ショートアーク型放電ランプ
【課題】ランプの破裂の危険性をより低減させたショートアーク型放電ランプを提供する。
【解決手段】ショートアーク型放電ランプが、所定距離離隔されて対向する陰極及び陽極と、陰極及び陽極をそれぞれ外部のリード線に接続するための電極芯棒と、中央の膨張部と、両端の管形状部とを備える発光管封体であって、膨張部の内部に陰極及び陽極が配置され、管形状部に封止部が形成されていて封止部に電極芯棒が保持された、発光管封体とを備える。また、封止部が石英円筒体を備え、石英円筒体が、中心に、貫通孔を有し、貫通孔内に電極芯棒を保持し、石英円筒体の外周面が、管形状部に溶着され、さらに、石英円筒体の上端部の角が丸められ、石英円筒体の上端部の外周面が、管形状部に溶着されてなくて管形状部から離れている。
【解決手段】ショートアーク型放電ランプが、所定距離離隔されて対向する陰極及び陽極と、陰極及び陽極をそれぞれ外部のリード線に接続するための電極芯棒と、中央の膨張部と、両端の管形状部とを備える発光管封体であって、膨張部の内部に陰極及び陽極が配置され、管形状部に封止部が形成されていて封止部に電極芯棒が保持された、発光管封体とを備える。また、封止部が石英円筒体を備え、石英円筒体が、中心に、貫通孔を有し、貫通孔内に電極芯棒を保持し、石英円筒体の外周面が、管形状部に溶着され、さらに、石英円筒体の上端部の角が丸められ、石英円筒体の上端部の外周面が、管形状部に溶着されてなくて管形状部から離れている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体露光装置等に用いられるショートアーク型放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ及びセラミックメタルハライドランプのような高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ：High Intensity Discharge Lamp）は、電極間の放電を利用して発光する。このため、白熱電球と比べて、光束が大きく大規模な空間の照明に適し、エネルギー効率が良いといった種々の特徴を備えている。
【０００３】
その特徴から、高輝度放電ランプは、半導体、液晶、プリント基板等の製造工程における露光用光源のような光応用分野の光源のみならず、道路、店舗、工場、ホール、スポーツ施設等の照明、テレビや映画のロケーション照明、自動車や鉄道車両の前照灯としても使用されている。
【０００４】
高輝度放電ランプの多くは、石英管の発光管封体の中央が膨張し、両端が細く絞られていて管形状に形成されている。膨張した中央の内部には陰極及び陽極が対向して配置されており、細く絞られたガラス管内には封止部を介して電極マウントが固定されていて、陰極及び陽極の電極芯棒がそれを経由して外部のリード線に接続されている。
【０００５】
特に、半導体露光装置に用いられる高輝度放電ランプは、露光工程で、長時間にわたり、高照度を維持することや安定したビーム効率を維持することが求められている。このため、高輝度放電ランプは、投入電力が大きく、点灯時の温度と内圧がかなり高くなる。また、ランプを高照度化するための一方法として、水銀や希ガスをより多く封入して紫外域のランプ発光効率が高められている。さらに、電極芯棒を支持する電極マウントを発光管封体に溶着する際に、電極マウントを構成する円筒体の端部と発光管封体との間の一部に間隙が形成されることにより、発光時に、それらの間に熱応力が生じたりクラックが発生したりすることがある。このため、そのような位置からランプが破裂する可能性が高いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３７３３５６号 特許文献１では、一体に形成された第１のシール用ガラス部材を有し、その一体に形成された第１のシール用ガラス部材に、発光管のシール用ガラスと接する縁のある凹部を形成することによって特定の位置に応力が集中することを回避しようとしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１では、従来よりもランプの破裂の危険性が低くなったとはいえ、まだ、そのような危険性をより下げることが要望されている。
【０００８】
そのため、より発光管との密着性が良く、ランプ点灯時の熱応力が緩和されるシール用ガラス部材が要望されている。
【０００９】
また、そのため、強度がより高められたシール用ガラス部材が要望されている。
【００１０】
さらに、放熱性を高めたシール用ガラス部材が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明に係るショートアーク型放電ランプは、所定距離離隔して対向する陰極及び陽極と、該陰極及び陽極のそれぞれに接続された電極芯棒と、中央の膨張部と、両端の管形状部とを備える発光管封体であって、前記膨張部の内部に前記陰極及び陽極が配置され、各管形状部に、第１シール用ガラス部材及び第２シール用ガラス部材を備える封止部が形成されていて該封止部に前記電極芯棒が保持され、第２シール用ガラス部材が、前記電極芯棒と外部の電源に接続されるリード線とを電気的に接続する導電部材を保持する、発光管封体とを備え、前記封止部が第１シール用ガラス部材の石英円筒体を備え、該石英円筒体が、中心に、貫通孔を有し、該貫通孔内に前記電極芯棒を保持し、該石英円筒体の外周面が、前記管形状部に溶着され、さらに、該石英円筒体の上端部の角が丸められ、該石英円筒体の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れていることを特徴とする。
【００１２】
そのショートアーク型放電ランプにおいて、各封止部の前記第１シール用ガラス部材が、少なくとも、前記電極芯棒を保持する第２石英円筒体と該石英円筒体の外周面に密着する第１石英円筒体とを備え、第１石英円筒体の外周面が前記管形状部に溶着され、第１石英円筒体の上端部の角が丸められ、さらに、第１石英円筒体の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れているようにしてもよい。
【００１３】
そのショートアーク型放電ランプにおいて、前記第１石英円筒体が、円筒形状体の第１部分及び第２部分からなり、該第１部分の外周面が前記管形状部の内周面に溶着され、該第２部分の外周面が該第１部分の内周面に溶着され、該第２部分の内周面が、前記第２石英円筒体の外周面に溶着され、前記第１部分の上端部の角が丸められ、さらに、該第１部分の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れているようにしてもよい。
【００１４】
そのショートアーク型水銀ランプにおいて、前記封止部の前記第１シール用ガラス部材が、上端面の中心に頂点を前記リード線側に向けた円錐形の窪みを有し、該窪みが前記貫通孔と連通するようにしてもよい。
【００１５】
そのショートアーク型放電ランプにおいて、前記第１シール用ガラス部材の前記管形状部に溶着した外周面から前記円錐形の窪みを形成する内周面までの距離が、前記上端部から前記貫通孔の入口までの距離の変化に応じた所定の一定の率で変化することができる。
【００１６】
また、本発明に係るショートアーク型放電ランプの製造方法は、所定距離離隔して対向する陰極及び陽極と、該陰極及び陽極のそれぞれに接続された電極芯棒と、中央の膨張部と、両端の管形状部とを備える発光管封体であって、前記膨張部の内部に前記陰極及び陽極が配置され、各管形状部に、第１シール用ガラス部材及び第２シール用ガラス部材を備える封止部が形成されていて該封止部に前記電極芯棒が保持され、第２シール用ガラス部材が、前記電極芯棒と外部の電源に接続されるリード線とを電気的に接続する導電部材を保持する、発光管封体とを備え、前記封止部が第１シール用ガラス部材の石英円筒体を備え、該石英円筒体が、中心に、貫通孔を有し、該貫通孔内に前記電極芯棒を保持し、該石英円筒体の外周面が、前記管形状部に溶着され、さらに、該石英円筒体の上端部の角が丸められ、該石英円筒体の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れている、ショートアーク型放電ランプの製造方法であって、中央に膨張部を有し、両端に開放された管形状部を有する発光管を形成する工程と、前記管形状部に封止部を形成する封止部形成工程とを備え、該封止部形成工程が、石英ガラス管内に前記石英円筒体を挿入して加熱して、前記石英円筒体の外周面を石英ガラス管の内周面に溶着させ、該石英円筒体の端部から突出する前記石英ガラス管の管壁の一部を中心の軸線方向に傾斜させる工程と、前記石英ガラス管を所定の２か所の位置で切断して、一方の位置に、角に丸みを帯び内側に傾斜する上端部を形成する工程と、電極マウントを組み立てる工程と、該電極マウントを前記発光管の開放された管形状部内に封入する工程と、前記管形状部を加熱して該管形状部の内周面を電極マウントの外周面に溶着させる工程と、前記発光管の所定の個所から内部の排気を行うとともに所定の封入物を封入する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来よりもランプの破裂の危険性がより低減されたショートアーク型放電ランプを提供することができる。
