短弧型水銀燈管及水銀燈具的製作方法
2023-06-01 16:25:46
專利名稱：短弧型水銀燈管及水銀燈具的製作方法
技術領域：
本發明涉及短弧型水銀燈管及水銀燈具。特別是相關於作為液晶投影儀的光源和數字微反射裝置(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，作為一種實現放映大畫面影象的系統，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。圖像投影裝置由於需要把光集中在液晶板等的極小的區域上，所以不僅要求具有高亮度而且還要求近似點光源的光源。
作為滿足這樣的要求的高壓放電燈，起初研究開發了金屬滷化物燈。但是，這種金屬滷化物燈為了使其接近點光源且具有高亮度而縮短電弧長度時，卻發現了發生電弧寬度增大的現象，所以，現在作為一種具有良好使用前景的光源，人們普遍關注具有接近點光源且高亮度特點的短弧型超高壓水銀燈。相對於超高壓水銀燈的全光束的90％在有效區域發光，寬電弧的金屬滷化物燈只有全光束的50％在有效區域發光。其原因是，在金屬滷化物燈的場合，被封入的金屬的平均激勵電位為4～5eV，由於電位較低僅在電弧的周邊區域發光，從而使電弧的寬度加寬，相對於此，在超高壓水銀燈的場合，比起金屬滷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域發光從而形成窄幅的電弧。所以，比起金屬滷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具有由石英玻璃構成的球狀中空的發光管(燈泡)110和與該由石英玻璃構成的發光管110連接的一對密封部(密裝部)120及120』。在發光管110的內部形成有放電空間115，在放電空間115中封入有作為發光物質的水銀118(水銀封入量為例如150～250mg/cm3)、稀有氣體(例如，數十kPa的氬氣)及少量的滷素。
在放電空間115中在一定的間隔D(例如約1.5mm)內相互對向地設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為了保持光學的對稱性被設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相互位於同一直線上。
W電極112的電極軸116被焊接在密封部120內的鉬箔(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，使發光管110內的放電空間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的內部中心設有矩形的Mo箔124。密封部120內部的Mo箔124在焊接部117相反的一側形成有由金屬鉬構成的外部導線(Mo棒)130。焊接Mo箔124與外部導線130，使兩者通過焊接部132形成電連接。另外，由於W電極112』及密封部120』的構成與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在點燈時與點燈電路連接。在外部導線130與點燈電路1200連接的狀態下，使點燈電路1200通電，燈管1000即被點亮。
下面，對燈管1000的工作原理進行簡單地說明。當通過外部導線130及Mo箔124點燈電路1200的啟動電壓被加載到W電極112及112』上時，生成氬氣(Ar)的放電，在這個放電的作用下使發光管110的放電空間115內的溫度上升，水銀118被加熱汽化。而後，在W電極112及112』之間的電弧中心部水銀原子被激勵發光。由於燈管1000的水銀蒸汽壓越高則發光效率越高，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，考慮到發光管110的物理耐壓強度，燈管1000一般在其水銀蒸汽壓為15～25Mpa的範圍內使用。
已有的燈管1000曾發生過儘管是正常的使用，當關燈後再次點燈時，燈管不亮的問題。過去不知道燈管不亮的原因，通過本發明者的刻意研究，探明這是因為如圖13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。
在由於水銀橋140而形成短路的狀態下對燈管1000加載啟動電壓時，因為在燈管1000中流過極大的電流，被點燈電路1200檢測為工作異常，所以自動地停止了燈管的點燈。並且由於在停止點燈後水銀橋依然存在，所以在點燈電路1200再次開始點燈時，燈管1000還是不能被點亮。
可以認為水銀橋140是如下所述的那樣所形成的。在燈管1000的點燈工作時，連續放電的W電極112及112』的溫度約為3000℃，位於W電極周圍的發光管110的溫度越為1000℃。當停止燈管1000的點燈時，由於金屬制的W電極112冷卻的要比玻璃制的發光管110快，所以放電空間115內的水銀蒸汽不是向發光管110的內壁而是向W電極112凝結，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的進一步冷卻，水銀蒸汽的進一步凝結，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。由於受表面張力的作用，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更進一步的增長，當與在W電極112』上增長起來的Hg珠118b形成接觸時，表面張力的作用使2個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。為了進一步滿足對燈管的更高亮度更接近點光源的要求，間隔D將會做得更小，所以，水銀橋的問題將會更為突出。
