KR102083286B1 - 방전 램프용 전극의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 방전 램프용 전극의 제조 방법은 고상 접합에 의해 방전 램프용 전극을 제조하는 방법으로서, 전극 선단부의 적어도 일부를 구성하고, 에미터를 함유하는 기둥형상의 선단 고체 부재와, 적어도 전극 동체부를 구성하고, 선단 고체 부재의 접합면보다 직경이 큰 접합면을 가지는 기둥형상의 동체 고체 부재를 서로의 접합면을 통하여 고상 접합시키고, 고상 접합에 의해 생성된 전극 소재에 대하여, 테이퍼형상의 전극 선단부를 형성하도록 절삭 가공을 시행한다.

Description

방전 램프용 전극의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING DISCHARGE LAMP ELECTRODE}

본 발명은 노광 장치 등에 이용되는 방전 램프에 관한 것으로, 특히, 복수의 부재를 접합시키는 방전 램프용 전극의 제조 방법에 관한 것이다.

방전 램프에서는 고출력화에 따라 금속 종류, 결정 특성 등이 상이한 부재를 접합시켜 전극을 형성한다. 예를 들면, 토륨 등의 에미터가 함유되는 금속 부재를 전극 선단부, 순 텅스텐 등의 고융점 금속 부재를 동체부로 하고, 2개의 금속 부재를 서로 접합시킨다.

접합 방법으로서는 고상(固相) 접합의 하나인 확산 접합이 알려져 있다. 확산 접합에서는 접합면 부근에 있어서 결정 구조가 축방향으로 경사화되거나, 또는 금속 결정립이 축방향을 따라 변형하지 않도록 접합하는 것이 가능하며, 접합에 의한 전극 성능의 저하를 억제할 수 있다(특허문헌 1, 2 참조). 그곳에서는 정해진 압력, 가압 시간, 접합 온도에 따라, 확산 접합으로서 방전 플라즈마 소결 접합(SPS 접합)을 행한다.

이러한 확산 접합에 의한 전극 성형에서는 절삭 가공에 의해 전극형상을 정한다. 예를 들면, 전극선단부를 구성하는 원기둥형상 토리에이티드 텅스텐(토륨 텅스텐) 부재와, 동체부를 구성하는 원기둥형상 텅스텐 부재를 준비한다. 그리고, 서로 직경이 동일한 접촉면끼리를 맞닿게 하고, 부재 양측으로부터 압력을 가하면서 통전 가열한다. 확산 접합 후, 일체화한 부재의 선단부측을 원추형상으로 절삭 가공하여, 전극형상을 얻는다(특허문헌 3 참조).

상이한 금속 소재를 고상 접합시켜 전극을 성형하는 경우, 열팽창율도 상이하기 때문에, 점등중 접합면에 큰 힘이 걸려, 전극이 파손될 우려가 있다. 이것을 방지하기 위해서 선단부 및 동체부의 접합면에 환형상의 돌기 부분을 설치하고, 그들을 서로 맞물리게 하여 확산 접합시키는 전극이 알려져 있다(특허문헌 4 참조).

한편, 전극측면의 면적 비율을 조정함으로써 램프를 장수명화시키는 방법도 알려져 있다(특허문헌 5 참조). 그곳에서는 토륨 텅스텐을 전극 선단 부분으로 하고, 순 텅스텐의 본체부와 확산 접합시키는 방전 램프에 있어서, 토륨 텅스텐부의 측면적과 전극 면적의 비를 소정 범위 내에 들어가게 하는 구조로 하고, 아크 방전을 안정화시킨다.

일본 공개특허공보 2011-249027호 일본 공개특허공보 2011-71091호 일본 공개특허공보 2012-15007호 일본 공개특허공보 2011-216442호 일본 공개특허공보 2011-154927호

전극 본체 부분을 토륨 텅스텐 등의 에미터를 포함하는 금속으로 하여 전극을 구성하는 경우, 에미터의 공급은 접합면을 경유한다. 그리고, 접합면의 사이즈, 접합면의 평활도, 고상 접합시의 접합 조건, 접합면 형상과 같은 접합면에 관한 구성은 그 전극의 강도, 전도성, 열전도성과 같은 전극 성능에 영향을 준다.

예를 들면, 접합면의 직경의 크기 자체가 전극 성능에 영향을 준다. 종래에는 고상 접합시, 접합면의 직경의 크기가 주는 영향에 대해서 고려되어 있지 않기 때문에 전극 성능이 경우에 따라서는 저하한다.

또한, 접합 온도, 접합 시간, 가압력에 관해서는 접합면의 직경의 크기에 따라 요구되는 조건도 상이하다. 접합 온도, 접합 시간, 압력 및 접합면의 직경에 대한 상관성이 없는 채로 설정하면, 바람직한 전극 성능을 얻을 수 없다.

따라서, 복수의 부재를 고상 접합하여 전극을 형성하는 경우, 접합 온도, 접합 시간, 압력, 그리고 접합면의 직경을 서로 관련지어 설정하고, 우수한 전극 성능을 실현시키는 값으로 설정하는 것이 요구된다.

한편, 토리에이티드 텅스텐 부재의 단면은 텅스텐 부재의 단면에 비해 평활도가 낮다. 이 평활도의 차는 직경이 커질수록 현저하다. 그 때문에 접합 강도가 접합면에 있어서 불균일하게 되어, 안정된 접합 강도가 얻어지지 않는다.

또, 통전 가열에 의해 확산 접합시키는 경우, 접합 조건 등에 따라 표면측에 전류가 흐르기 쉬워지는 경우가 생겨, 접합면의 둘레가장자리 부근 쪽이 중심부보다 접합 강도가 크다. 그 때문에 확산 접합시킨 후에 절삭 가공에 의해 선단 부분을 형성하면, 접합 강도가 큰 표면 부근 부분이 보다 많이 깎이게 되어, 접합 강도가 저하되어버린다.

따라서, 토리에이티드 텅스텐 등 에미터를 함유한 선단부를 구성하는 부재와, 동체부를 구성하는 부재를 접합 강도의 불안정화 없이 고상 접합시킬 필요가 있다.

또한, 에미터의 이동에 대해서도 접합면의 구성이 영향을 준다. 램프 점등중에 있어서의 에미터의 전극 선단부 선단면측으로의 이동은 전극 내부로부터 표면으로 확산하는 입계 확산과, 전극 표면을 따라 확산하는 농도 확산에 기초한다. 입계 확산은 그 이동 방향에 지향성이 없기 때문에, 전극 표면으로 이동한 에미터의 분포는 불균일하게 된다. 또, 선단부의 둘레 방향을 따른 표면으로 이동하고나서 표면 농도 확산에 의해 전극 선단부 선단면측으로 이동하면, 에미터의 공급에 시간이 걸린다.

확산 속도는 전극 온도에 따라 상이하기 때문에, 전극 선단부의 선단면측으로 이동하는 에미터의 공급량도 안정되지 않고, 전극 선단부 부근에서는 에미터 농도에 불균일이 생긴다. 그 결과, 아크 방전의 휘점이 에미터의 농도가 높은 개소로 이동하기 쉬워져, 조명이 깜박이고 불안정하게 된다.

