JPH10208696A

JPH10208696A - ショートアーク型放電ランプ

Info

Publication number: JPH10208696A
Application number: JP1285897A
Authority: JP
Inventors: Susumu Nakanishi; 晋中西; Mochi Ishibashi; 持石橋; Kiyotada Nakamura; 清忠中村; Naohisa Ikeda; 尚久池田; Yuji Miyake; 裕士三宅
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 1998-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】長時間にわたる使用においてもバルブに黒化
現象が生ずることが有効に抑制され、長い使用寿命を有
するショートアーク型放電ランプを提供する。【解決手段】ガラス製のバルブ１０と、このバルブ１
０内に互いに対向するよう配置された陽極２０および陰
極３０とを具えてなるショートアーク型放電ランプにお
いて、前記陽極２０には、その先端側から後端側に伸び
る貫通孔２３が形成されていることを特徴とする。この
ようなショートアーク型放電ランプにおいては、前記陽
極２０が前記陰極３０の上方に位置される姿勢で点灯さ
れることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子、液晶
表示素子、プリント配線基板等を製造するための露光用
光源や、映写機、プロジェクター等における投影用光源
として好適に用いられるショートアーク型放電ランプに
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子や液晶表示素子などの
製造プロセスにおいては、微小画像露光を行うためにフ
ォトリソグラフィー法が利用されているが、このフォト
リソグラフィー法においては、露光用光源として例えば
ショートアーク型の放電ランプが使用されている。フォ
トリソグラフィー法に用いられるショートアーク型放電
ランプは、ガラス製のバルブの放電空間囲繞部内に陽極
と陰極とが互いに対向するよう配置され、希ガスおよび
水銀などの必要な放電発光物質が封入されてなり、主と
して紫外線を放射するものである。

【０００３】而して、最近においては、露光処理面の大
型化および生産効率の向上の観点から、光の放射量の大
きいショートアーク型放電ランプが求められており、そ
のため、フォトリソグラフィー法に用いられるショート
アーク型放電ランプとしては、入力電力の大きいもの例
えば３ｋＷ以上のものが使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、入力電
力の大きいショートアーク型放電ランプにおいては、長
い使用寿命が得られない、という問題がある。具体的に
説明すると、一般にショートアーク型放電ランプの使用
寿命は、その定格点灯条件下で点灯されたときに、所期
の放射照度が維持される時間によって決定される。そし
て、ショートアーク型放電ランプが使用寿命に至る原因
は、主として、バルブの内壁面が黒化する黒化現象が生
ずるために所期の放射照度が維持されなくなることであ
り、特に、入力電力の大きいショートアーク型放電ラン
プにおいては、黒化現象の発生が顕著である。このよう
な黒化現象がバルブに生ずるのは、例えば陽極を構成す
る金属物質がバルブの内面に付着するためである。すな
わち、放電ランプの点灯中に陽極の温度が上昇するた
め、当該陽極を構成する金属物質例えばタングステンが
蒸発してバルブ内のガスの対流によって拡散し、バルブ
の内面において固化するためである。

【０００５】従来、ランプの点灯中における陽極の温度
の上昇を抑制する手段としては、陽極の先端部分の形状
を半球台状にして当該先端部分の断面積を大きくするこ
とにより、陽極の熱伝導性を高める手段、陽極の表面
に、例えばタンタルカーバイド、ジルコニウムカーバイ
ド、ハーフニカムカーバイドなどの金属炭化物よりなる
熱放射層を設ける手段が知られいてる。然るに、入力電
力の大きいショートアーク型放電ランプにおいては、陽
極の先端における温度が例えば２４００〜３０００℃に
達するため、上記の手段では、陽極の温度の上昇を十分
に抑制することは困難である。また、陽極の温度の上昇
を抑制する手段としては、陽極として熱容量の大きいす
なわち体積の大きいものを用いることも考えられるが、
陽極をバルブ内に収容するためにはその寸法に限界があ
り、また、体積の大きい陽極を製造する際には、鍛造上
の問題がある。

【０００６】このような理由により、入力電力が大きい
ショートアーク型放電ランプであって、長い使用寿命を
有するものは知られていない。本発明は、以上のような
事情に基づいてなされたものであって、その目的は、長
時間にわたる使用においてもバルブに黒化現象が生ずる
ことが有効に抑制され、長い使用寿命を有するショート
アーク型放電ランプを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のショートアーク
型放電ランプは、放電空間囲繞部を有するバルブと、こ
のバルブの放電空間囲繞部内に互いに対向するよう配置
された陽極および陰極を具えてなるショートアーク型放
電ランプにおいて、前記陽極には、その先端側から後端
側に伸びる貫通孔が形成されていることを特徴とする。

