JP2009252468A - 放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 密閉空間１２内に伝熱体１３が封入された電極における基体部２０と蓋部３０との溶接部１４の溶接強度を高いものとし、所望の輸送効果が達成される高出力の放電ランプを提供すること。
【解決手段】 放電容器１の内部に当該放電容器１の管軸方向において対向するように一対の電極が配置され、前記電極の一方が、基体部２０と蓋部３０とが溶接されることにより形成された密閉空間１２の内部に、基体部２０を構成する金属よりも融点が低い金属からなる伝熱体１３が封入されて構成される放電ランプにおいて、伝熱体１３として封入する金属の大気圧における沸点をＴ_ｂ（℃）としたとき、伝熱体１３の常温時における封入量Ｍ（体積％）が Ｍ＜０．０４１Ｔ_ｂ−７．５ の関係を有することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、放電ランプに関する。特に、投影露光装置、光化学反応装置などの光源として用いられるショートアーク型放電ランプに関する。

従来から放電ランプとしては種々のものが知られているが、発光管内に水銀が封入された放電ランプは、波長３６５ｎｍのｉ線や、波長４３５ｎｍのｇ線を放出する発光特性を有することから、例えば半導体ウェハ、液晶基板などの露光処理に用いられる露光装置用の光源として使用されている。このような放電ランプは、露光処理を高い処理効率で実行できるよう、高出力化が強く要求されている。

放電ランプを高出力のものとするためには、通常、定格電力を大きくすることが行われるが、この場合には、通常、定格電流も大きくなる。その結果、特に、直流点灯される放電ランプにおける陽極は、これに衝突する電子の量が多くなるために容易に高い温度となって溶解してしまう、という問題が生じる。
また、一対の電極が垂直方向に対向する姿勢で点灯される放電ランプにおいては、発光管内の熱対流などの影響を受けることも加わり、上方に位置する電極が、アークからの熱によって高温となって溶解に至る場合もある。

そして、電極の先端部分が溶解した場合には、アークが不安定になるばかりでなく、蒸発した電極を構成する物質が発光管の内壁に付着することにより、放電ランプから放射される光量が低下する、という問題が生ずる。

このような問題を解決する手段として、特開２００４−２６５６６３公報に示す技術が知られている。放電ランプの電極の内部に形成された内部空間内に、電極を構成する金属より融点の低い金属からなる伝熱体を封入した構造を有する電極が示されている。
図１に示すように、放電ランプは、略球状の発光管２と、発光管２の両端に連続して形成された封止管３とからなる放電容器１を備えており、放電容器１の内部に、いずれもタングステンよりなる陽極４および陰極５よりなる一対の電極４、５が互いに対向して配置されている。

陽極４は、図４に示されているように、有底円筒状の基体部２０の内部空間内に、蓋部３０における円柱状の嵌入部３２が嵌入された状態で、基体部側フランジ部２３と、蓋部側フランジ部３１とが互いに当接され、周方向の全体にわたって溶接されて構成されている。このように構成することにより、陽極４の内部に密閉空間１２が形成される。密閉空間１２内には、陽極４を構成するタングステンより融点が低い金属からなる伝熱体１３が封入されている。

上記のような構成の陽極４を備える放電ランプによれば、点灯時において陽極４の内部に封入された伝熱体１３が溶融して液体状となって密閉空間１２内で対流することによって、陽極４の鉛直方向下方側に位置する電極先端部１１の近傍に蓄積された熱が、陽極４の内部リード６側に向けて高い効率で輸送される。これより、陽極４の先端部が過熱状態になることが防止され、電極先端部１１が溶解することがない。
特開２００４−２６５６６３公報

しかしながら、上記のような構成の陽極４を備える放電ランプにおいては、放電ランプの製造時における基体部２０と蓋部３０との溶接部１４の溶接強度が低く、陽極４の内部空間が密閉されていないという不具合が生じることがあった。溶接強度が低く、陽極４の内部空間が密閉されない場合には、放電ランプの点灯時に伝熱体１３が密閉空間１２から漏れ出して発光管２の内壁に付着することにより、放電ランプから放射される光量が低下することや、伝熱体１３の封入量が減少して目的とする輸送効果が得られなくなるという問題がある。

