CN217955801U - 短弧型放电灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种散热性优异且长寿命的短弧型放电灯，该短弧型放电灯在发光管的内部相对配置有一对电极，在一对电极中的至少一个电极的外表面形成有散热层。短弧型放电灯在发光管的内部相对配置有一对电极，并且封入有规定的发光物质，在1kW以上的功率下被直流点亮，在一对电极中的至少一个电极的外表面，形成有包含碳化物基陶瓷的覆膜，非点亮状态下的发光管的内部的氧浓度为100volppm以下。

Description

短弧型放电灯

技术领域

本实用新型涉及短弧型放电灯，尤其涉及为了在灯点亮时降低电极温度而在电极的外表面形成有散热层的短弧型放电灯及其制造方法。

背景技术

例如在半导体元件、液晶显示元件等的制造工序中使用的曝光装置、各种放映机中，作为光源，使用短弧型放电灯(以下，也简称为“灯”)。该短弧型放电灯在发光管内相互相对地配置有阳极及阴极，并且在该发光管内封入有汞、氙气等发光物质而构成。

在这样的短弧型放电灯中，由于在点亮时施加于阳极的热负荷高，因此已知会发生起因于阳极的过热等的电极材料的蒸发，该蒸发物附着于发光管的内壁而导致透光率下降的所谓黑化的发生。

为了解决这样的问题，已知有在电极表面形成散热层来抑制电极的温度上升的技术，在下述专利文献1中，公开了一种短电弧型高压放电灯，其特征在于放电灯的阳极前端放电部分由碳化物覆盖。

在专利文献1中，公开了使用碳化锆作为电极的覆盖材质的示例。在陶瓷中，碳化物基陶瓷具有高辐射率和高耐热性这样的特征。而且，碳化物基陶瓷与氧化物基陶瓷相比，与金属的附着性也良好。因此，碳化物基陶瓷可适合用作电极的散热层。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实公昭53-043744号公报

实用新型内容

实用新型所要解决的课题

但是，在使用由金属碳化物覆盖了电极表面的电极来制作短弧型放电灯，并使其点亮时，由于碳化物基陶瓷的氧化产生的游离碳及一氧化碳的影响，产生无法得到所希望的性能的问题。

游离碳附着在发光管内壁上，成为黑化的主要原因。另外，一氧化碳以气相状态在发光管内扩散。然后，到达电弧的一氧化碳在电极前端生成钨的碳化物。于是，电极前端的融点下降，作为电极材料的钨变得容易蒸发，由于蒸发的钨，发光管发生黑化。

本实用新型鉴于上述课题，提供一种散热性优异且长寿命的短弧型放电灯及其制造方法，该短弧型放电灯在发光管的内部相对配置有一对电极，在所述一对电极中的至少一个电极的外表面形成有散热层。

用于解决课题的技术方案

本实用新型涉及的短弧型放电灯在发光管的内部相对配置有一对电极，并且封入有规定的发光物质，在1kW以上的功率下被直流点亮，其中，

在所述一对电极中的至少一个电极的外表面形成有包含碳化物基陶瓷的覆膜，

非点亮状态下的所述发光管的内部的氧浓度为100volppm以下。

根据该结构，由于电极的外表面由包含碳化物基陶瓷的辐射率高的覆膜(散热层)覆盖，因此辐射性优异。另外，由于将发光管的内部的作为不纯气体的氧设为规定的浓度以下，能够防止构成散热层的碳化物基陶瓷的氧化。即，由于长期维持散热层的功能，因此能够适当地抑制电极的温度上升，减少放电灯的发光管内壁的黑化，延长放电灯的使用寿命。

在本实用新型的短弧型放电灯中，也可以是如下构成，在额定功率下被点亮时的所述覆膜的至少一部分的温度为400℃以上且3000℃以下。

若覆膜的温度处于该范围，则能够防止碳化物基陶瓷的氧化，并且防止电极材料的蒸发。在该温度低于400℃的情况下，碳化物基陶瓷的氧化难以成为问题。另一方面，在该温度超过3000℃的情况下，电极的材料本身有可能蒸发。

另外，在本实用新型的短弧型放电灯中，也可以是如下构成，所述碳化物基陶瓷由碳化锆、碳化钽、碳化铌、碳化钛、碳化钒、碳化钼、碳化铪、碳化硅中的至少1种构成。

若为上述碳化物基陶瓷，由于辐射率高，因此能够适当地抑制电极的温度上升。

另外，本实用新型涉及的短弧型放电灯的制造方法是如下的短弧型放电灯的制造方法，短弧型放电灯在发光管的内部相对配置有一对电极，并且封入有规定的发光物质，在1kW以上的功率下被直流点亮，其中，包括：

