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，特別是涉及適用于半導(dǎo)體、液晶制造領(lǐng)域等的曝光用 光源、放映機(jī)的背光用光源的短弧型放電燈。
背景技術(shù)：
基于在發(fā)光管內(nèi)相對配置的一對電極的前端距離較短而近似于點(diǎn)光源這一點(diǎn)，短 弧型放電燈通過與光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行組合，用作曝光裝置用或放映機(jī)的背光用的光源。日本特開平10-188890號公報(bào)公開了現(xiàn)有的短弧型放電燈。圖4中表示該現(xiàn)有的短弧型放電燈，短弧型放電燈1的發(fā)光管10具備位于中央的 形成為大致球狀的發(fā)光部11及其兩端的封固部12。在發(fā)光管10內(nèi)，由鎢等構(gòu)成的陰極21 和陽極31彼此相向地相對配置，并且，在內(nèi)部的發(fā)光空間S中封入有水銀、氙等發(fā)光物質(zhì)。與上述陰極21及陽極31連接設(shè)置的電極軸22、32經(jīng)由未圖示的金屬箔被封固部 12封固。但是，近年來，在半導(dǎo)體、液晶面板的制造工序中使用的上述短弧型放電燈中，如 日本特開2000-181075號公報(bào)所指出的那樣，為了省電化，通常不是以恒定的功率點(diǎn)燈，而 是采用下述點(diǎn)燈方式(以下稱為“滿載/待機(jī)點(diǎn)燈”)僅在曝光時以額定功率點(diǎn)燈(通常 點(diǎn)燈)，在基板移動等待機(jī)時以比所述額定功率小的最小限度的功率點(diǎn)燈(待機(jī)點(diǎn)燈)。重復(fù)進(jìn)行例如下述操作在曝光時以額定功率點(diǎn)燈0. 1 10秒，在待機(jī)時以比額 定功率小的待機(jī)功率點(diǎn)燈0.1 100秒。但是，在燈的點(diǎn)燈/滅燈時、或上述滿載/待機(jī)點(diǎn)燈時的輸入功率變更時等，由于 從電弧流入陽極的熱流通量發(fā)生變化，因此陽極溫度變化，在陽極產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。此時，如圖5 (A)、(B)所示，面對電弧的陽極前端面的中央部50是溫度變化最大的 部分，因此熱膨脹也較大。與此相對，該中央部50的周邊環(huán)狀部51相比所述中央部50溫 度變化較少，其熱膨脹也較小。因此，中央部50由于該熱膨脹而從其周邊環(huán)狀部51受到壓縮應(yīng)力，其結(jié)果會以從 前端面突出的方式變形。在額定點(diǎn)燈時陽極前端的溫度穩(wěn)定后，這種突出也不會完全地復(fù)原到原有形狀， 而會殘留下去。而且，特別是在滿載/待機(jī)點(diǎn)燈時，這種變形重復(fù)產(chǎn)生，突出由于被積累而 變得肥大化。于是，放電在肥大化的突出部集中，該突出部異常過熱，電極物質(zhì)蒸發(fā)并附著于發(fā) 光管內(nèi)壁，該發(fā)光管內(nèi)壁變黑，存在引起照度迅速下降的問題。專利文獻(xiàn)1日本特開平10-188890號公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開2000-181075號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的課題是，鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種特別是在采用滿載/
3待機(jī)點(diǎn)燈方式的短弧型放電燈中，具有能夠緩和在陽極前端產(chǎn)生的熱應(yīng)力，防止陽極前端 的中央部分發(fā)生變形，從而防止變黑的陽極構(gòu)造的短弧型放電燈。為了解決上述課題，本發(fā)明的短弧型放電燈的特征在于，在所述陽極的前端面形 成有凹部，在該凹部中插入有由與該陽極相同的材料構(gòu)成的插入體，在該插入體的后 端部 和所述凹部之間形成有空間。此外，其特征在于，所述空間的至少一部分存在于從陽極前端到熱擴(kuò)散長度的范 圍內(nèi)。進(jìn)而，其特征在于，設(shè)從陽極前端面到空間的距離為L、設(shè)相對于電極軸的垂直截 面上的空間的最大截面積為S時，所述空間在S < π L2的范圍。根據(jù)本發(fā)明的短弧型放電燈，在陽極的前端上形成的凹部中插入有由與所述陽極 相同的材料構(gòu)成的插入體，在該插入體的后端部和所述凹部之間形成有空間，因此，特別是 即使在滿載/待機(jī)點(diǎn)燈時等陽極前端部的溫度發(fā)生變化的情況下，其熱變化由于空間的存 在也不會直接直線地向后方傳遞，此外，該空間起到容許插入體熱膨脹/收縮的應(yīng)變釋放 區(qū)域的作用，抑制陽極前端、即插入體突出而變形。其結(jié)果是，能夠防止電極的蒸發(fā)引起的 發(fā)光管的變黑，并防止照度維持率的下降。