따라서 에미터를 효율적으로 조기에 전극 선단부의 선단면측으로 상시 안정 공급하여, 전극 선단부에 있어서의 에미터 농도를 균일화시킬 필요가 있다.

본 발명의 방전 램프용 전극의 제조 방법은 전극 선단부의 적어도 일부를 구성하고, 에미터를 함유하는 기둥형상의 선단 고체 부재와, 적어도 전극 동체부를 구성하고, 선단 고체 부재의 접합면보다 직경이 큰 접합면을 가지는 기둥형상의 동체 고체 부재를 서로의 접합면을 통하여 고상 접합시키고, 고상 접합에 의해 생성된 전극 소재에 대하여, 테이퍼형상의 전극 선단부를 형성하도록 절삭 가공을 시행하는 것을 특징으로 한다.

예를 들면, 전극으로서 음극이 제조되어, 방전 램프에 사용된다. 에미터로서는 토리에이티드 텅스텐 등이 적용 가능하며, 선단 고체 부재, 동체 고체 부재는 그 형상은 임의이며, 또 재질로서 금속 재료, 또는 세라믹 재료 등이 적용 가능하다. 또, 고상 접합 방법으로서는 다양한 확산 접합이 적용 가능하며, 특히 SPS 접합에 의해 고상 접합시키는 것이 가능하다.

본 발명에서는 선단 고체 부재의 직경이 동체 고체 부재의 직경보다 작다. 그리고, 고상 접합 후에 절삭 가공을 행함으로써, 쐐기 부분이 생기기 쉽고, 접합 강도가 약한 접합면 단부만을 효율적으로 제거한 전극을 구성하는 것이 가능하게 된다.

예를 들면, 절삭 공정시, 전극 소재에 있어서, 선단 고체 부재와 동체 고체 부재의 접합면 둘레가장자리 부분을 적어도 절삭하는 것이 가능하다. 특히, 전극 소재에 있어서, 선단 고체 부재의 접합면 둘레가장자리 부분에 형성된 쐐기 부분을 제거하도록 절삭 가공할 수 있다. 또, 전극 소재에 있어서, 선단 고체 부재의 접합면 중앙부만을 남기도록 절삭 가공할 수도 있다.

이와 같은 절삭 가공을 가능하게 하기 위해서, 선단 고체 부재의 접합면의 직경과, 동체 고체 부재의 접합면의 직경의 비가 0.05<D1/D2<1을 만족하도록 구성해도 된다.

한편, 본 발명의 다른 양태에 있어서의 방전 램프용 전극의 제조 방법은 볼록부 혹은 오목부(이하에서는, 볼록부/오목부라고 표기한다)를 가지는 선단부와, 선단부의 볼록부/오목부에 끼워맞춰지는 오목부/볼록부를 가지는 동체부를 형성하고, 선단부와 동체부를 맞닿게 하여 SPS 접합을 시행하는 제조 방법으로서, SPS 접합에 있어서, 선단부와 동체부를 부분적으로 고상 접합시키는 것을 특징으로 한다.

부분적인 고상 접합을 행하기 위해서, 예를 들면, 전극 선단부와 동체부의 대향면 모두를 고상 접합시키는 경우에 설정되는 접합 시간, 소결/접합 온도, 인가 전압의 적어도 어느 하나를 변경, 억제한다. 이것에 의해, 부분적으로 고상 접합하고, 적어도 전극축 수직 방향을 따른 면 이외에도 대향하는 면이 형성된 볼록부, 오목부에 있어서 고상 접합되지 않는 부분이 생긴다.

이러한 제조 방법에 의해 제조되는 방전 램프는 에미터를 함유하고, 볼록부 혹은 오목부를 가지는 전극 선단부와, 전극 선단부의 볼록부 혹은 오목부와 끼워맞춰지는 오목부 혹은 볼록부를 가지는 동체부를 구비한다. 전극 선단부는 아크 방전의 휘점이 되는 선단면을 구비하고 있고, 원추형상 등 전극 직경축소부의 적어도 일부를 구성한다. 동체부는 예를 들면 기둥형상이며, 또는 그 일부가 전극 선단부를 구성해도 된다.

전극 선단부는 예를 들면 토리에이티드 텅스텐에 의해 구성하는 것이 가능하며, 동체부는 순 텅스텐 등으로 구성하는 것이 가능하다. 볼록부, 오목부는 그 형성 장소는 임의이며, 전극 축방향을 따라 오목부, 볼록부를 형성하고, 전극축에 수직인 방향 이외의 방향을 따라 서로 대향하는 면이 형성되면 된다.

또, 볼록부, 오목부는 서로 끼워맞춰지는 것 같은 형상이면 되고, 1세트의 오목부, 볼록부 또는 복수의 오목부, 볼록부를 설치하는 것도 가능하다. 단, 여기서의 끼워맞춤은 그 형상이 서로 매칭하고, 대향면끼리 대략 접촉하는 것 같은(분자 레벨이 아니라 매크로 레벨로 보았을 때) 형상으로 있는 것을 나타낸다. 예를 들면, 볼록부/오목부의 형상으로서 원기둥, 삼각기둥, 사각기둥 등 기둥형상으로 형성하는 것이 가능하다.

본 발명에서는 전극 선단부와 동체부가 부분적으로 고상 접합한다. 전극 선단부와 동체부는 대향하는 복수의 면 중에서 전극 선단부의 볼록부/오목부와 동체부의 오목부/볼록부의 서로 대향하는 표면의 적어도 일부에 있어서, 고상 접합하고 있지 않다.

볼록부, 오목부에 있어서 고상 접합하고 있지 않는 부분이 존재하기 때문에, 램프 점등중, 입계 확산에 의해 이동하는 토륨 성분이 비고상(非固相) 접합 부분에서는 전극축에 수직인 방향으로의 이동이 제한된다. 그 결과, 전극축 수직 방향을 따라 이동하는 많은 토륨 성분이 전극 표면에까지 도달하지 않고, 보다 많이 조기에 전극 선단부의 선단면 방향으로 이동한다.

볼록부, 오목부의 형성 위치는 임의이며, 예를 들면, 전극 선단부의 볼록부/오목부와 동체부의 오목부/볼록부를 전극축에 대하여 동축적으로 형성하는 것이 가능하다. 이 경우, 전극 선단부 전체에 흩어지는 토륨 성분을 전극 선단부의 선단면측으로 집중적으로 이동시키는 것이 가능하다.

