KR102229692B1

KR102229692B1 - 방전 램프, 방전 램프용 전극 및 방전 램프용 전극의 제조 방법

Info

Publication number: KR102229692B1
Application number: KR1020167009062A
Authority: KR
Inventors: 타케노리 하야카와
Original assignee: 가부시키가이샤 오크세이사쿠쇼
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2021-03-19
Also published as: JP6400019B2; JPWO2015059589A1; CN105637614A; KR20160058833A; TW201519283A; CN105637614B; WO2015059589A1; TWI627656B

Abstract

고상 접합에 의해 접합 강도가 높은 전극을 성형하는 것을 목적으로 한다. 쇼트 아크형 방전 램프에서, 양극(30) 내에 밀폐 공간(50)을 설치한다. 그리고, 밀폐 공간(50)에 전열체(M)를 봉입한다. 양극(30)이, 요부(50S)를 형성한 동체 부재(32)와, 상기 동체 부재(32)를 덮는 뚜껑 부재(36)와, 상기 동체 부재(32)와 상기 뚜껑 부재(36)와의 사이에 환상의 중간 부재(40)를 개재시킨 구조이며, 동체 부재(32), 중간 부재(40), 뚜껑 부재(36)를 방전 플라스마 소결(SPS)에 따라 고상 접합하는 것에 의해 성형된다.

Description

방전 램프, 방전 램프용 전극 및 방전 램프용 전극의 제조 방법{DISCHARGE LAMP}

본 발명은, 노광 장치 등에 이용되는 방전 램프에 관한 것으로, 특히, 전극 내부에 형성된 밀폐 공간에 전열체를 봉입(封入)하는 전극 구조에 관한 것이다.

방전 램프에서는, 전극 내부에 밀폐 공간을 형성하고, 냉각 기능을 가지는 금속을 봉입한 전극이 알려져 있다(특허 문헌 1 참조). 거기에서는, 은 등, 열전도율이 높고, 비교적 융점이 낮은 금속으로 이루어지는 전열체가, 양극(陽極) 내부에 밀폐되어 있다. 램프 점등에 의해 전극 온도가 상승하면, 전열체가 용융하고, 액화한다. 이에 따라, 밀폐 공간 내에 열 대류가 생기고, 전극 선단부의 열이 반대측의 전극 지지봉 측으로 수용(輸用)된다.

전극 내부에 밀폐 공간을 형성하는 경우, 전극 선단부를 포함하는 요부와 뚜껑(蓋) 부분을 성형(成形)해, 접합시킨다. 접합 방법으로는, 플라스마 소결 등에 의해 고상(固相) 접합(接合)하는 것이 가능하고, 내부에 요부를 설치한 유저(有底) 통상(筒狀)의 금속 부재와, 뚜껑이 되는 금속 부재를 접합시켜, 전극을 형성한다. 고상 접합에 의해, 열전도성, 전극 강도를 떨어뜨리지 않고, 전극 성형할 수 있다(특허 문헌 2 참조).

특허문헌 1: 일본 특허공개공보 2004-006246호 특허문헌 2: 일본 특허공개공보 2011-249027호

전극 선단부 부근에서 상승하는 전열체는 매우 고온이며, 접합 부분이 가열된다. 그 때문에, 강고한 접합을 필요로 한다. 그렇지만, 고상 접합 시의 푸쉬 압력을 강하게 하면, 동체부는, 내부 공간이 형성되어 있기 때문에 변형하기 쉽다. 변형이 커지면, 밀폐 공간 내면에 균열이 생겨, 램프 점등 중에 전극이 파손될 우려가 있다.

따라서, 고상 접합 시에 접합부 부근에서 변형이 없고, 접합 강도가 높은 전극을 구성하는 것이 필요하게 된다.

본 발명의 방전 램프는, 방전관과, 방전관 내에 배치되는 한 쌍의 전극을 구비하고, 적어도 일방의 전극이, 요부(凹部)를 형성한 부재(여기서는, 동체 부재라고 한다)와, 동체 부재를 덮는 부재(여기서는, 뚜껑 부재라고 한다)와, 동체 부재와 뚜껑 부재와의 사이에 개재되는 환상(環狀)의 부재(여기서는, 중간 부재라고 한다)를 가지고, 동체 부재, 중간 부재, 뚜껑 부재를 고상 접합하는 것에 의해 성형되고 있다. 그리고, 전열체가, 고상 접합에 의해 전극 내부에 형성된 밀폐 공간에 봉입되어 있다.

