JP2003249191A - Electrode for discharge lamp - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、投影装置の光源や
半導体露光装置の光源に利用されるショートアーク型放
電ランプに組み込まれる放電灯用電極に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a discharge lamp electrode incorporated in a short arc type discharge lamp used as a light source of a projection apparatus or a light source of a semiconductor exposure apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来からプロジェクター等の投影装置の
光源として、あるいは半導体露光装置の光源として発光
管内に一対の電極が配置され、発光管内にキセノンガス
や水銀を封入したショートアーク型放電ランプが知られ
ている。2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a short arc type discharge lamp in which a pair of electrodes are arranged in an arc tube as a light source of a projection apparatus such as a projector or a light source of a semiconductor exposure apparatus, and xenon gas or mercury is sealed in the arc tube. Has been.
【０００３】これらのランプのうち投影装置の光源とし
て利用されるランプでは、輝度を上げるために電極間距
離を短くしたり、入力電力を上げたりしているので、電
極の温度が上がるという問題があった。また、半導体露
光装置の光源として利用されるランプでは、紫外線放射
強度を上げるため封入水銀量を多くし、この多量の水銀
を完全に蒸発させるために入力電力を上げているので、
電極の温度が上がるという問題があった。このように、
電極の温度が上がると、電極が早期に蒸発して発光管の
内壁が黒化し、ランプの使用寿命が短くなる問題があっ
た。Among these lamps, the lamp used as the light source of the projection apparatus has a problem that the electrode temperature rises because the distance between the electrodes is shortened to increase the brightness and the input power is increased. there were. Further, in the lamp used as the light source of the semiconductor exposure apparatus, the amount of enclosed mercury is increased to increase the ultraviolet radiation intensity, and the input power is increased to completely evaporate this large amount of mercury.
There is a problem that the temperature of the electrode rises. in this way,
When the temperature of the electrode rises, there is a problem that the electrode evaporates early and the inner wall of the arc tube is blackened, and the service life of the lamp is shortened.
【０００４】このような電極の蒸発を抑える方法とし
て、電極表面にタングステンの微粒子を焼結した電極が
ある。このような電極では、タングステン微粒子の焼結
層が放熱層になり、電極の温度上昇を抑制することがで
きるものである。このような技術は、特開平９−２３１
９４６号に記載されている。As a method for suppressing the evaporation of such an electrode, there is an electrode in which fine particles of tungsten are sintered on the surface of the electrode. In such an electrode, the sintered layer of the tungsten fine particles serves as a heat dissipation layer, and the temperature rise of the electrode can be suppressed. Such a technique is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-231
No. 946.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
投影装置の光源として利用されるランプでは、なお一
層、輝度を上げるために更に電極間距離を短くしたり、
入力電力を上げたりしている。また、半導体露光装置用
の光源として利用されるランプでは、紫外線放射強度を
なお一層上げるために、入力電力を上げる傾向にあり、
一段と電極温度が上がる傾向になる。つまり、このよう
なランプでは、前述したように、電極表面にタングステ
ンの微粒子を焼結しただけでは、効果的に電極の温度上
昇を抑制することができなくなってきた。However, in recent years,
In the lamp used as the light source of the projection device, the distance between the electrodes is further shortened to further increase the brightness,
The input power is being raised. Further, in a lamp used as a light source for a semiconductor exposure apparatus, the input power tends to be increased in order to further increase the ultraviolet radiation intensity,
The electrode temperature tends to increase further. That is, in such a lamp, as described above, it has become impossible to effectively suppress the temperature rise of the electrode only by sintering the fine particles of tungsten on the electrode surface.
