(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光空間内に対向配置された陽極および陰極と、該陰極に電気的に接続された金属箔と、該金属箔に外接する石英管部と、前記金属箔に内接する単一の部材により構成されるシール用石英部材と、該シール用石英部材に形成された挿入穴に挿入され且つ金属箔に電気的に接続された金属製の外部リード棒とを備え、
前記金属箔と前記石英管部及び該シール用石英部材とが封着されて前記発光空間の気密性を保っている箔シール部が形成され、
入力電力が４ｋＷ以上であり、且つ点灯時の動作圧力が２×１０６Ｐa以上となる直流点灯のショートアーク放電ランプにおいて、
前記シール用石英部材に形成された挿入穴は単一の径を持つ有底穴状に形成されており、
前記外部リード棒は、挿入穴に挿入される部分の長さが前記シール用石英部材の全長の約４割以上であると共に、その陰極側先端部がそれより給電部側の部分よりも細く形成されていること特徴とするショートアーク放電ランプ。
【請求項２】
少なくとも陰極側箔シール部の一部に陰極と電気的に接続された導電性部材を石英管部の外表面に沿って配置したことを特徴とする請求項１に記載のショートアーク放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造工程や液晶製造工程で用いられる紫外線照射用のショートアーク放電ランプに関し、更に詳しくは大型のショートアーク放電ランプであって箔シールされているショートアーク放電ランプの陰極側シール部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体用や液晶用のショートアーク放電ランプのうち、入力電力が例えば１ｋｗを超えるような大型のショートアーク放電ランプでは放電空間の気密性を保つために箔シールを用いたものがほとんどである。しかし、該箔シールを用いたランプにおいて該箔シール部からガスがリークしたりランプ自身が破壊されるといった問題が有った。これは石英ガラス中の金属不純物等のプラスイオンが陰極側のマイナスの電荷に引かれ該陰極側の箔シール部に集中し、該箔シール部に集中したプラスイオンが該金属箔に外接する石英管部と該金属箔とを引き剥がすためと考えられる。このような問題を解決するために例えば、特公平４−４０８２８号公報に掲載された発明に有るように、陰極側の石英管外表面に陰極と電気的に接続された同電位ワイヤーを設けるといった手段が有効である。
【０００３】
入力電力が１ｋｗ以上の該ショートアーク放電ランプにおいて前記同電位ワイヤーを設けたショートアーク放電ランプの陰極側箔シール部構造を図６に従来例として示す。該ランプの構成は、発光空間を覆うバルブ部５１、該バルブ部５１内に配置された陰極５２、該陰極５２に接続された内部リード棒５３、該内部リード棒５３を保持する内部リード棒保持用部材５４、該リード棒５３の陰極５２側とは逆方向の端部に接続された金属ワッシャー５５、該金属ワッシャー５５に溶着された金属箔５６、該金属箔５６の内面が接する様に配置されたシール用石英部材５７、該金属箔５６の外面が接する様に配置された石英管部５８、外部リード棒５９、該外部リード棒５９と金属箔５６を接続する金属ワッシャー６０、ランプの気密性を保持する箔シール部６１、金属製の口金部６２、リード線６３、該リード線と前記リード棒とを接続する接続部６４、陰極５２と電気的に接続された同電位ワイヤー６５とから成っている。
【０００４】
該箔シール部６１に用いる金属箔５６には例えばモリブデン等の高融点金属材料を用いた厚み数十μｍのリボン状の箔が用いられている。該箔シール部６１では、該金属箔５６と該金属箔５６に内接するシール用石英部材５７、及び該金属箔５６に外接する石英管部５８とが密着することにより発光空間側の気密性を保っている。ここで、前記このような金属箔５６と該金属箔５６に外接する石英管部５８との密着部分の剥離は、石英ガラス中の金属不純物等のプラスイオンが陰極５２側のマイナスの電荷に引かれ該陰極５２側の該箔シール部６１に集中し、該箔シール部６１に集中したプラスイオンが該金属箔５６に外接する石英管部５８と該金属箔５６とを引き剥がすといった問題は該同電位ワイヤー６５を用いることによって回避される。
【０００５】
しかし、更なる市場からの要求により該ショートアーク放電ランプの大型化が進み、例えばランプへの入力電力が４ｋｗを超えるランプ等該入力電力に伴い該箔シール部６１の径や長さが更に大きくなってきた。係る大型のランプにおいて、点灯時の動作圧が２×１０６Ｐａ以上になると、該金属箔５６と該金属箔５６に内接する該シール用石英部材５７との間に箔の浮き上がり現象が発生するといった問題が新たに生じた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
