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JP2009004203A - Super high pressure mercury lamp - Google Patents

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JP2009004203A
JP2009004203A JP2007163341A JP2007163341A JP2009004203A JP 2009004203 A JP2009004203 A JP 2009004203A JP 2007163341 A JP2007163341 A JP 2007163341A JP 2007163341 A JP2007163341 A JP 2007163341A JP 2009004203 A JP2009004203 A JP 2009004203A
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JP
Japan
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cathode
tip
pressure mercury
mercury lamp
high pressure
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Application number
JP2007163341A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiya Ukai
俊哉 鵜飼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ushio Denki KK
Ushio Inc
Original Assignee
Ushio Denki KK
Ushio Inc
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Application filed by Ushio Denki KK, Ushio Inc filed Critical Ushio Denki KK
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Abstract

【課題】ディヒューズモード、スポットモードの何れの点灯状態においても、フリッカー現象および陰極先端部の形状変形という問題を共に解決できる超高圧水銀ランプを提供する。
【解決手段】陽極と陰極とが対向配置され、0.15mg/mm以上の水銀が封入された発光部と、一対の封止部とよりなる発光管と、この封止部の各々に埋設された金属箔と、この金属箔に接続されると共に封止部の外方に突出する外部リードとを備え、前記陰極は、前記金属箔の先端側に接続される陰極軸部と、この陰極軸部に連続して形成され、先端側に向けて次第に細くなる陰極尖頭部とを備える超高圧水銀ランプにおいて、前記陰極は、前記陰極尖頭部の、先端部の外径をD1、頭部の基端部の外径をD2、テーパー角度をθとし、投入される電流値をIとしたとき、下記の数式1に示す関係を満たすこと。(数式1) 0.332≦I/(D1×D2×θ)≦2.904
【選択図】図2
An ultra-high pressure mercury lamp capable of solving both the flicker phenomenon and the shape deformation of the cathode tip in both the defuse mode and spot mode lighting state.
An anode and a cathode are arranged opposite to each other, a light emitting portion in which mercury of 0.15 mg / mm 3 or more is enclosed, a light emitting tube including a pair of sealing portions, and embedded in each of the sealing portions. And a cathode shaft portion connected to the tip side of the metal foil, and the cathode connected to the metal foil and projecting outward from the sealing portion. An ultra-high pressure mercury lamp that includes a cathode tip that is formed continuously from the shaft and gradually narrows toward the tip, wherein the cathode has an outer diameter of the tip of the cathode tip as D1. When the outer diameter of the base end portion of the portion is D2, the taper angle is θ, and the current value to be input is I, the relationship shown in the following formula 1 is satisfied. (Formula 1) 0.332 ≦ I 2 /(D1×D2×θ)≦2.904
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、液晶プロジェクタや、DMD(デジタルマイクロミラーデバイス)を使用したDLP(デジタルライトプロセッサ)などの投射型プロジェクタ装置の光源として用いられる、直流点灯方式の超高圧水銀ランプに関する。   The present invention relates to a DC lighting ultra-high pressure mercury lamp used as a light source for a projection projector apparatus such as a liquid crystal projector or a DLP (digital light processor) using a DMD (digital micromirror device).

液晶プロジェクタや、DMDを使用したDLPなどの投射型プロジェクタ装置の光源には、従来のハロゲンランプやメタルハライドランプに替えて、点灯時の水銀蒸気圧が150気圧以上という高圧になる超高圧水銀ランプを使用することが主流になりつつある。超高圧水銀ランプは、略球状の発光部の両端にロッド状の一対の封止部が連続的に形成された発光管を有するもので、発光部の内部に形成された密閉空間内に、放電用の陽極と陰極とが3.0mm以下の距離を隔てて離間して配置されているとともに、0.15mg/mm以上の水銀が封入されている。 As a light source for projection projector devices such as liquid crystal projectors and DLP using DMD, an ultra-high pressure mercury lamp with a mercury vapor pressure of 150 atm or higher is used instead of a conventional halogen lamp or metal halide lamp. The use is becoming mainstream. An ultra-high pressure mercury lamp has an arc tube in which a pair of rod-shaped sealing parts are continuously formed at both ends of a substantially spherical light emitting part, and discharge is performed in a sealed space formed inside the light emitting part. The anode and cathode for use are spaced apart by a distance of 3.0 mm or less, and 0.15 mg / mm 3 or more of mercury is enclosed.

