201112303 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於短弧型放電燈，特別是有關：適用於半 導體或液晶的製造領域等的曝光用光源或放映機的背光用 光源的短弧型放電燈。 【先前技術】 Ο 短弧型放電燈，由於被相對向配置於發光管內的一對 電極之前端距離短且靠近點光源，故藉由與光學系的組合 ，作爲「曝光裝置用或放映機的背光用」之光源而利用。 曰本特開平1 0- 1 8 8 8 90號公報揭示習知的短弧型放電 燈。 第7圖中顯示該習知的短弧型放電燈，短弧型放電燈 1的發光管10具備：位於中央且被形成略球狀的發光部 11、和其兩端的封止部12。於發光管10內，將由鎢等所 Ο 構成的陰極21和陽極31如互相面對面般地相對向配置， 且於內部的發光空間S中封入水銀、氙等的發光物質。 被連接設置於上述陰極21及陽極31的電極軸22、32 是經由未圖示的金屬箔而封止在封止部12。 而且近年來，在半導體或液晶面板的製造步驟上所使 用的上述短弧型放電燈，如日本特開2000- 1 8 1 075號公報 所見，爲了省電力化，並非經常以固定的電力來點燈，而 是採用所謂「僅在曝光時以額定電力來點燈（一般性點燈 )，在基板移動等的待機時，以小於前述額定電力之最小 -5- 201112303 限度的電力來點燈（待機點燈）」的點燈方式（以下稱爲 「完全/待機點燈」）。 例如，反覆地在曝光時以額定電力點燈0.1〜10秒， 在待機時以小於額定電力的待機電力點燈〇· 1〜1 〇〇秒。 但是，在「燈的點亮/熄滅時、或上述的完全/待機 點燈時」之輸入電力的變動等時，由於從電弧往陽極流入 的熱流束變化，故陽極溫度變化，且於陽極發生內部應力 〇 此時，如第8(A) 、（B)圖所示，面對電弧的陽極 前端面的中央部50是溫度變化最大的部分，因此熱膨脹 也變大。相對於此，在該中央部50之周邊的環狀部51溫 度變化小於前述中央部5 0，其熱膨脹亦小。 因此，中央部50是由於該熱膨脹，而從其周邊環狀 部51承受壓縮應力，結果從前端面突出而變形。 這樣的突出爲：於額定點燈時即便在陽極前端的溫度 已經穩定後也不會完全地恢復原本的形狀而殘留下來的。 除此之外，特別是在完全/待機點燈時，由於這樣的變形 反覆產生’使突出被累積而肥大化。 於是，成爲放電集中於已肥大化的突出部，使該突出 部異常過熱，電極物質蒸發且附著於發光管內壁，該發光 管內壁完全黑化’而有引起照度快速下降的問題。 〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕 〔專利文獻1〕日本特開平1 0 - 1 8 8 8 9 0號公報 201112303 〔專利文獻2〕日本特開2000-181075號公報 【發明內容】 〔發明所欲解決之課題〕 本發明所欲解決的課題爲：鑑於上述習知技術的問題 點，特別針對採用完全/待機點燈方式的短弧型放電燈， 提供一種具有陽極構造的短弧型放電燈，該陽極構造能緩 〇 和在陽極前端產生的熱應力，防止陽極前端的中央部分變 形，且防止黑化。 〔解決課題之手段〕 爲了解決上述課題，本發明的短弧型放電燈，是於陽 極的前端中央部與其周邊環狀部之間，夾介有由較該陽極 材料的降伏應力更小的金屬所構成的緩衝材。 又，前述前端中央部是由獨立於陽極以外的插入體所 ^ 構成，該插入體是夾介著前述緩衝材而插入形成於陽極前 端面的開口內。 