DE102010026991A1 - Short-arc discharge lamp for use as e.g. light source for background lighting of projectors, has buffer material made of metal with reduced yield stress than anode material and arranged between middle region and edge region - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kurzbogen-Entladungslampe, und sie betrifft 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 angewendet wird.The The present invention relates to a short-arc discharge lamp, and in particular, it relates to a short-arc discharge lamp, which is known as Light source for exposure in the field of production of semiconductors or liquid crystals or as a light source for backlighting is used by projectors.
Kurzbogen-Entladungslampen werden aufgrund des 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 be due to the short distance between the tip ends of a Pair of electrodes facing each other in a luminous tube are arranged by a combination with an optical system as a light source for an exposure device or used for backlighting projectors.
Die
Patentoffenlegungsschrift
In
den letzten Jahren wird bei Kurzbogen-Entladungslampen, die beim
Herstellungsprozess von Halbleitern oder Flüssigkristallpanelen
verwendet werden, wie in der Patentoffenlegungsschrift
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
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 the face of is the problem of the above-mentioned prior art It is the object of this invention, a short-arc discharge lamp to provide that has an anode structure, which in particular for short-arc discharge lamps, which is the full-standby lighting method apply the heat stress generated at the anode tip end is alleviated, a deformation of the central region of the anode tip end is prevented, and blackening can be prevented can.
Die
Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der Kurzbogen-Entladungslampe
nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
beschrieben.The
Solution of this problem is achieved with the short-arc discharge lamp
according to
Zur Lösung der obigen Aufgabe ist die Kurzbogen-Entladungslampe nach dieser Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Puffermaterial aus einem Metall mit einer geringeren Streckspannung als jener des Anodenmaterials zwischen den Mittelbereich des Spitzenendes der Anode und den ihn umgebenden ringförmigen Bereich eingefügt ist.to The solution to the above problem is the short-arc discharge lamp according to this invention, characterized in that a buffer material of a metal having a lower yield stress than that of the anode material between the middle area of the tip end of the anode and the him surrounding annular area is inserted.
Ferner besteht eine Weiterbildung darin, dass der Mittelbereich des Spitzenendes aus einem von der Anode gesonderten Einsatzkörper besteht und dieser Einsatzkörper über das Puffermaterial in eine an der Anodenspitzenendfläche gebildete Öffnung eingesetzt ist.Further There is a development in that the mid-range of the top end consists of a separate from the anode insert body and this insert body over the buffer material in an opening formed at the anode tip end surface is used.
Ferner besteht eine Weiterbildung darin, dass das Puffermaterial aus einer Metallfolie besteht, die um den Einsatzkörper gewickelt ist.Further There is a further development in that the buffer material from a Metal foil is wrapped around the insert body is.
Ferner besteht eine Weiterbildung darin, dass der Einsatzkörper aus einem ringförmigen ersten Einsatzkörper und einem über das Puffermaterial in den ersten Einsatzkörper eingesetzten zweiten Einsatzkörper besteht.Further There is a further development in that the insert body from an annular first insert body and one on the buffer material in the first insert body used second insert body consists.
Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass an der inneren Umfangsfläche des ringförmigen ersten Einsatzkörpers Sprünge vorhanden sind, die sich an der Anodenspitzenendfläche in der radialen Richtung erstrecken.A Another development is that on the inner peripheral surface the annular first insert body jumps present at the anode tip end surface extend in the radial direction.
Ferner besteht eine Weiterbildung darin, dass der ringförmige erste Einsatzkörper in mehrere Körper geteilt ist.Further There is a further development in that the annular first insert body divided into several bodies is.
