JP4513031B2 - Short arc type high pressure discharge lamp - Google Patents

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Description

本発明は、ショートアーク型高圧放電ランプに関し、特に、ショートアーク型高圧放電ランプの電極の構造に関する。   The present invention relates to a short arc type high pressure discharge lamp, and more particularly to a structure of an electrode of a short arc type high pressure discharge lamp.

近年、ショートアーク型高圧放電ランプは、例えば、液晶カラーフィルターの製造プロセスであるフォトリソグラフィー工程における光源として使用され、このときの放射光は、波長365nmや波長436nmに強い輝線スペクトルを含むものが使われる。一方、市場からはカラーフィルターの大型化や露光時間の短縮化が求められ、ショートアーク型高圧放電ランプからの放射光量も増加することが要求され、特に、波長365nm近傍の放射光量の増加が強く望まれている。   In recent years, short arc type high-pressure discharge lamps have been used as a light source in a photolithography process, for example, a liquid crystal color filter manufacturing process. The emitted light at this time has a strong emission line spectrum at wavelengths of 365 nm and 436 nm. Is called. On the other hand, the market demands a larger color filter and shorter exposure time, and the amount of radiant light from the short arc type high-pressure discharge lamp is also required to increase. In particular, the amount of radiant light near 365 nm is strongly increased. It is desired.

ショートアーク型高圧放電ランプの放射光量は、放電ランプへの電気入力に比例することが従来から知られている。つまり、放電ランプへの電気入力を増加させれば放射光量も増加できるということである。ここで、放電ランプへの電気入力を増加するには以下の方法が存在する。第一に、電極間の距離を伸ばして、ショートアーク型高圧放電ランプの発光長を伸ばすこと、第二に、放電ランプに封入する水銀量を増やし、より超高圧な状態でランプを点灯させること、第三に、放電ランプへの入力電流を高くすること、などである。   It has been conventionally known that the amount of radiation of a short arc type high-pressure discharge lamp is proportional to the electric input to the discharge lamp. That is, the amount of radiation can be increased by increasing the electrical input to the discharge lamp. Here, the following methods exist for increasing the electrical input to the discharge lamp. First, increase the distance between the electrodes to increase the light emission length of the short arc type high-pressure discharge lamp, and second, increase the amount of mercury enclosed in the discharge lamp, and turn on the lamp at a higher pressure. Third, increase the input current to the discharge lamp.

しかし、前記の各種方法はそれぞれに問題がある。第一の方法は、発光長を伸ばすことで、通常、使用される点光源ランプと比べると、発光部が大きくなってしまう。フォトリソグラフィー用の露光装置に光源として使う場合などにおいては、照射光学系との関係で点光源が望まれているので、このように、発光長を伸ばすことは、当該露光装置の光源としては不向きとなり、放射光量がたとえ改善されたとしても実際には使用できないものとなってしまう。   However, the various methods described above have problems. The first method is to increase the light emission length, and the light emitting part becomes larger than the point light source lamp that is normally used. When using as a light source in an exposure apparatus for photolithography, a point light source is desired in relation to the irradiation optical system, and thus extending the light emission length is not suitable as a light source for the exposure apparatus. Thus, even if the amount of radiated light is improved, it cannot be actually used.

第二の方法は、ショートアーク型高圧放電ランプの内圧が大きくなるので、発光管の機械的強度という点で問題がある。従来のショートアーク型高圧放電ランプは、内部に封入される水銀の点灯時の蒸気圧はランプの内圧強度の上限に近い圧力で設計されている場合が多く、それ以上の高圧点灯ではショートアーク型高圧放電ランプが破壊されてしまう。つまり、従来のショートアーク型高圧放電ランプよりも水銀の封入量を増やし、更に超高圧で点灯する方法は放射量を向上させる為に利用することはできない。   The second method has a problem in terms of mechanical strength of the arc tube because the internal pressure of the short arc type high-pressure discharge lamp increases. Conventional short arc type high-pressure discharge lamps are often designed with the vapor pressure at the time of lighting of mercury enclosed in the lamp being close to the upper limit of the internal pressure intensity of the lamp. The high-pressure discharge lamp will be destroyed. In other words, a method of increasing the amount of mercury enclosed in the conventional short arc type high-pressure discharge lamp and lighting at an ultra-high pressure cannot be used to improve the radiation amount.