【０００６】そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなさ
れたものであって、電極の温度上昇を確実に抑制できる
放電灯用電極を提供することにある。Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an electrode for a discharge lamp capable of reliably suppressing a temperature rise of the electrode.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の放電灯用電極は、電極となる基体
金属の表面に、高融点金属よりなる微粒子をポーラス状
に焼結した金属ポーラス層を形成し、この金属ポーラス
層に、ハフニウムカーバイトが含浸されていることを特
徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the electrode for a discharge lamp according to claim 1 sinters fine particles of a refractory metal into a porous form on the surface of a base metal serving as an electrode. Is formed, and the metal porous layer is impregnated with hafnium carbide.
【０００８】請求項２に記載の放電灯用電極は、請求項
１に記載の放電灯用電極であって、特に、前記基体金属
が、タングステン、タンタル、モリブデン、もしくは、
それらの混合物であり、前記高融点金属が、タングステ
ン、炭化タングステン、タンタル、炭化タンタル、モリ
ブデン、もしくは、それらの混合物であることを特徴と
する。A discharge lamp electrode according to a second aspect is the discharge lamp electrode according to the first aspect, in which the base metal is tungsten, tantalum, molybdenum, or
It is a mixture thereof, and the refractory metal is tungsten, tungsten carbide, tantalum, tantalum carbide, molybdenum, or a mixture thereof.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下に、図面に基づいて本発明の
実施の形態を具体的に説明する。図１は、本発明の放電
灯用電極を組み込んだショートアーク型キセノン放電ラ
ンプの構造を示す断面図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a short arc type xenon discharge lamp incorporating the discharge lamp electrode of the present invention.
【００１０】石英ガラスよりなる楕円球状の発光管１の
両側に石英ガラスよりなる封止管２が続いて形成され、
発光管１内に一対のタングステン製の陰極３Ａと陽極３
Ｂが配置されている。そして、陰極３Ａと陽極３Ｂを支
持するタングステン製のリード棒４が、それぞれ陰極３
Ａと陽極３Ｂに嵌合し、段継ぎガラス５によってリード
棒４が封止管２に封着されている。Sealing tubes 2 made of quartz glass are continuously formed on both sides of an elliptic arc tube 1 made of quartz glass.
A pair of tungsten cathode 3A and anode 3 are provided in the arc tube 1.
B is arranged. Then, the lead rods 4 made of tungsten supporting the cathode 3A and the anode 3B are respectively attached to the cathode 3
The lead rod 4 is fitted to A and the anode 3B, and the lead rod 4 is sealed to the sealing tube 2 by the step glass 5.
【００１１】６は石英ガラス製の保持用筒体であって、
リード棒４はこの保持用筒体６の貫通孔を貫通してお
り、保持用筒体６と対向する部分の封止管２を縮径させ
て保持用筒体６を封止管２内で固定するものである。そ
して、陰極３Ａと陽極３Ｂの表面には、放熱層７が形成
されている。なお、上記のランプはリード棒４と封止管
２が段継ぎガラス５によって封止されているが、封止構
造に金属箔封止を用いてもよい。Reference numeral 6 is a holding cylinder made of quartz glass,
The lead rod 4 penetrates through the through hole of the holding cylinder 6, and the diameter of the sealing tube 2 in the portion facing the holding cylinder 6 is reduced so that the holding cylinder 6 is sealed inside the sealing tube 2. It is something that is fixed. The heat dissipation layer 7 is formed on the surfaces of the cathode 3A and the anode 3B. In addition, in the above-mentioned lamp, the lead rod 4 and the sealing tube 2 are sealed by the stepped glass 5, but a metal foil sealing may be used for the sealing structure.
【００１２】図２は、電極表面に形成された放熱層７の
説明図であり、陰極３Ａのみについて説明する。なお、
陽極３Ｂに形成される放熱層７は陰極３Ａに形成される
放熱層７と同様であるので、説明は省略する。FIG. 2 is an explanatory view of the heat dissipation layer 7 formed on the electrode surface, and only the cathode 3A will be described. In addition,
Since the heat dissipation layer 7 formed on the anode 3B is the same as the heat dissipation layer 7 formed on the cathode 3A, description thereof will be omitted.
