JPS60218755A - 光源用放電管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は光源用放電管、特に水銀と稀ガスとが放電発光
に寄与する放電管であって、特に改良された陰極をもつ
光源用放電管に関する。

この放電管は、例えば超ＬＳＩ製造時の遠紫外露光源に
好適に利用できる。

（従来技術） まず従来の水銀稀ガス放電管の問題を図面を参照して簡
単に説明する。

・　第１図は光源用放電管の一般的な構成を示す図であ
る。

回転楕円体状の石英製の、発光管１１の長径方向の、両
端に、電極導入管１２ａ、１２ｂが設けられている。こ
の枝管１２ａ、１２ｂ内に、モリブデン箔１３ａ、１３
ｂを介して外部に外部リード１４ａ、１４ｂおよび内部
に陽極１５、陰極１６が封入されている。

石英製の発光管１１に排気用の管が接続されており、排
気管は排気後通量の水銀と稀ガスを封入して１７の示す
ように封じ切られる。

、　陰極側には反射膜１８が設けられている。そして、
水銀蒸気圧を高めるための白金保温用反射膜が表面に塗
布されている。

光源用放電管用の陰極１６として、通常２型口％以下の
酸化トリウムを含有したトリエテノドタングステン材料
が用いられている。

陽極１５と陰極１６との間に２０〜３０ＫＶの電圧を印
加すればランプは放電を開始する。

続いて放電電流を一定に制御すると陽極１５と陰極１６
の間には安定な放電が発生し発光する。

このとき陰極１６は放電によって生じる正イオンの衝突
によって加熱され動作中の陰極先端部は、規定のアーク
放電を維持するに必要な電流密度が得られる温度まで上
昇する。

従来から、水銀稀ガス放電管の欠点として点灯時間の経
過とともにアークの「ゆらぎ」が大きくなり、超ＬＳＩ
露光用光源等精密な点光源として用いる場合不都合であ
ると言う問題が指摘されている。

これは、通常アーク不安定と呼ばれており、以下のよう
な原因によると考えられている。

第２図は陰極の端部を拡大して示した図であって、同図
（Ａ）は使用開始時の陰極の形状、同図（Ｂ）は使用後
相当時間経過後の形状を示している。

陰極１６の先端１６ａは第２図（Ａ）のように当初は尖
っている。

光源用放電管でアーク放電を長時間、継続させると、使
用前または初期においては、尖っていた陰極１６の先端
１６ａは長い間、高温にさらされるために第２図（Ｂ）
に示すように、溶融蒸発し球面状に変形させられる。

また、頂部の結晶組織も変化し２、斜線を付して示すよ
うにタンゲスチンの単結晶が成長して１６ｂ。

１６ｃに示すように粗大化する。

このような状態が形成されると、先端部への電子放射物
質の拡散が阻害され、電子の供給が不十分となる。その
結果、アーク発生点が単結晶１６ｂ。

１６ｃ領域の後部、例えば点ｐもしくはｑの示す゛位置
に後退すると共にｐｔ　ｑの示す単結晶領域の後部に沿
って不安定に動きまわる。

このようなアーク発生点が移動するのは好ましくないか
ら２．酸化トリウムの含有量を増やずなどの対策が検討
されているが十分な成果がＩＭられていない。

（発明の目的） 本発明の目的はアーク発生点の移動が発生しにくい改良
された光源用放電管を提供することにある。

（発明の構成および作用） 前記目的を達成するた□めに、本発明による光源用放電
管は、陰極と陽極を水銀と稀ガスの雰囲気中に封入して
アーク放電を行わせる光源用放電管において、尖頭をも
つ多孔質の高融点金属基体に易電子放射物質を含浸させ
た陰極先端部を導電路を形成する金属棒の一端に固定し
て陰極を形成して構成されている。

