JP2003234083A

JP2003234083A - ショートアーク型放電灯の電極およびその電極製造方法ならびにショートアーク型放電灯

Info

Publication number: JP2003234083A
Application number: JP2002031350A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kurano; 正宏倉野; Shoki Ri; 松姫李; Izumi Serizawa; 和泉芹澤; Akiyoshi Fujimori; 昭芳藤森
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2003-08-22
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: CN1301533C; JP4054198B2; CN1437216A

Abstract

(57)【要約】【課題】高圧力及び高温であっても電極の消耗が抑制
され、また、電極の再結晶化を抑制し、かつ、照度維持
率に優れたショートアーク型放電灯の電極およびその電
極製造方法ならびにショートアーク放電灯を提供するこ
とを課題とする。【解決手段】発光管１内に水銀と希ガスを封入して用
いるショートアーク型放電灯２０における前記発光管内
に対向して配置される陰極３および陽極４からなる電極
において、前記電極は、その陰極または陽極の少なくと
も一方が製造時の真空中の熱処理温度をＴとし、その陰
極または陽極として用いられる金属の融点をＭＰとした
とき、２３００℃≦Ｔ＜ＭＰの温度範囲において真空中
で熱処理されたことを特徴とするショートアーク型放電
灯の電極として構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紫外線を照射する
ことでワークに所定パターンを形成するために用いられ
るショートアーク型放電灯の電極およびその電極製造方
法ならびにショートアーク型放電灯に関するものであ
る。

【従来の技術】

【０００２】一般に、ワークとしてのウエハーに所定波
長の紫外線を照射して所定パターンを形成することで半
導体集積回路（ＩＣ）等を製造するために用いられる露
光装置は、光源としてショートアーク型放電灯が使用さ
れている。

【０００３】このショートアーク型放電灯は、紫外線の
中でもｉ線（中心波長３６５ｎｍ）の照射をワークに対
して効率的に行うことができるものが使用されている。
そして、ＩＣ技術の進歩は極めて早いので、ＩＣ製造に
は設備投資が大きく、かつ、価格競争が極めて激しい。
したがって、製造コストの抑制がＩＣメーカの成功には
不可欠であり、ＩＣ製造工程で使用される消耗品である
ショートアーク型放電灯についても、長寿命化によるコ
スト低減の要求が厳しくなっている。

【０００４】また、技術面では、対象となるＩＣの高集
積化に伴って、露光時の解像度の要求も高くなってい
る。さらに、ワークを構成するウエハーの大口径化もあ
って、露光面積も大きくなり、あるいは高解像度達成の
ために利用されている光学系の構造上、光源から照射さ
れる紫外線放射量の増加が要求されている。

【０００５】そのため、従来、ショートアーク型放電灯
あるいはその電極の構造は、その照射する光線の高安定
度、かつ、長寿命となるように様々なものが提案されて
いる。なお、ショートアーク型放電灯を長寿命化、およ
び、高安定度を維持させるためには、その電極形状や電
極処理方法を改善することにより電極の消耗を低減させ
ることで、照度維持率の低下抑制に効果が有ることが知
られている。

【０００６】例えば、ショートアーク型放電灯の電極形
状には、特公昭３９−１１１２８号公報に記載されてい
る点灯中の温度低下（放熱効果の向上）を狙ったヒート
シンク構造（表面積増加）が提案されている。また、特
許第２６０１４３５号公報に記載されている電極表面に
炭化タンタルとタングステンの混合物からなる多孔質層
を形成する方法や、さらに、特許第２９１５３６８号公
報に記載されている微粒子状タングステン焼結層を形成
する方法等が提案されている。

【０００７】また、発光効率が高く、照度安定性の良い
光源を得るため、例えば、特開２００１−１３５２７４
号公報に開示されているように、希ガスとして高分子量
の希ガスに体積比で約５％〜４０％の低分子量の希ガス
を混合し、これらの混合ガスの常温における圧力を２気
圧以上としたショートアーク型放電灯が提案されてい
る。

【０００８】前記ショートアーク型放電灯は、希ガスを
封入するための圧力が２気圧未満のショートアーク型放
電灯に比べ、放射輝度が非常に高いため、陽極先端部が
えぐれてしまうほど著しく消耗する。そして、ランプ入
力の高入力化に伴い、ランプ電流の増大による消耗も著
しい。そのため、ショートアーク型放電灯内のガス対流
を考慮し電極の温度分布を最適化するための電極形状の
設計も近年取り入れられている。

