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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektrodenkörper oder ein Modul zur Verwendung in einer Hochdruck-Entladungslampe sowie eine Hochdruck-Entladungslampe unter Verwendung eines solchen Elektrodenmoduls oder solcher Elektrodenmodule. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Elektrodenmodul zur Verwendung in einer Hochdruck-Entladungslampe, die als Lichtquelle in einem Bestrahlungsverfahren verwendet wird, welches beispielsweise bei der Herstellung eines Halbleiters oder eines Flüssigkristalls verwendet wird, in einer Lichtquelle für einen Projektor, der zur Projektion verwendet wird, oder einer Lichtquelle in einer Analysevorrichtung.
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STAND DER TECHNIK
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Die Hochdruck-Entladungslampe umfasst eine lichtemittierende Röhre und ein Paar Elektroden, die sich in der lichtemittierenden Röhre gegenüberliegen, wobei der Abstand zwischen den freien Enden der beiden Elektroden kurz ist und die Hochdruck-Entladungslampe einer Punktlichtquelle ähnelt. Die Hochdruck-Entladungslampe wird demnach zusammen mit einem optischen System verwendet und dient als Lichtquelle einer Bestrahlungsvorrichtung oder eines Projektors.
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Ein Beispiel einer solchen Hochdruck-Entladungslampe ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. SHO 60-79659 (Patentliteratur-Dokument 1) veröffentlicht. 9 zeigt die Hochdruck-Entladungslampe dieses Standes der Technik. Eine lichtemittierende Röhre 10 der Hochdruck-Entladungslampe hat einen lichtemittierenden Abschnitt 11, der in einer grundsätzlich kugelförmigen Form ausgebildet und im Zentrum positioniert ist, sowie Siegelabschnitte 12, die an gegenüberliegenden Enden des lichtemittierenden Abschnitts 11 ausgebildet sind. Im lichtemittierenden Abschnitt 11 sind eine Kathode 21 und eine Anode 31, die beide aus Wolfram oder ähnlichem hergestellt sein können, so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen. Eine lichtemittierende Substanz wie Quecksilber oder Xenon ist in einem lichtemittierenden Raum S des lichtemittierenden Abschnitts 11 eingesiegelt. Kerndrähte 22 und 23, die an die Katode 21 bzw. Anode 31 angeschlossen sind, sind in die Siegelabschnitte 12 und 12 mit einer Metallfolie (nicht gezeigt) oder einer Struktur (nicht gezeigt) eingesiegelt, die aus Materialien mit geringfügig unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gefertigt ist und die die lichtemittierende Röhre und den Kerndraht verbindet.
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Wenn die Lampe Licht emittiert, fließt ein elektrischer Strom zwischen den beiden Elektroden und die Temperatur der Elektroden wird durch die Abstrahlung von Plasma und Widerstandsheizung extrem hoch. Insbesondere wird die Temperatur der Anode sehr hoch, nämlich 2000 °C oder mehr. Es ist daher notwendig, dass die Anode aus einem Metall mit geringerem Dampfdruck bei hoher Temperatur gefertigt ist und eine große thermische Kapazität besitzt, um die Temperaturerhöhung der Anode zu unterdrücken. Beispielsweise ist, wie in 9B gezeigt, die zu verwendende Anode vollständig aus Wolfram gefertigt.
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Ein Elektrodenmodul 30 wird gefertigt, indem ein Kerndraht-Einschubloch 33 am hinteren Ende der Elektrode 31 hergestellt, der Kerndraht 32 in das Einschubloch 33 eingeschoben und darin fixiert wird. Der Unterschied zwischen dem Innendurchmesser des Kerndraht-Einschublochs der Elektrode und des Außendurchmessers des Kerndrahts ist also extrem klein ausgelegt, um zu verhindern, dass der Kerndraht herausfällt. Entsprechend kann das Einschieben des Kerndrahts schwierig sein oder der Kerndraht kann nicht bis zu der gewünschten Tiefe eingeschoben werden aufgrund der Herstellungstoleranz des Kerndrahts und des Kerndraht-Einschublochs, insbesondere der Herstellungstoleranz des Kerndraht-Einschublochs, und aufgrund der Verschiebung zwischen der Mittelposition des Kerndrahts und der Mittelposition des Kerndraht-Einschublochs während des Einschiebevorgangs des Kerndrahtes. Auch kann, wenn eine größere Kraft zum Einpressen während des Einschiebevorgangs angewendet wird, eine übermäßige Belastung auf das Ende des Kerndraht-Einschublochs wirken, und dies würde Schäden wie Absplitterung und Sprünge verursachen.