【００１３】陰極３Ａは、タングステンよりなる基体金
属３０の表面に、高融点金属であるタングステンよりな
る微粒子をポーラス状に焼結した金属ポーラス層である
タングステンポーラス層３１が形成されている。このタ
ングステンポーラス層３１は、平均粒径３μｍのタング
ステン微粒子（純度９９．９％）をニトロセルロースお
よび酢酸ブチルを溶剤として混合し、そのタングステン
微粒子が分散した溶液を基体金属３０の表面に筆等を用
いて塗布する。そして塗布面が乾燥した後、２×１０４
Ｐａの真空雰囲気中で２２００℃の温度にて２時間保持
する焼結処理を行い、基体金属３０表面にタングステン
の微粒子よりなるタングステンポーラス層３１を形成す
る。In the cathode 3A, a tungsten porous layer 31, which is a metal porous layer obtained by sintering fine particles of tungsten, which is a refractory metal, into a porous shape is formed on the surface of a base metal 30 made of tungsten. The tungsten porous layer 31 is formed by mixing tungsten fine particles (purity 99.9%) having an average particle diameter of 3 μm with nitrocellulose and butyl acetate as a solvent, and applying a solution in which the tungsten fine particles are dispersed onto the surface of the base metal 30 with a brush or the like. Apply using. After the coated surface is dried, 2 × 10 4
Sintering treatment is performed by holding at a temperature of 2200 ° C. for 2 hours in a vacuum atmosphere of Pa to form a tungsten porous layer 31 made of tungsten fine particles on the surface of the base metal 30.
【００１４】さらに、平均粒径０．５μｍのハフニウム
カーバイト微粒子（純度９９．９％）をニトロセルロー
スおよび酢酸ブチルを溶剤として混合し、そのハフニウ
ムカーバイト微粒子が分散した溶液をタングステンポー
ラス層３１の表面に筆等を用いて塗布する。そして塗布
面が乾燥した後、２×１０４Ｐａの真空雰囲気中で２２
００℃の温度にて２時間保持する焼結処理を行い、タン
グステンポーラス層３１のポーラス部分（空隙部分）
に、ハフニウムカーバイト３２が含浸された状態で焼結
されるものである。Further, hafnium carbide fine particles having an average particle diameter of 0.5 μm (purity 99.9%) are mixed using nitrocellulose and butyl acetate as a solvent, and the solution in which the hafnium carbide fine particles are dispersed is used for forming the tungsten porous layer 31. Apply with a brush or the like on the surface. Then, after the coated surface is dried, it is placed in a vacuum atmosphere of 2 × 10 4 Pa for 22
The porous portion (void portion) of the tungsten porous layer 31 is subjected to a sintering treatment in which it is held at a temperature of 00 ° C. for 2 hours.
And is sintered with the hafnium carbide 32 impregnated therein.
【００１５】つまり、放熱層７とは、タングステンより
なる基体金属３０の表面に、タングステンよりなる微粒
子をポーラス状に焼結したタングステンポーラス層３１
を形成し、このタングステンポーラス層３１に、ハフニ
ウムカーバイト３２を含浸して焼結した層のことであ
る。That is, the heat dissipation layer 7 is a tungsten porous layer 31 obtained by sintering fine particles of tungsten in a porous form on the surface of a base metal 30 made of tungsten.
Is formed, and the tungsten porous layer 31 is impregnated with hafnium carbide 32 and sintered.
【００１６】次に、上記の方法によって作成した今回の
発明の放電灯用電極Ａと、比較のために表面にタングス
テン微粒子の焼結層のみ設けた放電灯用電極Ｂと、なに
も放熱層を設けておらず電極を構成する金属基体が露出
した放電灯用電極Ｃの放射率を測定した。Next, the discharge lamp electrode A of the present invention prepared by the above method, the discharge lamp electrode B having only a sintered layer of tungsten fine particles on the surface for comparison, and the heat dissipation layer The emissivity of the electrode C for discharge lamps in which the metal substrate forming the electrode was exposed was measured.
