CN105164785B - 放电灯 - Google Patents

Abstract

本发明的放电灯具备：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：密闭空间，其封入有灯点亮时熔融而对流的传热体；以及中空状的整流体，其在密闭空间内沿着电极轴配置，且具有密闭空间底面侧开口部及密闭空间上表面侧开口部。整流体被配置成，在密闭空间底面侧开口部与密闭空间上表面侧开口部之间形成传热体的流路，而且使电极轴经过流路。

Description

放电灯

技术领域

本发明涉及曝光装置等中利用的放电灯，特别是涉及在电极内部封入有传热体的电极。

背景技术

在放电灯中，伴随着高输出化，已知有一种电极，该电极在形成于电极内部的密闭空间中封入了具有冷却功能的金属(参照专利文献1)。其中，由银等热传导率高且熔点较低的金属构成的传热体被密封在阳极内部。在电极温度因灯点亮而上升时，传热体熔融而被液化。由此，在密闭空间中产生热对流，电极前端部的热向相反侧的电极支承棒方向被输送。

若灯点亮时传热体进行对流，则在电极内部的密闭空间内产生强烈的温差，从而有可能产生高温蠕变变形。为了防止该情况，以经过密闭空间的中心、即电极轴的方式配置沿着径向横截的板状的限制体，来防止传热体沿着周向转动(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004－006246号公报

专利文献2：日本特开2012－028168号公报

发明内容

发明所要解决的课题

设置了横截密闭空间的限制体时，将会阻碍想要在经过电极轴的中心部处上升的传热体的流动。这会使向电极前端侧的热输送能力降低，并无法抑制电极前端温度上升所导致的电极前端部的消耗。

因而，需要在不阻碍传热体的对流的情况下提高热输送能力。

用于解决课题的手段

本发明的放电灯具备：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：密闭空间，其封入有灯点亮时熔融而对流的传热体；以及中空状的整流体，其在密闭空间内沿着电极轴配置，且具有密闭空间底面侧开口部和密闭空间上表面侧开口部。由此，在密闭空间底面侧开口部与密闭空间上表面侧开口部之间形成传热体的流路。而且，整流体被配置成使电极轴经过流路。整流体例如具备管体，并被配置在形成于阳极内的密闭空间。其中，管体的截面包含圆形、多边形中的任意形状。

灯点亮时，在密闭空间底面附近中央部受热的传热体经过流路内而上升。而且，通过热对流，密闭空间上表面附近的传热体的大部分向设置在密闭空间内侧侧面与整流体的外表面之间的空间/间隙移动，并沿着电极轴下降。通过形成这样的流动，抑制沿着径向的流动的发生来促进热对流。

作为促进沿着电极轴的传热体的上升流的结构，例如能够使整流体的密闭空间底面侧开口部和密闭空间上表面侧开口部分别朝向密闭空间的底面和上表面。另外，为了充分地遮挡来自密闭空间径向的流动，还能够将整流体配置在中央部。例如，构成如下这样的整流体：整流体的密闭空间底面侧开口部位于比密闭空间的沿着电极轴的中心靠底面侧的位置，整流体的密闭空间上表面侧开口部位于比密闭空间的沿着电极轴的中心靠上表面侧的位置。

包含电极前端部在内的截面形状关于电极轴是对称的，密闭空间也可以同轴地配置。若考虑到传热体在电极前端部附近受热最多的情况，则还能够将整流体相对于密闭空间同轴地配置。这里“同轴地”是指密闭空间的轴经过与整流体的轴向垂直的截面的重心或其附近的状态。

考虑到防止热对流发生局部紊乱的情况，优选的是，使形成流路的内部空间区域及其外侧的空间区域关于垂直于电极轴的截面是对称的，且优选使整流体的外表面与密闭空间的侧面之间的沿着径向的距离在整个周向上是相等的。例如，能够设为圆筒状的内部空间，且对截面为圆形的整流体进行同轴配置。

另外，还能够将整流体配置在关于电极轴是对称的位置处，使得热对流顺畅。例如，通过将整流体配置成使整流体的沿着电极轴向的中心位置到达内部空间的电极轴向的中心位置，能够使密闭空间底面侧开口部与密闭空间的底面之间的沿着电极轴向的距离等于密闭空间上表面侧开口部与密闭空间的上表面之间的沿着电极轴向的距离。

