專利名稱：短弧型放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及短弧型放電燈，例如作為放映機(jī)的光源使用的短弧型放電燈、和作為半導(dǎo)體曝光的光源使用的封裝有水銀的短弧型放電燈。
背景技術(shù)：
過去，作為在上述領(lǐng)域中使用的短弧型放電燈，為了抑制發(fā)光管內(nèi)電極溫度升高、防止電極熱損耗而裝設(shè)較大的電極。此外，支撐電極的電極棒，設(shè)置在與發(fā)光管相連續(xù)的封口管內(nèi)，減小該封口管的頸縮量，為了防止損壞封口管，是將其插入焊接在封口管內(nèi)表面上而設(shè)置的、圓筒形的玻璃制造的保持用筒體內(nèi)進(jìn)行設(shè)置的。
此外，作為這種燈，為了改善起動(dòng)特性，其觸發(fā)燈絲的一端卷繞在一個(gè)封口管上，該觸發(fā)燈絲的另一端沿發(fā)光管的外表面設(shè)置在另一個(gè)封口管上。
觸發(fā)燈絲有與一個(gè)電極電氣上相連接地進(jìn)行裝設(shè)的情況，也有不與任何電極連接地進(jìn)行裝設(shè)的情況，但無論哪種方式，都能夠在起動(dòng)器向電極之間施加擊穿電壓時(shí)，有助于將燈點(diǎn)亮。
過去，一種對(duì)觸發(fā)燈絲的配設(shè)方法進(jìn)行改進(jìn)以求降低擊穿電壓、與起動(dòng)裝置的種類無關(guān)地使短弧型放電燈可靠點(diǎn)亮的技術(shù)在特開平2-199766號(hào)公報(bào)和特開平2-210750號(hào)公報(bào)中已公開。
專利文獻(xiàn)1特開平2-199766號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開平2-210750號(hào)公報(bào)但是，近年來，在半導(dǎo)體曝光領(lǐng)域，為增加曝光工序的吞吐量，人們要求紫外線輻射強(qiáng)度更強(qiáng)的燈，此外，在放映領(lǐng)域，為提高銀幕照度，要求更大的燈，出現(xiàn)燈的輸入功率增大的趨勢(shì)。
因此，這種燈的電極之間的距離在加大，內(nèi)封氣體的壓力也在提高。
之所以加大電極之間的距離，其理由是，若電極之間距離較短，則會(huì)發(fā)生熱量使電極前端融化的現(xiàn)象，為避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，有必要加大電極之間的距離。
此外，之所以提高內(nèi)封氣體壓力，其理由是，在半導(dǎo)體曝光用的燈中，為了提高紫外線輻射強(qiáng)度，要采用提高氬或氪或氙等緩沖氣體的壓力的方案。而在放映用的燈中，為了增加光的輸出功率，要采用增加內(nèi)封的氙氣量的方案，使得內(nèi)封氣體的壓力提高。
再有，這些燈的電極的形狀(特別是電極的軀干的外徑)較大，封口管的內(nèi)徑較大。因此，為避免封口管的頸縮量增大，存在著將保持用筒體的壁厚加厚的趨勢(shì)。
但是，當(dāng)燈的結(jié)構(gòu)如上改變時(shí)，若不提高擊穿電壓則無法將燈點(diǎn)亮。而提高擊穿電壓，將導(dǎo)致返回電源的涌流量、即所謂的干擾增大，因此，會(huì)產(chǎn)生損壞電源、或者為了防止電源損壞而使電路結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜等問題。也就是說，將產(chǎn)生燈的起動(dòng)特性變差的問題。
本發(fā)明的目的是提供一種短弧型放電燈，即使是電極之間距離較大、內(nèi)封氣體的壓力也較高的短弧型放電燈，也能夠以較低的擊穿電壓可靠地點(diǎn)亮的、所謂燈的起動(dòng)特性得到改善。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明采用如下方案。
第1方案是，在由發(fā)光管、與該發(fā)光管相連續(xù)的封口管、以及裝設(shè)在所述發(fā)光管內(nèi)的一對(duì)電極構(gòu)成，將支撐所述電極的電極棒保持在由所述封口管的一部分所構(gòu)成的支撐部上，在所述封口管的所述支撐部的外表面上設(shè)置觸發(fā)部件而成的短弧型放電燈中，其特征是，至少在所述封口管的所述支撐部中混入金屬或金屬化合物而使介電常數(shù)得到提高。
