JP2016115644A - Short arc type discharge lamp - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ショートアーク型放電ランプに関するものであり、特に、電極本体の密閉空間に伝熱体が封入された電極を有するショートアーク型放電ランプに係わるものである。 The present invention relates to a short arc type discharge lamp, and more particularly to a short arc type discharge lamp having an electrode in which a heat transfer body is sealed in a sealed space of an electrode body.
従来、半導体基板、液晶ディスプレイ用の液晶基板、プリント基板などを露光する露光装置の紫外線照射光源として用いられるショートアーク型放電ランプにおいては、その大出力化が進んでいて、定格消費電力が大きいランプが用いられるようになってきている。 Conventionally, in a short arc type discharge lamp used as an ultraviolet irradiation light source of an exposure apparatus that exposes a semiconductor substrate, a liquid crystal substrate for a liquid crystal display, a printed circuit board, etc., the output of the short arc type discharge lamp is increasing, and the rated power consumption is large. Has come to be used.
このような定格消費電力の大きなランプに用いられる電極として、熱伝達率がよく、電極先端の温度上昇を抑制して電極先端の溶融や蒸発を抑えようとしたものが開発されてきている。例えば、特開2012−28168号公報(特許文献1)に開示されるように、本体内部に溶融伝熱体が封入された電極構造をもったショートアーク型放電ランプが提案されている。
このショートアーク型放電ランプにおいては、電極本体に形成した密閉内部空間に、電極材料よりも熱伝達率が高く、ランプ点灯時に溶融する伝熱体が封入された電極を用いるものである。
As an electrode used for such a lamp having a large rated power consumption, an electrode has been developed which has a good heat transfer coefficient and suppresses temperature rise at the electrode tip to suppress melting and evaporation of the electrode tip. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-28168 (Patent Document 1), a short arc type discharge lamp having an electrode structure in which a molten heat transfer body is enclosed inside a main body has been proposed.
In this short arc type discharge lamp, an electrode in which a heat transfer coefficient higher than that of an electrode material and which melts when the lamp is lit is enclosed in a sealed internal space formed in the electrode body.
この従来技術を図5、6に基づいて説明すると以下の通りである。
図5において、発光管2内に対向配置された一対の電極3、4を有するショートアーク型放電ランプ1が示されており、その電極のうちの少なくとも一方の電極(この例では陽極)4の電極本体41は、図6に示されるように、容器部材42と蓋部材43とからなり、その内部には密閉空間44が形成されている。
そして、該密閉空間44には、電極4を構成する材料、例えばタングステンよりも熱伝導率が高く、ランプ点灯時に溶融する材料、例えば、金、銀などからなる伝熱体Mが封入されている。
この伝熱体Mは、ランプ点灯時に溶融して、密閉空間44内で対流し、電極本体41の先端の熱を後端側に伝達することによって、電極本体41の軸方向での温度勾配を減少し、その結果、先端の温度を下げることができるものであって、これにより、電極先端の溶融や蒸発を抑えるという効果を期待しているものである。
This prior art will be described below with reference to FIGS.
FIG. 5 shows a short
The sealed
The heat transfer body M melts when the lamp is turned on, convects in the sealed
ところで、この種の電極4では内部の密閉空間44に銀などの伝熱体Mを封入するために、電極本体41を容器部材42と蓋部材43とに分けて構成し、これらを接合する前に伝熱体Mを密閉空間44内に封入している。
伝熱体Mを封入した後は、容器部材42に蓋部材43を嵌入し、予めそれぞれに形成した溶接用突起部42a,43aを溶接することにより電極内部空間44を密閉するものである。
図6に示すように、この電極は容器部材42および蓋部材43の外周面に径方向に突出する突起42a,43aを備えている。この突起42a,43aは一方が平坦面となっており、容器部材42の上端面と蓋部材43の下端面とを当接させると、突起42a,43aの先端がほぼ一致するように、山状に先端が尖った形状となっている。
このように突起形状とする理由は、突き合わせた突起42a,43aの部分は熱容量が小さくなるので、溶接がしやすいためである。
By the way, in this kind of
After the heat transfer body M is sealed, the
As shown in FIG. 6, the electrode includes
The reason why the protrusions are formed in this way is that the portions of the
しかしながら、電極の密閉手段として溶接を行うために溶接用突起を形成することは、その分だけ製造工程が複雑となり、費用が嵩み経済的に不利である。特に容器部材側の突起は、その構造が複雑であり切削もかなり難しいという問題がある。更には、突起自体が脆く、些細な衝突でも先端部が欠けてしまうといった不具合もある。 However, forming a welding projection for welding as an electrode sealing means complicates the manufacturing process and increases the cost and is economically disadvantageous. In particular, the protrusion on the container member side has a problem that its structure is complicated and cutting is quite difficult. Furthermore, the projection itself is fragile, and there is also a problem that the tip portion is lost even in a slight collision.
