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Die
Erfindung betrifft eine Anode für eine Kurzbogen-Entladungslampe,
die als Lichtquelle für eine Belichtungsvorrichtung verwendet
wird, welche durch Bestrahlen eines Halbleitersubstrats mit UV-Strahlen
winzige Schaltkreismuster bildet, sowie eine Kurzbogen-Entladungslampe.
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Was
bisherige Kurzbogen-Entladungslampen betrifft, sind Lampen bekannt,
die so aufgebaut sind, dass sie mit einer Leuchtröhre aus
Quarzglas, deren Mittelbereich erweitert ist, und einer Anode und
einer Kathode, die im Inneren des erweiterten Bereichs der Leuchtröhre
einander gegenüberliegend angeordnet sind, versehen sind.
Wenn diese Entladungslampe bestromt wird, kollidieren Elektronen,
die von der Kathode freigesetzt werden, mit dem Gas im Inneren der
Lampe und erzeugen geladene Teilchen. Diese geladenen Teilchen wiederholen
die Kollisionen, das im Inneren der Leuchtröhre eingeschlossene
Quecksilber o. ä. erreicht den Plasmazustand, und es kommt
zu einem Fluss zur Anode und zur Bildung eines Lichtbogens zwischen beiden
Elektroden.
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Wenn
die Entladungslampe leuchtet, wird der Lichtbogen durch die von
der Kathode freigesetzten Elektronen gebildet, wobei die Anode durch
eine Kollision mit den Elektronen in der Lichtbogensäule
erhitzt wird, eine hohe Temperatur erreicht und verdampft und sich
abnutzt. Wenn sich die Anode durch die Kollision mit den Elektronen
abnutzt, haftet das verdampfte Wolfram an der Innenwand der Leuchtröhre
und wird die Innenwandfläche geschwärzt. Wenn
die Entladungslampe für einen langen Zeitraum verwendet
wird, schreitet die Abnutzung des Spitzenendes der Anode voran und
nimmt die Bestrahlungsstärke der Entladungslampe allmählich
ab. Wenn die Abnahme der Bestrahlungsstärke über
die Verwendbarkeitsgrenze hinausgeht, ist es nötig, die
Entladungslampe durch eine neue Lampe zu ersetzen. Daher wurden
bisher verschiedenste Maßnahmen untersucht, um durch eine
Unterdrückung des Temperaturanstiegs der Anode beim Leuchten
der Entladungslampe das Fortschreiten der Abnutzung der Anode und
die Schwärzung der Innenwandfläche der Entladungsröhre
zu verzögern.
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Zum
Beispiel ist es gemäß der
JP-B-3598475 möglich,
ein Gemisch aus Wolframcarbid (WC), Tantalcarbid (TaC) und Wolfram
(W) an die Seitenfläche der Anode mit Ausnahme des Spitzenendes
zu sintern und eine poröse Schicht zu bilden und dadurch
aufgrund der guten Haftung zwischen der porösen Schicht
und dem Grundmaterial den Temperaturanstieg der Anode passend zu
unterdrücken. Dadurch können die Abnutzung der
Anode und die Schwärzung der Innenwandfläche der
Leuchtröhre verringert und die Lebensdauer der Entladungslampe
verlängert werden. Doch da ein Gemisch aus drei Arten von
Materialien mit hohem Schmelzpunkt, nämlich Wolframcarbid,
Tantalcarbid und Wolfram, an die Oberfläche der Anode gesintert
wird, besteht das Problem, dass der Anodenaufbau kompliziert wird
und zudem auch der Herstellungsprozess kompliziert wird, so dass
für die Herstellung der Anode eine lange Zeit erforderlich
ist.
