JP6185717B2 - Discharge lamp - Google Patents

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Description

本発明は、露光装置等に利用される放電ランプに関し、特に、電極内部に形成された内部空間に伝熱体を封入する電極構造に関する。   The present invention relates to a discharge lamp used in an exposure apparatus or the like, and more particularly to an electrode structure that encloses a heat transfer body in an internal space formed inside the electrode.

放電ランプでは、高出力化に伴い、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、ランプ出力低下を招く。このような電極先端部の過熱を防ぐため、電極内部に密閉空間を形成し、その中に金、銀などの伝熱体が封入される。点灯中、伝熱体は溶融して対流する。これにより、電極先端部の熱が電極支持棒側へ輸送され、先端部温度が低下する。   In a discharge lamp, as the output increases, the tip of the electrode becomes high temperature, and an electrode material such as tungsten melts and evaporates, causing a decrease in lamp output. In order to prevent such overheating of the electrode tip, a sealed space is formed inside the electrode, and a heat transfer body such as gold or silver is enclosed therein. During lighting, the heat transfer body melts and convects. Thereby, the heat of an electrode front-end | tip part is conveyed to the electrode support rod side, and front-end | tip part temperature falls.

このような電極構造では、長時間点灯すると、伝熱体の対流に伴う密閉空間内での激しい温度変化により高温クリープ変形が空間底面で生じ、電極先端部が破裂する恐れがある。これを防ぐため、密閉空間の底面を全体的に曲面とし、内部圧力を緩和する(特許文献1参照)。あるいは、密閉空間内にプレートを配置し、周方向に沿った対流を規制する(特許文献2参照)。   In such an electrode structure, when it is lit for a long time, a high temperature creep deformation may occur at the bottom of the space due to a drastic temperature change in the sealed space due to the convection of the heat transfer body, and the tip of the electrode may burst. In order to prevent this, the bottom surface of the sealed space is entirely curved to relieve internal pressure (see Patent Document 1). Or a plate is arrange | positioned in sealed space and the convection along the circumferential direction is controlled (refer patent document 2).

特開2005−11564号公報JP 2005-11564 A 特開2012−28168号公報JP 2012-28168 A

伝熱体を封入する放電ランプでは、熱輸送効率を高めるため、電極先端部における肉厚が薄い。すなわち、内部空間底面と電極先端面との距離が短い。そのため、曲面状底面の形成、対流を規制するプレート配置といった構成では、十分にクリープ変形問題に対処できない。特に、大出力放電ランプの場合、電極サイズの大型化に伴って密閉空間サイズも拡大し、内部底面により大きな圧力がかかり、高温クリープ変形が生じてしまう。   In the discharge lamp enclosing the heat transfer body, the thickness at the tip of the electrode is thin in order to increase the heat transport efficiency. That is, the distance between the bottom surface of the internal space and the tip surface of the electrode is short. For this reason, the formation of the curved bottom surface and the arrangement of plates that restrict convection cannot sufficiently cope with the creep deformation problem. In particular, in the case of a high-power discharge lamp, the size of the sealed space increases as the electrode size increases, and a large pressure is applied to the inner bottom surface, resulting in high temperature creep deformation.

したがって、放電ランプを長時間使用しても十分耐久性があるとともに、電極先端部の熱を抑える電極構造が求められる。   Therefore, an electrode structure that is sufficiently durable even when the discharge lamp is used for a long time and that suppresses the heat at the electrode tip is required.

本発明の放電ランプは、電極対と電極対を内部に配置した放電管とを備え、少なくとも1つの電極は、軸方向に沿って延び、伝熱体が封入される密閉された筒状内部空間を有する。   The discharge lamp of the present invention includes an electrode pair and a discharge tube in which the electrode pair is disposed, and at least one electrode extends in the axial direction and is a sealed cylindrical internal space in which a heat transfer body is enclosed. Have

例えば電極は、柱状胴体部と、胴体部からアーク放電の生じる電極先端面に向けて先細くなる先端部から構成される。   For example, the electrode includes a columnar body portion and a tip portion that tapers from the body portion toward the electrode tip surface where arc discharge occurs.

本発明では、電極先端部側の肉厚が、電極側面側の肉厚よりも大きい。伝熱体を密封する電極構造では、電極先端側の熱を輸送することを最重要課題とするため、従来では、電極先端部側の肉厚を電極側面側の肉厚よりも小さく設定し、これを電極構造の前提、必須要素としていた。   In the present invention, the thickness on the electrode tip side is larger than the thickness on the electrode side surface side. In the electrode structure for sealing the heat transfer body, the most important issue is to transport the heat on the electrode tip side, so conventionally, the thickness on the electrode tip side is set smaller than the thickness on the electrode side surface side, This was a prerequisite and essential element of the electrode structure.

