JP2023019441A

JP2023019441A - Discharge lamp and discharge lamp life evaluation method

Info

Publication number: JP2023019441A
Application number: JP2021124161A
Authority: JP
Inventors: 圭逸前田; Keiichi Maeda; 明康山口; Akiyasu Yamaguchi
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2023-02-09
Also published as: CN115692163A

Abstract

To provide a discharge lamp and a discharge lamp life evaluation method that can easily evaluate the lamp life.SOLUTION: A discharge lamp includes an arc tube, a pair of electrodes arranged facing each other inside the arc tube, and a lamp life indicator arranged on an outer surface of at least one of the pair of electrodes, the lamp life indicator is a thin film containing a metal oxide, and its color changes as the lighting time of the lamp elapses.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、放電ランプおよび放電ランプの寿命評価方法に関する。 The present invention relates to a discharge lamp and a discharge lamp life evaluation method.

放電ランプ（以下、単にランプともいう）は、産業上広く利用されており、その用途としては、半導体素子又は液晶表示素子の製造工程に用いられる露光装置の光源、映写機の投影用光源が挙げられる。 Discharge lamps (hereinafter also simply referred to as lamps) are widely used in industry, and their applications include light sources for exposure devices used in the manufacturing process of semiconductor devices or liquid crystal display devices, and projection light sources for projectors. .

放電ランプは、その点灯時間に応じて劣化する。放電ランプの劣化度合いが大きくなって、例えば、所望の光出力が得られなくなったり、許容範囲を超えたちらつきが発生するようになったりした場合には、そのランプの寿命が末期に達したとして、ランプの交換がなされる。 A discharge lamp deteriorates according to its lighting time. If the degree of deterioration of the discharge lamp becomes greater, for example, the desired light output cannot be obtained, or flickering occurs beyond the allowable range, it is assumed that the lamp has reached the end of its life. , the lamp is replaced.

特開２００５－１６６５１３号公報JP-A-2005-166513 特開２００７－９５３２７号公報JP 2007-95327 A

ランプの寿命（ランプの劣化度合い）を評価する方法としては、特許文献１に記載されているように、点灯したランプの電圧の変動を測定する方法が知られている。また、別の方法としては、特許文献２に記載されているように、点灯したランプの照度値を測定して、初期照度値と比較する方法が知られている。 As a method for evaluating the life of a lamp (degree of deterioration of a lamp), there is known a method of measuring fluctuations in the voltage of a lit lamp, as described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-200012. Another known method is to measure the illuminance value of a lit lamp and compare it with the initial illuminance value, as described in Patent Document 2.

しかしながら、上記のいずれの方法も、ランプを点灯させたときの特性でランプ寿命を評価しているため、評価の際にはランプを点灯させ、ランプ特性を測定する必要があり、ランプ寿命を容易に評価することができない。 However, in any of the above methods, the lamp life is evaluated based on the characteristics when the lamp is lit. cannot be evaluated.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ランプ寿命を容易に評価できる放電ランプおよび放電ランプの寿命評価方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a discharge lamp and a method for evaluating the life of a discharge lamp that can easily evaluate the life of the lamp.

本発明に係る放電ランプは、発光管と、
前記発光管の内部に対向して配置された一対の電極と、
前記一対の電極のうち少なくとも一方の外表面に配置されたランプ寿命インジケータと、を備え、
前記ランプ寿命インジケータは、金属酸化物を含む薄膜であり、ランプの点灯時間の経過につれて色味が変化する。 A discharge lamp according to the present invention comprises an arc tube,
a pair of electrodes facing each other inside the arc tube;
a lamp life indicator disposed on the outer surface of at least one of the pair of electrodes;
The lamp life indicator is a thin film containing a metal oxide, and changes in color as the lamp is lit.

この構成によれば、ランプ寿命インジケータの色味の変化によってランプの点灯時間を推定し、ランプ寿命を評価できる。また、ランプ寿命インジケータを観察するためにランプを点灯させる必要がないため、ランプ寿命を容易に評価することができる。 According to this configuration, the lighting time of the lamp can be estimated based on the change in color of the lamp life indicator, and the lamp life can be evaluated. Also, since the lamp does not need to be turned on to observe the lamp life indicator, the lamp life can be easily evaluated.

本発明の放電ランプにおいて、前記ランプ寿命インジケータは、ランプの点灯時間の経過につれて明度が低下し、明度の高い領域と明度の低い領域との境界位置が、対向する前記電極から離れる方向に移動する、という構成でもよい。 In the discharge lamp of the present invention, the brightness of the lamp life indicator decreases as the lamp lighting time elapses, and the boundary position between the high-brightness region and the low-brightness region moves away from the facing electrodes. , may be used.

この構成によれば、ランプ寿命インジケータの明度が低下した領域の拡大を観察することによって、ランプの点灯時間を推定し、ランプ寿命を評価できる。 According to this configuration, it is possible to estimate the lighting time of the lamp and evaluate the lamp life by observing the expansion of the region where the brightness of the lamp life indicator has decreased.

本発明の放電ランプにおいて、前記放電ランプを定格電力で点灯させたときの前記ランプ寿命インジケータの少なくとも一部の温度は、１０００℃以上である、という構成でもよい。 In the discharge lamp of the present invention, the temperature of at least part of the lamp life indicator may be 1000° C. or higher when the discharge lamp is lit at the rated power.

ランプ寿命インジケータが、金属酸化物の色味が変化することでインジケータとして機能するためには、１０００℃以上の熱負荷がかかる領域に設けられる必要がある。 In order for the lamp life indicator to function as an indicator by changing the color of the metal oxide, it must be provided in a region where a heat load of 1000° C. or more is applied.

