CN101593663A - 短弧型水银灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过吸气剂切实地吸收存在于发光管内的氧气、氢气等不纯气体，而良好地放射波长300～350nm的紫外线的短弧型水银灯。本发明的短弧型水银灯，在石英玻璃制的发光管(1)内封入稀有气体和水银，具有一对电极(2、3)，其特征在于，在由钽或铌构成的密闭容器(4)内至少将钇、锆、钒(42)的任一种和稀有气体一起封入，容器(4)被安装于电极(2)上。此外其特征为，封入在容器(4)中的稀有气体至少包含氩、氪、氙的任一种，其封入的压力P(Pa)在室温为P≥70(Pa)。

Description

短弧型水银灯

技术领域

本发明涉及一种短弧型水银灯，涉及一种良好地放射波长为300～350nm的紫外线的短弧型水银灯。

背景技术

短弧型水银灯在半导体、液晶、滤色器等各种的曝光工程作为光源被使用，而近年来，被要求曝光面积的大型化或高产能化。

此外，以往主要使用g线(436nm)、h线(404nm)、i线(365nm)的紫外线，但近年来，为了提高效率，被要求更短波长的紫外线，而有利用300～350nm的紫外线的趋势。

短弧型水银灯，通过使用氢氧燃烧器加热加工圆筒状石英玻璃，而形成大约纺锤形状的灯的发光管。在其加热加工之际，水、氢气溶解于石英玻璃中。灯点亮的期间，发光管的温度会成为500℃以上的高温，而其溶解的氢气、水、进而氧气会作为不纯气体被放出至发光管内，而对电弧的发光特性有不良影响。

这种不纯气体中，氧气被认为会降低阴极性能而引起闪烁等。作为吸收不纯气体的吸气剂包括在高温下作用的钽，公知有将钽线安装于电极的短弧型水银灯。

这种技术记载于日本特开2000-149872号。

钽线可良好地吸收氧气，抑制因不纯气体产生的发光管的失透或黑化，而一直到灯寿命末期为止可防止紫外线放射强度的降低。

作为吸气材料的钽与氧气反应而形成氧化钽而除去不纯气体。另一方面，对于氢气，钽在灯点亮期间成为高温后，氢气的溶解度变低，而无法切实地除去氢气。

最近存在利用300～350nm的紫外线的趋势，而要求增强这些波长带的放射强度。

根据发明人等的研究，发现对于增强这些的照度，氢气会产生一定影响而妨碍该波长带的发光。

钽用于在高温区域中从发光管内除去氧气的不纯气体，氧气与钽产生不可逆性反应成为氧化钽，吸收的氧气不会再从钽放出。

另一方面，氢气与钽产生可逆性反应，钽的温度在不足500℃时，氢气的溶解度高，因而吸收氢气，但钽的温度成为600℃以上时，氢气的溶解度大幅地减少，溶解于钽的氢气会相反地被放出。

结果，在点亮灯时，如果作为吸气剂的钽的温度变高，则一度被吸进发光管内的氢气被放出，该氢气对电弧的发光特性有不良影响，会使300～350nm附近的紫外线的放射强度变小。

以往，将300～350nm的紫外线以低贡献率用作不足450nm的波长带的一部分，因而即使氢气从钽被放出到放电空间，在各种曝光工程上也不会有问题。

但是，近年来为了提高曝光工程的效率，而强烈地要求增强300～350nm的紫外线，然而通过从钽所放出的氢气的影响，会减弱300～350nm的紫外线的放射强度，因此在曝光半导体或液晶等时，会发生产能降低的问题。

另外，作为吸收存在于放电灯的发光管内的氢气的吸气剂，公知在高温区域中溶解度低的钽或镍等的容器内填充有氢气溶解度高的钇或锆的吸气剂。

然而，钇或锆紧密地被填充于钽等的容器内，而钇或锆容易成为高温状态，随着成为高温会降低氢气的溶解度，在点亮灯时存在无法切实地吸收氢气的情形。

这种技术记载于日本特开昭50-80683号。

专利文献1：日本特开2000-149872号公报。

专利文献2：日本特开昭50-80683号公报。

发明内容

本发明是为了解决这些问题而提出的，其目的在于提供一种通过吸气剂切实地吸收存在于发光管内的氧气、氢气等不纯气体，而良好地放射波长300～350nm的紫外线的短弧型水银灯。

技术方案1所述的短弧型水银灯，在石英玻璃制的发光管内封入稀有气体尖锐水银，并具有一对电极，其特征在于，在由钽或铌构成的密闭容器内至少将钇、锆、钒的任一种和稀有气体一起封入，上述容器被安装于上述电极。

