JPWO2015011927A1 - ショートアーク放電ランプ用電極およびその製法 - Google Patents

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Abstract

放熱性がよく、かつ、高耐熱性のショートアーク放電ランプ用の電極を提供することを目的とする。高融点金属で構成された第１本体部（３）、前記第１本体部（３）の後端部に設けられ、炭素粒子間にセラミックスの界面層が形成されたセラミックス炭素複合材で構成された第２本体部（５）、を備えたショートアーク放電ランプ用の電極。

Description

本発明はショートアーク放電ランプ電極に関し、特に異種材料混合電極に関する。
ショートアーク放電ランプの電極は、点灯中に非常に高温になるため、通常、高融点金属であるタングステンが用いられ、電極の温度を下げるために、各種の対策がなされている。
例えば、特許文献１には、本体部分の後端面に導電性または絶縁性のセラミックスあるいは炭素質材料の円筒状の放熱部材を接触させ、放熱部材から放熱するようにした技術が開示されている。
特開2009-211916号公報
しかしながら、前記円筒放熱部材として、炭素質材料を採用した場合、円筒放熱部材がアークジェットの高速流体にさらされると、材料表面の炭素が脱落または、炭素成分が気化するなどして、ランプ内に放出され、融点の低い化合物、例えば、タングステンカーバイドを形成するおそれがある。
本発明は、上記課題を解決し、放熱性がよく、かつ、高耐熱性のショートアーク放電ランプ用の電極を提供することを目的とする。
（１）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極は、高融点金属で構成された第1本体部、前記第１本体部の円筒に設けられ、炭素粒子間にセラミックスの界面層が形成されたセラミックス炭素複合材で構成された第２本体部を備えている。
したがって、放熱性がよく、かつ、高耐熱性のショートアーク放電ランプ用の電極を提供することができる。
（２）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極においては、少なくとも前記第１本体部との界面近傍における第２本体部のセラミックスは、炭化ケイ素で構成されている。したがって、放熱性がよく、かつ、高耐熱性のショートアーク放電ランプ用の電極を提供することができる。
（３）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極においては、前記第１本体部と前記密着性向上部材の間に、活性化金属層が設けられている。したがって、前記第１本体部と前記密着性向上部材との接合部に反応による物質が形成されることを防止できる。
（４）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極は、さらに前記電極を支持する支持棒を有しており、前記第２本体部と前記支持棒の間に、ゲッター部材が設けられている。したがって、前記第２本体部の内面にて発生するアウトガスを効率的に吸着することができる。
（５）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極は、前記第１本体部の後端部には雄ねじが、前記第２本体部側には雌ねじがそれぞれ形成されており、前記雄ねじが前記雌ねじに螺合することにより、前記密着性向上部材を介して前記第１本体部と前記第２本体部とが密着している。これにより、密着度を調整できるとともに、確実に密着させることができる。
（６）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極は、少なくとも前記第１本体部との界面近傍における第２本体部のセラミックスは、炭化ケイ素で構成されている。したがって、炭化ケイ素で界面近傍の第２本体部を構成することができる。
（７）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極は、前記第２本体部の炭素と炭化ケイ素の体積比率が90対10〜70対30である。したがって、放熱性がよく、高耐熱性で、かつ、高寿命のショートアーク放電ランプ用の電極を提供することができる。