【０００９】また、ショートアーク型放電灯の電極の製
造時における処理方法においては、電極表面の酸化膜層
の除去を目的とした水素中の熱処理（還元作用）や、ま
た、電極内部のガス出しを目的とした高真空中での熱処
理が行われている。特に、高真空中での熱処理はその温
度がタングステンの再結晶化（結晶粒成長）の進行に影
響し、これまでは１６００〜２２００℃で行っていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ショートアーク型放電灯の電極ならびにショートアーク
型放電灯は、さらに改良する余地が存在した。すなわ
ち、従来のショートアーク型放電灯およびその電極は、
高真空中での熱処理温度がタングステンを主成分とする
金属の再結晶化（粒成長）の進行に影響し、これまでは
１６００〜２２００℃で行っていたが、特にアーク領域
で最も輝度が高い位置（輝点）となる陰極先端部は、約
２４００〜２７００℃またはそれ以上にも達しているた
め、製造時の熱処理温度が１６００〜２２００℃では電
極の消耗が促進されてしまった。

【００１１】また、ショートアーク型放電灯の点灯時に
おいて、陰極および陽極が約２４００〜２７００℃に達
してしまうと、その陰極および陽極の再結晶化が促進さ
れることにより、結晶間等に存在した不純物が放出され
て発光管内の黒化を促進させてしまった。

【００１２】従来のショートアーク型放電灯およびその
電極は、陽極の先端部の構造が平坦形状又は膨出形状と
して形成されていることから、圧力が高くかつ高温状態
となっている発光管内において、陰極から放出される電
子の衝突により陽極の消耗が激しくなってしまった。

【００１３】本発明は、前記の問題点に鑑み創案された
もので、高圧力及び高温であっても電極の消耗が抑制さ
れ、また、電極の再結晶化を抑制し、かつ、照度維持率
に優れたショートアーク型放電灯の電極およびその電極
製造方法ならびにショートアーク放電灯を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係るショートア
ーク型放電灯の電極は、前記の問題を解決するため、つ
ぎのように構成した。すなわち、発光管内に水銀と希ガ
スを封入して用いるショートアーク型放電灯における前
記発光管内に対向して配置される陰極および陽極からな
る電極において、前記電極は、その陰極または陽極の少
なくとも一方が製造時の真空中の熱処理温度をＴとし、
その陰極または陽極として用いられる金属の融点をＭＰ
としたとき、２３００℃≦Ｔ＜ＭＰの温度範囲において
真空中で熱処理されたショートアーク型放電灯の電極と
した。

【００１５】このように構成されることにより、ショー
トアーク型放電灯の電極は、点灯時にアーク領域で最も
輝度が高い位置（輝点）となる陰極先端部が、約２４０
０〜２７００℃に達しても、陰極または陽極の少なくと
も一方が、点灯中に達する温度に対応した温度範囲で製
造時に熱処理されているため、再結晶化が最小限に抑制
される。

【００１６】また、前記ショートアーク型放電灯の電極
において、前記熱処理は、前記金属における所定の平均
金属結晶粒径を形成するのに十分な時間行われる構成と
した。このように構成されることにより、ショートアー
ク型放電灯の電極は、点灯中の高温時においても電極の
平均金属結晶粒径が安定する。なお、所定の平均金属結
晶粒径を形成するのに十分な時間とは、所定の材料から
構成された電極に対して、予備実験等により見出されて
いる所定温度で熱処理した場合、放電灯の点灯時に再結
晶されにくい安定した状態を維持できる時間である。

【００１７】さらに、発光管内に水銀と希ガスを封入し
て用いるショートアーク型放電灯における前記発光管内
に対向して配置される陰極および陽極からなる電極の製
造方法において、前記陰極および前記陽極として用いら
れる金属に対して、目的とする平均金属結晶粒径に応じ
て、その陰極または陽極の少なくとも一方が製造時の真
空中の熱処理温度をＴとし、その陰極または陽極として
用いられる金属の融点をＭＰとしたとき、２３００℃≦
Ｔ＜ＭＰの温度範囲において真空中で熱処理されるショ
ートアーク型放電灯の電極製造方法とした。

【００１８】このように構成されることにより、ショー
トアーク型放電灯の電極製造方法は、陰極および陽極と
して用いられる金属に対して、目的とする平均金属結晶
粒径に応じて、２３００℃≦Ｔ＜ＭＰの温度範囲におい
て真空中で熱処理を行っているため、陰極および陽極と
して用いられた金属中に含まれている不純物を製造時に
排除することができる。

【００１９】さらに、本発明に係るショートアーク型放
電灯として次のように構成した。すなわち、発光管内に
陰極及び陽極を対向して配置し、前記発光管内に水銀と
希ガスを封入したショートアーク型放電灯において、前
記陰極または前記陽極の少なくとも一方が、製造時の真
空中の熱処理温度をＴとし、前記陰極または前記陽極に
用いられる金属の融点をＭＰとしたとき、２３００℃≦
Ｔ＜ＭＰの温度範囲において真空中で熱処理された構成
とした。

