JP2000057996A - ショートアーク型放電灯 - Google Patents

ショートアーク型放電灯

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JP2000057996A
JP2000057996A JP10236596A JP23659698A JP2000057996A JP 2000057996 A JP2000057996 A JP 2000057996A JP 10236596 A JP10236596 A JP 10236596A JP 23659698 A JP23659698 A JP 23659698A JP 2000057996 A JP2000057996 A JP 2000057996A
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JP
Japan
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electrode
lamp
short arc
tip
tungsten
Prior art date
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Pending
Application number
JP10236596A
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English (en)
Inventor
Akio Suzuki
昭夫 鈴木
Shuichi Takai
秀一 高井
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Orc Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Orc Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 長時間点灯しても電極先端部の消耗が少な
く、長寿命で、アークの安定性の良いショートアーク型
放電灯を提供する。 【解決手段】 希土類化合物を含むタングステンを電極
材料として使用するショートアーク型放電灯の電極径
を、ランプ入力が50〜150Wでは1mm以上とし、150〜
1000Wでは2mm以上とし、1000W以上では5mm以上
とする。トリウムタングステン電極より仕事関数が小さ
くて動作温度を低くでき、電極材がアークと接触する範
囲以外は、電極材温度を再結晶温度(1500℃)以下にす
ることができるので、電極の変形範囲が最小となる。ト
リウムタングステン電極より仕事関数が小さくて動作温
度を低くでき、電極材がアークと接触する範囲以外は、
電極材温度を再結晶温度(1500℃)以下にすることがで
きるので、電極の変形範囲が最小となり、電極先端部の
消耗が少なく、長寿命となり、また、電極先端部の変形
範囲が小さいためアークが安定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ショートアーク型
放電灯に関し、特に、露光機や光照射機等に用いられる
ショートアーク型放電灯に関する。
【0002】
【従来の技術】ショートアーク型放電灯は、発光長が短
くて、擬似的に点光源とみなせるため、集光光学系もし
くは平行光光学系を用いた露光装置や光照射装置などの
光源として用いられている。しかし、放電灯の電極は高
温で使用されるため、タングステンなどの高融点金属で
製作しても、その先端部は点灯時間に伴い気化などによ
り消耗する。その結果、発光長が長くなり、点光源に擬
似できなくなる。また、輝度の一番高い電極先端部の位
置が、元の位置より移動することにもなるため、集光光
学系においては光の利用効率が下がり、照射面照度が下
がる。
【0003】発光長の増加や照射面照度の低下を防ぐた
めには、電極の温度を下げて電極の消耗を防ぐ必要があ
る。そのために、タングステンより仕事関数が低いトリ
ウムタングステン(一般には2wt%ThO2-W)を電極
材として使用して、動作温度を低くすることが一般的に
行なわれている。トリウムが、電子を放出し易くする物
質(エミッター)として作用する。しかし、動作温度は
まだ2500℃程度と高く、電極先端部の消耗もまだ大き
い。また、トリウムは放射性元素であり、その使用量が
少ないとはいうものの、最近ではますます規制が厳しく
なりつつあり、今後は安定した供給も危ぶまれている。
【0004】これらの問題を解決するため、例えば、
“Effect of Rare Earth Metal OxideAdditions to Tun
gsten Electrodes" Volume 21A, December 1990, Metal
lurgical Transactions A.に記載されているように、ト
リウムに代わるものとして希土類が研究されてきた。こ
れらの物質を含むタングステンは、トリウムタングステ
ンより仕事関数が低い(2wt%ThO2-Wの仕事関数≒
2.6eVに対して、例えば、2wt%La23-Wの仕事関
数≒2.1eV)ため、動作温度が低く、電極先端部の消
耗が少ない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、希土類
化合物を0.5〜5wt%含むタングステン電極を放電管に
使用した場合、電極先端部に変形(複数の突起)が発生
し、アーク輝点が定まらず、アーク不安定となる場合が
多かった。この原因は、現在のところ解明されていない
が、希土類がタングステン化合物もしくは酸化タングス
テン化合物をつくるために、特定条件下で発生する現象
ではないかと考えられている。更に研究を進めるなか
で、この電極先端部の変形は、電極材が再結晶しない部
分では発生しないことがわかってきた。一方、トリウム
タングステンにはこの様な現象はないが、前述の様に、
電極先端部の消耗が大きいという問題がある。
【0006】本発明は、上記の問題を解決し、長時間点
灯しても電極先端部の消耗が少なく、長寿命で、アーク
の安定性の良いショートアーク型放電灯を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、希土類化合物を含むタングステンを
電極材料として使用するショートアーク型放電灯の電極
径を、ランプ入力が50〜150Wでは1mm以上とし、150
〜1000Wでは2mm以上とし、1000W以上では5mm以
上とする構成とした。
【0008】このように構成したことにより、トリウム
タングステン電極より仕事関数を低くして動作温度を下
げ、電極材がアークと接触する範囲以外では、電極材温
度を再結晶温度(1500℃)以下にすることができるの
で、電極の変形範囲が最小となる。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載した発明
は、希土類化合物を含むタングステンを電極材料として