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LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
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PATENTLITERATUR-DOKUMENTE
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Patentliteratur-Dokument 1: japanische Patentveröffentlichung Nr. SHO 60-79659
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
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Angesichts der vorstehend beschriebenen Probleme der herkömmlichen Technologien ist es eine von der vorliegenden Erfindung zu lösende Aufgabe, ein Elektrodenmodul und eine Hochdruck-Entladungslampe unter dessen Verwendung anzugeben, wobei das Elektrodenmodul eine Elektrode und einen Kerndraht umfasst, der in ein Kerndraht-Einschubloch der Elektrode eingeschoben ist und so ausgebildet ist, dass der Kerndraht, wenn der Kerndraht in das Kerndraht-Einschubloch der Elektrode eingeschoben wird, leicht eingeschoben wird, wodurch das Auftreten von Absplitterung und Sprüngen im Kerndraht-Einschubloch vermieden wird.
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LÖSUNG DER AUFGABEN
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Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, ist das erfindungsgemäße Elektrodenmodul dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht geringer Reibung auf der inneren Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs der Elektrode und/oder des Außenumfangs des eingeschobenen Abschnitts des Kerndrahts vorgesehen ist.
Die Schicht geringer Reibung kann eine carbonisierte Schicht sein.
Die Schicht geringer Reibung kann eine nitrierte Schicht sein.
Der Reibungskoeffizient der Schicht geringer Reibung kann 0,2 bis 0,35 betragen, wenn ausgewertet mit einem Kugel-auf-Scheibe-Reibungstest.
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Die Schicht geringer Reibung kann unterbrochen auf der inneren Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs der Elektrode und/oder dem Außenumfang des eingeschobenen Abschnitts des Kerndraht vorgesehen sein. Die Schicht geringer Reibung kann auf der Außenoberfläche des Kerndrahts so vorgesehen sein, dass sich die Schicht geringer Reibung über einen größeren Bereich erstreckt als der eingeschobene Abschnitt des Kerndrahts. Der vordere Endabschnitt des Kerndrahts kann angeschrägt sein. Ein Leerraum kann zwischen dem vorderen Endabschnitt des Kerndrahts und dem Boden des Kerndraht-Einschublochs verbleiben. Eine Metallfolie kann in der Lücke zwischen dem Kerndraht und dem Kerndraht-Einschubloch der Elektrode angeordnet sein.
Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls eine Hochdruck-Entladungslampe bereit, die Siegelabschnitte an gegenüberliegenden Enden eines lichtemittierenden Abschnitts aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Schicht geringer Reibung auf einer Innenoberfläche eines Kerndraht-Einschublochs einer Elektrode und/oder einem Außenumfang eines eingeschobenen Abschnitts des Kerndrahts vorgesehen ist.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Im erfindungsgemäßen Elektrodenmodul und der das Elektrodenmodul verwendenden Hochdruck-Entladungslampe ist die Schicht geringer Reibung auf der Innenoberfläche des Kerndraht-Einschublochs der Elektrode und/oder dem Außenumfang des eingeschobenen Abschnitts des Kerndrahts vorgesehen. Deshalb läuft das Einschieben des Kerndrahts sehr glatt ab und die Arbeitseffizienz verbessert sich. Außerdem treten Absplitterung und Sprünge des Kerndraht-Einschublochs nicht auf.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Satz von Querschnittsansichten eines Elektrodenmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
- 2 ist eine Querschnittsansicht gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- 3 ist eine Querschnittsansicht gemäß einer dritten Ausführungsform.
- 4 ist eine Querschnittsansicht gemäß einer vierten Ausführungsform.
- 5A ist eine Querschnittsansicht gemäß einer fünften Ausführungsform, und 5B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X in 5A.
- 6 ist eine Querschnittsansicht gemäß einer sechsten Ausführungsform.
- 7 ist eine Querschnittsansicht gemäß einer siebten Ausführungsform.
- 8 ist eine Querschnittsansicht gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- 9A ist eine allgemeine Ansicht einer Hochdruck-Entladungslampe und ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Elektrodenmoduls.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist ein Satz von Querschnittsansichten einer ersten Ausführungsform. Konkret ist 1A eine laterale Querschnittsansicht und 1B eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1A. In 1 umfasst ein Elektrodenkörper oder Modul 1 eine Elektrode 2 und einen Kerndraht 4, der in ein Kerndraht-Einschubloch 3 eingeschoben ist, das an einem rückseitigen Ende der Elektrode 2 ausgebildet ist. Eine Schicht 5 geringer Reibung ist auf einer inneren Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs 3 ausgebildet. Die Schicht 5 geringer Reibung ist aus einer carbonisierten Verbindung wie Wolframcarbid, einer nitrierten Verbindung wie Wolframnitrid oder ähnlichem hergestellt.