（８）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極においては、前記第２本体部は、前記第１本体部に近い部位が、SiC、B4C、TaC、NbC、ZrCからなる群より選ばれる少なくとも1種のセラミックスで構成されており、前記第１本体部に遠い部位は、前記いずれかのセラミックスよりも、熱伝導性がよいセラミックスである。前記界面近傍については耐熱性の高いセラミックスを、それ以外は熱伝導性が高いセラミックスをと、要求される機能に応じて素材を使い分けることができる。
（９）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極においては、前記第１本体部に近い部位が炭化ケイ素である。これにより、界面近傍については耐熱性能を、これに対して前記第１本体部に近い部位以外は、熱伝導性を向上させるというように使い分けることができる。
（１０）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極においては、前記第２本体部は、前記第１本体部に近い部位と、前記第１本体部に遠い部位とで、セラミックス炭素複合材を構成するセラミックスと炭素の構成比が異なる。したがって、界面近傍については耐熱性能を、これに以外は、熱伝導性を向上させるというように使い分けることができる。
（１１）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極においては、前記第１本体部と前記第２本体部の間に、前記第１本体部と前記第２本体部との密着性を高める密着性向上部材を設けている。したがって、前記第１本体部と前記第２本体部間で、熱抵抗を下げ、熱伝導性を高くすることができる。
（１２）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法においては、高融点金属で構成された第1本体部を準備し、炭素粒子間にセラミックスの界面層が形成されたセラミックス炭素複合材を焼結形成した第２本体部を準備し、前記第１本体部の後端部に前記第２本体部を接合させる。したがって、放熱性がよく、かつ、高耐熱性のショートアーク放電ランプ用の電極を提供することができる。
（１３）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法においては、前記第１本体部と前記密着性向上部材の間には、活性化金属層が設けられている。したがって、前記第１本体部と前記密着性向上部材との接合部に反応による物質が形成されることを防止できる。
（１４）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法において、前記第２本体部には前記支持棒が挿入される前記指示棒よりも大きな径の貫通穴が形成されており、前記貫通穴を通過させた支持棒の先端を前記第１本体部の後端に圧入され、前記第２本体部と前記支持棒の間に、ゲッター部材が設けられている。したがって、前記第２本体部の内面にて発生するアウトガスを効率的に吸着することができる電極を提供することができる。
（１５）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法においては、前記第２本体部の焼結時に、焼結助剤として希土類酸化物を採用した。したがって、前記セラミックス界面層が緻密に焼結され、炭素粒子と３次元的に結合した高次構造が形成可能である。
（１６）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法においては、前記希土類酸化物は、酸化イットリウムである。したがって、３次元的に結合した高次構造が形成可能である。
（１７）本発明にかかるショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法においては、前記焼結助剤は、前記セラミックスの1重量%以上、10重量%以下である。したがって、放熱性がよく、耐熱性が優れ、かつ、照度維持率の高いショートアーク放電ランプ用の電極を提供することができる。
この発明の特徴、他の目的、用途、効果等は、実施形態および図面を参酌することにより明らかになるであろう。
本発明にかかる電極１の構造を示す図である。 円筒５の微細構造を示す図である。 周部に微細溝加工がなされた円筒５を示す図である。 円筒５の製造工程を示す図である。 第２の実施形態おける電極５０を示す図である。 先端部３と円筒５５との密着手法を説明する図である。 電極５０における照度維持率を示すグラフである。 他の実施形態の構成を示す図である。
１. 第１実施形態