本發明就是針對上述的問題而提出的，其主要目的在於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。
本發明的短弧型水銀燈是，具有在密封有作為發光物質的水銀的管內對向配置有一對電極的發光管，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，其特徵在於，上述一對電極中的一側電極的電極中心軸與另一側電極的電極中心軸互相錯開，並且上述一側電極的前端與上述另一側電極的前端之間的最短距離d(cm)當上述水銀封入總質量為M(g)時，大於(6M/13.6π)1/3的數值。
本發明的另一種短弧型水銀燈是，具有在密封有作為發光物質的水銀的管內對向配置有一對電極的發光管，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，其特徵在於，上述一對電極中的一側電極的電極中心軸與另一側電極的電極中心軸不在同一軸的位置上，並且沿上述一側電極的電極中心軸方向投影的上述一側電極的前前端面的投影面與上述另一側電極的前前端面呈接觸狀態或至少一部分的重疊狀態。
本發明的另一種短弧型水銀燈是，具有在密封有作為發光物質的水銀的管內對向配置有一對電極的發光管，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，其特徵在於，上述一側電極的前端與上述另一側電極的前端的最短距離d大於上述一對電極中的一側電極與另一側電極的配置間隔D。
理想的形式是，上述一側電極的前端與上述另一側電極的前端之間的最短距離d(cm)當上述水銀封入總質量為M(g)時，大於(6M/13.6π)1/3的數值。
本實施例的點燈形式為交流點燈型。
本發明的燈具是，具有上述的短弧型水銀燈管和反射上述水銀燈管發射光的反射鏡。
本發明的高壓水銀燈管是，具有在密封有作為發光物質的水銀的管內對向配置有一對電極的發光管，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，其特徵在於，上述一對電極中的一側電極的電極中心軸與另一側電極的電極中心軸互相錯開，並且上述一側電極的前端與上述另一側電極的前端之間的最短距離d(cm)當上述水銀封入總質量為M(g)時，大於(6M/13.6π)1/3的數值。
理想的形式是，上述高壓水銀燈管的電弧長度為2mm以下，上述水銀封入總質量為150mg/cm3以上。
依照本發明的短弧型水銀燈的構成，由於一側電極的電極中心軸與另一側電極的電極中心軸互相錯開，所以即使密封在發光管內的水銀凝結在一側電極的前端逐漸成長，與已有的技術比較，也不會與沿著另一側電極的電極中心軸從另一側電極成長起來的水銀形成接觸。這樣的結果可以防止、抑制在一對電極之間形成水銀橋。另外，由於電極中心軸互相錯開，即使形成了水銀橋，由於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，本發明的其它短弧型水銀燈通過設置一對電極的各個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，並且，由於使一側電極的投影面與另一側電極的前前端面形成接觸狀態或至少一部分的重疊狀態，所以至少在放電的穩定性方面與電極被設置在同一軸位置的場合沒有實質性的差別。
另外，依照本發明的其它短弧型水銀燈的構成，由於一側電極的前端與另一側電極的前端之間的最短距離d大於一側電極與另一側電極之間的配置間隔D，因此，即使在與已有技術的配置間隔D相同的場合，也不會使在各個電極的前端成長起來的水銀形成接觸。其結果是可以防止、抑制水銀橋的形成，提高水銀燈的工作可靠性。另外，由於配置間隔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是表示本實施例1的水銀燈100構成的示意圖。
圖2是在水銀球18的成長狀態下一對電極12及12』的放大圖。
圖3是表示一對電極12及12』構成的示意圖。
圖4是形成水銀橋40狀態時的一對電極12及12』的放大圖。
圖5是形成水銀橋40狀態時的一對電極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是表示本實施例的變形例構成的示意圖。
圖9是說明本實施例的水銀燈管100製造方法的工序剖視圖。
圖10是表示本實施例的變形例構成的示意圖。
圖11是表示實施例2的水銀燈500構成的示意剖視圖。
圖12中(a)是已有的水銀燈管1000構成的示意圖，(b)是表示與點燈電路1200連接上的水銀燈1000的構成的示意圖。
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—導線開口，65—導線，100、200、300—水銀燈管，500—水銀燈具，110—發光管，111—電極的前端，112、112』—W電極，114—線圈，115—放電空間(管內)，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—外部導線，140—水銀橋，1000—超高壓水銀燈，1200—點燈電路。
實施例1以下，參照表示實施例的附圖對本發明進行詳細說明。在以下的圖中，為了使說明簡單明了，對於在性質上具有相同機能的構成部分使用相同的參照符號。
首先參照圖1。圖1是表示本實施例的水銀燈管100構成的示意圖。