入力電力が４ｋｗを超える大型のランプであって、点灯時の動作圧力が２×１０６Ｐａ以上となるランプにおいて、前記箔シール部６１に配置された金属箔５６に内接するシール用石英部材５７との間に発生する箔の浮き上がり現象を防止すると共に、該箔シール部６１に発生するクラックやランプからのリーク、更には該ランプの早期破壊を防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のショートアーク放電ランプは、発光空間内に対向配置された陽極および陰極と、該陰極に電気的に接続された金属箔と、該金属箔に外接する石英管部と、前記金属箔に内接する単一の部材により構成されるシール用石英部材と、該シール用石英部材に形成された挿入穴に挿入され且つ金属箔に電気的に接続された金属製の外部リード棒とを備え、前記金属箔と前記石英管部及び該シール用石英部材とが封着されて前記発光空間の気密性を保っている箔シール部が形成され、入力電力が４ｋＷ以上であり、且つ点灯時の動作圧力が２×１０６Ｐa以上となる直流点灯のショートアーク放電ランプにおいて、前記シール用石英部材に形成された挿入穴は単一の径を持つ有底穴状に形成されており、前記外部リード棒は、挿入穴に挿入される部分の長さが前記シール用石英部材の全長の約４割以上であると共に、その陰極側先端部がそれより給電部側の部分よりも細く形成されていること特徴とする。
【０００８】
更に、少なくとも陰極側箔シール部の一部に陰極と電気的に接続された導電性部材を石英管部の外表面に沿って配置しても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、入力電力が４ｋｗ以上といった大型のランプにおいて、点灯時の動作圧が２×１０６Ｐａ以上になる場合に前記の同電位ワイヤーを用いても箔シール部に箔の浮き上がり現象が発生するといった問題を解決するために成されたものである。また、本発明は係る高い点灯圧力の場合に該シール部の該箔内表面に箔の浮き上がり現象が発生することを新しく発見し、該金属箔と該金属箔に内接するシール用石英部材との間である該金属箔の内表面における浮き上がり現象を抑制することを目的に改良を行ったものである。すなわち、シール用石英部材の全長の４割以上のところまで外部リード棒等の金属部材を挿入することにより該金属箔の内表面におけるプラスイオンの集中を防止しようとするものである。更に、該金属部材をシール用石英部材の全長の４割以上の位置まで挿入すると陰極からの熱を受け該金属部材の温度が上昇し酸化のために該金属部材が体積膨張する。この場合、該シール用石英部材の外部リード棒挿入穴径が酸化により体積膨張した該外部リード棒よりも小さいと該体積膨張によりストレスを受けクラック等が発生しランプの破壊に至る。そこで、該外部リード棒等の金属部材と該シール用石英部材との間に該体積膨張を充分に吸収する間隙を設けたものである。
【００１２】
最初に従来のランプにおいて、該ランプの点灯圧力が高い場合の箔浮き現象発生率を図５に示す。点灯圧力が１．９×１０６の場合は箔浮きが発生していないが、２．０×１０６を超えると箔浮き現象が高い確率で発生している。また、該箔浮き現象は箔の内側で発生していた。
【００１３】
図１に本発明のショートアーク放電ランプのシール部構造該略説明図を示す。該ランプの構成としては、発光空間を覆うバルブ部１、該バルブ部１内に配置された陰極２、該陰極２に接続された内部リード棒３、該内部リード棒３を保持する内部リード棒保持用部材４、該リード棒３の陰極２側でない端部に接続された金属ワッシャー５、該金属ワッシャー５に溶着された金属箔６、該金属箔６が周囲に配置されたシール用石英部材７、外部リード棒８、石英管９、外部リード棒８と金属箔６を接続する金属ワッシャー１０、箔シール部１１、金属製の口金部１２、リード線１３、該外部リード棒８と該リード線１３との接続部１４、同電位ワイヤー１５とからなっている。ここで、同電位ワイヤー１５は陰極と電気的に接続された導電性部材の１形態である。該導電性部材には同電位ワイヤーに限らず例えば導電性被膜や金属板等でも良い。
【００１４】
