JPH073784B2 - シヨ−トア−ク放電灯 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は映写機や半導体露光装置等に使用されるシヨー
トアーク放電灯に関する。

（従来の技術） 従来からキセノンランプや超高圧水銀ランプ等のシヨー
トアーク放電灯は，気密容器の両端部に対設した電極の
先端間距離が短かく点光源に近い利点を生かし，光学系
と組合せて使用することにより集光効率を非常に高くす
ることができ，映写機や半導体露光装置等の分野に広く
利用されている。これ等ランプの共通点はシヨートアー
クであるが故に，点灯中のランプ内圧（前者はキセノン
ガス圧，後者は主に水銀蒸気圧）が高く，タングステン
等の高融点金属からなる電極の飛散を抑制して寿命中の
気密容器の内面黒化を防止する効果があつた。一方，こ
れ等ランプは高負荷，高電流密度であるため，電極の早
期損耗の危険がある。

上記のようにこれ等ランプは，気密容器の内面黒化につ
いては一般照明用ランプに較べて極めて有利ではある
が，電極間距離つまり発光距離が短かいため，この距離
に対応する部分のバルブ内面の一部にでも電極飛散物が
付着して管壁黒化を生じると，光学系を通じて被照射面
にむらを生じ，映写機ではスクリーンむらを，また半導
体露光装置では露光むら等の不都合を生じることにな
る。

また，キセノンランプを光源として使用する映写機の場
合，ランプを連続点灯し，このランプからの光をシヤツ
ターによつてフイルムのコマ送りに同期してチヨツピン
グする必要があり，さらにこのチヨツピングによつてス
クリーン上に生じるチラツキを軽減するため，シヤツタ
ーの羽根の数を増やす方法が採られる。

しかしながら，このようにシヤツターによつて光をチヨ
ツピングする方法では，シヤツターが閉じている間もキ
セノンランプは一定電流で点灯しているため効率が悪い
という問題がある。

このような問題を解決するため，シヤツターレス方式の
ものが開発されている。このものはキセノンランプにそ
の放電を維持させるのに必要最小限の電流を常時流し
（この電流ではランプは実質的に発光を停止している状
態となる。），周期的に大きなパルス電流を重畳して発
光させ，ランプを点滅点灯して使用する方式である。こ
のようにすると，ランプを発光させたい時にのみ過大な
電流を流すので効率を向上できる効果がある。

しかしながら，この方式ではランプの放電を維持させる
ための電流とパルス電流重畳時の電流変動が大きく，こ
のためキセノンランプの電極劣化が激しくなりランプ寿
命が大きく低下するという問題があつた。

このような従来の点灯方式に対し，本発明者等は先にラ
ンプ寿命の大きな低下を防止でき，しかもランプ効率を
改良できるキセノンランプの点灯方法に関する発明およ
びこの発明をシヤツターを併用したものにおいて，その
シヤツター効率を改善できる点灯方法に関する発明をそ
れぞれ出願した。

前者は，キセノンランプに対して低いベース直流電流を
供給すると共に周期Ｔ毎にパルス電流を重畳しその期
間，高電流を供給してキセノンランプを動作させる場
合，上記ベース電流値，高電流の最大電流値および周期
Ｔにおける高電流の流れる累積時間の各関係を規制した
もの，また後者は前者にシヤツターの開閉動作を併用さ
せたもので，シヤツターが閉じている期間は少なくとも
ベース電流を供給するようにしたものである。

これ等の点灯方式は上記シヤツターレス方式に較べてラ
ンプ寿命の改善効果はあるものの，点滅点灯の要素を含
むことには変りなく，したがつて，ランプそれ自体につ
いて点滅点灯に強いものが望まれていた。

第４図は従来の350Wキセノンランプの概略的構成を説明
する縦断面図で，（１）は石英ガラス製の気密容器で，
図示のような紡錘形又は球形をなし，その内部両端には
大型の陽極（２）とこれより小型の陰極（３）が対設さ
れ，内部には点灯時10〜50気圧程度になるキセノンラン
プ（Xe）が封入されている。また，気密容器（１）の最
大内径を2a（mm），長さ（内部の）を2b（mm）とする
と,b/a＝１〜1.5に設定され，また気密容器（１）の内
部上端から電極先端間距離ｄの中心迄の距離をｌ（mm）
とすると,lはほぼ気密容器（１）の中心すなわちl/b
1.0に設定されていた。

