KR20110001904A - Positive electrode for short arc type discharge lamp and short arc type discharge lamp - Google Patents
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Abstract
Description
자외선을 반도체 기판을 향해 조사함으로써 미세한 회로 패턴을 형성하는 노광 장치용 광원으로서 사용되는 쇼트 아크형 방전 램프용 양극 및 쇼트 아크형 방전 램프에 관한 것이다.An anode for a short arc type discharge lamp and a short arc type discharge lamp which are used as a light source for exposure apparatus which forms a fine circuit pattern by irradiating an ultraviolet-ray toward a semiconductor substrate.
종래의 쇼트 아크형 방전 램프는, 중앙부가 팽출한 석영 유리제의 발광관과, 이 발광관의 팽출부의 내부에 대향하여 배치된 양극 및 음극 등을 구비하여 구성되는 것이 알려져 있다. 이 방전 램프에 통전하면, 음극으로부터 방출된 전자가 램프 내의 기체와 충돌하여 하전 입자를 생성한다. 그들 하전 입자가, 충돌을 반복하여 발광관 내부에 봉입한 수은 등이 플라즈마 상태가 되고, 양극에 유통하여 양극(兩極) 사이에 아크가 형성되게 되어 있다.The conventional short arc type discharge lamp is known to comprise a light emitting tube made of quartz glass in which a central portion has been expanded, and an anode, a cathode, and the like, which are disposed to face the inside of the bulge portion of the light emitting tube. When the discharge lamp is energized, electrons emitted from the cathode collide with the gas in the lamp to generate charged particles. The mercury or the like in which the charged particles repeatedly impinge in the interior of the light emitting tube is in a plasma state, flows through the anode, and an arc is formed between the anodes.
방전 램프를 점등하면, 음극으로부터 방출된 전자의 충돌에 의해 아크가 형성되고, 양극은, 그 아크 기둥 중의 전자가 충돌함으로써 가열되어 고온이 되어, 증발, 소모된다. 또한, 전자의 충돌에 의해 양극이 소모되면, 증발한 텅스텐이 발광관의 내벽에 부착되어 내벽면을 흑화시킨다. 그리고, 방전 램프를 장시간 사용하면, 양극의 선단부의 소모가 진행됨과 함께, 방전 램프의 방사 강도가 순차적으로 저하되고, 이 방사 강도의 저하가 사용 한도를 넘은 경우는, 방전 램프를 신품의 것으로 교환할 필요가 있었다.When the discharge lamp is turned on, an arc is formed by the collision of electrons emitted from the cathode, and the anode is heated by the collision of electrons in the arc column to become high temperature, and is evaporated and consumed. In addition, when the anode is consumed by the collision of electrons, evaporated tungsten is attached to the inner wall of the light emitting tube to blacken the inner wall surface. When the discharge lamp is used for a long time, consumption of the tip portion of the positive electrode proceeds, and the emission intensity of the discharge lamp decreases sequentially, and when the decrease in the emission intensity exceeds the use limit, the discharge lamp is replaced with a new one. I needed to.
그래서, 양극이 방전 램프의 점등시에 온도 상승하는 것을 억제함으로써, 양극의 소모와 발광관의 내벽면의 흑화의 진행을 늦추는 대책이, 종래부터 여러 가지로 검토되고 있다.Therefore, various measures have been conventionally considered to suppress the rise of the temperature at the time of lighting of the discharge lamp, thereby slowing down the consumption of the anode and the progress of blackening of the inner wall surface of the light emitting tube.
예를 들면, 특허 문헌 1에 의하면, 양극의 선단부를 제외한 측면에 탄화 텅스텐(WC)과 탄화 탄탈(TaC)과 텅스텐(W)으로 이루어지는 혼합물을 소결하여 다공질층이 형성되고, 이에 의해, 다공질층과 모재의 밀착성이 좋기 때문에 양극의 온도 상승을 적절히 억제하는 것이 가능해져, 양극의 소모와 발광관의 내벽면의 흑화를 줄여, 방전 램프의 수명을 연장할 수 있다고 되어 있다.For example, according to Patent Document 1, a porous layer is formed by sintering a mixture made of tungsten carbide (WC), tantalum carbide (TaC), and tungsten (W) on the side surface of the positive electrode, whereby the porous layer is formed. Since the adhesion between the base material and the base material is good, it is possible to appropriately suppress the temperature rise of the anode, thereby reducing the consumption of the anode and blackening of the inner wall surface of the light emitting tube and extending the life of the discharge lamp.