【００１７】比較のために表面にタングステン微粒子の
焼結層を設けた放電灯用電極Ｂとは、平均粒径３μｍの
タングステン微粒子（純度９９．９％）をニトロセルロ
ースおよび酢酸ブチルを溶剤として混合し、そのタング
ステン微粒子が分散した溶液を基体金属の表面に筆等を
用いて塗布し、塗布面が乾燥した後、２×１０４Ｐａの
真空雰囲気中で２２００℃の温度にて２時間保持する焼
結処理を行ったものである。For comparison, a discharge lamp electrode B having a surface on which a sintered layer of fine tungsten particles is provided is prepared by mixing fine tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm (purity 99.9%) with nitrocellulose and butyl acetate as a solvent. Then, the solution in which the tungsten fine particles are dispersed is applied to the surface of the base metal using a brush or the like, and after the applied surface is dried, it is held at a temperature of 2200 ° C. for 2 hours in a vacuum atmosphere of 2 × 10 4 Pa. It has been sintered.
【００１８】測定結果を下記の表１に示す。The measurement results are shown in Table 1 below.
【００１９】[0019]
【表１】 [Table 1]
【００２０】表１からわかるように、今回の発明の放電
灯用電極Ａは放射率が０．８と最も高く、確実に放熱効
果がでるものである。また、ハフニウムカーバイトは高
融点物質であり、高温となる電極表面に形成しても蒸発
することがなく、この結果、放電現象になんら悪影響を
与えるものではない。さらに、図２に示すように、ハフ
ニウムカーバイト３２は、タングステンポーラス層３１
のポーラス部分（空隙部分）に、潜り込んだ状態で含浸
されて存在しているので、ハフニウムカーバイト３２が
金属基材３０やタングステンポーラス層３１から剥離せ
ず強固に固定されるものである。As can be seen from Table 1, the discharge lamp electrode A of the present invention has the highest emissivity of 0.8, and the heat dissipation effect is surely obtained. Further, hafnium carbide is a high melting point substance and does not evaporate even if it is formed on the electrode surface at a high temperature. As a result, it does not adversely affect the discharge phenomenon. Further, as shown in FIG. 2, the hafnium carbide 32 has a tungsten porous layer 31.
The hafnium carbide 32 is firmly fixed without peeling from the metal base material 30 or the tungsten porous layer 31 because the hafnium carbide 32 is present in the porous portion (void portion) so as to be immersed therein.
【００２１】上記の実施例において、基体金属３０とし
て、タングステンを用いて説明したが、タンタル、モリ
ブデン、もしくは、タングステンを含めたそれらの混合
物であっても良い。要は、放電に悪影響をおよぼさない
高融点の金属であれば良い。また、必要に応じて、基体
金属にトリウム等のエミッター物質や、基体金属を構成
している金属の粒成長を抑制する物質であるカリウム等
を添加しても良い。In the above embodiment, tungsten is used as the base metal 30, but tantalum, molybdenum, or a mixture thereof including tungsten may be used. The point is that any metal having a high melting point that does not adversely affect the discharge may be used. If necessary, an emitter substance such as thorium or potassium, which is a substance that suppresses grain growth of the metal forming the base metal, may be added to the base metal.
【００２２】また、上記の実施例では、金属ポーラス層
３１として、タングステンポーラス層を用いて説明した
が、他の金属ポーラス層として、炭化タングステン、タ
ンタル、炭化タンタル、モリブデン、もしくは、それら
の混合物より高融点金属の微粒子を、タングステンポー
ラス層を製造する方法と同じ方法で、ポーラス状に基体
金属表面上に形成しても良い。In the above embodiments, the tungsten porous layer was used as the metal porous layer 31, but other metal porous layers may be made of tungsten carbide, tantalum, tantalum carbide, molybdenum, or a mixture thereof. Fine particles of refractory metal may be formed in a porous form on the surface of the base metal by the same method as the method for producing the tungsten porous layer.
