JP7337532B2 - Electrodes for discharge lamps, methods of manufacturing discharge lamps and electrodes - Google Patents
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Description
本発明は、放電ランプ用の電極に関しており、当該電極は、長手延在方向と、電極の長手延在方向における一端を画定する電極台面とを有する。また、電極は、長手延在方向に延在する電極軸線を有する。さらに、電極は、長手延在方向に、電極軸線に沿って電極台面の方向で先細となる断面を有する第1の電極部分を有する。なお、第1の電極部分は、表面とこの表面に設けられた複数の陥入部とを有し、ここで、各陥入部は、少なくとも部分的に電極軸線を中心として延在しており、表面は、電極軸線に沿った断面において、電極軸線と、0°より大きく90°より小さい第1の角度を成している。また、本発明には、こうした電極を備えた放電ランプ、および放電ランプ用の電極を製造する方法も含まれる。 The present invention relates to an electrode for a discharge lamp, the electrode having a longitudinal extension and an electrode base defining one end of the electrode in the longitudinal extension. The electrodes also have an electrode axis extending in the longitudinal direction. Furthermore, the electrode has in its longitudinal extension a first electrode portion which has a cross-section which tapers in the direction of the electrode base surface along the electrode axis. Note that the first electrode portion has a surface and a plurality of indentations provided in the surface, wherein each indentation extends at least partially about the electrode axis and the surface forms a first angle greater than 0° and less than 90° with the electrode axis in a cross-section along the electrode axis. The invention also includes a discharge lamp with such an electrode and a method of manufacturing an electrode for a discharge lamp.
本発明は、放電ランプ用、特に、例えば半導体産業のための露光装置またはシネマプロジェクタにおけるような直流放電ランプ用の電極の分野に関連している。こうしたランプは、通常は石英ガラス管によって包囲された2つの向かい合う電極間、すなわちアノードとカソードとの間に形成される水銀プラズマまたはキセノンプラズマによって動作する。当該ランプの熱負荷はきわめて大きくなることが多く、このため、通常はタングステンから成り、場合により添加物を含むアノード材料およびカソード材料の気化が生じる。ここから、しばしば、2つの点に起因して光出力の低下が生じる。すなわち、1つは、リフレクタ内のランプの光効率を低下させる電極の変形および燃焼が生じうることである。もう1つは、気化した材料がランプのガラス管に付着し、これにより黒化が生じて、同様に光効率を低下させうることである。 The invention relates to the field of electrodes for discharge lamps, in particular for DC discharge lamps, such as in exposure apparatus or cinema projectors for the semiconductor industry. Such lamps operate with a mercury or xenon plasma formed between two opposing electrodes, an anode and a cathode, usually surrounded by a quartz glass tube. The heat load of such lamps is often very high, which leads to vaporization of the anode and cathode materials, which usually consist of tungsten and possibly contain additives. This often results in a reduction in light output due to two points. One is that electrode deformation and burning can occur which reduces the light efficiency of the lamp in the reflector. Another is that the vaporized material can adhere to the glass tube of the lamp, causing blackening and also reducing light efficiency.
電極の、特にプラズマ近傍の頂部領域における温度を低下させることにより、変形および気化の双方を低減することができる。したがって、ランプの動作中、電極温度を低下させることが望ましい。このために、例えば、高い透過率を有する層を電極に形成することができる。この例として、例えば欧州特許第1047109号明細書に記載されているようなタングステン層、または米国特許第8710743号明細書に記載されているようなセラミック層が挙げられる。また、例えば日本国特許第3838110号明細書に記載されているように、例えばレーザーを用いて細溝を表面に垂直に形成することにより、カソードを例えば構造化することもできる。これにより、表面積を増大して高い放射率を達成することができる。 By reducing the temperature of the electrode, especially in the top region near the plasma, both deformation and vaporization can be reduced. Therefore, it is desirable to reduce the electrode temperature during lamp operation. For this purpose, for example, a layer with a high transmittance can be applied to the electrodes. Examples of this are tungsten layers, for example as described in EP 1 047 109, or ceramic layers as described in US Pat. No. 8,710,743. The cathode can also be structured, for example, by producing grooves perpendicular to the surface, for example using a laser, as described for example in JP 3838110 B1. This allows for increased surface area to achieve high emissivity.
相応に、こうした細溝は、定められた表面に対して凹設された陥入部である。また、電極は、例えば、円筒状部分と円錐状部分とを有することができ、こうした円錐状部分は、電極台面の方向で先細となっているので、相応に、当該円錐状部分の表面は、電極軸線に沿った断面において、電極軸線と、0°から90°の角度を成している。ここに記載されている細溝は、電極台面近傍の円錐状部分内にも、電極の円筒状部分の外套面上にも形成可能である。 Correspondingly, such grooves are indentations that are recessed with respect to a defined surface. The electrode can also, for example, have a cylindrical portion and a conical portion, such a conical portion tapering in the direction of the electrode base surface, so that correspondingly the surface of the conical portion is In a cross section along the electrode axis, it forms an angle of 0° to 90° with the electrode axis. The grooves described herein can be formed in the conical portion near the electrode base surface or on the outer surface of the cylindrical portion of the electrode.
本発明の課題は、ランプ動作中の電極温度をできるだけ効率的に低下させることのできる、電極、放電ランプ、および電極を製造する方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an electrode, a discharge lamp and a method for manufacturing the electrode, which makes it possible to reduce the electrode temperature during lamp operation as efficiently as possible.
この課題は、各独立請求項記載の特徴を有する、電極、放電ランプ、および電極を製造する方法によって解決される。本発明の有利な構成は、各従属請求項、明細書および図面の対象となっている。 This problem is solved by an electrode, a discharge lamp and a method of manufacturing an electrode with the features of the independent claims. Advantageous configurations of the invention are subject matter of the respective dependent claims, the description and the drawings.
本発明による、放電ランプ用の電極は、長手延在方向を有し、電極の長手延在方向における一端を画定する電極台面を有する。さらに、電極は、長手延在方向に延在する電極軸線を有し、かつ長手延在方向に、電極軸線に沿って電極台面の方向で先細となる断面を有する第1の電極部分を有する。ここで、第1の電極部分は、表面と、表面に設けられた複数の陥入部とを有し、各陥入部は、少なくとも部分的に電極軸線を中心として延在している。また、表面は、電極軸線に沿った断面において、電極軸線と、0°より大きく90°より小さい第1の角度を成している。さらに、各陥入部は、表面に関してこの表面と直角とは異なる各第2の角度を成す各主延在方向に延在しており、これにより、各陥入部は、電極軸線に沿った断面で見て、表面(14a)への垂線に関して非対称に形成されている。 An electrode for a discharge lamp according to the invention has a longitudinal extension and has an electrode base defining one end in the longitudinal extension of the electrode. Furthermore, the electrode has an electrode axis extending in the direction of longitudinal extension and has a first electrode portion in the direction of longitudinal extension with a cross-section that tapers in the direction of the electrode table surface along the electrode axis. Here, the first electrode portion has a surface and a plurality of indentations provided in the surface, each indentation extending at least partially about the electrode axis. Also, the surface forms a first angle greater than 0° and less than 90° with the electrode axis in a cross section along the electrode axis. Furthermore, each indentation extends in a respective main direction of extension with respect to the surface forming a respective second angle different from normal to this surface, whereby each indentation in cross-section along the electrode axis has As can be seen, it is formed asymmetrically with respect to the normal to the surface (14a).
