(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に一対の電極が対向配置しかつ発光物質が封入された発光部と、この発光部の両端に形成された封止部よりなるショートアーク型高圧放電ランプにおいて、
前記封止部は、柱状ガラス部材と、このガラス部材の外表面に、当該ガラス部材の長手方向に沿って伸びるように配設された略帯状の金属箔を有し、
当該金属箔は、前記ガラス部材の電極側端面の周縁に相当する部分において、局所的に短手方向の幅が狭くなっていることを特徴とするショートアーク型高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記ガラス部材は、電極側端部が縮径する円錐台状の構造を有し、
前記金属箔は、当該ガラス部材の外表面の屈曲部分に相当する部分においても、局所的に短手方向の幅が狭くなっ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高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記金属箔は、当該ガラス部材の電極側端面と反対側の端面の周縁に相当する部分においても、局所的に短手方向の幅が狭くなっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のショートアーク型高圧放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はショートアーク型高圧放電ランプに関する。特に、大電力で点灯する箔シール構造のショートアーク型高圧放電ランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ショートアーク型高圧放電ランプは、半導体ウエハーや液晶基板など各種の露光工程に用いられている。また、近年では、露光面積の大型化や高スループット化が要求されつつあり、その一方で、長寿命という特性も要求されつつある。
【０００３】
一方、ショートアーク型高圧放電ランプの封止構造は、従来から、ロッドシール構造と箔シール構造が知られている。
箔シール構造は、電極（電極軸）と外部リードの間に金属箔を介在させて電気的な導通構造を確保するとともに、金属箔部分において気密封止するというものである。さらに、大電力タイプのランプにあっては、柱状ガラス部材を用いて、当該ガラス部材の外周面に複数枚の金属箔を間隔を持って配置させる構造が知られている。このような構造は、例えば、実用新案登録第２５８３３１７号や特開２００５−３０２３９２号などに開示されている。
【０００４】
このように、柱状ガラス部材と複数の金属箔により封止部を形成する構造は、金属箔の枚数が多いため、大電流に適するという利点を有する。
その一方で、金属箔と、封止部を構成する材料（石英ガラス）との間に、いわゆるクラックを発生させることがあり、このクラックが成長することで、放電ランプの破損を招くという問題を生じさせていた。この現象は、動作圧力が大きいランプほど生じやすい傾向にある。
【特許文献１】実用新案登録第２５８３３１７号
【特許文献２】特開２００５−３０２３９２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明が解決しようとする課題は、大電流化の要請に応えつつ、高い耐圧特性を有するショートアーク型高圧放電ランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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高圧放電ランプは、内部に一対の電極が対向配置しかつ発光物質が封入された発光部と、この発光部の両端に形成された封止部よりなる構成を有する。
そして、前記封止部は、柱状ガラス部材と、このガラス部材の外表面であって当該ガラス部材の長手方向に沿って伸びるように配設された略帯状の金属箔を有し、当該金属箔は、前記ガラス部材の電極側端面の周縁に相当する部分において、局所的に短手方向の幅が狭くなっていることを特徴とする
【０００７】
さらに、前記ガラス部材は、電極側端部が縮径する円錐台状の構造を有し、前記金属箔は、当該ガラス部材の外表面の屈曲部分に相当する部分においても、局所的に短手方向の幅が狭くなっていることを特徴とする。
【０００８】
さらに、前記金属箔は、当該ガラス部材の電極側端面と反対側の端面の周縁に相当する部分においても、局所的に短手方向の幅が狭くなっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討の重ねた結果、柱状ガラス部材と複数の金属箔により封止部を形成する構造において、金属箔と封止部を構成する材料（石英ガラス）との間にクラックが発生する原因は、金属箔を折り曲げた場合に生ずる金属箔のシワが原因であることを突き止めた。
