DE102012005373A1

DE102012005373A1 - Kurzbogenentladungslampe

Info

Publication number: DE102012005373A1
Application number: DE201210005373
Authority: DE
Inventors: Akihisa Morimoto; Hideki Takata
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2032-03-17
Also published as: DE102012005373B4; JP5397401B2; JP2012204035A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kurzbogenentladungslampe (10), umfassend ein Entladungsgefäß (11) mit einem Leuchtröhrenteil (12), in dem ein Paar Elektroden (21, 25) einander gegenüberliegend angeordnet ist, und Versiegelungsabschnitten (13A, 13B), die an die beiden Enden des Leuchtröhrenteils (12) anschließen, wobei zumindest eine der Elektroden (21) einen Elektrodenschaftteil (22) aufweist, an dessen Spitzenende ein Spiralenteil (23) gebildet ist, der ein Material für eine leichte Elektronenemission enthält. Die Innenfläche des Leuchtröhrenteils (12), die die Umgebung dieser einen Elektrode (21) umgibt, in einer Schnittebene entlang der Röhrenachse des Entladungsgefäßes (11) einen nach außen gewölbten ersten Krümmungsteil (15) bildet, der den Innenflächenbereich, welcher zumindest die Umgebung des Lichtbogenbildungsbereichs umgibt, und einen an den ersten Krümmungsteil (15) anschließenden, nach innen gewölbten zweiten Krümmungsteil (16) aufweist, und ein erster Wendepunkt (P1), der die Grenzposition zwischen dem ersten Krümmungsteil (15) und dem zweiten Krümmungsteil (16) darstellt, in dem Innenflächenbereich positioniert ist, der die Umgebung des Spiralenteils (23) umgibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kurzbogenentladungslampen, und betrifft insbesondere Kurzbogenentladungslampen, die ideal als Lichtquelle für Halbleiterprüfvorrichtungen, die UV-Strahlen verwenden, als Lichtquelle für Projektoren oder als Lichtquelle für Belichtungsvorrichtungen verwendet werden. Da Kurzbogenentladungslampen unter anderem die Vorteile aufweisen, dass eine hohe Leuchtstärke erhalten wird, dass sie eine Punktlichtquelle bilden können, und dass sie kleinformatig sind, werden sie zum Beispiel ideal als Lichtquelle für Halbleiterprüfvorrichtungen, als Lichtquelle für Projektoren oder als Lichtquelle für Belichtungsvorrichtungen verwendet.
Bei derartigen Kurzbogenentladungslampen wird eine weitere Verkleinerung verlangt. So ist zum Beispiel in der JP-A-08-287867 (1996) eine als Lichtquelle für Untersuchungsvorrichtungen wie etwa Mikroskope verwendete kleinformatige Kurzbogenlampe mit einem Innenvolumen des Leuchtröhrenteils des Entladungsgefäßes von zum Beispiel 300 mm³ offenbart. In der JP-A-2007-123140 ist eine als Lichtquelle für eine Projektorvorrichtung verwendete kleinformatige Kurzbogenentladungslampe mit einem Innenvolumen des Leuchtröhrenteils des Entladungsgefäßes von zum Beispiel 214 mm³ offenbart.
4 ist eine erklärende Ansicht, die den Aufbau eines Beispiels einer herkömmlichen Kurzbogenentladungslampe schematisch zeigt. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht des von einer gestrichelten Linie umgebenen Bereichs in 4.
Diese Kurzbogenentladungslampe 40 umfasst ein Entladungsgefäß 41 aus zum Beispiel Quarzglas, das einen ungefähr kugelförmigen oder ungefähr ovalen Leuchtröhrenteil 42, der in seinem Inneren einen Entladungsraum bildet, und an die beiden Enden des Leuchtröhrenteils 42 anschließende Versiegelungsabschnitte 43 aufweist. Im Inneren des Leuchtröhrenteils 42 sind eine Kathode 21 und eine Anode 25 einander gegenüberliegend angeordnet, und es sind Quecksilber als Leuchtsubstanz, ein Edelgas als Puffergas und ein Halogen zur Vornahme eines Halogenzyklus eingeschlossen.
Die Kathode 21 besteht aus einem stabförmigen Elektrodenschaftteil 22, dessen Spitzenende ungefähr kegelförmig ausgeführt ist, und einem im Bereich der Spitzenendseite des Elektrodenschaftteils 22 ausgebildeten Spiralenteil 23, der ein Material für eine leichte Elektronenemission enthält, und ist über eine Metallfolie 28, die luftdicht in einen Versiegelungsabschnitt 43 eingebettet ist, elektrisch an eine externe Leitung 27, die sich von dem äußeren Ende des Versiegelungsabschnitts 43 in der Achsenrichtung nach außen vorspringend erstreckt, angeschlossen. Die Anode 25 ist stabförmig mit einem ungefähr kegelförmigen Spitzenende und ist über eine Metallfolie 28, die in einen Versiegelungsabschnitt 43 eingebettet ist, elektrisch an eine externe Leitung 27, die sich von dem äußeren Ende des Versiegelungsabschnitts 43 in der Achsenrichtung nach außen vorspringend erstreckt, angeschlossen.
