專利名稱：短弧型放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種短弧型放電燈，特別是涉及用于半導(dǎo)體或液晶制造領(lǐng)域等的曝光用光源或投影儀的背光用光源的短弧型放電燈。
背景技術(shù)：
短弧型放電燈因其發(fā)光管內(nèi)相對配置的一對電極的前端距離短，接近點光源，因此通過與光學(xué)系統(tǒng)組合，用作曝光裝置或投影儀的背光用的光源。日本特開平10-188890號公報(專利文獻(xiàn)1)中公開了現(xiàn)有的短弧型放電燈。圖13表示該現(xiàn)有的短弧型放電燈，短弧型放電燈的發(fā)光管20具有位于中央的形成大致球狀的發(fā)光部21及其兩端的封固部22。在發(fā)光部21內(nèi)，由鎢等構(gòu)成的陰極23與陽極M相互面對地相對配置，并且內(nèi)部的發(fā)光空間S中封入了水銀、氙氣等發(fā)光物質(zhì)。連接設(shè)置在上述陰極23及陽極M上的電極軸，通過未圖示的金屬箔被封固部22、 22封固。然而近年來，用于半導(dǎo)體或液晶面板的制造エ序的上述短弧型放電燈，如日本特開2000-181075號公報(專利文獻(xiàn)2)中所述，為求省電，采用了并非總是以固定的功率來點燈，而是僅在曝光時以額定功率來點燈(一般點燈)，當(dāng)基板移動等的待機(jī)吋，則以比上述額定功率小的最小限度功率來點燈(待機(jī)點燈)的點燈模式。(以下稱為“完全-待機(jī) (full-standby)點燈”)。例如，曝光時以額定功率使其點燈0. 1 10秒，待機(jī)時則以比額定功率小的待機(jī)功率使其點燈0.1 100秒，如此反復(fù)進(jìn)行。但是，燈點燈、熄燈吋，或上述的完全-待機(jī)點燈時的輸入功率改變時等的情況下，由于從電弧流入陽極的熱流束產(chǎn)生變化，因此陽極溫度變化，從而在陽極產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。此時如圖14所示，在陽極M的前端面中與電弧相対的前端中央部30是溫度變化最大的部分，因此熱膨脹也變大。與此相対，該中央部30周邊的周邊環(huán)狀部31，比上述中央部30的溫度變化少，其熱膨脹也較小。因此，前端中央部30熱膨脹較大，便會從熱膨脹較小的周邊環(huán)狀部31受到壓縮應(yīng)力，結(jié)果導(dǎo)致從前端變突出而變形。這樣的突出即使在額定點燈時陽極前端溫度穩(wěn)定之后，也無法完全恢復(fù)原本的形狀而殘留下來。再者，尤其是完全-待機(jī)點燈時，這樣的變形會反復(fù)發(fā)生，由于突出累積而造成肥大化。于是，放電會集中于肥大化的突出部，使該突出部異常過熱，電極物質(zhì)便會蒸發(fā)而附著于發(fā)光管內(nèi)壁，導(dǎo)致該發(fā)光管內(nèi)壁黑化，引起照度急劇降低的問題。專利文獻(xiàn)1日本特開平10-188890號公報專利文獻(xiàn)2日本特開2000-181075號公報

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)的問題點，特別針對采用完全-待機(jī)點燈方式的短弧型放電燈，提供一種短弧型放電燈，其具有能夠緩和陽極前端所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，防止陽極前端的中央部分變形突出、并且能夠防止黑化的陽極構(gòu)造。為解決上述課題，本發(fā)明的短弧型放電燈的特征為在陽極的前端中央部形成開口，在該開口內(nèi)插入插入體，在上述陽極開口的內(nèi)表面或插入體的外表面的至少任意一方， 形成溝槽或凹部，通過將該插入體在上述陽極開口內(nèi)接合，使上述陽極內(nèi)形成空隙。