短弧型放电灯的制作方法

1.本发明涉及短弧型放电灯。


背景技术：

2.例如在半导体元件、液晶显示元件等的制造工序所使用的曝光装置、各种放映机中，使用短弧型放电灯(以下也简称为“灯”)作为光源。该短弧型放电灯构成为在发光管内将阳极和阴极彼此相对配置，并且在该发光管内封入水银、氙气等发光物质。
3.在这样的短弧型放电灯中，已知由于在点亮时施加于阳极的热负荷高，因此产生由阳极的过热等引起的电极材料的蒸发，该蒸发物附着于发光管的内壁而使透光率降低，即产生所谓的黑化。
4.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中公开了在电极的除了前端附近之外的外表面形成有包含至少一种金属氧化物的散热层的灯。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2004－259639号公报


技术实现要素：

8.发明所要解决的课题
9.但是，如专利文献1所记载的灯那样，即使适当地抑制了电极的温度上升，电极材料的蒸发也不会消失，作为电极材料的钨一点一点地蒸发，发光管的内壁逐渐黑化。近年来，要求更长寿命的灯，关于降低发光管的内壁的黑化这样的课题，需要进一步的改善。
10.本发明鉴于上述课题，提供一种短弧型放电灯，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覆膜，在该短弧型放电灯中，散热性优异，且降低了发光管内壁的黑化，寿命长。
11.用于解决课题的技术方案
12.本发明所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，其中，
13.所述一对电极包含钨而形成，
14.在所述一对电极中的至少一个电极的外表面形成有包含陶瓷的覆膜，在所述覆膜的外表面的一部分附着有钨的颗粒。
15.根据该结构，由于在电极的外表面形成有包含陶瓷的覆膜，因此辐射性优异。另外，由于在覆膜的外表面的一部分附着有钨的颗粒，因此在灯的点亮期间从电极蒸发出的钨附着于覆膜的外表面上的钨的颗粒。即，从电极蒸发出的钨中的因对流而到达发光管内壁的钨的量减少，黑化量变少。因此，本发明的短弧型放电灯中，散热性优异，且发光管内壁的黑化少，寿命长。
16.在本发明的短弧型放电灯中，也可以构成为，点亮姿势为垂直方向，在所述一对电
极中的位于上方的电极的外表面形成有包含陶瓷的覆膜，在所述覆膜的外表面的一部分附着有钨的颗粒。
17.根据该结构，由于从电极蒸发出的钨附着于所述一对电极中的位于上方的电极的覆膜的外表面上的钨的颗粒，因此能够更高效地减少因对流而到达发光管内壁的钨的量。
18.在本发明的短弧型放电灯中，也可以构成为，所述位于上方的电极为阳极。
19.根据该结构，由于从电极蒸发出的钨附着于表面积比阴极的表面积大的阳极的覆膜的外表面上的钨的颗粒，因此能够更高效地减少因对流而到达发光管内壁的钨的量。
20.在本发明的短弧型放电灯中，也可以构成为，所述钨的颗粒相对于所述覆膜的外表面的覆盖率为3％至40％。
21.根据该结构，在确保基于覆膜的优异的辐射性的同时，从电极蒸发出的钨高效地附着于覆膜的外表面上的钨的颗粒。另外，这里所说的“覆盖率”例如可以使用钨的颗粒的总面积相对于覆膜的面积的比例。
22.在本发明的短弧型放电灯中，也可以构成为，所述陶瓷包含金属氧化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物及金属氮化物中的至少一种。
23.根据该结构，覆膜作为高辐射膜能够发挥优异的辐射性。
