JP2012186023A

JP2012186023A - ショートアーク型放電ランプ

Info

Publication number: JP2012186023A
Application number: JP2011048361A
Authority: JP
Inventors: Yuta Kobayashi; 勇太小林; Toshiaki Otani; 俊明大谷; Koichi Matsuo; 浩一松尾; Hidemi Orito; 日出海折戸
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-03-04
Also published as: JP5856380B2

Abstract

【課題】発光管内壁の黒化現象及びアークの揺れを抑制することにより照度維持率を向上させる。
【解決手段】点灯時に鉛直方向に配置される陰極及び陽極の中心を通る軸線上で陽極が陰極よりも上側に配置されたショートアーク型放電ランプにおいて、発光管封体の最大外径をＤｍ、該発光管封体の最大外径を通る平面の位置を基準位置Ｙｍ、該基準位置Ｙｍから、前記陰極及び陽極の中心を通る軸線に沿って、前記陽極の先端までの距離をＸ１、前記基準位置Ｙｍから、前記陰極及び陽極の中心を通る軸線に沿って、電極芯棒支持材の電極先端を臨む端面において前記陰極の電極芯棒の根元が露出する点までの距離をＸ２、さらに、前記発光管封体の前記陰極及び陽極の中心を通る軸線に沿った断面において前記発光管封体の膨張部分を形成する曲面の曲率半径をＲとすると、０．６９≦（Ｄｍ／Ｒ）＜１．２４であり、かつ、０＜（Ｘ１／Ｘ２）≦０．２７１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体、液晶、プリント基板の露光用光源として使用されるショートアーク型放電ランプに関する。

ショートアーク型放電ランプは、大電流を流すことができるため露光用光源として使用されており、石英ガラス製発光管内に対向して配置された陰極と陽極とを備え、石英ガラス製発光管内に水銀と希ガスとが封入されている。陰極及び陽極ともに、主構成物質はタングステンであるが、陰極は、更に、電極からの電子放出を容易にするために、トリウム、セリウム、イットリウム、ランタン、ジルコニウムなどの酸化物やホウ化物、窒化物をドープ材として含む。

ランプ点灯時に電極に大電流が流れるため、電極先端部の電流密度が上昇して高温になり、その電極先端部の電極構成物質が蒸発する。従来のショートアーク型放電ランプにおいては、その際、蒸発した電極構成物質は発光管内壁に付着して黒化現象を引き起こすことがある。その黒化現象が生じると、発光管を構成する石英ガラスの紫外線透過率が低下し、照度維持率が悪化する。特に陰極の場合は、ドープ材が含まれていて陽極よりも融点が低いため、蒸発が起こり易い。

また、従来のショートアーク型放電ランプにおいては、ランプを長時間点灯させた場合にアークの揺れが発生することがある。これは、ランプの長時間の点灯によって陰極先端が高温に維持されることにより、例えば、酸化トリウムをドープした陰極の場合、酸化トリウムの蒸発が促進され、その結果、ドープ材が早期に枯渇してしまうため、放電が不安定になると考えられている。

特許第３０６５５８１号公報特開平１０−２６９９９０号公報特許文献１は、ショートアーク型水銀ランプにおいて、発光管内に封入されている水銀及び希ガスを所定圧力とすることにより、該ランプの露光面における放射照度を向上させることと、発光管の軸方向の長さ、陰極が発光空間内に突き出る長さ及び発光管の径方向の最大値を所定の関係にすることにより、アークの揺らぎを防止することとを開示する。

特許文献２は、ショートアーク型水銀ランプにおいて、点灯時に発光管内の下側電極の先端位置が発光管の最大径部分を含む平面に合致するか又はその平面より上側にくるように、その下側電極を配置することにより、照度変動率を小さく抑えることを開示する。