本発明は、表面に対して垂直に配向された従来の構造部が、まさに電極の円錐状部分において光アークからの放射の吸収により熱流入が大きいという欠点を潜在的に有するという認識を基礎としている。これに対して、構造部を形成する複数の陥入部が、表面に対して垂直ではなく、表面に対して別の角度で傾斜しており、例えば電極軸線に対して垂直である場合、プラズマ放射の大部分が特に管の方向へ反射される。このことにより、ランプの後部領域における放熱、すなわち支持エレメントおよびソケットの方向への放熱が改善される。つまり、各陥入部が、主延在方向において、表面に対して直角にではなく第2の角度で延在し、これにより、各陥入部が、表面への垂線に関して非対称に、つまり例えば当該垂線に対して傾斜して形成されることで、各陥入部によって形成される当該細溝または構造部により、著しく効率的に電極を冷却することができる。さらに、まさに電極の円錐状の領域に設けられるこうした構造部または陥入部により、特に、熱放出を増大するためのコーティングとは別の利点も得られる。この場合、タングステン層は、熱をきわめて不充分な規模でしか伝導しない。セラミック層は、放熱に関しては確かに大きな利点を有するが、例えばタングステン層と同等の温度安定性を有さないという欠点を有する。臨界温度は、特に電極の頂部近傍に見られ、特には2700℃までとなる。よって、アノード面およびカソード面の双方に、有意にセラミックがコーティングされない頂部近傍領域が設けられる。なぜなら、そのようにしないと、ランプ動作中、セラミックが分解または気化してしまうからである。さらに、層の成分は管に付着し、そこで透過率を低減することがある。コーティングについても、同様に、ランプが点灯しているときに、臨界温度に達しうる。コーティングが摂氏数千度を有する高温アークに曝されると、当該コーティングは部分的に分解することがあるので、ここから上述した問題が発生する。つまり、構造化された表面、すなわち陥入部を有する表面は、こうした温度への敏感性を示さないので有利である。電極の円錐部はまさに、通常、電極台面のきわめて近傍に位置するので、当該電極部分に構造部を形成するこのような陥入部を設けると特に有利である。 The present invention is based on the recognition that conventional structures oriented perpendicular to the surface potentially have the disadvantage of high heat influx due to the absorption of radiation from the light arc precisely in the conical portion of the electrode. there is In contrast, if the recesses forming the structure are not perpendicular to the surface but are inclined at another angle to the surface, for example perpendicular to the electrode axis, the plasma radiation is reflected especially towards the tube. This improves the heat dissipation in the rear region of the lamp, ie in the direction of the support element and the socket. That is, each indentation extends in the main direction of extension at a second angle rather than perpendicular to the surface, whereby each indentation is asymmetrical with respect to the normal to the surface, i.e. , the grooves or structures formed by each indentation can cool the electrode significantly more efficiently. Moreover, such a structure or recess provided precisely in the conical region of the electrode also provides advantages apart from the coating, in particular for increasing the heat emission. In this case, the tungsten layer conducts heat only to a very poor extent. Ceramic layers certainly have great advantages in terms of heat dissipation, but they have the disadvantage that they do not have the same temperature stability as, for example, tungsten layers. Critical temperatures are found especially near the top of the electrodes, especially up to 2700°C. Thus, both the anode and cathode surfaces are provided with near-top regions that are not significantly coated with ceramic. This is because otherwise the ceramic will decompose or vaporize during lamp operation. In addition, layer components can adhere to the tube and reduce the transmittance there. Coatings can likewise reach critical temperatures when the lamp is on. When the coating is exposed to a hot arc having several thousand degrees Celsius, the coating may partially decompose, hence the problems mentioned above. Advantageously, therefore, structured surfaces, ie surfaces with indentations, do not exhibit such temperature sensitivity. Since the cone of the electrode is usually very close to the electrode surface, it is particularly advantageous to provide such an indentation forming a structure in the electrode portion.
第1の電極部分の表面への垂線に関して各陥入部が非対称に形成され、この垂線が、表面のうち、電極軸線を通る断面で見て該当する陥入部の両側の縁点または境界点である2点を結んだ接続線の中点を通って延在するように定めることができ、当該垂線はさらに、ここでの接続線に対しても垂直である。表面の陥入部が例えば相互に直接的に接する場合、2つずつの陥入部の間に、こうした縁点を定める極大部が形成される。第1の電極部分の表面は、断面で見て、こうした縁点または縁領域のみから成っていてよい。主延在方向は、例えば、電極軸線を通る断面で見て、表面の、電極軸線を通る断面で見た該当する陥入部の両側の縁点または境界点である2点を結ぶ、上で定めた接続線の中点を通り、かつ当該断面で見た該当する陥入部の極小部を通って延在するように定めることができる。ここで、極小部とは、陥入部のうち、表面までまたは上で定めた接続線までの距離が最も大きくなる点または領域である。また、第1の電極部分の当該表面は、好ましくは円錐面である。 Each indentation is formed asymmetrically with respect to a normal to the surface of the first electrode portion, the normal being the edge point or border point on either side of the corresponding indentation in a cross-section through the electrode axis of the surface. It can be defined to extend through the midpoint of a connecting line joining two points, the perpendicular being also perpendicular to the connecting line here. If the indentations of the surface, for example, directly touch each other, maxima are formed between every two indentations that define such edge points. The surface of the first electrode portion, viewed in cross section, may consist only of such edge points or edge regions. The main direction of extension is defined above, for example, connecting two points of the surface, seen in a section through the electrode axis, which are edge points or boundary points on both sides of the relevant indentation in a section through the electrode axis. can be defined to extend through the midpoint of the connecting line and through the minimum of the relevant invagination seen in the cross-section. Here, the local minimum is the point or region of the invagination where the distance to the surface or to the connection line defined above is the greatest. Also, said surface of the first electrode portion is preferably a conical surface.
電極は、一般に、カソードまたはアノードとして形成可能である。さらに、電極は、好ましくは、長手延在方向に延在する回転軸線に関して回転対称に形成される。さらに、陥入部が電極軸線を一部のみでなく完全に、例えば環状に取り囲んでいると、有利である。このようにして、陥入部によって形成される大きな表面を最大化することができる。 Electrodes can generally be formed as cathodes or anodes. Furthermore, the electrodes are preferably formed rotationally symmetrical about an axis of rotation extending in the longitudinal direction. Furthermore, it is advantageous if the indentation surrounds the electrode axis not only partially but completely, for example annularly. In this way, the large surface created by the invagination can be maximized.
さらに、電極または少なくとも基体は、好ましくは大部分がタングステンから形成され、特には実質的に完全にタングステンから形成される。特に、電極またはその基体は、タングステン材料への任意のドーパント、例えば酸化トリウム、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、炭素および/またはカリウムを除き、完全にタングステンから形成可能である。ドーパントは例えば2%未満であってよい。ドーパントにより、例えば電極の電子放出率を高めることができる。 Furthermore, the electrode or at least the substrate is preferably made mostly of tungsten, in particular made substantially completely of tungsten. In particular, the electrode or its substrate can be formed entirely of tungsten, excluding any dopants to the tungsten material such as thorium oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide, carbon and/or potassium. Dopants may be less than 2%, for example. Dopants can, for example, increase the electron emission rate of the electrode.
さらに、各陥入部は、電極軸線に沿った断面で見た、表面から電極軸線へ向かう各主延在方向が、表面への垂線に対して電極台面に向かう方向に傾斜するように形成することができる。つまり、これにより、例えば、電極台面から遠ざかる方向に傾斜した歯を有する鋸歯状の表面構造が得られる。当該構造は、プラズマ放射の反射に関して特に効率が良い。 Furthermore, each indentation is formed so that each main extending direction from the surface toward the electrode axis when viewed in a cross section along the electrode axis is inclined in a direction toward the electrode base surface with respect to a line perpendicular to the surface. can be done. Thus, for example, a serrated surface structure is obtained with teeth slanted away from the electrode surface. The structure is particularly efficient with respect to reflecting plasma radiation.
本発明の別の有利な一構成では、各主延在方向は、電極軸線に沿った断面での理論的延長部において、電極軸線と、70°から110°、好ましくは80°から100°の第3の角度を成している。ここでは90°を中心とした範囲が特に有利であると判明しているので、当該第3の角度が85°から95°、さらに良好には88°から92°、特に好ましくは90°であると、特に好ましい。放熱は、まさに、陥入部が電極軸線に対して実質的に垂直に延在すると最適であることがわかっている。よって、電極軸線に対して垂直に延在する陥入部のこうした構成により、または少なくとも直角に近い角度領域において、放熱を特に効率的に行うことができる。 In another advantageous configuration of the invention, each main direction of extension is 70° to 110°, preferably 80° to 100° from the electrode axis in theoretical extension in cross section along the electrode axis. A third angle is formed. A range around 90° has proven to be particularly advantageous here, so that the third angle is between 85° and 95°, better still between 88° and 92°, particularly preferably 90°. and particularly preferred. It has been found that heat dissipation is optimal just when the recess extends substantially perpendicular to the electrode axis. Such a configuration of the indentations extending perpendicularly to the electrode axis, or at least in the angular region close to the right angle, thus allows a particularly efficient heat dissipation.