동체 부재는, 전극 선단면, 전극 선단부와 일체적이어도 무방하고, 전극 선단부와 접합되어 있어도 무방하다. 요부는, 전열체의 열 대류를 일으키게 하는 공간을 형성하면 무방하고, 통상(筒狀)으로 형성하는 것이 가능하다. 예를 들면, 원주상(圓柱狀)의 동체 부재에 동축적인 단면 원상(圓狀)의 내부 공간이 형성된다. 뚜껑 부재는, 예를 들면, 전극 지지봉과 접합한다.

본 발명에서는, 링상(ring shape) 중간 부재를 설치하는 것에 의해, 고상 접합 시, 환상이 아닌 뚜껑 부재와 직접 접합시키는 경우와 비교해, 응력이 접합면 전체에 걸쳐 균등하게 걸린다. 이 때문에, 동체 부재의 변형이 억제된다. 또한, 램프 점등 시에 전열체가 직접 뚜껑 부재까지 도달하는 것에 의해, 중간 부재를 설치해도 열수송 효율이 저하되지 않는다.

중간 부재의 구멍의 사이즈는 임의로 설정하는 것이 가능하며, 동체 부재의 변형 억제, 전열체의 열수송 효과를 실현시키는 범위에서 적당히 설정하는 것이 가능하다. 예를 들면, 동체 부재의 내부 공간의 사이즈(지름)에 근거해 동일한 정도의 사이즈로 설정하는 것이 가능하다. 중간 부재의 외경, 내경은, 동체 부재의 외경, 내경과 일치해도 무방하고, 혹은, 일치하지 않아도 무방하다.

중간 부재에 의한 고상 접합의 효과를 높이는 것을 고려하면, 중간 부재가 너무 두꺼운 것은 바람직하지 않고, 중간 부재의 지름 방향 폭, 중간 부재의 두께에 대해 밸런스를 취하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 중간 부재의 지름 방향 폭을, 중간 부재의 두께의 2배 이하로 정하면 무방하다.

또한, 중간 부재가 고상 접합 시의 푸쉬 압력을 흡수하는 것을 고려하면, 중간 부재를, 동체 부재 및 뚜껑 부재 중 적어도 어느 한 쪽 보다 전연성(展延性)이 높은 소재로 형성하는 것이 좋다. 예를 들면, 중간 부재는, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈, 레늄 중 어느 하나의 금속, 혹은 어느 하나를 주성분으로 하는 합금으로 구성된다.

전극축 방향에 따른 응력을 전극 외측으로 빠져 나가게 하여 변형을 억제하는 구성으로서, 중간 부재의 접합면의 면적을, 동체 부재의 단면적보다 작게 하는 것이 가능하다. 예를 들면, 중간 부재의 외경이, 동체 부재의 외경보다 작게 할 수 있다. 이 경우, 중간 부재의 내경을, 동체 부재의 내경과 일치시켜도 무방하고, 그 이하의 내경으로 할 수 있다.

또한, 중간 부재의 내경을, 동체 부재의 내경보다 크게 할 수도 있다. 이 경우, 중간 부재의 외경을, 동체 부재의 외경과 일치시켜도 무방하고, 그 이상의 외경으로 할 수 있다.

뚜껑 부재와 중간 부재와의 고상 접합을 강고하게 하는 것을 고려하면, 뚜껑 부재의 외경을, 동체 부재의 외경보다 작게 하는 것이 가능하다. 예를 들면, 뚜껑 부재의 외경을, 중간 부재의 외경과 일치시킬 수 있다. 한편, 상기 구성과 같은 효과를 얻는 구성으로서, 동체 부재의 접합면의 외경을, 중간 부재의 외경보다 작게 하는 것도 가능하다.

