JP4715966B2 - Short arc type discharge lamp - Google Patents

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Description

この発明はショートアーク型放電ランプ(以下、「放電ランプ」と言う)に関し、特に、ショートアーク型放電ランプの陽極構造に関する。   The present invention relates to a short arc type discharge lamp (hereinafter referred to as “discharge lamp”), and more particularly to an anode structure of a short arc type discharge lamp.

従来の放電ランプは、中央部が膨出した石英ガラス製の発光管と、この発光管の膨出部の内部に対向して配置された陽極と陰極とを備えている。陽極は、陰極に対向する先端に平坦な先端面を有している。陰極は、陽極に対向する先端が先端に向かって次第に外径が細くなる円錐状に形成されている。この放電ランプに通電すると、陰極から放出された電子はランプ内の気体と衝突して荷電粒子を生成する。この荷電粒子が、衝突を繰り返して発光管の内部に封入した物質、例えば水銀がプラズマ状態になり、両極間にアークが形成される。   A conventional discharge lamp includes an arc tube made of quartz glass having a bulged central portion, and an anode and a cathode disposed facing the inside of the bulged portion of the arc tube. The anode has a flat tip surface at the tip facing the cathode. The cathode is formed in a conical shape in which the tip facing the anode gradually decreases in outer diameter toward the tip. When this discharge lamp is energized, electrons emitted from the cathode collide with the gas in the lamp to generate charged particles. The charged particles are repeatedly collided and the substance enclosed in the arc tube, such as mercury, becomes a plasma state, and an arc is formed between the two electrodes.

そして、プラズマ中の電子は陽極側に流れ、陽極の先端面に衝突する。電子の衝突を受ける陽極の先端面が平坦であるので、陽極中央部の電界強度は周辺部に比べて強くなり、その強い電界に引かれて陽極中央部に電流が流れ込み、陽極中央部が高温になるとともに蒸発して消耗することが知られている。
このようにして陽極が消耗すると、蒸発した陽極構成物質は発光管の内壁に付着し、発光管の内壁面を黒化させるという不具合が生じる。そして、発光管の内壁面の黒化が進行すると、放電ランプからの放射束が低下し、照射面での必要な放射照度が不足するため放電ランプを新品のランプに交換する必要があった。
Then, electrons in the plasma flow to the anode side and collide with the tip surface of the anode. Since the tip surface of the anode subjected to electron impact is flat, the electric field strength in the central part of the anode is stronger than in the peripheral part, and current flows into the central part of the anode due to the strong electric field. It is known to evaporate and wear out.
When the anode is depleted in this way, the evaporated anode constituent material adheres to the inner wall of the arc tube, causing a problem of blackening the inner wall surface of the arc tube. As the blackening of the inner wall surface of the arc tube progresses, the radiant flux from the discharge lamp decreases and the required irradiance on the irradiated surface becomes insufficient, so that the discharge lamp needs to be replaced with a new lamp.

そこで、放電ランプの点灯時に、陽極が温度上昇することを抑制して、陽極の消耗と、発光管の内壁面の黒化の進行とを遅らせることにより、高い放射照度維持率を得るための対策が、従来から検討されていた。   Therefore, measures to obtain a high irradiance maintenance rate by suppressing the temperature rise of the anode when the discharge lamp is lit and delaying the anode consumption and the progress of blackening of the inner wall surface of the arc tube. However, it has been studied conventionally.

特許文献1には、陽極の先端部を除く側面に炭化タングステン(WC)と炭化タンタル(TaC)とタングステン(W)からなる混合物を焼結して多孔質層が形成されている陽極が開示されている。この多孔質層は母材との密着性が良いので陽極の温度上昇を適切に抑制することが可能となり、陽極の消耗と発光管の内壁面の黒化を少なくして、放電ランプの寿命を延長することができる、と記載されている。   Patent Document 1 discloses an anode in which a porous layer is formed by sintering a mixture of tungsten carbide (WC), tantalum carbide (TaC), and tungsten (W) on the side surface excluding the tip of the anode. ing. Since this porous layer has good adhesion to the base material, it is possible to appropriately suppress the temperature rise of the anode, reduce the consumption of the anode and the blackening of the inner wall surface of the arc tube, and extend the life of the discharge lamp. It can be extended.

また、特許文献2、3および4には、図7に示すように、陰極90に対向する陽極80の先端部に凹部81が設けられている。この凹部81は、陰極90から放出される電子を受け止める点で発生する電界の強さを近づけるように形成されている。これらの文献によれば、陽極80の表面での電流密度分布が分散され、陽極80の消耗が少なくなり、発光管の内壁面の黒化の進行が遅れ、これにより、高い放射照度維持率を得ることができ、放電ランプの寿命を延長することができる、とされている。   Further, in Patent Documents 2, 3 and 4, as shown in FIG. 7, a recess 81 is provided at the tip of the anode 80 facing the cathode 90. The recess 81 is formed so that the strength of the electric field generated at the point of receiving the electrons emitted from the cathode 90 is made closer. According to these documents, the current density distribution on the surface of the anode 80 is dispersed, the consumption of the anode 80 is reduced, and the progress of the blackening of the inner wall surface of the arc tube is delayed, thereby achieving a high irradiance maintenance rate. The life of the discharge lamp can be extended.

これら1から4の各特許文献に開示された技術は、いずれも放電ランプの寿命を延長すること、すなわち放射照度維持率を高めることに主眼が置かれていた。   Each of the techniques disclosed in each of the patent documents 1 to 4 has been focused on extending the life of the discharge lamp, that is, increasing the irradiance maintenance rate.

特許第3598475号(特開平09−115479号公報)Japanese Patent No. 3598475 (Japanese Patent Laid-Open No. 09-115479) 特許第3136511号(特開平10−283988号公報)Japanese Patent No. 3136511 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-283388) 特許第4054198号(特開2003−234083号公報)Patent No. 4054198 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-234083) 特許第4132879号(特開2003−257365号公報)Japanese Patent No. 4132879 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-257365)

しかしながら、一般に露光装置に用いられる放電ランプは、放射照度維持率が高いことが必要であるが、それ以外に放射輝度が高いことすなわち放射束が高いことも求められている。
そこで、本発明者らは、これまでのランプが持っていた高い放射照度維持率に加えて、放射輝度すなわち放射束も高い放電ランプを提供する検討を行い、この出願より前に特願2009−154651号として特許出願を行った。
この特許出願は概略以下のようなものである。陽極内壁面、平坦な陽極内底面、および環状角部からなる凹部を陽極先端面に設けることにより、凹部の各点と陰極との電極間の距離が変化して、陽極中心軸の位置と環状角部の位置の2ヶ所で電界強度のピークができ、この陽極中心軸の位置の電界強度のピークは放電ランプの放射輝度を維持するように働き、また環状角部の位置の電界強度のピークは電子を引き付けこの部分の電流密度が上がることで陽極先端面上での一部領域の局所的な電流の集中が緩和され、陽極の消耗を抑制するように働く。
However, in general, a discharge lamp used in an exposure apparatus needs to have a high irradiance maintenance factor, but in addition to that, it is also required to have high radiance, that is, high radiant flux.
Accordingly, the present inventors have studied to provide a discharge lamp having a high radiance, that is, a high radiant flux, in addition to the high irradiance maintenance rate that the conventional lamp has, and prior to this application, Japanese Patent Application No. 2009- A patent application was filed as No. 154651.
This patent application is generally as follows. By providing the anode inner wall surface, a flat anode inner bottom surface, and a concave portion made of an annular corner portion on the anode tip surface, the distance between each point of the concave portion and the electrode between the cathode changes, and the position of the anode central axis and the annular shape Electric field strength peaks occur at two corners. The peak of the electric field strength at the central axis of the anode works to maintain the radiance of the discharge lamp, and the peak of the electric field strength at the annular corner. Attracts electrons and increases the current density in this part, so that local concentration of current in a part of the area on the tip surface of the anode is alleviated and works to suppress consumption of the anode.