【００２３】さらには、上記の実施例では、金属ポーラ
ス層にハフニウムカーバイトが含浸されて焼結されてい
るが、焼結せずに、自然乾燥させても良い。Further, in the above embodiment, hafnium carbide is impregnated in the metal porous layer and sintered, but it may be naturally dried without sintering.
【００２４】表２に、本発明の放電灯用電極であって、
基体金属となる金属の違いと、金属ポーラス層となる高
融点金属の違いによる放電灯用電極の放射率を測定した
結果を示す。Table 2 shows the discharge lamp electrodes of the present invention,
The results of measuring the emissivity of the discharge lamp electrode due to the difference in the metal serving as the base metal and the difference in the refractory metal forming the metal porous layer are shown.
【００２５】[0025]
【表２】 [Table 2]
【００２６】表２からわかるように、本発明の放電灯用
電極の放射率は０．８であり、上述した表１に示す比較
用の従来の放電灯用電極の放射率、具体的には、放電灯
用電極Ｂの放射率０．６、放電灯用電極Ｃの放射率０．
４３よりも、明らかに高い放射率を有するものである。As can be seen from Table 2, the emissivity of the discharge lamp electrode of the present invention is 0.8, and the emissivity of the comparative conventional discharge lamp electrode shown in Table 1 above, specifically, , The emissivity of the discharge lamp electrode B is 0.6, and the emissivity of the discharge lamp electrode C is 0.
It has a significantly higher emissivity than 43.
【００２７】次に、図１に示すショートアーク型キセノ
ン放電ランプに電極として、上記放電灯用電極Ａ、放電
灯用電極Ｂ、放電灯用電極Ｃを陰極と陽極の双方に用い
た、本発明の放電灯用電極を用いたランプＡ、比較用の
放電灯電極を用いたランプＢ、Ｃを作成して、照度維持
率の経時変化を調べる実験を行った。全てのランプの仕
様は表２の通りである。Next, according to the present invention, the electrodes A for discharge lamps, the electrodes B for discharge lamps, and the electrodes C for discharge lamps were used as electrodes for the short arc type xenon discharge lamp shown in FIG. The lamp A using the discharge lamp electrode and the lamps B and C using the comparative discharge lamp electrode were prepared, and an experiment for examining the temporal change of the illuminance maintenance rate was conducted. Table 2 shows the specifications of all lamps.
【００２８】[0028]
【表３】 [Table 3]
【００２９】照度維持率の経時変化の結果を図３に示
す。グラフａは本発明の放電灯用電極Ａを用いたランプ
Ａのデータであり、グラフｂは比較用の放電灯用電極Ｂ
を用いたランプＢのデータであり、グラフｃは比較用の
放電灯用電極Ｃを用いたランプＣのデータである。図３
からわかるように、本発明の放電灯用電極Ａを用いたラ
ンプＡは、点灯後、１０００時間を経過した時点であっ
ても照度維持率が８０％と高い値を維持しているのに対
し、比較用の放電灯用電極Ｂを用いたランプＢでは、点
灯後１０００時間を経過した時点での照度維持率は６０
％であり、比較用の放電灯用電極Ｃを用いたランプＣで
は、点灯後１０００時間を経過した時点での照度維持率
が３０％と低い値となっている。FIG. 3 shows the results of changes with time in the illuminance maintenance rate. Graph a is data of a lamp A using the discharge lamp electrode A of the present invention, and graph b is a comparative discharge lamp electrode B.
Is the data of the lamp B using C, and the graph c is the data of the lamp C using the comparative discharge lamp electrode C. Figure 3
As can be seen from the figure, the lamp A using the discharge lamp electrode A of the present invention has a high illuminance maintenance rate of 80% even after 1000 hours have passed after lighting. In the lamp B using the electrode B for the discharge lamp for comparison, the illuminance maintenance factor at the time of 1000 hours after lighting was 60.