그러나, 상기 양극 구조는, 3종류의 고융점 물질, 즉 탄화 텅스텐, 탄화 탄탈 및 텅스텐의 혼합물을 양극의 표면에 소결하기 때문에 양극 구조가 복잡해지는 것에 더하여, 제조 공정이 복잡해지기 때문에 양극의 제조에 장시간을 필요로 한다고 하는 문제가 있었다.However, since the anode structure is complicated by sintering three kinds of high melting point materials, i.e., a mixture of tungsten carbide, tantalum carbide, and tungsten on the surface of the anode, the manufacturing process is complicated. There was a problem that a long time was required.
특허 문헌 2, 3 및 4의 각각에 나타내는 양극(43)은, 도 5(A)에 나타내는 바와 같이, 음극(42)에 대향하는 양극 선단부에 오목부(43A)가 설치되고, 이 오목부(43A)는, 음극(42)으로부터 방출되는 전자를 받아들이는 점에서 발생하는 전계의 강도를 가까이하도록 형성되어 있다. 이들 문헌에 의하면, 양극 표면에서의 전류 밀도 분포가 분산되도록 하여, 양극의 소모를 줄여 방전 램프의 수명을 연장할 수 있다고 알려져 있다.In the
그러나, 상기 도 5(A)에 나타내는 양극 구조는, 후술하는 바와 같이, 오목부(43A)의 에지부(431A)에 끌어 당겨지는 전류의 비율이 작음으로써, 양극 중심 부근으로의 전류의 국소적 집중을 충분히 억제할 수 없기 때문에, 전극의 소모를 충분히 억제할 수 없다고 하는 문제가 있었다.However, in the anode structure shown in Fig. 5A, the ratio of the current drawn to the
특허 문헌 5에 나타내는 쇼트 아크형 방전 램프는, 상기한 바와 같이, 양극의 음극에 대향하는 선단에 오목부를 설치하고, 또한, 음극의 선단을 오목부와의 관계에서 소정의 장소에 배치하고 있다. 이 문헌에 의하면, 아크 휘점으로부터의 방사광을 양극의 오목부에 의해 반사시키고, 또한 오목부에서 반사한 광을 음극의 선단 원뿔부에서 반사시킴으로써, 방전 램프에서의 광의 이용 효율을 높일 수 있다고 알려져 있다.In the short arc type discharge lamp shown in Patent Document 5, as described above, a recess is provided at the tip of the cathode opposite to the cathode, and the cathode is disposed at a predetermined position in relation to the recess. According to this document, it is known that the utilization efficiency of light in a discharge lamp can be improved by reflecting the light emitted from the arc bright point by the concave portion of the anode and reflecting the light reflected by the concave portion at the tip conical portion of the cathode. .
그러나, 이 문헌의 양극 구조는, 특허 문헌 2 내지 4에 개시되는 양극과 마찬가지로, 양극에 형성된 오목부의 에지부에 끌어 당겨지는 전류의 비율이 작음으로써, 양극 중심 부근으로의 전류의 국소적 집중을 충분히 억제할 수 없기 때문에, 전극의 소모를 충분히 억제할 수 없다고 하는 문제가 있었다.However, in the anode structure of this document, similarly to the anodes disclosed in
또한, 특허 문헌 6에 나타내는 쇼트 아크형 방전 램프는, 도 5(B)에 나타내는 바와 같이, 양극(43)의 선단부의 평탄면에 있어서, 그 중심으로부터 전극간 거리의 40%를 넘는 위치에, 둥근띠 형상 오목부(43B)가 설치되어 있다. 이 문헌에 의하면, 양극(43)의 선단부의 평탄면에 칼데라 형상의 오목부가 발생하는 경우라도, 마이그레이션에 의해 이동한 전극 구성 물질을, 사전에 양극(43)의 선단부의 평탄면에 형성한 둥근띠 형상 오목부(43B)에 퇴적시킴으로써, 양극의 선단부의 평탄면이 변형되는 것을 방지할 수 있다고 알려져 있다.In addition, as shown in FIG. 5 (B), the short arc discharge lamp shown in Patent Document 6 is located at a position exceeding 40% of the distance between electrodes from the center of the flat surface of the tip portion of the
그러나, 이 문헌의 양극 구조는, 도 5(B)에 나타내는 바와 같이, 내주측의 모서리부 B의 전계의 강도가, 외주측의 모서리부 A의 전계의 강도보다도 높기 때문에, 내주측의 모서리부 B의 내측 영역에 전류가 집중한다. 이 모서리부 B에 유입된 에너지는, 양극 직경 방향 외측으로의 유출이 둥근띠 형상 오목부(43B)에 의해 저해되고, 둥근띠 형상 오목부(43B)에 둘러싸인 중앙부(431B)에서의 축방향으로만 전도된다. 따라서, 실질적으로 에너지의 유출 경로가 좁혀진 것이 되므로, 중앙부(431B)의 온도가 다른 영역의 온도보다도 높아진다. 이에 의해, 양극의 중앙 부분이 증발하기 쉬워지는 결과, 방전 램프의 조도 유지율이 저하된다는 문제가 있었다.However, in the anode structure of this document, as shown in Fig. 5 (B), since the strength of the electric field of the corner portion B on the inner circumference side is higher than that of the electric field of the corner portion A on the outer circumference side, the corner portion on the inner circumference side The current concentrates in the inner region of B. The energy flowing into the corner portion B is inhibited by the round strip-
이와 같이, 상기한 종래의 각 방전 램프에 의하면, 양극의 소모를 억제하는 것은 곤란했었다.As described above, according to the above-described conventional discharge lamps, it was difficult to suppress the consumption of the positive electrode.
