CN101452808B - 放电灯 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种放电灯，在构成电极的基体部和盖部的焊接部上不会产生裂缝(皲裂)，点灯时电极不会破损，进而电极内的传热体不会氧化变质，能够切实地发挥传热效果，能够切实地抑制阳极的前端部的温度上升。本发明的放电灯在发光管(11)内有一对电极(13、15)相对配置，电极(13)由基体部(130)和盖部(131)构成，具有在该基体部(130)和盖部(131)抵接的状态下，沿着整个圆周方向焊接的环状的焊接部(P)，在电极(13)内的密闭空间中封入传热体(M)，在盖部(131)上形成有气体导入用通孔(133)，在气体导入用通孔(133)的前端开口具有熔融封固部(Q)，焊接部(P)与熔融封固部(Q)的电极内最短距离为8mm以上。

Description

放电灯
技术领域
本发明涉及一种放电灯。
背景技术
以往，作为放电灯，公知有多种放电灯，但在发光管内封入有水银的高压水银灯中，尤其是短弧型高压水银灯，具有放射波长为365nm的i线、或波长为436nm的g线的发光特性，因此被用作例如半导体晶片、液晶基板等的曝光处理所使用的曝光装置用的光源。在这种短弧型的高压水银灯中，为了以高处理效率执行预期的曝光处理，强烈需要高输出。
为了使高压水银灯为高输出的灯，通常增大额定功率，但在这种情况下，通常额定电流也增大，其结果会产生如下问题：尤其是被直流点灯的高压水银灯中的阳极由于与其冲突的电子的量变多，容易变为高温而熔解。
并且，在以一对电极在垂直方向上相对的姿势点灯的高压水银灯中，受到发光管内的热对流等的影响，在此基础上，还存在位于上方的电极由于来自电弧的热而变成高温、熔解的情况。
并且，在电极的前端部分熔解的情况下，不仅电弧变得不稳定，还会产生构成蒸发的电极的物质附着在发光管的内壁，从而从高压水银灯放射的光量降低的问题。
为了解决上述问题，提出了一种具有如下构造的电极：在形成于高压水银灯的电极内部的内部空间内，封入有由熔点比构成该电极的金属的熔点低的金属构成的传热体。
参照图8来进行说明，该放电灯10具有大致球状的发光管11；以及与发光管11两端接续形成的封固管12，在发光管11内，均为钨金属制的阳极14及阴极15构成的一对电极相对配置。
并且，阳极14如图9所示，配置有盖部141，其阻塞具有开口的有底圆筒状的基体部140的开口，具体来说，在基体部140的内部空间内嵌入有盖部141的圆柱状嵌入部142的状态下，变为基体部140与盖部141抵接的状态，在该抵接的部分上，基体部140和盖部141沿着圆周方向整体焊接，形成环状的焊接部P，由此，在形成于该阳极14的密闭空间C内，封入有熔点比构成该阳极的钨金属的熔点低的金属构成的传热体M。传热体M例如是金、银、铜等。
并且，在盖部141上，形成有连接阳极14内的密闭空间C和阳极14外的外部空间的气体导入用通孔143，形成有该气体导入用通孔143的阳极14外表面的前端开口熔融的熔融封固部Q。
利用图10，说明这种电极的制造方法。
预先在基体部140的内部空间中放入传热体M，在放入了传热体M的基体部140中嵌入盖部141的嵌入部142，在该状态下，搬入稀有气体氛围的处理室内。
并且，在该处理室内，将由基体部140和盖部141构成的物体作为阳极侧，将作为放电电极的物体侧作为阴极侧，使由基体部140和盖部141构成的物体和放电电极之间产生放电，基体部140和盖部141抵接的部分由于放电而被焊接。
该焊接时，处理室内的稀有气体通过基体部140和盖部141的间隙以及气体导入用通孔143，流入阳极14内部，密闭空间C的气体被置换，防止焊接时产生的从熔融部P蒸发的杂质滞留在密闭空间C。
并且，在形成环状的焊接部P后，进而将由基体部140和盖部141构成的物体作为阳极侧，将作为放电电极的物体侧作为阴极侧，使由基体部140和盖部141构成的物体和放电电极之间产生放电，使气体导入用通孔143的阳极14外表面的前端开口熔融，形成熔融封固部Q，由此在阳极14内形成密闭空间C。
