JP3371813B2 - Discharge lamp - Google Patents

Discharge lamp

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JP3371813B2
JP3371813B2 JP20908398A JP20908398A JP3371813B2 JP 3371813 B2 JP3371813 B2 JP 3371813B2 JP 20908398 A JP20908398 A JP 20908398A JP 20908398 A JP20908398 A JP 20908398A JP 3371813 B2 JP3371813 B2 JP 3371813B2
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discharge lamp
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temperature
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満 池内
秀之 池上
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Ushio Denki KK
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、大出力の交流点灯
型の放電ランプに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-power AC lighting discharge lamp.

【0002】[0002]

【従来の技術】高圧希ガス放電ランプ、超高圧水銀ラン
プ、キセノンランプなどの高輝度の紫外線放射ランプ
は、例えば半導体装置の製造における露光用の光源など
として広く利用されている。そして、現在では、主とし
て直流点灯型の放電ランプが比較的小さい入力電力で用
いられており、それは、点灯時に安定した放電状態を得
ることができるからである。而して、近年、上記のよう
な技術分野では、プロセスの高速化、処理対象の大面積
化を達成するために、放電ランプとしてますます大きな
出力のものが要求されるに至っている。
2. Description of the Related Art High-intensity ultraviolet radiation lamps such as high-pressure rare gas discharge lamps, ultra-high pressure mercury lamps, and xenon lamps are widely used as light sources for exposure in the manufacture of semiconductor devices. At present, mainly DC lighting discharge lamps are used with a relatively small input power, because a stable discharge state can be obtained during lighting. In recent years, therefore, in the technical fields as described above, in order to achieve high-speed processes and a large area to be treated, discharge lamps having ever-increasing outputs have been required.

【0003】一般に、直流点灯型の放電ランプにおいて
大きな出力を得るためには、ランプ電流を大きくすれば
よいのであるが、入力電流が例えば100Aを超える程
の大電流で放電ランプを直流点灯すると、通常はタング
ステンよりなる陽極体の先端の温度が、その使用限界で
ある2900Kを超えるようになる。陽極体の温度上昇
を防止するためには、陽極体の体積を大きくすることが
有効であるが、この手法には限界があり、電極物質の蒸
発に起因する電極体の変形や、放電容器に黒化が生じる
ために長い使用寿命が得られず、従って、実際上、電気
入力が10kW以上の直流点灯型の放電ランプは実用的
なものではない。
Generally, in order to obtain a large output in a DC lighting type discharge lamp, it is sufficient to increase the lamp current. However, when the discharge lamp is DC-lit with a large current such that the input current exceeds 100 A, for example, The temperature of the tip of the anode body, which is usually made of tungsten, exceeds 2900K, which is the limit of use. In order to prevent the temperature rise of the anode body, it is effective to increase the volume of the anode body, but this method has limitations, and the deformation of the electrode body due to the evaporation of the electrode substance and the discharge vessel Since blackening occurs, a long service life cannot be obtained. Therefore, in practice, a DC lighting discharge lamp with an electric input of 10 kW or more is not practical.

【0004】一方、交流点灯型の放電ランプにおいて
は、入力される交流の半周期毎に、放電電極を構成する
電極体の機能が、陰極から陽極へ、また陽極から陰極へ
と変化するが、電極体が陰極として機能する際には電子
放出による吸熱作用のために電極体の温度が過度に上昇
することがなく、従って電極体を小さなものとすること
ができ、しかも直流点灯型のものよりエネルギー効率が
高いという利点がある。
On the other hand, in the AC lighting type discharge lamp, the function of the electrode body constituting the discharge electrode changes from the cathode to the anode and from the anode to the cathode every half cycle of the input AC. When the electrode body functions as a cathode, the temperature of the electrode body does not rise excessively due to the endothermic action of electron emission, and therefore the electrode body can be made smaller, and moreover than the DC lighting type one. It has the advantage of high energy efficiency.

【0005】しかしながら、交流点灯型の放電ランプ
を、例えば60Hzのような比較的低い点灯周波数の交
流で点灯した場合には、点灯開始後、例えば約100時
間程度のきわめて短時間のうちに放電電極が変形や消耗
を生ずると共に、放電容器に黒化が生じたり、アークが
安定しないなどの不具合が発生し、使用に耐えなくなる
ために、実用化が困難である、という問題点がある。こ
の問題点について研究したところ、交流点灯型の放電ラ
ンプでは、電極機能が半周期毎に変化することに伴って
生ずる電極体の温度変化の幅が大きく、これが原因とな
って上記の問題点が生ずることが判明した。
However, when an AC lighting type discharge lamp is lit with an AC having a comparatively low lighting frequency of, for example, 60 Hz, the discharge electrode is discharged within a very short time of, for example, about 100 hours after the start of lighting. However, there is a problem that it is difficult to put into practical use because it is deformed and consumed, and blackening occurs in the discharge vessel, and the arc is not stable, which makes it unusable. As a result of researching this problem, in the AC lighting type discharge lamp, the range of temperature change of the electrode body caused by the change of the electrode function in every half cycle is large, which causes the above problem. It turned out to occur.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な問題を解決するためになされたものであって、その目
的は、大出力でしかも長い使用寿命を有する交流点灯型
の放電ランプを提供することにある。本発明の他の目的
は、安定したアーク放電が維持される交流点灯型の放電
ランプを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an AC lighting type discharge lamp having a large output and a long service life. To provide. Another object of the present invention is to provide an AC lighting type discharge lamp in which stable arc discharge is maintained.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の放電ランプは、
放電容器内に一対の放電電極が対向配置されてなり、高
周波の点灯周波数で交流点灯される電気入力が5kW以
上の放電ランプであって、前記点灯周波数が800Hz
以上で200kHz以下の高周波で点灯されることによ
り、定常点灯状態において、放電電極に印加される交流
電圧の1周期において生じる電極体の温度変化が60K
以下であることを特徴とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The discharge lamp of the present invention comprises:
A discharge lamp in which a pair of discharge electrodes are arranged to face each other in a discharge container, and which is AC-lit at a high-frequency lighting frequency and has an electric input of 5 kW or more, the lighting frequency being 800 Hz.
With the above, lighting is performed at a high frequency of 200 kHz or less.
In the steady lighting state, the temperature change of the electrode body that occurs in one cycle of the AC voltage applied to the discharge electrode is 60K.
It is characterized by the following.

