KR20190068634A

KR20190068634A - 전극체 및 고압 방전 램프

Info

Publication number: KR20190068634A
Application number: KR1020197016100A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 시모자토; 데쓰야 기타가와
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2019-06-18
Also published as: KR102079313B1; DE112017006510B4; US10553419B2; CN109937466A; DE112017006510T5; JP2018101597A; CN109937466B; WO2018116839A1; US20190362959A1; JP6548043B2

Abstract

[과제]
전극과, 당해 전극의 심선 삽입 구멍에 삽입된 심선으로 이루어지는 전극체에 있어서, 전극의 심선 삽입 구멍에 심선을 삽입할 때에 원활한 심선 삽입 작업이 가능하고, 심선 삽입 구멍의 깨짐이나 균열의 발생을 없앤 전극체 및 이를 이용한 고압 방전 램프를 제공하는 것이다.
[해결 수단] 상기 전극의 심선 삽입 구멍의 내면 및/또는 상기 심선의 삽입 영역의 외주에, 저마찰층이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전극체를 적어도 1개 구비한 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.

Description

전극체 및 고압 방전 램프

본 발명은, 고압 방전 램프용의 전극체 및 이를 이용한 고압 방전 램프에 관한 것이며, 특히, 반도체나 액정의 제조 분야 등의 노광용 광원이나 영사기의 투영용 광원, 혹은 분석용의 광원에 적용되는 고압 방전 램프용의 전극체에 따른다.

고압 방전 램프는, 발광관 내에 대향 배치된 한 쌍의 전극의 선단 거리가 짧고 점광원에 가까우므로, 광학계와 조합하는 것에 의해서 노광 장치용 혹은 영사기의 투영용의 광원으로서 이용되고 있다.

이러한 고압 방전 램프의 일례가 일본국 특개 소60-79659호 공보(특허문헌 1)에 개시되어 있다.

도 9에 해당 종래의 고압 방전 램프가 나타나고 있고, 고압 방전 램프의 발광관(10)은, 중앙에 위치하는 대략 구형상으로 형성된 발광부(11)와, 그 양단의 봉지부(12)를 구비한다. 발광부(11) 내에는, 텅스텐 등으로 이루어지는 음극(21)과 양극(31)이 서로 마주보도록 대향 배치됨과 함께, 그 발광 공간(S)에는 수은, 크세논 등의 발광 물질이 봉입되어 있다.

상기 음극(21) 및 양극(31)에 연속해서 설치된 심선(22, 32)이 도시되지 않은 금속박 혹은 발광관과 심선의 사이를 열팽창 계수가 조금씩 다른 재료로 연결한 구조부를 통하여 봉지부(12, 12)로 봉지되어 있다.

점등 시에는 양전극간에 전류가 흘러 플라즈마로부터의 복사나 저항 가열에 의해 전극은 지극히 고온이 된다. 특히, 양극은 온도가 2000도 이상에 달하는 고온으로도 되므로, 양극으로는 고온에 있어서의 증기압이 작은 금속으로 구성되고, 게다가 양극의 온도 상승을 억제하기 위해서 열용량이 큰 것을 이용할 필요가 있고, 예를 들면 도 9(b)에 나타내는 바와 같이 전체가 텅스텐으로 구성된 것이 이용되고 있다.

이러한 전극체(30)는, 전극(31)의 후단에 심선 삽입 구멍(33)을 뚫어, 심선(32)을 여기에 삽입해 고정함으로써 제작되고 있다. 이 때문에, 전극의 심선 삽입 구멍의 내경과 심선의 외경의 차이는, 심선의 누락이 발생하지 않도록, 지극히 작게 설계되어 있다.

이 때문에, 심선 및 심선 삽입 구멍의 가공, 특히 심선 삽입 구멍의 가공 시의 치수 불균형이나, 심선 삽입 작업 시의 심선과 심선 삽입 구멍의 중심 위치의 불균형 등에 의해, 심선의 삽입이 곤란하거나 소정 길이의 삽입을 할 수 없거나, 또, 삽입 작업 시의 압입의 힘을 강하게 하면, 심선 삽입 구멍의 단부에 과도하게 응력이 걸려, 결락이나 균열이 발생하는 등의 불편이 생기고 있었다.