特許文献１又は２のいずれにも、発光管内壁の黒化現象及びアークの揺れと、電極、特に陰極の先端温度、発光管内における電極先端位置及び発光管の形状との関係は、検討されていない。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、発光管内壁の黒化現象と、電極、特に陰極の先端温度、発光管内における電極先端位置及び発光管の形状との関係を考慮することにより、発光管内面の黒化現象による照度維持率低下を抑制したショートアーク型放電ランプを提供することを目的とする。

また、本発明は、発光管内のアークの揺れと、電極、特に陰極の先端温度、発光管内における電極先端位置及び発光管の形状との関係を考慮することにより、長時間点灯時のアーク揺れを抑制したショートアーク型放電ランプを提供することを目的とする。

以上の点に鑑み、本発明に係るショートアーク型放電ランプは、膨張部分と両端の管状部分とを備え、少なくとも希ガスが封入された発光管封体と、該発光管封体の前記両端の管状部分を封止するように埋設された電極芯棒支持部材と、前記発光管封体の前記膨張部分内に、先端部同士が所定距離離隔して配置されていて、前記電極芯棒支持部材に電極芯棒が埋入された陰極及び陽極とを備え、少なくとも点灯時には、鉛直方向に配置される前記陰極及び陽極の中心を通る軸線上で前記陽極が前記陰極よりも上側に配置され、前記発光管封体の最大外径をＤｍ、該発光管封体の最大外径を通る平面の位置を基準位置Ｙｍ、該基準位置Ｙｍから、前記陰極及び陽極の中心を通る軸線に沿って、前記陽極の先端までの距離をＸ１、前記基準位置Ｙｍから、前記陰極及び陽極の中心を通る軸線に沿って、前記電極芯棒支持部材の電極先端を臨む端面において前記陰極の前記電極芯棒の根元が露出する点までの距離をＸ２、さらに、前記発光管封体の前記陰極及び陽極の中心を通る軸線に沿った断面において前記発光管封体の前記膨張部分を形成する曲面の曲率半径をＲとすると、０．６９≦（Ｄｍ／Ｒ）＜１．２４であり、かつ、０＜（Ｘ１／Ｘ２）≦０．２７１である（ただし、前記Ｘ１、Ｘ２は、前記基準位置から前記陽極の前記電極芯棒に向かう方向を正とし、前記基準位置から前記陰極の前記電極芯棒に向かう方向を負とし、また、４０ｍｍ≦Ｄｍ≦２５０ｍｍ、４０ｍｍ≦Ｒ≦３００ｍｍとする）ことを特徴とする。

そのショートアーク型放電ランプにおいて、前記発光管封体は石英ガラスから形成され、該発光管封体内に水銀も封入されていてもよい。

そのショートアーク型放電ランプにおいて、前記発光管封体内の前記希ガスは、２５°Ｃ（常温）において、約０．０５ＭＰａから０．８ＭＰａの範囲内にあってもよい。

そのいずれかのショートアーク型放電ランプにおいて、前記陰極は、トリウム、セリウム、イットリウム、ランタン、ジルコニウムなどの酸化物やホウ化物、窒化物をドープしたものであってもよい。

本発明によれば、発光管内壁の黒化現象と、電極、特に陰極の先端温度、発光管内における電極先端位置及び発光管の形状との関係を考慮することにより、発光管内面の黒化現象による照度維持率低下を抑制し、あるいは長時間点灯時のアーク揺れを抑制したショートアーク型放電ランプを提供することができる。

本発明によると、陰極を封体内表面の近くに配置することによって、封体内の希ガスの温度を下げ、陰極の温度も下げるショートアーク型放電ランプを提供することができる。

本発明によると、陰極の温度を下げることによって、電極先端部の摩耗を抑え、あるいは電極先端部のドープ材の枯渇を防ぐショートアーク型放電ランプを提供することができ、更にはそのドープ材の枯渇を防ぐことによってアークの揺れを防ぐショートアーク型放電ランプを提供することができる。

