KR102469050B1 - Discharge lamp - Google Patents

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KR102469050B1
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카즈토 타테바야시
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가부시키가이샤 오크세이사쿠쇼
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Abstract

상이한 금속 부재를 접합해 전극을 형성하는 방전 램프에 있어서, 이미터(emitter) 물질의 고갈을 방지하고, 아크(arc) 방전의 깜박임을 억제한다.
방전관 내에 음극과 양극이 대향 배치된 방전 램프에 있어서, 음극이, 이미터 물질을 함유하는 선단측 부재와, 도전성의 전극 지지봉에 의해 지지되는 후단측 부재를 포함한 복수의 금속 부재를 고상 접합하는 것에 의해 형성되고, 선단측 부재로부터 후단측 부재를 향해 이동하는 열량을, 적어도 하나의 금속 부재 간의 접합면 부근을 경계로 작게 한다.In a discharge lamp in which electrodes are formed by bonding different metal members, exhaustion of an emitter material is prevented and flickering of an arc discharge is suppressed.
In a discharge lamp in which a cathode and an anode are opposed to each other in a discharge tube, the cathode involves solid-phase bonding of a plurality of metal members including a front end member containing an emitter material and a rear end member supported by a conductive electrode support bar. and the amount of heat moving from the front end member toward the rear end member is reduced with respect to the vicinity of the bonding surface between at least one metal member.

Description

방전 램프{DISCHARGE LAMP}Discharge lamp {DISCHARGE LAMP}

본 발명은, 노광 장치 등에 이용되는 방전 램프에 관한 것으로, 특히, 쇼트 아크(Short Arc)형 방전 램프 등의 고출력 방전 램프의 전극 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a discharge lamp used in an exposure apparatus and the like, and more particularly, to an electrode structure of a high-output discharge lamp such as a short arc type discharge lamp.

종래, 방전 램프는, 음극에 이미터(emitter) 물질을 첨가하여, 전자 방출 특성을 높이고 있다. 이미터로서, 산화토륨(ThO2)이 대표적으로 이용되고 있지만, 산화토륨은 방사성 물질이다. 따라서, 사용을 최대한 피하기 위해, 특허 문헌 1과 같이 음극의 선단(先端)에만 이미터 물질(산화토륨)을 함유시킨 방전 램프가 개발되어 있다.Conventionally, a discharge lamp has improved electron emission characteristics by adding an emitter material to a cathode. As an emitter, thorium oxide (ThO2) is typically used, but thorium oxide is a radioactive material. Therefore, in order to avoid use as much as possible, a discharge lamp in which an emitter material (thorium oxide) is contained only at the tip of the cathode has been developed as in Patent Document 1.

[특허문헌 1] 일본 특허 제5316436호 공보[Patent Document 1] Japanese Patent No. 5316436

그렇지만, 종래의 음극 구조에서는, 음극 선단의 내부에 함유된 이미터를 유효적으로 이용 못하고 있다. 방전 램프의 점등 중(中)은, 음극 선단의 표면에 비해 음극 선단의 내부의 온도가 낮고, 음극 선단의 내부에 함유된 이미터는 열 확산하지 않고, 음극 선단의 표면에 까지 이미터가 공급되지 않는다. 그 때문에, 음극 선단의 표면에서 이미터가 고갈하여, 전자 방출 특성의 저하에 의해 깜박임이 발생해 버린다.However, in the conventional cathode structure, the emitter contained inside the tip of the cathode cannot be effectively used. While the discharge lamp is lit, the temperature inside the tip of the cathode is lower than that of the surface of the tip of the cathode, and the emitter contained inside the tip of the cathode does not diffuse heat, and the emitter is not supplied to the surface of the tip of the cathode. don't As a result, emitters are depleted on the surface of the tip of the cathode, and flicker occurs due to a decrease in electron emission characteristics.

따라서, 이미터 양을 줄인 방전 램프에서도, 전자 방출 특성이 저하하지 않고, 깜박임을 저감하는 것이 요구된다.Therefore, even in a discharge lamp with a reduced emitter quantity, it is required to reduce flicker without deteriorating the electron emission characteristics.

본 발명의 방전 램프는, 방전관과, 방전관 내에 음극(陰極)과 양극(陽極)이 대향(對向) 배치되고, 음극이, 이미터 물질을 함유하는 선단측 부재와, 도전성(導電性)의 전극 지지봉에 의해 지지되는 후단측 부재를 포함한 복수의 금속 부재를 고상 접합(固相接合)하는 것에 의해 형성되고, 선단측 부재로부터 후단측 부재를 향해 이동하는 열량(熱量)이, 복수의 금속 부재 간의 접합면 부근을 경계로 작아진다.In the discharge lamp of the present invention, a discharge tube, a cathode and an anode are disposed opposite to each other in the discharge tube, and the cathode includes a front end member containing an emitter substance, and a conductive member. It is formed by solid-phase bonding a plurality of metal members including the rear end member supported by the electrode support bar, and the amount of heat moving from the front end member toward the rear end member is It gets smaller around the junction of the liver.

방전 램프의 점등 중, 음극에서는 선단이 가장 고온이 되고, 그 선단으로부터 비교적 저온의 후단측에 걸쳐 열 이동이 생긴다. 이 이동하는 열량을 부재 간의 접합면 부근을 경계로 하여 감소시킴으로써, 선단측 부재의 온도 저하가 억제된다. 그 결과, 음극 선단측 부재 내부의 이미터가 열 확산 하여, 선단 표면으로 이미터가 공급되어 이미터 부족을 저감한다. 따라서, 이미터 양을 줄인 방전 램프에서도, 전자 방출 특성이 저하하지 않고, 깜박임을 저감할 수 있다.During lighting of the discharge lamp, the cathode has the highest temperature at the front end, and heat transfer occurs from the front end to the relatively low temperature rear end. By reducing this amount of heat moving with the vicinity of the joint surface between the members as a boundary, the temperature drop of the front end member is suppressed. As a result, the emitter inside the member on the front side of the cathode is thermally diffused, and the emitter is supplied to the front surface to reduce the lack of emitters. Therefore, even in a discharge lamp in which the amount of emitters is reduced, flicker can be reduced without deterioration in electron emission characteristics.

