[发明专利]短弧型水银灯

说明书

技术领域

本发明涉及一种短弧型水银灯，特别涉及一种在发光管内封入水银和稀有气体的短弧型水银灯。

背景技术

通常，优选使用封入水银和稀有气体的短弧型水银灯作为半导体曝光、LCD曝光等用的光源。

日本特开2003-234083号公报（专利文献1）公开了上述短弧型水银灯的一个例子，记载如下：作为稀有气体，分别封入氩、氪、氙而构成。

根据该文献，启示如下：在分别以相同的压力封入这些稀有气体的灯中，在以同样的条件点灯的情况下，封入氩的灯得到最高的放射光照度。

简单地说，像这样放射光照度根据稀有气体的种类而改变的原因是因为气体的导热率所导致的区别，导热率高的气体能够使汞弧收缩，因此电弧变细，由此电流密度变高，得到更高亮度的光源。该导热率以氩＞氪＞氙的顺序提高，因此，照射面的放射光照度也以该顺序提高。

参照图7的电弧的示意图，若比较封入氩气的灯（A）的电弧和封入氪气的灯（B）的电弧的大小，则在封入氩气的灯（A）中，在从阴极到阳极之间，电弧向阳极稍微变宽，但是其宽度（直径）受到压缩，电弧以向阳极的前端面的中心收缩的方式受到挤压。与之相对，在封入氪的灯（B）中，从阴极前端形成的电弧向阳极连续地变宽，在阳极的前端面的几乎全部区域、在更宽的范围内接受电弧。

从这样的观点来看，以往，一般是在短弧型水银灯中封入氩从而能够实现高亮度。

但是，在封入氩的短弧型水银灯中，特别是在以0.25MPa以上的静压封入氩的灯中，一旦点灯时间经过例如1500小时的预定时间，则有时放射光照度维持率急剧降低。

本申请发明人专心验证该灯的放射光照度急剧降低的原因，明确了如灯电流在150A以下点灯，则没有问题，但是如其达到例如180A以上，则明显发生。

而且，如图8所示，确认了发生放射光照度维持率降低的灯在阳极的前端面形成有凹凸Ｘ。考虑其原因为，通过氩气挤压电弧，从而电弧集中在阳极前端面的局部而电流密度变高，前端面过热而产生热应力，从而发生变形。

如果在阳极的前端发生变形，则电弧集中在变形的部分而进一步过热，作为阳极材料的钨蒸发而附着于发光管，进一步黑化。人们认为，经过一定时间后，这样的一系列的现象急速进行，从而放射光照度急剧降低。

这样的现象在封入除氩以外的氪、氙的灯中未观测到。

即，如果仅把重点放在延长灯的寿命上，则使用比氩导热率更低的稀有气体例如氪，则能够解决该问题。

但是如果这样的话，如上所述，不能像氩那样将电弧挤压得很细，因此会产生在照射面上得不到高放射光照度、得不到必要的初期放射光照度这样其他的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-234083号公报

发明内容

本发明鉴于上述现有技术的问题点，提供一种短弧型水银灯，在发光管内封入水银及稀有气体的短弧型水银灯中，封入氪作为稀有气体也得到与封入氩时同样的初期放射光照度，并且长时间点灯也能够抑制放射光照度急剧降低而长期确保高水平的放射光照度维持率。

为了解决上述课题，在本发明中提供一种短弧型水银灯，在发光管内相对配置有阴极和阳极，并且在该发光管内封入水银及稀有气体，其中，封入氪作为稀有气体，在上述阳极的前端侧形成有锥部，并且在上述阳极的前端形成有平坦的前端面，上述阳极前端面的半径设为r（mm），在上述阳极的轴向横截面中，电极轴心和锥面所成的角度设为θ（°），上述阴极和上述阳极间的分隔距离设为d₀（mm），此时，满足1-r/（d_o×tanθ）≥0.66。

根据本发明，在封入氪作为稀有气体的短弧型水银灯中，由于氪比氩导热率低所以电弧变宽，不能得到高电流密度，但是在阳极前端面的半径设为r（mm）、上述阳极的轴向横截面中电极轴心和锥面所成的角度设为θ（°）、阴极和阳极间的分隔距离设为d₀（mm）时，阳极的前端部形状以及阳极和阴极的极间关系满足1-r/（d_o×tanθ）≥0.66，从而不挤压电弧也能够增大放射光的射出量，能够得到与封入氩的灯同等以上的初期放射光照度。

并且，通过封入氪作为稀有气体，与封入氩的短弧型水银灯相比较，电弧被挤压而电流密度变高这样的作用变小，因此利用这样的电弧不被挤压这样的作用，延缓电弧集中在阳极前端，抑制作为阳极材料的钨的蒸发，从而能够防止放射光照度急剧降低。