准备所述发光管的工序；

将碳化物基陶瓷的颗粒分散于溶剂所得的糊料涂布于至少一个电极的外表面的工序；

通过将涂布有所述糊料的电极在真空气氛中以1200℃～1800℃进行8小时以上热处理，在所述电极的外表面形成包含碳化物基陶瓷的覆膜的工序；

将包括形成有所述覆膜的电极和所述发光管的各部件组合的工序；

对所述发光管的内部进行真空排气的工序；及

向真空排气后的所述发光管内封入所述发光物质的工序。

根据该制造方法，能够制造如下的短弧型放电灯，该短弧型放电灯的电极在外表面形成包含碳化物基陶瓷的覆膜，在非点亮状态下的发光管的内部的氧浓度为100volppm以下。如上所述，该短弧型放电灯的散热性优异且为长寿命。

另外，在本实用新型涉及的短弧型放电灯的制造方法中，也可以是如下构成，在所述进行真空排气的工序中，一边加热所述发光管，一边进行真空排气。

根据该结构，能够去除吸附于发光管内的部件的表面的氧，而且能够降低作为发光管的材料的石英玻璃所含的OH基。OH基在点亮时解离而能够在发光管内成为氧，因此通过降低OH基，能够降低发光管内的氧浓度。其结果是，能够有效地防止碳化物基陶瓷的氧化。

附图说明

图1是表示本实施方式涉及的短弧型放电灯的结构的说明图。

图2是图1所示的短弧型放电灯的P区域放大图。

图3是表示分析发光管的内部的氧浓度的装置的示意图。

图4是表示短弧型放电灯的制造方法的一例的流程图。

图5是表示短弧型放电灯的制造方法的其他示例的流程图。

具体实施方式

参照附图对本实用新型涉及的短弧型放电灯进行说明。此外，本说明书中公开的各附图只是示意性地图示。即，附图上的尺寸比与实际的尺寸比不一定一致，另外，在各附图之间，尺寸比也不一定一致。

以下，适当参照XYZ坐标系进行说明。另外，在本说明书中，在表现方向时，在区别正负的朝向的情况下，如“+X方向”，“-X方向”那样，标注正负的标号进行记载。另外，在不区别正负的朝向来表现方向的情况下，仅记载为“X方向”。即，在本说明书中，在仅记载为“X方向”的情况下，包含“+X方向”和“-X方向”的双方。关于Y方向及Z方向也是同样的。

[构造]

图1表示短弧型放电灯的一个实施方式。本实施方式的短弧型放电灯100(以下，称为“灯100”)具有发光管1、在发光管1的内部在Y方向(第一轴向)上分离而相对配置的阳极3及阴极4、第一导棒5a、第二导棒5b。

发光管1具备发光管部10及在其两端相连设置的密封管部11a、 11b。发光管部10通过使玻璃管的中央膨胀而形成。发光管部10是随着从位于-Y方向的一端及位于+Y方向的另一端分别朝向中央而其内径变大的玻璃管的区域。发光管部10为大致球状。

第一密封管部11a与发光管部10的一端相连，在Y方向上向远离阴极4的一侧(-Y方向)延伸。第二密封管部11b与发光管部10的另一端相连，在Y方向上向远离阳极3的一侧(+Y方向)延伸。换言之，发光管1构成为，在2个1组的第一密封管部11a与第二密封管部11b 之间夹着发光管部10。

第一密封管部11a及第二密封管部11b分别具有的中心轴相互重叠，由图1的轴A1表示。另外，轴A1通过发光管部10的中心点为宜。在发光管部10、第一密封管部11a及第二密封管部11b的内部，以规定量封入有汞、氙气等发光物质。

在发光管1的内部设置有阳极3及阴极4。在本说明书中，所谓短弧型放电灯，是指阳极3和阴极4隔开10mm以下的间隔(没有热膨胀的常温时的值)而相互相对配置的放电灯。在本实施方式中，阳极3由钨形成，阴极4由敷钍钨形成。

第一导棒5a与阳极3连接，在第一密封管部11a内沿Y方向延伸。第二导棒5b与阴极4连接，在第二密封管部11b内沿Y方向延伸。第一导棒5a及第二导棒5b的各自的中心轴与轴A1重叠为宜。第一导棒 5a及第二导棒5b例如由钨形成。