본 발명은, 상기 문제를 감안하여, 종래의 방전 램프의 휘도와 동등한 휘도가 얻어지는 것이면서, 양극의 소모를 억제할 수 있는 방전 램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a discharge lamp capable of suppressing the consumption of the positive electrode while achieving a brightness equivalent to that of a conventional discharge lamp.
쇼트 아크형 방전 램프에 있어서는, 방전 램프가 구비하는 양극 및 음극 사이에 전압을 인가함으로써, 음극 선단부로부터 전자가 양극을 향해 방출되어, 양극과 음극 사이에 아크가 형성된다. 당해 방전 램프의 분야에 있어서는, 원칙적으로, 양극 중심축에 가까워짐에 따라 전계 강도가 높음으로써, 양극 중심 방향으로 전자가 끌어 당겨지기 때문에, 양극 중심축 부근의 아크의 전류 밀도가 높은 것이 알려져 있다.In the short arc type discharge lamp, by applying a voltage between the anode and the cathode of the discharge lamp, electrons are emitted from the cathode tip toward the anode, and an arc is formed between the anode and the cathode. In the field of the said discharge lamp, in principle, since the electric field intensity | strength is high as it approaches the anode center axis, and an electron is attracted to the anode center direction, it is known that the current density of the arc near an anode center axis is high.
그 때문에, 종래의 방전 램프에 있어서는, 방전 램프의 점등 시간이 경과함에 따라, 아크의 전류 밀도가 높은 양극의 중심축 부근의 부위가 소모되어, 양극의 중심축 부근의 부위에 오목부가 형성되는 것으로 생각된다.Therefore, in the conventional discharge lamp, as the lighting time of the discharge lamp elapses, a portion near the center axis of the anode having a high current density of arc is consumed, and a recess is formed in the portion near the center axis of the anode. I think.
본 발명자는, 상기한 양극의 오목부라는 문제에 대해서 예의 검토한 결과, 이하의 지식을 얻었다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM This inventor acquired the following knowledge as a result of earnestly examining about the problem of the recessed part of said anode.
(1) 양극 중심축으로부터 직경 방향 외방으로 이간한 개소에 전류 밀도가 비교적 높은 영역을 만들어, 이에 의해, 양극 중심축 부근의 전류 밀도가 종래보다도 저감되도록 하면, 양극의 소모의 억제에 연결된다.(1) When a region having a relatively high current density is formed at a position separated from the center axis of the anode in the radially outward direction, thereby reducing the current density near the center axis of the anode than in the related art, it leads to suppression of the consumption of the anode.
(2) 전류 밀도가 양극 중심축에 가까워짐에 따라 높아지도록 하여, 전류 밀도를 양극이 소모되지 않을 정도로 높게 함으로써, 종래의 방전 램프의 휘도와 동등한 휘도를 얻을 수 있다.(2) By increasing the current density closer to the anode central axis and increasing the current density so that the anode is not consumed, brightness equivalent to that of a conventional discharge lamp can be obtained.
본 발명은, 이러한 지견에 기초하여, 다음과 같이 하여 상기 과제를 해결한다.Based on this knowledge, this invention solves the said subject as follows.
청구항 1의 발명은, 양극 선단면의 양극 중심축 상에 오목부가 형성된 쇼트 아크형 방전 램프용 양극으로서, The invention of claim 1 is a cathode for a short arc type discharge lamp in which a recess is formed on the anode central axis of the anode front end surface.
상기 양극은, 상기 양극 선단면으로부터 내방측을 향해 함몰되어 둘레 방향에 형성된 양극 내벽면과, 상기 양극 내벽면에 이어져 상기 양극 선단면보다도 내방측에 형성된 평탄한 양극 내저면과, 상기 양극 내벽면 및 상기 양극 선단면의 경계에서 둘레 방향에 형성되어, 양극 중심축으로부터 직경 방향 외방으로 이간한 환상 모서리부를 구비하는 것을 특징으로 한다.The anode includes an anode inner wall surface formed in a circumferential direction recessed toward the inner side from the anode front end surface, a flat anode inner bottom surface formed on the inner side of the anode front end surface and connected to the anode inner wall surface, and the anode inner wall surface and It is formed in the circumferential direction at the boundary of the said anode front end surface, and is provided with the annular edge part spaced apart radially outward from the anode central axis.