【００１８】
本発明によれば、シールガラスと密着性が良く、熱応力が緩和されるシール用ガラス部材を有するショートアーク型放電ランプを提供することができる。
【００１９】
本発明によれば、強度がより高められたシール用ガラス部材を有するショートアーク型放電ランプを提供することができる。
【００２０】
さらに、本発明によれば、放熱部を有するシール用ガラス部材を有するショートアーク型放電ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプの概略構造を示すための簡略化した断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示すショートアーク型水銀ランプの封止部の第１実施形態を簡略化して示す拡大断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１に示すショートアーク型水銀ランプの封止部の第２実施形態を簡略化して示す拡大断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１に示すショートアーク型水銀ランプの封止部の第３実施形態を簡略化して示す拡大断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプの製造方法を説明するための簡略化した工程を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプの製造方法を説明するための簡略化した工程を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプの製造方法を説明するための簡略化した工程を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプの製造方法を説明するための簡略化した工程を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプの製造方法を説明するための簡略化した工程を示す図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプの製造方法を説明するための簡略化した工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面に基づいて本発明に係るショートアーク型放電ランプの一例としてショートアーク型水銀ランプを説明する。なお、全図において、各部材の厚さ、長さ、形状、部材同士の間隔、隙間等は、理解の容易のために、適宜、拡大・縮小・変形・簡略化等をしている。図の説明の際の上下・左右の表現は、その図を鉛直面内に置いた状態でのその図面の面に沿った方向を表すものとする。
【００２３】
［ショートアーク型水銀ランプの概略構造］
図１は、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプ１０の概略構造を示すための簡略化した一部断面図である。ショートアーク型水銀ランプ１０は、膨張した中央部と両端の管状部とを備える。中央部の内部には、陽極２及び陰極３が対向して配置され、両端の管状部には、発光管封体１の内部と外気とを遮断するために封止部７が設けられている。封止部７には電極マウント９が固定されており、電極マウント９には、陽極２及び陰極３に接続された電極芯棒５が接続されている。電極芯棒５を経由して、陽極２及び陰極３が、外部のリード線６に接続されている。陽極２と陰極３との先端部間の距離は、４〜２０ｍｍの範囲内の例えば７ｍｍである。
【００２４】
発光管封体１は、中央部の外径は５０ｍｍから１６０ｍｍの範囲内の例えば９０ｍｍで、両端部間の長さは７０ｍｍから１９０ｍｍの範囲内の例えば１２０ｍｍである。発光管封体１内には、３ｍｇ/ｃｍ3から５０ｍｇ/ｃｍ3の範囲から選択された例えば４０ｍｇ/ｃｍ3の水銀と、キセノン（Xe）、アルゴン（Ar）及びクリプトン（Kr）の中の少なくとも１つの希ガスとが封入されている。希ガスの封入圧は、封入されたガスの種類によっても異なるが、概略０．９×１０2ｋＰａから４．０×１０2ｋＰａの範囲内の例えば３．０×１０2ｋＰａである。ランプ点灯時には、発光管封体１内の圧力は４０×１０2ｋＰａ程度になる。
【００２５】
［封止部の概略構造］
陰極及び陽極の封止部７は同様の構造であるため、以下は、代表的に、陽極側の封止部７について説明する。
【００２６】
図２Ａ乃至図２Ｃは、それぞれ、第１、第２及び第３実施形態に係る陽極側の封止部７ａ，７ｂ，７ｃの構成を示すための簡略化した拡大断面図である。
【００２７】
図２Ａは、第１実施形態に係る封止部７ａの構成を示す。簡略化して説明すると、封止部７ａは、第１シール用ガラス部材の石英円筒体の第１石英ビーズ７０Ａ及び第２石英ビーズ７０Ｂと、第２シール用ガラス部材の石英円柱体８０とを備える。第２石英ビーズ７０Ｂは、電極芯棒５を保持し、第１石英ビーズ７０Ａは、第２石英ビーズ７０Ｂと、発光管封体１の管状部分との間を気密に封じる。石英円柱体８０は、電極芯棒５の端部を支持して外気と発光管封体１との間を遮断するように気密に封じるとともに、この石英円柱体８０と発光管封体１の管状部分との間に配置される複数枚のモリブデン製シール箔を備える（図示せず）。
【００２８】
そのように封止部７ａを構成することによって、第１石英ビーズ７０Ａ、第２石英ビーズ７０Ｂ及び石英円柱体８０は、発光管封体１内のガス雰囲気と外気とを遮断する。
【００２９】
封止部７ａの構成をより詳細に説明すると、第１石英ビーズ７０Ａは、短長の円筒形状に形成されていて、外周面が発光管封体１の管状部分の内面に溶着されている。第１石英ビーズ７０Ａの外周面と溶着している発光管封体１の管状部分の内径１ｄは約２２ｍｍであり、第１石英ビーズ７０Ａの内径７０Ａｄは、約１９ｍｍである。
【００３０】
第１石英ビーズ７０Ａの内面には、円筒形状の第２石英ビーズ７０Ｂの外周面が溶着されている。第２石英ビーズ７０Ｂの中心には軸線に沿って貫通孔５ｂｎが形成されており、その孔には、緩衝用モリブデンシートが巻回された電極芯棒５が挿入されて固定されている。孔５ｂｎの内径５ｂｄは、約６．８ｍｍで、電極芯棒５の外径５ｄは約６．０ｍｍで、また、第１石英ビーズ７０Ａの底面の外径７ｄの外径は、約１９ｍｍである。また、第１石英ビーズ７０Ａ及び第２石英ビーズ７０Ｂのそれぞれの高さ７０Ａｈ，７０Ｂｈはそれぞれ、約３０ｍｍ及び２５ｍｍである。
【００３１】
第１石英ビーズ７０Ａは、酸化チタン（TiO2）がドープされたオゾンレス石英から作ることができ、その場合には、熱伝導性の向上を図ることができる。石英円柱体８０は、水酸基（ＯＨ基）の含有量が５０ｐｐｍ以下であり、それにより、点灯時に、電極芯棒から伝達する熱によって石英ガラスから不純ガスが放出することを抑制することができる。
【００３２】
また、図２Ａに示すように、第１石英ビーズ７０Ａの上端部７０Ａｔは、角が丸められていて、さらに、その外周面が、発光管封体１の管状部分に溶着されずにそこから離れている。それにより、その上端部は放熱フィンとして機能することができる。その上端部７０Ａｔの製造方法は後述する。
【００３３】
図２Ｂは、第２実施形態に係る封止部７ｂの構成を示す。封止部７ｂは、図２Ａの封止部７ａと異なり、第１石英ビーズ７０Ａに相当するものが、２つの第１石英ビーズ７０Ａａ，７０Ａｂから構成されており、図２Ａの第２石英ビーズ７０Ｂに相当する第２石英ビーズ７１Ｂが電極芯棒５を保持する。第１石英ビーズ７０Ａａ，７０Ａｂは、第２石英ビーズ７１Ｂと発光管封体１の管状部分との間を気密に封じる。