實施例1的水銀燈管100具有發光管(燈泡)10和與發光管10連接的一對密封部20及20』。在發光管10的管內形成有封入發光物質18的的放電空間15，在放電空間15內對向設置有一對電極12及12』。發光管10由石英玻璃構成，略呈球形。發光管10的外徑例如為5mm～20mm左右，發光管10的玻璃厚度例如為1mm～5mm左右。發光管10內的放電空間15的容積例如為0.01～1.0cc左右。本實施例使用外徑約為13mm、玻璃厚度約為3mm、放電空間15的容量約為0.3cc的發光管10，使用水銀作為發光物質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)及少量的滷素。另外，在圖1中示意地表示出呈附著在發光管10內壁上狀態的水銀18。
放電空間15內的一對電極12及12』為了使之構成短弧型結構，設置電極配置間隔D例如2mm以下。使用例如鎢電極(W電極)作為電極12及12』。在本實施例中，以約1.5mm的間隔D設置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例如由石英玻璃構成。密封部20內的金屬箔24與電極12焊接結合，在金屬箔24的與電極12連接側的相反側形成有外部導線30。外部導線30例如由金屬鉬構成。另外，密封部20的構成與密封部20』的構成相同，故說明從略。
本實施例的燈管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』互相錯開的構成。即，構成使電極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，由於一對電極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。
在已有技術中，由於電極被設置在同一軸心上，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，可單獨加長電極前端之間距離d。因此，即使加大發光管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例如根據發光管10的尺寸和燈管100全體的尺寸等所決定，本實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。
為了更詳細地說明本實施例的燈管100的一對電極12及12』的構成，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電極12以電極12與金屬箔24的結合部(焊接點)17為中心，從假設的在相互電極中心軸為同一軸心的場合下假設的位置13移動到使電極中心軸19與19』呈角度θ的位置。另外，本實施例的燈管100由於不移動一對電極中的另一側電極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的電極中心軸一致。
在本實施例中，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，偏轉設置電極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。在這個場合下，相對電極中心軸19』的偏轉量Z(即，位於電極中心軸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，所以這時的偏轉量Z約為1.4mm。因此，在把電極中心軸19偏轉設置到投影面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＝偏轉量Z/電極棒長L＝1.4mm/10mm式(I)這個場合的角度θ約為8度。
構成偏轉量Z的值大於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，偏轉量Z為0.15mm以上)。具體的偏轉量Z的值可根據燈管100的特性適當地設定。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，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定性，其結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由於構成一對電極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，構成即使在物理的概念上未達到完全一致時，例如在電極配置間隔D的10％不到的範圍內，也可以確保電極中心軸119的同一軸性。
由於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，由於水銀珠的半徑的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。並且由於防止了形成水銀橋，就可以向發光管10內封入更多的水銀18，從而可得到更高的發光效率。
