CN102376522B - 短弧型放电灯 - Google Patents

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Abstract

一种短弧型放电灯，在发光管的内部具有一对电极，至少在一个电极的密闭空间封入有导热体，在灯点灯时，当熔融的导热体对流时，防止以下情况：电极的局部、尤其是前端产生温度变动，产生高温蠕变，电极前端变形并开孔。其特征在于设有限制体，在形成于上述电极的密闭空间内，当熔融导热体对流时，限制该对流在上述密闭空间内向圆周方向转动。

Description

短弧型放电灯
技术领域
本发明涉及一种短弧型放电灯，尤其涉及一种具有在电极主体的密闭空间内封入了导热体的电极的短弧型放电灯。
背景技术
一直以来，在作为对半导体基板、液晶显示器用的液晶基板、印刷基板等进行曝光的曝光装置的紫外线照射光源使用的短弧型放电灯中，越来越大输出化。因该大输出化而使额定消耗功率变大时，流过灯的电流值通常变大，从而使电极受到电子冲突的量变大，产生容易升温并熔融的问题。
并且，构成电极的材料例如钨蒸发，附着到发光管的内表面并黑化，还产生作为灯的放射能力下降的问题。
为解决这种电极材料熔融、蒸发的问题，例如提出了具有特开2004-6246号公报中公开的电极构造的短弧型放电灯的方案。
在该短弧型放电灯中，使用在形成于电极主体的密封内部空间内封入有导热率比电极材料高、点灯时熔融的导热体的电极。
以下参照图7、8说明该现有技术。
在图7中，表示具有在发光管10内相对配置的一对电极11、12的短弧型放电灯1，该电极中的至少一个电极(该例中是阳极)12的电极主体15如图8所示，由容器部件16和盖部件17构成，其内部形成密闭空间18。
并且，该密闭空间18内封入有导热率比构成电极12的材料例如钨高、点灯时熔融的材料，例如金、银等构成的电热体M。并且，上述密闭空间18中填充有不活泼气体。
上述导热体M在灯点灯时熔融，在密闭空间18内对流，将电极主体15的前端的热传导到该电极主体15的后端侧，从而减少电极主体15在轴方向的温度梯度，结果可降低前端的温度，从而抑制电极前端的熔融、蒸发。
但使具有这种电极构造的短弧型放电灯长时间点灯时，在电极主体的前端的内壁的一部分产生“高温蠕变”的现象，电极前端变形，接着前端部开孔，以至破裂。
该高温蠕变是内部具有密闭空间的电极构造的特有的变形现象。
可以推测出其机理是，在灯点灯时，电极的内壁受到导热体和不活泼气体产生的较高的压力，并且从电极外部受到极高温的热量。尤其是，作为产生放电电弧的部位的前端，暴露于例如2000℃这种水平的高温。高温蠕变是，形成容器部件的底部(电极前端侧的壁部)的一部分从内侧凹状变形，如果接着加重，可能会开孔并破裂。
以下详述该现象。
如图8所示，电极12的密闭空间18内的导热体M是导热率比电极材料高、熔点较低的金、银等金属，灯点灯时因高温而熔融，变为液体状态。在沿垂直方向配置电极的长度方向并将灯垂直点灯的情况下，该熔融导热体M在容器部件16内主要在垂直方向受到浮力、及洛伦兹力，上下进行对流运动F，在此产生上升流Fu和下降流Fd。
在容器部件6的内部，存在该上升流Fu和下降流Fd接近的部分，因其上下流相对，因此该部分的压力变高。流体为逃避该压力而在水平方向分散，对于对流施加水平方向的加速度。
这样一来，如图9所示，上升流Fu和下降流Fd受到水平方向的力，向圆周方向(旋转方向)移动，因此产生上升流和下降流的位置相对密闭容器部件16相对移动，时刻变化。
