JPH0896750A

JPH0896750A - 高圧放電灯、放電灯点灯装置および光源装置

Info

Publication number: JPH0896750A
Application number: JP23320094A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Takahashi; 哲也高橋; Yasuhiro Iwato; 泰博岩藤; Yoichiro Kogyo; 陽一郎光行
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】封入部における封着用金属箔の破断を抑止して
長寿命の大電流高圧放電灯を比較的安価に提供するこ
と。【構成】導入部2は、上記支持部2bと一体に連続し前記金
属箔を外側から包囲する封止部2aと、導電体部8に対面し
導電体部8の幅とほぼ同等の幅を有するとともに導電体
部8の他端側の輪郭に沿って形成された頂部3a、この頂部
3aから基部3cに向かって拡大するテーハ゜ー部3bを有し、各金
属箔9が外周に配置され封止部2aとの間で各金属箔9を気
密に封止するように封止部2a内に配設された封止用部材
3とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はランプ電流が大きい高圧
放電灯、放電灯点灯装置および光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大電流（ランプ電流の大きい）の高圧放
電灯としては例えばキセノンランプ，高圧水銀ランプ等
が知られている。このような大電流の高圧放電灯におい
ては、その電極の封止部構造としてステムを用いるステ
ムタイプと、モリブデン等の高融点金属からなる気密封
着用の金属箔を使用する箔封止タイプの２種類があ
る。、ステムタイプは、ステム部分を形成するために
封止部形状が大形化する、またステム部分を発光管部分
に溶着する必要があるために石英製の放電灯の製造は困
難である、という欠点がある。一方、箔封止タイプは、
前述の欠点はない。

【０００３】しかし、箔封止タイプの場合、ランプ電流
が約８A以上の高圧放電灯になってくると上記金属箔は
複数使用することが必要となる。これ等複数の金属箔を
互いに分離して配置する関係上、一般的にセパレートガ
ラスと呼ばれる封止用部材を使用することが行なわれて
いる。

【０００４】この種高圧放電灯として、実開昭57-15706
5号公報には図６に示すようなものが示されている。図
は高圧放電灯の一端側封止部の縦断面図を示し、石英製
気密容器91の封止部92のほぼ中央部にはガラス封止用部
材93が封着され、その両端面にはそれぞれタングステン
製金属板910，911を介して内方ガラス部材912と外方ガ
ラス部材913が配置されている。96は外部導体で上記封
止用部材93，金属板911および外方ガラス部材913を貫通
して封止部92の外方へ導出される。95bは製気密容器91
内の発光空間より上記内方ガラス部材912を貫通して金
属板910に伸びるタングステン製電極95aの電極軸であ
る。99・・・は上記封止用部材93の外周面に沿わせ配置
した封着用のモリブデン製の金属箔で、それ等の一端部
は一方の金属板911に白金ろうを介して溶接され、他端
部は直角に折り曲げて他方の金属板910に白金ろうを介
して溶接されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記高圧放電灯の金属
板910の溶接部は、金属板910と金属箔99・・・との熱膨
張率の差が原因となってはがれやすい。すなわち、金属
箔99・・・は長手方向に形成された部分が存在するた
め、ランプ製造における封止部92の封止工程中、加熱封
止する段階で箔の長手方向の熱膨張によって延びる。そ
の後ランプが冷却したときの熱収縮時に、石英自体の熱
膨張率と箔の熱膨張率との差によって、箔の封止用部材
３に沿った直線部分全体の収縮に伴う応力を受け、箔が
破断しないまでも箔と電極軸５ａの基端部の溶接部近傍
に引っ張り応力がかかる。その後、高圧放電灯の点灯消
灯を繰り返す度に、溶接部には熱膨張率の差による応力
も加わり、白金ろうに亀裂が生じ、金属板910、金属箔9
9・・・間の電気導通不良が生じ、高圧放電灯が短寿命
となる問題が生じる。

【０００６】本発明は上記従来の欠点を解消するもの
で、その目的は、電極構体の導通不良を抑止して長寿命
の高圧放電灯を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１は、電極軸と、
電極軸の一端側に形成した電極と、電極軸が貫通した孔
を有し、電極軸の他端側に保持された板状の導電体部
と、一端側を導電体部に対してそれぞれ一体的に形成し
た導電体部よりも薄い複数本の金属箔と、を含んで構成
した電極構体と、各金属箔の他端側に接続した外部導体
と、内部に電極が位置する放電空間を形成し、電極軸を
支持する電極軸支持部と、各金属箔を外側から包囲する
封止部と、一端に導電体部の輪郭に略沿って形成した頂
部、この頂部から他端側に向かって延びる胴部を有し、
各金属箔を外周に配置して封止部との間で各金属箔を気
密に封止するように封止部内の導電体部および外部導体
間に配設した封止用部材と、を含んで構成した石英製気
密容器と、を具備したことを特徴とする高圧放電灯であ
る。導電体部に対してそれぞれ一体的に形成した導電体
部よりも薄い複数本の金属箔とは、溶接等の接合手段を
行わず、導電体部および金属箔を一体形成したものをい
う。