本発明の別の有利な一構成では、各陥入部は、表面から陥入部の極小部まで、例えば直線状にまたは湾曲状に延在する、電極台面から遠い側の第1のエッジ面と、各第1のエッジ面に面し、表面から各陥入部の各極小部まで延在する、電極台面に近い側の第2のエッジ面とを有する。ここで、電極軸線に沿った断面での、極小部から表面までの第1のエッジ面の各第1の長さは、電極軸線に沿った断面での、極小部から表面までの第2のエッジ面の各第2の長さよりも短い。つまり、電極軸線に沿った断面で見ると、各陥入部は例えば鋸歯状に、例えばジグザグ状に延在することができ、ここで、電極台面に近い側のエッジが電極台面から遠い側のエッジよりも長いので、最終的にこのように形成される陥入部またはウェブは、電極台面から遠ざかる方向に傾斜する。 In another advantageous configuration of the invention, each indentation has a first edge surface remote from the electrode platform surface extending from the surface to a minimum of the indentation, for example linearly or curvedly, and a second edge surface facing each first edge surface and extending from the surface to each minimum of each indentation, proximate to the electrode base surface. wherein each first length of the first edge surface from the minimum to the surface in a cross section along the electrode axis is equal to a second length from the minimum to the surface in a cross section along the electrode axis; shorter than each second length of the edge face. That is, when viewed in cross-section along the electrode axis, each indentation may extend, for example, in a sawtooth, for example, in a zigzag manner, where the edge closer to the electrode surface faces the edge farther from the electrode surface. , the indentations or webs that are ultimately formed in this way are slanted away from the electrode surface.
極小部とは、特には、電極軸線に沿った断面において、陥入部の、表面から最も遠い点または領域である。つまり、陥入部の極小部とは、好ましくは、電極軸線を取り囲む線または電極軸線を取り囲む領域を形成する。 The minimum is in particular the point or area of the indentation furthest from the surface in a cross-section along the electrode axis. That is, the minimum portion of the indentation preferably forms a line surrounding the electrode axis or a region surrounding the electrode axis.
特に有利には、第2の長さに対する第1の長さの比は、最大0.9である。当該比が0.9を超えると、表面に対して垂直に向けられた陥入部に比べてプラズマ放射の吸収を低減するという利点が僅かしか得られなくなってしまう。長さの比が0.9未満であることにより、特に効率的な吸収の低減を提供することができる。 Particularly preferably, the ratio of the first length to the second length is at most 0.9. If the ratio exceeds 0.9, little benefit is obtained in reducing the absorption of plasma radiation compared to recesses oriented perpendicular to the surface. A length ratio of less than 0.9 can provide particularly efficient absorption reduction.
さらに好ましくは、第2の長さに対する第1の長さの比は、最小0.6である。これにより、特に効率的な熱放出を達成できる。これは、主として溝の領域が高い熱放出に寄与することに起因し、ここでは、隣り合う2つの陥入部双方のエッジ面、すなわち隣り合う2つの陥入部の相互に面するエッジ面が、このようにして形成された空隙によって生じる黒体放射に基づいて相対する。よって、比が0.6未満であって、放出特性への正の影響がいっそう増大していない場合には、第2の長さに対する第1の長さの比が小さくなるにつれ、多くの材料を除去しなければならない。 More preferably, the ratio of the first length to the second length is at least 0.6. A particularly efficient heat dissipation can thereby be achieved. This is mainly due to the fact that the region of the grooves contributes to a high heat release, where the edge surfaces of both two adjacent indentations, i.e. the mutually facing edge surfaces of two adjacent indentations It is opposed based on the blackbody radiation produced by the air gap thus formed. Thus, when the ratio is less than 0.6 and does not further increase the positive impact on the emission characteristics, many materials must be removed.
本発明の別の有利な一構成では、各陥入部の第1のエッジ面および第2のエッジ面は、電極軸線に沿った断面において直線状に延在しており、かつ各陥入部の極小部で交差し、ここで、各陥入部の第1のエッジ面および第2のエッジ面の半角は、電極軸線に沿った断面において主延在方向に延在する。よって、各陥入部は、或る程度傾斜したジグザグ構造を有することができるか、または断面が三角形となるように形成することができ、この場合、当該陥入部の主延在方向は半角によって定められる。特に電極軸線に沿って見た断面に対して直線状に延在するエッジ面は、製造技術的に特に容易に実現可能である。また、一般には、他の形状設定も可能である。 In a further advantageous configuration of the invention, the first edge surface and the second edge surface of each indentation extend linearly in cross-section along the electrode axis and the minimum of each indentation where the half angles of the first edge surface and the second edge surface of each indentation extend in the main extension direction in a cross-section along the electrode axis. Thus, each indentation may have a zigzag structure inclined to some extent, or may be formed with a triangular cross-section, in which case the main direction of extension of the indentation is defined by a half angle. be done. In particular, edge surfaces extending linearly with respect to the cross-section viewed along the electrode axis can be realized particularly easily from a production engineering point of view. Other shape settings are also generally possible.
さらに、電極軸線に沿った断面で、各陥入部の幅は、各陥入部の第1のエッジ面の第1の長さより短く、特に、当該幅は、最大で、第1の長さの1/2の大きさである。隆起部の高さまたは陥入部間の対応する深さが構造幅に比べて著しく大きい場合、有利には、このことにより、同様に、高い放射率を達成できる。なぜなら、これにより、大きな表面を形成できるからである。 Furthermore, in cross section along the electrode axis, the width of each indentation is less than the first length of the first edge surface of each indentation, in particular said width is at most 1 of the first length. /2. If the height of the elevations or the corresponding depth between the recesses is significantly greater than the structure width, advantageously this likewise enables high emissivity to be achieved. This is because a large surface can be formed thereby.
陥入部は、必ずしも極小部に頂部を有するように延在せず、多少の丸みを帯びるように形成されてもよい。したがって、第1のエッジ領域が各陥入部の極小部において連続的に第2のエッジ領域へ移行し、これにより、各陥入部が極小部の領域に丸みを有する構成も可能である。同様に、隣り合って配置された2つずつの陥入部間に存在する極大部についても、このことは当てはまりうる。 The invagination does not necessarily extend to have an apex at the minimum, but may be formed to be somewhat rounded. Thus, it is also possible for the first edge region to transition continuously into the second edge region at the minima of each indentation, so that each indentation has a radius in the region of the minima. Similarly, this may be true for maxima that exist between every two adjacently located invaginations.
本発明の別の有利な一構成では、各陥入部の各第1のエッジ領域は、各陥入部の第2のエッジ領域に直接的に接する。また、隣り合う陥入部が相互に直接的に接していてもよい。当該実施形態は、きわめて多くの陥入部を最小の表面に配置でき、よって、陥入部またはこれにより形成される表面構造部から、熱を放出するための最大の表面積が利用可能となるという大きな利点を有する。 In another advantageous configuration of the invention, each first edge region of each indentation directly adjoins a second edge region of each indentation. Adjacent invaginations may also be in direct contact with each other. This embodiment has the great advantage that a very large number of indentations can be placed on the smallest surface, thus making available the maximum surface area for heat dissipation from the indentations or the surface structures formed thereby. have
ここではさらに、別の構成も可能である。例えば、各陥入部の各第1のエッジ領域が、同じもしくは隣の陥入部の第2のエッジ領域から空間的に分離され、かつ特に電極軸線に沿った断面で見て直線状または湾曲状に延在する表面部分を介して同じもしくは隣の陥入部の第2のエッジ領域に接続する構成も可能である。ただし、この場合、最大の表面積を提供できるよう、当該部分ができるだけ小さく、例えば最大で陥入部の幅と同じ長さであることが好ましい。 Further configurations are also possible here. For example, each first edge region of each indentation is spatially separated from a second edge region of the same or adjacent indentation, and in particular is straight or curved when viewed in cross-section along the electrode axis. It is also possible to connect to a second edge region of the same or adjacent indentation via an extended surface portion. However, in this case it is preferred that the section is as small as possible, eg at most as long as the width of the invagination, so as to provide the maximum surface area.
