KR20110033092A - Discharge lamp - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 노광 장치 등에 이용되는 방전램프에 관한 것으로, 특히, 쇼트 아크형 방전램프 등 고출력 방전램프의 전극구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
쇼트 아크형 방전램프에서는, 고휘도의 광을 기판 등 노광 대상물에 조사한다. 노광 대상물의 대형화, 또한 작업량 향상을 위해, 방전램프의 고출력화가 요구되고 있고, 그것에 따라 정격 소비전력의 증가가 요구된다. 대전력화 하면, 종래의 전극구조에서는, 전자방출, 열방출, 내구성 등에 영향이 생긴다. 그 때문에 결정, 종류 등이 상이한 금속을 조합시킨 전극구조가 요구되고 있다.In a short arc type discharge lamp, light of high brightness is irradiated to an exposure target such as a substrate. In order to increase the size of the exposure object and to improve the amount of work, a high output of the discharge lamp is required, and accordingly an increase in the rated power consumption is required. When the power is increased, the conventional electrode structure has an effect on electron emission, heat emission, durability, and the like. Therefore, there is a demand for an electrode structure in which metals having different crystals, types, and the like are combined.
예를 들면 정격전력을 크게 하면, 음극 선단부에서의 전류밀도가 크기 때문에 전극 소모가 심하게 되어, 아크 방전의 휘점이 움직여 불안정한 방전이 된다. 그래서, 아크 방전을 안정화시키는 구성으로서, 직류방전 처리 장치에 의해 음극 선단부를 용융하고, 선단부의 결정구조를 조대화시키는 전극구조가 알려져 있다(특허문헌 1 참조).For example, when the rated power is increased, the current consumption at the cathode tip portion is large, so that electrode consumption is severe, and the bright point of the arc discharge is moved, resulting in unstable discharge. Then, as a structure which stabilizes an arc discharge, the electrode structure which melt | dissolves a cathode tip part by a direct current discharge processing apparatus and coarsens the crystal structure of a tip part is known (refer patent document 1).
또, 정격전력을 크게 하면, 램프의 전극 사이에 흘러드는 전류량이 증가하여, 전극온도가 상승한다. 특히, 양극 선단부가 고온상태로 되어, 시간경과와 함께 양극 선단부가 용융, 증발한다. 그 결과, 불안정한 아크 방전, 및 양극 용융에 의한 금속의 관 내 표면 부착 등에 의해 발광효율이 저하됨과 아울러, 전극 소모에 의해 램프 수명이 저하된다.In addition, when the rated power is increased, the amount of current flowing between the electrodes of the lamp increases, and the electrode temperature rises. In particular, the positive electrode tip becomes a high temperature state, and the positive electrode tip melts and evaporates with time. As a result, the luminous efficiency is lowered due to unstable arc discharge, adhesion of metal to the tube surface due to the melting of the anode, and the lamp life is reduced due to electrode consumption.
이러한 과열에 의한 전극 용융을 막기 위하여, 금속의 전극 본체보다도 열전도율이 높고, 융점이 낮은 금속 재료를 본체 내부공간에 봉입하는 전극구조가 알려져 있다(특허문헌 2 참조). 거기에서는, 바닥 있는 통 형상의 금속 부재에 뚜껑 부재를 용접하여, 밀폐공간을 만든 전극을 형성한다.In order to prevent the electrode melting by such overheating, the electrode structure which encloses the metal material whose thermal conductivity is higher than the metal electrode main body and whose melting point is low in the internal space of a main body is known (refer patent document 2). There, the lid member is welded to a bottomed cylindrical metal member to form an electrode having a sealed space.
(발명의 개요)(Summary of invention)
(발명이 해결하고자 하는 과제)(Tasks to be solved by the invention)
전극 표면 부근의 결정구조, 금속 조성을 바꾸어도, 열전도성, 도전성, 내구성 등의 전극 특성을 전체적으로 크게 개선시킬 수는 없다. 특히, 대출력형 방전램프의 경우, 열방출 특성이 큰 향상은 바랄 수 없다. 그렇지만, 동 종류, 또는 다른 종류의 부재를 조합하여 전극을 구성하면, 부재 사이의 접합상태가 내구성, 열전도성 등에 영향을 준다.Even if the crystal structure and the metal composition in the vicinity of the electrode surface are changed, the electrode characteristics such as thermal conductivity, conductivity and durability cannot be greatly improved as a whole. In particular, in the case of a large output discharge lamp, a large improvement in heat dissipation characteristics cannot be expected. However, when the electrode is formed by combining the same or different kinds of members, the bonding state between the members affects durability, thermal conductivity and the like.
예를 들면, 전자빔 용접 등의 용접에 의해 금속 부재를 접합하여 전극을 구성하는 경우, 접합면을 따라 금속 결정의 직경이 비대하게 되어, 직경의 크기가 불균일하게 된다. 또, 전극축방향을 따른 결정 직경의 변화가 불연속하게 되어, 접합부분에 결정 경계가 나타난다. 그 때문에 전극강도가 접합부분에서 저하된다.For example, when a metal member is joined by welding, such as electron beam welding, the diameter of a metal crystal becomes large along a joining surface, and the magnitude | size of a diameter becomes nonuniform. In addition, the change of the crystal diameter along the electrode axis direction is discontinuous, and a crystal boundary appears at the junction portion. As a result, the electrode strength decreases at the junction.
또, 결정 직경의 크기 등 금속조직이 접합면 부근에서 불균일, 또는 불연속일 경우, 전극축방향을 따른 열의 전도 특성이 접합면 전체에서 균일하게 되지 않아, 전극 내부의 열 수송이 원활하게 이루어지지 않는다. 그 결과, 전극 내부에 국소적인 과열 상태가 발생하여, 전극 소모를 빠르게 한다.In addition, when the metal structure such as the size of the crystal diameter is nonuniform or discontinuous near the joint surface, the heat conduction characteristics along the electrode axis direction are not uniform throughout the joint surface, and heat transport inside the electrode is not smooth. . As a result, a local overheating condition occurs inside the electrode, which speeds up electrode consumption.
따라서, 전극 특성에 악영향을 주지 않도록, 복수의 부재를 조합하여 전극을 구성하는 것이 요구된다.Therefore, in order not to adversely affect an electrode characteristic, it is calculated | required to comprise an electrode combining several members.
본 발명의 방전램프는 방전관과, 방전관 내에 배치되는 1쌍의 전극을 구비하고, 예를 들면, 쇼트 아크형 방전램프(특히 대출력 방전램프)로서 구성된다. 그리고, 방전램프의 적어도 일방의 전극이, 복수의 고체 부재를 고상 접합시킨 전극에 의해 구성되고, 적어도 1개의 고체 부재는 금속 부재로 이루어진다. 예를 들면, 복수의 금속 부재를 접합하는 것이 가능하며, 전극을 구성하는 고체 부재의 수는 임의이다. 또한 고체 부재끼리를 직접 접합하거나, 또는, 부재 간에 접합성능 등을 향상시키는 부재를 개재시켜 접합해도 된다(이 개재 부재를 복수의 고체 부재로 간주하는 것도 가능함).The discharge lamp of this invention is equipped with a discharge tube and a pair of electrode arrange | positioned in a discharge tube, For example, it is comprised as a short arc type discharge lamp (especially a large output discharge lamp). And at least one electrode of a discharge lamp is comprised by the electrode which solid-state-bonded the some solid member, and the at least 1 solid member consists of a metal member. For example, it is possible to join a some metal member, and the number of solid members which comprise an electrode is arbitrary. Moreover, you may join together solid members directly, or may join through the member which improves joining performance, etc. between members (this intervening member can also be regarded as a some solid member).
전극 본체를 구성하는 복수의 고체 부재에는, 전극 지지봉에 지지되는 고체 부재(이하에서는, 후단측 고체 부재라고 함)와, 전극 선단면을 갖는 고체 부재(이하, 선단측 고체 부재라고 함)이 포함되어 있고, 후단측 고체 부재와 선단측 고체 부재 사이에서 고상 접합함으로써 형성된다. 고상 접합에서는, 고체 부재 간의 접합면을 접촉시켜, 가압, 가열하면서 고체 부재끼리 접합한다.The plurality of solid members constituting the electrode main body include a solid member (hereinafter referred to as a rear end solid member) supported by an electrode support rod, and a solid member (hereinafter referred to as a front end solid member) having an electrode end surface. It is formed by solid-state bonding between a rear end solid member and a front end solid member. In solid state joining, the joining surfaces between solid members are contacted, and solid members are joined together, pressing and heating.
본 발명에서는, 금속 부재의 접합면을 형성하는 결정립(이하, 접합면 결정립이라고 함)의 적어도 일부가 접합에 의해 변형된다. 그 반면, 그 이외의 결정립이 접합 전후에 있어서 실질적으로 변형되지 않는다. 예를 들면, 접합면 결정립은 결정립의 변형, 또는 입계 이동이 접합면(접합에 기여하는 면)의 전체에 걸쳐서 발생하고, 결정립의 변형은 접합에 기여하는 변형으로 되어 있다. 특히, 접합면이 초평활면이 아닌 경우, 큰 결정립이 형성되기 쉬워, 미소한 간극이 생긴다.In the present invention, at least a part of crystal grains (hereinafter referred to as bonding surface crystal grains) forming the bonding surface of the metal member are deformed by bonding. On the other hand, the other grains are not substantially deformed before and after bonding. For example, the joining surface crystal grains occur over the entire strained surface (surface that contributes to joining) or the deformation of the grains, or the grain boundary is a strain that contributes to the joining. In particular, when the joint surface is not a super smooth surface, large crystal grains are likely to be formed, and a small gap is generated.
한편, 접합면 결정립 이외의 금속 결정립에서는, 접합면 부근에 있어서, 접합에 기인하는 변형이 접합면 수직방향을 따라 실질적으로 발생해 있지 않다. 여기에서, 「실질적으로 발생해 있지 않다」란 접합에 직접 기여하는 결정립 변형(결정립 생성), 입계 이동이 발생해 있지 않아, 접합전의 결정립은 접합후에 있어서 거의 변형되어 있지 않은 것을 의미한다.On the other hand, in metal crystal grains other than the joining surface crystal grains, deformation due to the joining does not substantially occur along the joining surface vertical direction near the joining surface. Here, "it does not generate | occur | produce substantially" means that grain deformation (grain formation) and grain boundary movement which directly contribute to the bonding do not occur, and the grain before bonding is hardly deformed after the bonding.
이러한 고상 접합, 즉, 접합면 결정립을 직접 접합에 이용하고, 그 이외의 금속조직(결정립)을 접합의 영향으로부터 제외하는 부재간 접합에 의해, 접합후에 있어서의 금속 부재의 접합면 부근에서의 결정 직경은 균일 특성을 가지고 있다. 즉, 금속 부재의 결정립은 금속 부재의 접합면을 따라 거의 균일하게 되고, 또, 접합면 수직방향을 따라 거의 균일하게 되어 있다.Crystals in the vicinity of the joining surface of the metal member after joining by such a solid joining, that is, joining surface crystal grains are used for direct joining, and other metal structures (crystal grains) are excluded from the influence of joining. The diameter has a uniform characteristic. That is, the crystal grain of a metal member becomes substantially uniform along the joining surface of a metal member, and becomes substantially uniform along a joining surface vertical direction.
따라서, 접합면 부근에서는, 전자빔 용접 등과 같이, 1차, 2차 재결정에 의한 비대화 결정립이 생성되고, 비대화 결정립이 접합면 수직방향을 따라 층 형상으로 형성되지 않고, 결정 직경 등의 금속조직 특성은 접합면 방향, 접합면 수직방향에 관해서 불연속에 변화되어 있지 않다. Therefore, in the vicinity of the joint surface, enlarged crystal grains by primary and secondary recrystallization are generated, such as electron beam welding, and the like, and the enlarged crystal grains are not formed in a layer shape along the joint surface vertical direction. There is no change in discontinuity in the joining surface direction and the joining surface vertical direction.