【００３４】
石英円柱体８０は、図２Ａの第１実施形態と同様に、電極芯棒５の端部を支持して外気と発光管封体１との間を遮断するように気密に封じるとともに、この石英円柱体８０と発光管封体１の管状部分との間に配置される導電部材のモリブデン箔を保持する（図示せず）。
【００３５】
そのように封止部７ｂを構成することによって、第１石英ビーズ７０Ａａ，７０Ａｂ、第２石英ビーズ７１Ｂ及び石英円柱体８０は、発光管封体１内のガス雰囲気と外気とを遮断する。
【００３６】
外側の第１石英ビーズ７０Ａａは、短長の円筒形状に形成されていて、発光管封体１の管状部分の内面に溶着されている。内側の第１石英ビーズ７０Ａｂは、第１石英ビーズ７０Ａａよりもやや短長の円筒形状に形成されていて、第１石英ビーズ７０Ａａの内面に溶着されている。また、第２石英ビーズ７１Ｂは、円柱形状に形成されていて、中心には貫通孔５ｂｎが形成されている。また、第２石英ビーズ７１Ｂは、外周面が第１石英ビーズ７０Ａｂの内面に溶着されており、貫通孔５ｂｎには、緩衝用モリブデンシートが巻回された電極芯棒５が挿入されて固定されている。
【００３７】
第１石英ビーズ７０Ａａの外周面が接する発光管封体１の管状部分の内径１ｄは約２２ｍｍであり、第１石英ビーズ７０Ａｂの外径７０Ａｂｄは、約１９ｍｍであり、第２石英ビーズ７１Ｂの外径７０Ａａｂｄは、約１６ｍｍである。また、孔５ｂｎの内径５ｂｄは、６．８ｍｍであり、電極芯棒５の外径５ｄは６．０ｍｍであり、また、第１石英ビーズ７０Ａａ，７０Ａｂ及び第２石英ビーズ７１Ｂの底面の外径７ｄの外径は、１９ｍｍである。これから明らかなように、第１石英ビーズ７０Ａａ，７０Ａｂ及び第２石英ビーズ７１Ｂのそれぞれの厚さは、図２Ａの第１実施形態の場合よりも薄い。また、第１石英ビーズ７０Ａａ，７０Ａｂ及び第２石英ビーズ７１Ｂのそれぞれの高さ７０Ａａｈ，７０Ａｂｈ，７１Ｂｈは、約３０ｍｍ、２５ｍｍ及び２０ｍｍである。
【００３８】
また、第１実施形態と同様に、第１石英ビーズ７０Ａａ，７０Ａｂ及び第２石英ビーズ７１Ｂは、酸化チタン（TiO2）がドープされたオゾンレス石英から作ることができ、その場合には、熱伝導性の向上を図ることができる。石英円柱体８０は、ＯＨ基の含有量が５０ｐｐｍ以下であり、それにより、点灯時に、電極芯棒から伝達する熱によって石英ガラスから不純ガスが放出することを抑制することができる。
【００３９】
図２Ｂに示すように、第１石英ビーズ７０Ａａの上端部７０Ａａｔは、丸められていて、さらに、発光管封体１の管状部分に溶着されてなくてそれから離れている。それにより、その上端部は放熱フィンとして機能することができる。図２Ｂでは、第１石英ビーズ７０Ａｂの上端部は、丸められているが、第１石英ビーズ７０Ａａの上端部７０Ａａｔのようには内側に向かって傾斜していないが、第１石英ビーズ７０Ａｂの上端部も内側に傾斜させて、発光管封体１の管状部分に溶着しないようにしてもよい。
【００４０】
また、第２実施形態によると、第１石英ビーズ７０Ａａは、第１実施形態の第１石英ビーズ７０Ａよりも薄いため、第１実施形態よりも、発光管封体１の管状部分との密着性がより高まり、強度が増加する。
【００４１】
図２Ｃは、第３実施形態に係る封止部７ｃの構成を示す。封止部７ｃは、第１シール用ガラス部材の石英円筒体の第１石英ビーズ７０Ｃと、第２シール用ガラス部材の石英円柱体８０とを備える。第１石英ビーズ７０Ｃは、電極芯棒５を保持するとともに、電極芯棒５と発光管封体１の管状部分との間を気密に封じる。石英円柱体８０は、図２Ａの第１実施形態と同様に、電極芯棒５の端部を支持して外気と発光管封体１との間を遮断するように気密に封じるとともに、この石英円柱体８０と発光管封体１の管状部分との間に配置されるモリブデン製シール箔を保持する（図示せず）。
【００４２】
そのように封止部７ｃを構成することによって、第１石英ビーズ７０Ｃ及び石英円柱体８０は、発光管封体１内のガス雰囲気と外気とを遮断する。
【００４３】
第１石英ビーズ７０Ｃは、短長の円柱形状に形成されており、上端面の中心に、頂点を下に向けた円錐形の窪みが形成されている。また、第１石英ビーズ７０Ｃの中心には貫通孔５ｂｄが形成されていて、その孔は、その円錐形の空間の頂点側の開口と連通する。貫通孔５ｂｄには、緩衝用モリブデンシートが巻回された電極芯棒５が挿入されて固定されている。
【００４４】
第１石英ビーズ７０Ｃの外周面は、発光管封体１の管状部分の内面に溶着されている。第１石英ビーズ７０Ｃの外周面が接する発光管封体１の管状部分の内径１ｄは約２２ｍｍであり、第１石英ビーズ７０Ｃの上端部の内径７０Ｃｄは、約１９ｍｍである。孔５ｂｄの内径５ｂｎは、約６．８ｍｍであり、電極芯棒５の外径５ｄは約６ｍｍであり、第１石英ビーズ７０Ｃの底面の外径７ｄの外径は、約１９ｍｍである。また、第１石英ビーズ７０Ｃの高さ７０Ｃｔ及び貫通孔５ｂｄの長さ７０Ｃｂｈは、それぞれ、約２５ｍｍ及び１５ｍｍである。
【００４５】
第１石英ビーズ７０Ｃは、酸化チタン（TiO2）がドープされたオゾンレス石英から作ることができ、その場合には、熱伝導性の向上を図ることができる。石英円柱体８０は、水酸化物の含有量が１０ｐｐｍ以下であり、それにより、点灯時に、電極芯棒から伝達する熱によって石英ガラスから不純ガスが放出することを抑制することができる。
【００４６】
また、図２Ｃに示すように、第１石英ビーズ７０Ｃの上端部７０Ｃｔは、丸められていて、発光管封体１の管状部分に溶着されずにそれから少し離れている。それにより、その上端部は放熱フィンとして機能することができる。
【００４７】
上記のとおり、第１石英ビーズ７０Ｃの上端面の中心には、頂点を下に向けた円錐形の窪みが形成されている。その空間の存在により、その空間のある第１石英ビーズ７０Ｃの側面の厚さが、上端部から円錐形状の空間の頂点の位置までの間に線形的に変化する。言い換えると、第１石英ビーズ７０Ｃの高さの変化に対する、空間の形成された第１石英ビーズ７０Ｃの部分の厚さの変化は一定である。ランプ点灯時には、発光管封体１内の圧力が約４０気圧程度となる。その際に、発光管封体１の内面が膨張する際に、第１石英ビーズ７０Ｃとの間で引っ張り応力が生じる可能性があるが、第１石英ビーズ７０Ｃの形状によると、その引っ張り応力を緩和することができる。また、第１石英ビーズ７０Ｃと発光管封体１の管状部分との間の特定の個所において熱応力が発生し難い。
【００４８】
［封止部の製造工程］
図３Ａから図３Ｆは、図２Ａに示す封止部７ａの製造方法の概略を説明するための工程図である。
【００４９】
図３Ａの工程では、石英ガラス管７０ｐと第２石英ビーズ７０Ｂとを用意して石英ガラス管７０ｐ内に第２石英ビーズ７０Ｂを挿入する。第２石英ビーズ７０Ｂには、中心軸線に沿って、既に貫通孔５ｂｎが形成されている。石英ガラス管７０ｐは、後の工程において、所定の長さに切断され、バーナで加熱等の加工がされて、第１石英ビーズ７０Ａに加工される。
【００５０】
図３Ｂの工程では、図３Ａの工程で、石英ガラス管７０ｐ内に第２石英ビーズ７０Ｂを挿入した後、それらを軸線を中心に回転しながら、第２石英ビーズ７０Ｂが挿入された部分の石英ガラス管７０ｐを火炎バーナＦで加熱溶融し、石英ガラス管７０ｐと第２石英ビーズ７０Ｂとを溶着させる。このときには、石英ガラス管７０ｐ内の気圧を大気圧以下として、石英ガラス管７０ｐが溶融した際に、その管壁を管内に向けて収縮させて第２石英ビーズ７０Ｂの外周面に密着させる。石英ガラス管７０ｐの第２石英ビーズ７０Ｂがない部分は、第２石英ビーズ７０Ｂよりも内側に曲がり込み（傾斜して）、後述する第１石英ビーズの上端部７０Ａｔが形成される。
【００５１】
次に、図３Ｃに示すように、第２石英ビーズ７０Ｂの一方の端部（図３Ｃに向かって右端）の位置で石英ガラス管７０ｐを切断する。さらに、第２石英ビーズ７０Ｂの反対側の端部（図３Ｃに向かって左端）から少し突出した位置において、石英ガラス管７０ｐを切断する。石英ガラス管７０ｐを少し突出させて残したのは、その部分を、第１石英ビーズ７０Ａの上端部７０Ａｔにするためである。切断は、ファインカッター、ワイヤソー、レーザ等を用いて行うことができる。切断後のものは、図３Ｃに示すように、第２石英ビーズ７０Ｂの外周面に第１石英ビーズ７０Ａが溶着し、第１石英ビーズ７０Ａの上端部７０Ａｔが第１石英ビーズ７０Ａの軸線方向に傾斜している。