오목부, 볼록부에 대해서는 토륨 성분의 공급을 고려하여 고상 접합시키지 않고, 그 이외의 대향면끼리에 대해서 고상 접합시킴으로써, 전극 강도를 높이는 것이 가능하다. 즉, 전극 선단부와 동체부가 전극 선단부의 볼록부/오목부와 동체부의 오목부/볼록부 이외이며, 전극축에 수직인 방향을 따라 서로 대향하는 표면에 있어서, 고상 접합하도록 구성하는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 양태에 있어서의 방전 램프용 전극의 제조 방법은, 전극 선단면을 가지는 선단측 고체 부재와, 전극 지지봉에 지지되는 후단측 고체 부재를 포함하고, 적어도 1개가 금속 부재인 복수의 고체 부재를 형성하고, 상기 복수의 고체 부재를 상기 선단측 고체 부재와 상기 후단측 고체 부재 사이에서 고상 접합시키는 제조 방법으로서, 접합면 외경 L(mm)이 2≤L≤60의 범위에 있을 때, 이하의 조건식을 만족하도록 고상 접합시킨다.

3000≤Tt+P≤150093

(1200≤T≤2500, 10≤P≤90, 3≤t≤60)

단, L은 접합면 외경(mm), T는 접합 온도(℃), P는 접합시에 가해지는 가압력(MPa), t는 가압 상태에서 금속 부재를 유지하고 있는 접합 시간(min)을 나타낸다.

또는, 본 발명의 다른 국면에 있어서의 방전 램프용 전극의 제조 방법은, 이하의 조건식을 만족하도록 고상 접합시킨다.

370.4/L≤(T+P)t/9.8L≤15857.1/L

2≤L≤60, 1200≤T≤2500, 10≤P≤90, 3≤t≤60

상기 2개의 식은 접합 강도를 충분히 유지하는 것이 가능한 변수 L, T, P, t의 설정 범위를 정한 것으로, 경험적으로 도출된 것이며, 변수가 서로 상관관계를 가지고 설정된다.

각 변수를 개별적으로 검토하면, 접합면 외경 L, 접합 온도 T, 가압력 P, 접합 시간 t는 이하의 조건을 만족하는 것이 좋다.

5≤L≤30, 1500≤T≤2200, 30≤P≤80, 5≤t≤30

복수의 고체 부재로서, 적어도 어느 일방이 금속 부재이면 된다. 또, 접합 전에 있어서, 상기 선단측 고체 부재와, 상기 선단측 고체 부재와 접합하는 상기 후단측 고체 부재를 형성, 성형하면 된다. 선단측 고체 부재로서 토륨을 포함하는 금속 부재를 준비하면 된다. 또한, 고상 접합의 방식으로서 SPS 접합을 적용하는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 고상 접합에 기초하여, 우수한 전극 성능을 가지는 전극을 제조할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태인 쇼트 아크형 방전 램프를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 양극의 개략적 단면도이다.
도 3은 방전 플라즈마 소결 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 조건식(1)의 그래프를 나타낸 도면이다.
도 5는 조건식(2)의 그래프를 나타낸 도면이다.
도 6은 제2 실시형태인 음극의 개략적 단면도이다.
도 7은 음극의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 8은 제3 실시형태인 음극의 개략적 단면도이다.
도 9는 선단부, 동체부의 접합 전의 개략적 평면도이다.
도 10은 음극의 모식적 평면도이다.
도 11은 제4 실시형태에 있어서의 음극의 개략적 평면도이다.
도 12는 표 1에 나타내는 실시예, 비교예의 좌표 위치 및 조건식(1)의 영역을 나타낸 그래프를 나타내는 도면이다.
도 13은 각 실시예, 비교예의 좌표 위치 및 조건식(2)의 영역을 나타낸 그래프를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13의 일부분을 확대한 도면이다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.

도 1은 제1 실시형태인 쇼트 아크형 방전 램프를 모식적으로 나타낸 평면도이다.

쇼트 아크형 방전 램프(10)는 패턴 형성하는 노광 장치(도시하지 않음)의 광원 등에 사용 가능한 방전 램프이며, 투명한 석영 유리제의 방전관(발광관)(12)을 구비한다. 방전관(12)에는 음극(20), 양극(30)이 소정 간격을 가지고 대향 배치된다.

방전관(12)의 양측에는 대향하도록 석영 유리제의 밀봉관(13A, 13B)이 방전관(12)과 일체적으로 설치되어 있고, 밀봉관(13A, 13B)의 양단은 구금(口金)(19A, 19B)에 의해 막혀 있다. 방전 램프(10)는 양극(30)이 상측, 음극(20)이 하측이 되도록 연직 방향을 따라 배치되어 있다. 후술하는 바와 같이 양극(30)은 2개의 금속 부재(40, 50)로 구성되어 있다.

밀봉관(13A, 13B)의 내부에는 금속성의 음극(20), 양극(30)을 지지하는 도전성의 전극 지지봉(17A, 17B)이 배열설치되고, 금속 링(도시하지 않음), 몰리브덴 등의 금속박(16A, 16B)을 통하여 도전성의 리드 봉(15A, 15B)에 각각 접속된다. 밀봉관(13A, 13B)은 밀봉관(13A, 13B) 내에 설치되는 유리관(도시하지 않음)과 용착하고 있어, 이것에 의해, 수은 및 희가스가 봉입된 방전 공간(DS)이 밀봉된다.

리드 봉(15A, 15B)은 외부의 전원부(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 리드 봉(15A, 15B), 금속박(16A, 16B) 그리고 전극 지지봉(17A, 17B)을 통하여 음극(20), 양극(30)의 사이에 전압이 인가된다. 방전 램프(10)에 전력이 공급되면, 전극간에서 아크 방전이 발생하고, 수은에 의한 휘선(자외광)이 방사된다.

도 2는 양극의 개략적 단면도이다.

양극(30)은 금속 부재(40, 50)를 접합시킨 전극 구조이며, 금속 부재(40)는 전극 선단면(40S)을 포함하는 원추대형상 부분(40A)과, 원기둥형상의 금속 부재(50)와 동일 직경을 가지고, 금속 부재(50)와 접합하는 원기둥상 형상 부분(40B)에 의해 구성된다. 금속 부재(40)는 순 텅스텐 등의 고융점 또는 텅스텐을 주성분으로 하는 합금에 의해 구성된다.

한편, 원기둥형상 금속 부재(50)는 금속 부재(40)보다 열전도율이 높은 금속(예를 들면, 대형상이 가능한 순 텅스텐, 토륨, 몰리브덴, 게터 효과가 있는 탄탈, 열전도성이 높은 질화알루미늄, 카본 소재 등)을 함유하는 금속에 의해 구성된다.

금속 부재(40, 50)는 방전 플라즈마 소결(SPS) 방식에 따라 확산 접합하고 있다. 그 때문에, 전극축(X)에 수직인 방향을 따라 형성되는 접합면(S) 부근에는 확산층이 형성되어 있다.

여기서는, 접합에 기여하는 접합면 결정립만이 부분적으로 변형하고, 그 이외의 접합면(S) 부근의 결정립은 접합면에 수직인 방향(전극축 방향)을 따라 변형, 2차 재결정화에 의한 입경 비대화, 입계(粒界) 이동이 거의 생기고 있지 않다. 또, 접합면을 따른 결정 입경이 대략 균일하며, 또, 접합면 부근에 있어서의 전극축 방향을 따른 결정 입경도 대략 균일하다.

