JP4295527B2

JP4295527B2 - Discharge lamp and its electrode structure

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Publication number: JP4295527B2
Application number: JP2003050444A
Authority: JP
Inventors: 昌宏加藤; 則彦長谷川; 洋介小久保; 正宏倉野
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd; ALMT Corp
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd; ALMT Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: JP2004259639A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ショートアーク型放電ランプなどの特定波長を含む紫外線を照射する放電ランプ及びその電極構造に関し、詳しくは、電極の温度上昇を抑制することに優れた放電ランプ及びその電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体の配線パターンを形成する際に、紫外線照射するショートアーク型などの放電ランプが光源として使用されている。この放電ランプは、陽極を上または下にした状態で垂直点灯して使用している。そして、前記放電ランプは、点灯すると高熱となることが知られている。また、放電ランプを点灯状態にすると、陽極は陰極から送られてくる電子が衝突し、その衝突により蒸発、消耗する。さらに、電子の衝突により電極が消耗すると、熱対流により放電ランプの内壁、特に発光管中央部から上部側の内管壁が黒化する問題があった。
【０００３】
ここで、放電ランプの電極は、陰極の電極及び陽極の電極等があるが、以下の説明において、陰極の電極及び陽極の電極の内のいずれか一方または両方を単に電極と総称する。
【０００４】
輻射によって放出される熱量の増加を図るために、電極を炭素や、粉末金属のような黒い層で被覆することも考えられるが、これらの被覆では、電極材料と化合物を作って表面から消失するか、あるいは表面からわずかにしか付着せず、または全く付着しないという問題がある。
【０００５】
例えば、特許文献１ではＸ線管陽極において焦点路以外の部分の黒色材料の被覆を行うＸ線回転陽極について開示されている。ここでは、ガラス管球の黒化による可視光や紫外線の低下の防止が目的でないだけではなく、産業上の利用分野である使用目的が異なり、この皮膜は放熱を助力する目的だけに限られている。
【０００６】
また、特許文献２では、ランプ点灯時の陽極の温度を下げるべく、陽極の先端を除く表面に炭化タンタルとタングステンの混合物からなる多孔質層を形成することが開示されている。しかし、炭化タンタルの還元反応によって、この多孔質層も分解してしまい寿命が短いという問題がある。
【０００７】
また、特許文献３には、放電ランプの陽極に炭化タングステン、炭化タンタルおよびタングステンの混合物を焼結して多孔質層を形成した放電ランプ陽極の構造が開示されている。
【０００８】
また、特許文献４には、発光管内に陽極と陰極が対向配置されたショートアーク型放電ランプにおいて、点灯時に陽極温度の昇温をできるたけ抑制し、陽極部材の早期蒸発に起因する発光管の内壁黒化を抑え、前記ランプの使用寿命を延ばす陽極構造を提供することが開示されている。具体的に、この文献では、陽極表面は微粒子状のタングステンの焼結層の形成が提案されている。これら放電ランプ陽極の表面に表面層を形成する場合には、陽極側を保護すると共に、陽極の温度上昇を抑制する構成であるが、いずれも高融点金属またはその炭化物を表面層に形成することに特徴があるものである。
【０００９】
また、特許文献５には、陰極の外表面に炭化タンタル及び酸化トリウムの混合物よりなる多孔質層を焼結した放電灯の陰極構造が開示されている。この特許文献５では、陰極の多孔質からなる放電層にトリウムを使用していることから、放射性物質の使用を余儀なくされるものである。
【００１０】
さらに、特許文献６には、陰極の放熱層としてタングステン粉末の焼結層またはネジ状あるいは凹凸状の溝を形成した構造を備えているものが開示されている。特許文献６の場合も、タングステン粉末の焼結層またはネジ状あるいは凹凸状の溝では充分な放熱効果が得られないとういう問題がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭４８―８３７８９号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開平２−２５６１５０号公報
