放电灯的制作方法

1.本发明涉及能够在曝光装置等中用作光源的放电灯，尤其涉及抑制波动(照度变动)的灯构造。


背景技术：

2.在放电灯中，在灯点亮中，电极前端部成为高温，电极前端部的电极构成物质熔融、蒸发。当蒸发的电极构成物质附着于发光管内时，产生黑化现象，灯照度降低，灯的寿命缩短。并且，在掺杂有氧化钍或氧化镧等的阴极的情况下，当成为高温时，掺杂材料提早枯竭，电弧产生波动。
3.公知有将在放电管内对置配置的阴极、阳极的位置偏置配置以抑制这样的由黑化现象引起的照度降低、电弧波动的放电灯(参照专利文献1)。其中，使阳极的沿着电极轴的前端位置比发光管的最大直径位置向阴极侧偏移。通过与发光管的阴极密封部侧的距离间隔变短，阴极的温度上升被抑制。
4.专利文献1：日本特许第5856380号公报
5.当在发光管内将阴极、阳极偏置配置时，在灯点亮中，放电管内的对流的平衡被破坏，产生电弧波动。尤其是在放射i线(波长365nm)作为光谱光的放电灯的情况下，130a以上的大电流流动，因此促进了掺杂材料从阴极蒸发。其结果为，电弧的波动变得显著。