【0008】以上の放電ランプにおいては定常点灯状
態において、電極体における最高温度点の温度が210
0〜3200Kの範囲にあることが好ましい。
[0008] In the above discharge lamp in a steady lighting state, the temperature of the highest temperature point in the electrode body 210
It is preferably in the range of 0 to 3200K.

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】また、上記の放電ランプにおいては、電気
入力をW(単位:W)、放電容器の内表面積をSC (単
位:cm2 )とするとき、下記の関係が満たされるこ
とが好ましい。
Further, in the above discharge lamp, when the electric input is W (unit: W) and the inner surface area of the discharge vessel is S C (unit: cm 2 ), it is preferable that the relation of the following formula is satisfied. .

【数2】式 10≦W/SC ≦45 [Equation 2] Formula 10 ≦ W / S C ≦ 45

【0012】また、上記の放電ランプにおいては、一対
の放電電極の離間距離が、放電容器の最大内径の1/2
より小さいことが好ましい。更に、放電電極の電極体に
は、その先端面に開口する孔が形成されていることが好
ましい。この孔内には、電子放射性物質を配置すること
ができる。
In the above discharge lamp, the distance between the pair of discharge electrodes is 1/2 of the maximum inner diameter of the discharge vessel.
It is preferably smaller. Further, it is preferable that the electrode body of the discharge electrode is provided with a hole having an opening at the tip surface thereof. An electron emissive material can be placed in this hole.

【0013】また、上記の放電ランプは、放電容器が、
発光管部と、これに接続された傾斜機能材料よりなる封
止部材とを有してなり、放電電極から伸びる電極棒が封
止部材を気密に貫通する構成を有することが好ましい。
In the above discharge lamp, the discharge container is
It is preferable to have a structure in which an arc tube portion and a sealing member made of a functionally graded material connected to the arc tube portion are provided, and an electrode rod extending from the discharge electrode hermetically penetrates the sealing member.

【0014】[0014]

【作用】本発明の放電ランプでは、高周波の点灯周波数
で交流点灯されることにより、放電電極に印加される交
流電圧の1周期において生じる電極体の温度変化の幅が
最大でも60K以下であるため、電極体の消耗や変形が
抑えられると共に、電極物質の飛散により放電容器に生
じる黒化が抑制され、従って、当該放電ランプは使用寿
命の長いものとなる。そして、更に他の種々の条件が満
足されることにより、上記の作用効果が確実に発現され
る。また、電極体の先端面に開口する孔が形成されてい
ることにより、アークスポットの位置が安定するため
に、アークが安定したものとなる。そして、この孔内に
電子放射性物質を配置することにより、当該電子放射性
物質の蒸散が有効に防止される。更に、傾斜機能材料よ
りなる封止部材を用いることにより、封止部において、
大きな電流容量の電流供給路を容易に形成することがで
きる。
In the discharge lamp of the present invention, since the AC lamp is AC-lighted at a high-frequency lighting frequency, the width of the temperature change of the electrode body that occurs in one cycle of the AC voltage applied to the discharge electrode is 60 K or less at the maximum. The consumption and deformation of the electrode body are suppressed, and the blackening of the discharge container caused by the scattering of the electrode material is suppressed, and therefore the discharge lamp has a long service life. Then, by satisfying various other conditions, the above-mentioned effects can be surely exhibited. Further, since the hole that opens at the tip end surface of the electrode body is formed, the position of the arc spot becomes stable, so that the arc becomes stable. By disposing the electron emissive substance in the hole, the evaporation of the electron emissive substance is effectively prevented. Furthermore, by using a sealing member made of a functionally graded material, in the sealing portion,
A current supply path having a large current capacity can be easily formed.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
ついて詳細に説明する。図1は、本発明の放電ランプの
一実施例における全体の構成の概略を示す説明用断面
図、図2は、図1の放電ランプの電極体の先端部分の構
成を示す説明用拡大断面図、図3は、図1の放電ランプ
の封止部の詳細を示す説明用拡大断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory sectional view showing the outline of the overall configuration of an embodiment of the discharge lamp of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory enlarged sectional view showing the configuration of the tip portion of the electrode body of the discharge lamp of FIG. 3 is an enlarged sectional view for explanation showing details of the sealing portion of the discharge lamp of FIG.

【0016】図に示すように、放電容器10は、例えば
楕円球状の発光管部11と、この発光管部11の両端に
おいて外方へ突出するよう設けられた円筒状の封止部材
12とから構成されており、発光管部11の内部には、
一対の放電電極20が対向するよう配置されている。図
1において、dは放電容器10の最大内径を示す。
As shown in the drawing, the discharge vessel 10 comprises, for example, an elliptic spherical arc tube portion 11 and a cylindrical sealing member 12 provided at both ends of the arc tube portion 11 so as to project outward. It is configured, inside the arc tube portion 11,
The pair of discharge electrodes 20 are arranged so as to face each other. In FIG. 1, d indicates the maximum inner diameter of the discharge vessel 10.