이것에 의해, 접합면에 있어서의 금속 결정조직에 대해서는, 내구성, 열전도성에 관하여 밸런스가 우수한 구성으로 되어 있다. 접합면에서는 확실한 고상 접합에 의해 필요한 강도가 얻어지는 한편, 열 수송, 도전성에 대해서는, 접합면 위만 다른 금속조직과 결정 특성이 상이하다. 그 때문에 그 능력이 일체 구조의 전극과 비교하여 현저하게 저하되지 않는다. Thereby, about the metal crystal structure in a joining surface, it is the structure excellent in balance regarding durability and thermal conductivity. While the required strength is obtained by reliable solid phase joining at the joining surface, the crystal structure differs from other metal structures only on the joining surface with respect to heat transport and conductivity. Therefore, the capability does not fall remarkably compared with the electrode of an integral structure.
이와 같이, 접합면 부근에 있어서 도전성, 열전도성, 내구성이 안정되어 있기 때문에, 열전도성, 내구성 등이 국소적으로 저하되어, 급격한 부분적 전극 소모가 생길 우려가 없다. 따라서, 열전달성, 전자방출 특성, 내구성 등을 향상시키는 것과 같이, 이종 또는 동종의 고체 부재를 선택하고, 전극 형상을 자유롭게 설계하면서 접합하는 것이 가능하여, 우수한 특성을 갖는 전극구조를 얻을 수 있다. Thus, since electroconductivity, thermal conductivity, and durability are stable in the vicinity of a joining surface, thermal conductivity, durability, etc. fall locally, and there is no possibility that abrupt partial electrode consumption may arise. Therefore, it is possible to select heterogeneous or homogeneous solid members and to join while freely designing the electrode shape, such as to improve heat transfer, electron emission characteristics, durability, and the like, thereby obtaining an electrode structure having excellent characteristics.
또, 본 발명의 다른 국면에 있어서의 방전램프용 전극은 방전램프의 방전관 내에 배치되고, 전극 선단면을 포함하는 선단측 고체 부재와 전극 지지봉에 지지되는 후단측 고체 부재를 포함하는 복수의 고체 부재로 구성되는 전극으로서, 복수의 고체 부재를, 선단측 고체 부재와 후단측 고체 부재 사이에서 고상 접합함으로써 형성되고, 복수의 고체 부재 중 적어도 하나가 금속 부재이고, 금속 부재의 접합면을 형성하는 접합면 결정립의 적어도 일부가 접합에 의해 변형되고, 접합면 결정립 이외의 금속 결정립에 대해서는, 접합면 부근에서, 접합에 의한 변형이 접합면 수직방향을 따라 실질적으로 발생해 있지 않은 것을 특징으로 한다. Moreover, the discharge lamp electrode in another situation of this invention is arrange | positioned in the discharge tube of a discharge lamp, Comprising: The some solid member containing the front end side solid member containing an electrode front end surface, and the rear end side solid member supported by the electrode support rod. An electrode composed of a plurality of solid members, which is formed by solid-state bonding between a front end solid member and a rear end solid member, wherein at least one of the plurality of solid members is a metal member and forms a joining surface of the metal member. At least a part of the surface crystal grains are deformed by the bonding, and for metal grains other than the bonding surface grains, deformation due to the bonding is not substantially generated along the bonding surface vertical direction in the vicinity of the bonding surface.
한편, 본 발명의 다른 국면에 있어서의 방전램프, 또는 방전램프용 전극은 고상 접합에 있어서 접합면을 경사화시킨 전극을 구비하는 것이 가능하다. 즉, 방전램프는 방전관과, 방전관 내에 배치되는 1쌍의 전극을 구비하고, 적어도 일방의 전극이 복수의 고체 부재를 고상 접합함으로써 형성되는 전극이다. On the other hand, the discharge lamp or the electrode for the discharge lamp in another aspect of the present invention can be provided with an electrode in which the bonding surface is inclined in the solid state bonding. That is, a discharge lamp is an electrode provided with a discharge tube and a pair of electrode arrange | positioned in a discharge tube, and at least one electrode is formed by solid-state joining a some solid member.
그리고, 복수의 고체 부재 중 적어도 하나가 금속 부재이며, 금속 부재의 결정 직경이 부재 간의 접합면을 따라 거의 균일하고, 금속 부재의 접합면 부근에서 금속 결정, 결정조직이 접합면 수직방향을 따라 경사화 되어 있다. At least one of the plurality of solid members is a metal member, and the crystal diameter of the metal member is almost uniform along the joining surface between the members, and the metal crystal and the crystal structure are inclined along the joining surface vertical direction near the joining surface of the metal member. It is mad.
「경사화」는, 예를 들면, 이하의 참고문헌 1, 2에 기재되어 있다. "Sloped" is described in the following
[참고문헌 1] 「특허유통 지원 차트」15년도 화학 14 경금속 기재 복합재료[Reference 1] 「Patent Distribution Support Chart」 15 Chemistry 14 Light Metal Base Composite Material
독립행정법인 공업소유권·연수관, Industrial property rights and training center,
1.1.1 경금속 기재 복합재료의 기술 (7) 경사화1.1.1 Description of Light Metal Based Composites (7) Inclination
(http//ww.ryutu.inpit.go.jp/chart/H15/kagaku14/1/1-1.pdf)(http // ww.ryutu.inpit.go.jp / chart / H15 / kagaku14 / 1 / 1-1.pdf)
[참고문헌 2] 「경사 기능 재료의 기술전개」 씨엠씨 출판, 2009년 9월 22일 발행 [Ref. 2] 「Technology Development of Inclined Functional Materials」 CMC Publishing, September 22, 2009
제1장 경사 기능 재료의 외관
1.3 경사 기능 재료의 기본개념, 제5, 6쪽1.3 Basic Concepts of Functionally Graded Materials, pp. 5, 6
1.6 경사 기능 재료의 전망 제10쪽1.6 Prospect of Tilt Functional Materials,
문헌 1, 2에 기재되어 있는 바와 같이, 경사화란 조성, 조직, 또는 그 이외의 기능을 연속적으로 그 내부에서 변화시킨 상태를 의미한다. 본원발명의 경우, 금속 결정, 즉 금속 부재의 구조가 자신의 특성, 성질, 기능에 관하여, 접합면 수직방향을 따라 연속적 또는 단계적으로 변화되는 것을 나타내고 있고, 그 접합면 부근에서 분포(경사) 구조가 발현되어 있는 것을 의미한다. 예를 들면, 하나의 구체적 특징으로서, 금속 부재를 포함한 복수의 고체 부재를 고상 접합시킬 때, 결정 직경이 접합면으로부터 떨어지는 방향을 따라 연속적으로 변화된다. As described in
본 발명에서는, 각각 별개로 준비되는 고체상 부재를 고상 접합함으로써, 접합면에 있어서 금속 결정립의 구성, 금속조직이 내구성, 열전도성에 관하여 우수한 구성으로 되어 있다. 금속 결정의 직경은 고체 부재 사이의 접합면을 따라 거의 균일하며, 접합면 수직방향을 따른 결정은 접합면 부근에서 경사화 되어 있다. 즉, 접합면 부근에 있어서 결정이 단계적, 연속적이며, 급격한 결정 변화가 없다. In the present invention, by solid-state joining the solid-state members that are separately prepared, the structure of the metal crystal grains and the metal structure of the joining surface are excellent in terms of durability and thermal conductivity. The diameter of the metal crystal is almost uniform along the joint surface between the solid members, and the crystal along the joint surface vertical direction is inclined near the joint surface. In other words, the crystal is stepwise and continuous in the vicinity of the joint surface, and there is no abrupt crystal change.
접합면 부근에서도, 도전성, 열전도성, 내구성이 안정되어 있기 때문에, 열전도성, 내구성 등이 국소적으로 저하되어, 급격한 부분적 전극 소모가 발생할 우려가 없어, 열전달성, 전자방출 특성, 내구성 등을 향상시키도록 이종 또는 동종의 고체 부재를 선택하고, 접합함으로써 우수한 특성을 갖는 전극구조를 얻을 수 있다. In the vicinity of the bonding surface, since the conductivity, thermal conductivity, and durability are stable, thermal conductivity, durability, and the like are locally lowered, and there is no fear of sudden partial electrode consumption, thereby improving heat transfer, electron emission characteristics, and durability. By selecting and joining heterogeneous or homogeneous solid members, an electrode structure having excellent characteristics can be obtained.
접합면에서의 결정립 변형, 또는 경사화는, 부분적, 국소적으로 편재하는 것을 피하는 조건을 충족시키는 범위에서 전반적으로 형성되어 있으면 된다. 고상 접합 방식에 관해서는, 열 확산, 전계 확산 등을 이용한 고상 접합법을 적용하면 된다. 예를 들면, 고상 접합법의 하나인 확산 접합을 적용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 방전 플라즈마 소결법(SPS 소결법) 등에 의해 고체 부재끼리를 접합시키는 것이 가능하다. 고상 접합의 공정에서는, 결정립 변형/경사화를 실현시키도록, 가열조건, 가압조건 등이 설정된다. The grain deformation or inclination of the joining surface should just be formed generally in the range which satisfies the condition which avoids partial and local ubiquitous. As for the solid state bonding method, a solid state bonding method using thermal diffusion, electric field diffusion, or the like may be applied. For example, it is preferable to apply diffusion bonding which is one of solid state bonding methods. Specifically, the solid members can be joined to each other by the discharge plasma sintering method (SPS * † * method) or the like. In the solid phase bonding process, heating conditions, pressurization conditions, and the like are set so as to realize grain deformation / tilting.
고체 부재의 접합면의 매끄러움의 정도는 다양하며, 초평활면이 아닌 경우, 미소한 간극이 접합면에 생긴다. 미소한 간극만을 대상으로 가열하여 결정립 변형을 생기게 하지 않도록 하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 방전 플라즈마 소결 방식에 의한 접합(SPS 접합)에 의해 고체 부재끼리를 접합하는 것이 바람직하다. The degree of smoothness of the joining surface of the solid member varies, and when it is not the ultra smooth surface, a minute gap occurs in the joining surface. It is conceivable to heat only a small gap so as not to cause grain deformation. In this case, it is preferable to join solid members together by bonding (SPS bonding) by a discharge plasma sintering system.
접합 부재의 조합에 대해서는, 열 수송 효과, 내구성 등 목적에 따라 고체 부재의 조합을 결정하면 되고, 전극형상도 목적에 따라 정하면 된다. 전극을 구성하는 고체 부재의 수는 임의이다. 예를 들면, 쇼트 아크형 방전램프 등에서는 원추대 형상의 전극 선단부와 원주 형상의 전극 동체부에 의해 전극이 구성되어 있는데, 접합면은, 고체 부재의 조합, 형상에 따라 전극 선단부, 또는 전극 동체부에 위치하는 것이 가능하다. About the combination of a joining member, what is necessary is just to determine the combination of a solid member according to the purpose, such as a heat-transport effect, durability, etc., and also to determine an electrode shape according to the objective. The number of solid members constituting the electrode is arbitrary. For example, in a short arc discharge lamp or the like, an electrode is constituted by a truncated cone-shaped electrode tip and a circumferential electrode fuselage. The joining surface is an electrode tip or an electrode fuselage depending on the combination and shape of a solid member. It is possible to be located at
구체적인 고체 부재의 조합으로서는 선단측 고체 부재와 후단측 고체 부재의 2개의 조합으로 전극 본체를 구성해도 된다. 예를 들면, 원주 형상 부분과 원추대 형상 부분으로 이루어지는 전극 형상의 경우, 전극 선단부와 전극 동체부의 일부를 구성하는 고체 부재와 나머지 전극 동체부를 구성하는 고체 부재를 접합하는 것도 가능하고, 또한 전극 동체부와 전극 선단부의 일부를 구성하는 고체 부재와, 나머지의 전극 선단부를 구성하는 고체 부재를 접합할 수도 있다. 또는, 전극 선단부와 전극 동체부를 각각 별개의 고체 부재로 구성하고, 접합해도 된다. As a combination of a specific solid member, you may comprise an electrode main body with two combinations of a front end side solid member and a rear end side solid member. For example, in the case of the electrode shape which consists of a columnar part and a cone-shaped part, it is also possible to join the solid member which comprises a part of an electrode tip part and an electrode body part, and the solid member which comprises a remainder electrode body part, and also an electrode body part And a solid member constituting a part of the electrode tip and a solid member constituting the remaining electrode tip. Alternatively, the electrode tip portion and the electrode body portion may be formed of separate solid members, respectively, and may be joined.