そして、本願発明は、金属箔が折り曲げられる部分において、当該金属箔の短手方向の幅を局所的に小さくすることで、シワの発生をなくすことができ、あるいは、なくならないまでの激減するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明に係るショートアーク型高圧放電ランプの概略構成を示す。
ショートアーク型高圧放電ランプ（以下、単に「放電ランプ」あるいは「ランプ」ともいう）１０は、全体が石英ガラスからなり、発光部１１とその両端にロッド状の封止部１２が一体的に形成されている。発光部１１の内部には、発光空間が形成されており、陽極２と陰極３が、例えば５．０ｍｍの間隙をもって対向配置している。なお、発光部１１は球形、あるいは管軸方向に細長く伸びる紡錘形である。
【００１１】
発光部には、発光物質としての水銀と、始動性ガスとしての例えばキセノンなどの不活性ガスが封入されている。一例をあげると、水銀の封入量は1ｍｇ／ｃｃ〜100ｍｇ／ｃｃ程度であり、動作圧力として0.1Mpa〜10Mpa気圧に到達する。水銀に発光により、波長３６５ｎｍ等の輝線スペクトルが発生する。
【００１２】
陽極２は、タングステンよりなり、先端に平面部分を有する略砲弾形状であって、陽極棒２ａに支持される。
陰極３は、トリウムタングステンよりなり、円錐状の先端部分を有する形状であって、陰極棒３ａに支持される。
陽極２や陰極３は、放熱効果を高めるために、電極の外周面に、例えばレーザ照射によって形成される溝を形成することができる。また、陽極棒２ａや陰極棒３ａにはタンタルなどのゲッター物質を装着することもできる。
【００１３】
陽極棒２ａと陰極棒３ａは、ともに、根元が封止部１２に向かって伸びており、各封止部１２の中で、図示略のモリブデン箔に接続されて気密封止構造が形成されている。封止部１２の外端からは外部リード１３が突出しており、この外部リード１３に、給電装置が接続されて電流供給が行なわれる。なお、陽極２や陰極３は、それぞれ陽極棒２ａ、陰極棒３ａと物理的に別体である必要はなく、例えば、同じ外径のまま伸び、両者が物理的に一体の構造であってもかまわない。
【００１４】
図２は、図１に示す陽極側封止部１２の拡大断面構造を示す。封止部１２には、柱状ガラス部材２０と、円盤状の導電板２１と、カップ状の導電部材２２と、電極軸２ａが貫通する保持用筒体２３と、金属箔５を備える。ガラス部材２０の一端には電極（電極軸）が、他端には外部リード１３が、それぞれ配置しており、金属箔５を介在させて両者の電気的導通が形成されている。
【００１５】
ガラス部材２０は、石英ガラスが全体ロッド状になっており、主要部分２０ａは円柱形状をなしている。ガラス部材２０の電極側端部は外径が徐々に縮径する円錐台形状（円錐台部分２０ｂ）をなしており、その端面２０ｃに導電板２１が配置している。ガラス部材２０の電極側端部の端面２０ｃの大きさは、導電板２１の大きさとほぼ等しいか、あるいはわずかに大きいぐらいである。ガラス部材２０の外部リード１３側端部は、外部リード用挿入穴が形成されており、外部リード１３の先端がおさまっている。ガラス部材２０の外部リード１３側端面には、カップ状の導電部材２２が配置しており、金属箔５と接合している。外部リード１３の周囲には、円筒形状の外部リード保持用筒体２４が配置している。なお、ガラス部材２０の電極側端面においても、陽極軸用挿入穴を設けて、陽極軸２ａが円盤状導電部材２を貫通して、ガラス部材２０の中で保持される構造であってもかまわない。
【００１６】
保持用筒体２３は、内部に陽極軸２ａの貫通孔が形成された円筒形状のものであり、全体が石英ガラスから構成されている。保持用筒体２３の内表面と、電極軸２ａの外表面の間には微小な間隙が形成されているため、ランプ点灯時は、発光空間内の動作圧力が当該間隙を介して導電板２１付近まで到達している。保持用筒体２３外周囲は封止管を絞りこんで封止部を形成させている。
【００１７】
図３は、図２のＡ−Ａの断面構造を示す。金属箔５はガラス部材２０の外周面に間隙を設けて５枚配置されている。図２では、５枚の金属箔のうち、金属箔５ａと金属箔５ｄのみを示していることとなる。各金属箔５は短冊形状（帯状）であり、ガラス部材２０の側面に沿って、かつ、ガラス部材２０の長手方向に伸びるように配置している。金属箔５の一端は円盤状導電部材２１の電極側表面において、例えば抵抗溶接などにより接合しており、他端はカップ状導電部材２２の側面において、同じく抵抗溶接などで接合している。
なお、金属箔は、当初、平板形状であり、封止部の生成工程においてガラス部材の形状にそって曲面形状になるが、当初から曲面形状にしておくこともできる。金属箔のシワ発生を抑えることができる。
【００１８】
