JP2003123688A

JP2003123688A - ショートアーク型高圧放電ランプ

Info

Publication number: JP2003123688A
Application number: JP2001321883A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Okubo; 啓介大久保; Akishi Miyanaga; 晶司宮永; Mitsuru Ikeuchi; 満池内
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2003-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】放射光量を増大させるためにランプへの入力電
力の大きくしたショートアーク型高圧放電ランプにおい
て、電極からの熱放射特性を改善して、電極の温度を効
率良く下げることである。【解決手段】発光管（１１）内に一組の電極（２０，３
０）を有するショートアーク型高圧放電ランプにおい
て、前記一組の電極（２０，３０）のうち少なくとも一
方の電極には、その側面の少なくとも一部に蜂の巣状の
穴部（２４）が形成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ショートアーク型
高圧放電ランプに関し、特に、ショートアーク型高圧放
電ランプの電極の側面形状に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ショートアーク型高圧放電ランプ
は、例えば、液晶カラーフィルターの製造プロセスであ
るフォトリソグラフィー工程における光源として使用さ
れ、このときの放射光は、波長３６５ｎｍや波長４３６
ｎｍに強い輝線スペクトルを含むものが使われる。一
方、市場からはカラーフィルターの大型化や露光時間の
短縮化が求められ、ショートアーク型高圧放電ランプか
らの放射光量も増加することが要求され、特に、波長３
６５ｎｍ近傍の放射光量の増加が強く望まれている。

【０００３】ショートアーク型高圧放電ランプの放射光
量は、放電ランプへの電気入力に比例することが従来か
ら知られている。つまり、放電ランプへの電気入力を増
加させれば放射光量も増加できるということである。こ
こで、放電ランプへの電気入力を増加するには以下の方
法が存在する。第一に、電極間の距離を伸ばして、ショ
ートアーク型高圧放電ランプの発光長を伸ばすこと、第
二に、放電ランプに封入する水銀量を増やし、より超高
圧な状態でランプを点灯させること、第三に、放電ラン
プへの入力電流を高くすること、などである。

【０００４】しかし、前記の各種方法はそれぞれに問題
がある。第一の方法は、発光長を伸ばすことで、通常、
使用される点光源ランプと比べると、発光部が大きくな
ってしまう。フォトリソグラフィー用の露光装置に光源
として使う場合などにおいては、照射光学系との関係で
点光源が望まれているので、このように、発光長を伸ば
すことは、当該露光装置の光源としては不向きとなり、
放射光量がたとえ改善されたとしても実際には使用でき
ないものとなってしまう。

【０００５】第二の方法は、ショートアーク型高圧放電
ランプの内圧が大きくなるので、発光管の機械的強度と
いう点で問題がある。従来のショートアーク型高圧放電
ランプは、内部に封入される水銀の点灯時の蒸気圧はラ
ンプの内圧強度の上限に近い圧力で設計されている場合
が多く、それ以上の高圧点灯ではショートアーク型高圧
放電ランプが破壊されてしまう。つまり、従来のショー
トアーク型高圧放電ランプよりも水銀の封入量を増や
し、更に超高圧で点灯する方法は放射量を向上させる為
に利用することはできない。

【０００６】第三の方法では、ランプ電流が増加すると
陽極先端部が電子流の増加により加熱され、陽極部の温
度が上昇してしまう。通常、陽極で発生した熱は、陽極
の熱伝導により外部へ放出されるものと、陽極の表面か
ら放射によって外部へ放出されるものがある。しかし、
ランプ電流を増加させる方法では、電子流増加による加
熱に比べ、外部へ放出される熱が不十分であり、その結
果、陽極の温度上昇に伴う陽極部材の熱蒸発が促進さ
れ、発光管の内壁が黒化しランプ寿命が短くなる等の問
題があった。