청구항 2의 발명은, 양극 선단면의 양극 중심축 상에 오목부가 형성된 양극과, 음극이, 발광관의 내부에 대향하여 배치된 쇼트 아크형 방전 램프에 있어서,The invention of
상기 양극은, 상기 양극 선단면으로부터 내방측을 향해 함몰되어 둘레 방향에 형성된 양극 내벽면과, 상기 양극 내벽면에 이어져 상기 양극 선단면보다도 내방측에 형성된 평탄한 양극 내저면과, 상기 양극 내벽면 및 상기 양극 선단면의 경계에서 둘레 방향에 형성되어, 양극 중심축으로부터 직경 방향 외방으로 이간한 환상 모서리부를 구비하는 것을 특징으로 한다.The anode includes an anode inner wall surface formed in a circumferential direction recessed toward the inner side from the anode front end surface, a flat anode inner bottom surface formed on the inner side of the anode front end surface and connected to the anode inner wall surface, and the anode inner wall surface and It is formed in the circumferential direction at the boundary of the said anode front end surface, and is provided with the annular edge part spaced apart radially outward from the anode central axis.
본 발명의 양극은, 양극 선단면보다도 내방측에 평탄하게 형성된 양극 내저면과, 양극 중심축의 직경 방향 외방으로 이간하여 둘레 방향에 형성된 환상 모서리부를 가지는 오목부를 구비하므로, 음극과 양극 사이에 형성되는 아크 중의 전자가, 양극 내저면과 환상 모서리부의 각각에 분산되어 집중하게 되어, 따라서, 양극 중심축 부근의 전류 밀도가 양극이 소모되지 않을 정도로 높은 상태가 되기 때문에, 종래의 방전 램프의 휘도와 동등한 휘도가 얻어지는 것이면서, 양극의 소모를 억제하여 방전 램프의 수명을 연장할 수 있다.Since the anode of the present invention has a concave portion having an anode inner bottom surface formed flat on the inner side of the anode front end face and an annular corner portion formed in the circumferential direction apart from the radially outward direction of the anode central axis, the anode is formed between the cathode and the anode. The electrons in the arc are dispersed and concentrated on each of the inner bottom surface of the anode and the annular edge portion, so that the current density near the center axis of the anode becomes so high that the anode is not consumed, which is equivalent to the brightness of a conventional discharge lamp. While the luminance is obtained, the consumption of the anode can be suppressed to extend the life of the discharge lamp.
도 1은 본 발명의 쇼트 아크형 방전 램프의 구성의 개략을 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 A부를 확대한 부분 확대도이다.
도 3은 아크 중의 전자 밀도 분포를 양극과 함께 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 방전 램프와 종래의 방전 램프에 대해서 측정한 조도 유지율의 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 5는 종래의 양극의 구성을 음극의 구성과 함께 나타낸 단면도이다.Brief Description of Drawings [Fig. 1] Fig. 1 is a sectional view showing the outline of the configuration of a short arc type discharge lamp of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged view illustrating an enlarged portion A shown in FIG. 1.
3 is a conceptual diagram showing an electron density distribution in an arc together with an anode.
4 is a graph showing data of illuminance retention measured for the discharge lamp of the present invention and the conventional discharge lamp.
5 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional positive electrode together with the structure of a negative electrode.
도 1은, 본 발명의 쇼트 아크형 방전 램프의 구성의 개략을 나타낸 단면도이다. 도 2는, 음극 및 양극의 선단부를 확대하여 나타낸 부분 확대도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a short arc type discharge lamp of the present invention. 2 is a partially enlarged view showing enlarged front ends of a cathode and an anode.
방전 램프(10)는, 대략 구형상으로 형성된 발광부(11)와 발광부(11)의 양단의 각각에 연속하는 직관 형상의 시일링부 12A 및 12B로 구성되는 발광관(1)을 구비하고 있다. 발광관(1)은, 예를 들면 석영 유리에 의해 일체적으로 형성되어 있다. 시일링부 12A 및 12B에는, 각각 원통 형상을 가지는 급전용 물림쇠 13A 및 13B가 장착되어 있다.The discharge lamp 10 is provided with the light emitting tube 1 comprised from the
발광관(1)의 내부에 형성된 방전 공간 S에는, 음극(2)과 양극(3)이, 양극 중심축 X 상에 있어서 서로 대향하여 배치됨과 함께 발광 물질이 봉입되어 있다. In the discharge space S formed inside the light emitting tube 1, the
발광 물질은, 실온에서 0.5MPa 이상의 크세논 가스 혹은 아르곤 가스와, 1mg/cc 이상의 수은이 봉입되어 있다. 또한, 발광 물질로서, 이들 희가스 및 수은 중, 어느 한쪽만이 봉입되어 있어도 된다.The luminescent material contains 0.5 MPa or more of xenon gas or argon gas and 1 mg / cc or more of mercury at room temperature. As the light emitting material, only one of these rare gases and mercury may be sealed.