其中，上升流Fu从密闭容器部件16的底部(电极前端)16a接收热，因此其温度变高，下降流Fd将该热量传送到盖部17附近的内壁后下降，因此其温度变低。尤其是在底部16a附近，上升流Fu刚接收完热量，因此与下降流Fd的温度差较大。
在这种对流进行上述圆周方向的转动并产生时间性变化时，对容器部件16的底部16a附近的壁部温度进行定点观测，则如图6(A)、(B)中的现有例的图表所示，可确认产生了激烈的温度变化。
因此，在容器部件16的内表面产生激烈的温度变化时，因高温蠕变，产生突起从其内表面突出的变形。
具体而言，如图10所示，容器部件16的内表面从低温变为高温时，产生压缩热应力，为缓和该应力，在从容器部件16的内表面向内部突出的方向上，产生蠕变20，以缓和应力。此时，向突出的区域20移动的钨原子主要从最高温的底面中央部21提供，因此如图10(A)所示，底面的周边部20厚壁化，底面中央部21薄壁化。
这样一来，当容器部件16的底部(电极前端)16a的薄壁化发展时，如图10(B)所示，容器部件16的底部16a贯通，而出现孔22，产生熔融导热体M泄漏的问题。
专利文献1：日本特开2004-6246号公报
发明内容
本发明鉴于以上现有技术问题而出现，提供一种在电极的密闭空间内封入有导热体的短弧型放电灯，在灯点灯时熔融的导热体对流时，抑制该对流在密闭空间内向圆周方向转动，即使长时间点灯，电极前端也不会开孔。
为解决上述课题，在本发明中，其特征在于，在封入有导热体的电极的密闭空间内设有限制体，该限制体限制点灯时熔融的熔融导热体的对流向圆周方向转动。
并且，其特征在于，上述限制体由板材构成，该板材在电极的长边方向延伸，并且在径向上横断。
根据本发明，因在电极的密闭空间内设置板状限制体，因此限制、防止了点灯时熔融的熔融导热体在上述密闭空间内的对流向圆周方向转动，对流移动造成电极在同一处的温度变化较少产生，因此基于温度变化的高温蠕变不会发生，电极前端不会开孔。
附图说明
图1是本发明涉及的放电灯的电极的剖视图。
图2是其他实施例的剖视图。
图3是进一步其他实施例的剖视图。
图4是图1的实施例的作用说明图。
图5是图3的实施例的作用说明图。
图6是表示本发明的效果的图表。
图7是现有的短弧型放电灯的剖视图。
图8是表示现有的电极构造的剖视图。
图9是图8所示的熔融导热体的对流的动作说明图。
图10是现有的电极的问题说明图。
具体实施方式
图1表示本发明的短弧型放电灯的电极构造，图1(A)是其纵向剖视图，图1(B)是其横剖视图。
在该图中，电极12具有由容器部件16和盖部件17构成的电极主体15，在该电极主体15内形成有密闭空间18。并且，在该密闭空间18内，封入有导热率比钨等电极材料高的导热体M。该导热体M例如由金、银等金属构成，熔点低于电极材料，灯点灯时在密闭空间18内熔融。
并且，在上述电极12的密闭空间18内插入有板状的限制体2。该限制体2如下设置：在密闭空间18的大致中心轴上向长边方向延伸，且在径向上横断，具有与电极12的密闭空间18的内径大致相同的尺寸。此外，限制体2并不是必须在严格意义上位于电极12的中心轴上。
而上述限制体2并不需要必须是与电极12的密闭空间18的内径基本相等的尺寸，如图2(A)、(B)所示，也可比其短。这种情况下，需要将限制体2在密闭空间18内保持为规定的姿势、位置，如图2(B)所示，设置沿着密闭空间18的内部形状的圆弧状的支持片2a，通过该圆弧状支持片2a支持限制体2。此外，该限制体2的支持不限于此，也可通过激光焊接等直接固定到电极主体15。
并且，图3表示不同的实施例，限制体2由彼此交叉的一对板材3、4构成。此时的板材3、4也是向电极12的长边方向延伸，并且在径向横断的形状。此外，该实施例中，至少一个板材3、4的长边方向的尺寸设定成短于封入的导热体M的高度。