又，前述緩衝材是由金屬箔所構成，且被纏繞於前述 插入體。 又，前述插入體是由環狀的第1插入體、及夾介著緩 衝材而插入該第1插入體的第2插入體所構成。 又，在前述環狀的第1插入體之內周面，具有於陽極 前端面朝半徑方向延伸的龜裂。 又，前述環狀的第1插入體被分割成複數個。 201112303 又，前述開口爲貫通至陽極之後端的貫通孔，前述插 入體是由電極軸所構成，該電極軸被插入於前述貫通孔中 ，且其前端面對著電極的前端面。 又，於前述陽極的前端面設置環狀的開口且形成前述 前端中央部和周邊環狀部，於前述環狀開口內夾介有由燒 結金屬所構成的緩衝材。 又，於前述開口的內表面或前述插入體的外表面之至 少其中一個，形成有前述金屬箔的餘隙槽（clearance groove ) ° 又，前述餘隙槽被形成於周方向上。 又，前述餘隙槽被形成於軸方向上。 〔發明效果〕 根據本發明的短弧型放電燈，因於陽極的前端中央部 與其周邊環狀部之間，夾介有由較該陽極材料的降伏應力 更小的金屬所構成的緩衝材，故特別在完全/待機點燈時 等的期間’即使陽極前端部的溫度變化，由於前端中央部 的熱變形被緩衝材所吸收，故不會產生變形而突出的現象 ，其結果，不會使前端中央部異常過熱，發光管的黑化不 會發生。 而且，即使該緩衝材因熱膨脹而塑性變形，因在前述 插入體與前述開口的至少其中一者上形成有餘隙槽，故成 爲緩衝材的膨脹部分侵入到該餘隙槽內，由於不會從陽極 的前端面突出，且不會使該部分異常過熱，故發光管的黑 -8 - 201112303 化不會發生。 【實施方式】 第1圖爲顯示第1實施例的剖面圖，其中（A)爲裝 入的剖面圖’ （B)爲裝入步驟的說明圖。 圖中’在陽極31的前端面33的中央部分，形成有朝 該前端面開口的開口 34。而且，將「爲獨立於該陽極31 〇 以外的個體，且由與陽極相同材料所構成」的插入體35 成形爲與前述開口 34整合的形狀，且該插入體35是將緩 衝材36夾入其間’藉由敲入等的方式壓入/嵌插於前述 開口 3 4內。 具體而言，於由鎢所構成的陽極31之前端面的開口 34’插入同樣由鎢所構成的插入體35，爲了使該插入體 35容易壓入，將該開口 34及插入體35做成前端略爲尖細 的錐狀爲佳。 ^ 緩衝材36是由：在相同溫度中，降伏應力較該陽極 31及插入體35更小的金屬材料所構成，具體而言，是由 钽、鉬、鈮或鍊等所構成，於該.實施例中爲金屬箔，並被 纏繞於前述插入體35的外周，而與插入體35同時嵌插於 開口 3 4內。 藉由上述方式，當構成陽極31之前端中央部的插入 體35熱膨脹時，該插入體35與夾入於其周邊環狀部之間 的緩衝材36發生高溫蠕變變形，成爲吸收/緩和插入體 3 5之熱膨脹部分的形態，而不會由周邊環狀部承受壓縮應 -9 - 201112303 力。 其結果，構成前端中央部的插入體35不會變形，而 且不會形成局部性的突出部。 因此，即使進行燈的點亮/熄滅、或長時間的完全/ 待機點燈，也可防止陽極前端中央部之局部性的突出，可 抑制陽極材料的蒸發、及因陽極材料的蒸發所產生的照度 降低。 第2圖爲顯示第2實施例的剖面圖，其中（A)爲裝 入的剖面圖，（B)爲裝入步驟的說明圖。 於該實施例中，插入體35是由第1插入體37和第2 插入體38所構成。