灯头12a覆盖第一密封管部11a的远离阳极3的一侧(-Y方向侧)，灯头12b覆盖第二密封管部11b的远离阴极4的一侧(+Y方向侧)。灯头12a与第一导棒5a电连接，灯头12b与第二导棒5b电连接。此外，在图1中，灯头12b由剖视图表示，灯头12a由侧视图表示，但灯头12a及第一密封管部11a的内部构造具有与灯头12b及第二密封管部 11b相同的构造。

灯100经由灯头12a、12b从未图示的外部电源被供电。通过施加于该灯头12a、12b的电压，开始放电，灯100直流点亮。本实施方式的灯100是在1kW以上的功率下被直流点亮的大型的灯。对于投入 1kW以上的功率的灯，点亮时施加于电极的热负荷特别高，因此需要提高电极的散热性。输入功率的上限值也依赖于灯100的大小或输出，因此在本实用新型中没有限定，作为一例，为小于7kW。

以密封管为代表说明第二密封管部11b的构造。在第二密封管部 11b的端部，第二导棒5b由接续玻璃7密封，通过该接续密封构造将发光管1内保持为气密。第二密封管部11b通过以使其一部分缩径的方式加工而成的缩径区域9b来支承第二导棒5b。

缩径区域9b是在Y方向上，与其周围的第二密封管部11b相比，内径小的区域。缩径区域9b是通过对第二密封管部11b进行缩径而成型的。缩径区域9b例如也可以经由支承部件6来支承第二导棒5b。缩径区域9b是通过利用气体燃烧器等对插入有第二导棒5b的筒状的第二密封管部11b进行加热而使其缩径来成型的。缩径区域9b比接续玻璃7靠近阴极4。

在非点亮状态下，发光管1的内部的氧浓度为100volppm以下。此外，在以往的灯中，发光管1的内部的氧浓度为180～300volppm左右。如此，本实用新型的灯100的发光管1内的氧浓度与以往的灯相比大幅降低。关于该方法，在制造方法的说明的地方，在后面叙述。

图3是表示分析发光管1的内部的氧浓度(volppm)的装置的示意图。该分析装置是破坏灯100来进行分析的装置。

首先，将灯100放入试样破坏室的腔室101，将腔室101抽真空。在抽真空后关闭真空泵102的阀，将直线导入机103按压在灯100上，破坏灯100。

由此，发光管1内的气体充满腔室101。打开连接腔室101和检测装置的阀，使气体流向抽真空的装置侧，将其一部分导入质量分析计(Mass)104，对气体成分进行定性分析。

为了进行定量分析，在未将样品放入试样破坏室的状态下，与上述同样地将腔室101抽真空后，导入已知浓度的标准气体，通过与上述相同的操作将气体导入质量分析计104，将其离子电流值作为标准，对发光管1内的气体量进行定量分析。

图2是图1所示的灯100的P区域放大图。在阳极3的外表面，设置有作为散热层的覆膜2。在此，阳极3的外表面是指除了与阴极4 相对的前端面3a的外表面。阳极3的前端面3a在灯100点亮时有时温度上升到覆膜2的融点以上，因此，在本实施方式中，在阳极3的前端面3a没有设置覆膜2。在本实施方式中，在阳极3的外表面中的以轴A1为中心的圆柱状的主体部的外周面3b设置有覆膜2，但也可以在位于外周面3b与前端面3a之间的锥面3c设置覆膜2。而且，也可以在阳极3的外周面3b的位于-Y侧的后部锥面3d设置覆膜2。

作为覆膜2的材料，融点、蒸气压、辐射率、热膨胀率等是重要的。为了降低阳极3的温度，覆膜2优选由辐射率高的材料构成，以使散热量增多。即，覆膜2可以是用于提高散热性的高辐射膜。

覆膜2的材料包含碳化物基陶瓷。碳化物基陶瓷由碳化锆、碳化钽、碳化铌、碳化钛、碳化钒、碳化钼、碳化铪、碳化硅中的至少一种构成。

以额定功率点亮灯100时的覆膜2的至少一部分的温度优选为400 ℃以上且3000℃以下。若覆膜2的温度处于该范围，则能够防止碳化物基陶瓷的氧化，且能够防止电极材料的蒸发。此外，作为用于测定包含覆膜2的电极的温度的方法，可以使用例如日本特开平02-259434 号公报中公开的公知的方法。

如上所述，本实施方式涉及的灯100在阳极3的外表面形成有包含碳化物基陶瓷的覆膜2，在非点亮状态下的发光管1的内部的氧浓度为100volppm以下。

根据该结构，阳极3的外表面由包含碳化物基陶瓷的覆膜2覆盖，因此辐射性优异。另外，由于将发光管1的内部作为不纯气体的氧的浓度设为100volppm以下，因此能够防止构成散热层的碳化物基陶瓷的氧化。即，由于长期维持散热层的功能，因此能够适当地抑制阳极3 的温度上升，减少灯100的发光管1的内壁的黑化，并延长灯100的使用寿命。

