CN102543650A

CN102543650A - 短弧型放电灯

Info

Publication number: CN102543650A
Application number: CN2011104181252A
Authority: CN
Inventors: 中岛贡; 山田刚; 千贺岳人
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-07-04
Also published as: KR20120069557A; JP2012133908A; TW201227797A; JP5278420B2

Abstract

本发明提供一种短弧型放电灯，在发光管内相对配置有阳极与阴极，特别是在反复以额定功率进行一般点灯及以小功率进行待机点灯的完全-待机点灯时，也能防止阳极前端中央部比其周边环状部突出，也不会因电极材料的蒸发而导致该灯产生黑化。其特征为：在上述阳极的前端中央部的开口内插入有插入体，在这些开口的内表面或插入体的外表面的至少任一方形成有沟槽或凹部，通过将该插入体接合至上述阳极的开口内，在上述阳极内形成空隙。

Description

短弧型放电灯

技术领域

本发明涉及一种短弧型放电灯，特别是涉及用于半导体或液晶制造领域等的曝光用光源或投影仪的背光用光源的短弧型放电灯。

背景技术

短弧型放电灯因其发光管内相对配置的一对电极的前端距离短，接近点光源，因此通过与光学系统组合，用作曝光装置或投影仪的背光用的光源。

日本特开平10-188890号公报(专利文献1)中公开了现有的短弧型放电灯。

图13表示该现有的短弧型放电灯，短弧型放电灯的发光管20具有位于中央的形成大致球状的发光部21及其两端的封固部22。在发光部21内，由钨等构成的阴极23与阳极24相互面对地相对配置，并且内部的发光空间S中封入了水银、氙气等发光物质。

连接设置在上述阴极23及阳极24上的电极轴，通过未图示的金属箔被封固部22、22封固。

然而近年来，用于半导体或液晶面板的制造工序的上述短弧型放电灯，如日本特开2000-181075号公报(专利文献2)中所述，为求省电，采用了并非总是以固定的功率来点灯，而是仅在曝光时以额定功率来点灯(一般点灯)，当基板移动等的待机时，则以比上述额定功率小的最小限度功率来点灯(待机点灯)的点灯模式。(以下称为“完全-待机(full-standby)点灯”)。

例如，曝光时以额定功率使其点灯0.1～10秒，待机时则以比额定功率小的待机功率使其点灯0.1～100秒，如此反复进行。

但是，灯点灯、熄灯时，或上述的完全-待机点灯时的输入功率改变时等的情况下，由于从电弧流入阳极的热流束产生变化，因此阳极温度变化，从而在阳极产生内部应力。

此时如图14所示，在阳极24的前端面中与电弧相对的前端中央部30是温度变化最大的部分，因此热膨胀也变大。与此相对，该中央部30周边的周边环状部31，比上述中央部30的温度变化少，其热膨胀也较小。

因此，前端中央部30热膨胀较大，便会从热膨胀较小的周边环状部31受到压缩应力，结果导致从前端变突出而变形。

这样的突出即使在额定点灯时阳极前端温度稳定之后，也无法完全恢复原本的形状而残留下来。再者，尤其是完全-待机点灯时，这样的变形会反复发生，由于突出累积而造成肥大化。

于是，放电会集中于肥大化的突出部，使该突出部异常过热，电极物质便会蒸发而附着于发光管内壁，导致该发光管内壁黑化，引起照度急剧降低的问题。

专利文献1日本特开平10-188890号公报

专利文献2日本特开2000-181075号公报

发明内容

本发明要解决的课题，是鉴于上述现有技术的问题点，特别针对采用完全-待机点灯方式的短弧型放电灯，提供一种短弧型放电灯，其具有能够缓和阳极前端所产生的热应力，防止阳极前端的中央部分变形突出、并且能够防止黑化的阳极构造。

为解决上述课题，本发明的短弧型放电灯的特征为：在阳极的前端中央部形成开口，在该开口内插入插入体，在上述阳极开口的内表面或插入体的外表面的至少任意一方，形成沟槽或凹部，通过将该插入体在上述阳极开口内接合，使上述阳极内形成空隙。

此外，其特征为：在上述插入体的外表面形成多个环状沟槽。

此外，其特征为：在上述插入体的外表面形成螺旋状沟槽。

此外，其特征为：在上述插入体的外表面，多个点状凹部形成于圆周方向及轴向。

此外，其特征为：上述插入体由环状插入体及插入上述环状插入体开口的棒状插入体构成。

根据本发明的短弧型放电灯，通过沿着阳极前端面的前端中央部以及其周边环状部的边界区域，在轴向上形成空隙，使特别是在完全-待机点灯时等情形，即使阳极前端部的温度产生变化，前端中央部的热变形进入该空隙内而被吸收，因而能够防止此前端中央部变形而向前方突出，其结果是，该前端中央部不会受到异常加热，从而能够避免发光管提早黑化。