【００１３】
【特許文献３】
特開平９―１１５４７９号公報
【００１４】
【特許文献４】
特開平９−２３１９４６号公報
【００１５】
【特許文献５】
特開２０００−３０６５４６公報
【００１６】
【特許文献６】
特開平９−１１５４７８号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の放電ランプの構成では、以下のような問題点が存在していた。
【００１８】
（イ）上記従来の放電ランプにおいては、電極の表面に炭化タンタル、炭化タングステンやタングステンを焼結した構成としているが、その炭化タンタルおよびタングステン共に融点が高く、かつ、電極との密着性が悪いため、必ずしも電極の温度上昇を抑制することができなかった。
【００１９】
（ロ）また、電極との密着性が悪いことから、炭化タンタル、炭化タングステンやタングステンなどが電極から容易に離脱し、発光管の内管壁の黒化を早める場合もあった。
【００２０】
そこで、本発明は、前述の問題点を解決すべく提案されたもので、陽極の電極や陰極の電極との密着性に優れ、また、電極の温度上昇を適切に抑制でき、さらに、電極表面の保護に優れ、また、放電ランプの内管壁の黒化を少なく、そして、放電ランプの使用寿命を長くすることができる放電ランプ及びその電極構造を提供することを技術的課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明では、バルブ中央の膨出する発光空間内に対向して陽極の電極と陰極の電極が設置された放電ランプ及びその電極構造において、前記陽極又は陰極の電極の先端近傍を除く外表面に金属の酸化物を少なくとも１種含む放熱層が形成されるように構成したものである。
【００２２】
即ち、本発明によれば、バルブ中央の膨出する発光空間内に対向して陽極の電極と陰極の電極とが設置された放電ランプにおいて、前記陽極及び陰極の電極の内の少なくとも一方の電極の先端近傍を除く外表面に、典型金属または遷移金属の酸化物を少なくとも一種含む放熱層が形成され、前記酸化物は、アルミナ、酸化カルシウム、アルミナと酸化チタンの混合物、アルミナと酸化クロムの混合物の内のいずれか一種からなることを特徴とする放電ランプが得られる。
【００２３】
また、本発明によれば、前記放電ランプにおいて、前記外表面にＲｍａｘ１０μｍ以上の凹凸面が形成され、前記放熱層は、前記凹凸面を覆っていることを特徴とする放電ランプが得られる。
【００３０】
また、本発明によれば、バルブ中央の膨出する発光空間内に対向して陽極の電極と陰極の電極が設置された放電ランプの電極構造において、前記陽極及び陰極の電極の内の少なくとも一方の電極の先端近傍を除く外表面に、典型金属または遷移金属の酸化物を少なくとも一種含む放熱層が形成され、前記酸化物は、アルミナ、酸化カルシウム、アルミナと酸化チタンの混合物、アルミナと酸化クロムの混合物の内のいずれか一種からなることを特徴とする放電ランプの電極構造が得られる。
【００３１】
また、本発明によれば、前記放電ランプの電極構造において、前記外表面にＲｍａｘ１０μｍ以上の凹凸面が形成され、前記放熱層は、前記凹凸面を覆っていることを特徴とする放電ランプが得られる。
【００３８】
したがって、本発明の放電ランプ及びその電極構造においては、放熱層が酸化物であることから、放射率が優れるだけでなく、不導体であることからプラズマ中のイオンの授受がなく、管球の黒化を防止する効果が非常に大きい。
【００３９】
また、本発明においては、酸化物を中心とした表面層を形成することによって、幅広い波長での分光放射率が向上でき、放熱性にすぐれ、陽極の熱によるダメージを要因とした、ランプ内の黒化の防止を行うことができる。
【００４０】
また、前述した特許文献に開示された条件は、陽極の表面を導電体で被覆することを基本にしており、本発明のように、不導体である酸化物の被覆とは異なる。この非導電性被覆により、電流が陽極表面からは流れなくなり、陽極側面の陽イオン、陰イオンともにその授受が無く、ランプ内面の黒化の防止に大幅に役立つ。
【００４１】
また、金属材料を基本とした表面のコーティングでは、おのずと放射率に限界があった。これに対して本発明では、酸化物を中心とした表面層を形成することによって、幅広い波長での分光放射率が向上でき、放熱性にすぐれ、陽極の熱によるダメージを要因とした、ランプ内の黒化の防止を行うことかできる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００４３】
