而在电极的前端侧形成大径部232时，在电极20的制造步骤中将同一材料 用激光加工等进行切削，从而在筒部22和轴部23之间形成间隙(C)时，可减小切出部分，
制造变得容易。 当然，也可在轴部23中不改变直径大小而构成直径恒定的杆状。
在本发明涉及的电极20中，从筒部22的内周面到轴部23为止的分离距离C优选 10 ii m lmm的范围。通过保持该分离距离，即使在灯起动时加热筒部22至高温的情况下，由于该热的传导路径经由电极头部21，因此电极轴部23也不被直接加热，可避免伴随轴部 23的过热而产生的密封管部12a的周围D的石英玻璃变质。 对上述构成参照图2列举具体的数值，轴部23的直径a是cp0.4mm,全长b是5mm。 并且在头部21中，最大外径部的直径c为2mm，全长d为1.5mm，在筒部22中，最大外径部 的直径e为2mm，最大内径部的直径f为1. 2mm，并且全长g为lmm。 接着参照图3说明本实施方式涉及的超高压水银灯Ll起动时的动作。在此说明 以具有直流区域的起动方式起动时的动作。 图3是放大表示图1所示的灯Ll的发光管部11和密封管部的边界部分D的附近 的说明用剖视图。在该图中对图1、2中说明的构成用同一标号进行表示并省略详细说明。
(1)水银电弧区域 从未图示的起动用电源施加高频高压电压时，在电极之间产生绝缘击穿。之后，在 直流区域中，从作为阴极动作侧的电极20的表面蒸发水银，开始放电，形成数十V的水银电 弧。 通过该水银电弧放电，附着到电极20的水银从电极接收热，完成蒸发。在该水银
电弧区域中，电极不会加热到放出热电子所需的足够的温度。水银完全蒸发并枯竭时，进行
数百V的辉光放电。
(2)辉光放电区域(图3 (a)) 放电空间内的稀有气体、水银、及作为电极材料的钨的离子被约数百V的辉光放 电电压的高压加速，通过与阴极碰撞而提供能量来进行。在辉光放电区域中，和电弧放电相 比，电压高、电流密度低，但通过放电剖面积增加保持电流。因此，辉光放电的特征如图3(a) 所示，是覆盖阴极表面整体的放电方式。在厚度小、热容量小的筒部22中，在该辉光放电期 间被加热，变为高温状态。 在本发明涉及的电极20中，筒部22为其内周面与轴部23分离的状态，仅与头部 21连接，因此筒部22的热转移到头部21，从而头部21也变为高温区域。
(3)热电弧区域(图3(b)) 电极20加热到可放出电子的温度时，转换到具有数十V的灯电压的电弧放电。此 时，电弧放电在电极20中变为高温状态的任意的地点、例如图3(b)的实线所示，在筒部22 的外表面上发生，以与相对的电极侧的距离变小的方式移动，从而如虚线所示最终落到位 于前端的突起部21A。 本发明的放电灯的结构是，即使在辉光放电时筒部22被加热、该筒部22变为高 温，其热量也传递到头部21，热不从筒部22直接传递到电极轴部23。换言之，由于筒部22 和电极轴部23分离，从筒部22到电极轴部23的热传递路径变长，轴部23不再直接接收起 动时的热。因此，轴部23不会过度加热，在密封管部12中，可缓和埋设有电极轴部23的基 端部的部分的温度上升。 上述图1 3中说明的灯结构是用于使电极轴接收来自三维的任意方向的热的程 度平均化的优选的散热结构的一个方式。而本发明涉及的电极的形状只要具有与之类似的 形状，就可起到本发明的作用、效果。即，本发明的效果可通过在某个特定的电极剖面中采 用模仿图2(b)轴方向剖视图的如同箭头一样的结构来实现。具体而言，例如，在筒部中，从 后端部到头部的轴方向上的厚度无需恒定，也可以是变化的。当然在圆周方向上厚度也无需平均。进一步，筒部的构成不限于圆筒体，也可以是在剖面的内周面及/或外周面上具有 角部的结构、或外观与棱柱类似的结构。总之只要具有以下结构即可灯起动时，电极中前 端以外的较大范围的部分被加热，该热经由靠近前端侧的头部并从此传递到轴部。