뚜껑 부재에 대해서는, 전극 전체에 대한 중간 부재의 축방향 상대적 위치를 내부 공간 저면 측에 가깝게 하는 것을 고려하면, 밀폐 공간 측에 뚜껑요부(蓋凹部)를 설치하는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 양태에서의 방전 램프용 전극은, 요부를 형성한 동체 부재와, 동체 부재를 덮는 뚜껑 부재와, 동체 부재와 뚜껑 부재와의 사이에 개재되는 환상의 중간 부재를 가지고, 동체 부재, 중간 부재, 뚜껑 부재를 고상 접합하는 것에 의해 성형되고, 전열체가, 고상 접합에 의해 전극 내부에 형성된 밀폐 공간에 봉입되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양태에서의 방전 램프용 전극의 제조 방법은, 요부를 형성한 동체 부재와, 동체 부재의 요부를 덮는 뚜껑 부재와, 환상의 중간 부재를 성형하고, 동체 부재의 요부에 전열체를 두고, 동체 부재와 뚜껑 부재와의 사이에 중간 부재를 개재시켜, 동체 부재, 중간 부재, 뚜껑 부재를 고상 접합하는 것에 의해 전극을 성형하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 고상 접합에 의해 접합 강도가 높은 전극을 성형할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태인 쇼트 아크(Short arc)형 방전 램프를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 양극의 개략적 단면도이다.
도 3은 동체 부재, 중간 부재의 전극축 수직 방향에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 접합 부분을 확대한 단면도이다.
도 5는 제2 실시 형태인 방전 램프에서의 양극의 개략적 단면도이다.
도 6은 제3 실시 형태에서의 양극의 개략적 단면도이다.
도 7은 제3 실시 형태에서의 중간 부재와 동체 부재의 단면도이다.
도 8은 도 6의 접합 부분을 확대한 단면도이다.
도 9는 제4 실시 형태에서의 접합 부분의 단면도이다.
도 10은 제5 실시 형태에서의 양극의 단면도이다.
도 11은 제6 실시 형태에서의 양극의 단면도이다.
도 12는 동체 부재 단면(端面)의 단면적(斷面積)에 대한 접합 면적(중간 부재 단면(端面) 면적)의 비율과, 이때의 동체 부재 변형량과의 관계를 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.

이하에서는, 도면을 참조해 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은, 제1 실시 형태인 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 갖춘다. 방전관(12)에는, 음극(20), 양극(30)이 소정 간격을 가지고 대향 배치된다.

방전관(12)의 양측에는, 대향하도록 석영 유리제의 봉지관(13A, 13B)이 방전관(12)과 일체적으로 설치되어 있고, 봉지관(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 방향에 따라 배치되어 있다.

봉지관(13A, 13B)의 내부에는, 금속성의 음극(20), 양극(30)을 지지하는 도전성의 전극 지지봉(17A, 17B)이 배설되고, 금속 링(도시하지 않음), 몰리브덴 등의 금속박(16A, 16B)을 통해 도전성의 리드봉(15A, 15B)에 각각 접속된다. 봉지관(13A, 13B)은, 봉지관(13A, 13B) 내에 설치되는 유리관(도시하지 않음)과 용착하고 있고, 이에 따라, 수은, 및 희가스가 봉입된 방전 공간(DS)이 봉지된다.

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

도 2는, 양극의 개략적 단면도이다.

양극(30)은, 원주상 금속 부재(이하, 동체 부재라고 한다)(32)와, 전극 지지봉(17B)과 접합하는 통상 금속 부재(이하, 뚜껑 부재라고 한다)(36)와, 동체 부재(32)와 뚜껑 부재(36)와의 사이에 개재되는 환상의 금속 부재(이하, 중간 부재라고 한다)(40)로 구성된다.

동체 부재(32)는, 전극축(램프축)(E)의 수직 방향에 따른 전극 선단면(30S)을 가지는 원추대(圓錐臺) 형상의 선단부(34)와 일체적으로 연결되고, 내부에 요부(50S)가 형성된 두꺼운 유저 통상 부재이다. 동체 부재(32)는, 순 텅스텐(W)으로 된 금속 혹은 텅스텐을 주성분으로 하는 합금에 의해 구성된다.

뚜껑 부재(36)는, 동체 부재(32)와 같은 텅스텐, 혹은 탄탈, 몰리브덴 등 금속으로 성형되어 있고, 중간 부재(40)를 사이에 게재해 동체 부재(32)를 덮고, 동체 부재(32)의 요부(50S)를 밀폐한다. 이에 따라, 양극 내부에 밀폐 공간(50)이 형성된다. 동체 부재(32), 중간 부재(40), 뚜껑 부재(36)는 모두 동축적으로 배치되어 있고, 동체 부재(32), 뚜껑 부재(36)의 전극축 방향에 관한 지름 방향에 따른 폭, 즉 두께는, 접합부 부근에서 일정하다.

링상의 중간 부재(40)는, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈, 레늄, 니오브 단체로 이루어지는 금속 혹은 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈, 레늄, 니오브 중 어느 하나를 주성분으로 하는 합금으로 이루어진다. 중간 부재(40)는, 뚜껑 부재(36), 동체 부재(32)와 비교해 극히 얇다. 또한, 중간 부재(40)는, 동체 부재(32), 뚜껑 부재(36) 혹은 어느 하나와 비교해 전연성이 높다.