以下に、前記特許出願の内容を、図1、2に基づいて詳細に説明する。
図1は、放電ランプの構成の概略を示す断面図である。
放電ランプ10は、略球状に形成された発光部11と発光部11の両端のそれぞれに連続した直管状の封止部12Aおよび12Bとで構成される発光管を備えている。発光管は、例えば石英ガラスによって一体的に形成されている。封止部12Aおよび12Bには、それぞれ円筒形状を有する給電用の口金13Aおよび13Bが装着されている。
発光管の内部に形成された放電空間Sには、陰極2と陽極3とが、陽極中心軸L上において互いに対向して配置されると共に発光物質が封入されている。
発光物質は、キセノンガス、アルゴンガスおよびクリプトンガスの少なくとも1種以上と、水銀が封入されている。発光物質として、これらの希ガスおよび水銀のうち、いずれか一方のみが封入されていても良い。
Below, the content of the said patent application is demonstrated in detail based on FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a discharge lamp.
The discharge lamp 10 includes a light-emitting tube including a light-emitting portion 11 formed in a substantially spherical shape and straight tubular sealing portions 12A and 12B continuous to both ends of the light-emitting portion 11, respectively. The arc tube is integrally formed of, for example, quartz glass. Power supply caps 13A and 13B each having a cylindrical shape are mounted on the sealing portions 12A and 12B, respectively.
In the discharge space S formed inside the arc tube, the cathode 2 and the anode 3 are arranged opposite to each other on the anode central axis L, and a luminescent material is enclosed.
The luminescent material is filled with mercury and at least one of xenon gas, argon gas, and krypton gas. As the luminescent substance, only one of these rare gases and mercury may be enclosed.

陰極2は、封止部12Aに保持されると共に放電空間Sに臨む円柱状の胴部2Aと、胴部2Aに続いて先端に向かって次第に外径が細くなる円錐状に形成された先端部2Bとが、タングステン等によって一体的に形成されている。
陽極3は、円柱状の胴部3Aと、胴部3Aの先端側と後端側のそれぞれに続いて形成される円錐台部3Bおよび3Cとが、例えばタングステンによって一体的に形成されている。後端側の円錐台部3Cには、胴部3Aよりも小径のロッド状のリード部(不図示)が一体的に続いており、リード部が封止部12Bに保持されている。
陽極3は、全長が30〜100mm、胴部3Aの直径が20〜40mm、円錐台部3Bの先端径が5〜20mm、円錐台部3Bの後端径が20〜40mmである。陰極2および陽極3の間の電極間距離は3〜40mmである。
The cathode 2 is held by the sealing portion 12A and has a cylindrical body portion 2A facing the discharge space S, and a distal end portion formed in a conical shape whose outer diameter gradually decreases toward the distal end following the body portion 2A. 2B is integrally formed of tungsten or the like.
In the anode 3, a cylindrical body portion 3A and truncated cone portions 3B and 3C formed on the front end side and the rear end side of the body portion 3A are integrally formed of, for example, tungsten. A rod-shaped lead portion (not shown) having a diameter smaller than that of the body portion 3A is integrally provided on the rear end side truncated cone portion 3C, and the lead portion is held by the sealing portion 12B.
The anode 3 has a total length of 30 to 100 mm, a diameter of the body portion 3A of 20 to 40 mm, a tip diameter of the truncated cone portion 3B of 5 to 20 mm, and a rear end diameter of the truncated cone portion 3B of 20 to 40 mm. The interelectrode distance between the cathode 2 and the anode 3 is 3 to 40 mm.

図2(A)は、陽極中心軸Lを含む断面を拡大した断面図である。図2(B)は、図2(A)に示す矢印Bの方向から陽極先端面を見た正面図である。
陽極3は、先端に向かって次第に外径が細くなる円錐台部3Bを有し、この円錐台部3Bの先端部に陽極先端面3Dが形成され、陽極先端面3Dの陽極中心軸L上には凹部30が形成されている。
FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view including a cross section including the anode central axis L. FIG. FIG. 2B is a front view of the anode tip surface viewed from the direction of arrow B shown in FIG.
The anode 3 has a truncated cone part 3B whose outer diameter gradually decreases toward the tip. An anode tip surface 3D is formed at the tip of the truncated cone part 3B, and is on the anode central axis L of the anode tip surface 3D. A recess 30 is formed.

凹部30の形状を説明すると、この凹部30は、陽極先端面3Dより窪んで円周方向に形成された壁である陽極内壁面30Aと、前記陽極内壁面30Aに続いて形成され、陽極中心軸Lに対して直角に径方向に広がり、平坦に形成された壁である陽極内底面30Bと、陽極先端面3Dおよび陽極内壁面30Aの境界において、陽極中心軸Lから径方向に離間して円周方向に形成された環状角部30Cとを有しており、これらの3つの構成からなる凹部30は陽極先端面3Dから陽極3の内方側に向けて窪んで形成されている。
凹部30はこのような形状であるのでその全体形状は、陽極中心軸Lを含む断面が矩形状、即ち円柱形状である。また、凹部30は、円柱形状に限らず、回転円錐台形状であってもかまわない。
The shape of the recess 30 will be described. The recess 30 is formed following the anode inner wall surface 30A, which is a wall that is recessed from the anode tip surface 3D and formed in the circumferential direction, and the anode inner wall surface 30A. Circularly spaced from the anode central axis L at the boundary between the anode inner bottom surface 30B, which is a flat wall formed in a radial direction perpendicular to L, and the anode tip surface 3D and anode inner wall surface 30A. An annular corner portion 30 </ b> C formed in the circumferential direction is provided, and the concave portion 30 having these three configurations is formed to be recessed from the anode tip surface 3 </ b> D toward the inner side of the anode 3.
Since the recess 30 has such a shape, the overall shape thereof is a rectangular cross section including the anode central axis L, that is, a cylindrical shape. Further, the recess 30 is not limited to the cylindrical shape, and may be a rotating truncated cone shape.

このような形状の陽極を用いた放電ランプは、陰極と陽極との間に高電圧を印加すると、両電極間にアークが形成される。
図2に示す陽極3においては、陽極先端面3Dよりも陽極の内方側に窪んだ平坦な陽極内底面30Bを備え、この陽極内底面30Bでは陽極中心軸Lに近付くにつれて電界強度が高くなる。また、陽極中心軸Lから径方向外方に離間した位置に環状角部30Cを備えるため、当該位置においても電界強度が高い状態になる。
このように、陽極3は陽極中心軸Lと環状角部30Cとの両方の位置で電界強度が高い状態になることによって、陰極2から発した電子が陽極中心軸Lおよび環状角部30Cのそれぞれに分散して引き付けられるため、陽極中心軸Lに引き付けられる電子の量が低減される。
When a high voltage is applied between the cathode and the anode in the discharge lamp using the anode having such a shape, an arc is formed between the electrodes.
The anode 3 shown in FIG. 2 has a flat anode inner bottom surface 30B that is recessed inward of the anode from the anode tip surface 3D, and the electric field strength increases as the anode inner bottom surface 30B approaches the anode central axis L. . Further, since the annular corner portion 30C is provided at a position spaced radially outward from the anode central axis L, the electric field strength is also high at that position.
As described above, the anode 3 is in a state where the electric field strength is high at the positions of both the anode central axis L and the annular corner 30C, so that electrons emitted from the cathode 2 are respectively in the anode central axis L and the annular corner 30C. Accordingly, the amount of electrons attracted to the anode central axis L is reduced.