Ferner besteht eine Weiterbildung darin, dass die Öffnung eine Durchgangsöffnung ist, die bis zum hinteren Ende der Anode vordringt, der Einsatzkörper aus dem Elektrodenschaft besteht und dieser Elektrodenschaft in die Durchgangsöffnung eingesetzt ist und sein Spitzenende an der Spitzenendfläche der Elektrode liegt.Further There is a development in that the opening a Passage opening is that to the rear end of the anode penetrates, the insert body consists of the electrode shaft and this electrode shaft inserted into the through hole is and its tip end at the tip end surface of the electrode lies.
In einer anderen Weiterbildung sind der Mittelbereich des Spitzenendes und der umgebende ringförmige Bereich durch Ausbilden einer ringförmigen Öffnung an der Spitzenendfläche der Anode gebildet, und das Puffermaterial aus einem Sintermetall ist in diese ringförmige Öffnung eingefügt.In Another development is the mid-range of the top end and the surrounding annular region by forming a annular opening at the tip end surface formed the anode, and the buffer material of a sintered metal is inserted in this annular opening.
Ferner besteht eine Weiterbildung darin, dass in zumindest einem aus der inneren Oberfläche der Öffnung und der äußeren Oberfläche des Einsatzkörpers Ausweichrillen für die Metallfolie gebildet sind.Further there is a development that in at least one of the inner surface of the opening and the outer Surface of the insert body Evasion grooves for the metal foil are formed.
Ferner besteht eine Weiterbildung darin, dass die Ausweichrillen in der Umfangsrichtung gebildet sind.Further There is a development in that the escape grooves in the Circumferential direction are formed.
Bevorzugt sind die Ausweichrillen in der Achsenrichtung gebildet.Prefers the escape grooves are formed in the axis direction.
Da nach der Kurzbogen-Entladungslampe dieser Erfindung ein Puffermaterial aus einem Metall mit einer geringeren Streckspannung als jener des Anodenmaterials zwischen den Mittelbereich des Spitzenendes der Anode und den ihn umgebenden ringförmigen Bereich eingefügt ist, werden insbesondere beim Voll-Standby-Leuchtbetrieb o. ä. auch bei Temperaturveränderungen des Anodenspitzenendes Wärmeverformungen des Mittelbereichs des Spitzenendes durch das Puffermaterial aufgenommen, wodurch es nicht zu einer Verformung und zum Phänomen des Vorspringens kommt und als Folge der Mittelbereich des Spitzenendes nicht abnorm erhitzt wird und keine Schwärzung der Leuchtröhre entsteht. Auch wenn sich das Puffermaterial durch eine Wärmeausdehnung plastisch verformt, dringt diese Ausdehnung des Puffermaterials aufgrund der Bildung von Ausweichrillen in zumindest einem aus dem Einsatzkörper und der Öffnung in diese Ausweichrillen ein, kommt es nicht zu einem Vorspringen von der Spitzenendfläche der Anode und wird dieser Bereich nicht abnorm erhitzt, so dass keine Schwärzung der Leuchtröhre entsteht.There after the short-arc discharge lamp of this invention, a buffer material made of a metal with a lower yield stress than that of the Anode material between the middle region of the tip end of the Anode and the surrounding annular area inserted is, especially in full-standby lighting o. Ä. even with temperature changes of the anode tip end Heat deformations of the central region of the tip end through absorbed the buffer material, which does not cause deformation and the phenomenon of protrusion comes and as a result of Mid-range of the tip end is not abnormally heated and none Blackening of the arc tube arises. Even if the buffer material by plastic thermal expansion deformed, this expansion of the buffer material penetrates due to the Formation of evasion grooves in at least one of the insert body and the opening in these escape grooves, it does not come to project from the tip end surface of the anode and this area is not heated abnormally, so that no blackening the arc tube arises.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen weiter erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.The The invention will be described below with reference to schematic drawings further explained. In the figures, like reference numerals designate same parts.
