CN102074450A - 短弧型放电灯 - Google Patents

Abstract

提供一种短弧型放电灯，其在发光管内具有将吸收氢的集氢器密闭并且透过氢的中空容器，所述中空容器不固定在发光管及电极。在该短弧型放电灯中，在发光管(11)内，由主体部(13A、14A)及与该主体部连续设置的轴部(13B、14B)所构成的一对电极(13、14)彼此相对配置，设有在透过氢的中空容器内封入吸收氢的吸气剂材料而成的集氢器，该短弧型放电灯的特征为：在所述轴部(13B)安装有载置所述集氢器的壳体(15)。

Description

短弧型放电灯

技术领域

本发明涉及短弧型放电灯，尤其涉及适用于半导体或液晶制造领域等的曝光用光源或放映机的背光用光源的短弧型放电灯。

背景技术

短弧型放电灯由于在发光管内相对配置的一对电极的前端距离较短而接近于点光源，因此通过与光学系统组合来用作曝光装置用光源或放映机的背光用光源。

专利文献1中公开了现有技术的短弧型放电灯。根据该文献，已指出由于氙短弧灯中作为发光气体的氙气、水银蒸气短弧灯中作为缓冲气体的氙气、氪气及氩气所造成的准分子发光会引起在石英玻璃制的放电容器的内表面产生白浊的问题。此外，根据该文献，作为上述问题的对策，记载有：规定从该放电容器的紫外线放射发散度最大的部分的内表面起200μm的范围的平均OH基浓度为7.8×10²⁴个/m³以上，并且由内表面起深度20μm的范围的平均OH基浓度为1.5×10²⁵个/m³以上、1.2×10²⁶个/m³以下。

但是，如上所示地在发光管含有OH基，其在发光空间内作为H₂O进行扩散，在发光管内扩散的H₂O通过来自弧光的热而被热分解为氧与氢。根据发明人等精心研究的结果，发现如上所示在发光管内生成的氢会使照度的稳定度降低。照度稳定度的降低由于弧光晃动，使对于光学系统的光的入射量或入射角度分布产生变化。晃动的周期根据光学系统不同而不同，但是会发生照度变动大致在数毫秒至数秒之间变大的所谓闪烁。该照度稳定度的降低在画像投影装置中会成为画面闪烁而造成问题，在曝光装置则会引起曝光不均的问题。

此外，在专利文献2中公开了将用来吸收被放出至发光管内的氢的集氢器配置在发光管内。图10(a)是表示该文献所记载的放电灯的概略结构的图，图10(b)是表示图10(a)所示的放电灯所具备的集氢器的剖面构造的图。

图10(a)所示的放电灯具备：灯泡101、电极102、103、封固部104、金属箔105。106为集氢器、107为石英棒、108为石英筒。集氢器106如图10(b)所示，圆筒状的由钇构成的集氢器材料109被密封在由钽等金属构成的有底圆筒110与盖部111形成的金属外皮112的内部。通过使有底圆筒110的凸缘部110A与盖部111进行电阻焊接，而将金属外皮112的内部予以密封。集氢器106如图10(a)所示，收纳有集氢器106的石英筒108被固定在灯泡101，通过将设在石英筒108的石英棒107的另一端焊接在灯泡101而固定在灯泡101。灯泡101内的氢通过钽等具有氢透过性的有底圆筒110而侵入至内部，被集氢器材料109所吸附。集氢器材料109被密封在由有底圆筒110及盖部111构成的金属外皮112的内部，因此防止集氢器材料109与发光空间内的其它物质发生反应，可高效地吸附氢。

但是，该放电灯是将集氢器106安装于灯泡101的构造，因此会有集氢器106与作为灯泡101的构成成分的氧化硅发生反应的情况。由此会有灯泡101失透明而导致照度降低、或引起灯泡101破裂的危险。

