JP2018142482A - 放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】放電ランプにおいて、効果的に放熱を行って電極温度を抑える。【解決手段】電極３０において、後端側部材３２に筒状凹部４０を先端側に向けて形成し、先端側部材３４に柱状部５０を同軸的に形成する。筒状凹部４０は柱状部５０を収容するとともに、その間に軸方向Ｘおよび軸垂直方向に沿って隙間６０が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、一対の電極を備えた放電ランプに関し、特に、電極の内部構造に関する。

放電ランプは、点灯中に電極先端部が高温となり、タングステンなどの電極材料が溶融、蒸発し、放電管が黒化して、ランプ出力低下を招く。電極先端部の過熱を防ぐため、耐久性のある金属から成る電極先端部と、熱伝導性のより高い金属から成る胴体部とを別々に成形し、固相接合などによって接合する。例えば、ＳＰＳなどの固相接合によって電極を構成することができる（特許文献１参照）。複数の部材を接合して電極を構成することによって、電極が大型化しても耐久性を持たせることができると同時に、熱伝導性の優れた電極を構成することができる。

特許第５４７２９１５号公報

近年、露光対象物の大型化、スループット向上のためにランプの高出力化（大電力化）が求められている。これに伴ってランプ点灯中の電極温度も高くなり、単に先端側部材と胴体部側部材とを固相接合するだけでは、電極過熱を効果的に抑えることが難しい。

したがって、放電ランプの点灯中、電極の温度上昇を効果的に抑えることができる電極構造が求められる。

本発明の放電ランプは、放電管と、放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、少なくとも一方の電極が、軸方向に沿った筒状凹部と、筒状凹部に同軸的に位置する柱状部と、少なくとも柱状部の側面周囲に軸方向に沿って形成される放熱空間と、柱状部の表面に形成される放熱部とを備える。

放熱空間は、筒状凹部と柱状部との間に形成される空間であり、伝熱体のような部材を設けず、空間で満たすように構成することができる。例えば放熱空間は、幅の狭い隙間として形成することが可能である。柱状部の直径Ｒと筒状凹部の直径Ｄが、０．３４Ｄ≦Ｒ≦０．９５Ｄを満たすようにすればよい。また、軸垂直方向放熱空間の軸方向幅が、柱状部の高さより小さくすることができる。一方で、柱状部幅よりも大きな放熱空間を形成することも可能である。例えば、柱状部の直径Ｒと筒状凹部の直径Ｄが、Ｒ＜０．３４Ｄを満たすように、放熱空間を形成することが可能である。

放熱空間としては、筒状凹部の底面と柱状部の端面との間に、軸垂直方向に沿って軸垂直方向放熱空間を形成することも可能である。例えば放熱空間は、有底管状あるいは有底筒状に構成することができる。

放熱部を柱状部の側面に形成し、さらに柱状部の端面に形成される端面側放熱部を備える構成も可能である。さらに、少なくとも一方の電極表面に形成され、少なくとも一部が軸方向に関して放熱部と同じ位置にある外側放熱部をさらに備えた構成にすることも可能である。

放熱空間と少なくとも一方の電極の表面とを空間的に繋ぐ貫通孔を、さらに形成することも可能である。この場合、柱状部が、軸方向に沿って径が変化し、筒状凹部が、その形状に応じた凹形状を有することで、強度に特徴を持たせた電極を構成することができる。

少なくとも一方の電極は、筒状凹部を形成した第１固体部材と、第１固体部材もしくは第１固体部材と接合する中間部材と接合し、柱状部を形成した第２固体部材とを備える構成にすることが可能である。例えば、筒状凹部が、電極支持棒と繋がる後端側部材（第１固体部材）に形成され、柱状部が、電極先端面を有する先端側部材（第２固体部材）と繋がっている。あるいは、筒状凹部が、電極先端面を有する先端側部材（第１固体部材）に形成され、柱状部が、電極支持棒もしくは電極支持棒と繋がる後端側部材（第２固体部材）に形成されている。柱状部は、筒状凹部と一体的に形成もしくは接合していればよい。

本発明の他の態様における放電ランプは、放電管と、放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、少なくとも一方の電極が、軸方向に沿った筒状凹部と、筒状凹部に同軸的に収容される柱状部と、柱状部の側面周囲に軸方向に沿って形成され、密閉された放熱空間とを備える。

