CN104779133B - 放电灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种放电灯，在封入有传热体的电极中，即使在灯点亮中，也能够稳定地维持电极强度。在放电灯中，通过使主体部件(32)与盖部件(36)固相接合而使阳极(30)成形，其中，主体部件(32)形成有装有传热体(M)的凹部(33)，盖部件(36)设置有与凹部(33)嵌合的突出部(46)。而且，在密闭空间(50)中，以从电极前端部朝向后端部变细的方式形成有凹部(33)，突出部表面(46S)附近的直径(DM)小于中间部的直径(DN)。

Description

放电灯

技术领域

本发明涉及用于曝光装置等的放电灯，尤其涉及在形成于电极内部的密闭空间中封入有传热体的电极结构。

背景技术

在放电灯中，公知有在电极内部形成密闭空间，封入有具有冷却功能的金属的电极(例如，参照专利文献1)。在此，是将由银等导热率高且熔点较低的金属构成的传热体封入到阳极内部。在电极温度因灯点亮而上升时，传热体熔融而液化。由此，在密闭空间内产生热对流，电极前端部的热被传导到相反侧的电极支承棒侧。

当要在电极内部形成密闭空间的情况下，准备形成有凹部的有底圆筒状主体部件和具有圆柱状突出部的盖部件，使盖部分的突出部嵌合于主体部件的凹部，使凹部端面与盖部件接合，由此形成密闭空间。作为接合方式，可以应用SPS等固相接合。

专利文献1：日本特开2012-221582号公报

发明内容

在使盖部件与主体部件接合时，在其接合部分处产生间隙。在灯点亮中，传热体进入该间隙时，随着灯的点亮/熄灭，传热体反复地凝固、熔融，则凝固、熔融导致的应力施加于接合部分，有可能在接合部产生裂纹乃至电极破损。

因此，在电极内部封入有传热体的电极中，需要抑制传热体对电极接合部分的伤害。

本发明的放电灯具有：放电管；以及配置在放电管内的一对电极，至少一个电极具有形成有凹部的部件(在此，称作主体部件)、以及形成有与所述凹部嵌合的突出部且与所述主体部件接合的部件(在此，称作盖部件)，在通过所述主体部件与所述盖部件的接合而在电极内部形成的筒状的密闭空间中，封入有传热体。

主体部件可以与电极前端面、电极前端部成为一体，也可以与电极前端部接合。凹部只要形成产生传热体的热对流的柱状空间即可，也可以形成为筒状。例如，在主体部件形成同轴的截面为圆状的内部空间。盖部件例如与电极支承棒接合。关于接合，例如可以应用固相接合。

在本发明中，密闭空间的盖部件侧后端部的径/直径小于所述密闭空间的中间部的径/直径。即，盖部件侧后端部的截面积尺寸小于密闭空间的中间部的截面积尺寸。其中，盖部件侧后端部表示盖部件突出部表面或其附近的位置。此外，中间部表示密闭空间的电极轴方向宽度的中间位置附近。

这样，在设置突出部而以覆盖凹部的方式使凹部端面与盖部件接合的电极结构中，通过在前端侧增大内部密闭空间的直径，传热体容易向下方流动，间隙附近的沉积得到抑制。其结果是，不会产生将要进入间隙的传热体的强烈流动，因与灯熄灭、点亮相伴进入到间隙的传热体的凝固、熔融而施加的应力下降，能够防止产生裂纹/电极破损。

如果考虑到有效地抑制传热体的沉积，则可以构成为，突出部的直径DT和与所述突出部相对的所述主体部件的后端部内径GS满足DT/GS≥0.5，并且，所述主体部件的后端部内径DM和中间部内径DN满足DM/DN≥0.5。

