(57)【要約】【課題】ランプの電極間距離が大きく、封入ガス圧も高いショートアーク型放電ランプにおいても、低いブレークダウン電圧で確実にランプを点灯させることができる、いわゆるランプの点灯性を改善すること。【解決手段】発光管１と、発光管１に続く封止管２と、発光管１内に配置される１対の電極３とからなり、封止管２の一部よりなる支持部７の内面に電極３を支持する電極棒４を保持する保持用筒体８を溶着して形成し、封止管２の支持部７の外表面にトリガー部材５を設けてなるショートアーク型放電ランプにおいて、少なくとも、封止管２の支持部７および／または保持用筒体８に金属または金属化合物を混入して誘電率を高めたことを特徴とする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管と、該発光管に続く封止管と、前記発光管内に配置された１対の電極とからなり、前記封止管の一部よりなる支持部において前記電極を支持する電極棒を保持し、前記封止管の前記支持部外表面にトリガー部材を設けてなるショートアーク型放電ランプにおいて、
少なくとも、前記封止管の前記支持部に金属または金属化合物を混入して誘電率を高めた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】
発光管と、該発光管に続く封止管と、前記発光管内に配置される１対の電極とからなり、前記封止管の一部よりなる支持部の内面に前記電極を支持する電極棒を保持する保持用筒体を溶着して形成し、前記封止管の前記支持部外表面にトリガー部材を設けてなるショートアーク型放電ランプにおいて、
少なくとも、前記封止管の前記支持部および／または前記保持用筒体に金属または金属化合物を混入して誘電率を高めたことを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
【請求項３】
前記金属化合物がチタン化合物であることを特徴とする請求項１または請求項２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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ショートアーク型放電ランプに係わり、例えば、映写機用の光源として使用されるショートアーク型放電ランプや、半導体露光用の光源として使用される水銀が封入されたショートアーク型放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記分野に用いられるショートアーク型放電ランプは、発光管内に電極の温度上昇を抑制し、電極の熱損耗を防止するために大きな電極が配置されている。また、電極を支持する電極棒が、発光管に続く封止管内に、封止管の絞り込み量を少なくして、封止管の破損を防止するために封止管内面に溶着して設けられた円筒状のガラス製の保持用筒体に挿入して配置されている。
【０００３】
また、このようなランプは、点灯性を良くするために、トリガーワイヤーの一端が一方の封止管上に巻回され、該トリガーワイヤーの他端が発光管外表面に沿って他方の封止管上に設けられている。
【０００４】
トリガーワイヤーは、一方の電極に電気的に接続して配置する場合や、いずれの電極にも接続せずに配置する場合とがあるが、どちらの場合も、電極間にイグナイターからブレークダウン電圧を印加した際に、ランプの点灯に寄与させることができるものである。
【０００５】
従来、トリガーワイヤーの配設の仕方を改善して、ブレークダウン電圧の低下を図り、点灯装置の種類に関係なくショートアーク型放電ランプを確実に点灯させる技術が、特開平２−１９９７６６号公報や特開平２−２１０７５０号公報に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２−１９９７６６号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平２−２１０７５０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、半導体露光分野では、露光工程のスループットの向上を図るために、より一層紫外線放射強度の強いランプが要求され、また、映像分野では、スクリーン照度の向上を図るために、より一層大きなランプが要求さ、ランプ入力が大きくなる傾向にある。