第三の方法では、ランプ電流が増加すると陽極先端部が電子流の増加により加熱され、陽極部の温度が上昇してしまう。通常、陽極で発生した熱は、陽極の熱伝導により外部へ放出されるものと、陽極の表面から放射によって外部へ放出されるものがある。しかし、ランプ電流を増加させる方法では、電子流増加による加熱に比べ、外部へ放出される熱が不十分であり、その結果、陽極の温度上昇に伴う陽極部材の熱蒸発が促進され、発光管の内壁が黒化しランプ寿命が短くなる等の問題があった。   In the third method, when the lamp current increases, the tip of the anode is heated by the increase of the electron current, and the temperature of the anode increases. Usually, heat generated at the anode is radiated to the outside by heat conduction of the anode, and heat radiated from the surface of the anode to the outside by radiation. However, in the method of increasing the lamp current, the heat released to the outside is insufficient as compared with the heating by increasing the electron current. As a result, the thermal evaporation of the anode member accompanying the temperature rise of the anode is promoted, and the arc tube There are problems such as blackening the inner wall of the lamp and shortening the lamp life.

この問題を解決するために、陽極からの熱放射の効率を向上し、陽極の温度を下げる方法が提案されている。例えば、特告昭39−11128号には、陽極側面にV字構造の溝を設けることが開示されている。具体的には、1mm〜3mm程度の深さで、かつ、開き角が90°の冷却溝が設けられており、かつ、この冷却溝の表面に炭化タンタルを焼結させることにより、当該陽極表面からの熱放射をより一層高めることが記載されている。しかし、この方法では、陽極の温度によっては炭素が遊離し、ショートアーク型高圧放電ランプの発光管を黒化させたり、あるいは炭素が電極先端に移動して電極が溶けるといった問題があった。   In order to solve this problem, a method for improving the efficiency of heat radiation from the anode and lowering the temperature of the anode has been proposed. For example, Japanese Patent Publication No. 39-11128 discloses providing a V-shaped groove on the side surface of the anode. Specifically, a cooling groove having a depth of about 1 mm to 3 mm and an opening angle of 90 ° is provided, and the surface of the anode is sintered by sintering tantalum carbide on the surface of the cooling groove. It is described that the heat radiation from can be further increased. However, this method has a problem that carbon is liberated depending on the temperature of the anode, and the arc tube of the short arc type high-pressure discharge lamp is blackened, or the carbon moves to the tip of the electrode and the electrode is melted.

さらに、特開平9−231946号には、陽極側面にタングステン粉末を焼結して電極表面の熱放射率を向上させることが開示されている。図9にこの構造を示すが、陽極90の所定表面領域には、微粒子状のタングステン焼結層91が形成されている。このタングステン微粒子は、粒径0.1から100μm程度のものであり、焼結層として陽極表面に設けることでその表面積を増大させている。このような構造により、電極表面からの熱放射量を高めることで、電極温度を低下させようというものである。しかしながら、この構造はタングステン粉末を塗布しない場合に比較して、電極からの熱放射を増大させることができるものの、放電ランプへの電気入力をより高くしたときには当該電極の冷却が不十分となり、結果として、電極からの熱放射が不十分になるという問題があった。   Further, JP-A-9-231946 discloses that tungsten powder is sintered on the side surface of the anode to improve the thermal emissivity of the electrode surface. FIG. 9 shows this structure, and a particulate tungsten sintered layer 91 is formed in a predetermined surface region of the anode 90. The tungsten fine particles have a particle size of about 0.1 to 100 μm, and the surface area of the tungsten fine particles is increased by providing the sintered fine particles on the anode surface. With such a structure, the temperature of the electrode is lowered by increasing the amount of heat radiation from the electrode surface. However, this structure can increase the heat radiation from the electrode as compared with the case where the tungsten powder is not applied, but when the electric input to the discharge lamp is made higher, the cooling of the electrode becomes insufficient. As a result, there is a problem that heat radiation from the electrode becomes insufficient.

この発明が解決しようとする課題は、放射光量を増大させるためにランプへの入力電力の大きくしたショートアーク型高圧放電ランプにおいて、電極からの熱放射特性を改善して、電極の温度を効率良く下げることである。そして、電極温度を効率的に下げることで、陽極先端部からの電極構成物質の蒸発を抑えたり緩和させることができ、また、電極先端の摩耗や熱変形等を緩和することができ、結果として、放電ランプの発光を長時間安定的に維持することを目的とする。   The problem to be solved by the present invention is that, in a short arc type high pressure discharge lamp in which the input power to the lamp is increased in order to increase the amount of radiated light, the heat radiation characteristic from the electrode is improved and the temperature of the electrode is efficiently increased. Is to lower. And, by efficiently lowering the electrode temperature, it is possible to suppress or mitigate evaporation of the electrode constituent material from the anode tip, and to reduce wear and thermal deformation of the electrode tip, as a result. An object of the present invention is to maintain light emission of a discharge lamp stably for a long time.

