DE102010026164B4 - Short arc discharge lamp with insert body in the tip end surface of the anode - Google Patents
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Abstract
Kurzbogen-Entladungslampe, bei der eine Anode (3) und eine Kathode in einer Leuchtröhre einander gegenüberliegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
in einer Spitzenendfläche (3A) der Anode (3) eine Vertiefung (4) gebildet ist, ein Einsatzkörper aus dem gleichen Material wie jenem der Anode (3) in diese Vertiefung (4) eingesetzt ist und zwischen dem hinteren Ende des Einsatzkörpers und der Vertiefung (4) ein Freiraum (6) gebildet ist,
wobei eine Spitzendendfläche (3A) des Einsatzkörpers (5) in der gleichen Ebene wie die Spitzenendfläche (3A) der Anode (3) liegt.
Short-arc discharge lamp in which an anode (3) and a cathode in a light tube are arranged opposite to each other, characterized in that
a recess (4) is formed in a tip end surface (3A) of the anode (3), an insert body made of the same material as that of the anode (3) is inserted into this recess (4), and between the rear end of the insert body and the recess (4) a free space (6) is formed,
wherein a tip end surface (3A) of the insert body (5) lies in the same plane as the tip end surface (3A) of the anode (3).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kurzbogen-Entladungslampe und insbesondere eine Kurzbogen-Entladungslampe, die als Lichtquelle zur Belichtung etwa auf dem Gebiet der Herstellung von Halbleitern oder Flüssigkristallen oder als Lichtquelle zur Hinterleuchtung von Projektoren verwendet wird.The present invention relates to a short-arc discharge lamp, and more particularly to a short-arc discharge lamp used as a light source for exposure in the field of semiconductor or liquid crystal fabrication or as a light source for backlighting projectors.
Kurzbogen-Entladungslampen werden aufgrund kurzen Abstands zwischen den Spitzenenden eines Paars von Elektroden, die einander gegenüberliegend in einer Leuchtröhre angeordnet sind, durch eine Kombination mit einem optischen System als Lichtquelle für eine Belichtungsvorrichtung oder zur Hinterleuchtung von Projektoren verwendet.Short-arc discharge lamps are used as a light source for an exposure apparatus or for backlighting projectors due to a short distance between the tip ends of a pair of electrodes disposed opposite to each other in a luminous tube by a combination with an optical system.
In den letzten Jahren wird bei Kurzbogen-Entladungslampen, die beim Herstellungsprozess von Halbleitern oder Flüssigkristallpanelen verwendet werden, wie in der
Da es beim Ein- und Ausschalten der Lampe bzw. bei der Veränderung der Eingangsleistung beim Standby-Leuchtbetrieb zu einer Veränderung des vom Lichtbogen zur Anode fließenden Wärmeflusses kommt, verändert sich die Temperatur der Anode und kommt es zu internen Beanspruchungen der Anode. Dabei ist der Mittelbereich 50 der dem Lichtbogen gegenüberliegenden Anodenspitzenendfläche, wie in
Ein derartiger Vorsprung kehrt selbst dann, wenn sich die Temperatur des Anodenspitzenendes beim Leuchtbetrieb mit der Nennleistung stabilisiert hat, nicht völlig zu seiner ursprünglichen Form zurück, sondern bleibt bestehen. Überdies tritt diese Formveränderung beim Voll-Standby-Leuchtbetrieb wiederholt auf, und der Vorsprung vergrößert sich durch Akkumulation. Dann besteht das Problem, dass sich die Entladung an diesem vergrößerten Vorsprungsteil konzentriert, der Vorsprungsteil abnorm erhitzt wird, das Elektrodenmaterial verdampft und an der Innenwand der Leuchtröhre anhaftet und die Innenwand der Leuchtröhre geschwärzt wird, was eine plötzliche Abnahme der Beleuchtungsstärke hervorruft.Such a projection does not completely return to its original shape even when the temperature of the anode tip end has stabilized in luminous operation at the rated power but remains. Moreover, this shape change repeatedly occurs in the full-standby lighting operation, and the projection increases by accumulation. Then, there is a problem that the discharge concentrates on this enlarged projection portion, the projection portion is abnormally heated, the electrode material evaporates and adheres to the inner wall of the arc tube and the inner wall of the arc tube is blackened, causing a sudden decrease in illuminance.