【０００８】石英製気密容器とは、高圧放電灯中、石英
ガラス材料からなる部分を指す。

【０００９】請求項２は、主としてタンク゛ステンからなる電
極軸と、電極軸の一端側に形成した電極と、電極軸が貫
通した孔を有し、電極軸の他端側に保持された板状の主
としてモリフ゛テ゛ンからなる導電体部と、一端側を導電体部
に対してそれぞれ接続した主としてモリフ゛テ゛ンからなる導
電体部よりも薄い複数本の金属箔と、を含んで構成した
電極構体と、各金属箔の他端側に接続した外部導体と、
内部に電極が位置する放電空間を形成し、電極軸を支持
する電極軸支持部と、各金属箔を外側から包囲する封止
部と、一端に導電体部の輪郭に略沿って形成した頂部、
この頂部から他端側に向かって延びる胴部を有し、各金
属箔を外周に配置して封止部との間で各金属箔を気密に
封止するように封止部内の導電体部および外部導体間に
配設した封止用部材と、を含んで構成した石英製気密容
器と、を具備したことを特徴とする高圧放電灯である。

【００１０】主としてタンク゛ステンからなる電極軸とは、電
極軸材質中、９０％以上がタンク゛ステンからなるものをい
う。

【００１１】また、主としてモリフ゛テ゛ンからなる導電体部
および主としてモリフ゛テ゛ンからなる金属箔とは、導電体部
材質中、９０％以上がモリフ゛テ゛ンからなるものをいう。

【００１２】請求項３は、電極軸と、電極軸の一端側に
形成した電極と、電極軸が貫通した孔を有し、電極軸の
他端側に保持された板状の導電体部と、一端側を導電体
部に対してそれぞれ接続した導電体部と同材料からなる
導電体部よりも薄い複数本の金属箔と、を含んで構成し
た電極構体と、各金属箔の他端側に接続した外部導体
と、内部に電極が位置する放電空間を形成し、電極軸を
支持する電極軸支持部と、各金属箔を外側から包囲する
封止部と、一端に導電体部の輪郭に略沿って形成した頂
部、この頂部から他端側に向かって延びる胴部を有し、
各金属箔を外周に配置して封止部との間で各金属箔を気
密に封止するように封止部内の導電体部および外部導体
間に配設した封止用部材と、を含んで構成した石英製気
密容器と、を具備したことを特徴とする高圧放電灯であ
る。

【００１３】請求項４は、請求項１ないし３いずれか一
記載の高圧放電灯と、高圧放電灯を安定的に点灯可能な
点灯手段と、を具備したことを特徴とする放電灯点灯装
置である。

【００１４】請求項５は、請求項１ないし３いずれか一
記載の高圧放電灯と、高圧放電灯を安定的に点灯可能な
点灯手段と、高圧放電灯から出力した光を制御する光学
手段と、を具備したことを特徴とする光源装置である。

【００１５】請求項６は、請求項１ないし３いずれか一
記載の高圧放電灯と、高圧放電灯から出力した光を制御
する光学手段と、を具備したことを特徴とする光源装置
である。

【００１６】請求項５および６において、光を制御する
光学手段とは、高圧放電灯から出力した光を所望の方向
に集光する反射体、レンズ、光フィルタ等をいう。ま
た、光源装置とは、半導体ウエハなどに回路パターンを
焼き付けする露光装置の他、映写装置など、高圧放電灯
の出力光を利用する装置を含む。

【００１７】各請求項において電極は、放電が発生でき
る機能部分であればよく、電極とは、周知の高圧放電灯
の陰極のように電極軸の一端そのものが電極となってい
るものも含むものである。また、例えば高圧放電灯の一
対の電極構体のうち、一方の電極構体のみを各請求項記
載の電極構体としたものも含むものである。

【００１８】

【作用】請求項１によれば、電極構体は、孔によって電
極軸の他端側に保持される導電体部と一体的に形成した
複数本の金属箔を有するので、実質的に電極近傍に溶接
部が存在しない。また、導電体部は、金属箔よりも厚い
ので、電極軸に保持された状態で、金属箔方向に引張り
応力が生じても導電体部に亀裂が生じにくい。