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００４４】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるショートアーク型放電ランプの全体の構成を示す正面図、図２は図１の電極部分を示す拡大した正面図である。
【００４５】
図１及び図２に示すように、ショートアーク型の放電ランプ１は、石英ガラスで形成されたバルブ２と、このバルブ２内の両端に対向して配置された陽極３および陰極６と、前記両電極３、６のそれぞれの基端側で前記バルブ２に設けた口金部９，１０から構成されている。
【００４６】
前記バルブ２は、その中央部が膨出して形成された発光管部２ａと、この発光管部２ａの両側に円管状に延びる封止管部２ｂ、２ｂとから構成されている。さらに、前記バルブ２内には、所定量の水銀と、常温で所定気圧の不活性ガスとが封入されている。そして、前記バルブ２の発光管部２ａ内に、前記陽極３および陰極６が所定距離離間した状態で対向して配置されている。
【００４７】
前記陽極３は、タングステンなどの部材で所定形状に形成され、その基端側から支持部４を介して金属箔５に接続されている。なお、前記金属箔５は、モリブデン箔で形成され、所定板厚に形成されている。
【００４８】
図２を参照すると、前記陽極３は、その先端部を除く外表面の一部に多孔質層よりなる放熱層３ｃを設けている。この多孔質層よりなる放熱層３ｃは、酸化物の混合物を焼結して形成される。なお、酸化物粉末の種類によっても陽極３との焼結強度や放射率が異なり、放電ランプ１の種類によっては、混合比率の変更を適宜行うことができる。
【００４９】
前記構成の陽極３を形成する場合は、前記した所定量の酸化物粉末の混合物に、溶媒として、例えば、ニトルセルロースおよび酢酸ブチルを混合して加え陽極３の先端部を除く外表面に塗布する。そして、乾燥した後に、減圧雰囲気で高温加熱して焼結している。
【００５０】
なお、放熱層の密着強度を向上する為に、陽極３の表面の凹凸を増やすことは効果的で、例えばブラスト処理によって陽極材質であるタングステン表面をＲｍａｘ１０μｍ以上、好ましくはＲｍａｘ５０μｍ以上であることが物理的な剥離強度を向上するために有効である。タングステン表面をＲｍａｘ１０μｍ未満の凸凹を形成しても、密着強度向上の効果が見られなかった。また、Ｒｍａｘ５０μｍ以上の凸凹を形成した場合には、１０００℃の繰り返し、昇温、降温試験においては、剥離が生じなかった。
【００５１】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施の形態では、放電ランプについては、陽極以外は、図１に示す第１の実施の形態によるものと同様であるので、電極に関するもののみ説明する。
【００５２】
図３は本発明の第２の実施の形態による電極部分を示す拡大した正面図である。
【００５３】
図３で示すように、放電ランプ１の陽極１３の構造は、その先端部１３ｂが、陰極１６と対面する部位を平らに形成し、その平らな部位から胴部１３ａと接続する曲線部分から構成されている。そして、前記酸化物と同様の多孔質層１３ｃは、胴部１３ａの全体に形成している。
【００５４】
さらに、本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の第３の実施の形態では、放電ランプについては、第２の実施の形態と同様に、陽極以外は、図１に示す第１の実施の形態によるものと同様であるので、電極に関するもののみ説明する。
【００５５】
図４は本発明の第３の実施の形態による電極部分を示す拡大した正面図である。
【００５６】
図４で示すように、放電ランプ１の陽極２３の構造は、先端部２３ｂを曲面で形成し、胴部２３ａに、酸化物の多孔質層よりなる放熱層２３ｃを設けている。
【００５７】
なお、前記第１、第２、及び第３の実施の形態による多孔質層よりなる放熱層３ｃ，１３ｃ，２３ｃは、その胴部３ａ，ｌ３ａ，２３ａの全体に焼結して形成しているが、輻射熱を効率よく発散できる範囲であれば、その胴部３ａ，ｌ３ａ，２３ａの一部でも構わない。
【００５８】
次に本発明の放電ランプの陽極の具体例について説明する。
【００５９】
前記第１の実施の形態による構成の陽極３を備える放電ランプ１を実際に点灯してその使用状態を実験した結果を下記表１に示す。なお、前記バルブ２内には、１ｍｇ／ｍｌの水銀と、常温で０．７気圧の不活性ガスとしてのアルゴンガスが封入されている。そして、前記バルブ２の発光管部２ａ内に、前記陽極３および陰極６が４ｍｍ離間した状態で対向して配置されている，また、前記金属箔５、８は、モリブデン箔を０．０２ｍｍ程度の板厚に形成している。
【００６０】
さらに、この実験データでは、種々の酸化物を陽極３の外表面に焼結して使用した。
【００６１】
【表１】