そのため、このようなランプでは、電極間距離が大きくなり、封入ガス圧も高くなっている。
【０００９】
電極間距離を大きくする理由は、電極間距離が短い場合は、熱によって電極先端が融け出す現象が発生するためであり、これを回避するために電極間距離を大きくする必要がある。
【００１０】
また、封入ガス圧を高くする理由は、半導体露光用のランプでは、紫外線放射強度を上げるためであり、アルゴンやクリプトンやキセノン等のバッファガスの圧力を上げる手段が採られる。また、映像用のランプでは、光出力を高めるために、封入するキセノンガス量を増やす手段が採られ、封入ガス圧が高くなっている。
さらに、これらのランプにおいては、電極の形状（特に、電極の胴部の外径）が大きくなり、封止管の内径が大きくなる。そのため、封止管の絞り込み量が大きくなることを避けるために、保持用筒体の肉厚を厚くする傾向にある。
【００１１】
しかし、上記のごとくランプ構造が変化すると、ブレークダウン電圧を高くしなければランプを点灯することができなくなっている。しかし、ブレークダウン電圧を大きくすると、電源に戻るサージ量、いわゆるノイズが大きくなるため、電源を破壊したり、電源の破壊を防止するための回路構成が複雑になる問題が発生する。つまり、ランプの点灯性が悪化する問題が生じる。
【００１２】
本発明の目的は、上記のごとく、電極間距離が大きく、封入ガス圧も高いショートアーク型放電ランプにおいても、低いブレークダウン電圧で確実にランプを点灯させることができる、いわゆるランプの点灯性を改善したショートアーク型放電ランプを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
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、発光管と、該発光管に続く封止管と、前記発光管内に配置された１対の電極とからなり、前記封止管の一部よりなる支持部において前記電極を支持する電極棒を保持し、前記封止管の前記支持部外表面にトリガー部材を設けてなるショートアーク型放電ランプにおいて、少なくとも、前記封止管の前記支持部に金属または金属化合物を混入して誘電率を高めたことを特徴とする。
【００１４】
第２の手段は、発光管と、該発光管に続く封止管と、前記発光管内に配置される１対の電極とからなり、前記封止管の一部よりなる支持部の内面に前記電極を支持する電極棒を保持する保持用筒体を溶着して形成し、前記封止管の前記支持部外表面にトリガー部材を設けてなるショートアーク型放電ランプにおいて、少なくとも、前記封止管の前記支持部および／または前記保持用筒体に金属または金属化合物を混入して誘電率を高めたことを特徴とする。
【００１５】
第３の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記金属化合物がチタン化合物であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１から図６を用いて説明する。
図１は、一実施形態に係るショートアーク型放電ランプの構成を示す断面図である。 
同図において、１は発光管、２は発光管１に続く封止管、３は発光管１内に配置される１対の電極、４は電極３を支持する電極棒、５は封止管２の外表面に配設されたトリガーワイヤー等のトリガー部材、６は口金、７は封止管２が絞り込まれ、絞り込まれた封止管２の内面において電極棒４を保持する封止管２の一部よりなる支持部であり、この封止管２の支持部７には、この部分の誘電率を高めるために金属または金属化合物が混入される。
【００１７】
なお、発光管１と封止管２は石英ガラスからなり、一体物で構成され、図中左側の電極３は陰極であり、電極棒４の先端側が陰極である電極３として機能するものである。また、同図に示すように、絞り込まれた封止管２の支持部７の内面において電極棒４を保持するように構成されている。また、本実施形態においては、トリガー部材５の一端が口金６に接続され、他端が封止管２の一部に巻回されたトリガー部材の配設構成を採用している。