음극(2)은, 시일링부 12A에 유지됨과 함께 방전 공간 S에 면하여 돌출되는 원기둥 형상의 동체부 2A와, 동체부 2A의 선단에 이어져 선단을 향함에 따라 점차 외경이 좁아지는 원뿔 형상으로 형성된 선단부 2B가, 예를 들면 텅스텐에 의해 일체적으로 형성되어 있다.The
양극(3)은, 원기둥 형상의 동체부 3B와, 동체부 3B의 선단측과 기단측의 각각에 이어져 형성되는 원뿔대부(圓錐臺部) 3A 및 3C가, 예를 들면 텅스텐에 의해 일체적으로 형성되어 있다. 기단측의 원뿔대부 3C에는, 동체부 3B보다도 소직경의 로드 형상의 리드부(도시하지 않음)가 일체적으로 이어져 있으며, 리드부가 시일링부 12B에 유지되어 있다.The anode 3 has a
도 2는, 도 1에 나타내는 A부를 확대하여 나타낸 부분 확대도이다. 도 2(A)는, 양극 중심축 X를 포함한 단면도이다. 도 2(B)는, 도 2(A)에 나타내는 화살표 B의 방향으로부터 양극 선단면을 본 정면도이다. FIG. 2 is a partially enlarged view showing an enlarged portion A shown in FIG. 1. 2A is a cross-sectional view including the anode central axis X. FIG. FIG. 2 (B) is a front view of the positive electrode end face viewed from the direction of arrow B shown in FIG. 2 (A).
원뿔대부 3A는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 선단부에 평탄한 양극 선단면 3D가 형성됨과 함께, 양극 중심축 X를 포함하도록 하여 양극 선단면 3D에 오목부(30)가 형성되어 있다.As shown in FIG. 2, in the truncated
오목부(30)는, 양극 중심축 X를 포함하는 단면이 구형 형상이며, 즉 원기둥 형상을 가진다. 또한, 오목부(30)는, 원기둥 형상에 한정되지 않고, 회전 원뿔대 형상이어도 된다.The
오목부(30)는, 양극 선단면 3D로부터 양극(3)의 내방측을 향해 함몰함으로써, 양극 선단면 3D에 이어져 원주 방향에 형성되는 양극 내벽면 30A와, 양극 선단면 3D보다도 내방측(음극(2)의 선단부 2B로부터 멀어지는 측)에 위치하고, 양극 중심축 X에 대해 수직 방향으로 넓어지며, 또한, 평탄한 원형으로 형성된 양극 내저면 30B과, 양극 선단면 3D 및 양극 내벽면 30A의 경계에 있어서, 원주 방향에 걸쳐서 형성되는 환상 모서리부 30C로 구성된다. 환상 모서리부 30C는, 양극 중심축 X로부터 직경 방향으로 이간하여 형성되어 있다.The recessed
본 발명의 방전 램프는, 음극(2)과 양극(3) 사이에 고전압을 인가하면, 음극(2)과 양극(3) 사이에 아크가 형성된다.In the discharge lamp of the present invention, when a high voltage is applied between the
양극(3)에 있어서는, 상기한 방전 램프의 원칙에 따라, 양극 중심축 X에 가까워짐에 따라 전계 강도가 높아지지만, 양극 중심축 X로부터 직경 방향 외방으로 이간한 위치에 환상 모서리부 30C를 구비하기 때문에, 당해 위치에서도 전계 강도가 높은 상태가 된다.In the positive electrode 3, in accordance with the principle of the above-described discharge lamp, the electric field strength increases as it approaches the positive electrode central axis X, but the annular edge portion 30C is provided at a position separated radially outward from the positive electrode central axis X. For this reason, the electric field strength becomes high even at this position.