本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであって、密閉空間内に伝熱体が封入された電極における基体部と蓋部との溶接部の溶接強度を高いものとし、所望の輸送効果が達成される高出力の放電ランプを提供することを目的とする。

本願第１の発明は、放電容器の内部に当該放電容器の管軸方向において対向するように一対の電極が配置され、前記電極の一方が、基体部と蓋部とが溶接されることにより形成された密閉空間の内部に、前記基体部を構成する金属よりも融点が低い金属からなる伝熱体が封入されて構成される放電ランプにおいて、前記伝熱体として封入する金属の大気圧における沸点をＴ_ｂ（℃）としたとき、前記伝熱体の常温時における封入量Ｍ（体積％）が Ｍ＜０．０４１Ｔ_ｂ−７．５ の関係を有することを特徴とする。
また、本願第２の発明は、本願第１の発明において、前記伝熱体の常温時における封入量Ｍ（体積％）は９０体積％以下であることを特徴とする。

本願第１の発明に係る放電ランプによれば、陽極の密閉空間に伝熱体が封入されていることにより、点灯時に密閉空間において対流が発生するので、電極先端部の近傍に蓄積された熱が効率的に熱輸送される。これにより、電極先端部が過熱状態となることが防止され、陽極が溶融する問題を回避して、所望の輸送効果が達成される高出力の放電ランプを提供することができる。
また、伝熱体の常温時における封入量Ｍ（体積％）をＭ＜０．０４１Ｔ_ｂ−７．５の範囲とすることにより、溶接のために加熱する際に、伝熱体が相当に高温となることを防げる。したがって、溶接時に伝熱体が過熱状態となって飛散することや、気体状態となることを防止し、溶接部に伝熱体が入り込むことがなく、溶接部を高い溶接強度で気密に封止することができる。

本願第２の発明に係る放電ランプによれば、伝熱体の常温時における封入量Ｍ（体積％）を９０体積％以下とすることによって、溶接の熱により伝熱体が溶融しても、陽極の内部空間から漏れ出すことを防止し、溶接部に溶融した伝熱体が挟まれて、溶接強度が低くなることを抑制する。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。
放電ランプは、例えば石英ガラスなどの光透過性材料よりなり、概略球状の発光管２とその両端に連続して外方に伸びる封止管３とを有する放電容器１を備え、放電容器１の内部には、各々例えばタングステン（Ｗ）からなる陽極４および陰極５が放電容器１の管軸方向において対向配置されている。放電ランプは、放電容器１の管軸が地面に対して垂直方向に支持されて点灯される、いわゆる垂直点灯型の放電ランプである。放電容器１の内部空間には、発光物質または始動補助用のガスとしての水銀およびバッファガスがそれぞれ所定の封入量で封入されている。バッファガスとしては、例えばキセノンガスが封入される。水銀の封入量は、例えば１〜７０ｍｇ／ｃｍ^３の範囲内、例えば２２ｍｇ／ｃｍ^３とされ、キセノンガスの封入量は例えば０．０５〜０．５ＭＰａの範囲内、例えば０．１ＭＰａとされる。

放電容器１内には、陽極４または陰極５が先端に固定された内部リード６が封止管３内をその管軸に沿って伸びるよう配設されている。陽極４が上に、陰極５が下に配置され、すなわち、陽極４は、陰極５と対向する電極先端部１１が下方に位置する状態となっている。陽極４および陰極５は、いずれも高融点金属からなるものとされ、具体的には、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、タンタル（Ｔａ）などの融点が約３０００℃以上となる金属により構成される。これらの金属の中でも特にタングステン（Ｗ）が好ましい。
内部リード６の他端部は、封止管３内に配設された、例えば石英ガラスよりなる略円柱状のガラス部材７に支持されている。また、放電容器１の外部に導出、すなわち封止管３の外端より外方に突出して伸びるよう設けられた外部リード８の一端部がガラス部材７に支持されている。