このようなランプ構造の場合，点滅回数の多い使用方法
によると，シヨートアーク放電灯特有の電極先端間距離
ｄつまり発光距離が短かいため，この距離に対応する部
分の気密容器（１）内面の一部にでも電極飛散物が付着
すると黒化を生じ，被照射面に発光距離の長い一般照明
用放電灯よりも甚々しいむらを生じるとか光束低下をき
たすばかりでなく，電極も早期に消耗して短寿命となる
欠点があつた。しかもこのような欠点は，近時その用途
が増している点滅頻度の高い使用方法の場合には一層顕
著になるという問題があつた。

また，低いベース直流電流にパルス電流を重畳し，パル
ス周期と映写機のシヤツタ周期とを同期させるキセノン
ランプ点灯方式の場合でも，点滅点灯方式の要素を含む
ため，上記と同様の問題があつた。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように点滅点灯方式あるいは点滅点灯方式の要素
を含むパルス電流重畳方式等でキセノンランプのような
シヨートアーク放電灯を点灯すると，管壁黒化による照
度低下や照度むらを生じて短寿命となる欠点があつた。

本発明はこのような欠点を解消するもので，点滅点灯方
式やパルス電流重畳方式で点灯した場合でも長寿命が得
られるシヨートアーク放電灯を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（問題を解決するための手段） 本発明のシヨートアーク放電灯は，紡錘形（回転楕円形
状で加工上若干の変形もある。）に成形した石英ガラス
製の気密容器の両端封止部に一対の電極を対設し，垂直
点灯（傾斜した姿勢での点灯も含む。）で使用されるも
のであつて，上記気密容器の最大内径を2a,長さ（内部
上端から内部下端までの距離。）を2b,気密容器の内部
上端から両電極の先端間距離ｄの中心までの距離をｌと
して， 1.6≦d/a≦2.4 で，かつ， を満足するように構成される。

（作用） このような構成であれば,b/a＝１〜1.5の球形または紡
錘形の従来ランプよりもｂが大きく，つまり細長の紡錘
形に形成されている本発明ランプでは，電極からの飛散
物が垂直点灯の気密容器内の対流によつて容器の上方内
面に飛来した場合,bが大きい分だけ電極先端間距離つま
り発光部に対応する容器内面部分に迄は被着しにくくな
る。

しかも従来ランプは， で，発光中心つまり電極先端間距離ｄの中心は，気密容
器のほゞ中央にあるのに対し，本発明の場合は でｌはｂより大つまり発光中心は垂直点灯の気密容器の
中央より必ず下方に位置するから，発光中心より上方に
位置する気密容器の容積は下方の容積よりも大きく，し
たがつて上方に飛来する電極飛散物の発光部に対応する
容器内面部分に被着する量は一層減少させることがで
き，上記該当内面部分の黒化発生を抑制することが可能
となる。

（実施例） 以下，図面に示した実施例に基づいて本発明を詳細に説
明する。第１図は350Wキセノンランプの概略的構成を説
明する縦断面図で，（１）は石英ガラス製の気密容器で
紡錘形状をなし，その両端封止部（1a），（1b）には大
型のタングステン製陽極（２）とこれより小型で同じく
タングステン製の陰極（３）とが対設されている。

これ等電極（２），（３）はそれぞれ継手用石英ガラス
体（４），（４）の外周面に配置したモリブデン箔
（５），（５）を介して外部リード線（６），（６）に
電気的に接続され，かつ，気密容器（１）内には点灯時
10〜50気圧程度になるキセノンガスが封入されている。

なお，上記紡錘形状の気密容器（１）は最大内径2aが18
mm（ａ＝9mm），長さ2b（図示の垂直点灯姿勢における
気密容器（１）の内部上端（Ｅ）から同内部下端（Ｆ）
までの距離。）が34mm（ｂ＝17mm），したがつて， b/a＝1.9 に設定され，また，気密容器（１）の上記内部上端
（Ｅ）から両電極（２），（３）の先端間距離ｄ（mm）
の中心までの距離ｌが21mmで， になるように設定されている。