上記表１でも明らかなように、本発明の試料Ｎｏ．１〜１２では、前記放熱層が、バルブ２内に付着する黒化が少なく放電ランプ１の寿命が長い。また、炭化タングステンの割合が０．１である場合は、黒化は一定時間で平均的であった。さらに、放電ランプ１の寿命は１０００〜１６００時間であった。なお、これら本発明の被覆材質の使用温度での分光放射率を測定すると波長３μｍで、０．２以上、波長７μｍで０．７以上の分光放射率を有し、タングステン金属光沢表面では波長３μｍで、０．１８、波長７μｍで０．１の分光放射率であることに比較すると、放熱に対して非常に大きな効果があることか判った。５００μｍを越える、例えば、１ｍｍの膜厚を形成した場合には、室温から１０００℃の繰り返し昇温・降温試験において、剥離が生じた。
【００６２】
被覆の膜厚については、少なくとも表面を覆うだけの放熱層がある方がその放熱効果としては大きいが、放熱層を多くするとその剥離の確率が多くなってしまう。使用酸化物の粒子径により適正値は異なるが、放熱層の厚みは数μｍから１００μｍ程度あれば十分であるが、熱サイクルによって表面層を健全に保つ為には、放熱層の厚みを５００μｍ以下にとどめることが望ましい。
【００６３】
表面の放熱層の表面粗さは、原料酸化物粉末の粒子径および陽極材質のタングステンの粗さによって異なるが、Ｒｍａｘ２μｍ〜１００μｍの表面層が得られた。
【００６４】
そして、比較例による試料Ｎｏ．１３及び１４では、純タングステンやタングステンと炭化タンタルの混合とした場合は、黒化の程度は多く、放電ランプ１の寿命も４００時間と著しく短くなった。これは炭化タングステンの融点が低いため、蒸発する割合も増えるためである。したがって、黒化が進むことでさらに放電ランプ１の寿命も短くなった。
【００６５】
なお、前記構成の放電ランプでは、陽極および陰極の形状は、特定されるものではなく、また、放電ランプ内に封入される封入ガスや、水銀なとの封入物の量や種類も特定されるものではない。
【００６６】
また、酸化物によっては電極材質との熱膨張の差により、温度サイクルによって剥離の要因となる現象が起こり得るが、被覆材質とランプ内雰囲気の選択によっては、放熱層を２層や３層として、密着性の向上と、熱膨張率を段階的な変化をつけることができる。
【００６７】
また、これまで述べてきた酸化物の焼結方法としては、１５００℃程度の温度での最終焼結によって、放熱層を形成することが可能であるが、プラズマジェットまたは類似の方法により形成することも可能である。これらの製法によれば、通常使用される材料と層の融点以下では反応せず、その蒸気圧も非常に低い。
【００６８】
以上の説明においては、具体的にショートアーク型高圧水銀蒸気ランプに関して述べたが、本発明はショートアーク型放電ランプであれば、キセノン放電ランプやキセノン水銀放電ランプ、カドミニウムや亜鉛などを発光管に封入した放電ランプあるいは各種金属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプにも適用できるものであることは当然のことである。
【００６９】
そして、更に、本発明においては電極の材料はタングステンに限定されるものではなく、モリブデンやタンタルなどの他の高融点材料の場合であっても、本発明にかかる放熱層を電極の先端近傍を除く外表面に形成することによって、同様な蒸発抑制効果は得られる。
【００７０】
また、ここでは、陽極のみに放熱層を形成した例を示したが、陰極及び/又は陰極にも適用できることは勿論である。
【００７１】
【発明の効果】
以上に述べたごとく、本発明では、次の優れた効果を発揮する。
【００７２】
本発明においては、酸化物の放熱層が放電ランプの陽極の外表面に焼結しているため、陽極の先端部を除く外表面の一部に形成された多孔質からなる放熱層は、その陽極との焼結強度が強くなり、的確に陽極の温度上昇を抑制することができる。そのため、放電ランプの使用寿命を従来の放電ランプより延ばすことが可能となる放電ランプ及びその電極構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるショートアーク型放電ランプの全体の構成を示す正面図である。
【図２】図１の電極部分を示す拡大した正面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態による放電ランプの電極部分を拡大した正面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態による放電ランプの電極部分を拡大した正面図である。
【符号の説明】
１放電ランプ
２バルブ
２ａ発光管部
２ｂ封止管部
３，１３，２３陽極
３ｃ，１３ｃ，２３ｃ放熱層
５，８金属箔
６，１６，２６陰極
９，１０口金部
１３ａ，２３ａ胴部
１３ｂ先端部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a discharge lamp that irradiates ultraviolet rays including a specific wavelength, such as a short arc type discharge lamp, and an electrode structure thereof, and more particularly, to a discharge lamp excellent in suppressing an increase in electrode temperature and an electrode structure thereof.
[0002]
[Prior art]
In general, when forming a semiconductor wiring pattern, a discharge lamp of a short arc type or the like irradiated with ultraviolet rays is used as a light source. This discharge lamp is used in the vertical lighting state with the anode up or down. And it is known that the discharge lamp will become hot when lit. Further, when the discharge lamp is turned on, electrons sent from the cathode collide with the anode and are evaporated and consumed due to the collision. Further, when the electrodes are consumed due to the collision of electrons, there is a problem that the inner wall of the discharge lamp, particularly the inner tube wall on the upper side from the central portion of the arc tube, is blackened by thermal convection.
[0003]
Here, the electrodes of the discharge lamp include a cathode electrode and an anode electrode. In the following description, either or both of the cathode electrode and the anode electrode are simply referred to as electrodes.
[0004]
In order to increase the amount of heat released by radiation, it is conceivable to coat the electrode with a black layer such as carbon or powder metal, but in these coatings, the electrode material and compound are made and disappear from the surface. There is a problem that it adheres only slightly from the surface or does not adhere at all.
[0005]
For example, Patent Document 1 discloses an X-ray rotating anode that covers a portion of the X-ray tube anode other than the focal path with a black material. Here, not only is the purpose of preventing reduction of visible light and ultraviolet rays due to the blackening of the glass tube bulb, but the purpose of use, which is an industrial application field, is different, and this film is limited only to the purpose of assisting heat dissipation. Yes.