また、本発明の放電ランプにおいて、前記放電ランプが非点灯状態であるときの前記発光管の内部の酸素濃度は、１００ｖｏｌｐｐｍ以下である、という構成でもよい。 Further, in the discharge lamp of the present invention, the oxygen concentration inside the arc tube when the discharge lamp is in a non-lighting state may be 100 volppm or less.

発光管の内部を十分に酸素が少ない雰囲気にすることで、金属酸化物からの酸素の脱離が適度に進み、ランプ寿命インジケータの色味の変化を観察しやすくなる。 By creating an atmosphere in which the inside of the arc tube is sufficiently low in oxygen, desorption of oxygen from the metal oxide proceeds appropriately, making it easier to observe changes in the color of the lamp life indicator.

また、本発明の放電ランプにおいて、前記ランプ寿命インジケータは、前記電極の外表面の周方向全体に亘って設けられている、という構成でもよい。 Further, in the discharge lamp of the present invention, the lamp life indicator may be provided on the entire outer surface of the electrode in the circumferential direction.

この構成によれば、電極の周方向の何れの位置からもランプ寿命インジケータを観察しやすい。 According to this configuration, the lamp life indicator can be easily observed from any position in the circumferential direction of the electrode.

また、本発明の放電ランプにおいて、前記ランプ寿命インジケータは、前記電極の前端面からの距離Ｌ（ｍｍ）よりも後端側に形成されており、前記ランプ寿命インジケータの厚みをｔ（μｍ）としたときに、Ｌ、ｔが下記の関係式（１）及び（２）を満たす、という構成でもよい。
ｔ／Ｌ≦５０（１）
ｔ≦２００（２） Further, in the discharge lamp of the present invention, the lamp life indicator is formed on the rear end side of the distance L (mm) from the front end face of the electrode, and the thickness of the lamp life indicator is t (μm). , L and t may satisfy the following relational expressions (1) and (2).
t/L≦50 (1)
t≦200 (2)

この構成によれば、ランプ寿命インジケータは、ランプ寿命を評価するためのインジケータとしての機能を発揮しつつ、電極から剥離しにくい。 According to this configuration, the lamp life indicator is less likely to peel off from the electrode while functioning as an indicator for evaluating the lamp life.

また、本発明の放電ランプにおいて、前記金属酸化物は、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、および酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる群より選ばれる１種又は２種以上である、という構成でもよい。 Also, in the discharge lamp of the present invention, the metal oxide is selected from the group consisting of zirconium oxide (ZrO ₂ ), hafnium oxide (HfO ₂ ), titanium oxide (TiO ₂ ), and aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ). It may be a configuration that it is one type or two or more types.

この構成によれば、金属酸化物からなるランプ寿命インジケータがインジケータとして機能することができる。 According to this configuration, the lamp life indicator made of metal oxide can function as an indicator.

本発明の放電ランプの寿命評価方法は、上記の放電ランプの寿命を評価する方法であって、
予め評価基準となる前記放電ランプを定格で所定時間点灯させ、前記ランプ寿命インジケータの色味が変化した範囲を基準範囲とする工程と、
任意の点灯時間を経過した評価対象の前記放電ランプにおいて、前記ランプ寿命インジケータの色味が変化した範囲が、前記基準範囲を超えているとき前記所定時間を超えて点灯されていると判断し、前記基準範囲を超えていないとき前記所定時間を超えて点灯されていないと判断する工程と、を含む。 A discharge lamp life evaluation method of the present invention is a method for evaluating the life of the discharge lamp,
a step of lighting the discharge lamp as an evaluation standard for a predetermined time at a rated value in advance, and setting a range in which the color of the lamp life indicator changes as a reference range;
determining that the discharge lamp to be evaluated after an arbitrary lighting time has been lit for more than the predetermined time when the range in which the color of the lamp life indicator has changed exceeds the reference range; and determining that the light has not been turned on for more than the predetermined time when the reference range is not exceeded.

この構成によれば、ランプ寿命インジケータの色味の変化によってランプの点灯時間を推定し、ランプ寿命を評価できる。また、ランプ点灯時にランプ寿命インジケータを観察する必要がないため、ランプ寿命を容易に評価することができる。 According to this configuration, the lighting time of the lamp can be estimated based on the change in color of the lamp life indicator, and the lamp life can be evaluated. Moreover, since there is no need to observe the lamp life indicator when the lamp is lit, the lamp life can be easily evaluated.

本実施形態に係る放電ランプの構成を示す説明図Explanatory drawing showing the configuration of the discharge lamp according to the present embodiment. 図１に示す放電ランプの陽極の拡大図FIG. 2 is an enlarged view of the anode of the discharge lamp shown in FIG. 1; 他の実施形態に係る陽極の正面図Front view of an anode according to another embodiment 他の実施形態に係る陽極の正面図Front view of an anode according to another embodiment 他の実施形態に係る陽極の正面図Front view of an anode according to another embodiment 他の実施形態に係る陽極の正面図Front view of an anode according to another embodiment ３時間点灯後のランプ寿命インジケータの状態を模式的に示した図Diagram schematically showing the state of the lamp life indicator after lighting for 3 hours ２００時間点灯後のランプ寿命インジケータの状態を模式的に示した図A diagram schematically showing the state of the lamp life indicator after lighting for 200 hours. ５００時間点灯後のランプ寿命インジケータの状態を模式的に示した図A diagram schematically showing the state of the lamp life indicator after lighting for 500 hours. ８００時間点灯後のランプ寿命インジケータの状態を模式的に示した図A diagram schematically showing the state of the lamp life indicator after lighting for 800 hours.