Bei einer derartigen Kurzbogenentladungslampe 40 kommt es normalerweise in Verbindung mit der Erhitzung der Kathode 21 durch die Bestromung von einer Stromquelle (nicht gezeigt) zu einer Erhitzung des in dem Spiralenteil 23 enthaltenen Materials für eine leichte Elektronenemission, und es erfolgt durch die Wirkung der dadurch ausgestrahlten Elektronen ein schneller Übergang von einer Glühentladung zu einer Bogenentladung, wodurch eine gute Lampenstartfähigkeit erhalten werden kann. Doch bei einer kleinformatigen Kurzbogenentladungslampe 40 mit einem Innenvolumen des Leuchtröhrenteils 42 des Entladungsgefäßes 41 von zum Beispiel höchstens 300 mm³ besteht das Problem, dass die äußere Umfangsfläche des hinteren Endbereichs in der Achsenrichtung des Spiralenteils 23 der Kathode 21 und die Innenfläche des Leuchtröhrenteils 42 dicht aneinander liegen und die Hitze des durch die Bestromung erhitzten Spiralenteils 23 durch den Leuchtröhrenteil 42, der sich in einem Niedertemperaturzustand (einem kalten Zustand) befindet, abgezogen wird und der Temperaturanstieg des Materials für eine leichte Elektronenemission behindert wird, weshalb die Effizienz der Elektronenemission von dem Material für eine leichte Elektronenemission abnimmt und es vorkommen kann, dass keine ausreichende Lampenstartfähigkeit erhalten wird.
Die vorliegende Erfindung erfolgte auf Basis der obigen Umstände und hat die Aufgabe, eine kleinformatige Kurzbogenentladungslampe bereitzustellen, bei der eine ausreichende Lampenstartfähigkeit erhalten wird und eine lange Verwendungslebensdauer erhalten wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit der Kurzbogenentladungslampe nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausbildungsformen sind in den abhängigen Anspürchen beschrieben.
Die Kurzbogenentladungslampe der vorliegenden Erfindung, die ein Entladungsgefäß umfasst, das einen Leuchtröhrenteil aufweist, in dem ein Paar Elektroden einander gegenüberliegend angeordnet ist, und Versiegelungsabschnitte, die an die beiden Enden des Leuchtröhrenteils anschließen, wobei bei zumindest einer Elektrode des Paars Elektroden an dem Spitzenende des Elektrodenschaftteils ein Spiralenteil gebildet ist, der ein Material für eine leichte Elektronenemission enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Leuchtröhrenteils, die die Umgebung dieser einen Elektrode umgibt, in der Schnittfläche entlang der Röhrenachse des Entladungsgefäßes einen nach außen gewölbten ersten Krümmungsteil, der den Innenflächenbereich, welcher zumindest die Umgebung des Bogenbildungsbereichs umgibt, bildet, und einen an den ersten Krümmungsteil anschließenden, nach innen gewölbten zweiten Krümmungsteil aufweist, und ein erster Wendepunkt, der die Grenzposition zwischen dem ersten Krümmungsteil und dem zweiten Krümmungsteil darstellt, in dem Innenflächenbereich positioniert ist, der die Umgebung des Spiralenteils umgibt.
Die erfindungsgemäße Kurzbogenentladungslampe ist vorzugsweise so gestaltet, dass die Innenfläche des Leuchtröhrenteils, die die Umgebung dieser einen Elektrode umgibt, in der Schnittfläche entlang der Röhrenachse des Entladungsgefäßes ferner einen an den zweiten Krümmungsteil anschließenden, nach außen gewölbten dritten Krümmungsteil aufweist, und ein zweiter Wendepunkt, der die Grenzposition zwischen dem zweiten Krümmungsteil und dem dritten Krümmungsteil darstellt, weiter als der Innenflächenbereich, der die Umgebung des Spiralenteils umgibt, auf Seiten des Versiegelungsabschnitts positioniert ist.