附图说明
24.图1是表示本实施方式所涉及的短弧型放电灯的结构的说明图。
25.图2是图1所示的短弧型放电灯的p区域放大图。
26.图3a是阳极的外表面的放大图(表面的图)。
27.图3b是阳极的外表面的放大图(截面的图)。
28.图3c是阳极的外表面的放大照片(sem像)。
29.图4是电极所含的钨的蒸发、向发光管内壁的附着的说明图。
具体实施方式
30.参照附图对本发明所涉及的短弧型放电灯的实施方式进行说明。另外，以下的各附图是示意性图示的附图，附图上的尺寸比未必与实际的尺寸比一致，在各附图之间尺寸比也未必一致。
31.以下，适当参照xyz坐标系来进行说明。另外，在本说明书中，在表示方向时，在区分正负的朝向的情况下，如“ x方向”、
“‑
x方向”那样，标注正负的符号来进行记载。另外，在不区分正负的朝向来表示方向的情况下，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，包括“ x方向”和
“‑
x方向”这两者。对于y方向及z方向也同样。
32.图1是表示本实施方式所涉及的短弧型放电灯的结构的说明图。短弧型放电灯100(以下，称为“灯100”)具备：发光管1；在发光管1的内部相对配置的阳极2和阴极3；及支承阳极2和阴极3的引线棒4。
33.本实施方式的灯100是在半导体元件、液晶显示元件等的制造工序中使用的曝光装置等中所使用的大型灯，例如额定功率为2kw～35kw。
34.发光管1通过使玻璃管的中央膨出而形成。发光管1是其内径随着从x方向的两端分别朝向中央而变大的玻璃管的区域。发光管1的外形是球体或椭圆球体。
35.发光管1具有从发光管1的x方向的两端分别向相反方向连续地延伸的一对密封管部11。发光管1与密封管部11一起例如由石英玻璃形成为一体。一对密封管部11分别具有的中心轴相互重叠，用图1的轴x1表示。
36.在发光管1的内部形成有发光空间s1。在发光空间s1，除了水银等发光物质以外，还适当封入有氩气或氙气等启动辅助用缓冲气体。
37.在发光管1的内部，阳极2和阴极3沿x方向彼此相对配置。在本实施方式中，所谓短弧型放电灯，是阳极2和阴极3隔开40mm以下的间隔(未进行热膨胀的常温时的值)而彼此相对配置的放电灯。在本实施方式中，阳极2由钨形成，阴极3由敷钍钨形成。
38.引线棒4与阳极2和阴极3连接，并在密封管部11内沿x方向延伸。阳极2和阴极3固定于引线棒4的前端。引线棒4的中心轴与轴x1重叠为宜。引线棒4使用含有高熔点金属、例如钨的材料。
39.灯头7覆盖密封管部11的远离阳极2和阴极3的一侧。灯头7与引线棒4电连接。
40.图2是图1所示的灯100的p区域放大图。在阳极2的外表面形成有包含陶瓷的覆膜5。这里，所谓阳极2的外表面，是除了与阴极3相对的前端面2a之外的外表面。阳极2的前端面2a在灯100点亮时，温度有时会上升至覆膜5的熔点以上，因此，在本实施方式中，在阳极2的前端面2a没有设置覆膜5。在本实施方式中，在阳极2的外表面中的以轴x1为中心的圆柱状的主体部的外周面2b设置有覆膜5，但在位于外周面2b与前端面2a之间的锥面2c也可以设置覆膜5。而且，还可以在位于阳极2的外周面2b的 x侧的后部锥面2d设置覆膜5。
41.作为覆膜5的材料，熔点、蒸气压、辐射率、热膨胀率等是重要的。为了降低阳极2的温度，覆膜5优选由辐射率高的材料构成，以使散热量变多。
42.覆膜5包含陶瓷。该陶瓷包含金属氧化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物和金属氮化物中的至少一种。覆膜5的材料可以优选使用熔点为2000℃以上的材料，例如可举出氧化铝、氧化锆、碳化锆、硼化锆、硅化钽、氮化锆。