本発明に係る放電ランプの実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比と一致しておらず、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。 An embodiment of a discharge lamp according to the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following drawings are schematic illustrations, and the dimensional ratios on the drawings do not necessarily match the actual dimensional ratios, nor do the dimensional ratios between the drawings necessarily match.

以下において、ＸＹＺ座標系を適宜参照して説明される。また、本明細書において、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｘ方向」、「－Ｘ方向」のように、正負の符号を付して記載される。また、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｘ方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「Ｘ方向」と記載されている場合には、「＋Ｘ方向」と「－Ｘ方向」の双方が含まれる。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。 The following description will be made with appropriate reference to the XYZ coordinate system. In addition, in this specification, when distinguishing between positive and negative directions when expressing directions, positive and negative signs are added, such as “+X direction” and “−X direction”. Moreover, when expressing a direction without distinguishing between positive and negative directions, it is simply described as “X direction”. That is, in the present specification, the term “X direction” includes both “+X direction” and “−X direction”. The same applies to the Y direction and Z direction.

図１は、本実施形態に係る放電ランプの構成を示す説明図である。放電ランプ１（以下、「ランプ１」という）は、発光管２と、発光管２の内部に対向配置された陽極３および陰極４と、を備える。陽極３および陰極４は、それぞれリード棒５により支持されている。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a discharge lamp according to this embodiment. A discharge lamp 1 (hereinafter referred to as “lamp 1 ”) includes an arc tube 2 , and an anode 3 and a cathode 4 disposed inside the arc tube 2 so as to face each other. Anode 3 and cathode 4 are supported by lead rods 5, respectively.

本実施形態のランプ１は、半導体素子または液晶表示素子の製造工程で使用される露光装置において用いられる大型のランプであり、例えば定格電力が２ｋＷ～３５ｋＷである。 The lamp 1 of this embodiment is a large lamp used in an exposure apparatus used in the manufacturing process of semiconductor elements or liquid crystal display elements, and has a rated power of 2 kW to 35 kW, for example.

発光管２は、ガラス管の中央を膨らませて形成される。発光管２は、Ｘ方向の両端から、それぞれ中央に向かうにつれて、その内径が大きくなるガラス管の領域である。発光管２の外形は、球体または楕円球体である。 The arc tube 2 is formed by expanding the center of a glass tube. The arc tube 2 is a region of a glass tube whose inner diameter increases from both ends in the X direction toward the center. The outer shape of arc tube 2 is a sphere or an elliptical sphere.

発光管２は、発光管２のＸ方向の両端からそれぞれ反対方向に連続して延びる一対の封止管部２１を有する。発光管２は、封止管部２１とともに例えば石英ガラスにより一体として形成される。一対の封止管部２１がそれぞれ有する中心軸は互いに重なり、図１の軸Ｘ１で示される。 The arc tube 2 has a pair of sealing tube portions 21 continuously extending in opposite directions from both ends of the arc tube 2 in the X direction. The arc tube 2 is integrally formed with the sealing tube portion 21, for example, from quartz glass. The central axes of the pair of sealing tube portions 21 overlap each other and are indicated by the axis X1 in FIG.

発光管２の内部には、発光空間Ｓ１が形成される。発光空間Ｓ１には、発光物質として水銀が封入されている。 A light emission space S1 is formed inside the arc tube 2 . Mercury is enclosed as a light-emitting substance in the light-emitting space S1.

発光管２の内部には、陽極３および陰極４がＸ方向に互いに対向して配置されている。本実施形態において、陽極３の材質はタングステン、陰極４の材質はトリエーテッドタングステンである。 Inside the arc tube 2, an anode 3 and a cathode 4 are arranged facing each other in the X direction. In this embodiment, the material of the anode 3 is tungsten, and the material of the cathode 4 is thoriated tungsten.

リード棒５は、陽極３および陰極４に接続され、封止管部２１内をＸ方向に延びる。陽極３および陰極４は、リード棒５の先端に固定されている。リード棒５の中心軸は、軸Ｘ１と重なるとよい。リード棒５には、高融点金属、例えばタングステンを含む材料が使用される。 A lead rod 5 is connected to the anode 3 and the cathode 4 and extends in the X direction inside the sealing tube portion 21 . Anode 3 and cathode 4 are fixed to the tip of lead rod 5 . The central axis of the lead rod 5 should preferably overlap with the axis X1. A material containing a high melting point metal such as tungsten is used for the lead rod 5 .

口金８は、封止管部２１の陽極３および陰極４から遠ざかる側を覆う。口金８は、リード棒５に電気的に接続される。 The base 8 covers the side of the sealing tube portion 21 away from the anode 3 and the cathode 4 . The base 8 is electrically connected to the lead rod 5 .

図２は、図１に示すランプ１の陽極３の拡大図である。陽極３は、円柱状の胴部３ａと、前端に向かうにつれて外径が小さくなる円錐台状の前部３ｂと、後端に向かうにつれて外径が小さくなる円錐台状の後部３ｃとを有する。本明細書において、陽極３における前端とは、陰極４に向かう方向（－Ｘ方向）の端であり、陽極３における後端とは、陰極４から離れる方向（＋Ｘ方向）の端である。 FIG. 2 is an enlarged view of anode 3 of lamp 1 shown in FIG. The anode 3 has a cylindrical body portion 3a, a truncated cone-shaped front portion 3b whose outer diameter decreases toward the front end, and a truncated cone-shaped rear portion 3c whose outer diameter decreases toward the rear end. In this specification, the front end of the anode 3 is the end in the direction toward the cathode 4 (−X direction), and the rear end of the anode 3 is the end in the direction away from the cathode 4 (+X direction).