%, And in the lamp C using the comparative discharge lamp electrode C, the illuminance maintenance rate is as low as 30% after 1000 hours have passed after lighting.
【００３０】この結果からわかるように、本発明の放電
灯用電極Ａは、確実に電極に蓄積される熱を放熱するこ
とができ、電極の温度上昇を抑制して電極の蒸発を抑制
でき、発光管の黒化による照度維持率の低下を防止でき
ていることが図３のデータから理解することができる。As can be seen from these results, the discharge lamp electrode A of the present invention can surely radiate the heat accumulated in the electrode, suppress the temperature rise of the electrode, and suppress the evaporation of the electrode. It can be understood from the data in FIG. 3 that the deterioration of the illuminance maintenance rate due to the blackening of the arc tube can be prevented.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の放電灯用
電極によれば、確実に電極に蓄積される熱を放熱するこ
とができ、電極の温度上昇を抑制して電極の蒸発を防止
することができる。さらに、このような放電灯用電極を
用いたランプは、電極の蒸発による発光管の黒化を防止
でき、照度維持率の低下を防止でき、長寿命のランプと
なる。As described above, according to the discharge lamp electrode of the present invention, the heat accumulated in the electrode can be surely radiated, the temperature rise of the electrode can be suppressed, and the evaporation of the electrode can be prevented. can do. Further, a lamp using such a discharge lamp electrode can prevent blackening of the arc tube due to evaporation of the electrode, prevent deterioration of the illuminance maintenance rate, and have a long life.
【図１】本発明の放電灯用電極を用いたショートアーク
型放電ランプの構造を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a short arc type discharge lamp using an electrode for a discharge lamp of the present invention.
【図２】本発明の放電灯用電極の拡大断面である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a discharge lamp electrode of the present invention.
【図３】本発明の放電電極を用いたランプと比較用の放
電電極を用いたランプの照度維持率データ図である。FIG. 3 is an illuminance maintenance rate data diagram of a lamp using a discharge electrode of the present invention and a lamp using a comparative discharge electrode.
１ 発光管 ２ 封止管 ３Ａ 陰極 ３Ｂ 陽極 ４ リード棒 ５ 段継ぎガラス ６ 保持用筒体 1 arc tube 2 Sealed tube 3A cathode 3B anode 4 lead rod 5 step glass 6 Holding cylinder
Claims (2)
属よりなる微粒子をポーラス状に焼結した金属ポーラス
層を形成し、この金属ポーラス層に、ハフニウムカーバ
イトが含浸されていることを特徴とする放電灯用電極。1. A metal porous layer obtained by sintering fine particles of a refractory metal into a porous shape is formed on the surface of a base metal serving as an electrode, and the metal porous layer is impregnated with hafnium carbide. Characteristic discharge lamp electrode.
ル、モリブデン、もしくは、それらの混合物であり、 前記高融点金属が、タングステン、炭化タングステン、
タンタル、炭化タンタル、モリブデン、もしくは、それ
らの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の放
電灯用電極。2. The base metal is tungsten, tantalum, molybdenum, or a mixture thereof, and the refractory metal is tungsten, tungsten carbide,
The electrode for a discharge lamp according to claim 1, which is tantalum, tantalum carbide, molybdenum, or a mixture thereof.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009152047A (en) * | 2007-12-20 | 2009-07-09 | Ushio Inc | Discharge lamp |
| JP2016024998A (en) * | 2014-07-22 | 2016-02-08 | 江東電気株式会社 | Mercury lamp |
| CN106756169A (en) * | 2011-12-20 | 2017-05-31 | 株式会社东芝 | Tungsten alloy and the tungsten alloy part using the tungsten alloy, discharge lamp, transmitting tube and magnetron |
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- 2002-02-26 JP JP2002049779A patent/JP2003249191A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050510 |