【００２０】このように構成されることにより、ショー
トアーク型放電灯は、所定温度範囲により陰極または陽
極の少なくとも一方が、真空中で所定温度範囲内で熱処
理されているため、点灯中にその陰極または陽極あるい
は両極が、アーク放電および希ガスの封入圧力等の影響
により再結晶化することに対して最小限となる。

【００２１】また、前記ショートアーク型放電灯におい
て、前記熱処理は、前記金属における所定の平均金属結
晶粒径を形成するのに十分な時間行われる構成とした。
このように構成されることにより、ショートアーク型放
電灯は、平均金属結晶粒径が安定し、点灯時に陰極およ
び陽極に対して熱により再結晶化することを防止し、ま
た、消耗を最小限として安定した光照射を行うことが可
能となる。

【００２２】そして、発光管内に陰極及び陽極を対向し
て配置し、前記発光管内に水銀と希ガスを封入したショ
ートアーク型放電灯において、前記希ガスとして高分子
量の希ガスに体積比で５％〜４０％の低分子量の希ガス
を混合し、これら希ガスの常温における圧力を２気圧以
上とし、前記陽極は、前記陰極に対向する先端部に凹部
を設け、前記凹部が陽極と陰極とを結ぶ中心線の周りに
形成された回転面とし、前記陰極または前記陽極の少な
くとも一方は、それぞれの製造時の真空中の熱処理温度
をＴとし、その陰極または陽極として用いられる金属の
融点をＭＰとしたとき、２３００℃≦Ｔ＜ＭＰの温度範
囲において真空中で熱処理されたショートアーク型放電
灯として構成した。

【００２３】このように構成されることにより、ショー
トアーク型放電灯は、比較的低分子量である希ガスの熱
伝導率が、高分子量の希ガスに対して高いことにより、
複数の希ガスの常温での封入圧力が２気圧以上となった
とき、高分子量の希ガスに体積比で５％〜４０％の低分
子量の希ガスを混合して照度を向上させることが可能と
なる。さらに、ショートアーク型放電灯は、陰極から陽
極の凹部に向かって放射される電子に対して消耗するこ
とを最小限に抑制することが可能となる。

【００２４】なお、前記ショートアーク放電灯におい
て、前記高分子量の希ガスは、キセノン、クリプトン、
アルゴンの少なくとも１種又はこれらの混合ガスとし、
また、前記低分子量の希ガスは、ヘリウム、ネオンの少
なくとも１種又はこれらの混合ガスとすると都合がよ
い。

【００２５】さらに、前記ショートアーク型放電灯にお
いて、前記陰極の先端部を点電荷Ｑとしたとき、陽極の
先端部における電界の強さをＥとし、電極間の距離をＸ
とし、誘電率ε₀としたとき、Ｅ＝Ｑ／（４πε₀Ｘ²）
で示し、前記陽極の凹部における電界の強さＥを均等に
近づける前記回転面として形成したショートアーク型放
電灯の構成とした。

【００２６】このように構成されることにより、ショー
トアーク型放電灯は、陰極からの電子を受け取る陽極の
凹部の各点において、電界の強さを近づけるようにな
り、その凹部の電流密度が分散される。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。図１（ａ）はショートアーク型
放電灯の形状を断面にして模式的に示す側面図、（ｂ）
はショートアーク型放電灯の電極構成を模式的に示す一
部破断した側面図、（ｃ）は陽極の凹部の構成を示す側
面図である。

【００２８】図１に示すように、ショートアーク型放電
灯２０は、石英ガラスなどの紫外線透過部材により形成
された発光管１の内部に対向して配置させた陰極２およ
び陽極３と、この陰極２および陽極３のそれぞれを支持
する内部リード棒４，５と、この内部リード棒４，５の
後部側に接続された金属箔８，９と、この金属箔８，９
の後部側に接続される外部リード棒１０，１１とを備え
ており、内部リード棒４，５、金属箔８，９および外部
リード棒１０，１１の位置を発光管１の封止部６，７お
よび口金（図示せず）により封止して構成されている。

【００２９】また、陰極２と陽極３は、その一方または
両方の素材がタングステンの単体で形成される場合や、
タングステン合金により形成されている。この陰極２と
陽極３の少なくとも一方がタングステン合金で形成され
る場合は、例えば、タングステン粉末に所定量のカリウ
ム粉末を添加して焼結して製造するものや、また、タン
グステン粉末に所定量のトリウム粉末を添加して焼結す
るものや、あるいは、タングステン粉末に所定量のカリ
ウム粉末およびトリウム粉末を添加して焼結するもの等
がある。

