CN1508837A - 短弧型放电灯 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种短弧型放电灯，即使是灯的电极之间距离较大、内封气体的压力也较高的短弧型放电灯，也能够在较低的击穿电压下可靠点亮，即灯的起动特性能够得到改善。在由发光管(1)、与发光管(1)相连续的封口管(2)、以及装设在发光管(1)内的一对电极(3)构成，在由封口管(2)的一部分所形成的支撑部(7)的内表面上通过焊接而形成对支撑电极(3)的电极棒(4)进行保持的保持用筒体(8)，在封口管(2)的支撑部(7)的外表面上设置触发部件(5)而成的短弧型放电灯中，其特征是，至少在封口管(2)的支撑部(7)以及/或者保持用筒体(8)中混入金属或金属化合物而使介电常数得到提高。

Description

短弧型放电灯
技术领域
本发明涉及短弧型放电灯，例如作为放映机的光源使用的短弧型放电灯、和作为半导体曝光的光源使用的封装有水银的短弧型放电灯。
背景技术
过去，作为在上述领域中使用的短弧型放电灯，为了抑制发光管内电极温度升高、防止电极热损耗而装设较大的电极。此外，支撑电极的电极棒，设置在与发光管相连续的封口管内，减小该封口管的颈缩量，为了防止损坏封口管，是将其插入焊接在封口管内表面上而设置的、圆筒形的玻璃制造的保持用筒体内进行设置的。
此外，作为这种灯，为了改善起动特性，其触发灯丝的一端卷绕在一个封口管上，该触发灯丝的另一端沿发光管的外表面设置在另一个封口管上。
触发灯丝有与一个电极电气上相连接地进行装设的情况，也有不与任何电极连接地进行装设的情况，但无论哪种方式，都能够在起动器向电极之间施加击穿电压时，有助于将灯点亮。
过去，一种对触发灯丝的配设方法进行改进以求降低击穿电压、与起动装置的种类无关地使短弧型放电灯可靠点亮的技术在特开平2-199766号公报和特开平2-210750号公报中已公开。
专利文献1：特开平2-199766号公报
专利文献2：特开平2-210750号公报
但是，近年来，在半导体曝光领域，为增加曝光工序的吞吐量，人们要求紫外线辐射强度更强的灯，此外，在放映领域，为提高银幕照度，要求更大的灯，出现灯的输入功率增大的趋势。
因此，这种灯的电极之间的距离在加大，内封气体的压力也在提高。
之所以加大电极之间的距离，其理由是，若电极之间距离较短，则会发生热量使电极前端融化的现象，为避免这种现象的发生，有必要加大电极之间的距离。
此外，之所以提高内封气体压力，其理由是，在半导体曝光用的灯中，为了提高紫外线辐射强度，要采用提高氩或氪或氙等缓冲气体的压力的方案。而在放映用的灯中，为了增加光的输出功率，要采用增加内封的氙气量的方案，使得内封气体的压力提高。
再有，这些灯的电极的形状(特别是电极的躯干的外径)较大，封口管的内径较大。因此，为避免封口管的颈缩量增大，存在着将保持用筒体的壁厚加厚的趋势。
但是，当灯的结构如上改变时，若不提高击穿电压则无法将灯点亮。而提高击穿电压，将导致返回电源的涌流量、即所谓的干扰增大，因此，会产生损坏电源、或者为了防止电源损坏而使电路结构变得复杂等问题。也就是说，将产生灯的起动特性变差的问题。
本发明的目的是提供一种短弧型放电灯，即使是电极之间距离较大、内封气体的压力也较高的短弧型放电灯，也能够以较低的击穿电压可靠地点亮的、所谓灯的起动特性得到改善。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用如下方案。
第1方案是，在由发光管、与该发光管相连续的封口管、以及装设在所述发光管内的一对电极构成，将支撑所述电极的电极棒保持在由所述封口管的一部分所构成的支撑部上，在所述封口管的所述支撑部的外表面上设置触发部件而成的短弧型放电灯中，其特征是，至少在所述封口管的所述支撑部中混入金属或金属化合物而使介电常数得到提高。