[0006]
Patent Document 2 discloses that a porous layer made of a mixture of tantalum carbide and tungsten is formed on the surface excluding the tip of the anode in order to lower the temperature of the anode when the lamp is turned on. However, there is a problem that this porous layer is also decomposed by the reduction reaction of tantalum carbide and the life is short.
[0007]
Patent Document 3 discloses a structure of a discharge lamp anode in which a porous layer is formed by sintering a mixture of tungsten carbide, tantalum carbide and tungsten on the anode of the discharge lamp.
[0008]
Further, in Patent Document 4, in a short arc type discharge lamp in which an anode and a cathode are arranged opposite to each other in the arc tube, the anode temperature is suppressed as much as possible during lighting, and the arc tube due to early evaporation of the anode member is suppressed. It is disclosed to provide an anode structure that suppresses inner wall blackening and extends the service life of the lamp. Specifically, this document proposes the formation of a particulate tungsten sintered layer on the anode surface. When a surface layer is formed on the surface of these discharge lamp anodes, the anode side is protected and the temperature rise of the anode is suppressed. In either case, a refractory metal or a carbide thereof is formed on the surface layer. It has a characteristic.
[0009]
Patent Document 5 discloses a cathode structure of a discharge lamp in which a porous layer made of a mixture of tantalum carbide and thorium oxide is sintered on the outer surface of the cathode. In this patent document 5, since thorium is used for the discharge layer made of a porous cathode, the use of a radioactive substance is unavoidable.
[0010]
Further, Patent Document 6 discloses one having a structure in which a sintered layer of tungsten powder or a screw-like or uneven groove is formed as a cathode heat dissipation layer. In the case of Patent Document 6 as well, there is a problem that a sufficient heat dissipation effect cannot be obtained with a sintered layer of tungsten powder or a screw-like or uneven groove.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-48-83789 [0012]
[Patent Document 2]
JP-A-2-256150
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-115479 [0014]
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-231946
[Patent Document 5]
JP 2000-306546 A
[Patent Document 6]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-115478
[Problems to be solved by the invention]
The configuration of the conventional discharge lamp has the following problems.
[0018]
(A) The conventional discharge lamp has a structure in which tantalum carbide, tungsten carbide or tungsten is sintered on the surface of the electrode. Both the tantalum carbide and tungsten have a high melting point and poor adhesion to the electrode. For this reason, it was not always possible to suppress the temperature rise of the electrodes.
[0019]
(B) In addition, since the adhesion with the electrode is poor, tantalum carbide, tungsten carbide, tungsten, or the like may be easily detached from the electrode, thereby speeding up the blackening of the inner tube wall of the arc tube.
[0020]
Therefore, the present invention has been proposed to solve the above-described problems, and is excellent in adhesion to the anode electrode and the cathode electrode, and can appropriately suppress the temperature rise of the electrode. It is an object of the present invention to provide a discharge lamp and an electrode structure thereof that are excellent in protection of the discharge lamp, reduce blackening of the inner tube wall of the discharge lamp, and can extend the service life of the discharge lamp.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, a discharge lamp in which an anode electrode and a cathode electrode are installed facing a light emitting space that bulges out in the center of a bulb, and an electrode structure thereof. The heat radiation layer containing at least one metal oxide is formed on the outer surface excluding the vicinity of the tip.