In
der Figur ist im Mittelbereich der Spitzenendfläche
Das
Puffermaterial
Auch
die Öffnung
Durch eine 10 Sekunden lange Entladung
bei Entladungsströmen von 20 A für 1 Sekunde und
200 A für 1 Sekunde (0,5 Hz) in einer Argonatmosphäre
(1 atm) wurde ein Wärmestoß auf die Anode ausgeübt,
wodurch Sprünge (Risse) gebildet wurden.
By discharging for 10 seconds at discharge currents of 20 A for 1 second and 200 A for 1 second (0.5 Hz) in an argon atmosphere (1 atm), a thermal shock was applied to the anode, whereby cracks (cracks) were formed.
Da
der innere zweite Einsatzkörper
Nach
dieser Ausführungsform ist es bei einer plötzlichen
Erhitzung des Mittelbereichs des Spitzenendes der Anode
Da
der Einsatzkörper
Bei
den obigen Ausführungsformen von
Um
die Anode der vorliegenden Erfindung und eine herkömmliche
Anode zu vergleichen, wurden auf Basis der ersten Ausführungsform
Leuchtversuche hinsichtlich des Grads der Aufrechterhaltung der
Beleuchtungsstärke vorgenommen. Die bei den Versuchen verwendeten
Lampen wiesen eine eingeschlossene Quecksilbermenge von 30 mg/ccm
auf. Was die Abmessungen der Anoden betrifft, betrug der Außendurchmesser
25 mm, die Gesamtlänge 40 mm und der Durchmesser der Spitzenendfläche
10 mm. Die Versuche wurden unter Veränderung des Durchmessers
(D) der in der Lampe gebildeten Öffnung
Leuchtbedingungen und BewertungLighting conditions and rating
Ein Leuchtzyklus mit einer Eingangsleistung von 5 kW für 5 Sekunden und 3 kW für 50 Sekunden wurde wiederholt ausgeführt und nach einem 500 Stunden langen Leuchtbetrieb das Ausmaß (mm) des Vorspringens des Spitzenendes als Höhe des Vorspringens an der Anodenspitzenendfläche bewertet. Hinsichtlich des Grads der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke wurde die UV-Beleuchtungsstärke mit einer Wellenlänge von 365 nm (i-Linie) zu Beginn des Leuchtbetriebs unter den gleichen Leuchtbedingungen als Basis genommen und der Grad der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke nach dem 500 Stunden langen Leuchtbetrieb berechnet. Was die Lampen der vorliegenden Erfindung betrifft, wurden Lampen bewertet, bei denen der Durchmesser der am Anodenspitzenende der Lampe gebildeten Öffnung auf 3 mm, 6 mm bzw. 8 mm eingerichtet war.One Luminous cycle with an input power of 5 kW for 5 Seconds and 3 kW for 50 seconds was repeated and after 500 hours of operation the extent (mm) protruding the tip end as the height of the protrusion evaluated at the anode tip endface. Regarding the degree maintaining the illuminance was the UV illuminance with a wavelength of 365 nm (i-line) at the beginning of lighting operation under the same Lighting conditions taken as a basis and the degree of maintenance the illuminance calculated after the 500 hour long lighting operation. As for the lamps of the present invention, lamps became rated at which the diameter of the anode tip of the Lamp formed opening to 3 mm, 6 mm or 8 mm was.
Die
Versuchsergebnisse sind in Tabelle 1 angeführt. Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, betrug das Ausmaß des Vorspringens des Anodenspitzenendes nach einem 500 Stunden langen Leuchtbetrieb bei der herkömmlichen Elektrode 0,94 mm, während es bei den Elektroden der vorliegenden Erfindung mit 0,41 bis 0,72 mm geringer war. Dies führte zu einer starken Verbesserung des Grads der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke der i-Linie von den 86% der herkömmlichen Elektrode zu 89 bis 92%.As From Table 1, the amount of protrusion was of the anode tip end after a 500 hour long light operation in the conventional electrode 0.94 mm while 0.41 to 0.72 for the electrodes of the present invention mm was lower. This resulted in a strong improvement the degree of maintenance of illuminance the i-line from the 86% of the conventional electrode too 89 to 92%.
