CN105637614A - 放电灯、放电灯用电极、以及放电灯用电极的制造方法 - Google Patents

Abstract

目的在于通过固态接合而成型出接合强度高的电极。在短弧型放电灯中，在阳极(30)内设置密闭空间(50)。并且，将传热体(M)封入密闭空间(50)。阳极(30)是具有形成有凹部(50S)的主体部件(32)和覆盖所述主体部件(32)的盖部件(36)且在所述主体部件(32)与所述盖部件(36)之间夹有环状的中间部件(40)的构造，是通过借助放电等离子烧结(SPS)将主体部件(32)、中间部件(40)、盖部件(36)固态接合而成型的。

Description

放电灯、放电灯用电极、以及放电灯用电极的制造方法

技术领域

本发明涉及曝光装置等中利用的放电灯，尤其涉及在形成在电极内部的密闭空间封入有传热体的电极构造。

背景技术

在放电灯中，公知有在电极内部形成密闭空间并封入具有冷却功能的金属的电极(参照专利文献1)。这里，将由银等热传导率较高、融点比较低的金属构成的传热体密闭在阳极内部。当电极温度因灯点亮而上升时，传热体熔融、液化。由此，在密闭空间内产生热对流，电极前端部的热量被输送到相反侧的电极支承棒侧。

当在电极内部形成密闭空间的情况下，使包含电极前端部的凹部和盖部分成型、接合。作为接合方法能够通过等离子烧结等进行固态接合，使在内部设置有凹部的有底筒状的金属部件和作为盖的金属部件接合，形成电极。在不会降低热传导性、电极强度的情况下通过固态接合进行电极成型(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2011-249027号公报

发明内容

发明要解决的课题

从电极前端部附近上升的传热体非常高温，接合部分被加热。因此，需要进行牢固的接合。然而，当固态接合时的按压压力变强时，主体部因形成有内部空间而容易发生变形。当变形变大时，有可能在密闭空间内表面上产生龟裂，在灯点亮时电极发生破损。

因此，需要构成在固态接合时不会在接合部附近变形且接合强度高的电极。

用于解决课题的手段

本发明的放电灯具有：放电管；以及一对电极，它们配置在放电管内，至少一个电极具有：形成有凹部的部件(这里，称为主体部件)；覆盖主体部件的部件(这里，称为盖部件)；以及夹在主体部件与盖部件之间的环状的部件(这里，称为中间部件)，该至少一个电极是通过将主体部件、中间部件和盖部件固态接合而成型。而且，传热体被封入通过固态接合而形成在电极内部的密闭空间中。

主体部件可以与电极前端面、电极前端部一体，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空间即可，可以形成为筒状。例如，在圆柱状的主体部件中形成同轴的截面圆状的内部空间。盖部件例如与电极支承棒接合。

在本发明中，通过设置环状中间部件，在固态接合时，与直接接合于并不是环状的盖部件的情况相比，应力在整个接合面上均等地施加。因此，能够抑制主体部件的变形。并且，在灯点亮时传热体直接到达盖部件，由此即使设置中间部件，热输送效率也不会降低。

中间部件的孔的尺寸可以任意地设定，可以在实现抑制主体部件的变形、实现传热体的热输送效果的范围中适当设定，例如可以根据主体部件的内部空间的尺寸(直径)而设定为相同程度的尺寸。中间部件的外径、内径可以与主体部件的外径、内径一致，或者也可以不一致。

当考虑提高基于中间部件的固态接合的效果时，不优选中间部件过厚，关于中间部件的径向宽度、中间部件的厚度优选取得平衡。例如，只要将中间部件的径向宽度确定为中间部件的厚度的2倍以下即可。

并且，如果考虑到中间部件能够吸收固态接合时的按压压力，则可以由延展性比主体部件和盖部件中的至少任意一方高的素材形成中间部件。例如，中间部件由钨、钼、钽、铼中的任意一种金属或者将任意一种金属作为主成分的合金构成。

作为通过使沿着电极轴向的应力向电极外侧释放而抑制变形的结构，可以使中间部件的接合面的面积比主体部件的截面积小。例如，可以使中间部件的外径比主体部件的外径小。在该情况下，也可以使中间部件的内径与主体部件的内径一致，可以为其以下的内径。