考虑到整流体的沿着径向的配置位置影响到热对流的停滞发生的情况，只要将整流体配置成满足下式即可。

0.33≤L1/a≤0.84

其中，L1表示从电极轴到整流体的距离，a表示密闭容器内侧的半径。通过满足这样的条件，高效地产生热对流。特别是，通过配置成满足以下的条件式，更进一步发挥热输送效果。

0.66≤L1/a≤0.74

另一方面，在考虑到整流体的沿着电极轴向的位置的情况下，能够将整流体配置成满足下式。

0.50≤L2/b≤0.84

其中，L2表示整流体的长度，b表示密闭容器的轴向的长度。由此，发挥热输送效果。

考虑到使上升的传热体顺畅地下降时，能够使整流体在密闭空间上表面附近具有沿着密闭空间侧面的周向形成的流出口。另外，考虑到使正在上升的传热体的热向电极侧面转移，还能够对整流体沿着电极轴形成缝隙。

优选的是，传热体在灯熄灭后，以整流体的内侧区域的电极轴向高度比整流体的外侧区域低的状态而凝固。

发明效果

根据本发明，能够获得封入有提高了热输送能力的传热体的电极。

附图说明

图1是示意性地示出了第1实施方式的放电灯的俯视图。

图2是阳极的概要剖视图。

图3是整流体的立体图。

图4是示出了传热体的对流的图。

图5是传热体处于凝固的状态下的阳极的概要剖视图。

图6是第2实施方式中的整流体的立体图。

图7是第3实施方式中的整流体的立体图。

图8是第4实施方式中的整流体的立体图。

图9是示出了与L1/a对应的电极前端温度及最大流速的变化的图表。

图10是示出了与L2/b对应的电极前端温度及最大流速的变化的图表。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是示意性地示出了第1实施方式的放电灯的俯视图。

短弧型放电灯10是能够在形成图案的曝光装置(未图示)的光源等中使用的放电灯，具备透明的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处于上侧、阴极20处于下侧的方式沿着铅直方向配置。在密封管13A、13B的内部，配设有支承金属性的阴极20、阳极30的导电性的电极支承棒17A、17B，电极支承棒17A、17B经由金属环(未图示)、钼等金属箔16A、16B分别与导电性的引线棒15A、15B连接。

密封管13A、13B熔敷于设置在密封管13A、13B内的玻璃管(未图示)，由此，封入有水银及稀有气体的放电空间DS被密封。

引线棒15A、15B与外部的电源部(未图示)连接，经由引线棒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提供电力时，在电极之间产生电弧放电，放射水银的亮线(紫外光)。

图2是阳极的概要的剖视图。图3是整流体的立体图。

如图2所示，阳极30由圆筒状主体部34和具有电极前端面30S的圆锥台状前端部32构成。主体部34是接合了安装有电极支承棒17B的密闭盖60的构造，除了密闭盖60以外的主体部和前端部由同一金属材料成型而成。

在主体部34的内部中央，相对于电极轴E同轴地形成有圆柱状的密闭空间50。关于密闭空间50，其上限是电极支承棒侧的与密闭盖60相接的密闭空间上表面50T，其下限是电极前端面侧的密闭空间底面50B。

在密闭空间50中封入有传热体M。传热体M由熔点比主体部34、密闭盖60低的金属(例如为银)而成，在灯点亮时熔融而成为液体，并在密闭空间50内进行对流。在灯熄灭时，传热体M凝固。

另外，在密闭空间50中，相对于密闭空间50同轴地设置有管状的整流体40，整流体40的中心轴与电极轴E一致。整流体40具有半径L1，并沿着电极轴E具有长度L2。

整流体40在密闭空间50内被配置成：沿着电极轴向与密闭空间底面50B相隔距离l2、与密闭空间上表面50T相隔距离l3。例如，以距离l2、l3相等的方式配置整流体40。另一方面，整流体40沿着径向与密闭空间侧面50S相隔距离l1，整流体40与密闭空间侧面50S之间的距离在整个周向上是相等的。

如图3所示，整流体40由管体40S构成，管体40S形成有在密闭空间底面侧成为流入口的开口部41A、以及在密闭空间上表面侧成为流出口的开口部41B。这里，管体40S的截面为圆形。另外，管体40S被未图示的棒状或板状的固定部件加以固定。固定部件为板状的情况下，沿着电极轴设置。

管体40S的开口部41A、41B分别朝向密闭空间底面50B和密闭空间上表面50T。另外，管体40S关于电极轴配置在靠近电极轴向中心W的位置，开口部41A位于比密闭空间50的电极轴向中心W靠底面侧的位置，开口部41B位于比电极轴向中心W靠上表面侧的位置。

