JPS63105457A - シヨ−トア−ク放電灯 - 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】 〔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ョー
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ョー
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ョートアー
クであるが故に１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な防止する効果があった。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
対応する部分のパルプ内面の一部にでも電極飛散物が付
着し【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な、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ャッ
ターによってフィルムのコマ送すに同期してチョッピン
グする必要があり、さらにこのチョッピングによってス
クリーン上に生じるチラッキを軽減するため、シャッタ
ーの羽根の数を増やす方法が採られる。

しかしながら、このようにシャッターによって光をチョ
ッピングする方法では、シャッ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、シャッターレス方式の
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く
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。）９周期的に大きなパルス電流を重畳して発
光させ、ランプを点減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
だ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った。

このような従来の点灯方式に対し１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
びこの発明をシャッターを併用したものにおいて、その
シャッ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、
上記ペース電流値、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ャッターの開閉動作を併用させた
もので。

シャッ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ャッ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１点減点灯の要素を含
むことには変りなく、シたがって。

ランプそれ自体について点減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９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）と咄れより小型の陰
極（３）が対設され、内部には点灯時１０〜５０気圧程
度になるキセノンガス（Ｘｅ）が封入されている。

また、気密容器（１）の最大内径を２ａ（＋ｍ）、長さ
く内部の）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１１　Ｃｍ諺）とすると
、１１！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９点滅回数の多い使用方法
によると、ショ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な生じ、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った。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った。

また、低いペ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ャッ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１点減点灯方式の要素を含む
ため、上記と同様の問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように点減点灯方式あるいは点減点灯方式の要素
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
ショ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った。

本発明はこのような欠点を解消するもので１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
られるショ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） 本発明のショ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
のであって、上記気密容器の最大内径を２ａ、長さく内
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の中心までの距離な
ｅとして。

１．６≦ｂ／ａ≦２．４ 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
っ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２発光中心つまり電極先端間距離ｄの中心は。

気密容器のはｙ中央にあるのに対し１本発明の場中心は
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
９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、シたがって上方に飛来する電極飛散
物の発光部に対応する１を 容器内面部分に被着する量昨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２図面に示した実施例に基づいて本発明の詳細な説
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（ｌａ）　、　（
ｌｂ）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）　、　（４１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ｆ６）　
、　（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　ｍ＋ａ　（ａ　＝　９　ｍｔｔｔ　）　＊長さ２
ｂ（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３４
龍（ｂ＝１７朋）、シたがって。

ｂ／ａ　＝　１．９ に設定され、また、気密容器（１）の上記内部上端（ト
）から両電極（２）　、　（３）の先端間距離ｄ（ｍｓ
）の中心までの距離ｌが２１１ｍ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゜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１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１点滅サイクルを８分０Ｎ
−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１　ｍｉｎ　＝　７．５Ａを供給し、つ
いで周期Ｔ　＝　２０．８　ｍ５ｅｃのタイミングでｔ
　”　１２．５　ｍ５ｅｃパルス電流を重畳し、この時
の最大電流１ｍａｘ＝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、シャッタ一方式の映
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〕

表から明らかなように１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
とがわかった。

同様な試験評価をパラメータの種々の値のランプで行っ
た結果ｂ／　ａが１．６未満の場合、パルプ内表面積が
従来例と同じとした時は悪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った。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
とも可能であるがパルプ全体が大型化となり初期光束が
低下し好ましくなかった。

ｂ／ａが２．４を越えるとパルプの耐圧強度に影響があ
り内圧が高いショートアーク放電灯には適用できなかっ
た。

又、り±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った。

さらに０Ｊが２．５を越えるとパルプ内の温度差が大き
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
が生ずることがあった。

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−ｂ で、かつ、０．５≦□≦２．５ 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減点灯
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な得ることかできた
。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の構成によれば０点減点灯方式
による点灯でも優れた寿命特性を有し。

また点減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
上したショ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、　　　（ｌａ）、　（ｌ
ｂ）・・・・・・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。 ＜ｅ）・・・・・・気密容器の内部上端からｄの中心ま
での距離。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ョートアーク放電
   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、 ０．５≦［ｌ−ｂ］／ｄ≦２．５ を満足するようにしたことを特徴とするショートアーク
   放電灯。