ショートアーク型放電ランプ
【課題】放電ランプの輝度を所望の水準に維持し、かつ、放電ランプの始動を速やかに行うことのできるショートアーク型放電ランプを提供すること。
【解決手段】水銀が封入された発光管の両端に連続する封止管とよりなる管体と、各々先端側が上記発光管の内部に配置され管軸方向に伸びる一対の電極２，３と、上記封止管の内部に配置されたシール用絶縁体と、該シール用絶縁体の先端面に当接して配置され、上記電極２，３に接続された導電ディスク５とを備えるショートアーク型放電ランプにおいて、上記一対の電極間２，３の距離をｄ、上記一方の電極２の先端部から該電極２に固定される導電ディスク５の基端部５１までの距離をＷ１、上記他方の電極３の先端部から該電極３に固定される導電ディスク５の基端部５１までの距離をＷ２としたとき、５２．８ｄ≦Ｗ１＋Ｗ２の関係を満たすことを特徴とするショートアーク型放電ランプである。
【解決手段】水銀が封入された発光管の両端に連続する封止管とよりなる管体と、各々先端側が上記発光管の内部に配置され管軸方向に伸びる一対の電極２，３と、上記封止管の内部に配置されたシール用絶縁体と、該シール用絶縁体の先端面に当接して配置され、上記電極２，３に接続された導電ディスク５とを備えるショートアーク型放電ランプにおいて、上記一対の電極間２，３の距離をｄ、上記一方の電極２の先端部から該電極２に固定される導電ディスク５の基端部５１までの距離をＷ１、上記他方の電極３の先端部から該電極３に固定される導電ディスク５の基端部５１までの距離をＷ２としたとき、５２．８ｄ≦Ｗ１＋Ｗ２の関係を満たすことを特徴とするショートアーク型放電ランプである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショートアーク型放電ランプに係わり、特に、半導体ウェハ、液晶基板、プリント基板、カラーフィルタ等の露光用光源に使用されるショートアーク型放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ等の製造工程においては、中心波長３６５ｎｍの紫外線を放射するショートアーク型放電ランプが使用されている。このような放電ランプにおいては、製造工程におけるスループットを向上させるために、半導体ウェハ等の被処理体への露光を迅速に行うことが要求されていることから、速やかに始動させることが必要とされている。なお、ここで、始動とはショートアーク型放電ランプのランプ電圧値が所定の値で一定になった状態を意味する。
【０００３】
従来、ショートアーク型放電ランプを速やかに始動させるための手段として、例えば、特許文献１に示されているように、発光管内に０．１ｍｇ／ｃｍ３〜１０ｍｇ／ｃｍ３の水銀が封入されたショートアーク型水銀ランプにおいて、キセノンガス等のバッファガスの発光管内における圧力が１〜８気圧となるように封入することが知られている。
【０００４】
一方、被処理体に対する露光を迅速に行うことにより半導体ウェハ等の製造工程におけるスループットを向上させるためには、放電ランプから放射される波長３６５ｎｍの紫外線の放射強度を大きくすることが必要とされる。放電ランプから放射される波長３６５ｎｍの紫外線の放射強度を大きくするためには、例えば、特許文献１に示されているように、発光管内に対向して配置される電極間の距離を２〜１０ｍｍと短めに設定することにより、放電ランプを楕円反射鏡に取り付けて使用する場合に集光効率が低下することを回避することが知られている。
【特許文献１】特開２００３−２５７３６４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のショートアーク型放電ランプにおいては、放電ランプを高輝度にするために一対の電極間の距離を短く設定した場合には、放電ランプを速やかに始動させることができず、被処理体の製造工程におけるスループットが低下するという不具合を生じる。この原因は、一対の電極間の距離が短いと、点灯初期電圧が低くなってランプヘの入力電力が低くなることに伴い、水銀の蒸発速度が遅くなることにあると考えられる。
【０００６】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、発光管内に一対の電極が配置されたショートアーク型放電ランプにおいて、放電ランプの輝度を所望の水準に維持し、かつ、放電ランプの始動を速やかに行うことのできるショートアーク型放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、内部に発光物質として水銀が封入された発光管および該発光管の両端に連続する封止管とよりなる管体と、それぞれ先端側が上記発光管の内部に配置され基端側が上記各封止管の管軸方向に伸びる一対の電極と、上記封止管の内部に配置されたシール用絶縁体と、該シール用絶縁体の先端面に当接して配置され、上記電極に接続された導電ディスクとを備えるショートアーク型放電ランプにおいて、上記一対の電極間の距離をｄ、上記一方の電極の先端部から該電極に固定される導電ディスクの基端部までの距離をＷ１、上記他方の電極の先端部から該電極に固定される導電ディスクの基端部までの距離をＷ２としたとき、５２．８ｄ≦Ｗ１＋Ｗ２の関係を満たすことを特徴とするショートアーク型放電ランプである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明のショートアーク型放電ランプにおいては、一対の電極間の距離をｄ、一方の電極の先端部から該電極に固定される導電ディスクの基端部までの距離をＷ１、他方の電極の先端部から該電極に固定される導電ディスクの基端部までの距離をＷ２としたとき、５２．８ｄ≦Ｗ１＋Ｗ２の関係を満たしているので、一方の電極および他方の電極が、放電ランプの安定点灯時に熱膨張することによって、従来のもの以上に互いに接近する方向に向けて伸びることが期待される。