根据上述构成的阳极14，在该放电灯点灯时，在阳极14前端部(图9中的下方端部)附近积蓄的热通过传热体M向着比该前端部温度低的该阳极14的基端部侧高效率地传递，由此，能够防止阳极14的前端部变为过热状态。并且，在传热体M为熔点比钨金属的熔点低的金属时，在阳极14的密闭空间C内产生对流，阳极14前端部的热向着基端部侧输送，由此能够防止阳极的前端部处于过热状态。
专利文献1  日本特开2006-179461号公报
但是，在具有上述构造的阳极的放电灯中存在如下问题，形成熔融封固部Q时，热向在先形成的焊接部P传递，在焊接部P上产生裂缝(皲裂)，在放电灯点灯过程中传热体从密闭空间漏出。
并且，处理室内的稀有气体通过基体部140和盖部141的间隙以及气体导入用通孔143而流入阳极14内部，置换作为密闭空间C的空间的气体，防止焊接时产生的从焊接部P蒸发的氧气等杂质滞留在密闭空间C，但在没有良好地进行气体置换的情况下，存在传热体M和基体部140的内侧或盖部141的嵌入部142氧化变质，传热效果降低，阳极的前端部处于过热状态的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的在于提供一种放电灯，构成电极的基体部和盖部的焊接部上不会产生裂缝(皲裂)，点灯时电极不会破损，进而电极内的传热体不会氧化变质，能够切实地发挥传热效果，能够切实地抑制阳极前端部的温度上升。
技术方案1记载的本发明的放电灯，一对电极在发光管内相对配置，所述电极之一由在基端侧开口的有底圆筒状的金属制的基体部和堵塞该基体部的开口的金属制的盖部构成，具有在所述基体部与所述盖部抵接的状态下，沿着整个圆周方向焊接而成的环状的焊接部，在由所述基体部和所述盖部形成的密闭空间中，封入有由熔点比构成所述基体部的金属的熔点低的金属构成的传热体，在所述基体部或所述盖部中的一个上，形成有连接电极内的密闭空间和电极外的外部空间的气体导入用通孔，具有该气体导入用通孔的电极外表面的前端开口被熔融的熔融封固部，其特征在于，所述焊接部与所述熔融封固部的电极内最短距离为8mm以上。
技术方案2记载的本发明的放电灯为在技术方案1所述的放电灯中，其特征在于，尤其是所述气体导入用通孔的长度为25mm以下。
本发明的放电灯的电极具有如下结构：基体部和盖部嵌合并焊接，形成环状的焊接部，基体部或盖部中的一方上设置的气体导入用通孔的前端开口被熔融，形成熔融封固部，由基体部和盖部形成的密闭空间内封入有传热体，在该电极中，焊接部和熔融封固部的电极内最短距离为8mm以上，通过上述结构，形成熔融封固部时产生的热难以通过电极内部、传递到焊接部，能够抑制焊接部的温度上升，防止焊接部上产生裂缝(皲裂)，在放电灯的点灯过程中，传热体不会从密闭空间漏出，能够得到稳定工作的放电灯。
进而，通过使气体导入用通孔的长度为25mm以内，在制造电极时，通过基体部和盖部的间隙以及气体导入用通孔，作为电极内的密闭空间的空间的气体切实地被置换，密闭空间内的传热体和基体部的内侧或盖部的内侧不会氧化变质，能够通过传热体切实地抑制电极前端部的温度上升。
附图说明
图1是表示本发明的放电灯的结构的说明图。
图2是图1所示的放电灯的阳极的说明用剖视图。
图3是图2的阳极中包括焊接部和熔融封固部的部分的放大投影图。
图4是在本发明的放电灯中，表示其他实施例的阳极的说明用剖视图以及该阳极中包括焊接部和熔融封固部的部分的放大投影图。
图5是在本发明的放电灯中，表示其他实施例的阳极的说明用剖视图以及该阳极中包括焊接部和熔融封固部的部分的放大投影图。
图6是在本发明的放电灯中，表示其他实施例的阳极的说明用剖视图以及该阳极中包括焊接部和熔融封固部的部分的放大投影图。
图7是表示本发明的放电灯中的电极上形成的气体导入用通孔的剖视说明图。
图8是表示现有放电灯的结构的说明图。
图9是图8所示的放电灯的阳极的说明用剖视图。
图10是制作电极的说明图。
具体实施方式
以下利用附图说明本发明的放电灯。
图1是表示本发明的放电灯的结构的图，图2是图1所示的阳极的放大剖视图。