Aus der
Angesichts der Probleme des oben angeführten Stands der Technik ist es die Aufgabe dieser Erfindung, eine Kurzbogen-Entladungslampe bereitzustellen, die einen Anodenaufbau aufweist, wodurch insbesondere bei Kurzbogen-Entladungslampen, die das Voll-Standby-Leuchtverfahren anwenden, die am Anodenspitzenende entstehende Wärmebeanspruchung abgemildert wird, eine Verformung des Mittelbereichs des Anodenspitzenendes verhindert wird, und eine Schwärzung verhindert werden kann.In view of the problems of the above-mentioned prior art, it is the object of this invention to provide a short arc discharge lamp having an anode structure, thereby alleviating the thermal stress generated at the anode tip end, particularly in short arc discharge lamps employing the full standby lighting method , deformation of the central portion of the anode tip end is prevented, and blackening can be prevented.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der Kurzbogen-Entladungslampe nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. The solution to this problem is achieved with the short-arc discharge lamp according to claim 1. Preferred developments are described in the subclaims.
Zur Lösung der obigen Aufgabe ist die Kurzbogen-Entladungslampe nach dieser Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass in der Spitzenendfläche der Anode eine Vertiefung gebildet ist, ein Einsatzkörper aus dem gleichen Material wie jenem der Anode in diese Vertiefung eingesetzt ist, und zwischen dem hinteren Ende des Einsatzkörpers und der Vertiefung ein Freiraum gebildet ist, wobei eine Spitzenendfläche des Einsatzkörpers in der gleichen Ebene wie die Spitzenendfläche der Anode liegt.To achieve the above object, the short-arc discharge lamp according to this invention is characterized in that a recess is formed in the tip end surface of the anode, an insert body made of the same material as that of the anode is inserted into this recess, and between the rear end of the insert body and a clearance is formed in the recess, wherein a tip end surface of the insert body is in the same plane as the tip end surface of the anode.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass zumindest ein Teil des Freiraums innerhalb des Bereichs der Wärmediffusionslänge vom Anodenspitzenende vorhanden ist.A development consists in that at least part of the free space is present within the range of the heat diffusion length from the anode tip end.
Zudem besteht eine Weiterbildung darin, dass der Freiraum bei einer Entfernung L von der Anodenspitzenendfläche bis zum Freiraum und einer größten Querschnittfläche S des Freiraums in einer senkrechten Schnittebene in Bezug auf die Elektrodenachse in einem Bereich von S ≤ πL2 liegt.In addition, a further development is that the clearance at a distance L from the anode tip end surface to the free space and a largest cross-sectional area S of the free space in a vertical sectional plane with respect to the electrode axis is in a range of S ≦ πL 2 .
Da nach der Kurzbogen-Entladungslampe der vorliegenden Erfindung ein Einsatzkörper aus dem gleichen Material wie jenem der Anode in eine im Spitzenende der Anode gebildete Vertiefung eingesetzt ist und zwischen dem hinteren Ende des Einsatzkörpers und der Vertiefung ein Freiraum gebildet ist, wird auch bei einer Temperaturveränderung des Anodenspitzenendes, insbesondere etwa beim Voll-Standby-Leuchtbetrieb, diese Temperaturveränderung durch das Vorhandensein des Freiraums nicht so, wie sie ist, geradlinig nach hinten übertragen. Außerdem wirkt der Freiraum als Verzerrungsentlastungsbereich, der eine Wärmeausdehnung und Kontraktion des Einsatzkörpers gestattet. Dadurch wird verhindert, dass sich das Anodenspitzenende, d. h. der Einsatzkörper, so verformt, dass es zu einem Vorspringen kommt. Als Folge wird eine mit dem Verdampfen der Elektrode verbundene Schwärzung der Leuchtröhre verhindert, und eine Abnahme des Grads der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke kann verhindert werden.Since, according to the short-arc discharge lamp of the present invention, an insert body made of the same material as that of the anode is inserted into a recess formed in the tip end of the anode and a clearance is formed between the rear end of the insert body and the recess, the temperature will change even if the temperature changes Anoden tip end, especially about the full-standby lighting operation, this temperature change by the presence of the free space is not as it is transmitted straight to the rear. In addition, the clearance acts as a distortion relief area allowing thermal expansion and contraction of the insert body. This prevents the anode tip end, i. H. the insert body, so deformed that it comes to a projection. As a result, blackening of the arc tube associated with the evaporation of the electrode is prevented, and a decrease in the degree of maintenance of the illuminance can be prevented.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind schematisch, und gleiche Bezugszeichen in ihnen bezeichnen gleiche Teile.
