CN101673656A - 放电灯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种放电灯，其即使为大型且亮灯压力高的放电灯，也可通过简便且安全的手段良好地去除氢，而没有闪烁。一种放电灯，在发光管内部具有一对电极及集氢器，其特征在于：上述集氢器(4)具备：由具有氢透过性的金属构成的容器(41)：及封入在该容器的内部的由具有氢吸收能力的金属构成的氢吸收体(42)，该氢吸收体(42)熔融固接在该容器(41)的内壁。
Description
技术领域
本发明涉及一种放电灯，尤其涉及作为半导体晶圆、液晶玻璃基板、印刷基板、彩色滤光片等的曝光用光源、或用于对电影院等的荧幕投影影像的画像投影用光源使用的放电灯。
背景技术
以往，短弧(short arc)型水银放电灯被用作半导体或液晶或印刷基板等各种的曝光工程中的紫外线光源。近年来，在液晶基板或彩色滤光片的曝光工程中，进行曝光面积的大型化或高产量化。
此外，短弧型氙放电灯在放映机等中用作可见光的光源。
图10是现有的封入有水银的放电灯的概略构成图。
放电灯1的发光管10由石英玻璃构成，具备：大致球状的发光部11、形成在发光部11内的空间S、及形成在发光部11的两端的侧管部12。在空间S内相对向配置有成为一对电极的电极主体13C及电极主体13A，且封入有放电气体。分别支撑电极主体13C与电极主体13A的电极芯棒14与从侧管部12朝外部突出的外部引脚(未图示)电连接而从外部被供电。
在用于支撑空间内的电极主体13C或电极主体13A的电极芯棒14周围直接安装有由钽缆线构成的集气器用金属15。吸气用金属15的材料为钽，可吸留并捕捉氧气、二氧化碳等杂质(专利文献1)。
此外，作为一直以来用于去除氢的吸气用金属，公知有利用了氢吸留量较多的钇的集氢器(专利文献2)。
在上述文献中公开了一种集氢器，其设置在放电容器内，被由钽等具有氢透过性的金属构成的金属外皮覆盖且在内部具有钇等集氢器材料。
图11是上述文献的放电灯中的集氢器的剖面图。集氢器5是由以下部件构成的集气器复合体：由钽等金属制的有底圆筒51与盖53构成的金属外皮、及密封在其内部的圆筒状的由钇构成的氢吸收体52。
根据上述放电灯中的集氢器，通过有底圆筒51的凸缘部512与盖53熔接而密封金属外皮的内部，发光空间内的氢通过钽等具有氢透过性的金属外皮而侵入至内部，并被氢吸收体52所吸留。因此，密封在内部的钇由金属外皮覆盖，因此不会与发光空间内的其他物质起反应而可吸留氢。
专利文献1：JP特许3077538
专利文献2：JP特公昭57-21835
近年来，随着灯的大型化，曝光面上的经时照度变动变大的闪烁问题更为明显。针对该问题，本发明人等精心研究，结果发现空间内的氢浓度相关。在发光空间内释放氢的过程如下被推测。
这些放电灯使用氢氧燃烧器来对石英玻璃进行加热加工，由此形成灯的发光管。在进行该加热加工时，在石英玻璃中会溶解水或氢。并且，在灯亮灯过程中，由于发光管的温度成为500℃以上的高温，因此其溶解的氢或水会作为杂质气体而被释放到发光管内。即，若灯大型化，则由发光管释放的水或氢也会增加。但是，在现有的钽集气器中，与应去除的氢的量相比，氢吸留量不足。
即使为了使氢吸留量足够而要增加吸气用金属的量，由于钽的氢吸留量较小，因此其重量会变大，而无法设置在灯的内部。
另一方面，钇的氢吸留量虽然较多，但是由于会和水银起反应，因此如专利文献2的记载所示，必须有金属外皮等保护手段。除此之外，随着释放的氢量的增加，其重量也需要增加一定程度，因此覆盖钇的金属外皮也会大型化。
若金属外皮大型化而使表面积增大时，金属容器本身受到的压力也会增大。此外，在亮灯时的内压较高的灯中，该问题更为明显。而且，集氢器必须迅速地将氢吸留，因此为了维持氢透过速度，并无法将金属外皮的厚度形成为一定以上。结果，存在金属外皮无法完全承受压力而破损的问题。
发明内容
通过以上记载，本发明的目的在于提供一种放电灯，其即使为大型且亮灯压力高的放电灯，也可通过简便且安全的手段良好去除氢，且没有闪烁。