図１に、本発明にかかるショートアーク放電ランプの電極１の断面図を示す。電極１は、第１本体部である先端部３、第２本体部である円筒５、黒鉛シート４および電極支持棒７を備えている。先端部３は従来の陽極の後端部を一部削除した形状である。円筒５は、中空の円柱状であり、電極支持棒７が挿入される貫通穴５aを有している。
円筒５は、炭素粒子間にセラミックスの界面層が形成されたセラミックス炭素複合材（以下、CBCと略す）で構成されている。
円筒５の微細構造を図２に示す。円筒５は、３次元的に連なったセラミックスのセル１１内に炭素粒子１３が一つずつ収納され緻密に焼結された高次構造を有している。このように、円筒５は、セラミックセルが炭素粒子と３次元的に結合した高次構造であるので、アークジェットの高速流体による炭素粒子の脱落だけでなく、炭素の気化を抑制することができる。
円筒５の外周部には、図３Ａに示すように多段リング状に微細溝加工が施されている。かかる微細溝加工は、円筒５の後端面、C面取り部など、他の部材に接触していない部分にも施すことができる。
円筒５と先端部３は、ネジ部５とネジ部３とが機械的な押圧によって接合されている。また、円筒５と先端部３の間には、接触面を確保するために、超高純度の黒鉛シート４が設けられている。
電極支持棒７と本体部３の嵌合は、タンタル箔やモリブデン箔を介して、嵌合させている。すなわち、電極支持棒７は、円筒５を貫通し、本体部３の底付穴３aに嵌合されている。
円筒５の製造方法について簡単に説明する。黒鉛と、窒化ケイ素と、焼結助剤としての酸化イットリウム（Y2O3 ）を準備する。本実施形態においては、炭素質材料として黒鉛粒子（メソフェーズ小球体、東洋炭素株式会社製）を、窒化ケイ素として、宇部興産株式会社製のSi3N4を用いた。窒化ケイ素および酸化イットリウムとを混合し、さらに、これに黒鉛粒子を混合する。これと、アクリルアミド及びＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドをイソプロパノールに溶解したバインダー溶液とを、ゲルキャスティング法により混合し、混合物をプラスティックモールドにキャスティングする。得られた混合物を常圧下、80℃で12時間乾燥して乾燥物を得る。この乾燥物を真空中、700℃で1時間加熱してバインダーであるアクリルアミドを除去する。さらに、放電プラズマ焼結法にて、30ＭＰａの圧力を印加しつつ、2000℃で5分間、真空条件でパルス通電焼結した。その結果、図４Ａに示す円筒形のＣＢＣ２０が得られる。その他の加圧焼結法、たとえばホットプレス法でも、前記放電プラズマ焼結法と同様の温度、圧力条件で、30分以上処理することにより、より大型のCBCを得ることができる。
原料の窒化ケイ素が炭化ケイ素セラミックスに変換し焼結する前記セラミックス炭素複合材を形成する反応機構の詳細は定かではないが、窒化ケイ素が焼結中に炭素と反応し、高温でより安定な炭化ケイ素を形成することと、窒化ケイ素粒子表面に存在するSiO2膜とY2O3が反応してY-Si-O系溶融ガラス相を形成し、加圧化での液相焼結により炭化ケイ素部が緻密化したものと考えられる。
ＣＢＣ２０の電極接合面５Cを平滑処理した後、図４Ｂに示すように、メスネジ加工２１、貫通穴加工５ａ、および、表面に溝加工２３を行うことにより、円筒５が完成する。
先端部３について、従来と同じようにタングステン棒を削り製造する。先端部３における接合面を平滑処理した後、雄ネジ加工および芯棒嵌合用の穴を形成する。先端部３と円筒５の間に密着性向上部材として黒鉛シート４を介して、螺合させ、電極支持棒７を嵌合することにより、電極１が完成する。
黒鉛シートにより、先端部３と円筒５との密着性が高まる。したがって接合界面での熱抵抗が減少し、放熱効果が高まるとともに、電極先端温度が従来よりも低下することが期待される。
また、かかる黒鉛シートは、線熱膨張係数の違いを吸収することもできる。黒鉛シートとして、例えば、東洋炭素株式会社製のPF-20UHPが使用可能である。
本実施形態においては、CBCにおける炭素質材料と炭化ケイ素との体積比を80：20としたが、前記体積比を90：10〜10：90で変更してもよい。好ましいのは、後述するように、前記体積比90：10〜30：70で、より好ましいのは、前記体積比80：20〜30：70で、もっとも好ましいのは前記体積比80：20である。
炭化ケイ素層３の厚みは、100ｎｍ〜10μｍ程度であることが好ましい。
このようにして得られたCBCは、軽量、緻密で、熱伝導性に優れている。また、緻密に焼結されているため、ショートアーク放電ランプの電極として採用した場合に、内部へのガスの侵入が抑えられるという効果もある。
