專利名稱：短弧型水銀燈管及水銀燈具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及短弧型水銀燈管及水銀燈具。特別是相關(guān)于作為液晶投影儀的光源和數(shù)字微反射裝置(DMD)投影儀等的圖像投影裝置用光源所使用的短弧型水銀燈管及水銀燈具。
近來，作為一種實(shí)現(xiàn)放映大畫面影象的系統(tǒng)，使用液晶投影儀及DMD的投影儀等的圖像投影裝置已得到了廣泛的應(yīng)用，在這樣的圖像投影裝置中普遍使用高亮度的高壓放電燈。圖像投影裝置由于需要把光集中在液晶板等的極小的區(qū)域上，所以不僅要求具有高亮度而且還要求近似點(diǎn)光源的光源。
作為滿足這樣的要求的高壓放電燈，起初研究開發(fā)了金屬鹵化物燈。但是，這種金屬鹵化物燈為了使其接近點(diǎn)光源且具有高亮度而縮短電弧長度時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)了發(fā)生電弧寬度增大的現(xiàn)象，所以，現(xiàn)在作為一種具有良好使用前景的光源，人們普遍關(guān)注具有接近點(diǎn)光源且高亮度特點(diǎn)的短弧型超高壓水銀燈。相對于超高壓水銀燈的全光束的90％在有效區(qū)域發(fā)光，寬電弧的金屬鹵化物燈只有全光束的50％在有效區(qū)域發(fā)光。其原因是，在金屬鹵化物燈的場合，被封入的金屬的平均激勵電位為4～5eV，由于電位較低僅在電弧的周邊區(qū)域發(fā)光，從而使電弧的寬度加寬，相對于此，在超高壓水銀燈的場合，比起金屬鹵化物燈的封入的金屬使用水銀則可使平均激勵電位提高(7.8eV)，使只在電弧的中心區(qū)域發(fā)光從而形成窄幅的電弧。所以，比起金屬鹵化物燈超高壓水銀燈可提高電弧的平均亮度。
下面，參照

圖12(a)及(b)對已有的短弧型超高壓水銀燈1000進(jìn)行說明。
圖12(a)是表示超高壓水銀燈1000的示意圖。燈管1000具有由石英玻璃構(gòu)成的球狀中空的發(fā)光管(燈泡)110和與該由石英玻璃構(gòu)成的發(fā)光管110連接的一對密封部(密裝部)120及120’。在發(fā)光管110的內(nèi)部形成有放電空間115，在放電空間115中封入有作為發(fā)光物質(zhì)的水銀118(水銀封入量為例如150～250mg/cm3)、稀有氣體(例如，數(shù)十kPa的氬氣)及少量的鹵素。
在放電空間115中在一定的間隔D(例如約1.5mm)內(nèi)相互對向地設(shè)置有一對鎢金屬電極(W電極)112及112’。W電極112及112’分別在電極軸(W棒)116到電極軸116的前端區(qū)域形成螺旋的線圈114，線圈114具有降低電極前端溫度的功能。W電極112及112’各自的電極軸116為了保持光學(xué)的對稱性被設(shè)置在同一軸心的位置上，因此，W電極112與112’的電極中心軸119相互位于同一直線上。
W電極112的電極軸116被焊接在密封部120內(nèi)的鉬箔(Mo箔)上，通過焊接兩者的焊接部，W電極112與Mo箔形成連接。密封部120具有從發(fā)光管110延伸過來的玻璃部122和Mo箔124，通過壓接玻璃部122與Mo箔124，使發(fā)光管110內(nèi)的放電空間115保持密封。即通過壓接Mo箔124與玻璃部122的壓接箔的密封，進(jìn)行了密封部120的密封。密封部120的剖面形狀都是圓形，在密封部120的內(nèi)部中心設(shè)有矩形的Mo箔124。密封部120內(nèi)部的Mo箔124在焊接部117相反的一側(cè)形成有由金屬鉬構(gòu)成的外部導(dǎo)線(Mo棒)130。焊接Mo箔124與外部導(dǎo)線130，使兩者通過焊接部132形成電連接。另外，由于W電極112’及密封部120’的構(gòu)成與W電極112及密封部120相同，故說明從略。
如圖12(b)所示，燈管1000在點(diǎn)燈時(shí)與點(diǎn)燈電路連接。在外部導(dǎo)線130與點(diǎn)燈電路1200連接的狀態(tài)下，使點(diǎn)燈電路1200通電，燈管1000即被點(diǎn)亮。
下面，對燈管1000的工作原理進(jìn)行簡單地說明。當(dāng)通過外部導(dǎo)線130及Mo箔124點(diǎn)燈電路1200的啟動電壓被加載到W電極112及112’上時(shí)，生成氬氣(Ar)的放電，在這個(gè)放電的作用下使發(fā)光管110的放電空間115內(nèi)的溫度上升，水銀118被加熱汽化。而后，在W電極112及112’之間的電弧中心部水銀原子被激勵發(fā)光。由于燈管1000的水銀蒸汽壓越高則發(fā)光效率越高，所以水銀蒸汽壓越高越適合作為圖像投影裝置的光源，但是，考慮到發(fā)光管110的物理耐壓強(qiáng)度，燈管1000一般在其水銀蒸汽壓為15～25Mpa的范圍內(nèi)使用。