此外，在专利文献3中公开了一种将杂质气体吸附构件通过焊接等而接合于电极的短弧放电灯。图11(a)、(b)分别是记载于该文献的阴极前端部的主要部位正面剖视图及俯视图，电极201在除了圆锥状部分202以外的平行部分形成有具有直径小于直径d的细径部203。细径部203与线圈204之间的空处配设有由锆箔构成的筒状吸气器205，利用焊接等适当的接合方式被固定在细径部203。

专利文献1日本专利第2891997号

专利文献2日本特公昭57-21835号

专利文献3日本专利3380615号

本案发明人等针对在将集氢器配设在发光管内时将图10所示的集氢器材料109的金属外皮112，如专利文献3所示，焊接在电极而予以固定的方法加以研究。虽然要承认该方法针对上述灯泡的失透明及破裂是有效的，但是当将金属外皮焊接于电极时，可以预测出在焊接中会在金属外皮中空出孔而使集氢器材料露出于发光管内，集氢器材料与被封入在发光管内的水银等发光物质发生反应，会使集氢器材料的氢吸收功能降低。

发明内容

本发明鉴于上述问题点，目的在于提供一种短弧型放电灯，其在发光管内的电极中具有将吸收氢的集氢器予以密闭并且透过氢的中空容器，使所述集氢器以不固定在电极的方式予以配备。

本发明为了解决上述课题，技术方案1记载的发明是一种短弧型放电灯，在发光管内，由主体部及与该主体部连续设置的轴部构成的一对电极彼此相对配置，设有在透过氢的中空容器内封入吸收氢的吸气剂材料而成的集氢器，该短弧型放电灯的特征为：在所述轴部安装有载置所述集氢器的壳体。

技术方案2所记载的发明是在技术方案1的短弧型放电灯中，所述壳体具有用来使氢气在该壳体内流通的开口。

技术方案3所记载的发明是在技术方案1的短弧型放电灯中，所述壳体形成为线圈状。

技术方案4所记载的发明是在技术方案1至3中任一项的短弧型放电灯中，所述中空容器形成为大致C字状，卷绕安装在所述轴部。

技术方案5所记载的发明是在技术方案4的短弧型放电灯中，当将所述轴部的直径设为D2(mm)、所述大致C字状的中空容器的内径设为D1(mm)时，满足下述数式(1)的关系：

数式(1)D1-D2＞0.005(mm)。

发明效果

根据本发明的短弧型放电灯，在电极的轴部附设用来载置集氢器的壳体，该集氢器由将吸收氢的吸气剂材料予以密闭并且透过氢的中空容器构成，配置在该壳体内的集氢器未被固定在电极的轴部。因此，防止密闭在中空容器内的吸气剂材料露出于发光管内，而防止吸气剂材料与封入在发光管内的发光物质发生反应，因此在放电灯点灯时放出至发光管内的氢会被吸气剂材料切实地吸收，而可防止放电灯的照度稳定度降低。

附图说明

图1是表示第1实施方式的表示了发光管内部的一部分的短弧型放电灯1的构成的透视图。

图2是公开了固定在图1所示的阴极13的轴部13B周围的在内部载置有中空容器16的壳体15的一部分的透视图。

图3是表示将吸附氢的吸气剂材料17予以密闭并且由使氢透过的金属构成的直管状中空容器18的构成的透视图、由A-A观看的剖视图、及由B-B观看的剖视图。

图4是表示在图1所示的阴极13的轴部13B周围，安装有载置由将吸气剂材料17予以密闭并且透过氢的中空容器16构成的集氢器的壳体15的构成的剖视图。

图5是表示将中空容器16的内径D1与轴部13B的直径D2彼此不同的7种短弧型放电灯中的(D1-D2)与照度变动率(照度稳定度)的关系进行实验后的结果的表。

图6涉及第2实施方式，是在图1所示的阴极13的轴部13B周围，取代壳体15，而安装有载置由将吸气剂材料17予以密闭并且透过氢的中空容器16构成的集氢器23的壳体19的构成的剖视图。

图7涉及第3实施方式，是在图1所示的阴极13的轴部13B周围，取代壳体15，而安装有载置由将吸气剂材料17予以密闭并且透过氢的中空容器16构成的集氢器23的壳体20的构成的剖视图。