本発明の別の有利な一構成では、各電極は、第2の電極部分、特に円筒電極部分を有し、ここで、第1の電極部分は、長手延在方向において第2の電極部分と電極台面との間に配置される。理論的には、当該第2の電極部分も、その外套面に相応の隆起部または陥入部を少なくとも部分的に有することができるが、このことは後述する理由からあまり好ましくない。 In another advantageous configuration of the invention, each electrode has a second electrode portion, in particular a cylindrical electrode portion, wherein the first electrode portion is in longitudinal extension the second electrode portion. It is arranged between the electrode base surface. Theoretically, this second electrode portion could also at least partially have corresponding ridges or recesses on its mantle, but this is less preferred for reasons explained below.
さらに、第1の電極部分が、円錐電極部分すなわち円錐または切頭円錐として形成されることが好ましい。ここで、第1の電極部分は、第2の電極部分と電極台面とに接していてよい。言い換えれば、電極台面は、円錐状の第1の電極部分の台面または蓋面であり、なお、第1の電極部分は、当該電極の唯一の円錐状部分である。ただし、状況によっては種々のプロセス技術上の理由から有意となりうる他の幾何学形状も可能である。例えば、電極は、複数の、好ましくは2つの円錐面を有することができる。言い換えれば、電極は、第1の角度によって形成された第1の電極部分の開放角とは異なる開放角を有する円錐状の第3の電極部分を有することができ、ここで、第1の電極部分が第2の電極部分と第3の電極部分との間に配置されるか、または第3の電極部分が第2の電極部分と第1の電極部分との間に配置される。つまり、電極は、開放角の点で相互に異なる複数の円錐部分を有することができる。相応に、この場合、本発明およびその構成において説明している陥入部は、複数の円錐状部分のそれぞれまたは当該複数の円錐状部分の唯一のもののみに設けることができる。例えば、円錐状の第1の電極部分のみが説明した陥入部を有し、当該第1の電極部分が円筒状の第2の電極部分と円錐状の第3の電極部分との間に配置されるように構成することもできる。このようにすれば、例えば他のランプ部分との接続の際の、例えば構造部の保護を提供することができる。 Furthermore, it is preferred that the first electrode portion is formed as a conical electrode portion, ie a cone or a truncated cone. Here, the first electrode portion may be in contact with the second electrode portion and the electrode base surface. In other words, the electrode base surface is the base surface or lid surface of the conical first electrode portion, where the first electrode portion is the only conical portion of the electrode. However, other geometries are also possible, which under certain circumstances may be meaningful for various process engineering reasons. For example, the electrode can have multiple, preferably two, conical surfaces. In other words, the electrode can have a conical third electrode portion having an opening angle different from the opening angle of the first electrode portion formed by the first angle, where the first electrode Either the portion is positioned between the second electrode portion and the third electrode portion, or the third electrode portion is positioned between the second electrode portion and the first electrode portion. That is, the electrode can have a plurality of conical portions that differ from each other in terms of opening angle. Correspondingly, in this case, the indentation described in the invention and its configuration can be provided on each of the plurality of conical portions or only on one of said plurality of conical portions. For example, only the conical first electrode portion has the described indentation, and the first electrode portion is positioned between the cylindrical second electrode portion and the conical third electrode portion. It can also be configured as In this way, for example, protection of the structure can be provided during connection with other lamp parts, for example.
さらに、第2の電極部分が、少なくとも一部の領域に、熱放出を増大するセラミックコーティングを有すると有利である。これにより、放熱をさらに付加的に高めることができる。また、セラミックコーティングは、放熱に関して、例えばタングステンコーティングよりも格段に効率が良い。さらに、セラミックコーティングが、例えば、母材層と母材層内に埋め込まれた粒子とから成る粒子複合体コーティングとして形成されると特に有利である。母材層を形成する物質は、例えばZrO2によって形成可能である。埋め込まれる粒子としては、とりわけタングステン粒子が適する。セラミックコーティングが、少なくとも10体積%のセラミック物質と、好ましくはコーティングの2体積%から40体積%のタングステン粒子とから形成されると特に好ましい。こうしたコーティングは、熱放出の増大に関して特に効率が良いと判明している。母材物質として、ZrO2のほか、他の物質も考慮される。こうした物質の融点はできるだけ高いと都合が良く、好ましくは2000℃より高く、特に好ましくは2500℃より高いとよい。好適な材料の種類は、殊に、酸化物、フッ化物、炭化物および窒化物、例えばMgF2、SiCまたはAlNである。なお、酸化物の母材層にはZrO2が特に適すると判明している。なぜなら、ZrO2は、高い機械的安定性と高い透過率とを両立させるからである。母材は、埋め込まれたタングステン粒子の金属構造にその安定性を負っている。当該安定性は、Y2U3および/またはMgOの添加によりさらに高めることができる。代替的に、母材層を、ZrO2に代えて、Y2U3またはMgOのみから形成してもよい。 Furthermore, it is advantageous if the second electrode part has, at least in some areas, a ceramic coating that increases heat emission. This makes it possible to additionally increase the heat dissipation. Ceramic coatings are also much more efficient at dissipating heat than, for example, tungsten coatings. Furthermore, it is particularly advantageous if the ceramic coating is formed, for example, as a particle composite coating consisting of a matrix layer and particles embedded in the matrix layer. The material forming the matrix layer can be formed by ZrO2 , for example. Tungsten particles are particularly suitable as embedded particles. It is particularly preferred if the ceramic coating is formed from at least 10% by volume of ceramic material and preferably from 2% to 40% by volume of the coating of tungsten particles. Such coatings have been found to be particularly efficient with respect to increasing heat release. In addition to ZrO2 , other substances come into consideration as matrix material. The melting point of such substances is expediently as high as possible, preferably above 2000°C, particularly preferably above 2500°C. Suitable material classes are, in particular, oxides, fluorides, carbides and nitrides, such as MgF 2 , SiC or AlN. ZrO 2 has been found to be particularly suitable for the oxide matrix layer. This is because ZrO 2 achieves both high mechanical stability and high transmittance. The matrix owes its stability to the metallic structure of the embedded tungsten particles. The stability can be further enhanced by the addition of Y2U3 and/or MgO . Alternatively, the matrix layer may be formed from Y2U3 or MgO only instead of ZrO2 .
セラミックコーティングは、電極の円筒状領域においてはまさに、とりわけ構造部または隆起部を設けることに比べ、特に大きな利点を有する。1つには、セラミックコーティングは著しく低コストである。また、電極の効率的な冷却も提供可能である。さらに、円筒電極部分は円錐電極部分よりも電極台面からの距離が格段に大きいため、過度に高い温度によるコーティング損傷の危険も生じないかまたは少なくとも大幅に低減されている。したがって、円筒電極部分の外套面のできるだけ大きな領域、例えば第2の電極部分の表面積の少なくとも90%が、こうしたセラミックコーティングを有することが好ましい。 Ceramic coatings have a particularly great advantage over providing structures or ridges, among other things, just in the cylindrical region of the electrode. For one thing, ceramic coatings are significantly lower cost. It can also provide efficient cooling of the electrodes. Furthermore, since the cylindrical electrode section has a much greater distance from the electrode base surface than the conical electrode section, the risk of coating damage due to excessively high temperatures does not arise or at least is greatly reduced. Therefore, it is preferred that as large an area of the outer surface of the cylindrical electrode part as possible, for example at least 90% of the surface area of the second electrode part, has such a ceramic coating.
ゆえにまた、本発明の別の好ましい実施例によるケースと同様に、第2の電極部分が表面構造を有さない、すなわちレーザー切削された溝構造もしくはこれに類似のものを有さないと、特に有利である。なぜなら、このようにすれば、セラミックコーティングに対して最大の面積を利用できるからである。 Therefore also, as in the case according to another preferred embodiment of the invention, it is particularly advantageous if the second electrode part does not have a surface structure, ie a laser-cut groove structure or the like. Advantageous. This is because in this way the maximum area is available for the ceramic coating.
