JP5773252B2

JP5773252B2 - ショートアーク型放電ランプ

Info

Publication number: JP5773252B2
Application number: JP2011070435A
Authority: JP
Inventors: 俊明大谷; 勇太小林; 松尾　浩一; 浩一松尾; 日出海折戸
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2031-03-28
Also published as: JP2012204288A

Description

本発明は、半導体露光装置等に用いられるショートアーク型放電ランプに関する。

高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ及びセラミックメタルハライドランプのような高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ：High Intensity Discharge Lamp）は、電極間の放電を利用して発光する。このため、白熱電球と比べて、光束が大きく大規模な空間の照明に適し、エネルギー効率が良いといった種々の特徴を備えている。

特に、アーク長が短く高照度の光を放射するショートアーク型放電ランプは、半導体、液晶、プリント基板等の製造工程における露光用光源のような光応用分野の光源として利用されており、中心発光波長が３６５ｎｍのｉ線ランプや４３６ｎｍのｇ線ランプが知られている。

ショートアーク型放電ランプの多くは、石英管の発光管封体の中央が球形状で、両端が細く絞られていて管形状に形成されている。中央の球形状の部分の内部には陰極及び陽極が対向して配置され、細く絞られたガラス管内には封止部を介して電極マウントが固定されている。陰極及び陽極の電極芯棒はそれを経由して外部のリード線に接続されている。

特に、半導体露光装置に用いられるショートアーク型放電ランプは、露光工程で、長時間にわたり、高照度を維持することや安定したビーム効率を維持することが求められている。このため、ショートアーク型放電ランプは、投入電力が大きく、点灯時には、ランプ内の温度と圧力とがかなり高くなる。また、ランプを高照度化するための一方法として、水銀や希ガスをより多く封入して紫外域のランプ発光効率が高められている。そのため、電極芯棒を支持する電極マウントを発光管封体に溶着する際に、電極マウントを構成する円筒体の端部と発光管封体との間の一部に間隙が形成されることにより、点灯時に、それらの間に熱応力が生じたりクラックが発生したりすることがある。このため、そのような位置を起点として、ランプが破裂する可能性が高いという問題がある。

中でも、液晶・プリント基板露光装置に用いられるｇ線ランプにおいては、電圧、照度などの諸特性を満たすため、水銀を多く追加する必要がある。そのため、ランプが点灯した際には、ランプ内の温度が８００Ｋから１２００Ｋで、内部圧力が２．０ＭＰａから３．０ＭＰａになり、ランプ容器の強度にばらつきがあったり、又は上記以外の部分の強度が不足していたりすると、その強度が不足している部分からランプ容器の破裂に至ることがある。

ｇ線ランプは液晶露光装置の高価な光学系に組み込んで使用されるため、ランプの破裂に伴い、その高価な光学系を破損することになり、また、ランプ内には水銀が封入されていてランプの破裂により水銀が外部に飛散することになるため、ランプの破裂の回避が強く要望されている。

特開２０１０−１９８９４７号公報特開２００６−２８６３４３号公報特開２００５−２４３４８４号公報特許文献１は、円板部材及び円板箔の外径に所定の関係を持たせることによって封止管の破裂を防ぐように構成した放電ランプを開示する。

特許文献２は、シール用ガラス部材の凹部の縁幅、溝の深さ、軸方向の全長に所定の関係を持たせることによって点灯時の破裂を防止するように構成したショートアーク放電ランプを開示する。

特許文献３は、リード棒を保持する管状体の端部から封止用ガラス体の放電空間側の端部までの距離、封止用ガラス体の径方向のガラス肉厚及び枝管部を構成するガラス管の径方向のガラス肉厚に所定の関係を持たせることによって、ランプ点灯時に枝管部の折れ等の不具合が起こらないように構成したショートアーク放電ランプを開示する。

すなわち、特許文献１では、内側金属リングの外径と円板箔の外径との差を考慮すること、又は、内側金属リングと封止管の肉厚との比と点灯時の発光管内の圧力とを考慮することによって封止管の破裂を防ぐことが図られており、ランプの破裂の起点となる個所の検討が限定されている。

特許文献２では、シール用ガラス部材の凹部の深さ及び全長との関係からランプの破裂防止をしようとするもので、この文献もランプの破裂の起点となる個所の検討が限定されている。

また、特許文献３では、特に、封止用ガラス体及び枝管部のガラス管のそれぞれの肉厚を考慮することによってシール部の破断や枝管部の折れ等を防ごうとうするもので、この文献もランプの破裂の起点となる個所の検討が限定されている。

以上の観点から、上記の特許文献によってランプの破裂の危険性が低くなったとはいえ、ランプの破裂の起点となる個所をより確実に把握しそれらを適切に改良することによって、より確実にランプの破裂の危険性を下げることが要望されている。