【００１９】請求項２によれば、電極構体は、孔によっ
て電極軸の他端側に保持される主としてモリフ゛テ゛ンからな
る導電体部と一端側を導電体部に対してそれぞれ接続し
た主としてモリフ゛テ゛ンからなる複数本の金属箔を接続した
ので、導電体部と金属箔との熱膨張の差による接続部の
破断が生じにくい。

【００２０】また、導電体部は、金属箔よりも厚いの
で、電極軸に保持された状態で、金属箔方向に引張り応
力が生じても導電体部に亀裂が生じにくい。

【００２１】請求項３によれば、電極構体は、孔によっ
て電極軸の他端側に保持される導電体部と一端側を導電
体部に対してそれぞれ接続した導電体部と同材質の複数
本の金属箔を接続したので、導電体部と金属箔との熱膨
張の差による接続部の破断が生じにくい。

【００２２】また、導電体部は、金属箔よりも厚いの
で、電極軸に保持された状態で、金属箔方向に引張り応
力が生じても導電体部に亀裂が生じにくい。

【００２３】請求項４ないし６によれば、請求項１ない
し３いずれかの作用を奏する。

【００２４】

【実施例】図１ないし４は、請求項１ないし６の実施例
としての３KW超高圧水銀ランプ、を示したものである。

【００２５】図中１は石英製気密容器で、内部に希ガス
としてキセノンを202600Pa、水銀を4mg/cm3封入した容
積16.3cm3の放電空間１aを形成している。石英製気密容
器１内の両側には、陽極aを含む電極構体４aおよび陰極
kを含む電極構体４bが4.5mmの電極間距離を形成して封
止されている。これら電極構体４a,４bおよび電極構体
４a,４bの封止構造は、電極となる陽極a、陰極kの構成
以外は同一構造であるため、共通部分には同一符号を付
し、陰極k側の説明は極力省略する。

【００２６】さて、石英製気密容器１の側部には封止部
２ａ、電極構体４aの電極軸５ａを支持する電極軸支持
部２ｂ、封止用部材３からなる導入部２およびこの導入
部２を介して外部導体６を配設している。なお、外部導
体６は、封止板部６a,封止板部に接続されたリード棒６
bおよびこのリード棒に内部にてリード線６ｃに接続す
るとともに、内部に図示しない絶縁材を充填した筒状の
口金６ｄにて構成される。

【００２７】電極構体４aは、高圧放電灯本体１の放電
空間１a内に位置する陽極aと、一端側で前記陽極aを一
体的に形成した電極軸５ａと、この軸５ａの他端に固着
形成した導電体部８と、この導電体部８にそれぞれ一端
側９bを接続し、他端側９aを外部導体６に接続した４本
の金属箔９、９、９、９と、から構成されている。

【００２８】電極５ｃは、両端にテーパーを有する直径
15mm長さ25mmのタングステン製である。電極軸５ａは、
直径6mmのタングステン製である。導電体部８は、前記
軸５ａの軸線方向直交断面の幅よりも幅広の厚さ約0.2
〜1mmのモリブデン板である。金属箔９は、厚さ約20〜3
0ミクロンmのモリブデン製であり、導電体部８の幅広の面に
一端側９bを図示しない白金ろうにて溶接接続し、他端
側９aを外部導体６に白金ろうにて溶接接続している。
上記電極軸５ａはその基端部にモリブデンからなる金属
箔７が巻着されて構成され上記電極軸５ａは実質的に電
極軸支持部２ｂに封着支持されている。導電体部８は、
電極軸５ａが貫通される直径0.6cmの孔８ｂを有してい
る。導電体部８に電極軸５ａを貫通した後、電極軸５ａ
の他端には、直径10mm、厚み１mmのタングステン製のデ
ィスク１０が溶接あるいはねじ止めなどの手段で固着さ
れている。また、ディスク１０を電極軸５ａの他端に一
体的に形成し、電極軸５ａの一端側から導電体部８を貫
通した後、電極軸５ａに陽極aを固着してもよい。さら
に、導電体部８と金属箔９とは、あらかじめ一体的に製
作してあってもよい。

【００２９】なお、電極構体４ｂの陰極Ｋは、電極軸５
aと同材質、同径の電極軸５bの端部を角度約４３度の円
錐状にして、かつ先端部を半径0.5mmの曲率で丸めるこ
とで、電極軸５b上に形成している。