管体40S在密闭空间50内限定出作为管体40S的管路的空间区域V1及其外部的空间区域V2，而划分出2个空间区域。管体40S利用高熔点金属(例如为钨、钽等)或其合金成型而成。

图4是示出了传热体的对流的图。使用图4，对利用整流体所得到的热输送效果进行说明。

在灯点亮中，电极前端部32的温度因电弧放电而成为高温时，已熔融的传热体M沿着电极轴E上升。特别是，在以电极轴E为中心的密闭空间50的中央部，传热体M因电极前端面30S中的电弧热而想要上升。其结果是，传热体M流入整流体40的开口部41A，并在管内路径上移动。

在整流体40内部上升的传热体M的大部分沿着密闭空间上表面50T移动，在向电极支承棒侧传递了热之后，在整流体40的外侧区域V2中下降。此时，传热体M向主体部34的外侧面34S放出热并下降。然后，到达了密闭空间底面50B的周缘部附近的传热体M移动至其中央部，且因电弧热而再次在整流体40的内部上升。

这样的传热体M的对流通过整流体40的配置而被促进。即，通过同轴地设置管体40S，整流体40的内侧区域V1中的朝上方向的流动与外侧区域V2的朝下方向的流动被彼此遮挡，因此，不易产生停滞，会促进对流。由于传热体M的上下方向的对流不会受到阻碍，所以传热体M的上升时的流速、流量增加。

在未设置有整流体的结构中，受到在密闭空间侧面附近大量下降的传热体M的流动的影响，导致传热体M在中央部附近上升的区域缩小，从而朝上的流量减少且流速也不会变快。

然而，在本实施方式的情况下，通过整流体40的配置，使传热体M的流速、特别是上升流的流速加快而使其流量增多，由此，向电极支承棒侧高效地输送电极前端面侧的热，来抑制电极前端部32的温度上升。其结果是，能够抑制电极前端部32的消耗。特别是，整流体40关于电极轴向具有充分的长度，而且位于中央部，因此，将密闭空间50内部大致整体上划分为管路及其外侧空间区域，从而充分地确保流路。

另外，整流体40具有对密闭空间50的沿着径向的热移动进行阻挡的作用，由此，能够减少传热体M凝固时对密闭空间50施加的应力。以下，对此进行说明。

图5是传热体处于凝固的状态下的阳极的概要剖视图。

内侧区域V1的热因整流体40而不易传递到外侧区域V2，因此，灯熄灭时内侧区域V1中的传热体M的温度降低变慢，而外侧区域V2相对较早地凝固起来。其结果是，如图5所示，外侧区域V2的传热体M凝固收缩，内侧区域V1的传热体以液面比该外侧区域V2的传热体M低很多的状态而凝固。

其结果是，在凝固收缩后的传热体M中形成适当深度的凹部。之后灯再次被点亮时，传热体M发生热膨胀而向密闭空间底面50B、密闭空间侧面50S施加应力。然而，通过形成凹部，向中心部释放掉应力，能够减少应力。因而，点亮时不会产生电极前端部32的吹破。

另外，内侧区域V1的传热体以液面降低的状态而凝固，由此，内侧区域V1的传热体较早地熔融而开始对流，从而缩短传热体整体熔融为止所需要的时间。其结果是，点亮时能够防止电极前端部32的消耗。

本实施方式中，以满足下式的方式，来确定整流体40的尺寸，而且确定与径向相关的配置位置。

0.33≤L1/a≤0.84 (1)

其中，设整流体40的沿着电极径向的半径为L1、密闭空间50的内侧半径为a。

若L1/a小于0.33，则整流体40的内径相对过小，会阻碍传热体M的上升流。另一方面，若L1/a大于0.84，则整流体40内部中的传热体M的下降流会大量产生，导致阻碍朝上的流动。

另外，当满足下式的范围时，对于朝上的对流增加，可得到较大的效果。

0.66≤L1/a≤0.74 (2)

另一方面，整流体的L2通过满足下式，可得到使传热体的流速增加的效果。

0.50≤L2/b≤0.84 (3)

其中，设整流体的轴向的长度为L2、密闭容器的轴向的长度为b。

若整流体的电极轴向的长度小于上式的范围，则无法充分地遮挡(隔开)上下的对流。另外，若整流体的电极轴向的长度大于上式的范围，则导致阻碍电极径向的流动。

这样，根据本实施方式，放电灯10在阳极30内形成有密闭空间50，且在密闭空间50内封入有传热体M。而且，在密闭空间50中，截面为圆形的管状整流体40以分别与密闭空间侧面50S、密闭空间上表面50T、密闭空间底面50B相隔距离l1、l3、l2的状态被同轴地配置。