第1插入體37於中央形成貫通口 40 且整體形成環狀’該第2插入體38是夾介著緩衝材41而 壓入/嵌插於該貫通口 40。 將如上述方式所組成的插入體35，於在外周設置緩衝 材42的狀態下’壓入被形成於陽極31之前端面33的開 口 34。 該第2實施例中之陽極31的開口 34及第1插入體37 的貫通口 40’是與上述第1實施例相同，做成若干的錐狀 。又於該實施例中，緩衝材41、42是由金屬箔所構成， 且分別被纏繞於第2插入體3 8及第1插入體37。 根據該實施例，由於在陽極31的前端中央部與其周 邊環狀部之間夾入有2個緩衝材41、42，故對於「構成前 端中央部之插入體35的熱膨脹」之吸收作用發揮更進一 步作用。 -10- 201112303 第3圖爲顯示第3實施例的剖面圖，其中（A)爲裝 入的剖面圖，（B)爲其重要部分的底面圖。 圖中，於構成插入體35之第1插入體37的中央貫通 口側，形成有外露於陽極31前端面且於半徑方向上呈放 射狀走向的複數龜裂43。 這樣的龜裂43是使用模擬燈具，且藉由面對上述陽 極3 1相對向配置陰極，並於兩電極間在特定條件下放電 〇 而形成。其放電條件如下所述。 於氬氣環境中（latm)，藉由以放電電流20A持續1 秒鐘、以200A持續1秒鐘（0.5Hz)來進行10秒鐘放電 ，而對陽極賦予熱衝擊，促使龜裂（裂紋）產生。 藉由上述的放電，使得內側的第2插入體38成爲更 高溫而向外側膨脹。此時，因外側的第1插入體3 7之溫 度上升不會大於第2插入體38，故其熱膨脹量亦不大。因 此，作爲外側構件的第1插入體37承受周方向的拉伸應 Ο 力’一旦將其應力成爲特定的大小就變得無法完全承受該 應力，且有從內周朝向外周的龜裂發生。 如上述方式所形成的龜裂43爲例如：其間隙爲70μπι 左右。 根據該實施例，將陽極3 1的前端中央部快速地被加 熱時，除了藉由緩衝材41、42對熱應力的吸收作用之外 ’還可緩和往周方向的熱應力，可更確實地避免該中央部 _的變形。 又’因爲龜裂43是如朝向半徑方向延伸般地形成， -11 - 201112303 故不會對在陽極31前端之往半徑方向之熱傳導引起阻礙 〇 第4圖爲顯示第4實施例的剖面圖，其中（A)爲裝 入的剖面圖，（B )爲其重要部分的底面圖。 於該實施例中，將第1插入體3 7朝半徑方向分割成 複數個（於圖中例示4個）區塊37A，將上述區塊組合成 第1插入體37。在此，於各個分割區塊37A的彼此相鄰 接部分形成若干的間隙44，該間隙44相當於上述第3實 施例的龜裂4 3。 根據該實施例，可省略作成龜裂43之繁雜的作業， 且可形成確實地於半徑方向上呈放射狀走向的間隙。 第5圖爲顯示第5實施例的剖面圖，於陽極31的前 端中央部所形成的開口是貫通至其陽極31的後端的貫通 孔45，前端部被形成略錐狀。而且，在已將由金屬箔所構 成的緩衝材36纏繞於電極軸32的錐狀前端部32A的狀態 下，從該貫通孔45的後方端側插入，且將該前端部32 A 壓入陽極31，其前端面是面對著電極31的前端面33。 根據該實施例，因插入體35是由電極軸32所構成’ 故不用擔心前述插入體自陽極31脫離，且成爲：以所謂 「電極軸32朝電極31插入」的一個步驟，同時將前端插 入體插入，以謀求步驟數的減少。 