JPH03283253A - ショートアーク型放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、陽極を上にして垂直点灯されるショートアー
ク型放電灯に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

例えば半導体の焼き付けに紫外線が利用され、この紫外
線を発生する光源として、通常、ショートアーク型の水
銀蒸気放電灯が使用されている。

つまり、かかる放電灯から放射されるｇ線（波長４３６
ｎｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）が利用されるが、これらの
出力を大きくするために水銀の封入量を多くしており、
例えばバルブの単位容積当りで４２ｍｇ／ＣＣ程度封入
している。そして、バルブの下部に滞留する水銀の蒸発
を促進し、バルブ内の水銀蒸気の圧力を早く所定値にま
で高めるために、熱放射量の大きな陽極を下側に配置し
た方が有利であるので、通常は、陽極を下側にした垂直
姿勢で点灯している。

ところで最近は、半導体の高集積度化が進み、より線幅
の狭い露光が必要になっている。従って、ｇ線や１線の
半値幅が狭く、かつ出力の大きな放電灯が要求されてい
る。ｇ線やｉ線の半値幅を狭くするためには、水銀の封
入量を少なくすればよいが、少なくすると放電電流値が
上昇する。従って、電極が過熱されてタングステンの蒸
発量が増加し、バルブが早期に黒化してランプ寿命が短
くなる不具合が生じる。更には、前記のように陽極を下
にして設計すると、バルブ内の上昇気流で冷却されにく
くて高温になり、タングステンが著しく蒸発し、短期間
で損耗してしまうにのため、水銀の封入量が少ない場合
は、放電電流値が大きく、かつ水銀の蒸発を促進させる
必要性が少ないので、陽極を上側にして上昇気流で良く
冷却できるように設計している。

しかしながら、陽極を上側にして設計すると、次のよう
な問題点が生じることが分かった。すなわち、陽極を上
側にするとアークが飛ぶ方向と上昇気流の方向が一致す
るが、陽極は、通常、円柱部とこれに続くテーパ一部お
よび平坦な先端部からなることが多く、または、円柱部
の先方に円柱部の半径に等しい半径を有する円弧状部が
続いた「砲弾型」の陽極も知られているが、いずれにし
ても陽極がかかる形状をしていると、アークと上昇気流
が平坦な先端部やテーパ一部に衝突して方向が大きく変
わり、アーク外周部の揺れ動く炎であるフレアが水平方
向に伸びてしまう。このため、陽極の周囲のバルブが過
熱されるとともにフレアで石英ガラスが失透し易くなる
。

また、陽極から蒸発したタングステンが水平方向に流れ
るフレアや気流に乗って陽極の周囲のバルブ内壁に付着
して黒化させる。つまり、半導体の焼き付けなどにおい
ては、放電灯より放射される光のうち、実際に使用され
るのは、アーク中心から上側４０°、下側３５°程度の
角度範囲から放射する光のみであり、アーク中心から上
側４０°以上の範囲が黒化してもあまり影響がないが、
蒸発したタングステンが水平方向に流れて有効に利用さ
れる角度範囲である陽極周囲のバルブが早期に黒化する
ので、有効に利用される光束が早期に減衰する。

更には、上昇気流が陽極の周面に沿って上昇しないので
、気流による冷却があまり期待できず、陽極寿命が短く
なる問題点もある。

〔発明の目的〕

そこで本発明は、陽極寿命が長く、バルブが失透したり
、放射光の有効利用範囲のバルブが早期に黒化すること
のないショートアーク型放電灯を提供することを目的と
する。

〔発明の構成とその作用〕

本発明の構成は、バルブ中央の発光空間膨出部内に陰極
と陽極が対向配置され、陽極を上にして垂直点灯される
ショートアーク型放電灯において、前記陽極は、円柱部
と、この円柱部に続くＲ部と。

このＲ部に続く平坦状ないしＲ部の曲率と異なる曲率の
第２Ｒ状の先端部とを有してなり、前記円柱部の直径を
ａ、Ｒ部の長さをｂとするとき、ｂ〉ａ／２を満足する
ことを特徴とする。

すなわち、Ｒ部の長さが円柱部の半径よりも長く、Ｒ部
はいわゆるロングノーズ形になっているので、アークと
上昇気流がＲ部に大きい入射角度で衝突し、フレアは水
平方向に大きく曲がらず、上昇気流も陽極の周面に沿っ
て上方に流れる。従って、陽極周囲のバルブがフレアで
過熱されず、石英ガラスが失透しない。また、陽極から
蒸発したタングステンも上昇気流に乗って上方に流れる
ので、放射光が有効に利用される角度範囲である陽極周
囲のバルブが黒化しにくく、かつ陽極が上昇気流でよく
冷却されるので、ランプ寿命が大きく延びる。