도 1은 본 실시 형태인 쇼트 아크형 방전 램프를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 음극의 전극 간 부근을 확대한 개략적 단면도이다.
도 3은 제2 실시 형태에서의 음극의 접합면 부근을 확대한 개략적 단면도이다.
도 4는 제3 실시 형태에서의 음극의 개략적 단면도이다.1 is a plan view schematically showing a short arc type discharge lamp according to the present embodiment.
2 is an enlarged schematic cross-sectional view of the vicinity of the electrodes of the cathode.
3 is an enlarged schematic cross-sectional view of the vicinity of the bonding surface of the negative electrode in the second embodiment.
4 is a schematic cross-sectional view of a negative electrode in a third embodiment.

이하에서는, 도면을 참조해 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment of this invention is described with reference to drawings.

도 1은, 제1 실시 형태인 쇼트 아크형 방전 램프를 모식적으로 나타낸 평면도이다.1 is a plan view schematically showing a short arc type discharge lamp as a first embodiment.

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 배치되어 있다.The short arc type discharge lamp 10 is a discharge lamp usable for a light source or the like of an exposure apparatus (not shown) for pattern formation, and has a discharge tube (light emitting tube) 12 made of transparent quartz glass. In the discharge tube 12, the cathode 20 and the anode 30 are disposed facing each other with a predetermined interval therebetween.

방전관(12)의 양측에는, 석영 유리제의 봉지관(13A, 13B)이 대향하도록 방전관(12)과 일체적(一體的)으로 설치되고, 봉지관(13A, 13B)의 양단(兩端)은, 구금(口金)(14A, 14B)에 의해 막혀 있다. 방전 램프(10)는, 여기에서는, 양극(30)이 상측, 음극(20)이 하측이 되도록 연직 방향을 따라 배치되어 있다.On both sides of the discharge tube 12, sealed tubes 13A and 13B made of quartz glass are integrally provided with the discharge tube 12 so as to face each other, and both ends of the sealed tubes 13A and 13B are , blocked by the mouthpieces 14A and 14B. The discharge lamp 10 is arranged along the vertical direction so that the anode 30 is on the upper side and the cathode 20 is on the lower side here.

봉지관(13A, 13B)의 내부에는, 금속제의 음극(20), 양극(30)을 지지하는 도전성의 전극 지지봉(17A, 17B)이 배설되고, 금속 링(도시하지 않음)과, 몰리브덴(molybdenum) 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 용착(溶着)하고 있어, 이에 따라, 수은 및 희가스를 봉입한 방전 공간 DS가 봉지된다.Inside the sealing tubes 13A and 13B, conductive electrode support rods 17A and 17B supporting the metal negative electrode 20 and the positive electrode 30 are arranged, and a metal ring (not shown) and molybdenum (molybdenum) are provided. ) or the like and connected to the conductive lead rods 15A and 15B through metal foils 16A and 16B, respectively. The sealing tubes 13A and 13B are welded to a glass tube (not shown) provided in the sealing tubes 13A and 13B, and thereby the discharge space DS in which mercury and rare gases are sealed is sealed.

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.The lead rods 15A and 15B are connected to an external power supply unit (not shown), and the negative electrode 20 via the lead rods 15A and 15B, the metal foils 16A and 16B, and the electrode support rods 17A and 17B. , a voltage is applied between the anodes 30. When electric power is supplied to the discharge lamp 10, an arc discharge occurs between the electrodes, and bright lines (ultraviolet light) by mercury are emitted.

도 2는, 전극 간 부근을 확대한 개략적 단면도이다.Fig. 2 is a schematic cross-sectional view in which the vicinity of the electrodes is enlarged.

음극(20)은, 음극 선단면(20S)을 가지는 금속 부재(선단측 부재)(22)와, 전극 지지봉(17A)에 의해 지지되는 금속 부재(후단측 부재)(24)로 구성되어 있다. 원추대(圓錐臺) 형상의 선단측 부재(22)는, 선단측 테이퍼(taper) 부분(22A)을 가진다. 후단측 부재(24)는, 전극 지지봉(17A)과 접합하는 원주상(圓柱狀) 부분(24B)과, 선단측 부재(22)와 접합하는 후단측 테이퍼 부분(24A)을 가진다. 선단측 테이퍼 부분(22A)과 후단측 테이퍼 부분(24A)에 의해 음극(20)의 축경부(縮徑部)(테이퍼부)(20T)가 구성된다.The cathode 20 is composed of a metal member (front end side member) 22 having a cathode front end surface 20S and a metal member (rear end side member) 24 supported by an electrode support bar 17A. The tip-side member 22 having a truncated conical shape has a tip-side tapered portion 22A. The rear end member 24 has a columnar portion 24B joined to the electrode support bar 17A and a rear end tapered portion 24A joined to the front end member 22 . A diameter reduction portion (taper portion) 20T of the cathode 20 is constituted by the front end side taper portion 22A and the rear end side taper portion 24A.