밀폐 공간(50)에는, 동체 부재(32), 중간 부재(40), 뚜껑 부재(36) 보다 융점이 낮은 금속(은 등)으로 이루어진다, 혹은 그것을 주성분으로 하는 전열체(M)가 봉입되어 있다. 램프 점등 중, 전극 선단부(34)가 가열되는 것에 의해 전열체(M)가 용융한다. 동체 부재(32), 뚜껑 부재(36), 중간 부재(40)는, 전열체(M) 보다 융점이 높고, 램프 점등 중인 내부 공간 저면(50B) 부근의 온도(약 1800 ℃) 보다 융점이 높다.

용융한 전열체(M)는, 밀폐 공간(50) 내에서 대류해, 전극 선단부(34)의 열이 전극축(E)을 따라 뚜껑 부재(36) 측으로 수송된다. 이에 따라, 양극(30)은 램프 점등 중 냉각된다.

이러한 밀폐 공간(50)을 내부에 형성한 양극(30)은, 방전 플라스마 소결(SPS 소결) 방식에 따른 고상 접합에 의해 성형되어 있다. 동체 부재(32), 뚜껑 부재(36), 중간 부재(40)를 구성하는 금속 부재를, 금속 분체를 소결해 고형화하는 것에 의해 성형한다. 그리고, 동체 부재(32)의 요부(50S)에 고형화 된 전열체(M)를 넣은 후, 방전 플라스마 소결(SPS)용의 장치를 사용해, 과열, 가압, 가압 시간 등을 조정 함으로써, 3개의 금속 부재가 동시에 접합된다.

도 3은, 동체 부재, 중간 부재의 전극축 수직 방향에 따른 단면도이다. 도 4는, 도 2의 접합 부분을 확대한 단면도이다. 도 2~4를 이용해, 중간 부재의 형상에 대해 설명한다.

상술한 것처럼 중간 부재(40)는 링 형상이며, 전연성이 상대적으로 높고, 얇게 형성되고 있다. 여기서는, 두께(b)는, 지름 방향의 폭(두께 길이)(t)의 1/2 이하로 정해져 있다. 두께(b)가 폭(t)의 1/2을 넘으면, 고상 접합 시에 중간 부재(40)가 크게 변형해, 뚜껑 부재(36)와 동체 부재(32)의 축이 어긋나 버린다.

또한, 중간 부재(40)는, 뚜껑 부재(36)의 단면(端面)(36S) 및 동체 부재(32)의 단면(32S) 전체가 아니라, 일부와 접하는 형상이 되고, 중간 부재(40)의 단면적(S2)은, 동체 부재(32)에서의 원주상 부분의 단면적(S1) 보다 작다. 즉, 중간 부재(40)의 접합면이 되는 단면(端面)(40S)의 면적은, 동체 부재(32)의 접합면이 되는 단면(32S)의 면적보다 작다.

중간 부재(40)의 내경(d1)은 동체 부재(32)의 내경(d2)과 동일하지만, 중간 부재(40)의 외경(D2)은, 동체 부재(32)의 외경(D1) 보다 작다. 또한, 뚜껑 부재(36)의 외경(D3)은, 동체 부재(32)의 외경(D1)과 동일하다.

이러한 중간 부재(40)의 설치에 의해, 접합 강도를 더 높일 수 있다. 즉, 중간 부재(40)가 링 형상이며, 전극축 방향에 따른 체적 비율(사이즈)은 중간 부재(40)가 가장 작기 때문에, 중간 부재(40)의 완충 재료적인 역할을 담당한다. 그 때문에, 고상 접합 시에서 뚜껑 부재(36) 측으로부터 동체 부재(32)에 대해 강한 응력이 걸리는 것을 막는다.

특히, 중간 부재(40)는 전연성이 다른 부재와 비교해 높기 때문에, 고상 접합 시에 전극축 방향을 따라 가장 압축 변형한다. 그 때문에, 동체 부재(32)에 대한 고상 접합 시의 압축 응력이 저감되어 동체 부재(32)의 변형을 억제한다. 이는, 동체 부재(32), 중간 부재(40), 뚜껑 부재(36)의 접합 부분의 접합 강도를 높여, 전열체(M)로부터의 열에 의해 접합 부분에서 균열이 생기는 것을 방지한다.

또한, 중간 부재(40)가 링상이기 때문에, 상승하는 전열체(M)의 흐름은, 뚜껑 부재(36)의 단면(36S)에 직접 도달한다. 따라서, 중간 부재(40)의 배치에 의해 열수송 효율이 저하되는 것은 아니다.

한편, 중간 부재(40)는, 그 단면적이 동체 부재(32)의 단면적보다 작고, 동체 부재(32)의 단면 내측 부분만 중간 부재(40)의 단면(40S)과 전체적으로 접하고 있다. 그 때문에, 고상 접합 시에 걸리는 응력이 비교적 작은 접촉 에리어에 집중해, 접합 강도를 보다 더 높일 수 있다.