陽極３の外表面には、ランプ寿命インジケータ６が設けられている。ランプ寿命インジケータ６は、金属酸化物を含む薄膜である。金属酸化物としては、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）が例示され、これらの材料が複数用いられても構わない。本実施形態におけるランプ寿命インジケータ６は、酸化ジルコニウムを主成分とする薄膜である。本明細書において、「主成分」とは、質量基準で含有率が最大となる成分を意味する用語として用いられる。 A lamp life indicator 6 is provided on the outer surface of the anode 3 . The lamp life indicator 6 is a thin film containing metal oxide. Examples of metal oxides include zirconium oxide (ZrO ₂ ), hafnium oxide (HfO ₂ ), titanium oxide (TiO ₂ ), and aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ), and a plurality of these materials may be used. . The lamp life indicator 6 in this embodiment is a thin film mainly composed of zirconium oxide. In the present specification, the term "main component" is used as a term meaning the component with the highest content on a mass basis.

金属酸化物を含む薄膜からなるランプ寿命インジケータ６は、ランプ１の点灯時間の経過につれて色味が変化する。これは、金属酸化物が、高温にさらされる領域では酸素が脱離していき、黒っぽく変色するためである。つまり、より詳細には、ランプ１の点灯時間の経過につれて、高温にさらされる領域におけるランプ寿命インジケータ６の明度が低下する。本発明は、この現象に着目し、ランプ寿命インジケータ６を金属酸化物で構成することで、ランプ１の点灯時間を推定し、ランプ寿命を容易に評価可能にしたものである。 The lamp life indicator 6 made of a thin film containing a metal oxide changes its color as the lamp 1 is turned on. This is because oxygen is eliminated from the metal oxide in a region exposed to high temperatures, and the region turns dark. More specifically, as the lighting time of the lamp 1 elapses, the brightness of the lamp life indicator 6 in the area exposed to high temperatures decreases. The present invention focuses on this phenomenon and makes it possible to estimate the lighting time of the lamp 1 and easily evaluate the lamp life by forming the lamp life indicator 6 from a metal oxide.

なお、金属酸化物からの酸素の脱離が適度に進むためには、発光管２の内部を十分に酸素が少ない雰囲気にしておく必要がある。そのため、ランプ１が非点灯状態であるときの発光管２の内部の酸素濃度は、１００ｖｏｌｐｐｍ以下であることが好ましく、６０ｖｏｌｐｐｍ以下であることがより好ましい。なお、この酸素濃度であれば、ランプ点灯には影響しない。 In order for the desorption of oxygen from the metal oxide to proceed appropriately, it is necessary to keep the atmosphere inside the arc tube 2 sufficiently low in oxygen. Therefore, the oxygen concentration inside the arc tube 2 when the lamp 1 is in a non-lighting state is preferably 100 volppm or less, more preferably 60 volppm or less. This oxygen concentration does not affect lamp lighting.

ランプ寿命インジケータ６は、陽極３の前部３ｂから胴部３ａに亘って連続して設けられている。ランプ寿命インジケータ６は、前部３ｂの前端である前端面３ｄからの距離Ｌよりも後端側に設けられている。前端面３ｄからの距離Ｌは、１ｍｍ以上が好ましく、３ｍｍ以上がより好ましい。距離Ｌが１ｍｍよりも小さいと、陽極３とランプ寿命インジケータ６の熱膨張差のため、ランプ寿命インジケータ６が剥離しやすくなる。また、距離Ｌは、２０ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以下がより好ましい。距離Ｌが２０ｍｍよりも大きいと、ランプ寿命インジケータ６が設けられた部分の陽極３の温度が低くなるため、ランプ寿命インジケータ６の色味の変化が生じにくくなる。 The lamp life indicator 6 is provided continuously from the front portion 3b of the anode 3 to the body portion 3a. The lamp life indicator 6 is provided on the rear end side with respect to the distance L from the front end surface 3d, which is the front end of the front portion 3b. The distance L from the front end face 3d is preferably 1 mm or more, more preferably 3 mm or more. If the distance L is less than 1 mm, the difference in thermal expansion between the anode 3 and the lamp life indicator 6 causes the lamp life indicator 6 to easily peel off. Moreover, the distance L is preferably 20 mm or less, more preferably 10 mm or less. If the distance L is greater than 20 mm, the temperature of the anode 3 at the portion where the lamp life indicator 6 is provided becomes low, so that the color of the lamp life indicator 6 is less likely to change.

また、ランプ寿命インジケータ６は、胴部３ａの後端よりも前端側に設けられており、後部３ｃには設けられていない。 Further, the lamp life indicator 6 is provided on the front end side of the rear end of the trunk portion 3a, and is not provided on the rear portion 3c.