さらに、本発明は、本発明の電極またはその構成を備えた放電ランプ、特に高圧放電ランプに関する。特に、当該放電ランプは、本発明の電極を2つ、またはその構成を2つ有することができ、この場合、好ましくは、各電極がアノードおよびカソードとして形成される。 Furthermore, the invention relates to a discharge lamp, in particular a high-pressure discharge lamp, provided with the electrode or its configuration according to the invention. In particular, the discharge lamp can have two electrodes of the invention, or two configurations thereof, in which case each electrode is preferably formed as an anode and a cathode.
ここで、電極は、放電ランプの、ガス混合物が充填されたランプ管内に配置可能である。また、当該放電ランプは、冒頭に言及したランプと同様に形成可能である。 Here, the electrodes can be arranged in the gas mixture-filled lamp tube of the discharge lamp. The discharge lamp can also be formed in the same way as the lamps mentioned at the outset.
例えば、放電ランプは、キセノンショートアークランプとして構成可能である。OSRAM XBO(登録商標)ランプとも称されるこうしたランプは、一般に、例えば、アルゴン、キセノン、クリプトンなどの希ガスを含むガス混合物を含むように構成可能である。OSRAM XBO(登録商標)ランプは、可視波長領域の光を放出し、例えば、従来のディジタルフィルムプロジェクションにおいて使用されている。ただし、放電ランプが、水銀を含むガス混合物を含むランプ、例えばOSRAM HBO(登録商標)ランプとして構成されていると特に有利である。当該放電ランプは、例えば水銀ショートアークランプとして構成可能である。こうしたランプは少なくとも部分的に紫外領域の光を放出し、例えば、半導体のリソグラフィパターニングの際に使用可能である。OSRAM HBO(登録商標)ランプは通常OSRAM XBO(登録商標)ランプより格段に高い価格帯にあるので、寿命を増大する本発明の電極またはその構成の使用は、この場合、特に採算が合う。 For example, the discharge lamp can be configured as a xenon short arc lamp. Such lamps, also referred to as OSRAM XBO® lamps, are generally configurable to contain gas mixtures including noble gases such as argon, xenon, krypton, and the like. OSRAM XBO® lamps emit light in the visible wavelength range and are used, for example, in conventional digital film projection. However, it is particularly advantageous if the discharge lamp is constructed as a lamp containing a gas mixture containing mercury, for example an OSRAM HBO® lamp. The discharge lamp can be configured, for example, as a mercury short arc lamp. Such lamps emit light at least partially in the ultraviolet range and can be used, for example, during lithographic patterning of semiconductors. Since OSRAM HBO ® lamps are usually in a much higher price range than OSRAM XBO ® lamps, the use of the life-enhancing electrodes or configurations thereof of the present invention is particularly profitable in this case.
さらに、本発明は、放電ランプ用の電極を製造する方法に関する。本方法では、電極基体が用意され、電極基体は、長手延在方向を有し、電極の長手延在方向における一端を画定する電極台面を有する。さらに、当該電極基体は、長手延在方向に延在する電極軸線を有し、長手延在方向に、電極軸線に沿って電極台面の方向で先細となる断面を有する第1の電極部分を有する。なお、第1の電極部分は、電極軸線に沿った断面において電極軸線と0°より大きく90°より小さい第1の角度を成す表面を有し、この表面にレーザーを用いて複数の陥入部が設けられ、これにより、各陥入部は、少なくとも部分的に電極軸線を中心として延在する。さらに、主延在方向を有する各陥入部は、表面に対し、直角とは異なる第2の角度で設けられ、これにより、各陥入部は、電極軸線に沿った断面で見て、表面への垂線に関して非対称に形成される。 Furthermore, the invention relates to a method of manufacturing an electrode for a discharge lamp. In the method, an electrode substrate is provided, the electrode substrate having a longitudinally extending direction and having an electrode base surface defining one end in the longitudinally extending direction of the electrode. Furthermore, the electrode substrate has an electrode axis extending in the longitudinal direction, and has a first electrode portion in the longitudinal direction and having a cross-section that tapers in the direction of the electrode base surface along the electrode axis. . The first electrode portion has a surface forming a first angle larger than 0° and smaller than 90° with the electrode axis in a cross section along the electrode axis, and a plurality of recesses are formed on the surface using a laser. provided, whereby each indentation extends at least partially about the electrode axis. Furthermore, each indentation having a main direction of extension is provided at a second angle to the surface that is different from normal, such that each indentation, viewed in cross-section along the electrode axis, is oriented toward the surface. It is formed asymmetrically with respect to the vertical.
本発明の電極およびその構成について挙げた利点は、本発明の放電ランプおよび本発明の製造方法にも当てはまる。また、本発明の電極およびその構成に関連して挙げた対象となる特徴は、別の方法ステップによる、本発明の製造方法の発展形態を可能にする。 The advantages mentioned for the electrode according to the invention and its construction also apply to the discharge lamp according to the invention and the manufacturing method according to the invention. The features of interest mentioned in connection with the electrode of the invention and its configuration also allow development of the manufacturing method of the invention by means of further method steps.
特に好ましくは、電極基体の表面に設けられる陥入部は超短パルスレーザーを用いて形成される。任意手段としてのセラミックコーティングは、後のステップでまたは先行して、好適なコーティング方法、例えば焼結法により、円筒電極部分上に堆積させることができる。 Particularly preferably, the recess provided in the surface of the electrode substrate is formed using an ultrashort pulse laser. An optional ceramic coating can be deposited on the cylindrical electrode portion in a subsequent step or beforehand by a suitable coating method, such as a sintering method.
本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、図に即した好ましい実施例の以下の説明から得られる。 Further advantages, features and details of the invention follow from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings.
図1には、本発明の一実施例による電極10aの概略図が示されている。図2には、電極軸線Aに沿った断面での電極10aが再び示されている。ここで、電極10aは、長手延在方向Lに延在しており、電極の長手延在方向Lにおける一端を画定する電極台面12を有する。電極軸線Aは長手延在方向Lに対して平行に延在する。好ましくは、電極10aは、電極軸線Aに関して回転対称に構成されている。この例では、電極は、円錐状の第1の電極部分14と、円筒状の第2の電極部分16とを有している。この場合、円錐状の電極部分14は、長手延在方向Lにおいて円筒状の電極部分16に直接に接しており、電極台面12も、長手延在方向Lにおいて円錐状の電極部分14に直接に接している。円錐状の電極部分14の円錐状の表面14a(図3を参照)は、電極軸線Aと、角度φを成している。当該角度φは、0°より大きく90°より小さい。