선단측 부재(22)는, 텅스텐(W)에 산화토륨을 포함시킨 토륨 텅스텐(thoriated tungsten)을 소재로 한 전극으로서 구성되어 있다. 한편, 후단측 부재(24)는, 선단측 부재(22) 보다 열전도율이 작은 금속인 몰리브덴(Mo)에 의해 구성되어 있다.The tip side member 22 is configured as an electrode made of thoriated tungsten in which tungsten (W) contains thorium oxide. On the other hand, the rear end member 24 is made of molybdenum (Mo), which is a metal whose thermal conductivity is smaller than that of the front end member 22 .

토륨 텅스텐으로 이루어지는 선단측 부재(22)의 열전도율은, 산화토륨의 함유량이 미소(微小)하므로(예를 들면, 2wt %), 실질적으로 텅스텐의 열전도율(약 177 W/mk)과 동일하다. 한편, 몰리브덴으로 이루어지는 후단측 부재(24)의 열전도율은, 약 139 W/mk이 되어, 후단측 부재(24)의 열전도율은, 선단측 부재(22)의 열전도율 보다 작다.The thermal conductivity of the tip side member 22 made of thorium tungsten is substantially equal to the thermal conductivity of tungsten (about 177 W/mk) since the content of thorium oxide is minute (for example, 2 wt %). On the other hand, the thermal conductivity of the rear member 24 made of molybdenum is about 139 W/mk, and the thermal conductivity of the rear member 24 is smaller than that of the front member 22.

음극(20)은, 선단측 부재(22), 후단측 부재(24)를 접합 함으로써 성형되고, 여기에서는 방전 플라스마 소결(燒結)(SPS)에 근거해 제조되고 있다. 구체적으로는, 금속 분체를 소결해 고형화(固形化) 한 원주상의 선단측 금속 소재(122)와 후단측 금속 소재(124)(도 2참조)를 준비하여, SPS 장치에 설치한다.The cathode 20 is molded by joining the front end side member 22 and the rear end side member 24, and is manufactured here based on discharge plasma sintering (SPS). Specifically, a columnar front end metal material 122 and a rear end metal material 124 (see Fig. 2) obtained by sintering and solidifying metal powder are prepared and installed in the SPS device.

SPS 장치에서는, 선단측 금속 소재(122)의 평탄한 단면(접합측 단면)(122J)과 후단측 금속 소재(124)의 단면(124J)을 밀접시켜, 선단측 금속 소재(122)와 후단측 금속 소재(124)의 양단을 가압하면서 전압을 걸어, 플라스마 방전에 의해 선단측 금속 소재(122)와 후단측 금속 소재(124)를 고상 접합시킨다. 이때의 전압값, 가압력, 가압 시간은, 전극 사이즈 등에 근거해 정해진다. 이 선단측 금속 소재(122)와 후단측 금속 소재(124)가, 각각 선단측 부재(22), 후단측 부재(24)가 된다.In the SPS device, the flat end face (joint side end face) 122J of the front metal material 122 and the end surface 124J of the rear metal material 124 are brought into close contact, so that the front metal material 122 and the rear metal material A voltage is applied while pressurizing both ends of the material 124, and the front metal material 122 and the rear metal material 124 are solid-phase bonded by plasma discharge. The voltage value, pressing force, and pressing time at this time are determined based on the electrode size and the like. This front end side metal material 122 and rear end side metal material 124 become the front end side member 22 and the rear end side member 24, respectively.

고상 접합의 경우, 접합면 부근에서 급격한 결정 구조 변화를 일으키지 않고, 접합면 강도를 충분히 확보할 수 있다. 용융 접합이나 납땜(brazing)에서도 접합은 가능하지만, 용융 접합에서는, 금속의 융점까지 가열할 필요가 있으므로, 함유하는 이미터가 환원되어 버려서 이미터가 고갈된다. 또한, 납땜에서는, 방전 램프(10)의 점등 중의 온도로 납이 녹아 선단측 부재(22)가 후단측 부재(24)로부터 벗겨질 가능성이 있다.In the case of solid-state bonding, it is possible to sufficiently secure the strength of the bonding surface without causing a rapid crystal structure change in the vicinity of the bonding surface. Although joining is possible by fusion welding or brazing, in fusion welding, since it is necessary to heat the metal to its melting point, the contained emitter is reduced and the emitter is depleted. Further, in soldering, lead is melted at the temperature during lighting of the discharge lamp 10, and the front end member 22 may come off from the rear end member 24.

그리고, 고상 접합 후에 절삭 가공 등의 가공 처리를 실시 함으로써, 테이퍼부(20T)를 가지는 음극(20)이 형성된다. 소정의 전극 간 거리에 따라 음극(20), 텅스텐으로 이루어지는 양극(30)이 대향 배치된다.Then, the cathode 20 having the tapered portion 20T is formed by performing processing such as cutting after solid phase bonding. According to a predetermined distance between the electrodes, the cathode 20 and the anode 30 made of tungsten are disposed opposite to each other.

음극(20)의 접합면 J는, 전극 축 L에 수직인 방향(여기에서는 90°)을 따라 형성되고, 접합면 J 전체에 걸쳐 틈새가 실질적으로 생기지 않는다. 즉, 선단측 금속 소재(122), 후단측 금속 소재(124)의 단면(122J, 124J)이 모두 평탄하므로, 사전에 의도적으로 형성된 조면(粗面)이나 요철(凹凸) 등에 기인하는 틈새가 접합면 J에는 생기지 않는다.The bonding surface J of the cathode 20 is formed along the direction perpendicular to the electrode axis L (here, 90°), and there is substantially no gap across the entire bonding surface J. That is, since the end surfaces 122J and 124J of the front-side metal material 122 and the rear-side metal material 124 are both flat, gaps due to rough surfaces or irregularities formed intentionally in advance are bonded. It does not occur in face J.

