JPH0750154A

JPH0750154A - ショートアーク型カドミウム・希ガス放電ランプ

Info

Publication number: JPH0750154A
Application number: JP5209988A
Authority: JP
Inventors: Ryushi Igarashi; 龍志五十嵐; Hiromitsu Matsuno; 博光松野; Yukio Yasuda; 幸夫安田; Akiyasu Yamaguchi; 明康山口
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1993-08-03
Filing date: 1993-08-03
Publication date: 1995-02-21

Abstract

(57)【要約】【目的】２１０ｎｍ〜２３０ｎｍにまたがる波長域の
スペクトルの高出力化を達成し、点灯時、長時間、ラン
プ電圧が安定であるショートアーク型カドミウム・希ガ
ス放電ランプを提供することにある。【構成】保護膜６、７を施された発光管１内に対向配
置された電極２、３を有し、この発光管１内に定常点灯
時の圧力が１４ｋＰａ〜２００ｋＰａとなる金属カドミ
ウムと、キセノン、クリプトン、アルゴン、ネオンより
選ばれた一種類以上の希ガスとが封入されたショートア
ーク型カドミウム・希ガス放電ランプにおいて、発光管
材質をＯＨ基含有量が重量で２００ｐｐｍ以下の石英ガ
ラスを用いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カドミウムと希ガスと
が放電発光に寄与するショートアーク型のカドミウム・
希ガス放電ランプ、特に、紫外線を利用する光学装置用
光源に適したショートアーク型カドミウム・希ガス放電
ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】紫外線を利用する光学装置は、プラスチ
ックスの表面の改良や光ＣＶＤ、光アッシング、特定波
長区域の要求されるＵＶキュアや光リソグラフィ等、産
業界で広く利用されている。一般に、波長１８５ｎｍ〜
３００ｎｍを利用する場合は、従来キセノン・マーキュ
リーランプやキセノン・カドミウムランプのような金属
希ガス放電ランプを利用するのが良いとされていた。特
に、波長２２０±２０ｎｍを利用したい場合は、例え
ば、特開昭５５−１０７５７号公報「短電弧型カドミウ
ム稀ガス放電灯」に示されているように、キセノンカド
ミウム放電ランプが良いと言われている。この特開昭
５５−１０７５７号公報においては、カドミウムと希ガ
スの封入量を規定することにより、２２０ｎｍ前後の放
射波長を強大にし、半導体装置の生産プロセスにおける
焼付時間を短縮できることが指摘されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】カドミウムランプの２
１０ｎｍ〜２３０ｎｍの波長域の発光スペクトルは、カ
ドミウムの原子、イオン、分子の基底状態の分布数密度
の微妙な均衡のうえに得られるので、必要なスペクトル
形状を得るためには、カドミウムの封入量をコントロー
ルして適正な密度や蒸気圧にする必要がある。一方、放
電空間内のカドミウム数密度やカドミウム蒸気圧は、点
灯中における発光管の最冷部温度により大きく影響さ
れ、その結果、最冷部温度は発光スペクトル分布にも大
きな影響を与える。

【０００４】例えば、特定のカドミウム封入量で得られ
る１価のＣｄイオンの２１４．４ｎｍの線スペクトルを
含むＣｄ₂の帯スペクトルの広がりは、カドミウムの蒸
気圧に非常に敏感である。従って、カドミウムランプに
おいて２２０ｎｍ前後の放射波長を強大にするには、カ
ドミウムの蒸気圧が十分に得られるように何らかの保温
を施し、もしくは、何らかの管壁温度制御を行って波長
２１４．４ｎｍの光を含む帯スペクトルの強度を安定化
させる必要がある。しかしながら、このように蒸気圧を
コントロールするために保温または何等かの管壁温度制
御を行ったランプは短時間にランプ電圧が変動するとい
う問題があった。

【０００５】本発明は、以上のような問題点を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは２１０
ｎｍ〜２３０ｎｍにまたがる波長域のスペクトルの高出
力化を達成し、点灯時、長時間、ランプ電圧が安定であ
るショートアーク型カドミウム・希ガス放電ランプを提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明のショートアー
ク型カドミウム・希ガス放電ランプは、外管を備えるか
保温膜を備えるかもしくはこれらに代わる手段で温度制
御される発光管内に近接して対向配置された一対の電極
を有し、前記発光管内に定常点灯時の圧力が１４ｋＰａ
〜２００ｋＰａとなる金属カドミウムと、キセノン、ク
リプトン、アルゴン、ネオンより選ばれた一種類以上の
希ガスとが封入されてなるショートアーク型カドミウム
・希ガス放電ランプの発光管材質をＯＨ基含有量が重量
で２００ｐｐｍ以下の石英ガラスを用いることを特徴と
する。