而且，於上述第1圖〜第5圖的實施例中’雖然緩衝 材3 6、41、42是採用金屬箔來說明，卻不僅限於金屬箔 ，也可藉由將鉬粉末等作成膏狀物塗佈於插入體35 (第1 -12- 201112303 圖）、第1插入體37及第2插入體38(第2圖〜第4圖 )、或者電極軸32 (第6圖）上，且將其插入電極32後 ，於真空容器中燒結而形成緩衝材。 第6圖爲顯示第6實施例，其中（A)爲裝入的剖面 圖，（B )爲其底面圖。 於該實施例中，於陽極32的前端面33形成有環狀的 開口 46 ’且於該陽極前端面形成前端中央部和周邊環狀部 〇 。而且’於該環狀開口 46內，塡充粉末的緩衝材料，藉 由將其在真空中燒結而於前述前端中央部與周邊環狀部之 間，形成緩衝材47。 根據該實施例，插入於陽極3 1的前端部之獨立的插 入體並非特意成形，因此不會有其脫離之虞。 爲了比較本發明與習知的陽極，進行關於以實施例1 爲基準之照度維持率的點燈試驗。 實驗中所用的燈爲：封入水銀量30mg/ cc，陽極的 尺寸爲直徑：25mm、全長：40mm、前端面：φ 10mm。 使已形成於該燈之開口 34的直徑（D)產生各種變化 並進行實驗。 •點燈條件與評估 反覆地進行「以輸入電力5kW持續5秒、以3kW持 續50秒」的點燈循環，評估在500小時點燈後之陽極前 端面的突出部的高度：前端突出量（mm )。 又，照度維持率，是以在同樣的點燈條件下之點燈開 始時的波長3 65nm ( i線）的紫外線照度爲基準，計算出 -13- 201112303 5 00小時點燈後的照度維持率。 本發明的燈爲：以3mm、6mm、8mm作爲形成於上述 燈的陽極前端之開口的直徑而評估。 於表1表示上述的實驗結果。 〔表1〕 開口直徑 前端突出量 照度維持率 (mm) (mm) 湘對於初期照度的比)(％) 習知電極 _ 0.94 86 本發明電極① 3 0.72 89 本發明電極② 6 0.41 92 本發明電極③ 8 0.50 92 由表1可得知，5〇〇小時點燈後之陽極前端的突出量 ，雖習知電極爲0.94mm，但本發明的電極則減少爲0.4 1 〜0.7 2mm，其結果，i線的照度維持率從習知電極的86% 獲得大幅改善爲89%〜92%。 如以上說明，由於本發明的短弧型放電燈，於陽極的 前端中央部與其周邊環狀部之間，夾介有由較該陽極材料 的降伏應力更小的金屬所構成的緩衝材，故特別是即使在 採用完全/待機點燈方式時，也不會導致陽極前端的中央 部被加熱而局部性地突出，且達到以下的效果，也就是所 謂可抑制因中央部突出所引發的陽極材料的蒸發、及起因 於「因陽極材料蒸發所引發之發光管的黑化」所導致的照 度降低。 接著’針對本發明的第7實施例進行說明。本實施例 -14- 201112303 是緩衝材爲金屬箱時的應用例。 第9圖爲顯示第7實施例的剖面圖，其4 入的剖面圖’ （B)爲裝入步驟的說明圖。 圖中’於陽極31之前端面33的中央部分 該前端面33開口的開口 34。而且，將「爲獨 31以外的個體’且由與陽極相同材料所構成 35成形爲與前述開口 34整合的形狀，且該插； 〇 緩衝材36夾入其間，藉由敲入等的方式壓入 述開口 34內。 具體而言，是在由鎢所構成的陽極31之 口 34，插入同樣由鎢所構成的插入體35，爲 入體35容易壓入，將該開口 34及插入體35 爲尖細的錐狀爲佳》 緩衝材36是由：在相同的溫度中，降伏 極31及插入體35更小的金屬材料所構成，具 〇 由鉬、鉬、鈮或銶等所構成，於該實施例中爲 被纏繞於前述插入體35的外周，而與插入體： 於開口 3 4內。 