이러한 접합면(S)을 끼우는 확산층의 형성에 의해, 열전도 특성, 도전성에 대해서는 접합면(S)을 따라 불균일이 생기지 않는다. 램프 점등에 의해 고온이 되는 전극 선단면(40S)(1000℃ 이상)으로부터 전극 지지봉(17B)을 향하여 열이 수송되는 동안, 양극 내부의 온도 분포는 전극축(X)을 중심으로 하여 대칭적인 분포가 되고, 열수송은 접합면(S)에 의한 영향을 받지 않는다.

또한, 금속 결정의 직경이 접합면(S)을 따라 대략 균일하게 되고, 전극축(X)을 따라 결정 구조가 경사화하도록, 확산 접합을 행하는 것도 가능하다. 경사화에 의해, 결정 직경은 전극축(X)을 따라 연속적 또는 단계적으로 변화한다.

금속 부재(40, 50)의 형상은 도 2 이외의 형상으로 하는 것도 가능하며, 금속 부재(40, 50)의 사이에 다른 금속 부재를 개재시키도록 고상 접합시켜도 된다.

도 3은 방전 플라즈마 소결 장치를 나타낸 도면이다.

방전 플라즈마 소결법은 압분체 또는 성형체의 입자 간극에 펄스형상의 전기 에너지를 직접 투입하고, 불꽃 방전 현상에 의해 순식간에 발생하는 방전 플라즈마의 고온 에너지를 열확산, 전계확산 등으로 적용한 소결 방법이다.

도 3의 방전 플라즈마 소결 장치(60)는 진공 챔버(65)를 구비하고, 진공 챔버(65) 내부에 설치된 상부 펀치(80A), 하부 펀치(80B) 및 그라파이트제 다이(80)의 사이에, 도 2에 나타낸 형상을 가지는 금속 부재(40, 50)가 각각 접촉면을 접촉시킨 상태에서 설치된다. 금속 부재(40, 50)는 미리 절삭 등의 금속 가공 처리에 의해 접촉면이 동일한 사이즈가 되도록 성형되어 있다.

그라파이트제의 상부 펀치(80A), 하부 펀치(80B)는 상부 펀치 전극(70A), 하부 펀치 전극(70B)과 각각 접속되어 있다. 장치 내를 진공 분위기로 한 후, 펄스 전원(90)에 의해 상부 펀치(80A), 하부 펀치(80B)의 사이에 전압이 인가된다.

그리고, 통전과 함께 가압 기구(도시하지 않음)에 의해 상부 펀치(80A), 하부 펀치(80B)의 사이에 압력이 가해진다. 통전에 의한 방전 플라즈마에 의해 소정의 온도까지 순식간에 승온된 후, 압력이 가해진 상태에서 일정 시간 유지한다. 이것에 의해, 도 2에 나타내는 형상을 가지는 양극이 얻어진다.

다음에, 도 4, 5를 사용하여, 전극 제조시의 접합 조건에 대해서 설명한다.

상기 서술한 바와 같이, 금속 부재(40, 50)를 SPS 접합할 때, 접합 온도, 가압력, 접합/유지 시간이 정해진다. 이들 파라미터의 설정은 전극 성능을 크게 좌우한다. 또한, 이들 파라미터는 접합면의 직경의 크기와 상관관계가 있어, 최적인 조건을 구하기 위해서는, 접합면 외경, 접합 온도, 가압력, 접합 시간을 적절한 값으로 설정할 필요가 있다.

본 실시형태에서는 각 파라미터의 적절한 값을 구함과 아울러, 파라미터간의 상관관계를 나타내는 식을 도출하고 있다. 도출한 조건식을 만족하도록 파라미터를 설치함으로써, 휴리스틱하게 각 파라미터를 설정하지 않고, 전극 성능이 우수한 전극 구조를 어느 정도 자동적으로 얻는 것이 가능하게 된다.

우선, 접합면 외경 L(mm)에 대해서는 2≤L≤60을 만족하도록 설정된다. 접합면 외경 L이 2mm 미만인 경우, 접합시의 가압을 크게 할 수 없고, 접합면 이외에서 부분적으로 미소 방전이 발생하여 접합이 안정되지 않는다. 접합시의 가압을 크게 하면, 접합 전의 금속 재료에 깨짐이나 변형이 생기기 쉬워진다. 또한, 토륨의 확산이 발생하고, 토륨 함유량이 적어져 램프 성능이 저하한다. 한편, 접합면 외경 L이 60mm보다 크면, 접합면의 평활도를 얻기 위한 가공 처리가 번잡하게 되고, 또 토륨 사용량 과다가 된다.

접합시의 접합 온도 T(℃)에 대해서는 1200≤T≤2500을 만족하도록 설정된다. 접합 온도 T가 2500℃보다 큰 경우, 토륨 융점(약1800℃)을 크게 넘고, 접합면 부근의 최상층에 포함되는 토륨이 일부 용융, 증발한다. 접합면에 토륨이 확산하면, 접합 강도가 저하되어버린다. 한편, 접합 온도 T가 1200℃ 미만인 경우, 충분한 접합 강도가 얻어지지 않는다.

접합시의 가압력 P(MPa)에 대해서는 10≤P≤90을 만족하도록 설정된다. 가압력 P가 90MPa보다 높으면, 접합시에 금속 부재에 깨짐이나 변형이 생기기 쉽다. 또, 2개의 금속 부재를 정면으로 마주 대하게 하여 동축상에 가압시킬 필요가 있지만, 가압의 방향에 어긋남이 생겨, 접합면에 휨이나 함몰이 생겨, 접합면 부근의 밀도가 불균일하게 된다. 한편, 가압력 P가 10MPa 미만인 경우, 충분한 접합 강도가 얻어지지 않는다.

그리고, 접합시의 금속 부재 유지 시간인 접합 시간 t(min)에 대해서는 3≤t≤60을 만족하도록 설정된다. 유지 시간 t가 60min보다 길면 생산성이 저하한다. 한편, 유지 시간 t가 3min 미만인 경우 충분한 접합 강도가 얻어지지 않는다.

이와 같이, SPS 접합시에 있어서의 접합면 외경 L, 온도 T, 가압력 P, 접합 시간 t에는 각각 우수한 전극 성능을 실현시키는 수치 범위가 정해진다. 그러나, 이들 파라미터간에는 상관관계가 있어, 각 파라미터를 따로따로 바꾸면서 보다 우수한 전극 성능을 실현시키는 파라미터의 조합을 정하는 것은 어렵다.

그래서 본 실시형태에서는 2개의 조건식을 규정하고 있다. 조건식을 만족하는 수치 범위를 각각 그래프화함으로써, 4개의 파라미터의 범위가 시각화된다.

우선, 접합시의 에너지를 고려한 1개의 조건식이 이하와 같이 규정된다.

3000≤Tt+P≤150093…(1)

(2≤L≤60)

접합면 외경 L을 바꾸면서 (1)식을 만족하도록, 하한값, 상한값을 만족하도록 접합 온도 T, 가압력 P, 접합 시간 t가 정해진다.

