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JP4239579B2 - Short arc type high pressure mercury lamp - Google Patents

Short arc type high pressure mercury lamp Download PDF

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JP4239579B2
JP4239579B2 JP2002358076A JP2002358076A JP4239579B2 JP 4239579 B2 JP4239579 B2 JP 4239579B2 JP 2002358076 A JP2002358076 A JP 2002358076A JP 2002358076 A JP2002358076 A JP 2002358076A JP 4239579 B2 JP4239579 B2 JP 4239579B2
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lamp
pressure
pressure mercury
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哲治 平尾
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Ushio Denki KK
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Ushio Denki KK
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  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高圧水銀ランプに関し、特に、液晶ディスプレイ装置やDMD(デジタルミラーデバイス)を使ったDLP(デジタルライトプロセッサ)などのプロジェクタ装置のバックライトとして使うショートアーク型超高圧水銀ランプに関する。
【0002】
【従来の技術】
投射型のプロジェクタ装置は、矩形状のスクリーンに対して、均一にしかも十分な演色性をもって画像を照明させることが要求され、このため、光源としては、水銀や金属ハロゲン化物を封入させたメタルハライドランプ、キセノンランプ或は水銀ランプなどのショートアーク型放電ランプが使われている。
上記技術分野に係る液晶プロジェクタは、各会議室へ据え付けられるほど普及していないことから持ち運びされることが多く、小型軽量化が重要な課題となっている。このために、液晶プロジェクタ用の液晶パネルは年々小型化されてきており、これに伴って、小型化された液晶パネルに効率よく集光させるためにも、光源のいっそうの小型化が要求されている。
光源の小型化を達成するためには、電極間距離(以下、簡単にアーク長という)を短くするのが光学的に一番効果的な手段であるが、単にアーク長を短縮しようとするとランプ電圧が低下してしまう。ランプ電圧が低い状態で所定のランプ電力を投入しようとすると、ランプ電流を増大しなければならない。ところが、ランプ電流を増大させるために点灯装置が大形化してしまうので、液晶プロジェクタ装置を小形化するというコンセプトから外れることになる。また、ランプ電流の増加により、電極の消耗が早まり、早期に管壁の黒化を招く。この結果、ランプ寿命が短くなり、市場からの要求を満足できなくなる。こういったことから単純にアーク長を短くするだけでは市場のニーズに充分応えることができない。
【0003】
そこで、ランプ電圧を低下させないでアーク長を短くするために、アークのインピーダンスを高くすること、換言すれば、点灯中の放電媒体の圧力を上昇させる手段が採用されてきている。これによれば、照度維持率の向上を図りながら演色性の向上を図ることができるといわれ、近時においては、動作時の圧力が15MPa以上となるよう多量の水銀を封入した高圧水銀ランプが好適に利用されてきている。
【0004】
ところで、上述の高圧水銀ランプは放電容器内の圧力が点灯時に極めて高くなるので、放電容器の材質としては高強度とされる石英ガラスが好適に採用されている。発光管部の両側に延在する封止管部においては、該封止管部を構成する石英ガラスと電極棒を十分かつ強固に密着させる必要があり、高温で石英ガラスを加熱して、その状態において、厚肉の石英ガラスを徐々に収縮することで封止管部の密着性を上げる、いわゆるシュリンクシール方式が、高い耐圧力性を実現するとして、好適に採用されている。
【0005】
而して、電極棒と封止管部の石英ガラスが直接密着されていると、上記シュリンクシール工程、或いは、ランプとした後の点灯動作時に、電極棒と封止管部を構成する石英ガラスとの熱膨張係数の差異に由来して当該封止管部の石英ガラスにクラックが形成され、放電容器内部の耐圧力性能が低下する、という問題を生じることがある。このような問題に鑑み、例えば特許第3204189号公報に記載の技術によれば、電極棒のうち封止部に埋設される部分においてはコイルが巻きつけられたショートアーク型超高圧水銀ランプとすることにより、係る電極と石英ガラスの間のクラックを発生させることなく十分な熱加工を実現できるとしている。更に、コイルを発光管部内に露出させないことで、電極距離が極小であっても点灯開始直後の不所望な放電を防止でき、その結果、高い耐圧力性を有するショートアーク型高圧水銀ランプを提供できる。
【0006】
また、電極棒にコイルを巻きつけた形態のショートアーク型の放電ランプとしては、上記公報に記載のもののほかに例えば特開平3−163744号公報、米国特許第5,387,839号公報等に記載のものが知られている。これら公報には、電極の基端部にコイルを巻きつけておくことで気密シール部を形成する際に電極が偏芯することを防止すると共に、更に製造を容易にするというものである。