図４は金属箔の拡大構造を示し、特に、封止部に埋設されている状態を示す。（ａ）は図１と同じ方向の断面構造を示し、（ｂ）は（ａ）におけるＢ方向から見た状態を示す。（ｃ）は（ｂ）と同一状態を示すが符号を付している位置が異なる。
金属箔５は、ガラス部材２０の円柱状部分２０ａに対応した領域５１と、円錐台部分２０ｂに対応した領域５２と、電極側先端面２０ｃに対応した領域５３から構成される。円柱状部分２０ａに対応した領域５１と円錐台部分２０ｂに対応した領域５２の境界５ａは、ガラス部材２０の円柱状部分２０ａと円錐台部分２０ｂの境界２０ｄに対応しており、また、円錐台部分２０ｂに対応した領域５２と電極先端面２０ｃに対応した領域５３に境界５ｂは、ガラス部材２０の円錐台部分２０ｂと電極先端面２０ｃの境界２０ｅに対応している。
【００１９】
図４（ｂ）から分かるように、金属箔５の境界５ａでは、金属箔の短手方向の幅が局所的に小さくなっている幅狭部Ｓ１が形成される。また、金属箔５の境界５ｂでも、金属箔の短手方向の幅が局所的に小さくなっている幅狭部Ｓ２が形成される。
このように、金属箔を折り曲げるべき部分において、短手方向の幅を局所的に狭くすることで、折り曲げ時に生ずるシワを防止できる。そして、シワの発生が防止されると、当該部分におけるクラックの発生も防止される。これは、シワが発生すると、金属箔と石英ガラスの間に微小な隙間が生じる。前記したように、発光空間の高い動作圧は、導電部材２１にまで到達しているので、微小な隙間が存在すると、当該隙間に作用してクラックの発生・成長を導くことになる。この点で、本願発明は、シワの発生そのものを防止、あるいは極力小さく抑えることができるため、クラックの発生を防止できる。
【００２０】
図４（ｃ）を参照に数値例を示すと、金属箔５の長手方向の大きさ51Ｌは50〜90ｍｍの範囲から選択されて例えば70mm、金属箔５の短手方向の大きさ51Ｗ１は6〜13ｍｍの範囲から選択されて例えば12ｍｍであり、電極側先端部の短手方向の大きさ51Ｗ2は4〜7ｍｍの範囲から選択されて例えば5ｍｍ、幅狭部Ｓ１の金属箔の長手方向に相当する方向の大きさS1Ｌは3〜6ｍｍの範囲から選択されて例えば5ｍｍ、幅狭部Ｓ１の金属箔の短手方向に相当する方向の大きさS1Wは1〜3ｍｍの範囲から選択されて例えば2.5ｍｍ、幅狭部Ｓ２の金属箔の傾斜方向に相当する方向の大きさS2Ｌは1〜4ｍｍの範囲から選択されて例えば3ｍｍ、幅狭部Ｓ２の金属箔の短手方向に相当する方向の大きさS2Ｗは0.5〜2ｍｍの範囲から選択されて例えば1.5ｍｍである。
ガラス部材２０の長さ方向の大きさは35〜80ｍｍの範囲から選択されて例えば55ｍｍ、径方向の大きさは19〜31ｍｍの範囲から選択されて例えば23ｍｍである。
【００２１】
金属箔５は、境界５ａより先端（図において右側）において、幅（短手方向の長さ）が漸次小さくなっている。これもシワの発生防止のためであり、また、ガラス部材２０の先端面において金属箔同士が重ならないようにするためである。
【００２２】
なお、ガラス部材２０の円錐台部分２０ｂは、高い耐圧特性を得るために有利な構造ではあるが、必須というわけではない。ガラス部材２０が円錐台部分２０ｂを有さない構造、すなわち、完全な円柱部材である場合は、金属箔の幅狭部Ｓ１は不要となり、端面の折り返しに相当する幅狭部Ｓ２だけとなる。
【００２３】
図５は、図２と同様に陽極側封止部１２の他の拡大断面構造を示す。封止部１２には、柱状ガラス部材２０と、円盤状の導電板２１と、同じく円盤状の導電部材２２と、電極軸２ａが貫通する保持用筒体２３と、金属箔４を備える。すなわち、図２に示す構造は、外部リード側の導電部材２２がカップ状であったのに対し、本実施例では円盤状である点が相違する。
【００２４】
図６は、図５の封止部構造に使われる金属箔を示す。（ａ）と（ｂ）はそれぞれ図４（ｂ）と同じ方向から見た図面を示し、それぞれ異なる実施形態を示す。図６に示す金属箔が、図４に示す金属箔と異なる点は、幅狭部Ｓ１、Ｓ２に加えて、外部リード側の折り曲げ部分にも幅狭部Ｓ３が形成されていることである。
幅狭部Ｓ３の作用効果は、折り曲げ時生ずるシワを防止する事で、リード側の気密が保持され酸化防止される。
【００２５】
幅狭部Ｓは、例えば、矩形状の金属箔からプレス機を使って一部分を切り落とすことで作ったり、あるいは、ＹＡＧレーザの放射光を一筆書きのように照射させることで一部分を切り落とすことができる。なお、金属箔全体をガラス部材の形状にあわせて曲面形状にする場合、プレス機による製造ではプレス時において、切断と同時に曲面形状を形成させることができる。一方、レーザ照射による製造では、平面状の金属箔を形成した後で、別途曲面加工することになる。
【００２６】
なお、上記実施例では、ガラス部材の外周囲に５枚の金属箔を配列させた構造を例示したが、このような実施形態に限定されるわけではない。すなわち、ガラス部材の周囲に金属箔を配置させる構造であれば、金属箔の枚数に限定されることなく、本願発明は適用できる。