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Ein beispielhaftes Verfahren der Herstellung der Schicht 5 mit geringer Reibung auf der inneren Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs 3 ist die folgende. In diesem Beispiel ist eine carbonisierte Schicht als Schicht 5 geringer Reibung gebildet. Ein Wolframcarbid, welches eine carbonisierte Verbindung von Wolfram ist, wird verwendet. Ein organisches Bindemittel wie Nitrocellulose (Cellulosenitrat) wird in Butylacetat geschmolzen, um eine gemischte Lösung herzustellen, und Kohlenstoffpulver wird der gemischten Lösung zugefügt, um eine Lösung herzustellen, die Kohlenstoff enthält. Alternativ kann eine Indientinte (schwarze Tinte) verwendet werden. Diese Lösung wird auf die innere Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs mit einem Schreibpinsel oder Malpinsel oder durch Sprühen aufgetragen. Alternativ kann die Lösung in das Kerndraht-Einschubloch gefüllt werden, und der überflüssige Anteil der Lösung kann später entfernt werden, um die Lösung in geeigneter Art aufzubringen. Nachdem die aufgebrachte Lösung getrocknet ist, wird die Elektrode auf eine Temperatur zwischen 1500 und 1800 °C in einem Vakuum-Hochtemperatur-Ofen erhitzt, und die Temperatur wird für etwa 30 Minuten zum Sintern aufrechterhalten. So wird die Schicht 5 mit geringer Reibung auf der inneren Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs 3 gebildet.
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Der Reibungskoeffizient der Schicht geringer Reibung, welche aus einem Metallcarbid entsprechend der vorstehend beschriebenen Methode hergestellt wurde, beträgt zwischen 0,2 und 0,35, wenn mit einem Kugel-auf-Scheibe-Reibungstest ermittelt. Wenn man dies mit der Tatsache vergleicht, dass der Reibungskoeffizient eines Wolfram metalls, welches die Carbidschicht (Schicht geringer Reibung) nicht enthält, ungefähr 0,5 ist, ist der Reibungskoeffizient der Schicht geringer Reibung ungefähr auf die Hälfte oder weniger reduziert.
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Wenn das Material geringer Reibung der Schicht 5 geringer Reibung einen Nitridschicht ist und Wolframnitrid, welches eine Nitridverbindung von Wolfram ist, verwendet wird, wird die Elektrode in einer Ammoniak oder Stickstoff enthaltenden Atmosphäre platziert und erhitzt. Dies verursacht Stickstoff, in die Oberfläche einzudringen und eine Verbindung zu bilden. Während dieses Prozesses können die Bereiche, die nicht nitriert werden sollen, d. h., die vom Kerndraht-Einschubloch 3 verschiedenen Abschnitte, maskiert werden, und nur die innere Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs 3 kann die aus Wolframnitrid wie WN oder WN2 hergestellte Schicht 5 mit geringer Reibung erhalten.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform, und der vordere Abschnitt 4a des Kerndrahts 4 ist angeschrägt, sodass das Einschieben in das Kerndraht-Einschubloch 3 der Elektrode 2 leichter wird. Alternativ kann, wie in 3 gezeigt, der Kerndraht 4 nicht von der Gesamtheit des Kerndraht-Einschublochs 3 aufgenommen sein, d. h., der Kerndraht 4 muss den Boden des Kerndraht-Einschublochs nicht erreichen. In anderen Worten kann ein Leerraum S am vorderen Ende des Kerndrahts 4 erhalten bleiben, wenn der Kerndraht in das Kerndraht-Einschubloch eingeschoben wird. In diesem Fall kann die Schicht 5 mit geringer Reibung auf der inneren Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs 3 nur in dem Bereich ausgebildet sein, der den Kerndraht 4 aufnimmt, oder kann, unter Berücksichtigung der Einfachheit der Arbeit der Herstellung der Schicht mit geringer Reibung, auf der gesamten inneren Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs 3 gebildet werden.
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In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Schicht 5 mit geringer Reibung kontinuierlich in Umfangsrichtung der inneren Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs 3 gebildet. Im Unterschied dazu ist in einer vierten Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, die Schicht mit geringer Reibung intermittierend in der Umfangsrichtung der inneren Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs gebildet.
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In einer fünften, in 5 gezeigten Ausführungsform kann alternativ die Schicht 5 mit geringer Reibung in der Axialrichtung des Kerndraht-Einschublochs 3 intermittierend gebildet sein. Die Schicht mit geringer Reibung ist auf der inneren Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs gebildet.