게다가, 중간 부재(40)의 외경(D2)이 동체 부재(32)의 외경(D1) 보다 작고, 동체 부재(32)의 단면(32S)의 외측은 중간 부재(40)와 접하지 않는다. 그 때문에, 고상 접합 시, 지름 방향에 따른 응력을 동체 부재(32)의 외측 부분으로 빠져 나가게 하는 것이 가능해져, 동체 부재(32)의 형상이 뒤틀리지 않고 전극을 형성할 수 있다.

또한, 중간 부재(40)의 단면적(S2)의 동체 부재(32)의 단면적(S1)에 대한 비율은, 40~90%의 범위로 정하는 것이 좋다. 비율이 40% 보다 작으면, 접합 부분의 단면적이 너무 작아 동체 부재(32)를 강고하게 보관 유지할 수 없다. 또한, 90% 보다 크면, 동체 부재(32)의 외측 부분으로 응력을 빠져 나가게 하는 것이 어려워진다.

이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 양극(30)이, 요부(50S)를 형성한 동체 부재(32)와, 동체 부재를 덮는 뚜껑 부재(36)와, 동체 부재와 뚜껑 부재와의 사이에 환상의 중간 부재(40)를 개재시켜, 동체 부재(32), 중간 부재(40), 뚜껑 부재(36)를 SPS에 의해 고상 접합하는 것에 의해 성형된다.

또한, 중간 부재의 내경을 동체 부재의 내경보다 작게 하여, 중간 부재가 밀폐 공간 측으로 돌출하는 것 같은 구성으로 하는 것도 가능하다.

다음으로, 도 5를 이용해, 제2 실시 형태인 방전 램프에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 전열체로서 탄소섬유가 이용된다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 같다.

도 5는, 제2 실시 형태인 방전 램프에서의 양극의 개략적 단면도이다.

양극(130)은, 동체 부재(132), 중간 부재(140), 뚜껑 부재(136)로 구성되고, 탄소섬유다발로 된 전열체(M1)가 밀폐 공간 내에 배치되고 있다. 전열체(M1)는, 밀폐 공간(150)의 저면으로부터 뚜껑 부재(136)에 걸쳐 뻗어 있다.

다음으로, 도 6~8을 이용해, 제3 실시 형태인 방전 램프에 대해 설명한다. 제3 실시 형태에서는, 뚜껑 부재에 요부가 설치됨과 함께, 중간 부재가 동체 부재의 단면 외측에 위치한다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 실질적으로 같다.

도 6은, 제3 실시 형태에서의 양극의 개략적 단면도이다. 도 7은, 제3 실시 형태에서의 중간 부재와 동체 부재의 단면도이다. 도 8은, 도 6의 접합 부분을 확대한 단면도이다.

양극(230)은, 동체 부재(232), 중간 부재(240), 뚜껑 부재(236)로 구성되고, 전열체(M)가 밀폐 공간(250) 내에 봉입되고 있다. 뚜껑 부재(236)의 밀폐 공간측 단면(236T)에는, 중앙부를 중심으로 주위까지 퍼지는 테이퍼 형상의 요부(237)가 형성되고 있다. 이러한 형상으로 하는 것으로, 양극의 전장(全長)에서의 중간 부재(240)의 축방향 위치가 내부 공간 저면 측에 가까워진다. 즉, 내부 공간의 용적을 변경하지 않고, 동체 부재(232)가 축방향으로 짧아지고, 고상 접합 시의 푸쉬 압력에 의한 동체 부재(232)의 변형을 방지한다. 또한, 요부(237)는 원통 형상으로 할 수도 있다.

도 7, 8에 도시한 바와 같이, 중간 부재(240)의 단면적은, 동체 부재(232)의 단면적보다 작다. 중간 부재(240)의 외경(D2)이 동체 부재(232)의 외경(D1)과 동일한 한편, 중간 부재(240)의 내경(d2)은 동체 부재(232)의 내경(d1) 보다 크다. 뚜껑 부재(236)의 외경(D3)은, 동체 부재(232)의 외경(D1)과 동일하다.

이와 같이 동체 부재(232)의 단면 외측 부분에 중간 부재(240)가 접하는 것에 의해, SPS에 의한 고상 접합 시에 펄스 전류가 표피 효과에 의해 전극 측면 측으로 많이 흐르므로, 접합 강도를 높일 수 있다. 특히, 중간 부재(240)의 내주면 부근에서의 접합 강도가 높아진다.