また、上記の特許文献とは異なる態様によってランプの破裂の危険性を下げることが要望されている。

さらに、より簡易な構造によって確実にランプの破裂の危険性を下げることが要望されている。

そこで、本発明に係るショートアーク型放電ランプは、球状部と、該球状部の中心を通る軸線に沿って対向して配置した２つのシール管部とを備える発光管封体と、前記球状部の内部に、所定距離離隔させて対向して配置した陰極及び陽極と、該陰極及び陽極からそれぞれ前記２つのシール管部まで延在する電極芯棒とを備え、各シール管部内に、第１のシール部材、第１の集電円盤、第２のシール部材、第２の集電円盤及び第３のシール部材が、該シール管部の中心軸線方向に沿って前記球状部から離れる方向に連続して配置され、各シール管部の外側端部に口金が固定され、前記第１の集電円盤と前記第２の集電円盤とが前記第２のシール部材の外周面上に配置された干渉箔によって電気的に接続され、各シール管部内において、１つの前記電極芯棒が、前記第１のシール部材を該シール管部の中心軸線方向に沿って貫通してそれに保持されるとともに前記第１の集電円盤に電気的に接続され、また、外部の電源に接続されるリード線が、前記口金を通って該シール管部の中心軸線方向に沿って前記球状部に向かって前記第３のシール部材及び前記第２の集電円盤を貫通してそれらに保持されるとともに該第２の集電円盤に電気的に接続される、２ｋＷから２５ｋＷのランプ電力のショートアーク型放電ランプであって、前記各シール管部は前記口金の内径より大きい外径を有する部分と前記口金の内径より小さい外径を有する部分とを有し、前記各シール管部において、該シール管部と前記球状部との接続位置Ａから該シール管部の外径が前記口金の内径より小さくなる位置Ｂまでの長さをＬ１（ｍｍ）、該位置Ｂから前記第１の集電円盤の前記第１のシール部材に対向する面の位置Ｃまでの長さをＬ２（ｍｍ）、該シール管の前記Ｌ１の長さに対応する部分の最大厚さをｔ（ｍｍ）とすると、前記位置Ｃは前記位置Ｂより前記球状部に近い位置にあり、Ｌ１≧３０ｍｍ、２ｍｍ≦Ｌ２≦２０ｍｍ、３ｍｍ≦ｔ≦６ｍｍのすべての条件式を満たすことを特徴とする。

そのショートアーク型放電ランプにおいて、点灯時に前記発光管封体の前記球状部内の圧力が２．０ＭＰａから３．０ＭＰａとなることがある。

そのショートアーク型放電ランプにおいて、前記ｔは、３．５ｍｍから５．０ｍｍの範囲であってもよい。

そのショートアーク型放電ランプにおいて、該ショートアーク型放電ランプのランプ電力は、５〜１６ｋＷであってもよい。

そのショートアーク型放電ランプにおいて、各シール管部が多重管部から構成されている場合に、シール管部の前記Ｌ１の長さに対応する部分の合計厚さの最大厚さをｔ（ｍｍ）としてもよい。

本発明によると、ランプの破裂の起点となる個所をより確実に把握してそれらを適切に改良することによって、より確実にランプの破裂の危険性を下げるショートアーク型放電ランプを提供することができる。

また、本発明によると、新たな態様によってランプの破裂の危険性を下げるショートアーク型放電ランプを提供することができる。

さらに、本発明によると、より簡易な方法によって確実にランプの破裂の危険性を下げるショートアーク型放電ランプを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプの概略構成を示すための簡略化した断面図である。図２は、図１に示すショートアーク型放電ランプのシール管部の拡大断面図である。図３Ａは、図１に示すショートアーク型放電ランプのシール管部の内径が１９ｍｍである場合に、肉厚の大きさが異なるシール管の耐圧試験の測定値を示す表である。図３Ｂは、図３Ａに示す表をグラフに表したものである。図４Ａは、図１に示すショートアーク型放電ランプのシール管部の内径が２５ｍｍである場合に、肉厚の大きさが異なるシール管の耐圧試験の測定値を示す表である。図４Ｂは、図４Ａに示す表をグラフに表したものである。図５は、図１に示すショートアーク型放電ランプの別の実施形態に係るものを示す拡大断面図である。図６Ａは、図１に示すショートアーク型放電ランプのシール管部が異なる実施形態に係るものを示す拡大断面図である。図６Ｂは、図６Ａに示すショートアーク型放電ランプのシール管部の別の実施形態に係るものを示す拡大断面図である。

以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプを説明する。なお、全図において、各部材の厚さ、長さ、形状、部材同士の間隔、隙間等は、理解の容易のために、適宜、拡大・縮小・変形・簡略化等をしている。図の説明の際の上下・左右の表現は、その図を鉛直面内に置いた状態でのその図面の面に沿った方向を表すものとする。

