專利名稱：超高壓水銀燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示器裝置或在使用了DMD(數(shù)字微鏡器件)的DLP(數(shù)字光學(xué)處理器)等投影裝置中使用的、在發(fā)光管內(nèi)封裝了0.15mg/mm3以上的水銀且在照明時(shí)水銀蒸汽壓力達(dá)到150大氣壓以上的超高壓水銀燈。
背景技術(shù)：
在液晶投影儀或使用了DMD的以DLP等為代表的投射式投影裝置中，由于對(duì)于矩形的屏幕而言，要求其具有均勻且充分的現(xiàn)色性并能照明圖像，因此，在光源中使用封裝了水銀或金屬鹵化物的金屬鹵素?zé)?。近來，這種金屬鹵素?zé)舫M(jìn)一步小型化、點(diǎn)光源化方向發(fā)展，電極間距極小的鹵素?zé)粢驳靡詰?yīng)用。
在這樣的背景下，最近，代替金屬鹵素?zé)?，提出了在照明時(shí)，水銀蒸汽壓力高達(dá)從未有過的例如150大氣壓以上的燈。通過如此提高水銀蒸汽壓力，能夠抑制(縮小)弧光的擴(kuò)散，同時(shí)，進(jìn)一步提高光輸出。例如，在專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2中披露了這種超高壓水銀燈。
根據(jù)上述文獻(xiàn)中披露的水銀燈，在中央部具有球狀發(fā)光部的發(fā)光管內(nèi)相對(duì)設(shè)有一對(duì)電極，在發(fā)光管的內(nèi)部空間封裝了0.15mg/mm3以上的作為發(fā)光物質(zhì)的水銀，同時(shí)，為了進(jìn)行鹵素循環(huán)，還封裝有規(guī)定量的鹵素氣體。
在這種超高壓水銀燈中，例如，如專利文獻(xiàn)3所示，為了在照明起動(dòng)時(shí)，易于從輝光放電轉(zhuǎn)移到弧光放電，大多使在電極前端附近用導(dǎo)線纏制而成的線圈部曝露于放電空間。
特開平2-148561號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]特開平6-52830號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]特開2001-319617號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容近些年來，由于對(duì)小型化及增強(qiáng)光輸出的要求很強(qiáng)烈，因此，在投影裝置中使用的超高壓水銀燈的管壁負(fù)荷傾向于越來越高，電極與發(fā)光管內(nèi)壁之間的距離傾向于越來越短。在這種超高壓水銀燈中會(huì)出現(xiàn)不良情況，即在起動(dòng)初期時(shí)利用直流電流并通過燈具照明裝置進(jìn)行照明時(shí)，通過起動(dòng)時(shí)線圈部的放電，作為電極構(gòu)成物質(zhì)的鎢將會(huì)附著于線圈部附近的發(fā)光管內(nèi)壁，從而產(chǎn)生發(fā)光管變黑的不良現(xiàn)象。
另外，電極的形狀變形，從而無法獲得所要求的輝度及發(fā)光長度，并縮短使用壽命，還會(huì)引起閃爍現(xiàn)象。
如上所述，在電極的形狀變形時(shí)，由于閃爍或發(fā)光管變黑而降低透光率以及發(fā)光長度變得過短而減少光束，因此，會(huì)產(chǎn)生使用壽命縮短的問題。
鑒于以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種超高壓水銀燈，其能夠抑制發(fā)光管變黑及電極變形的產(chǎn)生，并且使用壽命較長，能夠抑制閃爍。
為了解決上述課題，本發(fā)明的超高壓水銀燈在發(fā)光管內(nèi)相對(duì)設(shè)置一對(duì)電極，同時(shí)作為發(fā)光物質(zhì)，封裝有0.15mg/mm3以上的水銀，在上述一對(duì)電極中起到陰極作用的電極軸部的前端部，通過卷繞規(guī)定長度的導(dǎo)線形成線圈部，其特征在于在上述線圈部中，上述導(dǎo)線與上述軸部的接觸面積相對(duì)于軸長方向的單位長度的比例在該線圈部的后端部最大，并且，在上述后端部之前的至少一部分上形成接觸面積的比例較小的部分。
此處，上述線圈部優(yōu)選在其后端部緊密卷繞導(dǎo)線，并在該后端部之前的至少一部分上形成疏松卷繞所述導(dǎo)線的部分。
另外，在上述線圈部前端部的導(dǎo)線中相鄰導(dǎo)線之間的間隙優(yōu)選為0.05～0.3mm。