【０００８】本発明のショートアーク型放電ランプにお
いては、前記陽極が前記陰極の上方に位置される姿勢で
点灯されることが好ましい。

【０００９】

【作用】上記の構成によれば、陽極に形成された貫通孔
内にバルブ内のガスが流過することによって陽極が高い
効率で冷却され、これにより、陽極の温度が上昇するこ
とが抑制されるので、当該陽極を構成する物質の蒸発速
度が小さくなり、その結果、長時間にわたる使用におい
てもバルブに黒化現象が生ずることが有効に抑制され
る。

【００１０】また、陽極が陰極の上方に位置される姿勢
で点灯されることにより、バルブ内におけるガスの対流
により当該ガスが効率よく陽極の貫通孔内を流過すると
共にガスの流れが整流されるので、更に高い効率で陽極
が冷却され、しかも、ガスの流れが整流されることによ
り、陽極の貫通孔内を流過したガスが陽極の後方すなわ
ちバルブ内における端部に向かって流れるため、蒸発し
た陽極構成物質は、バルブ内における端部において固化
されやすくなるので、バルブの中央部において黒化現象
が生ずることが抑制される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のショートアーク型
放電ランプについて詳細に説明する。図１は、本発明の
ショートアーク型放電ランプの一例における構成をバル
ブを破断した状態で示す説明用断面図である。このショ
ートアーク型放電ランプにおいては、放電空間Ｓを囲繞
する放電空間囲繞部１１の両端に封止部１２，１３が形
成されてなるガラス製のバルブ１０が設けられ、このバ
ルブ１０の放電空間囲繞部１１内には、略円柱状の陽極
２０と円形棒状の陰極３０とが当該発光管１０の管軸に
おいて互いに対向するよう配置されている。

【００１２】陽極２０には、バルブ１０の管軸に沿って
配置された内部リード棒１４が接続され、この内部リー
ド棒１４の基端部は、バルブ１０の一方の封止部１２に
よって支持されると共に、当該封止部１２内に気密に埋
設された金属箔１５に接続されており、この金属箔１５
は、一方の封止部１２から外方に伸びる外部リード棒１
７に接続されている。一方、陰極３０の基端部は、バル
ブ１０の他方の封止部１３によって支持されると共に、
当該一方の封止部１３内に気密に埋設された金属箔１６
に接続されており、この金属箔１６は、他方の封止部１
３から外方に伸びる外部リード棒１８に接続されてい
る。

【００１３】この例における陽極２０は、図２にも拡大
して示すように、先端部分２１が先端に向かうに従って
その外径が小さくなるよう湾曲した半球台状に形成され
ており、後端部分２２が後端に向かうに従ってその外径
が小さくなるよう円錐台状に形成されている。一方、陰
極３０の先端部分は円錐状に形成されている。

【００１４】そして、図３にも示すように、陽極２０に
は、その先端側から後端側に伸びる複数（図３では８
つ）の貫通孔２３が、当該陽極２０の周辺位置、例えば
形成されるアークの端部の周縁より外側となる位置にお
いて周方向に沿って等間隔で形成されている。図示の例
では、貫通孔２３は、当該陽極２０の中心軸と平行な方
向に伸びるよう形成されている。

【００１５】バルブ１０の放電空間囲繞部１１内におけ
る放電空間Ｓには、キセノン、アルゴン、クリプトン等
の希ガス若しくはこれらの混合物よりなる封入ガス、お
よび必要に応じて用いられる水銀などの放電発光物質が
封入されている。封入ガスの圧力は、封入時において例
えば０．１〜１０ａｔｍであり、放電発光物質として水
銀を用いる場合には、その封入量は、例えばバルブ１０
における放電空間囲繞部１１の内容積当たりの重量で
０．５〜６０ｍｇ／ｃｃである。

【００１６】以上において、陽極２０の体積（貫通孔２
３内の空間を含まない）に対する貫通孔２３内の容積の
合計の比率は１〜２０％であることが好ましい。この比
率が１％未満の場合には、陽極２０の温度の上昇が十分
に抑制されず、黒化現象が有効に抑制されないことがあ
る。一方、この比率が２０％を超える場合には、陽極２
０自体の体積が小さいものとなってその熱容量が小さく
なるため、陽極２０の温度の上昇が十分に抑制されず、
黒化現象が有効に抑制されないことがある。また、陽極
２０の貫通孔２３の数は、２〜１０、特に４〜８である
ことが好ましい。また、貫通孔２３の内径の大きさは、
例えば１〜４ｍｍ、好ましくは２〜３ｍｍである。