43.覆膜5的形成例如以如下方式进行：使构成覆膜5的材料的颗粒(例如粒径为10μm以下的氧化锆的颗粒)分散于溶剂(例如，由硝基纤维素和乙酸丁酯构成的溶剂)，用笔将其涂布于阳极2的外周面2b，并在150℃下干燥30分钟后，在真空气氛中进行1900℃、120分钟的热处理。覆膜5的膜厚优选为5μm以上且200μm以下。若覆膜5的膜厚薄，则不能获得充分的辐射率，若覆膜5的膜厚厚，则容易剥离。
44.图3a、图3b是阳极2的外表面的放大图，图3a是表面的图，图3b是截面的图。另外，图3c是阳极2的外表面的放大照片(sem像)。
45.如图3b、图3c所示，在由钨构成的阳极2的外表面形成有覆膜5，在覆膜5的外表面的一部分附着有钨颗粒w。钨颗粒w在图3a中显示为白色的斑点，并且散布成覆盖覆膜5的外表面的一部分。钨颗粒w的粒径为0.1μm～10μm。
46.钨颗粒w相对于覆膜5的外表面的覆盖率优选为3％～40％。这里的覆盖率是钨颗粒w的总面积相对于覆膜5的面积的比例。
47.钨颗粒w通过真空蒸镀而形成于覆膜5的外表面。例如，在使涂布到电极的氧化锆烧结的工序中，在炉内配置电极后，使炉内成为真空，对作为加热器的钨通电来提高炉内的温度，由此加热电极。这与电阻加热型的真空蒸镀等效，也可以说是对作为蒸镀材料的钨进行通电加热而使钨颗粒w蒸镀于覆膜5的外表面。
48.另外，也可以在氧化锆的烧结后，另外进行基于钨的通电加热的真空蒸镀。通过与氧化锆的烧结分开进行钨的蒸镀，能够容易地调整钨颗粒w的覆盖率。
49.在此，参照图4，对发光管内壁的黑化进行说明。在图4中，由虚线所示的箭头表示灯点亮时的电弧放电。另外，由实线所示的箭头表示发光气体的流动(对流)。
50.电弧是非常高温的，因此使电极(阳极2和阴极3)的一部分蒸发。蒸发出的电极成分(钨)随着发光气体的流动而移动。并且，蒸发出的钨在随着发光气体的流动而移动的过程中，附着于发光管1的内壁等。附着到发光管1的内壁的钨是妨碍光的透过的黑色物质。
51.如图4所示，发光气体的流动在以沿着阳极2的方式上升后，与发光管1的内壁碰撞，改变方向而流动，进行循环。因此，蒸发出的钨除了附着于发光管1的内壁以外，通常还附着于电极的侧面。
52.但是，在以陶瓷为主成分的覆膜5设置于电极表面的情况下，蒸发出的钨不易附着于该覆膜5。这是因为钨为金属键，陶瓷为共价键，金属和陶瓷不形成化学键。
53.另一方面，在本发明的灯100中的覆膜5，在其外表面附着有钨颗粒w。附着于该覆膜5的外表面的钨颗粒w成为核，以吸收蒸发出的钨的方式进行结晶生长。因此，到达发光管1的内壁面的钨减少，发光管1的黑化量变少。
54.但是，钨覆盖覆膜5的外表面的一部分，相应地，辐射率降低。即，与没有钨的覆盖的情况相比，电极前端温度较高，电极材料容易蒸发。因此，需要调整钨的覆盖率，以使蒸发出的电极材料的捕集量超过由辐射率的降低引起的电极材料的蒸发量。
55.在本实施方式的灯100中，将钨颗粒w相对于覆膜5的外表面的覆盖率设为3％～40％。由此，能够确保基于覆膜5的优异的辐射性，并且覆膜5的外表面上的钨颗粒w能够有效地捕集从电极蒸发出的钨。
56.通过以上结构，本发明的灯100的散热性优异，并且能够减少发光管1的内壁的黑化，延长灯100的使用寿命。
57.【实施例】
58.以下，对具体表示本发明的结构和效果的实施例等进行说明。