しかしながら、伝熱体の密閉空間の流れを検討してみると、電極軸に沿って電極支持棒付近(先端部とは反対側)で生じる伝熱体の最大流速を大きくすることにより、先端部が肉厚の電極構造を採用しても効率よく熱輸送が行えることが見出された。例えば、内部空間の底面を胴体部内に位置するように構成することが可能である。   However, when the flow in the sealed space of the heat transfer body is studied, the tip portion is increased by increasing the maximum flow velocity of the heat transfer body that is generated near the electrode support rod (on the opposite side of the tip portion) along the electrode axis. However, it has been found that heat transport can be efficiently performed even when a thick electrode structure is employed. For example, it is possible to configure so that the bottom surface of the internal space is located in the body part.

そして、伝熱体の最大流速をより大きくする電極構造として、内部空間に平坦な底面が設けられ、内部空間には、内部空間側面から底面に向けて縮径した縮径面が形成される。平坦な底面かつ縮径面の形成によって、伝熱体の流れに淀みが生じず、また、伝熱体の電極軸に沿った上昇流が底面付近から始まって最大流速がより大きくなる。さらに、先端側肉厚が大きいため、先端部過熱による変形クリープ現象にも十分耐えられる。   As an electrode structure that further increases the maximum flow velocity of the heat transfer body, a flat bottom surface is provided in the internal space, and a reduced diameter surface that is reduced in diameter from the side surface of the internal space toward the bottom surface is formed in the internal space. The formation of the flat bottom surface and the reduced diameter surface does not cause stagnation in the flow of the heat transfer body, and the upward flow along the electrode axis of the heat transfer body starts from the vicinity of the bottom surface to increase the maximum flow velocity. Furthermore, since the tip side wall thickness is large, it can sufficiently withstand the deformation creep phenomenon due to tip overheating.

縮径面の構成としては、断面R形状、テーパー形状などが構成可能である。例えば、内部空間が、縮径面として所定の曲率半径をもつ湾曲面を有し、湾曲面は、以下の条件式を満たすように形成される。ただし、Rは湾曲面の曲率半径、L1は内部空間の径を表す。

0.03 ≦ R/L1 ≦ 0.27
As a configuration of the reduced diameter surface, a cross-sectional R shape, a tapered shape, or the like can be configured. For example, the internal space has a curved surface having a predetermined radius of curvature as the reduced diameter surface, and the curved surface is formed so as to satisfy the following conditional expression. However, R represents the radius of curvature of the curved surface, and L1 represents the diameter of the internal space.

0.03 ≦ R / L1 ≦ 0.27

特に、湾曲面は、以下の式を満たすように形成することが可能である。

0.06 ≦ R/L1 ≦ 0.20
In particular, the curved surface can be formed to satisfy the following formula.

0.06 ≦ R / L1 ≦ 0.20

また内部空間には、縮径面として所定の傾斜角度をもつテーパー面を設けることができる。テーパー面は、以下の条件を満たすように形成すればよい。ただし、aは、底面に対するテーパー面の傾斜角度を示し、L1は内部空間の径を表し、L3は、内部空間の径と底面の径との差の半分を表す。

0.03 ≦ L3/L1 ≦ 0.17
10≦ a ≦ 60
In the internal space, a tapered surface having a predetermined inclination angle can be provided as a reduced diameter surface. The tapered surface may be formed so as to satisfy the following conditions. Here, a represents the inclination angle of the tapered surface with respect to the bottom surface, L1 represents the diameter of the internal space, and L3 represents half of the difference between the diameter of the internal space and the diameter of the bottom surface.

0.03 ≦ L3 / L1 ≦ 0.17
10 ≦ a ≦ 60

本発明の放電ランプ用電極は、柱状胴体部と、胴体部から電極先端面に向けて先細くなる先端部と、軸方向に沿って延び、伝熱体が封入される密閉された筒状内部空間とを備え、電極先端部側の肉厚が、電極側面側の肉厚よりも大きく、内部空間が、平坦な底面を有内部空間が、内部空間側面から底面に向けて縮径した縮径面を有することを特徴とする。   The discharge lamp electrode of the present invention includes a columnar body, a tip that tapers from the body toward the electrode tip, and a sealed cylindrical interior that extends along the axial direction and encloses a heat transfer body. The inner wall has a flat bottom surface and the inner space has a reduced diameter from the inner space side surface toward the bottom surface. It has a surface.

本発明によれば、放電ランプにおいて、熱輸送効率および耐熱構造に優れた電極を設けることができる。   According to the present invention, an electrode excellent in heat transport efficiency and heat-resistant structure can be provided in a discharge lamp.

