CN101271819A

CN101271819A - 放电灯

Info

Publication number: CN101271819A
Application number: CNA2008100858445A
Authority: CN
Inventors: 小平宏
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: TWI416570B; CN101271819B; TW200901261A; JP5036361B2; JP2008235129A

Abstract

本发明提供一种放电灯，通过改善放电灯的电极的散热来延长使用寿命。在放电灯的阳极(1)的表面上设置散热结构(40)来增加阳极(1)的表面积，该散热结构(40)由与轴相垂直的环状的多个平行槽构成，所述槽的截面为V字形且具有阶梯状的侧面。侧面的阶数为包括顶阶在内是两阶至三阶。该散热结构(40)能够利用激光加工容易地制作，且强度也足够。通过该散热结构(40)改善了通过放射和对流进行散热的散热效率，从而能够抑制阳极(1)的温度上升，所以发光部(9)内壁的黑化变少，放电灯的使用寿命延长。

Description

放电灯

技术领域

本发明涉及一种产生紫外线的放电灯，尤其涉及使用具有阶梯状槽的散热结构且温度上升得少的电极的放电灯及其电极的制造方法。

背景技术

以往，作为形成半导体的布线图案时的光源，一般使用产生紫外线的短弧型放电灯等。该放电灯在使阳极垂直向上或向下的状态下点亮。点亮状态下的阳极与来自阴极的电子碰撞而成为高温，并蒸发消耗掉。从电极蒸发出的粒子通过热对流而被搬运，并附着在放电灯的内壁上，所以从发光管中央部起上部侧的内管壁黑化。放电灯的电极具有阴极和阳极，而在下面的说明中，只将它们总称为电极。

如果能够抑制短弧型放电灯在点亮时阳极成为高温，就能够减少电极构成物质从阳极前端部的蒸发，能够缓和电极前端的磨损和热变形等，从而能够延长灯的使用寿命。因此，若增加通过辐射从电极所放出的热量即可。具体而言，通过在电极的侧面上形成V字形的散热槽来增加阳极的表面积，从而增加来自电极的热放射以降低电极温度。

图5中示出了现有的散热结构。图5(a)是V字形槽部的开口较宽的散热结构的放大剖面图。图5(b)是矩形槽部的开口较窄的散热结构的放大剖面图。在图5(a)、(b)中，V字形槽部60和矩形槽部70是通过激光加工形成的散热结构。顶面61、71是不实施槽加工的面。底面62、72是槽底部的面。侧面63、73是槽的侧面。变形了的散热结构74是因外力而变形了的散热结构。如图5(a)所示，V字形槽部60的侧面63呈V字形地宽度从底面62向顶面61展开。与矩形槽部70相比，V字形槽部60的散热结构不易变形。但是，V字形槽的电极整体的表面积增加得少。

如图5(b)所示，矩形槽部70的侧面73从底面72到顶面71之间大致平行。与V字形槽部60相比，矩形槽部70的散热结构容易变形。但是，矩形槽的电极整体的表面积增加得多。当散热结构发生变形时，如变形了的散热结构74那样，槽壁与相邻的壁接触。如果成为这样，变形的部分与其周边部成为高温状态，有时电极异常消耗。下面列举几个与此相关的现有技术的例子。

如图5(c)所示，专利文献1所公开的“稀有气体密封高压放电灯用的阳极”是在外周面上设有深度1～3mm的冷却槽的钨阳极。冷却槽的侧面间的角度是90°。阳极外周面是高散热性的烧结金属层。如图5(d)所示，专利文献2所公开的“放电灯阳极”是沿侧周面切入有与轴向平行的槽的圆柱状钨棒的电极。槽的深度是圆柱直径的1～7％。槽的角度是60～90°。如图5(e)所示，专利文献3所公开的“渔业用放电灯”具有主体部上设有深度比宽度大的槽的阳极。槽的深度是6mm，宽度是3mm。前端面和后端面的直径是12mm，主体部的外径是30mm，整个阳极的长度40mm。如图5(f)所示，专利文献4所公开的“短弧放电灯”具有在周面刻有前端侧变浅而基端侧变深的多个槽的阳极。如图5(g)所示，专利文献5所公开的“短弧型高压放电灯”具有在侧面形成有槽部的电极。槽部的深度在电极直径的12％以内。槽部的深度D是槽部的间距P的两倍以上。在专利文献6、7中公开有半导体的激光加工技术。在非专利文献1、2中记载有与激光加工的基础和应用相关的各种技术。

