(57)【要約】【課題】発光管内に、一対の陰極と陽極とが対向配置されたショートアーク型放電ランプにおいて、特に、定格電力での通常点灯と、これよりも小さな電力で点灯する待機点灯を繰り返すフル・スタンバイ点灯時においても、陽極先端中央部がその周辺環状部よりも突出することがなく、電極材料の蒸発によるランプの黒化が生じないようにした電極構造を提供することである。【解決手段】前記陽極の先端中央部に形成した開口内に、陽極とは別体の挿入体を、該陽極材料よりも降伏応力の小さな金属よりなる緩衝材を介在して挿入してなり、前記陽極の開口の内表面もしくは挿入体の外表面の少なくともいずれか一方に、緩衝材の逃げ溝が形成されていることを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管内に一対の陽極と陰極が対向配置されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、
前記陽極の先端中央部に開口が形成され、該開口内に陽極とは別体の挿入体が、該陽極材料よりも降伏応力の小さな金属よりなる緩衝材を介在して挿入されてなり、
前記陽極の開口の内表面もしくは挿入体の外表面の少なくともいずれか一方に、緩衝材の逃げ溝が形成されていることを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
【請求項２】
前記逃げ溝が、周方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
【請求項３】
前記逃げ溝が、軸方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
【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関するものであり、特に、半導体や液晶の製造分野などの露光用光源や映写機のバックライト用光源に適用されるショートアーク型放電ランプに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
ショートアーク型放電ランプは、発光管内に対向配置された一対の電極の先端距離が短く点光源に近いことから、光学系と組み合わせることによって露光装置用若しくは映写機のバックライト用の光源として利用されている。
【０００３】
特開平１０−１８８８９０号公報は、従来のショートアーク型放電ランプを開示する。
図６に該従来のショートアーク型放電ランプが示されており、ショートアーク型放電ランプ１の発光管１０は、中央に位置する略球状に形成された発光部１１と、その両端の封止部１２を備える。発光管１０の内には、タングステン等からなる陰極２１と陽極３１とが互いに向き合うように対向配置されるとともに、内部の発光空間Ｓには水銀、キセノン等の発光物質が封入されている。
上記陰極２１及び陽極３１に連設された電極軸２２、３２が図示しない金属箔を介して封止部１２で封止されている。
【０００４】
しかして近年においては、半導体や液晶パネルの製造工程で用いられる上記ショートアーク型放電ランプにおいては、特開２０００−１８１０７５号公報に見られるように、省電力化のために、常に一定の電力で点灯するのではなく、露光時にのみ定格電力で点灯（通常点灯）させ、基板移動などの待機時には前記定格電力よりも小さな最小限の電力で点灯（待機点灯）させるという点灯方式（以下、フル・スタンバイ点灯という）が採用されている。
例えば、露光時は定格電力で０．１〜１０秒点灯させ、待機時は定格電力よりも小さい待機電力で０．１〜１００秒点灯させるということが繰り返される。
【０００５】
ところで、ランプの点灯・消灯時や、上記のフル・スタンバイ点灯時における入力電力の変更時などには、アークから陽極へ流入する熱流束が変化するため、陽極温度が変化し、陽極に内部応力が発生する。
このとき、図７に示すように、アークに対面する陽極先端面の中央部５０は、最も温度変化の大きい部分であり、従って熱膨張も大きくなる。これに対して、該中央部５０の周辺にある環状部５１は、前記中央部５０よりも温度変化が少なく、その熱膨張も小さい。