而且，在插入體35的外周面被刻設有於 之緩衝材的餘隙槽60。該餘隙槽60可爲逐條 溝，也可爲環繞成螺旋狀的螺旋溝。 藉由上述方式，當構成陽極31之前端中 體35熱膨脹時，該插入體35與夾入於其周邊 的緩衝材36發生高溫蠕變變形，成爲吸收/ :(A)爲裝 ，形成有朝 立於該陽極 」的插入體 、體35是將 /嵌插於前 前端面的開 了使該該插 做成前端略 應力較該陽 體而言，是 金屬箱，並 !5同時嵌插 周方向延伸 獨立的圓周 央部的插入 環狀部之間 緩和插入體 -15- 201112303 35的熱膨脹部分的形態，而不會由前述開口 34之周邊 環狀部33a承受壓縮應力。 其結果，也不會使構成前端中央部的插入體35變 ，且也不會形成局部性的突出部。 又，如第1 0圖顯示，即使緩衝材3 6因熱膨脹而導 塑性變形，由於其膨脹部分侵入插入體3 5之外周面的 隙槽60內而被吸收，故可緩和往軸方向的膨脹，其前 不會從陽極31之前端面33突出。 因此，即使進行燈的點亮/熄滅、或長時間的完全 待機點燈，因爲可防止陽極前端中央部之局部性的突出 抑制陽極材料的蒸發，進而，防止緩衝材從陽極前端面 突出，而可抑制其蒸發，故可大幅地抑制伴隨著上述材 的蒸發所衍生的照度降低。 於上述實施例中，雖於插入體35設置餘隙槽60， 第11圖所示的例子，是於陽極31之開口 34的內表面 設有餘隙槽6 1。 即使於該實施例中，該餘隙槽61與上述第1實施 的餘隙槽60同樣地作用，以該餘隙槽61吸收緩衝材 的熱膨脹而防止從陽極31之前端面33的突出。 於上述第1圖〜第3圖顯示的實施例中，雖然在周 向上形成有緩衝材的餘隙槽60、61，但於第12圖顯示 實施例中’是在插入體3 5的外周面刻設有於軸方向延 的餘隙槽62。 即使於該例中，「緩衝材36的熱膨脹部分侵入前 的 形 致 餘 端 / 而 的 料 但 刻 例 36 方 的 伸 述 -16- 201112303 餘隙槽62內而被吸收，不會有從陽極31之前端面33的 突出」的作用，是與前述實施例中周方向之餘隙槽60' 61 的情況相同。 當然，在該情況中’餘隙槽62亦可形成於開口 3 4側 ，而非插入體3 5側。 而且，雖然上述的餘隙槽60、61、62被記載成：刻 設/形成於插入體35的外表面、或者陽極31之開口 34 〇 的內表面，但亦可分別形成於上述兩處。 又，當成形上述餘隙槽時，在餘隙槽形成於插入體35 之外表面的情況中，例如，可藉由利用車床的切削加工、 或者雷射加工等來形成，當在餘隙槽形成於陽極3 1的開 口 3 4之內表面的情況中，例如，可藉由利用車床的切削 加工等來形成。 而且，餘隙槽的剖面形狀亦可爲三角形、梯形、圓形 的一部分、或上述組合的其中任何一種。 〇 爲了比較本發明的陽極和習知的陽極及比較例的陽極 ，乃針對將基於實施例1的陽極作爲本發明的陽極、和習 知陽極及比較例的陽極，進行了關於前端突出量及照度維 持率的點燈試驗。 實驗中所用的燈爲：封入水銀量30mg/cc，陽極的 尺寸爲直徑：25mm、全長：40mm、前端面的半徑：Φ 8mm 〇 此外，於本發明的陽極及習知申請案（比較例）的陽 極所形成的開口 34的直徑爲Φ 7mm，插入體35的長度爲 -17- 201112303 1 0mm 〇 •陽極 本發明的陽極A爲：於插入體35的外表面形成深度 75 μιη、節距200 μιη的螺旋溝40的電極。