JP6375776B2

JP6375776B2 - Short arc type discharge lamp

Info

Publication number: JP6375776B2
Application number: JP2014167379A
Authority: JP
Inventors: 俊明大谷; 定治西田
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2018-08-22
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: JP2016046002A

Description

本発明は、紫外線を発光する高圧水銀ランプに関し、特に、アーク長が比較的短いショートアーク型放電ランプに関する。本発明は、特に、ショートアーク型放電ランプの電極に関する。 The present invention relates to a high-pressure mercury lamp that emits ultraviolet light, and more particularly to a short arc discharge lamp having a relatively short arc length. The present invention particularly relates to an electrode of a short arc type discharge lamp.

高圧水銀ランプのうち、アーク長が比較的短い構造のランプはショートアーク型放電ランプと称される。ショートアーク型放電ランプは、高輝度の光を放射することができるため広い分野で用いられる。特に、中心発光波長が３６５ｎｍのｉ線ランプや４３６ｎｍのｇ線ランプは、半導体、液晶、プリント基板等の製造工程における露光用光源として用いられる。 Among high-pressure mercury lamps, a lamp having a relatively short arc length is called a short arc type discharge lamp. Short arc discharge lamps can be used in a wide range of fields because they can emit high-luminance light. In particular, i-line lamps having a central emission wavelength of 365 nm and g-line lamps having a wavelength of 436 nm are used as light sources for exposure in manufacturing processes of semiconductors, liquid crystals, printed circuit boards and the like.

ショートアーク型放電ランプの電極は通常タングステン製である。しかしながら、従来、製造工程で用いられる露光用ランプでは、エミッション性能を向上させるために、トリエーテッドタングステン製の電極が用いられる。トリエーテッドタングステン（以下、トリタン）はタングステンにトリウムを添加したものである。トリタン製の電極では、トリウムがエミッタとなる。 The electrodes of the short arc type discharge lamp are usually made of tungsten. However, conventionally, an electrode made of triated tungsten is used in an exposure lamp used in a manufacturing process in order to improve emission performance. Triated tungsten (hereinafter, tritan) is obtained by adding thorium to tungsten. In the tritan electrode, thorium is the emitter.

特許文献１には、陰極のエミッタとしてトリウムを使用する放電ランプの例が記載されている。陰極はタングステン製の本体とトリタン製のトリタン部から構成される。特許文献２には、放電ランプにおいて、電極を２つの部材より構成し、２つの部材をネジで接合することにより一体化する例が記載されている。特許文献３には、放電ランプの製造方法として、電極芯棒と電極先端部を機械的に接合する方法の例が記載されている。 Patent Document 1 describes an example of a discharge lamp using thorium as a cathode emitter. The cathode is composed of a tungsten main body and a tritan tritan portion. Patent Document 2 describes an example in which, in a discharge lamp, an electrode is composed of two members and integrated by joining the two members with screws. Patent Document 3 describes an example of a method for mechanically joining an electrode core bar and an electrode tip as a discharge lamp manufacturing method.

特開２０１１−１５４９２７号公報（特許第５３１６４３６号）JP2011-154927A (Patent No. 5316436) 特開２０１０−１５７９２号公報（特許第４５９１５６３号）JP 2010-15792 A (Patent No. 4595633) 特開２００７−１８８８０２号公報JP 2007-188802 A

トリウムは、エミッタとして優れた物質であるが、放射性物質であるため、環境負荷物質と見做され、近年、その使用について法規上の規制が設けられている。そこでトリウムの代替物質が探究されている。例えば、ランタン、イリジウム等が候補として挙げられている。しかしながら、トリウムに代わり得るエミッタ物質を見つけるのは困難である。そこで、現時点ではトリウムの使用量を軽減する要請がある。 Thorium is an excellent emitter material, but it is a radioactive material, so it is regarded as an environmentally hazardous substance. In recent years, its use has been restricted by law. Thus, alternatives to thorium are being explored. For example, lanthanum, iridium and the like are listed as candidates. However, it is difficult to find an emitter material that can replace thorium. Therefore, at present, there is a request to reduce the amount of thorium used.

本発明の目的は、所望のエミッション性能を保持しつつ、トリウムの使用量を低減することが可能であり、更に、簡単な構成で機械的強度と所定のランプ特性を確保することができる陰極を備えたショートアーク型放電ランプを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a cathode capable of reducing the amount of thorium used while maintaining desired emission performance, and further ensuring mechanical strength and predetermined lamp characteristics with a simple configuration. It is to provide a short arc type discharge lamp provided.

環境負荷の低減の要請からトリウムの使用量を低減する必要があるが、陰極のトリウムの使用量を低減しすぎると、トリウムによるエミッション性能の利点が損なわれる。トリウムの使用による利点を享受すると同時に環境負荷を低減する必要がある。そこで、本願の発明者は、所望のエミッション性能を保持しつつ、トリウムの使用量をできるだけ低減するための陰極の条件を検討した。本願の発明者は、更に、簡単な構成で機械的強度と所定のランプ特性を確保することができる陰極について鋭意検討した。尚、ランプ特性として、アーク安定性、及び、ランプ寿命を検討した。 Although it is necessary to reduce the amount of thorium used in order to reduce the environmental load, if the amount of thorium used in the cathode is reduced too much, the emission performance advantage of thorium is impaired. It is necessary to reduce the environmental impact while enjoying the advantages of using thorium. Accordingly, the inventors of the present application have studied cathode conditions for reducing the amount of thorium used as much as possible while maintaining desired emission performance. The inventor of the present application has further studied diligently about a cathode capable of ensuring mechanical strength and predetermined lamp characteristics with a simple configuration. As lamp characteristics, arc stability and lamp life were examined.

本発明によると、放電管と、前記放電管の内部にて互いに対向して配置した陰極及び陽極と、を有し、前記放電管の中心軸線が略垂直に設置されるように構成されたショートアーク型放電ランプにおいて、
前記陰極は、トリエーテッドタングステン（トリタン）製の頭部とタングステン製の基体の２つの部材を含み、前記基体は軸線方向に延びる凸部を有し、前記頭部は軸線方向に延びる凹部を有し、前記凸部を前記凹部に係合させることによって、前記頭部と前記基体が一体的に組み立てられて前記陰極が構成され、
前記頭部及び前記基体の外径をＤ₁、前記基体の凸部の外径をＤ₂、前記陰極の体積に対する前記頭部の体積の比をｋとするとき、
０．３≦Ｄ₂／Ｄ₁≦０．７
０．１０≦ｋ≦０．１８
である。 According to the present invention, the short-circuit has a discharge tube, and a cathode and an anode disposed opposite to each other inside the discharge tube, and the center axis of the discharge tube is installed substantially vertically. For arc-type discharge lamps,
The cathode includes two members, a head made of triated tungsten (tritan) and a base made of tungsten. The base has a convex portion extending in the axial direction, and the head has a concave portion extending in the axial direction. Then, by engaging the convex portion with the concave portion, the head and the base body are integrally assembled to constitute the cathode,
When the outer diameter of the head and the substrate is D ₁ , the outer diameter of the convex portion of the substrate is D ₂ , and the ratio of the volume of the head to the volume of the cathode is k,
0.3 ≦ D ₂ / D ₁ ≦ 0.7
0.10 ≦ k ≦ 0.18
It is.