そのため、請求項１に記載の発明のショートアーク型放電ランプにおいては、放電ランプの始動に要する時間が短くなるように始動時における一対の電極間の距離を従来のものに比べて長くした場合であっても、安定点灯時における一対の電極間の距離を従来のものと同じにすることができる。
従って、請求項１に記載の発明のショートアーク型放電ランプにおいては、放電ランプの安定点灯時に従来のものと同じ水準の輝度を得ることができるものでありながら、放電ランプの始動に要する時間を従来のものと比べて短縮することができるので、被処理体の製造工程におけるスループットが格段に向上するものと期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の一実施形態を図１ないし図５を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係るショートアーク型放電ランプ１００の構成の概略を示す正面図である。
同図に示すように、ショートアーク型放電ランプ（以下、単に「放電ランプ」ともいう）１００は、球状の発光管１Ａと発光管１Ａの両端に連続する一対の封止管部１Ｂ，１Ｂとを備える石英ガラスによって構成された管体１を備えている。発光管１Ａの内部には、陽極２と陰極３とが対向して配置されており、陽極２と陰極３との間の距離ｄは２ｍｍ以上に設定されている。発光管１Ａの内部には０．１ｍｇ／ｍｍ３〜６０ｍｇ／ｍｍ３の水銀が封入されていると共に、発光管１Ａの内部におけるバッフアガスの圧力が、１×１０５〜８×１０５Ｐａとなるようにキセノン等からなる希ガスが封入されている。ここで、Ｄは管体径、Ｌは発光管１Ａの長さ、ｄは始動時の陽極２と陰極３との間の距離である。
【００１０】
一方の電極である陽極２は、陰極３の先端部に対向する平坦な先端部２１と、先端部２１に連続して陽極２の基端側に向けて次第に外径が大きくなるよう傾斜した傾斜部２２とからなる先端側を有していると共に、傾斜部２２の基端側に連続する円柱状部２３と、円柱状部２３の基端側に連続する、円柱状部２３よりも外径の小さい円柱状の内部リード４とによって構成され、管体１の管軸方向に伸びている。内部リード４は、例えば、タングステン等の高融点金属によって構成され、例えば、嵌め込みによって円柱状部２３の基端側に固定されている。
【００１１】
他方の電極である陰極３は、陽極２の先端部２１に対向する先端部３１と、先端部３１から遠ざかるにつれて外径が大きくなる錐状部３２と、錐状部３２の基端側に連続する円柱状部３３と、円柱状部３３の基端側に連続する、円柱状部３３よりも外径の小さい円柱状部の内部リード４とによって構成され、管体１の管軸方向に伸びている。内部リード４は、例えば、タングステン等の高融点金属によって構成され、例えば、嵌め込みによって円柱状部３３の基端側に固定されている。
【００１２】
図２は、図１に示したショートアーク型放電ランプ１００の電極および封止管の一部を拡大して示した拡大図である。
同図に示すように、内部リード４の基端部４１には、モリブデン等の高融点金属からなり、その中心位置に開口が形成された円板状の導電ディスク５が固定されている。各内部リード４は、各内部リード４の基端部４１が導電ディスク５を貫通して導電ディスク５の基端部５１から封止管１Ｂの外端部に向けて伸び出た状態で、その外周面が導電ディスク５の開口縁に溶接されることによって導電ディスク５に対して接続されている。
【００１３】
また、内部リード４は、石英ガラスによって構成された保持用筒体６によって支持されている。導電ディスク５の基端部５１は、石英ガラスによって構成されたシール用絶縁体７の先端面に当接している。モリブデン等の金属によって構成された金属箔８は、シール用絶縁体７の外周囲において互いに離間して管体１の管軸に沿って平行に配設されており、その一端が導電ディスク５に電気的に接続されていると共に、その他端がモリブデン等の金属によって構成され、シール用絶縁体７の基端部に当接する導電ディスク９に電気的に接続されている。外部リード１０は、導電ディスク９を貫通して導電ディスク９と電気的に接続され、先端部がシール用絶縁体７の有底穴に嵌め込まれると共に、基端部が封止管１Ｂの外端面から外方に伸び出ている。外部リード１０は石英ガラスによって構成された保持用筒体１１によって支持されている。
【００１４】
封止管１Ｂにおいては、封止管１Ｂの内面とシール用絶縁体７の外周面との間に複数の、例えば、６枚の金属箔８が介在している状態で、封止管１Ｂの内面とシール用絶縁体７の外周面とがシュリンクシールされることによって気密に封止されている。複数の金属箔８を用いるのは、金属箔８が溶断することを防止するために、陽極２と陰極３の間に供給する大電流を分流するためである。外部リード１０，１０には電気的に接続された不図示の給電装置から陽極２と陰極３との間に直流電圧が印加される。
【００１５】
図３は、本実施形態に係るショートアーク型放電ランプ１００の始動時と動作時における、陽極２および陽極２に固定された内部リード４と陰極３および陰極３に固定された内部リード４との構成を示す図、図４は従来技術に係るショートアーク型放電ランプの始動時と動作時における、陽極２’および陽極２’に固定された内部リード４’と陰極３’および陰極３’に固定された内部リード４’との構成を示す図である。