Außerdem ist die erfindungsgemäße Kurzbogenentladungslampe vorzugsweise so gestaltet, dass der Innendurchmesser an der Position des zweiten Wendepunkts des Leuchtröhrenteils größer als der Außendurchmesser des hinteren Endes des Spiralenteils ist und die Länge in der Achsenrichtung zwischen dem zweiten Wendepunkt und der innersten Randposition, an der die Innenfläche des Leuchtröhrenteils der äußeren Umfangsfläche des Elektrodenschaftteils am nächsten liegt, kürzer als die Länge in der Achsenrichtung zwischen der Position des ersten Wendepunkts und der Position des zweiten Wendepunkts ist.
Da bei der erfindungsgemäßen Kurzbogenentladungslampe ein ausreichend großer Trennungsabstand zwischen der äußeren Umfangsfläche des Spiralenteils einer Elektrode und der Innenfläche des Leuchtröhrenteils sichergestellt ist, wird beim Starten der Lampe verhindert, dass die Hitze des Spiralenteils auf den Leuchtröhrenteil übertragen wird und der Temperaturanstieg des Spiralenteils beeinträchtigt wird. Als Folge wird die Elektronenemission von dem in dem Spiralenteil enthaltenen Material für eine leichte Elektronenemission gut vorgenommen und die erwartete Wirkung zur Unterstützung des Startens durch das Material für eine leichte Elektronenemission sicher erhalten, weshalb eine hervorragende Lampenstartfähigkeit erhalten wird. Außerdem wird das Auftreten einer Schwärzung des Entladungsgefäßes durch Verdampfen des Materials des Spiralenteils und Anhaften an der Innenfläche des Leuchtröhrenteils unterdrückt.
Da die Innenfläche des Leuchtröhrenteils eine Form aufweist, die einen ausreichend großen Trennungsabstand zu der äußeren Umfangsfläche des Spiralenteils sicherstellt, und kein winziger Raum gebildet wird, in dem sich das in dem Leuchtröhrenteil eingeschlossene Quecksilber in einem nicht verdampften Zustand sammelt, kann der gewünschte Druck (Quecksilberdampfdruck) im Leuchtröhreninneren erhalten werden, und die Lampe kann stabil und sicher zum Leuchten gebracht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.
1 ist eine erklärende Ansicht, die den Aufbau eines Beispiels der erfindungsgemäßen Kurzbogenentladungslampe schematisch zeigt.
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht des von einer gestrichelten Linie umgebenen Bereichs in 1.
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die den Aufbau eines anderen Beispiels der erfindungsgemäßen Kurzbogenentladungslampe schematisch zeigt.
4 ist eine erklärende Ansicht, die den Aufbau eines Beispiels einer herkömmlichen Kurzbogenentladungslampe schematisch zeigt.
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht des von einer gestrichelten Linie umgebenen Bereichs in 4.
Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich erklärt.
1 ist eine erklärende Ansicht, die den Aufbau eines Beispiels der erfindungsgemäßen Kurzbogenentladungslampe schematisch zeigt, und 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht des von der gestrichelten Linie umgebenen Bereichs in 1.
Die Kurzbogenentladungslampe 10 dieser Ausführungsform ist eine mit Gleichstrom betriebene Lampe, die ein zum Beispiel aus Quarzglas bestehendes Entladungsgefäß 11 umfasst, das einen Leuchtröhrenteil 12 mit einer ungefähr kugelförmigen oder ovalen Außenform aufweist, in dessen Innerem ein Entladungsraum gebildet ist, und an die beiden Enden des Leuchtröhrenteils 12 anschließende Versiegelungsabschnitte 13A, 13B. Im Inneren des Leuchtröhrenteils 12 sind eine Kathode 21 und eine Anode 25 einander gegenüberliegend angeordnet. Der Elektrodenabstand zwischen der Kathode 21 und der Anode 25 beträgt höchstens 2,0 mm, konkret zum Beispiel 0,5 bis 2,0 mm. Sockel 29 sind so angebracht, dass sie einen Teil des Versiegelungsabschnitts 13A, 13B des Entladungsgefäßes 11 aufnehmen.
Diese Kurzbogenentladungslampe 10 wird in einer Anordnung, bei der sich die Kathode 21 zum Beispiel oben befindet, senkrecht betrieben.
Die Kathode 21 besteht zum Beispiel aus Wolfram und umfasst einen stabförmigen Elektrodenschaftteil 22, dessen Spitzenende ungefähr kegelförmig ausgeführt ist, und einen im Bereich der Spitzenendseite des Elektrodenschaftteils 22 ausgebildeten Spiralenteil 23, der ein Material für eine leichte Elektronenemission enthält. Der Basisendabschnitt des Elektrodenschaftteils 22 ist mit dem spitzenendseitigen Abschnitt einer Metallfolie 28 aus beispielsweise Molybdän, die luftdicht in den Versiegelungsabschnitt 13A eingebettet ist, verbunden, wodurch der Spitzenendabschnitt über die Metallfolie 28 elektrisch an eine externe Leitung 27 angeschlossen ist, die mit dem hinterendseitigen Abschnitt der Metallfolie 28 verbunden ist und sich von dem äußeren Ende des Versiegelungsteils 13A in der Achsenrichtung nach außen vorspringend erstreckt.