【００１８】
図２は、図１と異なる他の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの構成を示す断面図である。
同図において、８は封止管２の支持部７の内面に溶着して設けられた円筒状のガラス製の筒体からなり、内部において電極棒４を挿通して保持する保持用筒体である。本実施形態のショートアーク型放電ランプにおいては、封止管２の支持部７および保持用筒体８には、封止管２の支持部７および保持用筒体８の誘電率を高めるための金属または金属化合物が混入されているか、または封止管２の支持部７または保持用筒体８に、封止管２の支持部７または保持用筒体８の誘電率を高めるための金属または金属化合物が混入されている
なお、その他の構成は図１に示す同符号の構成に対応するので説明を省略する。
【００１９】
同図に示すように、本実施形態のショートアーク型放電ランプは、図１に示すショートアーク型放電ランプにおいては封止管２の支持部７内面において電極棒４を保持しているのに対して、封止管２の支持部７内面に設けられた保持用筒体８によって電極棒４を保持するように構成されている点で相違する。
【００２０】
次に、図３および図４を用いて、ショートアーク型放電ランプのブレークダウン電圧を低下させることができる理由を、図２に示した封止管２の支持部７および保持用筒体８に金属または金属化合物を混入したショートアーク型放電ランプを例にして説明する。
【００２１】
図３は、図２のＡ−Ａにおける断面を拡大して示した断面図である。
同図において、９は保持用筒体８と電極棒４間の間隙、ｄ１は封止管２の厚さと保持用筒体８の厚さを加算したトリガー部材５と間隙９間の距離、ｄ０は間隙の距離であり、その他の符号は図２に示す同符号の構成に対応する。
同図に示すように、封止管２の支持部７においては、電極棒４およびトリガー部材５を両電極とし、その間に封止管２の支持部７、保持用筒体８、および間隙９が存在することによって、１つのコンデンサが形成される。
【００２２】
図４は、図３に示した断面図を等価的なコンデンサとして示した図である。  ここで、封止管２の支持部７および保持用筒体８の石英ガラスにおける静電容量をＣ１、誘電率をε１とし、間隙９における静電容量をＣ０、誘電率をε０とし、電極面積をＳとし、電極棒４とトリガー部材５間に印加される電位差をＶ、間隙９間の電位差をＶ０、間隙９における電界強度をＥ０とするとき、
Ｃ１＝ε１・Ｓ／ｄ１、Ｃ０＝ε０・Ｓ／ｄ０と表される。
その結果、
Ｅ０＝Ｖ０／ｄ０＝（Ｖ／ｄ０）・（１／Ｃ０）／（１／Ｃ０＋１／Ｃ１）
＝（Ｖ／ｄ０）・（ｄ０／ε０・Ｓ）／（ｄ０／ε０・Ｓ＋ｄ１／ε１・
Ｓ）
＝Ｖ／（ｄ０＋ｄ１・ε０／ε１）
と表される。
【００２３】
ここで、ランプの点灯性を良くすることとは、間隙９における絶縁破壊をし易くすることと同じである。つまり、上式において、間隙９における電界強度Ｅ０を大きくすることによって、間隙９における絶縁破壊が起こり易くなる。
【００２４】
上式において、電界強度Ｅ０を大きくするためには、電極棒４と保持用筒体８の内面の間隙９の距離ｄ０を小さくするか、封止管２と保持用筒体８の肉厚の合計である距離ｄ１を小さくするか、封止管２と保持用筒体８の石英ガラスにおける誘電率ε１を大きくするかである。
この場合、距離ｄ０を小さくすることは、電極棒４と保持用筒体８の内面との離間距離を小さくすることであるが、これは製造上一定の離間距離以下とすることはできない。また、距離ｄ１を小さくすることは、封止管２と保持用筒体８の合計の肉厚を薄くすることになるが、この肉厚を薄くすると、封止管２の強度が落ちる問題がある。
従って、封止管２と保持用筒体８の石英ガラスにおける誘電率ε１を大きくすることが得策であることが分かる。
【００２５】
このようなことから、図１に示したショートアーク型放電ランプにおいては、少なくとも、封止管２の支持部７に、封止管２の支持部７における誘電率を高めるために、金属または金属化合物を混入するものであり、また、図２に示したショートアーク型放電ランプにおいては、少なくとも、封止管２の支持部７および／または保持用筒体８に、封止管２の支持部７および／または保持用筒体８における誘電率を高めるために、金属または金属化合物を混入するものである。