在本實施例的燈管100的場合，由於設定電極配置間隔D為1.5mm、偏轉量Z為1.4mm(與電極棒的外徑φ相同的偏轉量)，電極兩前端的距離d通過下面的關係式求得為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所示的構成(角度θ＝約8°)燈管100中形成水銀橋40的狀態和在圖4的構成角度θ為0(同一軸心)的燈管中形成水銀橋40的狀態的示意圖。由於水銀珠的半徑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所示的構成要比圖5所示的構成允許多封入2.55倍的水銀。另外，假設即使形成水銀橋，相對於在圖5的構成中的水銀珠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的構成中，由於表面張力不對稱，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，當把水銀燈管與反射鏡組合時聚光效率(反射鏡反射光的利用效率)顯著下降。對此，若利用本實施例的水銀燈管的構成，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，可根據封入到發光管10內的水銀18的封入量(g)大致計算出電極前端距離d，由於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大於2R便可。具體是，把封入到發光管10內的水銀18的總質量設為M，由於成立(4/3)πR3×13.6[g/cm3]＝M的關係式，則水銀橋的2R[cm]等於(6M/13.6π)1/3。所以，只要設定電極兩端距離d大於(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』設置成錯開平行的狀態，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。這樣的構成同樣也可以相對於電極配置間隔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。在這個例中，設置與電極12的外徑φ相同的錯開量Z，構成沿電極中心軸19的方向對電極12』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。
當然，也可以如圖7(a)及(b)所示，例如設定錯開量Z為外徑φ的二分之一，構成電極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。另外，也可以如圖8所示，使電極12的前前端形成彎曲構成相對於電極配置間隔D可加大電極兩端間隔d的結構。在圖8所示的構成的場合，也可以以電極12的前端的電極中心軸10為基準，構成該電極中心軸19與電極中心軸19』不在同一軸上。
另外，在上述的實施例中，只敘述了把一對電極中的一側電極12的電極中心軸19錯開設置的構成，也可以構成電極12的電極中心軸19和電極12』的電極中心軸19』都有錯位的結構。在這種場合下，當通過移動兩側的電極中心軸設定假設的同一軸發生困難時，可以取代假設的同一軸以燈管的長度方向為基準。另外，在上述的實施例中，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，也可以構成在一對電極之間形成不同線圈14纏繞圈數和不同線圈線14直徑的結構。
下面，對水銀燈管100的製造方法舉例說明。首先，把具有電極12和外部導線30的金屬箔(Mo箔)24插入具有成為發光管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，然後在玻璃管內呈減壓狀態(例如不到1個氣壓)下，當把玻璃管例如用噴燈加熱使其軟化時，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的密封部20』，這樣就做成了水銀燈管。在形成這個密封部時，如果把一側的電極12的電極中心軸19錯開假設的同一軸19』來形成密封部20，則可以製造出一對電極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例進行說明。圖9是表示水銀燈管100的製造工序剖視圖。
首先，垂直方向設置具有成為發光管10的部分和成為密封部的玻璃部22部分的發電燈管用玻璃管45，然後為了使其能夠向箭頭41及42的方向轉動，用夾子43夾住玻璃管45。然後，把具有電極12和外部導線30的金屬箔24(電極組合體)插入玻璃管45內，然後，密封玻璃管45使其形成能夠減壓狀態。另外，在該圖中是通過密封玻璃管45的兩端來實施玻璃管45內的密封，但不限於這樣的構成，只要是能夠對玻璃管45內進行減壓，可以採用任意的構成。
然後，在使玻璃管內形成減壓狀態(例如20kPa)的同時，使玻璃管45向箭頭41及42的方向轉動，然後例如用噴燈50加熱玻璃管22的一部分使其軟化。這時，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下轉動玻璃管45時，在慣性的作用下玻璃管45的下端形成圓周運動。在這樣的狀態下使玻璃管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與假設的同一軸19』構成規定角度θ的密封部20。在希望更為強制地控制玻璃管45下端的圓周運動的場合，例如可以在玻璃管45的下部設置圓錐狀的部件，令玻璃管45沿著圓錐狀部件的側面進行轉動。
另外，不採用使玻璃管45的下端進行圓周運動的方法，而採用把一側的金屬箔24(電極組合體)和另一側的金屬箔24』(電極組合體)預先以規定量錯開，插入玻璃管45內然後密封的方法，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的轉動速度，一邊用噴燈50隻加熱玻璃管(玻璃部)22的一部分，也能夠使電極12的電極中心軸19錯開假設的同一軸19』。即，對玻璃管22進行不平均加熱，通過熔化被局部加熱的規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的電極中心軸19』(或假設的同一軸19』)以規定的角度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，也能夠製作出一對電極不在同一軸上的燈管。另外，不只是用預先形成傾斜的電極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。