Der Spiralenteil 23 ist so gebildet, dass ein Draht aus Wolfram oder thoriertem Wolfram (mit einem Thoriumgehalt von z. B. 2 Gew.%), worin ein Emitter wie Thoriumoxid (ThO₂) oder Lanthanoxid (La₂O₃) enthalten ist, so um die äußere Umfangsfläche des Elektrodenschaftteils 22 gewickelt ist, dass er sich zum Beispiel mit einem konstanten Außendurchmesser in der Achsenrichtung entlang der Achsenrichtung erstreckt. Der Emittergehalt beträgt vorzugsweise zum Beispiel 0,1 bis 3,0 Gew.%.
Die Anode 25 besteht zum Beispiel aus Wolfram und ist ein stabförmiger Körper, dessen Spitzenende ungefähr kegelförmig ausgeführt ist. Ihr Basisendabschnitt ist mit dem spitzenendseitigen Abschnitt einer Metallfolie 28 aus beispielsweise Molybdän, die luftdicht in den Versiegelungsabschnitt 13B eingebettet ist, verbunden, wodurch der Spitzenendabschnitt über die Metallfolie 28 elektrisch an eine externe Leitung 27 angeschlossen ist, die mit dem hinterendseitigen Abschnitt der Metallfolie 28 verbunden ist und sich von dem äußeren Ende des Versiegelungsteils 13B in der Achsenrichtung nach außen vorspringend erstreckt.
Im Inneren des Leuchtröhrenteils 12 sind Quecksilber als Leuchtsubstanz, ein Edelgas als Puffergas und ein Halogen zur Vornahme eines Halogenzyklus eingeschlossen. Die Einschlussmenge des Quecksilbers beträgt höchstens 0,20 mg/mm³ und zum Beispiel 0,10 mg/mm³. Das Edelgas ist zum Beispiel Argongas, und seine Einschlussmenge beträgt zum Beispiel 13 kPa. Das Halogen ist zum Beispiel Brom, und seine Einschlussmenge liegt in einem Bereich von 2,0·10^–4 μMol/mm³ bis 7,0·10³ μMol/mm³ und beträgt zum Beispiel 3,0·10^–4 μMol/mm³. Die Einschlussmenge des Halogens ist jedoch nicht auf den oben angegebenen Bereich beschränkt.
Bei der obigen Kurzbogenentladungslampe 10 weist die Innenfläche des Leuchtröhrenteils 12 des Entladungsgefäßes 11 die folgende Form auf:
Eine Innenfläche R1, die die Umgebung der Kathode 21 in dem Leuchtröhrenteil 12 umgibt, weist wie in 2 gezeigt in einer Schnittfläche entlang der Röhrenachsenrichtung des Entladungsgefäßes 11 einen nach außen gewölbten ersten Krümmungsteil 15 auf, der den Innenflächenbereich, welcher zumindest die Umgebung des Lichtbogenbildungsbereichs (des Bereichs zwischen den Elektroden) umgibt, bildet, einen in Richtung auf den Versiegelungsteil an den ersten Krümmungsteil 15 anschließenden, nach innen gewölbten zweiten Krümmungsteil 16, einen an den zweiten Krümmungsteil 16 anschließenden, nach außen gewölbten dritten Krümmungsteil 17 und einen an den dritten Krümmungsteil 17 anschließenden, nach innen gewölbten Biegungsteil 18. Ein erster Wendepunkt P1, der die Grenzposition zwischen dem ersten Krümmungsteil 15 und dem zweiten Krümmungsteil 16 darstellt, ist in dem Innenflächenbereich positioniert, der die Umgebung des Spiralenteils 23 umgibt, und ein zweiter Wendepunkt P2, der die Grenzposition zwischen dem zweiten Krümmungsteil 16 und dem dritten Krümmungsteil 17 darstellt, ist weiter als der Innenflächenbereich, der die Umgebung des Spiralenteils 23 umgibt, auf Seiten des Versiegelungsabschnitts 13A positioniert.
Die Innenfläche R2, die die Umgebung der Anode 25 des Leuchtröhrenteils 12 umgibt, ist durch die erste Krümmungsfläche 15, die jene Innenfläche bildet, die die Umgebung der Kathode 21 umgibt, gebildet.
Der erste Krümmungsteil 15 ist zum Beispiel als ungefähr kugelförmige oder ovale Flächenform entlang der Außenfläche des Leuchtröhrenteils 12 ausgeführt, während der zweite Krümmungsteil 16 zum Beispiel als ungefähr kugelförmige oder ovale Flächenform ausgeführt ist. Der Krümmungsradius des ersten Krümmungsteils 15 und der Krümmungsradius des zweiten Krümmungsteils 16 können mit der gleichen Größe, aber auch mit einer unterschiedlichen Größe ausgeführt sein.