圖1是本發(fā)明的短弧型放電燈的陽極的前端部的局部剖面圖。圖2是其他實(shí)施方式的局部剖面圖。圖3是另外的其他實(shí)施方式的局部剖面圖。圖4是現(xiàn)有技術(shù)的整體圖。圖5是圖4的主要部分說明圖。
圖6是表示比較本發(fā)明和現(xiàn)有的陽極，對基于實(shí)施例1的照度維持率進(jìn)行了點(diǎn)燈試驗(yàn) 的試驗(yàn)結(jié)果的表。
具體實(shí)施例方式圖1表示第1實(shí)施方式，㈧是組入部分的剖面圖，⑶是組入工序的說明圖。在圖中，在由鎢等構(gòu)成的陽極3的前端上，形成有在該前端面3Α上開口的凹部4。 而且，在該凹部4上，通過壓入等使由與陽極3相同材料構(gòu)成的插入體5插入，其前端面與 所述陽極3的前端面3Α成為同一平面。在這樣插入的該插入體5的后端部與凹部4之間形成有空間6。在圖1㈧中，在所述凹部4內(nèi)形成的空間6的位置L形成為至少其一部分位于從 前端面3Α到熱擴(kuò)散長度的范圍內(nèi)。所謂熱擴(kuò)散長度，是表示交流地被給予的熱(溫度)在物質(zhì)中擴(kuò)散時其波長殘留 到何處為止的指標(biāo)，由下式確定。L = ^aTfL 熱擴(kuò)散長度(m)α 熱擴(kuò)散率(m2/s)f 重復(fù)頻率(Hz)此處，熱擴(kuò)散率α通過以下定義。
α = k/ ( P X Cp)k 熱傳導(dǎo)率120 (J/s · m · K)※鎢W的情況ρ 密度 19. 1 X IO3 (kg/m3) ■的情況Cp 比熱 134. 4 (J/kg · K) ■的情況此處，如果示出一例，陽極3由鎢(W)構(gòu)成，重復(fù)頻率f = 1 (Hz)時，L = 6. 84mmf = IOOO(Hz)時，L = 0. 216mm來自陽極3前端的熱，在超出上述范圍的區(qū)域只能預(yù)計(jì)到直流的熱效果，在該區(qū) 域上不能表示出周期性的溫度變化。即，換言之，在因滿載/待機(jī)點(diǎn)燈受到周期性的溫度變 動的區(qū)域內(nèi)，與其他部分相比熱應(yīng)變易于蓄積，其結(jié)果是在電極上產(chǎn)生不可逆的變形。但是，由于在陽極內(nèi)形成的空間的存在，從陽極前端向后方的熱傳導(dǎo)被阻礙，在該 空間的后方的區(qū)域難以產(chǎn)生溫度差而變得大致均勻，因此基于熱膨脹差的熱應(yīng)變變小。另一方面，雖然在陽極前端產(chǎn)生熱膨脹，但上述空間自身起到了容許在電極內(nèi)部 自由地膨脹收縮的應(yīng)變釋放區(qū)域的作用，因此其結(jié)果是抑制了電極的變形。S卩，雖然在電極前端產(chǎn)生了對應(yīng)于熱膨脹的壓縮應(yīng)力，但該壓縮應(yīng)力在空間側(cè)釋 放，因此可抑制朝向電極前端的變形。但是，另一方面，若所述空間過大，則從電極前端朝向后端部的熱傳導(dǎo)的截面積變 小，導(dǎo)致電極前端附近的溫度上升，因此會促進(jìn)電極材料的蒸發(fā)，其結(jié)果是導(dǎo)致照度維持率 的下降。因此，所述空間6的大小優(yōu)選如下形成設(shè)其橫截面積、即設(shè)相對于電極軸的垂直 截面上的最大截面積為S時，滿足S < π L2的關(guān)系。圖2是第2實(shí)施方式的局部剖面圖，(A)是組入剖面圖，(B)是組入工序的說明圖。在該實(shí)施方式中，凹部4由兩個開口 4Α、4Β構(gòu)成。第一開口 4Α與插入體5的直徑 大致相同，在其內(nèi)部形成有直徑比其小的第二開口 4Β。插入體5被壓入第一開口 4Α，并由第二開口 4Β確定深度。然后，該第二開口 4Β形 成空間6。圖3是第3實(shí)施方式的局部剖面圖，㈧是組入剖面圖，⑶是組入說明圖。在該實(shí)施方式中，在插入體5的后端突出形成有環(huán)狀的凸緣5Α，在后端面形成有 圓形的凹部5Β。