已有的燈管1000曾發(fā)生過盡管是正常的使用，當(dāng)關(guān)燈后再次點(diǎn)燈時(shí)，燈管不亮的問題。過去不知道燈管不亮的原因，通過本發(fā)明者的刻意研究，探明這是因?yàn)槿鐖D13所示的那樣在W電極112與112’之間形成水銀118搭橋(水銀橋)140，使W電極112與112’之間形成短路所造成的。
在由于水銀橋140而形成短路的狀態(tài)下對燈管1000加載啟動電壓時(shí)，因?yàn)樵跓艄?000中流過極大的電流，被點(diǎn)燈電路1200檢測為工作異常，所以自動地停止了燈管的點(diǎn)燈。并且由于在停止點(diǎn)燈后水銀橋依然存在，所以在點(diǎn)燈電路1200再次開始點(diǎn)燈時(shí)，燈管1000還是不能被點(diǎn)亮。
可以認(rèn)為水銀橋140是如下所述的那樣所形成的。在燈管1000的點(diǎn)燈工作時(shí)，連續(xù)放電的W電極112及112’的溫度約為3000℃，位于W電極周圍的發(fā)光管110的溫度越為1000℃。當(dāng)停止燈管1000的點(diǎn)燈時(shí)，由于金屬制的W電極112冷卻的要比玻璃制的發(fā)光管110快，所以放電空間115內(nèi)的水銀蒸汽不是向發(fā)光管110的內(nèi)壁而是向W電極112凝結(jié)，加大了在W電極112上析出水銀珠(Hg珠)的可能性。
隨著W電極112的進(jìn)一步冷卻，水銀蒸汽的進(jìn)一步凝結(jié)，如圖14(a)所示，從W電極112的前前端111到對面的W電極的前前端Hg珠118逐漸呈同心圓狀地加大。由于受表面張力的作用，Hg珠118的增大方向與電極中心軸119的方向相同。隨著W電極112上的Hg珠118a更進(jìn)一步的增長，當(dāng)與在W電極112’上增長起來的Hg珠118b形成接觸時(shí)，表面張力的作用使2個(gè)Hg珠形成一體，便形成了如圖4(b)所示的水銀橋140。一旦形成了水銀橋140，W電極112及112’之間便形成了短路，燈管1000便不能正常地加載啟動電壓，燈管便不能工作。
與W電極112和112’之間的間隔(電極配置間隔)D比較長(例如1cm左右)的燈管進(jìn)行比較，在間隔D為2mm左右或不到2mm的短弧型燈管1000的場合，為了抑制因短弧化的電流增大，則要加大封入放電空間115內(nèi)水銀的水銀量。這樣，在短弧型燈管的場合，在加上間隔D變短，凝結(jié)到W電極112上的水銀量增多，因此，與間隔D比較長的燈管相比，則更容易形成水銀橋140。為了進(jìn)一步滿足對燈管的更高亮度更接近點(diǎn)光源的要求，間隔D將會做得更小，所以，水銀橋的問題將會更為突出。
本發(fā)明就是針對上述的問題而提出的，其主要目的在于提供一種防止抑制水銀橋的形成，提高燈管的工作可靠性的短弧型水銀燈。
本發(fā)明的短弧型水銀燈是，具有在密封有作為發(fā)光物質(zhì)的水銀的管內(nèi)對向配置有一對電極的發(fā)光管，和把分別與上述一對電極形成電連接的一對金屬箔分別密封的一對密封部，其特征在于，上述一對電極中的一側(cè)電極的電極中心軸與另一側(cè)電極的電極中心軸互相錯開，并且上述一側(cè)電極的前端與上述另一側(cè)電極的前端之間的最短距離d(cm)當(dāng)上述水銀封入總質(zhì)量為M(g)時(shí)，大于(6M/13.6π)1/3的數(shù)值。
本發(fā)明的另一種短弧型水銀燈是，具有在密封有作為發(fā)光物質(zhì)的水銀的管內(nèi)對向配置有一對電極的發(fā)光管，和把分別與上述一對電極形成電連接的一對金屬箔分別密封的一對密封部，其特征在于，上述一對電極中的一側(cè)電極的電極中心軸與另一側(cè)電極的電極中心軸不在同一軸的位置上，并且沿上述一側(cè)電極的電極中心軸方向投影的上述一側(cè)電極的前前端面的投影面與上述另一側(cè)電極的前前端面呈接觸狀態(tài)或至少一部分的重疊狀態(tài)。
本發(fā)明的另一種短弧型水銀燈是，具有在密封有作為發(fā)光物質(zhì)的水銀的管內(nèi)對向配置有一對電極的發(fā)光管，和把分別與上述一對電極形成電連接的一對金屬箔分別密封的一對密封部，其特征在于，上述一側(cè)電極的前端與上述另一側(cè)電極的前端的最短距離d大于上述一對電極中的一側(cè)電極與另一側(cè)電極的配置間隔D。