Da, wie oben erklärt wurde, bei der Kurzbogen-Entladungslampe nach der vorliegenden Erfindung zwischen dem Mittelbereich des Spitzenendes der Anode und seinem umgebenden ringförmigen Bereich ein Puffermaterial aus einem Metall mit einer geringeren Streckspannung als der des Anodenmaterials eingefügt ist, wird insbesondere auch bei der Anwendung des Voll-Standby-Leuchtverfahrens die Wirkung erhalten, dass es nicht zu einer Erhitzung des Mittelbereichs des Anodenspitzenendes und einem lokalen Vorspringen kommt und ein Verdampfen des Anodenmaterials infolge eines solchen Vorspringens des Mittelbereichs und eine Abnahme der Beleuchtungsstärke aufgrund einer durch ein solches Verdampfen entstehenden Schwärzung der Leuchtröhre unterdrückt werden können.There, as explained above, in the short-arc discharge lamp according to the present invention, between the central region of the tip end the anode and its surrounding annular area a buffer material made of a metal with a lower yield stress than that of the Anodenmaterials is inserted, is especially at the application of the full-standby lighting system has the effect of that there is no heating of the central region of the anode tip end and a local projection comes and evaporation of the anode material due to such protrusion of the central area and a decrease the illuminance due to a by such Evaporation resulting blackening of the arc tube can be suppressed.
Als
nächstes wird eine siebente Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung erklärt. Die vorliegende Ausführungsform
ist ein Anwendungsbeispiel, bei dem das Puffermaterial eine Metallfolie
ist.
Konkret
ist ein Einsatzkörper
An
der äußeren Umfangsfläche des Einsatzkörpers
Wenn
sich das Puffermaterial
Bei
der obigen Ausführungsform wurden die Ausweichrillen
Bei
den in
Was
die Bildung dieser Ausweichrillen betrifft, können Ausweichrillen
an der Außenfläche des Einsatzkörpers
Zum
Vergleich der Anode der vorliegenden Erfindung mit einer herkömmlichen
Anode und der Anode eines Vergleichsbeispiels wurden für
eine auf der ersten Ausführungsform beruhende Anode der
vorliegenden Erfindung, eine herkömmliche Anode und die
Anode eines Vergleichsbeispiels Beleuchtungsversuche hinsichtlich
des Ausmaßes des Vorspringens am Spitzenende und des Grads
der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke vorgenommen.
Die bei den Versuchen verwendeten Lampen wiesen eine eingeschlossene Quecksilbermenge
von 30 mg/ccm auf. Was die Abmessungen der Anoden betrifft, betrug
der Außendurchmesser 25 mm, die Gesamtlänge 40
mm und der Durchmesser der Spitzenendfläche 8 mm. Die Öffnung
Anodenanodes
-
Anode A der vorliegenden Erfindung:
Elektrode, bei
der an der Außenfläche des Einsatzkörpers
35 eine spiralförmige Rille40 mit einer Tiefe von 75 μm und einer Steigung von 200 μm gebildet war.Anode A of the present invention: electrode, in which on the outer surface of the insert body35 aspiral groove 40 was formed with a depth of 75 microns and a pitch of 200 microns. -
Anode B des Vergleichsbeispiels:
Elektrode, bei der im
Einsatzkörper
35 und in der Öffnung34 keine Ausweichrillen vorhanden waren (siehe1 ).Anode B of the comparative example: electrode, in theinsert body 35 and in theopening 34 no escape grooves were present (see1 ). -
Anode C des Stands der Technik:
einstückig gebildete
Elektrode ohne Einsatzkörper (siehe
8 ).Anode C of the prior art: integrally formed electrode without insert body (see8th ).