この陽極内底面30Bの陽極中心軸Lの位置の電界強度のピークは、放電ランプの輝度を維持するように働き、環状角部の位置の電界強度のピークは、電子を引き付けこの部分の電流が増えることで陽極先端面での局所的な電流の集中が緩和され陽極の消耗を抑制するように働く。   The peak of the electric field strength at the position of the anode central axis L on the anode bottom surface 30B works to maintain the luminance of the discharge lamp, and the peak of the electric field strength at the position of the annular corner attracts electrons and the current in this portion is By increasing, local concentration of current on the anode tip surface is relaxed, and it works to suppress consumption of the anode.

図8は、段落0010から0015で説明した陽極内壁面と平坦な陽極内底面と環状角部からなる凹部を有する図2に示す陽極を備えた放電ランプ(以下、「ランプ1」と言う)と、段落0006で説明した電界強度を近づけた凹部を有する図7に示す陽極を備えた放電ランプ(以下、「ランプ2」と言う)とのそれぞれについて、アーク中の電界強度分布のシミュレーション結果を示す。図8の縦軸は電界強度を、横軸は陽極中心軸Lからの距離を示し、実線はランプ1の陽極の電界強度を、破線はランプ2の陽極の電界強度を示す。   FIG. 8 shows a discharge lamp (hereinafter referred to as “Lamp 1”) including the anode shown in FIG. 2 having the anode inner wall surface described in paragraphs 0010 to 0015, a flat anode inner bottom surface, and a concave portion made of an annular corner. FIG. 7 shows the simulation results of the electric field strength distribution in the arc for each of the discharge lamp (hereinafter referred to as “Lamp 2”) having the anode shown in FIG. . The vertical axis in FIG. 8 indicates the electric field strength, the horizontal axis indicates the distance from the anode central axis L, the solid line indicates the electric field strength of the anode of the lamp 1, and the broken line indicates the electric field strength of the anode of the lamp 2.

ランプ1の陽極では、図8の実線で示すように、電界強度の鋭いピークが陽極中心軸Lの位置と凹部30の環状角部30Cに対応する位置とに表れており、陽極中心軸Lと環状角部30Cにアーク中の電子が集中する様子が推察される。一方、ランプ2の陽極では、このようなピークは見られないことから、凹部81のエッジ部82に引き寄せられる電流の割合は少ない。   In the anode of the lamp 1, as shown by the solid line in FIG. 8, a sharp peak of the electric field strength appears at the position of the anode central axis L and the position corresponding to the annular corner 30C of the recess 30. It can be inferred that electrons in the arc concentrate on the annular corner 30C. On the other hand, since such a peak is not seen in the anode of the lamp 2, the ratio of the current drawn to the edge portion 82 of the recess 81 is small.

このように、ランプ1は、平坦な陽極内底面30Bを有することにより、陽極中心軸Lの電流密度は陽極が消耗しない程度に適度に高くなり放射輝度が高くなっており、しかも、陽極中心軸Lの径方向外方に離間するように形成された環状角部30Cを有することにより、環状角部30Cに電流が分散され、陽極中心軸Lへの局所的な電流の集中が緩和されて陽極の消耗を抑制できて高い放射照度維持率とすることができる。
したがって、ランプ1は、ランプ2に比べて、放射輝度を維持しながら、放射照度維持率を高いものとすることが出来るようになっている。
以上が、特願2009−154651号の内容である。
Thus, the lamp 1 has the flat anode inner bottom surface 30B, so that the current density of the anode central axis L is appropriately high enough to prevent the anode from being consumed, and the radiance is high. By having the annular corner portion 30C formed so as to be spaced outward in the radial direction of L, current is dispersed in the annular corner portion 30C, and local concentration of current on the anode central axis L is alleviated, so that the anode Consumption can be suppressed, and a high irradiance maintenance rate can be obtained.
Therefore, the lamp 1 can have a higher irradiance maintenance ratio while maintaining the radiance as compared with the lamp 2.
The above is the contents of Japanese Patent Application No. 2009-154651.

以上に説明し、特願2009−154651号に開示した、ランプ1の放電ランプでも、露光装置に使用される光源に必要な要求を、十分に満足するものではなかった。
すなわち、放射輝度が高い放電ランプでも、放射照度維持率の低い放電ランプでは、発光管の内壁面が短時間で黒化し、短期間でランプからの必要な放射束が得られなくなり、ランプ寿命が短くて放電ランプを頻繁に取り替える必要が有る。これは、取替え作業の煩雑さに加えて、取替えに伴う露光装置の停止時間(ダウンタイム)や、ランプ点灯後の露光装置が定常温度に戻るまでの時間などが露光に使用できない時間となり、生産性が劣る露光装置となってしまう問題が有る。
また、放射照度維持率が高い放電ランプであっても、紫外光の放射輝度が小さいと露光に必要な露光量が足りず、結果的に露光時間が長くなり生産性が劣る露光装置となってしまう問題が有る。
Even the discharge lamp of the lamp 1 described above and disclosed in Japanese Patent Application No. 2009-154651 does not sufficiently satisfy the requirements for the light source used in the exposure apparatus.
That is, even with a discharge lamp with a high radiance, a discharge lamp with a low irradiance maintenance factor will blacken the inner wall surface of the arc tube in a short time, and the required radiant flux from the lamp will not be obtained in a short period of time, resulting in a long lamp life. It is short and requires frequent replacement of the discharge lamp. In addition to the complexity of the replacement work, the exposure apparatus stop time (downtime) associated with the replacement and the time until the exposure apparatus returns to the steady temperature after the lamp is turned on become the time that cannot be used for exposure. There is a problem that the exposure apparatus becomes inferior.
Moreover, even with a discharge lamp with a high irradiance maintenance factor, if the radiance of ultraviolet light is low, the amount of exposure necessary for exposure is insufficient, resulting in an exposure apparatus with a long exposure time and poor productivity. There is a problem.

このように、露光工程では、露光時間の短縮すなわちスループット増大が求められている。露光時間の短縮に貢献し露光工程の生産性向上に寄与するために、放電ランプには、その一定の点灯時間の間に放射される紫外光の総放射量である「積算放射量」が多いことも求められている。   Thus, in the exposure process, it is required to shorten the exposure time, that is, increase the throughput. In order to contribute to shortening the exposure time and improving the productivity of the exposure process, the discharge lamp has a large “integrated radiation amount” which is the total radiation amount of ultraviolet light emitted during the certain lighting time. That is also sought.

そこで、上記の問題点に鑑み、本願発明は、露光装置に用いられるショートアーク型放電ランプであって、放射輝度を維持しながら、高い放射照度維持率とすることができ、更に、「積算放射量」が多いランプとすることにより、露光装置の生産性を向上させる放電ランプを提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention is a short arc type discharge lamp used in an exposure apparatus, which can maintain a high irradiance maintenance rate while maintaining radiance. An object of the present invention is to provide a discharge lamp that improves the productivity of the exposure apparatus by using a lamp having a large amount.