理想的形式是，上述一側(cè)電極的前端與上述另一側(cè)電極的前端之間的最短距離d(cm)當(dāng)上述水銀封入總質(zhì)量為M(g)時(shí)，大于(6M/13.6π)1/3的數(shù)值。
本實(shí)施例的點(diǎn)燈形式為交流點(diǎn)燈型。
本發(fā)明的燈具是，具有上述的短弧型水銀燈管和反射上述水銀燈管發(fā)射光的反射鏡。
本發(fā)明的高壓水銀燈管是，具有在密封有作為發(fā)光物質(zhì)的水銀的管內(nèi)對向配置有一對電極的發(fā)光管，和把分別與上述一對電極形成電連接的一對金屬箔分別密封的一對密封部，其特征在于，上述一對電極中的一側(cè)電極的電極中心軸與另一側(cè)電極的電極中心軸互相錯開，并且上述一側(cè)電極的前端與上述另一側(cè)電極的前端之間的最短距離d(cm)當(dāng)上述水銀封入總質(zhì)量為M(g)時(shí)，大于(6M/13.6π)1/3的數(shù)值。
理想的形式是，上述高壓水銀燈管的電弧長度為2mm以下，上述水銀封入總質(zhì)量為150mg/cm3以上。
依照本發(fā)明的短弧型水銀燈的構(gòu)成，由于一側(cè)電極的電極中心軸與另一側(cè)電極的電極中心軸互相錯開，所以即使密封在發(fā)光管內(nèi)的水銀凝結(jié)在一側(cè)電極的前端逐漸成長，與已有的技術(shù)比較，也不會與沿著另一側(cè)電極的電極中心軸從另一側(cè)電極成長起來的水銀形成接觸。這樣的結(jié)果可以防止、抑制在一對電極之間形成水銀橋。另外，由于電極中心軸互相錯開，即使形成了水銀橋，由于對形成的水銀橋施加的表面張力不對稱，水銀橋在電極的前端之間不能穩(wěn)定地維持，所以即使形成了水銀橋也容易脫落。因此，可以提高水銀燈工作的可靠性。
另外，本發(fā)明的其它短弧型水銀燈通過設(shè)置一對電極的各個(gè)電極中心軸不在同一軸的位置上，能夠防止、抑制水銀橋的形成，并且，由于使一側(cè)電極的投影面與另一側(cè)電極的前前端面形成接觸狀態(tài)或至少一部分的重疊狀態(tài)，所以至少在放電的穩(wěn)定性方面與電極被設(shè)置在同一軸位置的場合沒有實(shí)質(zhì)性的差別。
另外，依照本發(fā)明的其它短弧型水銀燈的構(gòu)成，由于一側(cè)電極的前端與另一側(cè)電極的前端之間的最短距離d大于一側(cè)電極與另一側(cè)電極之間的配置間隔D，因此，即使在與已有技術(shù)的配置間隔D相同的場合，也不會使在各個(gè)電極的前端成長起來的水銀形成接觸。其結(jié)果是可以防止、抑制水銀橋的形成，提高水銀燈的工作可靠性。另外，由于配置間隔D相同，所以由水銀燈管和反射鏡組合而成的水銀燈具可獲得與已有的構(gòu)成相同的聚光效果。
以下對附圖及其符號作簡單說明。
圖1是表示本實(shí)施例1的水銀燈100構(gòu)成的示意圖。
圖2是在水銀球18的成長狀態(tài)下一對電極12及12’的放大圖。
圖3是表示一對電極12及12’構(gòu)成的示意圖。
圖4是形成水銀橋40狀態(tài)時(shí)的一對電極12及12’的放大圖。
圖5是形成水銀橋40狀態(tài)時(shí)的一對電極12及12’的放大圖。
圖6中(a)是表示一對電極12及12’構(gòu)成的示意圖，(b)是表示沿電極中心軸19’方向看去的電極前端11a及11b的剖視圖。
圖7中(a)是表示一對電極12及12’構(gòu)成的示意圖，(b)是表示沿電極中心軸19’方向看去的電極前端11a及11b的剖視圖。
圖8是表示本實(shí)施例的變形例構(gòu)成的示意圖。
圖9是說明本實(shí)施例的水銀燈管100制造方法的工序剖視圖。
圖10是表示本實(shí)施例的變形例構(gòu)成的示意圖。
圖11是表示實(shí)施例2的水銀燈500構(gòu)成的示意剖視圖。
圖12中(a)是已有的水銀燈管1000構(gòu)成的示意圖，(b)是表示與點(diǎn)燈電路1200連接上的水銀燈1000的構(gòu)成的示意圖。
圖13是為了說明已有水銀燈1000的問題的說明圖。
圖14中的(a)及(b)是為了說明已有水銀燈1000的問題的說明圖。