일본국 특개 소60-79659호

이 발명이 해결하려고 하는 과제는, 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여, 전극과 당해 전극의 심선 삽입 구멍에 삽입된 심선으로 이루어지는 전극체 및 이를 이용한 고압 방전 램프에 있어서, 전극의 심선 삽입 구멍에 심선을 삽입할 때에, 원활한 심선 삽입 작업을 할 수 있고, 심선 삽입 구멍의 결락이나 균열의 발생을 없앤 전극체 및 이를 이용한 고압 방전 램프를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 이 발명에 따른 전극체는, 상기 전극의 심선 삽입 구멍의 내면 및/또는 상기 심선의 삽입 영역의 외주에, 저마찰층이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 저마찰층은, 탄화층인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 저마찰층은, 질화층인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 저마찰층의 마찰 계수는, 볼 온 디스크 마찰 시험으로 평가했을 때에, 0.2~0.35인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 저마찰층은, 상기 전극의 심선 삽입 구멍의 내면 및/또는 상기 심선의 삽입 영역의 외주에 있어서, 부분적인 영역에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 저마찰층은, 상기 심선의 외주에 설치되어 있으며, 당해 심선의 삽입 영역보다 넓은 범위에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 심선의 선단부가 모따기 되어있는 것을 특징으로 한다.

또, 심선의 선단과 상기 심선 삽입 구멍의 저면부의 사이에, 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 심선과 상기 전극의 심선 끼움 구멍의 간극에 금속박을 개재시킨 것을 특징으로 한다.

또, 발광부의 양단에 봉지부를 가지는 고압 방전 램프에 있어서, 전극의 심선 삽입 구멍의 내면 및/또는 심선의 삽입 영역의 외주에, 저마찰층이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 발명의 전극체 및 이를 이용한 고압 방전 램프에 의하면, 전극의 심선 삽입 구멍의 내면 및/또는 심선의 삽입 영역의 외주에 저마찰층을 설치한 것에 의해, 심선의 삽입 작업이 지극히 원활하게 실시되어 작업성이 향상함과 함께, 심선 삽입 구멍의 결락이나 균열을 일으키는 일이 없다.

도 1은 본 발명에 따른 전극체의 제1 실시예의 단면도.
도 2는 제2 실시예의 단면도.
도 3은 제3 실시예의 단면도.
도 4는 제4 실시예의 단면도.
도 5는 제5 실시예의 단면도(a)와 그 X－X단면도(b).
도 6은 제6 실시예의 단면도.
도 7은 제7 실시예의 단면도.
도 8은 제8 실시예의 단면도.
도 9는 고압 방전 램프의 전체도(a), 종래의 전극체의 단면도.

도 1은, 제1 실시예의 단면도이며, (a)는 측단면도, (b)는 그 A－A 단면도이다.

도 1에 있어서, 전극체(1)는, 전극(2)과, 그 후단에 뚫린 심선 삽입 구멍(3)에 삽입된 심선(4)으로 이루어진다. 심선 삽입 구멍(3)의 내면에는 저마찰층(5)이 형성되어 있다. 이 저마찰층(5)은, 텅스텐 카바이드(탄화 텅스텐) 등의 탄화 화합물, 질화 텅스텐 등의 질화 화합물 등으로 이루어진다.

심선 삽입 구멍(3) 내면에의 저마찰층(5)의 형성 방법의 일례를 들면 이하와 같다. 여기에서는, 저마찰층(5)으로서 탄화층을 형성하고, 텅스텐의 탄화 화합물인 탄화 텅스텐을 이용한 예이다.

니트로셀룰로오스와 같은 유기계의 바인더를 아세트산 부틸에 용해한 혼합 용액에 탄소 분말을 더해 탄소를 함유하는 용액을 조제한다. 또는 먹물을 이용해도 된다.