接着，使用图6、7，对第2、第3实施方式的电极进行说明。第2实施方式中，整流体形成有孔。对于除此以外的结构，实质上与第1实施方式相同。

图6是第2实施方式中的整流体的立体图。

整流体140在密闭空间上表面附近、即密闭空间的比沿着电极轴的中心靠上表面侧的位置处，沿着周向以规定间隔形成有多个孔140R。由此，上升后的传热体M经过孔140R向外侧区域V2流出。其结果是，促进传热体M的对流，且使热容易移动。

另外，通过形成孔140R，在灯熄灭后传热体M凝固时，凹部的深度不会变成过大的深度。这是因为，在中央部与侧面附近之间沿着径向不存在较大的温差，因此，灯熄灭时不会仅在密闭空间侧面附近急速地凝固。

若凹部过高，则凹部的底部就会靠近密闭空间底面，在凝固时会向底面作用较大的应力。然而，由于凹部为适当的高度，所以即使反复执行灯点亮、熄灭，也能够减少对密闭空间施加的应力。

另外，由于能够利用孔140R来确保传热体的流路，所以能够将整流体的上部直接焊接到密闭盖60来加以固定。由此，能够在不使用用于固定整流体的部件的情况下制作电极。

接着，使用图7，对第3实施方式进行说明。第3实施方式中，整流体形成有缝隙。对于除此以外的结构，与第1实施方式相同。

图7是第3实施方式中的整流体的立体图。

整流体240被配置成使截面为半圆状的弯曲部240A、240B相对，在弯曲部240A、240B之间形成有缝隙ST。换言之，整流体240与配置成如下这样的结构相同：将第1实施方式所示的管体分割为2个，并使它们产生间隙。通过这样形成缝隙ST，与第2实施方式同样，热的移动变得容易，且成为适当的凹部的高度。此外，也可以设为进一步增加了缝隙个数的结构。

接着，使用图8，对第4实施方式的放电灯进行说明。第4实施方式中，管体的截面形状为多边形。

图8是第4实施方式的放电灯的整流体的立体图。

整流体340由截面为三角形的管体340R构成，管体340R的沿着电极轴向的至少一边被固定在密闭空间侧面。通过这样使截面为三角形，整流体的固定变得容易。此外，关于截面形状，也可以由除了三角形以外的多边形来构成。

关于整流体的设置结构，可以是固定在密闭空间的上表面及底面中的一方、或者设置在双方的结构。该情况下，通过将传热体的流入口、流出口形成在整流体上部，来促进热对流。

整流体相对于密闭空间被同轴地配置，而成为对称的配置构造，但是，也可以相对于电极轴E沿着径向偏移规定距离，只要将整流体配置成使电极轴经过管内，且将整流体构成为限定出管内的内侧区域和管外的外侧区域即可。

关于整流体，可以由除了管体以外的部件构成，还能够由壁厚且中空状的筒体等、在内部沿着电极轴形成流路的中空部件等构成，可以在内部限定并形成多个流路。另外，也可以对应放电灯的设置状态，采用将整流体设置在阴极中、或将整流体设置在两个电极中的结构。

(实施例)

以下，使用图9、10，对实施例进行说明。这里，通过仿真，验证了基于上述式(1)～式(3)的整流体的位置及形状会怎样影响电极前端部的温度及传热体的最大流速。

设定了如下这样的放电灯：将截面为圆形的整流体同轴配置在截面为圆形的密闭空间中，将整流体配置成与密闭空间的上表面和底面之间的距离相等，且将传热体封入在密闭空间内。模拟了密闭空间的直径(密闭容器内侧的直径＝2a)为30mm、阳极的直径(电极外径)为40mm、前端侧壁厚(密闭空间底面与电极前端面之间的电极轴向距离)为10mm、圆筒部的壁厚为5mm、密闭空间高度(b)为35mm的阳极，基于假设功率为14kW的热量，利用计算机进行了前端部温度及最大流速的仿真。

此时，一边改变从电极轴到整流体的电极径向距离L1与密闭容器内侧的半径a(＝15mm)之比L1/a，一边计算了电极前端部温度及最大流速。其中，最大流速表示沿着电极轴上升的传热体的最大流速。

