JP4973509B2 - Short arc type high pressure discharge lamp - Google Patents
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Description
この発明はショートアーク型高圧放電ランプに関する。特に、大電力で点灯する箔シール構造のショートアーク型高圧放電ランプに関するものである。 The present invention relates to a short arc type high pressure discharge lamp. In particular, the present invention relates to a short arc type high-pressure discharge lamp having a foil seal structure that is lit with high power.
ショートアーク型高圧放電ランプは、半導体ウエハーや液晶基板など各種の露光工程に用いられている。また、近年では、露光面積の大型化や高スループット化が要求されつつあり、その一方で、長寿命という特性も要求されつつある。 Short arc type high-pressure discharge lamps are used in various exposure processes such as semiconductor wafers and liquid crystal substrates. In recent years, an increase in exposure area and an increase in throughput have been demanded, and on the other hand, characteristics such as a long life have been demanded.
一方、ショートアーク型高圧放電ランプの封止構造は、従来から、ロッドシール構造と箔シール構造が知られている。
箔シール構造は、電極(電極軸)と外部リードの間に金属箔を介在させて電気的な導通構造を確保するとともに、金属箔部分において気密封止するというものである。さらに、大電力タイプのランプにあっては、柱状ガラス部材を用いて、当該ガラス部材の外周面に複数枚の金属箔を間隔を持って配置させる構造が知られている。このような構造は、例えば、実用新案登録第2583317号や特開2005−302392号などに開示されている。
On the other hand, as a sealing structure for a short arc type high-pressure discharge lamp, a rod seal structure and a foil seal structure are conventionally known.
The foil seal structure is such that a metal foil is interposed between an electrode (electrode axis) and an external lead to ensure an electrical conduction structure, and the metal foil portion is hermetically sealed. Furthermore, in a high-power type lamp, a structure is known in which a plurality of metal foils are arranged at intervals on the outer peripheral surface of a glass member using a columnar glass member. Such a structure is disclosed in, for example, Utility Model Registration No. 2583317 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-302392.
このように、柱状ガラス部材と複数の金属箔により封止部を形成する構造は、金属箔の枚数が多いため、大電流に適するという利点を有する。
その一方で、金属箔と、封止部を構成する材料(石英ガラス)との間に、いわゆるクラックを発生させることがあり、このクラックが成長することで、放電ランプの破損を招くという問題を生じさせていた。この現象は、動作圧力が大きいランプほど生じやすい傾向にある。
On the other hand, there is a problem that a so-called crack may be generated between the metal foil and the material (quartz glass) constituting the sealing portion, and the growth of the crack causes a problem that the discharge lamp is damaged. It was generated. This phenomenon tends to occur more easily with a lamp having a higher operating pressure.
この発明が解決しようとする課題は、大電流化の要請に応えつつ、高い耐圧特性を有するショートアーク型高圧放電ランプを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a short arc type high-pressure discharge lamp having high withstand voltage characteristics while responding to a demand for a large current.
上記課題を解決するために、この発明に係るショートアーク型高圧放電ランプは、内部に一対の電極が対向配置しかつ発光物質が封入された発光部と、この発光部の両端に形成された封止部よりなる構成を有する。
そして、前記封止部は、柱状ガラス部材と、このガラス部材の外表面であって当該ガラス部材の長手方向に沿って伸びるように配設された略帯状の金属箔を有し、当該金属箔は、前記ガラス部材の電極側端面の周縁に相当する部分において、局所的に短手方向の幅が狭くなっていることを特徴とする
In order to solve the above-mentioned problems, a short arc type high-pressure discharge lamp according to the present invention includes a light emitting part having a pair of electrodes opposed to each other and encapsulating a light emitting material, and a seal formed at both ends of the light emitting part. It has the structure which consists of a stop part.
The sealing portion includes a columnar glass member and a substantially strip-shaped metal foil disposed on the outer surface of the glass member so as to extend along the longitudinal direction of the glass member. Is characterized in that, in the portion corresponding to the peripheral edge of the electrode-side end surface of the glass member, the width in the lateral direction is locally narrowed.