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Die
jeweils in der
JP-B-3136511 ,
JP-B-4054198 und
JP-B-4132879 gezeigte
Anode
43 ist wie in
5(a) gezeigt
so ausgeführt, dass in dem der Kathode
42 gegenüberliegenden
Spitzenende der Anode eine Vertiefung
43A ausgebildet und
diese Vertiefung
43A so ausgeführt ist, dass sie
sich der elektrischen Feldstärke, die an dem Punkt entsteht,
an dem die von der Kathode
42 freigesetzten Elektronen
aufgefangen werden, annähert. Nach diesen Patentliteraturbeispielen
soll die Stromdichteverteilung an der Anodenoberfläche
verteilt werden, wodurch die Abnutzung der Anode verringert und
die Lebensdauer der Entladungslampe verlängert werden kann.
Doch was den in
5(a) gezeigten Anodenaufbau
betrifft, besteht das Problem, dass wie später besprochen
die lokale Konzentration des Stroms in der Nähe der Mitte
der Anode nicht ausreichend unterdrückt werden kann, da
das Verhältnis des zum Randbereich
431A der Vertiefung
43A gezogenen Stroms
gering ist, und daher die Abnutzung der Anode nicht ausreichend
unterdrückt werden kann.
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Bei
der in der
JP-A-2004-119024 gezeigten
Kurzbogen-Entladungslampe ist wie oben erwähnt im Spitzenende
der Anode, das der Kathode gegenüberliegt, eine Vertiefung
ausgebildet und das Spitzenende der Kathode in Bezug auf die Vertiefung
an einer bestimmten Stelle angeordnet. Nach diesem Patentliteraturbeispiel
soll es möglich sein, die Verwendungseffizienz des Lichts
der Entladungslampe zu erhöhen, indem das Strahlungslicht
vom Leuchtpunkt des Lichtbogens. durch die Vertiefung der Anode
reflektiert wird und das durch die Vertiefung reflektierte Licht
ferner am konischen Teil des Spitzenendes der Kathode reflektiert
wird. Doch beim Anodenaufbau nach diesem Patentliteraturbeispiel
besteht so wie bei den in
JP-B-3136511 ,
JP-B-4054198 und
JP-B-4132879 offenbarten
Anoden das Problem, dass die lokale Konzentration des Stroms in
der Nähe der Mitte der Anode nicht ausreichend unterdrückt
werden kann, da das Verhältnis des Stroms, der zum Randbereich
der in der Anode gebildeten Vertiefung gezogen wird, gering ist,
und daher die Abnutzung der Anode nicht ausreichend unterdrückt
werden kann.
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Bei
der in der
JP-A-2003-346709 gezeigten
Kurzbogen-Entladungslampe ist wie in
5(b) gezeigt an
der flachen Fläche des Spitzenendes der Anode
43 an
einer Stelle, die mehr als 40% des Elektrodenabstands von der Mitte
entfernt ist, eine ringbandförmige Vertiefung
43B ausgebildet.
Nach diesem Patentliteraturbeispiel soll es möglich sein,
eine Verformung der flachen Fläche des Spitzenendes der
Anode zu verhindern, selbst wenn in der flachen Fläche
des Spitzenendes der Anode
43 eine calderaförmige
Vertiefung entsteht, indem das Elektrodenaufbaumaterial, das sich
durch Migration bewegt hat, in der ringbandförmigen Vertiefung
43B,
die im Voraus in der flachen Fläche des Spitzenendes der
Anode
43 gebildet wurde, angehäuft wird. Doch
da beim Anodenaufbau dieses Patentliteraturbeispiels wie in
5(b) gezeigt die elektrische Feldstärke
am Randbereich B des Innenumfangs größer als die
elektrische Feldstärke am Randbereich A des Außenumfangs
ist, konzentriert sich der Strom im Bereich an der Innenseite des
Randbereichs B des Innenumfangs. Was die zu diesem Randbereich B
eingeströmte Energie betrifft, wird ein Ausströmen
nach außen in der radialen Richtung der Anode durch die
ringbandförmige Vertiefung
43B verhindert und
wird die Energie nur in die Achsenrichtung des von der ringbandförmigen
Vertiefung
43B umgebenen Mittelbereichs
431B geleitet. Da
der Ausflussweg der Energie daher faktisch eingeschränkt
ist, wird die Temperatur des Mittelbereichs
431B höher
als die Temperatur der anderen Bereiche. Dadurch verdampft der Mittelbereich
der Anode leicht, wodurch das Problem besteht, dass der Grad der
Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke der Entladungslampe
abnimmt.