技术方案2所述的短弧型水银灯的特征为，在技术方案1所述的短弧型水银灯中，封入在上述容器中的稀有气体至少包含氩、氪、氙的任一种，其封入的压力P(Pa)在室温为P≥70(Pa)。

技术方案3所述的短弧型水银灯的特征为，在技术方案2所述的短弧型水银灯中，上述容器是管状，上述容器内的钇、锆、钒是粉体或粒子状或线状。

技术方案4所述的短弧型水银灯的特征为，在技术方案2所述的短弧型水银灯中，上述容器是薄片状，上述容器内的钇、锆、钒是粉体或粒子状或线状。

技术方案5所述的短弧型水银灯的特征为，在技术方案3或4所述的短弧型水银灯中，上述容器被安装于支撑阴极的内部引线上。

根据本发明的短弧型超高压放电灯，在由钽或铌构成的密闭容器内，至少一起封入钇、锆、钒的任一种和稀有气体，容器被安装于电极上，因而可由构成容器的钽或铌切实地吸收氧气，由容器内的钇、锆、钒切实地吸收氢气，而可切实地除去存在于发光管内的不纯气体，抑制发光管的失透、黑化，而且可良好地放射波长300-350nm的紫外线。

进而，封入在容器中的稀有气体至少包含氩、氪、氙的任一种，其封入的压力P(Pa)在室温为P≥70(Pa)，因而在容器内发生稀有气体的对流，通过该稀有气体的对流可将容器内的钇、锆、钒的高温部分的热传输到低温部分而降低高温部分的温度，可将容器内的氢气的平衡蒸气压保持在低状态，使钇、锆、钒的氢气的溶解度为高状态，可切实地吸收氢气。

进而，容器是管状，因而可采用通过线将容器卷绕至电极而加以固定的简单的安装构造，而且容器内的钇、锆、钒是粉体或粒子状或线状，因此表面积得到增加而可提高氢气的吸收效率。而且，即使钇、锆、钒在点亮灯时会膨胀而体积变化，由于以粉体或粒子状或线状被封入在容器内，因此可通过容器内的空间吸收其体积变化量，而不会损伤容器。

进而，容器是薄片状，因而可采用通过将容器本身直接卷绕至电极而加以固定的简单的安装构造，而且容器内的钇、锆、钒是粉体或粒子状或线状，因此表面积得到增加而可提高氢气的吸收效率。而且，即使钇、锆、钒在点亮灯时会膨胀而体积变化，由于以粉体或粒子状或线状封入在容器内，因此可通过容器内的空间吸收其体积变化量，而不会损伤容器。

进而，容器安装于温度比阳极侧低的阴极的内部引线上，因而可抑制容器内的钇、锆、钒的温度上升。

附图说明

图1是本发明的短弧型水银灯的说明图。

图2是本发明的短弧型水银灯的阴极侧的剖视图。

图3是本发明的短弧型水银灯的容器的说明图。

图4是本发明的其他实施例的短弧型水银灯的阴极侧的剖视图。

图5是本发明的其他实施例的短弧型水银灯的阴极侧的剖视图。

图6表示本发明的放射照度数据及比较用的短弧型水银灯的放射照度数据。

标号说明

1：发光管

2：阴极

3：阳极

4：容器

41：筒管

42：钇、锆、钒

5：钽线

具体实施方式

说明本发明的短弧型水银灯。

如图1所示，本发明的短弧型水银灯(以下也称为灯)，将一对电极2、3相对配置于石英玻璃制的发光管1内，其中2是阴极，3是阳极。

在发光管1内作为稀有气体封入有0.8atm的氙气体和25mg/cm³的水银，使用直流型恒功率电源而对于灯以输入功率9kW、120A点灯。

图2是图1所示的灯的阴极侧的剖视图。

阴极2被嵌入于内部引线21的前端，并由内部引线支撑。

另外，也存在将内部引线21与阴极2由1个构造物切出而制作的情形，此时阴极2与内部引线21是一体构造物。

并且，在支撑阴极2的内部引线21上安装具有吸气功能的容器4。

如图3所示，该容器4具有由钽或铌构成的管状筒管41，该筒管41的两端熔融而被密封，使得筒管41的内部空间成为与外部完全隔离的状态。

该筒管41是氢气透过性，外径2mm、厚度0.3mm、长度250mm，并在内部封入有粒子状的钇42与稀有气体。在筒管41内，除了钇以外，也可封入锆、钒，或封入它们的混合物。