根据以上结构，抑制了电极20的从筒部22到电极轴部23的热传递，并抑制电极 轴部23的温度过度升高，抑制电极轴部23本身因热而变形弯曲，并且不会过度加热构成埋 设有轴部23的密封管部12a的石英玻璃。因此，可抑制石英玻璃变质，切实防止石英玻璃 的体积变化，结果可防止电极轴部23随着构成发光管10的石英玻璃的体积膨胀而歪倒，可 抑制电极20产生弯曲。 因此，根据本发明，抑制了电极轴部的弯曲的发生，所以电极间距离不会大幅变 化，可避免灯电压从初始状态剧烈变化而损坏灯的功能、或电极和发光管的管壁的距离 变短导致构成发光管的石英玻璃黑化而使照度急速下降的问题，可提供一种照度维持率良 好、使用寿命长的超高压水银灯。 此外，在此参照正常点灯时交流点灯方式的超高压水银灯(图1)进行了说明，但
直流点灯方式下起动时的动作相同，因此可不限定点灯方式地采用本发明。在下述其他实
施方式涉及的电极中，无论交流、直流的点灯方式，与起动方式的不同无关地均可适用。 进一步，在正常点灯时以交流方式点灯的灯中，从等效角度出发，优选使两侧电极
的热设计相同，但只要是至少在起动时进行阴极动作的电极具有筒部即可，不受此限。艮P，
起动时进行阴极侧动作的电极固定时，仅对该电极适用本发明的构成即可。 在以上说明的超高压水银灯中，灯起动时从辉光放电转换到电弧放电时，在阴极
动作侧电极的表面中，在上升到可转换为电弧放电的温度的地方，局部开始产生电弧放电。
这种作为电弧放电的开始点的加热点通常在平滑的面上难以产生。因此，通过在筒部的外
表面上以某种手段形成用于形成电弧放电的起点，从而使从辉光放电到电弧放电的转换变
得迅速，头部中电弧容易转移到突起部。 作为实现上述目的的手段，优选在筒部的外表面上设置异形部。以下参照图4 图8对设置了该异形部的例子进行说明。 图4 图8是表示说明本发明涉及的超高压水银灯的其他实施方式的电极构成的 图。在这些图中，对和之前在图1 图3中说明的构成相同的构成标以相同标号，省略详细 说明。并且在此表示阴极动作侧的电极前端侧的部分，其他的灯结构参照上述实施方式。
如图4(a)所示，在筒部22的外表面上形成多个向电极的轴方向延伸的槽221。槽 221在本例中是4个，在圆周方向上等间隔地配置。这里如图4(b)所示是剖面V字形的槽， 也可以是其他形状。 在该槽221的外表面附近的边沿部分，在辉光放电期间内被加热而高温化，热电 子容易飞出，转换到电弧放电。槽221的宽度H例如为0. 5mm以下，优选O. 2mm以下，只要 可形成某程度的深度则其下限值不受限定。在构成该槽221的钨的壁和壁之间，热电子飞 出，被放电引诱而向相对的阳极侧电极放出。在本实施方式中，槽是和电极的轴平行地向头 部延伸的形状，到头部21及突起部21A的转移迅速地进行。 进一步，如该例所示，当是与电极的轴方向基本平行延伸的槽时，在圆周方向上热
电子的形成点大致限定于槽的形成位置，因此可推测放电开始位置，适于设计灯。 并且在该例中，该筒部外表面上的槽221也可以是在筒部22的后端面22B开口而连续延伸的形状，槽221的开口宽度、长度也适当。并且形成多个槽221时，不限于等间隔 形成，而可适当形成，并且不限为多个，至少有一个即可。