本発明によると、電極間の発光中心位置を陰極側シール部に近くすることによって黒化現象の影響を抑えるショートアーク型放電ランプを提供することができる。

本発明によると、発光管封体の形状を楕円体ないし円筒形状に近づけることによって、電極と発光管封体の内側表面とを遠ざけ、それにより、電極に対するその内側表面からの反射熱の影響を抑えるショートアーク型放電ランプを提供することができる。

本発明によると、発光管封体の形状を楕円体ないし円筒形状に近づけることによって、電極と発光管封体の内側表面とを遠ざけ、それにより、電極に対するその内側表面からの反射熱の影響を抑え、あるいは発光管封体の外側表面の温度分布をより均一化し、あるいは発光管封体の外側表面の面積及び内容積を増加し、それにより、発光管封体内のガスの温度を下げて電極表面の熱伝導によって電極の温度の上昇を抑えるショートアーク型放電ランプを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプの一部の概略断面図である。図２は、図１に示すショートアーク型放電ランプの発光管の形状を説明するための概念図である。図３（Ａ）は、本発明の他の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの一部の概略断面図である。図３（Ｂ）は、本発明のさらに他の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの一部の概略断面図である。図１は、本発明に係るショートアーク型放電ランプの使用例を説明するための一部断面の概略図である。

以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプを説明する。なお、全図において、各部材の厚さ、長さ、形状、部材同士の間隔、隙間等は、理解の容易のために、適宜、拡大・縮小・変形・簡略化等をしている。図の説明の際の上下・左右の表現は、その図を鉛直面内に置いた状態でのその図面の面に沿った方向を表すものとする。また、同じ構成要素には同じ参照符号を付して説明を省略する場合がある。

［ショートアーク型水銀ランプの概略構造］
図１は、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプ１０の一部の概略構造を示す。ショートアーク型放電ランプ１０は、膨張部分と両端の管状部分とを有する発光管封体１を備える。膨張部分の内部には、陽極２及び陰極３が所定の距離離隔されて対向して配置されており、両端の管状部分には、発光管封体１を封止するために電極芯棒支持部材７が埋設されている。

図示していないが、電極芯棒支持部材７には電極マウントが差し込まれて固定されている。電極マウントには、陽極２及び陰極３のそれぞれに接続された電極芯棒５が接続されていて、電極芯棒５は、図示せぬ金属箔や石英円筒体や円柱体等の封止部材を介して外部のリード線に接続している。陽極２と陰極３との先端部間の距離は、例えば、４〜２０ｍｍの範囲にある。

発光管封体１の膨張部分の中央部の最大外径Ｄｍは例えば４０ｍｍから２５０ｍｍの範囲内にあり、その最大外径Ｄｍの部分を通る平面の位置を基準位置Ｙｍとする。基準位置Ｙｍは、陽極２及び陰極３の中心を通る軸線と直交する。

発光管封体１の両端部間の長さは例えば７０ｍｍから１９０ｍｍの範囲内にある。発光管封体１内には、３ｍｇ/ｃｍ³から５０ｍｇ/ｃｍ³の範囲から選択された例えば４０ｍｇ/ｃｍ³の水銀と、キセノン（Xe）、アルゴン（Ar）及びクリプトン（Kr）の中の少なくとも１つの希ガスとが封入されている。希ガスの封入圧は、封入されたガスの種類によっても異なるが、概略、２５°Ｃ（常温）において、約０．０５ＭＰａから０．８ＭＰａの範囲内にある。たとえば、常温において、希ガスの封入圧が、０．３ＭＰａの場合には、ランプ点灯時には、発光管封体１内の圧力は２ＭＰａ程度になることがある。

［黒化現象等］
図１に基づいて、黒化現象が生じる状況を説明する。この実施形態では、発光管封体１は、図１に示すように、鉛直軸線上において、陽極２が陰極３より上になるように両電極を配置して用いているものとする。