이러한 음극(20)의 구조에 의해, 선단측 부재(22)에만 산화토륨(이미터 물질)을 함유시켜 산화토륨 양을 줄인 방전 램프에서도, 깜박임의 저감을 실현할 수 있다.With this structure of the cathode 20, flicker can be reduced even in a discharge lamp in which the amount of thorium oxide is reduced by containing thorium oxide (emitter material) only in the front member 22.

방전 램프(10)를 점등하면, 음극(20)에서는, 선단면(20S)이 가장 고온(1000 ℃ 이상)된다. 열은 온도의 높은 곳으로부터 낮은 곳으로 이동하기 때문에, 음극 선단면(20S)의 열은 후단측 부재(24)의 전극 지지봉(17A) 측을 향해 이동한다. 이 때, 동종 부재를 접합해 구성된 음극의 경우, 선단측 부재와 후단측 부재의 열전도율은 동일한 정도가 되기 때문에, 접합면 부근에서 이동하는 열량은 바뀌지 않는다.When the discharge lamp 10 is turned on, the tip surface 20S of the cathode 20 becomes the highest temperature (1000°C or higher). Since heat moves from a place with a high temperature to a place with a low temperature, the heat of the cathode front end face 20S moves toward the electrode support rod 17A side of the rear end member 24. At this time, in the case of a negative electrode formed by joining members of the same type, the thermal conductivities of the front end member and the rear end member are about the same, so the amount of heat moving in the vicinity of the bonding surface does not change.

한편, 본 실시 형태에서는 후단측 부재(24)의 열전도율은 선단측 부재(22)의 열전도율보다 약간 작기 때문에, 접합면 J 부근을 경계로 하여 이동하는 열량이 작아진다. 그 때문에, 선단측 부재(22)의 온도는, 동종 부재를 접합한 음극의 선단측 부재에 비해 후단측으로 이동하는 열량이 작은 만큼, 저하하기 어려워진다. 선단측 부재(22)의 온도 저하가 억제되어, 선단면(20S)과 선단측 부재(22)의 내부와의 온도 차가 작아짐으로써, 선단측 부재(22)의 표면 뿐만 아니라 선단측 부재(22)의 내부에서도 산화토륨이 열 확산된다.On the other hand, in this embodiment, since the thermal conductivity of the rear end side member 24 is slightly smaller than the thermal conductivity of the front end side member 22, the amount of heat moving across the junction surface J vicinity is reduced. Therefore, the temperature of the front end member 22 is less likely to decrease as the amount of heat transferred to the rear end is smaller than that of the front end member of the cathode in which members of the same type are bonded together. The temperature drop of the front end member 22 is suppressed, and the temperature difference between the front end surface 20S and the inside of the front end member 22 is reduced, so that not only the surface of the front end member 22 but also the front end member 22 Thorium oxide is also thermally diffused in the interior of the

이에 따라, 음극 선단면(20S)으로의 산화토륨의 공급이 이루어져, 전자 방출 특성이 저하하지 않고, 깜박임을 저감할 수 있다.Accordingly, thorium oxide is supplied to the cathode front end surface 20S, so that the electron emission characteristics are not deteriorated and flicker can be reduced.

상술한 것처럼 서로 평탄한 금속 소재 단면끼리 맞대어 접합하고 있기 때문에, 접합면 J에는 의도적으로 형성된 조면이나 요철이 생기지 않는다. 조면이나 요철의 유무로 전열량에 차가 생기지 않아, 접합면 J를 따라 일률적으로 이동한다. 그 때문에, 열전도율이 낮은 금속의 후단측 부재(24)를 접합해도, 접합면 J의 국소적인 과열을 막아, 급격한 부분적 전극 소모가 생길 우려가 없다.As described above, since the flat end faces of the metal material are butt-to-joint, no intentionally formed rough surface or irregularities are formed on the joint surface J. There is no difference in the amount of heat transfer due to the presence or absence of roughness or unevenness, and it moves uniformly along the joint surface J. Therefore, even if the metal rear member 24 with low thermal conductivity is joined, local overheating of the joint surface J is prevented, and there is no fear of rapid partial electrode consumption.

또한, 여기서의 「평탄」은, 의도적으로 홈(溝)이나 요철이 접합측 단면에 설치되지 않고, 조면이 아닌 것을 나타내고, 평활면이나 전극 축 L에 대해 엄밀한 수직 방향을 요구하는 것은 아니다. 이동하는 열량에 차가 생기지 않고, 국소적인 과열이 일어나지 않는 범위에서 평탄하면 된다.In addition, "flat" here indicates that grooves and irregularities are not intentionally provided on the joining side end surface, and that it is not a rough surface, and does not require a smooth surface or a strictly vertical direction with respect to the electrode axis L. It is only necessary to be flat within a range in which there is no difference in the amount of heat to be moved and no local overheating occurs.

방전 램프(10)는, 음극 선단면(20S)에서는 약 2000 ℃가 될 수도 있기 때문에, 선단측 부재(22)는 고융점의 텅스텐이 적합하다. 그 텅스텐의 열전도율(약 177 W/mk)의 관계로부터, 후단측 부재(24)는 몰리브덴이 가장 적합하다. 선단측 부재(22)와 후단측 부재(24)의 열전도율의 차가 너무 작으면, 전열량이 작아지지 않아, 본 발명의 효과를 기대할 수 없다. 반대로, 선단측 부재(22)와 후단측 부재(24)의 열전도율의 차가 너무 크면, 접합면 J의 주변이 과열 상태가 되어 버려서, 접합면 강도의 저하나 전극의 소모를 초래한다.Since the discharge lamp 10 may be about 2000 DEG C at the cathode end face 20S, the tip side member 22 is preferably made of high melting point tungsten. From the relationship of the thermal conductivity of tungsten (about 177 W/mk), molybdenum is most suitable for the rear end side member 24. If the difference in thermal conductivity between the front end side member 22 and the rear end side member 24 is too small, the amount of heat transfer will not be small and the effect of the present invention cannot be expected. Conversely, if the difference in thermal conductivity between the front end side member 22 and the rear end side member 24 is too large, the periphery of the bonding surface J will be in an overheated state, resulting in a decrease in strength of the bonding surface and wear of the electrode.