【００２７】
なお、金属箔の幅が、ガラス部材の外径に比較して、相対的に大きい場合に、金属箔の折り曲げに対してシワが発生しやすい。従って、このような場合に、本願発明の幅狭部の形成は特に有効となる。数値例を上げるならば、ガラス部材の外径がφ23〜φ30であり、金属箔の幅が10ｍｍ〜12ｍｍの場合に特に有効となる。
【００２８】
なお、ガラス部材２０は円柱状を例示したが、内部に空洞を有する構造であってもかまわない。
【００２９】
図７は陽極３の他の実施形態を示す。陽極３は、電極本体３０とその内部に伝熱体Ｍを有する構造をしている。電極本体３０は、高融点金属、もしくは、高融点金属を主成分とする合金からなり、内部に密閉空間Ｓ（以後、「内部空間」ともいう）が形成される容器形状をしたものである。伝熱体Ｍは、電極本体３０の内部に気密に封入された金属であり、電極本体３０を構成する金属より融点の低い金属から構成される。電極本体３０は、軸部３ａと接着剤で固定される。
【００３０】
電極本体３０を構成する金属としては、タングステン、レニウム、タンタルなどの融点が３０００（Ｋ）以上の高融点金属が採用される。特に、タングステンは内部の伝熱体Ｍと反応しにくい点で好ましく、さらに、純度９９．９％以上のいわゆる純タングステンが好ましい。また、高融点金属を主成分とする合金としては、例えば、タングステンを主成分とするタングステンーレニウム合金を採用できる。高温時の繰返し応力に対する耐性が高いものとなり、電極の長寿命化を図ることができる。
【００３１】
伝熱体Ｍは、電極本体３０を構成する金属よりも融点の低い金属により構成される。具体的には、電極本体３０の構成材料としてタングステンを用いた場合は、伝熱体Ｍとして、金、銀、銅、あるいはこれらを主成分とする合金が採用できる。このうち、銀、銅は好ましい材料であり、とりわけ銀は最も適している金属である。これは、銀や銅は、タングステンと合金を作らないので、安定的に熱輸送体として働くという意味においても望ましい金属とされる。
【００３２】
また、別の具体例としては、電極本体３０を構成する金属としてレニウムを用いた場合、伝熱体Ｍとしてタングステンを用いることができる。
電極本体３００を構成する金属としてレニウムを採用する利点は、ハロゲンを封入した水銀ランプやメタルハライドランプの場合に、電極の腐食を防止できることであり、これにより、放電ランプの長寿命化を図ることである。
【００３３】
電極本体３０は内部に密閉空間Ｓを有する概略容器形状の構造をしている。このため、伝熱体Ｍが、高温化されて溶融し、その一部が蒸気化したとしても、発光部１１の発光空間に漏出することはない。従って、本発明に係る放電ランプは、水冷型放電ランプのように外部から冷却媒体を供給、排出する機構が必要なく極めて簡易な構造で冷却機構を保持できるばかりか、一度、放電ランプを製造すれば放電ランプの寿命になるまで、伝熱体を補給などすることなしに冷却機構を持続的に機能させることができる。つまり、従来から提案されていた大出力型放電ランプは、放電ランプ以外の外部に冷却機構を依存するものであったのに対し、本発明による放電ランプは、ランプそのものが極めて簡易な構造で冷却機能を有している。この電極構造は、例えば特開２００４−６２４６号に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るショートアーク型高圧放電ランプの全体構成を示す。
【図２】本発明に係るショートアーク型高圧放電ランプの封止部を示す。
【図３】本発明に係るショートアーク型高圧放電ランプの封止部を示す。
【図４】本発明に係るショートアーク型高圧放電ランプの金属箔を示す。
【図５】本発明に係るショートアーク型高圧放電ランプの封止部を示す。
【図６】本発明に係るショートアーク型高圧放電ランプの金属箔を示す。
【図７】本発明に係るショートアーク型高圧放電ランプの陽極の他の実施形態を示す。
【符号の説明】
【００３５】
２    陰極
２ａ  陰極棒
３    陽極
３ａ  陽極棒
５    金属箔
１０    放電ランプ
１１    発光部
１２    封止部
１３  外部リード
２０  ガラス部材
２１  円盤状導電部材
２２  カップ状導電部材
２３  保持筒体
Ｓ１  幅狭部
Ｓ２  幅狭部
Ｓ３  幅狭部
【図１】
0004973509.tif 000002
【図２】
0004973509.tif 000003
【図３】
0004973509.tif 000004
【図４】
0004973509.tif 000005
【図５】
0004973509.tif 000006
【図６】
0004973509.tif 000007
【図７】
0004973509.tif 000008