本発明の他の態様における放電ランプは、放電管と、放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、少なくとも一方の電極が、電極支持棒と繋がり、軸方向に沿った筒状凹部を形成した後端側部材と、後端側部材もしくは後端側部材と接合する中間部材と接合し、筒状凹部に同軸的に収容される柱状部を形成した先端側部材と、少なくとも柱状部の側面周囲に軸方向に沿って形成される放熱空間と、筒状凹部の底面と柱状部の端面との間に軸垂直方向に沿って形成されている軸垂直方向放熱空間と、柱状部の表面に形成される放熱部とを備え、放電による熱の少なくとも一部は、柱状部の放熱部から放熱空間に放熱し、筒状凹部を経由して後端側部材に伝わる。また、本発明の他の態様における放電ランプの製造方法は、柱状の後端側固体部材に対して筒状凹部を軸中心に形成し、電極先端面を有する柱状の先端側固体部材に対し、筒状凹部よりもサイズが小さい柱状部を軸中心に形成し、柱状部の側面には放熱部を形成し、筒状凹部に柱状部が収容されるように、先端側固体部材と後端側固体部材とを接合する。

本発明によれば、放電ランプにおいて、効果的に放熱を行って電極温度を抑えることができる。

第１の実施形態である放電ランプの平面図である。 本実施形態の電極の概略的断面図である。 第２の実施形態である電極の概略的断面図である。 第３の実施形態である電極の概略的断面図である。 第４の実施形態である電極の概略的断面図である。 第５の実施形態である電極の概略的断面図である。 第６の実施形態である電極の概略的断面図である。 第５、６の実施形態である電極の変形例の概略的断面図である。 第７の実施形態である電極の概略的断面図である。 第８の実施形態である電極の概略的断面図である。 第９の実施形態である放電ランプの電極の概略的断面図である。 第９の実施形態の電極の変形例の概略的断面図である。 第１０の実施形態である放電ランプの電極の概略的断面図である。 第１１の実施形態である放電ランプの電極の概略的断面図である。 第１２の実施形態である放電ランプの電極の概略的断面図である。 第１３の実施形態である放電ランプの電極の概略的断面図である。 第１４の実施形態である放電ランプの電極の概略的断面図である。 実施例と比較例の電極先端からの温度変化を示したグラフである。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、第１の実施形態である放電ランプの平面図である。

ショートアーク型放電ランプ１０は、高輝度の光を出力可能な大型放電ランプであり、透明な石英ガラス製の略球状放電管（発光管）１２を備え、放電管１２内には、タングステン製の一対の電極２０、３０が対向配置される。放電管１２の両側には、石英ガラス製の封止管１３Ａ、１３Ｂが放電管１２と連設し、一体的に形成されている。放電管１２内の放電空間ＤＳには、水銀とハロゲンやアルゴンガスなどの希ガスが封入されている。

陰極である電極２０は電極支持棒１７Ａによって支持されている。封止管１３Ａには、電極支持棒１７Ａが挿通されるガラス管（図示せず）と、外部電源と接続するリード棒１５Ａと、電極支持棒１７Ａとリード棒１５Ａを接続する金属箔１６Ａなどが封止されている。陽極である電極３０についても同様に、電極支持棒１７Ｂが挿通されるガラス管（図示せず）、金属箔１６Ｂ、リード棒１５Ｂなどのマウント部品が封止されている。また、封止管１３Ａ、１３Ｂの端部には、口金１９Ａ、１９Ｂがそれぞれ取り付けられている。

一対の電極２０、３０に電圧が印加されると、電極２０、３０の間でアーク放電が発生し、放電管１２の外部に向けて光が放射される。ここでは、１ｋＷ以上の電力が投入される。放電管１２から放射された光は、反射鏡（図示せず）によって所定方向へ導かれる。例えば露光装置に放電ランプ１０が組み込まれた場合、放射光はパターン光となって基板などに照射される。

図２は、本実施形態の電極３０の概略的断面図である。なお、電極２０についても同様の構造にすることが可能である。

電極３０は、電極支持棒１７Ｂと繋がる後端側部材３２と、電極先端面３０Ｓを有する先端側部材３４からなり、後端側部材３２と先端側部材３４を接合することで電極３０が構成されている。ここでは、後端側部材３２と先端側部材３４がＳＰＳなどの固相接合によって接合されている。