CBCは炭素を多く含んでおり、タングステンと比べると機械加工が容易である。したがって、円筒５の外周部に精緻な溝加工が可能である。図３Ｂに示すように縦しま状に形成してもよい。図３Ｃは、図３Ｂの矢印ＩＩＩＢからの矢視図である。さらに、これらを組み合わせて、格子状等に加工してもよい。溝形状を最適化することによって表面積を大きくし輻射放熱が高められる。
さらに、ランプで最冷点になりやすいバルブ封止部を加熱させ、これによりランプ点灯時に水銀の蒸発が促進する。したがって、定格電力までの立ち上げ時間を短くすることができる。
円筒５を用いた電極と、従来の電極との照度維持率について比較を行った。本実施形態においては、16kWショートアーク型超高圧水銀ランプで比較を行った。
実験に用いたランプの特性を以下に示す。
封入物：水銀
希ガス：アルゴン
陽極：タングステン 外径35mm、全長80mm
陰極：トリエーテッドタングステン
定格消費電力：16kW
陽極を全てタングステンで作製したものと、円筒５における軸方向の長さの分だけ陽極の全長を短くし、その後ろに第２本体部として直径35mmの、軸方向に内径8mmの貫通穴が設けられた長さ40mmの円筒状のCBCを密着させた。このCBCは、炭素質材料と炭化ケイ素セラミックスの体積比が70:30で、酸化イットリウムを５重量%、炭化ケイ素粉末に添加して焼結している。
上記ショートアーク型超高圧水銀ランプの1000時間連続点灯後の照度維持率は９３％で、全てをタングステンで構成した従来の電極と比べて、照度維持率は同等以上であった。
また、CBCはタングステンと比べて比重が軽いので、ランプ製作時の作業性向上が期待できる。また、タングステンの一部を、CBCに置き換えられるので、原材料としてのレアメタル消費を抑えることができる。また、難切削性のタングステンと比べると、加工が容易で、部材の破損を防止できる。
また、本実施形態においては、CBCにおける炭素とセラミックの組成比を体積比で80/20とし、酸化イットリウムの添加量を5重量%にした。この場合、照度維持率が既存のショートアーク放電ランプのそれよりも上回った。これはセラミックに使っている炭化ケイ素と焼結助剤であるイットリアを減らすことにより、Y-Si-OやSi-O成分のガス放出が大きく抑制され、石英製の発光管内壁への付着による透過率の低下が防げたこと、また輻射率と熱伝導率の高い黒鉛量が多いことから放熱効果が高まったことによると考えられる。
かかる炭素とセラミックの組成比は、適宜変更可能である。しかし、SiCを少なくしすぎても、多くしすぎても、照度維持率は低下する。かかる理由については明らかではないが、発明者は、以下のように考えた。
SiCの比率が小さくなりすぎると、炭素粒子が炭化ケイ素に1つずつ収納されず、３次元的に結合した高次構造を形成できないため、高強度を得ることができない。これにより、アークジェットの高速流体による炭素粒子の脱落や気化を抑制することができないといった問題が発生する。一方、SiCの比率が多すぎると、緻密化のための焼結助剤量が多くなり、焼結助剤の蒸発、分解がランプの照度維持率を低下させる。
なお、柔軟な炭素質材料が相対的に少なくなるので、加工性が悪くなり、複雑な形状ができない、またコストも高くなるといった問題も発生する。
具体的には、炭素/炭化ケイ素比90/10よりも高くなると、炭素粒子を収納するセラミックセルが３次元的に結合した高次構造が十分形成されないおそれがある。逆に炭素/炭化ケイ素比が30/70と炭化ケイ素量を増やすと、Y-Si-OやSi-O成分の放出が増大し、石英製の発光管内壁へ付着するおそれがある。
本実施形態においては、焼結助剤として酸化イットリウム（Y2O3）を採用したが、その他の希土類酸化物であってもよい。
なお、上記実施形態においては、密着性向上部材として円筒５よりも硬度の低い黒鉛シートを採用したが、先端部３よりも柔らかい厚み1mm程度のタンタル若しくはタングステンシートを採用することもできる。このように、密着性向上部材は、円筒５または先端部３と似た素材であればどのようなものであってもよい。
２．第２の実施形態
図５に、電極５０の断面図を示す。電極５０は８kWショートアーク型超高圧水銀ランプ用の電極であり、第１本体部である先端部５３、第２本体部である円筒５５、タンタルシート６４、黒鉛シート５４および電極支持棒７を備えている。第１実施形態との違いは、以下の３点である。
1)先端部３と黒鉛シート４の間にタンタルシート６４が設けられている、
2)円筒５５の直径が、先端部５３の直径よりも大きい、