该放电灯10具有由石英玻璃构成的大致球状的发光管11以及与发光管11的两端接续地形成的石英玻璃构成的封固管12，在发光管11内，均为钨金属制的阳极13及阴极15相对配置，各电极由内部引线棒16支撑。
该内部引线棒16在封固部12被保持，并且在该封固部12内通过气密性地设置的金属箔(未图示)与外部引线棒或外部端子连接，外部电源与其连接。并且，预定量的水银、氙气、氩气等发光物质或启动用气体封入在发光管11内。
在这种放电灯中，由外部电源提供电力，从而在阳极13和阴极15之间产生电弧放电，从而发光。
另外，该例子的放电灯是阳极13在上、阴极15在下的状态、即发光管11的管轴相对于地面在垂直方向上被支撑地点灯的所谓垂直点灯型的灯。
图2是上述放电灯的阳极13的说明用剖视图，图3是图2的阳极中包括焊接部和熔融封固部的部分的放大投影图。
阳极13如图2所示，由钨所构成的基端侧具有开口的有底圆筒状的基体部130以及阻塞该基体部130的开口的钨构成的盖部131构成，具体来说，在盖部131的圆柱状的嵌入部132嵌入到基体部130的内部空间内的状态下，变为基体部130的向径向外侧突出的基体部侧凸缘部130a和盖部131的向径向外侧突出的盖部侧凸缘部131a抵接的状态下，在该抵接的基体部侧凸缘部130a和盖部侧凸缘部131a的径向的端部上，形成有将基体部130和盖部131沿着整个圆周方向焊接的环状的焊接部P，由此，在该阳极13上形成的密闭空间C内，封入有熔点比构成该阳极的钨金属的熔点低的金属构成的传热体M。传热体M例如是金、银、铜等。
并且，在盖部131上形成有连接阳极13内的密闭空间C和阳极13外的外部空间的气体导入用通孔133，形成有该气体导入用通孔133的阳极13外表面的前端开口被熔融的熔融封固部Q。
并且，在盖部131的中心形成有凹部134，在该凹部134嵌入有内部引线棒，支撑阳极13。
另外，焊接部P和熔融封固部Q的制造方法与图10所示的制造方法同样地通过电弧焊接来形成。
接着，利用图3对焊接部P和熔融封固部Q的位置关系进行说明。
图3是图2的阳极中包括焊接部和熔融封固部的部分的放大投影图，是在阳极前方配置光源，来自该光源的光照射阳极，在阳极后方映出的投影图。
并且，以实际的阳极的尺寸和投影图的尺寸计算投影倍率，通过投影图中的实测尺寸和投影倍率，计算焊接部P和熔融封固部Q的电极内最短距离d。
焊接部P和熔融封固部Q的电极内最短距离d是指，以投影图中的焊接部P的顶点为P0，以投影图中的熔融封固部Q的顶点为Q0，将各顶点P0、Q0在电极内用直线连接，将该直线的P0、Q0间的距离作为电极内最短距离d。
图4(a)是在本发明的放电灯中表示其他实施例的阳极的说明用剖视图，图4(b)是图4(a)的阳极中包括焊接部和熔融封固部的部分的放大投影图。
该实施例的阳极13的盖部131的结构与图2所示的盖部不同，在盖部侧凸缘部131a的上方形成突起部131b。除此之外，与图2相同的标号为相同部分，省略其说明。
通过具有该突起部131b，在阳极的放大投影图中，突起部131b的角部R1和R2被映出。
在这种形状的盖部131的情况下，电极内最短距离d是指，将投影图中的焊接部P的顶点P0和R1在电极内用直线连接，将该距离作为d1，进而，将R1和R2在电极内用直线连接，将该距离作为d2，进而，将熔融封固部Q的顶点Q0和R2在电极内用直线连接，将该距离作为d2，d1、d2、d3的总计的距离。
图5(a)是本发明的放电灯中表示其他实施例的阳极的说明用剖视图，图5(b)是图5(a)的阳极中包括焊接部和熔融封固部的部分的放大投影图。
该实施例的阳极13的盖部131的结构与图2所示的盖部不同，在盖部131的中心沿着电极轴形成有圆柱部131c，在该圆柱部131c的中心以在电极轴方向延伸的方式形成有气体导入用通孔133，在圆柱部131c的前端形成有气体导入用通孔133的前端开口被熔融的熔融封固部Q。
在该圆柱部131c上利用适当的连接器机构安装有支撑电极的内部引线。除此之外，与图2相同的标号为相同部分，省略其说明。
通过具有该圆柱部131c，在阳极的放大投影图中，圆柱部131c的角部R1被映出。