後端側部材３２は、軸方向Ｘ（以下では、電極軸Ｘともいう）に沿って厚さ一定の円柱状部材であり、電極先端側に向けて筒状凹部４０が同軸的に形成されている。先端側部材３４では、円錐台部分から電極支持棒側に向けて柱状部５０（ここでは円柱状）が筒状凹部４０に対して同軸的に形成、位置されている。後端側部材３２は、その端部３２Ｅにおいて、先端側部材３４の端部３４Ｅと固相接合している。

筒状凹部４０と柱状部５０との間には、軸方向Ｘおよびそれに垂直な軸垂直方向に沿って、隙間６０が柱状部５０の周囲全体に渡って形成されている。ここでは、軸垂直方向に沿った隙間部分を６０Ｄ、軸方向Ｘに沿った隙間部分を６０Ｖとしている。隙間部分６０Ｄ、６０Ｖは空間的に繋がっている。

隙間部分６０Ｖの径方向幅Ｗ、すなわち柱状部５０の側面５０Ｓと筒状凹部４０の側面４０Ｓの径方向距離間隔は、柱状部５０の直径Ｒと比べて短い（Ｗ＜Ｒ）。隙間部分６０Ｄの軸方向幅Ｔは、ここでは隙間部分６０Ｖの径方向幅Ｗと同じ幅であり、柱状部５０の高さＨよりも短い（Ｔ＜Ｈ）。隙間６０は、電極３０内に形成されて密閉空間となっており、有底管状の空間を形成している。

ここでは、径方向幅Ｗ、軸方向幅Ｔは、それぞれ柱状部５０の直径Ｒ、高さＨと比べて十分短く、柱状部５０の側面５０Ｓ、端面５０Ｅは、それぞれ筒状凹部４０の側面４０Ｓ、底面４０Ｂに近接し、隙間６０が形成するスペースの容積は、柱状部５０の体積よりも小さい。また、隙間６０には、伝熱体のような部材は設けられていない。

柱状部５０の表面（ここでは側面５０Ｓ）には、放熱構造（放熱部）７０として凹部が周方向に沿って周全体に形成されており、また、軸方向Ｘに柱状部５０の高さＨに応じた長さをもって形成されている。この放熱構造は周方向に沿って隙間６０で覆われている。放熱構造７０は、例えば熱による溶融や切削加工などの既知の手段によって形成することができる。ただし、凹部以外の構成によって放熱構造（放熱部）を実現してもよく、放熱素材（例えば炭化膜や酸化膜の放熱層）などで側面５０Ｓを覆うように構成してもよい。また、カーボンナノチューブのような放射率の高い部材も適用できる。このような、放熱性を向上させる領域を放熱部とする。

ランプ点灯中、電極の先端側部材３４の温度が上昇し、電極先端側部材３４の熱が柱状部５０に伝わる。そして柱状部５０の熱は、柱状部５０の側面５０Ｓ、端面５０Ｅから隙間６０に対して放射される。その結果、電極先端側部材３４の熱は、後端側部材３２に対して軸方向Ｘだけでなく軸垂直方向にも伝わることとなる。後端側部材３２に移動した熱は、電極外表面３０Ｍから放電空間ＤＳへ、また電極支持棒１７Ｂ側へ伝わる。

このように本実施形態によれば、電極３０において、後端側部材３２に筒状凹部４０を先端側に向けて形成し、電極先端側部材３４に柱状部５０を同軸的に形成する。筒状凹部４０は柱状部５０を収容するとともに、その間に軸方向Ｘおよび軸垂直方向に沿って隙間６０が形成されている。

放熱空間として機能する隙間６０を設けることにより、電極先端側の過熱を抑えることができる。特に、隙間６０へ放熱する部分の形状を柱状部５０として形成することによって表面積が増え、電極の温度上昇を効果的に抑えることができる。また、隙間６０が、電極軸Ｘに対して対称的な有底管状空間として形成されることにより、柱状部５０の軸方向Ｘと軸垂直方向、周方向に関して均等に放熱することができ、電極３０からの放熱に対しても偏った放熱を防ぐことができる。