예를 들면, 후단측 부재(24)를 마그네슘으로 구성한 경우, 열전도율은 약 157 W/mk로 적당하지만, 융점이 약 650 ℃이기 때문에 방전 램프(10)의 음극(20)에는 적용할 수 없다. 또한, 후단측 부재(24)를 레늄(rhenium)으로 구성한 경우, 융점은 3180 ℃로 높지만, 열전도율이 약 47.9 W/mk로 낮아서, 적용할 수 없다.For example, when the rear end member 24 is made of magnesium, the thermal conductivity is appropriate at about 157 W/mk, but since the melting point is about 650 deg. C, it cannot be applied to the cathode 20 of the discharge lamp 10. Further, when the rear end member 24 is made of rhenium, the melting point is as high as 3180 DEG C, but the thermal conductivity is as low as about 47.9 W/mk, so it cannot be applied.

또한, 후단측 부재(24)를 몰리브덴으로 함으로써, 1개의 텅스텐 재(材)로 일체적으로 형성된 전극에 비해 중량이 가벼워져, 내진성(耐振性)이 뛰어나다는 것과 같은 효과도 기대할 수 있다. 또한, 순(純) 몰리브덴 뿐만 아니라, 몰리브덴을 주성분으로 하는 합금으로 구성하는 것도 가능하다.In addition, by using molybdenum as the rear end side member 24, the weight is reduced compared to an electrode integrally formed of one tungsten material, and effects such as superior vibration resistance can be expected. Moreover, it is also possible to comprise not only pure molybdenum but also the alloy which has molybdenum as a main component.

이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 음극(20), 양극(30)을 갖춘 쇼트 아크형 방전 램프(10)에서, 토륨 텅스텐으로 이루어지는 선단측 부재(22)와, 몰리브덴으로부터 이루어지는 후단측 부재(24)를 고상 접합 함으로써 음극(20)을 형성하여, 선단면(20S)으로부터 후단측 부재(24) 측으로 전달하는 열량을 접합면 부근에서 작게 하였다.Thus, according to the present embodiment, in the short arc discharge lamp 10 provided with the cathode 20 and the anode 30, the front end member 22 made of thorium tungsten and the rear end member 24 made of molybdenum ) was solid-phase bonded to form the cathode 20, and the amount of heat transferred from the front end surface 20S to the rear end member 24 side was reduced near the bonding surface.

다음으로, 도 3을 이용해, 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 접합면 부근에 협착이 형성되어 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 실질적으로 제1 실시 형태와 같기 때문에, 동일 구성 요소에는 동일한 부호를 교부하여 설명을 생략한다.Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. 3 . In the second embodiment, a stricture is formed near the joint surface. Since other configurations are substantially the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are assigned to the same components, and descriptions thereof are omitted.

도 3은, 제2 실시 형태에서의 음극의 접합면 부근의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the vicinity of the joint surface of the cathode in the second embodiment.

음극(20)은, 선단측 부재(22)와, 후단측 부재(24)로 구성되어 있고, 접합면 J가 전극 축 L의 수직 방향을 따라 형성되어 있다. 게다가, 후단측 부재(24)의 접합측 단면 부근에, 전극 축 L측을 향해 움푹 패어 있는 협착부(26)가 형성되어 있다. 협착부(26)의 전극 축 L의 수직 방향의 직경은, 선단측 부재(22)의 접합측 단면의 직경보다 작게 되어 있다.The cathode 20 is composed of a front end side member 22 and a rear end side member 24, and the bonding surface J is formed along the vertical direction of the electrode axis L. In addition, a constriction portion 26 recessed toward the electrode axis L side is formed in the vicinity of the bonding side end face of the rear end member 24. The diameter of the constriction portion 26 in the vertical direction of the electrode axis L is smaller than the diameter of the junction-side end face of the distal end member 22 .

협착부(26)는, 후단측 부재(24)의 접합측 단면 부근의 전체에 걸쳐 형성되고, 고상 접합 후에 절삭 가공하는 것에 의해 형성 가능하다. 또한, 처음부터 후단측 소재(124)에 우묵한 곳을 마련해 두어도 무방하다.The constriction portion 26 is formed over the entire vicinity of the bonding side end face of the rear end side member 24, and can be formed by cutting after solid state bonding. It is also possible to provide a recess in the material 124 at the rear end from the beginning.

이와 같이, 협착부(26)를 형성 함으로써, 선단측 부재(22)의 접합측 단면의 직경에 비교해, 협착부(26)를 마련한 후단측 부재(24)의 접합측 단면 부근의 직경이 작아진다. 음극 선단면(20S)에서 전극 지지봉(17A) 측을 향해 단면적이 감소하게 되어, 이동하는 열량은 감소한다. 이에 따라, 선단측 부재(22)의 온도 저하의 억제에 공헌한다. 따라서, 선단측 부재(22)의 내부에서도 산화토륨이 열 확산하여, 음극 선단면(20S)으로의 산화토륨의 공급이 이루어져, 전자 방출 특성이 저하하지 않고, 깜박임을 저감할 수 있다.By forming the constriction portion 26 in this way, the diameter in the vicinity of the joint end face of the rear end member 24 provided with the constriction portion 26 is reduced compared to the diameter of the joint end face of the front end member 22. The cross-sectional area decreases from the cathode front end face 20S toward the electrode support rod 17A side, and the amount of heat transferred decreases. This contributes to suppression of the temperature drop of the front end side member 22. Accordingly, thorium oxide is thermally diffused even inside the front end member 22, and thorium oxide is supplied to the cathode front end surface 20S, so that flickering can be reduced without deterioration in electron emission characteristics.