第1の実施形態である放電ランプを模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically the discharge lamp which is 1st Embodiment. 陽極の概略的断面図である。It is a schematic sectional drawing of an anode. 縮径面がない内部空間を設けた陽極および平坦な底面のない内部空間を設けた場合の伝熱体の流れを示した図である。It is the figure which showed the flow of the heat exchanger at the time of providing the anode which provided the interior space without a diameter-reduced surface, and the interior space without a flat bottom face. 本実施形態における伝熱体の流れを示した図である。It is the figure which showed the flow of the heat exchanger in this embodiment. 第2の実施形態である放電ランプの陽極の概略的断面図である。It is a schematic sectional drawing of the anode of the discharge lamp which is 2nd Embodiment. R/L1に対する電極先端温度および最大流速の変化を示したグラフである。It is the graph which showed the change of the electrode tip temperature with respect to R / L1, and the maximum flow velocity. 最大流速と電極先端部温度の比例関係を示したグラフである。It is the graph which showed the proportional relationship of the maximum flow velocity and the electrode tip part temperature. L1/L3に対する電極先端温度と最大流速の変化を示したグラフである。It is the graph which showed the change of the electrode tip temperature with respect to L1 / L3 and the maximum flow velocity.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、第1の実施形態である放電ランプを模式的に示した平面図である。   FIG. 1 is a plan view schematically showing a discharge lamp according to the first embodiment.

放電ランプ10は、パターン形成する露光装置(図示せず)の光源などに使用可能であり、透明な石英ガラス製の放電管(発光管)12を備える。放電管12には、陰極20、陽極30が所定間隔をもって同軸上に対向配置される。   The discharge lamp 10 can be used as a light source of an exposure apparatus (not shown) for forming a pattern, and includes a discharge tube (light emitting tube) 12 made of transparent quartz glass. A cathode 20 and an anode 30 are coaxially opposed to the discharge tube 12 with a predetermined interval.

放電管12の両側には、対向するように石英ガラス製の封止管13A、13Bが放電管12と一体的に設けられており、封止管13A、13Bの両端は、口金19A、19Bが配置されている。   On both sides of the discharge tube 12, sealing tubes 13A and 13B made of quartz glass are provided integrally with the discharge tube 12 so as to face each other, and both ends of the sealing tubes 13A and 13B are provided with caps 19A and 19B. Has been placed.

封止管13A、13Bの内部には、金属性の陰極20、陽極30を支持する導電性の電極支持棒17A、17Bが配設され、金属リング(図示せず)、モリブデンなどの金属箔16A、16Bを介して導電性のリード棒15A、15Bにそれぞれ接続される。   Inside the sealing tubes 13A and 13B, conductive electrode support rods 17A and 17B for supporting the metallic cathode 20 and the anode 30 are disposed, and a metal ring (not shown), a metal foil 16A such as molybdenum, etc. , 16B to the conductive lead rods 15A, 15B, respectively.

封止管13A、13Bは、封止管13A、13B内に設けられるガラス管(図示せず)と溶着しており、これによって、水銀および希ガスが封入された放電空間DSが封止される。   The sealing tubes 13A and 13B are welded to glass tubes (not shown) provided in the sealing tubes 13A and 13B, whereby the discharge space DS in which mercury and a rare gas are sealed is sealed. .

リード棒15A、15Bは外部の電源部(図示せず)に接続されており、リード棒15A、15B、金属箔16A、16B、そして電極支持棒17A、17Bを介して陰極20、陽極30の間に電圧が印加される。放電ランプ10に電力が供給されると、電極間でアーク放電が発生し、水銀による輝線(紫外光)が放射される。   The lead rods 15A and 15B are connected to an external power source (not shown), and are connected between the cathode 20 and the anode 30 via the lead rods 15A and 15B, the metal foils 16A and 16B, and the electrode support rods 17A and 17B. A voltage is applied to. When electric power is supplied to the discharge lamp 10, arc discharge occurs between the electrodes, and a bright line (ultraviolet light) due to mercury is emitted.

図2は、陽極の概略的断面図である。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the anode.

陽極30は、図1に示した電極支持棒17Bに接続される円柱状胴体部32と、円錐台形状先端部34とが一体的に形成された構造になっている。先端部34は、アーク放電が生じる電極軸Eに垂直な電極先端面34Sを有する。胴体部32内には、電極軸Eに沿って円筒状内部空間40が同軸的に形成されており、内部空間40は蓋42によって密閉されている。   The anode 30 has a structure in which a cylindrical body portion 32 connected to the electrode support rod 17B shown in FIG. 1 and a truncated cone-shaped tip portion 34 are integrally formed. The tip portion 34 has an electrode tip surface 34S perpendicular to the electrode axis E where arc discharge occurs. A cylindrical internal space 40 is formed coaxially along the electrode axis E in the body portion 32, and the internal space 40 is sealed by a lid 42.

内部空間40には、銀など電極素材よりも融点の低い伝熱体Mが封入されている。ランプ点灯中、伝熱体Mは溶融し、液体となって内部空間40内部で対流する。これにより、電極先端部34の熱が電極支持棒側、電極側面側へ輸送され、電極先端部34が冷却される。   A heat transfer body M having a melting point lower than that of the electrode material such as silver is enclosed in the internal space 40. While the lamp is lit, the heat transfer body M melts and becomes a liquid and convects inside the internal space 40. Thereby, the heat of the electrode front-end | tip part 34 is conveyed to the electrode support rod side and the electrode side surface side, and the electrode front-end | tip part 34 is cooled.