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Obwohl in jeder der ersten Ausführungsform bis zur fünften Ausführungsform die Schicht 5 mit geringer Reibung auf der inneren Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs 3 gebildet ist, ist in einer sechsten Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, eine Schicht 6 geringer Reibung auf dem Kerndraht 4 gebildet. Die Schicht 6 geringer Reibung ist auf der Außenoberfläche des vorderen Endabschnitts des Kerndrahts 4 gebildet, d. h., demjenigen Abschnitt, welcher im Kerndraht-Einschubloch aufgenommen wird. Es ist anzumerken, dass der Bereich, in dem die Schicht 6 geringer Reibung gebildet ist, nicht exakt mit dem aufgenommenen Abschnitt des Kerndrahts 4 übereinstimmen muss, d. h., wie in 6 gezeigt, kann der Bereich, in dem die Schicht 6 mit geringer Reibung gebildet ist, etwas größer sein als der aufgenommene Abschnitt des Kerndrahts. Das Verfahren der Ausbildung der Schicht 6 mit geringer Reibung auf dem Kerndraht 4 kann ähnlich dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Verfahren sein. Konkret kann die Kohlenstoff enthaltende Lösung auf dem vorderen Endabschnitt des Kerndrahts 4 mittels eines Schreibpinsels oder Malpinsels oder durch Sprühen aufgebracht werden. Alternativ wird der vordere Endabschnitt des Kerndrahts 4 in die Lösung eingetaucht und hochgezogen, um die Lösung auf dem vorderen Endabschnitt des Kerndrahts aufzubringen. Die Lösung wird dann getrocknet und erhitzt, um die Schicht mit geringer Reibung zu erzeugen.
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Es ist anzumerken, dass die Schicht 6 mit geringer Reibung in Umfangsrichtung des Kerndrahts oder in axialer Richtung des Kerndrahts intermittierend gebildet werden kann, wie in 4 und 5 gezeigt, wenn die Schicht 6 geringer Reibung auf der Außenoberfläche des Kerndrahts 4 in dem im Kerndraht-Einschubloch aufgenommenen Abschnitt, wie in 6 gezeigt, gebildet wird.
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Alternativ können die Schichten 5 und 6 mit geringer Reibung im Kerndraht-Einschubloch 3 und auf dem Kerndraht ausgebildet sein. Dieses Beispiel ist in 7 als siebte Ausführungsform gezeigt. Konkret ist die Schicht 5 mit geringer Reibung auf der inneren Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs 3 der Elektrode 2 ausgebildet und die Schicht 6 mit geringer Reibung auf der Außenoberfläche des vorderen Endabschnitts des Kerndrahts 4. Die Schicht 6 mit geringer Reibung ist auf dem Abschnitt ausgebildet, der im Kerndraht-Einschubloch aufgenommen ist.
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8 stellt eine achte Ausführungsform dar. Eine Metallfolie 7 ist in einer Lücke zwischen dem Kerndraht 4 und dem Kerndraht-Einschubloch 3 angeordnet. Die Metallfolie 7 ist um den vorderen Endabschnitt des Kerndrahts 4 gewickelt, und der Kerndraht 4 ist in das Kerndraht-Einschubloch 3 eingepresst. Die Metallfolie 7 ist aus einem Metall mit einem hohen Schmelzpunkt wie Mo oder Ta hergestellt. Die Dicke der Metallfolie 7 beträgt beispielsweise ungefähr 0,15 mm. Bei einer solchen Ausbildung ist zwischen dem Kerndraht 4 und dem Kerndraht-Einschubloch 3 kein Zwischenraum vorhanden, und es wird eine sichere Fixierung erreicht.
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Das die vorstehend beschriebene Struktur aufweisende Elektrodenmodul kann für jede oder für eine der Anode und der Kathode der Hochdruckentladungslampe mit Siegelabschnitten an gegenüberliegenden Enden des lichtemittierenden Abschnitts verwendet werden.
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Wie vorstehend beschrieben, richten sich die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf ein Elektrodenmodul, das die Elektrode und den in dem Kerndraht-Einschubloch der Elektrode aufgenommenen Kerndraht aufweist, und auf eine Hochdruckentladungslampe unter Verwendung eines solchen Elektrodenmoduls oder solcher Elektrodenmodule. Da eine Schicht geringer Reibung auf der inneren Oberfläche des Kerndraht-Einschublochs der Elektrode und/oder einem Außenumfang desjenigen Abschnitts des Kerndrahts, der im Kerndraht-Einschubloch aufgenommen wird, ausgebildet ist, läuft die Arbeit des Einschiebens des Kerndrahts in das Kerndraht-Einschubloch der Elektrode glatt ab und es wirkt keine unnötige oder übermäßige Belastung auf die Elektrode ein. Es ist daher möglich, Unfälle wie ein Zerbrechen o. ä. zu vermeiden.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Elektrodenmodul
- 2:
- Elektrode
- 3:
- Kerndraht-Einschubloch
- 4:
- Kerndraht
- 4a:
- angeschrägter Abschnitt des vorderen Bereichs
- 5, 6:
- Schicht geringer Reibung
- 7:
- Metallfolie
- S:
- Leerraum