密闭空间的空间形状可以是各种形状，可以构成为至少从中间部朝向后端部而变细。由于凹部侧面变得顺滑，使得传热体顺畅地流向下方。

例如，也可以构成为，密闭空间的直径从凹部底面侧前端部朝向后端部而变小。由于从前端部侧朝向后端部缩小直径，使得传热体的对流变得顺畅，沉积得到抑制。

关于主体部件的外径，可以沿电极轴方向大致固定，或者与内径相应地变化。例如，可以构成为主体部件的壁厚沿着电极轴方向大致固定。即使在灯点亮中，凹部的中间部、前端部附近侧面被传热体削蚀，也能够利用足够的壁厚而维持电极强度。

可以在密闭空间的后端部，沿着凹部内表面周向形成突起部。此外，通过使突出部为柱状，使突出部侧面与凹部侧面的间隙沿着电极轴方向大致固定，能够在灯熄灭后，在所述密闭空间的后端部附近，使传热体沿着凹部内表面周向凝固成环状。

根据本发明，在封入有传热体的电极中，即使在灯点亮中，也能够稳定地维持电极强度。

附图说明

图1是示意性示出第1实施方式的短弧型放电灯的俯视图。

图2是阳极的概略剖视图。

图3是第2实施方式的阳极的概略剖视图。

标号说明

10放电灯，30阳极，32主体部件，33凹部，36盖部件，46突出部，50密闭空间，M传热体。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

图1是示意性示出第1实施方式的短弧型放电灯的平面图。

短弧型放电灯10是能够用于形成图案的曝光装置(未图示)的光源等的放电灯，具有透明石英玻璃制的放电管(发光管)12。在放电管12中，阴极20和阳极30隔开规定间隔而相对配置。

在放电管12的两侧，石英玻璃制的密封管13A、13B以相对的方式与放电管12一体设置，密封管13A、13B的两端被灯头19A、19B封闭。放电灯10以阳极30为上侧、阴极20为下侧的方式沿着铅直方向配置。

在密封管13A、13B的内部，配设有金属制的支承阴极20、阳极30的导电性的电极支承棒17A、17B，经由金属环(未图示)、钼等的金属箔16A、16B与导电性的导棒15A、15B分别连接。密封管13A、13B与设置在密封管13A、13B内的玻璃管(未图示)熔接，由此，封入有水银和惰性气体的放电空间DS被密封。

导棒15A、15B与外部的电源部(未图示)连接，经由导棒15A、15B、金属箔16A、16B以及电极支承棒17A、17B在阴极20、阳极30之间施加电压。当向放电灯10供给电力时，在电极间产生电弧放电，放射水银亮线(紫外光)。

图2是阳极的概略剖视图。

阳极30由金属部件(以下，称作主体部件)32和与电极支承棒17B接合的金属部件(以下，称作盖部件)36构成。主体部件32是厚壁的有底筒状部件，其与圆锥台形的前端部34连成一体，以电极轴(灯轴)E为中心而形成有圆筒状凹部33，其中，前端部34具有沿着电极轴E的垂直方向的电极前端面34S。

盖部件36具有与凹部33嵌合的圆柱状突出部46，主体部件32的端面32T与盖部件36的突出部周围的端面36T接合，覆盖凹部33而进行密闭。由此，在阳极内部形成筒状的密闭空间50。以钨等为主成分的主体部件32和盖部件36为同轴配置，密闭空间50的空间区域以电极轴E为中心对称。

在此，内部形成有这样的密闭空间50的阳极30通过基于放电等离子体烧结(SPS)方式的固相接合而成形。突出部46的尺寸(直径)DT略小于凹部33的直径GS，在突出部46与凹部33之间，在凹部33的侧面50D与突出部侧面46J之间，在周向整体形成有微小的间隙CS。

在密闭空间50中封入有传热体M，该传热体M由熔点低于主体部件32、盖部件36的金属(银等)构成或者以其为主成分。在灯点亮中，电极前端部34被加热，因而传热体M熔融。主体部件32、盖部件36的熔点高于灯点亮中的密闭空间底面50B附近的温度(约1800℃)。

熔融的传热体M在密闭空间50内进行对流，电极前端部34的热沿着电极轴E被传导到盖部件36侧。在本实施方式中，在传热体M几乎全部熔融时，传热体M基本占据密闭空间50内部，液面到达突出部表面/前端面46S。