［ショートアーク型放電ランプの概略構造］
図１は、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプ１０の概略構造を示すための簡略化した一部断面図である。ここでは、例えば、ショートアーク型放電ランプ１０は２ｋＷから２５ｋＷのランプ電力を有するものとする。

ショートアーク型放電ランプ１０は、中心波長が４３６ｎｍの発光長の光を出力する、いわゆるｇ線ランプであり、球状部とその中心を通る軸線に沿って対向した２つのシール管部７とからなる発光管封体１を備える。球状部の内部には、陽極２及び陰極３が対向して配置され、対向した２つのシール管部７には、発光管封体１の内部と外気とを遮断するために電極マウント９が固定されている。陽極２と陰極３との先端部間の距離は、３〜３０ｍｍの範囲内の例えば７ｍｍである。

詳しくは後述するが、電極マウント９の球状部側の端部には、陽極２及び陰極３に接続された電極芯棒５が固定され、反対側の端部には、外部の電源に接続されたリード線６が連結されている。そのように電極マウント９は、電極芯棒５及びリード線６を保持するとともに、外気と発光管封体１との間を遮断するように気密に封じる。

電極芯棒５には、発光管封体１の封入後もその中に残った不純物や点灯時に発生する不純物を除去するためにゲッター材１１が取り付けられている。

また、ランプの製造時に、図１のチップオフ４の位置に取り付けられていた排気管から発光管封体内に、水銀を封入するとともに、少なくともアルゴン、クリプトン、キセノンなどの不活性ガスを単独またはそれらの混合ガスの形で封入する。

発光管封体１の球状部の外径は、発光出力の大きさに応じて変わり、５０ｍｍから３００ｍｍの範囲内の例えば９０ｍｍで、球状部の軸線方向の長さは７０ｍｍから３００ｍｍの範囲内の例えば１００ｍｍである。発光管封体１内には、３ｍｇ/ｃｍ³から５０ｍｇ/ｃｍ³の範囲から選択された例えば４０ｍｇ/ｃｍ³の水銀と、キセノン（Xe）、アルゴン（Ar）及びクリプトン（Kr）の中の少なくとも１つの希ガスとが封入されている。ただし、１つの希ガスに代えて、混合ガス、例えばＫｒ及びＡｒの混合ガスを用いてもよい。希ガスの封入圧は、封入されたガスの種類によっても異なるが、概略０．０５ＭＰａから０．４ＭＰａの範囲内の例えば０．２ＭＰａである。ランプ点灯時には、発光管封体１内の圧力は２．０ＭＰａから３．０ＭＰａ程度になる。

［シール管部の概略構造］
陰極側及び陽極側のシール管部７は同様の構造であるため、以下は、一方の側の、例えば、陽極側のシール管部７について説明する。

図２は、図１に示すショートアーク型放電ランプ１０のシール管部７の拡大断面図である。図２に示すように、シール管部７の内部には、電極マウント９が溶着されていて発光管封体１の気密性が保たれている。溶着の方法については後述する。

電極マウント９は、石英ガラス円筒体の第１のシール部材２１、第２のシール部材２２及び第３のシール部材２３を備える。第１のシール部材２１は、球状部とシール管部７との連結位置Ａから、球状部から離れる方向に向かって約１０ｍｍ離れた位置からシール管部７の内面に溶着されている。そのように約１０ｍｍの空間が設けられているのは、シール管部７内に第１のシール部材２１等を含む電極マウント９を溶着するために、シール管部７をバーナ等で加熱する際に、その熱が球状部に伝わってその球状部が変形することを防ぐためである。第１のシール部材２１には貫通孔が形成されており、その貫通孔には、電極芯棒５が挿入されて第１のシール部材２１に固定されている。

第１のシール部材２１と第２のシール部材２２との間には、第１の集電円盤３１が介装されており、第１の集電円盤３１には、第１のシール部材２１を貫通した電極芯棒５の端部が連結されている。これにより、電極芯棒５が第１の集電円盤３１に電気的に接続される。なお、電極芯棒５の端部は、さらに第１の集電円盤３１を貫通して第２のシール部材２２に接続されるように構成される場合もある。

また、第２のシール部材２２と第３のシール部材２３との間には、第２の集電円盤３２が介装されている。第３のシール部材２３には貫通孔が形成されており、その貫通孔にはリード線６が挿入されていて第３のシール部材２３に固定されている。また、その貫通したリード線６の端部は、第２の集電円盤３２を貫通して第２のシール部材２２の端部に挿入されて固定されている。これにより、リード線６は、電気的に第２の集電円盤３２に接続されて、第２のシール部材２２に保持されている。ただし、リード線６の端部は、第２の集電円盤３２を貫通せずにそれに電気的に接続されるだけもよい。