内部空間40には、電極先端面34Sに平行であるフラットな底面40Bが形成されるととともに、側面40Sから底面40Bに向けて縮径する面(以下、湾曲面という)40Tが形成されている。具体的には、曲面40Tの断面形状が、所定の曲率半径をもつ四分円状になっている。平坦な円状底面40Bの径L2は、内部空間40の内径L1よりも小さい。   A flat bottom surface 40B parallel to the electrode tip surface 34S is formed in the internal space 40, and a surface (hereinafter referred to as a curved surface) 40T that decreases in diameter from the side surface 40S toward the bottom surface 40B is formed. . Specifically, the cross-sectional shape of the curved surface 40T is a quadrant with a predetermined radius of curvature. The diameter L2 of the flat circular bottom surface 40B is smaller than the inner diameter L1 of the internal space 40.

内部空間40の底面40Bは、胴体部32内部に位置し、先端部34にまで延出していない。よって、陽極30の先端側肉厚D2は、側面側肉厚D1よりも大きい。ただし、側面側肉厚D1は、電極軸Eに垂直な方向に沿った内部空間40の側面40Sと電極外側面32Sとの距離を表し、先端側肉厚D2は、底面40Bから電極先端面34Sまでの距離を表す。先端側肉厚D2は、例えば側面側内厚D1の2倍以上に定められる。   The bottom surface 40 </ b> B of the internal space 40 is located inside the body portion 32 and does not extend to the tip end portion 34. Therefore, the tip end side thickness D2 of the anode 30 is larger than the side face side thickness D1. However, the side wall thickness D1 represents the distance between the side surface 40S of the internal space 40 and the electrode outer surface 32S along the direction perpendicular to the electrode axis E, and the tip side wall thickness D2 is from the bottom surface 40B to the electrode tip surface 34S. Represents the distance to. The tip side thickness D2 is determined to be, for example, twice or more the side surface side inner thickness D1.

側面40Sと底面40Bとを繋ぐ湾曲面40Tは、伝熱体Mの熱移動に伴う流れの流速が大きくなるような形状に定められている。具体的には、湾曲面40Tの曲率半径をRとしたとき、曲率半径Rと内部空間40の内径L1との比が、以下の条件式を満たすように定められる。

0.03 ≦ R/L1 ≦ 0.27 ・・・(1)
The curved surface 40T that connects the side surface 40S and the bottom surface 40B is defined in a shape that increases the flow velocity of the flow accompanying the heat transfer of the heat transfer body M. Specifically, when the curvature radius of the curved surface 40T is R, the ratio between the curvature radius R and the inner diameter L1 of the internal space 40 is determined so as to satisfy the following conditional expression.

0.03 ≦ R / L1 ≦ 0.27 (1)

特に、大出力のショートアーク型放電ランプ等の場合、伝熱体Mの流速をより高めるため、以下の条件式を満たすように湾曲面40Tが形成される。

0.06 ≦ R/L1 ≦ 0.20 ・・・(2)
In particular, in the case of a high output short arc discharge lamp or the like, the curved surface 40T is formed so as to satisfy the following conditional expression in order to further increase the flow rate of the heat transfer body M.

0.06 ≦ R / L1 ≦ 0.20 (2)

また、内部空間の電極軸方向高さは、例えば内部空間の径L1の1〜2倍の範囲に定められる。特に、1.2〜1.6倍の高さに定めればよい。   Moreover, the electrode axial direction height of internal space is defined in the range of 1 to 2 times the diameter L1 of internal space, for example. In particular, the height may be set to 1.2 to 1.6 times.

このような椀型曲面を底面側に設けた内部空間40を形成することにより、電極先端部の肉厚D2が比較的大きいにも関わらず、熱輸送効率が高まる。以下、図3、4を用いてその理由を説明する。   By forming the internal space 40 in which such a saddle-shaped curved surface is provided on the bottom side, the heat transport efficiency is improved in spite of the relatively large thickness D2 of the electrode tip. Hereinafter, the reason will be described with reference to FIGS.

図3は、縮径面がない内部空間を設けた陽極および平坦な底面のない内部空間を設けた場合の伝熱体の流れを示した図である。図4は、本実施形態における伝熱体の流れを示した図である。   FIG. 3 is a diagram showing the flow of the heat transfer body when an anode provided with an internal space without a reduced diameter surface and an internal space without a flat bottom surface are provided. FIG. 4 is a diagram showing the flow of the heat transfer body in the present embodiment.