【0007】
【特許文献1】
特許第3204189号公報
【特許文献2】
特開平3−163744号公報
【特許文献3】
米国特許第5,387,839号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来から電極棒にコイル状の金属部材を挿通して放電容器封止管部に埋設した構造のランプが知られ、係る構造が好適に採用されているが、上記ショートアーク型高圧水銀ランプにおいては、近時では、より一層の高い点灯圧力が要求されており、時として放電容器内部の圧力が16MPa以上の高い点灯圧力となることから、点灯動作時間の経過に伴い封止管部が破損する確率が高くなることが判明した。
【0009】
これはランプ点灯時の高温状態(約1300K)において、封止管部を構成するガラスと係る金属部材とが接触した部分で、係る金属部材に含まれる不純な金属成分が、封止管部を構成する石英ガラスにイオン化した状態で溶け込み、係る金属イオンを核として石英ガラスが結晶化し、脆弱化するからと推察される。とりわけ、電極棒と封止管部との間にコイル状の金属部材が間装されている場合は、金属部材の表面積が大きい為、不純金属が多く存在し、その結果、封止管部が脆弱化しやすく、ランプの点灯時間が比較的短時間であったとしても封止管部の耐圧力性が低下してしまう。そして、発光管部内の水銀蒸気圧が16MPa以上にもなる場合、時として封止管部の破損につながる場合がある。
【0010】
本願発明は、上記のような、ランプの点灯時間が長くなるに従い耐圧力性が低下するという問題を解決し、高い耐圧力性を維持できて長い使用寿命を実現できるショートアーク型高圧水銀ランプを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、石英ガラスからなり、発光管部と当該発光管部に連設された封止管部とを有する放電容器を具え、前記発光管部内に一対の電極が対向配置されると共に、該放電容器内容積に対して0.15mg/mm 以上の水銀が封入されてなるショートアーク型高圧水銀ランプにおいて、少なくとも一方の電極の基端側部分が、前記発光管部内に露出することなく前記封止管部に溶着されたコイルに挿通されており、前記コイルは、純度が99.99質量%以上のタングステンからなり、かつ、カリウム(K)の濃度が10質量ppm以下であることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のショートアーク型高圧水銀ランプについて、図面を参照し詳細に説明する。
図1は、本発明のショートアーク型高圧水銀ランプ(以下、簡単に「ランプ」ともいう。)の構成の一例を示す説明用断面図である。このショートアーク型高圧水銀ランプは、直流点灯型のものであり、その放電容器10は石英ガラスにより形成され、楕円球形の発光管部11と、この発光管部11の両端から外方に伸びるよう連設されたロッド状の封止管部12、13とを有する。
【0013】
発光管部11内には、放電容器10の管軸上において、電極間距離が例えば3.0mm以下となる状態で陰極14と陽極15とが対向配置されており、陰極14を先端に有する電極棒16(以下「陰極棒」という。)が一方の封止管部12内を伸び、当該封止管部12の外端部において気密に埋設された金属箔18を介して外部リード棒19に接続されて気密シールが形成されている。陽極15についても、同様の構成とされている。同図において17は陽極棒であり、以下、後段において陰極棒(16)および陽極棒(17)をまとめて「電極棒」とも称す。
そして、発光管部11内には、例えば0.15mg/mm以上の水銀、および例えばアルゴンなどの希ガスよりなる封入ガスが封入されている。これにより、波長380〜780nmの可視光の連続スペクトルを放射することができ、例えば液晶プロジェクタの光源として好適に用いることができる。
【0014】
封止管部12,13の内周面にはそれぞれ高融点金属からなるコイル20,21がその外周面が封止管部12、13の内周面に一体に溶着されると共に、係るコイル20,21内に各々基端側部分16A、17Aが挿通され、電極棒16,17が放電容器の管軸断面方向の移動に対して固定的に、かつ、軸方向の移動に対して略移動可能に保持されている。これにより、電極を高い位置精度で所定位置に配置できると共に、ランプ動作時において高温に熱せられて熱膨張しても自由に伸縮することができる。
【0015】
コイル20,21は、放電容器内に露出することなく、その全部が前記封止管部に埋設された状態とされる。これにより、電極14,15と対向する位置にあるコイルとの間においてアークが発生するような不所望な現象が生じることがない。
【0016】
上記コイル20、21の材質は、主成分がタングステン或いはモリブデンからなり、係る金属成分を99.99質量%以上の割合で含有してなる高純度金属よりなる。タングステンやモリブデンにおいて各々物質以外に含まれる不純物の代表的なものでは、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、鉄、アルミニウム、銅などの金属元素であり、本発明に係るコイルでは、これらの物質、およびその他の物質も含めた不純物の総和が100質量ppm未満の割合とされる。
【0017】
上述した不純物の中でも特にカリウムは、石英ガラス中においてはイオン化した状態で介在ししており、結晶化する際の核になりやすい。