在上述附圖中，10—發(fā)光管，11—電極的前端，12、12’—電極(W電極)，14—線圈，15—放電空間，16—電極棒，17—焊接部，18—水銀(水銀珠)，19—電極中心軸，20、20’—密封部，22—玻璃部，24—金屬箔(Mo箔)，30—外部導(dǎo)線，32—焊接部，40—水銀橋，43—固定夾，45—放電燈用玻璃管，50—噴燈，55—燈口，60—反射鏡，62—導(dǎo)線開口，65—導(dǎo)線，100、200、300—水銀燈管，500—水銀燈具，110—發(fā)光管，111—電極的前端，112、112’—W電極，114—線圈，115—放電空間(管內(nèi))，116—電極棒，118—水銀(水銀珠)，119—電極的中心軸，120、120’—密封部，122—玻璃部，124—Mo箔，130—外部導(dǎo)線，140—水銀橋，1000—超高壓水銀燈，1200—點(diǎn)燈電路。
實(shí)施例1以下，參照表示實(shí)施例的附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。在以下的圖中，為了使說明簡單明了，對于在性質(zhì)上具有相同機(jī)能的構(gòu)成部分使用相同的參照符號。
首先參照圖1。圖1是表示本實(shí)施例的水銀燈管100構(gòu)成的示意圖。
實(shí)施例1的水銀燈管100具有發(fā)光管(燈泡)10和與發(fā)光管10連接的一對密封部20及20’。在發(fā)光管10的管內(nèi)形成有封入發(fā)光物質(zhì)18的的放電空間15，在放電空間15內(nèi)對向設(shè)置有一對電極12及12’。發(fā)光管10由石英玻璃構(gòu)成，略呈球形。發(fā)光管10的外徑例如為5mm～20mm左右，發(fā)光管10的玻璃厚度例如為1mm～5mm左右。發(fā)光管10內(nèi)的放電空間15的容積例如為0.01～1.0cc左右。本實(shí)施例使用外徑約為13mm、玻璃厚度約為3mm、放電空間15的容量約為0.3cc的發(fā)光管10，使用水銀作為發(fā)光物質(zhì)18，例如在放電空間15中封入約為150～200mg/cm3的水銀和5～20kPa的稀有氣體(例如，氬氣)及少量的鹵素。另外，在圖1中示意地表示出呈附著在發(fā)光管10內(nèi)壁上狀態(tài)的水銀18。
放電空間15內(nèi)的一對電極12及12’為了使之構(gòu)成短弧型結(jié)構(gòu)，設(shè)置電極配置間隔D例如2mm以下。使用例如鎢電極(W電極)作為電極12及12’。在本實(shí)施例中，以約1.5mm的間隔D設(shè)置W電極12及12’。在電極12及12’的前端分別纏繞有線圈14，線圈14具有降低電極前端溫度的功能。電極12的電極軸(W棒)16與密封部20內(nèi)的金屬箔24形成電連接。與此相同，電極12’的電極軸16與密封部20’內(nèi)的金屬箔24’形成電連接。
密封部20具有與電極12電連接的金屬箔24和從發(fā)光管10延伸過來的玻璃部22，通過金屬箔24與玻璃部22的箔密封使發(fā)光管10的放電空間保持空氣密封。金屬箔24例如為鉬箔(Mo箔)，形成矩形形狀。玻璃部22例如由石英玻璃構(gòu)成。密封部20內(nèi)的金屬箔24與電極12焊接結(jié)合，在金屬箔24的與電極12連接側(cè)的相反側(cè)形成有外部導(dǎo)線30。外部導(dǎo)線30例如由金屬鉬構(gòu)成。另外，密封部20的構(gòu)成與密封部20’的構(gòu)成相同，故說明從略。
本實(shí)施例的燈管100為了防止、抑制水銀橋的形成，具有電極12的電極中心軸19與電極12’與電極中心軸19’互相錯開的構(gòu)成。即，構(gòu)成使電極12的電極中心軸19與電極12’的電極中心軸19’不在同一軸心上。在電極中心軸19和19’不在同一軸心的場合，如圖2放大所表示的那樣，水銀珠18a及水銀珠18b即使從電極12的前端11a及電極12’的前端11b分別沿著電極中心軸19及19’凝結(jié)增長，與電極中心軸19及19’在同一軸心的場合相比，不易形成水銀珠19a及18b相互的接觸。換言之，由于一對電極12和12’不在同一軸心上，相對電極12和12’的電極配置間隔D，可以加長電極12的前端11a和電極12’的前端11b的最短距離d，從而能夠防止、抑制水銀橋的形成。
在已有技術(shù)中，由于電極被設(shè)置在同一軸心上，所以電極配置間隔D與電極前端之間距離d相等，在本實(shí)施例的燈管100中，在保持電極配置間隔D一定的情況下，可單獨(dú)加長電極前端之間距離d。因此，即使加大發(fā)光管10的尺寸和燈管全體的尺寸而不加大電極配置間隔D，從前端11a及11b成長起來的水銀珠18a及18b也不容易形成接觸。另外，電極配置間隔D例如根據(jù)發(fā)光管10的尺寸和燈管100全體的尺寸等所決定，本實(shí)施例中的電極配置間隔D表示在電極中心軸19’方向上的一對電極的前端之間的長度。