図3、4に示す矢印は、ランプ点灯中に伝熱体Mが対流しているときの流れを示している。伝熱体Mは、電極軸Eに沿ってその中心部で上昇し、側面に沿って下降する。電極先端部の熱の多くは、この電極軸Eに沿った伝熱体Mの上昇によって反対側へ輸送される。   The arrows shown in FIGS. 3 and 4 indicate the flow when the heat transfer body M is in convection while the lamp is lit. The heat transfer body M rises at the center along the electrode axis E and descends along the side surface. Most of the heat at the electrode tip is transported to the opposite side by the rise of the heat transfer body M along the electrode axis E.

このような対流が内部空間40で生じている状態では、伝熱体Mは、蓋42近くまで上昇したとき、最大流速となる。熱の輸送効率は、この最大流速に依存し、最大流速が大きいほど熱輸送効率が上昇し、しいては電極先端部の温度上昇を抑えることができる。   In a state where such convection is generated in the internal space 40, the heat transfer body M reaches the maximum flow velocity when it rises to the vicinity of the lid 42. The heat transport efficiency depends on the maximum flow velocity, and the heat transport efficiency increases as the maximum flow velocity increases, and thus the temperature rise at the electrode tip can be suppressed.

本実施形態では、内部空間の電極先端部側肉厚が、側面側肉厚に比べて大きい電極構造を採用する。その結果、先端側の温度が高くなって高温クリープ変形に対して十分耐えることができ、先端部破裂を防ぐ。しかしながら、このような電極構造の場合、電極先端面から伝熱体Mへの熱の移動は、従来のように肉厚が薄い電極構造に比べて移動効率が優れていない。したがって、伝熱体Mの最大流速をできる限り大きくし、上昇速度を上げることがより重要となる。   In the present embodiment, an electrode structure is adopted in which the electrode tip side wall thickness of the internal space is larger than the side wall thickness. As a result, the temperature on the tip side becomes high and can sufficiently withstand high-temperature creep deformation, and the tip portion is prevented from bursting. However, in the case of such an electrode structure, the transfer efficiency of heat from the electrode front end surface to the heat transfer body M is not superior to the conventional electrode structure with a thin wall thickness. Therefore, it is more important to increase the maximum flow rate of the heat transfer body M as much as possible and increase the ascent rate.

しかしながら、図3に示すように、電極先端側肉厚が大きい電極構造において縮経面を形成しない場合、底面隅付近で伝熱体の流れがスムーズにならず、淀みが生じる。その結果、伝熱体の最大流速が小さくなり、電極先端部の熱を効率よく輸送できない。   However, as shown in FIG. 3, in the electrode structure having a large thickness on the electrode tip side, when the reduced surface is not formed, the flow of the heat transfer body is not smooth near the bottom corner, and stagnation occurs. As a result, the maximum flow velocity of the heat transfer body is reduced, and the heat at the electrode tip cannot be transported efficiently.

一方、フラットな底面をもたず曲面のみで底部が形成された内部空間を形成した場合、伝熱体の流れが中央部に集まるため、底面中心付近で淀みが生じる。その結果、伝熱体の電極軸Eに沿った上昇流が底面中心部から離れた位置を起点として発生する。その結果、電極支持棒側での最大流速が小さくなる。   On the other hand, when an internal space is formed in which only the curved surface is formed without having a flat bottom surface, the flow of the heat transfer body gathers in the central portion, so that stagnation occurs near the center of the bottom surface. As a result, the upward flow along the electrode axis E of the heat transfer member is generated starting from a position away from the center of the bottom surface. As a result, the maximum flow velocity on the electrode support rod side is reduced.

一方、本実施形態では、電極先端側肉厚が大きい電極構造において、内部空間のフラット底面付近において縮径する湾曲面を設けている。その結果、内部空間底面の隅付近で淀みが生じることを防ぐとともに、伝熱体の電極軸に沿った上昇流が底面から開始される。これにより、電極軸に沿った伝熱体上昇流の電極支持棒付近における最大流速を大きくすることが可能となる。   On the other hand, in the present embodiment, in the electrode structure having a large thickness on the electrode tip side, a curved surface having a reduced diameter is provided near the flat bottom surface of the internal space. As a result, stagnation is prevented from occurring near the corner of the bottom surface of the internal space, and upward flow along the electrode axis of the heat transfer body is started from the bottom surface. This makes it possible to increase the maximum flow velocity in the vicinity of the electrode support rod of the heat transfer body upward flow along the electrode axis.

このように本実施形態によれば、陽極30内部に密閉された内部空間40を形成し、伝熱体Mを封入する。内部空間40には、フラットな底面40Bを胴体部32内に設け、電極先端側肉厚D2を側面側肉厚D1よりも大きくする。そして、内部空間40の底面付近において、側面40Sから底面40Bに向けて縮径し、断面形状が曲率半径Rとなる湾曲面40Tを形成する。   Thus, according to this embodiment, the sealed internal space 40 is formed inside the anode 30 and the heat transfer body M is enclosed. In the internal space 40, a flat bottom surface 40B is provided in the body portion 32, and the electrode tip side thickness D2 is made larger than the side surface side thickness D1. Then, in the vicinity of the bottom surface of the internal space 40, a curved surface 40T having a reduced radius from the side surface 40S toward the bottom surface 40B and having a curvature radius R in cross-sectional shape is formed.