예를 들면, 전극 선단부 전체를 하나의 고체 부재로 구성하는 경우, 원추대 형상의 전극 선단부와, 제 2 고체 부재의 직경과 같은 직경을 갖는 원주 형상 접합부에 의해, 제 1 고체 부재를 구성할 수 있다. 이러한 전극구조로 하면, 동체부에 내부공간을 형성하는, 방열핀을 둘레 방향에 형성하는 등, 동체부의 구성을 비교적 자유롭게 설계할 수 있다. For example, when the whole electrode tip part is comprised by one solid member, a 1st solid member can be comprised by the truncated electrode tip part of a truncated cone shape, and the columnar junction part which has a diameter equal to the diameter of a 2nd solid member. . With such an electrode structure, the structure of the body portion can be designed relatively freely, such as forming a heat radiation fin in the circumferential direction to form an inner space in the body portion.
한편, 전극 선단부의 일부만을 1개의 고체 부재로 구성하는 경우, 동체부와, 제 1 고체 부재와 접합하는 원추대 형상 전극 접합부에 의해 제 2 고체 부재가 구성된다. 이러한 전극 구조로 하면, 전극 선단부의 특성만을 바꾸는 것과 같은 설계가 가능하게 된다. On the other hand, when only a part of an electrode tip part is comprised by one solid member, a 2nd solid member is comprised by the trunk | drum and the cone-shaped electrode junction part joined with a 1st solid member. With such an electrode structure, a design such as changing only the characteristics of the electrode tip portion is possible.
전극축방향을 따른 열 수송 효과를 높이는 것을 고려하면, 열전도율이 상이한 고체 부재를 접합하고, 그리고, 열전도율의 상대적으로 높은 고체 부재에 의해 전극 지지봉측의 전극 동체부를 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 순 텅스텐 등의 고융점 고체 부재를 전극 동체부로서 구성할 수 있다. 한편, 자유로운 전극 형상을 구성하는 것을 목적으로, 동일한 종류, 동일한 특성의 고체 부재끼리를 접합시켜 전극을 형성하는 것도 가능하다. In consideration of increasing the heat transport effect along the electrode axial direction, it is preferable to join the solid members having different thermal conductivity and to configure the electrode body portion on the electrode support rod side by the relatively high solid member of the thermal conductivity. For example, high melting point solid members, such as pure tungsten, can be comprised as an electrode body part. On the other hand, for the purpose of constituting a free electrode shape, it is also possible to form electrodes by joining solid members of the same kind and the same characteristic.
전극 선단부 전체를 하나의 고체 부재로 구성하는 경우, 원추대 형상의 전극 선단부와, 원주 형상 접합부에 의해 선단측 고체 부재를 구성할 수 있다. 이러한 전극구조로 하면, 동체부에 내부공간을 형성하거나, 또는 방열핀을 둘레 방향에 형성하는 등, 동체부의 구성을 비교적 자유롭게 설계할 수 있다. 한편, 전극 선단부의 일부만을 1개의 고체 부재로 구성해도 된다. When the whole electrode tip part is comprised by one solid member, a tip side solid member can be comprised by a truncated electrode tip part and a columnar junction part. With such an electrode structure, the structure of the body portion can be designed relatively freely, such as forming an internal space in the body portion or forming a heat radiation fin in the circumferential direction. In addition, you may comprise only one part of an electrode tip part with one solid member.
통상, 전극 형상은 전극축을 중심으로 하여 대칭적이며, 열, 전류는 전극축을 따른 이동으로 된다. 따라서, 전극축을 따라 고체 부재를 적소, 적재에 배치하는 것이 바람직하고, 접합면이 전극축 수직방향을 따라 형성되도록, 고체 부재를 고상 접합시키는 것이 좋다. 예를 들면, 고상 접합시킨 후에 전극을 절삭 성형하는 경우, 전극축 수직방향을 따라 접합면을 형성하면, 작업 중의 전극 안정성이 우수하게 된다. Usually, the electrode shape is symmetrical about the electrode axis, and the heat and the current become the movement along the electrode axis. Therefore, it is preferable to arrange | position a solid member in place along the electrode shaft, and it is good to solid-state-bond a solid member so that a joining surface may be formed along an electrode shaft vertical direction. For example, in the case of cutting and forming an electrode after solid phase bonding, when the bonding surface is formed along the vertical direction of the electrode shaft, the electrode stability during operation becomes excellent.
또한 양극을 연직 상측에 배치시킨 방전램프에 있어서, 텅스텐 등의 전극 선단부에 열전도율이 높은 고체 부재를 접합시키는 경우, 전극 선단면에서 접합면까지 전극축방향의 거리가 동일하게 된다. 그 때문에, 전극축을 따른 열의 수송에 편차가 없고, 램프 점등 중의 온도분포는 전극축을 중심으로 하여 대칭적인 분포가 되어, 국소적인 과열에 의한 전극마모가 발생하지 않는다. In a discharge lamp in which an anode is placed vertically above, when a solid member having high thermal conductivity is bonded to an electrode tip such as tungsten, the distance in the electrode axial direction from the electrode tip surface to the bonding surface is the same. Therefore, there is no variation in the transport of heat along the electrode axis, and the temperature distribution during lamp lighting is symmetrically distributed around the electrode axis, and electrode wear due to local overheating does not occur.
전극의 과열을 막는 것을 생각하면, 열 수송과 함께 열방출 효과를 높이는 것이 바람직하다. 접합하는 고체 부재의 접촉면을 완전한 평탄(초평활면)으로 하지 않으면, 접합면을 따라 간극이 접합후에도 부분적으로 잔류하여, 램프 점등 중에 간극으로부터 열이 방출된다. 따라서, 접합면을 따라 간극이 형성되는 것과 같은 접촉면을 갖는 고체 부재끼리를 고상 접합시키는 것이 좋다. 예를 들면, 전극 표면 부근에 쐐기를 둘레 방향을 따라 형성하고, 간극을 만들어도 된다. In consideration of preventing overheating of the electrode, it is preferable to enhance the heat dissipation effect together with the?-? Transport. If the contact surface of the solid member to be joined is not completely flat (super smooth surface), the gap remains partially after the bonding even after the bonding, and heat is released from the gap during lamp lighting. Therefore, it is good to solid-state-bond solid members which have a contact surface like a clearance gap formed along a joining surface. For example, a wedge may be formed along the circumferential direction near the electrode surface to form a gap.
상기한 바와 같이, 전극의 제조공정 방법에 대해서는, 예를 들면, SPS 접합에 의해 복수의 고체 부재가 접합 가능하다. 이 경우, 가능한 한 접합면에 보내는 전류밀도를 높임으로써, 접합면을 국소적으로 가열하는 것이 바람직하다. 따라서, 금속 부재의 접합면에 따른 면적(접합에 기여하는 면적)을 S01, 금속 부재의 충전부분에 있어서의 전극축 수직방향을 따른 단면적을 S02라고 하면, S02>S01을 충족시키도록 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 접합면 부근을 원추 형상으로 하여 접합면 면적을 축소해도 된다. As mentioned above, about a manufacturing method of an electrode, a some solid member can be joined by SPS bonding, for example. In this case, it is preferable to locally heat the joint surface by increasing the current density sent to the joint surface as much as possible. Therefore, if the area (area contributing to the joining) along the joining surface of the metal member is S01, and the cross-sectional area along the electrode axis vertical direction in the filling part of the metal member is S02, it is configured to satisfy S02> S01. desirable. For example, you may reduce the joint surface area by making a conical shape near a joint surface.
또는, 전극 내부에 밀폐공간을 만들고, 접합면을 가장자리 부분으로 하여 구성해도 된다. 접합부분(즉 가열부분)이 전극축에 관하여 균일분포로 함으로써 접합시의 강도 밸런스가 우수한 것을 고려하여, 대략 원주 형상의 전극 동체부의 직경방향의 단면적에 있어서 최소가 되는, 즉, 접합면이 원 형상, 또는 환 형상이 되도록, S01을 구성하는 것이 바람직하다. Alternatively, a sealed space may be formed inside the electrode, and the bonding surface may be configured as an edge portion. Considering that the bonding portion (ie, the heating portion) has a uniform distribution with respect to the electrode axis, in consideration of the excellent balance of strength at the time of bonding, the joining surface becomes the smallest in the radial cross-sectional area of the electrode body of the substantially cylindrical shape. It is preferable to comprise S01 so that it may become a shape or ring shape.
접합면의 평활 정도에 관계없이 고체 부재 사이의 접합상태를 향상시키기 위하여, 연질의 부재를 사이에 끼워 고체 부재끼리를 접합시켜도 된다. 접합강도를 높이기 위하여, 개재 고체 부재를 사이에 두고 금속 부재를 다른 고체 부재와 접합하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 개재 고체 부재는 접합하는 고체 부재보다도 연한 부재로서 구성된다. 여기에서, 「연질의」 부재란, 예를 들면, 경도가 낮은 것이나, 연성이나 전성이 풍부한(높은) 것으로, 접합시에 있어서 고체 부재보다도 변형이 커지는 부재를 말한다. Regardless of the degree of smoothing of the joining surface, in order to improve the joining state between the solid members, the soft members may be sandwiched between the solid members. In order to increase the bonding strength, it is preferable to join the metal member with another solid member with an intervening solid member interposed therebetween. For example, the intervening solid member is configured as a member that is softer than the solid member to be joined. Here, the "soft" member is, for example, one having a low hardness, rich in ductility or malleability (high), and a member having a larger deformation than a solid member at the time of joining.
예를 들면, 금속 부재가 텅스텐인 경우, 텅스텐보다도 연한 금속으로서 몰리브덴, 탄탈, 바나듐, 니오븀, 티탄, 금, 백금, 레늄 중 적어도 어느 하나를 포함하도록 구성하면 된다. 또, 열전도성, 도전성을 안정시키는 것을 고려하여, 개재 고체 부재에 텅스텐을 포함하는 합금으로 하는 것이 좋다. For example, when a metal member is tungsten, what is necessary is just to comprise so that at least any one of molybdenum, tantalum, vanadium, niobium, titanium, gold, platinum, and rhenium may be softer than tungsten. In addition, in consideration of stabilizing thermal conductivity and conductivity, an alloy containing tungsten in the interposing solid member may be used.
전극구조로서는 오목 형상 금속 부재를 설치하고, 복수의 고체 부재를 접합함으로써 전극 내부에 밀폐공간을 형성하고, 점등시에 용융하는 저융점 금속을 밀폐공간에 삽입함으로써 전극축방향의 열 수송 효율을 향상시키는 것이 가능하다. As the electrode structure, a concave metal member is provided, a plurality of solid members are joined to form a sealed space inside the electrode, and a low melting point metal melted at the time of lighting is inserted into the sealed space to improve heat transport efficiency in the electrode axial direction. It is possible to let.
이 경우, 전극 본체가 형성된 후, 전극 지지봉이 후단측 고체 부재에 접합된다. 이 때, 전극 지지봉측에서의 압력에 의해, 후단측 고체 부재가 변형되고, 그 압력이 접합면에 전해짐으로써 접합면 박리가 생길 우려가 있다. In this case, after the electrode main body is formed, the electrode supporting rod is joined to the rear end side solid member. At this time, the rear end side solid member deform | transforms by the pressure in the electrode support rod side, and there exists a possibility that joining surface peeling may occur because the pressure is transmitted to a joining surface.
이것을 막기 위하여, 오목 형상 금속 부재의 접합면은, 도전성의 전극 지지봉에 지지되는 후단측 고체 부재의 전극 지지봉과의 접합 선단부보다도, 램프 중심측(타방의 전극측)에 위치시키는 것이 바람직하다. 접합면에 있어서는, 밀폐공간으로 통하는 간극이 생기지 않도록 접합면을 구성하는(예를 들면, 금속 부재의 오목부 벽면과 단면 양쪽에 접합면을 구성하는) 것이 바람직하다. 또, 접합면으로 용해 금속이 밀고 들어가는 것을 막는 것을 고려하고, 오목 형상 금속 부재의 접합면이, 점등시에 용융되는 점등시 용해 금속의 응고범위보다도 전극 지지봉측에 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다. In order to prevent this, it is preferable that the joining surface of the concave metal member is located at the lamp center side (the other electrode side) than the tip end portion of the rear end side solid member supported by the conductive electrode support rod. In the joining surface, it is preferable to construct the joining surface (for example, joining surfaces on both the concave wall surface and the end face of the metal member) so that a gap leading to the sealed space does not occur. In addition, in consideration of preventing the molten metal from being pushed into the joining surface, the joining surface of the concave metal member is preferably configured to be located at the electrode support rod side rather than the solidification range of the lit metal melted at the time of lighting.
