JP2008300080A - ショートアーク水銀ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】初期照度が高く、照度維持率が優れたショートアーク水銀ランプを提供する。
【解決手段】アルカリ土類金属を含有した焼結電極２１の径Ｄ１と陽極３の平坦面の径Ｄ２の比率をＤ２／Ｄ１≦２．５にする。これにより、スポットの拡がりを抑制し、照度の低下の少ないショートアーク水銀ランプを提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線を放射するショートアーク水銀ランプに関する。

高圧及び超高圧金属蒸気圧放電灯の使用分野は拡大しており、例えば反射鏡等の光学系に組み込んで、半導体製造装置、液晶製造用装置等の微細加工用装置の光源として使用される。近年では、使用波長が短波長側にシフトしており、波長が３６５ｎｍや３１３ｎｍにおいて発光効率の高いランプが望まれている。このようなランプとしてショートアーク水銀ランプが知られている（特許文献１参照）。

ショートアーク水銀ランプは、楕円形の放電空間を有する石英ガラス製のバルブを備えている。放電空間内には、タングステンからなる陽極と陰極の電極が対向して設けられている。従来、陽極は点灯中の電極温度を低減させるために先端部径を大きくしていた。陰極には１〜２％のトリエーテッドタングステンを用いることで、電子放射性を向上させていた。なお、陰極にアルカリ土類系の易電子放射性物質の混合物を使用したものも知られている（特許文献２参照）。
特開２０００−１０６１３１号公報 特開２００２−１４１０１８号公報

陰極にトリエーテッドタングステンを用いたショートアーク水銀ランプにおいて、電極先端部が２０００℃より低い温度で点灯した場合、熱電子の放出が十分に得られないために、電極先端部の輝点（スポット）が移動（フリッカー）し、照度変動が発生する。陰極にトリエーテッドタングステンを使用する場合には、電極先端部の温度が２０００℃以上になるように設計しているが、タングステンが蒸発するため、ランプの寿命中の照度維持率が十分でない。

仕事関数が低いアルカリ土類金属を含有した焼結電極を用いた場合、電極温度が２０００℃より低くてもフリッカーの発生はなく、タングステンの蒸発を抑制することができるので、照度維持率の優れたランプを提供することができる。

しかしながら、ショートアーク水銀ランプは電極先端部にスポットを集中させる必要があるが、アルカリ土類金属の仕事関数が低く、電子の放出がトリエーテッドタングステンと比較すると容易であるので、スポットの拡がりが発生し、初期照度が低くなる問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、初期照度が高く、照度維持率が優れたショートアーク水銀ランプを提供することにある。

本発明に係るショートアーク水銀ランプは、放電空間を備えたバルブと、放電空間内に封入された水銀と、アルカリ土類系の易電子放射性物質と高融点金属の混合物である焼結電極を先端部に形成した陰極と、陰極に対向して配置され、径の大きさが焼結電極の径の大きさの２．５倍以下である平坦面を形成した陽極と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、アルカリ土類系の易電子放射性物質を含有した焼結電極を形成した陰極と、焼結電極の径の大きさの２．５倍以下である平坦面を形成した陽極とを備えることにより、スポットの拡がりを抑制し、照度の低下の少ないショートアーク水銀ランプを提供することができる。

本発明によれば、初期照度が高く、照度維持率が優れたショートアーク水銀ランプを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態におけるショートアーク水銀ランプの構成を示す側面図であり、一部断面を示している。同図に示すショートアーク水銀ランプ１は、対向して配置された陰極２と陽極３の２つの電極と、紫外線の透過性が高く耐熱性に優れた石英ガラス製のバルブ４とを備える。陰極２と陽極３は、バルブ４に形成された楕円形の放電空間内に対向して配置されている。バルブ４の両端は、金属箔導体（図示せず）により封着されている。陰極２と陽極３はそれぞれ金属箔導体に接合され、外部の直流電源と電気的に接続される。