本発明に係るショートアーク型高圧水銀ランプによれば、封止管部の石英ガラスに融着されたコイルが、99.99質量%以上の高純度タングステン若しくは高純度モリブデンからなるので、当該ランプの点灯動作時に封止管部の温度が高くなったとしても、当該コイルに含まれる不純物の絶対量が少ないために、封止管部を構成する石英ガラスに溶出する不純物の絶対量も少なくなる。したがって、封止管部を構成する石英ガラス中に介在する、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンの存在確率が極めて小さくなり、その結果、係る石英ガラスの結晶化の促進が抑制されて、石英ガラスの機械的強度をランプ点灯初期のものと同程度に維持できて封止管部が脆弱化することを防止できるようになる。従って、封止管部の耐圧強度の低下を防止でき、ランプの使用寿命の長期化を図ることが可能となる。
中でもカリウムは10質量ppm以下とされるのが好ましく、特に10質量ppm未満の割合とされるのがよい。カリウムが10質量ppmを超えて含まれると、金属箔近傍に介在している石英ガラスが結晶化して脆弱化するため、「箔浮き」と言われる現象を生じやすくなり、この箔浮き現象が発生したことと相俟って、封止管部の耐圧強度の低下が著しいものとなってしまう。
【0018】
【実施例】
本発明に係るショートアーク型高圧水銀ランプを図1の構成および下記の仕様に従って多数製作し、更に冷耐圧力試験(および寿命試験)を行った。
以下、本実験例に使用した実施例に係るランプの仕様を述べる。
放電容器(10)は石英ガラスからなる略楕円球状であり、内容積は116mmで放電空間内にはアルゴンガスが11.3kPa、水銀が0.20mg/mm封入されている。
発光管部(11)の外径は11.5mm、発光管部(11)の内径5.0mmで封止管部(12)および(13)の長さはそれぞれ20mm、モリブデンから成る金属箔(18)の長さ15mmである。使用した陰極(14)の材質および陽極(15)の材質はタングステンであり、その電極間の距離は1.3mmである。本ランプのランプ電圧は82V、定格電力は200Wである。
封止管部に埋設されたコイル(20)および(21)の全長は3.0mmでコイル(20)、(21)を構成する金属線の線径は0.1mmである。
【0019】
コイル(20)、(21)の材質は99.99質量%以上の高純度タングステンであり、具体的には99.990質量%〜99.999質量%であった。なおこの高純度タングステンに含まれる不純物物質とされる物質で最も含有割合が大きかったものはカリウムであり、その割合の最大値は10質量ppmであった。また、その他の不純物(例えばFe、Al、Si、Niなど)も含めた、不純物の含有割合の総和は100質量ppm未満であった。
【0020】
<比較例1>
コイルを構成するタングステンの純度を99.99質量%以上にしなかったこと以外は、上記の実施例と同様のランプ仕様を有する従来製品に係るショートアーク型高圧水銀ランプを多数製造した。このときのタングステンは、何れも不純物の割合が100質量ppm以上、1000質量ppm以下であり、その純度は具体的には99.96質量%〜99.98質量%であった。
【0021】
このようにして作製された実施例に係るランプ27本および比較例に係るランプ25本について、水平点灯により定格電力200Wで連続点灯し、以下の手順に従って冷耐圧強度試験を行い、耐圧強度の評価を行った。
【0022】
<耐圧強度の評価>
上述した実施例に係るランプおよび比較例に係るランプについて、放電容器(10)を、低速切断機を用いて切断し、試料片を作製した。
なお、実施例に係るランプについては、点灯時間が1時間のランプを5本、点灯時間が250時間のランプを4本、点灯時間が380時間のランプを4本、点灯時間が530時間のランプを6本、点灯時間が770時間のランプを4本、点灯時間1120時間のランプを4本用意した。また、比較例に係るランプについては、点灯時間が1時間のランプを5本、点灯時間が210時間のランプを5本、点灯時間が350時間のランプを6本、点灯時間が530時間のランプを4本、点灯時間が1060時間のランプを5本用意した。
以上の実施例および比較例に係る各ランプを用いて、上述した手法により試験片を作製した。
【0023】
作製された試験片について、図2に示すように、発光管部(11)の開口部分にステンレス製管30の一端を挿入し、当該ステンレス製管30の外周部分にエポキシ系接着剤31を充填することにより、放電ランプの発光管部(11)に対応する気密空間部Sを形成した。なお、同図において、32はアルコールタンク、33は加圧ポンプ、34は圧力計、35はロータリーポンプ、36は接続ジョイントである。
【0024】
そして、このステンレス製管30の他端より、アルコールタンク32より供給されたアルコール蒸気を注入し、約0.2MPa/secの速度で気密空間部S内の圧力を徐々に上昇させて、石英ガラス製の放電容器が破壊されたときの圧力(以下、「冷耐圧強度」という。)を圧力計34により測定した。
なお、未点灯状態のランプは点灯・消灯による熱歪みが無いために破壊箇所が封止管部に限定されるので、当該箇所の冷耐圧強度を、比較的容易に測定することが可能である。而して、点灯後のランプは発光管部に熱歪みがあるために破壊箇所が封止管部に限定されずしばしば発光管部で破壊されてしまう。このため、有効なデータが取得できない場合がある。
そこで点灯後のランプについては、大気中で1150℃、30分間の除歪処理を行うことで発光管部の熱歪みを解消させた。
この方法により発光管部で破壊することなく、破壊箇所を封止管部に限定させることができた。
【0025】
上記の方法によりランプの点灯時間と冷耐圧強度の関係を示した曲線図を、図3に示す。横軸は試料に係るランプの点灯時間(h)であり、縦軸は冷耐圧強度(MPa)である。同図中、各点灯時間でランプを点灯した時の冷耐圧強度を、実施例に係るものについては白丸、比較例に係るものについてはひし形で付した。曲線は、実施例或いは比較例に係るランプ点灯時間と例耐圧強度の関係を表す近似曲線であり、実施例については実線で示し、比較例については一点破線で示した。