本発明の実施の形態によると、前記ショートアーク型放電ランプにおいて、前記頭部と前記基体の間の係合部において、前記基体の接合部の表面積をＳ、ランプ電流をＩとするとき、Ｉ／Ｓ≦２．０である、としてよい。 According to an embodiment of the present invention, in the short arc type discharge lamp, when the surface area of the joint portion of the base is S and the lamp current is I in the engaging portion between the head and the base, I /S≦2.0.

本発明の実施の形態によると、前記ショートアーク型放電ランプにおいて、前記基体の凸部及び前記頭部の凹部の軸線方向の寸法は４〜１０ｍｍである、としてよい。 According to the embodiment of the present invention, in the short arc type discharge lamp, the axial dimension of the convex part of the base body and the concave part of the head part may be 4 to 10 mm.

本発明によると、所望のエミッション性能を保持しつつ、トリウムの使用量を低減することが可能であり、更に、簡単な構成で機械的強度と所定のランプ特性を確保することができる陰極を備えたショートアーク型放電ランプを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the amount of thorium used while maintaining a desired emission performance, and further includes a cathode capable of ensuring mechanical strength and predetermined lamp characteristics with a simple configuration. A short arc type discharge lamp can be provided.

図１は、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプの概略構成を示すための簡略化した断面図である。FIG. 1 is a simplified cross-sectional view for illustrating a schematic configuration of a short arc type discharge lamp according to an embodiment of the present invention. 図２Ａは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプのシール管部の拡大断面図である。FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view of a seal tube portion of a short arc type discharge lamp according to an embodiment of the present invention. 図２Ｂは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプのシール管部の電極マウントにおける電気的接続方法を説明する図である。FIG. 2B is a diagram illustrating an electrical connection method in an electrode mount of a seal tube portion of a short arc type discharge lamp according to an embodiment of the present invention. 図３Ａは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプの陰極の外観を説明する図である。FIG. 3A is a diagram illustrating the appearance of the cathode of a short arc type discharge lamp according to an embodiment of the present invention. 図３Ｂは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプの陰極の構造を説明する図である。FIG. 3B is a view for explaining the structure of the cathode of the short arc type discharge lamp according to one embodiment of the present invention. 図４は、本願の発明者が行った実験の結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the results of experiments conducted by the inventors of the present application. 図５は、本願の発明者が行った実験の結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the results of experiments conducted by the inventors of the present application.

以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプを説明する。なお、全図において、各部材の厚さ、長さ、形状、部材同士の間隔、隙間等は、理解の容易のために、適宜、拡大・縮小・変形・簡略化等をしている。図の説明の際の上下・左右の表現は、その図を鉛直面内に置いた状態でのその図面の面に沿った方向を表すものとする。 Hereinafter, a short arc type discharge lamp according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In all the drawings, the thickness, length, shape, spacing between members, gaps, and the like of each member are appropriately enlarged, reduced, deformed, simplified, etc. for easy understanding. In the description of the figure, the vertical and horizontal expressions represent directions along the plane of the drawing in a state where the figure is placed in the vertical plane.

図１は、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプ１０の概略構造を示すための簡略化した断面図である。ショートアーク型放電ランプ１０は、球状の発光部１Ａとその両側の管状のシール管部１Ｂ、１Ｃからなる放電管１を有する。放電管１は石英ガラスによって形成される。放電管１の発光部１Ａにはチップオフ１ｄが形成されている。ランプの製造時に、チップオフ１ｄの位置に取り付けられた排気管から放電管１内に、水銀、不活性ガスを単独またはそれらの混合ガスの形で封入する。 FIG. 1 is a simplified cross-sectional view for illustrating a schematic structure of a short arc type discharge lamp 10 according to an embodiment of the present invention. The short arc type discharge lamp 10 has a discharge tube 1 composed of a spherical light emitting portion 1A and tubular seal tube portions 1B and 1C on both sides thereof. The discharge tube 1 is made of quartz glass. A chip-off 1 d is formed in the light emitting portion 1 A of the discharge tube 1. At the time of manufacturing the lamp, mercury and an inert gas are sealed in the discharge tube 1 from the exhaust tube attached at the position of the tip-off 1d alone or in the form of a mixed gas thereof.

ショートアーク型放電ランプ１０は、陽極２と陰極３を有する。陽極２は電極先端部２Ａと電極芯棒２Ｂを含む。陰極３は電極先端部３Ａと電極芯棒３Ｂを含む。発光部１Ａの内部の空間１ａには、電極先端部２Ａ、３Ａが対向して配置されている。本実施形態のショートアーク型放電ランプ１０は、垂直点灯型であり、陽極２が下側に陰極３が上側となるように、ランプの中心軸線が略垂直となるように設置される。 The short arc type discharge lamp 10 has an anode 2 and a cathode 3. The anode 2 includes an electrode tip portion 2A and an electrode core rod 2B. The cathode 3 includes an electrode tip 3A and an electrode core 3B. In the space 1a inside the light emitting unit 1A, electrode tip portions 2A and 3A are arranged to face each other. The short arc type discharge lamp 10 of this embodiment is a vertical lighting type, and is installed so that the central axis of the lamp is substantially vertical so that the anode 2 is on the lower side and the cathode 3 is on the upper side.

シール管部１Ｂ、１Ｃには、それぞれ電極マウント９が装着されている。電極マウント９の外端からそれぞれリード線６が突出している。電極マウント９は、電極芯棒２Ｂ、３Ｂ及びリード線６を支持すると同時に放電管１の内部を密閉する機能を有する。電極マウント９は、このような機能を備えればどのような構造であってもよく、特に限定されるものではない。電極マウント９の例は、図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明する。電極芯棒２Ｂ、３Ｂには、放電管１の封入後もその中に残った不純物や点灯時に発生する不純物を除去するためにゲッター材１１が装着されている。 Electrode mounts 9 are attached to the seal tube portions 1B and 1C, respectively. Lead wires 6 protrude from the outer ends of the electrode mounts 9 respectively. The electrode mount 9 has a function of supporting the electrode core rods 2B and 3B and the lead wire 6 and simultaneously sealing the inside of the discharge tube 1. The electrode mount 9 may have any structure as long as it has such a function, and is not particularly limited. An example of the electrode mount 9 will be described with reference to FIGS. 2A and 2B. A getter material 11 is attached to the electrode core rods 2B and 3B in order to remove impurities remaining in the discharge tube 1 after the discharge tube 1 is sealed and impurities generated during lighting.

シール管部１Ｂ、１Ｃの電極側端部には、電極マウント９の内端面９ａを底面とする円形の凹部１ｂ、１ｃがそれぞれ形成されている。このような凹部１ｂ、１ｃを設けるのは、電極マウント９をシール管部１Ｂ、１Ｃに溶着するためにシール管部１Ｂ、１Ｃをバーナ等で加熱するときに、その熱が発光部１Ａに伝わってその発光部１Ａが変形することを防ぐためである。 Circular recesses 1b and 1c having the inner end surface 9a of the electrode mount 9 as the bottom surface are formed at the electrode side end portions of the seal tube portions 1B and 1C, respectively. Such recesses 1b and 1c are provided when the seal tube portions 1B and 1C are heated by a burner or the like in order to weld the electrode mount 9 to the seal tube portions 1B and 1C. This is to prevent the light emitting portion 1A from being deformed.