-
1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht des Spitzenendes der Anode einer Kurzbogen-Entladungslampe nach der vorliegenden Erfindung. -
2 ist eine teilweise geschnittene Ansicht einer anderen Ausführungsform. -
3 ist eine teilweise geschnittene Ansicht noch einer anderen Ausführungsform. -
4 ist eine Gesamtansicht des Stands der Technik. -
5 ist eine erklärende Ansicht des wichtigsten Teils von4 .
-
1 Fig. 10 is a partially cutaway view of the tip end of the anode of a short arc discharge lamp according to the present invention. -
2 is a partially sectional view of another embodiment. -
3 is a partially sectional view of yet another embodiment. -
4 is an overall view of the prior art. -
5 is an explanatory view of the most important part of4 ,
In den Figuren ist am Spitzenende einer Anode
In
- L: Wärmediffusionslänge (m)
- α: Wärmediffusionsrate (m2/s)
- f: Wiederholungsfrequenz (Hz)
- L: heat diffusion length (m)
- α: heat diffusion rate (m 2 / s)
- f: repetition frequency (Hz)
Die Wärmediffusionsrate α ist wie folgt definiert:
Um ein Beispiel zu geben, beträgt L bei einer Anode
Die Wärme vom Spitzenende der Anode
Es kommt zwar am Anodenspitzenende zu einer Wärmedehnung, doch da der Freiraum selbst als Verzerrungsentlastungsbereich wirkt, der im Inneren der Elektrode eine freie Wärmeausdehnung und Kontraktion erlaubt, wird letztendlich eine Verformung der Elektrode unterdrückt. Das heißt, am Elektrodenspitzenende entsteht zwar eine der Wärmedehnung entsprechende Druckspannung, doch da diese Druckspannung auf Seiten des Freiraums entlastet wird, werden Verformungen in Richtung der Elektrodenspitze unterdrückt.Although thermal expansion occurs at the anode tip end, since the clearance itself acts as a distortion relief region allowing free thermal expansion and contraction inside the electrode, deformation of the electrode is ultimately suppressed. That is, at the electrode tip end, although a compressive strain corresponding to the thermal expansion, but since this compressive stress is relieved on the side of the free space, deformations in the direction of the electrode tip are suppressed.
Doch wenn der Freiraum zu groß ist, wird die Querschnittfläche der Wärmeleitung von der Elektrodenspitze zum hinteren Ende klein, und es kommt zu einem Temperaturanstieg in der Nähe des Elektrodenspitzenendes, weshalb das Verdampfen des Elektrodenmaterials gefördert wird, was als Folge eine Abnahme des Grads der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke mit sich bringt. Die Größe des Freiraums
Bei dieser Ausführungsform besteht die Vertiefung
Bei dieser Ausführungsform ist am hinteren Ende des Einsatzkörpers
Zum Vergleich der vorliegenden Erfindung und des Stands der Technik wurde ein Leuchtversuch hinsichtlich des Grads der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke auf Basis der ersten Ausführungsform vorgenommen. Die beim Versuch verwendeten Lampen wiesen eine eingeschlossene Quecksilbermenge von 2 mg/ccm und etwa 3,5 atm Argon auf. Was die Abmessungen der Anode (Wolfram) betrifft, betrug der Durchmesser 29 mm, die Gesamtlänge 50 mm und der Durchmesser des Spitzenendes 10 mm. Die Kathode wies einen Durchmesser von 12 mm, einen Verjüngungswinkel von 60 Grad und einen Durchmesser des Spitzenendes von 1 mm auf. Der Elektrodenabstand vor dem Leuchtbetrieb betrug 6,5 mm.For comparison of the present invention and the prior art, a lighting test was performed on the degree of maintenance of illuminance based on the first embodiment. The lamps used in the experiment had an enclosed amount of mercury of 2 mg / cc and about 3.5 atm of argon. As for the dimensions of the anode (tungsten), the diameter was 29 mm, the total length was 50 mm and the diameter of the tip end was 10 mm. The cathode had a diameter of 12 mm, a taper angle of 60 degrees, and a tip end diameter of 1 mm. The electrode distance before the lighting operation was 6.5 mm.