[制造方法]

接着，对灯100的制造方法进行详细说明。图4是表示灯100的制造方法的一例的流程图。

首先，准备发光管1、阳极3、阴极4、导棒5a、5b、灯头12a、 12b等各部件(在图4中未图示)。此外，阳极3以外的部件的准备只要在后述的步骤ST30之前即可，其定时没有特别限定。

接着，在步骤ST10中，将构成覆膜2的碳化物基陶瓷的颗粒(例如，粒径10μm以下的碳化锆的颗粒)分散于溶剂(例如，由硝化纤维素和乙酸丁酯构成的溶剂)，将该陶瓷糊料用笔涂布在阳极3的外周面3b。此外，陶瓷糊料向阳极3的外周面3b的涂布也可以是喷涂等利用笔以外的方法。

接着，在步骤ST20中，以150℃进行30分钟干燥后，在真空气氛下，以任意的温度、时间对阳极3进行热处理来烧结碳化物基陶瓷的颗粒。此时，需要以碳化物基陶瓷不发生氧化的范围内的温度进行烧结，利用碳化锆的情况下，例如以1600℃进行加热。该热处理除了起到使碳化物基陶瓷的颗粒烧结而形成覆膜2的作用之外，还起到去除电极材料中所含的氧这样的脱气处理的作用。热处理的时间可以适当设定，例如为8小时以上。通过进行长时间的热处理，能够更多地去除氧。此外，加热温度优选为1200℃以上且1800℃以下。

接着，在步骤ST30中，将包括形成有覆膜2的阳极3和发光管1 的各部件进行组合。

接着，在步骤ST40中，在成为灯的姿态之后，连接安装于发光管 1的支管和来自真空泵的吸气用的管，对发光管1的内部进行真空排气。

最后，在步骤ST50中，向真空排气后的发光管1内导入发光物质 (如果是氙灯则为氙气，如果是水银灯则为水银)，用燃烧器烧断支管，进行密封。

根据该制造方法，能够制造在阳极3的外表面形成包含碳化物基陶瓷的覆膜2，且非点亮状态下的发光管1的内部的氧浓度为 100volppm以下的灯100。

以上，基于附图对本实用新型的实施方式进行了说明，但应该认为具体的结构不限定于上述实施方式。本实用新型的范围不仅由上述的实施方式的说明表示，还由请求保护的范围表示，还包括与请求保护的范围等同的意思及范围内的所有变更。

可以在其他任意的实施方式中采用在上述的各实施方式中采用的构造。各部的具体的结构仅不限于在上述的实施方式中限定的结构，在不脱离本实用新型的主旨的范围内能够进行各种变形。而且，也可以任意选择一个或多个下述的各种变更例涉及的结构、方法等，并在上述的实施方式涉及的结构、方法等中采用。

(1)在上述的实施方式中，仅在阳极3的外表面设置有覆膜2，但在阴极4的外表面也可以设置覆膜2，也可以仅在阴极4的外表面设置覆膜2。

(2)在上述的灯100的制造方法中，也可以代替步骤ST40，进行图5所示的步骤ST41的温排气。以能够进行真空排气的方式将带有支管的状态的发光管1与排气台连接，一边从支管将内部空间排气成真空，一边通过电炉将发光管1保持为高温来进行温排气。此时，发光管1例如被加热至1000℃。

在进行温排气时，由于发光管1的第一密封管部11a及第二密封管部11b中使用的玻璃不能耐受高温，因此仅对发光管1中的发光管部10的部分进行加热。通过进行温排气，能够去除吸附于发光管1内的部件(发光管1的内表面、电极3、4、导棒5a、5b)的表面的氧，而且能够减少作为发光管1的材料的石英玻璃中所含的OH基。温排气的时间可以适当设定，例如为4小时以上。通过进行长时间的温排气，能够更多地去除石英玻璃中所含的OH基。

【实施例】

以下，对具体表示本实用新型的结构和效果的实施例等进行说明。

[实施例1]