즉, 양극(3)은, 양극 중심축 X부근의 전계 강도 및 환상 모서리부 30C의 전계 강도의 쌍방이 높은 상태가 됨으로써, 음극(2)으로부터 발한 전자가 양극 중심축 X부근 및 환상 모서리부 30C의 각각에 분산되어 끌어 당겨지기 때문에, 양극 중심축 X부근에 끌어 당겨지는 전자의 양이 저감된다.That is, the positive electrode 3 is in a state where both of the electric field strength near the anode center axis X and the electric field strength of the annular edge portion 30C are high, so that electrons emitted from the
또한, 양극(3)은, 양극 선단면 3D보다도 양극의 내방측에 양극 내저면 30B를 구비하고, 양극 내저면 30B가 평탄하게 형성되며, 양극 내저면 30B에서는, 상기한 방전 램프의 원칙에 따라, 양극 중심축 X부근의 전류 밀도가 높은 상태가 된다.In addition, the anode 3 has the anode inner
바꾸어 말하면, 양극(3)은, 양극 내저면 30B와 환상 모서리부 30C의 쌍방을 구비함으로써, 음극(2)으로부터 발한 전자의 일부가 양극 중심축 X의 직경 방향 외방에 위치하는 환상 모서리부 30C에 끌어 당겨지고, 환상 모서리부 30C에 끌어 당겨지지 않았던 나머지의 전자가 양극 내저면 30B의 양극 중심축 X부근에 모여, 양극 중심축 X부근의 전류 밀도가 양극이 소모되지 않을 정도로 높아진다.In other words, the anode 3 includes both the anode inner
도 3은, 도 2에 나타내는 양극을 구비하는 본 발명의 방전 램프와, 도 5(A)에 나타내는 양극을 구비하는 종래의 방전 램프 각각에 대해서, 아크 중의 전계 강도 분포의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 3의 종축은 전계 강도, 횡축은 양극 중심축 X로부터의 거리를 나타낸다. 도 3의 실선은 본 발명의 양극의 전계 강도, 파선은 종래의 양극(도 5(A)에 도시)의 전계 강도를 나타낸다.FIG. 3 shows simulation results of the electric field intensity distribution in the arc for each of the discharge lamp of the present invention having the anode shown in FIG. 2 and the conventional discharge lamp having the anode shown in FIG. 5A. 3 represents the electric field intensity, and the abscissa represents the distance from the anode center axis X. FIG. The solid line of FIG. 3 shows the electric field strength of the anode of this invention, and the broken line shows the electric field strength of the conventional anode (shown in FIG. 5 (A)).
도 3에 실선으로 나타내는 바와 같이, 본 발명의 양극은, 전계 강도의 날카로운 피크가 양극 중심축 X의 주변의, 오목부(30)의 환상 모서리부 30C에 대응하는 위치에 나타나 있으며, 환상 모서리부 30C에 아크 중의 전자가 집중하는 모습이 추측된다. 따라서, 본 발명의 양극은, 환상 모서리부 30C에 끌어 당겨지는 전류의 비율이 커진다고 추측된다.As shown by the solid line in FIG. 3, the anode of this invention shows the sharp peak of the electric field intensity in the position corresponding to the annular edge part 30C of the recessed
한편, 종래의 양극(도 5(A)에 도시)은, 이와 같은 피크는 보여지지 않는 점에서, 오목부(43A)의 에지부(431A)에 끌어 당겨지는 전류의 비율이 작다고 추측된다.On the other hand, in the conventional anode (shown in Fig. 5A), such a peak is not seen, and it is estimated that the ratio of the electric current drawn to the
이와 같이, 본 발명의 양극(3)을 구비하는 방전 램프는, 양극 중심축 X의 직경 방향 외방으로 이간하도록 형성된 환상 모서리부 30C를 가짐으로써, 양극 중심축 X근방과 환상 모서리부 30C의 쌍방에 전류가 분산되므로, 양극 중심축 X근방으로의 국소적 전류의 집중이 완화되고, 또한, 양극 내저면 30B를 가짐으로써, 양극 중심축 X부근의 전류 밀도가 양극이 소모되지 않을 정도로 적절히 높아진다.Thus, the discharge lamp provided with the anode 3 of this invention has the annular edge part 30C formed so that it may space apart in the radial direction outward of the anode center axis X, and is located in both the vicinity of the anode center axis X and the annular edge part 30C. Since the current is distributed, the concentration of local current near the center axis X of the anode is relaxed, and by having the anode inner
따라서, 본 발명의 양극(3)을 구비하는 방전 램프는, 종래의 방전 램프의 휘도와 동등한 휘도를 얻을 수 있는 것이면서, 종래의 양극을 구비하는 방전 램프에 비해, 양극의 소모를 확실히 억제할 수 있다.Therefore, while the discharge lamp provided with the anode 3 of this invention is able to obtain the brightness equivalent to the brightness of the conventional discharge lamp, compared with the discharge lamp provided with the conventional anode, it is possible to surely suppress consumption of the anode. Can be.
