專利名稱：短弧型放電燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種短弧型放電燈，尤其涉及一種具有在電極主體的密閉空間內封入了導熱體的電極的短弧型放電燈。
背景技術：
一直以來，在作為對半導體基板、液晶顯示器用的液晶基板、印刷基板等進行曝光的曝光裝置的紫外線照射光源使用的短弧型放電燈中，越來越大輸出化。因該大輸出化而使額定消耗功率變大時，流過燈的電流值通常變大，從而使電極受到電子沖突的量變大，產生容易升溫并熔融的問題。并且，構成電極的材料例如鎢蒸發(fā)，附著到發(fā)光管的內表面并黑化，還產生作為燈的放射能力下降的問題。為解決這種電極材料熔融、蒸發(fā)的問題，例如提出了具有特開2004-6246號公報中公開的電極構造的短弧型放電燈的方案。在該短弧型放電燈中，使用在形成于電極主體的密封內部空間內封入有導熱率比電極材料高、點燈時熔融的導熱體的電極。以下參照圖7、8說明該現(xiàn)有技術。在圖7中，表示具有在發(fā)光管10內相對配置的一對電極11、12的短弧型放電燈1， 該電極中的至少一個電極(該例中是陽極)12的電極主體15如圖8所示，由容器部件16 和蓋部件17構成，其內部形成密閉空間18。并且，該密閉空間18內封入有導熱率比構成電極12的材料例如鎢高、點燈時熔融的材料，例如金、銀等構成的電熱體M。并且，上述密閉空間18中填充有不活潑氣體。上述導熱體M在燈點燈時熔融，在密閉空間18內對流，將電極主體15的前端的熱傳導到該電極主體15的后端側，從而減少電極主體15在軸方向的溫度梯度，結果可降低前端的溫度，從而抑制電極前端的熔融、蒸發(fā)。但使具有這種電極構造的短弧型放電燈長時間點燈時，在電極主體的前端的內壁的一部分產生“高溫蠕變”的現(xiàn)象，電極前端變形，接著前端部開孔，以至破裂。該高溫蠕變是內部具有密閉空間的電極構造的特有的變形現(xiàn)象?？梢酝茰y出其機理是，在燈點燈時，電極的內壁受到導熱體和不活潑氣體產生的較高的壓力，并且從電極外部受到極高溫的熱量。尤其是，作為產生放電電弧的部位的前端，暴露于例如2000°c這種水平的高溫。高溫蠕變是，形成容器部件的底部(電極前端側的壁部)的一部分從內側凹狀變形，如果接著加重，可能會開孔并破裂。以下詳述該現(xiàn)象。如圖8所示，電極12的密閉空間18內的導熱體M是導熱率比電極材料高、熔點較低的金、銀等金屬，燈點燈時因高溫而熔融，變?yōu)橐后w狀態(tài)。在沿垂直方向配置電極的長度方向并將燈垂直點燈的情況下，該熔融導熱體M在容器部件16內主要在垂直方向受到浮力、及洛倫茲力，上下進行對流運動F，在此產生上升流Fu和下降流Fd。
在容器部件6的內部，存在該上升流Fu和下降流Fd接近的部分，因其上下流相對，因此該部分的壓力變高。流體為逃避該壓力而在水平方向分散，對于對流施加水平方向的加速度。這樣一來，如圖9所示，上升流Fu和下降流Fd受到水平方向的力，向圓周方向(旋轉方向)移動，因此產生上升流和下降流的位置相對密閉容器部件16相對移動，時刻變化。其中，上升流Fu從密閉容器部件16的底部(電極前端)16a接收熱，因此其溫度變高，下降流Fd將該熱量傳送到蓋部17附近的內壁后下降，因此其溫度變低。尤其是在底部16a附近，上升流Fu剛接收完熱量，因此與下降流Fd的溫度差較大。在這種對流進行上述圓周方向的轉動并產生時間性變化時，對容器部件16的底部16a附近的壁部溫度進行定點觀測，則如圖6(A)、(B)中的現(xiàn)有例的圖表所示，可確認產生了激烈的溫度變化。因此，在容器部件16的內表面產生激烈的溫度變化時，因高溫蠕變，產生突起從其內表面突出的變形。具體而言，如圖10所示，容器部件16的內表面從低溫變?yōu)楦邷貢r，產生壓縮熱應力，為緩和該應力，在從容器部件16的內表面向內部突出的方向上，產生蠕變20，以緩和應力。此時，向突出的區(qū)域20移動的鎢原子主要從最高溫的底面中央部21提供，因此如圖 10(A)所示，底面的周邊部20厚壁化，底面中央部21薄壁化。這樣一來，當容器部件16的底部(電極前端)16a的薄壁化發(fā)展時，如圖10⑶所示，容器部件16的底部16a貫通，而出現(xiàn)孔22，產生熔融導熱體M泄漏的問題。專利文獻1 日本特開2004-6246號公報