本実施形態のショートアーク型放電ランプ１０は、１〜１０ｋＷ、好ましくは、１．５〜４．５ｋＷのランプ電力を有し、中心発光波長が４３６ｎｍの紫外線を出力するｇ線ランプ、又は、中心発光波長が３６５ｎｍのｉ線ランプである。放電管１の発光部１Ａの最大外径は、発光出力の大きさに応じて異なり、５０〜１５０ｍｍであり、例えば５０〜７０ｍｍであってよい。発光部１Ａの軸線方向の長さは７０〜１８０ｍｍであり、例えば７０〜９０ｍｍであってよい。陽極２と陰極３の冷間時先端部間の距離は、１．０〜１５．０ｍｍであり、例えば３．０〜５．０ｍｍであってよい。 The short arc type discharge lamp 10 of the present embodiment has a lamp power of 1 to 10 kW, preferably 1.5 to 4.5 kW, and a g-line lamp that outputs ultraviolet light having a central emission wavelength of 436 nm, or a center This is an i-line lamp having an emission wavelength of 365 nm. The maximum outer diameter of the light emitting portion 1A of the discharge tube 1 varies depending on the magnitude of the light emission output, and is 50 to 150 mm, for example, 50 to 70 mm. The length of the light emitting unit 1A in the axial direction is 70 to 180 mm, and may be 70 to 90 mm, for example. The distance between the tip portions when the anode 2 and the cathode 3 are cold is 1.0 to 15.0 mm, for example, 3.0 to 5.0 mm.

本実施形態では、放電管１内には、３〜７５ｍｇ/ｃｍ³の水銀、例えば、４〜４０ｍｇ/ｃｍ³の水銀が封入されてよい。更に、放電管１内には、キセノン（Xe）、アルゴン（Ar）及びクリプトン（Kr）の中の少なくとも１つの希ガスが封入される。ただし、１つの希ガスに代えて、混合ガス、例えばＫｒ及びＡｒの混合ガスを用いてもよい。希ガスの封入圧は、封入されたガスの種類によっても異なるが、概略０．０５〜０．６ＭＰａであり、例えば０．０８〜０．３ＭＰａであってよい、ランプ点灯時には、放電管１内の圧力は１．０〜４．０ＭＰａ程度になる。 In the present embodiment, ^{3 to} 75 mg / cm ³ of mercury, for example, 4 to 40 mg / cm ³ of mercury may be enclosed in the discharge tube 1. Further, at least one rare gas among xenon (Xe), argon (Ar), and krypton (Kr) is sealed in the discharge tube 1. However, instead of one rare gas, a mixed gas, for example, a mixed gas of Kr and Ar may be used. The enclosure pressure of the rare gas varies depending on the kind of the enclosed gas, but is approximately 0.05 to 0.6 MPa, and may be, for example, 0.08 to 0.3 MPa. The pressure is about 1.0 to 4.0 MPa.

図２Ａを参照してショートアーク型放電ランプ１０の陰極側のシール管部１Ｂの構造の例を説明する。尚、陽極側のシール管部１Ｃの構造は、陰極側のシール管部１Ｂの構造と同様である。シール管部１Ｂの内部には、電極マウント９が溶着されており、それによって放電管１の気密性が保たれている。シール管部１Ｂの外端には口金２８が装着される。図示のように、電極マウント９の軸線方向の寸法はシール管部１Ｂの軸線方向の寸法より短い。 An example of the structure of the seal tube portion 1B on the cathode side of the short arc type discharge lamp 10 will be described with reference to FIG. 2A. The structure of the anode-side seal tube portion 1C is the same as the structure of the cathode-side seal tube portion 1B. An electrode mount 9 is welded inside the seal tube portion 1B, whereby the hermeticity of the discharge tube 1 is maintained. A base 28 is attached to the outer end of the seal tube portion 1B. As illustrated, the axial dimension of the electrode mount 9 is shorter than the axial dimension of the seal tube portion 1B.

電極マウント９の構造として様々な構造が知られている。ここでは、その１例を説明する。本実施形態の電極マウント９は、第１のシール部材２１、第２のシール部材２２及び第３のシール部材２３を有する。電極マウント９は、更に、第１のシール部材２１と第２のシール部材２２の間に介装された第１の集電円盤３１と第２のシール部材２２と第３のシール部材２３の間に介装された第２の集電円盤３２を有する。これらのシール部材２１、２２及び２３は、石英ガラス製の円柱部材によって形成されている。集電円盤３１、３２は、電導性材料からなる円板状部材によって形成される。 Various structures are known as the structure of the electrode mount 9. Here, one example will be described. The electrode mount 9 of this embodiment includes a first seal member 21, a second seal member 22, and a third seal member 23. The electrode mount 9 is further provided between the first current collecting disk 31, the second seal member 22, and the third seal member 23 interposed between the first seal member 21 and the second seal member 22. And a second current collecting disk 32 interposed therebetween. These sealing members 21, 22 and 23 are formed of quartz glass columnar members. The current collecting disks 31 and 32 are formed by disk-shaped members made of a conductive material.

第１のシール部材２１及び第１の集電円盤３１には貫通孔が形成されている。これらの貫通孔に、電極芯棒３Ｂが挿入されている。こうして、電極芯棒３Ｂは、第１の集電円盤３１に電気的に接続され、且つ、第１のシール部材２１に固定される。なお、第１の集電円盤３１には貫通孔を形成しないで、電極芯棒３Ｂの端部を第１の集電円盤３１に当接させることによって、電極芯棒３Ｂを、第１の集電円盤３１に電気的に接続してもよい。 A through hole is formed in the first sealing member 21 and the first current collecting disk 31. The electrode core bar 3B is inserted into these through holes. Thus, the electrode core 3 </ b> B is electrically connected to the first current collecting disk 31 and is fixed to the first seal member 21. In addition, without forming a through-hole in the 1st current collection disk 31, the electrode core 3B is made to contact the 1st current collection disk 31 by making the edge part of the electrode core 3B contact | abut. You may electrically connect to the electric disk 31.

また、第３のシール部材２３及び第２の集電円盤３２には貫通孔が形成されている。これらの貫通孔に、リード線６が挿入されている。こうして、リード線６は、第２の集電円盤３２に電気的に接続され、且つ、第２及び第３のシール部材２２、２３に固定される。なお、第２のシール部材２２に孔を形成し、この孔にリード線６を挿入してもよい。 The third seal member 23 and the second current collecting disk 32 are formed with through holes. Lead wires 6 are inserted into these through holes. Thus, the lead wire 6 is electrically connected to the second current collecting disk 32 and is fixed to the second and third seal members 22 and 23. Alternatively, a hole may be formed in the second seal member 22 and the lead wire 6 may be inserted into this hole.