전극 자체의 방열 효과를 높이기 위해서는, 표면적을 증가시키는 것이 바람직하다. 복수의 고체 부재를 접합하여 핀 형상, 슬라이스 형상으로 전극을 형성함으로써, 종래의 제조에서는 어려웠던 깊은 홈의 전극구조가 가능하게 된다. In order to enhance the heat dissipation effect of the electrode itself, it is desirable to increase the surface area. By joining a plurality of solid members to form an electrode in a pin shape and a slice shape, an electrode structure of a deep groove, which has been difficult in the conventional production, becomes possible.
예를 들면, 사이즈, 직경이 상이한 복수의 판 형상 고체 부재를 구비하고, 전극축방향을 따라 전극 직경이 변화되도록 복수의 판 형상 고체 부재를 접합시켜도 된다. 직경이 상이한 판 형상의 고정 부재를 접합함으로써, 주상 전극 동체부에 대하여 전극축 수직방향의 전극직경이 단속적으로 증가, 감소하는 전극을 구성할 수 있다. For example, a plurality of plate-like solid members having different sizes and diameters may be provided, and a plurality of plate-like solid members may be joined to change the electrode diameter along the electrode axis direction. By joining the plate-shaped fixing members having different diameters, it is possible to construct an electrode in which the electrode diameter in the direction perpendicular to the electrode axis increases intermittently with the columnar electrode body portion.
또는, 전극축방향을 따라 핀을 배열 설치한 전극형상으로 하는 것도 가능하다. 예를 들면, 복수의 고체 부재로서 전극 선단면을 갖는 전극 선단 부재와, 전극 선단 부재보다도 사이즈, 직경이 작은 통 형상 부재로부터 직경방향으로 뻗어 있는 복수의 핀이 둘레방향으로 소정 간격으로 배열되는 동체 부재를 준비하고, 전극 선단 부재와 통 형상 부재를 동축으로 접합시킨 전극을 구성해도 된다. 이것에 의해, 주상 전극 동체부에는, 깊은 홈이 전극축방향을 따라 형성 가능하게 된다. 또, 핀과 전극 선단 부재도 접합시키는 구성으로 해도 된다. Alternatively, it is also possible to form an electrode in which pins are arranged along the electrode axis direction. For example, an electrode tip member having an electrode tip surface as a plurality of solid members, and a body in which a plurality of pins extending in the radial direction from a tubular member having a smaller size and diameter than the electrode tip member are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. A member may be prepared and the electrode which coaxially joined the electrode tip member and the cylindrical member may be configured. As a result, a deep groove can be formed in the columnar electrode body portion along the electrode axial direction. Moreover, it is good also as a structure which also joins a pin and an electrode tip member.
이러한 핀 형상을 갖는 전극의 경우, 전극 선단 부재의 접합면이 홈의 종단면의 일부를 구성하도록 핀을 형성하고, 핀을 방전으로부터 보호하고, 방전에 의해 과열된 가스가 접합부에 직접 들어가는 것을 막는 것이 좋다. 복수의 핀은 전극 선단 부재의 접합면으로부터 돌출하지 않는 직경방향 사이즈를 갖도록 형성된다. In the case of an electrode having such a pin shape, it is necessary to form a fin so that the joining surface of the electrode tip member constitutes a part of the longitudinal cross section of the groove, protect the fin from discharge, and prevent the gas that is overheated by the discharge from directly entering the joining portion. good. The plurality of pins are formed to have a radial size that does not protrude from the joining surface of the electrode tip member.
또, 방열성을 높이기 위하여 핀의 수를 많게 하면, 전극 동체 부분의 단면적이 작아져, 전극축방향의 열전도가 저하된다. 그 때문에 동체 부재의 전극축 수직방향을 따른 단면적을 S11, 복수의 핀 사이의 홈을 메운 경우의 가상 동체 부재의 전극축 수직방향을 따른 단면적을 S12이라고 하면, S12×2/3≤S11을 충족시키도록 구성하는 것이 좋다. Moreover, when the number of fins is increased in order to improve heat dissipation, the cross-sectional area of the electrode body portion becomes small, and thermal conductivity in the electrode axial direction is lowered. Therefore, if the cross-sectional area along the electrode axis vertical direction of the fuselage member is S11 and the cross-sectional area along the electrode axis vertical direction of the virtual fuselage member when the groove between the plurality of pins is filled is S12, S12 × 2/3 ≦ S11 is satisfied. It is good to configure it.
본 발명의 다른 국면에 있어서의 방전램프용 전극의 제조방법은, 전극 선단면을 포함하는 선단측 고체 부재와 전극 지지봉에 지지되는 후단측 고체 부재를 포함하고, 적어도 하나가 금속 부재인 복수의 고체 부재를, 선단측 고체 부재와 후단측 고체 사이에서 고상 접합시키는 제조방법으로서, 금속 부재의 접합면을 형성하는 접합면 결정립의 적어도 일부가 접합에 의해 변형되고, 접합면 결정립 이외의 금속 결정립에 대해서는, 접합면 부근에서, 접합에 의한 변형이 접합면 수직방향을 따라 실질적으로 발생하지 않도록, 복수의 고체 부재를 고상 접합시키는 것을 특징으로 한다. 예를 들면, 접합면 결정립만 접합에 기여하게 하는 고상 접합 방법으로서, 접합면의 미소 간극에 국소적 가열을 주는 SPS 접합을 적용하는 것이 바람직하다. The manufacturing method of the electrode for discharge lamps in another aspect of this invention contains the front-end side solid member containing an electrode front end surface, and the rear-end side solid member supported by the electrode support rod, At least one solid which is a metal member As a manufacturing method for solid-state joining a member between a front end side solid member and a rear end solid, at least one part of the joining surface crystal grains which form the joining surface of a metal member is deformed by joining, About metal grains other than joining surface grains In the vicinity of the bonding surface, a plurality of solid members are solid-bonded so that deformation due to bonding does not substantially occur along the bonding surface vertical direction. For example, as a solid-state joining method in which only the joining surface crystal grains contribute to joining, it is preferable to apply SPS joining that gives local heating to the micro gaps of the joining surfaces.
한편, 본 발명의 다른 국면에 있어서의 방전램프용 전극의 제조방법은 전극 선단면을 갖는 제 1 고체 부재와, 도전성의 전극 지지봉에 의해 지지되는 제 2 고체 부재를 포함하는 복수의 고체 부재이며, 적어도 하나가 금속 부재인 복수의 고체 부재를 제 1 고체 부재와 제 2 고체 부재 사이에서 고상 접합시키는 제조방법으로서, 금속 부재의 결정 직경이 부재 사이의 접합면을 따라 거의 균일하게 되고, 금속 부재의 접합면 부근에서 금속 결정이 접합면 수직방향을 따라 경사화 되도록, 복수의 고체 부재를 고상 접합시키는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the manufacturing method of the electrode for discharge lamps in another situation of this invention is a some solid member containing the 1st solid member which has an electrode front end surface, and the 2nd solid member supported by the electroconductive electrode support rod, A manufacturing method for solid-state bonding a plurality of solid members, at least one of which is a metal member, between a first solid member and a second solid member, wherein the crystal diameter of the metal member is made substantially uniform along the joining surface between the members. It is characterized by solid-state bonding of the plurality of solid members so that the metal crystals are inclined along the joining plane vertical direction in the vicinity of the joining plane.
또한, 본 발명의 다른 국면에 있어서의 방전램프용 전극, 또는 방전램프는 전술한 바와 같은 고상 접합, 즉, 실질적 접합면 결정립만에 의한 면 접합, 또는 경사화에 의한 전극뿐만 아니라, 융접 등 다른 용접의 방법에 의해 복수의 고체 부재를 접합한 전극도 포함한다. 방전램프의 경우, 방전관과, 방전관 내에 배치되는 1쌍의 전극을 구비하고, 적어도 일방의 전극이 복수의 고체 부재를 용접함으로써 형성되는 전극으로, 복수의 고체 부재 중 적어도 하나가 금속 부재이다. In addition, the discharge lamp electrode or the discharge lamp in another aspect of the present invention is not only solid-state bonding as described above, that is, surface bonding only by the substantial bonding surface crystal grains, or electrode by inclination, The electrode which joined the some solid member by the welding method is also included. In the case of a discharge lamp, it is an electrode provided with a discharge tube and a pair of electrode arrange | positioned in a discharge tube, and at least one electrode is formed by welding a some solid member, At least one of a some solid member is a metal member.
이러한 방전램프용 전극, 또는 방전램프는, 전술한 바와 같은 특징, 즉, 개재 고체 부재를 설치하는 구성, 밀폐공간을 설치하여 전극 지지봉 접합부, 금속 응고범위에 대한 접합면의 위치를 조정하는 구성, 전극 표면적을 증가시킨 슬라이스 구조, 핀 구조를 구비한 전극의 적어도 어느 하나의 구성을 구비한다. The electrode for the discharge lamp or the discharge lamp has the same characteristics as described above, that is, a structure for installing an interposing solid member, a structure for providing an airtight space to adjust the position of the electrode support rod joint portion and the joint surface with respect to the metal solidification range, At least any one structure of the electrode provided with the slice structure and fin structure which increased the electrode surface area is provided.
본 발명에 의하면, 전극 특성에 영향을 주지 않고, 여러 고체를 조합한 전극을 구성할 수 있다. According to this invention, the electrode which combined various solids can be comprised, without affecting an electrode characteristic.
도 1은 제 1 실시형태인 쇼트 아크형 방전램프를 모식적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 양극의 개략적인 단면도이다.
도 3은 방전 플라즈마 소결 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 제 2 실시형태에 있어서의 방전램프의 양극 단면도이다.
도 5는 제 3 실시형태에 있어서의 방전램프의 양극 단면도이다.
도 6은 제 4 실시형태에 있어서의 방전램프의 양극 단면도이다.
도 7은 제 5 실시형태인 방전램프의 양극 단면도이다.
도 8은 제 6 실시형태에 있어서의 방전램프의 양극 단면도이다.
도 9는 제 7 실시형태에 있어서의 방전램프의 양극을 위에서 본 평면도이다.
도 10은 제 7 실시형태에 있어서의 방전램프의 양극의 측면도이다.
도 11은 제 7 실시형태에 있어서의 방전램프의 양극 단면도이다.
도 12는 제 8 실시형태에 있어서의 방전램프의 양극 단면도이다.
도 13은 실시예 1에 있어서의 양극의 결정 직경 균일의 접합상태를 나타내는 전자현미경 사진을 나타낸 도면이다.
도 14는 실시예 2에 있어서의 개재 금속 부재를 금속 부재 사이에 개재시킨 양극의 결정 직경 균일의 접합상태를 나타내는 전자현미경 사진을 나타낸 도면이다.
도 15는 실시예 3에 있어서의 양극의 경사화되어 있는 접합상태를 나타내는 전자현미경 사진을 나타낸 도면이다.
도 16은 전자빔 접합에 의한 양극의 접합상태를 나타내는 전자현미경 사진을 나타낸 도면이다. 1 is a plan view schematically showing a short arc type discharge lamp according to a first embodiment.
2 is a schematic cross-sectional view of the anode.
3 is a view showing a discharge plasma sintering apparatus.
Fig. 4 is a sectional view of the anode of the discharge lamp in the second embodiment.
Fig. 5 is a sectional view of the anode of the discharge lamp in the third embodiment.
Fig. 6 is a sectional view of the anode of the discharge lamp in the fourth embodiment.
Fig. 7 is a sectional view of the anode of the discharge lamp as the fifth embodiment.