[0022]
That is, according to the present invention, in a discharge lamp in which an anode electrode and a cathode electrode are installed facing a bulging light emitting space in the center of the bulb, at least one of the anode and cathode electrodes A heat dissipation layer containing at least one oxide of a typical metal or a transition metal is formed on the outer surface excluding the vicinity of the tip of the metal. The oxide is alumina, calcium oxide, a mixture of alumina and titanium oxide, a mixture of alumina and chromium oxide. discharge lamp characterized that you made of any one of the is obtained.
[0023]
Further, according to the present invention, there is obtained a discharge lamp characterized in that in the discharge lamp, an uneven surface having an Rmax of 10 μm or more is formed on the outer surface, and the heat dissipation layer covers the uneven surface .
[0030]
Further, according to the present invention, in the electrode structure of a discharge lamp in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed opposite to a bulging light emitting space in the center of the bulb, at least one of the anode and cathode electrodes A heat dissipation layer containing at least one oxide of a typical metal or a transition metal is formed on the outer surface excluding the vicinity of the tip of the electrode, and the oxide is alumina, calcium oxide, a mixture of alumina and titanium oxide, alumina and chromium oxide An electrode structure of a discharge lamp characterized by comprising any one of the above mixtures can be obtained.
[0031]
Further, according to the present invention, in the electrode structure of the discharge lamp, there is obtained a discharge lamp characterized in that an uneven surface having an Rmax of 10 μm or more is formed on the outer surface, and the heat dissipation layer covers the uneven surface. It is done.
[0038]
Therefore, in the discharge lamp and its electrode structure of the present invention, the heat dissipation layer is an oxide, so that not only the emissivity is excellent, but since it is a nonconductor, there is no exchange of ions in the plasma, and the tube The effect of preventing blackening is very large.
[0039]
In addition, in the present invention, by forming a surface layer centered on an oxide, spectral emissivity at a wide range of wavelengths can be improved, heat dissipation is excellent, and damage due to heat of the anode is a factor in the lamp. Blackening can be prevented.
[0040]
Further, the conditions disclosed in the above-mentioned patent documents are based on the fact that the surface of the anode is covered with a conductor, which is different from the coating of an oxide which is a nonconductor as in the present invention. With this non-conductive coating, current does not flow from the anode surface, and neither cations nor anions on the side surface of the anode are exchanged, which greatly helps to prevent blackening of the lamp inner surface.
[0041]
In addition, the coating of the surface based on the metal material naturally has a limit on the emissivity. On the other hand, in the present invention, by forming a surface layer centered on oxide, the spectral emissivity in a wide range of wavelengths can be improved, heat dissipation is excellent, and damage due to heat of the anode is a factor in the lamp. Can be prevented.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0043]
First, a first embodiment of the present invention will be described.
[0044]
FIG. 1 is a front view showing an overall configuration of a short arc type discharge lamp according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged front view showing an electrode portion of FIG.
[0045]
As shown in FIGS. 1 and 2, a short arc type discharge lamp 1 includes a bulb 2 made of quartz glass, an anode 3 and a cathode 6 arranged opposite to both ends in the bulb 2, The