さらに、前記ガラス部材は、電極側端部が縮径する円錐台状の構造を有し、前記金属箔は、当該ガラス部材の外表面の屈曲部分に相当する部分においても、局所的に短手方向の幅が狭くなっていることを特徴とする。 Further, the glass member has a frustoconical structure in which the electrode side end portion is reduced in diameter, and the metal foil is locally short even in a portion corresponding to a bent portion of the outer surface of the glass member. The width of the direction is narrow.
さらに、前記金属箔は、当該ガラス部材の電極側端面と反対側の端面の周縁に相当する部分においても、局所的に短手方向の幅が狭くなっていることを特徴とする。 Further, the metal foil is characterized in that the width in the lateral direction is locally narrowed even in a portion corresponding to the peripheral edge of the end surface opposite to the electrode side end surface of the glass member.
本発明者らは、鋭意検討の重ねた結果、柱状ガラス部材と複数の金属箔により封止部を形成する構造において、金属箔と封止部を構成する材料(石英ガラス)との間にクラックが発生する原因は、金属箔を折り曲げた場合に生ずる金属箔のシワが原因であることを突き止めた。
そして、本願発明は、金属箔が折り曲げられる部分において、当該金属箔の短手方向の幅を局所的に小さくすることで、シワの発生をなくすことができ、あるいは、なくならないまでの激減するものである。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that a crack is formed between the metal foil and the material constituting the sealing portion (quartz glass) in the structure in which the sealing portion is formed by the columnar glass member and the plurality of metal foils. It was ascertained that the cause of this was the wrinkles of the metal foil that occurred when the metal foil was bent.
And this invention can eliminate generation | occurrence | production of a wrinkle by reducing locally the width | variety of the transversal direction of the said metal foil in the part by which the metal foil is bent, or reduces drastically until it does not disappear. It is.
図1は本発明に係るショートアーク型高圧放電ランプの概略構成を示す。
ショートアーク型高圧放電ランプ(以下、単に「放電ランプ」あるいは「ランプ」ともいう)10は、全体が石英ガラスからなり、発光部11とその両端にロッド状の封止部12が一体的に形成されている。発光部11の内部には、発光空間が形成されており、陽極2と陰極3が、例えば5.0mmの間隙をもって対向配置している。なお、発光部11は球形、あるいは管軸方向に細長く伸びる紡錘形である。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a short arc type high-pressure discharge lamp according to the present invention.
A short arc type high-pressure discharge lamp (hereinafter also simply referred to as “discharge lamp” or “lamp”) 10 is entirely made of quartz glass, and a
発光部には、発光物質としての水銀と、始動性ガスとしての例えばキセノンなどの不活性ガスが封入されている。一例をあげると、水銀の封入量は1mg/cc〜100mg/cc程度であり、動作圧力として0.1Mpa〜10Mpa気圧に到達する。水銀に発光により、波長365nm等の輝線スペクトルが発生する。 The light emitting part is filled with mercury as a luminescent substance and an inert gas such as xenon as a starting gas. As an example, the amount of mercury enclosed is about 1 mg / cc to 100 mg / cc, and the operating pressure reaches 0.1 MPa to 10 MPa pressure. An emission line spectrum with a wavelength of 365 nm or the like is generated by emission of mercury.