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、電極の密閉空間に伝熱体が封入されてなるショートアーク型放電ランプおよび該放電ランプ用電極の製造方法において、比較的に簡単な方法で電極内部に伝熱体を封入することのできる構造の電極を備えたショートアーク型放電ランプを提供するとともに、その電極を容易に製造できる製造方法を提供するものである。 In view of the above-described problems of the prior art, the present invention provides a relatively simple method in a short arc type discharge lamp in which a heat transfer body is sealed in an electrode sealed space and a method of manufacturing the discharge lamp electrode. The present invention provides a short arc type discharge lamp having an electrode having a structure capable of enclosing a heat transfer body inside the electrode, and a manufacturing method capable of easily manufacturing the electrode.
上記課題を解決するために、この発明では、前記電極は有底筒状の容器部材と、蓋部材とから構成され、前記容器部材の筒状側壁の上端面と、前記蓋部材の下端面とが拡散接合されていて、接合された前記容器部材と前記蓋部材により密閉空間が形成され、該密閉空間に伝熱体が封入されていることを特徴とする。
また、前記容器部材及び前記蓋部材はタングステンよりなるとともに、前記容器部材は円筒状であって、該容器部材の円筒状側壁の内半径rと、外半径Rが、
r/R≦0.80、但し、14(mm)≦R≦25(mm)
の関係にあることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, in the present invention, the electrode includes a bottomed cylindrical container member and a lid member, and an upper end surface of the cylindrical side wall of the container member, a lower end surface of the lid member, Are sealed by diffusion, a sealed space is formed by the joined container member and the lid member, and a heat transfer body is sealed in the sealed space.
The container member and the lid member are made of tungsten, and the container member is cylindrical, and an inner radius r and an outer radius R of the cylindrical side wall of the container member are
r / R ≦ 0.80, provided that 14 (mm) ≦ R ≦ 25 (mm)
It is characterized by having the relationship.
また、電極の内部密閉空間に伝熱体が封入された放電ランプ用電極の製造方法において、有底筒状の容器材料及び蓋材料に平面状の接合面を形成する工程と、前記容器材料の内部に伝熱体を挿入する工程と、前記容器材料の接合面と、前記蓋材料の接合面とを当接させて、該接合面の垂直方向から圧力をかけ、前記容器材料と前記蓋材料を加熱することにより、両者を拡散接合させる工程と、拡散接合された前記容器材料と前記蓋材料とを切削加工して電極形状とする工程と、からなることを特徴とする。 Further, in a method for manufacturing an electrode for a discharge lamp in which a heat transfer body is sealed in an internal sealed space of the electrode, a step of forming a planar joining surface on a bottomed cylindrical container material and a lid material; A step of inserting a heat transfer body inside, a joining surface of the container material, and a joining surface of the lid material are brought into contact with each other, and pressure is applied from a direction perpendicular to the joining surface, so that the container material and the lid material It is characterized by comprising: a step of diffusion bonding the two by heating and a step of cutting the diffusion-bonded container material and the lid material into an electrode shape.
本発明によれば、電極を構成する筒状容器部材と蓋部材とが拡散接合されているので、従来のような溶接接合の場合に必要とされた容器部材と蓋部材における溶接用突起の形成という煩雑な作業が必要ではなくなり、単純に平面同士を拡散接合すればよく、作業効率が向上する。
また、容器部材と蓋部材を拡散接合後に切削加工して電極形状とするので、一体化されたひとつの部材を加工すればよく、従来のように、容器部材と蓋部材を別々に加工するという手間が大幅に簡略化される。
また、溶接用突起部が脆くて、先端部が欠けやすいという心配も解消される。
According to the present invention, since the cylindrical container member constituting the electrode and the lid member are diffusion-bonded, the formation of the welding projection on the container member and the lid member required in the case of conventional welding joint This eliminates the need for such a complicated work and simply diffuses and joins the flat surfaces to improve work efficiency.