在这种形状的盖部131的情况下，电极内最短距离d是指，将投影图中的焊接部P的顶点P0和R1在电极内用直线连接，将该距离作为d1，进而将熔融封固部Q的顶点Q0和R1在电极内用直线连接，将该距离作为d2，d1和d2的总计的距离。
图6(a)是本发明的放电灯中表示其他实施例的阳极的说明用剖视图，图6(b)是图6(a)的阳极中包括焊接部和熔融封固部的部分的放大投影图。
该实施例的阳极13的基体部130和盖部131的结构与图2所示的基体部和盖部不同，在基体部130的侧壁的外面侧形成有环状的切削槽136，在该切削槽136的内侧具有基体部130的残留部137，形成有通过该残留部137在与电极轴交叉的方向上延伸的气体导入用通孔133，在侧壁的外表面上形成有气体导入用通孔133的前端开口被熔融的熔融封固部Q。
并且，在基体部130上形成有盖部131的嵌入部132的前端所抵接的阶梯部135，在盖部131的嵌入部132与阶梯部135抵接的状态下，基体部130的上表面外缘与盖部131的上表面外缘沿着整个圆周方向焊接，形成环状的焊接部P。除此之外，与图2相同的标号为相同部分，省略其说明。
在图6(b)所示的包括焊接部和熔融封固部的部分的放大投影图中，实际上，基体部130的切削槽136未被映出，但实测阳极的切削槽136，在投影图上描画出了切削槽136的形状，将切削槽136的残留部137侧的角部作为R1。
在这种形状的电极的情况下，电极内最短距离d是指，将投影图中的焊接部P的顶点P0和R1在电极内用直线连接，将该距离作为d1，进而将熔融封固部Q的顶点Q0和R1在电极内用直线连接，将该距离作为d2，d1和d2的总计的距离。
另外，即使阳极的形状为图2～图6所示的情况以外的情况下，电极内最短距离d也是指通过电极内部，焊接部P的顶点P0和熔融封固部Q的顶点Q0的最短距离。
另外，在图2至图6所示的阳极14中，表示了在盖部131内形成嵌入部132的例子，但嵌入部132不是必需的结构，只要是将基体部130的基端侧的开口用盖部131阻塞，盖部131可以是任意的形状。
接着，对气体导入用通孔进行说明。
图7是用于说明气体导入用通孔的长度的阳极的部分剖视图。
如图7(a)所示，气体导入用通孔133与电极轴平行，直线状地形成在盖部131上，气体导入用通孔133的开口径从一端侧至另一端侧为止是恒定的开口径，气体导入用通孔133的长度L是指从熔融封固部Q的顶点Q0至与阳极13的密闭空间C的边界部分为止的长度。
如图7(b)所示，在盖部131上，在与电极轴交叉的方向上形成有气体导入用通孔133，气体导入用通孔133的开口径从一端侧至另一端侧为止是恒定的开口径，气体导入用通孔133的长度L是指从熔融封固部Q的顶点Q0沿着气体导入用通孔至与密闭空间C的边界部分为止的长度。
图7(c)是在盖部131的嵌入部132具有凹部132a，以与该凹部132a连接的方式形成具有一定开口径的气体导入用通孔133。
并且，该凹部132a被看作密闭空间C的一部分，气体导入用通孔133的长度L是指从熔融封固部Q的顶点Q0至保持恒定的开口径与凹部132a的边界部分为止的长度。
另外，熔融封固部Q的顶点Q0是指用包含熔融封固部Q和气体导入用通孔133的平面沿着电极轴切断阳极13，在该剖面中，将熔融封固部Q的顶点定义为Q0。
为了确认本发明的效果进行以下实验。
实验例
在该实验中使用的阳极是图2所示的结构的阳极，使用利用下述结构的阳极的放电灯。
基体部130的圆筒的外径为29mm，基体部130的高度为60mm，基体部侧凸缘部130a的外径为27mm。
盖部131的嵌入部132的外形为20mm，盖部侧凸缘部131a的外径为27mm。
基体部130和盖部131分别通过对由钨(在一个大气压下的熔点为3660K)构成的金属体进行切削加工而制成，焊接该基体部和盖部，在密闭空间内封入银(在一个大气压下的熔点为1235K)，作为传热体M。
并且，制作在图2中改变比盖部131的盖部侧凸缘部131a位于上方的部分的高度，改变焊接部P和熔融封固部Q的电极内最短距离的多个阳极，调查电极制作后的基体部130和盖部131的焊接部P中是否产生裂缝。其结果表示在表1中。