【００３０】さらに、陰極２と陽極３の少なくとも一方
は、製造時に真空中の熱処理温度をＴとし、それぞれの
金属の融点をＭＰとしたとき２３００℃≦Ｔ＜ＭＰの温
度範囲内において高真空中で熱処理されており、ここで
は、一例として、２３００〜２９００℃としており、好
ましくは２４００〜２９００℃としている。ショートア
ーク型放電灯２０の構成によっては、陰極２または陽極
３の熱処理温度が２３００℃を超えた場合、あるいは、
２４００℃を超えた場合であると、点灯中に再結晶化が
最小限とすることができる。なお、ここで真空中とは、
１３３×１０^-3（Ｐａ）〜１３３×１０^-6（Ｐａ）の範
囲としている。

【００３１】そして、陰極２または陽極３の少なくとも
一方の熱処理時間としては、前記温度範囲において適宜
選択して決められる。なお、好ましくは、熱処理時間
は、５分から１８０分としている。熱処理時間が５分未
満である場合は、熱処理温度が２３００℃から２９００
℃であっても、ショートアーク型放電灯２０を点灯させ
た際に、陰極２あるいは陽極３に使用されている金属が
再結晶化（結晶粒成長）する可能性が高く、この再結晶
化のときに放出される含有ガスにより発光管１内の黒化
が促進されてしまう。また、熱処理時間が１８０分を超
えた場合は、熱処理温度が２３００℃から２９００℃の
とき、その熱処理温度において平均金属結晶粒径の安定
性および含有ガスの除去に関して飽和状態となる。

【００３２】ショートアーク型放電灯２０は、陰極２お
よび陽極３として選択される金属に対して、目的とする
平均金属結晶粒径に応じて、前記温度範囲（２３００℃
≦Ｔ＜ＭＰ）内において、真空中で熱処理してその陰極
２および陽極３を構成している。なお、所定の平均金属
結晶粒径を形成するのに十分な時間は、用いられる金属
から構成された電極に対して、予備実験等により見出さ
れている所定温度で熱処理した場合、放電灯の点灯時に
再結晶されにくい安定した状態を維持できる時間であ
る。

【００３３】例えば、陰極２または陽極３の少なくとも
一方の熱処理時間としては、前記温度範囲において適宜
選択して決められ、陰極２または陽極３を構成する金属
（タングステンまたはその合金）の種類および初期粒径
に依存して適宜選択される。ここでは熱処理時間として
５分から１８０分の範囲としている。熱処理時間が５分
未満である場合は、熱処理温度が２３００℃から２９０
０℃であっても、ショートアーク型放電灯２０を点灯さ
せた際に、陰極２あるいは陽極３に使用されている金属
が再結晶化（結晶粒成長）する可能性が高く、この再結
晶化のときに放出される含有ガスにより発光管１内の黒
化が促進されてしまう。また、熱処理時間が１８０分を
超えた場合は、熱処理温度が２３００℃から２９００℃
のとき、その熱処理温度において平均金属結晶粒径の安
定性および含有ガスの除去に関して飽和状態となる。

【００３４】そして、ここでは、陰極２または陽極３の
少なくとも一方の熱処理時間としては、処理しようとす
る陰極２または陽極３を構成する金属を用いた予備デー
タ（予備実験）を参酌して定めている。

【００３５】この予備データは、後記するように、図２
ないし図５で示す、陰極２または陽極３を構成する金属
と、熱処理温度、および平均結晶粒径の関係についての
情報を備えていれば良い。なお、熱処理時間についての
数値が分かっていればさらに適切な陰極２または陽極３
を構成することができる。このような図２ないし図５の
予備データがあれば、平均金属結晶粒径の安定している
状態の熱処理温度（さらに時間）から適切な陰極２ある
いは陽極３を構成することができる。

【００３６】図２ないし図５に示すように、陰極２また
は陽極３に対して、製造時の真空中での熱処温度が高
く、かつ熱処理時間が長い場合は、陰極２および陽極３
の平均金属結晶粒径が成長して安定した粒径となると共
に、素材が含有している含有ガスを熱処理中に放出す
る。そのため、ショートアーク型放電灯２０として点灯
している際には、陰極２および陽極３により予期しなか
った含有ガスを放出することがなく、所定の照度維持率
を保ちながら所定時間点灯することができる。

