JP2018101597A - 電極体および高圧放電ランプ - Google Patents

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Abstract

【課題】電極と、当該電極の芯線挿入孔に挿入された芯線とからなる電極体において、電極の芯線挿入孔に芯線を挿入する際に、円滑な芯線挿入作業ができて、芯線挿入孔の欠けや割れの発生をなくした電極体およびこれを用いた高圧放電ランプを提供することである。【解決手段】前記電極の芯線挿入孔の内面および／または前記芯線の挿入領域の外周に、低摩擦層が設けられていることを特徴とする。また、前記電極体を少なくとも一つ備えたことを特徴とする高圧放電ランプ。【選択図】 図１

Description

本発明は、高圧放電ランプ用の電極体およびこれを用いた高圧放電ランプに関するものであり、特に、半導体や液晶の製造分野などの露光用光源や映写機の投影用光源、あるいは分析用の光源に適用される高圧放電ランプ用の電極体に係る。
高圧放電ランプは、発光管内に対向配置された一対の電極の先端距離が短く点光源に近いことから、光学系と組み合わせることによって露光装置用あるいは映写機の投影用の光源として利用されている。
このような高圧放電ランプの一例が特開昭６０−７９６５９号公報（特許文献１）に開示されている。
図８に該従来の高圧放電ランプが示されており、高圧放電ランプの発光管１０は、中央に位置する略球状に形成された発光部１１と、その両端の封止部１２を備える。発光部１１内には、タングステン等からなる陰極２１と陽極３１とが互いに向き合うように対向配置されるとともに、その発光空間Ｓには水銀、キセノン等の発光物質が封入されている。
上記陰極２１及び陽極３１に連設された芯線２２、３２が図示しない金属箔或いは発光管と芯線の間を熱膨張係数が少しずつ異なる材料でつないだ構造部を介して封止部１２、１２で封止されている。
点灯時には両電極間に電流が流れ、プラズマからの輻射や抵抗加熱により電極は極めて高温になる。特に、陽極は温度が２０００度以上にも達する高温になることから、陽極としては高温における蒸気圧が小さい金属より構成され、しかも陽極の温度上昇を抑制するために熱容量の大きなものを用いる必要があり、例えば図８（Ｂ）に示すように全体がタングステンで構成されたものが用いられている。
このような電極体３０は、電極３１の後端に芯線挿入孔３３を穿設し、芯線３２をこれに挿入して固定することで製作されている。このため、電極の芯線挿入孔の内径と芯線の外径の差は、芯線の抜け落ちが発生しないように、極めて小さく設計されている。
そのために、芯線および芯線挿入孔の加工、とりわけ芯線挿入孔の加工時の寸法バラツキや、芯線挿入作業時の芯線と芯線挿入孔の中心位置のバラツキなどにより、芯線の挿入が困難であったり、所定長さの挿入ができなかったり、また、挿入作業時の圧入の強さを強くすると、芯線挿入孔の端部に過度に応力がかかり、欠けや割れが発生するなどの不具合が生じていた。
特開昭６０−７９６５９号公報
この発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、電極と、当該電極の芯線挿入孔に挿入された芯線とからなる電極体およびこれを用いた高圧放電ランプにおいて、電極の芯線挿入孔に芯線を挿入する際に、円滑な芯線挿入作業ができて、芯線挿入孔の欠けや割れの発生をなくした電極体およびこれを用いた高圧放電ランプを提供することである。
上記課題を解決するために、この発明に係る電極体は、前記電極の芯線挿入孔の内面および／または前記芯線の挿入領域の外周に、低摩擦層が設けられていることを特徴とする。
また、前記低摩擦層は、炭化層であることを特徴とする。
また、前記芯線と前記電極の芯線嵌入孔との間隙に金属箔を介在させたことを特徴とする。
また、発光部の両端に封止部を有する高圧放電ランプにおいて、電極の芯線挿入孔の内面および／または芯線の挿入領域の外周に、低摩擦層が設けられていることを特徴とする。
この発明の電極体およびこれを用いた高圧放電ランプによれば、電極の芯線挿入孔の内面および／または芯線の挿入領域の外周に低摩擦層を設けたことにより、芯線の挿入作業が極めて円滑に行われて作業性が向上するとともに、芯線挿入孔の欠けや割れを生じることがない。
本発明に係る電極体の第１実施例の断面図。 第２実施例の断面図。 第３実施例の断面図。 第４実施例の断面図。 第５実施例の断面図。 第６実施例の断面図。 第７実施例の断面図。 高圧放電ランプの全体図（Ａ）、従来の電極体の断面図。
図１は、第1実施例の断面図であり、（Ａ）は側断面図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
図１において、電極体１は、電極２と、その後端に穿設された芯線挿入孔３に挿入された芯線４とからなる。芯線挿入孔３の内面には低摩擦層５が形成されている。この低摩擦層５は、タングステンカーバイト（炭化タングステン）等の炭化化合物、窒化タングステン等の窒化化合物、等からなる。