专利文献1：日本特公昭39-011128号公报

专利文献2：日本实开昭54-132975号公报

专利文献3：日本实开昭60-048663号公报

专利文献4：日本实开昭60-110973号公报

专利文献5：日本特开2002-117806号公报

专利文献6：日本特开昭63-278368号公报

专利文献7：日本专利第2810435号公报(日本特开平01-225928号公报)

非专利文献1：激光协会编集：《激光应用技术手册》(朝仓书店，1984年发行)

非专利文献2：川澄博通编：《激光加工技术》(CMC，2001年发行)

但是，在使用具有现有V字形散热槽的电极的放电灯中存在以下问题。在侧面的敞开角度大而槽的密度小的V字形散热槽的情况下，电极的散热效果小。在侧面的敞开角度小而槽的密度大的矩形散热槽的情况下，散热部容易变形。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有问题，在充分维持放电灯的电极的强度的同时，增加表面积，从而延长灯的寿命。

为了解决上述课题，在本发明中，放电灯的放电容器内部具备电极，该电极在表面具有散热结构，该放电灯的散热结构由截面为V字形且具有阶梯状侧面的多个平行槽构成。阶梯状的侧面的阶数是三阶，并且顶阶的下一阶的高度是顶阶高度的一半以上。或者，阶梯状的侧面的阶数是两阶，并且下一阶的高度是上一阶的高度的一半以上。槽是与电极的轴相垂直的环状。或者，槽呈与电极的轴并行的直线状。

通过构成为上述那样，在保持电极的散热结构的强度的同时，提高了散热效果，所以能够延长放电灯的寿命。

附图说明

图1是本发明的实施例的放电灯的外观图。

图2是本发明的实施例的放电灯的阳极的放大图。

图3是在本发明的实施例的放电灯的电极上设置的散热结构的放大剖面图。

图4是表示在本发明的实施例的放电灯的电极上设置的散热结构的制作方法的放大剖面图。

图5是表示现有的电极的散热结构的放大剖面图和具有现有散热结构的电极的例子的图。

标号说明

1：阳极；

2：阴极；

3：内部导棒；

4：金属箔；

5：密封管部；

7：外部导棒；

8：银焊料；

9：发光部；

10：灯泡部；

20：灯头；

30：主体面；

31：前端面；

32：前端侧锥面；

33：背面侧锥面；

34：背面；

35：电极孔；

40、50、50A、50B、50C：散热结构；

41、51、61、71：顶面；

42、52、62、72：底面；

43、53、63、73：侧面；

44、54、54A：第一阶梯面；

45：第二阶梯面；

60：V字形槽的散热结构；

70：矩形槽的散热结构；

74：变形了的散热结构。

具体实施方式

下面，参照图1～图4对用于实施本发明的最佳方式进行详细说明。

本发明的实施例是使用具有这样的散热结构的阳极的放电灯：该散热结构由截面为V字形且具有两阶或三阶的阶梯状侧面的多个平行的环状槽构成。

图1是本发明的实施例的放电灯，是使用具有阶梯状槽的散热结构的阳极的放电灯的外观图。在图1中，阳极1是正侧的电极。阴极2是负侧的电极。内部导棒3是支撑电极并供电的部件。金属箔4是电连接内部导棒和外部导棒的部件。密封管部5是气密地密封灯泡的部分。外部导棒7是从灯头经由金属箔向电极供电的部件。发光部9是通过电极间的放电而发光的部分。灯泡部10是将电极密封而形成放电空间的玻璃部件。灯头20是用于机械式保持灯并进行供电的部件。散热结构40是在圆柱状电极的圆周侧面上设置的阶梯状槽的散热结构。

如图1所示，放电灯包括：由发光部9和两个密封管部5构成的灯泡部10；在发光部9中对置配置的阳极1和阴极2；支撑这些阳极1和阴极2并且进行通电的内部导棒3；外部导棒7；以及通过导电性的金属箔4将该内部导棒3和外部导棒7连接起来并气密地密封的密封管部5。在阳极侧的密封管部5上固定有灯头20。在阴极侧的密封管部5上也固定有灯头20。放电灯经由灯头20固定在光源装置上。

图2是本发明的实施例的放电灯中使用的具有阶梯状槽的散热结构的阳极的放大图。图2(A)是阳极的外观图。图2(B)是沿图2(A)中的B-B线的剖面图。在图2(A)和(B)中，前端面31是在与阴极之间进行放电的面，是圆柱状电极一侧的端面。主体面30是圆柱状的电极的圆周侧面。前端侧锥面32是连接前端面31和主体面30的面。散热结构40是至少设在主体面30的一部分上的阶梯状槽的散热结构。背面34是圆柱状电极的另一端面。背面侧锥面33是连接背面31和主体面30的面。电极孔35是供内部导棒嵌入的孔。外径D1是阳极的主体面上的最大外径。外径D2是在阳极的主体面上设置的散热结构的最大外径。