同図に示すように、実施例に係るランプでは、比較例に係るランプよりも冷耐圧強度が上回っており、その差は点灯時間が増すごとに増大していくことが確認された。比較例に係るランプでは点灯時間が1000時間を超過すると冷耐圧強度が約18MPa程度に低下してしまうが、実施例に係るランプでは点灯時間の経過に伴う冷耐圧強度の低下がそれよりも小さく、1100時間を超えて点灯させたランプにおいても平均して20MPa以上の冷耐圧強度を有しており、従来製品に比較して150%も冷耐圧強度が向上したことが確認された。
【0026】
上記冷耐圧強度試験の結果、実施例に係るものでは点灯時間経過に伴う冷耐圧強度の低下が比較例に係るランプに比較して緩慢であり、ランプ点灯初期よりの封止管部の機械的強度をより維持することができると理解される。なお、上述した冷耐圧強度はランプ点灯動作時の耐圧強度と必ずしも一致するというものではないが、封止管部の冷耐圧強度が低下することを抑制できることはつまり、ランプ点灯初期における封止管部の耐圧強度を維持することができると換言できるので、結果としてランプ点灯中の封止管部の耐圧強度を向上できるようになることは自明である。
【0027】
<ランプ点灯試験>
上記実施例と同仕様のランプを20本作製し、水平点灯で定格入力200Wに従って連続点灯した。なお、タングステンの純度は99.990質量%〜99.999質量%であり、いずれも99.99質量%以上であった。これらのランプについて、点灯時間が2000時間を超えてもなお、封止管部に破損が生じることなく、また封止管部の石英ガラスが金属箔と剥離するために発生する「箔浮き」と呼ばれる現象も発生しなかった。
【0028】
また、上記比較例と同仕様のランプを20本作製し、上述のランプ点灯試験と同様の方法で点灯した。なお、タングステンの純度は具体的には99.96質量%〜99.98質量%であり、99.99質量%未満であった。比較例に係るランプの試験結果、あるランプでは、点灯時間が1000時間経過した時点で、封止管部にクラックが生じて放電容器が破裂し、またあるランプについては点灯時間が1300時間で封止管部よりリークが発生して不点灯になってしまった。また、その他のランプについては1500時間点灯後に「箔浮き」が確認され、いずれのものも十分な信頼性が得られなかった。
【0029】
【発明の効果】
本発明のショートアーク型高圧水銀ランプによれば、発光管部内に露出することなく溶着されたコイルが、99.99質量%以上の高純度タングステンにより構成されているので、電極棒が高温になった場合に当該コイルから封止管部を構成する石英ガラスに溶出される不純物の絶対量が少なくなり、該石英ガラスの結晶化が促進されるのを防止できて、点灯時間の経過に伴って該石英ガラスの機械的強度が低下することが防止され、封止管部を十分な耐圧を有するものとすることができる。
その結果、ランプの点灯時間にともなう耐圧力性の低下を抑制することができるようになり、高い耐圧力性を維持できて長い使用寿命を実現できるショートアーク型高圧水銀ランプを提供することができる。
しかも、前記コイルが、カリウム(K)の濃度10質量ppm以下のタングステンからなることにより石英ガラスの結晶化を回避することができ、封止管部に埋設された金属箔のいわゆる箔浮き現象を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るショートアーク型高圧水銀ランプの構成の一例を示す説明用断面図である。
【図2】本発明の放電ランプの実施例および比較例の冷耐圧強度の測定方法を示す説明図である。
【図3】ランプの点灯時間と冷耐圧強度の関係を示す図である。
【符号の説明】
10 放電容器
11 発光管部
12、13 封止管部
14 陰極
15 陽極
16 電極棒(陰極棒)
16A 基端側部分(陰極)
17 陽極棒
17A 基端側部分(陽極)
18 金属箔
19 外部リード棒
20、21 コイル
30 ステンレス製管
31 接着剤
32 アルコールタンク
33 加圧ポンプ
34 圧力計
35 ロータリーポンプ
36 接続ジョイント
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultra high pressure mercury lamp, and more particularly to a short arc type ultra high pressure mercury lamp used as a backlight of a projector apparatus such as a liquid crystal display device or a DLP (digital light processor) using a DMD (digital mirror device).
[0002]
[Prior art]
Projection-type projector devices are required to illuminate an image with a uniform and sufficient color rendering property on a rectangular screen. For this reason, a metal halide lamp in which mercury or a metal halide is enclosed as a light source Short arc discharge lamps such as xenon lamps or mercury lamps are used.