3)円筒５５と電極支持棒７の間にタンタルコイルが設けられている、
以下説明する。
先端部３と黒鉛シート４の間に活性化金属であるタンタルシート６４を設けることにより、先端部３と円筒５５との接合性が向上する。活性化金属としてはその他、ハフニウム（HF)、ニオブ（Nb)、チタン（Ti)、ジルコニウム（Zr）などであってもよい。
また、先端部３と黒鉛シート４の間にタンタルシート６４を設けることにより、前記接合性の向上だけでなく、先端部３のタングステンと黒鉛シート４が直接接触しなくなる。これにより以下のような効果もある。
先端部３と円筒５５とを黒鉛シート４で密着させた場合、先端部３と黒鉛シート４とが反応して、接触面にカーバイドタングステンが形成される。カーバイドタングステンはタングステン単体よりも融点が低い。したがって、電極５０を設置する位置によっては、前記接触面の温度がカーバイドタングステンの融点よりも高くなる場合がある。この場合、カーバイドタングステンが蒸発するおそれがある。これに対して本件のように、先端部３と黒鉛シート４の間にタンタルシート６４を設けることにより、タンタルシート６４と先端部３との接触面にタングステンとタンタルの合金が形成される。かかる合金はタングステンカーバイドよりも融点が高い。よって耐熱性の低下が防止できる。
なお、このように活性化金属層としての金属箔を設ける際は、金属箔の表面粗さが先端部３の接触面における表面粗さよりも小さいものが好ましい。金属箔の表面粗さが、先端部３の接触面における表面粗さよりも小さい方が、接触熱抵抗が小さくなり、円筒５５への熱伝導がよくなるからである。
また、この実施形態では、電極支持棒７と円筒５５の間にゲッターコイル６７を設けている。これにより以下のような効果がある。
円筒５５の表面からはランプの温度などによりアウトガスが発生することがある。たとえば、円筒５５を構成するSiC、助剤に用いられたイットリアなどである。かかるアウトガスは円筒５５の表面からその法線方向に放出される。ここで電極支持棒７と円筒５５とは熱膨張率が同じであれば、円筒５５に設ける貫通穴の直径を電極支持棒７とほぼ同じにすることにより、密着するので上記問題は生じない。しかし、電極支持棒７のほうが円筒５５よりも熱膨張率が高いので、円筒５５に形成する貫通穴の直径は、電極支持棒７よりも少し大きくせざるを得ない。そこで本実施形態においては、円筒５５に電極支持棒７との間にゲッターコイル６７が入る程度の大きめの空間を形成して、その空間にアウトガスを吸収するタンタルコイル６７を設けた。
本実施形態においては、ゲッターコイルの材質としてはタンタルを採用したが他の金属を採用してもよい。
本実施形態における先端部３と円筒５５との圧着について図６Ａ〜図６Ｃを用いて簡単に説明する。
図６Ａに示すように先端部３の後端部に雄ねじ３aを形成するとともに、電極支持棒７を圧入するための穴３bを形成する。
図６Ｂに示すように先端部３にクッション箔(図示せず)を巻いた電極支持棒７を挿入する。
図６Ｃに示すように先端部３の後端面にタンタルシート６４、黒鉛シート４を載せた後、円筒５５を所定のトルクでネジ締めする。本実施形態においては、円筒５５の一部にスパナがかけられる切り込みを入れておき、これによりねじ締めするようにした。前記所定のトルクは、締め付けが強いほど、電極との接触熱抵抗が小さくできる。ただ、円筒５５が割れてしまわない程度に締め付けるのが好ましい。
最後に、電極支持棒７よりもやや少し小さめの棒に巻き付けたタンタルコイル６７を準備し、電極支持棒７の後側から、円筒５５の内壁に圧入する。
本実施形態において先端部３に電極支持棒７を圧入してから、電極３と円筒５５とをネジ締めしている。これにより、圧入時の様子を見ながら電極支持棒７を圧入することができる。かかる問題がないのであれば電極と円筒５５をのネジ締めした後に圧入するようにしてもよい。
円筒５５の製造方法については第１実施形態と同じであるので説明は省略する。
電極５０の各部のサイズについて説明する。先端部３は直径３３．５mm、全長３７mm、タンタルシート６４は直径３３．５mm、厚み１５０μm、カーボンシート５４は直径３３．５mm、厚み２０μm、円筒５５は直径４０mm、全長３５mmである。このように円筒５５の直径が、先端部５３の直径よりも大きく形成することにより、より高い放熱性を果たすことができる。
上記電極５５と、直径３３．５mm、全長７２mmのタングステンで電極を構成したショートアーク型超高圧水銀ランプとの照度維持率を図７に示す。
