1331353 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種放電燈。 【先前技術】 雖然自以往既知放電燈有各種的燈，但在發光管內封 入水銀的高壓水銀燈之中，尤其是短電弧型的高壓水銀燈 ^ ，因爲具有放射波長3 65nm之i線和波長436nm之g線的 發光特性，所以例如：作爲應用於液晶基板等之曝光處理 的曝光裝置用的光源使用》在像這樣的短電弧型的高壓水 銀燈中，強烈要求能以高的處理效率來實行所預期的曝光 處理的高輸出化。 雖然爲了讓高壓水銀燈成爲高輸出的燈，通常是採用 加大定格電力，但在此情形下，通常定格電流也變大的結 果，尤其直流亮燈的高壓水銀燈的陽極，由於衝突至此的 φ 電子之量增多，因此容易產生變成高的溫度而熔解掉的問 題。 . 又，一對電極以相對向於垂直方向的姿勢所亮燈的高 壓水銀燈中，加上亦受到發光管內之熱對流等影響，位在 上方的電極，也會有因來自電弧的熱而昇成高溫直至熔解 的情形。 而且，在電極的前端部分熔解的情形下，電弧不但會 變得很不穩定，構成已蒸發之電極的物質附著在發光管的 內壁，藉此產生所謂由高壓水銀燈發射的光量下降的問題 -5- 1331353 爲了解決如上的問題，提供一種在形成在高壓水銀燈 之電極的內部的內部空間內，具有封入由融點比構成該電 極之金屬還低的金屬所製成的傳熱體之構造的電極。 若參照第8圖加以說明，該放電燈10，係具備：略球 狀的發光管11、和連續形成在發光管11之兩端的封止管 12，在發光管11內，互相相對向的配置著均由鎢金屬製 的陽極14及陰極15所製成的一對電極。 而且，陽極14，係如第9圖所示，以塞住具有開口之 有底圓筒狀的基體部140之開口的方式，配置蓋部ι41， 具體上是以蓋部141的圓柱狀之嵌入部142被嵌到基體部 140之內部空間內的狀態，讓基體部140與蓋部141成爲 被抵接的狀態，在該抵接的部分，基體部140與蓋部ι41 是在周方向之整體範圍內焊接而形成有環狀的焊接部p， 藉此在形成在該陽極1 4的密閉空間C內，封入以融點比 構成該陽極的鎢金屬還低的金屬製成的傳熱體Μ»傳熱體 Μ例如有金、銀、銅等。 又’在蓋部141 ’係形成有連接陽極14內之密閉空間 C和陽極14外之外部空間的氣體導入貫通孔143，且該氣 體導入用貫通孔143之陽極14外面的前端開口形成有被 熔融的熔融密封部Q» 採用第10圖，說明此種電極的製作法。 首先’在基體部140的內部空間放入傳熱體Μ，在已 放入傳熱體Μ的基體部140嵌入蓋部141的嵌入部142, -6- 1331353. 在此狀態下，搬入到稀氣環境的處理室內。 而且’在處理室內，以由基體部140與蓋部141所成 的物體作爲陽極側，以放電電極的物體側作爲陰極側，使 其在由基體部140與蓋部141所成的物品和放電電極之間 產生放電’將基體部14〇與蓋部141已抵接的部分利用放 電而焊接。 在該焊接之際，處理室內的稀氣，通過基體部14〇與 φ 蓋部1 4 1的間隙和氣體導入用貫通孔1 43，流入到陽極1 4 的內部，置換密閉空間C的氣體，防止由焊接時所產生的 熔融部P蒸發的雜質，滯留在密閉空間C。 