そのため、中央部５０はかかる熱膨張により、その周辺環状部５１から圧縮応力を受けることになり、その結果、先端面から突出するように変形する。
【０００６】
このような突出は、定格点灯時に陽極先端の温度が安定した後も完全には元の形状に戻ることなく残存する。加えて、特にフル・スタンバイ点灯時には、このような変形が繰り返し生じ、突出が蓄積されることにより肥大化していく。
すると、肥大化した突出部に放電が集中することとなって、該突出部が異常過熱され、電極物質が蒸発し発光管内壁に付着して、該発光管内壁が黒化してしまい、急速な照度低下を引き起こすという問題があった。
【０００７】
上記従来技術の問題点を解消すべく、本発明者等は、先に特願２００９−１６５２７２号において、陽極の先端中央に形成した開口内に陽極とは別体の挿入体を、該陽極材料よりも降伏応力の小さな金属よりなる緩衝材を介在して挿入する構造を提案している。
図８（Ａ）、（Ｂ）にその概要が示されていて、タングステンからなる陽極３１の先端面３３の中央部分には、該先端面３３に開口する開口３４が形成されている。そして、該陽極３１とは別体で、陽極と同一素材からなる挿入体３５が前記開口３４と整合した形状に成形されていて、この挿入体３５が、緩衝材３６を間に挟むようにして、前記開口３４内に打ち込み等の手段によって圧入・嵌挿されている。
前記緩衝材３６は、該陽極３１および挿入体３５よりも、同じ温度における降伏応力が小さな金属材料からなり、具体的には、タンタル、モリブデン、ニオブ、またはレニウムなどからなる金属箔である。
【０００８】
このような構造とすることによって、陽極３１の先端中央部を構成する挿入体３５が熱膨張するときには、該挿入体３５と開口３４の間の緩衝材３６が高温クリープ変形を起こし、挿入体３５の熱膨張分を吸収・緩和するかたちとなり、前記開口３４の周辺の環状部分３３ａによる圧縮応力を受けることがない。
その結果、先端中央部を構成する挿入体３５が変形することもなく、局所的な突出部が形成されることもないという効果が期待できるものである。
【０００９】
ところが、点灯電力の更なる大電力化や、フル・スタンバイ点灯条件の過酷化などによって、上記構造においても条件によっては新たな問題が生じる場合があることが判明した。
図９で示すように、温度上昇に伴い緩衝材３６が熱膨張し塑性変形していく。この時に、緩衝材３６は挿入体３４と陽極３１先端の周辺環状部３３ａとの間で圧縮力を受けて、軸方向に逃げることになり、陽極３１の先端面３３から突出するという現象が生じることがある。
このように、緩衝材３６が陽極先端から突出してしまうと、その突出端３６ａが過剰に加熱され蒸発してしまい、これが発光管の黒化を招き照度低下を起こすことになるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１８８８９０号公報
【特許文献２】特開２０００−１８１０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、特に、フル・スタンバイ点灯方式を採用するショートアーク型放電ランプにおいて、陽極先端で生じる熱応力を緩和して、陽極先端の中央部分が変形することを防ぎ、黒化を防ぐことができる陽極構造を有するショートアーク型放電ランプを提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、この発明に係るショートアーク型放電ランプは、陽極の先端中央部に開口が形成され、該開口内に陽極とは別体の挿入体が、該陽極材料よりも降伏応力の小さな金属よりなる緩衝材を介在して挿入されてなり、前記陽極の開口の内表面もしくは挿入体の外表面の少なくともいずれか一方に、緩衝材の逃げ溝が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明のショートアーク型放電ランプによれば、陽極の先端開口に挿入された挿入体と、その開口の間に、該陽極材料よりも降伏応力の小さな金属よりなる緩衝材を介在させたので、特に、フル・スタンバイ点灯時などに、陽極先端部の温度が変化しても、先端中央部の熱変形が緩衝材によって吸収され、更には、該緩衝材が熱膨張により塑性変形しても、前記挿入体と前記開口の少なくともいずれかに逃げ溝が形成されているので、緩衝材の膨張分は該逃げ溝内に侵入することになり、陽極の先端面から突出してしまうようなことがなく、この部分が異常過熱されことがないから、発光管の黒化が発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るショートアーク型放電ランプの第１実施例の陽極の先          端部の要部断面図。