点灯すると、発光管封体１内では、陽極２と陰極３との間では大電流が流れて電流密度が高まるため、陽極２及び陰極３が高温に加熱される。

陽極２及び陰極３が高温になると、その周囲にある希ガス及び水銀蒸気の温度が上昇する。それに伴い、希ガス及び水銀蒸気が、陰極３から陽極２に沿って上昇する。発光管封体１の上部は、中央部よりも狭まっており、また、発光管封体１の外側は外気に接していて比較的低温であるため、陰極３から陽極２に沿って上昇した希ガス及び水銀蒸気は、発光管封体１の内面に接触し、冷却されて、発光管封体１の内面に沿って下降する。

希ガス及び水銀蒸気が発光管封体１の下部に集まると、それらは、高温の陰極３に近づくため再度加熱されて、陰極３から陽極２に沿って再び上昇する。ランプが点灯すると、上記のように、希ガス及び水銀蒸気は、発光管封体１内で対流して循環する。

また、陰極３及び陽極２ともに、主構成物質はタングステンであるが、陰極３は、更に、電極からの電子放出を容易にするために、トリウム、セリウム、イットリウム、ランタン、ジルコニウムなどの酸化物やホウ化物、窒化物をドープ材として含む。ランプ点灯時には陽極２及び陰極３に大電流が流れるため、電極先端部の電流密度が上昇して高温になり、特に陰極３の先端部から電極構成物質のタングステンが蒸発する。その蒸発したタングステンは、希ガス及び水銀蒸気の対流とともに移動する。すなわち、その蒸発したタングステンは、希ガス及び水銀蒸気とともに、陰極３から陽極２に沿って上昇し、発光管封体１の内面に接触すると冷却され、発光管封体１の内面に沿って下降することになる。

その際に、蒸発したタングステンが発光管封体１の内面に付着して黒化現象を引き起こす。黒化した箇所は、紫外線透過率が低下し、黒化が進行することに伴い照度維持率が低下することになる。

［アークの揺れ］
陰極３が高温になると、その先端部からのドープ材である、酸化物やホウ化物、窒化物等のドープ材の蒸発も促進される。そのため、陰極３が高温の状態で、長時間にわたってランプが点灯すると、これらドープ材が早期に枯渇してしまい、それにより、アークの揺れが発生すると考えられる。

［電極の位置等］
従来のショートアーク型水銀ランプでは、陽極及び陰極の先端部がどちらもほぼ発光管封体の中央部の最大外径部の辺りに位置するように、陽極及び陰極を配置している。それに対し、図１に示す本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプ１０では、陽極２の先端部が、基準位置Ｙｍよりも陽極先端位置Ｘ１だけ下側に位置するように、陽極２及び陰極３が配置されている。陽極２と陰極３との間の間隔の大きさは従来と同じである。

表１は、基準位置Ｙｍからの陽極２の先端部までの距離の陽極先端位置Ｘ１を変更した場合の陽極２及び陰極３の相対的な温度の変化及び照度維持率を示す。陽極２と陰極３との間隔の大きさは変更しない。すなわち、陽極２の先端部の位置を変更した場合には、陰極３の位置もそれに伴って変更している。

表１に示すように、陽極２の先端部を基準位置Ｙｍ上に一致させて配置した場合の陽極２及び陰極３の温度を１００とする。そのときの陽極先端位置Ｘ１は０であり、照度維持率は８４％である。表１では、陽極先端位置Ｘ１は、図１において、基準位置Ｙｍより上方にある場合を正とし、下方にある場合を負とする。

表１によると、陽極２の先端部が基準位置Ｙｍより３ｍｍ上方にあるとき、つまり、陽極先端位置Ｘ１が３ｍｍのときには、陰極３及び陽極２の先端部の温度の相対値はそれぞれ１０３及び１０２であり、陽極先端位置Ｘ１が０のときと比べて、両電極の先端部の温度は高い。さらに、陽極２の先端部の位置が高くなって陽極先端位置Ｘ１が７ｍｍのときには、陰極３及び陽極２の先端部の温度の相対値はそれぞれ１０７及び１０４となり、陽極先端位置Ｘ１が３ｍｍのときに比べて、両電極の先端部の温度はより高くなる。