【0017】図2に示すように、放電電極20を構成す
る電極体23には、円柱状の基部24に、テーパ状の段
部25を介して、円錐台形の先端を有する小径頭部21
が形成されており、この小径頭部21には、その先端面
に開口し、軸方向(放電電極20が対向する方向)に直
線状に伸びる孔22が形成されている。
As shown in FIG. 2, in the electrode body 23 constituting the discharge electrode 20, a small-diameter head portion 21 having a truncated cone-shaped tip through a cylindrical base portion 24 and a tapered step portion 25.
The small-diameter head portion 21 is formed with a hole 22 that opens in the tip end surface thereof and extends linearly in the axial direction (the direction in which the discharge electrodes 20 face each other).

【0018】このような構成の電極体23は、例えばタ
ングステンよりなる電極棒14の先端に固定保持されて
おり、この電極棒14は、封止部材12内を気密に貫通
して伸び、その後端が封止部材12から突出する状態に
設けられている。
The electrode body 23 having such a structure is fixed and held at the tip of the electrode rod 14 made of, for example, tungsten. The electrode rod 14 extends through the sealing member 12 in an airtight manner and its rear end. Are provided so as to project from the sealing member 12.

【0019】封止部材12は、シリカ成分とモリブデン
成分からなる円筒状の傾斜機能材料で構成されており、
具体的には、シリカ成分が主成分とされている一端から
他端へ向かうに従ってモリブデン成分の含有割合が傾斜
的に増加するものである。そして、この封止部材12の
絶縁性の一端部が発光管部11側となるよう配置されて
その外周に発光管部11の端部が気密に溶着されると共
に、導電性を有する他端部において、これを貫通する電
極棒14と電気的に接続されている。このように、傾斜
機能材料よりなる封止部材12を用いることにより、封
止部において、電流容量の大きい電流供給路を容易に形
成することができる。なお、傾斜機能材料としては、シ
リカ成分とモリブデン成分よりなるものに限らず、放電
容器の材質や電極棒の材質に応じて、種々の絶縁性無機
物質成分および導電性無機物質成分から選ばれたものを
用いることができる。
The sealing member 12 is made of a cylindrical functionally graded material composed of a silica component and a molybdenum component.
Specifically, the content ratio of the molybdenum component gradually increases from one end where the silica component is the main component to the other end. Then, the insulating one end of the sealing member 12 is arranged so as to be on the side of the arc tube portion 11, and the end portion of the arc tube portion 11 is airtightly welded to the outer periphery of the sealing member 12, and the other end portion has conductivity. At, the electrode rod 14 penetrating this is electrically connected. As described above, by using the sealing member 12 made of the functionally graded material, it is possible to easily form a current supply path having a large current capacity in the sealing portion. The functionally graded material is not limited to those composed of a silica component and a molybdenum component, and is selected from various insulating inorganic substance components and conductive inorganic substance components depending on the material of the discharge vessel and the material of the electrode rod. Any thing can be used.

【0020】また、封止部材12の一端面にはすり鉢状
の凹部31が形成されると共に、封止部材12の発光管
部11側の部分と電極棒14との間には、モリブデン粉
末あるいは箔などからなるクッション層32が形成され
ている。また、封止部材12の導電性部分の外周面に
は、シリカなどの酸化防止膜33が形成されている。
A mortar-shaped recess 31 is formed on one end surface of the sealing member 12, and molybdenum powder or a portion between the portion of the sealing member 12 on the arc tube 11 side and the electrode rod 14 is used. A cushion layer 32 made of foil or the like is formed. Further, an antioxidant film 33 such as silica is formed on the outer peripheral surface of the conductive portion of the sealing member 12.

【0021】上記の放電ランプは、5kW以上のランプ
入力となる状態で、高周波の点灯周波数で交流点灯され
るものであり、ランプ入力が5kWより小さい場合に
は、直流点灯ランプの方が有利であり、高周波で点灯さ
せることによる実際の利点が少なくなる。
The discharge lamp described above is an AC lamp that is lit at a high-frequency lighting frequency with a lamp input of 5 kW or more. If the lamp input is less than 5 kW, a DC lamp is more advantageous. Yes, the actual benefits of high frequency lighting are diminished.

【0022】交流点灯されることによって電極は大きな
温度差を経験することになり、電極の表面荒れや発光管
部の黒化、アーク不安定などを起こす。このような現象
は、当該放電ランプの定常点灯状態において、放電電極
に印加される交流電圧の1周期において生じる電極体の
温度変化が60K以下である条件下において、劇的に改
善されることが判明した。すなわち、交流点灯される放
電ランプにおいては、放電電極に印加される交流電圧の
1周期における電極機能の変化に伴って電極体の温度が
上下することとなる。すなわち、電極体の温度は、当該
電極体が陽極として機能するときに最高となり、陰極と
して機能するときに最低となる。この最高の温度と最低
の温度との差を、本明細書において「温度の変化幅」と
いう。ここに、定常点灯状態とは、電極の温度が周期的
に変化すること以外は全体として温度が変わらない状態
で点灯されている状態をいう。
The electrodes are exposed to a large temperature difference due to the AC lighting, which causes surface roughness of the electrodes, blackening of the arc tube portion, and arc instability. Such a phenomenon can be dramatically improved under the condition that the temperature change of the electrode body that occurs in one cycle of the AC voltage applied to the discharge electrode is 60 K or less in the steady lighting state of the discharge lamp. found. That is, in the AC discharge lamp, the temperature of the electrode body rises and falls as the electrode function changes in one cycle of the AC voltage applied to the discharge electrode. That is, the temperature of the electrode body is highest when the electrode body functions as an anode, and is the lowest when the electrode body functions as a cathode. The difference between the maximum temperature and the minimum temperature is referred to as "temperature change width" in the present specification. Here, the steady lighting state refers to a state where lighting is performed in a state where the temperature of the electrode as a whole does not change except that the temperature of the electrode changes periodically.