Since the liquid crystal projector according to the technical field is not so popular that it can be installed in each conference room, it is often carried around, and reduction in size and weight is an important issue. For this reason, liquid crystal panels for liquid crystal projectors have been miniaturized year by year, and accordingly, further miniaturization of the light source is required in order to efficiently focus light on the miniaturized liquid crystal panel. Yes.
To achieve miniaturization of the light source, shortening the distance between the electrodes (hereinafter simply referred to as the arc length) is the most optically effective means. The voltage drops. If a predetermined lamp power is to be turned on when the lamp voltage is low, the lamp current must be increased. However, since the lighting device becomes large in order to increase the lamp current, it deviates from the concept of downsizing the liquid crystal projector device. Further, the increase in lamp current leads to expeditious electrode consumption, leading to early blackening of the tube wall. As a result, the lamp life is shortened and the demand from the market cannot be satisfied. For these reasons, simply shortening the arc length cannot sufficiently meet market needs.
[0003]
Therefore, in order to shorten the arc length without reducing the lamp voltage, means for increasing the arc impedance, in other words, increasing the pressure of the discharge medium during lighting, has been adopted. According to this, it is said that the color rendering properties can be improved while improving the illuminance maintenance factor. Recently, a high-pressure mercury lamp in which a large amount of mercury is enclosed so that the pressure during operation becomes 15 MPa or more. It has been suitably used.
[0004]
By the way, since the pressure in the discharge vessel becomes extremely high when the above-described high-pressure mercury lamp is lit, quartz glass having a high strength is suitably employed as the material of the discharge vessel. In the sealing tube portion extending on both sides of the arc tube portion, it is necessary to sufficiently and firmly adhere the quartz glass and the electrode rod constituting the sealing tube portion. In the state, a so-called shrink seal method, in which the adhesion of the sealing tube portion is improved by gradually shrinking the thick quartz glass, is preferably adopted as realizing high pressure resistance.
[0005]
Thus, when the electrode rod and the quartz glass of the sealing tube portion are in direct contact with each other, the quartz glass constituting the electrode rod and the sealing tube portion at the time of the above-described shrink sealing process or lighting operation after forming the lamp. May cause cracks in the quartz glass of the sealing tube portion, resulting in a decrease in pressure resistance performance inside the discharge vessel. In view of such a problem, for example, according to the technique described in Japanese Patent No. 3204189, a short arc type ultra-high pressure mercury lamp in which a coil is wound in a portion embedded in a sealing portion of an electrode rod is used. Thus, sufficient thermal processing can be realized without generating a crack between the electrode and the quartz glass. Furthermore, by not exposing the coil inside the arc tube, it is possible to prevent undesired discharge immediately after the start of lighting even if the electrode distance is minimal, and as a result, a short arc type high pressure mercury lamp having high pressure resistance is provided. it can.
[0006]
Further, as a short arc type discharge lamp in which a coil is wound around an electrode rod, in addition to the one described in the above publication, for example, JP-A-3-163744, US Pat. No. 5,387,839, etc. The ones described are known. In these publications, a coil is wound around the base end portion of the electrode to prevent the electrode from being decentered when forming the hermetic seal portion, and to further facilitate manufacture.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3204189 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 3-163744 [Patent Document 3]
US Pat. No. 5,387,839 Publication
[Problems to be solved by the invention]
As described above, a lamp having a structure in which a coil-shaped metal member is inserted into an electrode rod and embedded in a discharge vessel sealing tube portion is conventionally known, and such a structure is preferably employed. In mercury lamps, a higher lighting pressure has recently been required, and sometimes the pressure inside the discharge vessel becomes a high lighting pressure of 16 MPa or higher. It turned out that the probability that a part will be damaged becomes high.
[0009]
This is a portion where the glass constituting the sealing tube portion and the metal member are in contact with each other in a high temperature state (about 1300 K) when the lamp is lit, and the impure metal component contained in the metal member causes the sealing tube portion to It is presumed that the silica glass melts in the state of being ionized into the constituent quartz glass, and the quartz glass is crystallized and weakened with the metal ions as nuclei. In particular, when a coiled metal member is interposed between the electrode rod and the sealing tube part, the surface area of the metal member is large, so there is a large amount of impure metal. Even if the lamp is easily fragile and the lighting time of the lamp is relatively short, the pressure resistance of the sealed tube portion is lowered. When the mercury vapor pressure in the arc tube portion is 16 MPa or more, sometimes the sealing tube portion is damaged.