第2方案是，在由发光管、与该发光管相连续的封口管、以及装设在所述发光管内的一对电极构成，在由所述封口管的一部分所构成的支撑部的内表面上通过焊接形成对支撑所述电极的电极棒进行保持的保持用筒体，在所述封口管的所述支撑部的外表面上设置触发部件而成的短弧型放电灯中，其特征是，至少在所述封口管的所述支撑部以及/或者所述保持用筒体中混入金属或金属化合物而使介电常数得到提高。
第3方案的特征是在第1方案或第2方案中，所述金属化合物是钛化合物。
根据权利要求1所述的发明，在由发光管、与发光管相连续的封口管、以及装设在发光管内的一对电极构成，将支撑电极的电极棒保持在由封口管的一部分所形成的支撑部上，在封口管的支撑部的外表面上设置触发部件而成的短弧型放电灯中，由于至少在封口管的支撑部中混入了金属或金属化合物而使介电常数得到提高，因此，即使是灯的电极之间距离较大、而且内封气体的压力也较高的短弧型放电灯，也可以提高电极棒与封口管的支撑部内表面之间所形成的间隙的电场强度，即使在较低的击穿电压下也能够使灯可靠点亮。
根据权利要求2所述的发明，在由发光管、与发光管相连续的封口管、以及装设在发光管内的一对电极构成，在由封口管的一部分所形成的支撑部的内表面上通过焊接而形成对支撑电极的电极棒进行保持的保持用筒体，在封口管的支撑部的外表面上设置触发部件而成的短弧型放电灯中，由于至少在封口管的支撑部以及/或者保持用筒体中混入了金属或金属化合物而使介电常数得到提高，因此，即使是灯的电极之间距离较大、而且内封气体的压力也较高的短弧型放电灯，也可以提高电极棒与保持用筒体内表面之间所形成的间隙的电场强度，即使在较低的击穿电压下也能够使灯可靠点亮。
根据权利要求3所述的发明，由于作为金属化合物使用的是钛化合物，因此，能够容易提高封口管的支撑部以及/或者保持用筒体的介电常数。
附图说明
图1是对本发明一实施方式所涉及的短弧型放电灯的构成加以展示的剖视图。
图2是对本发明另一实施方式所涉及的短弧型放电灯的构成加以展示的剖视图。
图3是将图2A-A处的断面放大表示的剖视图。
图4是将图3所示的剖视图以等价的电容器加以表示的附图。
图5展示一个表，该表中示出，对于封口管与保持用筒体均由石英玻璃构成的现有短弧型放电灯、与封口管和保持用筒体中混入有钛氧化物的本发明短弧型放电灯，对输入功率各不相同的灯，就封口管与保持用筒体的相对介电常数和击穿电压进行对比的结果。
图6是对用于测定相对介电常数的测定用样本的制作方法进行说明的附图。
图7是对与图2所示短弧型放电灯的触发部件的装设方法不同的装设方法加以展示的附图。
图8是对与图2所示短弧型放电灯的触发部件的装设方法不同的装设方法加以展示的附图。
图9是对与图2所示短弧型放电灯的触发部件的装设方法不同的装设方法加以展示的附图。
具体实施方式
对本发明的实施方式结合图1～图6进行说明。
图1是对一实施方式所涉及的短弧型放电灯的构成加以展示的剖视图。
该图中，1是发光管，2是与发光管1相连续的封口管，3是装设在发光管1内的一对电极，4是对电极3进行支撑的电极棒，5是装设在封口管2的外表面上的触发灯丝等触发部件，6是灯头，7是使封口管2颈缩而以颈缩的封口管2的内表面对电极棒4进行保持的由封口管2的一部分形成的支撑部，在该封口管2的支撑部7中，为了提高这部分的介电常数，混入了金属或金属化合物。
发光管1和封口管2由石英玻璃制造，成一体构成，图中左侧的电极3是阴极，是作为电极棒4的前端为阴极的电极3而发挥功能的。此外，如该图所示，以由颈缩的封口管2的支撑部7的内表面对电极棒4进行保持而构成。此外，在本实施方式中，采用触发部件5的一端连接在灯头6上，另一端卷绕在封口管2的一部分上的触发部件装设结构。
图2是对与图1不同的另一个实施方式所涉及的短弧型放电灯的构成加以展示的剖视图。