附图说明

图1是本发明的短弧型放电灯的第1实施例的阳极前端部的主要部位剖面图。

图2是制造图1的阳极构造的方法的第1方式的说明图。

图3是制造图1的阳极构造的方法的第2方式的说明图。

图4是用于制造第2实施例的阳极构造的插入体的说明图。

图5是制造第3实施例的阳极构造的方法的说明图。

图6是制造第4实施例的阳极构造的方法的说明图。

图7是插入体与阳极的接合方法的说明图。

图8是实施图7的接合方法的装置的说明图。

图9是其他接合方法的说明图。

图10是接合部分的放大剖面照片。

图11是从前端突起生长看出本发明效果的图表。

图12是从照度维持率看出本发明效果的图表。

图13是现有技术的整体图。

图14是图13的部分说明图。

标号说明

1 阳极

2 前端面

2a 前端中央部

2b 周边环状部

3 开口

4 插入体

5 (插入体)环状沟槽

5a 环状插入体

5b 棒状插入体

6 (开口)环状沟槽

7 螺旋状沟槽

8 点状凹部

10 空隙

11 圆环状空隙

具体实施方式

图1中，沿着阳极1的前端面2上与电弧相对的前端中央部2a与构成该中央部2a的周边的周边环状部2b之间的边界区域R，在轴向上形成多个空隙10。

在此实施例中，该空隙10分别由圆环状(即圈状)的空隙11构成，在轴向上每隔一段距离散布着该圆环状空隙11。

图2表示用于形成这样的空隙10的方法。

在由钨等构成的阳极1的前端面2的前端中央部2a，在其前端形成开放的开口3。另一方面，与阳极1同样由钨等材料构成的插入体4形成为与上述开口3相对应的形状，且在其外周上形成有沿圆周方向延伸的多个环状沟槽5。

通常，为使上述开口3或插入体4的压入作业较为容易，优选制作成大致前端较细的锥形。

将该插入体4压入开口3中，并以适当方法将两者接合。由此，阳极1如图1所示，沿着中央部2a与周边环状部2b的边界区域R形成圆环状空隙11。该圆环状空隙11各自独立，且在轴向上多处散布，其整体构成空隙10。

图3表示用于形成图1的空隙10的其他方法。在该方式中，阳极1的开口3的内周面上形成有沿圆周方向延伸的环状沟槽6。

在该开口3中压入并接合插入体4，能够得到图1所示的阳极构造。

另外，环状沟槽5、6未必只能形成于插入体4与开口3的其中一方，在两者上都形成也可以。

图4表示插入体4的其他方式，在插入体4的外周上形成螺旋状沟槽7。通过将该插入体4压入并接合于阳极1中，使该阳极上形成螺旋状的空隙(未图示)。

图5表示另一实施例，在插入体4的外周多个点状凹部8形成于圆周方向及轴向。通过将该插入体4插入并接合于阳极1的开口3，在阳极前端形成沿着前端中央部与周边环状部的边界区域的圆周方向且在轴向上延伸的点状的空隙(未图示)。

此外，上述实施例中所示的插入体4虽是由单一构件构成，但也可以由两个以上的构件组成。图6表示该种实施例。

该图中，插入体4由环状插入体4a及插入其开口3a的棒状插入体4b构成，在环状插入体4a与棒状插入体4b的外周上分别形成有圆周方向的沟槽4a、4b。

然后，该些组合而成的插入体4插入并接合于阳极1的开口3内。插入体4与阳极1的接合通过将两个环状插入体4a与棒状插入体4b组合，以插入于阳极1的开口3内的状态一次予以接合，从而作业效率提高。

由此，在阳极1的前端同心状的圆周方向上形成双重的空隙。

接着，对于阳极3与插入体4的接合方法的具体例子如下所示。

图7以图2的例子为基础进行表示。在图7中，如(A)所示，在阳极主体1的前端中央形成开口3，并且插入体4的外周形成有沿圆周方向延伸的环状沟槽5。

接着如(B)所示，将该插入体4压入阳极1的开口3内。然后在两者间施以等离子体放电而使两者接合，如(C)所示，在阳极前端形成有在轴向上散布的多个圆环状空隙11。

然后，通过切削加工形成阳极的前端形状。

图8表示由上述等离子体放电进行接合的装置例。

在阳极主体1内插入有插入体4的状态下，将加压装置15隔着碳16的方式设置。使加压装置15的腔室内为真空状态，并对工件(阳极与插入体)持续施加一定的负荷(2kN以上)。