次に、図5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、傾斜角度が一定のテーパー部が内部空間に形成される。   Next, the discharge lamp which is 2nd Embodiment is demonstrated using FIG. In the second embodiment, a tapered portion having a constant inclination angle is formed in the internal space.

図5は、第2の実施形態である放電ランプの陽極の概略的断面図である。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the anode of the discharge lamp according to the second embodiment.

陽極130は、胴体部132と先端部134から構成されており、蓋142によって密閉された内部空間140が形成されている。内部空間140は、フラットな底面140Bを有し、底面140B付近においては、底面140Bに対する傾斜角度a(°)をもつ円錐台形状のテーパー面140Tが形成されている。第1の実施形態と同様、陽極30の先端側肉厚D2は、側面側肉厚D1よりも大きい。   The anode 130 includes a body portion 132 and a tip portion 134, and an internal space 140 sealed with a lid 142 is formed. The internal space 140 has a flat bottom surface 140B, and a truncated cone-shaped tapered surface 140T having an inclination angle a (°) with respect to the bottom surface 140B is formed in the vicinity of the bottom surface 140B. Similar to the first embodiment, the tip side thickness D2 of the anode 30 is larger than the side surface thickness D1.

内部空間140の内径L1と底面140Bの幅L2との差の半分である長さをL3とすると、L1/L3は、以下の条件式を満たすように定められる。また、傾斜角度aは、以下の範囲に定められる。

0.03 ≦ L3/L1 ≦ 0.17 ・・・(3)
10≦ a ≦ 60 ・・・(4)
When the length which is half of the difference between the inner diameter L1 of the internal space 140 and the width L2 of the bottom surface 140B is L3, L1 / L3 is determined so as to satisfy the following conditional expression. Further, the inclination angle a is determined in the following range.

0.03 ≦ L3 / L1 ≦ 0.17 (3)
10 ≦ a ≦ 60 (4)

L3/L1の範囲は、テーパー面140Tの幅の範囲を示し、底面140Bの径L2の大きさの程度を示している。また、傾斜角度aは、内部空間140の底面隅における曲面形状を定め、傾斜角度aの範囲は、先細くなる程度の範囲を表す。   The range of L3 / L1 indicates the range of the width of the tapered surface 140T, and indicates the extent of the diameter L2 of the bottom surface 140B. In addition, the inclination angle a defines a curved surface shape at the bottom corner of the internal space 140, and the range of the inclination angle a represents a range that is tapered.

上記条件式を満たすテーパー部140Tを形成することにより、第1の実施形態と同様、内部空間140の底面側隅で淀みが生じず、また、伝熱体Mの流れは、電極軸に沿って底面140Bから上昇流となり、最大流速が大きくなる。   By forming the tapered portion 140T that satisfies the above conditional expression, as in the first embodiment, no stagnation occurs at the bottom side corner of the internal space 140, and the flow of the heat transfer body M flows along the electrode axis. The upward flow starts from the bottom surface 140B, and the maximum flow velocity increases.

なお、第1、第2実施形態以外の縮径面を内部空間に形成してもよい。また、先端部側に内部空間底面が位置するようにしてもよい。   A reduced diameter surface other than those in the first and second embodiments may be formed in the internal space. Moreover, you may make it a bottom face of internal space be located in the front-end | tip part side.

以下、図6〜8を用いて、第1、第2実施形態に応じた実施例を説明する。そこでは、上記(1)〜(4)式に基づく内部空間の形状が、電極先端部の温度および伝熱体の最大流速をどのように影響するかシミュレーションによって検証した。   Hereinafter, examples according to the first and second embodiments will be described with reference to FIGS. There, it was verified by simulation how the shape of the internal space based on the above equations (1) to (4) affects the temperature of the electrode tip and the maximum flow velocity of the heat transfer body.

実施例1の放電ランプは、湾曲面をもつ内部空間が形成された陽極を備える。内部空間の径(電極内径=L1)が30mm、陽極の径(電極外径)が40mm、内部空間底面の径(L2)が10mm、先端側肉厚(D2)が10mm、側面側肉厚(D1)が5mm、内部空間高さが35mmとなる陽極をモデル化し、電力14kWを想定した熱量に基づいて計算機による先端部温度および最大流速のシミュレーションを行った。   The discharge lamp of Example 1 includes an anode in which an internal space having a curved surface is formed. The inner space diameter (electrode inner diameter = L1) is 30 mm, the anode diameter (electrode outer diameter) is 40 mm, the inner space bottom surface diameter (L2) is 10 mm, the tip side wall thickness (D2) is 10 mm, and the side wall wall thickness ( An anode with a D1) of 5 mm and an internal space height of 35 mm was modeled, and the tip temperature and maximum flow velocity were simulated by a computer based on the amount of heat assuming an electric power of 14 kW.