為了更詳細(xì)地說明本實(shí)施例的燈管100的一對電極12及12’的構(gòu)成，用圖3表示一對電極12及12’的邊緣放大。另外，在圖3中為了簡要說明，省略了纏繞在電極12及12’前端上的線圈14。
如圖3所示，把一對電極中的一側(cè)電極12以電極12與金屬箔24的結(jié)合部(焊接點(diǎn))17為中心，從假設(shè)的在相互電極中心軸為同一軸心的場合下假設(shè)的位置13移動到使電極中心軸19與19’呈角度θ的位置。另外，本實(shí)施例的燈管100由于不移動一對電極中的另一側(cè)電極12’的位置，所以，電極12’的電極中心軸19’與在相互的電極中心軸為同一軸心的場合下的假設(shè)的電極中心軸一致。
在本實(shí)施例中，電極12及12’雙方都使用長度L為10mm，外徑φ為1.4mm的電極棒16，偏轉(zhuǎn)設(shè)置電極12的電極中心軸19，使在電極中心軸19’方向投影的電極12’的前端11b的投影面11c的邊緣直到形成與電極12的前端11a的邊緣接觸的位置11p。在這個(gè)場合下，相對電極中心軸19’的偏轉(zhuǎn)量Z(即，位于電極中心軸19上的電極前端11a與電極中心軸19’的距離)與電極棒16的外徑φ基本相等，所以這時(shí)的偏轉(zhuǎn)量Z約為1.4mm。因此，在把電極中心軸19偏轉(zhuǎn)設(shè)置到投影面11c的邊緣與電極12的前端11a的邊緣形成接觸的位置11p的場合下，電極中心軸19與19’所形成的角度θ可以通過以下算式(I)算出tanθ＝偏轉(zhuǎn)量Z/電極棒長L＝1.4mm/10mm式(I)這個(gè)場合的角度θ約為8度。
構(gòu)成偏轉(zhuǎn)量Z的值大于0，例如為電極配置間隔D(或電弧長度)的10％以上(在電極配置間隔D為1.5mm時(shí)，偏轉(zhuǎn)量Z為0.15mm以上)。具體的偏轉(zhuǎn)量Z的值可根據(jù)燈管100的特性適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。在燈管100中的一對電極12及12’之間的放電形成在電極前端面11a及11b的全體前端面上，所以如本實(shí)施例那樣，通過使電極12’的投影面11c與電極12的前端面11a的相互邊緣至少形成接觸的狀態(tài)，即，使投影面11c的邊緣與前端面11a的邊緣不形成分離，可獲得與在電極為同一軸心的場合相同的放電穩(wěn)定性，其結(jié)果可在不影響放電特性的情況下防止、抑制水銀橋的形成。另外，圖12所示的已有的燈管1000由于構(gòu)成一對電極112及112’的電極中心軸119在同一軸心上，所以電極112的電極中心軸119與電極112’的電極中心軸119’為同一軸心，構(gòu)成即使在物理的概念上未達(dá)到完全一致時(shí)，例如在電極配置間隔D的10％不到的范圍內(nèi)，也可以確保電極中心軸119的同一軸性。
由于呈同心圓狀地形成在電極12前端面11a上的水銀珠18a的形狀為球形(水銀珠的半徑r)，如同水銀珠18a的體積可通過(4/3)πr3求出那樣，由于水銀珠的半徑的3次方與體積成比例，所以只要稍微加大電極兩前端的距離d，便可有效地防止、抑制水銀橋的形成。并且由于防止了形成水銀橋，就可以向發(fā)光管10內(nèi)封入更多的水銀18，從而可得到更高的發(fā)光效率。
在本實(shí)施例的燈管100的場合，由于設(shè)定電極配置間隔D為1.5mm、偏轉(zhuǎn)量Z為1.4mm(與電極棒的外徑φ相同的偏轉(zhuǎn)量)，電極兩前端的距離d通過下面的關(guān)系式求得為2.05mm。
d＝(D2+φ2)1/2＝(1.52+1.42)1/2＝2.05……式(II)圖4及圖5分別是表示在圖2所示的構(gòu)成(角度θ＝約8°)燈管100中形成水銀橋40的狀態(tài)和在圖4的構(gòu)成角度θ為0(同一軸心)的燈管中形成水銀橋40的狀態(tài)的示意圖。由于水銀珠的半徑r的3次方與體積成比例，所以圖4所示的水銀珠40的體積(V1)與圖5所示的水銀珠的體積(V0)之比通過下面的算式得出為2.55∶1。
V1∶V0＝(d/2)3∶(D/2)3＝d3∶D3＝8.62∶3.38＝2.55∶1式(III)即，可以理解為圖4所示的構(gòu)成要比圖5所示的構(gòu)成允許多封入2.55倍的水銀。另外，假設(shè)即使形成水銀橋，相對于在圖5的構(gòu)成中的水銀珠40受對稱施加的表面張力的作用，所以水銀珠40容易被維持在一對電極之間，在圖4的構(gòu)成中，由于表面張力不對稱，所以水銀珠不能被維持在一對電極之間容易落下。通過這樣地施加不對稱的表面張力也可以防止水銀橋40的形成。