在产生传热体M的对流时，电极前端部的热沿着电极轴E传导，前端部34的温度上升得到抑制。上升的传热体M沿着径向外侧向凹部侧面50D前进而流向电极前端侧下方。进而，在底面50B附近，沿电极轴E的方向流动而再次上升。通过这样的对流，在灯点亮中，阳极30被冷却。

基于传热体M的流动方向，在沿着电极轴E的方向将密闭空间50分成3个空间区域L1、L2、L3时，在区域L1中，主要为朝向电极轴E的方向(径向内侧)的流动，在区域L2中，主要为沿着电极轴E的流动，在区域L3中，主要为朝向密闭空间50的侧面(径向外侧)的流动。

主体部件32的外径DZ沿着电极轴E固定，另一方面，沿着电极轴E，越远离电极前端部则内径越小，密闭空间50沿着电极轴E而变细。具体而言，从密闭空间底面50B到作为后端部的突出部表面46S，凹部33的内径顺滑且平缓地减少。关于密闭空间50的尺寸/直径，突出部表面46S附近的后端部小于与中间区域L2相当的密闭空间中间部。

其中，密闭空间50的区域由从突出部表面46S到底面50B的空间区域规定，在此，没有考虑微小的间隙CS。而且，密闭空间50的端部表示沿着突出部表面46S的位置或其附近的位置。

通过形成这样的锥状密闭空间50，在灯点亮中，沿着电极轴E上升的传热体M容易沿着凹部侧面50D向下方流动，间隙CS附近的沉积得到抑制。其结果是，不会产生将要进入间隙CS的传热体M的强烈流动，因与灯熄灭/点亮相伴进入到间隙CS的传热体M的凝固、熔融而施加的应力下降，能够防止在接合面J附近产生裂纹/电极破损。

而且，传热体M的对流变得顺畅，因而流速上升，热传导效果提高，能够有效地冷却电极前端部温度。尤其是从突出部表面/前端面46S到底面50B，凹部33为顺滑的锥形，因此，传热体M不会沉积在中间部的区域L2中，而是沿着密闭空间侧面到达底面50B，可实现电极破损的防止、热传导效果的提高。

这样，根据本实施方式，通过使主体部件32与盖部件36固相接合而使阳极30成形，其中，主体部件32形成有装有传热体M的凹部33，盖部件36设置有与凹部33嵌合的突出部46。而且，在密闭空间50中，以从电极前端部朝向后端部变细的方式形成有凹部33，突出部表面46S附近的直径DM小于中间部的直径DN。

此外，也可以替代顺滑的锥形而以阶段性地具有阶梯差的方式变细。通过规定中间区域L2、后端部区域L3的凹部33的内径比，同样能够实现电极破损的防止、热传导效率的提高。具体而言，在后端部区域L3的凹部直径DM与中间区域L2的凹部直径DN之比DM/DN小于0.5的情况下，凹部的朝向前端部的内径扩大变得急剧，传热体不能顺畅地向电极前端部移动。因此，期望DM/DN≥0.5。

此外，也可以替代使盖部件36的突出部46的直径DT与凹部33的后端部的尺寸(直径)GS大致相等，而是将突出部46的尺寸DT规定得更小。即使间隙CS的空间区域一定程度地变大，通过使中间区域L2的凹部直径DN与端部直径之比DM/DN更小，即，使中间区域L2的直径DN相对地变得更大，也能够有效地抑制传热体M沉积在密闭空间端部附近。

在该情况下，在突出部表面46S的直径DT小于凹部33的端部的直径GS的一半时，间隙CS变得过大，沉积变得显著。因此，期望DT/GS≥0.5(GS＞DT)。不过，要满足上述DM/DN的条件。

接下来，使用图3，对第2实施方式的放电灯进行说明。在第2实施方式中，主体部件的壁厚固定，此外，在灯熄灭时，传热体作为凝聚物形成在密闭空间端部。除此以外的结构与第1实施方式实质相同。