Further, since the container member and the lid member are cut and processed into an electrode shape after diffusion bonding, it is only necessary to process one integrated member, and the container member and the lid member are processed separately as in the past. The effort is greatly simplified.
Further, the concern that the welding projection is fragile and the tip portion is easily chipped is also eliminated.
図1はこの発明の放電ランプ用の電極構造を示す断面図である。
図1において、電極4は、共にタングステンなどの高融点材料からなる有底筒状の容器部材6と蓋部材7とからなる電極本体5を有し、該電極本体5内には密閉空間8が形成されている。そして、この密閉空間8内には、タングステンなどの電極材料よりも熱伝導率の高い伝熱体Mが封入されている。この伝熱体Mは、例えば金や銀などの金属からなり、電極材料よりも融点が低く、ランプ点灯時には密閉空間8内で溶融する。好適には、容器部材6は円筒状であって、蓋部材7は円板状である。
前記電極本体5を構成する容器部材6と蓋部材7とは、容器部材6の上端面と蓋部材7の下端面とで拡散接合により接合されている。
そして、前記蓋部材7の上部には電極芯線9が挿入固定されている。
FIG. 1 is a sectional view showing an electrode structure for a discharge lamp according to the present invention.
In FIG. 1, an
The
An
この電極の製造方法を図2に基づいて説明する。
図2(A)に示すように、タングステンなどからなる有底円筒状の容器材料6xの開口上端面6aを研磨して接合面とするとともに、同様にタングステンなどからなる円板状の蓋材料7xの下端面7aを研磨して接合面とする。接合面を研磨することにより、強い接合強度が得られる。
前記容器材料6xには上端に開口する円柱状の空隙8が形成されていて、容器材料6xと蓋材料7xが接合されたとき密閉空間を形成する。
次いで、図2(B)に示すように、容器材料6の空隙8内に固体状態の銀などの伝熱体Mを挿入する。
A method for manufacturing this electrode will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2A, the opening
The
Next, as shown in FIG. 2B, a heat transfer body M such as solid silver is inserted into the
次いで、図2(C)に示すように、容器材料6xの開口上端面に蓋材料7xを重ねてこれを閉じる。そして、容器材料6xと蓋材料7xの上下を、カーボンブロック11,11を介在させて加圧電極12,12により挟む。これを真空雰囲気中で、上下の加圧電極12,12により所定の圧力をかけた状態で通電加熱する。この拡散接合処理における、圧力は、例えば20〜50MPaであり、加熱温度は1400〜2200℃であって、処理時間は1〜20minである。
これにより、容器材料6xの上端面と蓋材料7xの下端面とが拡散接合される。
Next, as shown in FIG. 2 (C), the
Thereby, the upper end surface of the
次いで、図2(D)に示すように、拡散接合された容器材料6xと蓋材料7xとをそれぞれ所定の切削線Sに沿って切削加工して最終的な電極形状とする。これにより、図1に示すような、内部の密閉空間8に伝熱体Mが封入された電極本体5が形成される。
この拡散接合により構成された電極の利点としては、従来の溶接接合の場合には、電極本体の外周面から径方向に向かって浅い範囲でしか接合できないのに対して、拡散接合では、平坦接合面の径方向の全体にわたって接合できるので、接合面積が増加して接合強度が向上するものである。
また、溶接接合の場合のように、尖った先端形状を形成することが必要ではないので、衝撃・衝突などによる先端部位の欠損という不具合もなくなる。
Next, as shown in FIG. 2D, the diffusion-bonded
The advantage of electrodes formed by diffusion bonding is that, in the case of conventional welding bonding, bonding can be performed only in a shallow range from the outer peripheral surface of the electrode body in the radial direction, whereas in diffusion bonding, flat bonding is performed. Since bonding can be performed over the entire radial direction of the surface, the bonding area is increased and the bonding strength is improved.
Further, since it is not necessary to form a pointed tip shape as in the case of welding joint, there is no inconvenience that the tip portion is lost due to impact or collision.