それらに対し、陽極２の先端部が基準位置Ｙｍより３ｍｍ下方にあるとき、つまり、陽極先端位置Ｘ１が−３ｍｍのときには、陰極３及び陽極２の先端部の温度の相対値はそれぞれ１００及び９９であり、陽極先端位置Ｘ１が０のときと比べて、両電極の先端部の温度は同じかそれより低くなる。さらに、陽極２の先端部の位置が低くなって陽極先端位置Ｘ１が−７ｍｍの場合には、陰極３及び陽極２の先端部の温度の相対値は、それぞれ、９９及び９８となり、陽極先端位置Ｘ１が−３ｍｍのときに比べて、両電極の先端部の温度はより低くなる。さらに、陽極２の先端部の位置が低くなって陽極先端位置Ｘ１が−１０ｍｍの場合には、陰極３及び陽極２の先端部の温度の相対値は、それぞれ、９８及び９７となり、陽極先端位置Ｘ１が−７ｍｍのときに比べて、両電極の先端部の温度はより低くなる。よりさらに、陽極２の先端部の位置が低くなって陽極先端位置Ｘ１が−１５ｍｍの場合には、陰極３及び陽極２の先端部の温度の相対値は、ともに９６となり、陽極先端位置Ｘ１が−１０ｍｍのときに比べて、両電極の先端部の温度はより低くなる。

照度維持率は、陽極２の先端部が基準位置Ｙｍより３ｍｍ上方にあるときに、つまり、陽極先端位置Ｘ１が３ｍｍのときに８１％であり、陽極２の先端部の位置が低くなるにつれて、つまり、陽極先端位置Ｘ１が小さくなるにつれて、照度維持率は、だんだんと高くなり、陽極先端位置Ｘ１が−１５ｍｍのときに、８７％まで高まる。

この表１からは、陽極先端位置Ｘ１が小さくなると、つまり、陽極２の先端部が基準位置Ｙｍより低い位置に配置されると、照度維持率は高くなるということが分かる。

次に、表２に、陽極先端位置Ｘ１と陰極基端位置Ｘ２との関係を示す。ここで陰極基端位置Ｘ２は、図１において、封止部材７から陰極３の電極芯棒５が露出した根元の位置を、基準位置Ｙｍを基準に上向きをプラス、下向きをマイナスとして測った距離をいう。

表２において、陰極基端位置Ｘ２は一定値の−５５．３ｍｍであり、Ｘ１／Ｘ２は、基準位置Ｙｍを基準としたときの陰極基端位置Ｘ２に対する陽極先端位置Ｘ１の割合を示す（正の値も負の値も取りうる）。

表２に示すように、陽極先端位置Ｘ１が正の場合、つまり、陽極２の先端部が基準位置Ｙｍより高い位置にある場合には、Ｘ１／Ｘ２は負になり、Ｘ１が大きくなるほど、Ｘ１／Ｘ２も負の大きな値となる。陽極先端位置Ｘ１が負の場合、つまり、陽極２の先端部が基準位置Ｙｍより低い位置にある場合には、Ｘ１／Ｘ２は正になり、Ｘ１が小さくなるほど、Ｘ１／Ｘ２も正の大きな値となる。

実験によると、Ｘ１／Ｘ２が０のもの、つまり、陽極先端位置Ｘ１が０で、陽極２の先端部が基準位置Ｙｍにあるものを基準のランプとすると、Ｘ１／Ｘ２が負の場合には、電極の温度が高くなり摩耗が大きくなった。Ｘ１／Ｘ２が＋０．３６２のものでは、アークが揺らぎ照度値が安定しなかった。