【図２】図１の先端部の拡大断面図。
【図３】第２実施例の要部断面図。
【図４】第３実施例の要部断面図。
【図５】本発明の効果を表すグラフ。
【図６】従来技術のランプ全体図。
【図７】図７の要部説明図。
【図８】先行出願の要部断面図。
【図９】図８の拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、第1実施例の断面図であり、（Ａ）は組み込み断面図、（Ｂ）は組み込み工程の説明図である。
図において、陽極３１の先端面３３の中央部分には、該先端面３３に開口する開口３４が形成されている。そして、該陽極３１とは別体で、陽極と同一素材からなる挿入体３５が前記開口３４と整合した形状に成形されていて、この挿入体３５が、緩衝材３６を間に挟むようにして、前記開口３４内に打ち込み等の手段によって圧入・嵌挿されている。
【００１６】
具体的には、タングステンからなる陽極３１の先端面の開口３４に、同じタングステンからなる挿入体３５が挿入されるものであり、該開口３４および挿入体３５は該挿入体３５を圧入し易くするために、若干の先細のテーパ状とされるのがよい。
緩衝材３６は、該陽極３１および挿入体３５よりも、同じ温度における降伏応力が小さな金属材料からなり、具体的には、タンタル、モリブデン、ニオブ、またはレニウムなどからなり、この実施例では金属箔であって、前記挿入体３５の外周に巻きつけられて、挿入体３５と共に開口３４内に嵌挿される。
【００１７】
そして、挿入体３５の外周面には周方向に延在する緩衝材の逃げ溝４０が刻設されている。該逃げ溝４０は１本ずつの独立した円周溝であっても、螺旋状に取り巻く螺旋溝であってもよい。
【００１８】
こうすることにより、陽極３１の先端中央部を構成する挿入体３５が熱膨張するときには、該挿入体３５と、その周辺の環状部の間に挟まった緩衝材３６が高温クリープ変形を起こし、挿入体３５の熱膨張分を吸収・緩和するかたちとなり、前記開口３の周辺の環状部３３ａによる圧縮応力を受けることがない。
その結果、先端中央部を構成する挿入体３５が変形することもなく、局所的な突出部が形成されることもない。
また、図２に示すように、緩衝材３６が熱膨張によって塑性変形しようとしても、その膨張分は挿入体３５の外周面の逃げ溝４０内に侵入して吸収されるので、軸方向への膨張が緩和され、その先端が、陽極３１の先端面３３から突出するようなことがない。
したがって、ランプの点灯・消灯や、長時間のフル・スタンバイ点灯を行っても、陽極先端中央部の局所的な突出を防いで陽極材料の蒸発を抑制し、更には、緩衝材の陽極先端面からの突出も防いで、その蒸発を抑制できるので、これら材料の蒸発に伴う照度低下を大幅に抑制することができる。
【００１９】
上記実施例では、挿入体３５に逃げ溝４０を設けたが、図３に示すものでは、陽極３１の開口３４の内表面に逃げ溝４１を刻設したものである。
この実施例においても、その逃げ溝４１は、上記第１実施例の逃げ溝４０と同様に機能し、緩衝材３６の熱膨張を該逃げ溝４１で吸収して陽極３１の先端面３３からの突出を防止するものである。
【００２０】
上記図１〜３に示す実施例では、緩衝材の逃げ溝４０、４１を周方向に形成するものであるが、図４に示す実施例では、挿入体３５の外周面に軸方向に延在する逃げ溝４２が刻設されている。
この例でも、緩衝材３６の熱膨張分が前記逃げ溝４２内に侵入して吸収され、陽極３１の先端面３３から突出することがないのは、前記実施例における周方向逃げ溝４０、４１の場合と同様である。
勿論、この場合も逃げ溝４２は挿入体３５側ではなく、開口３４側に形成してもよい。
【００２１】
なお、上記逃げ溝４０、４１、４２は、挿入体３５の外表面か陽極３１の開口３４の内表面に刻設・形成するものを記載したが、その両者に形成してもよい。