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Daher
ist es gemäß den oben beschriebenen verschiedenen
bisherigen Entladungslampen schwierig, die Abnutzung der Anode zu
unterdrücken.
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Bei
Kurzbogen-Entladungslampen werden durch das Anlegen einer Spannung
zwischen einer Anode und einer Kathode, mit denen die Entladungslampe
versehen ist, Elektronen vom Spitzenende der Kathode zur Anode hin
freigesetzt und wird zwischen der Anode und der Kathode ein Lichtbogen
erzeugt. Auf dem Gebiet dieser Entladungslampen ist grundsätzlich
bekannt, dass die elektrische Feldstärke mit der zunehmenden Nähe
zur Mittelachse der Anode hin höher ist und die Elektronen
daher in Richtung der Mitte der Anode angezogen werden, wodurch
die Stromdichte des Lichtbogens in der Nähe der Mittelachse
der Anode hoch ist. Daher wird gedacht, dass es bei den bisherigen
Entladungslampen im Lauf des eingeschalteten Zeitraums der Entladungslampe
zu einer Abnutzung der Stelle in der Nähe der Mittelachse
der Anode mit der hohen Stromdichte des Lichtbogens kommt und an
der Stelle in der Nähe der Mittelachse der Anode eine Vertiefung
gebildet wird.
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Die
vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der obigen Probleme und
hat die Aufgabe, eine Entladungslampe bereitzustellen, bei der die
Abnutzung der Anode unterdrückt werden kann, während
die gleiche Beleuchtungsstärke wie bei bisherigen Entladungslampen
erhalten wird.
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Die
Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der Entladungslampe gemäß Anspruch
1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung sind als Ergebnis eifriger Untersuchungen
im Zusammenhang mit dem Problem dieser Vertiefung der Anode zu den
folgenden Erkenntnissen gelangt.
- (1) Wenn an
einer Stelle, die von der Anodenmittelachse radial auswärts
entfernt ist, ein Bereich mit einer vergleichsweise hohen Stromdichte
erzeugt wird und dadurch die Stromdichte in der Nähe der
Anodenmittelachse geringer als bisher gestaltet wird, ist dies mit
einer Unterdrückung der Abnutzung der Anode verbunden.
- (2) Durch ein Erhöhen der Stromdichte mit der Annäherung
an die Anodenmittelachse, wobei die Stromdichte in einem derartigen
Ausmaß erhöht wird, dass sich die Anode nicht
abnutzt, kann die gleiche Beleuchtungsstärke wie bei bisherigen
Entladungslampen erhalten werden.
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Die
vorliegende Erfindung löst die oben genannte Aufgabe auf
Basis dieser Erkenntnisse wie folgt.
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Bei
der Erfindung nach Anspruch 1 handelt es sich um eine Anode für
eine Kurzbogen-Entladungslampe, bei der an der Anodenspitzenendfläche
auf der Anodenmittelachse eine Vertiefung gebildet und die dadurch
gekennzeichnet ist, dass die Anode eine Anodeninnenwandfläche,
welche von der Anodenspitzenwandfläche einwärts
eingesunken in der Umfangsrichtung gebildet ist, eine flache Anodeninnenbodenfläche,
welche an die Anodeninnenwandfläche anschließt
und weiter einwärts gerichtet als die Anodenspitzenendfläche
gebildet ist, und einen ringförmigen Randbereich, welcher
an der Grenze der Anodeninnenwandfläche und der Anodenspitzenendfläche
in der Umfangsrichtung gebildet ist und von der Anodenmittelachse
radial auswärts gerichtet entfernt ist, umfasst.