技术实现要素：

6.因此，对于放射i线的放电灯，期求抑制电弧的波动。
7.本发明的放电灯构成为以下这样的放射i线的放电灯，该放电灯具有：发光管，其朝向两端而缩径，并封入有1.5mg/cc以上的水银；以及阴极和阳极，它们在发光管内同轴地对置配置，灯电流为130a以上，其中，阳极的形成于前端侧的缩径部的沿着电极轴的前端位置比发光管的最大直径位置靠阴极侧。
8.在本发明中，在放射i线的放电灯中是将阴极和阳极偏置配置的结构，在发光管、阴极以及阳极的电极轴方向截面中，构成为，在画出了从阴极前端中心以相对于电极轴的最大倾斜角度通过缩径部的外轮廓线或与该外轮廓线相切的第1线以及将第1线与发光管的内轮廓线的交点作为切点而与发光管的内轮廓线相切的第2线时，第1线与第2线的夹角θ为60
°
以上。
9.这样的夹角θ是以因朝向两端而缩径的发光管的形状、电极的偏置配置、阳极的前端部形状等引起的放射i线的放电灯特有的技术课题为基础而首次导出的灯构造，为了使夹角θ为60
°
以上，能够通过构成(调整)阳极形状及尺寸、发光管形状、电极间距离、电极的偏置量等中的至少任意一个来实现。例如，可以根据发光管形状来决定阳极形状。夹角θ优选为65
°
以上75
°
以下。
10.阳极的前端部形状可以构成为各种各样，例如，可以采用包含圆锥台形状或截面为圆弧状的曲面部的结构。另一方面，如果考虑确保比较大的最大倾斜角度和阳极前端部
附近的气体对流的稳定化等，则阳极的缩径部也可以采用复杂的形状。
11.例如，在阳极的缩径部中，可以设置有连接前端侧缩径部和后端侧缩径部的环状的平坦面作为接受电弧放电的一部分的表面部分。另外，作为阳极的缩径部，可以采用设置有包含前端面的前端侧缩径部以及直径变化的程度与前端侧缩径部不同的后端侧缩径部的结构。
12.通过使后端侧缩径部的直径变化的程度大于前端侧缩径部的直径变化的程度，能够确保最大倾斜角度。在后端侧缩径部包含有截面为圆弧状的曲面部的情况下，通过调整其曲率，能够自由地设定最大倾斜角度。
13.关于阳极，作为引导气体流动的形状，也可以构成为使后端侧缩径部的电极轴方向长度长于前端侧缩径部的电极轴方向长度。
14.根据本发明，对于放射i线的放电灯，能够抑制电弧的波动。
附图说明
15.图1是第1实施方式的放电灯的俯视图。
16.图2是放电灯的局部剖视图。
17.图3是第2实施方式的放电灯的局部剖视图。
18.图4是第3实施方式的放电灯的局部剖视图。
19.图5是示出标绘了相对于夹角θ的波动的值的图表的图。
20.标号说明
21.10：放电灯；20：阴极；30：阳极；32：缩径部。
具体实施方式
22.以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
23.短弧型放电灯10是能够输出高亮度的光的大型放电灯，具有透明的石英玻璃制的发光管(放电管)12，在发光管12内对置配置有一对电极20、30。在发光管12的两侧，石英玻璃制的密封管13a、13b与发光管12连接设置，一体形成。
24.发光管12呈朝向密封管13a、13b而缩径的对称形状，这里形成为截面椭圆状。在发光管12内的放电空间ds中封入有水银、卤素或氩气等稀有气体。
25.作为阴极的电极20由电极支承棒17a支承。在密封管13a中密封有贯穿插入有电极支承棒17a的玻璃管(未图示)、与外部电源连接的引线棒15a、以及连接电极支承棒17a和引线棒15a的金属箔16a等。对于作为阳极的电极30也是同样地密封有贯穿插入有电极支承棒17b的玻璃管(未图示)、金属箔16b、引线棒15b等装配部件。在密封管13a、13b的端部分别安装有灯头19a、19b。
26.当对一对电极20、30施加电压时，在电极20、30之间产生电弧放电，朝向发光管12的外部放射光。这里，接通1kw以上的电力。从发光管12放射出的光被反射镜(未图示)向规定的方向引导。例如，当在曝光装置中组入有放电灯10的情况下，放射光成为图案光而向基板等照射。
27.本实施方式的短弧型放电灯10是能够放射i线(365nm)的光作为光谱光的放电灯，在放电空间ds中封入有1.5mg/cc以上的水银，通过130a以上的电流使该放电灯点亮。如以
下详述那样，在本实施方式的放电灯10中，能够在灯点亮中防止黑化现象，并且使气体的对流稳定而抑制电弧的波动。
28.图2是放电灯10的局部剖视图。这里，未图示电极支承棒17a、17b。
29.阴极20由具有前端面20s的锥状的缩径部22和柱状的主体部24构成，阳极30也由具有前端面30s的锥状的缩径部32和柱状的主体部34构成。阴极20和阳极30隔开规定的距离间隔a而对置配置。另外，阴极20和阳极30以使发光管轴(灯轴)与电极轴e一致的方式同轴配置。
30.阳极30的前端面30s的沿着其电极轴e的位置比发光管最大直径的位置m靠阴极侧，阴极20和阳极30相对于发光管12沿着电极轴e偏置配置。发光管最大直径的位置m与阳极30的前端面30s之间的距离间隔d根据发光管12、阴极20、阳极30的尺寸、形状等来决定。
31.通过将阴极20、阳极30偏置配置，阴极20与密封管侧的发光管12的内表面12p之间的距离间隔变短。阴极20接近温度比较低的密封管侧的发光管内表面12p，因此在此处被冷却的对流的气体对包含有阴极20的前端面20s的缩径部22进行冷却。
32.另一方面，通过阴极20、阳极30的偏置配置，阴极20、阳极30与发光管12之间的产生气体对流的空间sp也相应于偏置配置而形成于阴极侧。此时，如果大量的气体朝向电极支承棒17b侧流动，则空间sp中的气体的对流不稳定，产生电弧的波动。为了抑制这种情况，采用了满足以下条件的灯构造。
33.即，在包含有电极轴e的发光管12、阴极20、阳极30的截面中，首先，规定了从阴极20的前端中心c通过阳极30的缩径部32的外轮廓线t的直线(以下，称为第1线)l1。与和阳极30交叉的其他外轮廓线相比，缩径部32的外轮廓线t从阴极20的前端中心c相对于电极e的倾斜角度α大，是成为最大倾斜角度的线，这里，相当于缩径部32的除了前端面30s以外的外表面。