参照图4、5说明上述实施例的作用。
图4是图1的实施例的作用的概要说明图，熔融导热体M的对流F通过板状的限制体2抑制在密闭空间18内向圆周方向移动，在沿着该限制体2的面内对流。
此外，关于图2的实施例，很容易理解其和上述图4的动作说明相同。
并且，图5是图3的实施例的作用的概要说明图，熔融导热体M的对流F1从通过构成限制体2的二块板材3、4包围的空间A沿板材3上升，超过板材4流入到空间B，变为下降流。并且，该对流F1通过板材3被限制圆周方向的移动，被维持成沿着板材3的对流F1。
并且，关于板材3，在相反侧的空间区域C、D中也形成同样的对流F2。
并且在本实施例中，不限于图示对流方向，也包括从空间A流到空间C的对流、及从空间B流到空间D的对流，变为哪种，取决于该时刻下的熔融导热体M的对流情况。但在任意一种情况下，一旦确定了对流，则该对流被构成限制体2的板材3、4维持，不会在密闭空间18内向圆周方向转动。
为实证本发明的效果，进行以下实验。
灯的规格如下：
(发光管)
材料：石英玻璃
内部容积：550cm3
电极间距离：6mm
封入物：水银2.0mg/cc，氩100kPa
(阳极)
材料：钨
主体部(容器部件)的外径：25mm
电极主体容积：6cm3
壁厚：5.5mm
导热体：银4.7cm3
封入气体：氩100kPa
(阴极)
材料：敷钍钨(トリタン)，钍含量2重量％
(规格)
额定电流：150A
额定功率：5kW
接着制作电极构造是现有例的灯、及作为本发明的构造的二种灯也即图1的电极构造的灯A、图3的电极构造的灯B。
(限制体)
材料：钨
尺寸：厚200μm、高15mm
对这些灯进行使阳极作为上方的垂直点灯，从该阳极前端面沿电极轴以放射温度计测定3分钟10mm上方处的电极表面温度，记录其温度变动幅度(最大值-最小值)。其结果如图6所示。
从该图表可知，在本发明灯A中，温度变动幅度是9℃，灯B中是6℃，任意一种灯均和现有灯的温度变动幅度60℃相比大幅减少。
并且，将这些灯点灯750小时，之后以通过阳极中心轴的截面切断，通过显微镜测定该前端中央部的壁厚。其结果与上述温度变动幅度一并显示在表1中。
(表1)
Figure BSA00000532152100081
从表1可知，初始是5.5mm的壁厚在现有的灯中变为3.0mm，其壁厚减少量为2.5mm，与之相对，在本发明的灯A中，壁厚减少量为1.2mm，在本发明的灯B中为1.0mm，得到大幅改善。
如上所述，根据本发明，在具有电极主体的密闭空间内封入有导热体的电极的短弧型放电灯中，在上述电极的密闭空间内配置限制体，因此防止了点灯时熔融的导热体的对流向电极密闭空间的圆周方向转动，总在同一位置维持对流，不会导致电极局部的温度变化，不产生高温蠕变，避免了电极前端开孔这样的不可测的情况。

Claims (3)

1.一种短弧型放电灯，在发光管的内部具有一对电极，至少在一个电极的密闭空间封入有导热体，其特征在于，
在上述密闭空间内设有限制体，该限制体限制熔融导热体的对流相对于上述电极的中心轴向圆周方向转动，
上述限制体由板材构成，该板材在上述密闭空间内向电极的中心轴方向延伸，并且在与上述中心轴垂直的径向上横断。
2.根据权利要求1所述的短弧型放电灯，其特征在于，上述限制体被配置成通过上述电极的中心轴上。
3.根据权利要求1所述的短弧型放电灯，其特征在于，上述限制体由彼此交叉的二块板材构成。
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