陽極2は、タングステンよりなり、先端に平面部分を有する略砲弾形状であって、陽極棒2aに支持される。
陰極3は、トリウムタングステンよりなり、円錐状の先端部分を有する形状であって、陰極棒3aに支持される。
陽極2や陰極3は、放熱効果を高めるために、電極の外周面に、例えばレーザ照射によって形成される溝を形成することができる。また、陽極棒2aや陰極棒3aにはタンタルなどのゲッター物質を装着することもできる。
The
The
For the
陽極棒2aと陰極棒3aは、ともに、根元が封止部12に向かって伸びており、各封止部12の中で、図示略のモリブデン箔に接続されて気密封止構造が形成されている。封止部12の外端からは外部リード13が突出しており、この外部リード13に、給電装置が接続されて電流供給が行なわれる。なお、陽極2や陰極3は、それぞれ陽極棒2a、陰極棒3aと物理的に別体である必要はなく、例えば、同じ外径のまま伸び、両者が物理的に一体の構造であってもかまわない。
The
図2は、図1に示す陽極側封止部12の拡大断面構造を示す。封止部12には、柱状ガラス部材20と、円盤状の導電板21と、カップ状の導電部材22と、電極軸2aが貫通する保持用筒体23と、金属箔5を備える。ガラス部材20の一端には電極(電極軸)が、他端には外部リード13が、それぞれ配置しており、金属箔5を介在させて両者の電気的導通が形成されている。
FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional structure of the anode
ガラス部材20は、石英ガラスが全体ロッド状になっており、主要部分20aは円柱形状をなしている。ガラス部材20の電極側端部は外径が徐々に縮径する円錐台形状(円錐台部分20b)をなしており、その端面20cに導電板21が配置している。ガラス部材20の電極側端部の端面20cの大きさは、導電板21の大きさとほぼ等しいか、あるいはわずかに大きいぐらいである。ガラス部材20の外部リード13側端部は、外部リード用挿入穴が形成されており、外部リード13の先端がおさまっている。ガラス部材20の外部リード13側端面には、カップ状の導電部材22が配置しており、金属箔5と接合している。外部リード13の周囲には、円筒形状の外部リード保持用筒体24が配置している。なお、ガラス部材20の電極側端面においても、陽極軸用挿入穴を設けて、陽極軸2aが円盤状導電部材2を貫通して、ガラス部材20の中で保持される構造であってもかまわない。
As for the
保持用筒体23は、内部に陽極軸2aの貫通孔が形成された円筒形状のものであり、全体が石英ガラスから構成されている。保持用筒体23の内表面と、電極軸2aの外表面の間には微小な間隙が形成されているため、ランプ点灯時は、発光空間内の動作圧力が当該間隙を介して導電板21付近まで到達している。保持用筒体23外周囲は封止管を絞りこんで封止部を形成させている。
The
図3は、図2のA−Aの断面構造を示す。金属箔5はガラス部材20の外周面に間隙を設けて5枚配置されている。図2では、5枚の金属箔のうち、金属箔5aと金属箔5dのみを示していることとなる。各金属箔5は短冊形状(帯状)であり、ガラス部材20の側面に沿って、かつ、ガラス部材20の長手方向に伸びるように配置している。金属箔5の一端は円盤状導電部材21の電極側表面において、例えば抵抗溶接などにより接合しており、他端はカップ状導電部材22の側面において、同じく抵抗溶接などで接合している。
なお、金属箔は、当初、平板形状であり、封止部の生成工程においてガラス部材の形状にそって曲面形状になるが、当初から曲面形状にしておくこともできる。金属箔のシワ発生を抑えることができる。
FIG. 3 shows a cross-sectional structure taken along the line AA of FIG. Five
In addition, although metal foil is flat form initially and becomes a curved-surface shape along the shape of a glass member in the production | generation process of a sealing part, it can also be made into a curved-surface shape from the beginning. Generation of wrinkles in the metal foil can be suppressed.
図4は金属箔の拡大構造を示し、特に、封止部に埋設されている状態を示す。(a)は図1と同じ方向の断面構造を示し、(b)は(a)におけるB方向から見た状態を示す。(c)は(b)と同一状態を示すが符号を付している位置が異なる。
金属箔5は、ガラス部材20の円柱状部分20aに対応した領域51と、円錐台部分20bに対応した領域52と、電極側先端面20cに対応した領域53から構成される。円柱状部分20aに対応した領域51と円錐台部分20bに対応した領域52の境界5aは、ガラス部材20の円柱状部分20aと円錐台部分20bの境界20dに対応しており、また、円錐台部分20bに対応した領域52と電極先端面20cに対応した領域53に境界5bは、ガラス部材20の円錐台部分20bと電極先端面20cの境界20eに対応している。
FIG. 4 shows an enlarged structure of the metal foil, and particularly shows a state where it is buried in the sealing portion. (A) shows the cross-sectional structure of the same direction as FIG. 1, (b) shows the state seen from the B direction in (a). (C) shows the same state as (b), but the position where the code | symbol is attached | subjected differs.