此外，被封入于筒管41内的钇、锆、钒具有吸收氢气的吸气功能，其并不是无间隙地填充于筒管41内，而是以存在某种程度的间隙的方式进行填充。

钇42、锆、钒可与水银反应而制作合金，因而以不与发光管1内的水银反应的方式被封入于容器4的内部。

另一方面，构成容器4的钽或铌即使与发光管1内的水银接触也不会反应，作为容器具有隔离钇与水银的功能。

被封入于容器4内的稀有气体，是氩、氪、氙的任一种，或是它们的混合气体。

这些稀有气体，以与被封入于容器4内的钇、锆、钒不会反应为条件，而从氩、氪、氙中选择。

回到图2说明容器4在电极上的安装构造，在内部引线21延伸的方向上沿着内部引线21配置有多个直管状容器4，在本实施例中配置有2个容器4，以容器4相对于内部引线21不移动的方式，将钨线5卷绕于容器4上并固定到内部引线21上。

以下说明容器4的吸气功能。

在点亮灯时，从发光管1作为不纯气体放出氢气、水、氧气。

其中，无论容器4的温度如何，氧气都会与由钽或铌构成的筒管41产生不可逆性的反应而被除去。

另一方面，在点亮灯时，放射于发光管1内的氢气在筒管41不足500℃时被筒管41吸收。即，筒管41不足500℃时，氢气被构成筒管41的钽或铌吸收。

但是，在点亮灯时，当筒管41成为500℃以上时，被筒管41吸收的氢气会被再放出，而被放出的氢气被筒管41内的钇42吸收。

钇对于氢气具有可逆性的吸收特性，但即使成为1000℃的高温状态，也具有比钽高约2位程度的氢气溶解特性。

容器4成为高温状态时内部的钇42也成为高温，会使钇42的氢的溶解度大幅度地降低，此外，容器4内的平衡氢气蒸气压变高，而会降低吸收氢气的能力。

所以，在容器4内封入稀有气体。通过将稀有气体封入于容器4内，可将容器4内的钇42的高温部分的热通过稀有气体的对流传输至低温部分而降低高温部分的温度，进而，可将容器4内的氢气的平衡蒸气压保持在较低状态，可使钇对氢气的溶解度为较高状态，而可切实地吸收氢气。

另外，被封入于容器4内的稀有气体的热导率越高，则越是可高效地可进行容器4内的钇的热输送，优选氩气。

以下，详细地说明容器4内的稀有气体的对流现象。

如图1、图2所示，将灯垂直点亮以使阴极2为下方时，安装于内部引线21周围的容器4，在容器4的内部引线21侧的侧面和其相反侧的发光管的空间侧的侧面之间产生温度差。

容器4的内部引线21侧的侧面，从内部引线21以热传导传送热而成为被加热的状态。另一方面，容器4的发光管的空间侧的侧面，沿着发光管内面的下降流在灯的底部反转，变冷的气体沿着内部引线21上升，通过该上升气流成为被冷却的状态。

因此，容器4的内部引线21侧的侧面成为高温状态，而发光管的空间侧的侧面成为低温状态。

结果，在容器4内在温度高的部分与温度低的部分之间产生稀有气体的对流，而通过该对流的影响，将容器4内的钇42的高温部分的热传输到低温部分而可降低高温部分的温度，可使钇对氢气的溶解度为高状态，并可将容器4内的氢气的平衡蒸气压保持在低状态，而可切实地吸收氢气。

另外，垂直点灯以使阴极成为上方时、或使阴极与阳极在水平状态下点灯时，容器4的内部引线21侧的侧面从内部引线21以热传导传送热而成为被加热的状态，容器4的发光管的空间侧的侧面通过对流成为被冷却的状态，因而在容器4内产生温度高的部分与温度低的部分，在容器4内产生稀有气体的对流，可将容器4内的钇42的高温部分的热传输到低温部分而可降低高温部分的温度，可使钇对氢气的溶解度为高状态，可将容器4内的氢气的平衡蒸气压保持在低状态，而可切实地吸收氢气。

即，容器4在内部封入有稀有气体，因此即使成为高温状态，也可切实地吸收发光管内的氢气、氧气，所以可抑制发光管的失透、黑化，而且可良好地放射波长300～350nm的紫外线。