第2方案是，在由發(fā)光管、與該發(fā)光管相連續(xù)的封口管、以及裝設(shè)在所述發(fā)光管內(nèi)的一對(duì)電極構(gòu)成，在由所述封口管的一部分所構(gòu)成的支撐部的內(nèi)表面上通過焊接形成對(duì)支撐所述電極的電極棒進(jìn)行保持的保持用筒體，在所述封口管的所述支撐部的外表面上設(shè)置觸發(fā)部件而成的短弧型放電燈中，其特征是，至少在所述封口管的所述支撐部以及/或者所述保持用筒體中混入金屬或金屬化合物而使介電常數(shù)得到提高。
第3方案的特征是在第1方案或第2方案中，所述金屬化合物是鈦化合物。
根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，在由發(fā)光管、與發(fā)光管相連續(xù)的封口管、以及裝設(shè)在發(fā)光管內(nèi)的一對(duì)電極構(gòu)成，將支撐電極的電極棒保持在由封口管的一部分所形成的支撐部上，在封口管的支撐部的外表面上設(shè)置觸發(fā)部件而成的短弧型放電燈中，由于至少在封口管的支撐部中混入了金屬或金屬化合物而使介電常數(shù)得到提高，因此，即使是燈的電極之間距離較大、而且內(nèi)封氣體的壓力也較高的短弧型放電燈，也可以提高電極棒與封口管的支撐部內(nèi)表面之間所形成的間隙的電場(chǎng)強(qiáng)度，即使在較低的擊穿電壓下也能夠使燈可靠點(diǎn)亮。
根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)明，在由發(fā)光管、與發(fā)光管相連續(xù)的封口管、以及裝設(shè)在發(fā)光管內(nèi)的一對(duì)電極構(gòu)成，在由封口管的一部分所形成的支撐部的內(nèi)表面上通過焊接而形成對(duì)支撐電極的電極棒進(jìn)行保持的保持用筒體，在封口管的支撐部的外表面上設(shè)置觸發(fā)部件而成的短弧型放電燈中，由于至少在封口管的支撐部以及/或者保持用筒體中混入了金屬或金屬化合物而使介電常數(shù)得到提高，因此，即使是燈的電極之間距離較大、而且內(nèi)封氣體的壓力也較高的短弧型放電燈，也可以提高電極棒與保持用筒體內(nèi)表面之間所形成的間隙的電場(chǎng)強(qiáng)度，即使在較低的擊穿電壓下也能夠使燈可靠點(diǎn)亮。
根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)明，由于作為金屬化合物使用的是鈦化合物，因此，能夠容易提高封口管的支撐部以及/或者保持用筒體的介電常數(shù)。


圖1是對(duì)本發(fā)明一實(shí)施方式所涉及的短弧型放電燈的構(gòu)成加以展示的剖視圖。
圖2是對(duì)本發(fā)明另一實(shí)施方式所涉及的短弧型放電燈的構(gòu)成加以展示的剖視圖。
圖3是將圖2A-A處的斷面放大表示的剖視圖。
圖4是將圖3所示的剖視圖以等價(jià)的電容器加以表示的附圖。
圖5展示一個(gè)表，該表中示出，對(duì)于封口管與保持用筒體均由石英玻璃構(gòu)成的現(xiàn)有短弧型放電燈、與封口管和保持用筒體中混入有鈦氧化物的本發(fā)明短弧型放電燈，對(duì)輸入功率各不相同的燈，就封口管與保持用筒體的相對(duì)介電常數(shù)和擊穿電壓進(jìn)行對(duì)比的結(jié)果。
圖6是對(duì)用于測(cè)定相對(duì)介電常數(shù)的測(cè)定用樣本的制作方法進(jìn)行說明的附圖。
圖7是對(duì)與圖2所示短弧型放電燈的觸發(fā)部件的裝設(shè)方法不同的裝設(shè)方法加以展示的附圖。
圖8是對(duì)與圖2所示短弧型放電燈的觸發(fā)部件的裝設(shè)方法不同的裝設(shè)方法加以展示的附圖。
圖9是對(duì)與圖2所示短弧型放電燈的觸發(fā)部件的裝設(shè)方法不同的裝設(shè)方法加以展示的附圖。