【００１６】
本実施形態に係るショートアーク型放電ランプ１００によれば、図３に示すように、放電ランプ１００の始動時における陽極２の先端部２１と陰極３の先端部３１との間の距離（以下、単に「極間距離」ともいう）をｄとし、陽極２の先端部２１から陽極２の内部リード４に固定された導電ディスク５の基端部５１までの距離をＷ１とし、陰極３の先端部３１から陰極３の内部リード４に固定された導電ディスク５の基端部５１までの距離をＷ２としたとき、以下の関係を満たすことを特徴としている。
５２．８ｄ≦Ｗ１＋Ｗ２
【００１７】
本実施形態に係るショートアーク型放電ランプによれば、定格電力が１５００Ｗ以上のものであって、上記の関係を満たすことにより、放電ランプの輝度が従来のものと同程度でありながら、放電ランプの始動に要する時間を短縮することができる。その理由は、次のように考えられる。
【００１８】
以下においては、図３に示す本発明の放電ランプの安定点灯時における陽極２の先端部２１と陰極３の先端部３１の間の距離（以下、単に「極間距離」ともいう）ｄｘは、図４に示す従来の放電ランプの安定点灯時における陽極２’の先端部２１’と陰極３’の先端部３１’との間の距離（以下、単に「極間距離」ともいう）ｄｘ’に等しいという前提で説明をする。
上記のショートアーク型放電ランプにおいては、距離Ｗ１と距離Ｗ２との総和Ｗ１＋Ｗ２が電極２，３間の距離ｄに比して５２．６倍以上も大きくなるように、特に、内部リード４，４の全長を従来よりも長くする。このように構成することにより、ランプ安定点灯時においては、陽極２に固定されている内部リード４と陰極３に固定されている内部リード４とが、それぞれ管体１の管軸方向に沿って互いに接近する方向に向けて大きく熱膨張することになる。そのため、本発明のランプにおける始動時の極間距離ｄを、従来技術のランプにおける始動時の極間距離ｄ’に比べて長くした場合であっても、本発明のランプにおける安定点灯時の極間距離ｄｘと従来技術のランプにおける安定点灯時の極間距離ｄｘ’とが等しくなる。
【００１９】
ここで、本発明のランプにおける始動時の極間距離ｄと、放電ランプの始動に要する時間との関係について以下に補足説明する。安定点灯中のショートアーク型放電ランプのランプ電圧は、アーク中の放電ガス濃度と極間距離ｄｘによって決定される。水銀、その他金属封入ランプの場合は、始動時においては金属成分が蒸発していないため、アーク中の放電ガス濃度が低く、ランプ電圧は安定点灯時より低い値となる。始動時のショートアーク型放電ランプにおいては、ランプ電庄が低いため、これに初期電流を掛けたランプ電力が低くなり、水銀、その他金属成分を蒸発させる力が低くなる。始動時のショートアーク型放電ランプにおいては、極間距離以外の全ての要素が共通する場合には、始動時の極間距離ｄを長くすることにより、ランプ電圧が高くなり、これは伴って、ランプ電圧に初期電流を掛けたものであるランプ電力も高くなる。ランプ電力が大きくなると、電極の発熱量が多くなるために、水銀が速やかに蒸発するようになり、ショートアーク型放電ランプの立ち上がりが速くなる。以上から、ショートアーク型放電ランプにおいては、始動時の極間距離ｄを長くすることにより、水銀が速やかに蒸発して立ち上がりが速くなるため、始動に要する時間を短縮することができる。
従って、本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、Ｗ１＋Ｗ２が上記の関係を満たしているので、始動時の極間距離ｄを長くした場合であっても、従来技術のランプと同じ水準の輝度が得られるものでありながら、始動に要する時間を短縮することができる。これに関しては後述の実験結果によって実証されている。
【００２０】
一方、図４に示すように、従来のショートアーク型放電ランプにおいては、陽極２’に固定されている内部リード４’および陰極３’に固定されている内部リード４’の全長が本発明のものより短く、本発明の関係を満たしていないために、ランプ安定点灯時に、陰極２’側の内部リード４’と陰極３’側の内部リード４’が互いに接近する方向に向けて熱膨張する量が小さくなるので、始動時の極間距離ｄ’を長くした場合には、安定点灯時の極間距離を十分短くすることができない。その結果として、始動に要する時間を短縮した場合には、ショートアーク型放電ランプから放射される光の輝度を十分に得ることができない。
【００２１】
図５は、本発明の効果を確認するために行った実験結果を示す表である。
図５（ａ）は、実施例１として、管径１００ｍｍ、封入された水銀量５０ｍｇ／ｃｍ３、定格電力５０００Ｗであって、始動時の電極間距離ｄを３．８ｍｍ（従来品１）、４．０ｍｍ（発明品１）と異ならせると共に、Ｗ１＋Ｗ２を１９１ｍｍ（従来品１）、２１１ｍｍ（発明品１）と異ならせたショートアーク型放電ランプにおける、平均輝度、立ち上がり時間比、および総合判定の結果を示す表である。実施例１においては、従来品１における立ち上がり時間を１としたときの立ち上がり時間比を示す。
図５（ｂ）は、実施例２として、管径８０ｍｍ、封入された水銀量５０ｍｇ／ｃｍ３、定格電力３５００Ｗであって、始動時の電極間距離ｄを３．０ｍｍ（従来品２）、３．４ｍｍ（従来品３）、３．５ｍｍ（発明品２）、３．８ｍｍ（発明品３）と異ならせると共に、Ｗ１＋Ｗ２を１２７ｍｍ（従来品２）、１７０ｍｍ（従来品３）、１８４ｍｍ（発明品２）、２２０ｍｍ（発明品３）と異ならせたショートアーク型放電ランプにおける、平均輝度、立ち上がり時間比、および総合判定の結果を示す表である。実施例２においては、従来品３における立ち上がり時間を１としたときの立ち上がり時間比を示す。