また、隙間部分（軸垂直方向放熱空間）６０Ｄの軸方向幅Ｔは柱状部５０の高さＨよりも小さい（Ｔ＜Ｈ）。これによって、隙間６０における軸方向Ｘに関して冷却効果が向上する。また柱状部５０（端面５０Ｅ）から筒状凹部４０（底面４０Ｂ）を経由して後端側部材３２へ熱を速やかに輸送することができる。一方、隙間部分６０Ｖの径方向幅Ｗは、柱状部５０の直径Ｒよりも小さく定められている（Ｗ＜Ｒ）。これによって、柱状部５０（側面５０Ｓ）の熱が筒状凹部４０（側面４０Ｓ）を経由して後端側部材３２へ伝わりやすくなる。

隙間部分６０Ｖの径方向幅Ｗ（＝（Ｄ−Ｒ）／２）に関しては、以下の式をＲ、Ｄが満たすように定めればよい。ただし、Ｄは筒状凹部４０の直径を表す。

０．３４Ｄ≦Ｒ≦０．９５Ｄ ・・・・・（１）

柱状部５０の直径Ｒが０．３４Ｄより小さい場合、柱状部が細すぎて熱容量が確保されない。０．３４Ｄ以上にすることで、熱容量を確保し、柱状部５０の熱が筒状凹部４０を経由して後端側部材３２へ伝わりやすくなる。この場合、０．５Ｄより大きくすることも可能である。一方、直径Ｒが０．９５Ｄより大きい場合、ランプ点灯中に柱状部５０が熱膨張して筒状凹部４０に接触する可能性がある。

さらに本実施形態では、放熱機能を備えた隙間６０を形成するだけでなく、放熱構造７０が柱状部５０の側面５０Ｓに形成されている。特に、この放熱構造は周方向を隙間６０で覆われており、その機能を阻害されることがない。これによって、電極先端側の熱を隙間（放熱空間）６０へ効果的に放熱することができる。また、空間で満たされた隙間６０を形成することで電極３０を軽量化することができる。なお、隙間６０においては、特に限定しないが、真空状態や、希ガスなどの不活性ガスが入っていてもよい。熱放射や、対流による効果を得ることができる。ガスを封入する場合は、点灯時を考慮したガス圧を適宜定める。なお、柱状部５０、筒状凹部４０はともに断面円形状であるが、それ以外の断面形状（例えば角形）であってもよい。

このような電極３０の製造方法として、例えば、切削加工によって、後端側部材３２となる柱状の後端側固体部材に対して筒状凹部を軸中心に形成する。また、電極先端面を有し、先端側部材３４となる柱状の先端側固体部材に対し、筒状凹部よりも軸及び径方向にサイズが小さい柱状部を軸中心に形成し、その柱状部の側面には放熱部を形成する。そして、筒状凹部に柱状部が収容、位置されるように、先端側固体部材と後端側固体部材とを接合（ＳＰＳ）するようにすればよい。最後に、切削加工などの加工処理を施すことにより、所望のサイズ、形状をもつ電極３０が製造される。

次に、図３を用いて、第２の実施形態である放電ランプについて説明する。第２の実施形態では、電極表面に放熱構造（外側放熱部）が形成されている。

図３は、第２の実施形態である電極の概略的断面図である。電極３０には、軸方向Ｘに所定長さＪ２をもつ放熱構造８０が電極外表面３０Ｍの周全体に形成されている。放熱構造８０の形成位置は、放熱構造７０の形成位置に対応し、軸方向Ｘに関して放熱構造７０の長さＪ１の範囲に収まっている。このように内側と外側の二重放熱構造にすることによって、電極先端側の熱を電極内部から外部へ効率よく放熱し、さらに電極温度を抑えることができる。

次に、図４を用いて、第３の実施形態である放電ランプについて説明する。第３の実施形態では、柱状部の端面に放熱構造（端面側放熱部）が形成されている。

図４は、第３の実施形態である電極の概略的断面図である。柱状部５０の端面５０Ｅには、放熱構造９０が、いくつもの環状となって中心部の周りに（周方向に）形成されている。このように放熱構造９０を形成することにより、電極温度を抑制でき、電極支持棒１７Ｂ側へ熱をより効果的に輸送することができる。なお、放熱構造９０については径方向に形成してもよい。