【００３０】導入部２は、上記支持部２ｂと一体に連続
し前記金属箔９・・・を外側から包囲する封止部２ａ
と、導電体部８に対面し導電体部８の幅とほぼ同等の幅
を有するとともに導電体部８の他端側の輪郭に沿って形
成された頂部３ａ、この頂部３ａから胴部３ｃに向かっ
て拡大するテーパー部３ｂを有し、各金属箔９・・・が
外周に配置され封止部２ａとの間で各金属箔９・・・を
気密に封止するように封止部２ａ内に配設された内部に
中空部３ｄを有する石英製の封止用部材３とから構成さ
れている。

【００３１】上記金属箔９・・・の一端側９bは上記導
電体部８の電極側表面に向って折り角度が９０度よりも
大きな角度で折り曲げられて上記電極側表面に固着さ
れ、一方、各金属箔９の他端側９aは外部導体６に接続
されている。

【００３２】図１は、上記封着用ガラス部材３の外周面
に沿って配置した金属箔９と導電体部８との固着部をさ
らに詳細に示すもので、本実施例の場合、金属箔９の折
り曲げられる個所は２個所あり、それぞれの折り曲げ角
度シータ１，シータ２は共に直角（９０度）を越える角
度となっている。なお、同図では、金属箔９を１本のみ
示し、また、金属箔９と封止用部材３との隙間が生じて
いるように描写されているが、実質的には、隙間はない
ものである。

【００３３】このように金属箔９の折り曲げ角度を緩や
かなものにするために、この金属箔９を沿わせる封着用
ガラス部材３の頂部３ａに上記テーパー部３ｂを形成
し、導電体部８の径を封着用ガラス部材３最大外径より
小さく設定することが望ましい。

【００３４】すなわち本実施例の場合、径ｄ２が15mmの
封着用ガラス部材３の一端面側はその頂部３ａ平坦面の
径ｄ１が10mmとなるように長さlが6mmの辺りから徐々に
径を縮小することによって緩やかなテーパー部３ｂを形
成してある。

【００３５】このような構成であれば、金属箔９・・・
はテーパー部３ｂに沿った角度にて外部導体６、導電体
部８間で曲がって封止されることとなり、折り曲げ部９
ａによって電極軸５ａ方向への熱膨張後の熱収縮に伴う
引っ張り応力を拡散することができ、ランプ製造中の導
入部２封止時の金属箔９自体の破断を抑制することがで
きる。

【００３６】さらに、封止用部材３は、上記導電体部８
に対面し導電体部８の幅とほぼ同等の幅を有するととも
に導電体部８の他端側の輪郭に沿って形成された頂部３
ａおよびこの頂部３ａから胴部３ｃに向かって拡大する
テーパー部３ｂを有するため、金属箔９・・・と導電体
部８との電気的接続面積を充分に確保できる。

【００３７】さらにまた、導入部２封止後の金属箔９・
・・とテーパー部３ｂとの隙間およびテーパー部３ｂと
導電体部８との隙間を極力小さくできるため、前記隙間
が最冷部となって水銀が溜ることが原因で生じる不点
灯、立消え、放電不安定などの問題が生じにくくなる。

【００３８】なお、上記実施例では金属箔９・・・の導
電体部８表面への折り曲げ部が２個所あったが、これが
１か所であっても良く、また、本発明は他の高圧放電灯
たとえばキセノンランプのようなガス高圧放電灯にも適
用でき、さらにキセノンランプのように特に陽極が大型
電極の場合には、本発明は陽極側だけに適用するように
しても良い。

【００３９】図５は、請求項１ないし６の実施例を示す
半導体ウエハなどに回路パターンを焼き付けする露光装
置としての光源装置である。図中２１は、図１ないし４
で示した高圧放電灯であり、高圧放電灯２１の外部導入
体６、６には電源を含む安定器からなる点灯手段２２を
電気的に接続して、点灯手段から高圧放電灯２１に２６
ｖ、１１５Ａの直流出力が付勢され、高圧放電灯２１は
放電し、365nmの波長を主として出力する。

【００４０】２３は、光学手段としての回転楕円面反射
体であり、高圧放電灯２１は、この反射体２３の焦点に
発光部が位置するように、陽極aを下方に位置させて取
り付けられている。２４は、高圧放電灯２１の下方に配
置した、縮小用結像コンデンサレンズであり、このレン
ズ２４の下方に回路パターンマスクを介在して配置した
半導体ウエハなどの被照射物２５に高圧放電灯２１から
の光（矢印）を照射して、回路パターンを焼き付ける。