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Bei
der Erfindung nach Anspruch 2 handelt es sich um eine Kurzbogen-Entladungslampe,
bei der eine Anode mit einer an der Anodenspitzenendfläche
auf der Anodenmittelachse gebildeten Vertiefung und eine Kathode
im Inneren einer Leuchtröhre einander gegenüberliegend
angeordnet sind, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Anode
eine Anodeninnenwandfläche, welche von der Anodenspitzenwandfläche
einwärts eingesunken in der Umfangsrichtung gebildet ist,
eine flache Anodeninnenbodenfläche, welche an die Anodeninnenwandfläche
anschließt und weiter einwärts gerichtet als die
Anodenspitzenendfläche gebildet ist, und einen ringförmigen
Randbereich, welcher an der Grenze der Anodeninnenwandfläche
und der Anodenspitzenendfläche in der Umfangsrichtung gebildet
ist und von der Anodenmittelachse radial auswärts gerichtet entfernt
ist, umfasst.
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Da
die Anode der vorliegenden Erfindung eine Vertiefung umfasst, die
eine Anodeninnenbodenfläche, welche von der Anodenspitzenendfläche
einwärts gerichtet flach ausgeführt ist, und einen
ringförmigen Randbereich, welcher von der Anodenmittellinie
radial auswärts gerichtet entfernt in der Umfangsrichtung
gebildet ist, aufweist, werden die Elektronen in dem zwischen der
Kathode und der Anode gebildeten Lichtbogen jeweils auf die Anodeninnenbodenfläche
und den ringförmigen Randbereich verteilt konzentriert.
Da dadurch die elektrische Feldstärke in der Nähe
der Anodenmittelachse bis zu einem Ausmaß, bei dem sich
die Anode nicht abnutzt, hoch wird, kann die Abnutzung der Anode
unterdrückt werden und die Lebensdauer der Entladungslampe
verlängert werden, während die gleiche Beleuchtungsstärke
wie bei bisherigen Entladungslampen erhalten wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen weiter beschrieben.
In den schematischen Zeichnungen beschreiben gleiche Bezugszeichen
gleiche Teile.
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1 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau der Kurzbogen-Entladungslampe
der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
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2 ist eine vergrößerte
Teilansicht, in der der in 1 gezeigte
Bereich A vergrößert ist;
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3 ist
eine konzeptuelle Ansicht, die die Elektronendichteverteilung im
Lichtbogen und die Anode zeigt;
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4 ist
ein Diagramm, das Daten hinsichtlich des Grads der Aufrechterhaltung
der Beleuchtungsstärke zeigt, die für die Entladungslampe
der vorliegenden Erfindung und bisherige Entladungslampe gemessen
wurden; und
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5 zeigt Schnittansichten der Aufbauten
von bisherigen Anoden zusammen mit dem Aufbau der Kathode.
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1 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau der Kurzbogen-Entladungslampe
der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. 2 ist
eine vergrößerte Teilansicht, die die Spitzenenden
der Kathode und der Anode vergrößert zeigt. Eine
Entladungslampe 10 umfasst eine Leuchtröhre 1,
die durch einen ungefähr kugelförmig ausgeführten
Leuchtabschnitt 11 und Versiegelungsteile 12A und 12B mit
der Form gerader Röhren, welche an beide Enden des Leuchtabschnitts 11 anschließen,
gebildet ist. Die Leuchtröhre 1 ist zum Beispiel aus
Quarzglas einstückig ausgebildet. An den Versiegelungsteilen 12A und 12B sind
jeweils zylinderförmige Sockel 13A und 13B zur
Stromversorgung angebracht. In einem Entladungsraum S, der im Inneren
der Leuchtröhre 1 gebildet ist, sind eine Kathode 2 und
eine Anode 3 auf einer Anodenmittelachse X einander gegenüberliegend
angeordnet. Zudem ist im Entladungsraum ein Leuchtstoff eingeschlossen.