本発明の更に好ましい実施形態について以下に説明する。
前述の図2(C)に示す拡散接合工程においては、容器部材6xは上下から圧力が負荷されるので、その寸法形状によっては、拡散接合後の容器材料6の形状に好ましくない変形が生じることがある。
図3に基づいてそれを説明する。
拡散接合では圧力をかけながら加熱するために接合前後で多少の変形が生じることがある。この図においては、拡散接合前の容器材料6xおよび蓋材料7xの輪郭を実線で表し、拡散接合後の輪郭を破線で表している。
つまり、接合後は軸方向に若干量縮み(小さくなり)、径方向に若干太る(大きくなる)ことが分かった。特に軸方向よりも径方向の変形量が大きいことが分かった。
このような変形については、ある程度は許容することができるが、一定量を超えると電極の強度の信頼性に影響が出てくる。すなわち、変形量はそのまま歪を表すことになり、容器側壁に不所望な応力が発生しているからである。
そこで、本発明者らは歪を低減することができる容器材料6xの形状について検討した。
Further preferred embodiments of the present invention are described below.
In the diffusion bonding step shown in FIG. 2 (C) described above, the
This will be described with reference to FIG.
Since diffusion bonding is heated while applying pressure, some deformation may occur before and after bonding. In this figure, the outlines of the
That is, it was found that after joining, the amount was slightly reduced (smaller) in the axial direction and slightly thicker (larger) in the radial direction. In particular, it was found that the amount of deformation in the radial direction was larger than that in the axial direction.
Such deformation can be tolerated to some extent, but exceeding a certain amount affects the reliability of the strength of the electrode. That is, the deformation amount directly represents strain, and undesired stress is generated on the container side wall.
Therefore, the present inventors examined the shape of the
図3に示すように、容器材料6xおよび蓋材料7xについて、接合条件および容器材料6xの円筒状側壁の外半径Rを一定として、内半径rを変化、つまり肉厚を変化させた試験用容器材料6x、および蓋材料7xを複数用意し、拡散接合処理を行ってそれぞれの変形量ΔRを測定した。
ここで、変形量は、容器材料6xの円筒状容器側壁の外表面が径方向に突出した量を変形量ΔRとした。ただし、14(mm)≦R≦25(mm)の範囲で実験した。外半径Rがこの範囲内であれば接合条件は基本的に一定である。
図4は、r/Rと歪ΔR/Rとの関係を示す実験結果表およびグラフである。なお、この実験では外半径Rを一定としたので、歪ΔR/Rと変形量ΔRとは同じもの意味している。
As shown in FIG. 3, for the
Here, the amount of deformation is defined as the amount of deformation ΔR, which is the amount by which the outer surface of the cylindrical container sidewall of the
FIG. 4 is an experimental result table and graph showing the relationship between r / R and strain ΔR / R. In this experiment, since the outer radius R is constant, the strain ΔR / R and the deformation amount ΔR mean the same thing.
変形量ΔRすなわち歪ΔR/Rが大きくなると、容器にかかる応力も大きくなる。特に容器材料であるタングステンの降伏応力よりも大きくなると、さらなる塑性変形が生じてしまう。
したがって、変形量ΔRはできるだけ小さく抑えなければならない。
タングステンが許容できる応力は、一定の上限があり、この上限を超えない範囲での好ましい変形量ΔRの上限は0.19mmであり、その時の歪ΔR/Rは0.011である。後述する実験結果からも0.011を超えると歪が指数関数的に増加していることが分かる。
この実験結果によると、r/Rが0.80を超えると変形量ΔRは0.19(mm)を超える結果となり、歪ΔR/Rは0.011を超える結果となった。
したがって、r/Rは0.80以下であることが好ましいといえる。ただし、本実験は、Rが14〜25mmの条件の下で行っているため、好ましいr/Rは、
0<r/R≦0.80、但し、14(mm)≦R≦25(mm)
である。
さらに、この実験結果から0.51≦r/R≦0.74の範囲では、歪ΔR/Rが0.0103〜0.0105と低い値で安定しており、より好ましい範囲といえる。
As the deformation amount ΔR, that is, the strain ΔR / R increases, the stress applied to the container also increases. In particular, when the yield stress is greater than that of tungsten, which is a container material, further plastic deformation occurs.
Therefore, the deformation amount ΔR must be kept as small as possible.
The stress that can be tolerated by tungsten has a certain upper limit, and the preferable upper limit of the deformation amount ΔR within a range not exceeding this upper limit is 0.19 mm, and the strain ΔR / R at that time is 0.011. From the experimental results described later, it can be seen that the strain increases exponentially when it exceeds 0.011.