【００４１】

【発明の効果】請求項１ないし３記載の構成によれば、
電極に近い箇所に、異種金属間の溶接部分が存在しない
ので、熱膨張の差が原因となって溶接箇所に亀裂が発生
することがなくなる。したがって、溶接箇所の電気導通
不良が抑えられるから長寿命の高圧放電灯を提供でき
る。

【００４２】請求項４記載の構成によれば、長寿命の放
電灯点灯装置を提供できる。

【００４３】請求項５ないし６記載の構成によれば、長
寿命の光源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２の一端側封止部内の要部構成を示す管軸方
向の縦断面図。

【図２】本発明の一実施例の高圧放電灯を示す一部省略
し、一部透視して示す図。

【図３】本発明の一実施例の一端側封止部を示す管軸方
向の断面図。

【図４】図３をA-A方向に沿って示す図。

【図５】本発明の一実施例の光源装置を示す概念図。

【図６】従来ランプの導入部を示す縦断面図。

【符号の説明】

１…石英製気密容器，１ａ…放電空間，２ａ…封止部，
２ｂ…電極軸支持部，３…封止用部材，３ａ…頂部，
３ｃ…胴部，４a,４b…電極構体，５ａ,５b…電極軸，
a,k…電極，６…外部導体，８…導電体部，８ｂ…孔，
９…金属箔、２２…点灯手段、２３、２４…光学手
段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極軸と、電極軸の一端側に形成した電極
と、電極軸が貫通した孔を有し、電極軸の他端側に保持
された板状の導電体部と、一端側を導電体部に対してそ
れぞれ一体的に形成した導電体部よりも薄い複数本の金
属箔と、を含んで構成した電極構体と；各金属箔の他端
側に接続した外部導体と；内部に電極が位置する放電空
間を形成し、電極軸を支持する電極軸支持部と、各金属
箔を外側から包囲する封止部と、一端に導電体部の輪郭
に略沿って形成した頂部、この頂部から他端側に向かっ
て延びる胴部を有し、各金属箔を外周に配置して封止部
との間で各金属箔を気密に封止するように封止部内の導
電体部および外部導体間に配設した封止用部材と、を含
んで構成した石英製気密容器と；を具備したことを特徴
とする高圧放電灯。
【請求項２】主としてタンク゛ステンからなる電極軸と、電極
軸の一端側に形成した電極と、電極軸が貫通した孔を有
し、電極軸の他端側に保持された板状の主としてモリフ゛テ゛
ンからなる導電体部と、一端側を導電体部に対してそれ
ぞれ接続した主としてモリフ゛テ゛ンからなる導電体部よりも
薄い複数本の金属箔と、を含んで構成した電極構体と；
各金属箔の他端側に接続した外部導体と；内部に電極が
位置する放電空間を形成し、電極軸を支持する電極軸支
持部と、各金属箔を外側から包囲する封止部と、一端に
導電体部の輪郭に略沿って形成した頂部、この頂部から
他端側に向かって延びる胴部を有し、各金属箔を外周に
配置して封止部との間で各金属箔を気密に封止するよう
に封止部内の導電体部および外部導体間に配設した封止
用部材と、を含んで構成した石英製気密容器と；を具備
したことを特徴とする高圧放電灯。
【請求項３】電極軸と、電極軸の一端側に形成した電極
と、電極軸が貫通した孔を有し、電極軸の他端側に保持
された板状の導電体部と、一端側を導電体部に対してそ
れぞれ接続した導電体部と同材料からなる導電体部より
も薄い複数本の金属箔と、を含んで構成した電極構体
と；各金属箔の他端側に接続した外部導体と；内部に電
極が位置する放電空間を形成し、電極軸を支持する電極
軸支持部と、各金属箔を外側から包囲する封止部と、一
端に導電体部の輪郭に略沿って形成した頂部、この頂部
から他端側に向かって延びる胴部を有し、各金属箔を外
周に配置して封止部との間で各金属箔を気密に封止する
ように封止部内の導電体部および外部導体間に配設した
封止用部材と、を含んで構成した石英製気密容器と；を
具備したことを特徴とする高圧放電灯。
【請求項４】請求項１ないし３いずれか一記載の高圧放
電灯と；高圧放電灯を安定的に点灯可能な点灯手段と；
を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項５】請求項１ないし３いずれか一記載の高圧放
電灯と；高圧放電灯を安定的に点灯可能な点灯手段と；
高圧放電灯から出力した光を制御する光学手段と；を具
備したことを特徴とする光源装置。
【請求項６】請求項１ないし３いずれか一記載の高圧放
電灯と；高圧放電灯から出力した光を制御する光学手段
と；を具備したことを特徴とする光源装置。