Der dritte Krümmungsteil 17 ist zum Beispiel als ungefähr kugelförmige oder ovale Flächenform mit einem kleineren Krümmungsradius als jenem des ersten Krümmungsteils und des zweiten Krümmungsteils ausgeführt.
Die Position des ersten Wendepunkts P1 befindet sich vorzugsweise in einem Innenflächenbereich, der die Umgebung einer Stelle innerhalb eines Bereichs von 1,0 bis 2,0 mm von dem Spitzenendrand des Spiralenteils umgibt. Dadurch wird es möglich, zwischen der äußeren Umfangsfläche des Spiralenteils 23 der Kathode 21 und der Innenfläche des Leuchtröhrenteils 12 verlässlich einen Trennungsabstand mit einer ausreichenden Größe sicherzustellen.
An der Position des zweiten Wendepunkts P2 an der Innenfläche des Leuchtröhrenteils 12 ist der Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des hinteren Endes des Spiralenteils 23 der Kathode 21, wodurch es dazu kommt, dass in der Umgebung des Elektrodenschaftteils 22 in der Achsenrichtung hinter dem hinteren Ende des Spiralenteils 23 ein ungefähr ringförmiger Raum C gebildet wird und zwischen der äußeren Umfangsfläche des hinteren Endes des Spiralenteils 23 und der inneren Umfangsfläche des Leuchtröhrenteils 12 ein ausreichend großer Trennungsabstand sichergestellt wird.
Die Länge X1 in der Achsenrichtung zwischen dem zweiten Wendepunkt P2 und der innersten Randposition Q, an der die Innenfläche des Leuchtröhrenteils 12 der äußeren Umfangsfläche des Elektrodenschaftteils 22 am nächsten liegt, ist kürzer als die Länge X2 in der Achsenrichtung zwischen dem ersten Wendepunkt P1 und dem zweiten Wendepunkt P2 (die Länge in der Achsenrichtung des zweiten Krümmungsteils 16). Durch eine derartige Ausgestaltung kann verhindert werden, dass in der Achsenrichtung hinter dem hinteren Ende des Spiralteils 23 zwischen der Innenfläche des Leuchtröhrenteils 12 und der Außenfläche des Elektrodenschaftteils 22 ein winziger Raum gebildet wird, in dem sich nicht verdampftes Quecksilber sammelt.
Als ein Ausführungsbeispiel für die obige Kurzbogenentladungslampe 10 beträgt beispielsweise das Innenvolumen des Leuchtröhrenteils 12 höchstens 300 mm³ und zum Beispiel 150 bis 200 mm³, der maximale Außendurchmesser des Leuchtröhrenteils 12 8 bis 11 mm, der maximale Innendurchmesser des Leuchtröhrenteils 12 5 bis 8 mm, der Innendurchmesser an der Position des ersten Wendepunkts P1 4 bis 7 mm (< als der maximale Innendurchmesser des Leuchtröhrenteils), der Innendurchmesser an der Position des zweiten Wendepunkts P2 3 bis 6 mm (maximaler Außendurchmesser des Spiralteils < Innendurchmesser an der Position des zweiten Wendepunkts P2 < Innendurchmesser an der Position des ersten Wendepunkts P1), der Außendurchmesser des Elektrodenschaftteils 22 der Kathode 21 0,5 bis 0,9 mm, die Länge in der Achsenrichtung des Spiralenteils 23 der Kathode 21 2 bis 5 mm und der maximale Außendurchmesser 1,2 bis 1,8 mm, die Länge in der Achsenrichtung (X2) zwischen dem ersten Wendepunkt P1 und dem zweiten Wendepunkt P2 2 bis 4 mm, die Länge in der Achsenrichtung (X1) zwischen dem zweiten Wendepunkt P2 und der innersten Randposition Q, an der die Innenfläche des Leuchtröhrenteils 12 der äußeren Umfangsfläche des Elektrodenschaftteils 22 der Kathode 21 am nächsten liegt, 1 bis 3 mm (< X2), und die Nennleistung 95 bis 105 W.
Da bei der Kurzbogenentladungslampe 10 mit dem oben beschriebenen Aufbau die Innenfläche R1, die die Umgebung der Kathode 21 des Leuchtröhrenteils 12 umgibt, in der Schnittfläche entlang der Röhrenachse des Entladungsgefäßes 11 einen nach außen gewölbten ersten Krümmungsteil 15, der den Innenflächenbereich, welcher zumindest die Umgebung des Lichtbogenbildungsbereichs umgibt, bildet, einen an den ersten Krümmungsteil 15 anschließenden, nach innen gewölbten zweiten Krümmungsteil 16 und einen an den zweiten Krümmungsteil 16 anschließenden, nach außen gewölbten dritten Krümmungsteil 17 aufweist und der erste Wendepunkt P1 in dem Innenflächenbereich positioniert ist, der die Umgebung des Spiralenteils 23 der Kathode 21 umgibt, und der zweite Wendepunkt P2 weiter als der Innenflächenbereich, der die Umgebung des Spiralenteils 23 umgibt, auf Seiten des Versiegelungsabschnitts 13A der Kathode 21 positioniert ist, ist