该图中，8是由在封口管2的支撑部7的内表面上通过焊接而设置的圆筒形的玻璃制造的筒体构成的、在内部对插入的电极棒4进行保持的保持用筒体。在本实施方式的短弧型放电灯中，在封口管2的支撑部7以及保持用筒体8中混入有旨在提高封口管2的支撑部7以及保持用筒体8的介电常数的金属或金属化合物，或者，在封口管2的支撑部7或者保持用筒体8中混入有旨在提高封口管2的支撑部7或者保持用筒体8的介电常数的金属或金属化合物。
其它构成与图1所示相同符号的构成相对应，故将说明省略。
如该图所示，本实施方式的短弧型放电灯与图1所示的短弧型放电灯中以封口管2的支撑部7的内表面对电极棒4进行保持相比，其不同之处在于，是以由设置在封口管2的支撑部7的内表面上的保持用筒体8对电极棒4进行保持而构成的。
其次，结合图3和图4，以图2所示封口管2的支撑部7以及保持用筒体8中混入有金属或金属化合物的短弧型放电灯为例，就之所以能够降低短弧型放电灯的击穿电压的理由进行说明。
图3是将图2A-A处的断面放大表示的剖视图。
该图中，9是保持用筒体8与电极棒4之间的间隙，d1是封口管2的厚度与保持用筒体8的厚度相加的触发部件5与间隙9之间的距离，d0是间隙的距离，其它符号与图2所示的相同的符号相对应。
如该图所示，在封口管2的支撑部7处，以电极棒4和触发部件5为两个电极，因其间存在有封口管2的支撑部7、保持用筒体8、以及间隙9而形成了一个电容器。
图4是将图3所示的剖视图以等价的电容器表示的附图。
在这里，当封口管2的支撑部7以及保持用筒体8的石英玻璃的静电电容为C1、介电常数为ε1、间隙9的静电电容为C0、介电常数为ε0、电极面积为S、施加在电极棒4与触发部件5之间的电位差为V、间隙9之间的电位差为V0、间隙9中的电场强度为E0时，
可表达为：C1＝ε1·S/d1，C0＝ε0·S/d0
于是，可表达为：
E0＝V0/d0＝(V/d0)·(1/C0)/(1/C0+1/C1)
  ＝(V/d0)·(d0/ε0·S)/(d0/ε0·S+d1/ε1·S)
  ＝V/(d0+d1·ε0/ε1)
在这里，改善灯的起动特性是与使间隙9处的绝缘变得容易击穿是相同的。即，在上式中，随着提高间隙9处的电场强度E0，间隙9处的绝缘变得容易击穿。
在上式中，要提高电场强度E0，可以减小电极棒4与保持用筒体8的内表面之间的间隙9的距离d0，或者减小封口管2与保持用筒体8的壁厚之和的距离d1，或者提高封口管2与保持用筒体8的石英玻璃的介电常数ε1。
在这种场合，减小距离d0将减小电极棒4与保持用筒体8的内表面二者的间距，但从制造角度来说无法使之小于一定的间距。而减小距离d1将减薄封口管2与保持用筒体8之和的厚度，但将该壁厚减薄，会产生封口管2强度降低的问题。
由此可知，以提高封口管2与保持用筒体8的石英玻璃的介电常数ε1为上策。
因此，在图1所示的短弧型放电灯中，至少在封口管2的支撑部7中，为了提高封口管2的支撑部7的介电常数，混入了金属或者金属化合物，而在图2所示的短弧型放电灯中，至少在封口管2的支撑部7以及/或者保持用筒体8中，为了提高封口管2的支撑部7以及/或者保持用筒体8的介电常数，混入了金属或者金属化合物。
作为具体地混入的金属化合物，使用了作为钛化合物的钛氧化物(TiO2)。
图5展示了一个表，该表中示出，在封口管与保持用筒体均由石英玻璃构成的现有的短弧型放电灯、与封口管和保持用筒体中混入有钛氧化物的本发明的短弧型放电灯中，对输入功率各不相同的灯，就封口管与保持用筒体的介电常数和击穿电压进行对比的结果。
由该图可知，本发明的所有短弧型放电灯与现有的短弧型放电灯相比，封口管以及保持用筒体的介电常数增大，击穿电压也同样，在所有输入功率不同的灯中，本发明的各短弧型放电灯比现有的各短弧型放电灯要低。
即，本发明的各短弧型放电灯即使在较低的击穿电压下仍能够可靠点亮，可使灯的起动特性得到改善。
此外，由该图可知，5kW以上的短弧型放电灯中，灯的起动特性的提高更为显著。