[0010]
The present invention solves the above-mentioned problem that the pressure resistance decreases as the lamp lighting time increases, and a short arc type high-pressure mercury lamp capable of maintaining a high pressure resistance and realizing a long service life. It is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention comprises a discharge vessel made of quartz glass and having an arc tube portion and a sealing tube portion connected to the arc tube portion, and a pair of electrodes are disposed oppositely in the arc tube portion, In a short arc type high-pressure mercury lamp in which 0.15 mg / mm 3 or more of mercury is enclosed with respect to the internal volume of the discharge vessel, the proximal end portion of at least one of the electrodes is not exposed in the arc tube portion. The coil is inserted into a coil welded to the sealing tube, and the coil is made of tungsten having a purity of 99.99 mass% or more, and the concentration of potassium (K) is 10 mass ppm or less. And
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the short arc type high pressure mercury lamp of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing an example of the configuration of a short arc type high-pressure mercury lamp (hereinafter also simply referred to as “lamp”) of the present invention. This short arc type high-pressure mercury lamp is of a direct current lighting type, and its discharge vessel 10 is made of quartz glass and extends outwardly from both ends of the arc tube portion 11 and the arc tube portion 11. It has the rod-shaped sealing pipe parts 12 and 13 provided in series.
[0013]
In the arc tube portion 11, on the tube axis of the discharge vessel 10, a cathode 14 and an anode 15 are disposed facing each other with the distance between the electrodes being, for example, 3.0 mm or less, and an electrode having the cathode 14 at the tip. A rod 16 (hereinafter referred to as a “cathode rod”) extends in one sealing tube portion 12 and is attached to the external lead rod 19 via a metal foil 18 that is airtightly embedded at the outer end portion of the sealing tube portion 12. Connected to form an airtight seal. The anode 15 has the same configuration. In the figure, reference numeral 17 denotes an anode bar. Hereinafter, the cathode bar (16) and the anode bar (17) are collectively referred to as an “electrode bar” in the subsequent stage.
The arc tube 11 is filled with a sealing gas made of, for example, 0.15 mg / mm 3 or more of mercury and a rare gas such as argon. Thereby, a continuous spectrum of visible light having a wavelength of 380 to 780 nm can be emitted, and can be suitably used as a light source of a liquid crystal projector, for example.
[0014]
The coils 20 and 21 made of a refractory metal are welded integrally to the inner peripheral surfaces of the sealing tube portions 12 and 13 on the inner peripheral surfaces of the sealing tube portions 12 and 13, respectively. , 21 are respectively inserted into the base end portions 16A and 17A, and the electrode rods 16 and 17 are fixed with respect to the movement of the discharge vessel in the tube axis cross-sectional direction and substantially movable with respect to the movement in the axial direction. Is held in. Accordingly, the electrode can be arranged at a predetermined position with high positional accuracy, and can be freely expanded and contracted even if it is heated to a high temperature and thermally expanded during lamp operation.
[0015]
The coils 20 and 21 are not exposed in the discharge vessel, but are entirely embedded in the sealed tube portion. As a result, an undesired phenomenon in which an arc is generated between the electrodes 14 and 15 and the coil at a position facing the electrodes 14 and 15 does not occur.
[0016]
The materials of the coils 20 and 21 are made of a high-purity metal made of tungsten or molybdenum as a main component and containing such a metal component in a proportion of 99.99% by mass or more. Typical impurities contained in tungsten and molybdenum other than substances are metal elements such as potassium, magnesium, calcium, strontium, barium, iron, aluminum, and copper. In the coil according to the present invention, these substances are used. The total sum of impurities including other substances is less than 100 ppm by mass.
[0017]
Among the impurities described above, potassium is intercalated in the quartz glass in an ionized state, and tends to be a nucleus for crystallization.
According to the short arc type high-pressure mercury lamp according to the present invention, the coil fused to the quartz glass of the sealing tube portion is made of high-purity tungsten or high-purity molybdenum of 99.99% by mass or more. Even if the temperature of the sealing tube portion becomes high during the lighting operation, the absolute amount of impurities contained in the coil is small, so that the absolute amount of impurities eluted into the quartz glass constituting the sealing tube portion also decreases. Therefore, the existence probability of alkali metal ions and alkaline earth metal ions intervening in the quartz glass constituting the sealed tube portion becomes extremely small, and as a result, the promotion of crystallization of the quartz glass is suppressed, and the quartz glass The mechanical strength of the glass can be maintained at the same level as that at the beginning of lamp operation, and the sealing tube portion can be prevented from becoming weak. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in the pressure strength of the sealed tube portion and to prolong the service life of the lamp.
Among these, potassium is preferably 10 ppm by mass or less, and particularly preferably less than 10 ppm by mass . When potassium exceeds 10 mass ppm , the quartz glass intervening in the vicinity of the metal foil crystallizes and becomes brittle, so that a phenomenon called “foil floating” is likely to occur, and this foil floating phenomenon occurs. In combination with this, the pressure-resistant strength of the sealed tube portion is significantly reduced.
[0018]
【Example】
The short arc type high pressure mercury lamp according to the present invention a number made in accordance with the configuration and the following specification of Figure 1, was carried out further cold withstand pressure test (and life test).
The specifications of the lamp according to the example used in this experimental example will be described below.
The discharge vessel (10) has a substantially oval shape made of quartz glass, has an inner volume of 116 mm 3 , and contains 11.3 kPa of argon gas and 0.20 mg / mm 3 of mercury in the discharge space.