電極５５を用いたショートアーク型超高圧水銀ランプでは、図７に示すように２００時間連続点灯後の照度維持率は９３．３％で、全てをタングステンで構成した従来の電極と比べて、照度維持率は同等以上であった。
３．他の実施形態
（２．１ セラミックスの複数段階傾斜）
図８Ａに、電極接合面側と、それ以外の部分でセラミックとの混合比を変更した円筒１５を示す。円筒１５では、炭素/炭化ケイ素の混合比を、接合面５ａ側の部位１６を80/20とし、それ以外の部位１７を70/30で構成されている。このように、部位によって、異なる特性が要求される場合に、要求される特性に応じた電極部材を提供できる。この場合は、電極接合面側に炭素の比率を高くした。このように、高温となる部位に、炭素比率を高くすると、結果的に焼結助剤の量が減って焼結助剤の蒸発による照度維持率低下を防止でき、さらに、それほど高温とならない部位については、３次元的に結合した高次構造を形成して高強度を得ることができる。かかる組成は２段階傾斜だけでなく、それ以上の複数段階傾斜であってもよい。
なお、円筒１５について、部位１６の軸方向の長さを界面から10mmを80/20とし、その他70/30とした場合と、界面から15mmを80/20として、その他を70/30とし、比較実験を行ったところ、両者とも、第1実施形態と比べて、ほぼ、同等の照度維持率であった。第２実施形態についても同様である。
（２．２ 異なる種類のＣＢＣの複合）
第２本体部について、組成比は変化させず使用するセラミックスの種類を変更してもよい。図８Ｂに示す円筒２５は、部位２６を炭素/炭化ケイ素で、部位２７を炭素/窒化アルミニウムで構成した。このように、部位によって、必要とされる特性が異なる場合に、要求特性に応じた電極部材を提供できる。この例では、本体部３に近いショートアーク放電ランプ用の電極部は耐熱性を高めるために、SiC、B4C、TaC、NbC、ZrCからなる群より選ばれる少なくとも1種から形成し、低温部では高温部でよりも熱伝導性が良いAlNなどのセラミックを採用した。
また、組成比およびセラミックスの種類をも、傾斜的に変えるようにしてもよい。
以上のように、ショートアーク放電ランプ用の電極に、CBCを接合し、当該ランプの出力や大きさに合わせて、CBCを構成する炭素及びセラミックの種類を選択し、この炭素/セラミックの体積比、炭素/セラミックの組成とその量比の傾斜化等による材料組成と構造の最適化、及び円筒の外周加工の最適化等によって、高冷却性能を有した電極が提供でき、当該ランプの長寿命化が図れる。
（２．３ 焼結助剤の構成）
上記各実施形態においては、焼結助剤をセラミックスの５重量％とした。セラミックスに対する焼結助剤を少なくしすぎると、強度が低下するおそれがあり、セラミックスに対する焼結助剤を多くしすぎると、焼結助剤の蒸発による照度維持率低下を招く。このように、焼結助剤のセラミックスに対する重量％を小さくすることにより、ショートアーク放電ランプにCBCを用いた場合でも、不純物の蒸発による照度維持率の低下を防止することができる。
（２．４ その他）
上記各実施形態においては、第１本体部と第２本体部を螺合により、密着させるようにしたが、このような機械的な押圧ではなく、固相拡散接合等による化学的に結合するようにしてよい。これにより、アーク放電によって加熱された電極先端部の熱を後部へ効率よく伝導し、放熱部材として機能する円筒５から放熱される。
また、円筒５は、先端部３の高融点材料とほぼ同等の熱膨張係数に調整できる。したがって、したがって、温度変化により接合が外れる恐れが少ない。
上記実施形態においては、密着性向上部材として、高純度化し、かつバインダー材を使用していない黒鉛シートを採用している。したがって、ランプ点灯時に、不純物が蒸発するおそれが少ない。かかる黒鉛シートを介在させることで、先端部３と円筒５の微小な空隙をなくすことができる。これにより、両者間の接触面積を確保することができ、アーク放電によって加熱された先端部３の熱を円筒５へ効率よく伝導し、放熱することができる。
また、密着性向上部材として、先端部３と円筒５と反応する中間材料（例えばタングステン粉末）を用いて、固相拡散接合等により、先端部３と円筒５を化学的に結合するようにしてもよい。これにより、先端部３と円筒５を確実に接合することができ、アーク放電によって加熱された電極先端部の熱を後部へ効率よく伝導し、放熱できる。