近年の超高圧水銀ランプには、点灯時に電極間に発生するアークの全長を2mm以下にすることが要求されていることから、発光部内に封入される水銀の量が増加しつつあり、具体的には0.2mg/mm以上の水銀が発光部内に封入されている。多量の水銀が封入された超高圧水銀ランプにおいては、点灯時に発光部内が高圧状態になることで電極間のアークが収縮してアーク幅が細くなるために、陰極の先端部を細くして先端部が一定の面積を有するよう加工して、陰極の先端面(アーク発生面)の全体からアークが発生することによってアークが陰極の先端面上を移動しないようにしている。このように、アーク発生面の全体からアークが発生する点灯状態をディヒューズモードという。 In recent ultra-high pressure mercury lamps, since the total length of the arc generated between the electrodes during lighting is required to be 2 mm or less, the amount of mercury enclosed in the light emitting part is increasing. Is filled with 0.2 mg / mm 3 or more of mercury in the light emitting portion. In ultra-high pressure mercury lamps that contain a large amount of mercury, the tip of the cathode is made narrower because the arc between the electrodes shrinks due to the high pressure inside the light emitting part when it is lit. The part is processed so as to have a certain area, and the arc is prevented from moving on the tip surface of the cathode by generating an arc from the entire tip surface (arc generating surface) of the cathode. Thus, the lighting state in which an arc is generated from the entire arc generation surface is referred to as a defuse mode.

また、投射型プロジェクタ装置に対しては、消費電力を低減するという目的で定格点灯電力よりも低い投入電力で超高圧水銀ランプを点灯させる、所謂省エネ点灯をしたいという要望が強まりつつある。ところが、定格電力よりも低い電力で超高圧水銀ランプを点灯させると、アーク発生面の全体からアークを発生させることができず、アーク発生面の一部のみからアークが発生する状態となって、アーク発生面上をアークが繰り返し移動することになる結果、スクリーン上に投影される映像にチラツキを生じる、所謂フリッカー現象が生じる。このように、アーク発生面の一部のみからアークが発生する状態をスポットモードという。   In addition, there is an increasing demand for projection type projector devices to perform so-called energy-saving lighting in which an ultra-high pressure mercury lamp is lit with input power lower than rated lighting power for the purpose of reducing power consumption. However, when the ultra-high pressure mercury lamp is turned on with a power lower than the rated power, the arc cannot be generated from the entire arc generation surface, and the arc is generated from only a part of the arc generation surface. As a result of the arc repeatedly moving on the arc generation surface, a so-called flicker phenomenon occurs that causes flickering in the image projected on the screen. In this way, a state where an arc is generated from only a part of the arc generation surface is referred to as a spot mode.

省エネ点灯時にフリッカー現象の発生を抑制するには、前記したディヒューズモードの点灯状態を実現するべく、陰極のアーク発生面の全体からアークを発生させるために、陰極先端部をさらに細くすることが考えられる。しかしながら、陰極先端部を極端に細くすると、フリッカー現象の発生を抑制することができたとしても、陰極先端部の熱容量が小さくなって陰極先端部が溶融・蒸発して形状が変形し易くなるので、初期に設定された電極間の放電距離が広がることにより、リフレクターとの組み合わせで利用することのできる光量が極端に減少して短寿命になるという別の不具合が生じる。   In order to suppress the occurrence of the flicker phenomenon at the time of energy saving lighting, in order to realize the lighting state in the above-described defuse mode, it is necessary to further reduce the cathode tip in order to generate an arc from the entire arc generating surface of the cathode. Conceivable. However, if the cathode tip is made extremely thin, even if the occurrence of flicker phenomenon can be suppressed, the heat capacity of the cathode tip becomes small and the cathode tip melts and evaporates and the shape is likely to deform. As the discharge distance between the electrodes set in the initial stage increases, the amount of light that can be used in combination with the reflector is extremely reduced, resulting in a short life.

以上のように、ディヒューズモードによれば、フリッカー現象が発生し難い反面で陰極先端部の形状が変形し易いという問題があり、スポットモードによれば、アークが発生するのはアーク発生面の一部分のみであるから、陰極先端部の形状が変形しにくいものの、フリッカー現象が発生し易いという問題がある。従って、省エネ点灯方式を採用したプロジェクタ装置においては、フリッカー現象と陰極先端部の形状変形という問題を共に解決することは困難であった。
特開平2−148561号
As described above, according to the defuse mode, there is a problem that the shape of the cathode tip is easily deformed while the flicker phenomenon is difficult to occur, and according to the spot mode, the arc is generated on the arc generation surface. Since it is only a part, the shape of the cathode tip is difficult to deform, but there is a problem that a flicker phenomenon is likely to occur. Therefore, in the projector apparatus adopting the energy saving lighting method, it is difficult to solve both the flicker phenomenon and the shape deformation of the cathode tip.
Japanese Patent Laid-Open No. 2-148561

本発明は、ディヒューズモード、スポットモードの何れの点灯状態においても、フリッカー現象および陰極先端部の形状変形という問題を共に解決することのできる超高圧水銀ランプを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an ultra-high pressure mercury lamp that can solve both the flicker phenomenon and the shape deformation of the cathode tip in both the defuse mode and the spot mode.