34.接着，将第1线l1与沿着发光管内表面12p的截面的线(以下，称为内轮廓线)n的交点设为切点p，规定了通过切点p并且与内轮廓线n相切的线(以下，称为第2线)l2。而且，第1线l1与第2线l2所成的角(以下，称为夹角)θ为60
°
以上。
35.在夹角θ为60
°
以上的情况下，与发光管内表面12p碰撞后的气体的大部分流向阴极侧(下方)，阴极20的缩径部22、阳极30的缩径部32与发光管12之间的空间sp中的对流在发光管12的内部成为支配性的。通过对流稳定化，电弧不紊乱，能够抑制电弧的波动。其结果为，抑制了电极变形，延长了灯的寿命。
36.另外，通过阴极20、阳极30的偏置配置，光的有效放射范围也相对于发光管12向阴极侧偏置。因此，即使产生黑化现象，也在温度比较低的发光管12的电极支承棒17b侧产生，因此处于有效放射范围外，能够由防止黑化现象引起的照度降低。
37.使夹角θ为60
°
以上是能够通过调整阳极30的缩径部32的形状来实现的。另外，不仅是缩径部32的形状，也可以调整电极间距离a、距离间隔d、发光管12的形状(曲率)中的至少任意一项。
38.更优选为，将夹角θ设定为65
°
以上并且75
°
以下。通过设为65
°
以上，气体的对流进一步稳定化。另一方面，如果使阳极30的缩径部32的倾斜角度过大，则光会被缩径部32遮挡，照度下降。另外，为了维持灯的性能，电极间距离a和发光管12的形状(曲率)的变更存限制。因此，优选设为75
°
以下。
39.这里，阳极30的缩径部32为圆锥台形状，因此锥角恒定，但不限于直径的大小恒定地变化的结构，只要是使夹角θ为60
°
以上(使空间sp产生支配性的对流)的形状即可。例如，也可以形成截面为圆弧状的曲面部，或者也可以采用炮弹形状。在该情况下，只要将第1线l1规定为以最大倾斜角度α与阳极30的缩径部32的外轮廓线t相切的线即可。
40.这样，在本实施方式的放射i线的放电灯10中，在发光管12内将阴极20和阳极30沿着电极轴e偏置配置。而且，在规定了从阴极前端中心c以相对于电极轴e的最大倾斜角度α通过阳极30的缩径部32的外轮廓线的第1线l1以及将第1线l1与发光管12的内轮廓线n的交点作为切点p而与发光管内轮廓线n相切的第2线l2时，第1线l1与第2线l2的夹角θ为60
°
以上。
41.接下来，使用图3对第2实施方式的放电灯进行说明。在第2实施方式中，缩径部构成为多级。另外，对于相同的构成部分，使用与第1实施方式相同的标号。
42.图3是第2实施方式的放电灯的局部剖视图。
43.放电灯10'具有阴极20和阳极130，阳极130的缩径部132由包含前端面130s的前端侧缩径部132a和其后方侧(电极支承棒侧)的后端侧缩径部132b构成。阴极20、阳极130与第1实施方式同样地沿着电极轴e偏置配置。
44.前端侧缩径部132a的锥角大于后端侧缩径部132b的锥角，缩径部132为多面形状。因此，从阴极20的前端中心c通过前端侧缩径部132a与后端侧缩径部132b的边界部分132t的线被规定为具有最大倾斜角度α的第1线l1。而且，与第1实施方式同样地，第1线l1与第2线l2的夹角θ为60
°
以上。
45.通过这样的缩径部132的形状，气体的对流也稳定，能够抑制电弧的波动。另外，通过使前端侧缩径部132a的锥角相对大于后端侧缩径部132b的锥角，能够确保热容量，并且抑制光被后端侧缩径部132b遮挡。
46.另外，也可以使后端侧缩径部132b的锥角相对较大。在将上述的截面为圆弧状的曲面部、炮弹形状适用于前端侧缩径部或后端侧缩径部的情况下，只要在前端侧缩径部和后端侧缩径部之间该直径变化的程度不同即可。
47.接下来，使用图4对第3实施方式的放电灯进行说明。在第3实施方式中，由组合了不同的表面形状的缩径部构成。
48.图4是第3实施方式的放电灯的局部剖视图。
49.放电灯10"具有阴极20和阳极230，阳极230由包含前端面230s的缩径部232和主体部234构成。阴极20、阳极230与第1、第2实施方式同样地沿着电极轴e偏置配置。
50.缩径部232具有圆锥台形状的前端侧缩径部232a和包含截面为圆弧状的曲面部分的后端侧缩径部232b，另外，在前端侧缩径部232a与后端侧缩径部232b之间形成有环状的平坦部233。
51.规定了从阴极20的前端中心c以最大倾斜角度α与后端侧缩径部232b的外轮廓线t相切的第1线l1，第1线l1与第2线l2的夹角θ为60
°
以上。另外，后端侧缩径部232b的沿着电极轴e的长度b2长于前端侧缩径部232a的沿着电极轴e的长度b1。
52.这样，通过由前端侧缩径部232a、平坦部233、后端侧缩径部232b构成缩径部232，能够缩窄由阳极230遮挡的光的范围，另一方面，通过在主体部234附近使直径向发光管12侧急剧扩大的形状，能够实现稳定的气体对流。尤其是，后端侧缩径部232b的截面为圆弧
状，因此气体易于沿着后端侧缩径部232b流动。而且，通过形成环状的平坦部233，接受电弧放电的表面积增加，抑制了前端磨损，能够提高电弧放电的稳定性。而且，通过使后端侧缩径部232b的沿着电极轴e的长度b2长于前端侧缩径部232a的沿着电极轴e的长度b1，气体沿着阳极侧面流动，对流稳定。
53.【实施例】
54.以下，使用实施例的放电灯对夹角θ与波动的关系进行说明。
55.实施例的放电灯是相当于第1实施方式的放电灯，阴极和阳极在发光管内偏置配置。例如，电极形状的缩径部为圆锥台形状或炮弹形状，偏移量在5mm～13mm的范围内制造。而且，准备了夹角在60
°
以上的范围内不同的放电灯，测定波动。另外，作为比较例，准备了电极形状为炮弹形状、偏移量为13mm的夹角小于60
°
(为59
°
)的放电灯，测定波动。
56.图5是示出标绘了相对于夹角θ的波动的值的图表的图。对于各放电灯，在点亮了规定的时间后测定波动，将以测定中最大的波动数值作为基准时的百分率表示为波动的值(％)。这里，使用比较例的放电灯进行测定时的波动为基准值。
57.如图5所示，可知，当夹角θ为60
°
以上时，波动数值下降，抑制了波动。另外，在未纳入图5的超过了66
°
的范围内，随着接近70
°
，波动持续下降，在70
°
附近被最大程度抑制，在70
°
～75
°
的范围内波动大致相同。因此，确认了在60
°
～75
°
的范围内有效。