ランプ寿命インジケータ６の厚みｔは、２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。厚みｔが２００μｍよりも大きいと、ランプ寿命インジケータ６が剥離しやすくなる。また、厚みｔは、３μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上がより好ましい。ランプ寿命インジケータ６を陽極３の外表面に形成させる際、ランプ寿命インジケータ６が陽極３の外表面に密着しやすくなるように、陽極３の外表面に切削加工又はブラスト加工による凹凸を形成させる。厚みｔが３μｍよりも小さいと、陽極３の外表面に形成された凹凸との関係で、陽極３の外表面の一部がランプ寿命インジケータ６に覆われずに露出するため、色味の変化が確認しにくくなる。 The thickness t of the lamp life indicator 6 is preferably 200 μm or less, more preferably 100 μm or less. If the thickness t is more than 200 μm, the lamp life indicator 6 is likely to peel off. Moreover, the thickness t is preferably 3 μm or more, more preferably 10 μm or more. When the lamp life indicator 6 is formed on the outer surface of the anode 3, the outer surface of the anode 3 is cut or blasted to form unevenness so that the lamp life indicator 6 can easily adhere to the outer surface of the anode 3. When the thickness t is less than 3 μm, part of the outer surface of the anode 3 is exposed without being covered with the lamp life indicator 6 due to the unevenness formed on the outer surface of the anode 3, resulting in color change. becomes difficult to confirm.

ランプ寿命インジケータ６の形成は、例えば、ランプ寿命インジケータ６を構成する材料の粒子（例えば、粒径１０μｍ以下の酸化ジルコニウムの粒子）を溶媒（例えば、ニトロセルロースと酢酸ブチルからなる溶媒）に分散させて、これを陽極３の外表面に筆で塗布し、１５０℃で３０分間乾燥した後、真空雰囲気中で１９００℃、１２０分の熱処理を行うことにより行われる。 The lamp life indicator 6 is formed by, for example, dispersing particles of the material constituting the lamp life indicator 6 (for example, zirconium oxide particles having a particle size of 10 μm or less) in a solvent (for example, a solvent containing nitrocellulose and butyl acetate). This is applied to the outer surface of the anode 3 with a brush, dried at 150° C. for 30 minutes, and then heat-treated at 1900° C. for 120 minutes in a vacuum atmosphere.

ランプ１を点灯させると、陽極３の前端付近は高温（１０００℃以上）となり、高温にさらされた酸化ジルコニウムからは、少しずつ酸素が脱離していく。これにより、当初は灰白色であった酸化ジルコニウムの薄膜は、酸素の脱離とともに、少しずつ黒っぽくなっていく。また、ランプ１の点灯時間が長くなるとともに、黒く変色する領域が拡大（後退）していく。これにより、ランプ寿命インジケータ６の色味の変化および変色領域の拡大を観察することで、ランプ１の点灯時間を推定し、ランプ１の寿命を評価することができる。 When the lamp 1 is lit, the temperature near the front end of the anode 3 becomes high (1000° C. or higher), and oxygen is gradually desorbed from the zirconium oxide exposed to the high temperature. As a result, the zirconium oxide thin film, which was initially grayish white, gradually turned black as oxygen was desorbed. In addition, as the lighting time of the lamp 1 increases, the blackening area expands (retreats). Accordingly, by observing the change in color of the lamp life indicator 6 and the expansion of the discolored area, the lighting time of the lamp 1 can be estimated and the life of the lamp 1 can be evaluated.

ランプ１の寿命を評価する具体的な方法は、以下の通りである。まず、予め、評価対象のランプ１と同仕様のランプ１（評価基準となるランプ１）を定格で所定時間（例えば３０００時間）点灯させ、ランプ寿命インジケータ６の色味が変化した範囲を確認する。このときのランプ寿命インジケータ６の色味が変化した範囲を基準範囲とする。 A specific method for evaluating the life of the lamp 1 is as follows. First, a lamp 1 having the same specifications as the lamp 1 to be evaluated (the lamp 1 used as the evaluation reference) is lit for a predetermined period of time (for example, 3000 hours), and the range in which the color of the lamp life indicator 6 changes is confirmed. . The range in which the color of the lamp life indicator 6 changes at this time is defined as a reference range.

次いで、任意の点灯時間を経過した評価対象のランプ１のランプ寿命インジケータ６を観察する。ランプ寿命インジケータ６の観察は、目視でもよいし、カメラなどの機器を用いてもよい。観察の結果、ランプ寿命インジケータ６の色味が変化した範囲が、基準範囲を超えているとき所定時間を超えて点灯されていると判断し、基準範囲を超えていないとき所定時間を超えて点灯されていないと判断する。 Next, the lamp life indicator 6 of the lamp 1 to be evaluated that has passed an arbitrary lighting time is observed. Observation of the lamp life indicator 6 may be performed visually, or may be performed using a device such as a camera. As a result of observation, when the range in which the color of the lamp life indicator 6 has changed exceeds the reference range, it is determined that the lighting has exceeded the predetermined time, and when the reference range has not been exceeded, the lighting has exceeded the predetermined time. judge that it is not.

なお、ランプ寿命インジケータ６は、陽極３の外表面の一部のみに設けられていてもよい。所定の部分に設けられたランプ寿命インジケータ６が、所定の色に変色したかどうかで寿命を評価することができる。図３に示す例では、胴部３ａの前端側に円形のランプ寿命インジケータ６が一つ設けられている。 Note that the lamp life indicator 6 may be provided only on a part of the outer surface of the anode 3 . The lamp life can be evaluated by checking whether the lamp life indicator 6 provided at a predetermined portion changes color to a predetermined color. In the example shown in FIG. 3, one circular lamp life indicator 6 is provided on the front end side of the body portion 3a.

また、ランプ寿命インジケータ６は、図２のように前部３ｂから胴部３ａに亘って連続して設けられる必要はなく、途切れていてもよい。図４に示す例では、胴部３ａに軸方向に沿って断続的に複数のランプ寿命インジケータ６が設けられている。 Further, the lamp life indicator 6 does not need to be continuously provided from the front portion 3b to the body portion 3a as shown in FIG. 2, and may be interrupted. In the example shown in FIG. 4, a plurality of lamp life indicators 6 are intermittently provided on the body portion 3a along the axial direction.