另外，對已有的水銀燈管只要加大電極配置間隔D就可以抑制水銀橋的形成。但是，在這種場合下，當(dāng)把水銀燈管與反射鏡組合時(shí)聚光效率(反射鏡反射光的利用效率)顯著下降。對此，若利用本實(shí)施例的水銀燈管的構(gòu)成，就不會降低聚光效率，可如上所述的那樣有效地抑制水銀橋的形成。
另外，可根據(jù)封入到發(fā)光管10內(nèi)的水銀18的封入量(g)大致計(jì)算出電極前端距離d，由于形成在電極前端之間的水銀橋的形狀為球形(半徑R)，使電極前端距離d大于2R便可。具體是，把封入到發(fā)光管10內(nèi)的水銀18的總質(zhì)量設(shè)為M，由于成立(4/3)πR3×13.6[g/cm3]＝M的關(guān)系式，則水銀橋的2R[cm]等于(6M/13.6π)1/3。所以，只要設(shè)定電極兩端距離d大于(6M/13.6π)1/3的值，就可以有效地防止水銀橋40的形成。
另外，如圖6(a)及(b)所示，也可以把一對電極12及12’設(shè)置成錯開平行的狀態(tài)，使電極中心軸19及19’不在同一軸上。圖6的(a)是表示一對電極12及12’的配置的示意圖，圖(b)是表示沿電極中心軸19’看去的電極前端面11a及11b的剖面示意圖。這樣的構(gòu)成同樣也可以相對于電極配置間隔D加大電極兩端間隔d，所以也可以防止、抑制水銀橋的形成。在這個(gè)例中，設(shè)置與電極12的外徑φ相同的錯開量Z，構(gòu)成沿電極中心軸19的方向?qū)﹄姌O12’的前端面11b投影的投影面的邊緣與電極12的前端面11a的邊緣相接的狀態(tài)。
當(dāng)然，也可以如圖7(a)及(b)所示，例如設(shè)定錯開量Z為外徑φ的二分之一，構(gòu)成電極12’的前端面11b的投影面與電極12的前端面11a至少有一部分重疊的狀態(tài)。另外，也可以如圖8所示，使電極12的前前端形成彎曲構(gòu)成相對于電極配置間隔D可加大電極兩端間隔d的結(jié)構(gòu)。在圖8所示的構(gòu)成的場合，也可以以電極12的前端的電極中心軸10為基準(zhǔn)，構(gòu)成該電極中心軸19與電極中心軸19’不在同一軸上。
另外，在上述的實(shí)施例中，只敘述了把一對電極中的一側(cè)電極12的電極中心軸19錯開設(shè)置的構(gòu)成，也可以構(gòu)成電極12的電極中心軸19和電極12’的電極中心軸19’都有錯位的結(jié)構(gòu)。在這種場合下，當(dāng)通過移動兩側(cè)的電極中心軸設(shè)定假設(shè)的同一軸發(fā)生困難時(shí)，可以取代假設(shè)的同一軸以燈管的長度方向?yàn)榛鶞?zhǔn)。另外，在上述的實(shí)施例中，分別使用同一長度L同一外徑θ的電極棒16作為一對電極12及12’，對此沒有限制，可以使用不同長度和不同外徑的的電極。另外，也可以構(gòu)成在一對電極之間形成不同線圈14纏繞圈數(shù)和不同線圈線14直徑的結(jié)構(gòu)。
下面，對水銀燈管100的制造方法舉例說明。首先，把具有電極12和外部導(dǎo)線30的金屬箔(Mo箔)24插入具有成為發(fā)光管10的部分和成為密封部的玻璃部22的部分的放電燈用的玻璃管內(nèi)，然后在玻璃管內(nèi)呈減壓狀態(tài)(例如不到1個(gè)氣壓)下，當(dāng)把玻璃管例如用噴燈加熱使其軟化時(shí)，玻璃管22與金屬箔24緊密附著形成密封部20。以同樣的方法形成另一側(cè)的密封部20’，這樣就做成了水銀燈管。在形成這個(gè)密封部時(shí)，如果把一側(cè)的電極12的電極中心軸19錯開假設(shè)的同一軸19’來形成密封部20，則可以制造出一對電極12及12’不在同一軸上的燈管100。
以下，一邊參照圖9，一邊舉更具體的實(shí)例進(jìn)行說明。圖9是表示水銀燈管100的制造工序剖視圖。
首先，垂直方向設(shè)置具有成為發(fā)光管10的部分和成為密封部的玻璃部22部分的發(fā)電燈管用玻璃管45，然后為了使其能夠向箭頭41及42的方向轉(zhuǎn)動，用夾子43夾住玻璃管45。然后，把具有電極12和外部導(dǎo)線30的金屬箔24(電極組合體)插入玻璃管45內(nèi)，然后，密封玻璃管45使其形成能夠減壓狀態(tài)。另外，在該圖中是通過密封玻璃管45的兩端來實(shí)施玻璃管45內(nèi)的密封，但不限于這樣的構(gòu)成，只要是能夠?qū)ΣＡЧ?5內(nèi)進(jìn)行減壓，可以采用任意的構(gòu)成。