上記各実施形態においては、第２本体部は、炭素粒子をセラミックの粒界により３次元的に結合した緻密な高次構造を有している。また、第２本体部は、炭素粒子とセラミック粒界それぞれの種類と量比を、接合部材の温度域に従って任意にかつ傾斜組成的に変化させることができる材料を用いて形成されている。これにより、例えば、電極本体に近い高温域では分解しにくい輻射率の高いセラミックにし、しかもその量を抑えて分解ガスの発生を抑制し、低温域では高熱伝導のセラミックを選択してその量を増やすこともできる。これにより、一定組成、一定量比の炭素/セラミックス高次構造の放熱部材に比べて、アーク放電によって加熱された先端部３の熱を後部へ効率よく伝導し、第２本体部から放熱されるとともに、第２本体部に生じる熱応力を緩和できる。
また、第２本体部は、軟質のC成分（炭素）が多く含まれているため、機械加工が容易である。
上記実施形態においては、従来と比較し、セラミックスおよび焼結助剤の量が大幅に少ない。したがって、ランプの点灯中にこれらが放出される量がランプに影響ない程度まで抑制でき、また３次元的に結合した緻密な高次構造をしているので、セラミックスに含まれる焼結助剤等の不純物の放出が炭素粒子により妨げられ、外部に放出されるのを抑制することができる。また、セラミックの膨張収縮を炭素粒子が緩衝することで、高強度で熱衝撃に強く、ランプの点灯・消灯における熱衝撃により破損しにくい電極を提供することができる。
上記第２本体部を複数種類のセラミックスで構成する場合、または、1種類のセラミックスであるが組成比が異なる場合には、それぞれの組成層を積層し、乾燥後焼結して製造すればよい。
上記実施形態においては、超高圧水銀放電ランプの電極に適用した場合について説明したが、その他のショートアーク放電ランプ用の電極にも適用可能である。
本実施形態においては、炭素と窒化ケイ素を用いて化学反応を起こさせて、炭素と炭化ケイ素とで構成されたCBCを生成する場合について説明した。しかし、これに限定されず、炭素粒子と、炭化ケイ素の粒子を混合するようにしてもよい。
上記においては、本発明を好ましい実施形態として説明したが、限定のために用いたのではなく、説明のために用いたものであって、本発明の範囲および精神を逸脱することなく、添付のクレームの範囲において、変更することができるものである。
１・・・・・・電極
３・・・・・・先端部
４・・・・・・黒鉛シート
５・・・・・・円筒
５０・・・・・電極
５５・・・・・円筒
６４・・・・・タンタルシート

Claims (18)

  1. 高融点金属で構成された第1本体部、
    前記第１本体部の後端部に設けられ、炭素粒子間にセラミックスの界面層が形成されたセラミックス炭素複合材で構成された第２本体部、
    を備えたショートアーク放電ランプ用の電極。
  2. 請求項１のショートアーク放電ランプ用の電極において、
    前記第１本体部と前記第２本体部に間に、前記第１本体部と前記第２本体部との密着性を高める密着性向上部材を設けたこと、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極。
  3. 請求項２のショートアーク放電ランプ用の電極において、
    前記第１本体部と前記密着性向上部材の間に、活性化金属層を設けたこと、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極。
  4. 請求項１〜請求項３のいずれかのショートアーク放電ランプ用の電極において、
    さらに前記電極を支持する支持棒を有しており、
    前記第２本体部と前記支持棒の間に、ゲッター部材を設けたこと、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極。
  5. 請求項２〜請求項４のいずれかのショートアーク放電ランプ用の電極において、
    前記第１本体部の後端部には雄ねじが、前記第２本体部側には雌ねじがそれぞれ形成されており、
    前記雄ねじが前記雌ねじに螺合することにより、前記密着性向上部材を介して前記第１本体部と前記第２本体部とが密着していること、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極。
  6. 請求項１〜請求項５のいずれかのショートアーク放電ランプ用の電極において、
    少なくとも前記第１本体部との界面近傍における第２本体部のセラミックスは、炭化ケイ素で構成されていること、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極。
  7. 請求項１〜請求項６のいずれかのショートアーク放電ランプ用の電極において、