如图2(A)、(B)所示，阳极是大致圆柱状。该阳极具有前端面31、前端侧锥面32、主体面30、背面侧锥面33、背面34。在主体面30上设有散热结构40。将内部导棒嵌入到在背面34上设置的电极孔35中，从而电极被保持在放电空间中。散热结构40是散热多的部分，所以在灯点亮时会高效地放射出阳极的热而使温度下降。

图3是本发明的实施例的放电灯中使用的电极的阶梯状槽的散热结构的剖面的局部放大图。图3(A)是三阶的阶梯状槽的散热结构。图3(B)是两阶的阶梯状槽的散热结构。图3(C)、(D)、(E)是两阶的阶梯状槽的散热结构的其他形状。在图3(A)中，顶面41是不实施激光加工的面，成为电极的主体面。底面42是散热结构底部的面。侧面43是与掘入方向大致平行的面。第一阶梯面44是从散热结构的底面起第一阶的大致L字形的槽。第二阶梯面45是从散热结构的底面起第二阶的大致L字形的槽。高度H₁是以底面为基准的顶面的高度。高度H₂是以底面为基准的第二阶梯面的高度。高度H₃是以底面为基准的第一阶梯面的高度。即，H₁＞H₂＞H₃。

如图3(A)所示，三阶的阶梯状槽的散热结构40由多个阶梯状的槽构成，多个阶梯状的槽由顶面41、第一阶梯面44、第二阶梯面45、底面42和侧面43构成。槽沿电极的主体面上的圆周方向形成。从散热结构40的底面42向开口侧以阶梯状形成有大致L字形的槽。各个阶梯的高度的关系为H₂≥H₁/2。进一步优选为H₂≥2H₁/3。

这样形成的理由如下。当顶阶梯面的高度(H₁)与第二阶梯面的高度(H₂)之差(H₁-H₂)较大时，防止散热结构变形的效果变小。另外，当顶阶梯面的高度(H₁)与第一阶梯面的高度(H₃)之差(H₁-H₃)较大时，向电极的中心轴侧掘入的容积变大，从而通过来自底面附近的对流进行的散热变多。

在图3(B)中，顶面51是不实施激光加工的面，成为电极的主体面。底面52是散热结构底部的面。侧面53是被掘入的槽的侧面。第一阶梯面54是从散热结构的底面起第一阶的大致L字形的槽。高度H₁是以底面为基准的顶面的高度。高度H₄是以底面为基准的第一阶梯面的高度。即，H₁＞H₄。

如图3(B)所示，两阶的阶梯状槽的散热结构50由阶梯状的槽构成，该阶梯状的槽由顶面51、第一阶梯面54、底面52和侧面53构成。槽沿电极的主体面上的圆周方向形成。将底面的中央作为对称轴向开口侧以阶梯状形成有大致L字形的槽。这里，H₄≥H₁/2。进一步优选为H₄≥2H₁/3。但是，第一阶梯面54不太接近顶面51。这样形成的理由如下。当顶阶梯面的高度与第一阶梯面的高度之差(H₁-H₄)过大时，防止散热结构变形的效果变小。另外，当顶阶梯面的高度与第一阶梯面的高度之差(H₁-H₄)过小时，向电极的中心轴侧掘入的容积变小，从而通过来自底面附近的对流进行的散热变少。

下面，参照图3(C)～(E)对散热结构的变形例进行说明。图3(C)是仅在单侧的侧面上设有L字形槽的散热结构。散热结构50A与散热结构50大致相同，只是在一侧的侧面上设有大致L字形的槽54A。图3(D)是被平滑加工了的散热结构。散热结构50B与散热结构50大致相同，只是表面是平滑的。至此简单地对结构进行了说明，用矩形表示出了散热结构，但是现实中的散热结构优选是这样平滑地形成。

图3(E)是由大致J字形槽构成的散热结构。在激光的照射直径较细的情况下，有时也会成为大致J字形的槽。在该情况下，表面也优选为平滑地形成。散热结构的表面优选为平滑地形成的理由如下。根据激光的照射条件，阶梯面与侧面的边界部分有时会成为锐角。在角的部分处于这种状态下直接用于放电灯的电极时，角的部分会脱离电极材料而被投放到放电空间中，从而成为放电灯黑化的原因，有时会导致灯的短寿命。因此，要使散热结构平滑化。但是，当过于平滑时，散热结构的表面积不太增加，所以根据电极材料等将激光的功率设定为适当的值。