本発明において、外部リード棒８はシール用石英部材７の全長に対して4割以上挿入されている。この構成は、該外部リード棒８をシール用石英部材７の全長に対して４割以上挿入することにより該金属箔６に内接するシール用石英部材の電位を陰極２と同電位にすることができ、該シール部１１付近に配置された該金属箔６の内側に石英ガラス中のプラスイオンが集中するのを防ぐことができ、該箔の内面に発生する箔浮き現象を防ぐことができる。尚、該シール用石英部材７の全長の４割以上の所まで外部リード棒８を挿入する場合、全長の４割とは、該シール部に相当する部分の全長に対して４割以上であれば良いとの意味である。また、該シール用石英部材とは、金属ワッシャー１０よりも電極側に配置された石英部材であって外部リード棒の保持用石英部材１６は含まない。
【００１５】
図４に外部リード棒８のシール用石英部材７への挿入長と箔浮きによるシール部破損発生率の関係を示す。同図の縦軸は箔浮きによる箔シール部破損発生率（％）を示し、横軸は箔シール部１１に配置された該シール用石英部材７の全長に対する該外部リード棒８の挿入されている長さの割合（「外部リード棒の挿入されている長さ」／「シール用石英部材の全長」）を表している。同図によると該外部リード棒８の挿入長の比が０．４以上では箔浮きによる該箔シール部１１の破損発生率はほとんど０となり、該比が０．４未満では突然高い割合で発生し始める。つまり、該箔シール部１１の構造としては該シール用石英部材７の全長に対する該外部リード棒８の挿入長の比は０．４、つまり４割以上必要であることが解る。
【００１６】
次に図２として本発明の実施例を示す。該ランプの構成としては、発光空間を覆うバルブ部１、該バルブ部１内に配置された陰極２、該陰極２に接続された内部リード棒３、該内部リード棒３を保持する内部リード棒保持用部材４、該内部リード棒３の陰極２側でない端部に接続された金属ワッシャー５、該金属ワッシャー５に溶着された金属箔６、該金属箔６が周囲に配置されたシール用石英部材７、外部リード棒８、石英管９、外部リード棒８と金属箔６を接続する金属ワッシャー１０、箔シール部１１、金属製の口金部１２、リード線１３、該外部リード棒８と該リード線１３との接続部１４、同電位ワイヤー１５、該外部リード棒８の陰極側先端部で径が細く形成されたリード棒先端細径部８１１とからなっている。
【００１７】
本発明において、該外部リード棒８を該シール用石英部材７の全長に対して４割以上挿入することは従来のショートアーク放電ランプより該外部リード棒８の先端を陰極２側に近づけることになる。この構成により該外部リード棒８は陰極２の発生する熱の影響を受け該外部リード棒８の温度が上昇する。更に、この温度の上昇は大型のショートアーク放電ランプにおいて顕著であり、該外部リード棒８の陰極側が酸化してしまう場合が生ずる。この酸化に伴い該外部リード棒８の陰極側が径方向に体積膨張をおこし、シール用石英部材７にストレスを与え該シール用石英部材７からクラックが生じランプのリークや破壊を起こす場合がある。
【００１８】
そこで本発明では、該外部リード棒８の陰極側の径を細くしたリード棒先端細径部を形成することで酸化による体積膨張が生じても該シール用石英部材７にストレスが加わらないよう充分な間隙が設けられており、該ランプの破壊等を防止している。
【００１９】
図２に示した本発明の具体的な実施形態について示す。シール用石英部材７の形状は、全長４５ｍｍ、給電部側の径は２３ｍｍ、外部リード棒挿入穴７１１の径６．４ｍｍ、該挿入穴７１１の深さ３４ｍｍ、外部リード棒８の給電部側の径φ６ｍｍ、外部リード棒８の陰極側の径φ４ｍｍ、外部リード棒の径が細くなった部分の長さ２２ｍｍである。このような形状の該シール用石英部材７を配置したショートアーク放電ランプにおいて、金属箔６は６１ｍｍ×１０ｍｍ×４０μｍのリボン状のものを５枚配置している。該ショートアーク放電ランプは水銀を０．０４ｇ／ｃｃ封入しており、発光空間内には不活性ガスとしてキセノンを１×１０５Ｐａ封入している。
【００２０】
該ランプの点灯評価を行った。入力電力５ｋｗで点灯したところ、７８０時間経過しても箔の浮き上がりやシール用石英部材７に該外部リード棒８からかかるストレスによるクラックは発生しなかった。また、外部リード棒８の陰極側の状態は陰極側先端から約１０ｍｍの範囲が酸化のため変色していた。また、該陰極側先端の外径は点灯初期がφ４ｍｍであるのに対して、φ４．１５ｍｍにまで体積膨張していた。つまり、金属部材である外部リード棒の酸化による体積膨張はφ４．１５−φ４＝０．１５ｍｍとなる。本発明では該金属部材と該シール用石英部材との間に０．１５ｍｍ以上間隙があれば該シール用石英部材７にかかるストレスを充分に吸収できることになる。
【００２１】