具體實(shí)施例方式
對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式結(jié)合圖1～圖6進(jìn)行說明。
圖1是對(duì)一實(shí)施方式所涉及的短弧型放電燈的構(gòu)成加以展示的剖視圖。
該圖中，1是發(fā)光管，2是與發(fā)光管1相連續(xù)的封口管，3是裝設(shè)在發(fā)光管1內(nèi)的一對(duì)電極，4是對(duì)電極3進(jìn)行支撐的電極棒，5是裝設(shè)在封口管2的外表面上的觸發(fā)燈絲等觸發(fā)部件，6是燈頭，7是使封口管2頸縮而以頸縮的封口管2的內(nèi)表面對(duì)電極棒4進(jìn)行保持的由封口管2的一部分形成的支撐部，在該封口管2的支撐部7中，為了提高這部分的介電常數(shù)，混入了金屬或金屬化合物。
發(fā)光管1和封口管2由石英玻璃制造，成一體構(gòu)成，圖中左側(cè)的電極3是陰極，是作為電極棒4的前端為陰極的電極3而發(fā)揮功能的。此外，如該圖所示，以由頸縮的封口管2的支撐部7的內(nèi)表面對(duì)電極棒4進(jìn)行保持而構(gòu)成。此外，在本實(shí)施方式中，采用觸發(fā)部件5的一端連接在燈頭6上，另一端卷繞在封口管2的一部分上的觸發(fā)部件裝設(shè)結(jié)構(gòu)。
圖2是對(duì)與圖1不同的另一個(gè)實(shí)施方式所涉及的短弧型放電燈的構(gòu)成加以展示的剖視圖。
該圖中，8是由在封口管2的支撐部7的內(nèi)表面上通過焊接而設(shè)置的圓筒形的玻璃制造的筒體構(gòu)成的、在內(nèi)部對(duì)插入的電極棒4進(jìn)行保持的保持用筒體。在本實(shí)施方式的短弧型放電燈中，在封口管2的支撐部7以及保持用筒體8中混入有旨在提高封口管2的支撐部7以及保持用筒體8的介電常數(shù)的金屬或金屬化合物，或者，在封口管2的支撐部7或者保持用筒體8中混入有旨在提高封口管2的支撐部7或者保持用筒體8的介電常數(shù)的金屬或金屬化合物。
其它構(gòu)成與圖1所示相同符號(hào)的構(gòu)成相對(duì)應(yīng)，故將說明省略。
如該圖所示，本實(shí)施方式的短弧型放電燈與圖1所示的短弧型放電燈中以封口管2的支撐部7的內(nèi)表面對(duì)電極棒4進(jìn)行保持相比，其不同之處在于，是以由設(shè)置在封口管2的支撐部7的內(nèi)表面上的保持用筒體8對(duì)電極棒4進(jìn)行保持而構(gòu)成的。
其次，結(jié)合圖3和圖4，以圖2所示封口管2的支撐部7以及保持用筒體8中混入有金屬或金屬化合物的短弧型放電燈為例，就之所以能夠降低短弧型放電燈的擊穿電壓的理由進(jìn)行說明。
圖3是將圖2A-A處的斷面放大表示的剖視圖。
該圖中，9是保持用筒體8與電極棒4之間的間隙，d1是封口管2的厚度與保持用筒體8的厚度相加的觸發(fā)部件5與間隙9之間的距離，d0是間隙的距離，其它符號(hào)與圖2所示的相同的符號(hào)相對(duì)應(yīng)。
如該圖所示，在封口管2的支撐部7處，以電極棒4和觸發(fā)部件5為兩個(gè)電極，因其間存在有封口管2的支撐部7、保持用筒體8、以及間隙9而形成了一個(gè)電容器。
圖4是將圖3所示的剖視圖以等價(jià)的電容器表示的附圖。
在這里，當(dāng)封口管2的支撐部7以及保持用筒體8的石英玻璃的靜電電容為C1、介電常數(shù)為ε1、間隙9的靜電電容為C0、介電常數(shù)為ε0、電極面積為S、施加在電極棒4與觸發(fā)部件5之間的電位差為V、間隙9之間的電位差為V0、間隙9中的電場(chǎng)強(qiáng)度為E0時(shí)，可表達(dá)為C1＝ε1·S/d1，C0＝ε0·S/d0于是，可表達(dá)為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)在這里，改善燈的起動(dòng)特性是與使間隙9處的絕緣變得容易擊穿是相同的。即，在上式中，隨著提高間隙9處的電場(chǎng)強(qiáng)度E0，間隙9處的絕緣變得容易擊穿。