その実験から、Ｘ１／Ｘ２の値が、０より大で＋０．２７１以下のものが、好ましいランプであることがわかった。

なお、陰極基端位置Ｘ２は、図３（Ａ）に示すように、封止部材７−１の陰極３側の上面の形状が、凹凸形状になっている場合には、その上面の最も低い面、つまり、電極芯棒支持部材７−１の陰極３側の上面において、陰極３の電極芯棒５が露出する面から基準位置Ｙｍまでの距離となる。また、図３（Ｂ）の場合のように、電極芯棒支持部材７−２が、封体との接続面にシール用ガラス部材Ｓを備えている場合には、陰極基端位置Ｘ２は、基準位置Ｙｍから、電極芯棒５の根元が封止部材７−２の端面から露出する点までの距離となる。

［発光管封体の形状］
図１及び図２に示すように、発光管封体１の膨張部分は、例えば、湾曲部が曲率半径Ｒから定まる形状を有する。その発光管封体１の中央部の外側表面の最大外径Ｄｍを一定にして、曲率半径Ｒの大きさを変えると、比較的球形の膨張部分を備えるランプから楕円体ないし細長い円筒形状に近い膨張部分を備えるランプまでを形成することができる。なお、本発明の発明者の経験に基づくと、実用的な形状の観点から、最大外径Ｄｍは４０ｍｍから２５０ｍｍの範囲内にあることが望ましく、曲率半径Ｒは、４０ｍｍから３００ｍｍの範囲内にあることが望ましい。

表３に、発光管封体１の中央部の外側表面の最大外径Ｄｍを一定にして、外側表面の曲率半径Ｒを変えた場合の両者の関係を示す。

表３において、外側表面の曲率半径Ｒが小さくなると、発光管封体１の膨張部分は球体形状に近づき、外側表面の曲率半径Ｒが大きくなると、膨張部分は楕円体ないし円筒形状に近づく。

実験において、封体の最大外径Ｄｍが６２ｍｍで、外側表面の曲率半径Ｒが５０ｍｍで、Ｄｍ／Ｒが１．２４のランプを基準のランプとすると、曲率半径Ｒを７０ｍｍ、９０ｍｍ及び１１０ｍｍと大きくしたランプの場合には、Ｄｍ／Ｒが０．５６のときに、封体形状は円筒形状に近づく。その場合には、封体内部の希ガス等の対流の影響で、アークが安定せず、照度安定性が著しく悪かった。

なお、Ｄｍ／Ｒが１．２４以上の場合には、発光管封体１の形状が球体に近づき内容積が小さくなる。その結果、内部のガス圧が高まり、発光管封体１の外側表面温度も高まって、陰極及び陽極の温度が上昇してしまうことが予想される。また、発光管封体１の軸線方向の長さが短くなってしまうため、発光管封体１において陰極及び陽極を配置する位置の自由度が小さくなると考えられる。

その結果、Ｄｍ／Ｒが０．６９以上で１．２４未満のランプが望ましいことが判明した。

［考察］
（陽極及び陰極の取り付け位置に関して）
上述のとおり、黒化現象の原因は、ランプ点灯時に、陽極２及び陰極３に大電流が流れてそれらの電極の電流密度が高まることによってそれらの電極が高温になり、その際に、電極構成物質であるタングステンが蒸発する、特にドープ材を含む陰極３は純タングステンに比べて融点が低い。それが希ガス等とともに封体内を対流して封体の内側表面に付着する点にある。

上記のとおり、陽極２及び陰極３を通る軸線に沿って、基準位置Ｙｍから陽極２及び陰極３の先端部を下降させると、陰極３の先端部が、発光管封体１の陰極シール部側の内側表面に近づく。その内側表面は比較的温度が低いため、対流する希ガス等がそこで冷却される。そのため、その冷却された希ガス等によってその近くにある陰極３の先端部もすぐに冷却されるため、陰極３の先端部の温度上昇が抑えられることになる。その結果、陰極３から電極構成物質の蒸発を抑制することができるようになり、その蒸発量が減少することによって、黒化現象の影響が小さくなる。