进一步参照图5说明其他实施方式。 在本实施方式中，是和上述一样的使槽与电极的轴平行形成的例子。槽以必要距 离分离而形成有两个，在本例中，宽度小的槽相对于筒部22的外周以倾斜的角度形成，具 有在筒部的厚度内彼此交叉的形状。根据该电极，槽之间交叉，从而形成边沿形状锐利及厚 度小的部分，温度易上升，可减小辉光放电到电弧放电的能量转换。 接着说明其他实施方式。上述图1 图5中说明的实施方式均是使槽与电极的轴 平行地形成的例子，但当然不限于此。 S卩，也可以是图6(a)所示的螺旋形状、图6(b)所示的在圆周方向(与电极的轴垂 直的方向)延伸的形状。 如上所述，使槽在筒部的整周连续形成时，电弧的发生点不受限，因此从电极产生 飞溅时，可抑制发光管部11集中黑化。 并且其他方式也可如图6(c)所示交叉地形成。根据这样的槽，在交叉的部分形成 边沿，因此热电子易于从该边沿部分放出，可提高起动性。当然，槽的个数、交叉的角度或个 数也可不限于此。 以上说明了通过槽在筒部形成热电子易放出部即异形部的例子，但不限于槽，也 可形成为使其一部分或整体贯通筒部的厚度部分的状态。 例如，图7(a)是在筒部22形成大致矩形的贯通孔222的例子。作为异形部设置 这种贯通孔222时，转换到电弧放电时，电流集中于形成了贯通孔222的筒部22的外表面 和内周的边沿部分，局部被加热，从而形成热电子放出部。 进一步，图7(b)是该贯通孔的其他例子，是使孔的形状形成为圆形的例子。如上 所述，在贯通孔222的周围，在转换到电弧放电时，电流集中到边沿，会产生热分布不均。如 图7(b)所示，使贯通孔(也可以是槽)的形状为圆形时，孔周围不会不均地过热，因此从辉 光放电转换到电弧放电时，抑制了电极过度熔解。进一步，在圆中心，接近的电极位于整个 周围，因此空间电子密度高，可有效产生所谓中空效应(Hollow Effect)，因此改善了起动 性能。当然，使孔的外观形状为圆形的效果不限于该孔贯通的状态，孔也可以不贯通。
经分析起动性能和耐电流性的关系，圆形孔的内径优选cp0.01 (plmm魂一步 优选(p0.05 cp0.5mm。从起动性的角度出发优选为cp0.1mm，但当考虑耐电流性时，优选 (p0.2~0.3mm。 此外，上述贯通孔(也可以是槽)222为l个以上即可，个数等可适当选择。设置 多个贯通孔(也可以是槽)222时，在反复灯的起动动作的期间，即使其损耗及消失进一步 加强，也可残留所需形态的异形部，因此可稳定地确保到寿命期限为止的起动性。即，可提 高起动性的可靠性。当设置多个贯通孔(也可以是槽)222等异形部时，优选使电极的轴中 心对称。 以上说明了通过对筒部本身进行切削加工的方法来形成异形部的例子。 根据该实施方式，通过加工电极主体的表面，和在筒部的外表面上未进行任何加
工相比，可改善起动性。当安装现有的起动用线圈时，构成线圈的钨上产生粒子生长，会发
生晶界断裂而脱落的情况，但根据该实施方式，因不使用线圈，从而无需对此采取措施。
作为设置在筒部的异形部，该例以外也可以是以下方法以和现有例相同的结构， 例如在筒部的外周上缠绕钨线，线圈状地形成异形部。这种情况下，可获得与具有现有线圈 的电极相同的起动性，因此可获得起动时可靠性良好的装置。参照图8说明该例。图8(a) 是从横向观察电极的说明图，(b)是电极的轴方向的剖视图。 电极40由以下部件构成整体前端形成了突起部41A的圆锥台形的头部41 ;连续 设置在头部41的后端的筒部42 ;连接到头部41后端面的中心位置、向后方延伸的轴部43。 轴部43在本例中为直径恒定的圆柱状。 筒部42与轴部43的外周面非接触地延伸，其前端部仅连接到头部41。在该筒部 42的外周面上缠绕着钨线44，丝线端部熔融，从而与筒部42 —体构成。