在上式中，要提高電場(chǎng)強(qiáng)度E0，可以減小電極棒4與保持用筒體8的內(nèi)表面之間的間隙9的距離d0，或者減小封口管2與保持用筒體8的壁厚之和的距離d1，或者提高封口管2與保持用筒體8的石英玻璃的介電常數(shù)ε1。
在這種場(chǎng)合，減小距離d0將減小電極棒4與保持用筒體8的內(nèi)表面二者的間距，但從制造角度來說無法使之小于一定的間距。而減小距離d1將減薄封口管2與保持用筒體8之和的厚度，但將該壁厚減薄，會(huì)產(chǎn)生封口管2強(qiáng)度降低的問題。
由此可知，以提高封口管2與保持用筒體8的石英玻璃的介電常數(shù)ε1為上策。
因此，在圖1所示的短弧型放電燈中，至少在封口管2的支撐部7中，為了提高封口管2的支撐部7的介電常數(shù)，混入了金屬或者金屬化合物，而在圖2所示的短弧型放電燈中，至少在封口管2的支撐部7以及/或者保持用筒體8中，為了提高封口管2的支撐部7以及/或者保持用筒體8的介電常數(shù)，混入了金屬或者金屬化合物。
作為具體地混入的金屬化合物，使用了作為鈦化合物的鈦氧化物(TiO2)。
圖5展示了一個(gè)表，該表中示出，在封口管與保持用筒體均由石英玻璃構(gòu)成的現(xiàn)有的短弧型放電燈、與封口管和保持用筒體中混入有鈦氧化物的本發(fā)明的短弧型放電燈中，對(duì)輸入功率各不相同的燈，就封口管與保持用筒體的介電常數(shù)和擊穿電壓進(jìn)行對(duì)比的結(jié)果。
由該圖可知，本發(fā)明的所有短弧型放電燈與現(xiàn)有的短弧型放電燈相比，封口管以及保持用筒體的介電常數(shù)增大，擊穿電壓也同樣，在所有輸入功率不同的燈中，本發(fā)明的各短弧型放電燈比現(xiàn)有的各短弧型放電燈要低。
即，本發(fā)明的各短弧型放電燈即使在較低的擊穿電壓下仍能夠可靠點(diǎn)亮，可使燈的起動(dòng)特性得到改善。
此外，由該圖可知，5kW以上的短弧型放電燈中，燈的起動(dòng)特性的提高更為顯著。
下面，就圖5所示的介電常數(shù)的測(cè)定方法進(jìn)行說明。
首先，就制作旨在測(cè)定介電常數(shù)的測(cè)定用樣本的方法結(jié)合圖6進(jìn)行說明。如圖6(a)所示，從現(xiàn)有的短弧型放電燈以及本發(fā)明的短弧型放電燈上，將與圖2所示短弧型放電燈的封口管2的支撐部7以及保持用筒體8相當(dāng)?shù)牟课?以下稱作玻璃)切下來。其次，將切下來的玻璃中的電極棒和玻璃的外表面上涂布的金屬膜等剝?nèi)?，呈只剩下玻璃的狀態(tài)。其次，如圖6(b)所示，準(zhǔn)備直徑與玻璃的內(nèi)徑相同并且長度為玻璃長度的1/2以下的金屬棒。在該金屬棒上焊接與進(jìn)行測(cè)定時(shí)成為端子的金屬棒相比極細(xì)的金屬絲。其次，如圖6(c)所示，將寬度與上述金屬棒相同的金屬膜涂布在按圖6(a)制作的玻璃的中央部位的外周上。其次，如圖6(d)所示，將按圖6(b)制作的金屬棒插入按圖6(c)制作的玻璃中。此時(shí)，要使金屬棒與玻璃中央部位外周的金屬膜位置一致。這樣，測(cè)定用樣本的制作便完成。
其次，上述測(cè)定用樣本的靜電電容的測(cè)定是以LCZ計(jì)測(cè)定涂布在玻璃外周上的金屬膜與連接到金屬棒上的金屬絲之間。靜電電容的測(cè)定在頻率為1kHz的條件下進(jìn)行。LCZ計(jì)使用的是NF ELECTRONICINSTRUMENTS制造的LCZ METER2340。
其次，根據(jù)測(cè)得的靜電電容，計(jì)算出作為上述測(cè)定用樣本的玻璃的相對(duì)介電常數(shù)，由于將作為上述測(cè)定用樣本的玻璃視作同心圓筒，故當(dāng)將該同心圓筒的中心至圓筒內(nèi)表面的距離設(shè)為a、同心圓筒的中心至圓筒外表面的距離設(shè)為b、該玻璃的介電常數(shù)設(shè)為εq時(shí)，單位長度同心圓筒的靜電電容可表達(dá)為C＝2πεq/log10b/a(F)。由此計(jì)算出介電常數(shù)εq(F/m)，根據(jù)εq＝ε1×ε0，利用真空中的介電常數(shù)ε0＝8.85×10-12(F/m)，可計(jì)算出玻璃的相對(duì)介電常數(shù)ε1。