發(fā)明內容
本發(fā)明鑒于以上現(xiàn)有技術問題而出現(xiàn)，提供一種在電極的密閉空間內封入有導熱體的短弧型放電燈，在燈點燈時熔融的導熱體對流時，抑制該對流在密閉空間內向圓周方向轉動，即使長時間點燈，電極前端也不會開孔。為解決上述課題，在本發(fā)明中，其特征在于，在封入有導熱體的電極的密閉空間內設有限制體，該限制體限制點燈時熔融的熔融導熱體的對流向圓周方向轉動。并且，其特征在于，上述限制體由板材構成，該板材在電極的長邊方向延伸，并且在徑向上橫斷。根據本發(fā)明，因在電極的密閉空間內設置板狀限制體，因此限制、防止了點燈時熔融的熔融導熱體在上述密閉空間內的對流向圓周方向轉動，對流移動造成電極在同一處的溫度變化較少產生，因此基于溫度變化的高溫蠕變不會發(fā)生，電極前端不會開孔。


圖1是本發(fā)明涉及的放電燈的電極的剖視圖。圖2是其他實施例的剖視圖。圖3是進一步其他實施例的剖視圖。圖4是圖1的實施例的作用說明圖。圖5是圖3的實施例的作用說明圖。
圖6是表示本發(fā)明的效果的圖表。圖7是現(xiàn)有的短弧型放電燈的剖視圖。圖8是表示現(xiàn)有的電極構造的剖視圖。圖9是圖8所示的熔融導熱體的對流的動作說明圖。圖10是現(xiàn)有的電極的問題說明圖。
具體實施例方式圖1表示本發(fā)明的短弧型放電燈的電極構造，圖1㈧是其縱向剖視圖，圖1 (B)是其橫剖視圖。在該圖中，電極12具有由容器部件16和蓋部件17構成的電極主體15，在該電極主體15內形成有密閉空間18。并且，在該密閉空間18內，封入有導熱率比鎢等電極材料高的導熱體M。該導熱體M例如由金、銀等金屬構成，熔點低于電極材料，燈點燈時在密閉空間 18內熔融。并且，在上述電極12的密閉空間18內插入有板狀的限制體2。該限制體2如下設置在密閉空間18的大致中心軸上向長邊方向延伸，且在徑向上橫斷，具有與電極12的密閉空間18的內徑大致相同的尺寸。此外，限制體2并不是必須在嚴格意義上位于電極12 的中心軸上。而上述限制體2并不需要必須是與電極12的密閉空間18的內徑基本相等的尺寸，如圖2(A)、⑶所示，也可比其短。這種情況下，需要將限制體2在密閉空間18內保持為規(guī)定的姿勢、位置，如圖2(B)所示，設置沿著密閉空間18的內部形狀的圓弧狀的支持片 2a，通過該圓弧狀支持片加支持限制體2。此外，該限制體2的支持不限于此，也可通過激光焊接等直接固定到電極主體15。并且，圖3表示不同的實施例，限制體2由彼此交叉的一對板材3、4構成。此時的板材3、4也是向電極12的長邊方向延伸，并且在徑向橫斷的形狀。此外，該實施例中，至少一個板材3、4的長邊方向的尺寸設定成短于封入的導熱體M的高度。參照圖4、5說明上述實施例的作用。圖4是圖1的實施例的作用的概要說明圖，熔融導熱體M的對流F通過板狀的限制體2抑制在密閉空間18內向圓周方向移動，在沿著該限制體2的面內對流。此外，關于圖2的實施例，很容易理解其和上述圖4的動作說明相同。并且，圖5是圖3的實施例的作用的概要說明圖，熔融導熱體M的對流Fl從通過構成限制體2的二塊板材3、4包圍的空間A沿板材3上升，超過板材4流入到空間B，變?yōu)橄陆盗?。并且，該對流Fl通過板材3被限制圓周方向的移動，被維持成沿著板材3的對流 F1。并且，關于板材3，在相反側的空間區(qū)域C、D中也形成同樣的對流F2。并且在本實施例中，不限于圖示對流方向，也包括從空間A流到空間C的對流、及從空間B流到空間D的對流，變?yōu)槟姆N，取決于該時刻下的熔融導熱體M的對流情況。但在任意一種情況下，一旦確定了對流，則該對流被構成限制體2的板材3、4維持，不會在密閉空間18內向圓周方向轉動。為實證本發(fā)明的效果，進行以下實驗。