また、陽極２及び陰極３が、発光管封体１内において比較的低い位置に配置されるため、配光位置も低くなる。黒化現象は、発光管封体１の内側表面の比較的高い位置に生じるため、黒化現象によってランプの配光が遮られにくくなる。

さらに、上記のように陽極２及び陰極３を配置すると、陰極３の温度上昇を抑制することができるため、トリウム、セリウム、イットリウム、ランタン、ジルコニウムなどの酸化物やホウ化物、窒化物のドープ材が早期に枯渇してアークの揺れが発生するということを防ぐことができる。

以上の観点から、陽極２及び陰極３の取り付け位置を、それらを通る軸線に沿って、基準位置Ｙｍから下げることによって、紫外線透過率の低下を防ぎ、適正な照度維持率の悪化を抑制することができ、さらに、アークの揺れを防ぐことができる。そのため、発光管封体１内で陽極２及び陰極３の取り付け位置を下げることは非常に有効であることが分かる。

（発光管封体の形状に関して）
発光管封体１の膨張部分の外側表面の曲率半径Ｒの大きさを変えると、比較的球形の膨張部分を備えるランプから楕円体ないし細長い円筒形状に近い膨張部分を備えるランプまでを形成することができる。発光管封体１の中央部の外側表面の最大外径Ｄｍを一定にして、曲率半径Ｒの大きさを大きくすると、大きくするにつれて、発光管封体１の膨張部分の封止部材７に近い部分が、鉛直面に近づくように広がる形状となる。

そのため、上記のように、陰極３の取り付け位置を基準位置Ｙｍから下げたランプにおいては、表３に示す外側表面の曲率半径Ｒが５０ｍｍの基準の形状のランプに比べると、陰極３が、発光管封体１の内側表面から遠ざかることになる。その結果、ランプ点灯時のその内側表面から電極への反射熱の影響を抑えることができるようになる。

また、曲率半径Ｒの大きさが大きくなると、発光管封体１の形状が比較的円筒形状に近づき、発光管封体１の外側表面の温度分布が球形状のものと比べて均一化され、電極の温度上昇を抑えることができる。

また、曲率半径Ｒの大きさが大きくなると、発光管封体１の外側表面の面積及び内容積が増加する。そのため、発光管封体１内のガスの温度上昇が抑えられ、電極の温度の上昇も抑えられる。

ただし、実用的な発光管封体の形状を考慮すると、最大外径Ｄｍは４０ｍｍから２５０ｍｍの範囲内にあることが望ましく、曲率半径Ｒは、４０ｍｍから３００ｍｍの範囲内にあることが望ましい。

［使用例］
図４は、本発明に係るショートアーク型放電ランプの使用例を説明するための一部断面の概略図である。

例えば、ショートアーク型放電ランプ１０を半導体製造装置の露光用光源として用いる場合には、要求される配光分布に応じて、例えば、図４に示すように、ショートアーク型放電ランプ１０を長手方向の軸線が鉛直方向になるように配置し、集光用の凹面形状の反射鏡ｍ２，ｍ３を膨張部分の下側の近くに配置する。

図示していないが、ショートアーク型放電ランプ１０内では、陽極が上側にあり、陰極が下側にある。また、陽極先端位置Ｘ１及び陰極基端位置Ｘ２が、０＜（Ｘ１／Ｘ２）≦０．２７１の関係にあり、封体の最大外径Ｄｍ及び外側表面の曲率半径Ｒが、０．６９≦（Ｄｍ／Ｒ）＜１．２４の関係にあるものとする。

また、陽極２及び陰極３のそれぞれの電極芯棒５が、口金１１及びリード線１２を経由して外部の電源（図示せず）に接続されている。

点灯時には、発光中心位置ＬＥから光Ｌ１，Ｌ２等が出力され、次に、反射鏡ｍ２，ｍ３で上方に反射されて、平面の鏡ｍ１によって反射されて集光される。図４のランプは上記の関係を有するため、発光中心位置ＬＥが膨張部分のやや下側に位置している。このため、たとえ、黒化現象が膨張部分の上方に現れたとしても、発光位置ＬＥから出力された光の経路には黒化現象は影響を与えない。言い換えると、照射維持率が低下し難い。