また、ランプ寿命インジケータ６は、陽極３の外表面の周方向全体に亘って設けられていてもよい。例えば、ランプ１の点灯姿勢が水平点灯の場合、すなわち、軸Ｘ１が水平となる姿勢でランプ１が点灯される場合、陽極３の重力方向上方と下方ではランプ点灯時の温度に差があり、陽極３の外表面の周方向の一部だけにランプ寿命インジケータ６を設けると、周方向のどの位置にランプ寿命インジケータ６があるかで色味の変化の仕方が変わってしまう。ランプ寿命インジケータ６を陽極３の外表面の周方向全体に亘って設けることで、周方向の所望の位置に必ずランプ寿命インジケータ６が配置されることになる。図５に示す例では、胴部３ａの前端側の外表面に周方向全体に亘ってランプ寿命インジケータ６が設けられている。また、図６に示す例では、ランプ寿命インジケータ６は、前部３ｂから胴部３ａに亘って連続して設けられ、かつ前部３ｂ及び胴部３ａの外表面の周方向全体に亘って設けられている。 Further, the lamp life indicator 6 may be provided over the entire outer surface of the anode 3 in the circumferential direction. For example, when the lighting posture of the lamp 1 is horizontal lighting, that is, when the lamp 1 is lit in a posture in which the axis X1 is horizontal, there is a temperature difference between the upper side and the lower side of the anode 3 in the gravitational direction during lamp lighting. If the lamp life indicator 6 is provided only on a part of the outer surface of the anode 3 in the circumferential direction, the way in which the lamp life indicator 6 is located in the circumferential direction changes the way the color changes. By providing the lamp life indicator 6 over the entire outer surface of the anode 3 in the circumferential direction, the lamp life indicator 6 is always arranged at a desired position in the circumferential direction. In the example shown in FIG. 5, a lamp life indicator 6 is provided on the outer surface of the body portion 3a on the front end side over the entire circumferential direction. In the example shown in FIG. 6, the lamp life indicator 6 is provided continuously from the front portion 3b to the trunk portion 3a, and is provided over the entire circumferential direction of the outer surfaces of the front portion 3b and the trunk portion 3a. It is

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, it should be considered that the specific configuration is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is indicated not only by the description of the above embodiments but also by the scope of claims, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of claims.

上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上記した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。さらに、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に一つ又は複数選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよい。 It is possible to adopt the structure adopted in each of the above embodiments in any other embodiment. The specific configuration of each part is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Furthermore, one or a plurality of configurations, methods, etc., according to various modified examples described below may be arbitrarily selected and adopted as the configurations, methods, etc., according to the above-described embodiment.

上記の実施形態では、陽極３の外表面のみにランプ寿命インジケータ６が設けられているが、陰極４の外表面のみにランプ寿命インジケータ６を設けてもよく、陽極３及び陰極４の外表面にランプ寿命インジケータ６を設けてもよい。ただし、一般的に陰極４は陽極３に比べて小さく、目視でのランプ寿命インジケータ６の観察がしにくくなるため、少なくとも陽極３にランプ寿命インジケータ６を設けることが好ましい。 In the above embodiment, the lamp life indicator 6 is provided only on the outer surface of the anode 3, but the lamp life indicator 6 may be provided only on the outer surface of the cathode 4. A lamp life indicator 6 may be provided. However, since the cathode 4 is generally smaller than the anode 3 and it is difficult to visually observe the lamp life indicator 6 , it is preferable to provide the lamp life indicator 6 at least on the anode 3 .

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。 Examples and the like that specifically show the configuration and effect of the present invention will be described below.

（１）ランプ寿命インジケータとしての効果を確認するための実験を実施した。 (1) An experiment was conducted to confirm the effect as a lamp life indicator.

実験に使用したランプの仕様は以下の通りである。
［発光管］
材質＝石英ガラス、最大外径＝９５ｍｍ、最大内径＝８５ｍｍ、全長＝１２０ｍｍ
［陽極］
材質＝タングステン、外径＝３５ｍｍ、全長５０ｍｍ
［陰極］
材質＝トリエーテッドタングステン、外径＝１２ｍｍ、全長３５ｍｍ
［発光物質］
水銀量＝３２ｇ
［バッファガス］
クリプトンガス：封入圧＝４×１０^５Ｐａ
［極間］
陽極前端と陰極前端の離間距離＝７ｍｍ
［ランプ寿命インジケータ］
酸化ジルコニウムを主成分とする被膜を陽極の前部から胴部に亘って外表面の周方向全体に形成（図６を参照）
［電気特性］
定格電力＝４．５ｋＷ、定格電圧＝１４５Ｖ、定格電流＝３１Ａ
［点灯姿勢］
垂直点灯 The specifications of the lamps used in the experiment are as follows.
[Arm tube]
Material = quartz glass, maximum outer diameter = 95 mm, maximum inner diameter = 85 mm, total length = 120 mm
[anode]
Material = Tungsten, Outer diameter = 35mm, Total length 50mm
[cathode]
Material = thoriated tungsten, outer diameter = 12mm, total length 35mm
[Luminescent substance]
Amount of mercury = 32g
[buffer gas]
Krypton gas: sealing pressure = 4 × 10 ⁵ Pa
[Between]
Distance between front end of anode and front end of cathode = 7 mm
[Lamp life indicator]
A coating mainly composed of zirconium oxide is formed on the entire outer surface of the anode from the front part to the body part in the circumferential direction (see FIG. 6).
[Electrical characteristics]
Rated power = 4.5 kW, rated voltage = 145 V, rated current = 31 A
[Lighting position]
vertical lighting