接着，施加足以引起等离子体放电的脉冲电压(脉宽15～999ms、峰值电流40～800A、峰值电压3～30V)且持续预定时间(30～60sec)，开始通电。

将工件的嵌合部分进行加热(1500～2300℃)使其产生热膨胀，嵌合部开始热变形，当工件的高度缩短必要量(0.5mm)后，停止通电。

在其冷却后，解除腔室内的真空状态，并取出工件。

由此，阳极1的开口3与插入体4的界面接合。

此外，阳极1与插入体4的接合方法，除上述等离子体放电接合以外，如图9的(A)、(B)所示，也可以通过摩擦压接。

如该图所示，使阳极主体1或插入体4的其中一方，或者使两者边旋转边压入。然后与上述方法同样地，通过切削加工阳极1的前端使其前端形状适宜。

以此方式形成的阳极前端形状的剖面照片如图10所示。

在该照片中，左侧为阳极1的部分剖面，可以看出其由相对粒径较大的钨构成。右侧为插入体4的剖面，可看出其由相对粒径较小的钨构成。

在阳极1与插入体4的边界区域上，沿着两者的界面形成在轴向上散布的由上述沟槽5形成的圆环状微小空隙11群，其整体构成了空隙10。每个微小空隙11的大小，例如直径为0.05～0.20mm。

此外，上述空隙10所形成的区域，即阳极前端面2中对应于电弧的前端中央部2a和其外周的周边环状部2b之间的边界区域R形成在前端面2的什么位置上，是由灯的规格、例如封入气体种类、气体压力、输入功率、完全-待机点灯条件等所决定。

图11及图12表示实验结果。

作为本发明灯，准备具备具有空隙的阳极的灯，作为对比例，准备如图14所示的具有现有的阳极的灯。

在各自的放电灯中，在发光管内封入2.2mg/cm³的水银及大约1个大气压的氙气，其额定功率为4.3kW。

该些放电灯进行完全-待机点灯，即以额定功率(4.3kW)进行6秒的完全点灯，及以额定功率的一半功率(2.15kW)进行26秒的待机点灯，来进行点灯寿命实验。

图11表示点灯持续时间与阳极前端生长的突起长度(前端突起生长)之间的关系的图表。

另外，图12表示点灯经过时间与i线(波长为365nm的紫外线)的照度维持率之间的关系的图表。此外，照度维持率是以点灯开始时的照度为1，以百分比表示经过一段时间后的照度的比。

从该些图表中可以得知，在对比例中，随着点灯时间的经过，前端突起生长快，经过750小时后超过1.3mm，且照度维持率低于85％。

与此相对，可以知道本发明的放电灯，同样经过750小时后，其照度维持率尚能保持在接近100％，甚至经过1500小时后，前端突起还能很低地抑制在0.75mm以下，且其照度维持率也能保持90％以上。

如上述说明，本发明的短弧型放电灯，即使在采用完全-待机点灯方式的情形下，且即使阳极的前端中央部分受到加热而产生热膨胀，因为其膨胀部分侵入沿着与周边环状部的边界区域形成的空隙内而被吸收，所以该前端中央部不会从阳极前端面局部突出，从而能够防止该部分异常过热而蒸发，达到良好的效果。

由此，本发明的放电灯能够实现长时间点灯仍有高照度维持率。

Claims

1.一种短弧型放电灯，在发光管内相对配置一对阳极与阴极而成，其特征为：

在上述阳极的前端中央部形成有开口，在该开口内插入有插入体，

在上述阳极开口的内表面或插入体的外表面的至少任一方形成有沟槽或凹部，

通过将该插入体接合在上述阳极的开口内，使上述阳极内形成空隙。

2.如权利要求1所述的短弧型放电灯，其特征为：在上述插入体的外表面上形成有多个环状沟槽。

3.如权利要求1所述的短弧型放电灯，其特征为：在上述插入体的外表面上形成有螺旋状沟槽。

4.如权利要求1所述的短弧型放电灯，其特征为：在上述插入体的外表面上，多个点状凹部形成于圆周方向及轴向。

5.如权利要求1所述的短弧型放电灯，其特征为：上述插入体由环状插入体以及插入该环状插入体的开口内的棒状插入体构成。