本发明为一种放电灯，在发光管内部具有一对电极及集氢器，其特征在于，上述集氢器具备：由具有氢透过性的金属构成的容器；及封入在该容器的内部的氢吸收体，该氢吸收体熔融固接在容器的内壁。
此外，本发明中优选，上述容器是在至少一端具有密封部的管状部件，该密封部附近的内壁熔融固接有上述氢吸收体。
此外，本发明中优选，上述容器是钽、钼或铌、或含有这些的任一者的金属。
此外，本发明中优选，上述氢吸收体是钇或锆、或含有这些的任一者的金属。
根据本发明，在发光管内部具有一对电极及集氢器的放电灯中，上述集氢器具备：由具有氢透过性的金属构成的容器；及封入在该容器的内部的氢吸收体，该氢吸收体熔融固接在容器的内壁。
通过这些构成，在不会向容器内部侵入水银的情形下导入氢而可吸留氢。此外，熔融固接在容器内壁的氢吸收体可加固容器的密封部而提高耐压性。因此，即使施加较高的压力，也无破损之虞，而可吸留大量的氢而减低灯的闪烁。
此外，根据本发明，上述容器是在至少一端具有密封部的管状部件，该密封部附近的内壁熔融固接有上述氢吸收体，因此通过简便的制法，即可将耐压性佳且便于安装的集氢器导入在灯的发光部内，而可减低因氢所造成的放电灯的闪烁。
此外，根据本发明，上述容器是钽、钼或铌、或含有这些的任一者的金属，因此不会在灯亮灯中的发光管内部的高温中熔融，即可使氢良好地透过而导入至容器内部。
此外，在封入有水银的灯中，不会有和水银起反应的情形，即可使氢透过而导入至容器内部。
此外，根据本发明，上述氢吸收体是钇或锆、或含有这些的任一者的金属，因此可发挥充分的氢吸留力来吸留发光管内的氢。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的放电灯的概略构成图。
图2是本发明的集氢器的图，(a)是从正上与正横的不同的两个方向观看集氢器的概略图，(b)是将集氢器沿着轴PA切断而从正横观看的剖面概略图。
图3是本发明的集氢器的图，(a)是表示容器内的氢吸收体的固接状态的概略剖面图，(b)是A-A’剖面图。
图4是表示本发明的集氢器的安装方式的电极附近的概略构成图。
图5是表示本发明的集氢器的实施例的一例的图，(a)是表示其它实施例的集氢器4的概略剖面图，(b)是表示集氢器的安装方式的电极附近的概略构成图。
图6是关于本发明的集氢器的制作方法的说明用剖面图。
图7是关于本发明的集氢器的制作方法的说明用剖面图。
图8是表示关于本发明的放电灯的实验例的图。
图9是表示关于本发明的放电灯的实验结果的图。
图10是本发明的现有例的放电灯的概略剖面图。
图11是本发明的现有例的集氢器的概略剖面图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明进行说明。
图1是本发明的第一实施方式的放电灯的概略构成图。
放电灯1的发光管10由石英玻璃构成，具备：在内部具有空间S的大致球状的发光部11；及在发光部11的两端连续形成的大致柱状的侧管部12。在发光部11的内部空间S中封入有：由具有电极主体13C的阴极与具有电极主体13A的阳极构成的相对向配置的电极；水银；以及含有氩、氪、或氙的稀有气体。
封入在空间内的水银量，按单位空间的内容积，为1mg/cm3至65mg/cm3的范围，例如含有35mg/cm3。稀有气体的封入量2.5×104Pa至5×105Pa的范围，例如为8×104Pa。
阴极主体13C及阳极主体13A由例如钨构成，各自被电极芯棒14支撑。在电极芯棒14的周围配置有集氢器4。
电极芯棒14沿着管轴从侧管部12突出，位于与另一极侧的电极芯棒14为大致同轴的位置。电极芯棒14的基端侧(与前端相反的侧)在侧管部12内与省略图示的导电部件、即向外部突出的引脚棒电连接而被供电。
阴极主体13C是比电极芯棒14大径的大致圆柱状，前端由圆锥台构成。阴极主体13C可通过嵌合电极芯棒14而予以支撑，也可通过一个部件一体形成这些阴极主体13C及电极芯棒14。
阳极主体13A是比电极芯棒14大径的大致圆柱状，前端由圆锥台或大致炮弹型构成。与阴极同样地，阳极主体13A可通过嵌合电极芯棒14而予以支撑，也可通过一个部件一体形成这些阳极主体13A及电极芯棒14。