此外，其特征為在上述插入體的外表面形成多個環(huán)狀溝槽。此外，其特征為在上述插入體的外表面形成螺旋狀溝槽。此外，其特征為在上述插入體的外表面，多個點狀凹部形成于圓周方向及軸向。此外，其特征為上述插入體由環(huán)狀插入體及插入上述環(huán)狀插入體開口的棒狀插入體構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的短弧型放電燈，通過沿著陽極前端面的前端中央部以及其周邊環(huán)狀部的邊界區(qū)域，在軸向上形成空隙，使特別是在完全-待機(jī)點燈時等情形，即使陽極前端部的溫度產(chǎn)生變化，前端中央部的熱變形進(jìn)入該空隙內(nèi)而被吸收，因而能夠防止此前端中央部變形而向前方突出，其結(jié)果是，該前端中央部不會受到異常加熱，從而能夠避免發(fā)光管提
早黑化。


圖1是本發(fā)明的短弧型放電燈的第1實施例的陽極前端部的主要部位剖面圖。圖2是制造圖1的陽極構(gòu)造的方法的第1方式的說明圖。圖3是制造圖1的陽極構(gòu)造的方法的第2方式的說明圖。圖4是用于制造第2實施例的陽極構(gòu)造的插入體的說明圖。圖5是制造第3實施例的陽極構(gòu)造的方法的說明圖。圖6是制造第4實施例的陽極構(gòu)造的方法的說明圖。圖7是插入體與陽極的接合方法的說明圖。圖8是實施圖7的接合方法的裝置的說明圖。圖9是其他接合方法的說明圖。圖10是接合部分的放大剖面照片。圖11是從前端突起生長看出本發(fā)明效果的圖表。圖12是從照度維持率看出本發(fā)明效果的圖表。圖13是現(xiàn)有技術(shù)的整體圖。圖14是圖13的部分說明圖。標(biāo)號說明1 陽極2 前端面2a 前端中央部2b 周邊環(huán)狀部3 開口
455a5b678101具體實施例方式圖1中，沿著陽極1的前端面2上與電弧相對的前端中央部加與構(gòu)成該中央部加的周邊的周邊環(huán)狀部2b之間的邊界區(qū)域R，在軸向上形成多個空隙10。在此實施例中，該空隙10分別由圓環(huán)狀(即圈狀)的空隙11構(gòu)成，在軸向上每隔一段距離散布著該圓環(huán)狀空隙11。圖2表示用于形成這樣的空隙10的方法。在由鎢等構(gòu)成的陽極1的前端面2的前端中央部2a，在其前端形成開放的開口 3。 另一方面，與陽極1同樣由鎢等材料構(gòu)成的插入體4形成為與上述開口 3相對應(yīng)的形狀，且在其外周上形成有沿圓周方向延伸的多個環(huán)狀溝槽5。通常，為使上述開口 3或插入體4的壓入作業(yè)較為容易，優(yōu)選制作成大致前端較細(xì)的錐形。將該插入體4壓入開口 3中，并以適當(dāng)方法將兩者接合。由此，陽極1如圖1所示， 沿著中央部加與周邊環(huán)狀部2b的邊界區(qū)域R形成圓環(huán)狀空隙11。該圓環(huán)狀空隙11各自獨立，且在軸向上多處散布，其整體構(gòu)成空隙10。圖3表示用于形成圖1的空隙10的其他方法。在該方式中，陽極1的開口 3的內(nèi)周面上形成有沿圓周方向延伸的環(huán)狀溝槽6。在該開口 3中壓入并接合插入體4，能夠得到圖1所示的陽極構(gòu)造。另外，環(huán)狀溝槽5、6未必只能形成于插入體4與開口 3的其中一方，在兩者上都形成也可以。圖4表示插入體4的其他方式，在插入體4的外周上形成螺旋狀溝槽7。通過將該插入體4壓入并接合于陽極1中，使該陽極上形成螺旋狀的空隙(未圖示)。圖5表示另一實施例，在插入體4的外周多個點狀凹部8形成于圓周方向及軸向。 