CN101271820A - 放电灯及其电极的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种放电灯，通过抑制放电灯的电极的温度上升来延长使用寿命。对放电灯所使用的电极(阳极(1))的表面进行激光照射，使构成电极的材料熔融并移动，从而在电极的表面形成由块部和坑部构成的凹凸状散热结构。利用激光照射的再加热进行熔融或者通过电解抛光，在不使凹凸结构消失的限度下将散热结构的表面平滑化。利用该散热结构，能够抑制电极的温度上升，所以放电灯的内管壁的黑化减少，放电灯的使用寿命变长。

Description

放电灯及其电极的制造方法

技术领域

本发明涉及一种产生紫外线的放电灯，尤其涉及电极的温度上升得少的放电灯及其电极的制造方法。

背景技术

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。点灯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点亮时的阳极成为高温，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4(a)是利用激光的加热而形成V字形散热槽的现有方法的示意图。V字形散热槽60是在阳极的主体面上制作出的散热用槽。激光45示意表示激光照射的方向和位置。激光照射面46是激光照射在电极上的面。熔融蒸发层61是处于电极材料因激光照射产生的热而瞬间熔融并贮存、并从该处蒸发的状态下的层。由于所照射的激光的单位面积的功率(W/cm²)大，还由于激光照射面的电极材料的温度会局部迅速上升并瞬间熔融、蒸发，因此熔融蒸发层61变小，V字形散热槽的侧面64大致平坦。即，在利用激光进行加热来形成V字形散热槽的现有方法中，是使电极材料瞬间熔融并蒸发。下面，列举几个与此相关的现有技术的例子。

如图4(b)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4(c)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4(d)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，整个阳极的长度是40mm。如图4(e)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4(f)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的结构中存在以下问题。在现有的方法中，通过使激光照射面的电极材料的局部温度迅速地上升而使其瞬间熔融、蒸发，从而沿电极表面的圆周方向掘入V字形散热槽。在将多个深V字形散热槽细密地排列多排进行制作的情况下，电极的激光照射区域以外的部分也成为高温状态。加工其他槽的热会使已加工完毕的V字形散热槽变形。为了防止该变形，需要一边冷却电极，一边进行槽的加工。具体而言，需要不连续地进行激光照射，在时间上隔开间隔，分成多次反复地进行激光照射。因此，电极的散热结构的生产效率显著恶化。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有问题，通过抑制放电灯的电极的温度上升来减少放电灯的内管壁的黑化，从而延长放电灯的寿命。还能够容易地制作电极的散热结构。

为了解决上述课题，在本发明中，放电灯的放电容器内部具有电极，该电极在表面形成有散热结构，该放电灯的散热结构由块部和坑部构成，所述块部和坑部是通过使构成电极的材料熔融并移动而形成的。散热结构是散热槽或者散热孔。设置有散热结构的部分的电极外径小于未设置有散热结构的部分的电极外径。

另外，电极的制造方法是这样的方法：对放电灯用的电极的表面照射激光，使构成电极的材料熔融并移动，以此在电极的表面上形成由块部和坑部构成的凹凸状散热结构。具有散热结构的电极的重量与形成散热结构之前的电极的重量大致相等。在形成散热结构后，在使散热结构的凹凸形状不消失的限度下对整个散热结构照射激光进行再加热，使散热结构的表面熔融并平滑化。或者，利用电解抛光使散热结构的表面平滑化。

通过构成为上述那样，从而与由现有V字形散热槽那样平坦的侧面构成的散热结构相比，能够增加表面积，所以能够抑制阳极的温度上升，使放电灯的使用寿命比现有的放电灯要长。另外，散热结构的制作也变得容易。

附图说明

图1是本发明的实施例中的放电灯的外观图。

图2是本发明的实施例中的放电灯所使用的具有凹凸状散热结构的阳极的放大图。

图3是用于说明本发明的实施例中的放电灯所使用的阳极的凹凸状散热结构的制作方法的图和示出与现有例进行比较的表。

图4是用于说明现有V字形散热槽的制作方法的图和示出现有的带散热槽的阳极的例子的图。

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；

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：小径面；

36：大径面；

37：电极孔；

40、50：凹凸状散热结构；

41、61：熔融蒸发层；

42：块部；

43：坑部；

46：激光照射面；

52：平滑后的块部；

53：平滑后的坑部；

60：V字形散热槽；

64：散热槽侧面。

具体实施方式

下面，参照图1～图3对用于实施本发明的最佳方式进行详细说明。

(实施例)