【００５２】
図３Ｄの工程では、第２石英ビーズ７０Ｂの一方の端部と一致する側の第１石英ビーズ７０Ａの端部に傾斜面が形成される。その傾斜面により、それを発光管封体１の管状部分内に取り付けたときに、石英ビーズと石英円柱体との間の管状部分を細く絞りこむことができる。
【００５３】
図３Ｅの工程では、電極マウントを組み立てる。組立の概略は次のとおりである。図３Ｄで形成した第１石英ビーズ７０Ａ及び第２石英ビーズ７０Ｂと、第２シール用ガラス部材の石英円筒体等８０，３１とを組み合わせ、それらに電極芯棒５及び外部リード線６を挿通し、電極芯棒５と金属集電円板３４を白金でろう付けし、外部電流導入リード線と接続される外部リード棒６と、複数枚のモリブデン製シール箔３０を介して導入される電流を集電する金属集電板３３とを白金でろう付けする。複数枚のモリブデン製シール箔３０は、金属集電円板３４、及び金属集電板３３と、抵抗溶接などにより電気的に溶接点３２及び３６で溶接される。
【００５４】
図３Ｆの工程では、発光管封体１の一方の端部の開放されているガラス管形状部内に、図３Ｅで組み立てた電極マウント９を挿入する。それから、ガラス管形状部の端部を加熱して封じるとともに発光管封体１内を減圧する。その減圧した状態で、電極マウント９を挿入した位置のガラス管形状部を火炎バーナＦで加熱溶融して、電極マウント９とガラス管形状部とを溶着して封止部７ａを形成する。
【００５５】
次に、不要なガラス管形状部を所定の位置で切断し、ランプのチップ部（図１のチップオフ４の位置にあったもの）に排気管を継ぎ足して、水銀を封入するとともに、少なくともアルゴン、クリプトン、キセノンなどの不活性ガスを単独またはそれらの混合ガスの形で０．９×１０2ｋＰａから４．０×１０2ｋＰａ程度封入する。これにより、封止部７ａを有するランプが完成する。この状態の封止部７ａを図２Ａに示す。
【００５６】
図３Ｆの工程において、封止部７ａを形成するための第１石英ビーズ７０Ａと第２石英ビーズ７０Ｂとは一体ではなくて分離していたものを組み合わせたものである。このため、電極マウント９とガラス管形状部とを火炎バーナで加熱すると、その熱は、ガラス管形状部から第１石英ビーズ７０Ａの全体にすぐに伝わりやすい。その結果、ガラス管形状部とそれに溶着する石英円筒体７０Ａとの密着性が非常に良くなり、その溶着面は熱応力の発生の原因となりにくい。
【００５７】
以上、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプついて説明したが、本発明はそれらの実施形態に拘束されるものではなく、当業者が容易になしえる追加、削除、改変等は、本発明に含まれるものであり、また、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められることを承知されたい。例えば、第１石英ビーズ７０Ａの上端部７０Ａｔを発光管封体１の管状形状部と溶着しないように管内に向かうように傾斜させたが、先端部をやや狭く形成することによって溶着が行われないのであれば、上端部は傾斜させなくてもよい。また、石英ビーズをオゾンレス石英で製造する例を示したが他の適切な材料を用いることを排除するものではない。また、第１石英ビーズ７０Ａと第２石英ビーズ７０Ｂとの材質を異ならせてもよい。さらに、上記の実施形態では、ショートアーク型水銀ランプを例示したが、本発明にはこの他に、陽極と陰極の先端間の距離が数ｍｍないし１０数ｍｍである、ショートアーク型キセノンランプ等、水銀ランプ以外のショートアーク型放電ランプも含まれる。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・発光管封体
２・・・陽極
３・・・陰極
４・・・チップオフ
５・・・電極芯棒
７，７ａ，７ｂ，７ｃ・・・封止部
９・・・電極マウント
１０・・・ショートアーク型水銀ランプ
７０Ａ・・・第１石英ビーズ（第１シール用ガラス部材の一部）
７０Ｂ・・・第２石英ビーズ（第１シール用ガラス部材の一部）
７０Ｃ・・・第１石英ビーズ（第１シール用ガラス部材の一部）
７０Ａｔ，７０Ａａｔ，７０Ｃｔ・・・上端部
５ｂｎ・・・孔
８０・・・石英円柱体（第２シール用ガラス部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体露光装置等に用いられるショートアーク型放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ及びセラミックメタルハライドランプのような高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ：High Intensity Discharge Lamp）は、電極間の放電を利用して発光する。このため、白熱電球と比べて、光束が大きく大規模な空間の照明に適し、エネルギー効率が良いといった種々の特徴を備えている。
【０００３】
その特徴から、高輝度放電ランプは、半導体、液晶、プリント基板等の製造工程における露光用光源のような光応用分野の光源のみならず、道路、店舗、工場、ホール、スポーツ施設等の照明、テレビや映画のロケーション照明、自動車や鉄道車両の前照灯としても使用されている。
【０００４】
高輝度放電ランプの多くは、石英管の発光管封体の中央が膨張し、両端が細く絞られていて管形状に形成されている。膨張した中央の内部には陰極及び陽極が対向して配置されており、細く絞られたガラス管内には封止部を介して電極マウントが固定されていて、陰極及び陽極の電極芯棒がそれを経由して外部のリード線に接続されている。
【０００５】
特に、半導体露光装置に用いられる高輝度放電ランプは、露光工程で、長時間にわたり、高照度を維持することや安定したビーム効率を維持することが求められている。このため、高輝度放電ランプは、投入電力が大きく、点灯時の温度と内圧がかなり高くなる。また、ランプを高照度化するための一方法として、水銀や希ガスをより多く封入して紫外域のランプ発光効率が高められている。さらに、電極芯棒を支持する電極マウントを発光管封体に溶着する際に、電極マウントを構成する円筒体の端部と発光管封体との間の一部に間隙が形成されることにより、発光時に、それらの間に熱応力が生じたりクラックが発生したりすることがある。このため、そのような位置からランプが破裂する可能性が高いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３７３３５６号 特許文献１では、一体に形成された第１のシール用ガラス部材を有し、その一体に形成された第１のシール用ガラス部材に、発光管のシール用ガラスと接する縁のある凹部を形成することによって特定の位置に応力が集中することを回避しようとしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１では、従来よりもランプの破裂の危険性が低くなったとはいえ、まだ、そのような危険性をより下げることが要望されている。
【０００８】
そのため、より発光管との密着性が良く、ランプ点灯時の熱応力が緩和されるシール用ガラス部材が要望されている。
【０００９】
また、そのため、強度がより高められたシール用ガラス部材が要望されている。
【００１０】
さらに、放熱性を高めたシール用ガラス部材が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明に係るショートアーク型放電ランプは、所定距離離隔して対向する陰極及び陽極と、該陰極及び陽極のそれぞれに接続された電極芯棒と、中央の膨張部と、両端の管形状部とを備える発光管封体であって、前記膨張部の内部に前記陰極及び陽極が配置され、各管形状部に、第１シール用ガラス部材及び第２シール用ガラス部材を備える封止部が形成されていて該封止部に前記電極芯棒が保持され、第２シール用ガラス部材が、前記電極芯棒と外部の電源に接続されるリード線とを電気的に接続する導電部材を保持する、発光管封体とを備え、前記封止部が第１シール用ガラス部材の石英円筒体を備え、該石英円筒体が、中心に、貫通孔を有し、該貫通孔内に前記電極芯棒を保持し、該石英円筒体の外周面が、前記管形状部に溶着され、さらに、該石英円筒体の上端部の角が丸められ、該石英円筒体の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れていることを特徴とする。
【００１２】