上記課題を解決するために、この発明のショートアーク型高圧放電ランプは、発光管内に一組のタングステン電極を有するショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記タングステン電極のうち少なくとも一方のタングステン電極は、側面の少なくとも一部にレーザ加工により形成された隣合う頂部同士のピッチが150μm〜500μmであり、かつ、深さが当該ピッチの2〜3倍である溝部を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a short arc type high pressure discharge lamp of the present invention is a short arc type high pressure discharge lamp having a pair of tungsten electrodes in an arc tube, wherein at least one tungsten electrode of the tungsten electrodes has a side surface. It is characterized by having a groove part in which the pitch between adjacent top parts formed by laser processing is at least 150 μm to 500 μm and the depth is 2 to 3 times the pitch .

以上説明したように、この発明のショートアーク型放電ランプは、少なくとも一方のタングステン電極には、その側面の少なくとも一部にレーザ加工により形成された隣合う頂部同士のピッチ(P)が150μm〜500μm、かつ、深さが当該ピッチの2〜3倍である溝部を形成しているので、当該電極からの熱放射率を高めることができ、当該放電ランプの入力電力を上げたとしても効率的に熱放射ができることから放射光量を上げることができる。

As described above, in the short arc type discharge lamp of the present invention, the pitch (P) between adjacent apexes formed by laser processing on at least a part of the side surface of at least one tungsten electrode is 150 μm to 500 μm. And since the groove part whose depth is 2 to 3 times the pitch is formed, the thermal emissivity from the electrode can be increased, and even if the input power of the discharge lamp is increased, it is efficient. Since heat radiation is possible, the amount of radiation can be increased.

図1にショートアーク型高圧放電ランプの全体図を示す。放電ランプ10は、発光管部11と封止管部12より構成され、発光管部11の中にはタングステンよりなる陽極20と陰極30が先端距離10mm程度で対向配置している。陽極20、陰極30は、各々、封止管部12の中で埋設され、外部端子13と電気的に接続される。発光管部11の中には、キセノン、アルゴン、クリプトンなどの希ガス若しくはこれらの混合物からなる封入ガス、および水銀などの発光物質が封入される。封入ガスの圧力は、封入時において例えば0.1〜10気圧であり、水銀封入量は発光管部11の内容積当たりの重量で10〜60mg/ccである。この放電ランプは、例えば、定格50V、定格5KWで点灯される。   FIG. 1 shows an overall view of a short arc type high pressure discharge lamp. The discharge lamp 10 is composed of an arc tube portion 11 and a sealing tube portion 12, and an anode 20 and a cathode 30 made of tungsten are arranged opposite to each other with a tip distance of about 10 mm in the arc tube portion 11. The anode 20 and the cathode 30 are each embedded in the sealing tube portion 12 and electrically connected to the external terminal 13. The arc tube 11 is filled with a sealing gas composed of a rare gas such as xenon, argon, krypton, or a mixture thereof, and a luminescent material such as mercury. The pressure of the sealed gas is, for example, 0.1 to 10 atmospheres at the time of sealing, and the mercury filling amount is 10 to 60 mg / cc in terms of the weight per inner volume of the arc tube portion 11. For example, the discharge lamp is lit at a rating of 50 V and a rating of 5 kW.

図2は陽極20の拡大図を示し、(a)は陽極20の形状を示した側面図、(b)、(c)は陽極側面に形成された溝部の拡大断面図を示す。   2A and 2B are enlarged views of the anode 20, wherein FIG. 2A is a side view showing the shape of the anode 20, and FIGS. 2B and 2C are enlarged cross-sectional views of grooves formed on the anode side surface.

図2(a)において、陽極20は、先端部21、コーン部22、胴体部23より構成されている。先端部21は平面状であって陰極と対向している。コーン部22には先端部21と胴体部23をつなぐテーパーが設けられている。そして、胴体部23には、その側面にレーザ加工により形成さえRたV字の溝部24が形成されている。陽極について、数値例をあげると、胴体部23は直径φ25mm、長さ45mmであり、コーン部22の開き角度は120°であり、先端部21の直径はφ8mmである。   In FIG. 2A, the anode 20 includes a tip portion 21, a cone portion 22, and a body portion 23. The tip portion 21 is planar and faces the cathode. The cone portion 22 is provided with a taper connecting the tip portion 21 and the body portion 23. The body portion 23 is formed with a V-shaped groove portion 24 which is even formed by laser processing on the side surface thereof. As for numerical values of the anode, the body portion 23 has a diameter of 25 mm and a length of 45 mm, the cone portion 22 has an opening angle of 120 °, and the tip portion 21 has a diameter of 8 mm.