本发明的实施例是使用形成了在表面具有块部和坑部的凹凸状散热结构的电极的放电灯。

图1是使用具有本发明的实施例中的凹凸状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是支撑电极进行供电的部件。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是用于机械地保持灯并进行供电的部件。散热结构40是设在圆柱状侧面上、用于对电极进行冷却的结构。

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。另外，在阳极侧的密封管部5上固定有灯头20，而在另一侧即阴极侧的密封管部5上也固定有灯头20。放电灯经由灯头20被固定在光源装置上。

图2是具有本发明的实施例中的凹凸状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。图2(C)是凹凸状散热结构体的剖面的局部放大图。图2(D)是平滑加工后的凹凸状散热结构体的剖面的局部放大图。在图2(A)、(B)中，前端面31是在与阴极之间进行放电的面。前端面31是圆柱状电极的上表面，其经由前端侧锥面32与主体面30连接。主体面30是圆柱状电极的圆周侧面，其经由背面侧锥面33与背面34连接。小径面35是主体面30中的直径较细部分的圆周侧面。大径面36是主体面30中的直径较粗部分的圆周侧面。凹凸状散热结构40是至少设在主体面30的一部分上的散热结构。背面34是圆柱状电极的底面。电极孔37是供内部导棒嵌入的孔。外径D1是设在阳极1的主体面上的小径面的外径。外径D2是设在阳极1的主体面的小径面上的凹凸状散热结构上的最大外径。外径D3是设在阳极1的主体面上的大径面的外径。

如图2(A)、(B)所示，阳极1大致为圆柱状，其表面由前端面31、前端侧锥面32、主体面30、背面侧锥面33、背面34构成。主体面30由小径面35和大径面36构成，在小径面35上设有凹凸状散热结构40。将内部导棒3嵌入到设在阳极1的背面34上的电极孔37中，从而阳极1被保持在放电空间中。凹凸状散热结构40是表面积大的部分，所以灯点亮时会高效地放射出阳极1的热。

在图2(C)中，块部42是电极材料的块。坑部43是多个块部之间的空间。如图2(C)所示，凹凸状散热结构40是具有由多个块部42和坑部43构成的凹凸状表面的槽。块部42是通过照射激光而熔融的电极材料移动的部分，因此有时会在不稳定的状态下贴附在散热结构上。当在这种状态下将块部42用于放电灯的电极时，块部42会从电极材料脱落而被投放到放电空间中，成为放电灯黑化的原因，有时会导致灯短寿命。

在图2(D)中，凹凸状散热结构50、块部52、坑部53分别是对图2(C)的散热结构40、块部42、坑部43进行平滑化加工后的状态的部分。如图2(D)所示，凹凸状散热结构50也具有由多个块部52和坑部53构成的凹凸状表面。但是，由于实施了平滑化加工，所以与图2(C)的状态相比，散热结构的表面变得圆滑。即使是平滑化以后的凹凸状表面的表面积也比平坦情况下的表面积大。

制作由块部和坑部构成的凹凸状散热结构的方法由第一工序的凹凸化工序和第二工序的平滑化工序构成。关于激光加工的基本技术已周知，所以省略详细说明，但是必要时可参照专利文献6、7和非专利文献1、2等。首先，对第一工序的凹凸化工序进行说明。图3(a)是通过利用激光进行的加热来形成凹凸状散热结构的凹凸化工序的示意图。在图3(a)中，凹凸状散热结构40是根据凹凸化工序在阳极1的主体面上制作出的散热结构。熔融蒸发层41是电极材料因激光的热而熔融并蒸发的状态的层。熔融蒸发层41的体积变得比图4(a)所示的现有方法的熔融蒸发层61的体积大。与现有例的比较在图3(b)的表中示出。

在现有的方法中，通过增加激光功率的面积密度而使电极材料瞬间熔融、蒸发，从而掘入表面平坦的散热结构。相对于此，在本实施例中，减小激光功率的面积密度来缓慢地加热。在电极材料成为高温并蒸发之前，热会向照射面46之外传递。由于电极材料在激光照射面46以外的广阔区域中熔融，所以电极材料的熔融量大于蒸发量。熔融蒸发层41的体积也比现有方法中的熔融蒸发层61的体积大。其结果是，熔融的电极材料从高温部即熔融蒸发层41向低温部即散热结构40的侧面和电极的小径面上移动，从而形成电极材料的块状的块部42。

另外，在多个块部42之间形成有坑部43。当激光照射面46的电极材料因蒸发和熔融而消失时，激光照射面46沿电极的径向进入。由于在此期间热也向电极的径向传递，所以电极径向的更深部分的电极材料也熔融。因此，熔融蒸发层41向电极径向的更深部分移动。如上所述那样，通过反复进行电极材料的熔融和移动来掘入凹凸状散热槽。即，利用激光进行的加热而形成散热结构的凹凸化工序是使电极材料熔融并移动、从而在电极的表面形成块部和坑部的工序。