The
図4(b)から分かるように、金属箔5の境界5aでは、金属箔の短手方向の幅が局所的に小さくなっている幅狭部S1が形成される。また、金属箔5の境界5bでも、金属箔の短手方向の幅が局所的に小さくなっている幅狭部S2が形成される。
このように、金属箔を折り曲げるべき部分において、短手方向の幅を局所的に狭くすることで、折り曲げ時に生ずるシワを防止できる。そして、シワの発生が防止されると、当該部分におけるクラックの発生も防止される。これは、シワが発生すると、金属箔と石英ガラスの間に微小な隙間が生じる。前記したように、発光空間の高い動作圧は、導電部材21にまで到達しているので、微小な隙間が存在すると、当該隙間に作用してクラックの発生・成長を導くことになる。この点で、本願発明は、シワの発生そのものを防止、あるいは極力小さく抑えることができるため、クラックの発生を防止できる。
As can be seen from FIG. 4B, a narrow portion S <b> 1 in which the width of the metal foil in the short direction is locally reduced is formed at the
In this way, wrinkles that occur during bending can be prevented by locally narrowing the width in the lateral direction at the portion where the metal foil is to be folded. And if generation | occurrence | production of a wrinkle is prevented, generation | occurrence | production of the crack in the said part will also be prevented. When wrinkles are generated, a minute gap is generated between the metal foil and the quartz glass. As described above, since the high operating pressure in the light emitting space reaches the
図4(c)を参照に数値例を示すと、金属箔5の長手方向の大きさ51Lは50〜90mmの範囲から選択されて例えば70mm、金属箔5の短手方向の大きさ51W1は6〜13mmの範囲から選択されて例えば12mmであり、電極側先端部の短手方向の大きさ51W2は4〜7mmの範囲から選択されて例えば5mm、幅狭部S1の金属箔の長手方向に相当する方向の大きさS1Lは3〜6mmの範囲から選択されて例えば5mm、幅狭部S1の金属箔の短手方向に相当する方向の大きさS1Wは1〜3mmの範囲から選択されて例えば2.5mm、幅狭部S2の金属箔の傾斜方向に相当する方向の大きさS2Lは1〜4mmの範囲から選択されて例えば3mm、幅狭部S2の金属箔の短手方向に相当する方向の大きさS2Wは0.5〜2mmの範囲から選択されて例えば1.5mmである。
ガラス部材20の長さ方向の大きさは35〜80mmの範囲から選択されて例えば55mm、径方向の大きさは19〜31mmの範囲から選択されて例えば23mmである。
When a numerical example is shown with reference to FIG. 4C, the
The size in the length direction of the
金属箔5は、境界5aより先端(図において右側)において、幅(短手方向の長さ)が漸次小さくなっている。これもシワの発生防止のためであり、また、ガラス部材20の先端面において金属箔同士が重ならないようにするためである。
The width (length in the short direction) of the
なお、ガラス部材20の円錐台部分20bは、高い耐圧特性を得るために有利な構造ではあるが、必須というわけではない。ガラス部材20が円錐台部分20bを有さない構造、すなわち、完全な円柱部材である場合は、金属箔の幅狭部S1は不要となり、端面の折り返しに相当する幅狭部S2だけとなる。
In addition, although the
図5は、図2と同様に陽極側封止部12の他の拡大断面構造を示す。封止部12には、柱状ガラス部材20と、円盤状の導電板21と、同じく円盤状の導電部材22と、電極軸2aが貫通する保持用筒体23と、金属箔4を備える。すなわち、図2に示す構造は、外部リード側の導電部材22がカップ状であったのに対し、本実施例では円盤状である点が相違する。
FIG. 5 shows another enlarged cross-sectional structure of the anode
図6は、図5の封止部構造に使われる金属箔を示す。(a)と(b)はそれぞれ図4(b)と同じ方向から見た図面を示し、それぞれ異なる実施形態を示す。図6に示す金属箔が、図4に示す金属箔と異なる点は、幅狭部S1、S2に加えて、外部リード側の折り曲げ部分にも幅狭部S3が形成されていることである。
幅狭部S3の作用効果は、折り曲げ時生ずるシワを防止する事で、リード側の気密が保持され酸化防止される。
FIG. 6 shows a metal foil used in the sealing part structure of FIG. (A) And (b) shows drawing seen from the same direction as FIG.4 (b), respectively, and shows different embodiment, respectively. The metal foil shown in FIG. 6 is different from the metal foil shown in FIG. 4 in that, in addition to the narrow portions S1 and S2, a narrow portion S3 is formed in the bent portion on the external lead side.