優(yōu)選通過在軸部與導(dǎo)線之間夾設(shè)與形成上述線圈部的導(dǎo)線不同的金屬部件，由此增加接觸面積。
另外，上述金屬部件優(yōu)選由第2導(dǎo)線形成。
另外，上述第2導(dǎo)線的直徑最好小于上述導(dǎo)線的直徑。
另外，上述金屬部件最好由燒結(jié)體構(gòu)成。
另外，優(yōu)選通過在上述軸部中相當(dāng)于線圈部后端部的表面形成槽，并且，使導(dǎo)線嵌入該槽，由此增加導(dǎo)線與軸部的接觸面積的比。
本發(fā)明人在研究發(fā)光管產(chǎn)生變黑的原因時(shí)，注意到在水銀燈剛起動(dòng)之后從輝光放電轉(zhuǎn)移至弧光放電時(shí)，當(dāng)產(chǎn)生以線圈部的后端部(簡稱為“后端部”)為起點(diǎn)的放電時(shí)，電流會(huì)向線圈部后端部集中。
另外發(fā)現(xiàn)正是由于電流集中于線圈部的后端部，從而產(chǎn)生變黑的現(xiàn)象。
并且還發(fā)現(xiàn)，無法獲得希望的發(fā)光長度以及出現(xiàn)光的閃爍等問題，也是由于上述鎢的沉積和生長而電極變形造成的。
此處，對(duì)于上述現(xiàn)象，利用圖5對(duì)以往的超高壓水銀燈的一個(gè)例子進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖5為放大以往的超高壓水銀燈中電極根部附近的視圖。圖8(a)、(b)雖然表示相同的結(jié)構(gòu)，但圖8(a)中標(biāo)有用于說明結(jié)構(gòu)的符號(hào)，圖8(b)中標(biāo)有對(duì)發(fā)光管內(nèi)的反應(yīng)進(jìn)行說明的符號(hào)。圖8(c)為進(jìn)一步放大圖8(a)中線圈部22附近的視圖。在該圖中，1為發(fā)光管，2為電極，21為電極的軸部，22為由鎢等線材卷繞而成的線圈部。
本發(fā)明人對(duì)伴隨著亮燈，距離L縮短的原因進(jìn)行了以下推測。
在起動(dòng)初期，使直流電流流過，從而使超高壓水銀燈進(jìn)行照明時(shí)，通過示波器及攝像機(jī)對(duì)起動(dòng)初期數(shù)秒的放電形式進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象。
首先，絕緣破壞后，在直流區(qū)通過從作為陰極的電極表面產(chǎn)生的幾十伏的水銀弧光放電實(shí)現(xiàn)起動(dòng)，之后，當(dāng)陰極表面的水銀完全蒸發(fā)后，進(jìn)行幾百伏的輝光放電。通過輝光放電，作為陰極工作的電極(以下，簡稱為“陰極”)2被充分加熱，則易于從陰極2放出熱電子，并轉(zhuǎn)移到幾十伏的熱弧光放電。在進(jìn)行輝光放電時(shí)，以覆蓋整個(gè)陰極2的形式進(jìn)行放電，在線圈部22與軸部21之間的尖銳楔形間隙K處電流密度增加，自此進(jìn)入弧光放電。
之后，在進(jìn)行該熱弧光放電時(shí)，若電流集中在間隙K中，則被局部加熱的鎢會(huì)從表面以放射狀飛散蒸發(fā)。由于蒸發(fā)的鎢的電離電壓低于水銀及惰性氣體，因此，容易被電弧e電離，將電弧e從線圈部22的后端部引導(dǎo)到最近的發(fā)光管1的內(nèi)表面。
結(jié)果，如圖所示，發(fā)光管1的內(nèi)表面將與高溫電弧e接觸或與其碰撞，由于這一原因，從而在發(fā)光管1的內(nèi)表面得局部形成凹坑，同時(shí)，作為發(fā)光管1的構(gòu)成材料的石英玻璃(SiO2)蒸發(fā)。蒸發(fā)的SiO2通過放電等離子體分解為Si與O，從而使構(gòu)成陰極的鎢氧化，結(jié)果，致使鎢的氧化物從陰極2蒸發(fā)。在將鎢的氧化物輸送到線圈后端部時(shí)，通過脫氧反應(yīng)形成虛線所示的W堆積，從而更縮短了距離D。
應(yīng)考慮到由于水銀燈起動(dòng)時(shí)將會(huì)以一定的概率出現(xiàn)這種現(xiàn)象，因此，會(huì)導(dǎo)致鎢的堆積，通過這些反應(yīng)的重復(fù)進(jìn)行，會(huì)導(dǎo)致不斷生長和沉積直至接觸發(fā)光管1的內(nèi)表面。
另外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象會(huì)形成不良情況。