도 4는 조건식(1)의 그래프를 나타낸 도면이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, (1)식을 만족하는 범위는 가로축 L, 세로축 Tt+P의 2차원 좌표계를 정의함으로써, 영역(S1)으로서 그래프화된다. 직사각형 영역(S) 내의 (L, Tt+P) 좌표 위치에 따라 접합 강도가 변한다.

또한, 접합 강도를 고려한 이하의 조건식이 규정된다.

370.4/L≤α/L≤15857.1/L…(2)

(α=(T+P)t/9.8, 2≤L≤60)

도 5는 조건식(2)의 그래프를 나타낸 도면이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, (2)식을 만족하는 범위는 가로축 L, 세로축 (T+P)t/(9.8L)의 2차원 좌표계를 정의함으로써, 영역(S2)으로서 그래프화된다.

이와 같이 각 파라미터의 설정 가능한 범위를 도시화함으로써, 전극 구조가 상이한, 즉 접합면 외경이 상이한 전극을 제조하는 경우에 있어서도, 동등한 우수한 열전도성, 강도를 얻는 수치를 용이하게 추정하고, 설정할 수 있다.

특히, 이하의 범위에 접합면 외경 L, 접합 온도 T, 가압력 P, 접합 시간 t를 정함으로써, 한층 우수한 전극 성능을 가지는 전극을 제조하는 것이 가능하다.

5≤L≤30, 1500≤T≤2200, 30≤P≤80, 5≤t≤30…(3)

이와 같이 본 실시형태에 의하면, 토륨 등의 성분을 포함하는 금속 부재(40)와 순 텅스텐 금속 등의 금속 부재(50)를 SPS 접합시켜 양극을 형성한다. 그리고, SPS 접합시에 있어서, 접합면 외경 L, 접합 온도 T, 가압력 P, 접합 시간 t를, 상기 정해진 허용 범위로 정하고, 또한 (1), (2)식을 만족하도록 설정한다.

SPS 접합 이외의 확산 접합 방법에 의해 전극을 제조해도 된다. 예를 들면, 핫 프레스(HP), 열간 등방 가압(HIP) 등, 가압하면서 소결하는 확산 접합 방식에 의해 전극을 제조 가능하다. 또한, 확산 접합 방법 이외의 고상 접합법(마찰 압접법, 초음파 접합법 등)도 적용 가능하다.

또한, 음극에 대해서도 상이한 금속 부재를 고상 접합시켜도 된다. 또한, 일방을 금속 부재, 타방을 그 밖의 소재로 이루어지는 부재(세라믹 등)로 하여 고상 접합시켜도 된다. 또, 부재간에 인서트 부재를 개재시켜 접합해도 된다.

다음에, 도 6, 7을 사용하여, 제2 실시형태인 방전 램프에 대해서 설명한다. 제2 실시형태에서는 직경이 상이한 부재를 고상 접합함으로써 전극을 성형한다.

도 6은 제2 실시형태인 음극의 개략적 단면도이다.

음극(120)은 2개의 금속 부재(1110, 1120)를 접합시키고, 그 후 절삭 가공에 의해 성형된 전극 구조를 채용하고 있다. 금속 부재(1110)는 선단부(120A)의 일부를 구성하고, 금속 부재(1120)는 기둥형상의 동체부(120B)를 구성함과 아울러, 선단부(120A)의 동체측 부분을 구성한다.

금속 부재(1110)는 토리아(ThO2:이산화토륨)를 함유한 텅스텐인 토리에이티드 텅스텐으로 이루어지는 금속 부재이며, 금속 부재(1120)는 금속 부재(1110)보다 열전도율이 높은 금속(여기서는, 순 텅스텐)에 의해 구성된다.

금속 부재(1110, 1120)는 방전 플라즈마 소결(SPS(Spark Plasma Sintering))에 따라 확산 접합하고 있다. 그 때문에, 전극축(E)에 수직인 접합면(S) 부근에는 확산층이 형성되어 있다. 금속 결정의 직경은 접합면(S)을 따라 대략 균일하다. 또, 전극축(E)에 관해서는, 접합면(S) 부근을 제외하고 결정 직경이 대략 균일하다. 이러한 접합면(S)을 끼우는 확산층의 형성에 의해, 열전도 특성, 도전성에 관하여, 접합면(S)을 따라 불균일이 없다.

도 7은 음극의 제조 공정을 나타낸 도면이다. 도 7을 사용하여, SPS 접합 및 절삭 가공에 대해서 설명한다. 또한, 양극에 대해서도 마찬가지로 제조하는 것이 가능하다.

우선, 원기둥형상의 금속 부재(1110, 1120)를 각각 성형한다. 이 때, 금속 부재(1110)의 직경(D1)은 금속 부재(1120)의 직경(D2)보다 작아지도록 성형된다. 여기서는, 3<D1<30, 5<D2<60일 때(모두 mm단위), 0.05<D1/D2<1을 만족하도록, 직경(D1, D2)이 정해져 있다. 상한값은 적어도 후술하는 쐐기 부분을 삭제하도록 정해진다. 또, 하한값은 전극 선단부의 경사 각도, 접합 조건 등에 따라 정해진다.

준비된 금속 부재(1110, 1120)에 대하여, 실시형태 1과 마찬가지로 SPS 접합 처리가 행해진다. 이것에 의해, 전극 소재(1200)가 얻어진다.

그리고, 생성된 전극 소재(1200)에 대하여 절삭 가공이 시행된다. 여기서는 파선(K)으로 나타내는 원추형상의 전극 선단면을 형성하도록, 금속 부재(1110, 1120) 각각이 부분적으로 절삭된다. 금속 부재(1110)는 접합면(1110S)의 중앙부(1110T) 이외를 깎아내고, 금속 부재(1120)는 접합면(1120S)의 둘레가장자리부를 깎는다. 절삭 방법, 절삭 기구 등은 종래 알려진 방법, 기구 등으로 행해진다.

파선(K)으로 나타내는 절단면의 위치, 즉 전극 외주면을 형성하는 위치는 금속 부재(1110), 금속 부재(1120)의 직경(D1, D2)의 크기 및 그 차, 전극 외주면의 경사 각도, 금속 부재(1110)의 두께 등에 따라 정해진다. 특히, 금속 부재(1110)의 접합면 둘레가장자리부(1110T)를 적어도 제거하고, 접합면 중앙 부분(1110C)을 남기도록 정해진다.

절삭 후의 전극 소재(1200)는 원추형상의 금속 부재(1110), 일부가 원추대형상이며 그 밖의 부분이 원기둥형상의 금속 부재(1120)로 구성되고, 도 6에 나타낸 전극 선단부(120A), 동체부(120B)로 이루어지는 음극(120)이 성형된다.