所定時間点灯後にランプ寿命インジケータ６の外観を目視で確認した。図７Ａ～図７Ｄは、各点灯時間経過後の陽極３の状態を模式的に示した図であり、図７Ａは３時間経過後、図７Ｂは２００時間経過後、図７Ｃは５００時間経過後、図７Ｄは８００時間経過後の状態を示す。６１は灰白色の領域を示し、６２は灰白色よりも黒い色（黒灰色とも呼ばれる）の領域を示している。図７Ａ～図７Ｄに示すように、点灯時間の経過につれて灰白色の領域６１と黒灰色の領域６２との境界位置が、陰極４から離れる方向に移動しており、黒灰色の領域６２が拡大している。これにより、ランプ寿命インジケータ６がランプ１の寿命を評価するためのインジケータとして使用できることが確認された。 After lighting for a predetermined time, the appearance of the lamp life indicator 6 was visually confirmed. 7A to 7D are diagrams schematically showing the state of the anode 3 after each lighting time, FIG. 7A after 3 hours, FIG. 7B after 200 hours, and FIG. 7C after 500 hours. , and FIG. 7D shows the state after 800 hours. 61 indicates a gray-white area, and 62 indicates a darker than gray-white area (also called black-gray). As shown in FIGS. 7A to 7D, the boundary position between the gray-white region 61 and the black-gray region 62 moves away from the cathode 4 as the lighting time elapses, and the black-gray region 62 expands. ing. This confirms that the lamp life indicator 6 can be used as an indicator for evaluating the life of the lamp 1 .

（２）ランプ寿命インジケータ６の厚みｔ（μｍ）と、陽極３の前端面３ｄからの距離Ｌ（ｍｍ）の関係に関する実験を実施した。 (2) An experiment was conducted regarding the relationship between the thickness t (μm) of the lamp life indicator 6 and the distance L (mm) from the front end face 3d of the anode 3. FIG.

タングステンからなる陽極３と金属酸化物からなるランプ寿命インジケータ６では、熱膨張係数が大きく異なるため、陽極３の前端にまでランプ寿命インジケータ６を形成させると、ランプ１の点灯と消灯による陽極３の膨張及び収縮によりランプ寿命インジケータ６が剥離し、脱落してしまい、インジケータとして機能しない場合がある。
一方で、陽極３は前端に近づくほど温度が高いため、色味の変化が見やすく、前端に近い部分にランプ寿命インジケータ６を設けることが望ましい。
以上の観点から、ランプ寿命インジケータ６の剥離が生じないような条件を検討した。ランプ寿命インジケータ６の剥離は、その厚みｔ（μｍ）が大きいほど生じやすい。すなわち、ランプ寿命インジケータ６が薄ければ、陽極３の前端近傍までランプ寿命インジケータ６を設けても、剥離は生じない。 Since the anode 3 made of tungsten and the lamp life indicator 6 made of metal oxide differ greatly in coefficient of thermal expansion, if the lamp life indicator 6 is formed up to the front end of the anode 3, the anode 3 will not change when the lamp 1 is turned on and off. Due to expansion and contraction, the lamp life indicator 6 may peel off and fall off, failing to function as an indicator.
On the other hand, since the temperature of the anode 3 increases as it approaches the front end, it is desirable to provide the lamp life indicator 6 near the front end so that the change in color is easy to see.
From the above point of view, the conditions under which exfoliation of the lamp life indicator 6 does not occur were investigated. Peeling of the lamp life indicator 6 is more likely to occur as the thickness t (μm) increases. That is, if the lamp life indicator 6 is thin, even if the lamp life indicator 6 is provided up to the vicinity of the front end of the anode 3, peeling does not occur.

以下の実験を行い、ランプ寿命インジケータ６の剥離が生じない条件を見いだした。 The following experiments were conducted to find conditions under which peeling of the lamp life indicator 6 does not occur.

（ａ）サンプルの作成
ランプ寿命インジケータ６の厚みｔ（μｍ）と、陽極３の前端面３ｄからの距離Ｌ（ｍｍ）とをそれぞれ異ならせた複数のサンプルを作成した。ランプ寿命インジケータ６の後端は、陽極３の胴部３ａの後端とした。また、ランプ寿命インジケータ６は、陽極３の外表面に周方向全体に亘って設けた。サンプルとなる陽極３のサイズは、胴部３ａの直径がφ２５ｍｍで長さが４０ｍｍである。作成したサンプルの厚みｔ、距離Ｌ、及びｔ／Ｌの値を表１に示す。 (a) Preparation of Samples A plurality of samples were prepared by varying the thickness t (μm) of the lamp life indicator 6 and the distance L (mm) from the front end surface 3d of the anode 3, respectively. The rear end of the lamp life indicator 6 is the rear end of the body portion 3 a of the anode 3 . Further, the lamp life indicator 6 was provided on the outer surface of the anode 3 over the entire circumferential direction. As for the size of the anode 3 used as a sample, the diameter of the trunk portion 3a is φ25 mm and the length is 40 mm. Table 1 shows values of thickness t, distance L, and t/L of the prepared samples.