ここで、この積算放射量と、放射輝度や放射束との関係を考えてみる。
アークの放射輝度分布をBとすると、「アークから放射される放射束」Lは、以下の式(1)に示すように放射輝度分布Bを面積(ds)及び立体角(dΩ)で積分を行うことによって求められる。
式(1) L=∬BdsdΩ
「点灯初期のアークから放射される放射束」Lは、発光管を介して取り出されるので、「ある時間経過後のランプから放射される放射束」Lは、発光管の透過率をTとすると、以下の式(2)に示すように放射束Lと透過率Tの積で表される。
式(2) L=L
この透過率Tは、陽極などからの蒸発物が時間と共に発光管に付着することによる黒化や光の散乱に大きく起因しているので、点灯時間の関数で表される放射照度維持率η(t)(%)に置き換えて近似することができる。したがって、時刻tにおける「ランプから放射される放射束」L(t)は、

Figure 0004715966
と表される。
紫外線の総放射量である「積算放射量φ」は、時刻tにおける「ランプから放射される放射束」L(t)の時間積分で表されるので、以下の式(4)に示すようになる。
Figure 0004715966
ここで、放射照度維持率η(t)は発光管内面への上記蒸発物の堆積に密接に関連しており単純な指数関数で近似することができるので、点灯t時間後の放射照度維持率をη(t)%とすると、その減衰定数を以下の式(5)で表すことができる。
Figure 0004715966
したがって、式(4)を用いると、点灯t時間後の積算放射量φは、更に式(6)のように表される。
Figure 0004715966
この式(6)から、積算放射量φは、「点灯初期のアークから放射される放射束」Lと、t時間経過後の放射照度維持率η(t)を用いて算出することができることが分かる。
後段の段落0042、0043において、積算放射量φを求める際には、この「点灯初期のアークから放射される放射束」Lと、t時間経過後の放射照度維持率η(t)とを使用することになる。 Here, consider the relationship between this integrated radiation amount, radiance, and radiant flux.
Assuming that the arc radiance distribution is B, the “radiant flux radiated from the arc” L is obtained by integrating the radiance distribution B by area (ds) and solid angle (dΩ) as shown in the following equation (1). Sought by doing.
Formula (1) L = ∬BdsdΩ
Since the “radiant flux radiated from the arc at the beginning of lighting” L 0 is taken out through the arc tube, the “radiant flux radiated from the lamp after a certain period of time” L 1 is determined by the transmittance of the arc tube T Then, it is represented by the product of the radiant flux L 0 and the transmittance T as shown in the following formula (2).
Expression (2) L 1 = L 0 T
This transmittance T is largely caused by blackening or light scattering due to the evaporant from the anode or the like adhering to the arc tube with time, so the irradiance maintenance rate η ( t) (%) can be approximated. Therefore, “radiant flux radiated from the lamp” L 1 (t) at time t is
Figure 0004715966
It is expressed.
The “total radiation amount φ”, which is the total radiation amount of ultraviolet rays, is represented by the time integration of the “radiant flux radiated from the lamp” L 1 (t) at time t. become.
Figure 0004715966
Here, the irradiance maintenance rate eta (t) so can be approximated by a simple exponential function is closely related to the deposition of the evaporant to arc tube surface, irradiance maintenance after lighting t 0 hours When the rate is η (t 0 )%, the attenuation constant can be expressed by the following equation (5).
Figure 0004715966
Therefore, when using the equation (4), the accumulated radiation amount φ after the lighting t 0 hours is further expressed as the equation (6).
Figure 0004715966
From this equation (6), the integrated radiation amount φ is calculated using “radiant flux radiated from the arc at the beginning of lighting” L 0 and the irradiance maintenance factor η (t 0 ) after t 0 hours. You can see that
In the subsequent paragraphs 0042 and 0043, when calculating the integrated radiation amount φ, this “radiant flux radiated from the arc at the beginning of lighting” L 0 and the irradiance maintenance rate η (t 0 ) after elapse of t 0 time are used. And will use.

請求項1に記載のショートアーク型放電ランプは、
発光管内に互いに対向するように陽極および陰極が配置され、前記陽極と前記陰極の間に電圧を印加してアークを発生させるショートアーク型放電ランプにおいて、
前記陽極は、陽極先端面の陽極中心軸上に凹部が形成され、
前記凹部は、前記陽極先端面より窪んで円周方向に形成された陽極内壁面と、前記陽極内壁面に続いて形成され陽極中心軸に対して径方向に広がり平坦に形成された陽極内底面と、陽極中心軸から径方向に離間して前記陽極先端面および前記陽極内壁面の境界において円周方向に形成された環状角部とからなり、これらの3つの構成からなる凹部は前記陽極先端面から電極の内方側に向けて窪んで形成されており、
前記アークの大きさを表す指標をD0とし、前記凹部の直径をD1(mm)としたとき、比の値D1/D0は、0.25≦D1/D0≦1.2を満足し、
かつ、前記凹部の深さは0.1mm〜0.5mmであることを特徴とする。
なお、前記アークの大きさを表す指標D0は、下記の式で規定される。
D0=1.4+2.5(P−1.6)0.5
但し、Pはランプ電力(kW)
The short arc type discharge lamp according to claim 1,
In a short arc type discharge lamp in which an anode and a cathode are disposed so as to face each other in the arc tube, and an arc is generated by applying a voltage between the anode and the cathode.
The anode is formed with a recess on the anode central axis of the anode tip surface,
The recess is recessed in the anode tip surface from the anode inner wall surface and formed in the circumferential direction, and the anode inner wall surface formed continuously from the anode inner wall surface and radially extending with respect to the anode central axis. And an annular corner formed in a circumferential direction at the boundary between the anode tip surface and the anode inner wall surface in a radial direction away from the anode central axis, and the recess composed of these three components is the anode tip It is recessed from the surface toward the inner side of the electrode,
When the index representing the size of the arc is D0 and the diameter of the recess is D1 (mm), the ratio value D1 / D0 satisfies 0.25 ≦ D1 / D0 ≦ 1.2 ,
And the depth of the said recessed part is 0.1 mm-0.5 mm, It is characterized by the above-mentioned .
The index D0 representing the size of the arc is defined by the following equation.
D0 = 1.4 + 2.5 (P-1.6) 0.5
Where P is lamp power (kW)

本発明のショートアーク型放電ランプは、陽極は陽極先端面の陽極中心軸上に凹部が形成され、この凹部は、陽極内壁面と、平坦な陽極内底面と、陽極中心軸から径方向外方に離間した環状角部とを備えていることにより、放射輝度を維持し、かつ高い放射照度維持率のランプを得ることができる。
更に、陽極と陰極の間に形成されるアークの大きさを表す指標D0と陽極に設けた凹部の直径D1(mm)の比の値D1/D0が、0.25≦D1/D0≦1.2の関係を満たすことにより、積算放射量の多いランプを得ることができる。
In the short arc type discharge lamp of the present invention, the anode has a recess formed on the anode central axis of the anode tip surface, and the recess is formed on the anode inner wall surface, the flat anode inner bottom surface, and radially outward from the anode center axis. By providing the annular corners spaced apart from each other, it is possible to maintain a radiance and obtain a lamp with a high irradiance maintenance rate.
Further, the ratio value D1 / D0 of the index D0 indicating the size of the arc formed between the anode and the cathode and the diameter D1 (mm) of the recess provided in the anode is 0.25 ≦ D1 / D0 ≦ 1. By satisfying the relationship (2), it is possible to obtain a lamp with a large accumulated radiation amount.