該插入體5被壓入凹部4時，環(huán)狀凸緣5Α與凹部4的底面抵接，所述凹部 5Β形成空間6。 根據(jù)上述圖2及圖3所示的兩個實(shí)施方式，將插入體5插入凹部4時與該凹部4 的底部抵接而自動地形成空間6。為了比較本發(fā)明和現(xiàn)有的陽極，對基于實(shí)施例1的照度維持率進(jìn)行了點(diǎn)燈試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用的燈的封入水銀量為2mg/CC，Ar約為3. 5氣壓，陽極(鎢)的尺寸為直 徑29mm、全長50mm、前端直徑10mm。陰極的直徑12mm，錐度角60度，前端直徑1mm，點(diǎn) 燈前的極間6. 5mm。而且，為了本試驗(yàn)準(zhǔn)備三種陽極，其中，本發(fā)明陽極在上述陽極的前端面上形成直 徑3. 5mm、深度IOmm的凹部4，在該凹部4中壓入直徑3. 5mm、厚度8mm的插入體5。其結(jié)果 是，在插入體5和凹部4的底部之間形成有 度2mm的空間6。
此外，作為比較品，準(zhǔn)備使上述插入體的厚度與凹部的深度相同而壓入該凹部內(nèi)、 沒有空間的陽極。而且，作為現(xiàn)有品，準(zhǔn)備沒有進(jìn)行上述成形的陽極。對于這些燈，分別進(jìn)行使點(diǎn)燈電流50A和140A每隔1秒(0. 5Hz)進(jìn)行切換的、施 加急劇的輸入調(diào)制幅度的周期性的熱負(fù)荷并在短時間(100小時)內(nèi)評價(jià)照度維持率的加 速試驗(yàn)。此外，照度維持率以同樣的點(diǎn)燈條件下的點(diǎn)燈開始時的波長365nm(i線)的紫外 線照度為基準(zhǔn)，算出100小時后的照度維持率。這些試驗(yàn)結(jié)果表示在圖6中。
從圖6可知，對于現(xiàn)有品，陽極的前端中央部急劇鼓出地變形，其前端熔融。由于 存在破裂的危險(xiǎn)，點(diǎn)燈試驗(yàn)在中途中斷。在該時刻的照度維持率為52%。對于比較例，壓入的插入體鼓出地變形，其前端部隆起，照度維持率為65%。與此相對，在本發(fā)明中，形成于前端中央部的插入體的變形少，照度維持率也良 好，為85%。如以上說明，本發(fā)明的短弧型放電燈，在陽極的前端上形成的凹部內(nèi)，插入由與 陽極相同的材料構(gòu)成的插入體，在該插入體的后端部和所述凹部的底部之間形成有空間， 因此，特別是即使在采用滿載/待機(jī)點(diǎn)燈方式的情況下，也可取得下述效果陽極前端的中 央部被周期性地加熱時，其熱應(yīng)變在所述空間釋放，由此不產(chǎn)生朝向前端而局部地突出的 變形，能夠抑制因陽極材料的蒸發(fā)引起的變黑所導(dǎo)致的照度下降。
權(quán)利要求
一種短弧型放電燈，在發(fā)光管內(nèi)相對配置有一對陽極和陰極，其特征在于，在所述陽極的前端面形成有凹部，在該凹部中插入有由與該陽極相同的材料構(gòu)成的插入體，在該插入體的后端部和所述凹部之間形成有空間。
2.如權(quán)利要求1所述的短弧型放電燈，其特征在于，所述空間的至少一部分存在于從 陽極前端到熱擴(kuò)散長度的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的短弧型放電燈，其特征在于，設(shè)從陽極前端面到空間的距離 為L、設(shè)相對于電極軸的垂直截面上的空間的最大截面積為S時，所述空間在S < π L2的范 圍。
全文摘要
本發(fā)明提供一種短弧型放電燈，其在發(fā)光管內(nèi)相對配置一對陽極和陰極，提供了下述的電極結(jié)構(gòu)特別是在重復(fù)進(jìn)行額定功率下的通常點(diǎn)燈和以比額定功率小的功率點(diǎn)燈的待機(jī)點(diǎn)燈的滿載/待機(jī)點(diǎn)燈時，陽極前端中央部也不會比其周邊環(huán)狀部突出，并不產(chǎn)生電極材料的蒸發(fā)引起的燈的變黑。其特征在于，在陽極的前端面形成有凹部，在該凹部中插入有由與該陽極相同的材料構(gòu)成的插入體，在該插入體的后端部和所述凹部之間形成有空間。
文檔編號H01J61/04GK101964296SQ20101022469
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者中島貢, 千賀岳人, 山田剛 申請人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會社