図２Ｂを参照して第１の集電円盤３１と第２の集電円盤３２とを電気的に接続する方法を説明する。図示のように、第１の集電円盤３１の両端面に、円形のモリブデン製の緩衝箔２６ａ、２６ｂがそれぞれ配置されている。第２の集電円盤３２の両端面に、円形のモリブデン製の緩衝箔２６ａ、２６ｂがそれぞれ配置されている。第１の集電円盤３１と第２のシール部材２２を全周覆うように、第１の緩衝箔２４ａが装着されている。第１の緩衝箔２４ａは、第１の集電円盤３１と、それに隣接する緩衝箔２６ｂと、それに隣接する第２のシール部材２２の一部を全周覆うように配置されている。 A method of electrically connecting the first current collecting disk 31 and the second current collecting disk 32 will be described with reference to FIG. 2B. As shown in the figure, buffer foils 26a and 26b made of circular molybdenum are disposed on both end faces of the first current collecting disk 31, respectively. Circular molybdenum buffer foils 26 a and 26 b are respectively disposed on both end faces of the second current collecting disk 32. A first buffer foil 24a is attached so as to cover the entire circumference of the first current collecting disk 31 and the second seal member 22. The first buffer foil 24a is disposed so as to cover the entire circumference of the first current collecting disk 31, the buffer foil 26b adjacent thereto, and a part of the second seal member 22 adjacent thereto.

第２の集電円盤３２と第２のシール部材２２、及び、第２の集電円盤３２と第３のシール部材２３を全周覆うように、第２の緩衝箔２４ｂが装着されている。第２の緩衝箔２４ｂは、第２の集電円盤３２と、その両側の緩衝箔２６ａ、２６ｂと、それに隣接する第２のシール部材２２及び第３のシール部材２３の一部をそれぞれ全周覆うように配置されている。 The second buffer foil 24b is mounted so as to cover the entire circumference of the second current collecting disk 32 and the second seal member 22, and the second current collecting disk 32 and the third seal member 23. The second buffer foil 24b has a second current collecting disk 32, buffer foils 26a and 26b on both sides thereof, and part of the second seal member 22 and the third seal member 23 adjacent thereto, respectively. It is arranged to cover.

また、第２のシール部材２２の外周面には、軸線方向に沿って、複数の短冊状のモリブデン製のシール箔２５（実線と破線のハッチングで示す）が、間隔を置いて配置されている。シール箔２５によって、第１の集電円盤３１と第２の集電円盤３２とが電気的に接続される。その結果、電極芯棒３Ｂとリード線６とが電気的に接続される。一方、リード線６は口金２８に接続される。従って、口金２８及びリード線６を経由して外部の電源から陽極２に電力が供給される。 A plurality of strip-shaped molybdenum sealing foils 25 (indicated by hatching with a solid line and a broken line) are arranged at intervals on the outer peripheral surface of the second seal member 22 along the axial direction. . The first current collecting disk 31 and the second current collecting disk 32 are electrically connected by the sealing foil 25. As a result, the electrode core 3B and the lead wire 6 are electrically connected. On the other hand, the lead wire 6 is connected to the base 28. Accordingly, power is supplied to the anode 2 from an external power source via the base 28 and the lead wire 6.

図３Ａ及び図３Ｂを参照して、陰極３の構造を説明する。図３Ａは陰極３の外観図であり、図３Ｂは陰極３の組立図である。図３Ａに示すように、陰極３は、電極先端部３Ａと電極芯棒３Ｂを含む。陰極３は、頭部３１０と基体３２０の２つの部材を組み立てることによって形成される。頭部３１０はトリエーテッドタングステン（トリタン）によって形成される。トリタンは酸化トリウムを含有するタングスタンである。酸化トリウムの含有率は通常２ｗｔ％程度である。本実施形態では、エミッタとしてトリウムを用いる。頭部３１０は、酸化トリウム粉末とタングステン粉末の混合物を金型にてプレス成形し、それを焼結させることによって１次成形体を形成し、更に、この１次成形体を熱間加工することによって形成される。基体３２０は、純度９９．９ｗｔ％以上のタングステンによって構成される。 The structure of the cathode 3 will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. FIG. 3A is an external view of the cathode 3, and FIG. 3B is an assembly view of the cathode 3. As shown in FIG. 3A, the cathode 3 includes an electrode tip 3A and an electrode core 3B. The cathode 3 is formed by assembling two members, a head 310 and a base 320. The head 310 is formed of triated tungsten (Tritan). Tritan is a tonguestan containing thorium oxide. The content of thorium oxide is usually about 2 wt%. In this embodiment, thorium is used as the emitter. The head 310 is formed by press-molding a mixture of thorium oxide powder and tungsten powder in a mold and sintering it to form a primary compact, and further hot-working the primary compact. Formed by. The substrate 320 is made of tungsten having a purity of 99.9 wt% or more.

図３Ｂに示すように、頭部３１０は、円柱部３１１と円錐頂部３１２からなり、一体物として形成される。円錐頂部３１２の先端は完全に尖っている必要はなく、小さな円形の端面が形成されてよい。円柱部３１１の端面３１１Ａに軸線方向に延びる円筒状の凹部３１３が形成されている。一方、基体３２０は、円柱状の棒状部３２１と円柱状の凸部３２３からなり、一体物として形成される。凸部３２３は棒状部３２１の円形端面３２１Ａより軸線方向に突出しており、凸部３２３の外径は棒状部３２１の外径より小さい。従って、両者の間に段差が形成されている。棒状部３２１には括れ部３２５が形成されてよい。頭部３１０の円柱部３１１と基体３２０の外径は等しい。 As shown in FIG. 3B, the head 310 includes a columnar portion 311 and a conical apex 312 and is formed as an integral body. The tip of the cone top 312 does not need to be perfectly pointed, and a small circular end face may be formed. A cylindrical recess 313 extending in the axial direction is formed on the end surface 311A of the columnar portion 311. On the other hand, the base body 320 includes a cylindrical bar-shaped portion 321 and a cylindrical convex portion 323, and is formed as an integral body. The convex portion 323 protrudes in the axial direction from the circular end surface 321 </ b> A of the rod-shaped portion 321, and the outer diameter of the convex portion 323 is smaller than the outer diameter of the rod-shaped portion 321. Therefore, a step is formed between them. A narrow portion 325 may be formed on the rod-shaped portion 321. The cylindrical portion 311 of the head 310 and the base 320 have the same outer diameter.

基体３２０の凸部３２３の外径及び軸線方向の寸法は、頭部３１０の凹部３１３の内径及び軸線方向の寸法に対応する。基体３２０の凸部３２３を頭部３１０の凹部３１３に係合させることによって、頭部３１０と基体３２０が一体化し、陰極３が形成される。 The outer diameter and axial dimension of the convex portion 323 of the base body 320 correspond to the inner diameter and axial dimension of the concave portion 313 of the head 310. By engaging the convex portion 323 of the base 320 with the concave portion 313 of the head 310, the head 310 and the base 320 are integrated, and the cathode 3 is formed.

基体３２０の凸部３２３の端面の周縁にはテーパ３２３ａが形成されてよい。一方、頭部３１０の凹部３１３の底面には円錐状のテーパ面３１３ａが形成されてよい。この場合には、基体３２０の凸部３２３を頭部３１０の凹部３１３に係合させる。 A taper 323 a may be formed on the periphery of the end surface of the convex portion 323 of the base 320. Meanwhile, a conical tapered surface 313 a may be formed on the bottom surface of the recess 313 of the head 310. In this case, the convex portion 323 of the base body 320 is engaged with the concave portion 313 of the head portion 310.