熔融后的电极材料进行移动的理由如下。由激光的照射能量引起的电极材料及其周围气体的热膨胀、熔融的电极材料的表面张力使电极产生变形。电极材料熔融并聚集起来的部分成为块部，多个块部之间的部分成为坑部。在现有的方法中，由于冷却电极的同时掘入散热槽，因此散热槽的掘入速度受到限制。但是，电极整体处于高温状态，这有利于增大熔融蒸发层41的体积，所以在本实施例中不进行冷却。由于不对电极进行冷却，所以即使利用弱激光也能够使电极的制作速度比现有方法的快。

接下来，对第二工序的平滑化工序进行说明。在散热结构形成后的平滑化工序中，以不至于使散热结构的凹凸形状消失的程度对散热结构进行激光照射，从而再次对散热结构的表面进行加热使其熔融并平滑化。即，使由块部42和坑部43构成的散热结构40的表面稍微熔融，并借助于表面张力使表面平滑化。当凹凸状散热槽过于平滑时，散热结构的表面积不会增加太多，所以根据电极材料等将激光功率的面积密度和处理时间设定为适当的值，以便形成适度的凹凸。

可以使激光功率的面积密度大于凹凸化工序中的值，从而在短时间内进行平滑化，也可以使激光功率的面积密度小于凹凸化程序中的值，从而缓慢地进行平滑化。为了增大激光的照射能量的面积密度，要提高激光的输出，或者减慢激光的扫描速度，或者缩小激光束。为了减小激光的照射能量的面积密度，要降低激光的输出，或者加快激光的扫描速度，或者扩大激光束。除了利用激光实现平滑化之外，也可以利用电解抛光或真空中的高温热处理进行平滑化。

这样，当制作由块部42和坑部43构成的凹凸状散热结构时，熔融后的电极材料也在阳极1的小径面上移动，因此凹凸状散热结构的最大外径D2变得大于设置散热结构之前的小径面的外径D1。电极的表面积变得大于利用现有方法制作出的V字形散热槽的表面积。由于散热结构的表面是凹凸状的，因此在将电极从密封管部插入到发光部内时，有时会损伤放电灯的密封管和发光管的内表面，或者使凸状的块部剥落。损伤发光管的内表面成为破裂的原因。块部剥落而被投放到放电空间成为黑化等的原因。因此，设置具有比凹凸状散热结构的外径D2大的外径D3的大径面36。即，使阳极的主体面的直径为D3＞D2＞D1。这样，在将电极从密封管插入到发光管内时，可以使密封管和凹凸状散热结构不摩擦。

在该散热结构的制作方法中，与电极材料的蒸发相比，电极材料在电极表面上的移动更起到决定作用，所以电极的重量与形成散热结构之前大致相等。因此，与借助蒸发使电极材料飞散的现有的散热结构的制作方法相比，能够有效地使用电极材料。在本实施例中，说明了沿电极的圆周方向形成槽的例子，但也可以沿电极的轴向设置同样的散热结构的槽。散热结构也可以不是散热槽而是散热孔。另外，说明了阳极的例子，但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，由于放电灯构成为使用形成了在表面具有块部和坑部的凹凸状散热结构的电极，所以可抑制阳极的温度上升来延长放电灯的寿命。

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灯。

Claims (7)

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

上述散热结构由块部和坑部构成，上述块部和坑部是通过使构成上述电极的材料熔融并移动而形成的。

2.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

上述散热结构是散热槽或者散热孔。

3.根据权利要求1或2所述的放电灯，其特征在于，

设置有上述散热结构的部分的电极外径小于未设置有上述散热结构的部分的电极外径。

4.一种电极制造方法，其特征在于，

对放电灯用的电极的表面照射激光，使构成上述电极的材料熔融并移动，以此在上述电极的表面形成由块部和坑部构成的凹凸状散热结构。

5.根据权利要求4所述的电极制造方法，其特征在于，

具有上述散热结构的电极重量与形成上述散热结构之前的电极重量大致相等。

6.根据权利要求4或5所述的电极制造方法，其特征在于，

在形成上述散热结构后，在使上述散热结构的凹凸形状不消失的限度下对整个上述散热结构照射激光来进行再加热，使上述散热结构的表面熔融而平滑化。

7.根据权利要求4或5所述的电极制造方法，其特征在于，

利用电解抛光使上述散热结构的表面平滑化。

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