A schematic diagram of an
放熱を改善するため、電極10aは、有利には、複数の陥入部20(図3を参照)から形成された溝構造18を有する。例示ではあるが、電極10aは、円錐状の電極部分14に当該溝構造を有しており、原則として可能であっても、好ましくは円筒状の電極部分16には当該溝構造を有さない。この例では長手延在方向Lでの第1の部分長さl1および第2の部分長さl2の双方にわたって延在する円筒状の電極部分16の領域には、例えば、熱放出を増大するためのコーティング、特にセラミックコーティング、例えばZrO2を母材としてその内部にタングステン粒子を埋め込んだコーティングを配置可能である。
To improve heat dissipation,
ここで、円錐状の電極部分14の溝構造20を、図3に即して説明する。この場合、図3には、円錐電極部分14の概略的な断面図が示されている。円錐電極部分14は、円錐面、すなわち溝構造18を形成するように設けられた複数の陥入部20を有する表面14aを有するが、わかりやすくするために、陥入部20のうち2つにしか参照番号を付していない。これにより、各2つの陥入部20の間に、表面14aに対して理論的に平行に延在する基面14bに対する隆起部21がそれぞれ1つずつ形成され、ここで、図示の断面において陥入部20の各極小部Nを通って延在する当該基面14bは、実際には理想的な円錐状の面ではない。なぜなら、陥入部20は、製造差に起因して等しい深さを有さないからである。この場合、当該溝構造18は、初期的には破線で示されている線に沿って電極台面12に直接的に接する円錐状の表面14aの円錐状の延長部として形成されている表面14aに、短パルスレーザーを用いて形成される。当該初期的な表面14aは、この場合、最終的に図3に示されている包絡面となり、陥入部20もしくは隆起部21の各極大部Mを表す。各隆起部21は、それぞれ主延在方向H’で基面14bから遠ざかる方向へ延在し、または言い換えれば、各陥入部が、主延在方向Hにおいて表面14aから電極軸線Aに向かって延在し、ここで、各主延在方向H,H’は平行に延在している。有利には、各主延在方向H,H’は、表面14aと、それぞれ直角とは異なる各第2の角度βを成し、これにより、隆起部21は、表面14aへの垂線に関して、電極台面12から遠ざかる方向へ傾斜している。特にこの例では、各主延在方向H,H’は、電極軸線Aと、ここではγが付された直角を成すように配向されている。一般に、当該角度γは、70°から110°、好ましくは80°から100°、特に好ましくは88°から92°であってよい。
The
当該溝構造18は、こうした溝が表面14aに対して垂直に配向された構造部とは異なり、こうした電極10aを備えた放電ランプの動作中、各電極台面12の間を走る放電アークによる熱流入が著しく低減されるという大きな利点を有する。なぜなら、放射の大部分が溝構造18によって反射され、吸収されないからである。
The
さらに、各陥入部20は、電極台面12から遠い側の面であって、極大部Mから基面14bまでまたは表面14aから極小部Nまで延在する第1のエッジ面F1を有し、この第1のエッジ面F1は、電極軸線Aに沿った断面において極大部Mから基面14bまでの長さを有し、この長さがT1で表されている。また、各陥入部20は、電極台面12に近い側の面であって、同様に陥入部20の極大部Mから基面14bまでまたは表面14aから極小部Nまで延在する、対応する第2のエッジ面F2を有し、この第2のエッジ面F2は、電極軸線Aに沿った断面において極大部Mから基面14bまでの長さを有し、この長さがT2で表されている。この例では、溝構造18は鋸歯状のジグザグ構造として構成されており、これにより、各エッジ面F1,F2は、電極軸線Aに沿った断面において直線状に延在し、隣り合う2つの陥入部20の極大部Mにおいて交差する。また、陥入部20は、2つのエッジ面F1,F2間の角度を図示の断面において1/2にする半角Wが、主延在方向H,H’に沿って、ひいては電極軸線Aに対して垂直に延在するように、形成されている。したがって、各エッジ面F1,F2と半角Wとの間にある図示の角度α1,α2は、等しい大きさである。また、第2のエッジ面F2の長さT2に対する第1のエッジ面F1の長さT1の比が0.6から0.9の範囲にあると特に有利であることが判明している。当該比が0.9より著しく大きくなると、プラズマ放射の吸収低減の利点が著しく弱まってしまう。なお、溝の、2つの辺すなわち各エッジ面F1,F2が相対する領域、つまり長さT1の尺度となる領域が、熱放出の増大に寄与するので、上述した比が0.6より大きいと有利である。これ以外の値で、放出特性への正の影響が生じない場合、より多くの材料を除去しなければならなくなる。
Further, each recessed
通常、長さT2に対する長さT1の比は、角度α1または角度α2および角度φに依存して、
T1/T2=sin(90°-α1-φ)/sin(90°-α1+φ)
により、計算可能である。
Generally, the ratio of length T1 to length T2, depending on angle α1 or angle α2 and angle φ, is
T1/T2=sin(90°-α1-φ)/sin(90°-α1+φ)
can be calculated by
さらに、各陥入部20の長さと幅との比も所定の最小値を有すると有利であることが判明している。各陥入部20の幅Bは、例えば図3に示されているように、特には、半角Wから、エッジ面F1,F2の、極大部Mの反対側の各端までの垂直距離の和として、定めることができる。当該距離は、それぞれB1,B2で表されている。特に、幅Bに対する第1のエッジ面F1の第1の長さT1の比が少なくとも2であるときわめて有利である。
Furthermore, it has been found to be advantageous if the ratio of length to width of each
幅Bに対する第1のエッジ面F1の第1の長さT1の比は、通常、角度α2に等しい角度α1と角度φとに依存して、
T1/B=[sin(90°-α1-φ)・sin(90°-α1)]/[sin(90°-φ)・sin(2α1)]
により、計算可能である。
The ratio of the first length T1 of the first edge face F1 to the width B is usually dependent on the angle α1, which is equal to the angle α2, and the angle φ:
T1/B=[sin(90°-α1-φ)・sin(90°-α1)]/[sin(90°-φ)・sin(2α1)]
can be calculated by
次表に即して、角度α1または角度α2および角度φの種々の可能な組み合わせと、ここから得られる比T1/T2および比T1/Bとを示す。 The following table shows various possible combinations of angle α1 or angle α2 and angle φ and the resulting ratios T1/T2 and T1/B.
長さT2は、好ましくは0.2mmから1.2mmまでの範囲、好ましくは0.5mmから1mmまでの範囲にある。したがって、第1の長さT1および幅Bの好ましい範囲は、上述した関係式から得られる。 The length T2 is preferably in the range 0.2 mm to 1.2 mm, preferably in the range 0.5 mm to 1 mm. Therefore, the preferred ranges for the first length T1 and width B are obtained from the above relational expressions.
相応に、上述した構造部または溝構造18は、特に、例えば図4および図5に示されているように円錐面が2つ以上存在する場合にも、電極軸線Aに対して垂直に向けられていない法線を有する全ての面に対して適用可能である。
Correspondingly, the structures or
この場合、図4には、本発明の別の一実施例による電極10bの概略図が示されており、図5には、電極軸線Aに沿った、図4の電極の断面図が示されている。この例では、電極10bは、円筒電極部分16と、長手延在方向Lにおいて続く第1の円錐部分14と、この第1の円錐部分14に続く別の円錐部分22とを有する。当該別の円錐部分22にはさらに、長手延在方向Lで電極台面12が続いている。当該2つの円錐部分14,22は、電極軸線Aと、2つの異なる角度φ1,φ2を成している。当該2つの円錐部分14,22には、さらに、図3に即して説明したような相応の溝構造18を設けることができる。この例では、円筒電極部分16と別の円錐部分22との間に配置された中央の円錐部分14のみに、こうした溝構造18が設けられている。当該溝構造18は、図6の詳細図にいまいちど示されている。当該溝構造18を形成する各陥入部20は、上述の場合と同様に、各主延在方向H,H’に延在しており、当該各主延在方向H,H’は、上で定めた各半角Wに相当し、かつ電極軸線Aに対して垂直である。このような幾何学形状は、種々のプロセス技術上の理由から有意であり、例えば他のランプ部分との接続の際に構造部18を保護することができる。
In this case, FIG. 4 shows a schematic view of an
陥入部20の形状およびその相互配置に関しては、多くの別の有利かつ可能な構成形態が存在する。例えば、陥入部20は、相互に直接に接しなくてもよく、例えば丸みを帯びたもしくは直線状の中間部によって相互に分離されていてもよい。
Regarding the shape of the
図7には、この例ではショートアーク技術における高圧放電ランプとして構成された放電ランプ24の概略図が示されている。放電ランプ24は、ここでは、本発明の実施例による2つの電極10c,10dを有しており、その1つがアノード10cとして、もう1つがカソード10dとして構成されている。ここで、カソード10dおよび/またはアノード10cは、図1から図6に即して説明したように構成可能である。付加的に、アノード10cは、図7から見て取れるような形状設定により、カソード10dと区別される。特に、アノード10cは、好ましくは、その電極軸線Aに対して垂直に、好ましくは1cmから4cmの範囲にある、より大きな直径を有し、一方、カソード10dは、対応する電極軸線Aに対して垂直な直径として、好ましくは3cm未満または最大3cmまでの範囲にある、より小さな直径を有する。
FIG. 7 shows a schematic representation of a
さらに、放電ランプ24は、こうしたランプに通常設けられる要素、例えば放電管26、ガス混合物が充填されかつ内部に電極10c,10dを配置した放電室28、および他の要素を有する。放電管26は、例えば相応のガラス管によって形成可能である。放電室28を充填するガス混合物は、例えば水銀および/または1つもしくは複数の希ガス、例えばアルゴン、キセノン、クリプトンを含むことができる。さらに、各電極10c,10dは、相互に向かい合う相応の電極台面12を有し、ここではさらに、アノード10cとカソード10dとが相互に共軸に配置されているので、これらの電極の各電極軸線Aは、一直線上に位置する。
Furthermore, the
図8には、比較のために、2つの放電ランプについての、燃焼期間tに依存する輝度Iの特性が示されており、ここで、本発明の第1の実施例による第1の放電ランプ24の輝度特性はI1で、本発明の第2の実施例による第2の放電ランプ24の輝度特性がI2で表されている。この場合、2つの放電ランプ24は13.5kWの出力で駆動されている。また、2つの放電ランプは、上述した陥入部20が形成された円錐状の電極部分14を有する電極10aをそれぞれ1つずつ備えている。各エッジ面F1,F2の、電極軸線Aに沿った断面での長さT1,T2は、この例では、T2=0.8mmおよびT1=0.5mmであり、図3に即して上で定めた幅Bは0.16mmであり、特に、各エッジ面F1,F2の、陥入部20の各極大部Mの反対側の端は、当該断面において、それぞれ半角からの距離0.06および0.1を有する。