このとき、曲率半径Rと内径L1(=30mm)との比R/L1を変えながら、電極先端部温度および最大流速を計算した。ただし、最大流速は、電極軸に沿って上昇する伝熱体の電極支持棒側付近で測定される流速を表す。   At this time, the electrode tip temperature and the maximum flow velocity were calculated while changing the ratio R / L1 between the radius of curvature R and the inner diameter L1 (= 30 mm). However, the maximum flow velocity represents the flow velocity measured near the electrode support rod side of the heat transfer body rising along the electrode axis.

図6は、R/L1に対する電極先端温度および最大流速の変化を示したグラフである。図7は、最大流速と電極先端部温度の比例関係を示したグラフである。   FIG. 6 is a graph showing changes in electrode tip temperature and maximum flow velocity with respect to R / L1. FIG. 7 is a graph showing a proportional relationship between the maximum flow velocity and the electrode tip temperature.

図7に示すように、最大流速が大きいほど電極先端部温度が低下していることがわかる。したがって、図6の最大流速が比較的大きなR/L1の範囲を定めることで、電極先端部温度を低下させる電極を構成することができる。   As shown in FIG. 7, it can be seen that the electrode tip temperature decreases as the maximum flow rate increases. Therefore, by defining the range of R / L1 where the maximum flow velocity in FIG. 6 is relatively large, an electrode that lowers the electrode tip temperature can be configured.

図6に示すように、最大流速は、R/L1=0.03付近から大きくなり、0.27付近まで比較的大きい。このようなR/L1の範囲は、上記(1)式の範囲に一致する。特に、最大流速が高いレベルで維持される範囲は0.06〜0.20であり、上記(2)式の範囲に一致する。これによって、上記(1)、(2)式を満たす内部空間をもつ電極は、優れた熱輸送効果を発揮することがわかる。   As shown in FIG. 6, the maximum flow velocity increases from around R / L1 = 0.03 and is relatively large up to around 0.27. Such a range of R / L1 coincides with the range of the above formula (1). In particular, the range in which the maximum flow rate is maintained at a high level is 0.06 to 0.20, which matches the range of the above equation (2). Thus, it can be seen that an electrode having an internal space satisfying the above expressions (1) and (2) exhibits an excellent heat transport effect.

実施例2の放電ランプは、テーパー面をもつ内部空間が形成された陽極を備える。内部空間の径30mm、陽極の径が40mm、底面の径が10mm、先端側肉厚が10mm、側面側肉厚が5mm、内部空間高さ35mmとする陽極をモデル化し、電力14kWを想定した熱量に基づいて計算機によるシミュレーションを行った。   The discharge lamp of Example 2 includes an anode in which an internal space having a tapered surface is formed. Modeling an anode with an internal space diameter of 30 mm, an anode diameter of 40 mm, a bottom surface diameter of 10 mm, a tip side wall thickness of 10 mm, a side wall thickness of 5 mm, and an internal space height of 35 mm, and assuming a power of 14 kW Based on the above, a computer simulation was performed.

このとき、内部空間の径L1とテーパー面の片側幅L3との比L1/L3を変えながら、電極先端部温度および最大流速を計算した。ただし、テーパー面の傾斜角度aは10°〜60°の範囲に定められており、ここでは45°としている。   At this time, the electrode tip temperature and the maximum flow velocity were calculated while changing the ratio L1 / L3 between the diameter L1 of the internal space and the one-side width L3 of the tapered surface. However, the inclination angle “a” of the tapered surface is set in a range of 10 ° to 60 °, and is 45 ° here.

図8は、L1/L3に対する電極先端温度と最大流速の変化を示したグラフである。   FIG. 8 is a graph showing changes in electrode tip temperature and maximum flow velocity with respect to L1 / L3.

図8に示すように、最大流速が比較的大きなL1/L3の範囲は0.03〜0.17であり、上記(3)式を満たす範囲と一致する。よって、上記(3)、(4)式を満たす内部空間をもつ電極は優れた熱輸送効果を発揮することが確認される。   As shown in FIG. 8, the range of L1 / L3 where the maximum flow velocity is relatively large is 0.03 to 0.17, which coincides with the range satisfying the above expression (3). Therefore, it is confirmed that an electrode having an internal space satisfying the above expressions (3) and (4) exhibits an excellent heat transport effect.