8 is a cross-sectional view of the anode of the discharge lamp in the sixth embodiment.
9 is a plan view of the anode of the discharge lamp according to the seventh embodiment as seen from above.
Fig. 10 is a side view of the anode of the discharge lamp in the seventh embodiment.
11 is a cross-sectional view of the anode of the discharge lamp in the seventh embodiment.
Fig. 12 is a sectional view of the anode of the discharge lamp in the eighth embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing an electron micrograph showing a bonding state of uniform crystal diameters of an anode in Example 1. FIG.
FIG. 14 is a view showing an electron micrograph showing a bonding state of a uniform crystal diameter of an anode in which an intervening metal member is interposed between metal members in Example 2. FIG.
FIG. 15 is a diagram showing an electron micrograph showing an inclined bonding state of the anode in Example 3. FIG.
FIG. 16 is a diagram showing an electron micrograph showing a bonding state of an anode by electron beam bonding. FIG.
(발명을 실시하기 위한 형태)(Form to carry out invention)
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described with reference to drawings.
도 1은 제 1 실시형태인 쇼트 아크형 방전램프를 모식적으로 도시한 평면도이다. 1 is a plan view schematically showing a short arc type discharge lamp according to a first embodiment.
쇼트 아크형 방전램프(10)는 패턴 형성하는 노광 장치(도시 생략)의 광원 등에 사용 가능한 방전램프이며, 투명한 석영유리제의 방전관(발광관)(12)을 구비한다. 방전관(12)에는, 음극(20), 양극(30)이 소정 간격을 가지고 대향 배치된다. The short arc
방전관(12)의 양측에는, 대향하도록 석영유리제의 밀봉관(13A, 13B)이 방전관(12)과 일체로 설치되어 있고, 밀봉관(13A, 13B)의 양단은 금구(19A, 19B)에 의해 막혀 있다. 방전램프(10)는 양극(30)이 상측, 음극(20)이 하측이 되도록 연직방향을 따라 배치되어 있다. 후술하는 바와 같이, 양극(30)은 2개의 금속 부재(40, 50)로 구성되어 있다. On both sides of the
밀봉관(13A, 13B)의 내부에는, 금속성의 음극(20), 양극(30)을 지지하는 도전성의 전극 지지봉(17A, 17B)이 배열 설치되고, 금속 링(도시 생략), 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(도시 생략)과 용착되어 있고, 이것에 의해, 수은, 및 희가스가 봉입된 방전 공간(DS)이 밀봉된다. Inside the sealing
리드 봉(15A, 15B)은 외부의 전원부(도시 생략)에 접속되어 있고, 리드 봉(15A, 15B), 금속박(16A, 16B), 그리고 전극 지지봉(17A, 17B)을 통하여 음극(20), 양극(30) 사이에 전압이 인가된다. 방전램프(10)에 전력이 공급되면, 전극 사이에서 아크 방전이 발생하고, 수은에 의한 휘선(자외광)이 방사된다. The
도 2는 양극의 개략적인 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view of the anode.
양극(30)은 전극 선단면(40S)을 갖는 금속 부재(선단측 고체 부재)(40)와, 금속 부재(40)와 접합하는 금속 부재(후단측 고체 부재)(50)로 구성되는 전극으로, 금속 부재(40)는 전극 선단면(40S)을 포함하는 원추대 형상 부분(40A)과, 원주 형상의 금속 부재(50)와 동일 직경을 갖고, 금속 부재(50)와 접합하는 원주 형상 부분(40B)에 의해 구성된다. 금속 부재(50)는 후단면(50B)에서 전극 지지봉(17B)에 의해 지지된다. The
금속 부재(40)는 순 텅스텐 등의 고융점, 또는 텅스텐을 주성분으로 하는 합금에 의해 구성된다. 한편, 원주 형상 금속 부재(50)는 금속 부재(40)보다도 열전도율이 높은 금속(예를 들면, 대형상 가능한 순 텅스텐, 몰리브덴, 게터 효과가 있는 탄탈, 열전도성이 높은 질화알루미늄 등)을 함유하는 금속으로 구성된다. The
금속 부재(40, 50)는 방전 플라즈마 소결(SPS 소결) 방식에 따라 고상 접합되어 있다. 본 실시형태에서는, 접합시의 가열, 가압을 조정함으로써, 접합면을 구성하는 금속 부재(40, 50)의 결정립이 되는 접합면 결정립이 접합에 기여하도록 , 변형되고, 그 이외의 금속조직 내에서는, 접합에 기인하는 결정 변형이 전극축방향을 따라 실질적으로 발생하지 않는다. The
금속 부재(40, 50)는, 각각 금속 분말을 소결함으로써 고형화 되어 있고, 금속조직은 1차 재결정화 구조로 되어 있다. 한편, 금속 부재(40, 50)를 고상 접합하여 전극(30)을 구성하면, 금속 부재(40, 50)의 접합면(S) 부근에서는, 전극축방향, 접합면 방향을 따라, 2차 재결정에 의한 결정립 비대화, 입계 이동 등은 발생해 있지 않아, 전극축(X)을 따라 결정조직이 비대화, 변형된 접합층이 형성되지 않는다. The
즉, 금속 부재(40, 50)의 접합면에서 대향하여 드러나 있던(노출해 있던) 접합면 결정립끼리가 접합 변형될 뿐이며, 그 이외의 금속 결정립에 대해서는, 접합면 방향, 수직방향에 관해서도, 접합에 기여하는 변형, 재결정화, 입계 이동이 거의 발생하지 않는다. 이러한 고상 접합에 의해, 접합후에 있어서의 금속 부재의 접합면 부근에서의 결정 직경이 금속 부재의 접합면에 따라 거의 균일하게 되고, 또한 접합면 수직방향을 따라 거의 균일하게 되어 있다. That is, the bonding surface crystal grains which are exposed (exposed) facing each other on the bonding surfaces of the
이러한 접합면(S)을 갖는 금속조직을 형성함으로써, 열전도 특성, 도전성에 대해서는, 접합면(S)을 따라 편차가 발생하지 않는다. 램프 점등에 의해 고온으로 되는 전극 선단면(40S)(1000℃ 이상)으로부터 전극 지지봉(17B)을 향하여 열이 수송되는 동안, 양극 내부의 온도분포는 전극축(X)을 중심으로 하여 대칭적인 분포로 되어, 열 수송은 접합면(S)에 의한 영향을 거의 받지 않는다. By forming the metal structure which has such a joining surface S, a deviation does not generate | occur | produce along the joining surface S with respect to thermal conductivity and electroconductivity. The temperature distribution inside the anode is symmetrically distributed about the electrode axis X while heat is transferred from the
도 3은 방전 플라즈마 소결 장치를 도시한 도면이다. 3 is a view showing a discharge plasma sintering apparatus.
방전 플라즈마 소결(SPS)에 의한 접합법은 성형체의 입자 간극에 펄스 형상의 전기에너지를 직접 투입하고, 불꽃방전 현상에 의해 순간적으로 발생하는 방전 플라즈마의 고온 에너지를 열확산, 전계확산 등에 적용한 접합방법이다. The joining method by discharge plasma sintering (SPS) is a joining method in which pulsed electrical energy is directly injected into the particle gap of the molded body, and high temperature energy of the discharge plasma generated instantaneously by the spark discharge phenomenon is applied to thermal diffusion, electric field diffusion and the like.
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 그래파이트제 다이(80)의 사이에, 도 2에 도시한 형상을 갖는 금속 부재(40, 50)가 각각 접합시키는 면을 접촉시킨 상태에서 설치된다. 금속 부재(40, 50)는 금속 분체를 소결하고 고형화된 후, 절삭 등의 금속 가공 처리에 의해 성형되고 있다. 또한, 금속 부재(40, 50)를 접합시킨 후에, 절삭 등에 의해 성형해도 된다. The discharge
그래파이트제의 상부 펀치(80A), 하부 펀치(80B)는 상부 펀치 전극(70A), 하부 펀치 전극(70B)과 각각 접속되어 있다. 장치 내를 진공분위기로 한 후, 펄스 전원(90)에 의해 상부 펀치(80A), 하부 펀치(80B) 사이에 전압이 인가된다. The
그리고, 통전과 함께, 가압기구(도시 생략)에 의해 상부 펀치(80A), 하부 펀치(80B) 사이에 압력이 가해진다. 통전에 의한 방전 플라즈마에 의해 소정의 소결 온도까지 승온된 후, 압력이 가해진 상태에서 일정 시간 유지한다. 이것에 의해, 도 2에 도시하는 형상을 갖는 양극이 얻어진다. 압력, 소결 온도는, 상기 접합상태가 실현되도록 정해지고, 예를 들면, 압력 50∼100MPa, 가압시간 5분∼20분, 접합면 부근의 소결 온도는 1600℃∼1800℃의 범위로 정해진다. In addition to the energization, pressure is applied between the
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 쇼트 아크형 방전램프(10)의 양극(30)이 고융점의 금속 부재(40)와 열전도율이 높은 금속 부재(50)를 SPS 접합시킴으로써 구성된다. 원추대 형상의 금속 부재(40)와 원주 형상의 금속 부재(50)를 접합함으로써, 접합면(S)은 전극축(X)에 대하여 수직한 방향, 즉 양극 단면 직경방향을 따르고 있다. Thus, according to this embodiment, the
램프 점등 중, 전극 선단면(40S) 부근은 대단히 고온으로 되는데, 금속 부재(50)에 의해 선단부의 열은 효과적으로 전극 지지봉측으로 수송된다. 이것에 의해, 전극 과열에 의한 전극 소모를 막을 수 있다. 또, 접합면(S)을 따른 결정립에 대하여 접합에 기인하는 결정 변형이 발생하는 한편, 다른 결정립에 대해서는 접합에 의한 재결정, 비대화, 변형, 입계 이동 등이 거의 발생하지 않는다. While the lamp is turned on, the vicinity of the
따라서, 전극축(X)에 수직인 접합면(S)에 있어서 열전도성, 도전성 등이 전체적으로 동일하고, 편차가 없는 상태가 된다. 그 결과, 전극축에 따른 열 수송이 양극 내부 전체에서 발생하여, 전극 내부에서 국소적으로 과열될 우려가 없다.Therefore, in the bonding surface S perpendicular | vertical to the electrode axis X, thermal conductivity, electroconductivity, etc. are the same as a whole, and there is no deviation. As a result, heat transport along the electrode shaft occurs throughout the anode, and there is no fear of locally overheating inside the electrode.
다음에 도 4를 사용하여 제 2 실시형태인 방전램프에 대하여 설명한다. 제 2 실시형태에서는, 금속 부재 사이에 접합강도를 향상시키는 금속 부재(이하, 개재 금속 부재라고 함)가 설치되어 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제 1 실시형태와 실질적으로 동일하다. Next, the discharge lamp which is 2nd Embodiment is demonstrated using FIG. In 2nd Embodiment, the metal member (henceforth intervening metal member) which improves bonding strength between metal members is provided. About the other than that structure, it is substantially the same as 1st Embodiment.
도 4는 제 2 실시형태에서의 방전램프의 양극 단면도이다. 4 is a cross-sectional view of the anode of the discharge lamp in the second embodiment.