そのショートアーク型放電ランプにおいて、各封止部の前記第１シール用ガラス部材が、少なくとも、前記電極芯棒を保持する第２石英円筒体と該石英円筒体の外周面に密着する第１石英円筒体とを備え、第１石英円筒体の外周面が前記管形状部に溶着され、第１石英円筒体の上端部の角が丸められ、さらに、第１石英円筒体の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れているようにしてもよい。
【００１３】
そのショートアーク型放電ランプにおいて、前記第１石英円筒体が、円筒形状体の第１部分及び第２部分からなり、該第１部分の外周面が前記管形状部の内周面に溶着され、該第２部分の外周面が該第１部分の内周面に溶着され、該第２部分の内周面が、前記第２石英円筒体の外周面に溶着され、前記第１部分の上端部の角が丸められ、さらに、該第１部分の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れているようにしてもよい。
【００１４】
そのショートアーク型水銀ランプにおいて、前記封止部の前記第１シール用ガラス部材が、上端面の中心に頂点を前記リード線側に向けた円錐形の窪みを有し、該窪みが前記貫通孔と連通するようにしてもよい。
【００１５】
そのショートアーク型放電ランプにおいて、前記第１シール用ガラス部材の前記管形状部に溶着した外周面から前記円錐形の窪みを形成する内周面までの距離が、前記上端部から前記貫通孔の入口までの距離の変化に応じた所定の一定の率で変化することができる。
【００１６】
また、本発明に係るショートアーク型放電ランプの製造方法は、所定距離離隔して対向する陰極及び陽極と、該陰極及び陽極のそれぞれに接続された電極芯棒と、中央の膨張部と、両端の管形状部とを備える発光管封体であって、前記膨張部の内部に前記陰極及び陽極が配置され、各管形状部に、第１シール用ガラス部材及び第２シール用ガラス部材を備える封止部が形成されていて該封止部に前記電極芯棒が保持され、第２シール用ガラス部材が、前記電極芯棒と外部の電源に接続されるリード線とを電気的に接続する導電部材を保持する、発光管封体とを備え、前記封止部が第１シール用ガラス部材の石英円筒体を備え、該石英円筒体が、中心に、貫通孔を有し、該貫通孔内に前記電極芯棒を保持し、該石英円筒体の外周面が、前記管形状部に溶着され、さらに、該石英円筒体の上端部の角が丸められ、該石英円筒体の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れている、ショートアーク型放電ランプの製造方法であって、中央に膨張部を有し、両端に開放された管形状部を有する発光管を形成する工程と、前記管形状部に封止部を形成する封止部形成工程とを備え、該封止部形成工程が、石英ガラス管内に前記石英円筒体を挿入して加熱して、前記石英円筒体の外周面を石英ガラス管の内周面に溶着させ、該石英円筒体の端部から突出する前記石英ガラス管の管壁の一部を中心の軸線方向に傾斜させる工程と、前記石英ガラス管を所定の２か所の位置で切断して、一方の位置に、角に丸みを帯び内側に傾斜する上端部を形成する工程と、電極マウントを組み立てる工程と、該電極マウントを前記発光管の開放された管形状部内に封入する工程と、前記管形状部を加熱して該管形状部の内周面を電極マウントの外周面に溶着させる工程と、前記発光管の所定の個所から内部の排気を行うとともに所定の封入物を封入する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来よりもランプの破裂の危険性がより低減されたショートアーク型放電ランプを提供することができる。
【００１８】
本発明によれば、シールガラスと密着性が良く、熱応力が緩和されるシール用ガラス部材を有するショートアーク型放電ランプを提供することができる。
【００１９】
本発明によれば、強度がより高められたシール用ガラス部材を有するショートアーク型放電ランプを提供することができる。
【００２０】
さらに、本発明によれば、放熱部を有するシール用ガラス部材を有するショートアーク型放電ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプの概略構造を示すための簡略化した断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示すショートアーク型水銀ランプの封止部の第１実施形態を簡略化して示す拡大断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１に示すショートアーク型水銀ランプの封止部の第２実施形態を簡略化して示す拡大断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１に示すショートアーク型水銀ランプの封止部の第３実施形態を簡略化して示す拡大断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプの製造方法を説明するための簡略化した工程を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプの製造方法を説明するための簡略化した工程を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプの製造方法を説明するための簡略化した工程を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプの製造方法を説明するための簡略化した工程を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプの製造方法を説明するための簡略化した工程を示す図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプの製造方法を説明するための簡略化した工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面に基づいて本発明に係るショートアーク型放電ランプの一例としてショートアーク型水銀ランプを説明する。なお、全図において、各部材の厚さ、長さ、形状、部材同士の間隔、隙間等は、理解の容易のために、適宜、拡大・縮小・変形・簡略化等をしている。図の説明の際の上下・左右の表現は、その図を鉛直面内に置いた状態でのその図面の面に沿った方向を表すものとする。
【００２３】
［ショートアーク型水銀ランプの概略構造］
図１は、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプ１０の概略構造を示すための簡略化した一部断面図である。ショートアーク型水銀ランプ１０は、膨張した中央部と両端の管状部とを備える。中央部の内部には、陽極２及び陰極３が対向して配置され、両端の管状部には、発光管封体１の内部と外気とを遮断するために封止部７が設けられている。封止部７には電極マウント９が固定されており、電極マウント９には、陽極２及び陰極３に接続された電極芯棒５が接続されている。電極芯棒５を経由して、陽極２及び陰極３が、外部のリード線６に接続されている。陽極２と陰極３との先端部間の距離は、４〜２０ｍｍの範囲内の例えば７ｍｍである。
【００２４】
発光管封体１は、中央部の外径は５０ｍｍから１６０ｍｍの範囲内の例えば９０ｍｍで、両端部間の長さは７０ｍｍから１９０ｍｍの範囲内の例えば１２０ｍｍである。発光管封体１内には、３ｍｇ/ｃｍ3から５０ｍｇ/ｃｍ3の範囲から選択された例えば４０ｍｇ/ｃｍ3の水銀と、キセノン（Xe）、アルゴン（Ar）及びクリプトン（Kr）の中の少なくとも１つの希ガスとが封入されている。希ガスの封入圧は、封入されたガスの種類によっても異なるが、概略０．９×１０2ｋＰａから４．０×１０2ｋＰａの範囲内の例えば３．０×１０2ｋＰａである。ランプ点灯時には、発光管封体１内の圧力は４０×１０2ｋＰａ程度になる。
【００２５】
［封止部の概略構造］
陰極及び陽極の封止部７は同様の構造であるため、以下は、代表的に、陽極側の封止部７について説明する。
【００２６】
図２Ａ乃至図２Ｃは、それぞれ、第１、第２及び第３実施形態に係る陽極側の封止部７ａ，７ｂ，７ｃの構成を示すための簡略化した拡大断面図である。
【００２７】