图8涉及第4实施方式，是在图1所示的阴极13的轴部13B周围，取代壳体15，而安装有载置由将吸气剂材料17予以密闭并且透过氢的中空容器16构成的集氢器23的壳体21的构成的透视图、及公开壳体22的一部分的透视图。

图9涉及第5实施方式，是在图1所示的阴极13的轴部13B周围，安装有载置由多个直管状中空容器18构成的集氢器23的壳体15的构成，是公开壳体15的一部分的透视图。

图10是表示引用文献2中记载的放电灯的概略构成及放电灯所具备的集氢器的剖面构造的图。

图11是专利文献3记载的阴极前端部的主要部位正面剖视图及俯视图。

具体实施方式

使用图1～图5，说明本发明的第1实施方式。

图1是表示本实施方式的公开发光管内部的一部分的短弧型放电灯1的构成的透视图。

如该图所示，短弧型放电灯1具有发光管11以及在其两端连续的封固管部12A与12B。在发光管11的内部，阴极13的主体部13A与阳极14的主体部14A彼此相向配置，并且在放电空间S封入有发光物质。至少封入水银作为发光物质，封入氙、氩、氪的至少1种作为缓冲气体。此外，也可以封入氙、氩、氪的至少1种以上作为发光物质。阴极13由轴部13B及比其直径大的主体部13A构成。在轴部13B，在壳体15内载置有集氢器，该集氢器在透过氢的中空容器内密闭有吸收氢的吸气剂材料而成。此外，阳极14由轴部14B及比其直径大的主体部14A构成。

图2是表示将被固定在图1所示的阴极13的轴部13B周围、在内部载置有集氢器23的壳体15的一部分切开的构成的透视图。

如该图所示，在壳体15内，例如由具有大致C字形状的中空容器16构成的集氢器23被载置于未图示的轴部13B周围。其中，安装壳体15的部位是电极部(主体部与轴部)即可，并不限定于阴极侧的轴部。

图3(a)是表示将吸附氢的吸气剂材料17予以密闭并且由使氢透过的金属构成的直管状中空容器18的构成的透视图，图3(b)是由图3(a)的A-A观看的剖视图，图3(c)是由图3(a)的B-B观看的剖视图。

如上述各图所示，两端的封固部18A、18B通过将构成中空容器18的直管部18C的两端进行压接加工，或通过进行熔敷或焊接，而气密地密闭。由此，将中空容器18内的吸气剂材料17与放电空间隔离，防止与放电空间内的气体直接接触，并且使吸气剂材料17不会漏泄至中空容器18的外部。其中，中空容器18并不一定必须在其两端形成封固部，也可形成为例如使用有底筒状的构件而仅将一端侧密封的构造。

图2所示的具有大致C字形状的中空容器16通过将图3(b)所示的中空容器18的两端朝纸面的上侧或下侧进行弯曲加工而形成为C字形状。

图4是表示在图1所示阴极13的轴部13B周围，安装有载置有由将吸气剂材料17予以密闭并且透过氢的中空容器16构成的集氢器23的壳体15的构成的剖视图。

如该图所示，壳体15是形成有用来以上下插入电极轴部13B的开口151A、151B的圆筒状容器，由例如钨、钼、钽等材料构成。在壳体15使由卷绕安装在轴部13B的线圈状线材构成的一对防落构件19A、19B以上下夹持壳体15的方式配置，而被固定在轴部13B。壳体15上方侧的开口151A的直径大于轴部13B的直径，通过开口151A而被放出至发光管11内的氢气会被引导至壳体15内。由中空容器16构成的集氢器23未被焊接在轴部13B，而在卷绕安装在轴部13B周围的状态下被载置于壳体15内，通过壳体15的底板152防止落下。