이 용액을 붓이나 솔, 혹은 스프레이 등에 의해서, 심선 삽입 구멍의 내면에 도포한다. 또, 용액을 심선 삽입 구멍에 주입 충전하고, 그 후, 여분의 용액을 비움으로써 도포할 수도 있다.

이렇게 도포된 용액이 건조된 후에, 전극을 진공 고온로에서 1500~1800℃로 온도상승 하고, 약 30분 정도 유지해 소결한다. 이렇게 하여, 심선 삽입 구멍(3) 내면에 저마찰층(5)이 형성된다.

이러한 방법으로 형성한 금속 탄화물로 이루어지는 저마찰층의 마찰 계수는, 볼 온 디스크 마찰 시험으로 평가했을 때에, 0.2~0.35이다. 탄화물층(저마찰층)을 포함하지 않는 금속 텅스텐의 마찰 계수는, 0.5 정도인 것에 비교하면, 반이하 정도로 할 수 있다.

또, 저마찰층(5)의 저마찰재로서 질화층을 형성하고, 텅스텐의 질화 화합물인 질화 텅스텐을 이용하는 경우는, 암모니아 또는 질소를 포함한 분위기 중에 전극을 두어 가열한다. 이에 의해 표면 근방에 질소를 침투시키고 화합물을 만든다. 이 때, 질화하고 싶지 않은 장소, 즉 심선 삽입 구멍(3) 이외의 부분은, 마스크 해 둠으로써 심선 삽입 구멍(3)의 내면에만 WN, WN² 등의 질화 텅스텐에 의한 저마찰층(5)을 설치할 수 있다.

도 2는, 제2 실시예로, 심선(4)의 선단부(4a)가 모따기 되어 있고, 전극(2)의 심선 삽입 구멍(3)에의 삽입 작업을 원활하게 한다.

또, 도 3에 나타내는 바와 같이, 심선(4)은, 심선 삽입 구멍(3)의 모든 영역, 즉, 저면부에까지 도달하고 있지 않아도 되고, 그 선단에 공간(S)이 형성된 상태로 삽입되어 있어도 된다. 또한, 이 경우에, 심선 삽입 구멍(3) 내면의 저마찰층(5)은, 심선(4)이 삽입되는 영역에만 형성되는 것이어도 되고, 저마찰층 형성의 작업성을 감안하여 심선 삽입 구멍(3) 내면의 모든 영역에 형성되어 있어도 된다.

상기의 각 실시예에서는, 저마찰층(5)은, 심선 삽입 구멍(3)의 내면의 원주방향의 둘레의 전체에 형성되었지만, 도 4의 제4 실시예에서는, 내면의 원주방향의 부분적인 영역에 형성된 것이 나타나고 있다.

또, 도 5에 나타내는 제5 실시예와 같이, 저마찰층(5)은, 심선 삽입 구멍(3)의 내면의 축선방향의 부분적인 영역에 형성된 것이어도 된다.

이상의 제1~5 실시예에서는, 심선 삽입 구멍(3)의 내면에 저마찰층(5)을 형성했지만, 도 6의 제6 실시예에서는, 심선(4)에 저마찰층(6)을 형성한 것이 나타나고, 심선(4)의 선단의 삽입 영역의 외주에 저마찰층(6)이 형성되어 있다. 또한, 이 때, 저마찰층(6)의 형성 영역은, 엄밀하게 심선(4)의 삽입 영역에만 일치하고 있는 것은 필수가 아니고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 삽입 영역보다 약간 넓은 범위로 형성해도 된다.

심선(4)에의 저마찰층(6)의 형성은, 상술한 제1 실시예로 기술한 것과 동일한, 탄소를 함유하는 용액을 심선(4)의 선단부에 붓이나 솔, 혹은 스프레이로 도포하거나, 용액 중에 심선(4)의 선단부를 담가 끌어올림으로써 도포하여, 이를 건조해 가열함으로써 형성할 수 있다.