Für diesen Versuch wurden drei Arten von Anoden vorbereitet, wobei in der Anode der vorliegenden Erfindung in der Spitzenendfläche der Anode eine Vertiefung
Als Vergleichsprodukt wurde eine Anode vorbereitet, bei der die Dicke des Einsatzkörpers gleich wie die Tiefe der Vertiefung ausgeführt wurde, der Einsatzkörper in die Vertiefung eingepresst und kein Freiraum vorhanden war. Für das herkömmliche Produkt wurde eine Anode vorbereitet, die keine derartige Ausbildung aufwies.As the comparative product, an anode was prepared in which the thickness of the insert body was performed the same as the depth of the recess, the insert body was pressed into the recess and no space was available. For the conventional product, an anode was prepared which did not have such a configuration.
Für diese Lampen wurde jeweils ein beschleunigter Versuch zur Bewertung des Grads der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke in einer kurzen Zeit (
Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 1 angeführt.
Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 erkennbar, verformte sich der Mittelbereich des Spitzenendes der Anode beim herkömmlichen Produkt so, dass er heftig vorsprang, und kam es zu einem Schmelzen des Spitzenendes. Da die Gefahr eines Platzens bestand, wurde der Leuchtversuch während seines Verlaufs abgebrochen. Zu diesem Zeitpunkt betrug der Grad der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke 52 %. Das Vergleichsprodukt verformte sich so, dass der eingepresste Einsatzkörper vorsprang. Das Spitzenende wölbte sich vor, und der Grad der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke betrug 65 %. Im Gegensatz dazu war bei der vorliegenden Erfindung die Verformung des Einsatzkörpers, der den Mittelbereich des Spitzenendes bildete, gering und der Grad der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke mit 85 % gut.As can be seen from Table 1, in the conventional product, the center portion of the tip end of the anode deformed so as to protrude violently, and the tip end melted. Since there was a risk of bursting, the lighting test was stopped during its course. At this time, the degree of maintenance of illuminance was 52%. The comparative product deformed so that the pressed-insert body jumped forward. The top end bulged and the degree of illuminance maintenance was 65%. In contrast, in the present invention, the deformation of the insert body constituting the central portion of the tip end was small and the degree of maintenance of the illuminance was good at 85%.
Da, wie oben erklärt wurde, bei der Kurzbogen-Entladungslampe nach der vorliegenden Erfindung ein Einsatzkörper aus dem gleichen Material wie jenem der Anode in eine im Spitzenende der Anode gebildete Vertiefung eingesetzt ist und zwischen dem hinteren Ende des Einsatzkörpers und dem Boden der Vertiefung ein Freiraum gebildet ist, wobei eine Spitzenendfläche des Einsatzkörpers in der gleichen Ebene wie die Spitzenendfläche der Anode liegt, wird insbesondere auch bei der Ausführung des Voll-Standby-Leuchtverfahrens bei einer periodischen Erhitzung des Mittelbereichs des Anodenspitzenendes die Wärmeverzerrung im Freiraum entlastet, wodurch sich die Wirkung ergibt, dass es keine Verformung wie ein lokales Vorspringen zum Spitzenende hin gibt und eine Abnahme der Beleuchtungsstärke, die auf einer Schwärzung durch das Verdampfen des Anodenmaterials beruht, unterdrückt werden kann.As explained above, in the short-arc discharge lamp of the present invention, an insert body made of the same material as that of the anode is inserted into a recess formed in the tip end of the anode, and a clearance is provided between the rear end of the insert body and the bottom of the recess With a tip end face of the insert body lying in the same plane as the tip end face of the anode, especially in the embodiment of the full standby lighting method with periodic heating of the middle portion of the anode tip end, the heat distortion in the clearance is relieved, thereby giving the effect in that there is no deformation such as local protrusion to the tip end, and a decrease in the illuminance based on blackening by the evaporation of the anode material can be suppressed.
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