(b)において、溝部24は凸部25と凹部26よりV字状に構成され、凸部25の頂点には頂部27が形成され、凹部26の底には底部28が形成される。また、隣接する凸部25部の頂部27同士の間隔が溝のピッチPを形成して、頂部27から底部28までの深さが溝の深さDを形成する。図に示す構造は、凸部25の頂部27と凹部26の底部28が尖って形成されており、全体として完全なV字型構造を構成している。このようなV字溝構造の利点は、根元が太く形状的に安定しており、形状変化などが起きないということがある。数値例をあげると、溝構造のピッチPは、例えば0.5mm、溝の深さDは、例えば1.5mmであり、陽極20の側面40mmの範囲に溝が80個形成されている。(c)は、同じく胴体部23の溝部の拡大図を示しているが、(b)と異なり、頂部33と底部34が、尖っておらず、曲面状に形成されている。このような構造の利点は、後述するが、点灯始動時における電界集中を防止できることである。   In (b), the groove portion 24 is formed in a V shape from the convex portion 25 and the concave portion 26, a top portion 27 is formed at the apex of the convex portion 25, and a bottom portion 28 is formed at the bottom of the concave portion 26. Further, the distance between the top portions 27 of the adjacent convex portions 25 forms the groove pitch P, and the depth from the top portion 27 to the bottom portion 28 forms the groove depth D. In the structure shown in the figure, the top portion 27 of the convex portion 25 and the bottom portion 28 of the concave portion 26 are formed to be sharp, and constitute a complete V-shaped structure as a whole. The advantage of such a V-shaped groove structure is that the base is thick and stable in shape, and no change in shape occurs. As a numerical example, the pitch P of the groove structure is, for example, 0.5 mm, the groove depth D is, for example, 1.5 mm, and 80 grooves are formed in the range of the side surface of the anode 20 of 40 mm. (C) shows the enlarged view of the groove part of the trunk | drum 23 similarly, but unlike (b), the top part 33 and the bottom part 34 are not sharp but are formed in the curved surface form. An advantage of such a structure is that, as will be described later, electric field concentration at the start of lighting can be prevented.

ここで、陽極に設けられた溝の構造については、図2に示すものに限定されない。図3(a)〜(e)に、溝構造の他の実施形態について例示する。(a)は、陽極20の胴体部23に設けられた溝部24の溝方向が、陽極20の円周方向ではなく、陽極20の伸びる方向に形成されるものである。(b)は、溝部24が、胴体部23ではなくコーン部22に形成されるものである。また、溝部24はコーン部22と胴体部23の両方に設けることもできる。(c)は、胴体部23に設けられた溝部24の溝方向が螺旋状であって、溝が一続きにつながって形成されるものである。(d)は、胴体部23に設けられた溝部20が網目状に形成されるものである。なお、溝の方向は図に示すものに限定されず、また、(a)、(b)に示す溝構造と組み合わせてもかまわない。さらに、(c)に示す螺旋状の溝を2本設けることで網目状の溝を形成することもできる。(e)は、胴体部23に溝部20がランダムに形成されたものである。これらはレーザ光をランダムに線引き照射することで、胴体部23に結果的に不規則な溝が形成されるというものである。したがって、レーザ照射は胴体部23の表面に対する方向が不規則に照射される。   Here, the structure of the groove provided in the anode is not limited to that shown in FIG. 3A to 3E illustrate another embodiment of the groove structure. (A) is that the groove direction of the groove part 24 provided in the body part 23 of the anode 20 is formed not in the circumferential direction of the anode 20 but in the direction in which the anode 20 extends. In (b), the groove portion 24 is formed not in the body portion 23 but in the cone portion 22. Moreover, the groove part 24 can also be provided in both the cone part 22 and the trunk | drum 23. FIG. In (c), the groove direction of the groove part 24 provided in the body part 23 is spiral, and the groove is formed continuously. In (d), the groove 20 provided in the body part 23 is formed in a mesh shape. In addition, the direction of a groove | channel is not limited to what is shown in a figure, Moreover, you may combine with the groove | channel structure shown to (a), (b). Furthermore, a net-like groove can be formed by providing two spiral grooves shown in (c). (E) is one in which the groove portions 20 are randomly formed in the body portion 23. These laser beams are randomly drawn to form irregular grooves in the body part 23 as a result. Therefore, the laser irradiation is irradiated irregularly in the direction with respect to the surface of the body portion 23.