在电极芯棒14的外周，将直管状的集氢器4在圆周方向上排列配置有多个，卷绕缆线16并固定在电极芯棒14。另外，若可将集氢器4安装在发光部内，则安装方法不限于该方法。
图2是本发明的集氢器的图，(a)是从正上与正横的不同的两个方向观看集氢器的概略图，(b)是将集氢器4沿着轴PA切断而从正横观看的剖面概略图。
如图2(a)所示，集氢器4具备由氢透过性高的金属构成的管状容器41，容器41的两端被气密式密封。管状容器41的尺寸例如为内径3mm、厚度0.1mm、长度30mm。构成容器41的材料优选氢透过性良好的钽、钼或铌，或者也可为含有它们的任一者的金属。
在容器41的内部封入有氢吸收体42。该氢吸收体42优选使用氢吸留能力高的钇或锆。或者也可为含有钇及锆的任一者的金属。内部的其它空间为了防止氢吸收体42氧化而优选形成为真空(例如10-1Pa左右以下)或封入稀有气体。
如上所示氢吸收体42以不会与发光管10内的水银起反应的方式而成为容器41的内部空间与外部隔离的状态。
另一方面，构成容器41的钽、钼或铌是即使与发光管10内的水银接触也不会起反应且具有氢透过性的金属。因此，该容器41不会使水银侵入至内部，便可将氢导入至内部。
在图2(b)中，容器41的密封部413是管的两端部由上下2方向被按压而互相折弯，通过压接而将密封口413封闭。在容器完成时，管的端部形成从容器41倾斜的扁平部414。
在容器41存在密封部413之类的扁平形状，其内部为空洞且未固接氢吸收体时，在灯亮灯过程中的发光管内部，由容器41的外面全方位施加压力，由于其形状并不均匀，因此容器41会变形，而会有通过推开密封部413的密封的力而使气密被破坏的情形。
因此，在密封部413附近的内壁熔融固接有氢吸收体42，将容器41构造上压力最弱的部位即密封部413从内部加固。由此，即使来自容器外的压力或随之产生容器的变形而施加压力，也不会破损。
容器41的管轴方向上的中央部是管状的主体部412。在主体部412中，与密封部相同地，在其内面熔融固接有氢吸收体42，由此容器41的厚度会实质上增加，而使耐压性提升。因此，可在减薄容器41的壁厚且维持对于容器内的氢透过速度的情形下，提高容器41本身的耐压性。
图3(a)是表示容器41内的氢吸收体的其它固接方式的沿着管轴的概略剖面图，(b)是A-A’剖面图。
在图3(a)中，在容器41的主体部412内壁熔融固接有氢吸收体42。
如图3(b)所示，所固接的氢吸收体42在容器41的内壁在圆周方向上连续而熔融固接成环状，由此不仅容器41的厚度实质上增加，也起到骨架之类的作用，可提升对连续方向的耐压性，并且可减轻施加于容器41的其它区域的压力。
其中，也可以容器41内面的大致全部被覆盖的方式使氢吸收体42熔融固接，由此获得如上所述的效果，而使全方位的耐压性提升。
即，在容器41的内面熔融固接有氢吸收体42，由此与仅将氢吸收体42的固体封入于容器41内部的情形不同，通过氢吸收体42将密封部413加固，主体部412的厚度会实质上增加，而使耐压性提升。
通过上述构成的集氢器，经由由具有氢透过性的金属构成的容器41，在不会使水银侵入至内部的情形下导入氢，通过封入在内部的氢吸收体42来吸留氢，而可减低放电灯的闪烁。
此外，即使在应吸留的氢较为大量，而且施加较高压力的环境下，被封入至容器41内的氢吸收体42熔融固接于容器41的内壁，由此加固容器41的密封部413及壁厚，而可提高耐压性，因此即使集氢器的表面积大，也不用担心破损。
此外，容器41的壁厚通过熔融固接氢吸收体而得到加固，因此可减薄容器的壁厚，也可提高氢透过速度。
如上，可简单地去除发光部内的氢，并可减低灯的闪烁。
此外，在将容器41以其它形状形成的情形下也可获得相同的效果。
图4表示通过曲管状的容器41形成与图3相同的集氢器4，且直接安装在电极芯棒14的方式的电极附近的概略构成图。
在图4中，集氢器4为使上述容器41环绕为圆状的曲管状，基本的构成及其剖面下的构成也与上述形成为直管状的容器41相同。
图4中的集氢器4的容器41具备足以环绕电极芯棒14的外周的长度，因此可卷绕而加以固定。此外，若设置金属的缆线16等的辅助固定部件来加以保持，则可更加确实地固定。