本発明の超高圧水銀ランプは、内部に陽極と陰極とが対向して配置されると共に0.15mg/mm以上の水銀が封入された発光部と、この発光部の両端にそれぞれ連続して管軸に沿って伸びるよう形成された一対の封止部とよりなる発光管と、この一対の封止部の各々にそれぞれ埋設されて管軸に沿って伸びる一対の金属箔と、この一対の金属箔の各々にそれぞれ先端側が接続されると共に基端側が封止部の外端面より封止部の外方に突出するよう管軸に沿って伸びる一対の外部リードとを備え、
前記陰極は、管軸に沿って伸びて基端側が前記封止部に埋設されるとともに前記金属箔の先端側に接続される陰極軸部と、この陰極軸部の先端側に連続して形成された、先端側に向けて次第に細くなる陰極尖頭部とを備える超高圧水銀ランプにおいて、
前記陰極は、前記陰極尖頭部の先端部の外径をD1とし、前記陰極尖頭部の基端部の外径をD2とし、前記陰極尖頭部のテーパー角度をθとし、投入される電流値をIとしたとき、下記の数式1に示す関係を満たすことを特徴とする。
(数式1) 0.332≦I/(D1×D2×θ)≦2.904
The ultra-high pressure mercury lamp of the present invention has a light emitting part in which an anode and a cathode are arranged facing each other and 0.15 mg / mm 3 or more of mercury is enclosed, and both ends of the light emitting part are continuous. An arc tube comprising a pair of sealing portions formed to extend along the tube axis, a pair of metal foils embedded in each of the pair of sealing portions and extending along the tube axis, and the pair of pairs A pair of external leads extending along the tube axis so that the distal end side is connected to each of the metal foils and the proximal end side protrudes outward from the outer end surface of the sealing portion;
The cathode extends along the tube axis, and the base end side is embedded in the sealing portion and is connected to the tip end side of the metal foil, and is continuously formed on the tip end side of the cathode shaft portion. In the ultra-high pressure mercury lamp provided with the cathode cusp gradually narrowing toward the tip side,
The cathode is charged with the outer diameter of the distal end of the cathode apex being D1, the outer diameter of the base end of the cathode apex being D2, and the taper angle of the cathode apex being θ. When the current value is I, the relationship shown in the following formula 1 is satisfied.
(Formula 1) 0.332 ≦ I 2 /(D1×D2×θ)≦2.904

さらに、本発明の超高圧水銀ランプの陰極は、前記陰極軸部および前記陰極尖頭部が純度99.9%以上のタングステンにより構成されていることを特徴とする。   Furthermore, the cathode of the ultrahigh pressure mercury lamp of the present invention is characterized in that the cathode shaft portion and the cathode tip are made of tungsten having a purity of 99.9% or more.

本発明の超高圧水銀ランプによれば、先端側に向けて次第に細くなる陰極尖頭部が形成された陰極を備えており、陰極尖頭部の先端部の外径をD1とし、陰極尖頭部の基端部の外径をD2とし、陰極尖頭部のテーパー角度をθとし、投入される電流値をIとしたとき、0.332≦I/(D1×D2×θ)≦2.904の関係を満たすことを特徴とする。これにより、陰極尖頭部のアーク発生面が適度な大きさに調整されるので、スポットモードで点灯されていても、実用上は問題にならない程度にフリッカー現象の発生を抑制することができるとともに、ディヒューズモードで点灯されていても、陰極尖頭部が極端に高温状態になることが抑制されて陰極尖頭部の形状が変形することを抑制することができる。 According to the super high pressure mercury lamp of the present invention, the cathode having the cathode tip gradually narrowing toward the tip side is provided, the outer diameter of the tip of the cathode tip is D1, and the cathode tip. 0.32 ≦ I 2 / (D1 × D2 × θ) ≦ 2 where D2 is the outer diameter of the base end of the portion, θ is the taper angle of the cathode tip, and I is the input current value. .904 satisfying the relationship. As a result, the arc generation surface of the cathode apex is adjusted to an appropriate size, so that even if it is lit in the spot mode, the occurrence of the flicker phenomenon can be suppressed to such an extent that it does not cause a problem in practice. Even when the fuse is lit in the defuse mode, it is possible to suppress the cathode peak from becoming extremely hot and prevent the shape of the cathode peak from being deformed.

図1は、本発明の超高圧水銀ランプの構成の概略を示す管軸方向の断面図である。図2は、図1に示す超高圧水銀ランプの電極の構成を示す拡大図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view in the tube axis direction showing an outline of the configuration of the extra-high pressure mercury lamp of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view showing the configuration of the electrodes of the ultrahigh pressure mercury lamp shown in FIG.