さらに、陽極の凹部の深さが0.1mm〜0.5mmであることにより、放射輝度と放射照度維持率の両方を、確実に高めることができる。   Furthermore, when the depth of the concave portion of the anode is 0.1 mm to 0.5 mm, both the radiance and the irradiance maintenance rate can be reliably increased.

放電ランプの構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of a discharge lamp. 放電ランプに適用される陽極の説明図である。It is explanatory drawing of the anode applied to a discharge lamp. 放電ランプの点灯時に、陰極と陽極の間に形成されるアークの状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the arc formed between a cathode and an anode at the time of lighting of a discharge lamp. 図3に示すアークから放射される、波長365nmの紫外光の放射輝度分布のプロファイルを示す。The profile of the radiance distribution of the ultraviolet light with a wavelength of 365 nm radiated | emitted from the arc shown in FIG. 3 is shown. 「アークの大きさを表す指標」D0とランプ電力Pとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between "the parameter | index showing the magnitude | size of an arc" D0 and the lamp electric power P. FIG. 相対積算放射量と、「アークの大きさを表す指標」D0と凹部の直径D1の比の値D1/D0との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between relative integrated radiation | emission amount, and the value D1 / D0 of the ratio of "the parameter | index showing the magnitude | size of an arc" D0 and the diameter D1 of a recessed part. 従来のショートアーク型放電ランプの電極構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the electrode structure of the conventional short arc type discharge lamp. 電界強度分布を表す図である。It is a figure showing electric field strength distribution.

以下、図面を用いて本願発明の放電ランプを説明する。
放電ランプの構成は、段落0010から0015の記載および図1と図2の内容と同じであるので、この部分の説明を引用することで省略する。
Hereinafter, the discharge lamp of the present invention will be described with reference to the drawings.
The configuration of the discharge lamp is the same as described in paragraphs 0010 to 0015 and the contents of FIGS. 1 and 2, and will be omitted by citing the description of this portion.

放電ランプ10の陰極2および陽極3の間に高電圧が印加されると、両極間で絶縁破壊が起きて、陰極2および陽極3の間にアークARが形成される。そのアークARの概念図を図3に示す。アークARはランプ電力P(kW)に依存して陽極中心軸Lを中心として拡張したり収縮したりする。すなわち、ランプ電力が大きくなるとアークARは広がって大きくなり、ランプ電力が小さくなるとアークARは収縮して小さくなる。凹部30の大きさが一定とすると、アークARは凹部30の環状角部30Cを超えて陽極先端面3D上にまで広がることもあれば、凹部30の環状角部30Cの内側にとどまることもある。   When a high voltage is applied between the cathode 2 and the anode 3 of the discharge lamp 10, dielectric breakdown occurs between the two electrodes, and an arc AR is formed between the cathode 2 and the anode 3. A conceptual diagram of the arc AR is shown in FIG. The arc AR expands or contracts around the anode central axis L depending on the lamp power P (kW). That is, when the lamp power increases, the arc AR expands and increases, and when the lamp power decreases, the arc AR contracts and decreases. If the size of the recess 30 is constant, the arc AR may extend beyond the annular corner 30C of the recess 30 to the anode tip surface 3D, or may remain inside the annular corner 30C of the recess 30. .

このような凹部30とアークARの大きさの関係から、凹部30の大きさD1とアークARの大きさD0の比の値D1/D0を求めると、この比の値は、アークARが陽極先端面の凹部30を覆う程度を表しており、この比の値すなわちアークARが凹部30を覆う程度が変わると、環状角部30Cが電界によって電流の一部を引き寄せる効果に影響を与え、電極間に発生する電子の流れに影響が出て、放射量が変動するのである。
したがって、凹部30の大きさとアークARの大きさの比の値D1/D0は、段落0022で説明した「積算放射量」と密接に関連しており、積算放射量の最適範囲をD1/D0の関数として見出すことができると考えられる。ここで、凹部の大きさD1はアークが覆う程度を表す指標に用いる値であり、このD1とアークの大きさとを対比させる必要が有ることから、凹部の大きさD1として凹部の直径すなわち環状角部の直径を用いることとする。
From the relationship between the size of the concave portion 30 and the arc AR, the ratio value D1 / D0 of the size D1 of the concave portion 30 and the size D0 of the arc AR is obtained. When the ratio value, that is, the extent to which the arc AR covers the concave portion 30 is changed, the effect of the annular corner portion 30C attracting a part of the current by the electric field is affected. This affects the flow of electrons generated in the light source, and the amount of radiation fluctuates.
Therefore, the value D1 / D0 of the ratio of the size of the recess 30 and the size of the arc AR is closely related to the “integrated radiation amount” described in paragraph 0022, and the optimum range of the integrated radiation amount is D1 / D0. It can be found as a function. Here, the size D1 of the recess is a value used as an index representing the degree of coverage of the arc, and it is necessary to compare this D1 with the size of the arc. The diameter of the part is used.

次に、アークの大きさの特定をどのようにして行うかを検討する。
アークは、封入物がプラズマ化した領域を指すものであり、その大きさを測定し、特定することは困難である。
そこで、例えば、アークは当然に電流密度分布と密接に関連しており、電流密度分布がアークの分布の一形態とみなせるので、電流密度分布を測定してアークの大きさを求めることも考えられる。しかしながら、この電流密度分布を厳密に直接測定する事は困難とされており、また、この電流密度分布は連続的に変化しているので、この電流密度分布によってもアークの分布を明確に定めることは困難でありアークの大きさを特定できない。このように、「電流密度分布」の測定によって、「アークの大きさ」を特定することは極めて困難または不可能なことである。
Next, how to specify the size of the arc will be examined.
The arc refers to a region where the inclusion has been turned into plasma, and its size is difficult to measure and identify.
Therefore, for example, the arc is naturally closely related to the current density distribution, and the current density distribution can be regarded as one form of the arc distribution. Therefore, it is conceivable to measure the current density distribution to determine the size of the arc. . However, it is considered difficult to measure this current density distribution precisely and directly, and since this current density distribution changes continuously, the arc distribution can also be clearly defined by this current density distribution. It is difficult to specify the size of the arc. Thus, it is extremely difficult or impossible to specify the “arc size” by measuring the “current density distribution”.