一種情況為上述鎢氧化物的蒸發(fā)物還被輸送到陰極線圈部后端部之外的部分，例如陰極前端，并重新結(jié)晶而生成突起物。在該突起物在電極間生長時(shí)，將無法獲得希望的適于光學(xué)系的發(fā)光長度。此外，由于電極間的放電弧損失變小，燈的電壓變低，因此，一般的放電燈用穩(wěn)定器會(huì)根據(jù)燈的電壓將電流量控制在規(guī)定的電流，如果燈的電壓比穩(wěn)定照明時(shí)低，則將輸入低于所希望的電功率進(jìn)行照明，在這種情況下，由于燈的電功率變低，因此，會(huì)進(jìn)一步降低發(fā)光效率。
更糟糕的是還存在出現(xiàn)多個(gè)突起物的情況，這時(shí)，弧光的輝點(diǎn)將在突起物的前端之間移動(dòng)，從而使光輸出產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如果能夠抑制從線圈部后端部產(chǎn)生的放電電弧，那么也能夠在該處抑制與放電同時(shí)產(chǎn)生的電流集中，從而能夠避免構(gòu)成發(fā)光管的石英玻璃的蒸發(fā)，結(jié)果，能夠避免上述現(xiàn)象的發(fā)生。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的超高壓水銀燈，在線圈部中，包括其后端的后端部與其前方相比，由于軸部與導(dǎo)線的接觸面積的比較大，從導(dǎo)線向軸部的熱傳導(dǎo)良好，因此，能夠避免熱在線圈部中產(chǎn)生高溫。并且，在后端部的前方，在導(dǎo)線與軸部的接觸面積較小的部分，由于抑制了從軸部向線圈部的熱傳導(dǎo)，因此，溫度上升，從而在該處易于形成熱弧光放電。結(jié)果，熱弧光放電是在導(dǎo)線與軸部的接觸面積較小之處發(fā)生的，而從線圈部的后端部則不易發(fā)生。
這樣，通過減少從線圈部后端部產(chǎn)生的弧光放電，可避免作為電極形成物質(zhì)的鎢附著于線圈部附近的發(fā)光管內(nèi)壁上以致使發(fā)光管變黑的現(xiàn)象，同時(shí)，可使照明開始之后馬上形成的熱弧光放電遠(yuǎn)離發(fā)光管內(nèi)壁，從而抑制石英玻璃的蒸發(fā)，并避免由此造成的陰極氧化現(xiàn)象。
其結(jié)果，可有效防止因發(fā)光管變黑而降低透光率的問題、因發(fā)光長度變得過短而使光束減少造成使用壽命縮短的問題以及閃爍現(xiàn)象的發(fā)生。
此外，在上述超高壓水銀燈中，通過使上述線圈部的間隙xmin.在0.05～0.3mm之間，伴隨由空心效應(yīng)產(chǎn)生的效果，能夠很好地控制熱弧光放電的發(fā)生位置。在線圈部后端部之外的地方至少設(shè)置一處以上形成上述范圍的間隙，由此，能夠更可靠地避免形成上述問題的從線圈后端產(chǎn)生弧光放電。上述范圍的間隙可設(shè)置于除線圈后端部之外的任何地方，但在線圈的前端處更為理想。
此外，可以通過在線圈前端處，擴(kuò)大線圈與電極軸部之間的間隙來減少電極軸部與線圈的接觸面積，或者相反，通過在線圈后端側(cè)，填埋線圈與電極軸部之間的間隙以增加電極軸部與線圈的接觸面積這兩種方法或其中的任一種方法，推遲線圈前端處向電極軸部的熱擴(kuò)散，使其易于達(dá)到從輝光放電轉(zhuǎn)移至弧光放電的溫度。其結(jié)果，向熱弧光放電轉(zhuǎn)移的起點(diǎn)可集中于線圈部的前端側(cè)，從而能夠可靠防止線圈后端在熱弧光放電時(shí)成為放電的起點(diǎn)。


圖1為用于說明本發(fā)明第一實(shí)施例的超高壓水銀燈的剖面圖。
圖2為陰極的放大圖，其中，(a)為主視圖，(b)為包含中心軸的剖面圖。
圖3為放大顯示了陰極的線圈部附近的軸向剖面圖，其說明了本發(fā)明的陰極的第2實(shí)施例。
圖4用于說明本發(fā)明的陰極的第3實(shí)施例，其中，(a)為主視圖，(b)為包含中心軸的剖面圖。
圖5用于說明本發(fā)明的陰極的第4實(shí)施例，其中，(a)為主視圖，(b)為包含中心軸的剖面圖。
圖6為用于說明本發(fā)明的其它實(shí)施例的含有陰極中心軸的剖面圖。
圖7為用于說明本發(fā)明的其它實(shí)施例的含有陰極中心軸的剖面圖。
圖8為放大顯示現(xiàn)有技術(shù)中的電極根部的視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為用于說明第一實(shí)施例的超高壓水銀燈的剖面圖。
超高壓水銀燈100帶有例如由石英玻璃制成的發(fā)光管1。發(fā)光管1帶有大致球狀的發(fā)光部11和與發(fā)光部11兩端相連的棒狀封閉部12、12。在發(fā)光管1的內(nèi)部空間S中相對(duì)設(shè)有陰極2與陽極3。陰極2包括軸部21和通過將導(dǎo)線W繞在軸部21上而形成的線圈部22，陽極3包括軸部31和設(shè)置在軸部31前端的本體部32。