ガラス部材７の外周面には、互いに周方向に離間して、複数枚例えば６枚の帯状の金属箔９が放電ランプの管軸方向に沿って互いに平行に配設されている。各々の金属箔９の一端が内部リード６に電気的に接続され、他端が外部リード８に電気的に接続される。そして、放電容器１における封止管３とガラス部材７とが金属箔９を介して溶着されて気密シール構造が形成されている。保持用筒体１０は、内部リード６が挿通された状態でこれを支持する例えば石英ガラス製の筒状の内部リード支持部材であって、放電容器１における封止管３と溶着されている。

この放電ランプにおいて、図示を省略した点灯電源によって陽極４および陰極５の電極間に高電圧例えば２０ｋＶが印加されることにより、電極間で絶縁破壊が生じて、それに続いて放電アークが形成され、例えば波長３６５ｎｍのｉ線や波長４３５ｎｍのｇ線を含む光が放射される。

図２は、放電ランプの陽極４の説明用断面図である。
陽極４は、基体部２０と蓋部３０とが嵌合されて溶接されることにより形成された密閉空間１２の内部に伝熱体１３が気密に封入されて構成されている。陽極４の先端側に基体部２０が配置され、陽極４の内部リード６側に蓋部３０が配置される。基体部２０は、蓋部３０に対向する端面に開口２１を有し、電極先端部１１に底面２２を有する有底筒状に形成されている。蓋部３０は、円錐台形の蓋部側フランジ部３１の中央から突出するように円柱状の嵌入部３２が形成されている。

陽極４は、中心軸方向の長さＬが３０〜１３０ｍｍであり、径方向の直径Ｒが２０〜５０ｍｍとなる範囲に形成される。基体部２０は、有底筒状に形成され、胴部２５の厚みは４〜１０ｍｍであり、底面２２の厚みは４〜１０ｍｍであり、内部空間が設けられている。電極先端部１１にテーパ面が形成され、先細り形状となっている。

基体部２０は、開口２１に基体部側フランジ部２３が形成されている。基体部側フランジ部２３は、開口２１に形成された径方向に平坦なリング状の基体部側突合せ面２３ａと、基体部側突合せ面２３ａの外周縁から基体部２０の側面に接続する基体部側斜面２３ｂとを有している。基体部２０には、基体部側フランジ部２３に連接して縮径部２４が形成されているので、基体部側フランジ部２３は径方向外方に突出するように設けられているが、基体部側フランジ部２３の外径ｒが基体部２０の胴部２５の外径Ｒより小さくなるように形成することができる。

蓋部３０は蓋部側フランジ部３１と嵌入部３２とにより構成される。蓋部側フランジ部３１が円錐台形状に形成され、嵌入部３２が円柱状に形成されている。蓋部側フランジ部３１の外径ｑが、基体部側フランジ部２３の外径ｒにほぼ一致するように形成されており、嵌入部３２の外径Ｑが、基体部２０の内径Ｓより小さくなるように形成されている。基体部側フランジ部２３の基体部２０と対向する下面は、径方向に平坦なリング状の蓋部側突合せ面３１ａとなっている。蓋部側突合せ面３１ａの外周縁から径方向内側に伸びる蓋部側斜面３１ｂが形成されているので、蓋部側フランジ部３１は内部リード６側が縮径した円錐台形状となっている。

基体部２０の基体部側突合せ面２３ａと蓋部３０の蓋部側突合せ面３１ａとが溶着されて、陽極４の内部に密閉空間１２が形成される。密閉空間１２には、伝熱体１３が封入されている。また、密閉空間１２における伝熱体１３が占める領域以外の空間を、ガス空間１５と呼ぶ。

蓋部３０には、蓋部側フランジ部３１の内部リード側にあたる上端面３４から、嵌入部３２の電極先端側にあたる下端面３５まで貫通する、陽極４の中心軸に沿って伸びるガス導入孔３６が形成されている。ガス導入孔３６によって、陽極外部と密閉空間１２内とを通じる流路が形成されている。ただし、ガス導入孔３６の上端面３４側の開口は加熱溶融されて封止されている。
また、蓋部３０の蓋部側フランジ部３１の中央には、上端面３４に開口２１を有する内部リード用孔３３が形成されている。この内部リード用孔３３に内部リード６が圧入されて、陽極４と内部リード６とが接続される。
なお、本発明の陽極４の構成は、図２に示す陽極４に限られず、適宜変更可能である。例えば、図４に示す陽極４のように、溶接部１４を、側面の外周ではなく、上端面３４に用いる場合にも適用できる。