对图8的结构中的电极列举具体的数值，电极头部41的最大径部直径为1. 0 2. 2mm，轴部的直径为0. 3 1. Omm，筒部的外径为1. 0 2. 2mm，内径为0. 8 2. 0mm。此 外，筒部42和轴部43的间隔是10 ii m lmm，筒部42的全长是0. 5 5mm。钨线的线径为 0. 1 0. 3mm，缠绕1 10圈。 如该例所示，通过在电极筒部的外表面上设置线圈状的异形部，可形成热电子的 放出点。 以上参照图4 图8说明了各种在电极表面上形成的异形部，在任何情况下，优选 异形部形成在电极头部的附近。这是因为，随着热电子放出部成为电极头部附近的概率升 高，电弧放电开始后电弧易于转换到突起部。 在本发明的超高压水银灯涉及的电极中，可由单一材料、即一个钨棒切削制造，但 例如也可将电极分为几个配件来制造，并通过焊接等手段一体化制造。 参照图9说明该例。图9(a)是说明制造本发明涉及的电极的步骤的图，(b)是表 示最终形状的侧视图。 在图9(a)中，在前端具有突起部51A的头部51的后端部分，在其中心位置上一体 形成有轴部53，轴部53向轴方向后方延伸。轴部53包括与头部51连续设置而形成的大 径部532 ;与该大径部532连续设置、直径比大径部532小的小径部531。由上述头部51和 轴部53构成的结构体50A可切削钨棒材来制造。 另一方面，筒部件50B构成筒部，由具有基本适于头部后端部的外径及内径的钨 制的筒状体构成。该筒部件50B例如使加工为管状的钨与筒部的全长对应地切割制造。
向该筒部件50B中插入结构体50A的轴部，使头部51的后端面和筒部件50B的一 端面同轴固定，从外侧通过焊接结合并一体化时，如图9(b)所示，构成具有筒部52的电极 50。标号54是结合时形成的焊接痕迹。 通过焊接使筒部52和头部51—体化，在灯起动时的辉光放电期间，可使产生的热 向头部51传递。 在该电极50中，在筒部52外表面上设置异形部时，在焊接并一体形成后，可以通 过激光加工等形成。 在本发明的电极中，在电极头部和筒部的边界附近，外周部的直径也可以变化，例 如如图IO所示可变为阶梯状。图IO是从侧面观察表示本发明的其他实施方式的电极的图， 对图1 3所示的构成用同一标号表示。并且该图中，用虚线虚拟地表示了筒部和轴部的 间隙。
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如该图所示，筒部22的外径和头部21的直径的大小关系中，头部侧较小也可以， 筒部侧较小也可以。在此虽未图示，但也可以是直径锥形地逐渐改变的结构。
进一步说明本发明的其他实施方式。图ll是用于说明本发明的其他实施方式的 图，(a)是从后方观察电极的透视图，(b)是管轴方向剖视图。在该图中，对之前图1 3所 示的结构用同一标号表示，省略详细说明。 如上所述，根据本发明涉及的超高压水银灯，采用在电极20中抑制从筒部22到电 极轴部23的热传递的结构，从而可抑制热从电极轴部23直接传递到密封管部，抑制埋设有 电极轴部23的石英玻璃过热。 但是，本发明涉及的超高压水银灯的电极在构成筒部22的结构上，轴部23的前端 (即头部连接部)靠近电极前端，暴露于高温下。在轴部23的直径极小，例如是不满lmm的 轴部时，在靠近头部21的部位，难以支撑头部21和筒部22的负荷，易产生变形。尤其是以 电极的轴基本为水平方向的方式支撑发光管并使灯点灯时，轴部23必须支撑电极的头部 21和筒部22的负荷，如果轴部23产生变形，则应力集中到那里，会发生弯曲。该现象在灯 的寿命末期、起动时进行阴极动作的一侧的电极上容易发生。 因此，在本实施方式涉及的超高压水银灯中，如图11所示，其特征在于，在筒部22 和轴部23之间的环状空间的至少一部分中，形成有连接两者的支撑部24。通过形成支撑部 24，可增强灯寿命末期的轴部23的强度不足，即使轴部23的一部分产生变形，也可避免应 力集中到该部分，避免发生弯曲，进一步延长灯的使用寿命。