尚、ここでは図示しないが、実際には、基体３２０の凸部３２３と頭部３１０の凹部３１３の間に頭部３１０の抜けを防止するためにモリブデン箔が挿入される。モリブデン箔は、基体３２０の凸部３２３の円筒状側面と、頭部３１０の凹部３１３の円筒状の内面の間に挿入されてよい。 Although not shown here, a molybdenum foil is actually inserted between the convex portion 323 of the base body 320 and the concave portion 313 of the head portion 310 to prevent the head portion 310 from coming off. The molybdenum foil may be inserted between the cylindrical side surface of the convex portion 323 of the base body 320 and the cylindrical inner surface of the concave portion 313 of the head portion 310.

次に、頭部３１０と基体３２０の寸法について説明する。頭部３１０の軸線方向の寸法をＬ、円柱部３１１の軸線方向の寸法をＬ₁、円錐頂部３１２の軸線方向の寸法をＬ₂、とする。基体３２０の凸部３２３の軸線方向の寸法をＬ₃、とする。頭部３１０の円柱部３１１、及び、基体３２０の外径を共にＤ₁、基体３２０の凸部３２３の外径をＤ₂、とする。 Next, the dimensions of the head 310 and the base 320 will be described. The dimension in the axial direction of the head 310 is L, the dimension in the axial direction of the cylindrical portion 311 is L ₁ , and the dimension in the axial direction of the conical apex 312 is L ₂ . Let L _{3 be} the dimension in the axial direction of the convex portion 323 of the base body 320. It is assumed that both the cylindrical portion 311 of the head 310 and the outer diameter of the base body 320 are D ₁ , and the outer diameter of the convex portion 323 of the base body 320 is D ₂ .

陰極全体の体積に対する頭部３１０の体積の比を考察する。頭部３１０の体積をＶ_A、基体３２０の体積をＶ_Bとする。陰極全体の体積に対する頭部３１０の体積Ｖ_Aの比をｋとする。頭部の体積比ｋは次の式によって表される。 Consider the ratio of the volume of the head 310 to the volume of the entire cathode. The volume of the head 310 is V _A , and the volume of the base 320 is V _B. Let k be the ratio of the volume _VA of the head 310 to the volume of the entire cathode. The volume ratio k of the head is expressed by the following equation.

ｋ＝Ｖ_A／（Ｖ_B＋Ｖ_A）式１
Ｖ_A＝Ｖ₁−Ｖ₂ 式２
Ｖ_B＝Ｖ₃＋Ｖ₄ 式３
ここに、Ｖ₁は凹部３１３が無いと仮定した頭部３１０の体積、Ｖ₂は凹部３１３の体積、Ｖ₃は基体３２０の凸部３２３の体積、Ｖ₄は棒状部３２１の体積、である。 k = V _A / (V _B + V _A ) Equation 1
V _A = V ₁ −V ₂ Formula 2
V _B = V ₃ + V ₄ Formula 3
Here, V ₁ is the volume of the head 310 assuming that there is no recess 313, V ₂ is the volume of the recess 313, V ₃ is the volume of the projection 323 of the base 320, and V ₄ is the volume of the rod-shaped portion 321. .

頭部３１０と基体３２０の間の係合部の構造について考察する。ここでは、基体３２０の凸部３２３の端面の周縁にテーパ３２３ａが形成されていないとする。更に、頭部３１０の凹部３１３の底面には円錐状のテーパ面３１３ａが形成されていないとする。頭部３１０と基体３２０の間の係合部は、基体３２０の凸部３２３と頭部３１０の凹部３１３の接合によって構成される。そこで係合部の構造的な特徴を表すパラメータとして、基体３２０の接合部の表面積を用いる。 Consider the structure of the engaging portion between the head 310 and the base 320. Here, it is assumed that the taper 323a is not formed on the periphery of the end surface of the convex portion 323 of the base 320. Furthermore, it is assumed that a conical tapered surface 313 a is not formed on the bottom surface of the recess 313 of the head 310. The engaging portion between the head 310 and the base 320 is formed by joining the convex portion 323 of the base 320 and the concave portion 313 of the head 310. Therefore, the surface area of the joint portion of the base 320 is used as a parameter representing the structural characteristics of the engaging portion.

基体３２０の凸部３２３の円筒状の側面の面積をＳ₁とする。基体３２０の凸部３２３の円形端面と基体３２０の棒状部３２１の環状の端面３２１Ａの面積の合計をＳ₂とする。基体３２０の接合部の表面積をＳとすると、次の式によって表される。 Let S ₁ be the area of the cylindrical side surface of the convex portion 323 of the substrate 320. The total area of the annular end face 321A of the rod-shaped portion 321 of the circular end face and the substrate 320 of the protrusion 323 of the base 320 and S _2. When the surface area of the joint portion of the base 320 is S, it is expressed by the following formula.

Ｓ＝Ｓ₁＋Ｓ₂＝π×（Ｄ₂×Ｌ₃＋Ｄ₁ ²／４）式４
以下に、本願の発明者が行った実験を説明する。上述のように環境負荷を低減するには、トリウムの使用量を低減する必要がある。トリウムの使用量を低減するには、頭部３１０を小さくすればよい、即ち、式１に示す頭部の体積比ｋを小さくすればよい。しかしながら、トリウムの使用量を低減しすぎると、トリウムによるエミッション性能の利点が損なわれる。従って、トリウムによるエミッション性能の利点を享受することができ且つトリウムの使用量を低減させる必要がある。 _{_{S = S 1 + S 2 =}} π × (D 2 × L 3 + D 1 2/4) Equation 4
Below, the experiment which the inventor of this application performed is demonstrated. As described above, it is necessary to reduce the amount of thorium used in order to reduce the environmental load. In order to reduce the amount of thorium used, the head 310 can be made smaller, that is, the volume ratio k of the head shown in Equation 1 can be made smaller. However, if the amount of thorium used is reduced too much, the emission performance advantage of thorium is impaired. Accordingly, it is necessary to enjoy the advantages of emission performance by thorium and to reduce the amount of thorium used.

本実施形態の陰極は図３Ａ及び図３Ｂに示すように頭部３１０と基体３２０を係合させることによって形成される。そこで、本願の発明者は、陰極の機械的強度及びランプ特性が損なわれないことが必要であると考えた。尚、ランプ特性として、アーク安定性、及び、ランプ寿命を考慮した。 The cathode of this embodiment is formed by engaging the head 310 and the base 320 as shown in FIGS. 3A and 3B. Therefore, the inventor of the present application considered that the mechanical strength and lamp characteristics of the cathode need not be impaired. Note that arc stability and lamp life were considered as lamp characteristics.

先ず本実施形態の陰極の機械的強度について説明する。本願の発明者は、基体３２０の外径Ｄ₁、及び、基体３２０の凸部３２３の外径Ｄ₂が互いに異なる複数の実験例を作成し、その機械的強度を検討した。その結果を表１に示す。 First, the mechanical strength of the cathode of this embodiment will be described. The inventor of the present application created a plurality of experimental examples in which the outer diameter D ₁ of the base body 320 and the outer diameter D ₂ of the convex portion 323 of the base body 320 were different from each other, and examined the mechanical strength. The results are shown in Table 1.