【０００７】この問題を解決するために、陽極からの熱
放射の効率を向上し、陽極の温度を下げる方法が提案さ
れている。例えば、特公昭３９−１１１２８号には、陽
極側面にＶ字構造の溝を設けることが開示されている。
具体的には、１ｍｍ〜３ｍｍ程度の深さで、かつ、開き
角が９０°の冷却溝が設けられており、かつ、この冷却
溝の表面に炭化タンタルを焼結させることにより、当該
陽極表面からの熱放射をより一層高めることが記載され
ている。しかし、この方法では、陽極の温度によっては
炭素が遊離し、ショートアーク型高圧放電ランプの発光
管を黒化させたり、あるいは炭素が電極先端に移動して
電極が溶けるといった問題があった。

【０００８】さらに、特開平９−２３１９４６号には、
陽極側面にタングステン粉末を焼結して電極表面の熱放
射率を向上させることが開示されている。しかしなが
ら、この構造においても、タングステン粉末を塗布しな
い場合に比較して、電極からの熱放射を増大させること
ができるものの、放電ランプへの電気入力をより高くし
たときには当該電極の冷却が不十分となり、結果とし
て、電極からの熱放射が不十分になるという問題があっ
た。つまり、前記した液晶カラーフィルターの製造プロ
セスであるフォトリソグラフィー工程における光源ラン
プとしては十分に対応できる構造ではなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、放射光量を増大させるためにランプへの
入力電力の大きくしたショートアーク型高圧放電ランプ
において、電極からの熱放射特性を改善して、電極の温
度を効率良く下げることである。そして、電極温度を効
率的に下げることで、陽極先端部からの電極構成物質の
蒸発を抑えたり緩和させることができ、また、電極先端
の摩耗や熱変形等を緩和することができ、結果として、
放電ランプの発光を長時間安定的に維持することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明のショートアーク型高圧放電ランプは、発
光管内に一組の電極を有するショートアーク型高圧放電
ランプにおいて、前記一組の電極のうち少なくとも一方
の電極には、その側面の少なくとも一部に蜂の巣状の穴
部が形成されていることを特徴とする。

【００１１】また、請求項２に係る発明では前記蜂の巣
状の穴部はレーザ光の照射により形成されたことを特徴
とする。また、請求項３に係る発明では前記穴部の底部
及び／または頂部には曲面が設けられたことを特徴とす
る。また、請求項４に係る発明では前記穴部は穴の深さ
Ｄが当該電極の直径の１２％以内である、かつ穴の深さ
Ｄと穴の開口径Ｗとの関係がＤ／Ｗ≧２であることを特
徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１にショートアーク型高圧放電
ランプの全体図を示す。放電ランプ１０は、発光管部１
１と封止管部１２より構成され、発光管部１１の中には
タングステンよりなる陽極２０と陰極３０が先端距離１
０ｍｍ程度で対向配置している。陽極２０、陰極３０
は、各々、封止管部１２の中で埋設され、外部端子１３
と電気的に接続される。発光管部１１の中には、キセノ
ン、アルゴン、クリプトンなどの希ガス若しくはこれら
の混合物からなる封入ガス、および水銀などの発光物質
が封入される。封入ガスの圧力は、封入時において例え
ば０．１〜１０気圧であり、水銀封入量は発光管部１１
の内容積当たりの重量で１０〜６０ｍｇ／ｃｃである。
この放電ランプは、例えば、定格５０Ｖ、定格５ＫＷで
点灯される。図１において、陽極２０には後述する穴部
を省略している。

【００１３】図２は陽極２０の拡大図を示す。図におい
て、陽極２０は、先端部２１、コーン部２２、胴体部２
３より構成されている。先端部２１は平面状であって陰
極と対向している。コーン部２２には先端部２１と胴体
部２３をつなぐテーパーが設けられている。そして、胴
体部２３には、その側面に蜂の巣状の穴部２４が形成さ
れている。胴体部２３には電極軸２５が続いている。な
お、この電極軸２５も含めて電極と称する場合がある。
陽極について、数値例をあげると、胴体部２３は直径φ
２５ｍｍ、長さ４５ｍｍであり、コーン部２２の開き角
度は１２０°であり、先端部２１の直径はφ８ｍｍであ
る。

【００１４】穴部２４は、例えば、ＹＡＧレーザからの
レーザ光をスポット的に照射することで形成され、これ
を穴ごとに順番に照射することで蜂の巣状の形態を作る
ことができる。