此外，如图4所示，由钇等吸收氢的材料构成的吸气剂材料17被密封在由钽等使氢透过的金属构成的大致C字状的中空容器16内。中空容器16由使氢透过但难以与水银发生反应的金属构成，例如由钽或铌构成。钽及铌可以为单体，也可以为与其它物质的化合物。由上述物质构成的中空容器16高效地使氢透过，并且防止吸气剂材料17与尤其是水银等放电介质发生反应，而且可去除发生在发光管11内的氢等杂质气体。吸气剂材料17为例如钇或锆。钇或锆等物质的氢吸收力优良。钇及锆可以为单体，也可以为与其它物质的化合物。

接着，如果针对轴部13B的直径与形成为大致C字状的中空容器16的内径的关系加以说明，则将轴部13B的直径设为D2(mm)，将大致C字状的中空容器16的内径设为D1(mm)时，满足以下数式(1)的关系。

数式(1)D1-D2＞0.005(mm)

亦即，在轴部13B的直径D2与中空容器16的内径D1满足上述数式(1)的关系的情况下，在轴部13B与中空容器16之间介有间隙。因此，通过该间隙，在短弧型放电灯1点灯时，轴部13B呈高温化的情况下，阻碍热由轴部13B流入至中空容器16。结果，抑制吸气剂材料17的高温化，不会损伤吸气剂材料17的氢吸收功能。

图5是表示制作中空容器16的内径D1与轴部13B的直径D2彼此不同的7种短弧型放电灯，将(D1-D2)与照度变动率(照度稳定度)的关系进行实验后的结果的表。

在此，实验所使用的短弧型放电灯具有以下规格。发光管内容积为1×10^-3m³、氙封入量为8×10⁴Pa、水银封入量为35mg/cc、电极间距离为1×10^-2m、阴极侧轴部外径为约8mm。

此外，实验所使用的集氢器23的相关规格如下所示。由内含将由作为氢吸附物质的钇构成的吸气剂材料17密封的大致C形状的钽中空容器16的壳体15构成，作为吸气剂材料17的钇的量为1.0g，钽中空容器16的尺寸为壁厚0.15mm，大致C形状的钽中空容器16的内径为约8mm，外径为13.5mm，高度为12mm，壳体15的尺寸为内径14mm、外径16mm、内高度14mm、外高度16mm，材质通过φ1的纯钨而形成为盖形状。

如该表所示，中空容器16的内径D1为φ7.950～φ8.305mm，轴部13B的直径D2的直径为φ7.945～φ8.050mm。

此外，通过实验计算出的照度变动率(照度稳定度)的计算方法如下所示。首先，将短弧型放电灯安装于曝光装置，在其光罩(屏蔽)面设置照度计，接着在点灯至短弧型放电灯的照度稳定为止之后，测定出一定时间(例如在1秒钟内测定100点)期间的照度。将测定出的照度的最大值与最小值的差除以平均值，再乘上100，由此计算出照度变动率(％)。

如该表的实验结果所示，可知当中空容器16的内径D1大于轴部13B的直径D2时，即使该差值为0.005，也可以将变动率抑制为较低。亦即，这是由于不紧密接触，吸气剂材料17的温度下降，氢吸收量增加。另外，中空容器16的内径D1小于轴部13B的直径D2时的差值设为0.050以下。这是由于在D1-D2为负的情形下，通过中空容器16所具有的弹性而被安装在轴部。而若D1-D2的值大于0.050，则超过弹性的界限，轴部13B无法放入中空容器16。

通过本实施方式的短弧型放电灯，由构成发光管11的发光管构成构件被放出至发光管内的氢会流入至壳体15内，透过集氢器23的中空容器16，通过被密封在中空容器16内的吸气剂材料17而被吸收，因此可防止照度稳定度的降低。而且，集氢器23并不是中空容器16焊接在轴部13B，而被载置于壳体15内，因此不会使吸气剂材料17露出于发光管内，而不会发生发光管11失透明、破裂等问题，可以在轴部13B周围附设将吸气剂材料17予以密闭的中空容器16。

使用图1及图6，说明本发明的第2实施方式。

图6是表示在图1所示的阴极13的轴部13B周围，取代壳体15，而安装有载置由将吸气剂材料17予以密闭并且透过氢的中空容器16构成的集氢器23的壳体20的构成的剖视图。