第１の集電円盤３１の円周面と、第１の集電円盤３１の両端面に接する第１のシール部材２１及び第２のシール部材２２の円周面とは、モリブデン製の干渉箔１５によって覆われている。また、第２のシール部材２２の外周面上には、軸線方向に沿って、複数の短冊状のモリブデン製のシール箔２５（図１、図２で実線と破線のハッチングで示す）が、間隔を置いて配置されている。これにより、電気的接続箔である干渉箔１５及びシール箔２５によって、第１の集電円盤３１と第２の集電円盤３２とが電気的に接続されることになり、その結果、電極芯棒５とリード線６とが電気的に接続されることになる。

図２に破線で示すように、口金２８がシール管部７の端部に取り付けられている。口金２８にはリード線６が接続されていて口金２８を経由してリード線６に外部の電源から電力が供給される。

また、図２に示すように、球状部１とシール管部７とが連結されている位置を位置Ａとし、その位置Ａから口金２８に向かって所定の長さＬ１だけ離れたシール管部７上の位置を位置Ｂとし、その位置Ｂから球状部に向かって長さＬ２だけ離れた第１の集電円盤３１の球状部側の面が接する位置を位置Ｃと表す。また、長さＬ１の部分のシール管部７の最大厚さを厚さｔ又は肉厚ｔとする。

後述する図６Ａ及び図６Ｂに示す実施形態のように、シール管部が多重管から構成されている場合には、内側のシール管部は球状部１に連結されていないためそのシール管部上での位置Ａを特定できない場合がある。しかし、多重管から構成されたシール管は外側のシール管と内側のシール管とが互いに強く接着しており挙動を共にする一体構造のものであるため、少なくとも位置Ｂと位置Ｃの位置は外側のシール管と内側のシール管とで同じになる。また、ここで問題にする発光管の破壊事象も、外側のシール管と内側のシール管とで同じ位置で起こる。このため、長さＬ１及びＬ２は、外側のシール管上において規定すればよい。なお、内側のシール管上における位置Ａとは、最も外側のシール管部上における位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃにおいて、最も外側のシール管部と直交する３つの面を仮定した時、それらの面と、内側のシール管部を発光管中心側へ延長した線とが交わる位置である。

図２においては、口金２８の端部位置が位置Ｂにあるように描いているが、その端部は常にその位置にあるのではなく、図２に示す位置に位置Ｂは特定されるものではない。ただし、口金２８の内径が一般的には特定されているため、位置Ｂが口金２８の端部位置を越えてそれよりも外側に（リード線６側に）位置することはない。

ここで、シール管部７内に電極マウント９を固定する概略の方法を説明する。まず、電極マウント９を用意し、電極マウント９をその外径よりも大きな内径を有するシール管部となる発光管封体１の筒状部の中に挿入する。その際に、上記のとおり、電極マウント９の球状部側に面する第１のシール部材２１の端面を位置Ａから１０ｍｍ程度口金方向に離して置く。次に、シール管部となる筒状部の端部を火炎バーナで加熱して封じ発光管封体１内を前出の排気管により減圧する。その減圧した状態で、電極マウント９を挿入したシール管部となる筒状部の位置を火炎バーナで加熱する。その加熱により、シール管部となる筒状部が溶融して収縮して電極マウント９の外周面に密着する。これにより、電極マウント９とその筒状部とが密着してシール管部７を形成する。

［実施例１］
ショートアーク型放電ランプ１０においては、シール管部７上において、その内面が、第１のシール部材２１の球状部側の面と接する位置と、第１の集電円盤３１の外周面と接する位置とが、点灯時においてランプの破裂の起点となる傾向が強い。例えば、本実施形態に係るショートアーク型放電ランプ１０のランプ電力が５ｋＷである場合には、点灯後約１０分経過すると、ランプ内の温度は８００Ｋから１２００Ｋ程度になる。その時に、点灯時のランプ内部圧力が高くなり、それらの位置が破裂の起点となってランプが破裂する傾向がある。

本実施形態に係るショートアーク型放電ランプ１０のランプ電力が５ｋＷの場合には、上記のとおり、位置Ａから第１の集電円盤３１の球状部側の面の接するシール管部７上の位置までは、約１０ｍｍであり、第１の集電円盤３１の軸線方向の長さは約２ｍｍである。そのため、長さＬ１は約１２ｍｍ以上の大きさが必要である。また、長さＬ２は第１の集電円盤３１の外周面の軸線方向に沿った長さを少なくとも含む大きさである。