在發(fā)光管1中的封閉部12、12中分別埋設(shè)有例如由鉬制成的供電用金屬箔4、4并將它們密封。將這些金屬箔4、4的一端與軸部21、31的基端部211、311焊接在一起以實(shí)現(xiàn)電連接，另一端與從封閉部12、12向外伸出的供電用外部導(dǎo)線5、5焊接在一起以實(shí)現(xiàn)電連接。
在發(fā)光管1內(nèi)封裝有水銀、鹵素氣體以及惰性氣體。
水銀用于獲得必要的可見光波長，例如360～780nm的放射光，為了使照明時(shí)的水銀蒸汽壓力達(dá)到150大氣壓以上，應(yīng)封裝0.15mg/mm3以上的水銀。水銀量隨溫度條件不同而不同，可根據(jù)希望的水銀蒸汽壓力適當(dāng)改變水銀量。
對(duì)于惰性氣體而言，為了改善照明起動(dòng)性，可封裝5～50kPa、例如13kPa的氬氣。
鹵素是以碘、溴、氯等與水銀或其它金屬的化合物的形式封入的，封裝量的范圍為10-6～10-1μmol/mm3，例如3.0×10-4μmol/mm3。其功能雖然也具有利用鹵素循環(huán)來延長使用壽命，但是，在如本發(fā)明的放電燈那樣的極小型且具有高內(nèi)壓的放電燈中，其主要目的在于防止發(fā)光管失透。
圖2表示圖1所示的超高壓水銀燈的陰極放大圖。圖2(a)顯示了主視圖，圖2(b)為包含中心軸L的剖面中的主要部分放大圖。在圖2中，與圖1相同的部分采用了相同的標(biāo)號(hào)。
陰極2中的線圈部22例如是通過由線狀鎢制成的導(dǎo)線W緊繞在電極軸部21外周面形成的。其卷繞方式為在線圈部22的電極前方側(cè)的前端部221中相鄰的導(dǎo)線W彼此之間留有間隙，從其前方向后方減小間隔。在包含后端22a的后端部222，緊密卷繞以使導(dǎo)線W之間的間隔幾乎為零。
此處，線圈部的“后端22a”是指位于電極軸部21上的構(gòu)成線圈部22的導(dǎo)線W的最后端，“后端部222”是指包含上述線圈部后端22a的規(guī)定長度的區(qū)域，并將其適當(dāng)?shù)卦O(shè)定為線圈部22全長的20～60％。線圈部“前端部221”是指包含導(dǎo)線W前端的規(guī)定長度的區(qū)域，其為后端部222之外的區(qū)域。
這樣，導(dǎo)線W的卷繞間隔沿軸部的長度方向是不同的，導(dǎo)線W與軸部21的接觸面積的每單位長度內(nèi)的比例在后端部222達(dá)到最大，因此，與其它部分相比，在后端部222，在輝光放電期間產(chǎn)生的熱易于傳導(dǎo)到軸部21，從而能夠促進(jìn)散熱。而在線圈部22的前端部221，由于與電極軸部21的接觸面積較小，因此，向軸部21傳導(dǎo)的熱較少，線圈部22中的溫度較高。
這樣，由于在線圈部22中，后端部222溫度較低而在其前方的位置處存在溫度較高的部分，因此，可以使發(fā)生熱弧光放電的位置轉(zhuǎn)移到后端部222之外的線圈部的前端部221，從而能夠降低后端部222發(fā)生熱弧光放電的幾率。
其結(jié)果，通過減少從線圈部后端部222產(chǎn)生的熱弧光放電，能夠避免作為電極構(gòu)成物質(zhì)的鎢附著于線圈部22附近的發(fā)光部內(nèi)壁11A上而導(dǎo)致發(fā)光部11變黑，同時(shí)，由于可以使熱弧光放電與發(fā)光部內(nèi)壁11A隔離，因此，還能夠抑制構(gòu)成發(fā)光管1的石英玻璃的蒸發(fā)，以及避免由此造成的陰極2的氧化現(xiàn)象。
在以上基礎(chǔ)上，在線圈部22的前端部221中，最好帶有相鄰的導(dǎo)線W彼此的間隙xmin.在0.05mm以上，例如在0.05～0.5mm的部分。這樣，由于通過使間隙xmin.在0.05～0.3mm的范圍之內(nèi)，能夠獲得由所謂空心效應(yīng)(見后面說明)產(chǎn)生的加熱效果，從而能夠有效地使線圈部22的前端部221升溫，因此，更易于成為熱弧光放電的起點(diǎn)。
這時(shí)，在線圈部22的后端部222，導(dǎo)線W的間隙最好小于0.05mm。這樣，就不會(huì)產(chǎn)生由空心效應(yīng)產(chǎn)生的加溫效果。因此，與前端部221溫度升高的情況結(jié)合，可以有效地避免后端部222產(chǎn)生熱弧光放電。
下面，對(duì)空心效應(yīng)進(jìn)行簡單說明。
