JP2003229090A

JP2003229090A - ショートアーク型水銀ランプ

Info

Publication number: JP2003229090A
Application number: JP2002029134A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Sojo; 勝巳荘所
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】モリブデン金属箔の酸化に起因したランプ短寿
命を抑制したショートアーク型水銀ランプを提供するこ
と。【解決手段】発光管部とその両端に連設された封止管部
よりなるシリカガラス製ランプ容器と、該封止管部の内
部に埋置されたシリカガラス製ガラス部材と、前記封止
管部から外部に延びる外部リードと、前記封止管部から
発光空間内に向けて伸び、その先端に電極を保持した内
部リードと、前記ガラス部材の発光管部側の端面に面し
て配置され、前記内部リードと接続された集電円板と、
前記ガラス部材の外周をその長手方向に沿って伸び、そ
の一端側が前記集電円板と電気的に接続され、その他端
側が前記外部リードと接続された集電円板に電気的に接
続された複数のモリブデン金属箔と、を有するショート
アーク型水銀ランプにおいて、前記ガラス部材が中空円
筒体であるショートアーク型水銀ランプとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はショートアーク型
水銀ランプに関する。特に、入力電力８ｋＷ以上、ラン
プ電流８０Ａ以上の大電流用の放電ランプであってその
気密封止構造に特徴をもつショートアーク型水銀ランプ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ショートアーク型水銀ランプは、一般に
これより放射される紫外線を利用する分野、すなわち光
化学分野、半導体デバイスの製造分野、その他の分野で
広く用いられている。

【０００３】例えば、大電流用の超高圧水銀ランプにお
いては、発光ガスの主成分である水銀の封入量が大きい
ため点灯時の発光管部内部のガス圧が非常に高く、しか
も発熱量が大きく、そのため特に気密封止管部分の耐熱
性、耐圧性が大きいことが必要とされてきた。またラン
プの動作時に発光管部内部で水銀が完全に蒸発している
ことも必要である。すなわち、水銀の凝縮が生じるよう
な低い温度部分がないことが必要である。

【０００４】このようなことから従来の超高圧水銀ラン
プにおいては、ランプ容器を形成しているガラスに給電
用のリードを直接溶着して気密封止するいわゆるロッド
シール構造は採用せず、封着用の金属箔を用いたいわゆ
る箔シール構造が採用されている。

【０００５】半導体製造の露光プロセスや液晶製造の露
光プロセスには５０Ａ（アンペア）程度以上のＤＣ点灯
のショートアーク型水銀ランプが使用されている。

【０００６】ランプ電流が５０Ａ程度以上の従来のＤＣ
点灯のショートアーク型水銀ランプ１の概略断面図を図
１に示す。発光管部１０に封止管部１１が連設され、発
光管部１０内で一対の電極の陽極２、陰極３が対向配置
される。夫々の電極は内部リード４，４の先端に具備さ
れ、内部リード４，４は封止管部１１内で集電円板７
ａ、７ａに接続している。集電円板７ａ、７ａは円柱状
のガラス部材２０の外周に配されたモリブデン金属箔９
と接続し、モリブデン金属箔９は集電円板７ｂ、７ｂと
接続される。ショートアーク型水銀ランプでは、集電円
板７ｂ、７ｂは外部リード５に接続され、外部リード５
は外部リード線６に接続される。このような円柱状のガ
ラス部材２０にモリブデン箔９を１枚、もしくは複数枚
を離間配置した気密封止構造が一般的に使用されてい
る。図１（ｂ）はＡ部分の断面図を示しており、５枚の
モリブデン箔９を具えた例を示している。

【０００７】露光基板の大型化やプロセスのスピードア
ップの要求から、ランプ入力の増大化が進み、例えば、
液晶製造の露光プロセスにはランプ電流が８０Ａ以上で
ランプ入力が８ｋＷ以上のクラスの大型ランプが必要に
なってきた。発光管部１０にはシリカガラスが使用され
ている。シリカガラスの実用的な耐熱温度は１０００℃
程度以下であるため、ランプ入力を増加するためには、
発光管部１０を大きく（図１の発光管部１０の径を大き
く、発光管部１０のランプ軸方向の長さを長く）しなけ
ればならない。

【０００８】封止管部内のガラス部材としては、図３に
示すような中実ガラス部材２０Ａが使用されていた。あ
るいは図４に示すような発光管部側が閉じられ逆端が開
いた有底筒ガラス部材２０Ｂの内部をタングステン棒と
シリカガラス管で概略密にした構造とされてきた。