另外，钇的体积相对于容器4的内容积为95％以下时，会在容器4内良好地发生对流。

被封入于容器4内的钇、锆、钒优选是粉体、粒状、线状。这是因为，钇、锆、钒的表面积会增加，而提高氢气的吸收速度。

钇、锆、钒为粉体或粒子状时优选粒径不足1mm，而为线状时优选直径不足1mm且长度不足500mm。

这是因为，如下述折弯加工容器4时，可以提高容器4的加工性。

图4是表示容器4在内部引线上的安装构造的其他实施例的说明图，是阴极侧的剖视图。

在本实施例中，将内部封入有钇的直线状容器4卷绕在内部引线21的周围，而将容器4安装于内部引线。

并且，以使容器4相对于内部引线21不会移动的方式，将钨线5卷绕于与阴极2相反侧的容器4的端部附近的内部引线21上。

图5是表示容器4在内部引线上的安装构造的其他实施例的说明图，是阴极的立体图。

如图5所示，在本实施例中，内部封入有钇的薄片状的容器4，事先被弯曲加工成沿着内部引线21弯曲。

将该被弯曲加工的容器4安装于内部引线21，使得容器4相对于内部引线21不会朝轴方向移动的方式，将钨线5卷绕于与阴极2相反侧的容器4的端部附近的内部引线21上。

<实验1>

以下，使用将具有吸气功能的容器安装于电极的本发明的短弧型水银灯、及未安装容器的比较用的短弧型水银灯，进行对将波长带300nm～350nm之间的分光放射照度与波长相关地进行积分的放射照度予以比较的实验。

本发明的短弧型水银灯的结构与图1所示的灯同样，规格如下。

灯电流·····100A

灯功率·····8kW

发光管1····最大外径11cm、最大长度13cm

发光管内封入物·氙气体(0.8atm)和水银(25mg/cm³)

容器3·····构成材料：钽

内容积：1.0cm³

封入物：钇(2.5g)和氩(0.6atm)

钇体积/容器内容积：56％

容器安装位置·支撑阴极2的内部引线21

比较用的短弧型水银灯的结构，是从上述本发明的短弧型水银灯仅除掉容器的结构。

点亮各灯，将比较了经过400小时之后的放射照度的数据示于图6中。

在图6中，将本发明的短弧型水银灯的放射照度数据表示为A，而将比较用的短弧型水银灯的放射照度数据表示为B。

由图6可知，关于波长带300nm～350nm之间的分光放射照度，本发明的短弧型水银灯高于比较用的短弧型水银灯。

在实测值中，关于波长带300nm～350nm之间的分光放射照度，本发明的短弧型水银灯与比较用的短弧型水银灯相比，增大约15％。

由该实验1可知，本发明的短弧型水银灯通过封入于容器内的钇切实地吸收氢气，良好地放射波长300nm～350nm的紫外线。

<实验2>

以下，使用在上述实验1所使用的本发明的短弧型水银灯，变更封入在容器内的氩的压力，进行将经过400小时后的波长带300nm～350nm之间的分光放射照度求出与波长相关地进行积分的放射照度的实验。

另外，该实验2的放射照度，是将在实验1所使用的比较用的短弧型水银灯的经过400小时后的波长带300nm～350nm之间的分光放射照度与波长相关地进行积分的放射照度作为100％，而以相对值表示。

将结果示于如下的表1中。

[表1]

	容器内的氩封入压力(Pa)	放射照度(％)
			比较灯	无容器	100
灯1	35	105
			灯2	54	106
灯3	60	109
			灯4	70	110
灯5	100	115
			灯6	150	115

由表1可知，本发明的短弧型水银灯中，若容器内的压力为70(Pa)以上，则放射照度成为110％以上，与未安装容器的比较用的短弧型水银灯相比，增大10％以上的放射照度。

并且，由该实验2可知，本发明的短弧型水银灯在容器内良好地发生对流而可将容器内的氢气的平衡蒸气压保持在低状态，抑制所封入的钇的温度上升，使氢气的溶解度成为高状态，可切实地吸收氢气。

另外，即使将被封入于容器内的稀有气体变更成氩以外的氪、氙，或将被封入于容器内的氢气吸收物变更成锆、钒，只要容器内的稀有气体的压力为70(Pa)以上，就可得到同样的效果。

Claims (5)

1.一种短弧型水银灯，在石英玻璃制的发光管内封入稀有气体和水银，并具有一对电极，其特征在于，

在由钽或铌构成的密闭容器内，至少将钇、锆、钒的任一种和稀有气体一起封入，

上述容器被安装于上述电极上。

2.如权利要求1所述的短弧型水银灯，其特征在于，

封入在上述容器中的稀有气体至少包含氩、氪、氙的任一种，其封入的压力P(Pa)在室温为P≥70(Pa)。

3.如权利要求2所述的短弧型水银灯，其特征在于，

上述容器是管状，上述容器内的钇、锆、钒是粉体或粒子状或线状。

4.如权利要求2所述的短弧型水银灯，其特征在于，

上述容器是薄片状，上述容器内的钇、锆、钒是粉体或粒子状或线状。

5.如权利要求3或4所述的短弧型水银灯，其特征在于，

上述容器被安装于支撑阴极的内部引线上。

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