次に、図５を用いて、第４の実施形態である放電ランプについて説明する。第４の実施形態では、黒化抑制体を電極表面に投射した構造が採用されている。

図５は、第４の実施形態である電極の概略的断面図である。電極外表面３０Ｍの電極支持棒１７Ｂ付近には、アルミナなどの金属酸化物８５（黒化抑制体）がブラスト処理されている。また、先端側部材３４の縮径面３４Ｔに放熱構造９５が形成されている。このような構成によって、放電管１２の黒化を抑制し、また電極温度を抑えることができる。

次に、図６を用いて、第５の実施形態である放電ランプについて説明する。第５の実施形態では、隙間と電極外部との空間を繋ぐ貫通孔が形成されている。

図６は、第５の実施形態である電極の概略的断面図である。電極３０には、隙間（放熱空間）６０と電極外表面３０Ｍとを連通する一対の貫通孔１１０Ａ、１１０Ｂが対称的な位置に形成されている。一対の貫通孔１１０Ａ、１１０Ｂは、柱状部５０の端面５０Ｅ付近と対向する孔端部が形成され、また、電極表面側端部が電極内部側端部よりも高い位置（電極支持棒側）になるように、軸方向Ｘに対して傾斜した空間を電極内部に形成する。このような貫通孔１１０Ａ、１１０Ｂにより、放電空間ＤＳ中の流体（希ガスやハロゲンガス、水銀蒸気）が貫通孔１１０Ａ、１１０Ｂを通じて流入、流出し、柱状部５０や隙間６０の熱を外部に逃すことができる。また、表面積も増加するため、さらに放熱効果が高まる。

また、後端側部材３２と先端側部材３４を固相接合するとき、この貫通孔１１０Ａ、１１０Ｂから隙間６０の残留ガスを抜くことができる。残留ガスは、接合面劣化による接合強度低下を招き、また、残留ガスが残ってランプ点灯中に放電空間に放出されると、始動性悪化、電極酸化、アークの揺らぎなどを生じさせるが、残留ガスをランプ製造工程中に取り除くことによって、電極耐久性、ランプ特性を維持することができる。なお、貫通孔の数、孔径、位置、軸方向Ｘに対する孔の形成角度は、ランプサイズ、電極サイズなどに応じて適宜定められる。

次に、図７を用いて、第６の実施形態である放電ランプについて説明する。第６の実施形態では、柱状部が軸方向に沿って径が変化する円錐台状に形成され、隙間もそれに合わせた形状になっている。

図７は、第６の実施形態である電極３０の概略的断面図である。柱状部５０’は、側面５０’Ｓが円錐台形状になっており、端面５０’Ｅに向けて縮径している。隙間６０’は、柱状部５０’の形状に応じた断面Ｖ字型の空間形状になっており、軸方向幅Ｗが一定となるように、電極先端側に向けて末広がりとなる有底管状の空間を形成している。言い換えれば、筒状凹部４０’が、柱状部５０’に応じた凹形状になっている。

このような筒状凹部４０’を形成することによって、貫通孔１２０Ａ、１２０Ｂ付近の電極外表面３０Ｍから隙間６０’までの距離間隔Ｂ１が、接合面付近の距離間隔Ｂ２よりも大きくなる。すなわち、後端側部材３２の貫通孔付近の肉厚が接合面付近の肉厚と比べて大きくなる。

電極製造時、貫通孔を形成後にＳＰＳなどによって固相接合を行う。貫通孔の影響で強度が低下するため、接合時の加圧に耐えられず、曲げや変形が生じる恐れがあるが、貫通孔付近の肉厚を厚くすることにより、強度が維持されて接合時の変形を抑えることができる。また、電極支持棒側に向けて末広がるように断面逆Ｖ字型の隙間を形成してもよい。接合面積増加によって、接合強度を増すことができる。なお、図８に示すように、電極表面側端部が電極内部側端部よりも低い位置になるような軸方向Ｘに対して傾斜した貫通孔１３０Ａ、１３０Ｂを隙間６０の電極先端側に対し設けるようにしてもよい。