本発明において電極の「側面」とは胴体部だけでなくコーン部も意味するものである。また、上記の実施例(図2(a)、図3(a)(c)(d)(e))は、溝部24が、胴体部23の前方部分に設けられているが、胴体部23の側面全域に形成することもできるし、特定の一部分に設けることもできる。また、コーン部は円錐台形状に限定されず、曲面状のものも含まれる。また、上記実施例は、陽極20に溝部24を設ける場合について例示しているが、陰極に同様の溝部を設けることもできる。さらには、交流点灯の放電ランプにおいて、一方若しくは両方の電極に上記例示したような部を設けることもできる。また、本発明の溝構造は、上記のものに限定されるものではなく、その他の構造も含まれる。   In the present invention, the “side surface” of the electrode means not only the body portion but also the cone portion. In the above-described embodiments (FIGS. 2A, 3A, 3C, D, and E), the groove portion 24 is provided in the front portion of the body portion 23, but the body portion 23 is provided. It can also be formed over the entire side surface of the film, or can be provided in a specific part. Further, the cone portion is not limited to a truncated cone shape, and includes a curved shape. Moreover, although the said Example illustrated about the case where the groove part 24 is provided in the anode 20, the same groove part can also be provided in a cathode. Furthermore, in an AC-lighted discharge lamp, one or both of the above-described portions can be provided. Further, the groove structure of the present invention is not limited to the above structure, and includes other structures.

本発明のショートアーク型放電ランプは、上記のような溝構造を電極に対して設けることで当該電極からの熱放射率を改善するものではあるが、さらに言えば、溝部のピッチと深さの関係を規定することが、この効果をより一層向上させている。以下、この点について説明するが、ここでは電極の形状が円柱状ではなく、平板に溝構造が形成されたモデルを考える。図4は、平板40に図2に示す構造と同じ構造の溝部41が形成されている。この場合、溝部41のピッチP、深さDと熱放射率εの関係は次式で表せる。
ε=ε0/[1−(1−ε0){1−sin(α/2)}]・・・(式1)
ここで、「ε0」は材料固有の放射率であり、例えば、電極材料としてタングステンを使う場合はおよそ0.4である。また、「α」は溝部の頂部あるいは底部に形成される角度である。そして、実効的には、αが小さいほど放射率εが大きくなることになり、αの値が小さいということは、溝の深さDに対するピッチPの比率、すなわち、D/Pが大きい場合を意味していることに着目した。
The short arc type discharge lamp of the present invention improves the thermal emissivity from the electrode by providing the groove structure as described above to the electrode. Defining the relationship further improves this effect. Hereinafter, this point will be described. Here, a model in which the shape of the electrode is not cylindrical but a groove structure is formed on a flat plate is considered. In FIG. 4, a groove 41 having the same structure as that shown in FIG. In this case, the relationship between the pitch P and depth D of the groove 41 and the thermal emissivity ε can be expressed by the following equation.
ε = ε0 / [1- (1-ε0) {1-sin (α / 2)}] (Expression 1)
Here, “ε0” is an emissivity specific to the material, and is about 0.4 when tungsten is used as the electrode material, for example. “Α” is an angle formed at the top or bottom of the groove. Effectively, the smaller α is, the larger the emissivity ε is, and the smaller value of α is that the ratio of the pitch P to the groove depth D, that is, the case where D / P is large. Focused on what it meant.

図5は、図2に示した溝構造における角度と熱放射率の関係を示すもので、図4に示す平板構造によって近似的に求めた計算結果を示している。そして、溝の角度(頂部と底部)を10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°、180°と変化させ、溝のピッチを同じとしたときの溝の深さDとピッチの比率D/Pを求め、さらには、各々における熱放射率を上記式1より求めている。   FIG. 5 shows the relationship between the angle and the thermal emissivity in the groove structure shown in FIG. 2, and shows a calculation result obtained approximately by the flat plate structure shown in FIG. The groove angle (top and bottom) is changed to 10 °, 20 °, 30 °, 40 °, 50 °, 60 °, 70 °, 80 °, 90 °, 180 °, and the groove pitch is the same. Then, the groove depth D and the pitch ratio D / P are obtained, and the thermal emissivity of each is obtained from the above equation 1.

ここで、V溝の角度180°とは、溝がない平面状態を意味している。この計算の結果、V溝を設ける構造はV溝を設けていない構造に比べて放射率がいずれも高いことが示されている。また、V溝の角度が30°以下になると、溝における放射率が0.7以上という高い数値になっていることもわかる。   Here, the angle 180 ° of the V-groove means a planar state without a groove. As a result of this calculation, it is shown that the emissivity of the structure provided with the V-groove is higher than that of the structure not provided with the V-groove. It can also be seen that when the angle of the V-groove is 30 ° or less, the emissivity in the groove is as high as 0.7 or more.