一般來說，若減少陰極線圈部中導(dǎo)線的間隔，則會(huì)使線圈表面的2個(gè)負(fù)輝區(qū)產(chǎn)生重疊，并分別減小陰極位降區(qū)的距離和負(fù)輝區(qū)的距離。在通常的放電中，如果將電極間的放電電壓值保持為相同的值，則上述放電電壓幾乎都加載到陰極位降區(qū)，因此，致使陰極位降區(qū)的電場增加。另外，離子密度的進(jìn)一步增加會(huì)進(jìn)一步增大陰極間的離子電流密度。另外，通過縮短陰極下降部的距離，對(duì)于從陰極飛出的電子在途中加速所獲得的能量而言，由于在陰極暗部區(qū)內(nèi)碰撞的次數(shù)減少，因此，能夠減小其損失的比例。其結(jié)果，電子將以高能量飛進(jìn)負(fù)輝區(qū)，從而促進(jìn)負(fù)輝區(qū)中的電離和激發(fā)。由于負(fù)輝區(qū)光強(qiáng)度也會(huì)增加，因此，在光中所含的紫外線會(huì)碰撞陰極，從而促進(jìn)陰極發(fā)出光電子。因此，輝光放電電流密度也增加，周圍的線圈溫度升高，從而能夠比其它陰極部位更快地轉(zhuǎn)移到熱弧光放電。
另一方面，由于在陰極的線圈不存在間隙的情況下，其功能與平板陰極幾乎相同，因此，不會(huì)減小線圈表面的陰極位降區(qū)的距離，因此，不能獲得促進(jìn)上述光電子發(fā)射的效果。所以，輝光放電電流密度較低，從而無法使線圈溫度上升。
為了制造這種可在電極長度方向局部獲得空心效應(yīng)的電極，例如，可采用以下的方法來制作電極。
例如，可將由鎢等制成的導(dǎo)線按一定的間隔卷繞數(shù)圈，在其后方進(jìn)一步卷繞以使導(dǎo)線彼此緊密相連，從而制成線圈成形體。將其套到由鎢制產(chǎn)的軸部，并通過鉚接等方式固定?；蛘撸部梢詫?dǎo)線直接卷繞到電極軸部，同樣通過鉚接固定。
如果需要部分?jǐn)U大或改變線圈節(jié)距，則可以通過車床對(duì)電極軸部或卷繞的線圈導(dǎo)線的輸送量進(jìn)行程序控制，由此可進(jìn)行自由改變，從而獲得希望的線圈部的節(jié)距。此外，在按等間隔節(jié)距卷繞線圈之后，可以在線圈的一端或局部施加拉伸應(yīng)力，從而拉伸并擴(kuò)大部分節(jié)距。如果將該應(yīng)力兼用于切斷線圈端部的應(yīng)力，則能夠減少工時(shí)。另外，在以等間隔卷繞的線圈中，通過在局部選擇并施加鉚接等壓力，也可以有選擇性地局部擴(kuò)大節(jié)距。
以下給出了與陰極相關(guān)的數(shù)據(jù)。
軸部21的直徑在φ0.3mm～φ3mm的范圍內(nèi)，例如為φ0.8mm，其體積在4mm3～40mm3的范圍之內(nèi)，例如為23mm3。此外，表面積在10mm2～45mm2，例如為20mm2，全長在7mm～20mm，例如為10mm。軸部21中，將相當(dāng)于全長一半的部分埋設(shè)于封閉部12中，使剩下的一半曝露于內(nèi)部空間S中。構(gòu)成導(dǎo)線W的線狀鎢的直徑為0.2mm～0.6mm，例如為0.25mm，相對(duì)于軸部21的卷繞圈數(shù)為2～10圈左右，例如為5圈。前端部221的節(jié)距為0.2mm～2mm，例如為0.3mm。
此外，軸部及導(dǎo)線優(yōu)選使用純度在99.99％以上的鎢。
根據(jù)以上所述的本發(fā)明的超高壓水銀燈，在包括線圈部后端的后端部中，由于與電極軸部的接觸面積的每單位長度內(nèi)的比例大于其它部分，因此，在輝光放電中產(chǎn)生的熱在后端部易于傳導(dǎo)到軸部，從而能夠促進(jìn)散熱，并將后端部維持在較低溫度。在溫度相對(duì)較高的線圈部的前端部，能夠以高幾率發(fā)生熱弧光放電。
其結(jié)果，能夠減少從線圈部后端部產(chǎn)生的弧光放電，從而可避免作為電極構(gòu)成物質(zhì)的鎢附著于線圈部附近的發(fā)光管內(nèi)壁上而造成發(fā)光管變黑的現(xiàn)象，同時(shí)，通過使照明開始后馬上形成的熱弧光放電與發(fā)光管內(nèi)壁隔離，能夠抑制石英玻璃的蒸發(fā)，并避免由此造成的陰極氧化現(xiàn)象。
此外，如果在線圈部的前端部還形成了導(dǎo)線間隔達(dá)到0.05～0.3mm范圍的部分，則由于能夠獲得由空心效應(yīng)產(chǎn)生的加熱效果，因此，能夠使熱弧光放電的發(fā)生集中于線圈部的前端部，從而可避免在后端部產(chǎn)生弧光放電，并防止電流集中在該位置處。