【００１７】上記の構成のショートアーク型放電ランプ
によれば、陽極２０にその先端側から後端側に伸びる貫
通孔２３が形成されているため、この貫通孔２３内にバ
ルブ１０の放電空間Ｓ内のガスが流過することによって
陽極２０が高い効率で冷却され、これにより、陽極２０
の温度が上昇することが抑制されるので、当該陽極２０
を構成する物質の蒸発速度が小さく、その結果、長時間
にわたる使用においてもバルブ１０における放電空間囲
繞部１１の内壁面に黒化現象が生ずることが有効に抑制
されて長い使用寿命が得られる。

【００１８】また、複数の貫通孔２３が陽極２０の周方
向に沿って等間隔となる状態で生成されることにより、
陽極２０を均一に冷却することができる。また、貫通孔
２３が形成されるアークの周縁より外側となる位置に形
成されることにより、貫通孔２３が形成されることによ
ってアークに揺らぎが生ずることが回避されると共に、
アークによって陽極２０の貫通孔２３における先端側の
周縁の温度が上昇することを防止することができる。

【００１９】上記のショートアーク型放電ランプにおい
ては、点灯中におけるアークの状態を安定に維持するた
めに、通常、垂直点灯方式すなわち陽極２０と陰極３０
とが上下に対向する状態で点灯される。そして、陽極２
０と陰極３０との位置関係については、陰極３０が陽極
２０の上方に位置される姿勢て点灯されてもよいが、陽
極２０が陰極３０の上方に位置される姿勢で点灯される
ことが好ましい。

【００２０】このような状態で点灯されることにより、
放電空間Ｓにおけるガスの対流により当該ガスが効率よ
く陽極２０の貫通孔２３内を流過すると共にガスの流れ
が整流されるので、更に高い効率で陽極が冷却され、し
かも、ガスの流れが整流されることにより、陽極２０の
貫通孔２３内を流過したガスが陽極２０の後方すなわち
バルブ１０の放電空間囲繞部１１内における封止部１２
側の端部に向かって流れるため、蒸発した陽極構成物質
は、バルブ１０の放電空間囲繞部１１の封止部１２側の
端部において固化されやすく、従って、バルブ１０の放
電空間囲繞部１１の中央部において黒化現象が生ずるこ
とが抑制され、その結果、より長い使用寿命が得られ
る。

【００２１】以上、本発明のショートアーク型放電ラン
プの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実
施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能
である。例えば、陽極に形成される貫通孔は、陽極の先
端側から後端側に伸びる状態に形成されていれば、その
伸びる方向が陽極の中心軸と平行な方向である必要はな
く、図４に示すように、陽極２０の先端側から後端側に
向かうに従って中心から離れるよう、中心軸に対して傾
いた方向に形成されていてもよい。また、陽極にその先
端側から後端側に伸びる貫通孔が形成されていれば、そ
の他は種々の構成を採用することができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明のショートアーク型放電ランプ
の実施例について具体的に説明するが、本発明はこれら
に限定されるものではない。

【００２３】〈実施例１〉図１に示す構成に従って、下
記の仕様による本発明のショートアーク型放電ランプを
作製した。バルブ（１０）：材質；石英ガラス，寸法；放電空間囲繞部（１１）の外
径８０ｍｍ，放電空間囲繞部（１１）の全長９３ｍｍ，陽極（２０）：材質；タングステン，寸法；全長３８ｍｍ，中央部分の
外径２５ｍｍ，体積；１．９×１０⁴ｍｍ³，貫通孔の
数；８，貫通孔の内径；３ｍｍ，貫通孔内の容積の合
計；２．１×１０³ｍｍ³［陽極（２０）の体積の約１
１％］，陰極（３０）：材質：トリエーテッドタングステン，寸法；外径１０ｍ
ｍ，全長１８ｍｍ，陽極（２０）と陰極（３０）との離
間距離：５ｍｍ，封入物：キセノンガス（封入時圧力３ａｔｍ），水銀３
９００ｍｇ，定格電流：９６．０Ａ，定格電圧：４５Ｖ，定格入力電力：４．３ｋＷ

【００２４】〈比較例１〉陽極として貫通孔が形成され
ていないものを用いたこと以外は、実施例１と同様の仕
様により、比較用のショートアーク型放電ランプを作製
した。