陰極２はタングステンで形成されており、先端部には、アルカリ土類系の易電子放射性物質であるＢａ，Ｃａなどと高融点金属であるタングステンの混合物である焼結電極２１が先端を露出して埋め込まれている。図１においては、その構成を容易に表すために陰極２の長軸方向の断面を示している。

陽極３はタングステンで形成されており、陰極２に対向する面に平坦面を備えている。

陰極２と陽極３に直流電圧を印加すると焼結電極２１の露出した面から陽極３の平坦面へ向けて電子が放出される。トリエーテッドタングステンを使用した電極の場合は、電極先端部から電子が放出されるが、アルカリ土類金属を含有した焼結電極２１の場合は、陽極３に対向する焼結電極２１の露出面全体から電子が放出され、スポットが拡がるため照度が低くなる。本実施の形態においては、焼結電極２１の径Ｄ１を１．０ｍｍ、陽極３の平坦面の径Ｄ２を１．８ｍｍとしてスポットの拡がりを抑制した。

図２は、焼結電極２１の径Ｄ１と陽極３の平坦面の径Ｄ２との比率に対する照度を示すグラフである。同図におけるグラフでは、横軸に、Ｄ１に対するＤ２の比率（Ｄ２／Ｄ１）を示し、縦軸に、従来のショートアーク水銀ランプの照度に対する相対値を示している。Ｄ１を１．０ｍｍとして、Ｄ２を変化させることにより照度を測定した。

同図に示すように、Ｄ２／Ｄ１≦２．５のときには、照度相対値が９８％以上となり照度が保たれているが、Ｄ２／Ｄ１が２．５を越えると照度が低くなることが分かる。したがって、焼結電極２１の径Ｄ１に対する陽極３の平坦面の径Ｄ２との比率Ｄ２／Ｄ１を２．５以下にすることが望ましい。また、陽極３の平坦面の径Ｄ２を狭くすると、点灯中に陽極３の温度が上昇するので、Ｄ２／Ｄ１＞１であることが望ましい。

図１のバルブ４に形成された放電空間の内部には、水銀と放電媒体とが封入されている。封入される水銀の量は、３６５ｎｍと３１３ｎｍの波長を有する光を効率よく発光する為に５〜２０ｍｇ／ｃｃとするとよい。本実施の形態においては１０ｍｇ／ｃｃの水銀を放電空間の内部に封入した。

図３は、本実施の形態における別のショートアーク水銀ランプの構成を示す側面図であり、一部断面を示している。同図に示すショートアーク水銀ランプ６は、陰極５の先端部に焼結電極５１が溶接されている点で図１に示したものと異なっている。図３に示す焼結電極５１の径に対する陽極３の径の比率も２．５以下である。

したがって、本実施の形態によれば、アルカリ土類金属を含有した焼結電極２１の径Ｄ１と陽極３の平坦面の径Ｄ２の比率をＤ２／Ｄ１≦２．５にすることにより、スポットの拡がりを抑制し、照度の低下の少ないショートアーク水銀ランプを提供することができる。

なお、ショートアーク水銀ランプ１，６は、電極間の距離が短く、点光源に近い発光であるので、集光鏡など光を制御する光学系装置を備えた照明器具に組み込んで使用するとよい。

一実施の形態におけるショートアーク水銀ランプの構成を示す側面図であり、一部断面を示している。 図１に示すショートアーク水銀ランプの２つの電極の径の比率に対する照度の相対値を示すグラフである。 一実施の形態における別のショートアーク水銀ランプの構成を示す側面図であり、一部断面を示している。

符号の説明

１，６…ショートアーク水銀ランプ
２，５…陰極
２１，５１…焼結電極
３…陽極
４…バルブ

Claims (1)

1. 放電空間を備えたバルブと、
   前記放電空間内に封入された水銀と、
   アルカリ土類系の易電子放射性物質と高融点金属の混合物である焼結電極を先端部に形成した陰極と、
   前記陰極に対向して配置され、径の大きさが前記焼結電極の径の大きさの２．５倍以下である平坦面を形成した陽極と、
   を有することを特徴とするショートアーク水銀ランプ。

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