또한, 중간 부재(240)의 내주면이 동체 부재(232)의 내주면보다 전극 측면 측에 위치하고, 접합 부분이 우묵하게 들어간 형상이 된다. 이에 따라, 전열체(M)의 흐름이 중간 부재(240)에 대해 직접적으로 미치지 않고, 접합 부분에 대한 가열을 억제할 수 있다. 또한, 중간 부재의 외경을 동체 부재의 외경보다 크게 하여, 중간 부재가 전극 측면에서 돌출하는 것 같은 구성으로 하는 것도 가능하다.

다음으로, 도 9를 이용해, 제4 실시 형태인 방전 램프에 대해 설명한다. 제4 실시 형태에서는, 중간 부재가 동체 부재 단면의 중앙부에 배치되어 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 실질적으로 제1 실시 형태와 같다.

도 9는, 제4 실시 형태에서의 접합 부분의 단면도이다.

양극(330)은, 동체 부재(332), 중간 부재(340), 뚜껑 부재(336)로 구성되고, 도시하지 않은 전열체가 밀폐 공간(350) 내에 봉입되고 있다. 중간 부재(340)의 외경(D2)은, 동체 부재(332)의 외경(D1) 보다 작다. 또한, 중간 부재(340)의 내경(d2)은, 동체 부재(332)의 내경(d1) 보다 크다. 뚜껑 부재(336)의 외경(D3)은, 동체 부재(332)의 외경(D1)과 동일하다.

다음으로, 도 10을 이용해, 제5 실시 형태에 대해 설명한다. 제5 실시 형태에서는, 동체 부재의 외경이 중간 부재의 외경 보다 크다. 그 이외의 구성에 대해서는, 실질적으로 제1 실시 형태와 같다.

도 10은, 제5 실시 형태에서의 양극의 단면도이다.

양극(430)은, 동체 부재(432), 중간 부재(440), 뚜껑 부재(436)로 구성되고, 전열체(M)가 밀폐 공간 내에 봉입되고 있다. 중간 부재(440)의 외경(D2), 뚜껑 부재(436)의 외경(D3)은, 동체 부재(432)의 외경(D1) 보다 작다.

이와 같이 동체 부재의 접합면에서 전극 측면 측을 비접촉 부분으로 하는 것에 의해, 제1 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다. 게다가, 뚜껑 부재의 외경과 중간 부재의 외경이 동일하기 때문에, 뚜껑 부재의 전극 측면 측 부분이 중간 부재와 접합하여, 뚜껑 부재와 중간 부재와의 접합 강도가 높아진다.

다음으로, 도 11을 이용해, 제6 실시 형태에 대해 설명한다. 제6 실시 형태에서는, 제1~제4 실시 형태와 달리, 동체 부재의 접합면 외경이, 중간 부재의 외경보다 작다.

도 11은, 제6 실시 형태에서의 양극의 단면도이다.

양극(530)은, 동체 부재(532), 중간 부재(540), 뚜껑 부재(536)로 구성되고, 전열체(M)가 밀폐 공간(550) 내에 봉입되고 있다. 동체 부재(532)의 접합부 부근의 측면에는 쐐기(533)가 형성되고 있다. 그 때문에, 동체 부재(532)의 접합면 외경은, 중간 부재(540)의 외경보다 짧고, 중간 부재(540)의 단면에서는, 전극 측면 측단 부분이 동체 부재(532)와 접합하고 있지 않다. 뚜껑 부재(536)의 외경은, 중간 부재(540)의 외경과 동일하다.

이러한 구성에 의해, 고상 접합 시에 응력을 동체 부재 측면 부근으로 빠져 나가게 하는 것이 가능해져, 동체 부재(532)의 변형을 막을 수 있다.

<실시예 1>

이하, 본 발명의 실시예 1인 방전 램프에 대해 설명한다.

방전 램프의 양극은, 순 텅스텐으로 이루어지는 동체 부재, 뚜껑 부재와, 텅스텐, 레늄을 포함하는 합금, 혹은 몰리브덴/탄탈로 되는 중간 부재에 의해 구성된다. 방전 램프는, 별도로 준비된 동체 부재, 뚜껑 부재, 중간 부재를 SPS에 의해 고상 접합하는 것에 의해 성형되고 있다. 여기서는, 동체 부재의 외경, 내경, 중간 부재의 외경, 내경은, 이하와 같이 정해져 있다.

동체부 외경: φ35 동체부 내경: φ22

중간 부재 외경: φ35 중간 부재 내경: φ24

제조된 양극에 대해, 인장(引張) 시험을 실시했다. 비교 예로서, 중간 부재가 설치되지 않은 종래의 방전 램프를 이용했다. 결과를 이하의 표 1에 나타낸다.