以下详细说明本实施方式的内容。 在图11所示的实施方式中，支撑部24在沿着筒部22的后端面的部分形成三处并 等间隔地隔开。通过平均地设置多个支撑部24，在电极20的圆周方向上可使机械强度平均 化。 具有这种支撑部24的电极20可如下制造在成为具有头部21、筒部22及轴部23 的电极的状态下，在筒部22和轴部23之间的间隙，通过激光焊接，在头部21 —侧形成有空 间E的状态下设置支撑部24。 并且，也可从一体的鸨棒通过切削加工形成放电电极的整体形状，之后通过放电 加工制造。即也可以是下述方法由一个电极用成型体以稍微残留支撑部24的方式在筒部 22和轴部23之间形成间隙。 在减少从筒部22传递到轴部23的热的角度出发，支撑部24优选仅形成在筒部22 的后端部，在支撑部23的前方形成空间E。但因加工上的问题，与头部21之间难以形成空 间E。此时，可使支撑部24跨越筒部22的整个长度方向，连续地形成为细长的肋状。
当然，在任意的形态下，筒部22和电极轴部23之间的接触部变大时，传递到轴部 23的热量增加，因此优选考虑两者的平衡，使寿命长期化并获得机械强度。从发挥本发明效 果的角度出发，在可增强轴部23的强度的范围内优选使支撑部24尽可能小。
此外，在具有支撑部24的电极20的构成中，在筒部外周面上可设置由槽、贯通孔 等构成的异形部。形成异形部时可提高起动可靠性。 根据上述构成，抑制了电极20的筒部22到电极轴部23的热传递，抑制了电极轴 部23的温度过高，并抑制了电极轴部23本身因热而变形弯曲，进一步，通过分散集中到电 极轴部23的负荷，在灯的寿命末期的电极疲劳累积的状态下，也可抑制轴部23弯曲。
其结果是，可提供一种进一步长寿命化的超高压水银灯。 以上参照

了本发明的各种电极构成，但当然不限于这些图的内容。 在本发明涉及的超高压水银灯中，正常点灯时以交流方式点灯的灯中，从使电极
的热设计相同的角度出发，优选使一方电极与另一方电极为同一构成，但发明只要是至少
起动初期进行阴极动作的电极具有筒部的构成即可，因此起动时当进行阴极侧动作的电极
固定时，仅对该电极适用本发明的构成即可。
图1中代表性地图示说明了以交流点灯方式点灯的灯，当然也可适用于直流点灯
方式的超高压水银灯。(实施例) 以下具体说明本发明涉及的超高压水银灯装置的实施例，但本发明不限于此。
制造和图4所示构成基本相同结构的电极，制造出除了电极外的结构和图1相同 的超高压水银灯。以下表示该超高压水银灯的规格。在该灯中，在正常点灯时以交流方式 动作，一方电极的结构和另一方相同。
(灯的规格) 发光管材质石英玻璃；发光管部的最大外径12mm ;全长12mm ;放电空间的内
容积100mm3 电极材质鸨；全长(包括头部到轴部的长度)7. 0mm 头部的最大外径部直径2. Omm，长度0. 2mm 筒部的最大外径部直径2. Omm，长度1. Omm轴部的大径部直径0. 8mm ;小径部直径0. 4mm ;长度4. Omm 电极间距离1.4mm 金属箔材质钼；长度15mm ;宽度2. Omm ;厚度25 ii m 封入物水银0.ang/mm、溴气(卤素)3.0X10—、mol/mm3 ;氩(稀有气体) 13kPa 灯稳定点灯时的水银蒸气压170气压以上
