JP2775691B2 - ショートアーク型放電灯 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、陽極を上にして垂直点灯されるショートア
ーク型放電灯に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕 例えば半導体の焼き付けに紫外線が利用され、この紫
外線を発生する光源として、通常、ショートアーク型の
水銀蒸気放電灯が使用されている。つまり、かかる放電
灯から放射されるｇ線（波長436nm）やｉ線（365nm）が
利用されるが、これらの出力を大きくするために水銀の
封入量を多くしており、例えばバルブの単位容積当りで
42mg/CC程度封入している。そして、バルブの下部に滞
留する水銀の蒸発を促進し、バルブ内の水銀蒸気の圧力
を早く所定値にまで高めるために、熱放射量の大きな陽
極を下側に配置した方が有利であるので、通常は、陽極
を下側にした垂直姿勢で点灯している。

ところで最近は、半導体の高集積度化が進み、より線
幅の狭い露光が必要になっている。従って、ｇ線やｉ線
の半値幅が狭く、かつ出力の大きな放電灯が要求されて
いる。ｇ線やｉ線の半値幅を狭くするためには、水銀の
封入量を少なくすればよいが、少なくすると放電電流値
が上昇する。従って、電極が過熱されてタングステンの
蒸発量が増加し、バルブが早期に黒化してランプ寿命が
短くなる不具合が生じる。更には、前記のように陽極を
下にして設計した水銀蒸気放電灯の場合、半導体焼付け
用の集光型反射鏡を上側に配置しないと効率が悪くな
る。これは、陽極と陰極の大きさの差に起因するもので
あるが、集光型反射鏡を上側に配置すると、半導体焼付
け装置の大型化や光出力の損失が増大する問題点がでて
くる。

このため、水銀の封入量が少なく、放電電流値が大き
い場合は、水銀の蒸発を促進する必要性が少ないので、
陽極を上側に設計し、集光型反射鏡を下側に配置した方
が、半導体焼付け装置の小型化や高効率化という点で有
利である。

しかしながら、陽極を上側にして設計すると、次のよ
うな問題点が生じることが分かった。すなわち、陽極を
上側にするとアークが飛ぶ方向と上昇気流の方向が一致
するが、陽極は、通常、円柱部とこれに続くテーパー部
および平坦な先端部からなることが多く、または、円柱
部の先方に円柱部の半径に等しい半径を有する円弧状部
が続いた「砲弾型」の陽極も知られているが、いずれに
しても陽極がかかる形状をしていると、アークと上昇気
流が平坦な先端部やテーパー部に衝突して方向が大きく
変わり、アーク外周部の揺れ動く炎であるフレアが水平
方向に伸びてしまう。このため、陽極の周囲のバルブが
過熱されるとともにフレアで石英ガラスが失透し易くな
る。

また、陽極から蒸発したタングステンが水平方向に流
れるフレアや気流に乗った陽極の周囲のバルブ内壁に付
着して黒化させる。つまり、半導体の焼き付けなどにお
いては、放電灯より放電される光のうち、実際に使用さ
れるのは、アーク中心から上側40゜、下側35゜程度の角
度範囲から放射する光のみであり、アーク中心から上側
40゜以上の範囲が黒化してもあまり影響がないが、蒸発
したタングステンが水平方向に流れて有効に利用される
角度範囲である陽極周囲のバルブが早期に黒化するの
で、有効に利用される光束が早期に減衰する。

〔発明の目的〕

そこで本発明は、陽極寿命が長く、バルブが失透した
り、放射光の有効利用範囲のバルブが早期に黒化するこ
とのないショートアーク型放電灯を提供することを目的
とする。

〔発明の構成とその作用〕

本発明の構成は、バルブ中央の発光空間膨出部内に陰
極と陽極が対向配置され、陽極を上にして垂直点灯され
るショートアーク型放電灯において、前記陽極は、円柱
部と、この円柱部に続くＲ部と、このＲ部に続く平坦状
ないしＲ部の曲率と異なる曲率の第2R状の先端部とを有
してなり、前記円柱部の直径をａ、Ｒ部の長さをｂとす
るとき、ｂ＞a/2を満足することを特徴とする。

すなわち、Ｒ部の長さが円柱部の半径よりも長く、Ｒ
分はいわゆるロングノーズ形になっているので、アーク
と上昇気流がＲ部に大きい入射角度で衝突し、フレアは
水平方向に大きく曲がらず、上昇気流も陽極の周面に沿
って上方に流れる。従って、陽極周囲のバルブがフレア
で過熱されず、石英ガラスが失透しない。また、陽極か
ら蒸発したタングステンも上昇気流に乗って上方に流れ
るので、放射光が有効に利用される角度範囲である陽極
周囲のバルブが黒化しにくく、ランプ寿命が大きく延び
る。