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Als
Leuchtstoff sind Xenongas oder Argongas mit mindestens 0,5 MPa bei
Raumtemperatur und mindestens 1 mg/ccm Quecksilber eingeschlossen.
Als Leuchtstoff kann aber auch nur eines von diesen Edelgasen oder
Quecksilber eingeschlossen sein.
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Die
Kathode 2 wird im Versiegelungsteil 12A gehalten,
wobei ein säulenförmiger Rumpfteil 2A,
der in den Entladungsraum S ragt, und ein konisch geformter Spitzenendteil 2B,
der an das Spitzenende des Rumpfteils 2A anschließt
und dessen Außendurchmesser zu seinem Spitzenende hin allmählich
geringer wird, einstückig zum Beispiel aus Wolfram gebildet
sind.
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Für
die Anode 3 sind ein säulenförmiger Rumpfteil 3B und
Kegelstumpfteile 3A und 3C, die jeweils an die
Spitzenendseite bzw. an die Basisendseite des Rumpfteils 3B anschließend
gebildet sind, einstückig zum Beispiel aus Wolfram gebildet.
Am Kegelstumpfteil 3C der Basisendseite ist ein stabförmiger
Leitungsteil (nicht dargestellt) mit einem kleineren Durchmesser
als jenem des Rumpfteils 3B einstückig angeschlossen,
wobei dieser Leitungsteil im Versiegelungsteil 12B gehalten
wird.
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2 ist eine vergrößerte
Teilansicht, in der der in 1 gezeigte
Bereich A vergrößert ist. 2(a) ist
eine Schnittansicht, die die Anodenmittelachse X enthält. 2(b) ist eine Vorderansicht der Anodenspitzenendfläche
von der Richtung des in 2(a) gezeigten
Pfeils B her.
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Der
Kegelstumpfteil 3A ist wie in 2 gezeigt
so gestaltet, dass am Spitzenende eine flache Anodenspitzenendfläche 3D gebildet
ist und in der Anodenspitzenendfläche 3D eine
Vertiefung 30 gebildet ist, die so ausgeführt
ist, dass sie die Anodenmittelachse X enthält. Die Vertiefung 30 ist
so gestaltet, dass die Querschnittfläche, die die Anodenmittelachse
X enthält, rechteckig ist, das heißt, sie weist
eine Säulenform auf. Die Vertiefung 30 ist jedoch
nicht auf eine Säulenform beschränkt, sondern
kann auch die Form eines Rotationskegelstumpfs aufweisen.
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Die
Vertiefung 30 besteht durch Einsinken von der Anodenspitzenendfläche 3D in
die Einwärtsrichtung der Anode 3 aus einer Anodeninnenwandfläche 30A,
die im Anschluss an die Anodenspitzenendfläche 3D in der
Umfangsrichtung gebildet ist, einer Anodeninnenbodenfläche 30B,
die sich weiter einwärts als die Anodenspitzenendfläche 3D (an
der vom Spitzenendteil 2B der Kathode 2 entfernten
Seite) befindet, sich in Bezug auf die Anodenmittelachse X in der
senkrechten Richtung erstreckt und mit einer flachen runden Form
ausgebildet ist, und einem ringförmigen Randbereich 30C,
der an der Grenze der Anodeninnenwandfläche 30A und
der Anodenspitzenendfläche 3D entlang der Umfangsrichtung
gebildet ist. Der ringförmige Randbereich 30C ist von
der Anodenmittelachse X in der radialen Richtung entfernt ausgebildet.