下面，對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施例進(jìn)行說明。圖3單獨(dú)顯示了涉及本發(fā)明第2實(shí)施例的陰極，其中，(a)為主視圖、(b)剖面圖。陰極之外的其它結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施例相同，故省略了對(duì)它們的說明。
導(dǎo)線W在相鄰的導(dǎo)線之間形成間隙，同時(shí)，在整個(gè)線圈部22均按一定節(jié)距卷繞。即，在本實(shí)施例中，導(dǎo)線W與電極軸部21接觸的每單位長度內(nèi)的面積比在整個(gè)線圈部22中幾乎是相同的。
在該電極軸部21的外周面，從線圈部22的后端22a向前方，以規(guī)定距離卷繞設(shè)置第2導(dǎo)線23。第2導(dǎo)線23由高融點(diǎn)金屬，例如鎢絲構(gòu)成，設(shè)置部分的范圍占線圈部22全長的20～60％。此外，第2導(dǎo)線最好比如本實(shí)施例那樣構(gòu)成線圈部的導(dǎo)線細(xì)，這樣就不會(huì)過分增加線圈尺寸，其優(yōu)點(diǎn)在于能將線圈對(duì)從電極間發(fā)出的射出光束的利用的阻礙抑制在最小限度。具體地說，在線圈部22側(cè)的導(dǎo)線直徑為0.25mm時(shí)，其直徑為0.1mm左右。
這種第2導(dǎo)線23的設(shè)置方式為在與構(gòu)成線圈部22的導(dǎo)線W接觸的同時(shí)，能夠填入其間隙中，以此方式，導(dǎo)線W通過導(dǎo)線23與電極軸部21接觸，從而實(shí)際上擴(kuò)大了接觸面積。
這樣，由于通過在電極軸部21上卷繞第2導(dǎo)線，通過第2導(dǎo)線23擴(kuò)大了電極軸部21與線圈部22之間的接觸面積，因此，可使線圈部22后端部222中的熱量迅速轉(zhuǎn)移至軸部21，以便促進(jìn)該處的散熱。因此，線圈部22后端部222與位于其前方的不具備第2導(dǎo)線23的部分相比，溫度難以上升，從而能夠避免熱弧光放電的發(fā)生。
其結(jié)果，可獲得與上述第1實(shí)施例同樣的效果。
下面，對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施例進(jìn)行說明。圖4單獨(dú)顯示了涉及本發(fā)明第3實(shí)施例的陰極，其中，(a)為主視圖，(b)為剖面圖。此處，陰極之外的其它結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施例相同，故省略了對(duì)它們的說明。
導(dǎo)線W在與其相鄰的導(dǎo)線之間形成有間隙，同時(shí)，在整個(gè)線圈部22均按一定的節(jié)距卷繞。這樣，導(dǎo)線W與電極軸部21接觸的每單位長度的面積比在整個(gè)線圈部22中幾乎是一定的。
在電極軸部21的外周面上，從線圈部22的后端部222稍后的位置，向軸方向前方設(shè)有規(guī)定長度的鎢燒結(jié)體24。該燒結(jié)體24是將鎢粉末與適量粘結(jié)劑的混合物涂布于規(guī)定區(qū)域之后，在真空環(huán)境(例如6×10-5Pa)中、通過高溫(例如，2000℃)鍛燒而成的。通過設(shè)置鎢燒結(jié)體24，實(shí)際上增加了導(dǎo)線W通過鎢燒結(jié)體24與電極軸部21接觸的面積，從而促進(jìn)輝光弧光中的熱量向電極軸部21轉(zhuǎn)移，因此，在輝光弧光中，與未設(shè)置鎢燒結(jié)體24的其它部分相比，該部分的溫度更不易升高。
圖5單獨(dú)顯示了涉及本發(fā)明第4實(shí)施例的陰極，其中，(a)為主視圖，(b)為剖面圖。此處，陰極之外的其它結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施例相同，故省略了對(duì)它們的說明。
在該實(shí)施例中，在軸部21上，在規(guī)定位置出處，形成了前端側(cè)直徑較小而后端處直徑較大的階梯部21A，在階梯部21A的大徑部的外表面上形成螺旋形的槽25。
該槽25為與導(dǎo)線W的直徑相適應(yīng)的剖面半圓形，其全長為線圈部22全長的20～60％。
以使終端部與導(dǎo)線W的后端22a幾乎一致的方式，將導(dǎo)線W嵌入所述槽25中，從而形成了在線圈部22的后端部222區(qū)域中，實(shí)際上增大了導(dǎo)線W與軸部21的接觸面積比例。
這樣，由于在電極軸部21上，在與線圈部22后端部222相當(dāng)?shù)牟糠中纬捎袑?dǎo)線W配合的槽25，并擴(kuò)大了接觸面積，因此，可使線圈部22的后端部222中的熱量迅速轉(zhuǎn)移至軸部21，從而促進(jìn)了該處的散熱。因此，線圈部22后端部222與其前方相比，溫度更不易上升，從而可避免熱弧光放電的發(fā)生。