図1に示すように、超高圧水銀ランプ100は、例えば石英ガラスなどの可視光を透過する材料からなり、管軸方向中央に位置する略球状の発光部11と、発光部11の両端に連続してロッド状の一対の封止部12a,12bが管軸方向に伸びる構成の発光管1を備えている。発光部11の内部には、タングステン等からなる陽極2と陰極3が、0.5〜2.0mmの距離を隔てて対向して配置されている。各封止部12a,12bには、それぞれモリブデン等の導電性材料からなる薄板状の金属箔4a,4bがシュリンクシールされることにより気密に埋設されている。管軸に沿って伸びる一対の外部リード5a,5bの各々は、先端側が各金属箔4a,4bの基端側に例えばスポット溶接などによって接合されると共に、基端側が各封止部12a,12bの外端面から各封止部12a,12bの外方に突出している。   As shown in FIG. 1, the ultra-high pressure mercury lamp 100 is made of a material that transmits visible light, such as quartz glass, for example, and has a substantially spherical light emitting part 11 located at the center in the tube axis direction, and is continuous to both ends of the light emitting part 11. A pair of rod-shaped sealing portions 12a and 12b is provided with the arc tube 1 configured to extend in the tube axis direction. Inside the light emitting unit 11, an anode 2 and a cathode 3 made of tungsten or the like are arranged facing each other with a distance of 0.5 to 2.0 mm. Thin metal foils 4a and 4b made of a conductive material such as molybdenum are embedded in each sealing portion 12a and 12b in an airtight manner by shrink sealing. Each of the pair of external leads 5a and 5b extending along the tube axis has its distal end side joined to the proximal end side of each metal foil 4a and 4b by, for example, spot welding, and its proximal end side has each sealing portion 12a and 12b. Projecting outward of the sealing portions 12a and 12b.

発光部11の内部には、水銀、希ガス、ハロゲンガスが封入されている。水銀は、例えば360〜780nmの可視光を得るために、点灯時において発光部11内の水銀蒸気圧が150気圧以上となるよう、例えば0.15mg/mm封入されている。水銀の封入量は、多いほど放射される光量が増えるので、0.2mg/mm以上であることが好ましい。 Mercury, rare gas, and halogen gas are sealed inside the light emitting unit 11. For example, in order to obtain visible light of 360 to 780 nm, for example, mercury is enclosed in 0.15 mg / mm 3 , for example, so that the mercury vapor pressure in the light-emitting unit 11 is 150 atm or more during lighting. Since the amount of mercury enclosed increases as the amount of mercury enclosed increases, it is preferably 0.2 mg / mm 3 or more.

希ガスは、点灯始動性を改善するために、アルゴンガスが例えば13kPa封入されている。ハロゲンガスは、ハロゲンサイクルを利用することによってランプの寿命を伸ばすと共に、発光部11の破損および失透を防止するために封入され、封入量は10−6〜10−2μmol/mmの範囲からランプの仕様に応じて適宜調整される。ハロゲンガスの封入量を10−6以上とすることで陽極2、陰極3を構成するタングステンを輸送するとともに発光部11の破損や失透を回避することができ、ハロゲンガスの封入量を10−2以下とすることで発光部11内におけるハロゲンガスの対流によりアークが揺らぐことを防止することができる。 The rare gas is filled with, for example, 13 kPa of argon gas in order to improve the lighting startability. The halogen gas is enclosed in order to extend the life of the lamp by utilizing the halogen cycle and prevent the light emitting unit 11 from being damaged and devitrified, and the amount enclosed is in the range of 10 −6 to 10 −2 μmol / mm 3 . To be adjusted appropriately according to the lamp specifications. The anode 2 by amount of halogen gas and 10-6 above, it is possible to avoid breakage or devitrification of the light emitting unit 11 as well as transport of tungsten constituting the cathode 3, the amount of halogen gas 10 - By setting it to 2 or less, it is possible to prevent the arc from fluctuating due to the convection of the halogen gas in the light emitting unit 11.

陽極2は、棒状の陽極軸部21と、陽極軸部21の先端側に連続して形成された、先端側に向かうにつれて次第に太くなる円錐台状の根元部22a、根元部22aの先端側に連続する円柱状の中間部22b、および中間部22bに連続して先端側に向かうにつれて次第に細くなる円錐台状の先端部22cからなる陽極本体部22とを備えている。陽極2は、陽極軸部21の中心軸が発光管1の中心軸に一致する状態で陽極軸部21の基端部が金属箔4bの先端部に接続されるとともに、陽極軸部21の先端側の一部と陽極本体部22の全体とが発光部11内の密閉空間に臨出するように配置されている。このような陽極2は、タングステンの棒材に対して切削加工を施すことにより、陽極軸部21と陽極本体部22とが物理的に一体に形成されている。   The anode 2 has a rod-shaped anode shaft portion 21, a truncated cone-shaped root portion 22 a that is formed continuously with the tip end side of the anode shaft portion 21 and gradually increases toward the tip end side, and on the tip end side of the root portion 22 a. A continuous column-shaped intermediate portion 22b, and an anode main body portion 22 formed of a truncated cone-shaped tip portion 22c that gradually decreases toward the tip side continuously with the intermediate portion 22b. In the anode 2, the base end portion of the anode shaft portion 21 is connected to the tip portion of the metal foil 4 b in a state where the center axis of the anode shaft portion 21 coincides with the center axis of the arc tube 1, and the tip end of the anode shaft portion 21. A part on the side and the whole anode main body portion 22 are arranged so as to protrude into the sealed space in the light emitting portion 11. In such an anode 2, the anode shaft portion 21 and the anode main body portion 22 are physically integrally formed by cutting a tungsten rod.