양극(130)은 금속 부재(140)와 금속 부재(150)를 고상 접합함으로써 형성된 전극이다. 그리고, 금속 부재(140)와 금속 부재(150) 사이에는, 접합을 보다 확실하게 하는 개재 금속 부재(155)가 사이에 개재되어 있다. The
개재 금속 부재(155)는 텅스텐과, 텅스텐보다도 연질인(연성 등이 높은) 금속(예를 들면, 몰리브덴, 바나듐, 니오븀, 티탄, 금, 탄탈, 백금, 레늄, 등)과의 혼합체를 판 형상, 박 형상으로 형성한 부재이며, 금속 부재(140, 150)보다도 연질이다. The intervening
연질이기 때문에, 금속 부재(140, 150)를 직접 접합시키는 것보다도 접합성능이 높아져, 금속 부재(140, 150)의 접합면이 그다지 평활하지 않아도, 양호한 접합상태를 유지할 수 있다. 또, 텅스텐이 함유되어 있기 때문에, 열전도성, 도전성이 전극 전체적으로 불균일하게 되기 어렵다. Since it is soft, joining performance becomes higher than joining the
이와 같이 제 2 실시형태에 의하면, 접합 강도를 높이는 개재 금속 부재를 사이에 끼우고 금속 부재가 접합된다. 이것에 의해, 전극의 접합 강도가 더한층 높아진다. 특히, 금속 부재의 접합면이 초평활면이 아닌 미소한 요철을 포함하는 경우에 있어서도, 확실하게 접합시킬 수 있다. 또한, 개재 금속 부재(155)로서는 전극 특성이 안정한 것을 생각하여 레늄, 텅스텐을 혼합한 금속 부재가 바람직하지만, 텅스텐을 함유시키지 않는 금속 부재를 개재시키도록 구성해도 된다. As described above, according to the second embodiment, the metal member is joined while sandwiching the intervening metal member for increasing the bonding strength. As a result, the bonding strength of the electrode is further increased. In particular, even when the joining surface of a metal member contains the fine unevenness | corrugation which is not a super smooth surface, it can be reliably joined. The interposing
다음에, 도 5를 사용하여 제 3 실시형태인 방전램프에 대하여 설명한다. 제 3 실시형태에서는, 양극 내부에 밀폐공간이 형성되고, 용해 금속이 밀폐공간에 봉입된다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제 1 실시형태와 실질적으로 동일하다. Next, the discharge lamp which is 3rd Embodiment is demonstrated using FIG. In the third embodiment, a sealed space is formed inside the anode, and the molten metal is sealed in the sealed space. About the other than that structure, it is substantially the same as 1st Embodiment.
도 5는 제 3 실시형태에서의 방전램프의 양극 단면도이다. 5 is a cross-sectional view of the anode of the discharge lamp in the third embodiment.
양극(230)은 통 형상 오목부(240P)가 형성되는 금속 부재(240)와, 전극 지지봉(217B)에 접합되는 금속 부재(250)로 구성되어 있다. 금속 부재(240)의 둘레 가장자리 부분(240W)이 금속 부재(250)와 접합되어 있다. 금속 부재(250)의 접합부분에는 단차가 형성되어 있고, 금속 부재(240)의 둘레 가장자리 부분(240W)에 맞추어 홈이 둘레방향에 형성되어 있다. The
전극 지지봉(217B)은 양극(230)을 성형한 후, 금속 부재(250)의 끼워맞춤부(255)에 끼워져 접합된다. 접합면(S)은 끼워맞춤부(255)의 선단부분보다도 램프 중심측에 위치한다. 이것에 의해, 전극 지지봉(217B)을 끼워맞추어지게 할 때에 금속 부재(250)가 전체적으로 변형되어, 접합부분이 박리하는 것을 막는다. The
금속 부재(240, 250)의 사이에 형성된 밀폐공간(245)에는, 저융점의 용해 금속이 봉입되어 있다. 용해 금속은 램프 점등시에 용융되어, 밀폐공간(245) 내에서 열의 순환이 전극축(X)을 따라 발생한다. 접합면(S)은 응고 단면(상단)보다도 전극 지지봉측에 위치하기 때문에, 용해 금속이 접합면(S)으로 들어갈 우려가 없다.A low melting point molten metal is enclosed in the sealed
또, 접합면(S)에는 밀폐공간(245)으로 통하는 간극을 설치하지 않고, 오목 형상 금속 부재(240)의 오목부 측면(240T) 및 둘레 가장자리 부분(240W)이 금속 부재(250)와 접합하고, 금속 부재(250)의 내표면이 접합면(S)보다도 램프 중심측으로 돌출되어 있다. 그 때문에 용해 금속이 접합면(S) 부근으로 들어가는 것을 확실하게 방지한다. In addition, the
이와 같이 제 3 실시형태에 의하면, 양극 내부에 밀폐공간이 형성되고, 램프 점등시에 용융되는 금속이 봉입되어 있다. 이것에 의해, 양극 선단측으로부터 전극 지지봉측으로의 열 수송이 효과적으로 발휘된다. Thus, according to 3rd Embodiment, the sealed space is formed in the inside of the anode, and the metal which melts at the time of lamp lighting is enclosed. As a result, heat transport from the anode tip side to the electrode support rod side is effectively exhibited.
또, 밀폐공간이 형성되기 때문에, 금속 부재(250)의 접합면(S)을 따른 단면적에 대하여, 접합면 단면적(환상인 둘레 가장자리 부분(240T)의 면적)쪽이 작아진다. 이것에 의해, 접합시의 가열이 국소적, 또한 전극축에 대하여 균일한 분포로 되어, 보다 효과적인 접합을 실현할 수 있다. 일반적으로는 접합면 면적이 금속 부재 단면적보다 작아지도록 구성하면 된다. Moreover, since a sealed space is formed, the joining surface cross-sectional area (area of the annular
다음에 도 6, 도 7을 사용하여 제 4, 제 5 실시형태인 방전램프에 대하여 설명한다. 제 4, 제 5 실시형태에서는 용해 금속에 접촉하는 돌기부가 설치된다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제 3 실시형태와 실질적으로 동일하다. Next, the discharge lamp which is 4th, 5th embodiment is demonstrated using FIG. 6, FIG. In 4th and 5th embodiment, the protrusion part which contacts a molten metal is provided. About the other than that structure, it is substantially the same as 3rd Embodiment.
도 6은 제 4 실시형태에서의 방전램프의 양극 단면도이다. 도 7은 제 5 실시형태인 방전램프의 양극 단면도이다. 6 is a cross-sectional view of the anode of the discharge lamp in the fourth embodiment. Fig. 7 is a sectional view of the anode of the discharge lamp as the fifth embodiment.
도 6에 도시하는 바와 같이, 양극(330)은 금속 부재(340, 350)로 구성되어 있고, 금속 부재(350)에는, 주상 금속 돌기 부재(390)가 전극축(X)을 따라 고상 접합되어 있다. 여기에서, 주상 금속 돌기 부재(390)는 절삭에 의해 성형함으로써 금속 부재(350)와 일체로 해도 된다. 돌기 부재(390)의 선단부는 용해 금속(370)과 접한다. 돌기 부재(390)의 열전도성, 융점은, 텅스텐보다도 낮고, 용해 금속(370)보다도 높다. As shown in FIG. 6, the
이러한 돌기 부재(390)를 설치함으로써 열 수송 효율이 높아진다. 또, 돌기 부재(390)의 재료를 열전도성, 융점의 관점에서 임의로 선정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 돌기 부재(390)를 금속 부재(340)에 맞닿게 해도 된다. By providing such a
도 7에 도시하는 양극(330A)에서는, 금속 부재(340)에 돌기 부재(390A)가 고상 접합되어 있다. 이것에 의해, 열 수송이 램프 점등후 보다 빠른 단계로 진행하여, 금속 부재(340)의 강도가 높아진다. 또한, 돌기 부재(390A)를 금속 부재(350)에 맞닿게 해도 된다. In the
다음에 도 8을 사용하여 제 6 실시형태인 방전램프에 대하여 설명한다. 제 6 실시형태에서는, 전극 동체 둘레에 방열핀이 형성되어 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제 1 실시형태와 동일하다. Next, the discharge lamp which is 6th Embodiment is demonstrated using FIG. In the sixth embodiment, heat dissipation fins are formed around the electrode body. About a structure other than that, it is the same as that of 1st Embodiment.
도 8은 제 6 실시형태에서의 양극 단면도이다. 8 is a cross-sectional view of the anode in the sixth embodiment.
양극(430)은 전극 지지봉(417B)에 지지되는 금속 부재(450)와 선단측의 금속 부재(440) 사이에, 사이즈(직경)이 상이한 원반 형상의 판 형상 금속 부재(480, 490)를 번갈아 배열 설치시킨 구조로, 이들 부재를 고상 접합시키고 있다. 판 형상 금속 부재(480, 490)는 축 부재(470)에 삽입통과되어 동축 배치되어 있다. The
이것에 의해, 핀으로서 기능하는 판 형상 금속 부재(480)를, 소정의 간격으로 전극축(X)을 따라 배치한 전극구조를 실현할 수 있다. 그 결과, 열의 방출을 더한층 높일 수 있다. 또한, 판 형상 금속 부재(480, 490)의 형상은 임의(사각형 등)이며, 상이한 재질의 판 형상 금속 부재를 고상 접합시켜도 된다. Thereby, the electrode structure which arrange | positioned the plate-shaped
다음에 도 9∼도 11을 사용하여 제 7 실시형태인 방전램프에 대하여 설명한다. 제 7 실시형태에서는, 전극축방향으로 연장되는 방열핀이 전극 동체부에 형성되어 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제 1 실시형태와 동일하다. Next, the discharge lamp which is 7th Embodiment is demonstrated using FIGS. In the seventh embodiment, heat dissipation fins extending in the electrode axial direction are formed in the electrode body portion. About a structure other than that, it is the same as that of 1st Embodiment.
도 9는 제 7 실시형태에서의 양극을 후단측에서 본 평면도이다. 도 10은 제 7 실시형태에서의 양극의 측면도이다. 도 11은 제 7 실시형태에서의 양극 단면도이다. It is a top view which looked at the anode in 7th Embodiment from the back end side. 10 is a side view of the anode in the seventh embodiment. 11 is a cross-sectional view of the anode in the seventh embodiment.
도 9에 도시하는 바와 같이, 양극(530)은 원추대 형상의 선단부(540)와 주상 동체부(550)와 핀부(550A)로 구성되어 있고, 선단부(540)와 동체부(550)를 고상 접합 함으로써 양극(530)이 구성되어 있다. As shown in FIG. 9, the
동체부(550)에는, 주상 본체 부분(550S)으로부터 직경방향으로 돌출하는 형태로 핀부(550A)가 일체로 형성되어 있고, 복수의 핀이 둘레방향에 소정 간격으로 배열된다. 전극축(X)을 따라 연장되는 핀부(550A)는 선단부(540)의 후단면(540T)에서 접합되어 있다. 선단부(540)는 텅스텐으로 이루어지는 금속 부재이며, 주상 본체 부분(550S), 핀부(550A)는 방열 작용이 좋은 몰리브덴을 주성분으로 하는 금속 부재로서 구성된다. 여기에서는, 주상 본체 부분(550S) 및 핀부(550A)는 절삭에 의해 일체로 형성되어 있다. In the trunk | drum 550, the
핀부(550A)의 직경방향 길이는 선단부(540)의 후단면으로부터 돌출하지 않도록 정해져 있다. 이것에 의해, 동체부(550)의 핀부(550A) 사이로부터 방출한 열은 전극 지지봉측 및 전극측면측으로 방출된다. 이것에 의해, 전극 선단면이 과열되는 것을 막을 수 있다(도 11 참조). 또, 몰리브덴의 핀부(550A)나 그 접합부가 선단부(540)의 후단면(540T)에 의해 양극 선단측으로 노출되지 않는다. 그 때문에 방전으로부터 보호할 수 있다. 또한, 핀의 배치, 수, 형상은 임의이다. The radial length of the
동체부에 대한 핀의 사이즈를 크게 하여 방열성을 높이면, 동체부(550)의 도전성, 열전도성이 저하되어, 선단부(540)가 과열될 우려가 있다. 그래서, 동체부(550)의 주상 본체 부분(550S)과 핀부(550A)로 이루어지는 단면적을 S11, 핀부(550A)의 인접하는 핀 사이의 홈을 메운 경우의 주상 부분의 단면적(여기에서는, 선단부(540)의 후단면의 면적)을 S12라고 하면, S12×2/3≤S11을 충족시키도록 정하고 있다. If the size of the fin with respect to the body portion is increased to increase the heat dissipation, the conductivity and thermal conductivity of the
다음에 도 12를 사용하여 제 8 실시형태인 방전램프에 대하여 설명한다. 제 8 실시형태에서는, 제 1∼제 7 실시형태와 달리, 접합면 부근에서 경사화 되어 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제 1 실시형태와 동일하다. Next, the discharge lamp which is 8th Embodiment is demonstrated using FIG. In 8th Embodiment, unlike 1st-7th embodiment, it inclines in the vicinity of a joining surface. About a structure other than that, it is the same as that of 1st Embodiment.