并且，也可以使中间部件的内径比主体部件的内径大。在该情况下，也可以使中间部件的外径与主体部件的外径一致，可以为其以上的外径。

如果考虑使盖部件与中间部件的固态接合牢固，则可以使盖部件的外径比主体部件的外径小。例如，可以使盖部件的外径与中间部件的外径一致。另一方面，作为得到与上述结构相同的效果结构，也可以使主体部件的接合面的外径比中间部件的外径小。

关于盖部件，如果考虑使中间部件相对于整个电极的轴向相对位置接近内部空间底面侧，则可以在密闭空间侧设置盖凹部。

本发明的其他方式的放电灯用电极的特征在于，具有形成有凹部的主体部件、覆盖主体部件的盖部件、以及夹在主体部件与盖部件之间的环状的中间部件，通过将主体部件、中间部件、盖部件固态接合而成型得到该放电灯用电极，传热体被封入通过固态接合而形成在电极内部的密闭空间。

本发明的其他方式的放电灯用电极的制造方法的特征在于，成型出形成有凹部的主体部件、将主体部件的凹部覆盖的盖部件、环状的中间部件，将传热体放置在主体部件的凹部，并使中间部件夹在主体部件与盖部件之间，将主体部件、中间部件、盖部件固态接合从而成型出电极。

发明效果

根据本发明，能够通过固态接合成型得到接合强度高的电极。

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是阳极的概略性剖视图。

图3是主体部件、中间部件的沿着电极轴垂直方向的剖视图。

图4是将图2的接合部分放大后的剖视图。

图5是第2实施方式的放电灯的阳极的概略性剖视图。

图6是第3实施方式的阳极的概略性剖视图。

图7是第3实施方式的中间部件与主体部件的剖视图。

图8是将图6的接合部分放大后的剖视图。

图9是第4实施方式的接合部分的剖视图。

图10是第5实施方式的阳极的剖视图。

图11是第6实施方式的阳极的剖视图。

图12是示出表示接合面积(中间部件端面面积)相对于主体部件端面的截面积的比例与此时主体部件变形量之间的关系的图表的图。

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是示意性示出作为第1实施方式的短弧型放电灯的俯视图。

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，具有透明的石英玻璃制的放电管(发光管)12。阴极20、阳极30隔开规定间隔相对配置在放电管12中。

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12一体地设置，密封管13A、13B的两端被灯头19A、19B封住。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垂方向配置。

在密封管13A、13B的内部配设有对金属性的阴极20、阳极30进行支承的导电性的电极支承棒17A、17B，其经由金属环(未图示)、钼等金属箔16A、16B而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，封入有水银和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对阴极20、阳极30之间施加电压。当向放电灯10提供电力时，在电极间产生电弧放电，放射水银的亮线(紫外光)。

图2是阳极的概略性剖视图。

阳极30由圆柱状金属部件(以下，称为主体部件)32、与电极支承棒17B接合的筒状金属部件(以下，称为盖部件)36以及夹在主体部件32与盖部件36之间的环状的金属部件(以下，称为中间部件)40构成。

主体部件32是与具有沿着电极轴(灯轴)E的垂直方向的电极前端面30S的圆锥台形状的前端部34一体地连接、且在内部形成有凹部50S的厚壁的有底筒状部件。主体部件32由纯钨(W)所形成的金属或者将钨作为主成分的合金构成。

盖部件36由与主体部件32相同的钨、或者钽、钼等金属成型，以将中间部件40夹在中间的方式覆盖主体部件32，将主体部件32的凹部50S密闭。由此，在阳极内部形成密闭空间50。主体部件32、中间部件40、盖部件36都同轴地配置，主体部件32、盖部件36的沿着关于电极轴向的径向的宽度、即壁厚在接合部附近是恒定的。

环状的中间部件40由钨、钼、钽、铼、铌单质所形成的金属或者将钨、钼、钽、铼、铌中的任意一个作为主成分的合金构成。中间部件40与盖部件36、主体部件32相比极薄。并且，中间部件40与主体部件32、盖部件36或者任意一个相比延展性较高。

在密闭空间50中封入传热体M，该传热体M由融点比主体部件32、中间部件40、盖部件36低的金属(银等)构成，或者将其作为主成分。在灯点亮时，因电极前端部34被加热而使传热体M熔融。主体部件32、盖部件36、中间部件40的融点比传热体M高，且融点比灯点亮时的内部空间底面50B附近的温度(约1800℃)高。