上記の陽極４は下記のような方法によって製造される。
先ず、タングステンからなる円柱状部材に対し切削加工を施すことにより、基体部２０および蓋部３０を作製する。この基体部２０の内部空間内に伝熱体１３を充填する。伝熱体１３としては、陽極４を構成する金属に比較して低い融点を有する金属が用いられる。例えば、陽極４をタングステン（Ｗ）により構成した場合には、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）などが伝熱体１３として用いられ、特に銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）または金（Ａｕ）が良好であり、特に好ましくは銀（Ａｇ）である。

次に、基体部２０の開口２１に蓋部３０の嵌入部３２を挿入し、基体部側突合せ面２３ａと蓋部側突合せ面３１ａとを当接させ、基体部側フランジ部２３と蓋部側フランジ部３１との重なり部分を外側から加熱して溶接する。基体部側フランジ部２３と蓋部側フランジ部３１との外周縁部をその全周にわたって溶接し、環状の溶接部１４が形成される。溶接方法は、例えば、アーク溶接やレーザ溶接が用いられる。

基体部２０と蓋部３０からなる陽極４をタングステン（Ｗ）により構成した場合には、溶接部１４をタングステンの融点である３３６７℃以上に加熱して溶着させなければならない。基体部側フランジ部２３と蓋部側フランジ部３１との重なり部分は、外側から加熱されて溶接部１４の温度が上昇されるが、溶接部１４に蓄積された熱は基体部側フランジ部２３から基体部２０全体に伝わり、さらには、伝熱体１３にも熱伝導される。伝熱体１３の沸点は、タングステン（Ｗ）の融点より低く、３０００℃以下であり、亜鉛（Ｚｎ）に至っては９０６℃である。したがって、基体部２０と蓋部３０とを溶接する際に、伝熱体１３が溶融することや、さらには沸騰して蒸発する恐れがある。

伝熱体１３が相当に高温になって溶融した状態になると、液体状の伝熱体１３の内部に含まれる気泡が上昇して表面で弾け飛ぶことによって、飛散した伝熱体飛沫が基体部２０と蓋部３０との溶接部１４付近に付着することがある。伝熱体１３がさらに高温になって気体状態になると、溶接部１４の加熱の際に伝熱体１３を構成する金属の発光色が観測される。このような場合には、基体部２０と蓋部３０との間に伝熱体１３が入り込んだ状態で溶接されることになる。伝熱体１３の融点は、陽極４を構成する金属の融点より低いため、伝熱体１３が入り込んだ状態で溶接された溶接部１４には、内部空間と外部空間とが貫通した孔が生じ、気密に封止できない場合があることがわかった。

また、溶融または気化した伝熱体１３がガス導入孔３６に流入し、その内部に位置したままの状態で溶接工程の終了後に固化することによって、ガス導入孔３６を閉塞してしまうこともある。このような場合には、ガス導入孔３６を用いて密閉空間１２内に希ガスを導入することができなくなる。

したがって、溶接部１４を気密に封止し、かつ、ガス導入孔３６を閉塞しないためには、溶接のために加熱する際に、伝熱体１３が相当に高温となることを防止すればよいと考えられる。基体部２０と蓋部３０との溶接部１４と、伝熱体１３が充填されている領域を十分に離せば、溶接のために加熱することによって伝熱体１３に伝わる熱量を低減することができ、伝熱体１３が過熱状態となることを防止できる。

一方、放電ランプの点灯時に、伝熱体１３が溶融して陽極４の密閉空間１２の内部において対流が発生することにより、電極先端部１１の近傍に蓄積された熱が効率的に熱輸送されることを目的としているので、伝熱体１３の封入量は多ければ多いほど好ましい。しかし、上記の通り、基体部２０と蓋部３０との間に伝熱体１３が入り込まない状態で溶接して、密閉封止しなければならない。なお、伝熱体１３として封入する金属の沸点が高ければ、ある程度の熱が伝熱体１３に伝わっても、伝熱体１３が飛散することや気化することが抑制される。