次に、図９を用いて、第７の実施形態である放電ランプについて説明する。第７の実施形態では、柱状部の体積よりも放熱空間の容積の方が大きい。

図９は、第７の実施形態である電極３０の概略的断面図である。ここでは、柱状部５０の径Ｒが、筒状凹部４０の径Ｄに対して、０．３４Ｄよりも小さい（Ｒ＜０．３４Ｄ）。すなわち、電極内に十分なスペースをとる放熱空間（隙間）１６０が形成される。このような構成でも、電極の温度を抑えることができる。

なお、柱状部５０の体積が小さいため、第５、６の実施形態のように貫通孔を設けるのがよい。これにより、熱容量の低い柱状部５０でも放熱を効果的に行うことができる。また、放熱空間１６０のスペースが大きいため、貫通孔を通じて放電空間内の流体（希ガスなど）が流入、流出しやすくなり、効率よく電極温度を下げることができる。

次に、図１０を用いて第８の実施形態である放電ランプについて説明する。第８の実施形態では、筒状凹部が軸方向に沿って空間を形成する一方、柱状部が円錐台形状に形成されている。

図１０は、第８の実施形態である電極３０の概略的断面図である。筒状凹部４０が軸方向Ｘに沿って延びる一方、柱状部５０は円錐台形状に形成されている。ここでは、放熱を効果的に行うことができるため、放熱部（放熱構造）７０の上端部における軸垂直方向に沿った径（放熱構造が形成された範囲における最小径であり、図中の点線矢印参照）Ｒ、Ｄが上記式を満たすように定められている。なお、柱状部５０の形状は円錐台形状以外でも可能であり、軸方向Ｘに沿って径を変化させてもよい。

第１〜第８の実施形態では、柱状部５０は電極先端面３０Ｓを有する先端側部材３４と一体的に（同一部材で）形成され繋がっているが、別に成形して接合してもよい。

図１１は、第９の実施形態である放電ランプの電極３０の概略的断面図である。図１２は、第９の実施形態の電極３０の変形例の概略的断面図である。図１１では、柱状部５０が、円錐台形状の先端側部材３４と別部材で形成されており、ＳＰＳなどによって固相接合されている。柱状部５０を、放熱部として機能する放射率や熱伝導率の高い材料（例えばセラミックス）で形成することや、軽量の材料（例えばモリブデン）で形成することが可能である。図１２では、先端側部材３４と後端側部材３２との間に介在する中間部材３３に柱状部５０”が形成されている。中間部材３３は、例えばレニウム、タンタル、モリブデン、あるいはこれらの合金で構成すると、接合強度を高めることができる。

第１〜第９の実施形態では、筒状凹部と柱状部に関し、軸垂直方向に沿って隙間部分（軸垂直方向放熱空間）が形成されていたが、そのように構成しなくてもよい。

図１３は、第１０の実施形態である放電ランプの電極３０の概略的断面図である。柱状部５０が筒状凹部４０の底面４０Ｂと接し、柱状部５０の側面周囲に軸方向Ｘに沿った隙間が形成されているが、軸垂直方向に沿った隙間が形成されていない。このような構成でも、電極支持棒側へ熱をより効果的に輸送し、電極温度を抑えることができる。

次に、図１４を用いて第１１の実施形態について説明する。第１１の実施形態では、先端側部材に筒状凹部、後端側部材に柱状部が形成されている。

図１４は、第１１の実施形態である放電ランプの電極の概略的断面図である。電極１３０の後端側部材１３２には、柱状部１５０が一体的に形成されている。この柱状部１５０を収容するように、筒状凹部１４０が先端側部材１３４に形成されている。そして、柱状部１５０と筒状凹部１４０との間には、有底管状の密閉空間となる隙間１６０’が形成されている。また、柱状部１５０には、放熱構造１７０が形成されており、電極表面１３０Ｍには、外側の放熱構造１８０が形成されている。このような構成でも、電極温度を抑えることができる。なお、第５の実施形態のように貫通孔を形成してもよい。

次に、図１５を用いて、第１２の実施形態について説明する。第１２の実施形態では、隙間が密閉空間ではなく、電極外部と空間的に繋がっているとともに、柱状部と筒状凹部とが繋がっている。それ以外の構成については、第１１の実施形態と同じである。

図１５は、第１２の実施形態である放電ランプの電極の概略的断面図である。電極１３００は、電極先端面１３００Ｓを有する先端側部材１３４０に筒状凹部１４００が形成されている。そして、電極支持棒１７Ｂと繋がった柱状の後端側部材１３２０が筒状凹部１４００の底面１４００Ｂと固相接合している。