図３は本発明の他の実施例として外部リード棒とシール用石英部材との構成を示す拡大図である。図３（ａ）は該外部リード棒８１の形状は単一の径を持つ棒材であり、該シール用石英部材７１の外部リード棒８１の挿入穴７１１の電極側穴部７１２の径が他の挿入穴７１１の径よりも大きくなっている。これにより、外部リード棒８１が該シール用石英部材７１の全長の４割以上挿入されており、箔部に石英ガラスのプラスイオンを集中することを防止できる。また、電極側穴部７１２が他の挿入穴７１１の径よりも大きくなっていることにより該外部リード棒８１が温度上昇のため酸化により体積膨張し該シール用石英部材７１にストレスが加わりクラックを生じたりランプの破壊を起こすことが無い。
【００２２】
図３（ｂ）はシール用石英部材７に形成された外部リード棒挿入穴７１１に従来の場合と同じ程度の長さの外部リード棒２２が挿入されており、該外部リード棒２２の陰極側に電気的に接続された金属箔３１が配置されている。また、シール用石英部材７の外部リード棒挿入穴７１１に挿入された該金属箔３１の陰極側位置は該シール用石英部材７の全長に対して４割以上のところとしている。該構成により、石英ガラス中のプラスイオンの集中を防止できる。また、該金属箔３１の陰極側部分が温度上昇による酸化に伴い体積膨張しても該金属箔は容易に変形でき該シール用石英部材７にストレスを与えてクラックを生じさせることが無く、ランプのリークや破壊を防止できる。
【００２３】
図３（ｃ）は前記（ｂ）の構成において金属箔３１の代わりに金属線３２を用いた場合である。金属線等を用いる場合、シール用石英部材７２に形成する外部リード棒挿入穴７１１の陰極２側部分を外部リード棒８３の径より小さくすることができる。この場合でも電極側穴部７１３の径が金属線の酸化による体積膨張分より大きければシール用石英部材７２にストレスが加わること無く、前記（ｂ）と同等の効果を奏する。
【００２４】
【発明の効果】
入力電力が４ｋｗ以上であり、点灯時の動作圧力が２×１０６Ｐａ以上といった大型のショートアーク放電ランプにおいて、前記金属箔と該金属箔に内接するシール用石英部材との間に発生する該金属箔内表面の箔浮きが防止できる。また、箔浮き防止手段として用いられる外部リード棒が陰極側から受ける熱によって酸化膨張しても該箔シール部にクラックを生じたり該クラックによるランプのリークや破壊が発生するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のショートアーク放電ランプにおけるシール部構造を示す説明図
【図２】本発明のショートアーク放電ランプにおけるシール部構造を示す実施例
【図３】本発明の外部リード棒と保持用石英部材の他の実施例を示す説明図
【図４】本発明のショートアーク放電ランプにおけるリード棒の挿入長さの比と箔浮きによるシール部破損発生率の関係を示す図
【図５】本発明のショートアーク放電ランプにおける点灯圧力による箔浮き発生率の表
【図６】従来のショートアーク放電ランプにおけるシール部構造を示す説明図
【符号の説明】
１    発光空間を覆うバルブ部
２    陰極
３    内部リード棒
４    内部リード棒保持部材
５    金属ワッシャー
６    金属箔
７    シール用石英部材
８    外部リード棒
８１１    リード棒先端細径部
９    石英管部
１０    外部リード棒と金属箔を接続する金属ワッシャー
１１    箔シール部
１２    金属製の口金部
１３    リード線
１４    接続部
１５    同電位ワイヤー
１６    保持用石英部材
３１    金属箔
３２    金属線
５１    発光空間を覆うバルブ部
５２    陰極
５３    内部リード棒
５４    内部リード棒保持部材
５５    金属ワッシャー
５６    金属箔
５７    シール用石英部材
５７１    外部リード棒挿入穴
５８    石英管部
５９    外部リード棒
６０    外部リード棒と金属箔を接続する金属ワッシャー
６１    箔シール部
６２    金属製の口金部
６３    リード線
６４    接続部
６５    同電位ワイヤー
７１、７２    シール用石英部材
７１１    外部リード棒挿入穴
７１２、７１３    電極側穴部
８１、８２、８３    外部リード棒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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