도 12는 제 8 실시형태에서의 방전램프의 양극 단면도이다. 12 is a cross-sectional view of the anode of the discharge lamp in the eighth embodiment.
양극(630)은 금속 부재(680)와 금속 부재(670)를 접합함으로써 형성된 전극이다. 금속 부재(670)는 원주 형상 부분(672)과, 오목부(674S)를 갖는 원추대 형상 부분(674)로 구성된다. 그리고, 전극 선단면(680S)을 갖는 금속 부재(680)는 금속 부재(670)에 끼워지도록 성형되어 있다. SPS 접합에 의한 접합면(S) 부근에서는, 금속 결정이 접합면의 직경방향을 따라 거의 균일하고, 전극축(X)의 방향을 따라 「경사화」되어 있다. The
즉, 접합면(S) 부근에서는 경사화된 층이 형성되어 있고, 결정 직경 등 금속조직 특성이 전극축(X)을 따라 연속적, 또는 점차적, 단계적으로 변화되어, 급격한 변화가 발생해 있지 않다. 경사화에 의해, 결정 직경은 전극축(X)을 따라 연속적으로 변화되고 있다. That is, in the vicinity of the bonding surface S, the inclined layer is formed, and metal structure characteristics, such as a crystal diameter, change continuously or gradually and stepwise along the electrode axis X, and a sudden change does not occur. By declination, the crystal diameter is continuously changed along the electrode axis (X).
이러한 접합에 의해, 열전도 특성, 도전성에 대해서는 접합면(S)을 따라 편차가 없다. 램프 점등에 의해 고온으로 되는 전극 선단면(40S)(1000℃ 이상)으로부터 전극 지지봉(17B)을 향하여 열이 수송되는 동안, 양극 내부의 온도분포는 전극축(X)을 중심으로 하여 대칭적인 분포가 되어, 열 수송은 접합면(S)에 의한 영향을 받지 않는다. By such joining, there is no variation along the joining surface S with respect to the thermal conductivity and the conductivity. The temperature distribution inside the anode is symmetrically distributed about the electrode axis X while heat is transferred from the
접합면 부근에서 경사화시킨 전극을 제조하는 방법으로서, SPS 접합이 실행된다. 압력, 소결 온도는 상기 접합상태가 실현되도록 정해진다. 예를 들면, 압력 50∼100MPa, 가압시간 10분∼60분, 접합면 부근의 소결 온도는 1600℃∼2000℃의 범위로 정해지고, 재질 등을 고려하여 적당하게 정해진다. SPS bonding is performed as a method of manufacturing the electrode inclined in the vicinity of a bonding surface. The pressure and the sintering temperature are determined such that the bonding state is realized. For example, a pressure of 50 to 100 MPa, a press time of 10 to 60 minutes, and a sintering temperature in the vicinity of the joining surface are determined in the range of 1600 ° C to 2000 ° C, and are appropriately determined in consideration of materials and the like.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 쇼트 아크형 방전램프의 양극(630)이 고융점의 금속 부재(680)와 열전도율의 높은 금속 부재(670)를 SPS 접합시킴으로써 구성된다. 접합면(S)은 전극축에 대하여 수직한 방향, 즉 양극 단면 직경방향을 따르고 있다. 또한, 제 1 실시형태에 나타낸 양극구조(도 2 참조)로 하는 것도 가능하다. As described above, according to the present embodiment, the
램프 점등 중, 전극 선단면(680S) 부근은 대단히 고온으로 되는데, 금속 부재(670)에 의해 선단부의 열은 효과적으로 전극 지지봉측으로 수송된다. 이것에 의해, 전극 과열에 의한 전극 소모를 막을 수 있다. 또, 전극축에 수직한 접합면(S)에 있어서 열전도성, 도전성 등이 전체적으로 동일하여, 편차가 없다. 그 때문에 전극축을 따른 열 수송이 양극 내부 전체에서 발생하여, 전극 내부에서 국소적으로 과열될 우려가 없다. While the lamp is turned on, the vicinity of the
제 1∼제 8 실시형태에 있어서, SPS 소결법 이외의 확산 접합 방법에 의해 전극을 제조해도 된다. 예를 들면, 핫프레스(HP), 열간 정수압 가압(HIP) 등, 가압하면서 소결하는 접합 방식에 의해 전극을 제조 가능하다. 또한, 그 이외의 고상 접합법(마찰압접법, 초음파 접합법 등)도 적용 가능하고, 이러한 방법에 의해서도 금속조직을 균일하게 안정화하는 것이 가능하다. 또, 음극에 대해서도, 복수의 금속 부재를 고상 접합시킨 전극구조로 해도 된다. In 1st-8th embodiment, you may manufacture an electrode by the diffusion bonding method other than SPS sintering method. For example, an electrode can be manufactured by the joining method which sinters under pressure, such as hot press (HP) and hot hydrostatic pressure (HIP). Moreover, other solid state joining methods (friction welding method, ultrasonic joining method, etc.) are also applicable, and it is also possible to stabilize a metal structure uniformly by such a method. Moreover, also about a cathode, it is good also as an electrode structure which solid-state-bonded some metal member.
열 수송 이외의 전극 특성을 고려하여, 접합면을 전극축 수직방향 이외의 방향을 따라 형성해도 된다. 또, 접합면을 따라 형성된 간극을 쐐기 형상으로 하고 전극 표면을 핀 형상으로 구성하여, 한층 더 열방사 효과를 높이는 것도 가능하다. 그 한편, 간극을 접합면에 설치하지 않도록 구성하는 것도 가능하다. In consideration of electrode characteristics other than heat transport, the joining surface may be formed along a direction other than the vertical direction of the electrode axis. Moreover, it is also possible to make the clearance gap formed along the joining surface into a wedge shape, and to make an electrode surface into a fin shape, and to heighten a thermal radiation effect further. In addition, it is also possible to comprise so that a clearance gap may not be provided in a joining surface.
전극을 구성하는 금속의 수는 임의이며, 3개 이상의 금속에 의해 전극을 구성해도 된다. 또, 동일 종류의 금속을 고상 접합시켜도 되고, 제 3∼제 8 실시형태에서도, 제 2 실시형태와 마찬가지로 개재 금속 부재를 개재시켜도 된다. The number of metals constituting the electrode is arbitrary, and the electrode may be composed of three or more metals. Moreover, the same kind of metal may be joined together by solid state, and also in 3rd-8th embodiment, you may interpose an interposition metal member similarly to 2nd embodiment.
제 3 실시형태에서는, 밀폐공간이 내부에 형성되기 때문에, 접합면적이 금속 부재 단면적보다도 작아지는 구성이었지만, 이 구성을 제 1∼2, 제 4∼제 8 실시형태에도 적용해도 된다. 즉, 금속 부재의 접합면을 따른 면적(접합에 기여하는 면적)을 S01, 금속 부재의 충전부분에 있어서의 전극축 수직방향을 따른 단면적을 S02라고 하면, S02>S01을 충족시키도록 구성하는 것이 좋다. In the third embodiment, since the sealed space is formed inside, the bonding area is smaller than the cross section of the metal member. However, the constitution may be applied to the first to second and fourth to eighth embodiments. That is, if the area (area contributing to the joining) along the joining surface of the metal member is S01 and the cross-sectional area along the electrode axis vertical direction in the filling part of the metal member is S02, it is configured to satisfy S02> S01. good.
또한, 일방을 금속 부재, 타방을 비금속 부재(텅스텐과 세라믹스 등)로 하여 고상 접합시켜도 되고, 적어도 접합시키는 부재의 하나를 금속으로 하면 된다. 이러한 부재의 조합에서도, 접합면 부근에서 금속조직은 상기 접합상태로 된다. In addition, one may be a metal member, the other may be a non-metal member (tungsten, ceramics, etc.), and may be solid-state-joined, and at least one member to be bonded may be metal. Even in the combination of such members, the metal structure is brought into the bonded state near the joining surface.
제 1∼제 7 실시형태에서 나타낸 전극에 대해서는, 제 8 실시형태와 같이 접합면 부근에서 경사화시킨 접합상태를 갖는 전극을 구성해도 된다. 또, 제 3∼제 7 실시형태에 대해서는, 고상 접합 이외의 용접(예를 들면, 전자빔 용접 등의 융접)에 의해 전극을 구성해도 된다. About the electrode shown in 1st-7th embodiment, you may comprise the electrode which has the junction state inclined in the vicinity of a junction surface like 8th embodiment. Moreover, about 3rd-7th embodiment, you may comprise an electrode by welding other than solid state welding (for example, fusion welding, such as electron beam welding).
다음에 도 13∼도 16을 사용하여, 본 발명의 실시예 1∼3에 대하여 설명한다. 여기에서는 제 1, 제 2, 제 8 실시형태에 대응한 양극으로서, SPS 접합에 의해 성형한 양극의 접합면 상태와, 전자빔 용접에 의해 성형한 접합면 상태를 비교한다. Next, Examples 1 to 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 16. Here, as an anode corresponding to the first, second, and eighth embodiments, the bonding surface state of the anode formed by SPS bonding and the bonding surface state formed by electron beam welding are compared.
[실시예 1]Example 1
도 13은 실시예 1에 의한 양극의 접합상태를 전자현미경 사진으로 나타낸 도면이다. 제 1 실시형태에 따라, 형상이 상이한 2개의 금속 부재를 SPS 접합함으로써 전극을 형성했다. 2개의 금속 부재는 텅스텐(WVMW W 15-40ppmK)의 분말을 소결시켜 고형화시킨 것으로, 제 1 실시형태에 나타낸 원추대 형상, 원주 형상의 2개의 금속으로 구성된다. 13 is a view showing an electron micrograph of the bonding state of the positive electrode according to Example 1. According to 1st Embodiment, the electrode was formed by SPS joining two metal members from which a shape differs. The two metal members are solidified by sintering a powder of tungsten (WVMW W 15-40 ppm), and are composed of two metals, which have a truncated cone shape and a cylinder shape shown in the first embodiment.
SPS 접합을 행하는 장치로서 SPS 신텍스 가부시키가이샤제 SPS 소결 장치를 사용하고, 진공분위기의 조건하에서, 압력 90MPa를 금속 부재 양측으로부터 가하고, 접합면 부근의 소결 온도 1700℃에 10분간 유지하여 접합을 행했다. The SPS sintering apparatus manufactured by SPS Syntex Corporation was used as the apparatus for SPS joining, and under the conditions of a vacuum atmosphere,
도 13에서는, 양극 표면의 접합면 부근을 마이크로미터 단위 수준으로 촬영한 사진을 나타내고 있고, 접합면의 금속조직이 밝혀져 있다. 지면의 좌우방향을 따라 접합면이 형성되어 있다. In FIG. 13, the photograph photographed in the micrometer unit level of the junction surface vicinity of the anode surface is shown, and the metal structure of the junction surface is revealed. The joining surface is formed along the left-right direction of the paper.
도 13에 나타내는 바와 같이, 접합면을 형성하는 접합면 결정립만이 접합시에 변형되고, 그 이외의 결정립에 대해서는, 접합에 기여하는 결정립 변형, 비대화는 접합면 수직방향을 따라 발생해 있지 않다. 즉, 접합에 의한 결정립의 변형, 비대화한 층이 형성되어 있지 않다. 결정 직경은 접합면 방향, 및 접합면 수직방향을 따라 거의 균일하다. 접합면 결정립이 변형된 증거로서 접합전과 접합후의 전극의 전극축방향 길이가 변화되었다. As shown in FIG. 13, only the joining surface crystal grain which forms a joining surface deform | transforms at the time of joining, and crystal grain distortion and enlargement which contribute to joining do not generate | occur | produce along the joining surface vertical direction about other grains. That is, the deformation | transformation of a crystal grain by a junction and the enlarged layer are not formed. The crystal diameter is almost uniform along the joint surface direction and the joint surface vertical direction. As evidence that the bonding surface crystal grains were deformed, the electrode axial lengths of the electrodes before and after bonding were changed.