根据上述构成，集氢器4本身具有安装单元，即使未另外准备安装部件，也可简便地安装，也无需如图1所示的方式那样通过缆线来覆盖外周，因此使得与氢接触的机会增加，而提高氢吸留能力。
图5(a)是表示其它实施例的集氢器4的概略剖面图，(b)是表示集氢器的安装方式的电极附近的概略构成图。
在图5中，集氢器4具备：通过有底管44及盖43构成的容器41；及封入在内部的由钇构成的氢吸收体42。有底管41及盖43与上述的图2中的容器41为相同的材料，关于其它构成，也与第一实施方式的集氢器相同。
有底管44具备开口侧端部朝向外侧径向延伸的凸缘部441，该凸缘部441与盖43通过压接而相接合。封入在内部的氢吸收体42熔融固接在容器41的内壁而加固密封口415。
此外，如图5(b)所示，该集氢器4可通过缆线16将该凸缘部441卷绕在电极芯棒14的外周，由此予以固定。
从而，即使不是通过一个部件构成的管，也可构成容器41。
以上所说明的本发明的集氢器可如下制作。
图6(a)、(b)及(c)是关于本发明的集氢器的密封方法的说明用剖面图。
图6(a)表示管状体41’及用于将其一端密封的一对辊51。将该辊51如箭头方向所示从上下朝向管状体41’推压而施加力，由此如图6(b)所示，管状体41’的端部被压成扁平而通过压接被封闭。辊51直接被推压至管状体41’的端部被切断为止。如上所示，管状体41’的一端被密封且切断，如图6(C)所示，形成密封部413。
在一端通过压接而被接合的由钽、钨或铌的任一者构成的管状体41’的内部放入预定量的固体或粉体状的由钇构成的集氢器材料42’。在放入集氢器材料42’之后，同样地将另一端密封，并且将筒状体的内部形成为真空(10-1Pa左右)或充满稀有气体，而形成容器41。
图7是关于使封入在容器内部的氢吸收体熔融固接的方法的说明用剖面图。
如图7所示，将两端被密封的容器41保持在真空中，在例如作为钇的熔点的1526℃以上、优选为1600℃～1800℃的温度下，此外若所封入的集气器材料42’为锆则在作为其熔点的1851℃以上、优选为1900℃～2100℃的温度下予以保持，之后冷却。由此，使集氢器材料42’熔融而固接在容器41的内面，成为氢吸收体42。
通过如上所示的制作方法，使用管状的材料，无需通过一个部件进行熔接等，即可简便地制作本发明的集氢器。
以下表示关于本发明的放电灯的实验例。
图8表示根据图2所示构成所制作的集氢器。该集氢器4通过以下构成：将壁厚t为0.1mm、内径φ为3.0mm、长度L为50mm的钽制的管的两端密封而成的容器41；及仅在一端部熔融固接的钇。容器41的内部形成为真空。
将该集氢器4的未熔融固接氢吸收体42的另一端侧的空间的沿着管轴的最大长度设为空间长d，调整钇的量而制作成具有各种空间长d的试料。
对于这些试料进行耐压试验。在密闭容器(未图示)的内部设置集氢器，使乙醇流入至该密闭容器的内部而施加压力，将未熔融固接有钇的端部发生变形时的压力作为耐压值而进行观测。
图9表示未熔融固接有钇的端部的空间长d(mm)与耐压值(MPa)的关系。可知空间长d越短，耐压值越上升。即，可知熔融固接有钇的区域越多，则耐压性越上升。在任一试料中，固接有钇的端部(d＝0时)即使施加压力，也不会有变形的情形，即使超过10MPa，也不会变形。
由以上可知，当使钇熔融固接在密封部时，耐压性会上升。而且可知即使在容器内的主体部中使钇熔融固接时，空间长越短，则耐压性越上升。
Claims (4)
1.一种放电灯，在发光管内部具有一对电极和集氢器，其特征在于，
上述集氢器具备：由具有氢透过性的金属构成的容器；及
封入在该容器的内部的由具有氢吸收能力的金属构成的氢吸收体，
该氢吸收体熔融固接在该容器的内壁。
2.如权利要求1所述的放电灯，其特征在于，上述容器是在至少一端具有密封部的管状部件，该密封部附近的内壁熔融固接有上述氢吸收体。
3.如权利要求1或2所述的放电灯，其中，上述容器是钽、钼或铌、或含有它们的任一者的金属。
4.如权利要求1至3中任一项所述的放电灯，其中，上述氢吸收体是钇或锆、或含有它们的任一者的金属。
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