表１に示すように、基体３２０の外径に対する基体３２０の凸部３２３の外径の比Ｄ₂／Ｄ₁が０．３より小さいと、即ち、基体３２０の凸部３２３が細すぎると、折れやすくなることが判った。逆に、この外径比Ｄ₂／Ｄ₁が０．７より大きいと、即ち、基体３２０の凸部３２３が太すぎると、頭部３１０の凹部３１３の壁が薄くなり、その縁が破損し易くなることが判った。そこで、本実施形態では、外径比をＤ₂／Ｄ₁＝０．３〜０．７とする。こうして本実施形態では、簡単な構成で陰極の機械的強度を確保することができる。以下に説明する実験では、外径比をＤ₂／Ｄ₁＝０．３〜０．７として実験例を作成した。 As shown in Table 1, if the ratio D ₂ / D ₁ of the outer diameter of the convex portion 323 of the base 320 to the outer diameter of the base 320 is smaller than 0.3, that is, if the convex portion 323 of the base 320 is too thin, It turns out that it becomes easy to break. On the contrary, if the outer diameter ratio D ₂ / D ₁ is larger than 0.7, that is, if the convex portion 323 of the base body 320 is too thick, the wall of the concave portion 313 of the head 310 becomes thin and the edge is damaged. It turns out that it becomes easy. Therefore, in the present embodiment, the outer diameter ratio is set to D ₂ / D ₁ = 0.3 to 0.7. Thus, in this embodiment, the mechanical strength of the cathode can be ensured with a simple configuration. In the experiment described below, an experimental example was created with an outer diameter ratio of D ₂ / D ₁ = 0.3 to 0.7.

以下に説明する実験に使用したショートアーク型放電ランプ１０は、中心発光波長が３６５ｎｍのｉ線ランプである。放電管１の発光部１Ａの最大外径は５４ｍｍ、軸線方向の寸法は７４ｍｍである。シール管部１Ｂの軸線方向の長さは７６ｍｍ、シール管部１Ｂの電極側端部における外径は２５ｍｍ、内径は１８〜１９ｍｍである。電極マウント９の外径は１８ｍｍである。また、陽極２の外径は約１８ｍｍ、冷間時電極間距離は約４．６ｍｍである。 The short arc type discharge lamp 10 used in the experiment described below is an i-line lamp having a central emission wavelength of 365 nm. The maximum outer diameter of the light emitting portion 1A of the discharge tube 1 is 54 mm, and the dimension in the axial direction is 74 mm. The axial length of the seal tube portion 1B is 76 mm, the outer diameter at the electrode side end of the seal tube portion 1B is 25 mm, and the inner diameter is 18 to 19 mm. The outer diameter of the electrode mount 9 is 18 mm. The outer diameter of the anode 2 is about 18 mm, and the distance between the electrodes when cold is about 4.6 mm.

更に、以下に説明する実験に使用したショートアーク型放電ランプ１０では、入力電力は１．５〜４．５ｋＷであり、頭部の凹部及び基体３２０の凸部３２３の軸線方向の寸法Ｌ₃は、４〜１０ｍｍである。 Further, in the short arc type discharge lamp 10 used in the experiment described below, the input power is 1.5 to 4.5 kW, and the dimension L _{3 in} the axial direction of the concave portion of the head and the convex portion 323 of the base 320 is as follows. 4 to 10 mm.

図４を参照して本願の発明者が行った第１の実験及びその結果を説明する。この実験の目的はアーク安定性を検討することである。本願の発明者が行った実験では、点灯初期と２０００時間点灯後のアークの揺れ（フリッカ）を観察した。アークから１０００ｍｍ離れた場所に設置した照度計により照度の変動を測定した。 The first experiment conducted by the inventors of the present application and the result thereof will be described with reference to FIG. The purpose of this experiment is to investigate the arc stability. In experiments conducted by the inventors of the present application, arc fluctuation (flicker) at the beginning of lighting and after lighting for 2000 hours was observed. The change in illuminance was measured with an illuminometer installed at a location 1000 mm away from the arc.

図４は、式１に示す頭部の体積比ｋとアーク安定性の関係を表すグラフを示す。縦軸は、照度変動率（単位：％）、横軸は式１に示す頭部の体積比ｋである。この実験では、基体３２０の凸部３２３の外径Ｄ₂が異なる複数の実験例を用意した。即ち、式１に示す頭部の体積比ｋが異なる複数の実験例を用意した。但し、頭部の体積比ｋの最小値は０．０３であり、最大値はｋ＝１である。ｋ＝１は、陰極をすべてトリタンによって構成した場合、即ち、トリタン製の一体的な陰極である。以下に、これを対照例（コントロール）と称する。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the volume ratio k of the head shown in Equation 1 and the arc stability. The vertical axis represents the illuminance fluctuation rate (unit:%), and the horizontal axis represents the head volume ratio k shown in Equation 1. In this experiment, a plurality of experimental examples were prepared in which the outer diameter D ₂ of the convex portion 323 of the base 320 was different. That is, a plurality of experimental examples having different head volume ratios k shown in Formula 1 were prepared. However, the minimum value of the volume ratio k of the head is 0.03, and the maximum value is k = 1. k = 1 is an integral cathode made of tritan when all cathodes are made of tritan. Hereinafter, this is referred to as a control example (control).

図４の上側のグラフ（四角の点）は、各実験例及び対照例について２０００時間点灯後の照度変動率を示し、図４の下側のグラフ（菱形の点）は、各実験例及び対照例について点灯初期の照度変動率を示す。これらのグラフから、点灯初期と２０００時間点灯後のいずれの場合も、頭部の体積比ｋが０．１０より小さいと照度変動率は大きいが、頭部の体積比ｋが０．１０以上では照度変動率の変化は比較的小さいことが判る。頭部の体積比ｋが０．１０以上の場合、点灯初期の照度変動率は略１．０％であるが、２０００時間点灯後の照度変動率は略１．８％である。本願の発明者は、本実施形態における頭部の体積比ｋの範囲を０．１０〜０．１８に設定した。 The upper graph (square points) in FIG. 4 shows the illuminance fluctuation rate after 2000 hours of lighting for each experimental example and control example, and the lower graph (diamond points) in FIG. 4 shows each experimental example and control example. The illuminance fluctuation rate at the beginning of lighting is shown for an example. From these graphs, the illuminance fluctuation rate is large when the head volume ratio k is smaller than 0.10 in both the initial lighting period and after 2000 hours of lighting, but when the head volume ratio k is 0.10 or higher. It can be seen that the change in the illuminance fluctuation rate is relatively small. When the volume ratio k of the head is 0.10 or more, the illuminance fluctuation rate at the beginning of lighting is approximately 1.0%, but the illuminance fluctuation rate after 2000 hours of lighting is approximately 1.8%. The inventor of the present application has set the range of the volume ratio k of the head in this embodiment to 0.10 to 0.18.

頭部の体積比ｋの下限を０．１０とした理由を説明する。ショートアーク型放電ランプを露光用光源として用いる場合、通常、紫外光を集光ミラーによって集光し、照射対象に効率的に照射する。このような光学系では、ショートアーク型放電ランプは集光ミラーの焦点の位置に配置される。従って、照度変動が大きいと、露光対象の仕上がりに影響する。そこで、実用的な照度変動率の許容限度は２％程度である。頭部の体積比ｋが０．１０の場合、２０００時間点灯後の照度変動率は１．８％である。従って頭部の体積比ｋが０．１０以上であれば、照度変動率の許容限度を超えることはない。 The reason why the lower limit of the volume ratio k of the head is set to 0.10 will be described. When a short arc type discharge lamp is used as a light source for exposure, normally, ultraviolet light is condensed by a condensing mirror, and the irradiation target is efficiently irradiated. In such an optical system, the short arc type discharge lamp is disposed at the focal point of the condenser mirror. Therefore, when the illuminance fluctuation is large, the finish of the exposure target is affected. Therefore, the allowable limit of practical illuminance fluctuation rate is about 2%. When the volume ratio k of the head is 0.10, the illuminance fluctuation rate after lighting for 2000 hours is 1.8%. Therefore, if the volume ratio k of the head is 0.10 or more, the allowable limit of the illuminance fluctuation rate is not exceeded.