図２Ａは、第１実施形態に係る封止部７ａの構成を示す。簡略化して説明すると、封止部７ａは、第１シール用ガラス部材の石英円筒体の第１石英ビーズ７０Ａ及び第２石英ビーズ７０Ｂと、第２シール用ガラス部材の石英円柱体８０とを備える。第２石英ビーズ７０Ｂは、電極芯棒５を保持し、第１石英ビーズ７０Ａは、第２石英ビーズ７０Ｂと、発光管封体１の管状部分との間を気密に封じる。石英円柱体８０は、電極芯棒５の端部を支持して外気と発光管封体１との間を遮断するように気密に封じるとともに、この石英円柱体８０と発光管封体１の管状部分との間に配置される複数枚のモリブデン製シール箔を備える（図示せず）。
【００２８】
そのように封止部７ａを構成することによって、第１石英ビーズ７０Ａ、第２石英ビーズ７０Ｂ及び石英円柱体８０は、発光管封体１内のガス雰囲気と外気とを遮断する。
【００２９】
封止部７ａの構成をより詳細に説明すると、第１石英ビーズ７０Ａは、短長の円筒形状に形成されていて、外周面が発光管封体１の管状部分の内面に溶着されている。第１石英ビーズ７０Ａの外周面と溶着している発光管封体１の管状部分の内径１ｄは約２２ｍｍであり、第１石英ビーズ７０Ａの内径７０Ａｄは、約１９ｍｍである。
【００３０】
第１石英ビーズ７０Ａの内面には、円筒形状の第２石英ビーズ７０Ｂの外周面が溶着されている。第２石英ビーズ７０Ｂの中心には軸線に沿って貫通孔５ｂｎが形成されており、その孔には、緩衝用モリブデンシートが巻回された電極芯棒５が挿入されて固定されている。孔５ｂｎの内径５ｂｄは、約６．８ｍｍで、電極芯棒５の外径５ｄは約６．０ｍｍで、また、第１石英ビーズ７０Ａの底面の外径７ｄの外径は、約１９ｍｍである。また、第１石英ビーズ７０Ａ及び第２石英ビーズ７０Ｂのそれぞれの高さ７０Ａｈ，７０Ｂｈはそれぞれ、約３０ｍｍ及び２５ｍｍである。
【００３１】
第１石英ビーズ７０Ａは、酸化チタン（TiO2）がドープされたオゾンレス石英から作ることができ、その場合には、熱伝導性の向上を図ることができる。石英円柱体８０は、水酸基（ＯＨ基）の含有量が５０ｐｐｍ以下であり、それにより、点灯時に、電極芯棒から伝達する熱によって石英ガラスから不純ガスが放出することを抑制することができる。
【００３２】
また、図２Ａに示すように、第１石英ビーズ７０Ａの上端部７０Ａｔは、角が丸められていて、さらに、その外周面が、発光管封体１の管状部分に溶着されずにそこから離れている。それにより、その上端部は放熱フィンとして機能することができる。その上端部７０Ａｔの製造方法は後述する。
【００３３】
図２Ｂは、第２実施形態に係る封止部７ｂの構成を示す。封止部７ｂは、図２Ａの封止部７ａと異なり、第１石英ビーズ７０Ａに相当するものが、２つの第１石英ビーズ７０Ａａ，７０Ａｂから構成されており、図２Ａの第２石英ビーズ７０Ｂに相当する第２石英ビーズ７１Ｂが電極芯棒５を保持する。第１石英ビーズ７０Ａａ，７０Ａｂは、第２石英ビーズ７１Ｂと発光管封体１の管状部分との間を気密に封じる。
【００３４】
石英円柱体８０は、図２Ａの第１実施形態と同様に、電極芯棒５の端部を支持して外気と発光管封体１との間を遮断するように気密に封じるとともに、この石英円柱体８０と発光管封体１の管状部分との間に配置される導電部材のモリブデン箔を保持する（図示せず）。
【００３５】
そのように封止部７ｂを構成することによって、第１石英ビーズ７０Ａａ，７０Ａｂ、第２石英ビーズ７１Ｂ及び石英円柱体８０は、発光管封体１内のガス雰囲気と外気とを遮断する。
【００３６】
外側の第１石英ビーズ７０Ａａは、短長の円筒形状に形成されていて、発光管封体１の管状部分の内面に溶着されている。内側の第１石英ビーズ７０Ａｂは、第１石英ビーズ７０Ａａよりもやや短長の円筒形状に形成されていて、第１石英ビーズ７０Ａａの内面に溶着されている。また、第２石英ビーズ７１Ｂは、円柱形状に形成されていて、中心には貫通孔５ｂｎが形成されている。また、第２石英ビーズ７１Ｂは、外周面が第１石英ビーズ７０Ａｂの内面に溶着されており、貫通孔５ｂｎには、緩衝用モリブデンシートが巻回された電極芯棒５が挿入されて固定されている。
【００３７】
第１石英ビーズ７０Ａａの外周面が接する発光管封体１の管状部分の内径１ｄは約２２ｍｍであり、第１石英ビーズ７０Ａｂの外径７０Ａｂｄは、約１９ｍｍであり、第２石英ビーズ７１Ｂの外径７０Ａａｂｄは、約１６ｍｍである。また、孔５ｂｎの内径５ｂｄは、６．８ｍｍであり、電極芯棒５の外径５ｄは６．０ｍｍであり、また、第１石英ビーズ７０Ａａ，７０Ａｂ及び第２石英ビーズ７１Ｂの底面の外径７ｄの外径は、１９ｍｍである。これから明らかなように、第１石英ビーズ７０Ａａ，７０Ａｂ及び第２石英ビーズ７１Ｂのそれぞれの厚さは、図２Ａの第１実施形態の場合よりも薄い。また、第１石英ビーズ７０Ａａ，７０Ａｂ及び第２石英ビーズ７１Ｂのそれぞれの高さ７０Ａａｈ，７０Ａｂｈ，７１Ｂｈは、約３０ｍｍ、２５ｍｍ及び２０ｍｍである。
【００３８】
また、第１実施形態と同様に、第１石英ビーズ７０Ａａ，７０Ａｂ及び第２石英ビーズ７１Ｂは、酸化チタン（TiO2）がドープされたオゾンレス石英から作ることができ、その場合には、熱伝導性の向上を図ることができる。石英円柱体８０は、ＯＨ基の含有量が５０ｐｐｍ以下であり、それにより、点灯時に、電極芯棒から伝達する熱によって石英ガラスから不純ガスが放出することを抑制することができる。
【００３９】
図２Ｂに示すように、第１石英ビーズ７０Ａａの上端部７０Ａａｔは、丸められていて、さらに、発光管封体１の管状部分に溶着されてなくてそれから離れている。それにより、その上端部は放熱フィンとして機能することができる。図２Ｂでは、第１石英ビーズ７０Ａｂの上端部は、丸められているが、第１石英ビーズ７０Ａａの上端部７０Ａａｔのようには内側に向かって傾斜していないが、第１石英ビーズ７０Ａｂの上端部も内側に傾斜させて、発光管封体１の管状部分に溶着しないようにしてもよい。
【００４０】
また、第２実施形態によると、第１石英ビーズ７０Ａａは、第１実施形態の第１石英ビーズ７０Ａよりも薄いため、第１実施形態よりも、発光管封体１の管状部分との密着性がより高まり、強度が増加する。
【００４１】
図２Ｃは、第３実施形態に係る封止部７ｃの構成を示す。封止部７ｃは、第１シール用ガラス部材の石英円筒体の第１石英ビーズ７０Ｃと、第２シール用ガラス部材の石英円柱体８０とを備える。第１石英ビーズ７０Ｃは、電極芯棒５を保持するとともに、電極芯棒５と発光管封体１の管状部分との間を気密に封じる。石英円柱体８０は、図２Ａの第１実施形態と同様に、電極芯棒５の端部を支持して外気と発光管封体１との間を遮断するように気密に封じるとともに、この石英円柱体８０と発光管封体１の管状部分との間に配置されるモリブデン製シール箔を保持する（図示せず）。
【００４２】
そのように封止部７ｃを構成することによって、第１石英ビーズ７０Ｃ及び石英円柱体８０は、発光管封体１内のガス雰囲気と外気とを遮断する。
【００４３】
第１石英ビーズ７０Ｃは、短長の円柱形状に形成されており、上端面の中心に、頂点を下に向けた円錐形の窪みが形成されている。また、第１石英ビーズ７０Ｃの中心には貫通孔５ｂｄが形成されていて、その孔は、その円錐形の空間の頂点側の開口と連通する。貫通孔５ｂｄには、緩衝用モリブデンシートが巻回された電極芯棒５が挿入されて固定されている。
【００４４】
第１石英ビーズ７０Ｃの外周面は、発光管封体１の管状部分の内面に溶着されている。第１石英ビーズ７０Ｃの外周面が接する発光管封体１の管状部分の内径１ｄは約２２ｍｍであり、第１石英ビーズ７０Ｃの上端部の内径７０Ｃｄは、約１９ｍｍである。孔５ｂｄの内径５ｂｎは、約６．８ｍｍであり、電極芯棒５の外径５ｄは約６ｍｍであり、第１石英ビーズ７０Ｃの底面の外径７ｄの外径は、約１９ｍｍである。また、第１石英ビーズ７０Ｃの高さ７０Ｃｔ及び貫通孔５ｂｄの長さ７０Ｃｂｈは、それぞれ、約２５ｍｍ及び１５ｍｍである。
【００４５】
第１石英ビーズ７０Ｃは、酸化チタン（TiO2）がドープされたオゾンレス石英から作ることができ、その場合には、熱伝導性の向上を図ることができる。石英円柱体８０は、水酸化物の含有量が１０ｐｐｍ以下であり、それにより、点灯時に、電極芯棒から伝達する熱によって石英ガラスから不純ガスが放出することを抑制することができる。
【００４６】
また、図２Ｃに示すように、第１石英ビーズ７０Ｃの上端部７０Ｃｔは、丸められていて、発光管封体１の管状部分に溶着されずにそれから少し離れている。それにより、その上端部は放熱フィンとして機能することができる。
【００４７】