柱状部１５００は筒状凹部１４００に収容されており、その端面１５００Ｅは筒状凹部１４００から突出していない。そして、電極外部と空間的に繋がる管状の隙間１６００が柱状部１５００と筒状凹部１４００との間に形成されている。また、柱状部１５００に放熱構造１７００が形成される一方、電極外表面１３００Ｍには外側の放熱構造１８００が形成されている。

隙間１６００が電極外部と空間的に繋がることで、ランプ点灯中の熱を電極外部に逃がすことができる。また、柱状部１５００が電極先端側と繋がっているため、ランプ点灯中、高温となる電極先端面１３００Ｓの熱が柱状部１５００と電極支持棒１７Ｂへ効率よく伝わり、放熱させることができる。また、柱状部１５００が筒状凹部１４００に収まっているため、隙間１６００を介して先端側部材１３４０へ多くの熱が伝わる。そして、隙間１６００、先端側部材１３４０へ移動する過程で熱の温度は下がるため、電極１３００から比較的低い温度の熱が放出される（矢印参照）。これによって、電極１３００全体の温度低下に寄与する。さらに、柱状部１５００が過度に長くならないため、軽量化に貢献する。なお、柱状部１５００の端面１５００Ｅに放熱構造を形成してもよい。

図１５では、後端側部材１３２０が柱状部１５００としても形成されており、その柱状部１５００に電極支持棒１７Ｂが繋がる構成であったが、電極支持棒そのものを柱状部として構成してもよい。

図１６は、第１３の実施形態である放電ランプの電極の概略的断面図である。電極１３００は、筒状凹部１４００が形成された先端側部材１３４０に対し、電極支持棒１７００Ｂが接合されている。したがって、電極支持棒１７００Ｂは、後端側部材１３２０として、また柱状部１５００として形成もされている。そして、隙間１６００が柱状部１５００と筒状凹部１４００との間に形成されている。このような構成でも、電極温度を抑え、特に軽量化の効果が大きい。また、十分なスペースの隙間１６００を形成しているため、筒状凹部１４００の側面にも放熱構造を形成し、さらに放熱効果を高めてもよい。

図１７は、第１４の実施形態である放電ランプの電極の概略的断面図である。電極１３００は、先端側部材１３４０と後端側部材１３２０があらかじめ一体的に形成されている。それ以外の構成と効果については、第１２の実施形態と同じである。

なお、ショートアーク型放電ランプ以外の放電ランプに対して適用することも可能であるが、電極の温度上昇を抑えることができることから、１ｋＷ以上の比較的大きな電力の放電ランプに好適である。また、接合方法は固相接合（ＳＰＳ、ＨＰなど）が好適だが、他の接合方法（例えば溶融接合）も適用できる。接合の際、先端側部材と後端側部材との間に中間部材を挟み、接合面間の密着化をしてもよい。さらに、柱状部や先端側部材、後端側部材は、タングステンやモリブデン、あるいはこれらの合金、セラミックなどでもよく、またエミッターを含有させてもよく、適宜選択できる。

以下では、第１実施形態に対応する電極の実施例について説明する。

実施例の放電ランプは、全長を６０ｍｍ、柱状部の直径Ｒを２０ｍｍ、筒状凹部の直径Ｄを２４ｍｍ、径方向幅Ｗを２ｍｍとし、上記Ｗ＜Ｒを満たす隙間を形成した電極をモデル化したものである。アークから受ける温度に基づいて、計算機による放電ランプ点灯時の電極先端から軸方向Ｘにおける中心部の温度変化のシミュレーションを行った。また、比較例として、隙間を設けていない構成以外については実施例と同じ電極をモデル化し、同様に温度変化のシミュレーションを行った。

図１８は、実施例と比較例の電極先端からの温度変化を示したグラフである。ここでは、電極先端を最高温度（１００％）とし、電極先端からの電極中心部の温度変化を調べた。図１８に示すように、実施例の電極は、比較例と比べ、電極先端から離れるにつれて温度低下が非常に大きいことが確認された。