燈的規(guī)格如下(發(fā)光管)材料石英玻璃內部容積550cm3電極間距離6mm封入物水銀2. Omg/cc，氬 IOOkPa(陽極)材料鎢主體部(容器部件)的外徑25mm電極主體容積6cm3壁厚5. 5mm導熱體銀4. 7cm3封入氣體氬IOOkPa(陰極)材料敷釷鎢(卜U夕 > )，釷含量2重量％(規(guī)格)額定電流150A額定功率5kW接著制作電極構造是現(xiàn)有例的燈、及作為本發(fā)明的構造的二種燈也即圖1的電極構造的燈A、圖3的電極構造的燈B。(限制體)材料鎢尺寸厚 200 μ m、高 15mm對這些燈進行使陽極作為上方的垂直點燈，從該陽極前端面沿電極軸以放射溫度計測定3分鐘IOmm上方處的電極表面溫度，記錄其溫度變動幅度(最大值-最小值)。其結果如圖6所示。從該圖表可知，在本發(fā)明燈A中，溫度變動幅度是9°C，燈B中是6°C，任意一種燈均和現(xiàn)有燈的溫度變動幅度60°C相比大幅減少。并且，將這些燈點燈750小時，之后以通過陽極中心軸的截面切斷，通過顯微鏡測定該前端中央部的壁厚。其結果與上述溫度變動幅度一并顯示在表1中。(表 1)
溫度變動幅度 [°C]750小時點燈后的陽極前端壁厚[mm]壁厚減少量 [mm]現(xiàn)有的燈603.02.5燈A94.31.2燈B64.51.0
從表1可知，初始是5. 5mm的壁厚在現(xiàn)有的燈中變?yōu)?. Omm,其壁厚減少量為 2. 5mm，與之相對，在本發(fā)明的燈A中，壁厚減少量為1. 2mm，在本發(fā)明的燈B中為1.0mm，得
到大幅改善。如上所述，根據本發(fā)明，在具有電極主體的密閉空間內封入有導熱體的電極的短弧型放電燈中，在上述電極的密閉空間內配置限制體，因此防止了點燈時熔融的導熱體的對流向電極密閉空間的圓周方向轉動，總在同一位置維持對流，不會導致電極局部的溫度變化，不產生高溫蠕變，避免了電極前端開孔這樣的不可測的情況。
權利要求
1.一種短弧型放電燈，在發(fā)光管的內部具有一對電極，至少在一個電極的密閉空間封入有導熱體，其特征在于，在上述密閉空間內設有限制體，該限制體限制熔融導熱體的對流向圓周方向轉動。
2.根據權利要求1所述的短弧型放電燈，其特征在于，上述限制體由板材構成，該板材在上述密閉空間內向電極的長邊方向延伸，并且在徑向上橫斷。
3.根據權利要求2所述的短弧型放電燈，其特征在于，上述板材被配置成通過上述電極的中心軸上。
4.根據權利要求2所述的短弧型放電燈，其特征在于，上述限制體由彼此交叉的二塊板材構成。
全文摘要
一種短弧型放電燈，在發(fā)光管的內部具有一對電極，至少在一個電極的密閉空間封入有導熱體，在燈點燈時，當熔融的導熱體對流時，防止以下情況電極的局部、尤其是前端產生溫度變動，產生高溫蠕變，電極前端變形并開孔。其特征在于設有限制體，在形成于上述電極的密閉空間內，當熔融導熱體對流時，限制該對流在上述密閉空間內向圓周方向轉動。
文檔編號H01J61/073GK102376522SQ20111018773
公開日2012年3月14日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權日2010年7月23日
發(fā)明者中島貢, 山田剛 申請人:優(yōu)志旺電機株式會社