芯線挿入孔３内面への低摩擦層５の形成方法の一例を挙げれば以下の通りである。ここでは、低摩擦層５として炭化層を形成し、タングステンの炭化化合物である炭化タングステンを用いた例である。
ニトロセルロースのような有機系のバインダを酢酸ブチルに溶解した混合溶液に炭素粉末を加え、炭素を含有する溶液を調製する。または墨汁を利用してもよい。
この溶液を筆や刷毛、あるいはスプレーなどによって、芯線挿入孔の内面に塗布する。また、溶液を芯線挿入孔に注入充填し、その後、余分な溶液を空けることで塗布することもできる。
このように塗布された溶液が乾燥した後に、電極を真空高温炉で１５００〜１８００℃に昇温し、約３０分程度保持して焼結する。こうして、芯線挿入孔３内面に低摩擦層５が形成される。
このような方法で形成した金属炭化物からなる低摩擦層の摩擦係数は、ボールオンディスク摩擦試験で評価したときに、０．２〜０．３５である。炭化物層（低摩擦層）を含まない金属タングステンの摩擦係数は、０．５程度であることに比較すれば、半分以下程度にすることができる。
また、低摩擦層５の低摩擦材として窒化層を形成し、タングステンの窒化化合物である窒化タングステンを用いる場合は、アンモニアまたは窒素を含んだ雰囲気中に電極を置き加熱する。これにより表面近傍に窒素を浸透させて化合物を作る。このとき、窒化したくない場所、つまり芯線挿入孔３以外の部分は、マスクしておくことで芯線挿入孔の３内面にのみＷＮ、ＷＮ２などの窒化タングステンによる低摩擦層５を設けることができる。
図２は、第２実施例で、芯線４の先端部４ａが面取りされていて、電極２の芯線挿入孔３への挿入作業を円滑にする。
また、図３に示すように、芯線４は、芯線挿入孔３の全領域、すなわち、底面部にまで到達していなくてもよく、その先端に空間Ｓが形成された状態で挿入されていてもよい。なお、この場合に、芯線挿入孔３内面の低摩擦層５は、芯線４が挿入される領域のみに形成されるものであってもよいし、低摩擦層形成の作業性を勘案して芯線挿入孔３内面の全領域に形成されていてもよい。
上記の各実施例では、低摩擦層５は、芯線挿入孔３の内面の円周方向の全周に形成したが、図４の第４実施例では、内面の部分的な領域に形成したものが示されている。
以上の第１〜４実施例では、芯線挿入孔３の内面に低摩擦層５を形成したが、図５の第５実施例では、芯線４に低摩擦層６を形成したものが示され、芯線４の先端の挿入領域の外周に低摩擦層６が形成されている。なお、このとき、低摩擦層６の形成領域は、厳密に芯線４の挿入領域のみに一致していることは必須ではなく、図５に示すように、挿入領域よりも若干広い範囲に形成してもよい。
芯線４への低摩擦層６の形成は、前述した第１実施例で記述したと同様の、炭素を含有する溶液を芯線４の先端部に筆や刷毛、あるいはスプレーで塗布するか、溶液中に芯線４の先端部を漬けて引き上げることで塗布し、これを乾燥し加熱することで形成できる。
また、低摩擦層５は、芯線挿入孔３と芯線４の両者に形成してもよく、その例が図６に第６実施例として示されている。
即ち、電極２の芯線挿入孔３の内面に低摩擦層５が形成されるとともに、芯線４の先端側の外周に低摩擦層６が形成されているものである。
図７に第７実施例が示されており、芯線４と芯線挿入孔３との隙間に金属箔７を充填したものである。芯線４の先端部に金属箔７を巻き付けて、これを芯線挿入孔３内に圧入するものである。金属箔７は、ＭｏやＴａ等の高融点金属からなり、例えば、厚さは０．１５ｍｍ程度である。こうすることで、芯線４と芯線挿入孔３との間に空隙がなくなり、確実な固定がなされる。
以上説明したように、本発明では、電極と、当該電極の芯線挿入孔に挿入された芯線とからなる電極体およびこれを用いた高圧放電ランプにおいて、前記電極の芯線挿入孔の内面および／または前記芯線の挿入領域の外周に、低摩擦層が設けられていることにより、芯線を電極の芯線挿入孔に挿入する際に、その挿入作業が円滑に行われ、電極に無理な応力が掛かることがなく、欠損等の事故を防止できるものである。
１ 電極体
２ 電極
３ 芯線挿入孔
４ 芯線
４ａ 先端面取り部
５，６ 低摩擦層
７ 金属箔
Ｓ 空間

Claims (4)

  1. 電極と、当該電極の芯線挿入孔に挿入された芯線とからなる電極体において、
    前記電極の芯線挿入孔の内面および／または前記芯線の挿入領域の外周に、低摩擦層が設けられていることを特徴とする電極体。
  2. 前記低摩擦層は、炭化層であることを特徴とする請求項１に記載の電極体。
  3. 前記芯線と前記電極の芯線嵌入孔との間隙に金属箔を介在させたことを特徴とする請求項１または２に記載の電極体。
  4. 発光部の両端に封止部を有し、前記請求項１〜３のいずれかに記載の電極体を少なくとも一つ備えたことを特徴とする高圧放電ランプ。


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