이와 같이 본 실시형태에 의하면, 토리에이티드 텅스텐으로 이루어지는 전극 선단부(120A)를 가지는 방전 램프용 음극(120)을 SPS 접합에 의해 접합시킨다. SPS 접합의 공정에서는 토리에이티드 텅스텐으로 이루어지는 원기둥형상 금속 부재(1110)와, 순 텅스텐이며 금속 부재(1110)의 직경(D1)보다 큰 직경(D2)을 가지는 원기둥형상 금속 부재(1120)를 접합면(1110S, 1120S)을 통하여 통전 가열하고, SPS 접합시킨다. 그 후, 파선(K)으로 나타내는 단면이 전극 외주면이 되도록, 절삭 가공이 시행된다.

토륨 성분을 포함하는 금속 부재(1110)의 접합면(1110S)은 순 텅스텐의 금속 부재(1120)의 접합면(1120S)에 비해 평활도가 낮다. 그 차는 직경이 클수록 현저해진다. 그러나, 접합면(1120)의 직경(D2)보다 작은 접합면(1110A)의 직경(D1)이 상대적으로 작기 때문에, 고상 접합 후에 그 영향이 나타나기 어려워져, 접합 강도 저하를 억제할 수 있다.

또, 금속 부재(1110, 1120)와의 물성의 차이에 의해, 접합면 단부 부근에서는 부분적으로 접합하고 있지 않은 미소한 쐐기 부분이 전극축 수직 방향을 따라 생긴다. 본 실시형태에서는 금속 부재(1110)의 접합면 둘레가장자리부(1110T)를 절삭함으로써, SPS 접합시에 접합면 둘레가장자리부(1110T)에 형성되는 쐐기를 제거할 수 있다. 그 결과, 접합 강도의 저하를 억제할 수 있다.

특히, 쐐기 부분만을 제거하도록 금속 부재(1110)의 절삭 부분을 가능한 한 적게 함으로써, 금속 부재(1110)의 직경(D1)을 금속 부재(1120)의 직경(D2)에 한층 더 가깝게 할 수 있다. 이것은 SPS 접합시에 가압력의 증가를 가능하게 하여, 접합 강도를 크게 할 수 있다.

한편, SPS 접합시에 통전시키면, 접합 조건 등에 의해, 금속 부재(1110, 1120)의 외주면 부근의 접합 강도와 비교하여, 접합면 중앙 부분의 접합 강도가 작아지는 경우가 있다. 그러나, 금속 부재(1110)의 직경(D1)이 상대적으로 작기 때문에 그 영향이 작아진다. 또, 접합 강도가 큰 금속 부재(1110)의 외주 부근을 절삭하는 범위가 비교적 적어진다. 따라서, 서로 직경이 동일한 접촉면끼리를 맞닿게 한 경우와 비교하여, 중앙부의 접합 강도가 커진다.

토리에이티드 텅스텐으로 이루어지는 금속 부재(1110)에서는, 그 표면 부근에 이산화토륨이 존재하지 않는 부분이 생기는 일이 있다. 그러나, SPS 접합 후의 절삭 가공에 의해 금속 부재(1110)의 표층부가 제거되기 때문에, 이산화토륨 결손에 의한 아크 방전의 불안정화를 막을 수 있다. 또한, SPS 접합 후에 절삭 가공을 행함으로써, 접합면 직경 방향에 단차가 생기지 않는다. 그 결과, 램프 점등시에 이상 방전이 발생하지 않는다.

금속 부재의 직경의 사이즈, 전극 선단면의 경사 각도, 선단면 단면형상은 임의이며, 단차가 없는 평탄한 외주면을 가지도록 절삭하고, 테이퍼형상의 전극 선단부를 형성하도록 구성하는 것이 가능하다. 또, 금속 부재의 재질, 형상도 임의이며, 전극 선단부에 토륨 이외의 에미터가 함유되도록 고체 부재를 구성하는 것도 가능하며, 금속 부재 이외의 재질(세라믹, 카본 등)로 동체부를 구성하는 것도 가능하다. 또한, 전극 선단부를 토리에이티드 텅스텐 등의 에미터 함유 부재와 동체 부분의 고체 부재 양쪽을 포함하도록 구성해도 된다.

다음에, 도 8~10을 사용하여, 제3 실시형태인 방전 램프에 대해서 설명한다. 제3 실시형태에서는 접합면에 단차를 설치하고, 부분적으로 고상 접합시키고 있다.

도 8은 제3 실시형태인 음극의 개략적 단면도이다. 도 9는 선단부, 동체부의 접합 전의 개략적 평면도이다. 이하, 음극의 구조에 대해서 설명한다.

음극(220)은 전극 선단면(220S)을 가지는 원추대형상 선단부(220A)와, 기둥형상 동체부(220B)를 접합시킨 구조로 되어 있다. 선단부(220A)는 에미터로서 토륨 성분을 포함하는 토리에이티드 텅스텐으로 이루어지는 금속이며, 동체부(220B)는 열전도율이 높은 금속(여기서는, 순 텅스텐) 혹은 그 금속을 포함하는 합금 등에 의해 구성된다.

선단부(220A)는 그 중앙부에 동체부측으로 돌기하는 볼록부(223)를 전극축(E)에 대하여 동축적으로 설치하고 있고, 동체부(220B)에는 그 볼록부(223)의 형상에 맞춘 오목부(226)를 구비하고 있다. 이 선단부(220A), 동체부(220B)를 고상 접합시킴으로써 음극(220)을 성형한다. 여기서는 확산 접합의 하나인 SPS 접합이 사용된다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 선단부(220A), 동체부(220B)는 복수의 단면으로 구성되고, 서로 대향하는 접속 표면(222, 225)을 가진다. 선단부(220A)측에는 전극축(E)에 수직인 단면(222A, 222E) 및 볼록부(223)의 단면(222C)과, 전극축(E)에 평행한 단면(222B, 222D)이 형성되어 있다. 동체부(220B)측에는 선단부(220A)의 단면(222A~222E)에 각각 대향하는 단면(225A~225E)이 형성되어 있다.

SPS 접합 처리 공정에 있어서는, 선단부(220A)의 볼록부(223)와, 동체부(220B)의 오목부(226)를 끼워맞추면서 맞닿게 하고, 그 반대측의 표면 각각에 펀치(도시하지 않음)를 댄다. 선단부(220A)의 볼록부(223)와, 동체부(220B)의 오목부(226)는 단면(222B~222D, 225B~225D) 어느 것에 있어서도 간극이 없이 맞닿은 상태에서 끼워맞춰져, 음극(220)이 얻어진다.

방전 램프용 전극의 제조 공정에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로 SPS 접합을 행한다. SPS 접합에 있어서의 인가 전압, 가압력, 접합 온도, 가압 시간(유지 시간)을 조정하여, 선단부(220A)의 볼록부(223)와 동체부(220B)의 오목부(226)가 단면(222B~222D, 225B~225D) 사이에서 고상 접합(확산 접합)시키지 않고, 그 주위에 있는 환형상 단면(222A, 222E) 및 환형상 단면(225A, 225E)을 각각 고상 접합시킨다.

예를 들면, 음극(220)의 직경 M(mm)을 5≤M≤30으로 한 경우, 인가 전압 V, 가압력 P(Mpa), 소결 온도 T(℃), 접합 시간 t(min)를 각각 5≤P≤30, 1500≤T≤2200, 5≤t≤30의 범위로 설정하고 SPS 접합함으로써, 상기 서술한 부분적 고상 접합한 음극(220)이 얻어진다.