【０００９】図３の２０Ａとして示した中実ガラス部材
は図１と同じであるが、シリカガラスのムク材であり、
高価である。また、図４の２０Ｂとして示した有底筒ガ
ラス部材では、ランプが大型化するに従い、外部リード
を支えるガラス部材２１と有底筒ガラス部材２０Ｂのわ
ずかな隙間ｄの寸法精度が出しにくく、製造しにくい。

【００１０】一方、ショートアーク型水銀ランプ１は図
２に示すような楕円ミラー３０内にセットされる、発光
部１００からの光は楕円ミラー３０の開口側（図で右
方）から取り出され、レンズ（不図示）に集光される。
ランプの全長が長すぎると集光される側で光が封止管部
１１によりけられる。このために、ランプ入力が増加し
ても、ランプの全長を延ばすことは避けなければならな
い事情がある。

【００１１】ランプ入力を増加するためには発光管部の
長さは長くせざるを得ない。一方、発光管部に封止管部
を加えたランプ全長は長くできない。したがって、発光
管部が長くなった分、封止管部の長さを短くすること
で、ランプ全長を一定にせざるを得ない。

【００１２】封止管部の外部リード側端部（図１のＴ_１
点）は、発光管部１０で発生した熱が内部リード４とラ
ンプ容器の封止管部１１のシリカガラスを伝わる伝導で
加熱される。ランプ入力が増加すれば、発光管部１０で
発生する熱量は増加し、熱の伝導量も増すので封止管部
１１の外部リード側端部（図１のＴ_１点）の温度がより
高くなる。図３で示した箔シール構築体を使用した場合
も、図４で示した箔シール構築体を使用した場合もシリ
カガラスを伝わる熱伝導は大きい。また、封止管部１１
が短くなれば、さらに温度が高くなる。

【００１３】モリブデンの酸化耐熱温度は概略３７５℃
であり、モリブデン金属箔の外側集電円板７ｂ側の端部
（図１のＴ_１点）の温度を３７５℃より低くする必要が
あり、この温度を超えるとモリブデン金属の酸化が起こ
り、ランプの使用寿命が短寿命になる。それゆえランプ
入力の増加をするケース、および封止管部の長さを短く
するケースでも、封止管部の外部リード側端部の温度を
３７５℃以下に保つ必要がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、ショートアーク型水銀ランプにおいて、特には８ｋ
Ｗ以上の大電力を入力するショートアーク型水銀ランプ
において、封止管部の長さを長くすることなく、封止管
部の外部リード側端部の温度を酸化耐熱温度以下に保
ち、モリブデン金属箔の酸化に起因したランプ短寿命を
抑制したショートアーク型水銀ランプを提供することに
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為
に、請求項１に記載の発明は、発光管部とその両端に連
設された封止管部よりなるシリカガラス製ランプ容器
と、該封止管部の内部に埋置されたシリカガラス製ガラ
ス部材と、前記封止管部から外部に延びる外部リード
と、前記封止管部から発光空間内に向けて伸び、その先
端に電極を保持した内部リードと、前記ガラス部材の発
光管部側の端面に面して配置され、前記内部リードと接
続された集電円板と、前記ガラス部材の外周をその長手
方向に沿って伸び、その一端側が前記集電円板と電気的
に接続され、その他端側が前記外部リードと接続された
集電円板に電気的に接続された複数のモリブデン金属箔
と、を有するショートアーク型水銀ランプにおいて、前
記ガラス部材が中空円筒体であることを特徴とするショ
ートアーク型水銀ランプとするものである。

【００１６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のショートアーク型水銀ランプが入力電力８ｋＷ以上、
ランプ電流８０Ａ以上で使用されるものであることを特
徴とする。

【００１７】請求項３に記載の発明は、前記ガラス部材
内部に３００Ｋで１７３００±２７００Paの気体を封入
したことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれ
かに記載のショートアーク型水銀ランプとするものであ
る。

【００１８】請求項４に記載の発明は、前記ガラス部材
内部に前記ガラス部材内部に１ｃｍ ^３あたり６．４×１
０^−６ｍｏｌ〜８．８×１０^−６ｍｏｌの水銀を封入し
たことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか
に記載のショートアーク型水銀ランプとするものであ
る。

【００１９】請求項５に記載の発明は、前記ガラス部材
の発光管部側端部の厚みが２．５ｍｍ以上であることを
特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のシ
ョートアーク型水銀ランプとするものである。

【００２０】請求項６に記載の発明は、前記ガラス部材
の封止きり部が外部リード側に設けられたことを特徴と
する請求項１乃至請求項５に記載のショートアーク型水
銀ランプするものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】図７に本発明のショートアーク型
水銀ランプの概略断面図を示す。発光管部１０の両端に
連設された封止管部１１よりなるシリカガラス製ランプ
容器の封止管部１１内に中空円筒体のガラス部材２０Ｃ
が埋置されている。