der zweite Krümmungsteil 16 so gebildet, dass er sich ungefähr parallel zu der Röhrenachse des Entladungsgefäßes 11 erstreckt, und wird zwischen der äußeren Umfangsfläche des Spiralenteils 23 der Kathode 21 und der Innenfläche des Leuchtröhrenteils 12 ein Trennungsabstand mit einer ausreichenden Größe sichergestellt. Da dadurch beim Starten der Lampe verhindert werden kann, dass die Hitze des Spiralenteils 23, der durch die Erhitzung der Kathode 21 infolge der Bestromung erhitzt wird, auf den Leuchtröhrenteil 12 übertragen wird und der Temperaturanstieg des Spiralenteils behindert wird, wird die Elektronenemission von dem in dem Spiralenteil 23 enthaltenen Material für eine leichte Elektronenemission gut vorgenommen und kann die erwartete Wirkung zur Unterstützung des Startens durch das Material für eine leichte Elektronenemission sicher erhalten werden, weshalb ein Produkt mit einer guten Lampenstartfähigkeit erhalten wird. Da überdies das Auftreten einer Schwärzung des Entladungsgefäßes 11 durch Verdampfen des Materials des Spiralenteils 23 und Anhaften an der Innenfläche des Leuchtröhrenteils 12 sicher unterdrückt werden kann, kann die erwartete Leuchtkraft über einen langen Zeitraum hinweg aufrechterhalten werden und wird ein Produkt mit einer langen Verwendungslebensdauer erhalten.
Da der Innendurchmesser des Leuchtröhrenteils 12 an der Position des zweiten Wendepunkts P2 größer als der Außendurchmesser am hinteren Ende des Spiralenteils 23 ist und die Länge X1 in der Achsenrichtung zwischen dem zweiten Wendepunkt P2 und der innersten Randposition Q, an der die Innenfläche des Leuchtröhrenteils 12 der äußeren Umfangsfläche des Elektrodenschaftteils 22 der Kathode 21 am nächsten liegt, kürzer als die Länge X2 in der Achsenrichtung zwischen dem ersten Wendepunkt P1 und dem zweiten Wendepunkt P2 ausgeführt ist, wird eine Form erhalten, bei der zwischen der Innenfläche des Leuchtröhrenteils 12 und der äußeren Umfangsfläche des Spiralenteils 23 ein Trennungsabstand mit einer ausreichenden Größe sichergestellt wird, und kein winziger Raum gebildet, in dem sich das in dem Leuchtröhrenteil 12 eingeschlossene Quecksilber in einem nicht verdampften Zustand sammelt, so dass der gewünschte Druck (Quecksilberdampfdruck) in dem Leuchtröhrenteil erhalten und die Kurzbogenentladungslampe 10 stabil und sicher zum Leuchten gebracht werden kann.
Im Vorhergehenden wurde eine Beschreibung für eine mit Gleichstrom betriebene Kurzbogenentladungslampe gegeben, doch kann die vorliegende Erfindung auch auf eine mit Wechselstrom betriebene Lampe angewendet werden.
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die den Aufbau eines anderen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kurzbogenentladungslampe schematisch zeigt. Die Kurzbogenentladungslampe dieser Ausführungsform weist den gleichen Aufbau wie die in 1 und 2 gezeigte Kurzbogenentladungslampe 10 auf, mit Ausnahme des Umstands, dass jede Elektrode eines Paars von Elektroden 31, 31, die im Inneren des Leuchtröhrenteils 12 des Entladungsgefäßes 11 einander gegenüberliegend angeordnet sind, aus einem stabförmigen Elektrodenschaftteil 32, dessen Spitzenende ungefähr kegelförmig ausgeführt ist, und einem im Bereich der Spitzenendseite des Elektrodenschaftteils 32 ausgebildeten Spiralenteil 33, der einen Emitter enthält, gebildet ist und die Innenfläche des Leuchtröhrenteils 12 die nachstehende Form besitzt.
Die Innenfläche R1 des Umfangsbereichs der einzelnen Elektroden 31, 31 des Leuchtröhrenteils 12 ist so geformt, dass sie in einer Schnittfläche entlang der Röhrenachsenrichtung des Entladungsgefäßes 11 einen nach außen gewölbten ersten Krümmungsteil 15 ausweist, der den Innenflächenbereich, welcher zumindest die Umgebung des Bogenbildungsbereichs umgibt, bildet, einen an das hintere Ende des ersten Krümmungsteils 15 anschließenden, nach innen gewölbten zweiten Krümmungsteil 16, einen an das hintere Ende des zweiten Krümmungsteils 16 anschließenden, nach außen gewölbten dritten Krümmungsteil 17 und einen an das hintere Ende des dritten Krümmungsteils 17 anschließenden, nach innen gewölbten Biegungsteil 18, wobei der erste Wendepunkt P1 in dem Innenflächenbereich positioniert ist, der die Umgebung des Spiralenteils 33 umgibt, und der zweite Wendepunkt P2 weiter als der Innenflächenbereich, der die Umgebung des Spiralenteils 33 umgibt, auf Seiten des Versiegelungsabschnitts 13A positioniert ist.