인장 강도는, 전극축 방향을 따라 전극을 인박(引剝)하는 방향으로 거는 강도를 나타내고, 750 점등 시간 경과 후의 접합부 부근에서 취파(吹破)가 생기는지 확인했다. 표 1에 도시한 바와 같이, 중간 부재를 마련하는 것에 의해, 접합 강도가 향상된다.

<실시예 2>

다음으로, 본 발명의 실시예 2인 방전 램프에 대해 설명한다.

실시예 2의 방전 램프의 양극은, 순 텅스텐으로 된 동체 부재, 뚜껑 부재와, 텅스텐, 레늄을 포함하는 합금으로 된 중간 부재에 의해 구성된다. 방전 램프는, 별도로 준비된 동체 부재, 뚜껑 부재, 중간 부재를 SPS에 의해 고상 접합하는 것에 의해 성형되고 있다. 또한, 실시예 2의 양극은, 제1 실시 형태와 같이, 중간 부재의 외경이 동체 부재의 외경보다 짧다. 여기서는, 동체 부재의 외경, 내경, 중간 부재의 외경, 내경은, 이하와 같이 정해진다.

동체부 외경: φ35 동체부 내경: φ22

중간 부재 외경: φ33 중간 부재 내경: φ22

여기서는, 중간 부재의 외경을 바꾸면서, SPS에 의한 고상 접합을 실시해 양극을 제조하고, 그때마다 동체 부재의 변형량을 측정했다.

도 12는, 동체 부재 단면의 단면적에 대한 접합 면적(중간 부재 단면 면적)의 비율과 이때의 동체 부재 변형량과의 관계를, 그래프로 나타낸 것이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 중간 부재의 단면적이 작을수록 동체 부재의 변형량이 적다.

<실시예 3>

다음으로, 본 발명의 실시예 3인 방전 램프에 대해 설명한다. 실시예 3에서는, 중간 부재의 위치를 제1, 제3, 제4 실시 형태에 상당하는 위치(내측, 외측, 중앙)에 배치했을 때에 동체 부재의 내표면에 걸리는 응력을, 시뮬레이션에 의해 산출했다. 이하, 표 2에 그 결과를 나타낸다. 계산에 이용한 양극의 모델은, 동체 부재의 외경, 내경, 중간 부재의 외경, 내경은 이하와 같이 정해진다.

내측

동체부 외경: φ35 동체부 내경: φ22

중간 부재 외경: φ33 중간 부재 내경: φ22

외측

동체부 외경: φ35 동체부 내경: φ22

중간 부재 외경: φ35 중간 부재 내경: φ24

중앙 동체부 외경: φ35 동체부 내경: φ22

중간 부재 외경: φ34 중간 부재 내경: φ23

표 2에서는, 제3 실시 형태와 같이 중간 부재를 구성했을 때의 응력을 1로서 상대적으로 나타내고 있다. 표 2에서 분명해진 것처럼, 제3 실시 형태와 같이 중간 부재를 내측 배치로 하면, 응력이 저감된다.

본 발명에 관해서는, 첨부된 클레임에 의해 정의되는 본 발명의 의도 및 범위로부터 벗어나지 않게, 다양한 변경, 치환, 대체가 가능하다. 게다가, 본 발명에서는, 명세서에 기재된 특정의 실시 형태의 프로세스, 장치, 제조, 구성물, 수단, 방법 및 스텝으로 한정되는 것을 의도하고 있지 않다. 당업자라면, 본 발명의 개시로부터, 여기에 기재된 실시 형태가 가져오는 기능과 같은 기능을 실질적으로 달성하거나, 또는 동등의 작용, 효과를 실질적으로 가져오는 장치, 수단, 방법이 이끌리어내지는 것을 인식할 것이다. 따라서, 첨부한 청구범위는, 그러한 장치, 수단, 방법의 범위에 포함되는 것이 의도되어 있다.

본원은, 일본 출원(특원 2013-197078호, 2013년 9월 24 일 출원)을 기초 출원으로서 우선권 주장하는 출원이며, 기초 출원의 명세서, 도면 및 클레임을 포함한 개시 내용은, 참조하는 것에 의해 본원 전체에 포함되어 있다.