實施例2把上述實施例1的水銀燈管與反射鏡組合能夠應用在燈具中。圖11是表示上述實施例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，也可以是上述實施例的任意一種水銀燈管。
反射鏡60構成例如能夠使平行光束形成聚集在規定的微小區域的聚光光束，或形成如同從規定的微小區域發出的散射光那樣的散射光束地對水銀燈管100發出的光進行反射。反射鏡60例如可以使用拋物面鏡或橢圓面鏡。
本實施例在水銀燈管100的一側的密封部20設置有燈口55，從密封部20延伸出來的外部導線30與燈口55形成電連接。設置燈口55一側的密封部20與反射鏡60例如利用無機系粘合劑(例如水泥等)粘合固定形成一體。位於放射鏡60的前面開口部60a的密封部20的外部導線30通過引線65構成電連接，引線65從外部導線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，被用於圖像投影裝置的光源。上述實施例的水銀燈管及燈具除了被用於圖像投影裝置的光源外，還可以用於紫外線設備用的光源或比賽運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識的聚光燈使用。
另外，上述實施例的水銀燈管是採用交流點燈的形式，但也可以採用交流點燈型及直流點燈型的任何一種點燈形式。另外，上述的實施例是對短弧型水銀燈管進行了說明，但本發明不限於短弧型，也可以適用於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，比通常增加更多的封入水銀量，但近年來，由於正在開發更高的輸出、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出來。上述實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，上述實施例雖然是對於在水銀蒸汽壓約為20Mpa的場合(所謂超高壓水銀燈管的場合)進行的說明，但是，也可以適用於水銀蒸汽壓約為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，由於水銀蒸汽壓越高，其發光光譜就越適合作為圖像投影裝置的光源，所以，在能夠確保發光管的物理耐壓強度的場合，也可以構成20Mpa以上的水銀蒸汽壓。
利用本發明的水銀燈管的構成，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，其結果能夠增加水銀的封入量，從而能夠提高水銀燈的性能。
權利要求
1.一種短弧型水銀燈，具有在密封有作為發光物質的水銀的管內對向配置有一對電極的發光管，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，其特徵在於，所述一對電極中的一側電極的電極中心軸與另一側電極的電極中心軸互相錯開，並且所述一側電極的前端與所述另一側電極的前端之間的最短距離d(cm)當所述水銀封入總質量為M(g)時，大於(6M/13.6π)1/3的數值。
2.一種短弧型水銀燈，具有在密封有作為發光物質的水銀的管內對向配置有一對電極的發光管，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，其特徵在於，所述一對電極中的一側電極的電極中心軸與另一側電極的電極中心軸不在同一軸的位置上，並且沿所述一側電極的電極中心軸方向投影的所述一側電極的前前端面的投影面與所述另一側電極的前前端面呈接觸狀態或至少一部分的重疊狀態。
3.一種短弧型水銀燈，具有在密封有作為發光物質的水銀的管內對向配置有一對電極的發光管，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，其特徵在於，所述一側電極的前端與所述另一側電極的前端的最短距離d大於所述一對電極中的一側電極與另一側電極的配置間隔D。
4.根據權利要求2或3所述的短弧型水銀燈，其特徵在於所述一側電極的前端與所述另一側電極的前端之間的最短距離d(cm)當所述水銀封入總質量為M(g)時，大於(6M/13.6π)1/3的數值。
5.根據權利要求1至3任意項所述的短弧型水銀燈管，其點電燈形式為交流點燈型。
6.一種燈具，具有權利要求1至3任意項所述的短弧型水銀燈管和具有反射所述水銀燈管發射光的反射鏡。
7.一種高壓水銀燈管，具有在密封有作為發光物質的水銀的管內對向配置有一對電極的發光管，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，其特徵在於，所述一對電極中的一側電極的電極中心軸與另一側電極的電極中心軸互相錯開，並且所述一側電極的前端與所述另一側電極的前端之間的最短距離d(cm)當所述水銀封入總質量為M(g)時，大於(6M/13.6π)1/3的數值。
8.根據權利要求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光物質的水銀18的管15內對向配置有一對電極12及12』的發光管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』,其特徵是,一側的電極12的電極中心軸19與另一側電極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 優先權日2000年5月31日
發明者堀內誠, 甲斐誠, 一番瀨剛, 關智行, 竹田守, 山本真一, 佐佐木健一 申請人:松下電器產業株式會社