図５（ｃ）は、実施例３として、管径６２ｍｍ、封入された水銀量５０ｍｇ／ｃｍ３、定格電力２０００Ｗであって、始動時の電極間距離ｄを２．２ｍｍ（従来品４）、２．４ｍｍ（発明品４）、３．０ｍｍ（発明品５）と異ならせると共に、Ｗ１＋Ｗ２を１０９ｍｍ（従来品４）、１３２ｍｍ（発明品４）、２２０ｍｍ（発明品５）と異ならせたショートアーク型放電ランプにおける、平均輝度、立ち上がり時間比、および総合判定の結果を示す表である。実施例３においては、従来品４における立ち上がり時間を１としたときの立ち上がり時間比を示す。
なお、図５（ａ）〜（ｃ）の実施例１〜３は、従来品１〜４、発明品１〜５の平均輝度が全て同じとなるようにしている。
【００２２】
同図において、平均輝度とは、動作極を一辺とする正方形の面積をＳとし、面積Ｓ中の光放射強度をＩとした時、Ｉ／Ｓにより定義される。光放射強度Ｉはランプを陰極または陽極が上方に位置するように点灯させ、アーク中心に対して水平方向に放射される光をレンズ等で結像して測定する。また、立ち上がり時間とは、起動器より電極間に高電圧を印加した時点から定格電圧の８０％に到達する時間である。
【００２３】
図５（ａ）の実施例１によれば、従来品１の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ１＝５０．３における立ち上がり時間を１とした時、発明品１の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ＝５２．８における立ち上がり時間が０．８２となり、従来品１に比べて発明品１においては、平均輝度が同一でありながら、立ち上がり時間を短縮することができた。
【００２４】
図５（ｂ）の実施例２によれば、従来品３の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ＝５０．０における立ち上がり時間を１とした時、従来品２の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ＝４２．３における立ち上がり時間が１．０６、発明品２の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ１＝５２．６における立ち上がり時間が０．９１、発明品３の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ１＝５７．９における立ち上がり時間が０．８６となり、従来品２、３に比べて発明品２、３においては、平均輝度が同一でありながら、立ち上がり時間を短縮することができた。
【００２５】
図５（ｃ）の実施例３によれば、従来品４の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ＝４９．５における立ち上がり時間を１とした時、発明品４の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ＝５５．０における立ち上がり時間が０．９３、発明品５の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ＝７３．３における立ち上がり時間が０．７６となり、従来品４に比べて発明品４，５においては、平均輝度が同一でありながら、立ち上がり時間を短縮することができた。
【００２６】
上記の実施例１〜３の結果を勘案すると、５２．６ｄ≦Ｗ１＋Ｗ２の関係を満たすことが望ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るショートアーク型放電ランプ１００の構成の概略を示す正面図である。
【図２】図１に示したショートアーク型放電ランプ１００の電極および封止管の一部を拡大して示した拡大図である。
【図３】本発明に係るショートアーク型放電ランプ１００の始動時と動作時における、陽極２および陽極２に固定された内部リード４と陰極３および陰極３に固定された内部リード４との構成を示す図である。
【図４】従来技術に係るショートアーク型放電ランプの始動時と動作時における、陽極２’および陽極２’に固定された内部リード４’と陰極３’および陰極３’に固定された内部リード４’との構成を示す図である。
【図５】本発明の効果を確認するために行った実験結果を示す表である。
【符号の説明】
【００２８】
１００ ショートアーク型放電ランプ
１ 管体
１Ａ 発光管
１Ｂ 封止管
２ 陽極
２１ 先端部
２２ 傾斜部
２３ 円柱状部
３ 陰極
３１ 先端部
３２ 錐状部
３３ 円柱状部
４ 内部リード
４１ 基端部
５ 導電ディスク
５１ 基端部
６ 保持用筒体
７ シール用絶縁体
８ 金属箔
９ 導電ディスク
１０ 外部リード
１１ 保持用筒体
Ｄ 管体径
Ｌ 発光管長
ｄ 始動時の陽極２と陰極３間の距離
ｄｘ 安定点灯時の陽極２と陰極３間の距離
Ｗ１ 陽極２の軸方向の長さと内部リード４の軸方向の長さとの和
Ｗ２ 陰極３の軸方向の長さと内部リード４の軸方向の長さとの和