前記構成によれば、易電子放射物質が基体の孔を通って
陰極の先端に容易に達するので、前述した陰極輝点の位
置の変動は少なくなる。

易電子放射物質が蒸発して、管球の内壁に付着し不透明
にする可能性があるが、実験の結果問題にならないこと
が確認できた。

（実施例の説明） 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
。

本発明による光源用放電管の実施例の外形は第１図に示
したものと変わらない。

、前記発光管１１の最大外径を２０ｍｍとして、陽極１
５として直径３．０　ｍ　ｍのタングステン棒を用゛い
る。

第３図にこの実施例の陰極を取り出して示しである。

直径２．４　ｍ　ｍの導電路を形成するタングステン棒
２０の先端に、直径２．・Ｏｍｍ、長さ２．０　ｍ　ｍ
で易電子放射物質であるアルミン酸アルカリ土類を含浸
した多孔質タングステン陰極先端部２１を取り付ける。

この多孔質の高融点金属基体は平均粒径が２μ〜８μの
タングステン粉末をプレス成形加工し、真空中または水
素雰囲気中で焼成したものであり、空孔率は１０〜３５
％の範囲を用いた理由は１゜−％以下では、含浸剤の充
填量が少なく、また、存在する空孔の連結が完全でなく
なり、このため含浸剤の供給が十分行われないので、電
子放射特性が不十分でアークが不安定になる可ｒｊＦ性
があるからである。

３５％以上では逆に含浸剤は十分充填されるが、空孔が
多いために含浸剤の蒸発が極端に大きくなり、寿命を短
くする可能性があることによる。

この多孔質タングステン基体に、電子放射物質として、
少なくともアルミン酸バリウムを含５゛アルミン酸アル
カリ土類からなる易電子放射物質を含浸させることによ
り陰極先端部２１が形成される。

この実施例では、 ＢａＯ：ＣａＯ：Ａ１２０３が４：１：ｌのものを含浸
させた。

陰極先端部２１と金属棒２ｏは高融点蝋付けまたは圧入
等により固定する。

陰極先端部２１を前記のように構成したのは次の理由に
よる。

■陰極先端部２１を多孔質状にすると、従来の電極で発
生した前記好ましくない結晶の成長を妨げることができ
る。

■この陰極の仕事函数は約１．５〜１．８ｅＶで、トリ
エテソドタングステンの約２．６　ｅ　Ｖと比較すると
十分低い。

このため陰極動作温度をトリエテソドタングステンの場
合の約１９００　”Ｃがら約１０００　’Ｃと十分下げ
ることができる。

このため陰極先端の単結晶の粗大化が起こりにくい。

■基体が多孔質状となっているために、電子放射−物質
の供給が円滑に行われ、陰極輝点の移動を抑制できる。

次に本発明による第１図に示す放電管の実施例と従来の
放電管の特性を比較する。

実施例放電管は、バルブ内容積１ｃｃ当たりの封入水銀
量を８ｍｇ／ｃｃ（２５℃）とした。

またキセノンガス圧は５気圧（２５℃）とした。

陽極１５と陰極１６の先端間の距離は２．５ｍｍである
。

前記構造の放電管を動作電圧２０Ｖ、動作電流１２．５
Ａ、放電管消費電力２５０Ｗで動作させる。

比較の対象である従来形の放電管は外形寸法、電極の形
状、間隔、封入ガス圧等の条件は全く同じにし、陰極だ
けを従来の材質（２重量％　Ｔｈｅ２を含むタングステ
ン電極）とし、同じ動作条件で動作させ、光束維持率と
安定度についての比較をした。