熔融了的传热体M在密闭空间50内进行对流，电极前端部34的热量沿着电极轴E输送到盖部件36侧。由此，阳极30在灯点亮时被冷却。

在内部形成了这样的密闭空间50的阳极30通过依照放电等离子烧结(SPS烧结)方式的固态接合而成型。通过将金属粉末烧结并进行固化而将构成主体部件32、盖部件36、中间部件40的金属部件成型。并且，在向主体部件32的凹部50S放入固化的传热体M之后，通过使用放电等离子烧结(SPS)用的装置，调整过热、加压、加压时间等而将3个金属部件同时接合。

图3是主体部件、中间部件的沿着电极轴垂直方向的剖视图。图4是将图2的接合部分放大后的剖视图。使用图2～4对中间部件的形状进行说明。

像上述那样中间部件40是环状，形成为延展性相对高且薄。这里，将厚度b确定为径向的宽度(壁厚长度)t的1/2以下。当厚度b超过宽度t的1/2时，在固态接合时中间部件40大幅变形，盖部件36与主体部件32的轴会偏移。

并且，中间部件40是并不与盖部件36的端面36S和主体部件32的端面32S整体接触而是与其一部分接触的形状，中间部件40的截面积S2比主体部件32的圆柱状部分的截面积S1小。即，中间部件40的作为接合面的端面40S的面积比主体部件32的作为接合面的端面32S的面积小。

中间部件40的内径d1与主体部件32的内径d2相等，但中间部件40的外径D2比主体部件32的外径D1小。另外，盖部件36的外径D3与主体部件32的外径D1相等。

通过设置这样的中间部件40而将接合强度进一步提高。即，由于中间部件40是环状，在沿着电极轴向的体积比率(尺寸)方面中间部件40最小，因此承担中间部件40作为缓冲材料的作用。因此，防止在固态接合时从盖部件36侧对主体部件32施加较强的应力。

特别是，由于中间部件40的延展性比其他的部件高，因此在固态接合时沿着电极轴向最大程度压缩变形。因此，降低对于主体部件32的固态接合时的压缩应力，抑制主体部件32的变形。这会提高主体部件32、中间部件40、盖部件36的接合部分的接合强度，防止因来自传热体M的热量而从接合部分产生龟裂。

并且，由于中间部件40是环状，因此上升的传热体M的流动直接到达盖部件36的端面36S。因此，不会因中间部件40的配置导致热输送效率降低。

另一方面，中间部件40的截面积比主体部件32的截面积小，仅主体部件32的端面内侧部分与整个中间部件40的端面40S接触。因此，在固态接合时所施加的应力集中于比较小的接触区域，更进一步提高接合强度。

此外，中间部件40的外径D2比主体部件32的外径D1小，主体部件32的端面32S的外侧与中间部件40不接触。因此，在固态接合时，能够使沿着径向的应力向主体部件32的外侧部分释放，能够在主体部件32的形状不变形的情况下形成电极。

另外，中间部件40的截面积S2相对于主体部件32的截面积S1的比例可以确定为40～90％的范围。当比例小于40％时，接合部分的截面积过小而无法牢固地保持主体部件32。并且，当大于90％时，不容易使应力向主体部件32的外侧部分释放。

这样，根据本实施方式，阳极30具有形成了凹部50S的主体部件32、覆盖主体部件的盖部件36以及夹在主体部件与盖部件之间的环状的中间部件40，通过SPS将主体部件32、中间部件40、盖部件36固态接合而将阳极30成型。

另外，也可以采用使中间部件的内径比主体部件的内径小且中间部件向密闭空间侧突出的结构。

接着，使用图5对第2实施方式的放电灯进行说明。在第2实施方式中，作为传热体使用碳纤维。关于除此之外的结构与第1实施方式相同。

图5是第2实施方式的放电灯的阳极的概略性剖视图。

阳极130由主体部件132、中间部件140以及盖部件136构成，由碳纤维束构成的传热体M1配置在密闭空间内。传热体M1从密闭空间150的底面延伸到盖部件136。

接着，使用图6～8对第3实施方式的放电灯进行说明。在第3实施方式中，在盖部件中设置有凹部，并且中间部件位于主体部件的端面外侧。关于除此之外的结构，实质上与第1实施方式相同。