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショートアーク型放電ランプに係わり、特に、半導体ウェハ、液晶基板、プリント基板、カラーフィルタ等の露光用光源に使用されるショートアーク型放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ等の製造工程においては、中心波長３６５ｎｍの紫外線を放射するショートアーク型放電ランプが使用されている。このような放電ランプにおいては、製造工程におけるスループットを向上させるために、半導体ウェハ等の被処理体への露光を迅速に行うことが要求されていることから、速やかに始動させることが必要とされている。なお、ここで、始動とはショートアーク型放電ランプのランプ電圧値が所定の値で一定になった状態を意味する。
【０００３】
従来、ショートアーク型放電ランプを速やかに始動させるための手段として、例えば、特許文献１に示されているように、発光管内に０．１ｍｇ／ｃｍ３〜１０ｍｇ／ｃｍ３の水銀が封入されたショートアーク型水銀ランプにおいて、キセノンガス等のバッファガスの発光管内における圧力が１〜８気圧となるように封入することが知られている。
【０００４】
一方、被処理体に対する露光を迅速に行うことにより半導体ウェハ等の製造工程におけるスループットを向上させるためには、放電ランプから放射される波長３６５ｎｍの紫外線の放射強度を大きくすることが必要とされる。放電ランプから放射される波長３６５ｎｍの紫外線の放射強度を大きくするためには、例えば、特許文献１に示されているように、発光管内に対向して配置される電極間の距離を２〜１０ｍｍと短めに設定することにより、放電ランプを楕円反射鏡に取り付けて使用する場合に集光効率が低下することを回避することが知られている。
【特許文献１】特開２００３−２５７３６４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のショートアーク型放電ランプにおいては、放電ランプを高輝度にするために一対の電極間の距離を短く設定した場合には、放電ランプを速やかに始動させることができず、被処理体の製造工程におけるスループットが低下するという不具合を生じる。この原因は、一対の電極間の距離が短いと、点灯初期電圧が低くなってランプヘの入力電力が低くなることに伴い、水銀の蒸発速度が遅くなることにあると考えられる。
【０００６】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、発光管内に一対の電極が配置されたショートアーク型放電ランプにおいて、放電ランプの輝度を所望の水準に維持し、かつ、放電ランプの始動を速やかに行うことのできるショートアーク型放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、内部に発光物質として水銀が封入された発光管および該発光管の両端に連続する封止管とよりなる管体と、それぞれ先端側が上記発光管の内部に配置され基端側が上記各封止管の管軸方向に伸びる一対の電極と、上記封止管の内部に配置されたシール用絶縁体と、該シール用絶縁体の先端面に当接して配置され、上記電極に接続された導電ディスクとを備えるショートアーク型放電ランプにおいて、上記一対の電極間の距離をｄ、上記一方の電極の先端部から該電極に固定される導電ディスクの基端部までの距離をＷ１、上記他方の電極の先端部から該電極に固定される導電ディスクの基端部までの距離をＷ２としたとき、５２．８ｄ≦Ｗ１＋Ｗ２の関係を満たすことを特徴とするショートアーク型放電ランプである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明のショートアーク型放電ランプにおいては、一対の電極間の距離をｄ、一方の電極の先端部から該電極に固定される導電ディスクの基端部までの距離をＷ１、他方の電極の先端部から該電極に固定される導電ディスクの基端部までの距離をＷ２としたとき、５２．８ｄ≦Ｗ１＋Ｗ２の関係を満たしているので、一方の電極および他方の電極が、放電ランプの安定点灯時に熱膨張することによって、従来のもの以上に互いに接近する方向に向けて伸びることが期待される。
そのため、請求項１に記載の発明のショートアーク型放電ランプにおいては、放電ランプの始動に要する時間が短くなるように始動時における一対の電極間の距離を従来のものに比べて長くした場合であっても、安定点灯時における一対の電極間の距離を従来のものと同じにすることができる。
従って、請求項１に記載の発明のショートアーク型放電ランプにおいては、放電ランプの安定点灯時に従来のものと同じ水準の輝度を得ることができるものでありながら、放電ランプの始動に要する時間を従来のものと比べて短縮することができるので、被処理体の製造工程におけるスループットが格段に向上するものと期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の一実施形態を図１ないし図５を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係るショートアーク型放電ランプ１００の構成の概略を示す正面図である。
同図に示すように、ショートアーク型放電ランプ（以下、単に「放電ランプ」ともいう）１００は、球状の発光管１Ａと発光管１Ａの両端に連続する一対の封止管部１Ｂ，１Ｂとを備える石英ガラスによって構成された管体１を備えている。発光管１Ａの内部には、陽極２と陰極３とが対向して配置されており、陽極２と陰極３との間の距離ｄは２ｍｍ以上に設定されている。発光管１Ａの内部には０．１ｍｇ／ｍｍ３〜６０ｍｇ／ｍｍ３の水銀が封入されていると共に、発光管１Ａの内部におけるバッフアガスの圧力が、１×１０５〜８×１０５Ｐａとなるようにキセノン等からなる希ガスが封入されている。ここで、Ｄは管体径、Ｌは発光管１Ａの長さ、ｄは始動時の陽極２と陰極３との間の距離である。