しかしながら、アークの電流密度分布は、放射輝度分布と密接な関係があり、「放射輝度分布」を測定することでアークの「電流密度分布」ひいては「アークの大きさ」をうかがい知ることが出来るようになる。
そこで、放射輝度分布の測定を行う。
発光物質が水銀の場合は、陰極2と陽極3との間に高電圧を印加すると、陰極2から放出された電子が放電空間Sに封入された水銀の原子に衝突し、水銀の原子が励起状態になり、励起状態から下位のエネルギー状態に遷移するときに種々の放射光を放射する。この放射光を特定波長、例えば波長365nmだけを通過させるバンドパスフィルターに通し、放射の輝度分布を求める。この波長365nmの紫外線の輝度分布は、電極中心軸L上の任意の点における径方向の輝度分布であり、それを図4に示す。この分布のプロファイルは、放射輝度をJ(r)、径方向の電極中心軸からの距離をrとすると、下記式(7)で近似して表すことができる。
式(7) J(r)=Jexp〔−(r/r
ここで、Jはアークの中心での放射輝度であり、rは中心での放射輝度Jが1/e(≒0.37)に減衰するところの中心からの距離(mm)である。上記放射輝度分布の式(7)は、アークに流れる電流の多くが電極の中心からrの距離内に集中していることを示している。
このrを2倍して得られる2rを「仮想直径」と考えると、この2rは、「アークの大きさを表す指標」D0として用いることができる。ただし、実際のアークの大きさはこの仮想直径である「アークの大きさを表す指標」D0の値を超えて拡がっていることに注意すべきである。
However, the current density distribution of the arc is closely related to the radiance distribution, and by measuring the “radiance distribution”, it is possible to know the “current density distribution” of the arc and thus the “size of the arc”. become.
Therefore, the radiance distribution is measured.
When the luminescent material is mercury, when a high voltage is applied between the cathode 2 and the anode 3, electrons emitted from the cathode 2 collide with mercury atoms enclosed in the discharge space S, and the mercury atoms are excited. When entering a state and transitioning from an excited state to a lower energy state, various emitted lights are emitted. This radiated light is passed through a bandpass filter that passes only a specific wavelength, for example, a wavelength of 365 nm, and a luminance distribution of the radiation is obtained. The luminance distribution of ultraviolet light having a wavelength of 365 nm is a radial luminance distribution at an arbitrary point on the electrode central axis L, and is shown in FIG. This distribution profile can be approximated by the following formula (7), where J (r) is the radiance, and r is the distance from the electrode central axis in the radial direction.
Equation (7) J (r) = J 0 exp [- (r / r 0) 2]
Here, J 0 is the radiance at the center of the arc, and r 0 is the distance (mm) from the center where the radiance J 0 at the center attenuates to 1 / e (≈0.37). . Equation (7) of the radiance distribution indicates that most of the current flowing through the arc is concentrated within the distance r 0 from the center of the electrode.
When 2r 0 obtained by doubling r 0 is considered as a “virtual diameter”, this 2r 0 can be used as “an index indicating the size of an arc” D 0. However, it should be noted that the actual arc size extends beyond the value of the virtual diameter “index indicating arc size” D0.

上記のように、「アークの大きさを表す指標」は放射輝度分布から求めることができるが、この方法は「アークの大きさを表す指標」を求める必要が有る度に放射輝度分布の測定を行うという煩雑さを伴う。しかしながら、筆者らの鋭意研究により、放射輝度分布はランプ入力電力と強い相関がある事を見出したことによって、予めランプ電力と放射輝度分布の関係を求めておくと、必要になる度に放射輝度分布を測定する煩雑さを排除できて、ランプ電力から「アークの大きさを表す指標」を求めることができるようになる。   As described above, the “index indicating the size of the arc” can be obtained from the radiance distribution, but this method measures the radiance distribution every time it is necessary to obtain the “index indicating the size of the arc”. This is complicated. However, the authors' diligent research has found that the radiance distribution has a strong correlation with the lamp input power. If the relationship between the lamp power and the radiance distribution is obtained in advance, the radiance The complexity of measuring the distribution can be eliminated, and an “index indicating the size of the arc” can be obtained from the lamp power.

このランプ電力と「アークの大きさを表す指標」D0との関係を求める検討のために、以下の実験を行った。
ところで、アークは電極先端の物理的形状の影響を受けてその形状が変化する。陽極先端面に凹部を設けた電極を用いた放電ランプを用いて前記指標を作成しようとすると、凹部の大きさが異なるランプ毎にアークは凹部から異なる影響を受けることになる。これでは、ランプ毎に「アークの大きさを表す指標」D0が異なってしまい基準の指標として用いることができない。「アークの大きさを表す指標」D0は、指標であり基準とすべき値であるので、変動しない変わらない値でなければならない。そこで、アークが陽極先端形状に影響されないように、凹部を有さず平坦であるごく普通の陽極を用いた放電ランプを用いて、「アークの大きさを表す指標」D0を作成し、これを基準の指標とした。
In order to obtain a relationship between the lamp power and the “index indicating arc size” D0, the following experiment was performed.
By the way, the shape of the arc changes under the influence of the physical shape of the electrode tip. If an attempt is made to create the index using a discharge lamp using an electrode having a recess provided on the anode tip surface, the arc is affected differently from the recess for each lamp having a different size of the recess. In this case, the “index indicating the magnitude of the arc” D0 differs for each lamp and cannot be used as a reference index. The “index indicating the magnitude of the arc” D0 is an index and a value to be used as a reference, and therefore must be a value that does not vary and does not change. Therefore, in order to prevent the arc from being affected by the shape of the anode tip, an “index indicating the size of the arc” D0 is created using a discharge lamp using an ordinary anode that is flat and does not have a recess. It was used as a standard index.

そこで、「アークの大きさを表す指標」D0を作成する実験に用いる実験用放電ランプA1〜A5は、陽極先端面に凹部を有さず平坦であるごく普通の陽極を用いた。そして、封入する水銀量と電極間距離を変えて5種類の実験用放電ランプA1〜A5を作製した。
この実験用放電ランプA1〜A5を表1に示すランプ電力Pで点灯させ、陽極近傍のアークの放射輝度分布を測定し、それらの放射輝度分布に対して式(7)に従いフィティングを行ってrを求め、「アークの大きさを表す指標」D0の値を求めた。
それらの実験結果を表1に示す。
Therefore, as the experimental discharge lamps A1 to A5 used in the experiment for creating the “index indicating the size of the arc” D0, an ordinary anode that is flat without a concave portion on the tip surface of the anode was used. Then, five kinds of experimental discharge lamps A1 to A5 were produced by changing the amount of mercury to be enclosed and the distance between the electrodes.
The experimental discharge lamps A1 to A5 are turned on with the lamp power P shown in Table 1, the radiance distribution of the arc near the anode is measured, and fitting is performed on the radiance distribution according to the equation (7). r 0 was determined, and the value of “index indicating arc size” D 0 was determined.
Table 1 shows the experimental results.

Figure 0004715966
Figure 0004715966

次に、表1の「アークの大きさを表す指標」D0と、ランプ電力P(kW)との関係を図5に丸印で表す。この図5に示された丸印を結ぶ近似曲線の式を求め、次式(8)を得た。
式(8) D0=1.4+2.5(P−1.6)0.5
この式(8)から、ランプ電力P(kW)が知られているランプについては、放射輝度分布を測定しなくても、「アークの大きさを表す指標」D0を求めることができるようになる。
Next, the relationship between the “index indicating arc magnitude” D0 in Table 1 and the lamp power P (kW) is indicated by a circle in FIG. The equation of the approximate curve connecting the circles shown in FIG. 5 was obtained, and the following equation (8) was obtained.
Formula (8) D0 = 1.4 + 2.5 (P-1.6) 0.5
From this equation (8), for a lamp whose lamp power P (kW) is known, the “index indicating the size of the arc” D0 can be obtained without measuring the radiance distribution. .