次に、上記計算による予想を立証するために、放電ランプの電極における熱放射の測定実験を行った。実験は、直径φ20mm、全長40mmの円筒状タングステンに対して、溝ピッチPを0.5mmの共通として、溝深さDについて、0.5mm、0.75mm、1.0mm、1.5mmと変化させた4種類の電極を作成した。そして、この4つの電極を高周波加熱により、約2000℃まで昇温させ、各々の電極に対する熱放射率を測定した。測定は、波長λ=0.68μmのサーモパイロメータを使って行った。   Next, in order to verify the prediction based on the above calculation, an experiment for measuring thermal radiation at the electrode of the discharge lamp was performed. In the experiment, for a cylindrical tungsten having a diameter of 20 mm and a total length of 40 mm, the groove pitch P is changed to 0.5 mm, and the groove depth D is changed to 0.5 mm, 0.75 mm, 1.0 mm, and 1.5 mm. Four types of electrodes were prepared. And these four electrodes were heated up to about 2000 degreeC by the high frequency heating, and the thermal emissivity with respect to each electrode was measured. The measurement was performed using a thermopyrometer having a wavelength λ = 0.68 μm.

図6に実験結果を示しているが、溝深さDとピッチPの関係が、P/D≧2において放射率は0.7を示しており、溝を設けない場合よりも効果が得られることが分かる。また、前記従来技術で説明した図9に示すタングステン微粒子を塗布させた電極についても同様に熱放射率を測定してみたところ、放射率は0.6程度であった。つまり、本発明の溝構造においてP/D≧2という構成にすることで、その熱放射率は0.7まであげることができ、従来のタングステン微粒子を塗布する場合よりも優れていることが分かる。また、溝部を設けた場合においても、溝の角度によっては、タングステン微粒子を塗布する場合よりも効果が劣る場合もあり(例えば、P/D=1のとき)、溝部を設けるだけでなく、そのピッチと深さが極めて重要であることが示される。   Although the experimental results are shown in FIG. 6, the relationship between the groove depth D and the pitch P indicates that the emissivity is 0.7 when P / D ≧ 2, and the effect is obtained as compared with the case where no groove is provided. I understand that. Further, when the thermal emissivity of the electrode coated with the tungsten fine particles shown in FIG. 9 described in the prior art was measured in the same manner, the emissivity was about 0.6. That is, it can be seen that, by adopting a configuration of P / D ≧ 2 in the groove structure of the present invention, the thermal emissivity can be increased to 0.7, which is superior to the case of applying conventional tungsten fine particles. . Also, even when the groove portion is provided, depending on the angle of the groove, the effect may be inferior to that when the tungsten fine particles are applied (for example, when P / D = 1). It is shown that pitch and depth are extremely important.

溝部を加工する方法は、レーザ光を照射する方法である。特に、溝のピッチが約150μm〜500μmまでで、溝の深さがピッチの2〜3倍程度の場合には、パルスレーザ等によるレーザ加工が適している。この場合、図2(c)に示すような溝の底部に形成される曲面は、レーザ光の焦点を適切に選択することにより加工できる。   The method of processing the groove is a method of irradiating laser light. In particular, when the groove pitch is about 150 μm to 500 μm and the groove depth is about 2 to 3 times the pitch, laser processing using a pulse laser or the like is suitable. In this case, the curved surface formed at the bottom of the groove as shown in FIG. 2C can be processed by appropriately selecting the focal point of the laser beam.

次に、本発明の電極を有するショートアーク型高圧放電ランプの寿命特性について説明する。本発明の溝構造を有する放電ランプと、タングステン粉末を塗布した電極を有する放電ランプについて点灯時間と照度の関係を測定した。本発明の放電ランプは、定格入力12KW、定格電流120A、水銀封入量が24mg/cc,バッファガスにキセノンを使用したランプであり、陽極には、直径φ29mm、全長60mmの円筒状であり、先端部の径φ10mm、コーン部の開き角度は120°のものを用いた。溝構造はレーザ加工により行い、溝のピッチ200μm、溝の深さ600μmであり、図2(a)に示す構造である。また、比較用の放電ランプは、陽極に溝部を形成する代わりにタングステンの粉末を塗布している以外は、同一の放電ランプを採用した。   Next, the life characteristics of the short arc type high-pressure discharge lamp having the electrode of the present invention will be described. The relationship between lighting time and illuminance was measured for the discharge lamp having the groove structure of the present invention and the discharge lamp having an electrode coated with tungsten powder. The discharge lamp of the present invention is a lamp having a rated input of 12 KW, a rated current of 120 A, a mercury filling amount of 24 mg / cc, and using xenon as a buffer gas. The anode has a cylindrical shape with a diameter of 29 mm and a total length of 60 mm. A part having a diameter of 10 mm and an opening angle of the cone part of 120 ° was used. The groove structure is formed by laser processing and has a groove pitch of 200 μm and a groove depth of 600 μm, which is the structure shown in FIG. Moreover, the same discharge lamp was employ | adopted as the discharge lamp for a comparison except having apply | coated the tungsten powder instead of forming a groove part in an anode.