〔実施例〕

以下に図面に示す実施例に基いて本発明を具体的に説明
する。

第１図は、消費電力が２ＫＷであり、半導体の焼き付け
などに使用されるショートアーク型の水銀蒸気放電灯を
示す。石英ガラス製のバルブ１の中央が発光空間膨出部
１１であり、その上下に封止管部１２が伸びている。そ
して、発光空間膨出部１１内には、タングステン製の陽
極３と陰極４が対向して配置されており、電極間距離は
４．５ｍｍである。封止管部１２の端部にはそれぞれ口
金５が取り付けられ、また、封止管部１２内に板厚が０
．０２ｍｍ程度のモリブデン箔からなる金属箔２が埋設
されており、この金属箔２の端部が陽極３ないし陰極４
に接続されている。そして、バルブ１内に、１ｍｇ／Ｃ
Ｃの水銀と不活性ガスとして室温で０．７　気圧のアル
ゴンガスが封入され、陽極３を上側にした垂直姿勢で点
灯される。

ここで、陽極３は、第２図（Ａ）に示すように、円柱部
３１とこれに続くＲ部３２および平坦な先端部３３から
なり、円柱部の直径をａ、Ｒ部の長さをｂとするとき、
例えばａ＝１８ｍｍ、ｂ＝１４゜５ｍｍであり、全長が
２８ｍｍであってｂ　＞　ａ　／　２の関係を満たして
いる。つまり、Ｒ部の長さが円柱部の半径よりも長く、
下方に大きく突出したロングノーズ形になっている。あ
るいは、第２図（Ｂ）に示すように、先端部３３が、Ｒ
部３２の曲率と異なる曲率の第２Ｒ状であってもよいが
、この場合もｂ　）　ａ　／　２の関係を満たしている
。

しかして、かかる構成の放電灯を点灯すると、アークと
上昇気流が陽極３のＲ部３２に衝突するが、Ｒ部３２が
下方に大きく突出したロングノーズ形になっているので
、大きい入射角度で衝突し、フレアは水平方向に大きく
曲がらずに上方に伸び、上昇気流も円柱部３１の周面に
沿って上方に流れる。従って、陽極３周囲の発光空間膨
出部１１がフレアで過熱されず、石英ガラスが失透しな
い。

また、陽極３から蒸発したタングステンも上昇気流に乗
って上方に流れるので、発光空間膨出部１１の上方から
黒化して発光空間膨出部１１の中央部が黒化しにくく、
有効に利用される光束が長時間減衰しない、更には、陽
極３が上昇気流でよく冷却されるので、陽極３の寿命も
長くなる。

次に、円柱部の直径（ａ）とＲ部の長さ（ｂ）の関係が
異なる放電灯を点灯したときのランプ寿命を調査した。

その結果を第１表に示す。

第１表 これから分かるように、ｂ　＞　ａ　／　２の関係を満
さない比較例では、５０時間で放射光量が７０％以下と
なり、ランプ寿命が尽きたが、ｂ　＞　ａ　／　２の関
係を満す実施例では、ランプ寿命は少なくとも１５０時
間以上であり、本発明の効果が大きいことを確認できた
。

なお、本発明は、水銀蒸気放電灯に限定されるものでは
なく、キセノンランプのように陽極を上にして点灯され
るショートアーク型放電灯には全て適用することができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のショートアーク型放電灯
は、上側に配置されて点灯される陽極が、円柱部とこれ
に続くＲ部および先端部からなり、円柱部の直径をａ、
Ｒ部の長さをｂとするとき、ｂ　＞　ａ　／　２を満足
するので、フレアが大きく曲がらず、気流も陽極の周面
に沿って上昇するようになる。従って、気流による冷却
効果が大きくなって陽極が溶損しにくくなり、また、バ
ルブの石英ガラスが失透したり、早期に黒化せず、ラン
プ寿命が長くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の正面図、第２図（Ａ）、（Ｂ）
は陽極の拡大図である。 １・・・バルブ　１１・・・発光空間膨出部　１２・・
・封止管部　２・・・金属箔　３・・・陽極　３１・・
・円柱部　３２・・・Ｒ部 ３３・・・先端部 ４・・・陰極 ５・・・口金

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　バルブ中央の発光空間膨出部内に陰極と陽極が対向配
   置され、陽極を上にして垂直点灯されるショートアーク
   型放電灯において、 前記陽極は、円柱部と、この円柱部に続くＲ部と、この
   Ｒ部に続く平坦状ないしＲ部の曲率と異なる曲率の第２
   Ｒ状の先端部とを有してなり、前記円柱部の直径をａ、
   Ｒ部の長さをｂとするとき、ｂ＞ａ／２を満足すること
   を特徴とするショートアーク型放電灯。