第４図に光束維持率の経時的変化を対比して示しである
。

光束維持率とは使用開始時の光束を１００として経時的
な光束の変化を示すものである。

第４図は実施例の方が従来管よりも、光束維持率かわず
かではあるが小さいことを示している。

しかしながら、この種の光源用放電管としては、後述す
るアーク安定度Ｓの方が重要であり、この程度の差は問
題にならない。

本発明は、光束維持率は許容できる範囲に維持し　゛て
良好なアーク安定度Ｓを得ようとするものである。

発明の詳細な説明の末尾に別表１として前記実施例と従
来管のアーク安定度Ｓを比較して示しである。

アーク安定度Ｓは以下のとおり定義される。

アーク安定度Ｓはアークを投影し、細いスリットをアー
ク投影像の中心部に入れ、スリットを通過する光強度の
ゆらぎを測定する。

Ｓ（％）　＝　（（Ｉｍａｘ−１ｍｉｎ）　／Ｉｍａｘ
）Ｘ１００（％） ここでＩ　ｍａｘは最大光強度、Ｉ　ｍｉｎは最小光強
度である。

別表１から明らかなように、実施例では１０００時間点
灯後においても、アーク安定性は初期値とほとんど変化
が見られない。

（変形例） 以上多孔性物質の高融点金属の基体にタングテンを用い
た例について詳細に説明した。

同様な範囲の粒径の素材を用い空孔率を同様にれば、Ｍ
Ｏ，Ｒｅ、７ａを素材にしても略同様結果が得られるこ
とを確認することができた。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、多孔の高融点金
属の基体に易電子放射物質を含浸さた陰極先端部を導電
路を形成する金属棒の一端固定して陰極を形成しである
から、陰極先端部によりゆらぎが少なく充分な寿命を持
つ光源用電管を提供することができる。・ 別表１　安定度Ｓ ス す な

【図面の簡単な説明】

質　第１図は従来の光源用放電管の典型的な構成例せ　
を示す図であって中央部を破断して示しである。 に　第２図は従来の光源用放電管の陰極に原因するゆの
　らぎの原因を説明するための陰極先端部の拡大図であ
って、同図（Ａ）は当初の状態、同図（Ｂ）は相当時間
経過後の状態を示している。 第３図は本発明により光源用放電管の陰極の実施例を示
す拡大図である。 放　第４図は従来管と実施例の光束維持率を比較して示
したグラフである。 １１・・・石英製発光管 １２ａ、１２ｂ・・・電極導入枝管 １３ａ、１３ｂ・・・モリブデン箔 １４ａ、１４ｂ・・・引出し線 １５・・・陽極　１６・・・陰極 １７・・・排気管跡 １８・・・反射面 ２０・・・導電路を兼ねる金属棒 ２１・・・陰極先端部 特許出願人　浜松ホトニクス株式会社 代理人　弁理士　井　ノ　ロ　連 片　１　図 才２　図 ；＋　４　図 手続補正書 昭ｆ口５９年　５月１５日 日訓５９年特　許　願第７４４７４号 ２、発明の名称 □ｈ層 ３、補正をする者 ４、代　理　人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　陰極と陽極を水銀と稀ガスの雰囲気中に封入し
   てアーク放電を行わせる光源用放電管において、尖頭を
   もつ多孔質の高融点金属基体に易電子放射物質を含浸さ
   せた陰極先端部を導電路を形成する金属棒の一端に固定
   して陰極を形成して構成したことを特徴とする光源用放
   電管。 （２）前記多孔質の高融点金属基体は平均粒径が２μ〜
   ８μの高い融点金属粉末をプレス成形後、真空中または
   水素雰囲気中で焼成した１０〜３５％の空孔率を有する
   多孔質タングステン包体である特許請求の範囲第１項記
   載の光源用放電管。 （３）前記易電子放射物質は、少なくともアルミン酸バ
   リウムを含むアルミン酸アルカリ土類から゛なる電子放
   射物質である特許請求の範囲第１項記載の光源用放電管
   。 （４）　前記ガス雰囲気に含まれる稀ガスは、水銀とキ
   セノンガスとの混合種ガスである特許請求の範囲第１項
   記載の光源用放電管。 （５）前記多孔質の高融点金属の基体を支持する金属棒
   は、タングステン、モリブデン、タンタル。 レニウムの高融点金属である特許請求の範囲第１項記載
   の光源用放電管。