Auch durch die Kurzbogenentladungslampe dieser Ausführungsform können die gleichen Resultate wie bei der in 1 und 2 gezeigten Kurzbogenentladungslampe 10 erhalten werden.
Nachstehend werden Versuche erklärt, die zur Bestätigung der Resultate der vorliegenden Erfindung ausgeführt wurden.
<Ausführungsform 1>
Es wurden 50 Kurzbogenentladungslampen (in der Folge einfach als „Lampen” bezeichnet) nach der vorliegenden Erfindung mit dem in 1 und 2 gezeigten Aufbau hergestellt. Die Spezifikationen der einzelnen Lampen sind nachstehend angegeben. Es wurden Röntgenaufnahmen der Position des ersten Wendepunkts und der Position des zweiten Wendepunkts der Innenfläche des Entladungsgefäßes mit dem Fokus auf der Elektrode gemacht, und der Innenflächenzustand des Leuchtröhrenteils in den so erhaltenen Aufnahmen wurde durch Betrachtung festgestellt.
Lampenspezifikationen
Entladungsgefäß: Material: Quarzglas; maximaler Außendurchmesser des Leuchtröhrenteils: 10 mm; maximaler Innendurchmesser des Leuchtröhrenteils: 6 mm; Krümmungsradius R des ersten Krümmungsteils: 12 mm; Krümmungsradius R des zweiten Krümmungsteils: 10 mm; Krümmungsradius R des dritten Krümmungsteils: 4 mm; Innendurchmesser des Leuchtröhrenteils an der Position des ersten Wendepunkts: 5 mm; Innendurchmesser des Leuchtröhrenteils an der Position des zweiten Wendepunkts: 4 mm; Entfernung in der Achsenrichtung von der Zentrumsposition in der Achsenrichtung des Entladungsgefäßes bis zu der Position des ersten Wendepunkts: 5,0 mm; Entfernung in der Achsenrichtung von der Zentrumsposition in der Achsenrichtung des Entladungsgefäßes bis zu der Position des zweiten Wendepunkts: 7,0 mm; Länge in der Achsenrichtung (X2) zwischen der Position des ersten Wendepunkts und der Position des zweiten Wendepunkts: 2,0 mm; Länge in der Achsenrichtung (X1) zwischen der Position des zweiten Wendepunkts und der Position des Krümmungsteils, die der äußeren Umfangsfläche des Elektrodenschaftteils der Kathode am nächsten liegt: 1,0 mm; Innenvolumen des Leuchtröhrenteils: 180 mm³.
Kathode (21): Material des Elektrodenschaftteils: Wolfram; Außendurchmesser: 1,0 mm, Spiralenteil: Wicklung eines Drahts aus thoriertem Wolfram (Thoriumgehalt: 2 Gew.%) mit einem Drahtdurchmesser von 0,4 mm; Länge des Spiralenteils in der Achsenrichtung: 5,0 mm; Außendurchmesser des hinteren Endes des Spiralenteils: 1,6 mm; Abstand in der Achsenrichtung von dem Zentrum des Entladungsgefäßes zu dem Rand des Spitzenendes des Spiralenteils: 3,0 mm.
Anode (25): Material: Wolfram, maximaler Außendurchmesser: 3,0 mm.
Elektrodenabstand: 2,0 mm
Einschlussmenge von Quecksilber: 0,10 mg/mm³; Einschlussmenge von Argon (Edelgas): 13 kPa;
Einschlussmenge von Brom (Halogen): 3,0 10 mMol/mm³.
Außerdem wurden 50 Vergleichslampen hergestellt, die den gleichen Aufbau wie die obigen erfindungsgemäßen Lampen aufwiesen, außer dass bei den wie oben beschrieben hergestellten Lampen ein Entladungsgefäß ausgeführt wurde, bei dem die Innenfläche des Leuchtröhrenteils eine mit der Außenfläche des Leuchtröhrenteils übereinstimmende ungefähr oval sphärische Fläche bildete (keinen ersten Krümmungsteil, zweiten Krümmungsteil und dritten Krümmungsteil aufwies).
Für die einzelnen erfindungsgemäßen Lampen und die Vergleichslampen wurde die Durchschlagspannung beim Starten des Leuchtens der Lampe im Zustand von 0 Lampenleuchtstunden (Anfangszustand), im Zustand nach 100 Stunden ab dem Beginn des Leuchtens der Lampe und im Zustand nach 300 Stunden ab dem Beginn des Leuchtens der Lampe gemessen.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt. Dabei waren die Leuchtbedingungen wie folgt und ist der Zahlenwert für die Durchschlagspannung in Tabelle 1 der Durchschnittswert der 50 Lampen.
Lampenleuchtbedingungen:
Eingangsleistung: 100 W; Lampenspannung: 20 V; Lampenstrom: 5 A; senkrechter Betrieb (mit der Kathode oben). Tabelle 1