【００２２】封止管部１１から発光空間Ｈ内に向けて、
先端に電極を保持した内部リード４が延び、中空円筒ガ
ラス部材２０Ｃの発光管部１０側の端面に面して集電円
板７ａがある。内部リード４は集電円板７ａと接続さ
れ、中空円筒ガラス部材２０Ｃの外周をその長手方向に
沿って延び、その一端側が前記集電円板と電気的に接続
されている。

【００２３】そして、中空円筒ガラス部材２０Ｃの内部
には１７３００Ｐａの気体、例えばアルゴン（Ａｒ）や
窒素（Ｎ_２）や空気（Ａｉｒ）が封入される。あるい
は、中空円筒ガラス部材２０Ｃの内部には７×１０^−６
mol／ｃｍ^３の水銀が封入される。

【００２４】図５に本発明のランプに適用される中空円
筒ガラス部材２０Ｃを含む箔シール構築体９０を示す。
本願においては、箔シール構築体９０は中空円筒ガラス
部材２０Ｃの外周に配されたモリブデン金属箔９とモリ
ブデン金属箔９が溶接などで接続された集電円板７ａ、
７ｂ、外部リード５、内部リード４などからなるものを
いう。内部リード４の先端に電極を有する場合もある。

【００２５】電極を保持した中空円筒ガラス部材２０Ｃ
を含む箔シール構築体９０を封止管部に挿入し、ガラス
管外部から酸水素炎で加熱して気密シールする際に、中
空円筒ガラス部材２０Ｃ内部の空隙Ｋに封入したガスが
膨張、あるいは水銀が蒸発してガス化し、中空円筒体の
ガラス部材２０Ｃ内部の空隙Ｋは、ガラス管外部の大気
圧とバランスする圧力になる。それによって、空隙Ｋは
潰れることなく、箔シール構築体９０は強固に封止管部
と溶着し、気密シールされる。

【００２６】集電円板７ａ側の中空円筒ガラス部材２０
Ｃのガラス壁部の肉厚が一定以上に厚くないと、シール
時に中空円筒体のガラス部材２０Ｃが軟化して形状変化
が起こる。形状変化が起こると、集電円板７ａ側でのガ
ラスの密着度が劣化し、ランプ動作時の圧力に耐えず、
破損することがあった。中空円筒ガラス部材２０Ｃのガ
ラス壁部の肉厚を２．５ｍｍ以上にすることで、中空円
筒ガラス部材２０Ｃは変形せずに気密シールがされるこ
とが確認できた。

【００２７】図６に中空円筒ガラス部材２０Ｃの製造方
法を示す。（ａ）のシリカガラス製の中空円筒ガラス部
材用ガラス管２００の一端面を加熱成形し、（ｂ）のよ
うに一端面に開口を残して成形し、（ｃ）のようにシリ
カガラス製の排気用チップ管２０１を加熱溶着する。次
に、一端面にチップ管の溶着されたガラス管の他端部を
加熱成形して閉じ（ｄ）のようにし、（ｅ）のように排
気用チップ管２０１を排気装置兼ガス導入装置３００に
取り付け、１．３×１０^−３Ｐａ程度まで排気し、３０
０Ｋで１７３００±２７００Ｐａの希ガス等の不活性ガ
ス、あるいは空気を導入し、（ｆ）のようにチップオフ
（封じきりを）する。

【００２８】なお、（ｄ）の段階で、他端面側をテーパ
加工し、（ｄ）´のような形状にすることもある。その
場合は、中空円筒ガラス部材２０Ｃは（ｆ）´の形状に
なる。

【００２９】この（ｆ）´の形状にするとサイド管の形
状を絞り込むことにより内圧に対する強度が増す。

【００３０】封じきり部１２は外部リード側にくるよう
にする。そうすることによって発光管部側の集電円板７
ａと中空円筒ガラス部材２０Ｃを密着させることがで
き、また発光管部側に肉厚の薄い封じ切り部を持たない
ことにより、ランプ点灯時に発光管側からかかる圧力に
対し、十分な強度を確保することができる。

【００３１】ここで、中空円筒ガラス部材２０Ｃを使用
した本発明のランプ（図７）と中実ガラス部材２０Ａを
使用した従来型ランプ（図１）とを用意し、点灯開始後
1時間経過後の封止管部の外部リード側端部（図１のＴ
_１点、図７のＴ_２点）の温度を測定した。温度測定は、
グラインダで封止管部のガラスの外部リード部分を予め
削り込み、その削り込み部に熱電対を挿入して行った。

【００３２】従来型ランプにおいては、モリブデン金属
箔は４枚、箔幅は１０ｍｍ、箔厚さは３０μｍ、ガラス
部材２０Ａはφ２２、封止管部に使用された封止管の肉
厚は３．５ｍｍであった。