陰極3は、棒状の陰極軸部31と、陰極軸部31の先端側に連続して形成された、先端側に向かうにつれて次第に太くなる円錐台状の陰極尖頭部32と、陰極軸部31と陰極尖頭部32との境界部分の近傍であって当該境界部よりも陰極軸部31の基端側寄りに設けられたコイル部33とを備えている。陰極3、陰極軸部31が発光管1の中心軸に一致する状態で陰極軸部31の基端部が金属箔4aの先端部に接続されるとともに、陰極軸部31の先端側の一部、陰極尖頭部32の全体、およびコイル部33の全体が発光部11内の密閉空間に臨出するように配置されている。このような陰極3は、タングステンの棒材に対して切削加工を施すことにより、陰極軸部31と陰極尖頭部32とが物理的に一体に形成されている。   The cathode 3 includes a rod-shaped cathode shaft portion 31, a truncated cone-shaped cathode tip 32 that is formed continuously from the cathode shaft portion 31 toward the distal end side and gradually increases toward the distal end side, and a cathode shaft portion 31. And a coil portion 33 provided in the vicinity of the boundary portion between the cathode tip portion 32 and closer to the base end side of the cathode shaft portion 31 than the boundary portion. The base end portion of the cathode shaft portion 31 is connected to the tip portion of the metal foil 4a in a state where the cathode 3 and the cathode shaft portion 31 coincide with the central axis of the arc tube 1, and a part of the cathode shaft portion 31 on the tip side. The whole of the cathode apex 32 and the whole of the coil part 33 are arranged so as to be exposed to the sealed space in the light emitting part 11. In such a cathode 3, the cathode shaft portion 31 and the cathode peak portion 32 are physically integrally formed by cutting a tungsten rod.

コイル部33は、陰極軸部31に対してタングステンからなる線材をコイル状に巻回すことによって形成されている。コイル部33を設けることにより、超高圧水銀ランプ100の始動性が向上するために、陰極3に易電子放射物質を含有させる必要がなく、ランプ点灯時に蒸発した易電子放射物質が発光部11の内壁に付着することにより、発光部11から放射される光の出力が低下する虞がない。   The coil portion 33 is formed by winding a wire made of tungsten around the cathode shaft portion 31 in a coil shape. Since the startability of the ultrahigh pressure mercury lamp 100 is improved by providing the coil portion 33, it is not necessary for the cathode 3 to contain an easy electron emitting material, and the easy electron emitting material evaporated when the lamp is lit up By adhering to the inner wall, there is no possibility that the output of the light emitted from the light emitting unit 11 is reduced.

発光部11内に臨出している陽極軸部21、陽極本体部22、陰極軸部31、コイル部33および陰極尖頭部32は、何れも99.9%以上の純度を有するタングステンにより構成されているので、発光部11内に不純物が飛散することがなく、発光部11内が不純物によって汚染される虞がない。   The anode shaft portion 21, the anode main body portion 22, the cathode shaft portion 31, the coil portion 33, and the cathode tip 32 protruding to the inside of the light emitting portion 11 are all made of tungsten having a purity of 99.9% or more. Therefore, impurities are not scattered in the light emitting unit 11 and the light emitting unit 11 is not contaminated by the impurities.

上記の超高圧水銀ランプ100においては、スポットモードとディヒューズモードの何れの状態で超高圧水銀ランプを点灯させても、フリッカー現象の発生と陰極尖頭部32の形状変形が抑制されるよう、陰極尖頭部32の先端部の外径、陰極尖頭部32の基端部の外径と、円錐台形状を有する陰極尖頭部32のテーパー角度、および投入電流の関係が調整されている。
すなわち、図2に示すように、陰極3の中心軸Cを含む断面において、陰極尖頭部32の先端部32aを2本の平行線で挟んだとき、当該平行線の間隔が最大となる外径D1(mm)を「陰極尖頭部の先端部の外径」とし、陰極尖頭部32の基端部32b、すなわち、陰極尖頭部32と陰極軸部31との境界部を2本の平行線で挟んだとき、当該平行線の間隔が最大となる外径D2(mm)を「陰極尖頭部の基端部の外径」とし、陰極尖頭部32のそれぞれの稜線L1,L2が交差する角度θ(°)を「陰極尖頭部のテーパー角度」とし、投入される電流値をI(アンペア)としたとき、下記の数式1の関係を満たす構成とされている。
(数式1) 0.332≦I/(D1×D2×θ)≦2.904
In the ultra high pressure mercury lamp 100 described above, even if the ultra high pressure mercury lamp is lit in either the spot mode or the defuse mode, the occurrence of flicker phenomenon and the shape deformation of the cathode tip 32 are suppressed. The relationship between the outer diameter of the tip of the cathode cusp 32, the outer diameter of the base of the cathode cusp 32, the taper angle of the truncated cone 32 having a truncated cone shape, and the input current is adjusted. .
That is, as shown in FIG. 2, in the cross section including the central axis C of the cathode 3, when the tip 32a of the cathode cusp 32 is sandwiched between two parallel lines, the interval between the parallel lines is maximized. The diameter D1 (mm) is defined as “the outer diameter of the tip of the cathode peak”, and the base end 32b of the cathode peak 32, that is, two boundaries between the cathode peak 32 and the cathode shaft 31 are provided. , The outer diameter D2 (mm) at which the interval between the parallel lines is the maximum is “the outer diameter of the base end of the cathode peak”, and each ridge line L1, The angle θ (°) at which L2 intersects is the “taper taper angle of the cathode tip”, and the input current value is I (ampere).
(Formula 1) 0.332 ≦ I 2 /(D1×D2×θ)≦2.904