したがって、伝熱体１３として封入する金属の沸点に応じて伝熱体１３の封入量を調整して、溶接する際に伝熱体１３が過熱状態となることを防止する。具体的には、伝熱体１３として封入する金属の大気圧における沸点をＴ_ｂ（℃）としたとき、密閉空間１２の体積に対して、伝熱体１３の常温時における封入量Ｍ（体積％）は以下の範囲であることを要する。
Ｍ＜０．０４１Ｔ_ｂ−７．５
ただし、伝熱体１３の常温時における封入量Ｍ（体積％）とは、陽極４の全体積から、基体部２０の体積と蓋部３０の体積とを除いた密閉空間１２の体積に対する、伝熱体１３の占める体積を、割合（体積％）で示したものである。

また、伝熱体１３として封入する金属の大気圧における沸点Ｔ_ｂ（℃）は、例えば、伝熱体１３を銅（Ｃｕ）により構成したときは２５８０℃となり、伝熱体１３を錫（Ｓｎ）により構成したときは２２７０℃となり、伝熱体１３を銀（Ａｇ）により構成したときは２１８４℃となり、伝熱体１３をインジウム（Ｉｎ）により構成したときは２０００℃となり、伝熱体１３を亜鉛（Ｚｎ）により構成したときは９０６℃となる。

伝熱体１３として混合物を用いた場合には、溶媒中に溶質が溶かし込まれることによって沸点上昇し、伝熱体１３の大気圧における沸点Ｔ_ｂ（℃）が上がる。希薄溶体の大気圧における沸点Ｔ_ｂ（℃）は、溶質の材料に関係なく与えられ、寺尾光身監訳「材料の物理化学」丸善などの記載を参考にして求められる。例えば、亜鉛（Ｚｎ）の溶媒中に銅（Ｃｕ）を溶質として２０ｍｏｌ％添加された亜鉛（Ｚｎ）と銅（Ｃｕ）の混合物の大気圧における沸点Ｔ_ｂ（℃）は、９２９℃と導出され、亜鉛（Ｚｎ）の大気圧における沸点Ｔ_ｂ（℃）の９０６℃に比べて、沸点が２３℃上がる。

また、伝熱体１３の常温時における封入量Ｍ（体積％）は、９０体積％以下であることも必要である。陽極４の基体部２０と蓋部３０とを溶接するために加熱すると、溶接部１４だけでなく、密閉空間１２の内部に封入される伝熱体１３にも熱が伝わる。伝熱体１３は全体の平均温度はそれほど高くならないが、溶接部１４の近傍の温度は高くなる。したがって、基体部２０と蓋部３０との溶接加熱時に、伝熱体１３が溶融して熱膨張することがある。

伝熱体１３の封入量Ｍ（体積％）が大きいときには、溶接部１４のすぐ傍まで伝熱体１３が占めるので、溶接の熱が伝熱体１３に伝わりやすく、また、伝熱体１３がわずかに熱膨張しただけでも、密閉空間１２内に収まらず、溶融した伝熱体１３がこぼれ落ちてしまう。溶接部１４となる基体部側フランジ部２３と蓋部側フランジ部３１との間に、溶融した伝熱体１３が挟まれることになり、陽極４の内部空間が密閉することができない。したがって、伝熱体１３として封入する金属の大気圧における沸点Ｔ_ｂ（℃）が十分に高くても、伝熱体１３の封入量Ｍを１００体積％とすることはできない。溶接の熱による伝熱体１３が溶融して漏れ出すことのないようにするために、伝熱体１３の常温時における封入量Ｍ（体積％）は９０体積％以下にしなければならない。