    前記第２本体部の炭素と炭化ケイ素の体積比率が90対10〜70対30であること、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極。
  8. 請求項７のショートアーク放電ランプ用の電極において、
    前記第２本体部の炭素と炭化ケイ素の体積比率が80対20であること、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極。
  9. 請求項１〜請求項８のいずれかのショートアーク放電ランプ用の電極において、
    前記第２本体部は、前記第１本体部に近い部位が、SiC、B4C、TaC、NbC、ZrCからなる群より選ばれる少なくとも1種のセラミックスで構成されており、前記第１本体部に遠い部位は、前記いずれかのセラミックスよりも、熱伝導性がよいセラミックスであること、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極。
  10. 請求項９のショートアーク放電ランプ用の電極において、
    前記第１本体部に近い部位が炭化ケイ素であること、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極。
  11. 請求項１〜請求項１０のいずれかのショートアーク放電ランプ用の電極において、
    前記第２本体部は、前記第１本体部に近い部位と、前記第２本体部に遠い部位とで、セラミックス炭素複合材を構成するセラミックスと炭素の構成比が異なること、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極。
  12. 高融点金属で構成された第1本体部を準備し、
    炭素粒子間にセラミックスの界面層が形成されたセラミックス炭素複合材を焼結形成した第２本体部を準備し、
    前記第１本体部の後端部に前記第２本体部を接合させること、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法。
  13. 請求項１２のショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法において、
    前記第１本体部と前記密着性向上部材の間には、活性化金属層が設けられていること、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法。
  14. 請求項１２または請求項１３のショートアーク放電ランプ用の製造方法において、
    前記第２本体部には前記支持棒が挿入される前記指示棒よりも大きな径の貫通穴が形成されており、
    前記貫通穴を通過させた支持棒の先端を前記第１本体部の後端に圧入し、
    前記第２本体部と前記支持棒の間に、ゲッター部材を設けること、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法。
  15. 請求項１２〜１４のいずれかのショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法において、
    前記第２本体部の焼結時に、焼結助剤として希土類酸化物を採用したこと、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法。
  16. 請求項１５のショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法において、
    前記希土類酸化物は、酸化イットリウムであること、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法。
  17. 請求項１５または請求項１６のショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法において、
    前記焼結助剤は、前記セラミックスの1重量％以上、10重量％以下であること、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法。
  18. 請求項１７のショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法において、
    前記焼結助剤は、前記セラミックスの５重量％以下であること、
    を特徴とするショートアーク放電ランプ用の電極の製造方法。
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