According to this experimental result, when r / R exceeds 0.80, the deformation amount ΔR exceeds 0.19 (mm), and the strain ΔR / R exceeds 0.011.
Therefore, it can be said that r / R is preferably 0.80 or less. However, since this experiment is performed under the condition that R is 14 to 25 mm, preferable r / R is
0 <r / R ≦ 0.80, provided that 14 (mm) ≦ R ≦ 25 (mm)
It is.
Furthermore, from this experimental result, in the range of 0.51 ≦ r / R ≦ 0.74, the strain ΔR / R is stable at a low value of 0.0103 to 0.0105, which can be said to be a more preferable range.
以上のように、本発明によれば、電極本体の密閉空間に伝熱体を封入した電極を有するショートアーク型放電ランプにおいて、前記電極を有底筒状の容器部材と、蓋部材とから構成し、該容器部材の筒状側壁の上端面と、前記蓋部材の下端面とを拡散接合するようにしたので、従来の溶接作業による接合よりも大きな接合強度が得られ、しかも溶接用の突起形成の必要がなく、衝撃に対する耐性が向上する。
また、容器部材と蓋部材の接合後に電極構造のための切削加工作業ができるので、その作業が簡略化される。
As described above, according to the present invention, in a short arc type discharge lamp having an electrode in which a heat transfer body is sealed in a sealed space of an electrode body, the electrode is composed of a bottomed cylindrical container member and a lid member. In addition, since the upper end surface of the cylindrical side wall of the container member and the lower end surface of the lid member are diffusion-bonded, it is possible to obtain a larger bonding strength than that obtained by the conventional welding operation and to provide a projection for welding. There is no need for formation, and resistance to impact is improved.
In addition, since the cutting work for the electrode structure can be performed after the container member and the lid member are joined, the work is simplified.
1 ショートアーク型放電ランプ
2 発光管
3,4 電極
5 電極本体
6 容器部材
6x 容器材料
6a 上端面(接合面)
7 蓋部材
7x 蓋材料
7a 下端面(接合面)
8 密閉空間
9 電極芯線
11 カーボンブロック
12 加圧電極
M 伝熱体
DESCRIPTION OF
7
8
Claims (3)
前記電極は有底筒状の容器部材と、蓋部材とから構成され、
前記容器部材の筒状側壁の上端面と、前記蓋部材の下端面とが拡散接合されていることを特徴とするショートアーク型放電ランプ。 In a short arc type discharge lamp having a pair of electrodes inside the arc tube, and a heat transfer body sealed in a sealed space of at least one of the electrodes,
The electrode is composed of a bottomed cylindrical container member and a lid member,
A short arc type discharge lamp, wherein an upper end surface of a cylindrical side wall of the container member and a lower end surface of the lid member are diffusion bonded.
r/R≦0.80、但し、14(mm)≦R≦25(mm)
の関係にあることを特徴とする請求項1に記載のショートアーク型放電ランプ。 The container member and the lid member are made of tungsten, and the container member is cylindrical, and an inner radius r and an outer radius R of the cylindrical side wall of the container member are
r / R ≦ 0.80, provided that 14 (mm) ≦ R ≦ 25 (mm)
The short arc type discharge lamp according to claim 1, wherein:
有底筒状の容器材料及び蓋材料に平面状の接合面を形成する工程と、
前記容器材料の内部に伝熱体を挿入する工程と、
前記容器材料の接合面と、前記蓋材料の接合面とを当接させて、該接合面の垂直方向から圧力をかけ、前記容器材料と前記蓋材料を加熱することにより、両者を拡散接合させる工程と、
拡散接合された前記容器材料と前記蓋材料とを切削加工して電極形状とする工程と、
からなることを特徴とする放電ランプ用電極の製造方法。
In the manufacturing method of the electrode for the discharge lamp in which the heat transfer body is enclosed in the internal sealed space of the electrode,
Forming a flat joint surface on the bottomed cylindrical container material and the lid material;
Inserting a heat transfer body into the container material;
The container material joint surface and the lid material joint surface are brought into contact with each other, pressure is applied in a direction perpendicular to the joint surface, and the container material and the lid material are heated, whereby both are diffusion-bonded. Process,
Cutting the diffusion-bonded container material and the lid material into an electrode shape; and
A method for producing an electrode for a discharge lamp, comprising:
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