【００３７】なお、陰極２および陽極３の素材は、タン
グステン（Ｗ）、タングステンにカリウム（Ｋ）をドー
ピングしたもの、あるいは、タングステンにトリウム
（Ｔｈ）をドーピングした素材、さらに、タングステン
にカリウムとトリウムをドーピングした素材とした場合
を例に挙げて説明したが、もちろん、タングステンに他
の組成がドーピングあるいは焼結または鋳造、鍛造して
形成されてても構わず、前記した陰極２または陽極３の
少なくとも一方を高真空中で熱処理する工程を行うこと
で陰極２および陽極３が安定した状態となる。

【００３８】そして、図１（ｂ）、（ｃ）に示すよう
に、陰極２と、陽極３との距離は、ショートアーク型放
電灯２０において発光管内では、例えば、５．５ｍｍと
しており、陰極２と対面する陽極３の所定位置に凹部３
Ａが形成されている。この陽極３に形成されている凹部
３Ａは、陰極２の先端からの距離がその凹部３Ａの曲面
における各ポイントＰ₀、Ｐ₁…において、等距離Ｘ₀，
Ｘ₁…となるように形成されている。

【００３９】また、陰極２の先端部を点電荷Ｑとしたと
き、陽極３の先端部における電界の強さをＥとし、電極
間の距離をＸとし、誘電率ε₀としたとき、Ｅ＝Ｑ／
（４πε₀Ｘ²）で示し、前記陽極の凹部における各点で
の電界の強さＥを均等に近づけるように、その陽極３の
凹部３Ａの曲面を回転面として形成しても構わない。こ
の凹部３Ａの回転面形状は、円弧の一部となる形状や、
また、楕円の一部となる形状や、さらに、放物線の一部
となる形状等であってもよい。

【００４０】このように、陽極３の凹部３Ａにおいて、
陰極２から電子が送られたときに、電界Ｅの強さが均等
あるいは均等に近いため、凹部３Ａ面での電流密度が均
等になり、その陽極３の消耗を最小限に抑えることが可
能となる。なお、電界の強さＥを均等に近づけるとき、
陰極２から陽極３の凹部３Ａ面までの距離Ｘが等しい状
態となる場合もある。

【００４１】さらに、ショートアーク型放電灯２０は、
発光管１内に水銀および希ガスとして、キセノン、アル
ゴン、クリプトンのような比較的高分子量の希ガスと、
ネオンまたはヘリウムのような比較的低分子量の希ガス
を体積比で５〜４０％混合して混合希ガスが収納されて
いる。そして、前記混合希ガスは、常温における圧力を
２気圧以上で封入されており発光率を高くし、照度安定
性を良くしている。この希ガスの種類についての一例
は、表１に示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】また、ここでは、ショートアーク型放電灯
２０は、陽極３を上にして垂直方向に配置し、ランプ入
力電力として３５００Wで点灯している。もちろん、シ
ョートアーク型放電灯２０の点灯姿勢およびランプ入力
電力は、特に限定されるものではない。

【００４４】

【実施例】つぎに、本発明の実施例について説明する。
なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
また、予備実験としてここでは、図２ないし図５に示す
ように、試料１から試料４までのデータを揃えた。

【００４５】予備実験方法としては、試料１（タングス
テン）、試料２（タングステンにトリウムを２質量パー
セント添加）、試料３（タングステンに３０ｐｐｍのカ
リウム添加）、試料４（タングステンにトリウムを２質
量パーセントと３０ｐｐｍのカリウム添加）（φ２０×
３０ｍｍ）を洗浄（メタノール超音波洗浄１５分×２
回）、水素処理（１０００℃×３０分）、および高温真
空処理を行った。高温真空処理は、１６００℃、１９０
０℃、２２００℃、２５００℃、２７００℃でそれぞ
れ、１５分、６０分、１８０分加熱した。加熱速度は２
０℃／分とした。なお、真空度は、１３３×１０^-3（Ｐ
ａ）〜１３３×１０^-6（Ｐａ）の範囲で行った。

【００４６】そして、分析機器として、デジタルマイク
ロスコープ、ＶＨ−６３００（株式会社キーエンス製）
と、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、ＤＸ−７００（株式会
社トプコン製）と、高温真空炉（大亜真空株式会社製）
と、ダイヤモンドカッター、ＭＣ−１２２（株式会社マ
ルトー製）を用いた。

【００４７】さらに、高温真空処理後の各試料１〜４に
ついて、ダイヤモンドカッターで３０ｍｍの中央から切
断した横断面と、直径方向に切断した縦断面において、
ＳＥＭにより観察して横断面での結晶粒径を測定した。
なお、平均金属結晶粒径は、その横断面において任意に
選択した５つの結晶粒の平均値を取った。