また、その逃げ溝の成形に当たっては、挿入体３５の外表面の逃げ溝の場合は、例えば、旋盤による切削加工やレーザー加工等によって形成することができるし、陽極３１の開口３４の内表面の逃げ溝の場合は、例えば、旋盤による切削加工等によって形成することができる。
そして、逃げ溝の断面形状は三角形、台形、円形の一部、またはこれらの組み合わせのいずれでも良い。
【００２２】
本発明の陽極と従来の陽極および先行出願の陽極を比較するために、本発明の陽極として実施例１に基づく陽極と、従来陽極および比較例としての先行出願陽極について、先端突出量および照度維持率についての点灯試験を行った。
実験に用いたランプは、封入水銀量３０ｍｇ／ｃｃであり、陽極の寸法が、外径：２５ｍｍ、全長：４０ｍｍ、先端面の径：φ８ｍｍのものである。
そして、本発明の陽極および先行出願（比較例）の陽極に形成した開口３４は直径φ７ｍｍであり、挿入体３５の長さは１０ｍｍである。
・陽極
本発明の陽極Ａ：挿入体３５の外表面に深さ７５μｍ、ピッチ２００μｍの
螺旋溝４０を形成した電極。（図１参照）
比較例の陽極Ｂ：挿入体３５や開口３４に逃げ溝がない電極。（図８参照）
従来例の陽極Ｃ：挿入体がなく、一体形状の電極。（図７参照）
・点灯条件と評価
入力電力４ｋＷで６ｓｅｃ、２ｋＷで２６ｓｅｃの点灯サイクルを繰り返し、５００時間点灯後の陽極先端面における、突出部の高さ：先端突出量（ｍｍ）を評価した。
また、照度維持率は、同様の点灯条件での点灯開始時の波長３６５ｎｍ（ｉ線）の紫外線照度を基準として、５００時間点灯後の照度維持率を算出した。
【００２３】
上記の実験結果を以下の表１およびその照度維持率を図５に示す。
＜表１＞
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【００２４】
表１から分かるように、５００時間点灯後の陽極先端の突出量が、従来例の陽極Ｃでは０．９４ｍｍであったものが、比較例の陽極Ｂでは０．４１ｍｍと改善されているが、本発明の陽極Ａでは、これが更に改善されて０．２ｍｍと大幅に減少していることが分かる。
その結果、表１および図５に示されるように、ｉ線の照度維持率が、従来例の陽極Ｃの８６％から、比較例の陽極Ｂで９２％と改善されているが、これが本発明の陽極Ａでは更に９６％と大幅な改善がもたらされている。
【００２５】
以上説明したように、本発明に係るショートアーク型放電ランプは、前記陽極の先端中央部に形成された開口内に陽極とは別体の挿入体が、該陽極材料よりも降伏応力の小さな金属よりなる緩衝材を介在して挿入されてなり、前記陽極の開口の内表面もしくは挿入体の外表面の少なくともいずれか一方に、緩衝材の逃げ溝が形成されているので、特に、フル・スタンバイ点灯方式を採用した場合でも、陽極先端の中央部が加熱されて局所的に突出してしまうようなことがなく、中央部が突出することによる陽極材料の蒸発と、それによって生じる発光管の黒化による照度低下が抑制されるとともに、挿入体と陽極開口の間に挿入された緩衝材が熱膨張しても、その膨張分が逃げ溝内に侵入して吸収され、陽極の先端面から突出することがないので、該緩衝材が異常過熱されて蒸発することを防止できるという効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００２６】
２１        陰極
３１        陽極
３３        陽極先端面
３４        開口
３３ａ      開口周辺の環状部
３５        挿入体
３６        緩衝材
４０        挿入体の周方向の逃げ溝
４１        開口の周方向の逃げ溝
４２        挿入体の軸方向の逃げ溝
【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】
2011165602.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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