협착부(26)를 형성하는 장소는, 음극(20)의 치수에 따라 실험 등으로 적절히 선택되어야 한다. 그렇지만, 협착부(26)의 형성 위치가 접합면 J보다 전극 지지봉(17A) 측으로 너무 떨어지면, 깊은 협착을 형성하지 않으면, 협착부(26)의 전극 축 L의 수직 방향의 직경을, 선단측 부재(22)의 접합측 단면의 직경보다 짧게 할 수 없다. 이것으로는 절삭 가공이 번잡해져 버린다. 반대로, 협착부(26)의 형성 위치가 접합면 J에 너무 가까우면, 접합면 강도의 저하를 초래할 가능성이 있다. 따라서, 가공이 번잡하지 않고 접합면 강도를 유지할 수 있는 위치에 협착부(26)를 마련하면 좋다.The place where the constriction portion 26 is formed must be appropriately selected according to the size of the cathode 20 through experiments or the like. However, if the position where the constriction portion 26 is formed is too far away from the bonding surface J toward the electrode support rod 17A side, unless a deep constriction is formed, the diameter in the vertical direction of the electrode axis L of the constriction portion 26 is set to the tip side member 22 ) cannot be made shorter than the diameter of the joint side cross section of This makes the cutting process complicated. Conversely, if the position where the constriction portion 26 is formed is too close to the bonding surface J, there is a possibility of lowering the strength of the bonding surface. Therefore, it is only necessary to provide the constriction portion 26 at a position where the bonding surface strength can be maintained without complicated processing.

본 실시 형태에서는 후단측 부재(24)의 접합측 단면 주변의 전체에 걸쳐 협착부(26)를 형성하였다. 그렇지만, 협착부(26)의 직경을 선단측 부재(22)의 접합측 단면의 직경보다 짧게 할 수 있다면, 협착부(26)는 후단측 부재(24)의 접합측 단면 부근의 적어도 일부에 형성해도 무방하고, 전체에 걸치지 않아도 무방하다. 또한, 협착부(26)는, 음극(20)의 표면적을 증대시키기 위한 나사 홈이어도 무방하다.In the present embodiment, the constriction portion 26 is formed over the entire periphery of the bonding side end face of the rear end side member 24 . However, as long as the diameter of the constriction portion 26 can be made shorter than the diameter of the junction-side end face of the front end member 22, the constriction portion 26 may be formed at least in the vicinity of the junction-side end face of the rear end member 24. And, it is okay not to cover the whole. Further, the constriction portion 26 may be a screw groove for increasing the surface area of the cathode 20 .

다음으로, 도 4를 이용해, 제3 실시 형태인 방전 램프에 대해 설명한다. 제3 실시 형태에서는, 선단측 부재의 테이퍼 각도보다, 후단측 부재의 테이퍼 각도가 작게 구성되고 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 실질적으로 제1 실시 형태와 같기 때문에, 동일 구성 요소에는 동일한 부호를 교부해 설명을 생략한다.Next, a discharge lamp as a third embodiment will be described with reference to FIG. 4 . In the third embodiment, the taper angle of the rear end side member is smaller than the taper angle of the front end side member. Since other configurations are substantially the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are given to the same components and descriptions thereof are omitted.

도 4는, 제3 실시 형태에서의 음극의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a cathode in a third embodiment.

음극(20)은, 선단측 부재(22)와, 후단측 부재(24)로 구성되어 있고, 접합면 J가 전극 축의 수직 방향을 따라 형성되어 있다. 게다가, 후단측 부재(24)의 테이퍼 각도 θ2는, 선단측 부재(22)의 테이퍼 각도 θ1 보다 작게 구성되어 있다.The negative electrode 20 is composed of a front end member 22 and a rear end member 24, and the bonding surface J is formed along the vertical direction of the electrode axis. In addition, the taper angle θ2 of the rear end member 24 is smaller than the taper angle θ1 of the front end member 22 .

고상 접합 후에 절삭 가공 등의 가공 처리를 실시 함으로써, 소망하는 테이퍼 각도를 형성할 수 있다. 또한, 처음부터 소망하는 테이퍼 각도가 형성된 선단측 금속 소재(122)와 후단측 금속 소재(124)를 고상 접합해도 무방하다. 예를 들면, 선단측 부재(22)의 테이퍼 각도 θ1을 70°, 후단측 부재(24)의 테이퍼 각도 θ2를 50°로 할 수 있다.A desired taper angle can be formed by performing processing such as cutting after solid state bonding. In addition, it is also possible to solid-phase bond the front-side metal material 122 and the rear-side metal material 124 formed with a desired taper angle from the beginning. For example, the taper angle θ1 of the front end member 22 can be 70°, and the taper angle θ2 of the rear end member 24 can be 50°.