【0023】然るに、本発明の放電ランプにおいては、
高周波の点灯周波数で点灯されて電極体の温度の変化幅
が60K以下とされることにより、後述する実施例の実
験結果からも明らかなように、大出力の交流点灯型の放
電ランプであっても、電極体の先端の消耗および変形が
抑えられ、また電極物質の飛散が抑制されるため、安定
な点灯状態が長い期間にわたって得られ、結局、長い使
用寿命を実現することができる。これに対し、電極体の
温度の変化幅が60Kを超える場合には、電極体に表面
荒れなどの現象が起こりやすく、放電ランプは長い使用
寿命を有するものとはならない。
However, in the discharge lamp of the present invention,
Since it is lit at a high-frequency lighting frequency and the variation range of the temperature of the electrode body is set to 60 K or less, it is a high output AC lighting type discharge lamp, as is clear from the experimental results of the examples described later. However, the wear and deformation of the tip of the electrode body is suppressed, and the scattering of the electrode material is suppressed, so that a stable lighting state can be obtained for a long period of time, and eventually a long service life can be realized. On the other hand, when the change width of the temperature of the electrode body exceeds 60K, the electrode body is apt to undergo a phenomenon such as surface roughness, and the discharge lamp does not have a long service life.

【0024】本発明の放電ランプにおいては、上記のよ
うに、定常点灯状態における電極体の温度の変化幅が6
0K以下となる条件が満足されることが必要であるが、
この条件が満足された上で、更に、定常点灯状態におい
て、電極体の最高温度点の温度が2100〜3200K
の範囲に維持されることが好ましく、特に2400〜2
900Kの範囲にあることが好ましい。高周波の点灯周
波数で点灯される放電ランプにおいて、電極体の最高温
度点の温度が2100Kより低い場合には、放電電極が
陰極の機能を果たすときにその電極体に形成される陰極
スポットが小さなものとなり、そのために当該個所にお
ける電極体の消耗が激しくなる。一方、電極体の最高温
度点の温度が3200Kより高い場合には、放電電極を
形成する物質、例えばタングステンの蒸発が盛んになる
ので好ましくない。
In the discharge lamp of the present invention, as described above, the variation range of the temperature of the electrode body in the steady lighting state is 6
It is necessary to satisfy the condition of 0K or less,
After this condition is satisfied, the temperature of the highest temperature point of the electrode body is 2100 to 3200K in the steady lighting state.
Is preferably maintained in the range of 2400-2
It is preferably in the range of 900K. In a discharge lamp lit at a high-frequency lighting frequency, if the temperature of the highest temperature point of the electrode body is lower than 2100K, the cathode spot formed on the electrode body when the discharge electrode functions as a cathode is small. Therefore, the consumption of the electrode body at the relevant location becomes severe. On the other hand, when the temperature of the highest temperature point of the electrode body is higher than 3200K, evaporation of the material forming the discharge electrode, for example, tungsten is not preferable, which is not preferable.

【0025】既述のように、電極体の温度の変化幅が6
0K以下、という条件と、定常点灯状態において電極体
の最高温度点の温度が2100〜3200Kの範囲にあ
る、という条件は、両方が共に満足されることが好まし
い。すなわち、電極体の温度の変化幅が60K以下であ
り、かつ最高温度点の温度が2100〜3200Kの範
囲にあることにより、電極体の消耗を確実に防止するこ
とができる。
As described above, the variation range of the temperature of the electrode body is 6
It is preferable that both the condition of 0 K or less and the condition that the temperature of the highest temperature point of the electrode body is in the range of 2100 to 3200 K in the steady lighting state are both satisfied. That is, when the variation width of the temperature of the electrode body is 60 K or less and the temperature at the highest temperature point is in the range of 2100 to 3200 K, the consumption of the electrode body can be reliably prevented.

【0026】上記の放電ランプは、点灯周波数が800
Hz以上の高周波で点灯されることが必要であり例え
ば1000Hzが好ましい。点灯周波数の上限は20
0KHz以下とされる。そして、実際に好ましい点灯周
波数は、800〜3000Hz、特に800〜1500
Hzの範囲が好ましい。
The above discharge lamp has a lighting frequency of 800.
It is necessary to light at a high frequency of not less than Hz, and 1000 Hz is preferable , for example. The upper limit of the operating frequency is, 20
It is set to 0 KHz or less. The actually preferable lighting frequency is 800 to 3000 Hz, and particularly 800 to 1500 Hz.
The range of Hz is preferred.

【0027】交流点灯型の放電ランプの点灯周波数が
00Hzより低い場合には、電極機能が半周期毎に変化
することに伴って生ずる電極体の温度変化の幅が大きい
ために、電極表面の荒れや、発光管部の黒化、アーク不
安定などが起こり、好ましい結果を得ることが困難な場
合がある。一方、点灯周波数が過度に高い場合には、放
電ランプを点灯させるための点灯装置として特殊なもの
が必要となり、また音響共鳴を起こす可能性が増すなど
の不都合があるので好ましくない。
The lighting frequency of the AC lighting type discharge lamp is 8
When the frequency is lower than 00 Hz, the temperature change of the electrode body caused by the change of the electrode function every half cycle is large, so that the electrode surface is roughened, the arc tube is blackened, and the arc is unstable. Occasionally, it may be difficult to obtain favorable results. On the other hand, if the lighting frequency is excessively high, a special lighting device for lighting the discharge lamp is required, and there is an inconvenience that acoustic resonance is likely to occur, which is not preferable.

【0028】更に、本発明では、電極体の温度が150
0Kを超える部分の表面積SA とランプ電流の実効値I
の間に下記式(1)の関係が成り立つような構成とする
ことにより、電極体の最高温度点の温度を確実に210
0〜3200Kの範囲にすることができ、これによって
も電極体の変形や消耗が抑制されるので、使用寿命が長
い放電ランプが得られる。
Further, in the present invention, the temperature of the electrode body is 150
Surface area S A above 0 K and effective value I of lamp current
The temperature of the maximum temperature point of the electrode body is reliably 210
The discharge lamp can be set in the range of 0 to 3200K, and this also suppresses the deformation and wear of the electrode body, so that a discharge lamp having a long service life can be obtained.