１０ 放電ランプ
３０ 電極（陽極）
３２ 後端側部材
３４ 先端側部材
４０ 筒状凹部
５０ 柱状部
６０ 隙間（放熱空間）
７０ 放熱部（放熱構造）

Claims (16)

1. 放電管と、
   前記放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、
   少なくとも一方の電極が、
   軸方向に沿った筒状凹部と、
   前記筒状凹部に同軸的に位置する柱状部と、
   少なくとも前記柱状部の側面周囲に軸方向に沿って形成される放熱空間と、
   前記柱状部の表面に形成される放熱部と、
   を備えたことを特徴とする放電ランプ。
2. 前記放熱空間が、前記筒状凹部の底面と前記柱状部の端面との間に軸垂直方向に沿って形成されている軸垂直方向放熱空間をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
3. 前記放熱部は、前記柱状部の側面に形成されており、
   前記柱状部の端面に形成される端面側放熱部を、さらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の放電ランプ。
4. 前記少なくとも一方の電極表面に形成され、少なくとも一部が軸方向に関して前記放熱部と同じ位置にある外側放熱部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電ランプ。
5. 前記放熱空間と前記少なくとも一方の電極の表面とを空間的に繋ぐ貫通孔が、さらに形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の放電ランプ。
6. 前記柱状部が、軸方向に沿って径が変化し、
   前記筒状凹部が、その形状に応じた凹形状を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の放電ランプ。
7. 前記柱状部の直径Ｒと前記筒状凹部の直径Ｄが、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の放電ランプ。
   
   ０．３４Ｄ≦Ｒ≦０．９５Ｄ
   
8. 前記軸垂直方向放熱空間の軸方向幅が、前記柱状部の高さより小さいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の放電ランプ。
9. 前記柱状部の直径Ｒと前記筒状凹部の直径Ｄが、Ｒ＜０．３４Ｄを満たすことを特徴とする請求項５に記載の放電ランプ。
10. 前記少なくとも一方の電極が、
    前記筒状凹部を形成した第１固体部材と、
    前記第１固体部材もしくは前記第１固体部材と接合する中間部材と接合し、前記柱状部を形成した第２固体部材とを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の放電ランプ。
11. 前記筒状凹部が、電極支持棒と繋がる後端側部材に形成され、
    前記柱状部が、電極先端面を有する先端側部材と繋がっていることを特徴とする請求項１０に記載の放電ランプ。
12. 前記筒状凹部が、電極先端面を有する先端側部材に形成され、
    前記柱状部が、電極支持棒もしくは前記電極支持棒と繋がる後端側部材に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の放電ランプ。
13. 前記柱状部が、前記筒状凹部と一体的に形成もしくは接合していることを特徴とする請求項１２に記載の放電ランプ。
14. 放電管と、
    前記放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、
    少なくとも一方の電極が、
    軸方向に沿った筒状凹部と、
    前記筒状凹部に同軸的に収容される柱状部と、
    前記柱状部の側面周囲に軸方向に沿って形成され、密閉された放熱空間とを備えることを特徴とする放電ランプ。
15. 放電管と、
    前記放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、
    少なくとも一方の電極が、
    電極支持棒と繋がり、軸方向に沿った筒状凹部を形成した後端側部材と、
    前記後端側部材もしくは前記後端側部材と接合する中間部材と接合し、前記筒状凹部に同軸的に収容される柱状部を形成した先端側部材と、
    少なくとも前記柱状部の側面周囲に軸方向に沿って形成される放熱空間と、
    前記筒状凹部の底面と前記柱状部の端面との間に軸垂直方向に沿って形成されている軸垂直方向放熱空間と、
    前記柱状部の表面に形成される放熱部とを備え、
    放電による熱の少なくとも一部は、前記柱状部の放熱部から前記放熱空間に放熱し、前記筒状凹部を経由して前記後端側部材に伝わることを特徴とする放電ランプ。
16. 柱状の後端側固体部材に対して筒状凹部を軸中心に形成し、
    電極先端面を有する柱状の先端側固体部材に対し、前記筒状凹部よりもサイズが小さい柱状部を軸中心に形成し、前記柱状部の側面には放熱部を形成し、
    前記筒状凹部に前記柱状部が収容されるように、前記先端側固体部材と前記後端側固体部材とを接合することを特徴とする放電ランプの製造方法。

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