ここで、ショートアーク型放電ランプ１０の耐圧試験を行った結果を図３Ａ及び図３Ｂに示す。この耐圧試験では、ランプ電力が５ｋＷのショートアーク型放電ランプ１０を用いた。また、シール管部７の内径は１９ｍｍとし、そのシール管部７においてＬ２を含むＬ１の部分の最大厚さｔを２．５ｍｍから０．５ｍｍごとに６．５ｍｍまで増加させた９種類のショートアーク型放電ランプ１０について試験を行った。シール管部の内径は、電極マウント９の外径と等しいものとする。

試験の方法としては、シール管部７の最大厚さｔの異なるショートアーク型放電ランプ１０ごとに、その球状部の圧力を例えば２．０ＭＰａから徐々に上昇させて、第１の集電円盤３１の外周面が接する位置の割れ（「ハイドＭｏ割れ」）、第１のシール部材２１の球状部側の面が接する位置の割れ（「ネック抜け」）、又はその第１のシール部材２１の球状部側の面が接する位置でのひび割れ（「ネック割れ」）が生じたときに加えた圧力値を測定した。「ネック抜け」は、割れた面が鏡面のようにきれいに割れることによってネック部分（シール管部）が抜けたように、シール管部が電極マウントごと一体的に離脱する破壊である。これは、熱的歪みによりもたらされると考えられる。ただし、破壊は急速には進まない。「ネック割れ」は、不定的、不規則的な割れ方で、一気に破壊が進む。

実験の結果、陰極又は陽極のいずれかの側のシール管部において破損が生じた。その際の測定値を図３Ａに示す。

図３Ａに示すように、シール管部７の厚さが２．５ｍｍの場合には、球状部に、２．７９ＭＰａ、３．０１ＭＰａ、３．２２ＭＰａ、２．９２ＭＰａ、２．６４ＭＰａ及び３．２１ＭＰａの圧力を加えた時に、シール管部７において第１の集電円盤３１の外周面が接する位置の割れ（「ハイドＭｏ割れ」）が生じた。

また、シール管部７の厚さが３．０ｍｍの場合には、球状部に、３．６５ＭＰａ、３．１７ＭＰａ及び３．５３ＭＰａの圧力を加えた時に、シール管部７において、第１の集電円盤３１の外周面が接する位置の割れ（「ハイドＭｏ割れ」）が生じ、３．９２ＭＰａ、３．３６ＭＰａ、３．５０ＭＰａ、３．５５ＭＰａ及び３．３１ＭＰａの圧力の時に、シール管部７において、第１のシール部材２１の球状部側の面が接する位置の割れ（「ネック抜け」）が生じた。

シール管部７の厚さが３．５ｍｍの場合には、球状部に、３．９９ＭＰａ及び３．７８ＭＰａの圧力を加えた時に、シール管部７において、第１の集電円盤３１の外周面が接する位置の割れ（「ハイドＭｏ割れ」）が生じ、４．６０ＭＰａ、３．６２ＭＰａ、４．１０ＭＰａ、３．６０ＭＰａ及び３．９１ＭＰａの圧力の時に、シール管部７において、第１のシール部材２１の球状部側の面が接する位置の割れ（「ネック抜け」）が生じた。

シール管部７の厚さが４．０ｍｍの場合には、球状部に、３．８３ＭＰａ、３．５９ＭＰａ及び４．８４ＭＰａの圧力を加えた時に、シール管部７において、第１の集電円盤３１の外周面が接する位置の割れ（「ハイドＭｏ割れ」）が生じ、３．９７ＭＰａ、４．５３ＭＰａ、４．２７ＭＰａ及び４．６０ＭＰａの圧力の時に、シール管部７において、第１のシール部材２１の球状部側の面が接する位置の割れ（「ネック抜け」）が生じ、３．９３ＭＰａの圧力の時に、第１のシール部材２１の球状部側の面が接する位置でのひび割れ（「ネック割れ」）が生じた。

以下、シール管部７の厚さが４．５ｍｍ、５．０ｍｍ、５．５ｍｍ、６．０ｍｍ、６．５ｍｍの場合についても、「ハイドＭｏ割れ」、「ネック抜け」、「ネック割れ」がそれぞれ発生する圧力は図３Ａに示す通りであった。

図３Ａの値をプロットして表したのが図３Ｂである。黒丸が「ハイドＭｏ割れ」を表し、白抜き四角形が「ネック抜け」を表し、菱形が「ネック割れ」を表す。

図３Ｂに示すように、各シール管部の厚さグループごとに比較するとハイドＭｏ割れ等が生じた圧力値の傾向として、シール管部の最大肉厚ｔの値が大きくなるにつれて耐圧強度が高まっていることがわかる。