【００２５】〔実験例〕実施例１および比較例１で作製
されたショートアーク型放電ランプの各々を、陽極が陰
極の上方に位置される姿勢の垂直点灯方式により、定格
条件に従って連続点灯させ、点灯時間の経過による水平
照度維持率を測定した。ここで、「水平照度維持率」と
は、ショートアーク型放電ランプを垂直点灯させた状態
において、そのアークから水平方向に離間した位置にお
ける光の照度を測定し、点灯時間の経過による照度の変
化を、初期値（点灯直後の照度の値）を１００としたと
きの相対値（％）で示したものをいう。本実験例では、
水平方向に５０ｃｍ離間した位置において、波長４０５
ｎｍの光の照度を測定した。以上、結果を図５に示す。

【００２６】図５の結果から明らかなように、実施例１
に係るショートアーク型放電ランプにおいては、バルブ
の黒化現象の発生の程度が小さいために、点灯時間が３
００時間に達した時点においても９３％以上の水平照度
維持率が得られた。一方、比較例１に係るショートアー
ク型放電ランプにおいては、点灯時間が３００時間に達
した時点において水平照度維持率が９１％以下となっ
た。また、水平照度維持率が９５％となるまでの点灯時
間を測定したところ、実施例１に係るショートアーク型
放電ランプは２２５時間、比較例１に係るショートアー
ク型放電ランプは１５０時間であり、本発明のショート
アーク型放電ランプは、長い使用寿命を有するものであ
ることが理解される。

【００２７】また、実施例１および比較例１に係るショ
ートアーク型放電ランプの各々を定格入力電力で３０分
間以上連続点灯させた後、消灯直後における陽極の先端
の温度を測定したところ、実施例１に係るショートアー
ク型放電ランプは２８００℃、比較例１に係るショート
アーク型放電ランプは２９００℃であり、本発明のショ
ートアーク型放電ランプにおいては、陽極の温度の上昇
が抑制されることが確認された。

【００２８】

【発明の効果】本発明のショートアーク型放電ランプに
よれば、陽極にその先端側から後端側に伸びる貫通孔が
形成されているため、この貫通孔内にバルブ内のガスが
流過することによって陽極が高い効率で冷却され、これ
により、陽極の温度が上昇することが抑制されるので、
当該陽極を構成する物質が蒸発することが少なく、その
結果、長時間にわたる使用においてもバルブに黒化現象
が生ずることが有効に抑制されて長い使用寿命が得られ
る。

【００２９】また、このようなショートアーク型放電ラ
ンプは、陽極が陰極の上方に位置される姿勢で点灯され
ることにより、バルブ内におけるガスの対流により当該
ガスが効率よく陽極の貫通孔内を流過すると共にガスの
流れが整流されるので、更に高い効率で陽極が冷却さ
れ、しかも、ガスの流れが整流されることにより、陽極
の貫通孔内を流過したガスが陽極の後方すなわちバルブ
内における封止部側の端部に向かって流れるため、蒸発
した陽極構成物質は、バルブ内における封止部側の端部
において固化されやすく、従って、バルブの中央部にお
いて黒化現象が生ずることが抑制され、その結果、より
長い使用寿命が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のショートアーク型放電ランプの一例に
おける構成をバルブを破断した状態で示す説明図であ
る。

【図２】図１におけるショートアーク型放電ランプの陽
極を拡大して示す説明用断面図である。

【図３】図１におけるショートアーク型放電ランプの陽
極を先端側から見た状態を示す説明図である。

【図４】本発明のショートアーク型放電ランプに用いら
れる陽極の他の例を示す説明用断面図である。

【図５】本発明の実施例および比較例に係るショートア
ーク型放電ランプついて、連続点灯実験を行った場合の
水平照度維持特性を示す曲線図である。

【符号の説明】

１０バルブ１１放電空間囲繞部１２，１３封止部１４内部リード棒１５，１６金属箔１７，１８外部リード棒２０陽極２１先端部分２２後端部分２３貫通孔３０陰極Ｓ放電空間

フロントページの続き (72)発明者中村清忠兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内 (72)発明者池田尚久兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内 (72)発明者三宅裕士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】ガラス製のバルブと、このバルブ内に互
いに対向するよう配置された陽極および陰極とを具えて
なるショートアーク型放電ランプにおいて、前記陽極には、その先端側から後端側に伸びる貫通孔が
形成されていることを特徴とするショートアーク型放電
ランプ。
【請求項２】陽極が陰極の上方に位置される姿勢で点
灯されることを特徴とする請求項１に記載のショートア
ーク型放電ランプ。