【００３３】一方、本発明ランプにおいては、モリブデ
ン金属箔は４枚、封止管の肉厚は３．５ｍｍで従来型ラ
ンプと同じであり、中空円筒体のガラス部材２０Ｃは外
径φ２２、内径φ１８、肉厚２ｍｍであり、中空円筒ガ
ラス部材２０Ｃの空隙Ｋ内にはＡｒが１７３００Ｐａ封
入されている。なお、ランプの全長、発光管径は従来型
ランプと本発明のランプで同じ（ランプの全長２４０ｍ
ｍ、発光管径５０ｍｍ）にした。

【００３４】温度測定の結果、従来型ランプではＴ_１点
の温度は３９０℃であり、本発明のランプではＴ_２点の
温度は３４０℃であった。このことから、従来の中実ガ
ラス部材（シリカガラスのムク材）を使用したときに比
べて、本発明にかかる中空円筒ガラス部材を使用するこ
とによって、ランプ発光部から封止管部を伝わり、伝達
される熱量が低減されたことが考えられる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、８ｋＷ以上の大電力を
入力するショートアーク型水銀ランプにおいて、封止管
部の長さを長くすることなく、封止管部の外部リード側
端部の温度を酸化耐熱温度以下に保ち、モリブデン金属
箔の酸化に起因したランプ短寿命を抑制したショートア
ーク型水銀ランプを提供することができる。

【００３６】なお、８ｋＷ未満の入力電力のショートア
ーク型水銀ランプにおいても、封止管部の外部リード側
端部の温度を十分に低く、熱負荷を小さくすることがで
きることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のショートアーク型水銀ランプの概略断
面図である。

【図２】ショートアーク型水銀ランプが楕円ミラーに
組み込まれた状態を示す。

【図３】従来の箔シール構築体の概略断面図である。

【図４】従来の箔シール構築体の概略断面図である。

【図５】本発明のショートアーク型水銀ランプに使用
される箔シール構築体の概略断面図である。

【図６】中空円筒ガラス部材の製作方法の説明図であ
る。

【図７】本発明のショートアーク型水銀ランプの実施
例の概略断面図である。

【符号の説明】

１ショートアーク型水銀ランプ２陽極３陰極４内部リード棒５外部リード棒６外部リード線７ａ、７ｂ集電円板８内部リード支持部材９モリブデン金属箔１０発光管部１１封止管部１２封じきり部２０ガラス部材２０Ａ中実ガラス部材２０Ｂ有底筒ガラス部材２０Ｃ中空円筒ガラス部材２１ガラス部材３０楕円ミラー４０端部ガラス部材５０ガラスロッド９０箔シール構築体９１箔シール構築体９２箔シール構築体１００発光部２００中空円筒ガラス部材用ガラス管２０１排気用チップ管３００排気装置兼ガス導入装置Ｋ空隙Ｈ発光空間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光管部とその両端に連設された封止管
部よりなるシリカガラス製ランプ容器と、該封止管部の
内部に埋置されたシリカガラス製ガラス部材と、前記封
止管部から外部に延びる外部リードと、前記封止管部か
ら発光空間内に向けて伸び、その先端に電極を保持した
内部リードと、前記ガラス部材の発光管部側の端面に面して配置され、
前記内部リードと接続された集電円板と、前記ガラス部材の外周をその長手方向に沿って伸び、そ
の一端側が前記集電円板と電気的に接続され、その他端
側が前記外部リードと接続された集電円板に電気的に接
続された複数のモリブデン金属箔と、を有するショート
アーク型水銀ランプにおいて、前記ガラス部材が中空円
筒体であることを特徴とするショートアーク型水銀ラン
プ。
【請求項２】入力電力が８ＫＷ以上、ランプ電流が８０
Ａ以上で使用されることを特徴とするショートアーク型
水銀ランプ。
【請求項３】前記ガラス部材内部に３００Ｋで１７３０
０±２７００Paの気体を封入したことを特徴とする請求
項１または請求項２のいずれかに記載のショートアーク
型水銀ランプ。
【請求項４】前記ガラス部材内部に１ｃｍ^３あたり６．
４×１０^−６ｍｏｌ〜８．８×１０^−６ｍｏｌの水銀を
封入したことを特徴とする請求項１または請求項２のい
ずれかに記載のショートアーク型水銀ランプ。
【請求項５】前記ガラス部材の発光管部側端部の厚みが
２．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請
求項４のいずれかに記載のショートアーク型水銀ラン
プ。
【請求項６】前記ガラス部材の封止きり部が外部リード
側に設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項５
のいずれかに記載のショートアーク型水銀ランプ。