上面，雖然根據(jù)實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明不應(yīng)局限于此，并且可進(jìn)行適當(dāng)改變。
即，根據(jù)本發(fā)明，只要使線圈部中導(dǎo)線與電極軸部之間的接觸面積相對(duì)于軸部單位長度之比在含有該線圈后端的后端部處達(dá)到最大，并在線圈部中除后端部以外的至少一部分處形成接觸面積小于后端部的部分即可。其原因在于通過在線圈部后端部之外的部分至少局部設(shè)置比該后端部溫度高的地方，能夠使熱弧光放電的發(fā)生位置向線圈部的前方側(cè)移動(dòng)。這樣，作為上述第1實(shí)施例的變形，例如，如圖6所示，在改變導(dǎo)線W的節(jié)距的情況下，如果在線圈部的后端部222處卷繞緊密，在其前方的至少一部分上具有較松卷繞的疏卷部223，那么即使在前端處存在卷繞緊密的部分也無妨。在這種情況下，由于在疏卷部223形成了高溫部，因此，易于由此處產(chǎn)生熱弧光放電，結(jié)果，同樣能夠抑制由后端部222產(chǎn)生熱弧光放電。
此外，在導(dǎo)線W與電極軸部21之間可以夾設(shè)其它部件，只要在線圈部22的全長設(shè)置并且從導(dǎo)線至電極軸部能夠均勻?qū)峒纯?。例如，如圖7所示，可以在導(dǎo)線W與電極軸部21之間設(shè)置以節(jié)距一定方式形成的其它線圈部件26等。
此外，雖然上述實(shí)施例涉及直流照明式超高壓水銀燈，但是，本發(fā)明并不局限于此，它也適用于交流照明式超高壓水銀燈。
下面，對(duì)用于確認(rèn)本發(fā)明作用效果的實(shí)驗(yàn)例進(jìn)行說明。
首先，根據(jù)圖1的結(jié)構(gòu)制造多盞實(shí)驗(yàn)用燈。另外，適當(dāng)改變線圈部分的節(jié)距并制作了多盞涉及比較例的燈。
燈的基本規(guī)格如下。
發(fā)光管的材質(zhì)為石英玻璃，全長為74mm，發(fā)光部的最大徑部為Φ10mm，發(fā)光部全長10mm，內(nèi)容積為66mm3，封閉部的直徑為Φ6.5mm，長為32mm。
陰極側(cè)電極的軸部材質(zhì)為鎢，其直徑為0.8mm，全長11mm。
在陽極的前端大徑部，最大外徑為1.8mm，全長為3mm。軸部材質(zhì)為鎢，外徑為0.8mm，全長為13mm。
金屬箔使用厚度為25μm，寬為2mm，長為14mm的鉬箔，外部導(dǎo)桿使用直徑為Φ0.8mm的鉬制棒材。
此外，在發(fā)光部內(nèi)封裝了18mg的水銀。
形成于陰極側(cè)的線圈部是由線徑Φ0.25mm、長度為1.0mm的鎢絲卷繞而成的。從線圈部的前端開始，將占線圈全長40％的部分作為線圈部的前端部，另一方面，將從線圈部的后端開始，占線圈全長40％的長度部分定為線圈部的后端部。
在該實(shí)驗(yàn)例中，按以下表1使導(dǎo)線間隔在0(零，即小于0.05)～3.0mm之間變化，對(duì)各種規(guī)格的燈均采取n＝3個(gè)進(jìn)行點(diǎn)滅試驗(yàn)。在點(diǎn)滅試驗(yàn)中，燈的輸入為200W(初始電壓為80V，電流為2.5A)，點(diǎn)亮5分鐘，熄滅5分鐘，反復(fù)進(jìn)行500次。
以下表格概括了試驗(yàn)結(jié)果。變黑的評(píng)價(jià)是使用顯微鏡觀察點(diǎn)滅后陰極根部產(chǎn)生的變黑狀況后，根據(jù)外觀進(jìn)行的分級(jí)，◎符號(hào)(雙重圓圈)表示沒有變黑，○符號(hào)(單重圓圈)表示有一點(diǎn)變黑但幾乎不影響透光性，△符號(hào)(三角)表示與初始階段相比透光性約減少了一半但依然具有透光性，×符號(hào)表示因?yàn)樽兒?，透光性幾乎消失?br>

如表1所示，在燈1中產(chǎn)生了明顯的變黑，經(jīng)300次點(diǎn)滅后幾乎失去透光性。象燈2、燈3那樣整個(gè)線圈部間隙相同的燈(即，以往的燈)在經(jīng)300次點(diǎn)滅的階段因變黑產(chǎn)生的影響而大幅降低了透光性，在500次點(diǎn)滅后幾乎失去透光性。另一方面，如燈4那樣，在線圈后端側(cè)導(dǎo)線的間隔幾乎為0(零)、在前端側(cè)形成0.05mm間隙的燈中，能夠看到在300次點(diǎn)滅后依然具有足夠的透光性，變黑的影響大幅降低。并且，經(jīng)500次點(diǎn)滅后，逐漸出現(xiàn)了變黑的影響，但依然具有透光性，并具有足夠的耐用性。