图6是第3实施方式的阳极的概略性剖视图。图7是第3实施方式的中间部件与主体部件的剖视图。图8是将图6的接合部分放大后的剖视图。

阳极230由主体部件232、中间部件240以及盖部件236构成，将传热体M封入密闭空间250内。在盖部件236的密闭空间侧端面236T形成有以中央部为中心而扩展到周围的圆锥形状的凹部237。通过采用这样的形状而使中间部件240在阳极的整个长度上的轴向位置接近内部空间底面侧。即，在不变更内部空间的容积的情况下使主体部件232在轴向上变短，防止因固态接合时的按压压力导致的主体部件232的变形。另外，也可以使凹部237为圆筒形状。

如图7、8所示，中间部件240的截面积S2比主体部件232的截面积S1小。中间部件240的外径D2与主体部件232的外径D1相等，而中间部件240的内径d2比主体部件232的内径d1大。盖部件236的外径D3与主体部件232的外径D1相等。

这样中间部件240与主体部件232的端面外侧部分接触，由此由于在由SPS实现的固态接合时脉冲电流因表皮效果而大量流过电极侧面侧，因此能够提高接合强度。特别是中间部件240的内周面附近的接合强度提高。

并且，中间部件240的内周面位于比主体部件232的内周面靠电极侧面侧的位置，成为接合部分凹陷的形状。由此，传热体M的流动不会直接地影响中间部件240，能够抑制对接合部分的加热。另外，也可以采用使中间部件的外径比主体部件的外径大、中间部件从电极侧面突出这样的结构。

接着，使用图9对第4实施方式的放电灯进行说明。在第4实施方式中，中间部件配置在主体部件端面的中央部。关于除此之外的结构，实质上与第1实施方式相同。

图9是第4实施方式的接合部分的剖视图。

阳极330由主体部件332、中间部件340以及盖部件336构成，将未图示的传热体封入密闭空间350内。中间部件340的外径D2比主体部件332的外径D1小。并且，中间部件340的内径d2比主体部件332的内径d1大。盖部件336的外径D3与主体部件332的外径D1相等。

接着，使用图10对第5实施方式进行说明。在第5实施方式中，主体部件的外径比中间部件的外径大。关于除此之外的结构实质上与第1实施方式相同。

图10是第5实施方式的阳极的剖视图。

阳极430由主体部件432、中间部件440以及盖部件436构成，将传热体M封入密闭空间350内。中间部件440的外径D2、盖部件436的外径D3比主体部件432的外径D1小。

这样在主体部件的接合面上使电极侧面侧为非接触部分，由此能够得到与第1实施方式相同的效果。此外，由于盖部件的外径与中间部件的外径相等，因此盖部件的电极侧面侧部分与中间部件接合，盖部件与中间部件的接合强度提高。

接着，使用图11对第6实施方式进行说明。在第6实施方式中，与第1至第4实施方式不同，主体部件的接合面外径比中间部件的外径小。

图11是第6实施方式的阳极的剖视图。

阳极530由主体部件532、中间部件540以及盖部件536构成，将传热体M封入密闭空间550内。在主体部件532的接合部附近的侧面形成楔533。因此，主体部件532的接合面外径比中间部件540的外径短，在中间部件540的端面上，电极侧面侧端部分不与主体部件532接合。盖部件536的外径与中间部件540的外径相等。

通过这样的结构，能够在固态接合时使应力释放到主体部件侧面附近，能够防止主体部件532的变形。

实施例1

以下，对本发明的实施例1的放电灯进行说明。

放电灯的阳极由主体部件、盖部件以及中间部件构成，该主体部件由纯钨构成，中间部件由包含钨、铼的合金或者钼/钽构成。放电灯是通过SPS将分别准备的主体部件、盖部件、中间部件固态接合而成型的。这里，主体部件的外径、内径、中间部件的外径、内径以如下的方式确定。

主体部外径：主体部内径：

中间部件外径：中间部件内径：

对制造出的阳极进行拉伸试验。作为比较例使用未设置中间部件的以往的放电灯。在以下的表1中示出结果。

【表1】

拉伸强度表示在沿着电极轴向将电极剥离的方向上施加的强度，确认了是否产生750点亮时间经过后的接合部附近的吹破。如表1所示，通过设置中间部件而提高了接合强度。

实施例2

接着，对本发明的实施例2的放电灯进行说明。

实施例2的放电灯的阳极由主体部件、盖部件以及中间部件构成，该主体部件由纯钨构成，该中间部件由包含钨、铼的合金构成。放电灯是通过SPS将分别准备的主体部件、盖部件、中间部件固态接合而成型的。并且，实施例2的阳极像第1实施方式那样，中间部件的外径比主体部件的外径短。这里，主体部件的外径、内径、中间部件的外径、内径以如下的方式确定。