bases

9 and 10 are provided on the bulb 2 on the base ends of the

electrodes

3 and 6.
[0046]
The bulb 2 is composed of an arc tube portion 2a formed by expanding a central portion thereof, and sealing

tube portions

2b and 2b extending in a circular shape on both sides of the arc tube portion 2a. Further, a predetermined amount of mercury and an inert gas having a predetermined pressure at normal temperature are enclosed in the valve 2. In the arc tube portion 2a of the bulb 2, the anode 3 and the cathode 6 are arranged to face each other with a predetermined distance therebetween.
[0047]
The anode 3 is formed in a predetermined shape with a member such as tungsten, and is connected to the metal foil 5 via the support portion 4 from the base end side. The metal foil 5 is made of molybdenum foil and has a predetermined plate thickness.
[0048]
Referring to FIG. 2, the anode 3 is provided with a heat dissipation layer 3 c made of a porous layer on a part of the outer surface excluding its tip. The heat dissipation layer 3c made of this porous layer is formed by sintering a mixture of oxides. Note that the sintering strength and emissivity with the anode 3 are different depending on the type of the oxide powder, and the mixing ratio can be appropriately changed depending on the type of the discharge lamp 1.
[0049]
In the case of forming the anode 3 having the above-described configuration, for example, nitrulose cellulose and butyl acetate are mixed and added to the mixture of the predetermined amount of the oxide powder as a solvent and applied to the outer surface excluding the tip of the anode 3. . And after drying, it is sintered by heating at a high temperature in a reduced pressure atmosphere.
[0050]
In order to improve the adhesion strength of the heat dissipation layer, it is effective to increase the unevenness of the surface of the anode 3. For example, the surface of tungsten, which is the anode material, is blasted by Rmax 10 μm or more, preferably Rmax 50 μm or more. It is effective for improving the peel strength. Even if unevenness with Rmax less than 10 μm was formed on the tungsten surface, the effect of improving the adhesion strength was not observed. In addition, in the case where irregularities with an Rmax of 50 μm or more were formed, peeling did not occur in repeated 1000 ° C., temperature rise and temperature drop tests.
[0051]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment of the present invention, since the discharge lamp is the same as that according to the first embodiment shown in FIG. 1 except for the anode, only the electrode will be described.
[0052]
FIG. 3 is an enlarged front view showing an electrode portion according to the second embodiment of the present invention.
[0053]
As shown in FIG. 3, the anode 13 of the discharge lamp 1 has a structure in which a tip portion 13b is formed in a flat portion facing the cathode 16 and is connected to the trunk portion 13a from the flat portion. Has been. And the porous layer 13c similar to the said oxide is formed in the whole trunk | drum 13a.
[0054]
Furthermore, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment of the present invention, the discharge lamp is the same as that in the first embodiment shown in FIG. 1 except for the anode, as in the second embodiment. Only things are explained.
[0055]
FIG. 4 is an enlarged front view showing an electrode portion according to the third embodiment of the present invention.
[0056]
As shown in FIG. 4, in the structure of the anode 23 of the discharge lamp 1, the tip end portion 23b is formed in a curved surface, and the body portion 23a is provided with a heat dissipation layer 23c made of an oxide porous layer.
[0057]
The heat radiation layers 3c, 13c, and 23c made of the porous layers according to the first, second, and third embodiments are formed by sintering the entire body portions 3a, l3a, and 23a. However, as long as the radiant heat can be efficiently diffused, a part of the body portions 3a, l3a, and 23a may be used.
[0058]
Next, specific examples of the anode of the discharge lamp of the present invention will be described.
[0059]
Table 1 below shows the results obtained by actually lighting the discharge lamp 1 including the anode 3 having the configuration according to the first embodiment and experimenting the use state thereof. The bulb 2 is filled with 1 mg / ml of mercury and argon gas as an inert gas of 0.7 atm at normal temperature. In the arc tube portion 2a of the bulb 2, the anode 3 and the cathode 6 are arranged to face each other with a distance of 4 mm, and the metal foils 5 and 8 are made of molybdenum foil of about 0.02 mm. It is formed in the plate thickness.
[0060]
Further, in this experimental data, various oxides were used after sintering on the outer surface of the anode 3.
[0061]
[Table 1]