【数7】式(1) 5≦(I/SA )≦90## EQU7 ## Expression (1) 5 ≦ (I / S A ) ≦ 90

【0029】また、本発明においては、更に、電極体の
先端面の面積をSB 、ランプ実効電流をIとするとき、
I/SB で定義される見かけの電流密度Jが下記式
(2)の関係を満たすようにすることにより、長時間に
わたる点灯においても電極体の変形を抑えることができ
る。見かけの電流密度Jが10未満の場合には、アーク
スポットが1点に集中するようになるため、電極体の消
耗が激しくなり、電極体の損耗による変形が多くなる。
また、見かけの電流密度Jが200を超える場合には、
電極体の温度が上がり、電極物質の蒸発による黒化が速
く進行し、やはり電極体の損耗による変形が多くなる。
Further, in the present invention, when the area of the tip surface of the electrode body is S B and the lamp effective current is I,
By I / S current density J apparent as defined in B is set to satisfy the following relationship formula (2), it is possible to suppress the deformation of the electrode assembly in the lighting over time. If the apparent current density J is less than 10, the arc spots will be concentrated at one point, so that the electrode body will be consumed more and the electrode body will be more deformed due to wear.
When the apparent current density J exceeds 200,
The temperature of the electrode body rises, the blackening due to evaporation of the electrode material progresses rapidly, and the deformation of the electrode body due to wear also increases.

【数8】式(2) 10≦J≦200Equation (2) 10 ≦ J ≦ 200

【0030】本発明の放電ランプにおいては、更に、ラ
ンプの電気入力Wと放電容器10の内表面積SC の間に
下記式(3)の関係が成り立つ構成であることが好まし
く、これにより、点灯中の放電容器の最高温度個所の温
度を600〜950℃の範囲にすることができるので、
放電容器に対する電極物質の付着が抑えられ、放電容器
に黒化が生じることが抑制される。点灯中の放電容器の
最高温度個所の温度が600℃より低い場合には、放電
容器に急速に黒化が生じる。また、点灯中の放電容器の
最高温度個所の温度が950℃を超えると放電容器に熱
歪の進行が起こり、放電容器の破裂の危険が増大する。
In the discharge lamp of the present invention, it is preferable that the electric input W of the lamp and the inner surface area S C of the discharge vessel 10 satisfy the relation of the following expression (3). Since the temperature of the highest temperature part of the inside discharge vessel can be set in the range of 600 to 950 ° C,
Adhesion of the electrode material to the discharge vessel is suppressed, and blackening of the discharge vessel is suppressed. When the temperature of the highest temperature portion of the discharge vessel during lighting is lower than 600 ° C., blackening occurs rapidly in the discharge vessel. Further, when the temperature of the highest temperature portion of the discharge vessel during lighting exceeds 950 ° C., thermal distortion progresses in the discharge vessel, and the risk of bursting of the discharge vessel increases.

【数9】式(3) 10≦W/SC ≦45[Equation 9] Formula (3) 10 ≦ W / S C ≦ 45

【0031】本発明の放電ランプにおいては、更に、放
電電極20の離間距離を放電容器10の最大内径dの1
/2以下にすることにより、放電アークが放電電極20
によって安定されるものとなり、アークの放電領域が放
電容器10の内壁面に接触することがないため、アーク
によって黒化が生ずることがなく、また放電容器10が
破損する危険がない。
In the discharge lamp of the present invention, the distance between the discharge electrodes 20 is set to 1 of the maximum inner diameter d of the discharge vessel 10.
/ 2 or less, the discharge arc, the discharge electrode 20
Since the arc discharge region does not come into contact with the inner wall surface of the discharge vessel 10, blackening does not occur due to the arc, and there is no risk of damage to the discharge vessel 10.

【0032】更に、本発明の放電ランプにおいては、電
極体23の先端面、具体的には小径頭部21の先端面に
開口する孔22が、軸方向に直線状に伸びるよう形成さ
れていることにより、アークスポットの位置が当該孔2
2の開口縁に保持されるようになって、アークスポット
の移動によるアークの揺らぎが低減される。また、この
孔22内には、電子放射性物質または電子放射性物質を
含んだ材料を位置させるために利用することができる。
この場合には、当該電子放射性物質が発光管部11内に
露出されていないため、蒸散によって消失することが有
効に防止される。この孔22の直径は、動作中に孔が塞
がってしまわない限りにおいてできるだけ小さいことが
好ましく、その深さは、例えば小径頭部21の長さと同
程度、具体的には1.0〜2.0mm程度とされる。
Further, in the discharge lamp of the present invention, the hole 22 that is opened at the tip surface of the electrode body 23, specifically, the tip surface of the small-diameter head 21 is formed so as to extend linearly in the axial direction. As a result, the position of the arc spot is
By being held at the edge of the second opening, the fluctuation of the arc due to the movement of the arc spot is reduced. In addition, the hole 22 can be used to position an electron emitting substance or a material containing the electron emitting substance.
In this case, since the electron emissive material is not exposed in the arc tube portion 11, it is effectively prevented from disappearing due to evaporation. The diameter of the hole 22 is preferably as small as possible as long as the hole is not blocked during operation, and the depth thereof is, for example, about the same as the length of the small diameter head 21, specifically 1.0 to 2. It is about 0 mm.