The effect of the narrow portion S3 is to prevent wrinkles that occur at the time of bending, so that airtightness on the lead side is maintained and oxidation is prevented.
幅狭部Sは、例えば、矩形状の金属箔からプレス機を使って一部分を切り落とすことで作ったり、あるいは、YAGレーザの放射光を一筆書きのように照射させることで一部分を切り落とすことができる。なお、金属箔全体をガラス部材の形状にあわせて曲面形状にする場合、プレス機による製造ではプレス時において、切断と同時に曲面形状を形成させることができる。一方、レーザ照射による製造では、平面状の金属箔を形成した後で、別途曲面加工することになる。 The narrow portion S can be made, for example, by cutting off a part from a rectangular metal foil using a press, or can be cut off by irradiating YAG laser radiation light like a single stroke. . In addition, when making the whole metal foil into a curved surface shape according to the shape of a glass member, a curved surface shape can be formed simultaneously with a cutting | disconnection at the time of a press by manufacture with a press. On the other hand, in the manufacture by laser irradiation, a curved surface is separately processed after a flat metal foil is formed.
なお、上記実施例では、ガラス部材の外周囲に5枚の金属箔を配列させた構造を例示したが、このような実施形態に限定されるわけではない。すなわち、ガラス部材の周囲に金属箔を配置させる構造であれば、金属箔の枚数に限定されることなく、本願発明は適用できる。 In addition, in the said Example, although the structure which arranged five metal foils in the outer periphery of the glass member was illustrated, it is not necessarily limited to such embodiment. That is, the present invention can be applied without being limited to the number of metal foils as long as the metal foil is arranged around the glass member.
なお、金属箔の幅が、ガラス部材の外径に比較して、相対的に大きい場合に、金属箔の折り曲げに対してシワが発生しやすい。従って、このような場合に、本願発明の幅狭部の形成は特に有効となる。数値例を上げるならば、ガラス部材の外径がφ23〜φ30であり、金属箔の幅が10mm〜12mmの場合に特に有効となる。 In addition, when the width | variety of metal foil is comparatively large compared with the outer diameter of a glass member, it is easy to generate | occur | produce a wrinkle with respect to bending of metal foil. Therefore, in such a case, the formation of the narrow portion of the present invention is particularly effective. In terms of numerical examples, this is particularly effective when the outer diameter of the glass member is φ23 to φ30 and the width of the metal foil is 10 mm to 12 mm.