シール管部７の各厚さにおける最大耐圧強度と、隣り合う最大耐圧強度の比率との関係を表１として示す。

表１に示すように、隣り合うシール管肉厚ｔ同士の間での最大耐圧強度の比率を見てみると、シール管肉厚ｔが２．５ｍｍから５．０ｍｍまでにおいては、シール管肉厚ｔの小さい場合の最大耐圧強度に対するｔの大きな場合の最大耐圧強度の比が、１．０４から１．２８の範囲にあることから、シール管肉厚ｔが大きくなるにつれて最大耐圧強度が線形的に高まっていることが数値上からも確認することができる。

すなわち、この実験からは、シール管部のＬ２の部分を含むＬ１の厚さを厚くすると、耐圧強度が高まることが分かった。ただし、シール管部の厚さが厚くなりすぎると、上記のとおり、シール管部を形成する際に、バーナの熱が管壁全体に伝わりにくくなり、シール管部の融解形成が困難になる。また、露光装置に取り付けする場合の取付スペースの大きさの制限からシール管部の外径の大きさには制限がある。さらに、シール管部が太すぎるとシール部全体の温度が均一でなくなり部分的な温度差が生じ、そのため、熱応力が発生して破裂の懸念が生じる。また、シール部の熱ロスが大きくなり、電圧や照度等の諸特性について適切な値が得られなくなる。これらの観点と、ランプ点灯時に発光管封体１内の圧力が３．０ＭＰａ程度になるという点とを考慮すると、図３Ｂにおいて破線で示した耐圧強度の３．０ＭＰａを超える耐圧強度を示したショートアーク型放電ランプ１０のシール管部の肉厚ｔは３ｍｍから６ｍｍまでの間の値であることが望ましいと考える。

［実施例２］
次に、シール管部７の内径、つまり、電極マウント９の外径が２５ｍｍのショートアーク型放電ランプ１０の耐圧試験を行った結果を図４Ａに示す。この耐圧試験でも、ランプ電力が５ｋＷのショートアーク型放電ランプ１０を用いた。また、シール管部７においてＬ２を含むＬ１の部分の最大厚さｔを２．５ｍｍから０．５ｍｍごとに６．５ｍｍまで増加させた９種類のショートアーク型放電ランプ１０について試験を行った。

試験の方法としては、シール管部７の最大厚さｔの異なるショートアーク型放電ランプ１０ごとに、その球状部の圧力を例えば２．０ＭＰａから徐々に上昇させて、第１の集電円盤３１の外周面が接する位置の割れ（「ハイドＭｏ割れ」）、第１のシール部材２１の球状部側の面が接する位置の割れ（「ネック抜け」）、又はその第１のシール部材２１の球状部側の面が接する位置でのひび割れ（「ネック割れ」）が生じたときに加えた圧力値を測定した。

実験の結果、陽極側又は陰極側のいずれかにおいて破損が生じた。その際の測定値を図４Ａに示す。

図４Ａに示すように、シール管部７の厚さが２．５ｍｍの場合には、球状部に、２．６５ＭＰａ、３．０６ＭＰａ、２．７７ＭＰａ及び３．０５ＭＰａの圧力を加えた時に、シール管部７において第１の集電円盤３１の外周面が接する位置の割れ（「ハイドＭｏ割れ」）が生じ、２．９９ＭＰａ、２．４６ＭＰａ及び３．５２ＭＰａの圧力の時に、シール管部７において、第１のシール部材２１の球状部側の面が接する位置の割れ（「ネック抜け」）が生じ、２．５３ＭＰａの圧力の時に、第１のシール部材２１の球状部側の面が接する位置でのひび割れ（「ネック割れ」）が生じた。

シール管部７の厚さが３．０ｍｍの場合には、球状部に、３．４７ＭＰａ、３．２１ＭＰａ及び３．３５ＭＰａの圧力を加えた時に、シール管部７において、第１の集電円盤３１の外周面が接する位置の割れ（「ハイドＭｏ割れ」）が生じ、３．７３ＭＰａ、３．８４ＭＰａ、３．３２ＭＰａ及び３．３７ＭＰａの圧力の時に、シール管部７において、第１のシール部材２１の球状部側の面が接する位置の割れ（「ネック抜け」）が生じ、３．５１ＭＰａの圧力の時に、第１のシール部材２１の球状部側の面が接する位置でのひび割れ（「ネック割れ」）が生じた。

以下、シール管部７の厚さが３．５ｍｍ、４．０ｍｍ、４．５ｍｍ、５．０ｍｍ、５．５ｍｍ、６．０ｍｍ、６．５ｍｍの場合についても、「ハイドＭｏ割れ」、「ネック抜け」、「ネック割れ」がそれぞれ発生する圧力は図４Ａに示す通りであった。