【００４８】つぎに、前記予備データの一具体例として
以下に説明する。図２に示すように、試料１の場合で
は、０．１２５ｍｍ以上で０．１８５ｍｍ以下であるこ
と、あるいは下限値が０．１３ｍｍ以上とする平均金属
結晶粒径であると都合がよい。この平均金属結晶粒径
は、０．１２５ｍｍ未満であると、点灯中の熱により再
結晶化が起こりやすい状態となり、所定の照度維持率を
保ちながら所定時間点灯することができなくなる。ま
た、平均金属結晶粒径は、０．１８５ｍｍを超えて大き
くなってもその平均金属結晶粒径が飽和状態に近くな
る。なお、平均金属結晶粒径が０．１３ｍｍ以上である
場合は、熱処理温度が２４００℃以上となり、点灯中に
高温となる両極２，３の再結晶化がさらに起こりにくい
状態となる。

【００４９】また、図３に示すように、試料２の場合で
は、０．０３５（あるいは０．０４）ｍｍ以上で０．０
６ｍｍ以下の平均金属結晶粒径であると都合がよい。こ
の平均金属結晶粒径は、０．０３５ｍｍ未満であると、
点灯中の熱により再結晶化が起こりやすい状態となり、
所定の照度維持率を保ちながら所定時間点灯することが
できなくなる。また、平均金属結晶粒径は、０．０６ｍ
ｍを超えて大きくなった場合、その平均金属結晶粒径が
熱に対して安定して飽和状態に近くなる。

【００５０】そして、図４に示すように、試料３の場合
では、平均金属結晶粒径は、０．１４５ｍｍ以上で０．
１８ｍｍ以下であると都合がよい。この平均金属結晶粒
径は、０．１４５ｍｍ未満であると、点灯中の熱により
再結晶化が起こりやすい状態となり、所定の照度維持率
を保ちながら所定時間点灯することができなくなる。ま
た、平均金属結晶粒径が、０．１８ｍｍを超えて大きく
なった場合、その平均金属結晶粒径が熱に対して安定し
て飽和状態に近くなる。

【００５１】さらに、図５に示すように、試料４の場合
では、０．０９ｍｍ以上で０．１４ｍｍ以下の平均金属
結晶粒径であると都合がよい。この平均金属結晶粒径
は、０．０９ｍｍ未満であると、点灯中の熱により再結
晶化が起こりやすい状態となり、所定の照度維持率を保
ちながら所定時間点灯することができなくなる。また、
平均金属結晶粒径が、０．１４ｍｍを超えて大きくなっ
た場合、その平均金属結晶粒径が熱に対して安定して飽
和状態に近くなる。

【００５２】つぎに、ショートアーク型放電灯の照度維
持率について実験を行った。なお、電極は、陰極および
陽極の両者と、陰極と陽極の少なくとも一方について照
度維持率を測定した。

【００５３】そして、第１実施例として、ショートアー
ク型放電灯の構成は、水銀量が、４．５ｍｇ／ｃｃと
し、また、封入した希ガスとして高分子量のＡｒと、低
分子量のＮｅを体積比で４０パーセント混合して封入し
た。また、陰極および陽極の距離を５．５ｍｍとし、ラ
ンプ入力を３５００Ｗで点灯させた。なお、試料４から
陰極を構成し、試料３から陽極を構成し、それぞれ２３
００℃で真空中で熱処理した（試料４は、タングステン
に、トリウムを２質量パーセントと、カリウムを３０ｐ
ｐｍ添加、試料３はタングステンにカリウムを３０ｐｐ
ｍ添加）。そして、陽極は、図１（ｃ）に示すように、
端面Ｄ１の直径は８ｍｍとし、球面状の凹部の直径Ｄ２
の直径は６ｍｍとし、その凹部の深さ１ｍｍとした。

【００５４】さらに、表２に示すように、高真空中の熱
処理温度（℃）と、陽極先端部の凹部と、封入ガスの種
類と気圧と、Nｅの体積比とを特定してショートアーク
型放電灯を構成した。また、図６に示すように、照度維
持率と点灯時間（７５０時間）について測定した。照度
は、ショートアーク型放電灯からＩＣ露光装置の露光面
となる位置に照度計を配置してｉ線（中心波長３６５ｎ
ｍ）の紫外線の初期における照度およびその照度安定性
を測定した。なお、照度安定度は、「０」に近い数値が
安定度について高いといえる。

【００５５】

【表２】

【００５６】評価の結果、基準ランプＡに対して陽極先
端部に凹部を設けたランプＡ４〜Ａ６は、陽極先端部に
凹部が無いランプＡ１〜Ａ３と比較して、封入ガス圧に
対する照度、照度安定性の傾向が同等であることが確認
された。また、図６に示すように、ランプＡ４〜Ａ６
は、ランプＡ１〜Ａ３と比較して、約１０％の照度維持
率の向上が見られた。