なお、ガラス部材20は円柱状を例示したが、内部に空洞を有する構造であってもかまわない。
In addition, although the
図7は陽極3の他の実施形態を示す。陽極3は、電極本体30とその内部に伝熱体Mを有する構造をしている。電極本体30は、高融点金属、もしくは、高融点金属を主成分とする合金からなり、内部に密閉空間S(以後、「内部空間」ともいう)が形成される容器形状をしたものである。伝熱体Mは、電極本体30の内部に気密に封入された金属であり、電極本体30を構成する金属より融点の低い金属から構成される。電極本体30は、軸部3aと接着剤で固定される。
FIG. 7 shows another embodiment of the
電極本体30を構成する金属としては、タングステン、レニウム、タンタルなどの融点が3000(K)以上の高融点金属が採用される。特に、タングステンは内部の伝熱体Mと反応しにくい点で好ましく、さらに、純度99.9%以上のいわゆる純タングステンが好ましい。また、高融点金属を主成分とする合金としては、例えば、タングステンを主成分とするタングステンーレニウム合金を採用できる。高温時の繰返し応力に対する耐性が高いものとなり、電極の長寿命化を図ることができる。
As the metal constituting the
伝熱体Mは、電極本体30を構成する金属よりも融点の低い金属により構成される。具体的には、電極本体30の構成材料としてタングステンを用いた場合は、伝熱体Mとして、金、銀、銅、あるいはこれらを主成分とする合金が採用できる。このうち、銀、銅は好ましい材料であり、とりわけ銀は最も適している金属である。これは、銀や銅は、タングステンと合金を作らないので、安定的に熱輸送体として働くという意味においても望ましい金属とされる。
The heat transfer body M is made of a metal having a melting point lower than that of the metal constituting the
また、別の具体例としては、電極本体30を構成する金属としてレニウムを用いた場合、伝熱体Mとしてタングステンを用いることができる。
電極本体300を構成する金属としてレニウムを採用する利点は、ハロゲンを封入した水銀ランプやメタルハライドランプの場合に、電極の腐食を防止できることであり、これにより、放電ランプの長寿命化を図ることである。
As another specific example, when rhenium is used as the metal constituting the
The advantage of employing rhenium as the metal constituting the electrode body 300 is that it can prevent corrosion of the electrode in the case of mercury lamps and metal halide lamps encapsulating halogen, thereby extending the life of the discharge lamp. is there.
電極本体30は内部に密閉空間Sを有する概略容器形状の構造をしている。このため、伝熱体Mが、高温化されて溶融し、その一部が蒸気化したとしても、発光部11の発光空間に漏出することはない。従って、本発明に係る放電ランプは、水冷型放電ランプのように外部から冷却媒体を供給、排出する機構が必要なく極めて簡易な構造で冷却機構を保持できるばかりか、一度、放電ランプを製造すれば放電ランプの寿命になるまで、伝熱体を補給などすることなしに冷却機構を持続的に機能させることができる。つまり、従来から提案されていた大出力型放電ランプは、放電ランプ以外の外部に冷却機構を依存するものであったのに対し、本発明による放電ランプは、ランプそのものが極めて簡易な構造で冷却機能を有している。この電極構造は、例えば特開2004−6246号に記載される。
The
2 陰極
2a 陰極棒
3 陽極
3a 陽極棒
5 金属箔
10 放電ランプ
11 発光部
12 封止部
13 外部リード
20 ガラス部材
21 円盤状導電部材
22 カップ状導電部材
23 保持筒体
S1 幅狭部
S2 幅狭部
S3 幅狭部
2
Claims (3)
前記封止部は、柱状ガラス部材と、このガラス部材の外表面に、当該ガラス部材の長手方向に沿って伸びるように配設された略帯状の金属箔を有し、
当該金属箔は、前記ガラス部材の電極側端面の周縁に相当する部分において、局所的に短手方向の幅が狭くなってい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 comprising a light emitting portion in which a pair of electrodes are arranged opposite to each other and a light emitting material is sealed, and sealing portions formed at both ends of the light emitting portion,
The sealing portion has a columnar glass member and a substantially strip-shaped metal foil disposed on the outer surface of the glass member so as to extend along the longitudinal direction of the glass member,
A short arc type high-pressure discharge lamp characterized in that the metal foil has a locally narrow width in a short side direction at a portion corresponding to a peripheral edge of an electrode side end face of the glass member.
前記金属箔は、当該ガラス部材の外表面の屈曲部分に相当する部分においても、局所的に短手方向の幅が狭くなっていることを特徴とする請求項1に記載のショートアーク型高圧放電ランプ。 The glass member has a frustoconical structure whose diameter is reduced at the electrode side end,
2. The short arc type high-pressure discharge according to claim 1, wherein a width of the metal foil is locally narrow in a portion corresponding to a bent portion of an outer surface of the glass member. lamp.
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