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Wenn
bei der Entladungslampe der vorliegenden Erfindung zwischen der
Kathode 2 und der Anode 3 eine hohe Spannung angelegt
wird, wird zwischen der Kathode 2 und der Anode 3 ein
Lichtbogen gebildet. Bei der Anode 3 wird die elektrische
Feldstärke dem oben angeführten Prinzip der Entladungslampe
folgend mit der zunehmenden Nähe zur Mittelachse X der
Anode hin höher, doch durch die Bereitstellung des ringförmigen Randbereichs 30C an
einer von der Anodenmittelachse X radial auswärts entfernten
Stelle wird die elektrische Feldstärke auch an dieser Stelle
hoch. Mit anderen Worten werden die von der Kathode 2 abgegebenen
Elektronen durch den Umstand, dass sowohl die elektrische Feldstärke
in der Nähe der Anodenmittelachse X als auch die elektrische
Feldstärke am ringförmigen Randbereich 30C hoch
wird, jeweils auf die Nähe der Anodenmittelachse X und
den ringförmigen Randbereich 30C verteilt angezogen,
so dass die Menge der Elektronen, die in die Nähe der Anodenmittelachse
X angezogen werden, abnimmt. Außerdem ist die Anode 3 weiter einwärts
als die Anodenspitzenendfläche 3D mit der Anodeninnenbodenfläche 30B versehen,
ist die Anodeninnenbodenfläche 30B flach ausgeführt,
und wird die elektrische Feldstärke dem oben angeführten
Prinzip der Entladungslampe folgend in der Nähe der Anodenmittelachse
X hoch. Mit anderen Worten wird durch die Bereitstellung sowohl
des Anodeninnenflächenbodens 30B als auch des
ringförmigen Randbereichs 30C an der Anode 3 ein
Teil der von der Kathode 2 abgegebenen Elektronen zum ringförmigen
Randbereich 30C, der sich von der Anodenmittelachse X radial
auswärts befindet, angezogen, sammeln sich die nicht zum
ringförmigen Randbereich 30C angezogenen restlichen
Elektronen in der Nähe der Anodenmittelachse X an der Anodeninnenbodenfläche 30B,
und wird die elektrische Feldstärke in der Nähe
der Anodenmittelachse X bis zu einem Ausmaß, bei dem sich
die Anode nicht abnutzt, hoch.
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3 zeigt
das Ergebnis einer Simulation der Verteilung der elektrischen Feldstärke
im Lichtbogen für die Entladungslampe der vorliegenden
Erfindung, die mit der in 2 gezeigten Anode
versehen ist, und eine herkömmliche Entladungslampe, die
mit der in 5(a) gezeigten Anode versehen
ist. In 3 zeigt die Längsachse
die elektrische Feldstärke, während die Querachse
die Entfernung von der Anodenmittelachse X zeigt. In 3 zeigt
die durchgehende Linie die elektrische Feldstärke der Anode
der vorliegenden Erfindung, während die gestrichelte Linie
die elektrische Feldstärke der (in 5(a) gezeigten)
herkömmlichen Anode zeigt.
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Wie
in 3 mit der durchgehenden Linie gezeigt, erscheinen
bei der Anode der vorliegenden Erfindung in der Umgebung der Anodenmittelachse
X und an Stellen, die dem ringförmigen Randbereich 30C der Vertiefung 30 entsprechen,
scharfe Spitzen der elektrischen Feldstärke und wird der
Umstand vermutet, dass sich die Elektronen im Lichtbogen am ringförmigen
Randbereich 30c konzentrieren. Daraus wird gefolgert, dass
bei der Anode der vorliegenden Erfindung das Verhältnis
des zum ringförmigen Randbereich 30C angezogenen
Stroms hoch wird.