如图6所示，壳体20在上壁部201A、下壁部201B上分别形成有开口202A、202B，下壁部201B的开口202B的开口端焊接在轴部13B，由此被固定在轴部13B。设在上壁部201A的开口202A的直径形成为比轴部13B的直径大，以使放出到发光管11内的氢可以通过。由密闭有吸气剂材料17的中空容器16构成的集氢器23未被焊接在轴部13B，在卷绕安装在轴部13B周围的状态下载置于壳体20内。放出至发光管11内的氢气通过壳体20的上壁部201A的开口202A而被引导至壳体20内，透过中空容器16而被吸气剂材料17吸收。

使用图1及图7，说明本发明的第3实施方式。

图7是表示在图1所示的阴极13的轴部13B周围，取代壳体15，而安装有载置由将吸气剂材料17予以密闭并且透过氢的中空容器16构成的集氢器23的壳体21的构成的剖视图。

如图7所示，通过分别设在上壁部211A、下壁部211B的开口212A、212B的开口端被焊接在轴部13B，壳体21被固定在轴部13B。在下壁部211B形成有用来将放出至发光管11内的氢气引导至壳体21内的环状的开口213。由密闭有吸气剂材料17的中空容器16构成的集氢器23未被焊接在轴部13B，而在卷绕安装在轴部13B周围的状态下载置于壳体21内。放出至发光管11内的氢气通过壳体21的下壁部211B的开口213而被引导至壳体21内，透过中空容器16，被吸气剂材料17吸收。

使用图1及图8，说明本发明的第4实施方式。

图8(a)是表示在图1所示的阴极13的轴部13B周围，取代壳体15，安装有载置由将吸气剂材料17予以密闭并且透过氢的中空容器16构成的集氢器23的壳体22的构成的透视图，图8(b)公开壳体22的一部分的透视图。

如图8(a)、(b)所示，壳体22以包围轴部13B的方式将线材彼此稠密卷绕，由此形成为线圈状，通过将上端部221A及下端部221B焊接在轴部13B而被固定在轴部13B。在该壳体22的内部，由密闭有吸气剂材料17的中空容器16构成的集氢器23在卷绕安装在轴部13B周围的状态下进行载置。被放出至发光管11内的氢气通过构成壳体22的线材的间隙而被引导至壳体22内，透过中空容器16，而被吸气剂材料17吸收。

使用图1及图9，说明本发明的第5实施方式。

图9是在图1所示的阴极13的轴部13B周围，各中空容器与图3所示相同地，安装有载置由多个直管状中空容器16(1)...16(n)构成的集氢器23的壳体15的结构，公开壳体15的一部分的透视图。

如图9所示，在图4所示的壳体15内，在轴部13B的周围载置有由多个直管状中空容器16(1)...16(n)构成的集氢器23。放出至发光管11内的氢气通过壳体15的开口151A而被引导至壳体15内，透过中空容器16(1)...16(n)，被各中空容器内的吸气剂材料17吸收。其中，壳体并不限定于图4所示的形状的壳体，也可使用图6～图8所示的壳体。

Claims (5)

1.一种短弧型放电灯，在发光管内，由主体部及与其连续设置的轴部所构成的一对电极彼此相对配置，设有在透过氢的中空容器内封入吸收氢的吸气剂材料而成的集氢器，该短弧型放电灯的特征在于，

在所述轴部安装有载置所述集氢器的壳体。

2.根据权利要求1所述的短弧型放电灯，其中，

所述壳体具有用来使氢气在该壳体内流通的开口。

3.根据权利要求1所述的短弧型放电灯，其中，

所述壳体形成为线圈状。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的短弧型放电灯，其中，

所述中空容器形成为大致C字状，卷绕安装在所述轴部。

5.根据权利要求4所述的短弧型放电灯，其中，

当将所述轴部的直径设为D2(mm)、所述大致C字状的中空容器的内径设为D1(mm)时，满足下述数式(1)的关系：

数式(1)D1-D2＞0.005(mm)。

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