또한, 양극(3)에 설치된 오목부(30)의 깊이 H(양극 선단면 3D와 양극 내저면 30B의 거리)는, 방전 램프의 사양에 따라 적절히 결정되지만, 0.1mm∼O.5mm의 범위인 것이 바람직하다.In addition, the depth H (distance between the positive
오목부(30)의 깊이 H가 0.1mm 미만이면, 환상 모서리부 30C에서의 전계 강도가 높아지지 않기 때문에, 음극(2)으로부터 발한 전자를 충분히 끌어당길 수 없기 때문에, 양극의 소모를 억제할 수 없다.If the depth H of the
또, 오목부(30)의 깊이 H가 0.5mm를 넘으면, 음극(2)과 양극(3) 사이의 거리가 길어져 방전 램프의 램프 전압이 상승하고, 이에 의해, 램프 전류가 저하되기 때문에(이런 종류의 방전 램프는, 정전력의 점등용 전원으로 점등하는 것이 일반적이기 때문에, 램프 전압 및 램프 전류의 어느 한쪽이 상승하면, 다른 쪽은 저하된다), 방사 휘도가 저하된다. 이에 더하여 오목부(30)의 깊이 H가 0.5mm를 넘으면, 아크가 직경 방향으로 넓어지기 때문에, 집광 효율이 저하되고, 노광 장치 등의 노광면 조도가 저하된다.Moreover, when the depth H of the recessed
이하에 본 발명의 효과를 확인하기 위해서 행한 실험 및 그 실험의 결과에 대해서 설명한다.Below, the experiment and the result of the experiment which were performed in order to confirm the effect of this invention are demonstrated.
실험을 행함에 있어서, 본 발명, 비교예 1, 비교예 2의 방전 램프를 도 1에 나타내는 구성에 따라 각각 제작했다. 각 방전 램프의 상세는, 이하대로이다.In performing the experiment, the discharge lamps of the present invention, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were produced in accordance with the configuration shown in FIG. 1. The detail of each discharge lamp is as follows.
<본 발명의 방전 램프><Discharge lamp of the present invention>
(램프)(lamp)
전극간 거리 : 10mmInter electrode distance: 10mm
수은 봉입량 : 25mg/ccMercury Loading: 25mg / cc
희가스 봉입량 : 0.15MPaRare Gas Encapsulation: 0.15MPa
입력 전력 : 10kWInput power: 10kW
(양극)(anode)
오목부 있음With recess
오목부(30)의 직경 D : 5mmDiameter D of the recessed portion 30: 5 mm
오목부(30)의 깊이 H : 0.4mmDepth of the recess 30 H: 0.4mm
양극 내저면(30B)의 형상 : 평탄Shape of anode inner
<비교예 1의 방전 램프><Discharge Lamp of Comparative Example 1>
(램프)(lamp)
본 발명의 방전 램프와 같음Same as the discharge lamp of the present invention
(양극)(anode)
오목부 없음No recess
<비교예 2의 방전 램프><Discharge Lamp of Comparative Example 2>
(램프)(lamp)
본 발명의 방전 램프와 같음Same as the discharge lamp of the present invention
(양극)(anode)
오목부 있음With recess
오목부(43A)의 직경 D : 5mmDiameter D of the
오목부(43A)의 깊이 H : 0.4mmDepth of the
양극 내저면의 형상 : 구면(도 5(A)에 도시)Shape of anode inner bottom: spherical surface (shown in Fig. 5 (A))
<비교예 3의 방전 램프><Discharge Lamp of Comparative Example 3>
(램프)(lamp)
본 발명의 방전 램프와 같음Same as the discharge lamp of the present invention
(양극)(anode)
오목부 있음: 둥근띠 형상 오목부With recess: round strip recess
둥근띠 형상 오목부(43B의 모서리부 A측)의 직경 D : 5mmDiameter D of the round strip-shaped recess (edge A side of 43B): 5 mm
둥근띠 형상 오목부(43B)의 폭(모서리부 AB 간의 거리): 1mmWidth of the strip-shaped
둥근띠 형상 오목부(43B)의 깊이 H : 0.4mmDepth H of the round strip-shaped
양극 둥근띠 형상 오목부의 형상: 둥근띠 형상 홈(도 5(B)에 도시)Shape of the anode round strip-shaped recess: round strip-shaped groove (shown in Fig. 5 (B))
상기 각 방전 램프를 정전력의 점등용 전원을 이용하여 점등시켜, 각 방전 램프의 방사 조도 유지율을 측정했다. 그 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4의 종축은 방사 조도 유지율, 횡축은 점등 시간을 나타낸다.Each said discharge lamp was made to light using the electrostatic power supply for lighting, and the irradiance retention of each discharge lamp was measured. The result is shown in FIG. The vertical axis of FIG. 4 represents the irradiance retention, and the horizontal axis represents the lighting time.
방사 조도 유지율은 양극의 소모에 밀접하게 관계하고 있다. 즉 방사 조도 유지율이 높은 것은, 양극의 소모가 억제된 것을 나타낸다.The irradiance retention is closely related to the consumption of the anode. In other words, high irradiance retention indicates that consumption of the positive electrode is suppressed.