【０００７】

【作用】本発明者は、ランプ電圧の変動の原因が発光管
材料に含有するＯＨ基から放出されるＨ₂Ｏであること
を発見した。発光管の温度が上昇するとＨ₂Ｏが放出さ
れ、放電空間内で酸素と水素に分解される。酸素は放出
量が少量の場合、ゲッターとして封入されているタンタ
ル、ジルコニウム等と反応し、吸蔵される。放出量が多
量の場合、電極を酸化させ、電極構成材料の蒸発量を早
め電極を変形させ、電子放出性能を不安定にする。一
方、水素は上記ゲッターに吸収されるが、これは可逆反
応であり、多量の場合、放電空間にも水素は残る。放電
空間の水素が増大すれば、ランプ電圧が上昇する。この
ように、上記２つの現象が重なり、ランプ電圧の変動し
いては光出力の不安定を引き起こす。酸素、水素を吸収
するために上記ゲッターを発光管内に封入しているが、
封入量には限りがある。Ｈ₂Ｏ放出量を減少させるた
め、発光管温度を下げようとすると、ランプ内のカドミ
ウムの蒸気圧が減少し、２１０ｎｍ〜２３０ｎｍにまた
がる波長域のスペクトルの高出力化が達成できない。

【０００８】本発明者は、発光管材質として用いる石英
ガラスにおける重量でのＯＨ基含有量の異なる材料を検
討した。その結果、金属カドミウムの１４ｋＰａ〜２０
０ｋＰａの蒸気圧が得られる発光管温度において、発光
管材質をＯＨ基含有量が重量で２００ｐｐｍ以下では発
光管材質からのＨ₂Ｏ放出が少なく、上記問題を解決で
きることを発見した。従来、金属のヨウ化物、臭化物を
封入し、放電させ、金属の発光を得るメタルハライド放
電ランプでは、発光管材料はＯＨ基の少ない石英ガラス
を用いる必要があるのは周知の事実である。しかし、こ
の理由は、金属ゲッターが、封入されたハロゲンと反応
し、ゲッターを用いられないためである。ゲッターを用
いるショートアーク型キセノンランプ、水銀ランプは発
光管にＯＨ基が２００ｐｐｍ以上の石英ガラスを用いる
ことができる。しかし、ショートアーク型カドミウム・
希ガス放電ランプは、メタルハライド放電ランプとは異
なり、ゲッターを用いることが可能であるが、ゲッター
を用いてなおも、発光管のＯＨ基を規定しなければなら
ないランプである。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、本発明のショートアーク型カドミウム・希
ガス放電ランプの実施例の説明図である。図中、１は石
英製の発光管であり、中央部には略楕円球状の発光空間
囲繞部１１を有し、両側には封止部１２、１３が形成さ
れている。発光空間囲繞部１１内には、接近して陰極２
と陽極３が配置されるが、これらの電極間距離ｄは２ｍ
ｍ〜６ｍｍ程度である。そして、一対の封止部１２、１
３のそれぞれの末端には口金４、５が装着され、発光空
間囲繞部１１の陰極２および陽極３が伸び出す側には、
放射光を取り出すのを妨げない範囲において、ある一定
以上の蒸気圧を保持するための保温膜６、７が施されて
いる。

【００１０】図２は、本発明のショートアーク型カドミ
ウム・希ガス放電ランプの点灯電源として好適に使用さ
れる点灯回路のブロック図を示す。図中、この点灯回路
は定電流電源９１とスターター９２とよりなる定電流点
灯回路である。すなわち、集光鏡８に組み込まれたショ
ートアーク型カドミウム・希ガス放電ランプ１００に
は、定電流電源９１の出力スターター９２のスイッチＳ
１を導通することで、スターター９２に高電圧が発生
し、その電圧がショートアーク型カドミウム・希ガス放
電ランプ１００の陽極３に印加されることにより、この
ランプの放電破壊が生じる。それに続き、定電流電源９
１からの電流の供給により、持続アーク放電が維持され
る。そして、この定電流電源の出力電流を調節すること
により、安定なアーク放電を得ることができ、光出力の
安定化を図ることができる。