こうして、ランプ電力P(kW)から「アークの大きさを表す指標」D0を決定すれば、段落0030に記載したように、比の値D1/D0を変数にして、積算放射量の最適範囲を見出すことができる。
そこで、凹部の直径D1と「アークの大きさを表す指標」D0の比の値D1/D0を変数として、積算放射量を求めるための実験を行った。
Thus, when the “index indicating the magnitude of the arc” D0 is determined from the lamp power P (kW), as described in paragraph 0030, the ratio D1 / D0 is used as a variable, and the optimum range of the integrated radiation amount is determined. Can be found.
Therefore, an experiment for obtaining the integrated radiation amount was performed by using the value D1 / D0 of the ratio between the diameter D1 of the recess and the “index indicating the size of the arc” D0 as a variable.

実験を行うにあたり、実験用放電ランプB1〜B10を作製し用意した。実験用放電ランプB1〜B10は、以下に示す共通のランプ基本構成を有している。
<ランプB1〜B10の基本構成>
・陽極3の凹部の深さ : 0.4mm
・水銀量 : 25mg/cm
・キセノンガス : 室温で2×10Pa
・電極間距離L : 5.5mm
・ランプ電力P : 7.5kW(定電力)
各ランプの陽極は、その先端面に陽極内壁面と平坦に形成された陽極内底面と環状角部からなる凹部を有しているが、その凹部の大きさは、表2に示すように、「アークの大きさを表す指標」D0に対する凹部30の直径D1(mm)の比の値D1/D0がそれぞれ異なるようにしてある。
比較例として、比の値D1/D0が零、即ち、凹部を有しない陽極を備える比較用放電ランプXも作製し用意した。比較用放電ランプXは陽極先端面に凹部が無い点以外は実験用放電ランプBと同じ基本構成を有している。
In conducting the experiment, experimental discharge lamps B1 to B10 were prepared and prepared. The experimental discharge lamps B1 to B10 have a common basic lamp configuration described below.
<Basic configuration of lamps B1 to B10>
-Depth of concave portion of anode 3: 0.4 mm
・ Mercury amount: 25 mg / cm 3
・ Xenon gas: 2 × 10 5 Pa at room temperature
・ Distance L between electrodes: 5.5 mm
・ Lamp power P: 7.5kW (constant power)
The anode of each lamp has a concave portion composed of an anode inner wall surface, an anode inner bottom surface formed flat and an annular corner portion on the tip surface, and the size of the concave portion is as shown in Table 2. The ratio D1 / D0 of the diameter D1 (mm) of the recess 30 with respect to the “index indicating the size of the arc” D0 is made different.
As a comparative example, a comparative discharge lamp X having a ratio value D1 / D0 of zero, that is, an anode having no recess was prepared and prepared. The comparative discharge lamp X has the same basic configuration as the experimental discharge lamp B except that there is no recess on the anode tip surface.

実験用放電ランプB1〜B10および比較用放電ランプXのランプ電力は7.5kWであるので、「アークの大きさを表す指標」D0は、段落0037の式(8)にP=7.5を代入して求めることができ、D0=7.5 と求められる。   Since the lamp power of the experimental discharge lamps B1 to B10 and the comparative discharge lamp X is 7.5 kW, the “index indicating the size of the arc” D0 is set to P = 7.5 in the equation (8) in paragraph 0037. It can be obtained by substitution, and is obtained as D0 = 7.5.

実験用放電ランプB1〜B10及び比較用放電ランプXについて、点灯初期時および800時間定電力点灯後に、波長365nmの紫外光の放射照度を測定した。これを実験aとする。表2の「放射照度維持率(%)」は、点灯初期の放射照度に対する800時間点灯後の放射照度の割合を、ランプ毎に%表記したものである。   For the experimental discharge lamps B1 to B10 and the comparative discharge lamp X, the irradiance of ultraviolet light having a wavelength of 365 nm was measured at the initial lighting time and after 800 hours of constant power lighting. This is set as experiment a. The “irradiance maintenance rate (%)” in Table 2 represents the ratio of the irradiance after lighting for 800 hours to the irradiance at the beginning of lighting for each lamp.

また、実験用放電ランプB1〜B10及び比較用放電ランプXを点灯させ、それぞれの放電ランプについて、点灯初期の波長365nmの紫外光の放射輝度を測定し、段落0022の式(1)に従い、放射輝度の積分によって点灯初期の放射束Lを得た。これを実験bとする。そして、表2では、実験bの結果から、比較用放電ランプXの点灯初期の放射束に対する実験用放電ランプBの点灯初期の放射束の割合を求め、この相対値を「相対放射束」として記載している。 In addition, the experimental discharge lamps B1 to B10 and the comparative discharge lamp X are turned on, and the radiance of ultraviolet light having a wavelength of 365 nm at the beginning of lighting is measured for each of the discharge lamps. to obtain a radiation flux L 1 of initial lighting by integration of luminance. This is experiment b. In Table 2, the ratio of the radiant flux at the initial stage of lighting of the experimental discharge lamp B to the radiant flux at the initial stage of lighting of the comparative discharge lamp X is obtained from the result of the experiment b, and this relative value is defined as “relative radiant flux”. It is described.

「積算放射量」は、表2の「放射照度維持率(%)」と「相対放射束」を用いて、段落0022の式(6)から求めている。そして、積算放射量の最大値を1とした相対値である「相対積算放射量」で表している。   The “integrated radiation amount” is obtained from Equation (6) in paragraph 0022 using “irradiance maintenance rate (%)” and “relative radiant flux” in Table 2. It is expressed as a “relative integrated radiation amount” which is a relative value where the maximum value of the integrated radiation amount is 1.

なお、式(6)から分かるように積算放射量の計算には、「点灯初期のアークから放射される放射束」が必要である。念のために、この放射束と「点灯初期のランプから放射される放射束」の関係について説明しておく。
段落0022の式(3)において、点灯初期の状態は時間tが0であるので、T(t)はT(0)でほぼ1であり、L(0)=Lとなる。これは、実験bで求めることができた各ランプの点灯初期の放射束は、「点灯初期のランプから放射される放射束」L(0)のことであるが、この放射束が実は「点灯初期のアークから放射される放射束」Lに等しいということを示している。したがって、式(6)の「点灯初期のアークから放射される放射束」Lには、実験bで求めた各ランプの点灯初期の放射束Lの値を代入して計算できることが分かる。
As can be seen from equation (6), “radiant flux radiated from the arc at the beginning of lighting” is required for calculation of the integrated radiation amount. As a precaution, the relationship between this radiant flux and “radiant flux radiated from the lamp in the early stage of lighting” will be described.
In the expression (3) in the paragraph 0022, since the time t is 0 in the initial lighting state, T (t) is almost 1 at T (0), and L 1 (0) = L 0 . This is because the radiant flux at the beginning of lighting of each lamp obtained in Experiment b is “radiant flux radiated from the lamp at the early stage of lighting” L 1 (0). It indicates that equivalent from the initial lighting of the arc to the radiant flux "L 0 emitted. Therefore, it can be understood that the value of the radiant flux L 1 at the initial stage of lighting of each lamp obtained in the experiment b can be substituted for the “radiant flux radiated from the arc at the initial stage of lighting” L 0 in Equation (6).

Figure 0004715966
Figure 0004715966

次に、表2の、比の値D1/D0と、相対積算放射量との関係を図6に示す。
縦軸は相対積算放射量、横軸は比の値D1/D0である。
比の値D1/D0が小さい領域では相対積算放射量はほとんど変化無く、0.2付近から増大し、0.65付近で最大になり、その後減少する。比の値D1/D0が1.2辺りで比の値D1/D0が0の場合と同じ値になり、その後更に減少している。
Next, FIG. 6 shows the relationship between the ratio value D1 / D0 and the relative accumulated radiation amount in Table 2.
The vertical axis represents the relative integrated radiation amount, and the horizontal axis represents the ratio value D1 / D0.
In the region where the ratio value D1 / D0 is small, the relative accumulated radiation amount hardly changes, increases from around 0.2, reaches a maximum around 0.65, and then decreases. The ratio value D1 / D0 is the same as when the ratio value D1 / D0 is around 1.2 and the ratio value D1 / D0 is 0, and then decreases further.