更に、本願の発明者が行った実験から、頭部の体積比ｋが０．１０より小さい場合には、エミッション性能が悪く、且つ、黒化現象が著しくなることが判った。一方、頭部の体積比ｋが０．１０以上であれば、所望のエミッション特性を確保することができる。 Furthermore, from experiments conducted by the inventors of the present application, it was found that when the volume ratio k of the head is smaller than 0.10, the emission performance is poor and the blackening phenomenon becomes remarkable. On the other hand, if the volume ratio k of the head is 0.10 or more, desired emission characteristics can be ensured.

次に、頭部の体積比ｋの上限を０．１８とした理由を説明する。環境負荷を低減させるために、トリウムの使用量をできるだけ低減することが本発明の目的である。そこで、頭部の体積比ｋの上限を０．１８とした。頭部の体積比ｋが０．１８以下であれば、法規上の規制の観点からトリウムの使用量が多いとは言えない。本実施形態によると、頭部の体積比ｋの範囲を０．１０〜０．１８に設定することにより、所望のエミッション性能を保持しつつ、トリウムの使用量を低減し、更に、所定のランプ特性を確保することが可能となる。 Next, the reason why the upper limit of the volume ratio k of the head is set to 0.18 will be described. In order to reduce the environmental burden, it is an object of the present invention to reduce the amount of thorium used as much as possible. Therefore, the upper limit of the volume ratio k of the head is set to 0.18. If the volume ratio k of the head is 0.18 or less, it cannot be said that the amount of thorium used is large from the viewpoint of legal regulations. According to the present embodiment, by setting the range of the volume ratio k of the head to 0.10 to 0.18, the amount of thorium used is reduced while maintaining a desired emission performance, and a predetermined lamp It is possible to ensure the characteristics.

図５を参照して本願の発明者が行った第２の実験及びその結果を説明する。この実験の目的はランプ寿命を検討することである。ランプ寿命を表す指標として照度維持率を測定した。この実験では、基体３２０の外径はＤ₁＝６ｍｍ、ランプ電圧は２６Ｖ、ランプ電流は６７．３Ａ、ランプ定格電力は１．７５ｋＷとした。基体３２０の凸部３２３の外径Ｄ₂が異なる複数の実験例と対照例（基準）を用意した。即ち、式１に示す頭部の体積比ｋが異なる複数の実験例と対照例を用意した。上述のように対照例は、体積比ｋ＝１の場合であり、トリタン製の一体的な陰極である。これを判定基準とした。 The second experiment conducted by the inventors of the present application and the result thereof will be described with reference to FIG. The purpose of this experiment is to examine lamp life. The illuminance maintenance rate was measured as an index representing lamp life. In this experiment, the outer diameter of the substrate 320 was D ₁ = 6 mm, the lamp voltage was 26 V, the lamp current was 67.3 A, and the lamp rated power was 1.75 kW. A plurality of experimental examples and control examples (reference) having different outer diameters D ₂ of the convex portions 323 of the base 320 were prepared. That is, a plurality of experimental examples and control examples having different head volume ratios k shown in Formula 1 were prepared. As described above, the control example is a case where the volume ratio k = 1 and is an integral cathode made of tritan. This was used as a criterion.

図５は、点灯後の照度維持率の変化を表すグラフを示す。縦軸は照度維持率（単位：％）、横軸はランプ点灯時間（単位：時間）である。照度維持率は、ランプ点灯直後の照度を１００％として、所定時間経過後の照度を百分率で表したものである。実線の３つのグラフはｋ＝０．１３、ｋ＝０．１６、ｋ＝０．１８の実験例１の場合であり、破線の２つのグラフは、ｋが０．１未満の実験例２の場合である。一点鎖線の２つのグラフは、ｋ＝１．００の対照例（基準）の場合である。 FIG. 5 is a graph showing a change in the illuminance maintenance rate after lighting. The vertical axis represents the illuminance maintenance rate (unit:%), and the horizontal axis represents the lamp lighting time (unit: time). The illuminance maintenance rate is expressed as a percentage of the illuminance after elapse of a predetermined time, with the illuminance immediately after the lamp is turned on as 100%. The three solid graphs are for Experimental Example 1 with k = 0.13, k = 0.16, and k = 0.18, and the two dashed graphs are for Experimental Example 2 with k being less than 0.1. Is the case. Two graphs of the one-dot chain line are for the control example (reference) of k = 1.00.

図示のように、対照例の場合、２５００時間経過後も照度維持率は９０％を超えている。一方、頭部の体積比ｋが０．１未満の実験例２の場合、比較的短時間で、即ち、８００時間程度で、照度維持率は９０％以下となる。ｋ＝０．１３、ｋ＝０．１６、ｋ＝０．１８の実験例１の場合、２０００時間経過後も照度維持率は９０％を超える。上述のように第１の実験結果から本実施形態では、頭部の体積比ｋを０．１０〜０．１８に設定した。しかしながら、この第２の実験結果から、頭部の体積比ｋを０．１３〜０．１８とすることにより、より好ましい照度維持率が得られることが判る。 As illustrated, in the case of the control example, the illuminance maintenance rate exceeds 90% even after 2500 hours. On the other hand, in Experimental Example 2 in which the volume ratio k of the head is less than 0.1, the illuminance maintenance ratio becomes 90% or less in a relatively short time, that is, about 800 hours. In the case of Experimental Example 1 where k = 0.13, k = 0.16, k = 0.18, the illuminance maintenance ratio exceeds 90% even after 2000 hours. As described above, from the first experiment result, in the present embodiment, the volume ratio k of the head is set to 0.10 to 0.18. However, it can be seen from the results of the second experiment that a more preferable illuminance maintenance rate can be obtained by setting the volume ratio k of the head to 0.13 to 0.18.

次に、本願の発明者が行った第３の実験及びその結果を説明する。この実験の目的はランプ寿命を検討することである。ここではランプ寿命を表す指標として陰極の動作温度に着目した。陰極の動作温度を規定する要因として、陰極に流れる電流に着目した。本願の発明者は、式４の基体３２０の接合部の表面積Ｓが異なる複数の実験例を用意し、ランプ電流を変化させて、動作温度及び照度維持率を測定した。 Next, a third experiment conducted by the inventors of the present application and the result thereof will be described. The purpose of this experiment is to examine lamp life. Here, attention was paid to the operating temperature of the cathode as an index representing the lamp life. As a factor for defining the operating temperature of the cathode, attention was paid to the current flowing through the cathode. The inventor of the present application prepared a plurality of experimental examples in which the surface area S of the joint portion of the base body 320 of Formula 4 was different, and measured the operating temperature and the illuminance maintenance ratio while changing the lamp current.