図7に実験結果を示すが、縦軸は点灯開始時の照度に対する照度比率を表し、横軸は点灯経過時間を表している。図に示すように、本発明のショートアーク型高圧放電ランプは、従来のショートアーク型高圧放電ランプに比べて、照度維持率の点で顕著な改善が見られている。すなわち、従来のショートアーク型高圧放電ランプが、200時間点灯後に照度維持率が85%以下に減衰しているのに対して、本発明のショートアーク型高圧放電ランプでは約800時間点灯させても、照度維持率が90%近い数値を維持している。これは電極に施した溝構造により、陽極表面からの熱放射率が向上し、ランプ点灯により発生した熱が効率的に放射されることを意味し、このため、陽極の温度が低下するとともに陽極からのタングステンなどの飛散や蒸発も抑えられ、結果として、これらの発光管への付着が防止されることで高い照度が長時間、維持されるものと理解できる。   FIG. 7 shows the experimental results. The vertical axis represents the illuminance ratio with respect to the illuminance at the start of lighting, and the horizontal axis represents the elapsed lighting time. As shown in the figure, the short arc type high-pressure discharge lamp of the present invention is markedly improved in terms of the illuminance maintenance rate as compared with the conventional short arc type high-pressure discharge lamp. That is, while the conventional short arc type high pressure discharge lamp attenuates the illuminance maintenance rate to 85% or less after lighting for 200 hours, the short arc type high pressure discharge lamp of the present invention can be operated for about 800 hours. The illuminance maintenance rate is maintained at a value close to 90%. This means that the heat emissivity from the anode surface is improved due to the groove structure applied to the electrode, and the heat generated by the lamp lighting is radiated efficiently. As a result, it can be understood that high illuminance can be maintained for a long time by preventing the tungsten from being scattered and evaporated.

以上のように、所定の溝深さと溝ピッチを有する電極を形成することで当該電極からの熱放射を著しく高めることが可能であるが、ここで、溝構造によっては、電極の実質的な断面積が減少してしまい、これにより、電極からモリブデン箔や外部リードを介する熱伝導による熱放出確率が低下してしまうことが確認された。一般的に、熱伝導による熱の放出は、電極の断面積に比例しており、本発明のように溝構造を形成したとしても、電極の直径に対する溝の深さがあまりに大きくなると、かえって電極からの熱放射特性を低下させることが確認された。具体的には、溝構造において溝の深さを当該電極の直径に対して、12%以上深く設けた場合には、断面積の減少による熱伝導の阻害の方が大きくなり、電極の温度を効果的に下げることができないことが判った。   As described above, by forming an electrode having a predetermined groove depth and groove pitch, it is possible to remarkably increase the heat radiation from the electrode. However, depending on the groove structure, a substantial disconnection of the electrode may occur. It was confirmed that the area was reduced, and the heat release probability due to heat conduction from the electrode through the molybdenum foil or the external lead was reduced. Generally, the heat release due to heat conduction is proportional to the cross-sectional area of the electrode, and even if the groove structure is formed as in the present invention, if the groove depth with respect to the electrode diameter becomes too large, the electrode It was confirmed that the thermal radiation characteristics from Specifically, in the groove structure, when the groove depth is deeper than 12% with respect to the diameter of the electrode, the heat conduction is hindered due to the reduction of the cross-sectional area, and the temperature of the electrode is reduced. It turned out that it cannot be lowered effectively.

また、本発明の溝構造を施したショートアーク型放電ランプは、電極の温度低下とそれによる照度維持率という点で効果を有するものであるが、溝を設けることで、点灯始動時に、異常放電を起こし、良好なランプ点灯ができないという問題がたまに発生した。図8に溝の深さと異常放電の発生を示しているが、溝の深さが深いほど異常放電の発生が顕著になっていることがわかる。この原因は、溝部の先端である頂部が鋭角である場合に、電界が集中しやすくなり、点灯初期に形成されるコロナ状放電がこの先端頂部に形成されるためと考えられる。また、溝部の底部が鋭角である場合は、ホロー効果によって、コロナ状放電を起こしやすくなったと考えられる。   In addition, the short arc type discharge lamp having the groove structure of the present invention is effective in terms of the temperature drop of the electrode and the resulting illuminance maintenance rate. Occasionally, there was a problem that a good lamp could not be lit. FIG. 8 shows the depth of the groove and the occurrence of abnormal discharge. It can be seen that the occurrence of abnormal discharge becomes more pronounced as the depth of the groove increases. This is considered to be because when the apex, which is the tip of the groove, has an acute angle, the electric field tends to concentrate and a corona discharge formed at the beginning of lighting is formed at the apex of the tip. Further, when the bottom of the groove has an acute angle, it is considered that corona discharge is likely to occur due to the hollow effect.