上記のとおり、第１石英ビーズ７０Ｃの上端面の中心には、頂点を下に向けた円錐形の窪みが形成されている。その空間の存在により、その空間のある第１石英ビーズ７０Ｃの側面の厚さが、上端部から円錐形状の空間の頂点の位置までの間に線形的に変化する。言い換えると、第１石英ビーズ７０Ｃの高さの変化に対する、空間の形成された第１石英ビーズ７０Ｃの部分の厚さの変化は一定である。ランプ点灯時には、発光管封体１内の圧力が約４０気圧程度となる。その際に、発光管封体１の内面が膨張する際に、第１石英ビーズ７０Ｃとの間で引っ張り応力が生じる可能性があるが、第１石英ビーズ７０Ｃの形状によると、その引っ張り応力を緩和することができる。また、第１石英ビーズ７０Ｃと発光管封体１の管状部分との間の特定の個所において熱応力が発生し難い。
【００４８】
［封止部の製造工程］
図３Ａから図３Ｆは、図２Ａに示す封止部７ａの製造方法の概略を説明するための工程図である。
【００４９】
図３Ａの工程では、石英ガラス管７０ｐと第２石英ビーズ７０Ｂとを用意して石英ガラス管７０ｐ内に第２石英ビーズ７０Ｂを挿入する。第２石英ビーズ７０Ｂには、中心軸線に沿って、既に貫通孔５ｂｎが形成されている。石英ガラス管７０ｐは、後の工程において、所定の長さに切断され、バーナで加熱等の加工がされて、第１石英ビーズ７０Ａに加工される。
【００５０】
図３Ｂの工程では、図３Ａの工程で、石英ガラス管７０ｐ内に第２石英ビーズ７０Ｂを挿入した後、それらを軸線を中心に回転しながら、第２石英ビーズ７０Ｂが挿入された部分の石英ガラス管７０ｐを火炎バーナＦで加熱溶融し、石英ガラス管７０ｐと第２石英ビーズ７０Ｂとを溶着させる。このときには、石英ガラス管７０ｐ内の気圧を大気圧以下として、石英ガラス管７０ｐが溶融した際に、その管壁を管内に向けて収縮させて第２石英ビーズ７０Ｂの外周面に密着させる。石英ガラス管７０ｐの第２石英ビーズ７０Ｂがない部分は、第２石英ビーズ７０Ｂよりも内側に曲がり込み（傾斜して）、後述する第１石英ビーズの上端部７０Ａｔが形成される。
【００５１】
次に、図３Ｃに示すように、第２石英ビーズ７０Ｂの一方の端部（図３Ｃに向かって右端）の位置で石英ガラス管７０ｐを切断する。さらに、第２石英ビーズ７０Ｂの反対側の端部（図３Ｃに向かって左端）から少し突出した位置において、石英ガラス管７０ｐを切断する。石英ガラス管７０ｐを少し突出させて残したのは、その部分を、第１石英ビーズ７０Ａの上端部７０Ａｔにするためである。切断は、ファインカッター、ワイヤソー、レーザ等を用いて行うことができる。切断後のものは、図３Ｃに示すように、第２石英ビーズ７０Ｂの外周面に第１石英ビーズ７０Ａが溶着し、第１石英ビーズ７０Ａの上端部７０Ａｔが第１石英ビーズ７０Ａの軸線方向に傾斜している。
【００５２】
図３Ｄの工程では、第２石英ビーズ７０Ｂの一方の端部と一致する側の第１石英ビーズ７０Ａの端部に傾斜面が形成される。その傾斜面により、それを発光管封体１の管状部分内に取り付けたときに、石英ビーズと石英円柱体との間の管状部分を細く絞りこむことができる。
【００５３】
図３Ｅの工程では、電極マウントを組み立てる。組立の概略は次のとおりである。図３Ｄで形成した第１石英ビーズ７０Ａ及び第２石英ビーズ７０Ｂと、第２シール用ガラス部材の石英円筒体等８０，３１とを組み合わせ、それらに電極芯棒５及び外部リード線６を挿通し、電極芯棒５と金属集電円板３４を白金でろう付けし、外部電流導入リード線と接続される外部リード棒６と、複数枚のモリブデン製シール箔３０を介して導入される電流を集電する金属集電板３３とを白金でろう付けする。複数枚のモリブデン製シール箔３０は、金属集電円板３４、及び金属集電板３３と、抵抗溶接などにより電気的に溶接点３２及び３６で溶接される。
【００５４】
図３Ｆの工程では、発光管封体１の一方の端部の開放されているガラス管形状部内に、図３Ｅで組み立てた電極マウント９を挿入する。それから、ガラス管形状部の端部を加熱して封じるとともに発光管封体１内を減圧する。その減圧した状態で、電極マウント９を挿入した位置のガラス管形状部を火炎バーナＦで加熱溶融して、電極マウント９とガラス管形状部とを溶着して封止部７ａを形成する。
【００５５】
次に、不要なガラス管形状部を所定の位置で切断し、ランプのチップ部（図１のチップオフ４の位置にあったもの）に排気管を継ぎ足して、水銀を封入するとともに、少なくともアルゴン、クリプトン、キセノンなどの不活性ガスを単独またはそれらの混合ガスの形で０．９×１０2ｋＰａから４．０×１０2ｋＰａ程度封入する。これにより、封止部７ａを有するランプが完成する。この状態の封止部７ａを図２Ａに示す。
【００５６】
図３Ｆの工程において、封止部７ａを形成するための第１石英ビーズ７０Ａと第２石英ビーズ７０Ｂとは一体ではなくて分離していたものを組み合わせたものである。このため、電極マウント９とガラス管形状部とを火炎バーナで加熱すると、その熱は、ガラス管形状部から第１石英ビーズ７０Ａの全体にすぐに伝わりやすい。その結果、ガラス管形状部とそれに溶着する石英円筒体７０Ａとの密着性が非常に良くなり、その溶着面は熱応力の発生の原因となりにくい。
【００５７】
以上、本発明の一実施形態に係るショートアーク型水銀ランプついて説明したが、本発明はそれらの実施形態に拘束されるものではなく、当業者が容易になしえる追加、削除、改変等は、本発明に含まれるものであり、また、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められることを承知されたい。例えば、第１石英ビーズ７０Ａの上端部７０Ａｔを発光管封体１の管状形状部と溶着しないように管内に向かうように傾斜させたが、先端部をやや狭く形成することによって溶着が行われないのであれば、上端部は傾斜させなくてもよい。また、石英ビーズをオゾンレス石英で製造する例を示したが他の適切な材料を用いることを排除するものではない。また、第１石英ビーズ７０Ａと第２石英ビーズ７０Ｂとの材質を異ならせてもよい。さらに、上記の実施形態では、ショートアーク型水銀ランプを例示したが、本発明にはこの他に、陽極と陰極の先端間の距離が数ｍｍないし１０数ｍｍである、ショートアーク型キセノンランプ等、水銀ランプ以外のショートアーク型放電ランプも含まれる。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・発光管封体
２・・・陽極
３・・・陰極
４・・・チップオフ
５・・・電極芯棒
７，７ａ，７ｂ，７ｃ・・・封止部
９・・・電極マウント
１０・・・ショートアーク型水銀ランプ
７０Ａ・・・第１石英ビーズ（第１シール用ガラス部材の一部）
７０Ｂ・・・第２石英ビーズ（第１シール用ガラス部材の一部）
７０Ｃ・・・第１石英ビーズ（第１シール用ガラス部材の一部）
７０Ａｔ，７０Ａａｔ，７０Ｃｔ・・・上端部
５ｂｎ・・・孔
８０・・・石英円柱体（第２シール用ガラス部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定距離離隔して対向する陰極及び陽極と、
該陰極及び陽極のそれぞれに接続された電極芯棒と、
中央の膨張部と、両端の管形状部とを備える発光管封体であって、前記膨張部の内部に前記陰極及び陽極が配置され、各管形状部に、第１シール用ガラス部材及び第２シール用ガラス部材を備える封止部が形成されていて該封止部に前記電極芯棒が保持され、第２シール用ガラス部材が、前記電極芯棒と外部の電源に接続されるリード線とを電気的に接続する導電部材を保持する、発光管封体とを備え、
前記封止部が第１シール用ガラス部材の石英円筒体を備え、該石英円筒体が、中心に、貫通孔を有し、該貫通孔内に前記電極芯棒を保持し、該石英円筒体の外周面が、前記管形状部に溶着され、さらに、該石英円筒体の上端部の角が丸められ、該石英円筒体の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れている、ショートアーク型放電ランプ。
【請求項２】
請求項１のショートアーク型放電ランプにおいて、各封止部の前記第１シール用ガラス部材が、少なくとも、前記電極芯棒を保持する第２石英円筒体と該石英円筒体の外周面に密着する第１石英円筒体とを備え、第１石英円筒体の外周面が前記管形状部に溶着され、第１石英円筒体の上端部の角が丸められ、さらに、第１石英円筒体の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れている、ショートアーク型放電ランプ。