なお、具体的に混入する金属化合物としてはチタン化合物であるチタン酸化物（ＴｉＯ２）を用いた。
図５は、封止管と保持用筒体が共に石英ガラスからなる従来のショートアーク型放電ランプと、封止管と保持用筒体にチタン酸化物を混入した本発明のショートアーク型放電ランプについて、それぞれ異なる入力電力のランプについて、封止管と保持用筒体における比誘電率とブレークダウン電圧との対比結果を示す表である。
【００２６】
同図から明らかなように、本発明の全てのショートアーク型放電ランプは、従来のショートアーク型放電ランプに比べて、封止管および保持用筒体における誘電率が大きくなっており、ブレークダウン電圧も、全ての異なる入力電力のランプにおいて、本発明の各ショートアーク型放電ランプが従来の各ショートアーク型放電ランプに比べて低くなっている。
【００２７】
つまり、本発明の各ショートアーク型放電ランプでは、低いブレークダウン電圧でも確実にランプを点灯させることができ、ランプの点灯性を良くすることができる。
なお、同図に示すように、ランプの点灯性の向上は５ｋＷ以上のショートアーク型放電ランプにおいて顕著になっていることが分かる。
【００２８】
次に、図５に示された比誘電率の測定方法について説明する。
まず、比誘電率を測定するための測定サンプルの作り方について図６を用いて説明する。図６（ａ）に示すように、従来のショートアーク型放電ランプおよび本発明のショートアーク型放電ランプについて、図２に示したショートアーク型放電ランプの封止管２の支持部７および保持用筒体８に相当する箇所（以下、ガラスという）を切り出す。次に、切り出されたガラス中の電極棒やガラス外面に塗布されていた金属膜等を剥がし、ガラスのみの状態にする。次に、図６（ｂ）に示すように、ガラスの内径と同径で、かつガラスの長さに比べて１／２以下の長さの金属棒を用意する。この金属棒には測定時の端子となる金属棒に比べて極めて細い金属線を溶接する。次に、図６（ｃ）に示すように、前記金属棒と同じ幅の金属膜を図６（ａ）で作成されたガラスの中央部外周に塗布する。次に、図６（ｄ）に示すように、図６（ｂ）において作成された金属棒を図６（ｃ）において作成されたガラス中に挿入する。その際、金属棒とガラス中央部外周の金属膜の位置が一致するようにする。これで、測定サンプルが完成する。
【００２９】
次に、上記測定サンプルの静電容量の測定は、ガラス外周に塗布された金属膜と金属棒に接続されている金属線間を、ＬＣＺメータで測定する。静電容量の測定は周波数１ｋＨｚの条件下で測定した。なお、ＬＣＺメータは、ＮＦ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ製のＬＣＺ  ＭＥＴＥＲ２３４０を使用した。
【００３０】
次に、測定された静電容量に基づく、前記測定サンプルであるガラスの比誘電率の算出は、前記測定サンプルであるガラスは同心円筒と見なせるから、この同心円筒の中心から円筒内面までの距離をａ、同心円筒の中心から円筒外面までの距離をｂとし、このガラスの誘電率をεｑとすると、単位長さ当たりの同心円筒の静電容量は、Ｃ＝２πεｑ／ｌｏｇ１０ｂ／ａ（Ｆ）で表すことができる。これより誘電率εｑ（Ｆ／ｍ）を算出し、εｑ＝ε１×ε０より、真空中の誘電率ε０＝８．８５×１０−１２（Ｆ／ｍ）ε０を利用して、ガラスの比誘電率ε１を算出することができる。
【００３１】
次に、図２に示したショートアーク型放電ランプのトリガー部材の配置方法と異なる配置方法について、図７から図９を用いて説明する。
【００３２】
図７に示すショートアーク型放電ランプでは、トリガー部材５は、両方の口金６に接続されておらず、封止管２間に渡って配設され、両端が封止管２の支持部７において巻回されているだけである。この場合、トリガー部材５は電極３と電気的には接続されておらず、浮いた状態にある。このランプでは、電極間の絶縁破壊電圧がそれほど高くなく、イグナイターからの高電圧で絶縁破壊を起すものであり、さらに点灯性を良くするためにトリガー部材５が配置されたものである。
【００３３】