〔実施例〕

以下に図面に示す実施例に基いて本発明を具体的に説
明する。

第１図は、消費電力が2KWであり、半導体の焼き付け
などに使用されるショートアーク型の水銀蒸気放電灯を
示す。石英ガラス製のバルブ１の中央が発光空間膨出部
11であり、その上下に封止管部12が伸びている。そし
て、発光空間膨出部11内には、タングステン製の陽極３
と陰極４が対向して配置されており、電極間距離は4.5m
mである。封止管部12の端部にはそれぞれ口金５が取り
付けられ、また、封止管部12内に板厚が0.02mm程度のモ
リブデン箔からなる金属箔２が埋設されており、この金
属箔２の端部が陽極３ないし陰極４に接続されている。
そして、バルブ１内に、1mg/CCの水銀と不活性ガスとし
て室温で0.7気圧のアルゴンガスが封入され、陽極３を
上側にした垂直姿勢で点灯される。

ここで、陽極３は、第２図（Ａ）に示すように、円柱
部31とこれに続くＲ部32および平坦な先端部33からな
る。ここでＲ部とは、電極を電極軸を通る平面で切った
外形が一定の半径（曲率）を有する円弧である部分を云
う。そして、円柱部の直径をａ、Ｒ部の長さをｂとする
とき、例えばａ＝18mm、ｂ＝14.5mmであり、全長が28mm
であってｂ＞a/2の関係を満たしている。つまり、Ｒ部
の長さが円柱部の半径よりも長く、下方に大きく突出し
たロングノーズ形になっている。あるいは、第２図
（Ｂ）に示すように、先端部33が、Ｒ部32の曲率と異な
る曲率の第2R状であってもよいが、この場合もｂ＞a/2
の関係を満たしている。なお、先端部33が円弧状である
場合、Ｒ部32と曲率が異なることを明確にするために第
2R状と云う。

しかして、かかる構成の放電灯を点灯すると、アーク
と上昇気流が陽極３のＲ部32に衝突するが、Ｒ部32が下
方に大きく突出したロングノーズ形になっているので、
大きい入射角度で衝突し、フレアは水平方向に大きく曲
がらずに上方に伸び、上昇気流も円柱部31の周面に沿っ
て上方に流れる。従って、陽極３周囲の発光空間膨出部
11がフレアで過熱されず、石英ガラスが失透しない。ま
た、陽極３から蒸発したタングステンも上昇気流に乗っ
て上方に流れるので、発光空間膨出部11の上方から黒化
して発光空間膨出部11の中央部が黒化しにくく、有効に
利用される光束が長時間減衰しない。

次に、円柱部の直径（ａ）とＲ部の長さ（ｂ）の関係
が異なる放電灯を点灯したときのランプ寿命を調査し
た。その結果を第１表に示す。

これから分かるように、ｂ＞a/2の関係を満さない比
較例では、200時間で放射光量が70％以下となり、ラン
プ寿命が尽きたが、ｂ＞a/2の関係を満す実施例では、
ランプ寿命は少なくとも400時間以上であり、本発明の
効果が大きいことを確認できた。

なお、本発明は、水銀蒸気放電灯に限定されるもので
はなく、キセノンランプのように陽極を上にして点灯さ
れるショートアーク型放電灯には全て適用することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のショートアーク型放電
灯は、上側に配置されて点灯される陽極が、円柱部とこ
れに続くＲ部および先端部からなり、円柱部の直径を
ａ、Ｒ部の長さをｂとするとき、ｂ＞a/2を満足するの
で、フレアが大きく曲がらず、気流も陽極の周面に沿っ
て上昇するようになる。従って、バルブの石英ガラスが
失透したり、早期に黒化せず、ランプ寿命が長くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の正面図、第２図（Ａ）、（Ｂ）
は陽極の拡大図である。 １……バルブ、11……発光空間膨出部、12……封止管
部、２……金属箔、３……陽極、31……円柱部、32……
Ｒ部、33……先端部、４……陰極、５……口金

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バルブ中央の発光空間膨出部内に陰極と陽
   極が対向配置され、陽極を上にして垂直点灯されるショ
   ートアーク型放電灯において、 前記陽極は、円柱部と、この円柱部に続くＲ部と、この
   Ｒ部に続く平坦状ないしＲ部の曲率と異なる曲率の第2R
   状の先端部とを有してなり、 前記円柱部の直径をａ、Ｒ部の長さをｂとするとき、ｂ
   ＞a/2を満足することを特徴とするショートアーク型放
   電灯。