图9是示出了与L1/a对应的电极前端温度及最大流速的变化的图表。

如图9所示，与不存在整流体的情况相比，最大流速从L1/a＝0.33附近开始变大，到0.84附近为止都较大。这样的L1/a的范围与上述式(1)的范围一致。特别是，最大流速维持高等级的范围相当于上述式(2)所示的0.66～0.74。由此可知，具有满足上述式(1)、(2)的密闭空间的电极发挥优异的热输送效果。

另外，一边改变整流体的电极轴向的长度L2与密闭容器的轴向长度b(＝30mm)之比L2/b，一边计算了电极前端部温度及最大流速。其中，配置成使整流体与密闭空间底面之间的距离等于整流体与密闭空间上表面之间的距离。

图10是示出了与L2/b对应的电极前端温度及最大流速的变化的图表。

如图10所示，最大流速从L2/b＝0.50附近开始变大，到0.84附近为止都较大。这样的L2/b的范围与上述式(3)的范围一致。由此可知，具有满足上述式(3)的密闭空间的电极发挥优异的热输送效果。

关于本发明，在不脱离由所附权利要求书定义的本发明的意图以及范围的情况下，可进行各种变更、置换、替代。此外，本发明不旨在限定于说明书所记载的特定实施方式的工艺、装置、制造、结构物、手段、方法以及步骤。只要是本领域技术人员，则应意识到，根据本发明的公开，可导出实质地起到与此处所记载的实施方式发挥的功能相同的功能或实质发挥同等作用和效果的装置、手段、方法。因而，所附的权利要求书旨在包含于这样的装置、手段、方法的范围中。

本申请是以日本申请(日本特愿2013－091235号，2013年4月24日申请)为基础申请而请求优先权的申请，以参照的方式，将包含基础申请的说明书、附图以及权利要求在内的公开内容组合到本申请整体中。

标号说明

10：放电灯；30：阳极；40：整流体；50：密闭空间。

Claims (11)

1.一种放电灯，其特征在于，该放电灯具备：

放电管；以及

一对电极，它们配置在所述放电管内，

至少一个电极具有：

密闭空间，其封入有灯点亮时熔融而对流的传热体；以及

中空状的整流体，其在所述密闭空间内沿着电极轴配置，且具有密闭空间底面侧开口部和密闭空间上表面侧开口部，

所述整流体被配置成使电极轴经过形成于所述密闭空间底面侧开口部与所述密闭空间上表面侧开口部之间的流路。

2.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

所述整流体的密闭空间底面侧开口部和密闭空间上表面侧开口部分别朝向所述密闭空间的底面和上表面。

3.根据权利要求1或2所述的放电灯，其特征在于，

所述整流体的密闭空间底面侧开口部位于比所述密闭空间的沿着电极轴的中心靠所述密闭空间的底面侧的位置处，

所述整流体的密闭空间上表面侧开口部位于比所述密闭空间的沿着电极轴的中心靠所述密闭空间的上表面侧的位置处。

4.根据权利要求1或2所述的放电灯，其特征在于，

所述整流体相对于所述密闭空间被同轴地配置。

5.根据权利要求4所述的放电灯，其特征在于，

所述整流体的外表面与所述密闭空间的侧面之间的沿着径向的距离在整个周向上是相等的。

6.根据权利要求1或2所述的放电灯，其特征在于，

所述密闭空间底面侧开口部与所述密闭空间的底面之间的沿着电极轴向的距离等于所述密闭空间上表面侧开口部与所述密闭空间的上表面之间的沿着电极轴向的距离。

7.根据权利要求5所述的放电灯，其特征在于，

所述整流体被配置成满足下式：

0.33≤L1/a≤0.84，

其中，L1表示从电极轴到整流体的距离，a表示密闭空间内侧的半径。

8.根据权利要求7所述的放电灯，其特征在于，

所述整流体被配置成满足下式：

0.66≤L1/a≤0.74。

9.根据权利要求7所述的放电灯，其特征在于，

所述整流体被配置成满足下式：

0.50≤L2/b≤0.84，

其中，L2表示整流体的长度，b表示密闭空间的轴向的长度。

10.根据权利要求1或2所述的放电灯，其特征在于，

所述整流体在密闭空间上表面附近，具有沿着密闭空间侧面的周向形成的流出口。

11.根据权利要求1或2所述的放电灯，其特征在于，

所述传热体在灯熄灭后，以所述整流体的内侧区域的电极轴向高度比所述整流体的外侧区域低的状态而凝固。