输入功率275W 在上述构成的电极的筒部的外表面上，使两个为一对的彼此平行延伸的槽在圆周 方向上等间隔地形成四处。即，槽的个数为8个。每个槽的宽度为50iim，深度50iim，长度 0. 8mm。此夕卜，接近的两个槽之间的间隔为0. lmm。
(比较例) 除了电极结构根据图13所示的结构制造外，制造出具有和以上同样结构的参照 用超高压水银灯。 对这些超高压水银灯进行下述点灯试验，从而取得照度维持率数据。
(点灯试验) 对三个上述实施例涉及的超高压水银灯、三个参照用灯涉及的超高压水银灯进行 点灯试验。点灯5分钟后灭灯5分钟的点灯动作作为1个循环，反复进行点灯动作，每500 个循环，用显微镜观察确认电极轴部的弯曲，并且测定照度。点灯初期的光的照度为100% 时，观察伴随时间的经过变化的照度维持率。图ll表示该照度维持率的结果。
上述点灯试验的结果，在实施例涉及的超高压水银灯中，任意的灯中均未发现电极弯曲，也未发现构成密封管部的石英玻璃结晶化的痕迹。并且，确认4000次点灯后的起 动电压时，上升幅度均为约10V以下，电极间距离变化很小。 另一方面，在比较例涉及的超高压水银灯中，灯个体的特性有波动，当超过约2000 小时点灯后产生电极弯曲，电极间距离改变的结果，起动电压上升20 40V，灯的起动性变差。 从以上结果可知，根据实施例涉及的超高压水银灯，均抑制了电极轴部弯曲的现 象，电极间距离变动较少，起动性良好，并且电极靠近发光管所产生的黑化也得到抑制，照 度维持率良好，可得到使用寿命较长的灯。
1权利要求
一种超高压水银灯，在发光管的内部封入有0.15mg/mm3以上的水银，上述发光管由石英玻璃构成且具有发光管部和与该发光管部连续设置的密封管部，并且一对电极各自的轴部的基端部分别埋设于上述密封管部而被保持，从而上述一对电极相对配置，上述超高压水银灯的特征在于，上述一对电极中进行阴极动作的电极具有直径比上述轴部粗的头部及与该头部的后端部连续设置的筒部，上述筒部以包围上述电极的轴部的方式在轴方向上延伸，并且上述筒部的内周面与上述轴部分离。
2. 根据权利要求l所述的超高压水银灯，其特征在于， 在上述筒部的外周面上形成有作为热电子易放出部的异形部。
3. 根据权利要求2所述的超高压水银灯，其特征在于， 上述异形部由槽及/或贯通孔构成。
4. 根据权利要求1或2所述的超高压水银灯，其特征在于， 上述电极的筒部和头部由同一材料一体形成。
5. 根据权利要求1或2所述的超高压水银灯，其特征在于， 在上述筒部的后端部形成有与上述轴部连接而支撑该筒部的支撑部。
全文摘要
提供一种超高压水银灯，通过防止构成密封管部的石英玻璃的温度过度上升，防止电极轴部弯曲，延长使用寿命。在发光管的内部封入有0.15mg/mm3以上的水银，该发光管由石英玻璃构成且具有发光管部和与该发光管部连续设置的密封管部，并且一对电极各自的轴部的基端部分别埋设于上述密封管部而被保持，从而上述一对电极相对配置，上述超高压水银灯的特征在于，上述一对电极中进行阴极动作的电极具有配置于电极的前端侧且直径比上述轴部粗的头部及与该头部的后端部连续设置的筒部，上述筒部以包围上述电极的轴部的方式在轴方向上延伸，并且上述筒部的内周面与上述电极轴部分离。
文档编号H01J61/20GK101752183SQ20091022454
公开日2010年6月23日 申请日期2009年11月17日 优先权日2008年12月19日
发明者今村笃史, 山下高史, 竹村哲, 长町信宏 申请人:优志旺电机株式会社