이와 같이, 후단측 부재(24)의 테이퍼 각도 θ2를, 선단측 부재(22)의 테이퍼 각도 θ1 보다 작게 구성 함으로써, 선단측 부재(22)의 테이퍼 각도와 후단측 부재(24)의 테이퍼 각도가 같은 경우와 비교해, 전열 가능한 단면적이 감소하게 되어, 선단측 부재(22)의 온도 저하의 억제에 공헌한다. 따라서, 선단측 부재(22)의 내부에서도 산화토륨이 열 확산하여, 음극 선단면(20S)으로의 산화토륨의 공급이 이루어져, 전자 방출 특성이 저하하지 않고, 깜박임을 저감할 수 있다.In this way, by configuring the taper angle θ2 of the rear member 24 to be smaller than the taper angle θ1 of the front member 22, the taper angle of the front member 22 and the taper angle of the rear member 24 are Compared to the same case, the cross-sectional area capable of heat transfer is reduced, contributing to suppression of the temperature drop of the front end member 22. Accordingly, thorium oxide is thermally diffused even inside the front end member 22, and thorium oxide is supplied to the cathode front end surface 20S, so that flickering can be reduced without deterioration in electron emission characteristics.

또한, 제2, 제3 실시 형태와 같은 구성으로 한정되지 않으며, 선단측 부재(22)의 테이퍼 각도로부터, 접합면 J 부근의 후단측 부재(24)의 적어도 일부를 음극(20)의 축 L측에 배설하면 좋다. 음극 선단면(20S)으로부터 이동하는 열량을 제한할 수 있어, 깜박임의 저감으로 이어진다. 또한, 이동하는 열량을 작게 할 수 있으면, 후단측 부재(24)를 텅스텐으로 구성하는 것도 가능하다.In addition, it is not limited to the configuration as in the second and third embodiments, and from the taper angle of the front end member 22, at least a part of the rear end member 24 in the vicinity of the joint surface J is formed along the axis L of the cathode 20. It is good to excrete on the side. The amount of heat moving from the cathode front end face 20S can be restricted, leading to a reduction in flickering. Further, it is also possible to configure the rear end side member 24 with tungsten as long as the amount of heat to move can be reduced.

또한, 선단측 부재(22)와 후단측 부재(24)의 접합 강도 향상을 위해, 선단측 부재(22)와 후단측 부재(24)와의 사이에 중간 부재를 사이에 두고, 선단측 부재(22), 중간 부재, 후단측 부재(24)를 고상 접합하는 것으로, 접합면 간의 밀착화를 하면 바람직하다. 전열량이 작아지는 것으로, 접합면 J 부근에 열이 모여도 접합 강도를 유지할 수 있다.In addition, in order to improve the joint strength between the front end member 22 and the rear end member 24, an intermediate member is interposed between the front end member 22 and the rear end member 24, and the front end member 22 ), the intermediate member, and the rear end side member 24 are bonded in a solid phase, so that adhesion between the bonding surfaces is preferably achieved. By reducing the amount of heat transfer, even if heat gathers in the vicinity of the joint surface J, the joint strength can be maintained.

중간 부재는, 선단측 부재(22)와 후단측 부재(24)와의 사이의 열량 이동의 대소 관계의 영향을 억제하기 위해 약 1 mm 이하의 두께가 바람직하다. 예를 들면, 레늄, 탄탈, 몰리브덴, 또는 이들의 합금을 이용하는 것이 가능하다. 또한, 두께가 있는 중간 부재를 사용하는 경우는, 선단측 부재(22)의 온도 저하가 제한되도록, 선단측 부재와 중간 부재의 접합면, 혹은 중간 부재와 후단측 부재의 접합면을 경계로 이동하는 열량을 작게 할 필요가 있다.The intermediate member preferably has a thickness of about 1 mm or less in order to suppress the influence of the magnitude relationship of the heat transfer between the front end member 22 and the rear end member 24. For example, it is possible to use rhenium, tantalum, molybdenum, or alloys thereof. In the case of using an intermediate member having a thickness, the joint surface between the front member and the intermediate member or the joint surface between the intermediate member and the rear member is moved along the boundary so that the temperature drop of the front member 22 is limited. You need to reduce the amount of calories you do.

본 발명의 음극(20)의 구조에 의해, 선단측 부재(22)의 내부에 함유된 산화토륨(이미터 물질)을 유효하게 이용할 수 있으므로, 선단측 부재(22)에 함유되는 산화토륨 양 자체를 줄이는 것도 가능하다. 제1 내지 제3 실시 형태에서는 선단측 부재(22)에 2wt %의 산화토륨을 함유시키고 있었지만, 1wt % 이하로 줄일 수 있다. 1wt %의 산화토륨을 함유한 토륨 텅스텐으로 이루어지는 선단측 부재(22)에서도, 제1 내지 제3 실시 형태와 같이 구성 함으로써, 전자 방출 특성이 저하하지 않고, 깜박임을 저감할 수 있다.With the structure of the cathode 20 of the present invention, the thorium oxide (emitter substance) contained inside the front member 22 can be effectively used, so both the thorium oxide contained in the front member 22 itself It is also possible to reduce In the first to third embodiments, 2wt% of thorium oxide is contained in the tip side member 22, but it can be reduced to 1wt% or less. Even in the tip side member 22 made of thorium tungsten containing 1 wt% of thorium oxide, flicker can be reduced without deterioration in electron emission characteristics by having the same configuration as in the first to third embodiments.

또한, 제1~ 제3 실시 형태에서는, 음극(20)을 테이퍼 형상으로 했지만, 이른바 포탄형의 원호 형상이어도 무방하다. 게다가, 쇼트 아크형 방전 램프 이외의 방전 램프에도 적용 가능하다. 또한, 이미터 물질은 산화토륨에 한정되지 않으며, 산화바륨이나 희토류 원소 등의 전자 방출 특성을 높이는 물질이어도 무방하다.In the first to third embodiments, the negative electrode 20 has a tapered shape, but may have a so-called bullet-shaped arc shape. Moreover, it is applicable also to discharge lamps other than a short arc type discharge lamp. In addition, the emitter material is not limited to thorium oxide, and may be a material that enhances electron emission characteristics, such as barium oxide or a rare earth element.