以上、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプについて説明したが、本発明はそれらの実施形態に拘束されるものではなく、当業者が容易になしえる追加、削除、改変等は、本発明に含まれるものであり、また、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められることを承知されたい。

また、上記の実施形態では、ショートアーク型水銀ランプを例示したが、本発明にはこの他に、ショートアーク型キセノンランプ等、水銀ランプ以外のショートアーク型放電ランプも含むことができる。

１・・・発光管封体
２・・・陽極
３・・・陰極
４・・・チップオフ部
５・・・電極芯棒
７，７−１，７−２・・・電極芯棒支持部材
１０，１０−１，１０−２・・・ショートアーク型放電ランプ
Ｄｍ・・・最大外径
Ｓ・・・シール用ガラス部材
Ｘ１・・・陽極先端位置
Ｘ２・・・陰極基端位置
Ｙｍ・・・基準位置

Claims

膨張部分と両端の管状部分とを備え、少なくとも希ガスが封入された発光管封体と、
該発光管封体の前記両端の管状部分を封止するように埋設された電極芯棒支持部材と、
前記発光管封体の前記膨張部分内に、先端部同士が所定距離離隔して配置されていて、前記電極芯棒支持部材に電極芯棒が埋入された陰極及び陽極とを備え、
少なくとも点灯時には、鉛直方向に配置される前記陰極及び陽極の中心を通る軸線上で前記陽極が前記陰極よりも上側に配置され、
前記発光管封体の最大外径をＤｍ、該発光管封体の最大外径を通る平面の位置を基準位置Ｙｍ、該基準位置Ｙｍから、前記陰極及び陽極の中心を通る軸線に沿って、前記陽極の先端までの距離をＸ１、前記基準位置Ｙｍから、前記陰極及び陽極の中心を通る軸線に沿って、前記電極芯棒支持部材の電極先端を臨む端面において前記陰極の前記電極芯棒の根元が露出する点までの距離をＸ２、さらに、前記発光管封体の前記陰極及び陽極の中心を通る軸線に沿った断面において前記発光管封体の前記膨張部分を形成する曲面の曲率半径をＲとすると、
０．６９≦（Ｄｍ／Ｒ）＜１．２４であり、かつ、
０＜（Ｘ１／Ｘ２）≦０．２７１である
（ただし、前記Ｘ１、Ｘ２は、前記基準位置から前記陽極の前記電極芯棒に向かう方向を正とし、前記基準位置から前記陰極の前記電極芯棒に向かう方向を負とし、また、４０ｍｍ≦Ｄｍ≦２５０ｍｍ、４０ｍｍ≦Ｒ≦３００ｍｍとする）、ショートアーク型放電ランプ。
請求項１のショートアーク型放電ランプにおいて、前記発光管封体は石英ガラスから形成され、該発光管封体内に水銀も封入されている、ショートアーク型放電ランプ。
請求項１又は２のショートアーク型放電ランプにおいて、前記発光管封体内の前記希ガスは、２５°Ｃ（常温）において、約０．０５ＭＰａから０．８ＭＰａの範囲内にある、ショートアーク型放電ランプ。
請求項１乃至３のいずれかのショートアーク型放電ランプにおいて、前記陰極は、トリウム、セリウム、イットリウム、ランタン、ジルコニウムなどの酸化物やホウ化物、窒化物をドープした、ショートアーク型放電ランプ。
請求項１乃至４のいずれかのショートアーク型放電ランプにおいて、ランプから放射される光は前記陰極の近くの前記膨張部分の近くに集光ミラーを配置することにより集光を行う、ショートアーク型放電ランプ。