【0033】[0033]

【実施例】以下の実施例では、図3に示す構成に準じ
て、放電ランプを作製した。 <実施例1>石英ガラスからなり、最大内径dが123
mm、肉厚が3.5mm、軸方向長さが150mm、内
表面積が約580cm2 、内容積が1150ccである
発光管部内に、離間距離が12mmとなる状態で一対の
放電電極を対向して配置すると共に、水銀26.5g
と、アルゴン63kPaとを封入することにより、定格
電気入力が15kW、定格電圧が75V、定格電流が2
00Aの超高圧水銀ランプを作製した。電極体はトリエ
ーテッドタングステンよりなり、基部の直径が12.0
mm、長さが20mm、小径頭部の直径が8.0mm、
先端面の直径が5.0mm、段部を含む長さが10m
m、先端が開き角が90゜の円錐台形であり、その先端
面に直径が1.5mm、深さが8.0mmの孔が開口す
るものである。
EXAMPLES In the following examples, discharge lamps were produced according to the structure shown in FIG. <Example 1> Made of quartz glass and having a maximum inner diameter d of 123.
mm, wall thickness 3.5 mm, axial length 150 mm, internal surface area approximately 580 cm 2 , internal volume 1150 cc, and a pair of discharge electrodes facing each other with a separation distance of 12 mm. Arranged and 26.5g of mercury
And 63 kPa of argon, the rated electric input is 15 kW, the rated voltage is 75 V, and the rated current is 2
An ultra-high pressure mercury lamp of 00A was produced. The electrode body is made of thoriated tungsten and has a base diameter of 12.0.
mm, length 20 mm, small diameter head diameter 8.0 mm,
The diameter of the tip surface is 5.0 mm, and the length including the step is 10 m.
m, the tip is frustoconical with an opening angle of 90 °, and a hole with a diameter of 1.5 mm and a depth of 8.0 mm is opened in the tip surface.

【0034】この放電ランプを、点灯周波数1000H
zの方形波電力によって点灯させ、点灯を開始して10
00時間経過した時点における電極体の温度を、後述す
る電極体温度の測定方法により測定し、またその測定結
果から電極体の温度の変化幅を求めた。結果を表1の番
号8に示す。すなわち、電極体の最高温度点の温度は2
840K、電極体の温度の変化幅は40Kであった。
The discharge frequency of this discharge lamp is 1000H.
It is turned on by the square wave power of z, and starts to turn on 10
The temperature of the electrode body after the lapse of 00 hours was measured by the electrode body temperature measuring method described later, and the change width of the temperature of the electrode body was determined from the measurement result. The results are shown in No. 8 of Table 1. That is, the maximum temperature of the electrode body is 2
The temperature variation of the electrode body was 840K and 40K.

【0035】また、当該放電ランプを点灯して1000
時間経過後の時点における光束維持率を、波長300〜
400nmの紫外線の放射強度を測定することにより、
求めた。この光束維持率の数値は、点灯初期における当
該紫外線の放射強度を100%としたときの相対値であ
る。この光束維持率の値が70%以上であれば、その放
電ランプは、実用上、所期の使用寿命を有するものとい
える。
When the discharge lamp is turned on, 1000
The luminous flux maintenance factor at the time point after the elapse of time is determined from
By measuring the radiation intensity of 400 nm ultraviolet light,
I asked. The numerical value of the luminous flux maintenance factor is a relative value when the radiation intensity of the ultraviolet ray in the initial stage of lighting is 100%. If the value of the luminous flux maintenance factor is 70% or more, it can be said that the discharge lamp has a desired service life in practical use.

【0036】また、上記の番号8に係る放電ランプの構
成において、異なる直径の電極体を用い、あるいは異な
る点灯周波数で点灯させた場合について、上記と同様の
テストを行った。結果は表1に示すとおりである。な
お、表1中、光束維持率について「*」は、放電容器に
生じた黒化が激しくて光束維持率がが50%以下になっ
たため、1000時間を経過する以前にテストを中止し
たことを示す。
Further, in the structure of the discharge lamp according to the above-mentioned No. 8, the same test as the above was carried out when the electrode bodies having different diameters were used or the electrodes were lit at different lighting frequencies. The results are shown in Table 1. In Table 1, “*” for the luminous flux maintenance factor indicates that the blackout occurred in the discharge vessel was so great that the luminous flux maintenance factor was 50% or less, so the test was stopped before 1000 hours had passed. Show.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】以上のテストにおいて、電極体の温度の測
定は、特開平2−259434号公報に記載されている
温度測定装置を用いて行った。この温度測定装置は、放
電ランプを点灯状態から高速に消灯状態に切り換える遮
断回路部と、消灯状態において電極体からの輻射を効率
よく受光部へ誘導する光学系部と、この受光部からの信
号を受けて輻射の過渡曲線を記録することにより、放電
ランプの点灯状態における電極体の温度を推定する信号
処理部より構成されてなるものである。この温度測定装
置による方法によれば、アークからの輻射などの影響を
受けることなしに高温の電極体の温度のみを正確に測定
することができる。そして、2つの検出波長を用いる2
色温度計を構成させることにより、放射率の波長依存性
のみを考慮すればよいので、表面状態の影響を除外する
ことが可能である。
In the above test, the temperature of the electrode body was measured by using the temperature measuring device described in JP-A-2-259434. This temperature measuring device includes a shut-off circuit section that switches a discharge lamp from a lighting state to a high-lighting state at a high speed, an optical system section that efficiently guides radiation from an electrode body to a light-receiving section in the light-off state, and a signal from the light-receiving section. In response, the transient curve of radiation is recorded and the signal processing unit estimates the temperature of the electrode body in the lighting state of the discharge lamp. According to the method using the temperature measuring device, it is possible to accurately measure only the temperature of the hot electrode body without being affected by radiation from the arc. And 2 using two detection wavelengths
By configuring the color thermometer, it is only necessary to consider the wavelength dependence of the emissivity, and it is possible to exclude the influence of the surface state.