Leuchtzeit [Stunden] Durchschlagspannung (Durchschnittswert) [V]

Lampen der vorliegenden Erfindung 0 656

100 723

300 831

Vergleichslampen 0 694

100 761

300 859
Wie aus den obigen Ergebnissen klar wird, ist der Durchschnittswert der Durchschlagspannung der erfindungsgemäßen Lampen niedriger als der Durchschnittswert der Durchschlagspannung der Vergleichslampen, wodurch bestätigt wurde, dass eine hervorragende Lampenstartfähigkeit erhalten wird. Der Grund dafür ist wohl, dass die Erhitzung des in dem Spiralenteil der Kathode enthaltenen Emitters beim Starten des Lampenbetriebs gut vorgenommen werden kann.
<Ausführungsform 2>
Es wurden jeweils 50 erfindungsgemäße Lampen und Vergleichslampen, die die gleichen Spezifikationen wie die bei der obigen ersten Ausführungsform hergestellten Lampen aufwiesen, hergestellt, und für die einzelnen Lampen wurde die Leuchtstärke im Zustand von 0 Lampenleuchtstunden (Anfangszustand), im Zustand nach 100 Stunden ab dem Beginn des Leuchtens der Lampe und im Zustand nach 300 Stunden ab dem Beginn des Leuchtens der Lampe gemessen, und die Rate der Aufrechterhaltung der Leuchtstärke, bezogen auf die Leuchtstärke im Anfangszustand, wurde berechnet. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 gezeigt. Die Leuchtbedingungen der Lampen waren die gleichen wie die Leuchtbedingungen bei Ausführungsform 1, und der Zahlenwert für die Rate der Aufrechterhaltung der Leuchtstärke in Tabelle 2 ist der Durchschnittswert der 50 Lampen. Tabelle 2

Leuchtzeit [Stunden] Aufrechterhaltung der Leuchtstärke [%]

Lampen der vorliegenden Erfindung 0 100,0

100 96,6

300 88,5

Vergleichslampen 0 100,0

100 94,2

300 85,2
Wie aus den obigen Ergebnissen klar wird, wurde festgestellt, dass der Durchschnittswert der Rate der Aufrechterhaltung der Leuchtstärke der erfindungsgemäßen Lampen höher als der Durchschnittswert der Rate der Aufrechterhaltung der Leuchtstärke der Vergleichslampen ist. Der Grund dafür ist wohl, dass bei den erfindungsgemäßen Lampen das Problem, dass Materialien des Spiralenteils der Kathode verdampfen und an der Innenfläche des Leuchtröhrenteils anhaften und eine Schwärzung entsteht, unterdrückt werden konnte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 08-287867 A [0002]
JP 2007-123140 A [0002]

Claims

Kurzbogenentladungslampe (10), umfassend ein Entladungsgefäß (11) mit einem Leuchtröhrenteil (12), in dem ein Paar Elektroden (21, 25) einander gegenüberliegend angeordnet ist, und Versiegelungsabschnitten (13A, 13B), die an die beiden Enden des Leuchtröhrenteils (12) anschließen, wobei zumindest eine der Elektroden (21) einen Elektrodenschaftteil (22) aufweist, an dessen Spitzenende ein Spiralenteil (23) gebildet ist, der ein Material für eine leichte Elektronenemission enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Leuchtröhrenteils (12), die die Umgebung dieser einen Elektrode (21) umgibt, in einer Schnittebene entlang der Röhrenachse des Entladungsgefäßes (11) einen nach außen gewölbten ersten Krümmungsteil (15) bildet, der den Innenflächenbereich, welcher zumindest die Umgebung des Lichtbogenbildungsbereichs umgibt, und einen an den ersten Krümmungsteil (15) anschließenden, nach innen gewölbten zweiten Krümmungsteil (16) aufweist, und ein erster Wendepunkt (P1), der die Grenzposition zwischen dem ersten Krümmungsteil (15) und dem zweiten Krümmungsteil (16) darstellt, in dem Innenflächenbereich positioniert ist, der die Umgebung des Spiralenteils (23) umgibt.
Kurzbogenentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Leuchtröhrenteils (12), die die Umgebung dieser einen Elektrode (21) umgibt, in der Schnittebene entlang der Röhrenachse des Entladungsgefäßes (11) einen an den zweiten Krümmungsteil (16) anschließenden, nach außen gewölbten dritten Krümmungsteil (17) aufweist, und ein zweiter Wendepunkt (P2), der die Grenzposition zwischen dem zweiten Krümmungsteil (16) und dem dritten Krümmungsteil (17) darstellt, weiter als der Innenflächenbereich, der die Umgebung des Spiralenteils (23) umgibt, auf Seiten des Versiegelungsabschnitts (13A) positioniert ist.
Kurzbogenentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser an der Position des zweiten Wendepunkts (P2) des Leuchtröhrenteils (12) größer als der Außendurchmesser des hinteren Endes des Spiralenteils (23) ist, und die Länge (X1) in der Achsenrichtung zwischen dem zweiten Wendepunkt (P2) und der innersten Randposition (Q), an der die Innenfläche des Leuchtröhrenteils (12) der äußeren Umfangsläche des Elektrodenschaftteils (23) am nächsten liegt, kürzer als die Länge (X2) in der Achsenrichtung zwischen der Position des ersten Wendepunkts (P1) und der Position des zweiten Wendepunkts (P2) ist.