溶着工程が完了し、基体部２０と蓋部３０が溶着されて密閉空間１２が形成された陽極４には、蓋部３０に形成されたガス導入孔３６を介して密閉空間１２内に希ガスを導入して、ガス空間１５が所定の圧力となるようにされる。陽極４の密閉空間１２の内容積に対して伝熱体１３が５０％以上封入されている場合には、ガス空間１５に希ガスが１気圧以上封入され、これにより、伝熱体１３と密閉空間１２の内表面との界面において気泡の発生が防止される。また、密閉空間１２の内容積に対して伝熱体１３の封入量が少ない場合には、ガス空間１５を大気圧よりも低い圧力状態とすることにより、伝熱体１３の沸騰を促進させ、沸騰伝達による熱輸送効果が向上された状態とされている。そして、希ガスの封入完了後、ガス導入孔３６の開口を加熱溶融させて封止し、蓋部３０に形成された内部リード用孔３３内に内部リード６の一端部が押圧手段によって圧入される。

以上のような構成の放電ランプによれば、陽極４がその密閉空間１２内に熱輸送体である伝熱体１３が封入されていることにより、電極先端部１１の過熱を防止することができる。放電ランプの点灯時に、伝熱体１３が溶融して陽極４の密閉空間１２の内部において対流が発生することにより、電極先端部１１の熱が蓋部３０側に輸送されるので、電極先端部１１の近傍に蓄積された熱が効率的に熱輸送される。これにより、電極先端部１１が過熱状態となることが防止され、陽極４が溶融する問題を回避して、所望の輸送効果が達成される高出力の放電ランプを提供することができる。
また、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）および金（Ａｕ）は、いずれも、タングステン（Ｗ）と合金を形成するものではないので、陽極４の密閉空間１２内において溶融しても安定状態にあり、熱輸送体として機能する。

このように、陽極４を構成する金属に比較して低い融点を有する伝熱体１３を、陽極４の密閉空間１２内に封入することにより、電極先端部１１が過熱状態となることを防止することができるため、放電ランプの電流を増大させても、陽極４が溶融することを防止できる。したがって、放電ランプに大きな電流を流すことが可能となり、放電ランプの大出力化が達成される。

また、伝熱体１３として封入する金属の大気圧における沸点をＴ_ｂ（℃）としたとき、伝熱体１３の常温時における封入量Ｍ（体積％）がＭ＜０．０４１Ｔ_ｂ−７．５の範囲であれば、溶接のために加熱する際に、伝熱体１３が相当に高温となることを防げる。
このように、伝熱体１３として封入する金属の沸点に応じて伝熱体１３の封入量を調整すれば、基体部２０と蓋部３０とを溶接する際に伝熱体１３が過熱状態となって飛散することや、気体状態となることを防止できる。したがって、基体部２０と蓋部３０との間に伝熱体１３が入り込むことがなく、溶接部１４を高い溶接強度で気密に封止することができ、かつ、伝熱体１３がガス導入孔３６を閉塞することがない。

続いて、本発明の実施例について説明する。
〔実験例１〕
上記した製造方法によって図２に示す電極構造を有する陽極を製作し、溶接部が密閉封止されているか否か調べた。
陽極の構成は下記の通りである。
＜仕様＞
・陽極 材質：タングステン、軸方向長さ：５５ｍｍ、胴部外径：２９ｍｍ、密閉空間：９１００ｍｍ^３
・内部リード棒 材質：タングステン、外径：６ｍｍ

伝熱体の材質として、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）を用いた場合に、密閉空間の体積に対して伝熱体の封入量を２０体積％〜９０体積％とした陽極を実験対象とした。

陽極の基体部の内部空間内に伝熱体を充填し、基体部側突合せ面と蓋部側突合せ面とを当接させ、基体部側フランジ部と蓋部側フランジ部との重なり部分を外側から加熱してアーク溶接した。アーク中に伝熱体を構成する金属の発光色が観測されたとき、溶接部に伝熱体が入り込んで密閉封止できなかった。このように、アーク中に伝熱体を構成する金属の発光色が観測されたときを×とし、観測されなかったときを○とした。