（參照第9圖） 比較例的陽極Β爲：在插入體35或開口 34無餘隙槽 的電極。（參照第1圖） 習知例的陽極C爲：無插入體，且一體成形的電極。 (參照第8圖） •點燈條件與評估 反覆地進行「以輸入電力4kW持續6秒、以2kW持 續26秒」的點燈循環，且評估於500小時點燈後之陽極 前端面的突出部的高度：前端突出量（mm)。 又，照度維持率是以在同樣的點燈條件下之點燈開始 時的波長3 65nm ( i線）的紫外線照度爲基準，計算出 5 0 0小時點燈後的照度維持率。 將上述的實驗結果表示於下表2，以及將其照度維持 率顯示於第13圖。 〔表2〕 前端突出量[mm] 照度維持率 本發明陽極A 0.2 96 比較例陽極B 0.41 92 習知例陽極C 0.94 86 -18- 201112303 由表2可得知，500小時點燈後之陽極前端的突出量 :習知例的陽極C爲0.94mm，比較例的陽極B改善爲 0.41mm，而本發明的陽極A則得知有更進一步改善且大 幅地減少爲0.2mm。 其結果，如表2及第1 3圖所示，i線的照度維持率， 雖然比較例之陽極B，是從習知例之陽極C的86%改善爲 S»2%，但本發明的陽極A則更進一步地大幅的改善爲96 〇 %。 如以上說明，由於本發明的短弧型放電燈，其獨立於 陽極以外的插入體，是夾介著「由較該陽極材料的降伏應 力更小的金屬所構成」的緩衝材，而插入形成於前述陽極 之前端中央部的開口內，且在前述陽極之開口的內表面或 插入體的外表面之至少其中一個，形成有緩衝材的餘隙槽 ，故特別是即使在採用完全/待機的點燈方式的情況下， 不會有「陽極前端的中央部被加熱而局部性地突出」的情 〇 形，可抑制因中央部的突出所引起之陽極材料的蒸發、及 因爲陽極材料蒸發致使發光管黑化所引發的照度降低，且 即使被插入於插入體與陽極開口之間的緩衝材熱膨脹，因 爲其膨脹部分侵入餘隙槽內而被吸收，而不會從陽極的前 端面突出，故可達到防止該緩衝材異常過熱而蒸發的效果 【圖式簡單說明】 〔第1圖〕本發明的短弧型放電燈的第1實施例的陽 -19- 201112303 極之前端部的重要部分剖面圖。 〔第2圖〕第2實施例的重要部分剖面圖。 〔第3圖〕第3實施例的重要部分剖面圖。 〔第4圖〕第4實施例的重要部分剖面圖。 〔第5圖〕第5實施例的重要部分剖面圖。 〔第6圖〕第6實施例的重要部分剖面圖。 〔第7圖〕習知技術的整體圖。 〔第8圖〕第7圖的重要部分說明圖。 〔第9圖〕第7實施例之陽極的重要部分剖面圖 〔第1 0圖〕第9圖之前端部的放大剖面圖。 〔第Μ圖〕第8實施例的重要部分剖面圖。 〔第1 2圖〕第9實施例的重要部分剖面圖。 〔第13圖〕顯示本發明之效果的圖表 【主要元件符號說明】 21 :陰極 3 1 :陽極 32 :電極軸 3 3 :陽極前端面 34 :開口 35 :插入體 3 6 :緩衝材 37 :第1插入體 38 :第2插入體 -20- 201112303 41、 43 ： 44 ： 45 ： 46 ： 47 ： 60 ： Ο 61 ·· 62 ： 42 :緩衝材 龜裂 間隙 貫通孔 環狀開口 緩衝材 插入體之周方向的餘隙槽 開口之周方向的餘隙槽 插入體之軸方向的餘隙槽
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