【請求項３】
請求項１又は２のショートアーク型放電ランプにおいて、前記第１石英円筒体が、円筒形状体の第１部分及び第２部分からなり、該第１部分の外周面が前記管形状部の内周面に溶着され、該第２部分の外周面が該第１部分の内周面に溶着され、該第２部分の内周面が、前記第２石英円筒体の外周面に溶着され、前記第１部分の上端部の角が丸められ、さらに、該第１部分の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れている、ショートアーク型放電ランプ。
【請求項４】
請求項１のショートアーク型水銀ランプにおいて、前記封止部の前記第１シール用ガラス部材が、上端面の中心に頂点を前記リード線側に向けた円錐形の窪みを有し、該窪みが前記貫通孔と連通する、ショートアーク型放電ランプ。
【請求項５】
請求項４のショートアーク型放電ランプにおいて、前記第１シール用ガラス部材の前記管形状部に溶着した外周面から前記円錐形の窪みを形成する内周面までの距離が、前記上端部から前記貫通孔の入口までの距離の変化に応じた所定の一定の率で変化する、ショートアーク型放電ランプ。
【請求項６】
所定距離離隔して対向する陰極及び陽極と、
該陰極及び陽極のそれぞれに接続された電極芯棒と、
中央の膨張部と、両端の管形状部とを備える発光管封体であって、前記膨張部の内部に前記陰極及び陽極が配置され、各管形状部に、第１シール用ガラス部材及び第２シール用ガラス部材を備える封止部が形成されていて該封止部に前記電極芯棒が保持され、第２シール用ガラス部材が、前記電極芯棒と外部の電源に接続されるリード線とを電気的に接続する導電部材を保持する、発光管封体とを備え、
前記封止部が第１シール用ガラス部材の石英円筒体を備え、該石英円筒体が、中心に、貫通孔を有し、該貫通孔内に前記電極芯棒を保持し、該石英円筒体の外周面が、前記管形状部に溶着され、さらに、該石英円筒体の上端部の角が丸められ、該石英円筒体の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れている、ショートアーク型放電ランプの製造方法であって、
中央に膨張部を有し、両端に開放された管形状部を有する発光管を形成する工程と、
前記管形状部に封止部を形成する封止部形成工程とを備え、該封止部形成工程が、
石英ガラス管内に前記石英円筒体を挿入して加熱して、前記石英円筒体の外周面を石英ガラス管の内周面に溶着させ、該石英円筒体の端部から突出する前記石英ガラス管の管壁の一部を中心の軸線方向に傾斜させる工程と、
前記石英ガラス管を所定の２か所の位置で切断して、一方の位置に、角に丸みを帯び内側に傾斜する上端部を形成する工程と、
電極マウントを組み立てる工程と、
該電極マウントを前記発光管の開放された管形状部内に封入する工程と、
前記管形状部を加熱して該管形状部の内周面を電極マウントの外周面に溶着させる工程と、
前記発光管の所定の個所から内部の排気を行うとともに所定の封入物を封入する工程とを備える、ショートアーク型放電ランプの製造方法。
【請求項１】
所定距離離隔して対向する陰極及び陽極と、
該陰極及び陽極のそれぞれに接続された電極芯棒と、
中央の膨張部と、両端の管形状部とを備える発光管封体であって、前記膨張部の内部に前記陰極及び陽極が配置され、各管形状部に、第１シール用ガラス部材及び第２シール用ガラス部材を備える封止部が形成されていて該封止部に前記電極芯棒が保持され、第２シール用ガラス部材が、前記電極芯棒と外部の電源に接続されるリード線とを電気的に接続する導電部材を保持する、発光管封体とを備え、
前記封止部が第１シール用ガラス部材の石英円筒体を備え、該石英円筒体が、中心に、貫通孔を有し、該貫通孔内に前記電極芯棒を保持し、該石英円筒体の外周面が、前記管形状部に溶着され、さらに、該石英円筒体の上端部の角が丸められ、該石英円筒体の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れている、ショートアーク型放電ランプ。
【請求項２】
請求項１のショートアーク型放電ランプにおいて、各封止部の前記第１シール用ガラス部材が、少なくとも、前記電極芯棒を保持する第２石英円筒体と該石英円筒体の外周面に密着する第１石英円筒体とを備え、第１石英円筒体の外周面が前記管形状部に溶着され、第１石英円筒体の上端部の角が丸められ、さらに、第１石英円筒体の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れている、ショートアーク型放電ランプ。
【請求項３】
請求項１又は２のショートアーク型放電ランプにおいて、前記第１石英円筒体が、円筒形状体の第１部分及び第２部分からなり、該第１部分の外周面が前記管形状部の内周面に溶着され、該第２部分の外周面が該第１部分の内周面に溶着され、該第２部分の内周面が、前記第２石英円筒体の外周面に溶着され、前記第１部分の上端部の角が丸められ、さらに、該第１部分の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れている、ショートアーク型放電ランプ。
【請求項４】
請求項１のショートアーク型水銀ランプにおいて、前記封止部の前記第１シール用ガラス部材が、上端面の中心に頂点を前記リード線側に向けた円錐形の窪みを有し、該窪みが前記貫通孔と連通する、ショートアーク型放電ランプ。
【請求項５】
請求項４のショートアーク型放電ランプにおいて、前記第１シール用ガラス部材の前記管形状部に溶着した外周面から前記円錐形の窪みを形成する内周面までの距離が、前記上端部から前記貫通孔の入口までの距離の変化に応じた所定の一定の率で変化する、ショートアーク型放電ランプ。
【請求項６】
所定距離離隔して対向する陰極及び陽極と、
該陰極及び陽極のそれぞれに接続された電極芯棒と、
中央の膨張部と、両端の管形状部とを備える発光管封体であって、前記膨張部の内部に前記陰極及び陽極が配置され、各管形状部に、第１シール用ガラス部材及び第２シール用ガラス部材を備える封止部が形成されていて該封止部に前記電極芯棒が保持され、第２シール用ガラス部材が、前記電極芯棒と外部の電源に接続されるリード線とを電気的に接続する導電部材を保持する、発光管封体とを備え、
前記封止部が第１シール用ガラス部材の石英円筒体を備え、該石英円筒体が、中心に、貫通孔を有し、該貫通孔内に前記電極芯棒を保持し、該石英円筒体の外周面が、前記管形状部に溶着され、さらに、該石英円筒体の上端部の角が丸められ、該石英円筒体の上端部の外周面が、前記管形状部に溶着されてなくて該管形状部から離れている、ショートアーク型放電ランプの製造方法であって、
中央に膨張部を有し、両端に開放された管形状部を有する発光管を形成する工程と、
前記管形状部に封止部を形成する封止部形成工程とを備え、該封止部形成工程が、
石英ガラス管内に前記石英円筒体を挿入して加熱して、前記石英円筒体の外周面を石英ガラス管の内周面に溶着させ、該石英円筒体の端部から突出する前記石英ガラス管の管壁の一部を中心の軸線方向に傾斜させる工程と、
前記石英ガラス管を所定の２か所の位置で切断して、一方の位置に、角に丸みを帯び内側に傾斜する上端部を形成する工程と、
電極マウントを組み立てる工程と、
該電極マウントを前記発光管の開放された管形状部内に封入する工程と、
前記管形状部を加熱して該管形状部の内周面を電極マウントの外周面に溶着させる工程と、
前記発光管の所定の個所から内部の排気を行うとともに所定の封入物を封入する工程とを備える、ショートアーク型放電ランプの製造方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【公開番号】特開２０１２−７４２８４（Ｐ２０１２−７４２８４Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１８７３８（Ｐ２０１０−２１８７３８）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（００００００１９２）岩崎電気株式会社 (533)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（００００００１９２）岩崎電気株式会社 (533)
【Ｆターム（参考）】
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