金属酸化物を含む薄膜の形成は、次のようにして行った。粒径１０μｍ以下の酸化ジルコニウムの粒子をニトロセルロースと酢酸ブチルからなる溶媒に加えて良く混合した後、陽極３の外表面に筆で塗布した。そして、１５０℃で３０分間乾燥した。乾燥後、真空雰囲気中で１９００℃、１２０分の熱処理を行い、薄膜を形成させた。
なお、ランプ寿命インジケータ６の厚みｔは、酸化ジルコニウムの粒子を分散させる溶媒の粘度を変えることで調整できる。 A thin film containing a metal oxide was formed as follows. Zirconium oxide particles having a particle size of 10 μm or less were added to a solvent composed of nitrocellulose and butyl acetate, mixed well, and then applied to the outer surface of the anode 3 with a brush. Then, it was dried at 150° C. for 30 minutes. After drying, heat treatment was performed at 1900° C. for 120 minutes in a vacuum atmosphere to form a thin film.
The thickness t of the lamp life indicator 6 can be adjusted by changing the viscosity of the solvent in which the zirconium oxide particles are dispersed.

（ｂ）サンプルの評価
各サンプルを模擬灯具に配置し、下記条件にて点灯させた。なお、模擬灯具とは、アルゴンガス雰囲気下でサンプルの陽極３と陰極４を対向して配置し、両電極間に電圧を印加して電流を流すことで、ランプとして点灯させたときと同等の熱負荷を電極に与えることができる実験装置のことである。 (b) Evaluation of samples Each sample was placed in a simulated lamp and lit under the following conditions. The simulated lamp means that the anode 3 and the cathode 4 of the sample are arranged facing each other in an argon gas atmosphere, and a voltage is applied between both electrodes to flow an electric current. It is an experimental device that can apply a heat load to the electrodes.

［実験条件］
電流値：１５０Ａ（電力は２．５ｋＷに相当）
点灯時間：３０分
電極間の距離：３ｍｍ
電極間の雰囲気：大気圧のアルゴンガス [Experimental conditions]
Current value: 150A (power equivalent to 2.5kW)
Lighting time: 30 minutes Distance between electrodes: 3 mm
Atmosphere between electrodes: Argon gas at atmospheric pressure

点灯後、模擬灯具からサンプルを取り出し、ランプ寿命インジケータ６の剥離の有無を目視で確認した。実験結果を表２に示す。表２において、「Ａ」とはランプ寿命インジケータ６の剥離が無かったことを意味し、「Ｂ」とはランプ寿命インジケータ６の剥離が有ったことを意味する。 After lighting, the sample was taken out from the simulated lamp, and the presence or absence of peeling of the lamp life indicator 6 was visually confirmed. Table 2 shows the experimental results. In Table 2, "A" means that the lamp life indicator 6 was not peeled, and "B" means that the lamp life indicator 6 was peeled.

表２の結果から、ランプ寿命インジケータ６の剥離が生じない条件として、以下の式（１）及び（２）を見出した。
ｔ／Ｌ≦５０（１）
ｔ≦２００（２） From the results in Table 2, the following formulas (1) and (2) were found as conditions under which peeling of the lamp life indicator 6 does not occur.
t/L≦50 (1)
t≦200 (2)

１：放電ランプ（ランプ）
２：発光管
３：陽極
３ａ：胴部
３ｂ：前部
３ｃ：後部
３ｄ：前端面
４：陰極
６：ランプ寿命インジケータ
Ｌ：電極の前端面からの距離
ｔ：ランプ寿命インジケータの厚み

1: discharge lamp (lamp)
2: Arc tube 3: Anode 3a: Body 3b: Front 3c: Rear 3d: Front end face 4: Cathode 6: Lamp life indicator L: Distance from front end face of electrode t: Thickness of lamp life indicator

Claims

an arc tube;
a pair of electrodes facing each other inside the arc tube;
a lamp life indicator disposed on the outer surface of at least one of the pair of electrodes;
The discharge lamp, wherein the lamp life indicator is a thin film containing a metal oxide, and the color changes as the lamp is lit.

2. The lamp life indicator according to claim 1, wherein the brightness decreases as the lamp lighting time elapses, and a boundary position between a high brightness region and a low brightness region moves away from the facing electrodes. discharge lamp.

2. The discharge lamp according to claim 1, wherein the temperature of at least part of said lamp life indicator is 1000[deg.] C. or higher when said discharge lamp is lit at rated power.

2. The discharge lamp according to claim 1, wherein the oxygen concentration inside said arc tube is 100 volppm or less when said discharge lamp is in a non-lighting state.

2. The discharge lamp of claim 1, wherein the lamp life indicator is provided over the entire circumference of the outer surface of the electrode.

The lamp life indicator is formed on the rear end side of the distance L (mm) from the front end face of the electrode, and when the thickness of the lamp life indicator is t (μm), L and t are as follows 2. The discharge lamp of claim 1, satisfying the relationships (1) and (2) of .
t/L≦50 (1)
t≦200 (2)

The metal oxide is one or more selected from the group consisting of zirconium oxide (ZrO ₂ ), hafnium oxide (HfO ₂ ), titanium oxide (TiO ₂ ), and aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ). A discharge lamp according to claim 1.

A method for evaluating the life of a discharge lamp according to claim 1, comprising:
a step of lighting the discharge lamp as an evaluation standard for a predetermined time at a rated value in advance, and setting a range in which the color of the lamp life indicator changes as a reference range;
determining that the discharge lamp to be evaluated after an arbitrary lighting time has been lit for more than the predetermined time when the range in which the color of the lamp life indicator has changed exceeds the reference range; determining that the discharge lamp has not been lit for more than the predetermined time when the reference range is not exceeded.