上記数式1は、陰極尖頭部32の容積に対する投入電流値の割合を規定しており、陰極尖頭部32の温度に関するもので、「I/(D1×D2×θ)」の値を最適に調整することで、前述のフリッカー現象と陰極3の形状変形を抑制することができる。
すなわち、前述したようなフリッカー現象は、アーク発生面、すなわち、陰極尖頭部32の先端面32cの温度が均一でなく局所的に温度が高い箇所と低い箇所が形成されることが原因となって生じるものであるから、陰極尖頭部32の外端面32cをムラなく均一に高温状態とすることで抑制することができる。従って、フリッカー現象の発生を抑制するには、数式1の分子「I」に対する分母「(D1×D2×θ)」の割合を小さくすることで数式1で算出される値を所定の値よりも大きくすることが好ましい。
Formula 1 above defines the ratio of the input current value to the volume of the cathode apex 32 and relates to the temperature of the cathode apex 32, and the value of “I 2 / (D1 × D2 × θ)” is obtained. By adjusting optimally, the above-mentioned flicker phenomenon and the shape deformation of the cathode 3 can be suppressed.
That is, the flicker phenomenon as described above is caused by the fact that the temperature of the arc generation surface, that is, the tip surface 32c of the cathode tip 32 is not uniform, and locally high and low temperatures are formed. Therefore, it can be suppressed by uniformly setting the outer end surface 32c of the cathode tip 32 to a high temperature state without unevenness. Therefore, in order to suppress the occurrence of the flicker phenomenon, the value calculated by Equation 1 is made smaller than the predetermined value by reducing the ratio of the denominator “(D1 × D2 × θ)” to the numerator “I 2 ” of Equation 1. It is preferable to increase the size.

一方、陰極3の形状変形は、陰極尖頭部32の外端面32cの温度が極端に高いことが原因となって生じることから、陰極尖頭部32の温度を適度に維持することで抑制することができる。従って、陰極3の形状変形の発生を抑制するには、数式1の分子「I」に対する分母「(D1×D2×θ)」の割合を大きくすることで数式1で算出される値を所定の値よりも小さくすることが好ましい。 On the other hand, the deformation of the shape of the cathode 3 is caused by the extremely high temperature of the outer end surface 32c of the cathode peak 32, and is suppressed by appropriately maintaining the temperature of the cathode peak 32. be able to. Therefore, in order to suppress the occurrence of shape deformation of the cathode 3, the value calculated by Equation 1 is set to a predetermined value by increasing the ratio of the denominator “(D1 × D2 × θ)” to the numerator “I 2 ” of Equation 1. It is preferable to make it smaller than this value.

このように、陰極3の容積に対して投入される電流量の割合を、極端に大きすぎたり小さすぎたりすることのないよう適正な大きさに調整することにより、スポットモード、ディヒューズモードの何れの状態で超高圧水銀ランプ100を点灯させても、フリッカー現象および陰極の形状変形という不具合を確実に解決することができる。具体的には、後述する実験結果から明らかなように、数式1の「I/(D1×D2×θ)」の値が0.332〜2.904であることが好ましい。 In this way, by adjusting the ratio of the amount of current input to the volume of the cathode 3 to an appropriate size so as not to be too large or too small, the spot mode and the defuse mode are adjusted. Regardless of which state the ultrahigh pressure mercury lamp 100 is turned on, the problems of flicker phenomenon and cathode shape deformation can be reliably solved. Specifically, as is clear from the experimental results described later, the value of “I 2 / (D1 × D2 × θ)” in Formula 1 is preferably 0.332 to 2.904.

本発明は、特に、定格電力に比して低い投入電力で点灯させる、所謂省エネ方式で点灯させる超高圧水銀ランプ100に採用することが好ましく、具体的には、定格電力をWとしたとき、投入電力が140W〜350Wの範囲で点灯させるものにおいて有効である。すなわち、超高圧水銀ランプを省エネ点灯すると、アーク発生面である陰極尖頭部32の外端面32cは局所的に温度ムラが生じ易くなるが、上記の数式1に示す関係を満たすことにより、陰極尖頭部32の温度ムラを実用上は問題が生じない程度に低減することができるため、フリッカー現象の発生を確実に防止することができる。   In particular, the present invention is preferably employed in the ultra-high pressure mercury lamp 100 that is lit with a so-called energy-saving method that is lit with an input power that is lower than the rated power. Specifically, when the rated power is W, This is effective for lighting with input power in the range of 140W to 350W. That is, when the ultra-high pressure mercury lamp is turned on in an energy-saving manner, the outer end surface 32c of the cathode peak 32, which is the arc generating surface, is likely to cause temperature unevenness locally. Since the temperature unevenness of the pointed head 32 can be reduced to such an extent that no problem occurs in practice, the occurrence of the flicker phenomenon can be reliably prevented.