The outer diameter of the arc tube portion (11) is 11.5 mm, the inner diameter of the arc tube portion (11) is 5.0 mm, the length of the sealing tube portions (12) and (13) is 20 mm, and a metal foil made of molybdenum ( 18) is 15 mm long. The material of the used cathode (14) and the material of the anode (15) is tungsten, and the distance between the electrodes is 1.3 mm. The lamp has a lamp voltage of 82V and a rated power of 200W.
The total length of the coils (20) and (21) embedded in the sealing tube portion is 3.0 mm, and the wire diameter of the metal wires constituting the coils (20) and (21) is 0.1 mm.
[0019]
The material of the coils (20) and (21) was high-purity tungsten of 99.99% by mass or more, specifically 99.990% by mass to 99.999% by mass. It should be noted that potassium having the largest content ratio among the impurity substances contained in the high-purity tungsten was potassium, and the maximum value of the ratio was 10 ppm by mass. Moreover, the sum total of the content rate of an impurity including other impurities (for example, Fe, Al, Si, Ni etc.) was less than 100 mass ppm.
[0020]
<Comparative Example 1>
A number of short arc high-pressure mercury lamps according to conventional products having the same lamp specifications as those in the above examples were manufactured except that the purity of tungsten constituting the coil was not made 99.99 mass% or more. Tungsten at this time had an impurity ratio of 100 mass ppm or more and 1000 mass ppm or less, and its purity was specifically 99.96 mass% to 99.98 mass%.
[0021]
The 27 lamps according to the example and the 25 lamps according to the comparative example thus manufactured were continuously lit at a rated power of 200 W by horizontal lighting, and a cold pressure strength test was performed according to the following procedure to evaluate the pressure strength. Went.
[0022]
<Evaluation of pressure resistance>
About the lamp | ramp which concerns on the lamp | ramp which concerns on the Example mentioned above, and the comparative example, the discharge vessel (10) was cut | disconnected using the low speed cutter, and the sample piece was produced.
In addition, about the lamp | ramp which concerns on an Example, the lamp whose lighting time is 5 hours, 4 lamps whose lighting time is 250 hours, 4 lamps whose lighting time is 380 hours, and whose lighting time is 530 hours 6 lamps, 4 lamps with a lighting time of 770 hours, and 4 lamps with a lighting time of 1120 hours were prepared. As for the lamp according to the comparative example, 5 lamps with a lighting time of 1 hour, 5 lamps with a lighting time of 210 hours, 6 lamps with a lighting time of 350 hours, and a lamp with a lighting time of 530 hours 4 lamps and 5 lamps with a lighting time of 1060 hours were prepared.
A test piece was prepared by the above-described method using each of the lamps according to the above examples and comparative examples.
[0023]
As shown in FIG. 2, with respect to the prepared test piece, one end of the stainless steel tube 30 is inserted into the opening of the arc tube portion (11), and the outer periphery of the stainless steel tube 30 is filled with the epoxy adhesive 31. As a result, an airtight space S corresponding to the arc tube (11) of the discharge lamp was formed. In the figure, 32 is an alcohol tank, 33 is a pressure pump, 34 is a pressure gauge, 35 is a rotary pump, and 36 is a connection joint.
[0024]
Then, the alcohol vapor supplied from the alcohol tank 32 is injected from the other end of the stainless steel tube 30, and the pressure in the airtight space S is gradually increased at a rate of about 0.2 MPa / sec. The pressure when the manufactured discharge vessel was destroyed (hereinafter referred to as “cold pressure strength”) was measured with a pressure gauge 34.
Since the unlit lamp has no thermal distortion due to turning on and off, the destruction location is limited to the sealed tube portion, so the cold pressure strength of the location can be measured relatively easily. . Thus, since the lamp after lighting is thermally distorted in the arc tube portion, the broken portion is not limited to the sealed tube portion and is often broken at the arc tube portion. For this reason, valid data may not be acquired.
Therefore, the lamp after lighting was subjected to the distortion removal treatment at 1150 ° C. for 30 minutes in the atmosphere to eliminate the thermal distortion of the arc tube portion.
By this method, the broken portion could be limited to the sealed tube portion without breaking at the arc tube portion.
[0025]
FIG. 3 is a curve diagram showing the relationship between the lamp lighting time and the cold pressure strength by the above method. The horizontal axis is the lamp operating time (h), and the vertical axis is the cold pressure strength (MPa). In the figure, the cold pressure strength when the lamp is lit at each lighting time is indicated by a white circle for the example and a diamond for the comparative example. The curve is an approximate curve representing the relationship between the lamp lighting time and the example withstand voltage strength according to the example or the comparative example. The example is indicated by a solid line, and the comparative example is indicated by a one-dot broken line.
As shown in the figure, in the lamp according to the example, the cold pressure strength was higher than that of the lamp according to the comparative example, and it was confirmed that the difference increased as the lighting time increased. In the lamp according to the comparative example, when the lighting time exceeds 1000 hours, the cold pressure strength decreases to about 18 MPa. However, in the lamp according to the embodiment, the decrease in the cold pressure strength with the passage of the lighting time is smaller than that. Even lamps that were turned on for more than 1100 hours had an average cold pressure strength of 20 MPa or more, and it was confirmed that the cold pressure strength was improved by 150% compared to the conventional product.