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Da
bei der (in 5(a) gezeigten) herkömmlichen
Anode keine derartigen Spitzen erkennbar sind, wird gefolgert, dass
das Verhältnis des Stroms, der zum Randbereich 431A der
Vertiefung 43 angezogen wird, gering ist. Da es somit bei
der Entladungslampe, die mit der Anode 3 der vorliegenden
Erfindung versehen ist, durch das Vorhandensein des ringförmigen
Randbereichs 30C, der so gebildet ist, dass er von der
Anodenmittelachse X radial auswärts entfernt ist, zu einer
Verteilung des Stroms auf die Nähe der Anodenmittelachse
X und den ringförmigen Randbereich 30C kommt,
kommt es zur Abschwächung der lokalem Konzentration des Stroms
auf die Nähe der Anodenmittelachse X. Darüber
hinaus wird die elektrische Feldstärke in der Nähe
der Anodenmittelachse X durch das Vorhandensein der Anodeninnenbodenfläche 30B bis
zu einem Ausmaß, bei dem sich die Anode nicht abnutzt,
gemäßigt hoch. Folglich kann die Abnutzung der
Anode bei der Entladungslampe, die mit der Anode 3 der
vorliegenden Erfindung versehen ist, verglichen mit Entladungslampen,
die mit herkömmlichen Anoden versehen sind, sicher unterdrückt
werden, während die gleiche Beleuchtungsstärke wie
bei bisherigen Entladungslampen erhalten wird.
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Die
Tiefe H der in der Anode 3 ausgebildeten Vertiefung 30 (die
Entfernung zwischen der Anodenspitzenendfläche 3D und
der Anodeninnenbodenfläche 30B) wird gemäß der
Spezifikation der Entladungslampe passend bestimmt, liegt aber vorzugsweise
in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 0,5 mm. Wenn die Tiefe H der
Vertiefung 30 geringer als 0,1 mm ist, wird die elektrische
Feldstärke am ringförmigen Randbereich 30C nicht
hoch, so dass die von der Kathode 2 abgegebenen Elektronen
nicht ausreichend angezogen werden können. Dadurch kann
die Abnutzung der Anode nicht unterdrückt werden. Wenn
die Tiefe H der Vertiefung 30 0,5 mm übersteigt,
wird der Abstand zwischen der Kathode 2 und der Anode 3 hoch
und steigt die Lampenspannung der Entladungslampe. Da dadurch der
Lampenstrom abnimmt (da diese Art von Entladungslampe im Allgemeinen
mit einer Leucht-Stromquelle mit konstanter elektrischer Leistung
betrieben wird, kommt es beim Ansteigen eines der Lampenspannung
und des Lampenstromes zur Abnahme des anderen), nimmt die Beleuchtungsstärke
ab. Zudem breitet sich der Lichtbogen in der radialen Richtung aus,
wenn die Tiefe H der Vertiefung 30 0,5 mm übersteigt,
wodurch die Sammelleistungsfähigkeit abnimmt und die Belichtungsflächen-Beleuchtungsstärke
der Belichtungsvorrichtung o. ä. abnimmt.
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Nachstehend
werden Versuche, die vorgenommen wurden, um die Resultate der vorliegenden
Erfindung zu bestätigen, und die Ergebnisse dieser Versuche
erklärt.
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Bei
der Durchführung der Versuche wurden die Entladungslampen
der vorliegenden Erfindung, des ersten Vergleichsbeispiels und des
zweiten Vergleichsbeispiels jeweils gemäß dem
in 1 gezeigten Aufbau angefertigt. Einzelheiten zu
den einzelnen Entladungslampen sind nachstehend angeführt.