表２は、本願の発明者が行った第３の実験の結果を示す。この表は、式４の基体３２０の接合部の表面積Ｓに対するランプ電流の比Ｉ／Ｓと陰極動作温度の関係を示す。ここで、基体３２０の接合部の表面積Ｓに対するランプ電流の比Ｉ／Ｓは、単に、基体３２０の接合部の表面積Ｓとランプ電流Ｉの比を意味し、基体３２０の接合部の表面積Ｓにおける電流密度を表すものではない。陰極動作温度は、安定点灯時において、陰極先端から中心軸線に沿って３ｍｍ下方における表面温度を赤外線サーモグラフィーで測定したものである。基準となる対照例の場合と同等の温度を１００％として各実験例を百分率で表した。 Table 2 shows the results of the third experiment conducted by the inventors of the present application. This table shows the relationship between the ratio I / S of the lamp current to the surface area S of the junction of the substrate 320 of Formula 4 and the cathode operating temperature. Here, the ratio I / S of the lamp current to the surface area S of the joint portion of the base 320 simply means the ratio of the surface area S of the joint portion of the base 320 to the lamp current I. It does not represent current density. The cathode operating temperature is a value obtained by measuring the surface temperature 3 mm below the tip of the cathode along the central axis during stable lighting by infrared thermography. Each experimental example was expressed as a percentage with the same temperature as that of the reference control example being 100%.

表２によると、比Ｉ／Ｓが０．５〜２．０では、陰極動作温度は１００％であり、基準となる対照例と同様な陰極動作温度となる。比Ｉ／Ｓが２．５〜４．０では、陰極動作温度は１００％を超え、基準となる対照例より高い陰極動作温度となる。陰極動作温度が対照例の場合よりも高くなるのは好ましくない。従ってこの表２から、比Ｉ／Ｓ＝０．５〜２．０とするのがよい。 According to Table 2, when the ratio I / S is 0.5 to 2.0, the cathode operating temperature is 100%, which is the same cathode operating temperature as the reference control example. When the ratio I / S is 2.5 to 4.0, the cathode operating temperature exceeds 100%, which is higher than the reference control example. It is not preferred that the cathode operating temperature be higher than in the control example. Therefore, from Table 2, the ratio I / S is preferably 0.5 to 2.0.

次に、本願の発明者が行った第４の実験及びその結果を説明する。この実験の目的はランプ寿命を検討することである。表３は、比Ｉ／Ｓと照度維持率の関係を示す。照度維持率は、点灯後１０００時間経過後の照度を測定し、対照例の場合を１００％として各実験例の場合の測定結果を百分率で表した。Ｉ／Ｓ＞２．５の場合には、照度維持率は共に１００％未満となった。即ち、基準となる対照例のレベルを得ることはできなかった。従ってこの表３から、比はＩ／Ｓ≦２．０とするのがよい。こうして本実施形態では、比をＩ／Ｓ≦２．０とすることによって所望のランプ特性を確保することができる。 Next, the 4th experiment and the result which the inventor of this application performed are demonstrated. The purpose of this experiment is to examine lamp life. Table 3 shows the relationship between the ratio I / S and the illuminance maintenance rate. The illuminance maintenance rate was obtained by measuring the illuminance after elapse of 1000 hours after lighting, and expressing the measurement result in each experimental example as a percentage with the control example as 100%. In the case of I / S> 2.5, the illuminance maintenance rate was both less than 100%. That is, it was not possible to obtain the level of the reference example as a reference. Therefore, from Table 3, the ratio should be I / S ≦ 2.0. Thus, in this embodiment, desired lamp characteristics can be ensured by setting the ratio to I / S ≦ 2.0.

以上、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプについて説明したが、本発明は上記の実施形態に拘束されるものではなく、当業者が容易になしえる追加、削除、改変等は、本発明に含まれるものであり、また、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められることを承知されたい。 The short arc type discharge lamp according to one embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment, and additions, deletions, modifications, etc. that can be easily made by those skilled in the art are as follows. It should be understood that the invention is included in the present invention, and that the technical scope of the present invention is defined by the description of the appended claims.

１…放電管、１Ａ…発光部、１Ｂ、１Ｃ…シール管部、１ｂ、１ｃ…凹部、１ｄ…チップオフ、２…陽極、２Ａ…電極先端部、２Ｂ…電極芯棒、３…陰極、３Ａ…電極先端部、３Ｂ…電極芯棒、６…リード線、９…電極マウント、１０…ショートアーク型放電ランプ、１１…ゲッター材、１４…凹部、１５…金属部材、１６…空間、２１…第１のシール部材、２２…第２のシール部材、２３…第３のシール部材、２４ａ、２４ｂ…緩衝箔、２５…シール箔、２６ａ、２６ｂ…緩衝箔、２８…口金、３１…第１の集電円盤、３２…第２の集電円盤、３１０…頭部、３１１…円柱部、３１１Ａ…端面、３１２…円錐頂部、３１３…凹部、３１３ａ…テーパ面、３２０…基体、３２１…棒状部、３２１Ａ…端面、３２３…凸部、３２３…テーパ面、３２５…括れ部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Discharge tube, 1A ... Light emission part, 1B, 1C ... Sealing tube part, 1b, 1c ... Recessed part, 1d ... Chip-off, 2 ... Anode, 2A ... Electrode tip part, 2B ... Electrode core rod, 3 ... Cathode, 3A ... Electrode tip, 3B ... Electrode core, 6 ... Lead wire, 9 ... Electrode mount, 10 ... Short arc type discharge lamp, 11 ... Getter material, 14 ... Recess, 15 ... Metal member, 16 ... Space, 21 ... No. 1 sealing member, 22 ... second sealing member, 23 ... third sealing member, 24a, 24b ... buffer foil, 25 ... sealing foil, 26a, 26b ... buffer foil, 28 ... cap, 31 ... first collection Electro disc, 32 ... second current collecting disc, 310 ... head, 311 ... cylindrical portion, 311A ... end face, 312 ... conical apex, 313 ... concave, 313a ... tapered surface, 320 ... base, 321 ... bar-like portion, 321A ... end face, 323 ... convex part, 323 ... taper surface, 25 ... constricted portion

Claims

In a short arc type discharge lamp having a discharge tube, and a cathode and an anode disposed opposite to each other inside the discharge tube, the center axis of the discharge tube being arranged substantially vertically ,
The cathode includes two members, a head made of triated tungsten (tritan) and a base made of tungsten. The base has a convex portion extending in the axial direction, and the head has a concave portion extending in the axial direction. Then, by engaging the convex portion with the concave portion, the head and the base body are integrally assembled to constitute the cathode,
When the outer diameter of the head and the substrate is D ₁ , the outer diameter of the convex portion of the substrate is D ₂ , and the ratio of the volume of the head to the volume of the cathode is k,
0.3 ≦ D ₂ / D ₁ ≦ 0.7
0.10 ≦ k ≦ 0.18
A short arc type discharge lamp.

In the short arc type discharge lamp of Claim 1,
In the engaging portion between the head and the base, when the surface area of the joint of the base is S and the lamp current is I,
I / S ≦ 2.0
A short arc type discharge lamp.

In the short arc type discharge lamp according to claim 1 or 2,
The short arc type discharge lamp, wherein the convex portion of the base and the concave portion of the head have an axial dimension of 4 to 10 mm.