【0039】表1の結果から、放電ランプが高周波の点
灯周波数で点灯されることにより、電極体の温度の変化
幅が最大でも60K以下となり、また光束維持率が70
%を超えるので、当該放電ランプが長い使用寿命を有す
ることが明らかである。
From the results shown in Table 1, when the discharge lamp is lit at a high-frequency lighting frequency, the variation range of the temperature of the electrode body is at most 60 K or less, and the luminous flux maintenance factor is 70.
%, It is clear that the discharge lamp has a long service life.

【0040】また、上記のような状態は点灯周波数が
1000Hzであれば、電極体の直径に関係なくそのよ
うな状態が得られること、そして他の条件が同じであれ
ば、電極体として大きなものを用いると電極体の温度が
低くなって使用寿命が更に長いものとなることが明らか
である。一方、番号1〜3の例によれば、高周波でない
点灯周波数で点灯させた場合には、電極体の温度の変化
幅が100Kを遙かに超える大きなものとなって長い使
用寿命が得られないことが理解される。
Further, the above state, if the lighting frequency is 1000 Hz, that regardless of the diameter of the electrode body such conditions obtain, and if other conditions are the same, great as the electrode member It is clear that the use of such a material lowers the temperature of the electrode body and prolongs the service life. On the other hand, according to the examples of Nos. 1 to 3, when the lighting frequency is not high, the variation range of the temperature of the electrode body is much larger than 100K, and a long service life cannot be obtained. Be understood.

【0041】<実施例2>石英ガラスからなり、最大内
径dが77mm、肉厚が3.5mm、軸方向長さが11
0mm、内表面積が約270cm2 、内容積が320c
cである発光管部内に、離間距離が12mmとなる状態
で一対の放電電極を対向して配置すると共に、アルゴン
1200kPaを封入することにより、定格電気入力が
6kW、定格電圧が18V、定格電流が330Aの高圧
希ガスランプを作製した。電極体は実施例1の番号8と
同様のものを用いた。この放電ランプを、点灯周波数1
000Hzの方形波電力によって点灯させ、実施例1と
同様の方法により温度を測定したところ、定常点灯状態
における電極体の最高温度点の温度は約2950K、電
極体の温度の変化幅は約30K、光束維持率は85%で
あった。
<Example 2> Made of quartz glass, having a maximum inner diameter d of 77 mm, a wall thickness of 3.5 mm, and an axial length of 11
0 mm, internal surface area of about 270 cm 2 , internal volume of 320 c
By disposing a pair of discharge electrodes so as to face each other in a state where the separation distance is 12 mm and enclosing 1200 kPa of argon, the rated electric input is 6 kW, the rated voltage is 18 V, and the rated current is A 330A high-pressure rare gas lamp was produced. The electrode body used was the same as the electrode body number 8 in Example 1. This discharge lamp has a lighting frequency of 1
When lit by a square wave power of 000 Hz and the temperature was measured by the same method as in Example 1, the temperature of the highest temperature point of the electrode body in the steady lighting state was about 2950K, and the variation range of the temperature of the electrode body was about 30K. The luminous flux maintenance factor was 85%.

【0042】<実施例3>石英ガラスからなり、最大内
径dが83mm、肉厚が3.5mm、軸方向長さが12
0mm、内表面積が約310cm2 、内容積が420c
cである発光管部内に、離間距離が10mmとなる状態
で一対の放電電極を対向して配置すると共に、水銀1.
3gとキセノン250kPaとを封入することにより、
定格電気入力が7.5kW、定格電圧が25V、定格電
流が300Aのキセノンランプを作製した。電極体は実
施例1の番号8と同様のものを用いた。この放電ランプ
を、点灯周波数1000Hzの方形波電力によって点灯
させ、実施例1と同様の方法により温度を測定したとこ
ろ、定常点灯状態における電極体の最高温度点の温度は
約2900K、電極体の温度の変化幅は約30K、光束
維持率は82%であった。
<Example 3> Made of quartz glass, having a maximum inner diameter d of 83 mm, a wall thickness of 3.5 mm, and an axial length of 12
0 mm, internal surface area of about 310 cm 2 , internal volume of 420 c
In the arc tube portion (c), a pair of discharge electrodes are arranged so as to face each other with a separation distance of 10 mm, and mercury 1.
By enclosing 3 g and xenon 250 kPa,
A xenon lamp having a rated electric input of 7.5 kW, a rated voltage of 25 V and a rated current of 300 A was produced. The electrode body used was the same as the electrode body number 8 in Example 1. This discharge lamp was lit by square wave power with a lighting frequency of 1000 Hz, and the temperature was measured by the same method as in Example 1. The temperature at the highest temperature point of the electrode body in the steady lighting state was about 2900 K, and the temperature of the electrode body was Was about 30 K, and the luminous flux maintenance factor was 82%.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明の放電ランプによれば、高周波の
点灯周波数で交流点灯されることにより、電極機能が変
化する周期が短くなるため、定常点灯状態において、電
極体の温度の変化幅を最大でも60K以下とすることが
でき、その結果、電極体の消耗や変形が抑えられると共
に、電極物質の飛散により生じる放電容器の黒化を抑止
することができ、長い使用寿命を得ることができる。そ
して、請求項2〜請求項4に記載の放電ランプによれ
ば、それぞれの条件が満足されることにより、上記の効
果を確実に得ることができる。
According to the discharge lamp of the present invention, since the cycle of changing the electrode function is shortened by alternating-current lighting at a high-frequency lighting frequency, the range of change in the temperature of the electrode body in the steady lighting state is reduced. The maximum can be 60K or less, and as a result, the consumption and deformation of the electrode body can be suppressed, and the blackening of the discharge container caused by the scattering of the electrode material can be suppressed, and a long service life can be obtained. . According to the discharge lamps of claims 2 to 4 , the above effects can be reliably obtained by satisfying the respective conditions.