도 4에 나타내는 바와 같이, 점등 개시부터 800시간 경과 후의 방사 조도 유지율은, 본 발명의 방전 램프가 95%, 비교예 1의 방전 램프가 84%, 비교예 2의 방전 램프가 92%, 비교예 3의 방전 램프가 86%인 것이 확인되었다.As shown in Fig. 4, the irradiance retention after 800 hours from the start of lighting is 95% in the discharge lamp of the present invention, 84% in the discharge lamp of Comparative Example 1, 92% in the discharge lamp of Comparative Example 2, and the comparative example. It was confirmed that the discharge lamp of 3 was 86%.
상기 결과로부터, 본 발명의 방전 램프는, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3의 방전 램프에 비해, 양극의 소모를 억제할 수 있는 것이 확인되었다.From the above result, it was confirmed that the discharge lamp of this invention can suppress consumption of a positive electrode compared with the discharge lamp of the comparative example 1, the comparative example 2, and the comparative example 3.
이상과 같이, 본 발명의 양극(3)에 의하면, 양극 선단면 3D보다도 내방측에 위치하고, 평탄하게 형성된 양극 내저면 30B와, 양극 중심축 X로부터 직경 방향 외방으로 이간하여 둘레 방향에 형성된 환상 모서리부 30C를 가지는 오목부(30)를 구비하므로, 음극(2)과 양극(3) 사이에 형성되는 아크 중의 전자가, 양극 내저면 30B와 환상 모서리부 30C의 각각에 분산되어 집중한다. 따라서, 양극 중심축 X부근의 전류 밀도가, 양극이 소모되지 않을 정도로 높은 상태가 되기 때문에, 종래의 방전 램프의 휘도와 동등한 휘도를 얻을 수 있는 것이면서, 양극의 소모를 억제하여 방전 램프(10)의 수명을 연장할 수 있다.As described above, according to the positive electrode 3 of the present invention, an annular edge formed in the circumferential direction with a positive electrode inner
10 : 방전 램프 1 : 발광관
11 : 발광부 12A, 12B : 시일링부
13A, 13B : 물림쇠 2 : 음극
2A : 동체부 2B : 선단부
3 : 양극 3A : 원뿔대부
3B : 동체부 3C : 원뿔대부
3D : 양극 선단면 30 : 오목부
30A : 양극 내벽면 30B : 양극 내저면
30C : 환상 모서리부10: discharge lamp 1: light emitting tube
11:
13A, 13B: Chuck 2: Cathode
2A:
3:
3B: fuselage part 3C: conical part
3D: anode front end 30: recess
30A: anode
30C: annular corner
Claims (2)
상기 양극은,
상기 양극 선단면으로부터 내방측을 향해 함몰되어 둘레 방향에 형성된 양극 내벽면과,
상기 양극 내벽면에 이어져 상기 양극 선단면보다도 내방측에 형성된 깊이가 0.1mm∼0.5mm인 평탄한 양극 내저면과,
상기 양극 내벽면 및 상기 양극 선단면의 경계에서 둘레 방향에 형성되어, 양극 중심축으로부터 직경 방향 외방으로 이간한 환상 모서리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 쇼트 아크형 방전 램프용 양극.An anode for a short arc type discharge lamp in which a recess is formed on an anode central axis of an anode end surface,
The anode,
An anode inner wall surface recessed inward from the anode front end surface and formed in a circumferential direction;
A flat anode inner bottom surface having a depth of 0.1 mm to 0.5 mm formed on an inner side of the anode front end surface after the anode inner wall surface;
And an annular corner portion formed in a circumferential direction at a boundary between the anode inner wall surface and the anode tip surface and spaced apart from the anode central axis in a radially outward direction.
상기 양극은,
상기 양극 선단면으로부터 내방측을 향해 함몰되어 둘레 방향에 형성된 양극 내벽면과,
상기 양극 내벽면에 이어져 상기 양극 선단면보다도 내방측에 형성된 깊이가 0.1mm∼0.5mm인 평탄한 양극 내저면과,
상기 양극 내벽면 및 상기 양극 선단면의 경계에서 둘레 방향에 형성되어, 양극 중심축으로부터 직경 방향 외방으로 이간한 환상 모서리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 쇼트 아크형 방전 램프.In a short arc discharge lamp in which an anode having a concave portion formed on an anode central axis of an anode end face and a cathode are disposed to face the inside of a light emitting tube,
The anode,
An anode inner wall surface recessed inward from the anode front end surface and formed in a circumferential direction;
A flat anode inner bottom surface having a depth of 0.1 mm to 0.5 mm formed on an inner side of the anode front end surface after the anode inner wall surface;
And an annular corner portion formed in a circumferential direction at a boundary between the anode inner wall surface and the anode front end surface and spaced apart from the anode central axis in a radially outward direction.
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