図４Ａの値をプロットして表したのが図４Ｂである。黒丸が「ハイドＭｏ割れ」を表し、白抜き四角形が「ネック抜け」を表し、菱形が「ネック割れ」を表す。

図４Ｂに示すように、各シール管部の厚さグループごとに比較するとハイドＭｏ割れ等が生じた圧力値の傾向として、シール管部の最大肉厚ｔの値が大きくなるにつれて耐圧強度が高まっていることがわかる。最大肉厚ｔが６．０ｍｍに近づくと耐圧強度はやや右下がりになっているが、耐圧強度の値がシール管部の最大厚さｔに対し線形的に増加する傾向にあるということができる。

シール管部７の各厚さにおける最大耐圧強度と、隣り合う最大耐圧強度の比率との関係を表２として示す。

表２に示すように、隣り合うシール管肉厚ｔ同士の間での最大耐圧強度の比率を見てみると、シール管肉厚ｔが２．５ｍｍから５．５ｍｍまでにおいては、シール管肉厚ｔの小さい場合の最大耐圧強度に対するｔの大きな場合の最大耐圧強度の比が、０．９４から１．２０の範囲にあることから、シール管肉厚ｔが大きくなるにつれて最大耐圧強度が概略線形的に高まっていることが数値上からも確認することができる。

すなわち、この実験からは、シール管部７の内径が２５ｍｍであっても、実施例１のようにシール管部７の内径が１９ｍｍの場合と同様に、シール管部のＬ２の部分を含むＬ１の厚さを厚くすると、耐圧強度が高まることが分かった。ただし、シール管部の厚さが厚くなりすぎると、実施例１と同様に、シール管部を形成する際に、バーナの熱が管壁全体に伝わりにくくなり、シール管部の融解形成が困難になる。また、露光装置に取り付けする場合の取付スペースの大きさの制限からシール管部の外径の大きさには制限がある。さらに、シール管部が太すぎるとシール部全体の温度が均一でなくなり部分的な温度差が生じ、そのため、熱応力が発生して破裂の懸念が生じる。また、シール部の熱ロスが大きくなり、電圧や照度等の諸特性についての適切な値が得られなくなる。これらの点と、ランプ点灯時に発光管封体１内の圧力が３．０ＭＰａ程度になるという点とを考慮すると、実施例２の場合にも、図４Ｂにおいて破線で示した耐圧強度の３．０ＭＰａを超える耐圧強度を示したショートアーク型放電ランプ１０のシール管部の肉厚ｔは３ｍｍから６ｍｍまでの間の値であることが望ましいと考える。

［他の実施形態］
図５は、図１に示すショートアーク型放電ランプの別の実施形態に係るものを示す拡大断面図である。図５の実施形態では、シール部材２１−１の発光管封体１側の面に凹部Ｈが形成されていて、その凹部の中央に電極芯棒５が貫入されている。また、シール部材２１−１の発光管封体１側の周縁がシール管部７の内周面に溶着されている。

この実施形態でも、図１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

図６Ａは、図１に示すショートアーク型放電ランプのシール管部の異なる実施形態に係るものを示す拡大断面図である。図１に示すショートアーク型放電ランプのシール管部は一重管であるが、図６Ａに示す実施形態はシール管が二重管である。つまり、図６Ａの実施形態では、シール管部は、シール管部７とその内周に溶着された円筒型のシール管部６０との二重管からなり、シール管部７及びシール管部６０は上記のとおり一体構造である。ただし、二重管に限定されるものではなく多重管であってもよい。その場合でもシール管部は一体構造となる。

図６Ｂは、図６Ａに示すショートアーク型放電ランプのシール管部が異なるものを示す。図６Ｂの実施形態は、図６Ａの実施形態と同様にシール管部が二重管であり、シール管部７及びシール管部６２は一体構造である。ただし、図６Ａの実施形態では、内側のシール管部６０の発光管封体１側の端部６０ａがまっすぐであるのに対し、図６Ｂの実施形態では、内側のシール管部６２の発光管封体１側の端部６２ａが内側に曲がっている点でそれらの実施形態は異なる。

図６Ａ及び図６Ｂにおいては、シール管部６０，６２はそれぞれ一体構造となっている。そのため、それらの内側のシール管部の発光管封体１側の端部６０ａ，６２ａは、発光管封体１側に連結されていないが、シール管部６０，６２の延長線と外側のシール管部７における位置Ａと直交する直線又は面とが交差する位置が対応する位置Ａとなる。シール管部６０，６２と、シール管部７における位置Ｂ及び位置Ｃと直交する直線又は面とが交差する位置は、それぞれ、対応する位置Ｂ及び位置Ｃとなる。