Leuchtbedingungen und BewertungLighting conditions and rating
Ein
Leuchtzyklus mit einer Eingangsleistung von 4 kW für 6
Sekunden und 2 kW für 26 Sekunden wurde wiederholt ausgeführt
und nach einem 500 Stunden langen Leuchtbetrieb das Ausmaß (mm)
des Vorspringens des Spitzenendes als Höhe des Vorspringens
an der Anodenspitzenendfläche bewertet. Hinsichtlich des Grads
der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke wurde die
UV-Beleuchtungsstärke mit einer Wellenlänge von
365 nm (i-Linie) zu Beginn des Leuchtbetriebs unter den gleichen
Leuchtbedingungen als Basis genommen und der Grad der Aufrechterhaltung
der Beleuchtungsstärke nach dem 500 Stunden langen Leuchtbetrieb berechnet.
Die Ergebnisse der obigen Versuche sind in der nachstehenden Tabelle
2 angeführt. Der Grad der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke
ist in
Wie
aus Tabelle 2 ersichtlich, betrug das Ausmaß des Vorspringens
am Anodenspitzenende nach einem 500 Stunden langen Leuchtbetrieb
bei der Anode C des Stands der Technik 0,94 mm, während
bei der Anode B des Vergleichsbeispiels mit 0,41 mm eine Verbesserung
bestand. Bei der Anode A der vorliegenden Erfindung wurde das Vorspringen
weiter verbessert und mit 0,2 mm stark verringert. Als Folge wurde
der Grad der Aufrechterhaltung der Beleuchtungsstärke der
i-Linie wie in Tabelle 2 und
Da, wie oben erklärt wurde, bei der Kurzbogen-Entladungslampe nach der vorliegenden Erfindung ein von der Anode gesonderter Einsatzkörper über ein Puffermaterial aus einem Metall mit einer geringeren Streckspannung als jener des Anodenmaterials in eine im Mittelbereich des Spitzenendes der Anode gebildete Öffnung eingesetzt ist und an zumindest einem aus der Innenfläche der Öffnung der Anode und der Außenfläche des Einsatzkörpers Ausweichrillen für das Puffermaterial gebildet sind, ergeben sich die Wirkungen, dass es insbesondere bei der Anwendung des Voll-Standby-Leuchtverfahrens nicht zu einer Erhitzung des Mittelbereichs des Anodenspitzenendes und einem lokalen Vorspringen kommt und ein Verdampfen des Anodenmaterials infolge eines solchen Vorspringens des Mittelbereichs und eine Abnahme der Beleuchtungsstärke aufgrund einer durch ein solches Verdampfen entstehenden Schwärzung der Leuchtröhre unterdrückt werden können, bzw. dass auch bei einer Wärmeausdehnung des zwischen den Einsatzkörper und die Anodenöffnung eingesteckten Puffermaterials diese Ausdehnung in die Ausweichrillen eindringt und dort aufgenommen wird und es nicht zu einem Vorspringen von der Spitzenendfläche der Anode kommt, wodurch verhindert werden kann, dass das Puffermaterial übermäßig erhitzt wird und verdampft.As explained above, in the short-arc discharge lamp of the present invention, an insert body separate from the anode is inserted into a hole formed in the central portion of the tip end of the anode via a buffer material of a metal having a lower yield stress than that of the anode material At least one of the inner surface of the opening of the anode and the outer surface of the insert body evasion grooves are formed for the buffer material, there are the effects that, especially in the application of the full-standby lighting method not to a heating of the central region of the anode tip end and a local projection comes and evaporation of the anode material due to such a projection of the central region and a decrease in the illuminance due to a resulting from such evaporation blackening of the arc tube can be suppressed, or that even with a thermal expansion of the zwis Chen the insert body and the anode opening inserted buffer material penetrates this expansion in the escape grooves and is recorded there and there is no protrusion from the tip end surface of the anode, whereby the buffer material can be prevented from being excessively heated and evaporated.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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