另外，在该实验中，分别制作5根焊接部P和熔融封固部Q的电极内最短距离相同的阳极，将该5根阳极作为试料整体根数，将试料整体根数中产生了裂缝的阳极的根数作为破坏根数。
表1
 
焊接部和熔融封固部的电极内最短距离d(mm) 有无产生裂缝(破坏根数/试料整体根数)
4 5/5
5 3/5
7 1/5
8 0/5
12 0/5
进而，制作在图6中通过改变设在基体部130上的环状的切削槽136的位置来改变气体导入用通孔133的位置，改变焊接部P和熔融封固部Q的电极内最短距离的多个阳极，调查电极制作后的基体部130和盖部131的焊接部P中是否产生裂缝。其结果表示在表2中。
另外，在实验中，也分别制作5根焊接部P和熔融封固部Q的电极内最短距离相同的阳极，将该5根阳极作为试料整体根数，将试料整体根数中产生了裂缝的阳极的根数作为破坏根数。
表2
 
焊接部和熔融封固部的电极内最短距离d(mm) 有无产生裂缝(破坏根数/试料整体根数)
6 2/5
7 1/5
8 0/5
9 0/5
从表1和表2所示的实验结果可以确认，如果焊接部和熔融封固部的电极内最短距离d为8mm以上，形成在盖部上的气体导入用通孔熔融、形成熔融封固部时产生的热通过电极内部，很难传递到在先形成的焊接部上，能够抑制焊接部的温度上升，不会在焊接部上产生裂缝(皲裂)。
另一方面，在焊接部和熔融封固部的电极内最短距离d为7mm以下时，形成在盖部上的气体导入用通孔熔融、形成熔融封固部时产生的热通过电极内部，容易传递到在先形成的焊接部上，焊接部的温度上升，存在焊接部上产生裂缝(皲裂)的阳极。
进而，在图2中，改变盖部131的嵌入部132的电极轴方向的长度时，气体导入用通孔的长度L发生变化，因此制作改变了气体导入用通孔的长度L的多个阳极，在与电极轴正交的方向上切断制作后的阳极的基体部，用目视观察形成基体部的密闭空间的内部表面有无氧化物。其结果表示在表3中。
另外，在该实验中，利用气体导入用通孔133的开口径为0.5mm的恒定的开口径的情况和1.0mm的恒定的开口径的情况的两种气体导入用通孔进行了实验。
表3
 
气体导入用通孔的长度L(mm) 气体导入用通孔的开口径(mm) 阳极基体部的内表面有无氧化物
17 0.5 无
17 1.0 无
22 0.5 无
22 1.0 无
25 0.5 无
25 1.0 无
28 0.5 有
28 1.0 有
30 0.5 有
30 1.0 有
从表3所示的实验结果可以确认，如果气体导入用通孔的长度L为25mm以下，则制作阳极时，作为电极内的密闭空间的空间的气体通过基体部和盖部的间隙以及气体导入用通孔被切实地置换，基体部的内表面上不会产生氧化物，因此密闭空间内的传热体也不会氧化。
另一方面，在气体导入用通孔的长度L比25mm长的情况下，在制作阳极时，作为电极内的密闭空间的空间的气体难以通过基体部和盖部的间隙以及气体导入用通孔被置换，基体部的内表面被氧化，密闭空间内的传热体也被氧化。其结果是，在利用这种阳极的放电灯中，传热体氧化变质，传热效果降低，阳极的前端部处于过热状态。

Claims (2)

1.一种放电灯，一对电极在发光管内相对配置，所述电极之一由在基端侧开口的有底圆筒状的金属制的基体部和堵塞该基体部的开口的金属制的盖部构成，具有在所述基体部与所述盖部抵接的状态下，沿着整个圆周方向焊接的环状的焊接部，在由所述基体部和所述盖部形成的密闭空间中，封入有由熔点比构成所述基体部的金属的熔点低的金属构成的传热体，在所述基体部或所述盖部中的一个上，形成有连接电极内的密闭空间和电极外的外部空间的气体导入用通孔，该气体导入用通孔的位于电极外表面的前端开口具有被熔融的熔融封固部，其特征在于，
所述焊接部与所述熔融封固部在电极内的最短分离距离为8mm以上。
2.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，
所述气体导入用通孔的长度为25mm以下。
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