下面，就與圖2所示短弧型放電燈的觸發(fā)部件的裝設(shè)方法不同的裝設(shè)方法，結(jié)合圖7至圖9進(jìn)行說明。
在圖7所示的短弧型放電燈中，觸發(fā)部件5未連接到兩側(cè)的燈頭6上，在封口管2之間橫跨裝設(shè)，只是兩端卷繞在封口管2的支撐部7上。在這種場(chǎng)合，觸發(fā)部件5未與電極3實(shí)現(xiàn)電氣連接，處于懸浮狀態(tài)。這種燈中，電極間的絕緣擊穿電壓不是太高，是靠來自起動(dòng)器的高電壓使絕緣擊穿的，是為了進(jìn)一步改善起動(dòng)特性而裝設(shè)觸發(fā)部件5的。
圖8所示短弧型放電燈與圖2所示短弧型放電燈不同，觸發(fā)部件5的一端連接到圖中左側(cè)的、與作為陰極的電極3相連接的燈頭6上。在與電源之間的關(guān)系上，在作為陰極的電極3為負(fù)高壓的場(chǎng)合，采用這種裝設(shè)方法。圖2中，作為陽極的電極3為正高壓，觸發(fā)部件5連接在與作為陽極的電極3相連接的燈頭6上。
圖9所示短弧型放電燈在圖中左側(cè)的封口管2的表面上形成有導(dǎo)電性金屬膜9，不同于觸發(fā)部件5的觸發(fā)部件51的一端連接到圖中左側(cè)的燈頭6上，另一端卷繞在支撐部7的表面上。此外，觸發(fā)部件5在封口管2之間橫跨設(shè)置，兩端卷繞在封口管2的支撐部7上。并且，觸發(fā)部件5與觸發(fā)部件51二者通過金屬膜9實(shí)現(xiàn)電氣連接。
權(quán)利要求
1.一種短弧型放電燈，由發(fā)光管、與該發(fā)光管相連續(xù)的封口管、以及裝設(shè)在所述發(fā)光管內(nèi)的一對(duì)電極構(gòu)成，將支撐所述電極的電極棒保持在由所述封口管的一部分所構(gòu)成的支撐部上，在所述封口管的所述支撐部的外表面上設(shè)置觸發(fā)部件，其特征是，至少在所述封口管的所述支撐部中混入金屬或金屬化合物而使介電常數(shù)得到提高。
2.一種短弧型放電燈，由發(fā)光管、與該發(fā)光管相連續(xù)的封口管、以及裝設(shè)在所述發(fā)光管內(nèi)的一對(duì)電極構(gòu)成，在由所述封口管的一部分所構(gòu)成的支撐部的內(nèi)表面上通過焊接形成對(duì)支撐所述電極的電極棒進(jìn)行保持的保持用筒體，在所述封口管的所述支撐部的外表面上設(shè)置觸發(fā)部件，其特征是，至少在所述封口管的所述支撐部以及/或者所述保持用筒體中混入金屬或金屬化合物而使介電常數(shù)得到提高。
3.如權(quán)利要求1或2所述的短弧型放電燈，其特征是，所述金屬化合物是鈦化合物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種短弧型放電燈，即使是燈的電極之間距離較大、內(nèi)封氣體的壓力也較高的短弧型放電燈，也能夠在較低的擊穿電壓下可靠點(diǎn)亮，即燈的起動(dòng)特性能夠得到改善。在由發(fā)光管(1)、與發(fā)光管(1)相連續(xù)的封口管(2)、以及裝設(shè)在發(fā)光管(1)內(nèi)的一對(duì)電極(3)構(gòu)成，在由封口管(2)的一部分所形成的支撐部(7)的內(nèi)表面上通過焊接而形成對(duì)支撐電極(3)的電極棒(4)進(jìn)行保持的保持用筒體(8)，在封口管(2)的支撐部(7)的外表面上設(shè)置觸發(fā)部件(5)而成的短弧型放電燈中，其特征是，至少在封口管(2)的支撐部(7)以及/或者保持用筒體(8)中混入金屬或金屬化合物而使介電常數(shù)得到提高。
文檔編號(hào)H01J61/54GK1508837SQ200310120688
公開日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月18日
發(fā)明者加藤雅規(guī), 裕, 酒井基裕 申請(qǐng)人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會(huì)社