【００１５】図３は、穴部２４の幾つかを拡大したもの
で、図２にＡ−Ａによる断面方向における３つの穴部を
示している。穴部２４には頂点３１と底部３２が形成さ
れるが、（ａ）は穴の底部と頂部が鋭角に形成したもの
であり、（ｂ）は穴の底部と頂部が丸みを帯びて形成し
たものを示している。そして、隣接する穴部２４の頂部
３１同士の間隔が穴の開口径Ｗであり、穴の垂直方向に
おける深さＤを形成する。数値例をあげると、穴部２４
の開口径Ｗは、例えば０．５ｍｍ、穴の深さＤは、例え
ば１．５ｍｍであり、陽極２０の側面４０ｍｍの範囲に
穴が１５０個×４０個の６０００個形成されている。ま
た、（ｂ）のように頂部３１と底部３２が、尖っておら
ず、丸みを持たせて曲面状に形成させることで、後述す
るが、点灯始動時における電界集中を防止できる。

【００１６】図４は蜂の巣状の穴の他の実施形態を示
す。（ａ）は、穴部２４が隣接して形成されず、陽極側
面に間隔をあけて形成される。（ｂ）は、穴部２４が胴
体部２３のみならず、先端コーン部２２にも形成され
る。（ｃ）は、穴部２４が胴体部２３が数的に均一に形
成されるのではなく、不均一に形成される。（ｄ）は、
穴部２４が胴体部23の側面に全くランダムに形成される
ものである。なお、本発明の陽極構造はレーザ照射によ
り穴部が形成され、かつ、良好な冷却作用を奏すればよ
いのであって、その実施形態は上記のものに限定され
ず、これらの組み合わせやその他の形態も考えられるこ
とは言うまでもない。また、形態によっては必ずしも、
一般的な解釈による「蜂の巣状」には適さないものも存
在するが、本発明における「蜂の巣状」とは上記の意味
で穴部が形成されるものをいう。

【００１７】本発明のショートアーク型放電ランプは、
上記のような穴部の構造を電極に対して設けることで当
該電極からの熱放射率を改善するものではあるが、さら
に言えば、穴部の開口径と深さの関係を規定すること
が、この効果をより一層向上させている。具体的には、
穴部の開口径Ｄと深さＷとの関係がＤ／Ｗ≧２であり、
穴部の深さＷが電極軸の直径の１２％以内というときに
放熱効果が高いことを確認している。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のショー
トアーク型放電ランプは、発光管内に一組の電極を有す
るショートアーク型高圧放電ランプにおいて、前記一組
の電極のうち少なくとも一方の電極には、その側面の少
なくとも一部に蜂の巣状の穴部が形成されているので、
当該電極からの熱放射率を高めることができ、当該放電
ランプの入力電力を上げたとしても効率的に熱放射がで
きることから放射光量を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ショートアーク型高圧放電ランプの全体図を示
す。

【図２】本発明のショートアーク型高圧放電ランプの陽
極の拡大図を示す。

【図３】本発明のショートアーク型高圧放電ランプの陽
極の実施形態を示す。

【図４】本発明の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】

１０ショートアーク型高圧放電ランプ１１発光管部１２封止管部２０陽極２１先端部２２コーン部２３胴体部２４穴部Ｗ溝の開口径Ｄ溝の深さ

フロントページの続き (72)発明者池内満兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内Ｆターム(参考） 5C015 JJ06 5C039 HH04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光管内に一組の電極を有するショートア
ーク型高圧放電ランプにおいて、前記一組の電極のうち少なくとも一方の電極には、その
側面の少なくとも一部に蜂の巣状の穴部が形成されてい
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】前記蜂の巣状の穴部はレーザ光の照射によ
り形成された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】前記穴部の底部及び／または頂部には曲面
が設けられたことを特徴とする請求項２に記載のショー
トアーク型高圧放電ランプ。
【請求項４】前記穴部は穴の深さＤが当該電極の直径の
１２％以内である、かつ穴の深さＤと穴の開口径Ｗとの
関係がＤ／Ｗ≧２であ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超高圧放電ランプ。