図８に示すショートアーク型放電ランプは、図２に示すショートアーク型放電ランプとは異なり、トリガー部材５の一端部が図中左側の陰極となる電極３に繋がる口金６に接続されているものである。電源との関係において、陰極となる電極３がマイナス高圧になる場合に、このような配置方法が採られる。図２では、陽極となる電極３がプラス高圧になっており、陽極となる電極３に繋がる口金６にトリガー部材５が接続されている。
【００３４】
図９に示すショートアーク型放電ランプは、図中左側の封止管２の表面に導電性の金属膜９が形成されており、トリガー部材５と異なるトリガー部材５１の一端が図中左側の口金６に接続され、他端が支持部７の表面に巻回されている。またトリガー部材５は、封止管２間に渡って配設され、両端が封止管２の支持部７において巻回されている。そして、トリガー部材５とトリガー部材５１とは、金属膜９を介して電気的に繋がっている。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、発光管と、発光管に続く封止管と、発光管内に配置される１対の電極とからなり、封止管の一部よりなる支持部において電極を支持する電極棒を保持し、封止管の支持部の外表面にトリガー部材を設けてなるショートアーク型放電ランプにおいて、少なくとも、封止管の支持部に金属または金属化合物を混入して誘電率を高めたので、ランプの電極間距離が大きな、また封入ガス圧も高いショートアーク型放電ランプにおいても、電極棒と封止管の支持部内面間に形成される間隙の電界強度を高めることができ、低いブレークダウン電圧でも確実にランプを点灯させることができる。
【００３６】
請求項２に記載の発明によれば、発光管と、発光管に続く封止管と、発光管内に配置される１対の電極とからなり、封止管の一部よりなる支持部の内面に電極を支持する電極棒を保持する保持用筒体を溶着して形成し、封止管の支持部の外表面にトリガー部材を設けてなるショートアーク型放電ランプにおいて、少なくとも、封止管の支持部および／または保持用筒体に金属または金属化合物を混入して誘電率を高めたので、ランプの電極間距離が大きな、また封入ガス圧も高いショートアーク型放電ランプにおいても、電極棒と保持用筒体内面間に形成される間隙の電界強度を高めることができ、低いブレークダウン電圧でも確実にランプを点灯させることができる。
【００３７】
請求項３に記載の発明によれば、金属化合物としてチタン化合物を用いるので、封止管の支持部および／または保持用筒体の誘電率を容易に高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係るショートアーク型放電ランプの構成を示す断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａにおける断面を拡大して示した断面図である。
【図４】図３に示した断面図を等価的なコンデンサとして示した図である。
【図５】封止管と保持用筒体が共に石英ガラスからなる従来のショートアーク型放電ランプと、封止管と保持用筒体にチタン酸化物を混入した本発明のショートアーク型放電ランプについて、それぞれ異なる入力電力のランプについて、封止管と保持用筒体における比誘電率とブレークダウン電圧との対比結果を示す表である。
【図６】比誘電率を測定するための測定サンプルの作り方を説明するための図である。
【図７】図２に示したショートアーク型放電ランプのトリガー部材の配置方法と異なる配置方法を示す図である。
【図８】図２に示したショートアーク型放電ランプのトリガー部材の配置方法と異なる配置方法を示す図である。
【図９】図２に示したショートアーク型放電ランプのトリガー部材の配置方法と異なる配置方法を示す図である。
【符号の説明】
１  発光管
２  封止管
３  電極
４  電極棒
５  トリガー部材
６  口金
７  封止管の一部である支持部
８  保持用筒体
９  間隙
【図１】
2004200009.tif 000003
【図２】
2004200009.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004200009.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004200009.tif 000011