下面，参照图4对散热结构的制作方法进行说明。涉及激光加工的基本技术因为已周知所以省略详细说明，必要时可参照专利文献6、7和非专利文献1、2等。图4中示出了利用激光使电极被掘入的顺序。图4(1)是表示散热结构的第一制作例的放大剖面图。图4(2)是表示散热结构的第二制作例的放大剖面图。图4(3)是表示散热结构的第三制作例的放大剖面图。根据图4(1)对散热结构的第一制作例进行说明。首先，在(A)中，使圆柱状的电极绕轴旋转，同时对电极照射激光来掘入大致V字形的槽。接下来，从(B)到(E)同样照射激光，在利用(A)制作出的槽的斜面上掘入多个大致L字形的槽。这里，不特别限定在利用(A)制作出的槽的斜面上掘入其他槽的从(B)到(E)的顺序。另外，关于形成利用(A)制作出的槽的情况和掘入其他槽的情况，优选为适当地设定激光的输出特性。

例如，利用(A)掘入V字形槽时，照射与电极的主体面相垂直的激光，在从(B)到(E)掘入其他L字形槽时，最好与V字形槽的斜面相垂直地照射激光。另外，利用(A)掘入V字形槽时，可以加宽激光的照射直径，但是在从(B)到(E)掘入其他L字形槽时，最好减小激光的照射直径。平滑化是指一边使电极绕圆柱状的中心轴旋转一边使激光连续地沿电极的轴向移动，从而使电极的散热结构的表面变得平滑。另外，也可以通过电解抛光或真空中的高温热处理来实现平滑化。

根据图4(2)对利用激光制作散热结构的第二制作例进行说明。在(A)中，一边使圆柱状的电极绕轴旋转，一边对电极照射激光来掘入槽，然后使激光沿电极的轴向偏移，进一步如从(B)到(E)所示那样掘入槽。在该实施例中，是使激光沿轴向分阶段地移动来进行照射，但是也可以通过一边使圆柱状的电极绕轴旋转一边对电极照射激光并使激光的照射位置沿电极的轴向连续移动，从而形成平滑的阶梯状槽的散热结构。

根据图4(3)对散热结构的第三制作例进行说明。在(A)中利用激光掘入出大直径的槽之后，在(B)中利用激光掘入中直径的槽，在(C)中利用激光掘入小直径的槽进行制作。在本实施例中，分阶段地从大到小地改变激光的照射直径来掘入出槽，但是也可以分阶段地从小到大地改变激光的照射直径。也可以通过一边使圆柱状的电极绕轴旋转一边对电极照射激光，并连续地变化激光的照射直径，从而形成平滑的阶梯状槽的散热结构。利用以上的方法制作散热结构。

在本实施例中记载了沿电极的圆周方向的散热结构，但同样的散热结构也可以沿电极的轴向。另外，举例说明了阳极，但是如果在阴极的主体部上设置散热结构，也能够获得同样的效果。

如上所述，在本发明的实施例中，放电灯构成为使用具有这样的散热结构的阳极：该散热结构由多个平行的环状槽构成，该环状槽的截面为V字形且具有两阶或三阶的阶梯状槽的侧面，所以能够在保持电极的散热结构的强度的同时提高散热效果，能够延长放电灯的寿命。

产业上的可利用性

本发明的放电灯最适合作为产生紫外线用的短弧放电灯。具有该散热结构的电极也适用于其他光源用的灯。

Claims

1.一种放电灯，该放电灯的放电容器内部具备电极，该电极在表面具有散热结构，其特征在于，

上述散热结构由截面为V字形且具有阶梯状侧面的多个平行槽构成。

2.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

上述阶梯状的侧面的阶数包括顶阶在内是两阶或者三阶的。

3.根据权利要求2所述的使用电极的放电灯，其特征在于，

上述阶梯状侧面的阶数是三阶，并且顶阶的下一阶的高度是顶阶高度的一半以上。

4.根据权利要求2所述的放电灯，其特征在于，

上述阶梯状侧面的阶数是两阶，并且下一阶的高度是上一阶的高度的一半以上。

5.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

上述槽是与上述电极的轴相垂直的环状。

6.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

上述槽呈与上述电极的轴并行的直线状。