10: 방전 램프
30: 양극
32: 동체 부재
36: 뚜껑 부재
40: 중간 부재

Claims

방전관과,
상기 방전관 내에 배치되는 한 쌍의 전극을 구비하고,
적어도 일방의 전극이, 요부(凹部)를 형성한 동체 부재와, 상기 동체 부재를 덮는 뚜껑 부재와, 상기 동체 부재와 상기 뚜껑 부재와의 사이에 개재되는 환상(環狀)의 중간 부재를 가지고, 상기 동체 부재, 상기 중간 부재, 상기 뚜껑 부재를 고상(固相) 접합(接合)하는 것에 의해 성형되고,
전열체가, 고상 접합에 의해 전극 내부에 형성된 밀폐 공간에 봉입되고,
상기 중간 부재의 접합면의 면적이, 상기 동체 부재의 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 동체 부재의 단면적에 대한 상기 중간 부재의 접합면의 면적의 비율이, 40~90%의 범위에서 정해지는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
방전관과,
상기 방전관 내에 배치되는 한 쌍의 전극을 구비하고,
적어도 일방의 전극이, 요부를 형성한 동체 부재와, 상기 동체 부재를 덮는 뚜껑 부재와, 상기 동체 부재와 상기 뚜껑 부재와의 사이에 개재되는 환상의 중간 부재를 가지고, 상기 동체 부재, 상기 중간 부재, 상기 뚜껑 부재를 고상 접합하는 것에 의해 성형되고,
전열체가, 고상 접합에 의해 전극 내부에 형성된 밀폐 공간에 봉입되고,
상기 중간 부재의 외경이, 상기 동체 부재의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 방전 램프.
방전관과,
상기 방전관 내에 배치되는 한 쌍의 전극을 구비하고,
적어도 일방의 전극이, 요부를 형성한 동체 부재와, 상기 동체 부재를 덮는 뚜껑 부재와, 상기 동체 부재와 상기 뚜껑 부재와의 사이에 개재되는 환상의 중간 부재를 가지고, 상기 동체 부재, 상기 중간 부재, 상기 뚜껑 부재를 고상 접합하는 것에 의해 성형되고,
전열체가, 고상 접합에 의해 전극 내부에 형성된 밀폐 공간에 봉입되고,
상기 중간 부재의 내경이, 상기 동체 부재의 내경보다 큰 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 뚜껑 부재의 외경이, 상기 동체 부재의 내경보다 크고, 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 방전 램프.
방전관과,
상기 방전관 내에 배치되는 한 쌍의 전극을 구비하고,
적어도 일방의 전극이, 요부를 형성한 동체 부재와, 상기 동체 부재를 덮는 뚜껑 부재와, 상기 동체 부재와 상기 뚜껑 부재와의 사이에 개재되는 환상의 중간 부재를 가지고, 상기 동체 부재, 상기 중간 부재, 상기 뚜껑 부재를 고상 접합하는 것에 의해 성형되고,
전열체가, 고상 접합에 의해 전극 내부에 형성된 밀폐 공간에 봉입되고,
상기 동체 부재의 접합면의 외경이, 상기 중간 부재의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항 내지 제4항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 부재의 지름 방향 폭이, 상기 중간 부재의 두께의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항 내지 제4항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 뚜껑 부재가, 상기 밀폐 공간 측으로 뚜껑요부(蓋凹部)를 가지는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항 내지 제4항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 부재가, 상기 동체 부재 및 상기 뚜껑 부재 중 적어도 어느 한 쪽 보다 전연성(展延性)이 높은 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항 내지 제4항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 부재가, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈, 레늄 중 어느 하나의 금속, 혹은 어느 하나를 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항 내지 제4항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 부재의 접합면이, 평탄한 면인 것을 특징으로 하는 방전 램프.
요부를 형성한 동체 부재와, 상기 동체 부재를 덮는 뚜껑 부재와, 상기 동체 부재와 상기 뚜껑 부재와의 사이에 개재되는 환상의 중간 부재를 가지고, 상기 동체 부재, 상기 중간 부재, 상기 뚜껑 부재를 고상 접합하는 것에 의해 성형되고,
전열체가, 고상 접합에 의해 전극 내부에 형성된 밀폐 공간에 봉입되고,
상기 중간 부재의 접합면의 면적이, 상기 동체 부재의 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 방전 램프용 전극.
요부를 형성한 동체 부재와, 상기 동체 부재의 요부를 덮는 뚜껑 부재와, 상기 동체 부재의 단면적보다 단면적이 작은 환상의 중간 부재를 성형하고,
상기 동체 부재의 요부에 전열체를 두고, 상기 동체 부재와 상기 뚜껑 부재와의 사이에 상기 중간 부재를 개재시켜, 상기 동체 부재, 상기 중간 부재, 상기 뚜껑 부재를 고상 접합하는 것에 의해 전극을 성형하는 것을 특징으로 하는 방전 램프용 전극의 제조 방법.