【００１０】
一方の電極である陽極２は、陰極３の先端部に対向する平坦な先端部２１と、先端部２１に連続して陽極２の基端側に向けて次第に外径が大きくなるよう傾斜した傾斜部２２とからなる先端側を有していると共に、傾斜部２２の基端側に連続する円柱状部２３と、円柱状部２３の基端側に連続する、円柱状部２３よりも外径の小さい円柱状の内部リード４とによって構成され、管体１の管軸方向に伸びている。内部リード４は、例えば、タングステン等の高融点金属によって構成され、例えば、嵌め込みによって円柱状部２３の基端側に固定されている。
【００１１】
他方の電極である陰極３は、陽極２の先端部２１に対向する先端部３１と、先端部３１から遠ざかるにつれて外径が大きくなる錐状部３２と、錐状部３２の基端側に連続する円柱状部３３と、円柱状部３３の基端側に連続する、円柱状部３３よりも外径の小さい円柱状部の内部リード４とによって構成され、管体１の管軸方向に伸びている。内部リード４は、例えば、タングステン等の高融点金属によって構成され、例えば、嵌め込みによって円柱状部３３の基端側に固定されている。
【００１２】
図２は、図１に示したショートアーク型放電ランプ１００の電極および封止管の一部を拡大して示した拡大図である。
同図に示すように、内部リード４の基端部４１には、モリブデン等の高融点金属からなり、その中心位置に開口が形成された円板状の導電ディスク５が固定されている。各内部リード４は、各内部リード４の基端部４１が導電ディスク５を貫通して導電ディスク５の基端部５１から封止管１Ｂの外端部に向けて伸び出た状態で、その外周面が導電ディスク５の開口縁に溶接されることによって導電ディスク５に対して接続されている。
【００１３】
また、内部リード４は、石英ガラスによって構成された保持用筒体６によって支持されている。導電ディスク５の基端部５１は、石英ガラスによって構成されたシール用絶縁体７の先端面に当接している。モリブデン等の金属によって構成された金属箔８は、シール用絶縁体７の外周囲において互いに離間して管体１の管軸に沿って平行に配設されており、その一端が導電ディスク５に電気的に接続されていると共に、その他端がモリブデン等の金属によって構成され、シール用絶縁体７の基端部に当接する導電ディスク９に電気的に接続されている。外部リード１０は、導電ディスク９を貫通して導電ディスク９と電気的に接続され、先端部がシール用絶縁体７の有底穴に嵌め込まれると共に、基端部が封止管１Ｂの外端面から外方に伸び出ている。外部リード１０は石英ガラスによって構成された保持用筒体１１によって支持されている。
【００１４】
封止管１Ｂにおいては、封止管１Ｂの内面とシール用絶縁体７の外周面との間に複数の、例えば、６枚の金属箔８が介在している状態で、封止管１Ｂの内面とシール用絶縁体７の外周面とがシュリンクシールされることによって気密に封止されている。複数の金属箔８を用いるのは、金属箔８が溶断することを防止するために、陽極２と陰極３の間に供給する大電流を分流するためである。外部リード１０，１０には電気的に接続された不図示の給電装置から陽極２と陰極３との間に直流電圧が印加される。
【００１５】
図３は、本実施形態に係るショートアーク型放電ランプ１００の始動時と動作時における、陽極２および陽極２に固定された内部リード４と陰極３および陰極３に固定された内部リード４との構成を示す図、図４は従来技術に係るショートアーク型放電ランプの始動時と動作時における、陽極２’および陽極２’に固定された内部リード４’と陰極３’および陰極３’に固定された内部リード４’との構成を示す図である。
【００１６】
本実施形態に係るショートアーク型放電ランプ１００によれば、図３に示すように、放電ランプ１００の始動時における陽極２の先端部２１と陰極３の先端部３１との間の距離（以下、単に「極間距離」ともいう）をｄとし、陽極２の先端部２１から陽極２の内部リード４に固定された導電ディスク５の基端部５１までの距離をＷ１とし、陰極３の先端部３１から陰極３の内部リード４に固定された導電ディスク５の基端部５１までの距離をＷ２としたとき、以下の関係を満たすことを特徴としている。
５２．８ｄ≦Ｗ１＋Ｗ２
【００１７】
本実施形態に係るショートアーク型放電ランプによれば、定格電力が１５００Ｗ以上のものであって、上記の関係を満たすことにより、放電ランプの輝度が従来のものと同程度でありながら、放電ランプの始動に要する時間を短縮することができる。その理由は、次のように考えられる。
【００１８】
以下においては、図３に示す本発明の放電ランプの安定点灯時における陽極２の先端部２１と陰極３の先端部３１の間の距離（以下、単に「極間距離」ともいう）ｄｘは、図４に示す従来の放電ランプの安定点灯時における陽極２’の先端部２１’と陰極３’の先端部３１’との間の距離（以下、単に「極間距離」ともいう）ｄｘ’に等しいという前提で説明をする。
上記のショートアーク型放電ランプにおいては、距離Ｗ１と距離Ｗ２との総和Ｗ１＋Ｗ２が電極２，３間の距離ｄに比して５２．６倍以上も大きくなるように、特に、内部リード４，４の全長を従来よりも長くする。このように構成することにより、ランプ安定点灯時においては、陽極２に固定されている内部リード４と陰極３に固定されている内部リード４とが、それぞれ管体１の管軸方向に沿って互いに接近する方向に向けて大きく熱膨張することになる。そのため、本発明のランプにおける始動時の極間距離ｄを、従来技術のランプにおける始動時の極間距離ｄ’に比べて長くした場合であっても、本発明のランプにおける安定点灯時の極間距離ｄｘと従来技術のランプにおける安定点灯時の極間距離ｄｘ’とが等しくなる。