図３は上記実験の結果を示す。
縦軸は伝熱体の常温時における封入量（体積％）を示し、横軸は伝熱体として封入する金属の大気圧における沸点（℃）を表している。各伝熱体の材料に対して、実験結果をプロットした。
伝熱体として銅（Ｃｕ）を用いた場合には、沸点が２５８０℃であり、封入量を９０体積％以下とすれば溶接部を密閉封止できた。
伝熱体として錫（Ｓｎ）を用いた場合には、沸点が２２７０℃であり、封入量を８５体積％以下とすれば溶接部を密閉封止できた。
伝熱体として銀（Ａｇ）を用いた場合には、沸点が２１８４℃であり、封入量を８０体積％以下とすれば溶接部を密閉封止できた。
伝熱体としてインジウム（Ｉｎ）を用いた場合には、沸点が２０００℃であり、封入量を７５体積％以下とすれば溶接部を密閉封止できた。
伝熱体として亜鉛（Ｚｎ）を用いた場合には、沸点が９０６℃であり、封入量を２５体積％以下とすれば溶接部を密閉封止できた。
伝熱体として亜鉛（Ｚｎ）に銅（Ｃｕ）を２０ｍｏｌ％添加した混合物を用いた場合には、沸点が９２９℃と導出され、封入量を３０体積％以下とすれば溶接部を密閉封止できた。

実験の結果、伝熱体として封入する金属の大気圧における沸点をＴ_ｂ（℃）としたとき、伝熱体の常温時における封入量Ｍ（体積％）が以下の範囲であれば、溶接部を密着封止できることがわかった。
Ｍ＜０．０４１Ｔ_ｂ−７．５

〔実験例２〕
実験例１に比べて陽極の寸法を大きくしたものを用いて、実験例１と同様に溶接部が密閉封止されているか否か調べた。具体的には、陽極の仕様として、胴部外径を２９ｍｍから３５ｍｍに変更したものを測定対象とした。ただし、伝熱体の材質は銀のみを対象とした。
陽極の構成は下記の通りである。
＜仕様＞
・陽極 材質：タングステン、軸方向長さ：７０ｍｍ、胴部外径：３５ｍｍ、密閉空間：１５０００ｍｍ^３
・内部リード棒 材質：タングステン、外径：６ｍｍ
・伝熱体 材質：銀
密閉空間の体積に対する伝熱体の封入量を７５体積％〜９０体積％とした陽極を実験対象とした。実験例１と同様に、アーク中に伝熱体を構成する金属の発光色が観測されたときを×とし、観測されなかったときを○とした。

実験結果を以下の表に示す。

封入量を８０体積％以下とすれば溶接部を密閉封止できた。
また、実験例１の結果に示すように、実施例１に用いた仕様の陽極に、伝熱体として銀を封入したときも、封入量を８０体積％以下とすれば溶接部を密閉封止できた。実施例２において用いた陽極は、実施例１において用いた陽極の寸法を大きくしたものであるが、どちらも実際の放電ランプの陽極として用いられる大きさのものである。
実験の結果より、陽極の寸法は、発光管の内部に配置して陽極として使用され得る範囲内であれば、寸法に変更を加えても、溶接部を密閉封止できる伝熱体の封入量の上限に変わりはないことがわかった。
また、今回アーク溶接で実験を行ったが、レーザ溶接の場合も、基体部側フランジ部と蓋部側フランジ部を溶融させて溶接するので、伝熱体封入量は溶接方法にかかわらず、同様の結果が得られる。

本発明の放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図 本発明の放電ランプの陽極の説明用断面図 本発明の実験の結果 従来の放電ランプの陽極の説明用断面図

符号の説明

１ 放電容器
４ 陽極
１１ 電極先端部
１２ 密閉空間
１３ 伝熱体
１４ 溶接部
２０ 基体部
３０ 蓋部

Claims (2)

1. 放電容器の内部に当該放電容器の管軸方向において対向するように一対の電極が配置され、前記電極の一方が、基体部と蓋部とが溶接されることにより形成された密閉空間の内部に、前記基体部を構成する金属よりも融点が低い金属からなる伝熱体が封入されて構成される放電ランプにおいて、
   前記伝熱体として封入する金属の大気圧における沸点をＴ_ｂ（℃）としたとき、前記伝熱体の常温時における封入量Ｍ（体積％）が
   Ｍ＜０．０４１Ｔ_ｂ−７．５
   の関係を有することを特徴とする放電ランプ。
2. 前記伝熱体の常温時における封入量Ｍ（体積％）は９０体積％以下であることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。

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