使用するショートアーク型放電灯において、電極径を、
ランプ入力が50〜150Wでは1mm以上とし、150〜1000
Wでは2mm以上とし、1000W以上では5mm以上とし
たショートアーク型放電灯であり、電極材が再結晶する
(約1500℃以上の)範囲を、アーク(輝点を最大輝度10
0%とした場合、輝度5%までの範囲)と接触する範囲
内に抑えるという作用を有する。
【0010】以下、本発明の実施の形態について、図1
〜図5を参照しながら、詳細に説明する。
【0011】(実施の形態)本発明の実施の形態は、希
土類化合物を含むタングステンを電極材料とし、電極径
を、ランプ入力が50〜150Wでは1mm以上とし、150〜
1000Wでは2mm以上とし、1000W以上では5mm以上
としたショートアーク型放電灯である。
【0012】図1は、本発明の実施の形態の超高圧水銀
ショートアークランプの図である。図1において、口金
1は、ランプへの給電端子である。封止用金属箔2は、
放電空間部の気密を保つMoの箔である。電極3は、2w
t%La23-Wからなる陰極である。コイル4は、放熱
用のコイルである。バルブ5は、放電空間を取り囲む石
英ガラス製バルブである。電極6は、タングステンの陽
極である。
【0013】放電空間を取り囲む石英ガラス製バルブ5
内に、直流点灯ランプであるため陰極3と陽極6が対向
して配置されており、電極間が2mmである。陰極の材
料は2wt%La23-Wであり、陽極の材料は電子放射の
必要がないためエミッターを含まず、純Wとなってい
る。また、陰極径(寸法A)は、φ2.2mmもしくはφ
2.5mmである。
【0014】各々の電極は、封止用金属(Mo)箔2に
接続されており、このMo箔により放電空間部の気密が
保たれている。また、Mo箔は他端が口金1に接続され
ており、ランプへの給電端子となっている。このランプ
の安定後の電圧は初期値で約40V、電流は6Aである。
【0015】本発明の実施の形態のランプを集光光学系
に使用した場合の照射面照度(強度)の変化具合及び電
極(陰極)の変形具合を、以下に示す。図2は、本発明
の実施の形態のランプを集光光学系に使用した場合の照
射面強度の変化を示す図である。比較対象として、陰極
のみ2wt%ThO2-Wの材料を使用し、他は同仕様のラ
ンプ(但し、陰極径をφ2.2mmもしくはφ2.5mmにす
ると、陰極先端部温度がThO2-Wの場合下がり過ぎ、
熱電子放出がうまくいかずアークが安定しないため、φ
1.5mmとした)のデータをのせてある。本発明の実施
の形態のランプの場合、明らかに照度低下は少なく、長
寿命となっている。
【0016】図3は、本発明の実施の形態のランプの電
極(陰極)の変形具合を示す図である。図4は、比較対
象として、陰極径のみφ1.5mmとし、他は同仕様のラ
ンプの変形具合を示す図である。点灯時間はいずれも約
400時間である。本発明の実施の形態のランプの場合、
陰極先端部の再結晶化範囲、変形範囲は半分以下となっ
ている。その結果、アークの輝点の移動範囲も半分以下
となり、集光光学系の照射面の照度の変動率も半分以下
となった。
【0017】上記のランプの輝度分布を図5に示す。輝
度分布は、本発明の実施の形態のランプと従来のランプ
で変化はない。本発明の実施の形態のランプの場合の再
結晶化域を示す図3と比較すると、アーク(輝点を最大
輝度100%とした場合、輝度5%までの範囲)と接触す
る範囲以外は、再結晶化していないことがわかる。
【0018】上記のように、本発明の実施の形態では、
希土類化合物を含むタングステンを電極材料とするショ
ートアーク型放電灯の電極径を、ランプ入力が50〜150
Wでは1mm以上とし、150〜1000Wでは2mm以上と
し、1000W以上では5mm以上としたので、トリウムタ
ングステン電極より仕事関数が小さくて動作温度を低く
でき、電極材がアークと接触する範囲以外は、電極材温
度を再結晶温度(1500℃)以下にすることができるの
で、電極の変形範囲が最小となり、電極先端部の消耗が
少なく、長寿命となり、また、電極先端部の変形範囲が
小さいためアークが安定する。
【0019】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では、希土類化合物を含むタングステンを電極材料とし
て使用するショートアーク型放電灯の電極径を、ランプ
入力が50〜150Wでは1mm以上とし、150〜1000Wでは
2mm以上とし、1000W以上では5mm以上とする構成
としたので、トリウムタングステン電極より仕事関数が
小さくて動作温度を低くでき、電極材がアークと接触す
る範囲以外は、電極材温度を再結晶温度(1500℃)以下
にすることができるので、電極の変形範囲が最小とな
り、電極先端部の消耗が少なく、長寿命となり、また、
電極先端部の変形範囲が小さいためアークが安定すると
いう効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の超高圧水銀ショートアー
クランプの図、
【図2】本発明の実施の形態の超高圧水銀ショートアー
クランプを集光光学系に使用した場合の照射面強度の変
化を示す図、
【図3】本発明の実施の形態の超高圧水銀ショートアー
クランプの電極(陰極)の変形具合を示す図、
【図4】本発明の実施の形態の超高圧水銀ショートアー
クランプの変形具合を示す図、
【図5】本発明の実施の形態の超高圧水銀ショートアー
クランプの輝度分布を示す図である。
【符号の説明】
1 口金 2 封止用金属箔 3 電極(陰極) 4 コイル 5 バルブ 6 電極(陽極)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 希土類化合物を含むタングステンを電極
    材料として使用するショートアーク型放電灯において、
    電極径を、ランプ入力が50〜150Wでは1mm以上と
    し、ランプ入力が150〜1000Wでは2mm以上とし、ラ
    ンプ入力が1000W以上では5mm以上としたことを特徴
    とするショートアーク型放電灯。
JP10236596A 1998-08-10 1998-08-10 ショートアーク型放電灯 Pending JP2000057996A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002237589A (ja) * 2001-02-08 2002-08-23 Sony Corp 半導体装置の製造方法
WO2003075311A1 (de) * 2002-03-05 2003-09-12 Patent-Treuhandgesellschaft Für Elektrische Glühlampen Mbh Quecksilber-kurzbogenlampe mit lanthanoxid-haltiger kathode

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040330