도 10은 음극(220)의 모식적 평면도이다. 도 10을 사용하여, 램프 점등중의 토륨 성분의 움직임에 대해서 설명한다.

램프 점등 상태가 되면, 토륨 선단부(220A) 내부의 토륨 성분(구체적으로는 이산화토륨)이 입계 확산에 의해 표면으로 이동한다. 성분이 서로의 단면을 넘어서 이동하지 않고, 볼록부(223)의 내부 혹은 볼록부(223)의 단면(222D)과, 동체부(220B)의 오목부(226)는 단순히 맞닿아 있을 뿐이기 때문에, 표면을 따라 이동한다.

이 볼록부(223)와 오목부(226)가 고상 접합하지 않고 맞닿아 있기 때문에, 토륨 성분의 대부분은 전극 선단면(220S)을 향하여 이동한다. 즉, 전극축(E)에 수직인 방향을 따라 토륨 성분이 이동하는데 장해가 되어, 토륨 성분이 선단부(220A)의 둘레 방향을 따른 표면(원추면)으로의 이동보다 전극 선단면(220S)으로의 이동이 지배적이 된다.

그 결과, 내부의 토륨 성분은 비교적 짧은 토털 거리로, 전극 선단면(220S)으로 신속하고 또한 조기에 도달한다. 특히, 볼록부, 오목부가 중앙부에 설치되어 있기 때문에, 선단부(220A) 내부에 있어서 산재하는 토륨 성분이 밸런스 좋게 선단면(220S)에 공급되게 되고, 선단면(220S) 부근에 있어서의 토륨 농도가 시간경과의 영향이 적어져 안정화된다.

또, 볼록부(223)를 설치하지 않는 선단부 형상과 비교하여, 토륨 성분을 볼록부(223)에 대하여 보다 많이 저장할 수 있기 때문에, 점등 조건에 의해 선단부 온도가 높아져도, 온도가 상대적으로 낮은 볼록부(223)로부터 토륨 성분을 순차적으로 선단측으로 충분히 공급할 수 있다.

이와 같이 본 실시형태에 의하면, 방전 램프의 음극(220)이 토리에이티드 텅스텐으로 이루어지는 선단부(220A)와, 순 텅스텐으로 이루어지는 동체부(220B)로 구성된다. 선단부(220A)의 볼록부(223)와, 동체부(220B)의 오목부(226)를 끼워맞추고, SPS 접합을 시행한다. 이 때, 볼록부(223)와 오목부(226)를 고상 접합시키지 않고, 그 이외의 단면(222A, 225A 및 222E, 225E)에 있어서 고상 접합시킨다.

볼록부(223), 오목부(226)는 가능한 한 간극이 없이 밀접시키고 있고, 또, 선단부(220A), 동체부(220B)를 형성할 때에 있어서도, 단면이 평활하게 되도록 성형하고 있다. 그러나, 볼록부(223), 오목부(226)의 단면을 엄밀히 평활하게 하지 않아도 되고, 부분적으로 미소 간극이 형성될 정도의 표면 거칠기가 있어도 된다. 또, 부분적으로 볼록부(223), 오목부(226)가 고상 접합해도 되고, 적어도 일부의 단면 또는 어느 하나의 단면의 일부에 있어서 고상 접합하고 있지 않는 상태가 존재하면 된다.

다음에, 도 11을 사용하여, 제4 실시형태인 방전 램프에 대해서 설명한다. 제4 실시형태에서는 요철형상이 반대로 형성되어 있다. 그 이외의 구성에 대해서는 제3 실시형태와 동일하다.

도 11은 제4 실시형태에 있어서의 방전 램프의 음극의 개략적 평면도이다.

음극(2120)은 선단부(2120A)와 동체부(2120B)로 구성되어 있고, 선단부(2120A)는 오목부(2123)를 가지고, 동체부(2120B)는 볼록부(2126)를 가진다. 선단부(2120A)와 동체부(2120B)에서는 서로 대향하는 단면(2122A, 2125A)과 단면(2122E, 2125E)이 고상 접합하는 한편, 오목부(2123), 볼록부(2126)는 고상 접합하고 있지 않고, 끼워맞춰지면서 서로 맞닿아 있다.

이러한 구성에 의해, 램프 점등시, 선단부(2120A) 내부의 토륨 성분은 오목부(2123)의 표면(2122B, 2122D)으로 이동하면, 선단면(2120S)의 방향으로 이동한다. 이것에 의해, 토륨 성분이 효율적으로 선단면(2120S)으로 공급된다.

또, 선단부(2120A)가 오목부(2123)를 가지는 구성이기 때문에, 열이 선단면(2120S)에 전해지기 쉽다. 따라서, 선단부(2120A)의 온도가 낮은 점등 조건에 있어서도, 토륨 성분을 안정적으로 공급할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 여기서는, 조건식(1), (2)에 관하여 고찰하기 위해서, 복수의 실시예와 비교예가 되는 양극을 제조하고, 시험을 행했다.

(실시예)

실시예 1의 방전 램프는 실시형태 1의 방전 램프에 대응한다. 조건식(1)에 관하여, 선단부가 토륨 텅스텐(토리에이티드 텅스텐) 부재, 동체부가 순 텅스텐 부재가 되는 양극을 SPS 접합에 의해 제조했다. 이 때, 접합면 외경 L, 접합 온도 T, 가압력 P, 접합 시간 t를 각각 바꾸어, 실시예 1~3, 비교예 1~3을 제조했다. 그 후, 제조된 각 양극에 대해서 인장 시험을 행했다. 실험 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 1, 비교예 1은 인서트 부재 없이 토륨 텅스텐 부재와 순 텅스텐 부재를 SPS 접합시켜 제조된 전극이다. 실시예 2, 비교예 2는 인서트 부재로서 탄탈(Ta) 부재를 개재시켜 SPS 접합시킨 전극이다. 실시예 3, 비교예 3은 인서트 부재로서 레늄(Re) 부재를 개재시켜 SPS 접합시킨 전극이다.

인장 시험에 대해서는 재료 시험기의 파지 도구로 전극 양단을 파지하고, 10mm/min의 스피드로 인장하고, 파단할 때의 힘을 측정했다.

도 12는 표 1에 나타내는 실시예, 비교예의 좌표 위치 및 조건식(1)의 영역을 나타낸 그래프를 나타내는 도면이다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 1~3은 영역(S1)에 포함되어 있고, 또, 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 인장강도가 매우 강하다. 그것에 대하여, 비교예 1~3은 영역(S1)에 속하지 않고, 인장강도가 약하다. 접합 에너지가 과잉하기 때문에, 인장 시험에 있어서 전극이 변형했다. 또, 토륨 확산이 보였다.

이와 같이, 영역(S1)의 범위 내에서 접합면 외경 L, 접합 온도 T, 가압력 P, 접합 시간 t를 정함으로써, 우수한 전극 성능이 얻어진다.