【００１９】
ここで、本発明のランプにおける始動時の極間距離ｄと、放電ランプの始動に要する時間との関係について以下に補足説明する。安定点灯中のショートアーク型放電ランプのランプ電圧は、アーク中の放電ガス濃度と極間距離ｄｘによって決定される。水銀、その他金属封入ランプの場合は、始動時においては金属成分が蒸発していないため、アーク中の放電ガス濃度が低く、ランプ電圧は安定点灯時より低い値となる。始動時のショートアーク型放電ランプにおいては、ランプ電庄が低いため、これに初期電流を掛けたランプ電力が低くなり、水銀、その他金属成分を蒸発させる力が低くなる。始動時のショートアーク型放電ランプにおいては、極間距離以外の全ての要素が共通する場合には、始動時の極間距離ｄを長くすることにより、ランプ電圧が高くなり、これは伴って、ランプ電圧に初期電流を掛けたものであるランプ電力も高くなる。ランプ電力が大きくなると、電極の発熱量が多くなるために、水銀が速やかに蒸発するようになり、ショートアーク型放電ランプの立ち上がりが速くなる。以上から、ショートアーク型放電ランプにおいては、始動時の極間距離ｄを長くすることにより、水銀が速やかに蒸発して立ち上がりが速くなるため、始動に要する時間を短縮することができる。
従って、本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、Ｗ１＋Ｗ２が上記の関係を満たしているので、始動時の極間距離ｄを長くした場合であっても、従来技術のランプと同じ水準の輝度が得られるものでありながら、始動に要する時間を短縮することができる。これに関しては後述の実験結果によって実証されている。
【００２０】
一方、図４に示すように、従来のショートアーク型放電ランプにおいては、陽極２’に固定されている内部リード４’および陰極３’に固定されている内部リード４’の全長が本発明のものより短く、本発明の関係を満たしていないために、ランプ安定点灯時に、陰極２’側の内部リード４’と陰極３’側の内部リード４’が互いに接近する方向に向けて熱膨張する量が小さくなるので、始動時の極間距離ｄ’を長くした場合には、安定点灯時の極間距離を十分短くすることができない。その結果として、始動に要する時間を短縮した場合には、ショートアーク型放電ランプから放射される光の輝度を十分に得ることができない。
【００２１】
図５は、本発明の効果を確認するために行った実験結果を示す表である。
図５（ａ）は、実施例１として、管径１００ｍｍ、封入された水銀量５０ｍｇ／ｃｍ３、定格電力５０００Ｗであって、始動時の電極間距離ｄを３．８ｍｍ（従来品１）、４．０ｍｍ（発明品１）と異ならせると共に、Ｗ１＋Ｗ２を１９１ｍｍ（従来品１）、２１１ｍｍ（発明品１）と異ならせたショートアーク型放電ランプにおける、平均輝度、立ち上がり時間比、および総合判定の結果を示す表である。実施例１においては、従来品１における立ち上がり時間を１としたときの立ち上がり時間比を示す。
図５（ｂ）は、実施例２として、管径８０ｍｍ、封入された水銀量５０ｍｇ／ｃｍ３、定格電力３５００Ｗであって、始動時の電極間距離ｄを３．０ｍｍ（従来品２）、３．４ｍｍ（従来品３）、３．５ｍｍ（発明品２）、３．８ｍｍ（発明品３）と異ならせると共に、Ｗ１＋Ｗ２を１２７ｍｍ（従来品２）、１７０ｍｍ（従来品３）、１８４ｍｍ（発明品２）、２２０ｍｍ（発明品３）と異ならせたショートアーク型放電ランプにおける、平均輝度、立ち上がり時間比、および総合判定の結果を示す表である。実施例２においては、従来品３における立ち上がり時間を１としたときの立ち上がり時間比を示す。
図５（ｃ）は、実施例３として、管径６２ｍｍ、封入された水銀量５０ｍｇ／ｃｍ３、定格電力２０００Ｗであって、始動時の電極間距離ｄを２．２ｍｍ（従来品４）、２．４ｍｍ（発明品４）、３．０ｍｍ（発明品５）と異ならせると共に、Ｗ１＋Ｗ２を１０９ｍｍ（従来品４）、１３２ｍｍ（発明品４）、２２０ｍｍ（発明品５）と異ならせたショートアーク型放電ランプにおける、平均輝度、立ち上がり時間比、および総合判定の結果を示す表である。実施例３においては、従来品４における立ち上がり時間を１としたときの立ち上がり時間比を示す。
なお、図５（ａ）〜（ｃ）の実施例１〜３は、従来品１〜４、発明品１〜５の平均輝度が全て同じとなるようにしている。
【００２２】
同図において、平均輝度とは、動作極を一辺とする正方形の面積をＳとし、面積Ｓ中の光放射強度をＩとした時、Ｉ／Ｓにより定義される。光放射強度Ｉはランプを陰極または陽極が上方に位置するように点灯させ、アーク中心に対して水平方向に放射される光をレンズ等で結像して測定する。また、立ち上がり時間とは、起動器より電極間に高電圧を印加した時点から定格電圧の８０％に到達する時間である。
【００２３】
図５（ａ）の実施例１によれば、従来品１の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ１＝５０．３における立ち上がり時間を１とした時、発明品１の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ＝５２．８における立ち上がり時間が０．８２となり、従来品１に比べて発明品１においては、平均輝度が同一でありながら、立ち上がり時間を短縮することができた。