实施例1的灯100通过图4所示的制造方法制造。首先，分别准备发光管1、阳极3、阴极4以及其他部件(导棒5a、5b、灯头12a、 12b等)。接着，将粒径为10μm以下的碳化锆的颗粒分散于溶剂(例如，由硝化纤维素和乙酸丁酯构成的溶剂)，将该陶瓷糊料用笔涂布在阳极3的外周面3b。接着，将涂布后的阳极3在150℃下干燥30分钟后，在真空气氛下，在1600℃进行8小时热处理，使碳化锆的颗粒烧结。接着，将形成有覆膜2的阳极3组装于发光管1的内部，也组合其他各部件。接着，连接安装于发光管1的支管和来自真空泵的吸气用的管，对发光管1的内部进行真空排气。最后，向真空排气后的发光管1内导入发光物质，用燃烧器烧断支管，进行密封。在完成后的灯100中，非点亮状态下的发光管1的内部的氧浓度为100volppm。此外，氧浓度通过上述的方法破坏灯100来测定。关于以下的实施例2 ～4及比较例1～2，也通过同样的方法来测定氧浓度。

此外，实施例1的灯100的发光管1为石英玻璃制，发光管部10 的尺寸为外径80mm、长度120mm。此外，在以下的实施例2～4及比较例1～2中，灯100的形状及尺寸与实施例1相同。

[实施例2]

实施例2的灯100通过图5所示的制造方法来制造。具体而言，在组合各部件之后，在对发光管1的内部进行真空排气的工序中，一边将发光管部10加热到1000℃，一边对发光管1的内部进行4小时真空排气(温排气)，除此以外，通过与实施例1相同的制造方法进行了制造。在完成的灯100中，非点亮状态下的发光管1的内部的氧浓度为50volppm。

[实施例3]

实施例3的灯100除了将温排气的时间设为8小时以外，通过与实施例2相同的制造方法进行制造。在完成的灯100中，非点亮状态下的发光管1的内部的氧浓度为30volppm。

[实施例4]

实施例4的灯100除了将温排气的时间设为16小时以外，通过与实施例2相同的制造方法进行制造。在完成的灯100中，非点亮状态下的发光管1的内部的氧浓度为10volppm。

[比较例1]

比较例1的覆膜是使钨的颗粒烧结而成的，将粒径10μm以下的钨的颗粒分散于溶剂(例：硝化纤维素和乙酸丁酯)，将该钨的糊料用笔涂布于阳极3的外周面3b。接着，将涂布后的阳极3在150℃下干燥30分钟后，在真空气氛下，在2000℃下进行2小时热处理，使钨的颗粒烧结。其他的工序与实施例1相同。在完成的灯中，非点亮状态下的发光管的内部的氧浓度为200volppm。

[比较例2]

比较例2除了将阳极3的真空热处理的时间设为4小时以外，通过与实施例1相同的制造方法进行制造。在完成的灯中，非点亮状态下的发光管的内部的氧浓度为140volppm。

此外，实施例、比较例中，对阴极4而言，均实施相同条件下的真空热处理。

对于上述的灯，以在额定功率6kW下点亮2小时并熄灭30分钟的周期反复点亮。对照度达到点亮开始时的初始照度的70％(照度维持率70％)为止的时间进行比较。将结果在表1中示出。

【表1】

在比较例1中，产生了电极材料的蒸发，发生了黑化。在将比较例1成为照度维持率70％的时间设为1的情况下，比较例2为大致相同的结果。这是因为发光管内的氧浓度高，由于碳化锆的覆膜的氧化而产生的游离碳及一氧化碳的影响而较早发生了黑化。另一方面，关于实施例1～4，为超过1的结果，确认到了灯寿命改善的效果。即，根据实施例1～4，与比较例1～2相比，启示了抑制灯100的发光管部 10的内壁的黑化的随着时间的发展。

【标号说明】

1：发光管

2：覆膜

3：阳极

4：阴极

10：发光管部

11a：第一密封管部

11b：第二密封管部

12a：灯头

12b：灯头

100：短弧型放电灯(灯)

Claims (3)

1.一种短弧型放电灯，在发光管的内部相对配置有一对电极，并且封入有规定的发光物质，在1kW以上的功率下被直流点亮，其特征在于，

在所述一对电极中的至少一个电极的外表面形成有包含碳化物基陶瓷的覆膜，

非点亮状态下的所述发光管的内部的氧浓度为100volppm以下。

2.根据权利要求1所述的短弧型放电灯，其特征在于，

在额定功率下被点亮时的所述覆膜的至少一部分的温度为400℃以上且3000℃以下。

3.根据权利要求1或2所述的短弧型放电灯，其特征在于，

所述碳化物基陶瓷由碳化锆、碳化钽、碳化铌、碳化钛、碳化钒、碳化钼、碳化铪以及碳化硅中的一种构成。

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