然后，在使玻璃管內(nèi)形成減壓狀態(tài)(例如20kPa)的同時(shí)，使玻璃管45向箭頭41及42的方向轉(zhuǎn)動，然后例如用噴燈50加熱玻璃管22的一部分使其軟化。這時(shí)，玻璃管5的下部不用夾子43夾住只夾住玻璃管45的上部，在玻璃管的下端呈自由狀態(tài)下轉(zhuǎn)動玻璃管45時(shí)，在慣性的作用下玻璃管45的下端形成圓周運(yùn)動。在這樣的狀態(tài)下使玻璃管22與金屬箔24緊密附著，則可以形成電極12的電極中心軸19與假設(shè)的同一軸19’構(gòu)成規(guī)定角度θ的密封部20。在希望更為強(qiáng)制地控制玻璃管45下端的圓周運(yùn)動的場合，例如可以在玻璃管45的下部設(shè)置圓錐狀的部件，令玻璃管45沿著圓錐狀部件的側(cè)面進(jìn)行轉(zhuǎn)動。
另外，不采用使玻璃管45的下端進(jìn)行圓周運(yùn)動的方法，而采用把一側(cè)的金屬箔24(電極組合體)和另一側(cè)的金屬箔24’(電極組合體)預(yù)先以規(guī)定量錯開，插入玻璃管45內(nèi)然后密封的方法，也能夠形成各自不在同一軸上的一對電極12及12’。一邊控制玻璃管45的轉(zhuǎn)動速度，一邊用噴燈50只加熱玻璃管(玻璃部)22的一部分，也能夠使電極12的電極中心軸19錯開假設(shè)的同一軸19’。即，對玻璃管22進(jìn)行不平均加熱，通過熔化被局部加熱的規(guī)定的玻璃部使金屬箔24(電極組合體)偏離中心位置，從而可以使電極12的電極中心軸19錯開。
另外，如圖10所示，例如通過把相對另一側(cè)的電極中心軸19’(或假設(shè)的同一軸19’)以規(guī)定的角度α傾斜與金屬箔24連接的電極12和金屬箔24密封在玻璃部22中，也能夠制作出一對電極不在同一軸上的燈管。另外，不只是用預(yù)先形成傾斜的電極12，通過密封平行錯開的電極或電極的前前端分形成彎曲的電極也能夠使一對電極12及12’不在同一軸的位置上。
實(shí)施例2把上述實(shí)施例1的水銀燈管與反射鏡組合能夠應(yīng)用在燈具中。圖11是表示上述實(shí)施例1的水銀燈管100的燈具500的示意剖視圖。
燈具500包括具有大致球形的發(fā)光部10和一對密封部20的水銀燈管100和反射從水銀燈管100發(fā)出的光的反射鏡60。另外，水銀燈管100作為示例，也可以是上述實(shí)施例的任意一種水銀燈管。
反射鏡60構(gòu)成例如能夠使平行光束形成聚集在規(guī)定的微小區(qū)域的聚光光束，或形成如同從規(guī)定的微小區(qū)域發(fā)出的散射光那樣的散射光束地對水銀燈管100發(fā)出的光進(jìn)行反射。反射鏡60例如可以使用拋物面鏡或橢圓面鏡。
本實(shí)施例在水銀燈管100的一側(cè)的密封部20設(shè)置有燈口55，從密封部20延伸出來的外部導(dǎo)線30與燈口55形成電連接。設(shè)置燈口55一側(cè)的密封部20與反射鏡60例如利用無機(jī)系粘合劑(例如水泥等)粘合固定形成一體。位于放射鏡60的前面開口部60a的密封部20的外部導(dǎo)線30通過引線65構(gòu)成電連接，引線65從外部導(dǎo)線30通過反射鏡60的引線用開口部62延伸到反射鏡60的外部。在反射鏡60的前面開口部60a例如可以安裝玻璃面罩。
這樣的燈具例如可以安裝在使用液晶或DMD的投影儀等的圖像投影裝置中，被用于圖像投影裝置的光源。上述實(shí)施例的水銀燈管及燈具除了被用于圖像投影裝置的光源外，還可以用于紫外線設(shè)備用的光源或比賽運(yùn)動場光源或汽車車燈用光源等。另外，也可以作為照射道路標(biāo)識的聚光燈使用。
另外，上述實(shí)施例的水銀燈管是采用交流點(diǎn)燈的形式，但也可以采用交流點(diǎn)燈型及直流點(diǎn)燈型的任何一種點(diǎn)燈形式。另外，上述的實(shí)施例是對短弧型水銀燈管進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于短弧型，也可以適用于電弧比較長的長水銀燈管及水銀封入量多的水銀燈管。在高輸出、高功率的高壓水銀燈管的場合，為了抑制隨著電流的增大而加快的電極的蒸發(fā)，比通常增加更多的封入水銀量，但近年來，由于正在開發(fā)更高的輸出、更高的功率的高壓水銀燈，所以即使不是短弧型水銀燈，水銀橋的問題也將會凸現(xiàn)出來。上述實(shí)施例是以水銀封入量為150～250mg/cm3的水銀燈管作為示例，但水銀封入量也可以為250mg/cm3以上。