As apparent from Table 1 above, the sample No. In 1 to 12, the heat radiation layer is less likely to be blackened in the bulb 2 and the life of the discharge lamp 1 is long. Further, when the proportion of tungsten carbide was 0.1, blackening was average over a certain period of time. Further, the life of the discharge lamp 1 was 1000 to 1600 hours. When the spectral emissivity of these coating materials of the present invention at the operating temperature is measured, it has a spectral emissivity of 0.2 or more at a wavelength of 3 μm, 0.7 or more at a wavelength of 7 μm, and a wavelength of 3 μm on a tungsten metal glossy surface. In comparison with the spectral emissivity of 0.18 at a wavelength of 7 μm and 0.1, it was found that there was a very large effect on heat dissipation. When a film thickness of more than 500 μm, for example, 1 mm was formed, peeling occurred in repeated temperature rise / fall tests from room temperature to 1000 ° C.
[0062]
Regarding the film thickness of the coating, the heat dissipation effect is greater if there is at least a heat dissipation layer that covers the surface, but if the number of heat dissipation layers is increased, the probability of peeling increases. Although the appropriate value varies depending on the particle size of the oxide used, it is sufficient if the thickness of the heat dissipation layer is several μm to 100 μm. However, in order to keep the surface layer healthy by thermal cycling, the thickness of the heat dissipation layer is 500 μm or less. It is desirable to stay at
[0063]
The surface roughness of the heat radiation layer on the surface varies depending on the particle diameter of the raw material oxide powder and the roughness of tungsten as the anode material, but a surface layer with Rmax of 2 μm to 100 μm was obtained.
[0064]
And sample No. by a comparative example. In Nos. 13 and 14, when pure tungsten or a mixture of tungsten and tantalum carbide was used, the degree of blackening was large and the life of the discharge lamp 1 was remarkably shortened to 400 hours. This is because the melting point of tungsten carbide is low and the rate of evaporation increases. Therefore, as the blackening progresses, the life of the discharge lamp 1 is further shortened.
[0065]
In the discharge lamp having the above-described configuration, the shapes of the anode and the cathode are not specified, and the amount and type of the enclosed gas enclosed in the discharge lamp and the inclusion such as mercury are also specified. It is not a thing.
[0066]
Depending on the oxide, the thermal expansion difference with the electrode material may cause a phenomenon that causes peeling due to the temperature cycle. However, depending on the choice of the coating material and the atmosphere in the lamp, the heat dissipation layer may be divided into two or three layers. The adhesion can be improved and the coefficient of thermal expansion can be changed stepwise.
[0067]
In addition, as the oxide sintering method described so far, a heat dissipation layer can be formed by final sintering at a temperature of about 1500 ° C., but it should be formed by plasma jet or a similar method. Is also possible. According to these production methods, there is no reaction below the melting point of the layer with a normally used material, and its vapor pressure is very low.
[0068]
In the above description, a short arc type high-pressure mercury vapor lamp has been specifically described. However, if the present invention is a short arc type discharge lamp, a xenon discharge lamp, a xenon mercury discharge lamp, cadmium, zinc, or the like is used as an arc tube. Of course, the present invention can also be applied to a sealed discharge lamp or a metal halide lamp filled with various metal halides.
[0069]
Further, in the present invention, the material of the electrode is not limited to tungsten, and even in the case of other high melting point materials such as molybdenum and tantalum, the heat dissipation layer according to the present invention is disposed near the tip of the electrode. By forming on the outer surface excluding the same, the same evaporation suppression effect can be obtained.
[0070]
Although an example in which the heat dissipation layer is formed only on the anode is shown here, it is needless to say that the present invention can also be applied to the cathode and / or the cathode.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, the present invention exhibits the following excellent effects.
[0072]
In the present invention, since the oxide heat dissipation layer is sintered on the outer surface of the anode of the discharge lamp, the porous heat dissipation layer formed on a part of the outer surface excluding the tip of the anode is The sintering strength with the anode becomes strong, and the temperature rise of the anode can be suppressed accurately. Therefore, it is possible to provide a discharge lamp and its electrode structure that can extend the service life of the discharge lamp as compared with the conventional discharge lamp.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an overall configuration of a short arc type discharge lamp according to a first embodiment of the present invention.
2 is an enlarged front view showing an electrode part of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is an enlarged front view of an electrode portion of a discharge lamp according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged front view of an electrode portion of a discharge lamp according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge lamp 2 Bulb 2a Light emission tube part 2b

Sealing tube part

3,13,23

Anode

3c, 13c, 23c

Heat radiation layer

5,8

Metal foil

6,16,26

Cathode

9,10 Base part 13a, 23a Body part 13b Tip Part

Claims

In a discharge lamp in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed opposite to a bulging light emitting space in the center of the bulb, on the outer surface excluding the vicinity of the tip of at least one of the anode and cathode electrodes. A heat dissipation layer including at least one oxide of a typical metal or a transition metal is formed, and the oxide includes any one of alumina, calcium oxide, a mixture of alumina and titanium oxide, and a mixture of alumina and chromium oxide. discharge lamp, wherein a call.

2. The discharge lamp according to claim 1, wherein an uneven surface having an Rmax of 10 μm or more is formed on the outer surface, and the heat dissipation layer covers the uneven surface .

In an electrode structure of a discharge lamp in which an anode electrode and a cathode electrode are installed oppositely in a bulging light emitting space in the center of the bulb, an outside excluding the vicinity of the tip of at least one of the anode and cathode electrodes A heat dissipation layer including at least one oxide of typical metal or transition metal is formed on the surface, and the oxide is any one of alumina, calcium oxide, a mixture of alumina and titanium oxide, and a mixture of alumina and chromium oxide. electrode structure of the discharge lamp, characterized in that it consists of.

4. The electrode structure of a discharge lamp according to claim 3, wherein an uneven surface having an Rmax of 10 [mu] m or more is formed on the outer surface, and the heat dissipation layer covers the uneven surface .