次にこの実施例ランプと,b/a＝１〜1.5,l/b1.0すなわ
ち の従来ランプとの垂直点灯における初期光束および寿命
特性についての比較試験結果を下表に示す。

なお，表における点灯方式で点滅点灯方式とは,17.5A定
電流点灯方式で，点滅サイクルを８分ON−８分OFFとし
た場合であり，また直流パルス重畳方式は第２図に示す
電流波形のパルス電流をキセノンランプに供給した。第
２図の場合，まずキセノンランプに所定のベース電流Im
in＝7.5Aを供給し，ついで周期Ｔ＝20.8msecのタイミン
グでｔ＝12.5msecパルス電流を重畳し，この時の最大電
流Imax＝22Aで，各ランプの平均電力は350W同一であ
る。

また，直流パルス重畳方式は上記従来方式における初期
光束を100とした時の相対値で，シヤツター方式の映写
機を使用した場合のスクリーンルーメンで評価したもの
である。

表から明らかなように，本発明の実施例は点滅点灯方式
直流パルス重畳方式共従来例に比し大幅に改善されるこ
とがわかつた。

同様な試験評価をパラメータの種々の値のランプで行つ
た結果b/aが1.6未満の場合，バルブ内表面積が従来例と
同じとした時は黒化による影響により，従来例と比し寿
命特性改善効果が小さくなつた。b/aを1.6未満とし，か
つｂの値を本実施例と同一値にすることも可能であるが
バルブ全体が大型化となり初期光束が低下し好ましくな
かつた。

b/aが2.4を越えるとバルブの耐圧強度に影響があり内圧
が高いシヨートアーク放電灯には適用できなかつた。

又， が0.5未満の場合黒化部が有効発光部分に一部かかり寿
命中の光束低下やムラに影響があつた。

さらに が2.5を越えるとバルブ内の温度差が大きくなり過ぎ特
に下側の封着部温度が上昇し破裂等の危険が生ずること
があつた。

第３図は他の実施例である超高圧水銀ランプの概略的構
成を説明する縦断面図を示し，先の実施例と同一部分に
は同一符号を付してその説明は省略する。

超高圧水銀ランプの場合は，封入水銀（７）の蒸気圧を
左右する最冷部温度を上げる必要があり，この最冷部温
度となる個所は垂直点灯時の気密容器（１）の内部下端
（Ｆ）付近となるため，垂直点灯時に高温となる陽極
（２）の方を下方に位置するように設定される。

また,1.6≦b/a≦2.4 で，かつ， の関係は，先の実施例であるキセノンランプの場合と同
様である。

本実施例ランプの場合も，垂直点灯姿勢で上記点滅点灯
方式あるいは直流パルス重畳方式で点灯した場合，先の
実施例と同様の効果が得られた。

さらに本発明は上記実施例に限られるものではなく，他
のランプ電力のものでも同様の効果を得ることができ
た。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の構成によれば，点滅点灯方式
による点灯でも優れた寿命特性を有し，また点滅点灯方
式の要素を含む直流パルス重畳点灯方式による点灯で
は，寿命特性の改善と共に初期特性をも向上したシヨー
トアーク放電灯を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図，第２図は直流パ
ルス重畳点灯方式におけるパルス電流の波形図，第３図
は他の実施例の縦断面図，第４図は従来ランプの縦断面
図をそれぞれ示す。 （１）……気密容器，（1a），（1b）……封止部，
（２）……陽極，（３）……陰極，（2a）……気密容器
の最大内径，（2b）……気密容器の長さ，（ｄ）……電
極先端間距離，（Ｅ）……気密容器の内部上端，（Ｆ）
……気密容器の内部下端，（ｌ）……気密容器の内部上
端からｄの中心までの距離。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】紡錘形の石英ガラス製気密容器の両端封止
   部に一対の電極を対設し，垂直点灯で使用されるシヨー
   トアーク放電灯において，上記気密容器の最大内径を2a
   （mm），長さを気密容器の内部上端から電極先端間距離
   ｄの中心までの距離をｌとして， 1.6≦b/a≦2.4 で，かつ， を満足するようにしたことを特徴とするシヨートアーク
   放電灯。