FIG. 8 shows for comparison the characteristic of the luminance I as a function of the combustion duration t for two discharge lamps, here a first discharge lamp according to a first embodiment of the invention. The luminance characteristic of 24 is designated I1, and the luminance characteristic of the
さらに、各電極10aは、円筒状の電極部分16を有する。第1の放電ランプ24の電極10aの、第1の輝度特性I1に対応づけられた外套領域には、熱放出を増大するため、主成分としてZrO2を含むセラミックペーストが塗布されているが、当該電極10aの円筒状の電極部分16の外套領域は構造部を有さない。これに対して、第2の放電ランプ24の電極10aの、第2の輝度特性I2に対応づけられた円筒状の電極部分16は、長さT1=T2=0.8mmおよび幅B=0.2mmの溝を有し、この溝が、円筒状の電極部分16のうち、長手延在方向Lに沿った長さl1=15mmの領域に配置されており、長手延在方向Lの円筒状の電極部分16の別の領域には、上述したセラミックペーストが配置されている。燃焼期間tの進行中の輝度Iを比較すれば、外套の構造部なしでの第1の放電ランプ24のほうが、外套面の構造部を有する第2の放電ランプ24よりもデグラデーションの度合が弱いことが見て取れる。したがって、円筒状の電極部分16が構造部を有さず、熱放出を増大するセラミックコーティングを有し、これが付加的に製造においても著しくコストの点で好都合であることは特に有利であり、したがって好ましい。
In addition, each
全体として、電極軸線Aに対して実質的に垂直に延在する構造部を1つもしくは複数の円錐領域に設けることにより、著しく改善された放熱ひいては放電ランプの寿命の増大が可能な、電極、放電ランプおよび製造方法が提供される。 All in all, the electrode, which is capable of significantly improved heat dissipation and thus increased service life of the discharge lamp, by providing one or more conical regions with structures extending substantially perpendicular to the electrode axis A, Discharge lamps and methods of manufacture are provided.
10a,10b 電極
10c アノード
10d カソード
12 電極台面
14 円錐電極部分
14a 表面
14b 基面
16 円筒電極部分
18 溝構造
20 陥入部
21 隆起部
22 別の円錐電極部分
24 放電ランプ
26 放電管
28 放電室
A 電極軸線
B 陥入部の幅
B1,B2 間隔
F1 第1のエッジ面
F2 第2のエッジ面
H 陥入部の主延在方向
H’ 隆起部の主延在方向
I 輝度
I1,I2 輝度特性
L 長手延在方向
l1 円筒電極部分の第1の長さ
l2 円筒電極部分の第2の長さ
M 極大部
N 極小部
T1 第1のエッジ領域の第1の長さ
T2 第2のエッジ領域の第2の長さ
t 燃焼期間
W 半角
α,β,γ,φ,φ1,φ2 角度
10a,
Claims (14)
前記電極(10a,10b,10c,10d)は、長手延在方向(L)を有し、
前記電極(10a,10b,10c,10d)は、該電極(10a,10b,10c,10d)の長手延在方向(L)における一端を画定する電極台面(12)を有し、
前記電極(10a,10b,10c,10d)は、前記長手延在方向(L)に延在する電極軸線(A)を有し、
前記電極(10a,10b,10c,10d)は、前記長手延在方向(L)に、前記電極軸線(A)に沿って前記電極台面(12)の方向で先細となる断面を有する第1の電極部分(14)を有し、
前記第1の電極部分(14)は、表面(14a)と、該表面(14a)に設けられた複数の陥入部(20)とを有し、
各陥入部(20)は、少なくとも部分的に前記電極軸線(A)を中心として延在しており、
前記表面(14a)は、前記電極軸線(A)に沿った断面において、前記電極軸線(A)と、0°より大きく90°より小さい第1の角度(φ,φ1,φ2)を成す、
電極(10a,10b,10c,10d)において、
各陥入部(20)は、前記表面(14a)に関して前記表面(14a)と直角とは異なる各第2の角度(β)を成す各主延在方向(H,H’)に延在しており、これにより、各陥入部(20)は、前記電極軸線(A)に沿った断面で見て、前記表面(14a)への垂線に関して非対称に形成されており、
前記各主延在方向(H,H’)は、前記電極軸線(A)に沿った断面での理論的延長部において、前記電極軸線(A)と90°である第3の角度(γ)を成し、
各陥入部(20)は、前記表面(14a)から前記陥入部(20)の径極小部(N)まで延在しかつ前記電極台面(12)に近い側にある第1のエッジ面(F1)を有し、
各陥入部(20)は、前記各第1のエッジ面(F1)に面する第2のエッジ面(F2)を有し、該第2のエッジ面(F2)は、前記表面(14a)から前記各陥入部(20)の前記各径極小部(N)まで延在しかつ前記電極台面(12)から遠い側にあり、
前記各第1のエッジ面(F1)と前記各主延在方向(H,H’)との間にある第1の角度(α1)と、前記各第2のエッジ面(F2)と前記各主延在方向(H,H’)との間にある第2の角度(α2)は、等しい大きさである
ことを特徴とする電極(10a,10b,10c,10d)。 An electrode (10a, 10b, 10c, 10d) for a discharge lamp,
the electrodes (10a, 10b, 10c, 10d) have a longitudinal direction (L),
The electrodes (10a, 10b, 10c, 10d) have an electrode base surface (12) defining one end in the longitudinal direction (L) of the electrodes (10a, 10b, 10c, 10d),
The electrodes (10a, 10b, 10c, 10d) have an electrode axis (A) extending in the longitudinal direction (L),
The electrodes (10a, 10b, 10c, 10d) have a cross-section tapering in the longitudinal direction (L) along the electrode axis (A) in the direction of the electrode base surface (12). having an electrode portion (14);
said first electrode portion (14) having a surface (14a) and a plurality of indentations (20) provided in said surface (14a);
each indentation (20) extends at least partially about said electrode axis (A);
the surface (14a) forms a first angle (φ, φ1, φ2) greater than 0° and less than 90° with the electrode axis (A) in a cross-section along the electrode axis (A);
At the electrodes (10a, 10b, 10c, 10d),
Each invagination (20) extends in a respective main direction of extension (H, H') forming a respective second angle (β) with respect to said surface (14a) which is different from normal to said surface (14a). so that each indentation (20) is formed asymmetrically with respect to the normal to the surface (14a) when viewed in cross-section along the electrode axis (A),
Each of said main directions of extension (H, H') forms a third angle (γ) which is 90° with said electrode axis (A) in its theoretical extension in a cross section along said electrode axis (A). and
Each indentation (20) has a first edge surface (F1 ) and
Each indentation (20) has a second edge face (F2) facing said first edge face (F1), said second edge face (F2) extending from said surface (14a) extending to each of the minimum diameter portions (N) of each of the recesses (20) and on the far side from the electrode base surface (12);
A first angle (α1) between each first edge face (F1) and each main direction of extension (H, H′), each second edge face (F2) and each Electrodes (10a, 10b, 10c, 10d) characterized in that the second angles (α2) between the main directions of extension (H, H′) are of equal magnitude.
請求項1記載の電極(10a,10b,10c,10d)。 Each of the recesses (20) has a main extending direction (H, H') extending from the surface (14a) toward the electrode axis (A) when viewed in cross section along the electrode axis (A). , formed so as to be inclined in the direction in which the electrode base surface (12) is inserted with respect to the perpendicular to the surface (14a),
Electrode (10a, 10b, 10c, 10d) according to claim 1.