另外，當(dāng)線圈前端側(cè)的間隙進(jìn)一步擴(kuò)大為0.1mm、0.3mm時(shí)，從燈5、燈6的結(jié)果明顯得出，經(jīng)300次點(diǎn)滅后也并出現(xiàn)變黑現(xiàn)象，經(jīng)500次點(diǎn)滅后仍然具有足夠的透光性。
以上結(jié)果表明，通過將線圈前端側(cè)的導(dǎo)線的間隙設(shè)定為0.05mm～0.3mm，并將線圈后端側(cè)導(dǎo)線的間隙設(shè)定為小于0.05mm，能夠大幅減小變黑現(xiàn)象，從而使發(fā)光管的透光性維持在高水平。
另外，檢查上述實(shí)驗(yàn)例中燈的照明狀態(tài)之后發(fā)現(xiàn)，對(duì)于燈4～燈6而言，未出現(xiàn)鎢的氧化物在電極的前端部沉積及發(fā)光長度變短的不良現(xiàn)象。另外，也未出現(xiàn)鎢的氧化物沉積及閃爍現(xiàn)象。因此，根據(jù)本發(fā)明，可有效防止以往燈中形成多個(gè)氧化物突起造成弧光輝點(diǎn)移動(dòng)的現(xiàn)象。
在以上的實(shí)驗(yàn)例中，雖然使用了直流照明式的燈，但是，對(duì)于交流式放電燈而言，由于單方的電極起到交替進(jìn)行輝光放電的陰極作用，因此，也適用于交流式放電燈。
權(quán)利要求
1.一種超高壓水銀燈，在發(fā)光管內(nèi)相對(duì)設(shè)置一對(duì)電極，同時(shí)作為發(fā)光物質(zhì)，封裝有0.15mg/mm3以上的水銀，在所述一對(duì)電極中起到陰極作用的電極軸部的前端部，通過卷繞規(guī)定長度的導(dǎo)線形成線圈部，其特征在于，在所述線圈部中，所述導(dǎo)線與所述軸部的接觸面積相對(duì)于軸長方向的單位長度的比例在該線圈部的后端部最大，在所述后端部之前的至少一部分上形成接觸面積的比例較小的部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓水銀燈，其特征在于，所述線圈部在其后端部緊密卷繞導(dǎo)線，并在該后端部之前的至少一部分上形成疏松卷繞所述導(dǎo)線的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高壓水銀燈，其特征在于，在所述線圈部前端部的導(dǎo)線中相鄰導(dǎo)線之間的間隙為0.05～0.3mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的超高壓水銀燈，其特征在于，通過在軸部與導(dǎo)線之間夾設(shè)與形成所述線圈部的導(dǎo)線不同的金屬部件，由此增加接觸面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超高壓水銀燈，其特征在于，所述金屬部件由第2導(dǎo)線構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超高壓水銀燈，其特征在于，所述第2導(dǎo)線的直徑小于所述導(dǎo)線的直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超高壓水銀燈，其特征在于，所述金屬部件由燒結(jié)體構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓水銀燈，其特征在于，通過在所述軸部中相當(dāng)于線圈部后端部的表面形成槽，并且，使導(dǎo)線嵌入該槽，由此增加導(dǎo)線與軸部的接觸面積的比例。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種超高壓水銀燈，其能夠抑制發(fā)光管變黑及電極變的形產(chǎn)生，并且使用壽命較長，能夠抑制閃爍。本發(fā)明的超高壓水銀燈在發(fā)光管內(nèi)相對(duì)設(shè)置一對(duì)電極，同時(shí)作為發(fā)光物質(zhì)，封裝有0.15mg/mm
文檔編號(hào)H01J61/073GK1838373SQ200610009349
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月23日
發(fā)明者山下高史, 今村篤史 申請(qǐng)人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會(huì)社