図６Ａ及び図６Ｂに示すようにシール管部が二重管構造を取る実施形態においても、外側のシール管部についてその肉厚ｔが３ｍｍから６ｍｍまでの間にあると、図１の実施形態と同様の効果を得ることができる。その場合には、内側のシール管の厚さの大小の相違を考慮することなく外側のシール管部の厚さのみを考慮すればよい。また、多重管構造を取る複数のシール管が一体としてのシール管構造としての機能を発揮するようにしてもよい。その場合には、外側のシール管部及び内側のシール管部のそれぞれの肉厚が３ｍｍから６ｍｍまでの間にない場合でも合計の厚さがその範囲に入ることによって、図１の実施形態と同様の効果を得ることが可能になる。

以上、本発明の一実施形態に係るショートアーク型放電ランプについて説明したが、本発明は上記の実施形態に拘束されるものではなく、当業者が容易になしえる追加、削除、改変等は、本発明に含まれるものであり、また、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められることを承知されたい。例えば、シール管部のＬ１の長さにわたる部分の厚さｔは一定でなく、徐々に厚みが増加又は減少するようにしてもよい。また、第１から第３のシール部材を石英ガラスから作ることができるがオゾンレス石英等他の適切な材料を用いてもよい。それらのシール部材の材質を異ならせてもよい。第１シール部材はガラス以外の例えばモリブデン製の材料でも良い。また、水銀を封入せずにキセノンガスのみを封入したショートアーク型キセノンランプにおいても上記の実施形態に係る手法が適用できる。

１・・・発光管封体
２・・・陽極
３・・・陰極
５・・・電極芯棒
６・・・リード線
７・・・シール管部
９・・・電極マウント
１０・・・ショートアーク型放電ランプ
１１・・・ゲッター材
１５・・・干渉箔
２５・・・シール箔
２１・・・第１のシール部材
２２・・・第２のシール部材
２３・・・第３のシール部材
３１・・・第１の集電円盤
３２・・・第２の集電円盤

Claims

球状部と、該球状部の中心を通る軸線に沿って対向して配置した２つのシール管部とを備える発光管封体と、
前記球状部の内部に、所定距離離隔させて対向して配置した陰極及び陽極と、
該陰極及び陽極からそれぞれ前記２つのシール管部まで延在する電極芯棒とを備え、
各シール管部内に、第１のシール部材、第１の集電円盤、第２のシール部材、第２の集電円盤及び第３のシール部材が、該シール管部の中心軸線方向に沿って前記球状部から離れる方向に連続して配置され、各シール管部の外側端部に口金が固定され、前記第１の集電円盤と前記第２の集電円盤とが前記第２のシール部材の外周面上に配置された電気的接続箔によって電気的に接続され、
各シール管部内において、１つの前記電極芯棒が、前記第１のシール部材を該シール管部の中心軸線方向に沿って貫通してそれに保持されるとともに前記第１の集電円盤に電気的に接続され、また、外部の電源に接続されるリード線が、前記口金を通って該シール管部の中心軸線方向に沿って前記球状部に向かって前記第３のシール部材及び前記第２の集電円盤を貫通してそれらに保持されるとともに該第２の集電円盤に電気的に接続される、２ｋＷから２５ｋＷのランプ電力のショートアーク型放電ランプであって、
前記各シール管部は前記口金の内径より大きい外径を有する部分と前記口金の内径より小さい外径を有する部分とを有し、
前記各シール管部において、該シール管部と前記球状部との接続位置Ａから該シール管部の外径が前記口金の内径より小さくなる位置Ｂまでの長さをＬ１（ｍｍ）、該位置Ｂから前記第１の集電円盤の前記第１のシール部材に対向する面の位置Ｃまでの長さをＬ２（ｍｍ）、該シール管の前記Ｌ１の長さに対応する部分の最大厚さをｔ（ｍｍ）とすると、前記位置Ｃは前記位置Ｂより前記球状部に近い位置にあり、
Ｌ１≧３０ｍｍ、２ｍｍ≦Ｌ２≦２０ｍｍ、３ｍｍ≦ｔ≦６ｍｍの
すべての条件式を満たす、ショートアーク型放電ランプ。
請求項１のショートアーク型放電ランプにおいて、点灯時に前記発光管封体の前記球状部内の圧力が２．０ＭＰａから３．０ＭＰａである、ショートアーク型放電ランプ。
請求項１又は２のショートアーク型放電ランプにおいて、前記ｔは、３．５ｍｍから５．０ｍｍの範囲である、ショートアーク型放電ランプ。
請求項１乃至３のいずれかのショートアーク型放電ランプにおいて、該ショートアーク型放電ランプのランプ電力は、５〜１６ｋＷである、ショートアーク型放電ランプ。
請求項１乃至４のいずれかのショートアーク型放電ランプにおいて、各シール管部が多重管部から構成されている場合に、該シール管部の前記Ｌ１の長さに対応する部分の合計厚さの最大厚さをｔ（ｍｍ）とする、ショートアーク型放電ランプ。