請求項1または2記載の電極(10a,10b,10c,10d)。 Each first length (T1) from the minimum diameter portion (N) to the surface (14a) of the first edge face (F1) in a cross section along the electrode axis (A) is than each second length (T2) from the minimum diameter portion (N) to the surface (14a) of the second edge face (F2) in a cross section along the electrode axis (A) short,
Electrode (10a, 10b, 10c, 10d) according to claim 1 or 2.
請求項3記載の電極(10a,10b,10c,10d)。 the ratio of said first length (T1) to said second length (T2) is maximum 0.9 and/or minimum 0.6;
Electrode (10a, 10b, 10c, 10d) according to claim 3.
各陥入部(20)の前記第1のエッジ面(F1)と前記第2のエッジ面(F2)との半角(W)は、前記電極軸線(A)に沿った断面において前記主延在方向(H,H’)に延在している、
請求項3または4記載の電極(10a,10b,10c,10d)。 The first edge surface (F1) and the second edge surface (F2) of each indentation (20) extend linearly in a cross section along the electrode axis (A), and intersecting at the minimum diameter portion (N) of each of the invagination portions (20),
A half angle (W) between the first edge surface (F1) and the second edge surface (F2) of each indentation (20) is the main extension direction in a cross section along the electrode axis (A). extending to (H, H')
Electrode (10a, 10b, 10c, 10d) according to claim 3 or 4.
請求項3から5までのいずれか1項記載の電極(10a,10b,10c,10d)。 In a cross section along the electrode axis (A), the width (B) of each indentation (20) is equal to the first length (T1 ) shorter,
Electrode (10a, 10b, 10c, 10d) according to any one of claims 3 to 5.
請求項1から6までのいずれか1項記載の電極(10a,10b,10c,10d)。 each first edge face (F1) of each indentation (20) directly abuts said second edge face (F2) of each said indentation (20);
Electrode (10a, 10b, 10c, 10d) according to any one of claims 1 to 6.
請求項1から6までのいずれか1項記載の電極(10a,10b,10c,10d)。 Each first edge face (F1) of each indentation (20) is spatially separated from said second edge face (F2) of said indentation (20) and via a predetermined portion connected to said second edge face (F2);
Electrode (10a, 10b, 10c, 10d) according to any one of claims 1 to 6.
前記第1の電極部分(14)は、前記長手延在方向(L)において前記第2の電極部分(16)と前記電極台面(12)との間に配置されている、
請求項1から8までのいずれか1項記載の電極(10a,10b,10c,10d)。 said electrodes (10a, 10b, 10c, 10d) having a second electrode portion (16),
the first electrode portion (14) is arranged in the longitudinal direction (L) between the second electrode portion (16) and the electrode table surface (12);
Electrode (10a, 10b, 10c, 10d) according to any one of claims 1 to 8.
前記第1の電極部分(14)は、前記第2の電極部分(16)と前記電極台面(12)とに接し、または、
前記電極(10a,10b,10c,10d)は、前記第1の角度によって形成された前記第1の電極部分(14)の開放角とは異なる開放角(φ,φ1,φ2)を有する円錐状の第3の電極部分(22)を有し、
前記第1の電極部分(14)が、前記第2の電極部分(16)と前記第3の電極部分(22)との間に配置されているか、もしくは前記第3の電極部分(22)が前記第2の電極部分(16)と前記第1の電極部分(14)との間に配置されている、
請求項9記載の電極(10a,10b,10c,10d)。 said first electrode portion (14) being formed as a conical electrode portion (14),
the first electrode portion (14) is in contact with the second electrode portion (16) and the electrode base surface (12); or
The electrodes (10a, 10b, 10c, 10d) are conical with opening angles (φ, φ1, φ2) different from the opening angle of the first electrode portion (14) formed by the first angle. having a third electrode portion (22) of
The first electrode portion (14) is positioned between the second electrode portion (16) and the third electrode portion (22), or the third electrode portion (22) is positioned between the second electrode portion (16) and the first electrode portion (14);
Electrode (10a, 10b, 10c, 10d) according to claim 9.
請求項9または10記載の電極(10a,10b,10c,10d)。 said second electrode portion (16) has, at least in some areas, a ceramic coating that enhances heat emission;
Electrode (10a, 10b, 10c, 10d) according to claim 9 or 10.
請求項9から11までのいずれか1項記載の電極(10a,10b,10c,10d)。 said second electrode portion does not have an indentation (20);
Electrode (10a, 10b, 10c, 10d) according to any one of claims 9 to 11.
前記電極基体は、長手延在方向(L)を有し、
前記電極基体は、前記電極(10a,10b,10c,10d)の前記長手延在方向(L)における一端を画定する電極台面(12)を有し、
前記電極基体は、前記長手延在方向(L)に延在する電極軸線(A)を有し、
前記電極基体は、前記長手延在方向(L)に、前記電極軸線(A)に沿って前記電極台面(12)の方向で先細となる断面を有する第1の電極部分(14)を有し、
前記第1の電極部分(14)は、前記電極軸線(A)に沿った断面において前記電極軸線(A)と0°より大きく90°より小さい第1の角度(φ1,φ2)を成す表面(14a)を有し、該表面(14a)にレーザーを用いて複数の陥入部(20)を設け、これにより、各陥入部(20)が少なくとも部分的に前記電極軸線(A)を中心として延在する、
方法において、
主延在方向(H,H’)を有する前記各陥入部(20)を、前記表面(14a)に対し、直角とは異なる第2の角度(β)で設け、これにより、各陥入部(20)を、前記電極軸線(A)に沿った断面で見て、前記表面(14a)への垂線に関して非対称に形成し、
前記各主延在方向(H,H’)は、前記電極軸線(A)に沿った断面での理論的延長部において、前記電極軸線(A)と90°である第3の角度(γ)を成し、
各陥入部(20)は、前記表面(14a)から前記陥入部(20)の径極小部(N)まで延在しかつ前記電極台面(12)に近い側にある第1のエッジ面(F1)を有し、
各陥入部(20)は、前記各第1のエッジ面(F1)に面する第2のエッジ面(F2)を有し、該第2のエッジ面(F2)は、前記表面(14a)から前記各陥入部(20)の前記各径極小部(N)まで延在しかつ前記電極台面(12)から遠い側にあり、
前記各第1のエッジ面(F1)と前記各主延在方向(H,H’)との間にある第1の角度(α1)と、前記各第2のエッジ面(F2)と前記各主延在方向(H,H’)との間にある第2の角度(α2)は、等しい大きさである
ことを特徴とする方法。 A method of manufacturing electrodes (10a, 10b, 10c, 10d) for a discharge lamp (24), comprising providing an electrode substrate,
the electrode substrate has a longitudinal direction (L),
The electrode substrate has an electrode base surface (12) defining one end of the electrodes (10a, 10b, 10c, 10d) in the longitudinal direction (L),
The electrode substrate has an electrode axis (A) extending in the longitudinal direction (L),
The electrode base has a first electrode portion (14) having a cross-section tapered in the direction of longitudinal extension (L) along the electrode axis (A) in the direction of the electrode base surface (12). ,
The first electrode portion (14) has a surface ( 14a), said surface (14a) being provided with a plurality of indentations (20) using a laser, whereby each indentation (20) extends at least partially about said electrode axis (A). exist,
in the method
Said each invagination (20) having a main direction of extension (H, H') is provided at a second angle (β) different from normal to said surface (14a), whereby each invagination ( 20), viewed in cross-section along said electrode axis (A), asymmetrically with respect to the normal to said surface (14a),
Each of said main directions of extension (H, H') forms a third angle (γ) which is 90° with said electrode axis (A) in its theoretical extension in a cross section along said electrode axis (A). and
Each indentation (20) has a first edge surface (F1 ) and
Each indentation (20) has a second edge face (F2) facing said first edge face (F1), said second edge face (F2) extending from said surface (14a) extending to each of the minimum diameter portions (N) of each of the recesses (20) and on the far side from the electrode base surface (12);
A first angle (α1) between each first edge face (F1) and each main direction of extension (H, H′), each second edge face (F2) and each A method, characterized in that the second angles (α2) with the main directions of extension (H, H′) are of equal magnitude.
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