以下に、本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。
図1および図2に示す超高圧水銀ランプ100の構成に従って、陰極尖頭部32の先端部32aの外径D1、陰極尖頭部32の基端部32bの外径D2、テーパー角度θ、投入される電流値Iのファクターが表1に従って異なる超高圧水銀ランプを、以下の仕様に基づいて、各5本ずつ作製した。
発光管1は、発光部11の最大外径が12mm、発光部11の全長が11mm、封止部12a,12bの外径がそれぞれ7.0mm、封止部12a,12bの全長がそれぞれ25mmである。
陽極2は、陽極軸部21と陽極本体部22を合わせた全長が13.5mm、陽極軸部21の外径が1.0mm、陽極軸部21の全長が6mm、陽極本体部22の最大外径が3.0mm、陽極本体部の全長が7.5mmである。
陰極3は、陰極軸部31と陰極尖頭部32とを併せた全長が11mm、陰極軸部31の外径(コイル部を除く)が1.3mm、陰極軸部31の全長が10mm、陰極尖頭部32の全長が1mm、コイル部33の最大外径が1.8mm、コイル部33の全長が0.75mmである。
水銀の封入量は、0.26mg/mmであり、ハロゲンガスの封入量が1×10−6μmol/mmである。
このような超高圧水銀ランプ100の各々について、投入電力が285W、投入電流が3.6Aの点灯条件で2時間にわたり連続点灯した後、電力を低下させてフリッカー現象の発生の有無を確認した。5本のうち1本もフリッカー現象が発生しなかった場合を「○」とし、5本のうち1本でもフリッカー現象が発生した場合を「×」として評価した。
また、このような超高圧水銀ランプの各々について、投入電力が320W、投入電流が
4.0Aの点灯条件で30分間にわたり連続点灯した後、3分点灯した後に3分消灯する動作を1サイクルとして5サイクルを実施した後、陰極の陰極尖頭部の形状変形の有無を確認した。5本のうち1本も形状変形が発生しなかった場合を「○」とし、5本のうち1本でも形状変形が発生した場合を「×」として評価した。結果を表1に示す。表1において、「S」は点灯状態がスポットモードであることを示し、「D」は点灯状態がディヒューズモードであることを示す。
Below, the experiment conducted in order to confirm the effect of this invention is demonstrated.
According to the configuration of the ultrahigh pressure mercury lamp 100 shown in FIGS. 1 and 2, the outer diameter D1 of the tip 32a of the cathode tip 32, the outer diameter D2 of the base 32b of the cathode tip 32, the taper angle θ, and the input Five ultra-high pressure mercury lamps having different current value I factors according to Table 1 were produced based on the following specifications.
The arc tube 1 has a maximum outer diameter of the light emitting portion 11 of 12 mm, an overall length of the light emitting portion 11 of 11 mm, an outer diameter of the sealing portions 12a and 12b of 7.0 mm, and an overall length of the sealing portions 12a and 12b of 25 mm, respectively. is there.
The anode 2 has a total length of 13.5 mm including the anode shaft portion 21 and the anode body portion 22, an outer diameter of the anode shaft portion 21 of 1.0 mm, a total length of the anode shaft portion 21 of 6 mm, and the maximum outside of the anode body portion 22. The diameter is 3.0 mm, and the total length of the anode main body is 7.5 mm.
The cathode 3 has a total length of 11 mm including the cathode shaft portion 31 and the cathode tip 32, an outer diameter of the cathode shaft portion 31 (excluding the coil portion) of 1.3 mm, a total length of the cathode shaft portion 10 of 10 mm, The total length of the pointed head 32 is 1 mm, the maximum outer diameter of the coil portion 33 is 1.8 mm, and the total length of the coil portion 33 is 0.75 mm.
The amount of mercury enclosed is 0.26 mg / mm 3 , and the amount of halogen gas enclosed is 1 × 10 −6 μmol / mm 3 .
Each of such ultra high pressure mercury lamps 100 was continuously lit for 2 hours under a lighting condition of an input power of 285 W and an input current of 3.6 A, and then the power was reduced to confirm the occurrence of a flicker phenomenon. The case where none of the 5 flickers occurred was evaluated as “◯”, and the case where even one of the 5 flickers occurred was evaluated as “x”.
Further, for each of these ultra-high pressure mercury lamps, an operation of turning on continuously for 30 minutes under a lighting condition of an applied power of 320 W and an applied current of 4.0 A, turning on for 3 minutes and then turning off for 3 minutes is defined as one cycle. After performing 5 cycles, the presence or absence of shape deformation of the cathode tip of the cathode was confirmed. The case where no shape deformation occurred in one of the five pieces was evaluated as “◯”, and the case where even one of the five shapes deformed was evaluated as “x”. The results are shown in Table 1. In Table 1, “S” indicates that the lighting state is the spot mode, and “D” indicates that the lighting state is the defuse mode.