通過將該插入體4插入并接合于陽極1的開口 3，在陽極前端形成沿著前端中央部與周邊環(huán)狀部的邊界區(qū)域的圓周方向且在軸向上延伸的點狀的空隙(未圖示)。此外，上述實施例中所示的插入體4雖是由單一構(gòu)件構(gòu)成，但也可以由兩個以上的構(gòu)件組成。圖6表示該種實施例。該圖中，插入體4由環(huán)狀插入體如及插入其開口 3a的棒狀插入體4b構(gòu)成，在環(huán)狀插入體如與棒狀插入體4b的外周上分別形成有圓周方向的溝槽^、4b。然后，該些組合而成的插入體4插入并接合于陽極1的開口 3內(nèi)。插入體4與陽
插入體
(插入體)環(huán)狀溝槽環(huán)狀插入體棒狀插入體 (開口)環(huán)狀溝槽螺旋狀溝槽點狀凹部空隙
圓環(huán)狀空隙極1的接合通過將兩個環(huán)狀插入體如與棒狀插入體4b組合，以插入于陽極1的開口 3內(nèi)的狀態(tài)一次予以接合，從而作業(yè)效率提高。由此，在陽極1的前端同心狀的圓周方向上形成雙重的空隙。接著，對于陽極3與插入體4的接合方法的具體例子如下所示。圖7以圖2的例子為基礎(chǔ)進(jìn)行表示。在圖7中，如㈧所示，在陽極主體1的前端中央形成開口 3，并且插入體4的外周形成有沿圓周方向延伸的環(huán)狀溝槽5。接著如(B)所示，將該插入體4壓入陽極1的開口 3內(nèi)。然后在兩者間施以等離子體放電而使兩者接合，如(C)所示，在陽極前端形成有在軸向上散布的多個圓環(huán)狀空隙11。然后，通過切削加工形成陽極的前端形狀。圖8表示由上述等離子體放電進(jìn)行接合的裝置例。在陽極主體1內(nèi)插入有插入體4的狀態(tài)下，將加壓裝置15隔著碳16的方式設(shè)置。 使加壓裝置15的腔室內(nèi)為真空狀態(tài)，并對工件(陽極與插入體)持續(xù)施加一定的負(fù)荷OkN 以上)。接著，施加足以引起等離子體放電的脈沖電壓(脈寬15 999ms、峰值電流40 800A、峰值電壓3 30V)且持續(xù)預(yù)定時間(30 60sec)，開始通電。將工件的嵌合部分進(jìn)行加熱(1500 2300°C )使其產(chǎn)生熱膨脹，嵌合部開始熱變形，當(dāng)工件的高度縮短必要量(0. 5mm)后，停止通電。在其冷卻后，解除腔室內(nèi)的真空狀態(tài)，并取出工件。由此，陽極1的開口 3與插入體4的界面接合。此外，陽極1與插入體4的接合方法，除上述等離子體放電接合以外，如圖9的 (A)、(B)所示，也可以通過摩擦壓接。如該圖所示，使陽極主體1或插入體4的其中一方，或者使兩者邊旋轉(zhuǎn)邊壓入。然后與上述方法同樣地，通過切削加工陽極1的前端使其前端形狀適宜。以此方式形成的陽極前端形狀的剖面照片如圖10所示。在該照片中，左側(cè)為陽極1的部分剖面，可以看出其由相對粒徑較大的鎢構(gòu)成。右側(cè)為插入體4的剖面，可看出其由相對粒徑較小的鎢構(gòu)成。在陽極1與插入體4的邊界區(qū)域上，沿著兩者的界面形成在軸向上散布的由上述溝槽5形成的圓環(huán)狀微小空隙11群，其整體構(gòu)成了空隙10。每個微小空隙11的大小，例如直徑為0. 05 0. 20mm。此外，上述空隙10所形成的區(qū)域，即陽極前端面2中對應(yīng)于電弧的前端中央部加和其外周的周邊環(huán)狀部2b之間的邊界區(qū)域R形成在前端面2的什么位置上，是由燈的規(guī)格、例如封入氣體種類、氣體壓力、輸入功率、完全-待機(jī)點燈條件等所決定。圖11及圖12表示實驗結(jié)果。作為本發(fā)明燈，準(zhǔn)備具備具有空隙的陽極的燈，作為對比例，準(zhǔn)備如圖14所示的具有現(xiàn)有的陽極的燈。在各自的放電燈中，在發(fā)光管內(nèi)封入2. 2mg/cm3的水銀及大約1個大氣壓的氙氣， 其額定功率為4. 3kW。該些放電燈進(jìn)行完全-待機(jī)點燈，即以額定功率(4. 3kff)進(jìn)行6秒的完全點燈，及以額定功率的一半功率(2. 15kff)進(jìn)行沈秒的待機(jī)點燈，來進(jìn)行點燈壽命實驗。