59.带钨颗粒的覆膜的形成以如下方式进行。将粒径为10μm以下的氧化锆加入到由硝化纤维素和乙酸丁酯构成的溶剂中并充分混合后，用笔涂布于阳极的外周面。然后，在150℃下干燥30分钟。然后，与钨一起在真空气氛中进行1900℃、120分钟的热处理，形成覆盖有钨的覆膜。
60.使用钨颗粒相对于含有锆的覆膜的外表面的覆盖率不同的灯(覆盖率为0％、3％、10％、40％、50％)，来确认发光管的黑化量减少的效果。
61.另外，钨颗粒的覆盖率通过利用具备能量分散型x射线装置(eds)的扫描电子显微镜的面分析，对钨进行映射观察而计算出。用eds对20μm
×
20μm的区域进行映射分析，将钨的面积相对于该区域的面积的比例作为覆盖率。
62.发光管的黑化量减少通过测定以365nm的波长的光为测定对象的照度维持率来评价。这里，所谓照度维持率，对于规定波长的光的照度，以点亮开始时的照度为基准，用百分率表示点亮开始时的照度与点亮任意时间后的照度之比。
63.在本次的试验中，首先，用对波长365nm具有灵敏度的光电检测器测定点亮开始时的照度。接着，测定以额定功率连续点亮2000小时后的照度，并计算出与初始照度之比作为
照度维持率。将结果示于表1。
64.【表1】
65.陶瓷颗粒的覆盖率0％3％10％40％50％2000h下的照度维持率90％92％94％92％90％
66.如表1所示，在覆盖率为3～40％的范围内，与没有附着钨颗粒的情况相比，照度维持率提高。另一方面，在覆盖率为50％的情况下，与没有附着钨颗粒的情况同等，得不到改善的效果。
67.另外，灯规格的详细情况如下。
68.[放电容器]
[0069]
材质＝石英玻璃、全长＝120mm
[0070]
发光管部：最大外径＝95mm、最大内径＝85mm
[0071]
[阳极]
[0072]
材质＝钨、外径＝35mm、全长50mm
[0073]
[阴极]
[0074]
材质＝敷钍钨、外径＝12mm、全长35mm
[0075]
[发光物质]
[0076]
水银量＝3g
[0077]
[缓冲气体]
[0078]
氪气：封入压力＝4个大气压
[0079]
[极间]
[0080]
阳极前端与阴极前端之间的间隔距离＝7mm
[0081]
[电特性]
[0082]
额定功率＝4.5kw、额定电压＝145v、额定电流＝31a
[0083]
[点亮姿势]
[0084]
垂直点亮
[0085]
以上，基于附图对本发明的实施方式进行了说明，但应当认为具体的结构并不限定于这些实施方式。本发明的范围并不仅是上述的实施方式的说明，而是由要求保护的范围示出，而且包括与要求保护的范围等同的含义和范围内的所有变更。
[0086]
能够将在上述各实施方式中所采用的构造应用于其他任意的实施方式。各部分的具体结构并不仅限于上述的实施方式，而是能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形。而且，也可以任意地选择一个或多个下述的各种变更例所涉及的结构或方法等，应用于上述的实施方式所涉及的结构或方法等。
[0087]
(1)在上述实施方式中，仅在阳极2的外表面设置有覆膜5，但可以在阴极3的外表面也设置覆膜5，也可以仅在阴极3的外表面设置覆膜5。
[0088]
(2)在上述实施方式中，以垂直点亮的灯100为例进行了说明，但在水平点亮的情况下也产生沿着电极的发光气体的流动，因此能够得到发光管的黑化量减少的效果。
[0089]
标号说明
[0090]
1：发光管
[0091]
2：阳极
[0092]
2b：阳极的外周面
[0093]
3：阴极
[0094]
5：覆膜
[0095]
100：短弧型放电灯
[0096]
w：钨颗粒。