[0026]
As a result of the above-mentioned cold pressure strength test, in the example according to the embodiment, the decrease in the cold pressure strength with the lapse of lighting time is slower than the lamp according to the comparative example, and the mechanical properties of the sealed tube portion from the initial stage of lamp lighting It is understood that the strength can be maintained more. Although the above-mentioned cold withstand pressure strength does not necessarily coincide with the withstand pressure strength at the time of lamp lighting operation, it can be suppressed that the cold withstand pressure strength of the sealing tube portion is reduced, that is, the sealing tube at the initial stage of lamp lighting. In other words, it is obvious that the pressure strength of the sealed tube portion during lamp operation can be improved.
[0027]
<Lamp lighting test>
Twenty lamps having the same specifications as in the above example were produced and lit continuously according to a rated input of 200 W with horizontal lighting. In addition, the purity of tungsten was 99.990 mass%-99.999 mass%, and all were 99.99 mass% or more. About these lamps, even if the lighting time exceeds 2000 hours, the sealed tube portion is not damaged, and the “floating foil” occurs because the quartz glass of the sealed tube portion peels off from the metal foil. The so-called phenomenon did not occur.
[0028]
In addition, 20 lamps having the same specifications as in the comparative example were produced and lit by the same method as in the lamp lighting test described above. In addition, the purity of tungsten was specifically 99.96 mass% to 99.98 mass%, and was less than 99.99 mass%. As a result of the test of the lamp according to the comparative example, in a certain lamp, when the lighting time is 1000 hours, a crack is generated in the sealed tube portion, and the discharge vessel is ruptured. For some lamps, the lighting time is 1300 hours. A leak occurred from the stop tube and it was not lit. Further, with respect to the other lamps, “foil floating” was confirmed after lighting for 1500 hours, and none of the lamps had sufficient reliability.
[0029]
【The invention's effect】
According to the short arc type high-pressure mercury lamp of the present invention, since the coil welded without being exposed in the arc tube portion is composed of high-purity tungsten of 99.99 mass% or more, the electrode rod becomes hot. In this case, the absolute amount of impurities eluted from the coil into the quartz glass constituting the sealed tube portion can be reduced, and the crystallization of the quartz glass can be prevented from being accelerated. The mechanical strength of the quartz glass is prevented from lowering, and the sealed tube portion can have a sufficient pressure resistance.
As a result, it is possible to suppress a decrease in pressure resistance due to the lighting time of the lamp, and it is possible to provide a short arc type high-pressure mercury lamp that can maintain a high pressure resistance and realize a long service life. .
In addition , since the coil is made of tungsten having a potassium (K) concentration of 10 mass ppm or less , crystallization of quartz glass can be avoided, and the so-called foil floating phenomenon of the metal foil embedded in the sealing tube portion can be avoided. It can be effectively prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory sectional view showing an example of a configuration of a short arc type high-pressure mercury lamp according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for measuring cold withstand pressure strength of examples and comparative examples of the discharge lamp of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between lamp lighting time and cold pressure strength.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Discharge vessel 11 Arc tube part 12, 13 Sealing tube part 14 Cathode 15 Anode 16 Electrode rod (cathode rod)
16A Base end part (cathode)
17 Anode rod 17A Base end part (anode)
18 Metal foil 19 External lead rods 20 and 21 Coil 30 Stainless steel pipe 31 Adhesive 32 Alcohol tank 33 Pressure pump 34 Pressure gauge 35 Rotary pump 36 Connection joint

Claims (1)

石英ガラスからなり、発光管部と当該発光管部に連設された封止管部とを有する放電容器を具え、前記発光管部内に一対の電極が対向配置されると共に、該放電容器内容積に対して0.15mg/mm 以上の水銀が封入されてなるショートアーク型高圧水銀ランプにおいて、
少なくとも一方の電極の基端側部分が、前記発光管部内に露出することなく前記封止管部に溶着されたコイルに挿通されており、
前記コイルは、純度が99.99質量%以上のタングステンからなり、かつ、カリウム(K)の濃度が10質量ppm以下である
ことを特徴とするショートアーク型高圧水銀ランプ。
A discharge vessel made of quartz glass and having a light emitting tube portion and a sealing tube portion connected to the light emitting tube portion, a pair of electrodes are arranged oppositely in the light emitting tube portion, and the discharge vessel internal volume In a short arc type high-pressure mercury lamp in which 0.15 mg / mm 3 or more of mercury is enclosed,
A base end side portion of at least one electrode is inserted into a coil welded to the sealing tube portion without being exposed in the arc tube portion,
The short arc type high-pressure mercury lamp , wherein the coil is made of tungsten having a purity of 99.99 mass% or more, and the concentration of potassium (K) is 10 mass ppm or less .
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