또한, 도 6에 나타내는 바와 같은 심선(4) 측에 저마찰층(6)을 형성하는 경우에도, 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이, 저마찰층(6)을 심선(4)의 삽입 영역에 있어서의 외주면에 있어서 원주방향 혹은 축선방향의 부분적인 영역에 형성되는 것이어도 된다.

또, 저마찰층(5, 6)은, 심선 삽입 구멍(3)과 심선(4)의 양쪽에 형성해도 되고, 그 예가 도 7에 제7 실시예로서 나타나고 있다.

즉, 전극(2)의 심선 삽입 구멍(3)의 내면에 저마찰층(5)이 형성됨과 함께, 심선(4)의 선단 측의 삽입 영역의 외주에 저마찰층(6)이 형성되어 있는 것이다.

도 8에 제8 실시예가 나타나고 있고, 심선(4)과 심선 삽입 구멍(3)의 극간에 금속박(7)을 충전한 것이다. 심선(4)의 선단부에 금속박(7)을 둘러 감아, 이를 심선 삽입 구멍(3) 내에 압입하는 것이다. 금속박(7)은, Mo나 Ta 등의 고융점 금속으로 이루어져있고, 예를 들면, 두께는 0.15mm 정도이다. 이렇게 함으로써, 심선(4)과 심선 삽입 구멍(3)의 사이에 공극이 없어져, 확실한 고정이 이루어진다.

이러한 구조의 전극체는, 발광부의 양단에 봉지부를 가지는 구조의 고압 방전 램프에 있어서의 양극 및 음극의 양쪽에 이용되어도 되고, 어느 한쪽에 설치되어도 된다.

이상 설명한 것처럼, 본 발명에서는, 전극과, 당해 전극의 심선 삽입 구멍에 삽입된 심선으로 이루어지는 전극체 및 이를 이용한 고압 방전 램프에 있어서, 상기 전극의 심선 삽입 구멍의 내면 및/또는 상기 심선의 삽입 영역의 외주에, 저마찰층이 설치되어 있는 것에 의해, 심선을 전극의 심선 삽입 구멍에 삽입할 때에, 그 삽입 작업이 원활하게 실시되고, 전극에 무리한 응력이 걸리는 일이 없고, 결손 등의 사고를 방지할 수 있는 것이다.

1 전극체
2 전극
3 심선 삽입 구멍
4 심선
4a 선단 모따기부
5, 6 저마찰층
7 금속박
S 공간

Claims

전극과, 당해 전극의 심선 삽입 구멍에 삽입된 심선으로 이루어지는 전극체에 있어서,
상기 전극의 심선 삽입 구멍의 내면 및/또는 상기 심선의 삽입 영역의 외주에, 저(低)마찰층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전극체.
청구항 1에 있어서,
상기 저마찰층은 탄화층인 것을 특징으로 하는 전극체.
청구항 1에 있어서,
상기 저마찰층은 질화층인 것을 특징으로 하는 전극체.
청구항 1에 있어서,
상기 저마찰층의 마찰 계수는, 볼 온 디스크 마찰 시험으로 평가했을 때에, 0.2~0.35인 것을 특징으로 하는 전극체.
청구항 1에 있어서,
상기 저마찰층은, 상기 전극의 심선 삽입 구멍의 내면 및/또는 상기 심선의 삽입 영역의 외주에 있어서, 부분적인 영역에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전극체.
청구항 1에 있어서,
상기 저마찰층은, 상기 심선의 외주에 설치되어 있으며, 당해 심선의 삽입 영역보다 넓은 범위에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전극체.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 심선의 선단부가 모따기 되어 있는 것을 특징으로 하는 전극체.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 심선의 선단과 상기 심선 삽입 구멍의 저면부의 사이에, 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극체.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 심선과 상기 전극의 심선 끼움 구멍의 간극에 금속박을 개재시킨 것을 특징으로 하는 전극체.
발광부의 양단에 봉지부를 가지고, 상기 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 전극체를 적어도 1개 구비한 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.