本発明においては、このような異常放電の発生を低減させる為に、図2(C)に示すように、溝部の頂部や底部を尖らせるのではなく曲面状に形成されることが良い。このような曲面形状は、例えば曲率半径5μm程度のものであれば良い。そして、このような曲面形状は、尖った先端をなくすことに意味があるので、図3のいくつかの実施形態の電極に同様に形成することができる。   In the present invention, in order to reduce the occurrence of such abnormal discharge, it is preferable to form a curved surface instead of sharpening the top or bottom of the groove as shown in FIG. Such a curved surface shape may have a curvature radius of about 5 μm, for example. And since such a curved surface shape is meaningful in eliminating the pointed tip, it can be similarly formed on the electrodes of some embodiments of FIG.

このような溝部に設ける曲面の加工には、例えば、外周面の鋭角部にバフ研磨を施し、その後、濃度10%の苛性ソーダ液中で電解研磨を施すことにより行う。また、溝の底部には溝部を加工する例えばダイヤモンド切断砥石等の先端形状を予めアールを施した形状とすることによって形成できる。また、真空中の高温下で熱処理により形成することもできる。具体的には、V字構造の溝を2000℃で120分間熱処理することで曲面にすることができる。   The curved surface provided in such a groove is processed by, for example, buffing an acute angle portion on the outer peripheral surface and then performing electrolytic polishing in a caustic soda solution having a concentration of 10%. Moreover, it can form in the bottom part of a groove | channel by making the front-end | tip shape, such as a diamond cutting grindstone etc. which process a groove part into the shape which carried out the round beforehand. It can also be formed by heat treatment at a high temperature in a vacuum. Specifically, the V-shaped groove can be curved by heat-treating at 2000 ° C. for 120 minutes.

なお、本発明の溝構造は、電気入力が高いランプにおいて特に有効であり、具体的には放電ランプへの入力電流が100アンペア以上のショートアーク型放電ランプにおいて有効な構造である。   The groove structure of the present invention is particularly effective in a lamp having a high electric input, and specifically, is effective in a short arc type discharge lamp having an input current to the discharge lamp of 100 amperes or more.

ショートアーク型高圧放電ランプの全体図を示す。An overall view of a short arc type high pressure discharge lamp is shown. 本発明のショートアーク型高圧放電ランプの陽極の拡大図を示す。The enlarged view of the anode of the short arc type high pressure discharge lamp of this invention is shown. 本発明のショートアーク型高圧放電ランプの陽極の実施形態を示す。1 shows an embodiment of an anode of a short arc type high-pressure discharge lamp of the present invention. 本発明の溝構造の効果を説明するための図面を示す。The drawing for demonstrating the effect of the groove structure of this invention is shown. 本発明の溝構造の効果を示す。The effect of the groove structure of this invention is shown. 本発明の溝構造の効果を示す。The effect of the groove structure of this invention is shown. 本発明の溝構造の効果を示す。The effect of the groove structure of this invention is shown. 本発明の溝構造の効果を示す。The effect of the groove structure of this invention is shown. 従来の電極構造を示すShows conventional electrode structure

符号の説明Explanation of symbols

10 ショートアーク型高圧放電ランプ
11 発光管部
12 封止管部
13 金属箔
14 外部リード
20 陽極
21 先端部
22 コーン部
23 胴体部
24 溝部
25 凸部
26 凹部
27 頂部
28 底部
30 陰極
P 溝のピッチ
D 溝の深さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Short arc type high pressure discharge lamp 11 Light emission tube part 12 Sealing tube part 13 Metal foil 14 External lead 20 Anode 21 Tip part 22 Cone part 23 Body part 24 Groove part 25 Convex part 26 Concave part 27 Top part 28 Bottom part 30 Cathode P Groove pitch D Groove depth

Claims (1)

発光管内に一組のタングステン電極を有するショートアーク型高圧放電ランプにおいて、
前記タングステン電極のうち少なくとも一方のタングステン電極は、側面の少なくとも一部にレーザ加工により形成された隣合う頂部同士のピッチが150μm〜500μmであり、かつ、深さが当該ピッチの2〜3倍であるV字型の溝部を有することを特徴とするショートアーク型高圧放電ランプ。
In a short arc type high pressure discharge lamp having a set of tungsten electrodes in the arc tube,
At least one tungsten electrode among the tungsten electrodes has a pitch between adjacent top portions formed by laser processing on at least a part of a side surface of 150 μm to 500 μm and a depth of 2 to 3 times the pitch. A short arc type high-pressure discharge lamp having a V-shaped groove.
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