下面，就图5所示的介电常数的测定方法进行说明。
首先，就制作旨在测定介电常数的测定用样本的方法结合图6进行说明。如图6(a)所示，从现有的短弧型放电灯以及本发明的短弧型放电灯上，将与图2所示短弧型放电灯的封口管2的支撑部7以及保持用筒体8相当的部位(以下称作玻璃)切下来。其次，将切下来的玻璃中的电极棒和玻璃的外表面上涂布的金属膜等剥去，呈只剩下玻璃的状态。其次，如图6(b)所示，准备直径与玻璃的内径相同并且长度为玻璃长度的1/2以下的金属棒。在该金属棒上焊接与进行测定时成为端子的金属棒相比极细的金属丝。其次，如图6(c)所示，将宽度与上述金属棒相同的金属膜涂布在按图6(a)制作的玻璃的中央部位的外周上。其次，如图6(d)所示，将按图6(b)制作的金属棒插入按图6(c)制作的玻璃中。此时，要使金属棒与玻璃中央部位外周的金属膜位置一致。这样，测定用样本的制作便完成。
其次，上述测定用样本的静电电容的测定是以LCZ计测定涂布在玻璃外周上的金属膜与连接到金属棒上的金属丝之间。静电电容的测定在频率为1kHz的条件下进行。LCZ计使用的是NF ELECTRONICINSTRUMENTS制造的LCZ METER2340。
其次，根据测得的静电电容，计算出作为上述测定用样本的玻璃的相对介电常数，由于将作为上述测定用样本的玻璃视作同心圆筒，故当将该同心圆筒的中心至圆筒内表面的距离设为a、同心圆筒的中心至圆筒外表面的距离设为b、该玻璃的介电常数设为εq时，单位长度同心圆筒的静电电容可表达为C＝2πεq/log10b/a(F)。由此计算出介电常数εq(F/m)，根据εq＝ε1×ε0，利用真空中的介电常数ε0＝8.85×10-12(F/m)，可计算出玻璃的相对介电常数ε1。
下面，就与图2所示短弧型放电灯的触发部件的装设方法不同的装设方法，结合图7至图9进行说明。
在图7所示的短弧型放电灯中，触发部件5未连接到两侧的灯头6上，在封口管2之间横跨装设，只是两端卷绕在封口管2的支撑部7上。在这种场合，触发部件5未与电极3实现电气连接，处于悬浮状态。这种灯中，电极间的绝缘击穿电压不是太高，是靠来自起动器的高电压使绝缘击穿的，是为了进一步改善起动特性而装设触发部件5的。
图8所示短弧型放电灯与图2所示短弧型放电灯不同，触发部件5的一端连接到图中左侧的、与作为阴极的电极3相连接的灯头6上。在与电源之间的关系上，在作为阴极的电极3为负高压的场合，采用这种装设方法。图2中，作为阳极的电极3为正高压，触发部件5连接在与作为阳极的电极3相连接的灯头6上。
图9所示短弧型放电灯在图中左侧的封口管2的表面上形成有导电性金属膜9，不同于触发部件5的触发部件51的一端连接到图中左侧的灯头6上，另一端卷绕在支撑部7的表面上。此外，触发部件5在封口管2之间横跨设置，两端卷绕在封口管2的支撑部7上。并且，触发部件5与触发部件51二者通过金属膜9实现电气连接。

Claims (3)

1.一种短弧型放电灯，由发光管、与该发光管相连续的封口管、以及装设在所述发光管内的一对电极构成，将支撑所述电极的电极棒保持在由所述封口管的一部分所构成的支撑部上，在所述封口管的所述支撑部的外表面上设置触发部件，其特征是，
至少在所述封口管的所述支撑部中混入金属或金属化合物而使介电常数得到提高。
2.一种短弧型放电灯，由发光管、与该发光管相连续的封口管、以及装设在所述发光管内的一对电极构成，在由所述封口管的一部分所构成的支撑部的内表面上通过焊接形成对支撑所述电极的电极棒进行保持的保持用筒体，在所述封口管的所述支撑部的外表面上设置触发部件，其特征是，
至少在所述封口管的所述支撑部以及/或者所述保持用筒体中混入金属或金属化合物而使介电常数得到提高。
3.如权利要求1或2所述的短弧型放电灯，其特征是，所述金属化合物是钛化合物。
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