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Entladungslampe der vorliegenden Erfindung
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(Lampe)
| Elektrodenabstand: | 10
mm |
| eingeschlossene
Quecksilbermenge: | 25
mg/ccm |
| eingeschlossene
Edelgasmenge: | 0,15
MPa |
| Eingangsleistung: | 10
kW |
(Anode) Vertiefung
vorhanden
| Durchmesser
D der Vertiefung (30): | 5
mm |
| Tiefe
H der Vertiefung (30): | 0,4
mm |
| Form
der Anodeninnenbodenfläche (30B): | flach |
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Entladungslampe des ersten Vergleichsbeispiels
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(Lampe)
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- wie die Entladungslampe der vorliegenden Erfindung
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(Anode)
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- keine Vertiefung vorhanden
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Entladungslampe des zweiten Vergleichsbeispiels
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(Lampe)
-
- wie die Entladungslampe der vorliegenden Erfindung
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(Anode) Vertiefung
vorhanden
| Durchmesser
D der Vertiefung (43A): | 5
mm |
| Tiefe
H der Vertiefung (43A): | 0,4
mm |
| Form
der Anodeninnenbodenfläche: | sphärisch
(in Figur 5A gezeigt) |
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Entladungslampe des dritten Vergleichsbeispiels
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(Lampe)
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- wie die Entladungslampe der vorliegenden Erfindung
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(Anode) Vertiefung
vorhanden, ringbandförmige Vertiefung
| Durchmesser
D der ringbandförmigen Vertiefung (Seite des Randbereichs
A von 43B): | 5
mm |
| Breite
der ringbandförmigen Vertiefung (43B) (Abstand
der Randbereiche A und B): | 1 mm |
| Tiefe
der ringbandförmigen Vertiefung (43B): | 0,4
mm |
| Form
der ringbandförmigen Vertiefung der Anode: | ringbandförmiger
Kanal (in Figur 5(b) gezeigt) |
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Die
einzelnen oben angeführten Entladungslampen wurden mit
einer Leucht-Stromquelle mit konstanter elektrischer Leistung zum
Leuchten gebracht, und es wurde eine Messung des Grads der Aufrechterhaltung
der Beleuchtungsstärke der einzelnen Entladungslampen vorgenommen.
Die Ergebnisse sind in 4 gezeigt. In 4 zeigt
die Längsachse den Grad der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke,
während die Querachse die Leuchtzeit zeigt.
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Der
Grad der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke steht
in einem engen Zusammenhang mit der Abnutzung der Anode. Das heißt,
ein hoher Grad der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke
zeigt, dass die Abnutzung der Anode unterdrückt wurde.
Wie in 4 gezeigt, wurde festgestellt, dass der Grad der
Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke nach Ablauf von
800 Stunden ab dem Beginn des Leuchtens bei der Entladungslampe
der vorliegenden Erfindung 95%, bei der Entladungslampe des ersten
Vergleichsbeispiels 84%, bei der Entladungslampe des zweiten Vergleichsbeispiels
92%, und bei der Entladungslampe des dritten Vergleichsbeispiels
86% betrug. Aus diesen Ergebnissen wurde erkannt, dass die Abnutzung
der Anode bei der Entladungslampe der vorliegenden Erfindung verglichen
mit den Entladungslampen des ersten Vergleichsbeispiels, des zweiten
Vergleichsbeispiels und des dritten Vergleichsbeispiels unterdrückt
werden konnte.
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Wie
oben besprochen, werden die Elektronen in dem zwischen der Kathode 2 und
der Anode 3 gebildeten Lichtbogen durch die Anode 3 der
vorliegenden Erfindung aufgrund der Bereitstellung der Anodeninnenbodenfläche 3B,
die sich weiter einwärts als die Anodenspitzenendfläche 3D befindet
und flach ausgeführt ist, und des ringförmigen
Randbereichs 30C, der von der Anodenmittelachse X radial
auswärts gerichtet entfernt ist und in der Umfangsrichtung
gebildet ist, jeweils auf die Anodeninnenbodenfläche 30B und
den ringförmigen Randbereich 30C verteilt konzentriert.
Da daher die Stromdichte in der Nähe der Anodenmittelachse
X in einem derartigen Ausmaß erhöht wird, dass
sich die Anode nicht abnutzt, kann die Abnutzung der Anode unterdrückt
werden und die Lebensdauer der Entladungslampe 10 verlängert
werden, während die gleiche Beleuchtungsstärke
wie bei bisherigen Entladungslampen erhalten wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 3598475
B [0004]
- - JP 3136511 B [0005, 0006]
- - JP 4054198 B [0005, 0006]
- - JP 4132879 B [0005, 0006]
- - JP 2004-119024 A [0006]
- - JP 2003-346709 A [0007]