다음에, 조건식(2)에 관하여, 선단부가 토륨 텅스텐 부재, 동체부가 순 텅스텐 부재가 되는 전극을 SPS 접합에 의해 제조했다. 이 때, 접합면 외경 L, 접합 온도 T, 가압력 P, 접합 시간 t를 바꾸면서, 실시예 5~8, 11~15, 비교예 1~4, 9~10을 제조했다. 그 후, 제조된 양극에 대해서 인장 시험을 행했다. 실험 결과를 표 2에 나타낸다. 단, 표 1과 상이하게 여기서는 제조, 시험순에 맞추어 실시예와 비교예의 번호가 할당되어 있다.

도 13은 각 실시예, 비교예의 좌표 위치 및 조건식(2)의 영역을 나타낸 그래프를 나타내는 도면이다. 도 14는 도 13의 일부분을 확대한 도면이다.

표 2의 실시예의 번호, 비교예의 번호를 도 13, 14에 있어서 참조하면 명확한 바와 같이, 모든 비교예는 영역(S2)의 범위 밖에 위치한다. 또, 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예에서는 토륨 확산, 접합 강도의 부족, 또는 전극 변형이 보였다. 한편, 모든 실시예에서는 접합 강도가 크고, 우수한 전극 성능이 얻어졌다.

상기 실시예에서는 토륨 텅스텐 선단부와 텅스텐 동체부를 접합하는 구성이지만, 그 이외의 금속 고체 부재끼리의 SPS 접합에 있어서도, 마찬가지의 결과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관해서는, 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 의도 및 범위로부터 벗어나지 않고, 다양한 변경, 치환, 대체가 가능하다. 또한, 본 발명에서는 명세서에 기재된 특정의 실시형태의 프로세스, 장치, 제조, 구성물, 수단, 방법 및 스텝에 한정되는 것을 의도하고 있지 않다. 당업자라면 본 발명의 개시로부터 여기에 기재된 실시형태가 초래하는 기능과 동일한 기능을 실질적으로 이루고, 또는 동등한 작용, 효과를 실질적으로 초래하는 장치, 수단, 방법이 도출되는 것을 인식할 것이다. 따라서, 첨부한 청구의 범위는 그러한 장치, 수단, 방법의 범위에 포함되는 것이 의도되어 있다.

본원은 일본 출원(특원 2012-208372호, 2012년 9월 21일 출원;특원 2012-212807호, 2012년 9월 26일 출원;특원 2012-214630호, 2012년 9월 27일 출원)을 기초출원으로 하여 우선권 주장하는 출원이며, 기초출원의 명세서, 도면 및 청구범위를 포함하는 개시 내용은 참조에 의해 본원 전체에 포함되어 있다.

10…방전 램프 12…방전관
30…양극 40…금속 부재(선단측 고체 부재)
50…금속 부재(후단측 고체 부재) S…접합면

Claims (10)

1. 전극 선단부의 적어도 일부를 구성하고, 에미터를 함유하는 기둥형상의 선단 고체 부재와,
   적어도 전극 동체부를 구성하고, 상기 선단 고체 부재의 접합면보다 직경이 큰 접합면을 가지는 기둥형상의 동체 고체 부재를 서로의 접합면을 통하여 고상 접합시키고,
   고상 접합에 의해 생성된 전극 소재에 대하여, 테이퍼형상의 전극 선단부를 형성하도록, 상기 선단 고체 부재와 상기 동체 고체 부재의 접합면 둘레가장자리 부분을 적어도 절삭하는 절삭 가공을 시행하는 것을 특징으로 하는 방전 램프용 전극의 제조 방법.
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3. 제 1 항에 있어서, 상기 선단 고체 부재가 토륨을 포함하는 금속 부재인 것을 특징으로 하는 방전 램프용 전극의 제조 방법.
4. 볼록부/오목부를 가지는 선단부와, 상기 선단부의 볼록부/오목부에 끼워맞춰지는 오목부/볼록부를 가지는 동체부를 형성하고,
   상기 선단부와 상기 동체부를 맞닿게 하여 SPS 접합을 시행하는 제조 방법으로서,
   SPS 접합에 있어서, 상기 선단부의 볼록부/오목부와 상기 동체부의 오목부/볼록부 이외이며, 전극축에 수직인 방향을 따라 서로 대향하는 표면을 고상 접합시키고,
   상기 선단부의 볼록부/오목부와 상기 동체부의 오목부/볼록부의 서로 대향하는 표면의 적어도 일부를 고상 접합시키지 않는 것을 특징으로 하는 방전 램프용 전극의 제조 방법.
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6. 제 1 항에 있어서,
   상기 선단 고체 부재는 전극 선단면을 가지고,
   상기 동체 고체 부재는 전극 지지봉에 지지되고,
   상기 선단 고체 부재 및 상기 동체 고체 부재 중 적어도 1개가 금속 부재인 복수의 고체 부재를 형성하고,
   상기 복수의 고체 부재를 상기 선단 고체 부재와 상기 동체 고체 부재 사이에서 고상 접합시키는 제조 방법으로서,
   접합면 외경 L(mm)이 2≤L≤60의 범위에 있을 때, 이하의 조건식을 만족하도록 고상 접합시키고
   3000≤Tt+P≤150093
   1200≤T≤2500, 10≤P≤90, 3≤t≤60
   단, L은 접합면 외경(mm), T는 접합 온도(℃), P는 접합시에 가해지는 가압력(MPa), t는 가압 상태에서 금속 부재를 유지하고 있는 접합 시간(min)을 나타내는 것을 특징으로 하는 방전 램프용 전극의 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 선단 고체 부재는 전극 선단면을 가지고,
   상기 동체 고체 부재는 전극 지지봉에 지지되고,
   상기 선단 고체 부재 및 상기 동체 고체 부재 중 적어도 1개가 금속 부재인 복수의 고체 부재를 형성하고,
   상기 복수의 고체 부재를 상기 선단 고체 부재와 상기 동체 고체 부재 사이에서 고상 접합시키는 제조 방법으로서,
   이하의 조건식을 만족하도록 고상 접합시키고
   370.4/L≤(T+P)t/9.8L≤15857.1/L
   2≤L≤60, 1200≤T≤2500, 10≤P≤90, 3≤t≤60
   단, L은 접합면 외경(mm), T는 접합 온도(℃), P는 접합시에 가해지는 가압력(MPa), t는 가압 상태에서 금속 부재를 유지하고 있는 접합 시간(min)을 나타내는 것을 특징으로 하는 방전 램프용 전극의 제조 방법.
8. 제 6 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 접합면 외경 L, 접합 온도 T, 가압력 P, 접합 시간 t가 이하의 조건
   5≤L≤30, 1500≤T≤2200, 30≤P≤80, 5≤t≤30
   을 만족하는 것을 특징으로 하는 방전 램프용 전극의 제조 방법.
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10. 제 1 항, 제3항, 제4항, 제6항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 방전 램프용 전극의 제조 방법에 의해 제조된 방전 램프용 전극을 구비한 방전 램프.

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