Figure 2009004203
Figure 2009004203

表1に示す結果から明らかなように、上記数式1の関係を満たす本発明の超高圧水銀ランプによれば、ランプ点灯時にフリッカー現象が発生することと、陰極尖頭部が形状変形することとの両方を抑制できることが確認された。
その一方で、上記数式1の関係を満たさない超高圧水銀ランプによれば、ランプ点灯時にフリッカー現象が発生するか或いは陰極尖頭部が形状変形するか、の何れかの問題が生じることが判明した。
As is clear from the results shown in Table 1, according to the ultrahigh pressure mercury lamp of the present invention that satisfies the relationship of the above formula 1, the flicker phenomenon occurs when the lamp is turned on and the shape of the cathode peak is deformed. It was confirmed that both can be suppressed.
On the other hand, according to the ultra-high pressure mercury lamp that does not satisfy the relationship of the above formula 1, it has been found that either a flicker phenomenon occurs when the lamp is turned on or the shape of the cathode peak is deformed. did.

本発明の超高圧水銀ランプの構成の概略を示す管軸方向の断面図である。It is sectional drawing of the pipe-axis direction which shows the outline of a structure of the ultrahigh pressure mercury lamp of this invention. 図1に示す超高圧水銀ランプの陰極の構成を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the structure of the cathode of the ultrahigh pressure mercury lamp shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100 超高圧水銀ランプ
1 発光管
11 発光部
12a,12b 封止部
2 陽極
21 陽極軸部
22 陽極本体部
22a 根元部
22b 中間部
22c 先端部
3 陰極
31 陰極軸部
32 陰極尖頭部
32a 陰極尖頭部の先端部
32b 陰極尖頭部の基端部
32c 陰極尖頭部の外端面
33 コイル部
4a,4b 金属箔
5a,5b 外部リード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Super high pressure mercury lamp 1 Light emission tube 11 Light emission part 12a, 12b Sealing part 2 Anode 21 Anode shaft part 22 Anode body part 22a Root part 22b Intermediate part 22c Tip part 3 Cathode 31 Cathode axis part 32 Cathode peak part 32a Cathode tip Head end 32b Cathode apex base end 32c Cathode apex outer end surface 33 Coil portions 4a, 4b Metal foils 5a, 5b External leads

Claims (2)

内部に陽極と陰極とが対向して配置されると共に0.15mg/mm以上の水銀が封入された発光部と、この発光部の両端にそれぞれ連続して管軸に沿って伸びるよう形成された一対の封止部とよりなる発光管と、この一対の封止部の各々にそれぞれ埋設されて管軸に沿って伸びる一対の金属箔と、この一対の金属箔の各々にそれぞれ先端側が接続されると共に基端側が封止部の外端面より封止部の外方に突出するよう管軸に沿って伸びる一対の外部リードとを備え、
前記陰極は、管軸に沿って伸びて基端側が前記封止部に埋設されるとともに前記金属箔の先端側に接続される陰極軸部と、この陰極軸部の先端側に連続して形成された、先端側に向けて次第に細くなる陰極尖頭部とを備える超高圧水銀ランプにおいて、
前記陰極は、前記陰極尖頭部の先端部の外径をD1とし、前記陰極尖頭部の基端部の外径をD2とし、前記陰極尖頭部のテーパー角度をθとし、投入される電流値をIとしたとき、下記の数式1に示す関係を満たすことを特徴とする超高圧水銀ランプ。
(数式1) 0.332≦I/(D1×D2×θ)≦2.904
A light emitting part in which an anode and a cathode are arranged opposite to each other and 0.15 mg / mm 3 or more of mercury is sealed is formed to extend along the tube axis continuously at both ends of the light emitting part. A light emitting tube comprising a pair of sealing portions, a pair of metal foils embedded in each of the pair of sealing portions and extending along the tube axis, and a tip side connected to each of the pair of metal foils And a pair of external leads extending along the tube axis so that the base end side protrudes outward from the outer end surface of the sealing portion,
The cathode extends along the tube axis, and the base end side is embedded in the sealing portion and is connected to the tip end side of the metal foil, and is continuously formed on the tip end side of the cathode shaft portion. In the ultra-high pressure mercury lamp provided with the cathode cusp gradually narrowing toward the tip side,
The cathode is charged with the outer diameter of the distal end of the cathode apex being D1, the outer diameter of the base end of the cathode apex being D2, and the taper angle of the cathode apex being θ. An ultra-high pressure mercury lamp satisfying the relationship represented by the following formula 1 when the current value is I.
(Formula 1) 0.332 ≦ I 2 /(D1×D2×θ)≦2.904
前記陰極は、前記陰極軸部および前記陰極尖頭部が純度99.9%以上のタングステンにより構成されていることを特徴とする請求項1に記載の超高圧水銀ランプ。   2. The ultrahigh pressure mercury lamp according to claim 1, wherein the cathode shaft portion and the cathode peak portion are made of tungsten having a purity of 99.9% or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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