图3是第2实施方式的放电灯中的阳极的概略剖视图。

阳极130由主体部件132和具有突出部146的盖部件136构成，凹部133从电极前端部朝向后端部变细。因此，凹部133的后端部的内径DM小于中间区域的内径DN。此外，主体部件132从电极前端部朝向后端部变细，主体部件132的壁厚t沿着电极轴E而大致固定。

由于主体部件132的壁厚t固定，由此，即使在凹部133的侧面被传热体M的对流削蚀而使直径扩大的状况下，也能够充分确保中间区域L2、前端区域L1的壁厚，因而，能够防止传热体M的对流导致的电极前端部的强度下降。

另一方面，在灯熄灭后，传热体凝固的过程中，温度较低的传热体凝聚在密闭空间150的后端部附近的区域R中，沿着凹部133的侧面周向凝固成环状的传热体以从侧面突起的形状形成为凝聚物90。

这样的凝聚物90是由于盖部件136的突出部146为柱状，即突出部表面146S的端部如图3所示为直角而产生的。此外，即使不是直角，也会由于成为锥角而产生。在灯再次点亮时，凝聚物90的一部分熔融，但是，由于凝聚物90形成在温度较低的后端部区域L3，因而凝聚物90维持在凹部侧面上。也可以在阳极130的外表面形成具有散热功能的激光槽来控制温度。凝聚物90附近的凹部133的内径DM1进一步小于后端部内径DM。

通过形成凝聚物90，在灯点亮中，传热体M将要向间隙CS的方向前进的传热体M的流动得到抑制。因此，能够抑制传热体M进入间隙CS，防止以间隙CS为起点的电极破损。

此外，期望的是，规定包含突出部的盖部件的形状、间隙CS的尺寸等，使得以离开密闭空间的端部即突出部表面2mm以上的方式形成凝聚物。这是因为，在凝聚物过于接近密闭空间端部时，与传热体的凝固、熔融相伴的应力影响接合部。此外，也可以是，以传热体M大致全部熔融时的液面从突出部表面146S到存在突起物的位置隔开规定间隔的方式，封入传热体M。

此外，为了使突起物导致的对流效果变得可靠，也可以不通过传热体而通过切削加工、焊接等来形成突起物。在该情况下，也可以是截面为三角形以外的形状。此外，也可以构成使得不通过传热体形成凝聚物的密闭空间。

在第1、第2实施方式中是在阳极中形成密闭空间，但是，在阴极中也可以同样地构成。此外，还可以通过固相接合以外的接合方法而使电极成形。

Claims (6)

1.一种放电灯，其特征在于，该放电灯具有：

放电管；以及

配置在所述放电管内的一对电极，

至少一个电极具有形成有凹部的有底筒状主体部件、以及形成有与所述凹部嵌合的突出部且与所述主体部件接合的盖部件，

在通过所述主体部件与所述盖部件的接合而在电极内部形成的筒状的密闭空间中，封入有传热体，

所述密闭空间的盖部件侧后端部的直径小于所述密闭空间的中间部的直径，其中，所述盖部件侧后端部表示所述密闭空间的靠近盖部件突出部表面或其附近的位置，所述中间部表示密闭空间的电极轴方向宽度的中间位置附近，

所述密闭空间至少从中间部朝向后端部而变细。

2.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

所述密闭空间的直径从凹部底面侧前端部朝向后端部而变小。

3.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

所述主体部件的壁厚沿着电极轴方向是固定的。

4.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

所述突出部的直径DT和与所述突出部相对的所述主体部件的后端部内径GS满足DT/GS≥0.5，并且，所述主体部件的后端部内径DM和中间部内径DN满足DM/DN≥0.5。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的放电灯，其特征在于，

在所述密闭空间的后端部，沿着凹部内表面周向形成有突起部。

6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的放电灯，其特征在于，

所述突出部为柱状，

在灯熄灭后，在所述密闭空间的后端部附近，传热体沿着凹部内表面周向凝固成环状。