【0044】また、請求項5および請求項6の放電ラン
プによれば、点灯状態において安定なアーク放電が得ら
れ、また電子放射性物質が放電容器内に蒸散することが
防止される。
Further, according to the discharge lamps of claims 5 and 6 , stable arc discharge is obtained in the lighting state, and the electron emissive material is prevented from evaporating into the discharge vessel.

【0045】更に、請求項7の放電ランプによれば、傾
斜機能材料よりなる封止部材により封止部が形成される
ことにより、封止部において、電流容量の大きい電流供
給路を容易に形成することができる。
Further, according to the discharge lamp of the seventh aspect, since the sealing portion is formed of the sealing member made of the functionally graded material, the current supply path having a large current capacity can be easily formed in the sealing portion. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の放電ランプの一実施例における全体の
構成の概略を示す説明用断面図である。
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing the outline of the overall configuration of an embodiment of a discharge lamp of the present invention.

【図2】図1の放電ランプの電極体の先端部分の構成を
示す説明用拡大断面図である。
FIG. 2 is an explanatory enlarged cross-sectional view showing a configuration of a tip portion of an electrode body of the discharge lamp shown in FIG.

【図3】図1の放電ランプの封止部の詳細を示す説明用
拡大断面図である。
FIG. 3 is an enlarged sectional view for explanation showing details of a sealing portion of the discharge lamp of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 放電容器 11 発光管部 12 封止部材 14 電極棒 20 放電電極 21 小径頭部 22 孔 23 電極体 24 基部 25 段部 31 円錐状凹部 32 クッション層 33 酸化防止膜 10 discharge vessel 11 arc tube 12 Sealing member 14 electrode rod 20 discharge electrodes 21 small diameter head 22 holes 23 Electrode body 24 base 25 steps 31 conical recess 32 cushion layer 33 Antioxidant film

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−142662(JP,A) 特開 平8−329901(JP,A) 特開 平7−192688(JP,A) 特開 平8−77967(JP,A) 特開 昭53−137575(JP,A) 特開 平9−115484(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 61/88 H01J 61/073 H05B 41/24 Continuation of the front page (56) Reference JP-A 61-142662 (JP, A) JP-A 8-329901 (JP, A) JP-A 7-192688 (JP, A) JP-A 8-77967 (JP , A) JP-A-53-137575 (JP, A) JP-A-9-115484 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 61/88 H01J 61/073 H05B 41/24

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 放電容器内に一対の放電電極が対向配置
されてなり、高周波の点灯周波数で交流点灯される電気
入力が5kW以上の放電ランプであって、前記点灯周波数が800Hz以上で200kHz以下の
高周波で点灯されることにより、 定常点灯状態におい
て、放電電極に印加される交流電圧の1周期において生
じる電極体の温度変化が60K以下であることを特徴と
する放電ランプ。
1. A discharge lamp in which a pair of discharge electrodes are arranged to face each other in a discharge container and which is AC-lit at a high-frequency lighting frequency and has an electric input of 5 kW or more, wherein the lighting frequency is 800 Hz or more and 200 kHz or less. of
A discharge lamp characterized in that, by being lit at a high frequency, the temperature change of the electrode body occurring in one cycle of the AC voltage applied to the discharge electrode is 60 K or less in a steady lighting state.
【請求項2】 定常点灯状態において、電極体における
最高温度点の温度が2100〜3200Kの範囲にある
ことを特徴とする請求項1に記載の放電ランプ。
2. The electrode body in a steady lighting state
The temperature of the highest temperature point is in the range of 2100-3200K
The discharge lamp according to claim 1, wherein:
【請求項3】 電気入力をW(単位:W)、放電容器の
内表面積をS C (単位:cm 2 )とするとき、下記式の
関係が満たされることを特徴とする請求項1または2に
記載の放電ランプ。 【数1】式 10≦W/S C ≦45
3. The electric input is W (unit: W) of the discharge vessel.
When the internal surface area is S C (unit: cm 2 )
The relationship is satisfied, according to claim 1 or 2.
The discharge lamp described. [Formula 1] Formula 10 ≦ W / S C ≦ 45
【請求項4】 一対の放電電極の離間距離が、放電容器
の最大内径の1/2より小さいことを特徴とする請求項
1〜3のいずれかに記載の放電ランプ。
4. A discharge vessel in which the distance between a pair of discharge electrodes is
It is smaller than 1/2 of the maximum inner diameter of
The discharge lamp according to any one of 1 to 3.
【請求項5】 放電電極の電極体には、その先端面に開
口する孔が形成されていることを特徴とする請求項1〜
4のいずれかに記載の放電ランプ。
5. The electrode body of the discharge electrode has an opening at the tip end surface thereof.
A hole to be mouthed is formed, wherein
4. The discharge lamp according to any one of 4 above.
【請求項6】 放電電極の電極体に形成された孔内に電
子放射性物質が配置されていることを特徴とする請求項
5に記載の放電ランプ。
6. An electrode is provided in a hole formed in the electrode body of the discharge electrode.
Child radioactive material is arranged, The claim characterized by the above-mentioned.
5. The discharge lamp according to item 5.
【請求項7】 放電容器は、発光管部と、これに接続さ
れた傾斜機能材料よりなる封止部材とを有してなり、放
電電極から伸びる電極棒が前記封止部材を気密に貫通す
る構成を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれ
かに記載の放電ランプ。
7. The discharge vessel includes an arc tube section and a discharge tube section connected to the arc tube section.
And a sealing member made of a functionally graded material
An electrode rod extending from the electric electrode hermetically penetrates the sealing member.
7. The structure according to any one of claims 1 to 6, characterized in that
A discharge lamp as described in.
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