【００５７】また、第２実施例として、基準ランプＢ
は、陽極、陰極の高真空中の熱処理温度を共に２１００
℃としている。そして、ランプＢ１〜Ｂ６は、陽極、陰
極のいずれか一方について高真空中の熱処理温度を２３
００℃、２５００℃、２７００℃で熱処理し、陽極の凹
部が無い状態としてショートアーク型放電灯を構成し
た。なお、ランプＢ１〜Ｂ３は、陰極についてのみ高真
空中で３００℃、２５００℃、２７００℃で熱処理し、
また、ランプＢ４〜Ｂ６は陽極についてのみ高温真空中
で３００℃、２５００℃、２７００℃で熱処理した。さ
らに、表３にないショートアーク型放電灯の他の構成
（水銀封入量等）は、前記した構成と同じである。

【００５８】

【表３】

【００５９】評価の結果、基準ランプＢに対してランプ
Ｂ１〜Ｂ６は、照度、照度安定性は同等であることが示
されている。また、図７に示すように、照度維持率は、
基準ランプＢに比較して、ランプＢ１〜Ｂ３が約３〜５
％向上していることが示されている。さらに、図８に示
すように、照度維持率は、基準ランプＢに比較して、ラ
ンプＢ４〜Ｂ６が約２〜３％向上していることが示され
ている。

【００６０】第１実施例および第２実施例の結果から、
表４に示す構成のランプＣとしたもで、図９に示すよう
に、照度維持率を測定した。なお、表４にないショート
アーク型放電灯の他の構成（水銀封入量等）は、前記し
た構成と同じである。

【００６１】

【表４】

【００６２】図９に示すように、基準ランプＢに対して
約１６％の照度維持率の向上が確認された。なお、本実
施例では、図６ないし図９に示す電極に対する熱処理時
間は６０分として行ったが、これに限定されるものでは
ない。また、陰極に対して試料４を用い、陽極に対して
試料３を用いたが、他の試料あるいは他のタングステン
合金を試料として予備データを揃えて用いても構わな
い。

【００６３】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成しているた
め以下の優れた効果を奏する。（１）ショートアーク型放電灯の電極は、製造時の真空
中の熱処理温度を２３００℃あるいは２４００℃から、
用いられる金属の融点までの温度範囲において熱処理し
ているため、ショートアーク型放電灯に用いた場合、点
灯時に電極が高温になっても、再結晶化されることおよ
び消耗されることを最小限に抑えることができ、所定の
照度維持率を所定時間において保つことができる。

【００６４】（２）ショートアーク型放電灯の電極は、
製造時の真空中での熱処理が、用いられる金属における
所定の平均金属結晶粒径を形成するのに十分な時間行わ
れる。そのため、真空中での熱処理温度、平均金属結晶
粒径、金属成分を示す予備実験によるデータを有するこ
とで、ショートアーク型放電灯の高い封入圧力における
環境での電極の再結晶化および消耗を最小限に抑えるこ
とのできるショートアーク型放電灯を製造できる。

【００６５】（３）ショートアーク型放電灯は、高い封
入圧力においても、陰極または陽極の少なくとも一方が
製造時の真空中の熱処理温度を２３００℃あるいは２４
００℃から、用いられる金属の融点までの温度範囲にお
いて熱処理していることと共に、陽極に凹部を備えてい
るため、所定の照度維持率を所定時間において保つこと
が可能となる。なお、陰極または陽極の両方を所定温度
範囲で熱処理することにより、さらに高い照度維持率を
保つことができる。

【００６６】（４）ショートアーク型放電灯は、２気圧
以上の高圧力の状態で、封入される希ガスを高分子量と
低分子量の希ガスを所定の割合で用いているため、発光
効率が高く、照度安定性が良く、照度維持率を改善する
ことができる。なお、陽極に凹部を設け、その凹部面が
受ける電解の強さを均等に近づけるようにすることによ
り、電極の消耗を抑制して、更に発光効率が高く、照度
安定性が良く、照度維持率を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係るショートアーク型放電灯
の形状を断面にして模式的に示す側面図、（ｂ）はショ
ートアーク型放電灯の電極構成を模式的に示す一部破断
した側面図，（ｃ）は陽極の凹部の構成を示す側面図で
ある。