10: 방전 램프
12: 발광관
20: 음극
22: 선단측 부재
24: 후단측 부재
30: 양극
J: 접합면
L: 전극 축10: discharge lamp
12: light tube
20: cathode
22: Front side member
24: rear end member
30: anode
J: junction
L: electrode axis

Claims (7)

방전관과,
상기 방전관 내에 대향 배치되는 음극 및 양극을 갖추고,
상기 음극이,
테이퍼 부분을 가지며, 이미터 물질을 함유하는 선단측 부재와, 테이퍼 부분과 원주상 부분을 가지며, 도전성의 전극 지지봉에 의해 지지되는 후단측 부재와, 상기 선단측 부재와 상기 후단측 부재와의 사이에 개재된 중간 부재를 포함한 복수의 금속 부재를 고상 접합하는 것에 의해 형성되어 있고,
적어도 상기 선단측 부재의 테이퍼 부분과 상기 후단측 부재의 테이퍼 부분에 의해, 상기 음극의 테이퍼 부분이 구성되고,
상기 선단측 부재로부터 상기 후단측 부재를 향해 이동하는 열량이, 상기 선단측 부재와 상기 중간 부재 간 접합면, 및, 상기 중간 부재와 상기 후단측 부재 간 접합면 부근을 경계로 작아지도록, 상기 선단측 부재의 테이퍼 부분의 테이퍼 각도가 70°이상으로 정해지는 경우, 상기 후단측 부재의 테이퍼 부분의 테이퍼 각도는, 상기 선단측 부재의 테이퍼 부분의 테이퍼 각도 보다 작은 50°이하로 정해지는 것을 특징으로 하는 방전 램프.discharge tube,
Equipped with a cathode and an anode disposed oppositely in the discharge tube,
the cathode,
Between a front end member having a tapered portion and containing an emitter material, a rear end side member having a tapered portion and a cylindrical portion, and supported by a conductive electrode support bar, and the front end member and the rear end member It is formed by solid-phase bonding a plurality of metal members including an intermediate member interposed therebetween,
A tapered portion of the negative electrode is constituted by at least a tapered portion of the front end member and a tapered portion of the rear end member;
The amount of heat moving from the front end member toward the rear end member is reduced in the vicinity of the junction surface between the front end member and the intermediate member and the junction surface between the intermediate member and the rear member. When the taper angle of the tapered portion of the side member is determined to be 70 ° or more, the taper angle of the tapered portion of the rear end member is smaller than the taper angle of the taper portion of the front member. Characterized in that it is set to 50 ° or less discharge lamp. 제1항에 있어서,
상기 선단측 부재는 산화토륨이 함유되어 있는 토륨 텅스텐이며,
상기 후단측 부재는 몰리브덴 또는 몰리브덴을 주성분으로 하는 합금인 것을 특징으로 하는 방전 램프.According to claim 1,
The front end member is thorium tungsten containing thorium oxide,
The discharge lamp, characterized in that the rear end member is molybdenum or an alloy containing molybdenum as a main component. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 후단측 부재의 접합측 단면 부근의 적어도 일부에, 협착이 형성되는 것
을 특징으로 하는 방전 램프.According to claim 1 or 2,
Stenosis is formed in at least a part of the vicinity of the junction-side end face of the rear end-side member.
Discharge lamp characterized by. 삭제delete 방전관과,
상기 방전관 내에 대향 배치되는 음극 및 양극을 갖추고,
상기 음극이,
테이퍼 부분을 가지며, 1wt % 이하의 산화토륨이 함유되어 있는 토륨 텅스텐으로 이루어진 선단측 부재와, 테이퍼 부분과 원주상 부분을 가지며, 몰리브덴으로 이루어진 후단측 부재와, 상기 선단측 부재와 상기 후단측 부재와의 사이에 개재된 중간 부재를 포함한 복수의 금속 부재를 고상 접합하는 것에 의해 형성되고,
적어도 상기 선단측 부재의 테이퍼 부분과 상기 후단측 부재의 테이퍼 부분에 의해, 상기 음극의 테이퍼 부분이 구성되고,
상기 선단측 부재로부터 상기 후단측 부재를 향해 이동하는 열량이, 상기 선단측 부재와 상기 중간 부재 간 접합면, 및, 상기 중간 부재와 상기 후단측 부재 간 접합면을 경계로 작아지도록, 상기 선단측 부재의 테이퍼 부분의 테이퍼 각도가 70°이상으로 정해지는 경우, 상기 후단측 부재의 테이퍼 부분의 테이퍼 각도는, 상기 선단측 부재의 테이퍼 부분의 테이퍼 각도 보다 작은 50°이하로 정해지는 것을 특징으로 하는 방전 램프.discharge tube,
Equipped with a cathode and an anode disposed oppositely in the discharge tube,
the cathode,
A front end member made of thorium tungsten having a tapered portion and containing 1 wt% or less of thorium oxide, a rear end member having a tapered portion and a columnar portion made of molybdenum, the front end member and the rear end member It is formed by solid-state bonding a plurality of metal members including an intermediate member interposed between and,
A tapered portion of the negative electrode is constituted by at least a tapered portion of the front end member and a tapered portion of the rear end member;
The front end side member such that the amount of heat moving from the front end member toward the rear end member becomes smaller across the junction surface between the front end member and the intermediate member and the junction surface between the intermediate member and the rear end member. When the taper angle of the tapered portion of the member is set to 70 ° or more, the taper angle of the taper portion of the rear end member is smaller than the taper angle of the taper portion of the front end member. Characterized in that it is set to 50 ° or less discharge lamp. 삭제delete 삭제delete
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