電極先端部に凹部を設けない場合、すなわち比の値D1/D0が0の時、相対積算放射量の値は0.959である。この0.959の値を超える範囲とすることで、凹部の無い陽極を有するランプよりも相対積算放射量が多い放電ランプとすることが出来る。従って、相対積算放射量として効果のある範囲は、比の値D1/D0が0.25〜1.2であることが分かる。   When no concave portion is provided at the electrode tip, that is, when the ratio value D1 / D0 is 0, the value of the relative accumulated radiation amount is 0.959. By setting the value in a range exceeding 0.959, it is possible to obtain a discharge lamp having a larger amount of relative accumulated radiation than a lamp having an anode without a recess. Therefore, it is understood that the ratio value D1 / D0 is 0.25 to 1.2 in the range effective as the relative integrated radiation amount.

更に、比の値D1/D0が0.39〜1.1であれば、積算放射量がより高い値を示し、より顕著な効果が得られ好ましい。   Further, if the ratio value D1 / D0 is 0.39 to 1.1, the integrated radiation amount shows a higher value, and a more remarkable effect is obtained.

さらに、凹部30の深さHは0.1mm〜0.5mmである。その理由は次のとおりである。
凹部30の深さHが0.5mmを超えると、電極間距離が長くなるため、ランプ電圧が上昇する。ショートアーク型放電ランプ10は、点灯用電源として定電力電源を使用しているため、上記のようにランプ電圧が上昇すると、陰極および陽極間に供給するランプ電流を下げるように制御され、放射輝度が低下することになる。このような放射輝度の低下は、凹部30の深さHが深くなるに従って顕著になる。
一方、凹部30の深さHが0.1mm未満であると凹部30が実質的に無くなり、環状角部による電界強度の集中の効果が無くなり高い放射照度維持率を得ることができなくなる。
したがって、放電ランプの放射輝度の低下を可及的に小さくし、かつ高い放射照度維持を得るためには、凹部30の深さH0.1mm〜0.5mmである。
Further, the depth H of the recess 30 is 0.1 mm to 0.5 mm . The reason is as follows.
When the depth H of the recess 30 exceeds 0.5 mm, the distance between the electrodes becomes long, and the lamp voltage increases. Since the short arc type discharge lamp 10 uses a constant power source as a lighting power source, when the lamp voltage increases as described above, the lamp current supplied between the cathode and the anode is controlled to decrease, and the radiance is increased. Will drop. Such a decrease in radiance becomes more prominent as the depth H of the recess 30 increases.
On the other hand, when the depth H of the concave portion 30 is less than 0.1 mm, the concave portion 30 is substantially eliminated, and the effect of concentration of the electric field strength by the annular corner portion is lost, and a high irradiance maintenance rate cannot be obtained.
Therefore, in order to minimize the decrease in the radiance of the discharge lamp and to maintain high irradiance, the depth H of the recess 30 is 0.1 mm to 0.5 mm .

10 ショートアーク型放電ランプ
11 発光部
12A,12B 封止部
13A,13B 口金
2 陰極
2A 胴部
2B 先端部
3 陽極
3B,3C 円錐台部
3A 胴部
3D 陽極先端面
30 凹部
30A 陽極内壁面
30B 陽極内底面
30C 環状角部
AR アーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Short arc type discharge lamp 11 Light emission part 12A, 12B Sealing part 13A, 13B Base 2 Cathode 2A Trunk part 2B Tip part 3 Anode 3B, 3C Frustum part 3A Trunk part 3D Anode tip surface 30 Recess 30A Anode inner wall surface 30B Anode Inner bottom surface 30C Annular corner AR arc

Claims (1)

発光管内に互いに対向するように陽極および陰極が配置され、前記陽極と前記陰極の間に電圧を印加してアークを発生させるショートアーク型放電ランプにおいて、
前記陽極は、陽極先端面の陽極中心軸上に凹部が形成され、
前記凹部は、前記陽極先端面より窪んで円周方向に形成された陽極内壁面と、前記陽極内壁面に続いて形成され陽極中心軸に対して径方向に広がり平坦に形成された陽極内底面と、陽極中心軸から径方向に離間して前記陽極先端面および前記陽極内壁面の境界において円周方向に形成された環状角部とからなり、これらの3つの構成からなる凹部は前記陽極先端面から電極の内方側に向けて窪んで形成されており、
前記アークの大きさを表す指標をD0とし、前記凹部の直径をD1(mm)としたとき、比の値D1/D0は、0.25≦D1/D0≦1.2を満足し、
かつ、前記凹部の深さは0.1mm〜0.5mmである
ことを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
前記アークの大きさを表す指標D0は、下記の式で規定される。
D0=1.4+2.5(P−1.6)0.5
但し、Pはランプ電力(kW)
In a short arc type discharge lamp in which an anode and a cathode are disposed so as to face each other in the arc tube, and an arc is generated by applying a voltage between the anode and the cathode.
The anode is formed with a recess on the anode central axis of the anode tip surface,
The recess is recessed in the anode tip surface from the anode inner wall surface and formed in the circumferential direction, and the anode inner wall surface formed continuously from the anode inner wall surface and radially extending with respect to the anode central axis. And an annular corner formed in a circumferential direction at the boundary between the anode tip surface and the anode inner wall surface in a radial direction away from the anode central axis, and the recess composed of these three components is the anode tip It is recessed from the surface toward the inner side of the electrode,
When the index representing the size of the arc is D0 and the diameter of the recess is D1 (mm), the ratio value D1 / D0 satisfies 0.25 ≦ D1 / D0 ≦ 1.2 ,
And the depth of the said recessed part is 0.1 mm-0.5 mm, The short arc type discharge lamp characterized by the above-mentioned .
The index D0 representing the size of the arc is defined by the following equation.
D0 = 1.4 + 2.5 (P-1.6) 0.5
Where P is lamp power (kW)
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JP2781555B2 (en) * 1987-08-21 1998-07-30 株式会社日立製作所 Ultra high pressure mercury lamp
JP2741639B2 (en) * 1991-11-05 1998-04-22 ウシオ電機株式会社 Short arc mercury lamp
JP3136511B2 (en) * 1997-04-01 2001-02-19 株式会社オーク製作所 Anode structure of short arc type discharge lamp
JP2002358927A (en) * 2001-05-31 2002-12-13 Harison Toshiba Lighting Corp High pressure discharge lamp and liquid crystal display device
JP4054198B2 (en) * 2002-02-07 2008-02-27 株式会社オーク製作所 Short arc type discharge lamp electrode and short arc type discharge lamp
JP4132879B2 (en) * 2002-03-06 2008-08-13 株式会社オーク製作所 Short arc type discharge lamp electrode and short arc type discharge lamp
JP2003346709A (en) * 2002-05-29 2003-12-05 Ushio Inc Electrode for discharge lamp
JP4337968B2 (en) * 2002-09-24 2009-09-30 ウシオ電機株式会社 Short arc type discharge lamp

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