[실시예 2][Example 2]
도 14는 실시예 2에 의한 양극의 접합상태를 전자현미경 사진으로 나타낸 도면이다. 제 2 실시형태에 따라, 2개의 텅스텐 금속 부재 사이에 텅스텐―레늄 합금(두께 0.5mm)을 개재시키고, SPS 접합시켰다. SPS 접합의 조건은 실시예 1과 실질적으로 동일하다. 14 is a view showing an electron micrograph of the bonding state of the positive electrode according to the second embodiment. According to the second embodiment, SPS bonding was performed between two tungsten metal members with a tungsten rhenium alloy (thickness of 0.5 mm). The conditions of the SPS junction were substantially the same as in Example 1.
도 14에 나타내는 바와 같이, 실시예 1과 동일하게 접합면을 형성하는 접합면 결정립만이 접합시에 변형되고, 그 이외의 결정립에 대해서는, 접합에 기여하는 결정립 변형, 비대화는 접합면 수직방향을 따라 발생해 있지 않다. As shown in Fig. 14, only the bonding surface crystal grains forming the bonding surface in the same manner as in Example 1 are deformed at the time of bonding, and for other crystal grains, grain deformation and enlargement contributing to the bonding are determined in the bonding surface vertical direction. It doesn't happen.
[실시예 3]Example 3
도 15는 실시예 3에 의한 양극의 접합상태를 전자현미경 사진으로 나타낸 도면이다. 제 8 실시형태에 따라, 형상이 상이한 2개의 금속 부재를 SPS 접합함으로써 전극을 형성했다. 단, 전극 형상은, 도 12와는 상이하고, 제 1 실시형태에 나타내는 원추대 형상, 원주 형상의 2개의 금속으로 구성된다. FIG. 15 is a view showing an electron micrograph of a bonding state of a positive electrode according to Example 3. FIG. According to 8th Embodiment, the electrode was formed by SPS joining two metal members from which a shape differs. However, an electrode shape is different from FIG. 12, and is comprised from two metals of the truncated cone shape and columnar shape shown in 1st Embodiment.
SPS 접합에 있어서는, 진공분위기의 조건하에서, 경사화층을 접합면에 형성하도록, 압력 90MPa를 금속 부재 양측으로부터 가하고, 접합면 부근의 온도 1800℃에 20분간 유지하여 접합을 행했다. In the SPS bonding,
도 15에 나타내는 바와 같이, 접합면을 따른 금속 결정 직경은 거의 균일하고, 또한 전극축을 따라 결정 직경 등의 금속 결정 특성은 연속적으로 변화되고, 경사화되어 있다. As shown in FIG. 15, the metal crystal diameter along a joining surface is substantially uniform, and metal crystal characteristics, such as a crystal diameter, continuously change and incline along an electrode axis.
도 16은 전자빔 접합에 의한 양극의 접합면 상태를 도시한 전자현미경 사진을 나타낸 비교도이다. 전자빔 접합에 의한 전극도 동일하게 2개의 금속으로 구성된다. 전자빔 접합에는, NEC 컨트롤시스템 가부시키가이샤제의 전자빔 용접 장치를 사용했다. FIG. 16 is a comparison diagram showing an electron micrograph showing a bonding surface state of an anode by electron beam bonding. FIG. The electrode by electron beam bonding is also comprised with two metals similarly. The electron beam welding apparatus by the NEC control system was used for electron beam joining.
도 16에는 양극 표면 부근의 접합면을 확대한 사진을 나타내고 있다. 도 16에서는, 접합면에 따른 금속 입자 직경이 불균일한 것(전극 표면 부근 참조)이 밝혀져 있다. 또, 전극축방향(지면 상하방향)을 따른 결정립에 대해서도 급격하고, 또한 단속적으로 변화되어 있다. 16 shows an enlarged photograph of the bonding surface near the anode surface. In Fig. 16, it is found that the metal particle diameter along the joining surface is nonuniform (see near the electrode surface). The crystal grains along the electrode axis direction (up and down direction of the surface) are also rapidly and intermittently changed.
이와 같이, SPS 소결에 의해 성형하는 전극에서는, 금속조직이 접합면 부근에서 안정화되어 있다. 그 결과, 전극활선, 점등 중의 방열성에 대하여, 종래의 전극과 비교하여 좋은 성능을 발휘한다. Thus, in the electrode shape | molded by SPS sintering, metal structure is stabilized in the vicinity of a joining surface. As a result, a good performance is exhibited with respect to the heat radiation of an electrode live line and lighting compared with the conventional electrode.
10 방전램프
12 방전관
30 양극
40 금속 부재
50 금속 부재
S 접합면10 discharge lamp
12 discharge tube
30 anodes
40 metal parts
50 metal parts
S joint surface
Claims (18)
상기 방전관 내에 배치되는 1쌍의 전극을 구비하고,
적어도 일방의 전극이 복수의 고체 부재를 고상 접합함으로써 형성되는 전극이고,
상기 복수의 고체 부재 중 적어도 하나가 금속 부재이며,
상기 금속 부재의 접합면을 형성하는 접합면 결정립의 적어도 일부가 접합에 의해 변형되고, 상기 접합면 결정립 이외의 금속 결정립에 대해서는, 접합면 부근에서, 접합에 의한 변형이 접합면 수직방향을 따라 실질적으로 발생해 있지 않은 것을 특징으로 하는 방전램프.Discharge tube,
A pair of electrodes arranged in the discharge tube,
At least one electrode is an electrode formed by solid-state bonding a some solid member,
At least one of the plurality of solid members is a metal member,
At least a part of the bonding surface crystal grains forming the bonding surface of the metal member is deformed by bonding, and for metal grains other than the bonding surface crystal grains, deformation due to bonding is substantially along the bonding surface vertical direction near the bonding surface. Discharge lamp, characterized in that not generated.
상기 방전관 내에 배치되는 1쌍의 전극을 구비하고,
적어도 일방의 전극이 복수의 고체 부재를 고상 접합함으로써 형성되는 전극이고,
상기 복수의 고체 부재 중 적어도 하나가 금속 부재이며,
접합후에 있어서의 상기 금속 부재의 접합면 부근에서의 결정 직경이 상기 금속 부재의 접합면을 따라 거의 균일하며, 또한 접합면 수직방향을 따라 거의 균일한 것을 특징으로 하는 방전램프.Discharge tube,
A pair of electrodes arranged in the discharge tube,
At least one electrode is an electrode formed by solid-state bonding a some solid member,
At least one of the plurality of solid members is a metal member,
A discharge lamp, characterized in that the crystal diameter in the vicinity of the joining surface of the metal member after joining is almost uniform along the joining surface of the metal member, and is substantially uniform along the joining surface vertical direction.
상기 방전관 내에 배치되는 1쌍의 전극을 구비하고,
적어도 일방의 전극이 복수의 고체 부재를 고상 접합시킴으로써 형성되는 전극이고,
상기 복수의 고체 부재 중 적어도 하나가 금속 부재이며,
상기 금속 부재의 결정 직경이 부재 간의 접합면을 따라 거의 균일하고,
상기 금속 부재의 상기 접합면 부근에서 금속 결정이 접합면 수직방향을 따라 경사화 되어 있는 것을 특징으로 하는 방전램프.Discharge tube,
A pair of electrodes arranged in the discharge tube,
At least one electrode is an electrode formed by solid-state bonding a some solid member,
At least one of the plurality of solid members is a metal member,
The crystal diameter of the metal member is almost uniform along the joint surface between the members,
And a metal crystal is inclined along the joining surface vertical direction in the vicinity of the joining surface of the metal member.
상기 개재 고체 부재가 접합하는 고체 부재보다도 연질인 것을 특징으로 하는 방전램프.The metal member according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal member is joined to another solid member with an intervening solid member interposed therebetween,
A discharge lamp, characterized in that it is softer than the solid member to which the interposing solid member is joined.
상기 오목 형상 금속 부재의 접합면은 상기 후단측 고체 부재의 상기 전극 지지봉과의 접합 선단부보다도 램프 중심측에 위치하는 것을 특징으로 하는 방전램프.5. The concave metal member and the rear end solid according to claim 1, wherein the plurality of solid members have a concave metal member and a rear end side solid member supported by a conductive electrode support bar. 6. By joining the members, a sealed space is formed in the electrode,
And a joining surface of the concave metal member is located at a lamp center side of the rear end side solid member rather than a joining front end portion with the electrode supporting rod.
상기 복수의 고체 부재를 상기 선단측 고체 부재와 상기 후단측 고체 부재 사이에서 고상 접합함으로써 형성되고,
상기 복수의 고체 부재 중 적어도 하나가 금속 부재이며,
상기 금속 부재의 접합면을 형성하는 접합면 결정립의 적어도 일부가 접합에 의해 변형되고,
상기 접합면 결정립 이외의 금속 결정립에 대해서는, 접합면 부근에서, 접합에 의한 변형이 접합면 수직방향을 따라 실질적으로 발생해 있지 않은 것을 특징으로 하는 방전램프용 전극.An electrode composed of a plurality of solid members disposed in a discharge tube of a discharge lamp and comprising a front end side solid member including an electrode end face and a rear end side solid member supported by an electrode support rod,
The plurality of solid members are formed by solid-state bonding between the front end side solid member and the rear end side solid member,
At least one of the plurality of solid members is a metal member,
At least a part of the bonding surface crystal grains forming the bonding surface of the metal member is deformed by bonding,
In the case of metal grains other than the said joining surface crystal grain, the deformation | transformation by joining does not generate | occur | produce substantially along the joining surface vertical direction in the vicinity of a joining surface, The electrode for discharge lamps characterized by the above-mentioned.
상기 복수의 고체 부재를 상기 제 1 고체 부재와 상기 제 2 고체 부재 사이에서 고상 접합시킴으로써 형성되고,
상기 복수의 고체 부재 중 적어도 하나가 금속 부재이며,
상기 금속 부재의 결정 직경이 부재 간의 접합면을 따라 거의 균일하고,
상기 금속 부재의 상기 접합면 부근에서, 금속 결정이 접합면 수직방향을 따라 경사화 되어 있는 것을 특징으로 하는 방전램프용 전극.An electrode composed of a plurality of solid members disposed in a discharge tube of a discharge lamp and comprising a first solid member having an electrode end face and a second solid member supported by a conductive electrode support rod,
Formed by solid-state bonding the plurality of solid members between the first solid member and the second solid member,
At least one of the plurality of solid members is a metal member,
The crystal diameter of the metal member is almost uniform along the joint surface between the members,
A discharge lamp electrode, wherein a metal crystal is inclined along the joining surface vertical direction near the joining surface of the metal member.
상기 금속 부재의 접합면을 형성하는 접합면 결정립의 적어도 일부가 접합에 의해 변형되고,
상기 접합면 결정립 이외의 금속 결정립에 대해서는, 접합면 부근에서, 접합에 의한 변형이 접합면 수직방향을 따라 실질적으로 발생하지 않도록, 상기 복수의 고체 부재를 고상 접합시키는 것을 특징으로 하는 방전램프용 전극의 제조방법.Solid-state bonding between the tip-side solid member and the rear-end solid member a plurality of solid members comprising a tip-side solid member including an electrode tip surface and a rear-end solid member supported by an electrode support rod, wherein at least one solid member is a metal member. As a manufacturing method to
At least a part of the bonding surface crystal grains forming the bonding surface of the metal member is deformed by bonding,
In the case of metal grains other than the joining surface crystal grains, the plurality of solid members are solid-bonded in the vicinity of the joining surface such that deformation due to joining does not occur substantially along the joining surface vertical direction. Manufacturing method.
상기 금속 부재의 결정 직경이 부재 간의 접합면을 따라 거의 균일하게 되고, 상기 금속 부재의 상기 접합면 부근에서 금속 결정이 접합면 수직방향을 따라 경사화 되도록, 상기 복수의 고체 부재를 고상 접합시키는 것을 특징으로 하는 방전램프용 전극의 제조방법.
A plurality of solid members comprising a first solid member having an electrode end surface and a second solid member supported by a conductive electrode supporting rod, wherein at least one solid member is a metal member. As a manufacturing method of solid-state bonding between a 2nd solid member,
Solid-state joining of the plurality of solid members such that the crystal diameter of the metal member becomes substantially uniform along the joining surface between the members, and the metal crystals are inclined along the joining surface vertical direction near the joining surface of the metal member. A method of manufacturing an electrode for a discharge lamp, characterized in that.
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