【００２４】
図５（ｂ）の実施例２によれば、従来品３の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ＝５０．０における立ち上がり時間を１とした時、従来品２の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ＝４２．３における立ち上がり時間が１．０６、発明品２の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ１＝５２．６における立ち上がり時間が０．９１、発明品３の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ１＝５７．９における立ち上がり時間が０．８６となり、従来品２、３に比べて発明品２、３においては、平均輝度が同一でありながら、立ち上がり時間を短縮することができた。
【００２５】
図５（ｃ）の実施例３によれば、従来品４の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ＝４９．５における立ち上がり時間を１とした時、発明品４の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ＝５５．０における立ち上がり時間が０．９３、発明品５の（Ｗ１＋Ｗ２）／ｄ＝７３．３における立ち上がり時間が０．７６となり、従来品４に比べて発明品４，５においては、平均輝度が同一でありながら、立ち上がり時間を短縮することができた。
【００２６】
上記の実施例１〜３の結果を勘案すると、５２．６ｄ≦Ｗ１＋Ｗ２の関係を満たすことが望ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るショートアーク型放電ランプ１００の構成の概略を示す正面図である。
【図２】図１に示したショートアーク型放電ランプ１００の電極および封止管の一部を拡大して示した拡大図である。
【図３】本発明に係るショートアーク型放電ランプ１００の始動時と動作時における、陽極２および陽極２に固定された内部リード４と陰極３および陰極３に固定された内部リード４との構成を示す図である。
【図４】従来技術に係るショートアーク型放電ランプの始動時と動作時における、陽極２’および陽極２’に固定された内部リード４’と陰極３’および陰極３’に固定された内部リード４’との構成を示す図である。
【図５】本発明の効果を確認するために行った実験結果を示す表である。
【符号の説明】
【００２８】
１００ ショートアーク型放電ランプ
１ 管体
１Ａ 発光管
１Ｂ 封止管
２ 陽極
２１ 先端部
２２ 傾斜部
２３ 円柱状部
３ 陰極
３１ 先端部
３２ 錐状部
３３ 円柱状部
４ 内部リード
４１ 基端部
５ 導電ディスク
５１ 基端部
６ 保持用筒体
７ シール用絶縁体
８ 金属箔
９ 導電ディスク
１０ 外部リード
１１ 保持用筒体
Ｄ 管体径
Ｌ 発光管長
ｄ 始動時の陽極２と陰極３間の距離
ｄｘ 安定点灯時の陽極２と陰極３間の距離
Ｗ１ 陽極２の軸方向の長さと内部リード４の軸方向の長さとの和
Ｗ２ 陰極３の軸方向の長さと内部リード４の軸方向の長さとの和
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に発光物質として水銀が封入された発光管および該発光管の両端に連続する封止管とよりなる管体と、それぞれ先端側が上記発光管の内部に配置され基端側が上記各封止管の管軸方向に伸びる一対の電極と、上記封止管の内部に配置されたシール用絶縁体と、該シール用絶縁体の先端面に当接して配置され、上記電極に接続された導電ディスクとを備えるショートアーク型放電ランプにおいて、
上記一対の電極間の距離をｄ、上記一方の電極の先端部から該電極に固定される導電ディスクの基端部までの距離をＷ１、上記他方の電極の先端部から該電極に固定される導電ディスクの基端部までの距離を距離をＷ２としたとき、５２．８ｄ≦Ｗ１＋Ｗ２の関係を満たすことを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
【請求項１】
内部に発光物質として水銀が封入された発光管および該発光管の両端に連続する封止管とよりなる管体と、それぞれ先端側が上記発光管の内部に配置され基端側が上記各封止管の管軸方向に伸びる一対の電極と、上記封止管の内部に配置されたシール用絶縁体と、該シール用絶縁体の先端面に当接して配置され、上記電極に接続された導電ディスクとを備えるショートアーク型放電ランプにおいて、
上記一対の電極間の距離をｄ、上記一方の電極の先端部から該電極に固定される導電ディスクの基端部までの距離をＷ１、上記他方の電極の先端部から該電極に固定される導電ディスクの基端部までの距離を距離をＷ２としたとき、５２．８ｄ≦Ｗ１＋Ｗ２の関係を満たすことを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２３０９０４（Ｐ２００９−２３０９０４Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７２０１２（Ｐ２００８−７２０１２）
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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