【００１１】発光空間囲繞部１１内には金属カドミウム
とクリプトン、キセノン、アルゴン、ネオンより選ばれ
た少なくとも一種類以上の希ガスとが封入されている。
この金属カドミウムは定常点灯時の圧力が１４ｋＰａ〜
２００ｋＰａとなるような量が封入されるが、この範囲
のカドミウム封入量においては、２１０ｎｍ〜２３０ｎ
ｍの波長範囲においてスペクトル形状をほぼ矩形とする
ことができ、効率が０．８％以上の高効率、高出力化が
達成できるが、定常点灯時の圧力が１４ｋＰａ未満、或
いは２００ｋＰａを越えるカドミウム蒸気圧では、効率
は０．７％以下であった。

【００１２】次に、発光管として使用する石英ガラスの
材質をＯＨ基含有量が異なるものを用いランプを制作し
て点灯試験を行い、ランプ電圧の変動が不安定状態と認
定される５％以上となった点灯使用時間を測定した。図
３は、変動の測定方法を示す。測定は、任意の時間点灯
使用したランプを、測定のため１０分間連続点灯して、
その変動を調べることによって行った。この変動率は以
下の式のようにして求めた。〔２（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）〕×１０
０（％）即ち、この式の意味するとことは、最大値と最小値の差
を最大値と最小値の和を１／２で割った、つまり平均値
で割って百分率（％）で表示したものである。この結果
を図４に示す。

【００１３】図４は、石英ガラス中のＯＨ基の重量ｐｐ
ｍ濃度に対する、ランプ点灯使用時間との関係を示すデ
ータであって、前記変動率が５％になってしまうまでの
点灯使用時間を示す。このデータより、ランプ電圧の変
動率が５％以内を維持できる点灯使用寿命が３００時間
のランプは、発光管として用いる石英ガラス中のＯＨ基
濃度が２００重量ｐｐｍ以下でなければならないことが
分かる。

【００１４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
発光管内に定常点灯時の圧力が１４ｋＰａ〜２００ｋＰ
ａとなる金属カドミウムとキセノン、クリプトン、アル
ゴン、ネオンより選ばれた一種類以上の希ガスとが封入
されてなるショートアーク型カドミウム・希ガス放電ラ
ンプの発光管材質をＯＨ基含有量が重量で２００ｐｐｍ
以下の石英ガラスを用いることによって、当該ランプを
長時間点灯使用してもランプ電圧の変動が少ないランプ
が得られる。そして、ランプ電圧が安定になるため、２
１０ｎｍ〜２３０ｎｍにまたがる波長域のスペクトルの
高出力化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるショートアーク型カドミウム・
希ガス放電ランプの実施例の説明図である。

【図２】本発明に係わるショートアーク型カドミウム・
希ガス放電ランプの点灯に好適に使用される点灯回路の
説明図である。

【図３】任意の時間点灯使用したランプを、測定のため
１０分間連続点灯して、その変動を調べる測定方法の説
明図である。

【図４】石英ガラス中のＯＨ基の重量ｐｐｍ濃度に対す
る、ランプ点灯使用時間との関係を示すデータの説明図
である。

【符号の説明】１発光管１１発光空間囲繞部１２封止部１３封止部２陰極３陽極４口金５口金６保温膜７保温膜８集光鏡９１定電流電源９２スターターＳ１スイッチ

フロントページの続き (72)発明者山口明康兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外管を備えるか保温膜を備えるかもしく
はこれらに代わる手段で温度制御される発光管内に近接
して対向配置された一対の電極を有し、前記発光管内に定常点灯時の圧力が１４ｋＰａ〜２００
ｋＰａとなる金属カドミウムと、キセノン、クリプト
ン、アルゴン、ネオンより選ばれた一種類以上の希ガス
とが封入されてなるショートアーク型カドミウム・希ガ
ス放電ランプの発光管材質をＯＨ基含有量が重量で２０
０ｐｐｍ以下の石英ガラスを用いることを特徴としたシ
ョートアーク型カドミウム・希ガス放電ランプ。