主体部外径：主体部内径：

中间部件外径：中间部件内径：

这里，改变中间部件的外径，并且进行由SPS实现的固态接合而制造阳极，每次测定主体部件的变形量。

图12用图表示出了接合面积(中间部件端面面积)相对于主体部件端面的截面积的比例与此时主体部件变形量之间的关系。如图12所示，中间部件的截面积越小则主体部件的变形量越少。

实施例3

接着，对本发明的实施例3的放电灯进行说明。在实施例3中，通过模拟计算出在将中间部件的位置配置在相当于第1、第3、第4实施方式的位置(内侧、外侧、中央)时施加给主体部件的内表面的应力。以下，在表2中示出其结果。关于用于计算的阳极的模型，主体部件的外径、内径、中间部件的外径、内径以如下的方式确定。

内侧

主体部外径：主体部内径：

中间部件外径：中间部件内径：

外侧

主体部外径：主体部内径：

中间部件外径：中间部件内径：

中央

主体部外径：主体部内径：

中间部件外径：中间部件内径：

【表2】

接合位置	中央	外侧	内侧
				对主体部的应力	1	1.02	0.95

在表2中，将像第3实施方式那样构成中间部件时的应力相对地表示为1。从表2可知，当像第3实施方式那样对中间部件采用内侧配置时，能够降低应力。

关于本发明，在不脱离由所附的权利要求书定义的本发明的意图和范围脱离的情况下可以进行各种各样的变更、取代、代替。此外，在本发明中，不旨在限定于说明书中记载的特定的实施方式的处理、装置、制造、结构物、手段、方法以及步骤。只要是本领域的技术人员就能够意识到，能够根据本发明的公开识别推导出实质上实现与这里所记载的实施方式所具有的功能相同的功能或者实质上实现同等的作用、效果的装置、手段、方法。因此，所附的权利要求书旨在包含在这样的装置、手段、方法的范围中。

本申请是以日本申请(日本特愿2013-197078号、2013年9月24日申请)为基础申请而主张优先权的申请，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；32：主体部件；36：盖部件；40：中间部件。

Claims (13)

1.一种放电灯，其特征在于，

该放电灯具有：

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：形成有凹部的主体部件；覆盖所述主体部件的盖部件；以及夹在所述主体部件与所述盖部件之间的环状的中间部件，该至少一个电极是通过将所述主体部件、所述中间部件和所述盖部件固态接合而成型的，

传热体被封入通过固态接合而形成在电极内部的密闭空间中。

2.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

所述中间部件的接合面的面积比所述主体部件的截面积小。

3.根据权利要求1至2中的任意一项所述的放电灯，其特征在于，

所述中间部件的外径比所述主体部件的外径小。

4.根据权利要求1至2中的任意一项所述的放电灯，其特征在于，

所述中间部件的内径比所述主体部件的内径大。

5.根据权利要求1至2中的任意一项所述的放电灯，其特征在于，

所述盖部件的外径比所述主体部件的外径小。

6.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

所述主体部件的接合面的外径比所述中间部件的外径小。

7.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

所述中间部件的径向宽度是所述中间部件的厚度的2倍以下。

8.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

所述盖部件在所述密闭空间侧具有盖凹部。

9.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

所述中间部件的延展性比所述主体部件和所述盖部件中的至少任意一方高。

10.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

所述中间部件由钨、钼、钽、铼中的任意一种金属或者将任意一种金属作为主成分的合金构成。

11.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

所述中间部件的融点比灯点亮时的电极前端部的温度高。

12.一种放电灯用电极，其特征在于，

该放电灯用电极具有：

形成有凹部的主体部件；

覆盖所述主体部件的盖部件；以及

夹在所述主体部件与所述盖部件之间的环状的中间部件，

该放电灯用电极是通过将所述主体部件、所述中间部件和所述盖部件固态接合而成型的，

传热体被封入通过固态接合而形成在电极内部的密闭空间中。

13.一种放电灯用电极的制造方法，其特征在于，

成型出形成有凹部的主体部件、将所述主体部件的凹部覆盖的盖部件、以及环状的中间部件，

将传热体放置到所述主体部件的凹部中，

使所述中间部件夹在所述主体部件与所述盖部件之间，并将所述主体部件、所述中间部件和所述盖部件固态接合而成型得到电极。