另外，上述實(shí)施例雖然是對于在水銀蒸汽壓約為20Mpa的場合(所謂超高壓水銀燈管的場合)進(jìn)行的說明，但是，也可以適用于水銀蒸汽壓約為1Mpa的高壓水銀燈。在本說明書中，把水銀蒸汽壓超過1Mpa的水銀燈定義為高壓水銀燈，高壓水銀燈也包括超高壓水銀燈。另外，由于水銀蒸汽壓越高，其發(fā)光光譜就越適合作為圖像投影裝置的光源，所以，在能夠確保發(fā)光管的物理耐壓強(qiáng)度的場合，也可以構(gòu)成20Mpa以上的水銀蒸汽壓。
利用本發(fā)明的水銀燈管的構(gòu)成，可以防止、抑制水銀橋的形成，因此能夠提高燈管的工作可靠性。另外，防止、抑制了水銀橋的形成，其結(jié)果能夠增加水銀的封入量，從而能夠提高水銀燈的性能。
權(quán)利要求
1.一種短弧型水銀燈，具有在密封有作為發(fā)光物質(zhì)的水銀的管內(nèi)對向配置有一對電極的發(fā)光管，和把分別與所述一對電極形成電連接的一對金屬箔分別密封的一對密封部，其特征在于，所述一對電極中的一側(cè)電極的電極中心軸與另一側(cè)電極的電極中心軸互相錯開，并且所述一側(cè)電極的前端與所述另一側(cè)電極的前端之間的最短距離d(cm)當(dāng)所述水銀封入總質(zhì)量為M(g)時(shí)，大于(6M/13.6π)1/3的數(shù)值。
2.一種短弧型水銀燈，具有在密封有作為發(fā)光物質(zhì)的水銀的管內(nèi)對向配置有一對電極的發(fā)光管，和把分別與所述一對電極形成電連接的一對金屬箔分別密封的一對密封部，其特征在于，所述一對電極中的一側(cè)電極的電極中心軸與另一側(cè)電極的電極中心軸不在同一軸的位置上，并且沿所述一側(cè)電極的電極中心軸方向投影的所述一側(cè)電極的前前端面的投影面與所述另一側(cè)電極的前前端面呈接觸狀態(tài)或至少一部分的重疊狀態(tài)。
3.一種短弧型水銀燈，具有在密封有作為發(fā)光物質(zhì)的水銀的管內(nèi)對向配置有一對電極的發(fā)光管，和把分別與所述一對電極形成電連接的一對金屬箔分別密封的一對密封部，其特征在于，所述一側(cè)電極的前端與所述另一側(cè)電極的前端的最短距離d大于所述一對電極中的一側(cè)電極與另一側(cè)電極的配置間隔D。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的短弧型水銀燈，其特征在于所述一側(cè)電極的前端與所述另一側(cè)電極的前端之間的最短距離d(cm)當(dāng)所述水銀封入總質(zhì)量為M(g)時(shí)，大于(6M/13.6π)1/3的數(shù)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意項(xiàng)所述的短弧型水銀燈管，其點(diǎn)電燈形式為交流點(diǎn)燈型。
6.一種燈具，具有權(quán)利要求1至3任意項(xiàng)所述的短弧型水銀燈管和具有反射所述水銀燈管發(fā)射光的反射鏡。
7.一種高壓水銀燈管，具有在密封有作為發(fā)光物質(zhì)的水銀的管內(nèi)對向配置有一對電極的發(fā)光管，和把分別與所述一對電極形成電連接的一對金屬箔分別密封的一對密封部，其特征在于，所述一對電極中的一側(cè)電極的電極中心軸與另一側(cè)電極的電極中心軸互相錯開，并且所述一側(cè)電極的前端與所述另一側(cè)電極的前端之間的最短距離d(cm)當(dāng)所述水銀封入總質(zhì)量為M(g)時(shí)，大于(6M/13.6π)1/3的數(shù)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓水銀燈管，所述高壓水銀燈管的電弧長度為2mm以下，所述水銀封入總質(zhì)量為150mg/cm3以上。
全文摘要
一種短弧型水銀燈,具有在密封有作為發(fā)光物質(zhì)的水銀18的管15內(nèi)對向配置有一對電極12及12’的發(fā)光管10’和把分別與一對電極12及12’形成電連接的一對金屬箔24及24’分別密封的一對密封部20及20’,其特征是,一側(cè)的電極12的電極中心軸19與另一側(cè)電極12’的電極中心軸19’互相錯開。該水銀燈能夠防止、抑制水銀橋的形成,提高燈管工作的可靠性。
文檔編號H01J61/073GK1326211SQ0111852
公開日2001年12月12日 申請日期2001年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月31日
發(fā)明者堀內(nèi)誠, 甲斐誠, 一番瀨剛, 關(guān)智行, 竹田守, 山本真一, 佐佐木健一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社