【図２】本発明に係るショートアーク型放電灯の電極の
平均金属結晶粒径と熱処理温度の関係を示すグラフ図で
ある。

【図３】本発明に係るショートアーク型放電灯の電極の
平均金属結晶粒径と熱処理温度の関係を示すグラフ図で
ある。

【図４】本発明に係るショートアーク型放電灯の電極の
平均金属結晶粒径と熱処理温度の関係を示すグラフ図で
ある。

【図５】本発明に係るショートアーク型放電灯の電極の
平均金属結晶粒径と熱処理温度の関係を示すグラフ図で
ある。

【図６】本発明に係るショートアーク型放電灯の照度維
持率と点灯時間の関係を示すグラフ図である。

【図７】本発明に係るショートアーク型放電灯の照度維
持率と点灯時間の関係を示すグラフ図である。

【図８】本発明に係るショートアーク型放電灯の照度維
持率と点灯時間の関係を示すグラフ図である。

【図９】本発明に係るショートアーク型放電灯の照度維
持率と点灯時間の関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１発光管２陰極３陽極４内部リード棒５内部リード棒６封止部７封止部８金属箔９金属箔１０外部リード棒１１外部リード棒２０ショートアーク型放電灯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者芹澤和泉長野県茅野市玉川4896 株式会社オーク製作所諏訪工場内 (72)発明者藤森昭芳長野県茅野市玉川4896 株式会社オーク製作所諏訪工場内Ｆターム(参考） 5C015 JJ06 PP01 PP02 PP03 PP04 PP05 PP07 5C039 HH04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光管内に水銀と希ガスを封入して用い
るショートアーク型放電灯における前記発光管内に対向
して配置される陰極および陽極からなる電極において、前記電極は、その陰極または陽極の少なくとも一方が製
造時の真空中の熱処理温度をＴとし、その陰極または陽
極として用いられる金属の融点をＭＰとしたとき、２３
００℃≦Ｔ＜ＭＰの温度範囲において真空中で熱処理さ
れたことを特徴とするショートアーク型放電灯の電極。
【請求項２】前記熱処理は、前記金属における所定の
平均金属結晶粒径を形成するのに十分な時間行われるこ
とを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電
灯の電極。
【請求項３】発光管内に水銀と希ガスを封入して用い
るショートアーク型放電灯における前記発光管内に対向
して配置される陰極および陽極からなる電極の製造方法
において、前記陰極または前記陽極として選択される金属に対し
て、目的とする平均金属結晶粒径に応じて、その陰極ま
たは陽極の少なくとも一方が製造時の真空中の熱処理温
度をＴとし、その陰極または陽極として用いられる金属
の融点をＭＰとしたとき、２３００℃≦Ｔ＜ＭＰの温度
範囲において真空中で熱処理されることを特徴とするシ
ョートアーク型放電灯の電極製造方法。
【請求項４】発光管内に陰極及び陽極を対向して配置
し、前記発光管内に水銀と希ガスを封入したショートア
ーク型放電灯において、前記陰極または前記陽極の少なくとも一方が、製造時の
真空中の熱処理温度をＴとし、前記陰極または前記陽極
に用いられる金属の融点をＭＰとしたとき、２３００℃
≦Ｔ＜ＭＰの温度範囲において真空中で熱処理されたこ
とを特徴とするショートアーク型放電灯。
【請求項５】前記熱処理は、前記金属における所定の
平均金属結晶粒径を形成するのに十分な時間行われるこ
とを特徴とする請求項４に記載のショートアーク型放電
灯。
【請求項６】発光管内に陰極及び陽極を対向して配置
し、前記発光管内に水銀と希ガスを封入したショートア
ーク型放電灯において、前記希ガスとして高分子量の希ガスに体積比で５％〜４
０％の低分子量の希ガスを混合し、これら希ガスの常温
における圧力を２気圧以上とし、前記陽極は、前記陰極に対向する先端部に凹部を設け、
前記凹部が陽極と陰極とを結ぶ中心線の周りに形成され
た回転面とし、前記陰極または前記陽極の少なくとも一方は、製造時の
真空中の熱処理温度をＴとし、その陰極または陽極とし
て用いられる金属の融点をＭＰとしたとき、２３００℃
≦Ｔ＜ＭＰの温度範囲において真空中で熱処理されたこ
とを特徴とするショートアーク型放電灯。
【請求項７】前記高分子量の希ガスは、キセノン、ク
リプトン、アルゴンの少なくとも１種又はこれらの混合
ガスとし、前記低分子量の希ガスは、ヘリウム、ネオンの少なくと
も１種又はこれらの混合ガスとしたことを特徴とする請
求項６に記載のショートアーク型放電灯。
【請求項８】前記陰極の先端部を点電荷Ｑとしたと
き、陽極の先端部における電界の強さをＥとし、電極間
の距離をＸとし、誘電率ε₀としたとき、Ｅ＝Ｑ／（４
πε₀Ｘ²）で示し、前記陽極の凹部における電界の強さ
Ｅを均等に近づける前記回転面として形成したことを特
徴とする請求項６または請求項７に記載のショートアー
ク型放電灯。