圖11表示點燈持續(xù)時間與陽極前端生長的突起長度(前端突起生長)之間的關(guān)系的圖表。另外，圖12表示點燈經(jīng)過時間與i線(波長為365nm的紫外線)的照度維持率之間的關(guān)系的圖表。此外，照度維持率是以點燈開始時的照度為1，以百分比表示經(jīng)過一段時間后的照度的比。從該些圖表中可以得知，在對比例中，隨著點燈時間的經(jīng)過，前端突起生長快，經(jīng)過750小時后超過1. 3mm，且照度維持率低于85%。與此相對，可以知道本發(fā)明的放電燈，同樣經(jīng)過750小時后，其照度維持率尚能保持在接近100%，甚至經(jīng)過1500小時后，前端突起還能很低地抑制在0. 75mm以下，且其照度維持率也能保持90%以上。如上述說明，本發(fā)明的短弧型放電燈，即使在采用完全-待機(jī)點燈方式的情形下， 且即使陽極的前端中央部分受到加熱而產(chǎn)生熱膨脹，因為其膨脹部分侵入沿著與周邊環(huán)狀部的邊界區(qū)域形成的空隙內(nèi)而被吸收，所以該前端中央部不會從陽極前端面局部突出，從而能夠防止該部分異常過熱而蒸發(fā)，達(dá)到良好的效果。由此，本發(fā)明的放電燈能夠?qū)崿F(xiàn)長時間點燈仍有高照度維持率。
權(quán)利要求
1.一種短弧型放電燈，在發(fā)光管內(nèi)相對配置一對陽極與陰極而成，其特征為 在上述陽極的前端中央部形成有開ロ，在該開ロ內(nèi)插入有插入體，在上述陽極開ロ的內(nèi)表面或插入體的外表面的至少任一方形成有溝槽或凹部， 通過將該插入體接合在上述陽極的開口內(nèi)，使上述陽極內(nèi)形成空隙。
2.如權(quán)利要求1所述的短弧型放電燈，其特征為在上述插入體的外表面上形成有多個環(huán)狀溝槽。
3.如權(quán)利要求1所述的短弧型放電燈，其特征為在上述插入體的外表面上形成有螺旋狀溝槽。
4.如權(quán)利要求1所述的短弧型放電燈，其特征為在上述插入體的外表面上，多個點狀凹部形成于圓周方向及軸向。
5.如權(quán)利要求1所述的短弧型放電燈，其特征為上述插入體由環(huán)狀插入體以及插入該環(huán)狀插入體的開ロ內(nèi)的棒狀插入體構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種短弧型放電燈，在發(fā)光管內(nèi)相對配置有陽極與陰極，特別是在反復(fù)以額定功率進(jìn)行一般點燈及以小功率進(jìn)行待機(jī)點燈的完全-待機(jī)點燈時，也能防止陽極前端中央部比其周邊環(huán)狀部突出，也不會因電極材料的蒸發(fā)而導(dǎo)致該燈產(chǎn)生黑化。其特征為在上述陽極的前端中央部的開口內(nèi)插入有插入體，在這些開口的內(nèi)表面或插入體的外表面的至少任一方形成有溝槽或凹部，通過將該插入體接合至上述陽極的開口內(nèi)，在上述陽極內(nèi)形成空隙。
文檔編號H01J61/073GK102543650SQ20111041812
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20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