10 放電ランプ
30 陽極
32 胴体部
34 先端部
34S 電極先端面
40 内部空間
40B 底面
40T 湾曲面(縮径面)
140B 底面
140T テーパー面(縮径面)
D1 側面側肉厚
D2 先端側肉厚
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Discharge lamp 30 Anode 32 Body part 34 Tip part 34S Electrode tip surface 40 Internal space 40B Bottom surface 40T Curved surface (reduced diameter surface)
140B Bottom 140T Tapered surface (Reduced diameter surface)
D1 Side wall thickness D2 Tip wall thickness

Claims (6)

電極対と
前記電極対を内部に配置した放電管とを備え、
少なくとも1つの電極は、軸方向に沿って延び、伝熱体が封入される密閉された筒状内部空間と、電極軸に垂直な電極先端面とを有し、
電極先端部側の肉厚が、電極側面側の肉厚よりも大きく、
前記内部空間の底面が平坦であって、前記電極先端面に平行であり、
前記内部空間が、内部空間側面と前記底面とを繋ぐとともに前記内部空間側面から前記底面に向けて縮径した縮径面を有することを特徴とする放電ランプ。
An electrode pair ;
A discharge tube having the electrode pair disposed therein;
The at least one electrode has a sealed cylindrical inner space that extends along the axial direction and encloses the heat transfer body, and an electrode front end surface that is perpendicular to the electrode axis .
The wall thickness on the electrode tip side is larger than the wall thickness on the electrode side surface,
The bottom surface of the internal space is flat and parallel to the electrode tip surface;
The discharge lamp characterized in that the internal space has a reduced diameter surface that connects the side surface of the internal space and the bottom surface and has a diameter reduced from the side surface of the internal space toward the bottom surface.
前記内部空間が、前記縮径面として所定の曲率半径をもつ湾曲面を有し、
前記湾曲面が、以下の条件式を満たすように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の放電ランプ。ただし、Rは前記湾曲面の曲率半径、L1は前記内部空間の径を表す。

0.03 ≦ R/L1 ≦ 0.27
The internal space has a curved surface having a predetermined radius of curvature as the reduced diameter surface;
The discharge lamp according to claim 1, wherein the curved surface is formed to satisfy the following conditional expression. However, R represents the radius of curvature of the curved surface, and L1 represents the diameter of the internal space.

0.03 ≦ R / L1 ≦ 0.27
前記湾曲面が、以下の式を満たすように形成されていることを特徴とする請求項2に記載の放電ランプ。

0.06 ≦ R/L1 ≦ 0.20
The discharge lamp according to claim 2, wherein the curved surface is formed to satisfy the following expression.

0.06 ≦ R / L1 ≦ 0.20
前記内部空間が、前記縮径面として所定の傾斜角度をもつテーパー面を有し、
前記テーパー面が、以下の条件を満たすように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の放電ランプ。ただし、aは、前記底面に対する前記テーパー面の傾斜角度を示し、L1は前記内部空間の径を表し、L3は、前記内部空間の径と底面の径との差の半分を表す。

0.03 ≦ L3/L1 ≦ 0.17
10 ≦ a ≦ 60
The internal space has a tapered surface having a predetermined inclination angle as the reduced diameter surface;
The discharge lamp according to claim 1, wherein the tapered surface is formed so as to satisfy the following condition. Here, a represents the inclination angle of the tapered surface with respect to the bottom surface, L1 represents the diameter of the internal space, and L3 represents half the difference between the diameter of the internal space and the diameter of the bottom surface.

0.03 ≦ L3 / L1 ≦ 0.17
10 ≦ a ≦ 60
前記電極が、柱状胴体部と、前記胴体部から電極先端面に向けて先細くなる先端部とを有し、
前記内部空間の底面が、前記胴体部内に位置す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。
The electrode has a columnar body part, and a tip part tapering from the body part toward the electrode tip surface,
The discharge lamp according to any one of claims 1 to 4, wherein a bottom surface of the internal space is located in the body portion.
柱状胴体部と、
前記胴体部から電極先端面に向けて先細くなる先端部と、
軸方向に沿って延び、伝熱体が封入される密閉された筒状内部空間と
電極軸に垂直な電極先端面とを備え、
電極先端部側の肉厚が、電極側面側の肉厚よりも大きく、
前記内部空間の底面が平坦であって、前記電極先端面に平行であり、
前記内部空間が、内部空間側面と前記底面とを繋ぐとともに前記内部空間側面から前記底面に向けて縮径した縮径面を有することを特徴とする放電ランプ用電極。
A columnar body,
A tip portion that tapers from the body portion toward the electrode tip surface;
A sealed cylindrical interior space that extends along the axial direction and encloses the heat transfer body ;
An electrode tip surface perpendicular to the electrode axis ,
The wall thickness on the electrode tip side is larger than the wall thickness on the electrode side surface,
The bottom surface of the internal space is flat and parallel to the electrode tip surface;
The electrode for a discharge lamp, wherein the internal space has a reduced diameter surface that connects the side surface of the internal space and the bottom surface and has a diameter reduced from the side surface of the internal space toward the bottom surface.
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