而且’在形成環狀的焊接部P之後，更以由基體部 140與蓋部141所成的物體作爲陽極側，以放電電極的 物體側作爲陰極側，使其在以基體部1 4 0與蓋部1 4 1所成 的物體與放電極極之間產生放電，讓氣體導入用貫通孔 143的陽極14外面的前端開口熔融，形成熔融密封部q， φ 藉此在陽極1 4內形成密閉空間C。 若藉此如上述之構造的陽極14，在該放電燈亮燈時， • 蓄積在陽極14之前端部（第9圖之下方的端部）之附近 的熱，則利用傳熱體Μ，向著比該前端部更低溫的該陽極 14的基端部側，以高的效率輸送，藉此防止陽極14的前 端部成爲過熱狀態。又，在傳熱體Μ爲融點比鎢金屬還低 的金屬之情形下，會在陽極14的密閉空間C內產生對流 ，陽極14之前端部的熱，會向著基端部側輸送，藉此防 此陽極的前端部變成過熱狀態》 1331353 [專利文獻1]日本特開2006-179461號公報 【發明內容】 [發明欲解決的課題] 但是，在具備如上述之構造的陽極之放電燈中，在形 成熔融密封部Q之際，熱會傳遞到已先形成的焊接部P， 在焊接部P產生裂縫（裂痕），在放電燈之亮燈中，會有 傳熱體自密閉空間漏出的問題。 又，雖然處理室內的稀氣，通過基體部140與蓋部 141的間隙和氣體導入用貫通孔143，流入到陽極14的內 部，置換密閉空間C的氣體，防止由焊接時所產生的熔融 部P蒸發的雜質，滯留在密閉空間C，但在未良好地進行 氣體置換的情形下，傳熱體Μ與基體部1 4 0的內側和蓋部 141的嵌入部142會氧化變質，會有傳熱效果下降，陽極 的前端部變成過熱狀態。 本發明，係爲了解決此種問題所完成的發明，其目的 在於提供一種不會讓構成電極的基體部和蓋部的焊接部產 生裂痕（裂縫），亮燈時不損壞電極，更不會讓電極內的 傳熱體氧化變質，能確實地發揮傳熱效果，並能確實地抑 制陽極之前端部的溫度上昇的放電燈。 [用以解決課題之手段] 申請專利範圍第丨項所記載的放電燈，係爲在發光管 內相對向配置著一對電極所成，前述電極的一方，係由： -8- 1331353 在基端側形成開口之有底圓筒狀的金屬製的基體部、和塞 住該基體部之開口的金屬製的蓋部所成，且具有在前述基 體部與前述蓋部被抵接的狀態下，在周方向的整體範圍內 被焊接的環狀焊接部，在以前述基體部與前述蓋部形成的 密閉空間，封入由融點比構成前述基體部的金屬更低的金 屬所成的傳熱體，在前述基體部或前述蓋部的一方，形成 有連接電極內之密閉空間與電極外之外部空間的氣體導入 用貫通孔，且具有該氣體導入用貫通孔之電極外面的前端 開口被熔融的熔融密封部之放電燈，其特徵爲：前述焊接 部與前述熔融密封部之電極內最短離間距離爲8mm以上。 申請專利範圍第2項所記載的本發明之放電燈，係在 申請專利範圍第1項所記載的放電燈中，尤其前述氣體導 入用貫通孔的長度爲25 mm以下爲其特徵。 [發明效果] φ 本發明的放電燈，係基體部與蓋部被嵌合且焊接，而 形成環狀的焊接部，被設置在基體或蓋部之一部分的氣體 _ 導入用貫通孔的前端開口被熔融，形成熔融密封部，在具 有在利用基體部蓋部所形成的密閉空間內封入傳熱體之構 造的電極中，焊接部與熔融密封部之電極內最短離間距離 爲8mm以上，藉此，在形成熔融密封部之際所產生的熱 難以通過電極內部傳遞到焊接部，能抑制焊接部的溫度上 昇，防止在焊接部產生裂痕（裂縫），放電燈亮燈中，傳 熱體不會從密閉空間漏出，得以穩定地作動的放電燈。 -9- 1331353 進而，氣體導入用貫通孔的長度爲25mm以內’藉此 ，在電極製造時，通過基體部與蓋部的間隙和氣體導入用 貫通孔，形成電極內之密閉空間的空間之氣體會被確實地 置換，不會讓密閉空間內的傳熱體與基體部的內側和蓋部 的內側氧化變質，能藉由傳熱體而確實地抑制電極前端部 的溫度上昇。 【實施方式】 [用以實施發明的最佳形態] 以下採用圖面加以說明本發明的放電燈。 第1圖是表示有關本發明的放電燈之構造的圖，第2 圖是第1圖所示的陽極之放大剖面圖。 該放電燈10，係具備：以石英玻璃製成的略球狀的發 光管11、和連續形成在發光管11之兩端之由石英玻璃製 成的封止管12,在發光管11內，均相對向配置著鎢金屬 製的陽極13及陰極15，各個電極被內部引部棒16支撐。 該內部引線棒1 6係被保持在封止部，並且經由氣密 地設置在該封止部12內的金屬箔（圖未示），連接到外 部引線棒或外部端子，在此連接外部電源。而且，在發光 管11內，封入預定量的水銀、氙氣、氬氣等的發光物質 和啓動用氣體。 在此種放電燈中，自外部電源供給電力，藉此在陽極 13與陰極15之間產生電弧放電，藉此發光。 再者，此例的放電燈，係陽極13爲上 '陰極15爲下 -10· 1331353 的狀態，亦即發光管11的管軸，是相對於地面朝垂直方 向支撐而亮燈之所謂的垂直亮燈型的管軸。 第2圖是上述放電燈之陽極13的說明用剖面圖，第3 圖是包含第2圖的陽極之焊接部與熔融密封部的部分之放 大投影圖。 陽極13，係如第2圖所示，由：在以鎢製成的基端側 具有開口的有底圓筒狀的基體部130、和塞住該基體部 φ 13〇之開口之以鎢製成的蓋部131所製成，具體上，係以 在基體部130的內部空間內，嵌入蓋部131之圓柱狀的嵌 入部132的狀態，成爲抵接著朝基體部130之徑向外方突 出的基體部側凸緣部130a和朝蓋部131之徑向外方突出 的蓋部側凸緣部1 3 1 a的狀態，在該已抵接的基體部側凸 緣部130a和蓋部側凸緣部131a之徑向的端部，形成有基 體部130與蓋部131在周方向的整體範圍內被焊接的環狀 焊接部P，藉此於形成在該陽極13之密閉空間C內，封 • 入有融點比構成該陽極的鎢金屬還低的金屬製成的傳熱體 M。傳熱體Μ例如有金、銀、銅等。 - 又’在蓋部131’係形成有連接陽極13內之密閉空間 c和陽極13外之外部空間的氣體導入貫通孔133，且該氣 體導入用貫通孔133之陽極13外面的前端開口形成有被 熔融的熔融密封部Q。 又，在蓋部131的中心形成有凹部134,在該凹部34 內嵌入內部引線棒，來支撐陽極13。 再者’焊接部Ρ與熔融密封部Q的製造方法，係與第 -11 - 1331353 ίο圖所示的製造方法同樣地利用電弧焊接所形成。 其次，採用第3圖，針對焊接P與熔融密封部Q的位 置關係加以說明。 第3圖係包含第2圖之陽極的焊接部與熔融密封部之 部分的放大投影圖，表示在陽極的前方配置光源，將來自 該光源的光照射到陽極，映照在陽極後方的投影圖。 而且，以實際的陽極的尺寸和投影圖的尺寸來計算投 影倍率，藉由投影圖的實測尺寸和投影倍率，來計算焊接 部P與熔融密封部Q的電極內最短離間距離d。 焊接部P與熔融密封部Q的電極內最短離間距離d， 係以投影圖的焊接部P的頂點爲P0，以投影圖的熔融密 封部Q的頂點爲Q0，將各個頂點P0、QO在電極內以直線 連結，以該直線的P〇、Q0的距離爲電極內最短離間距離 d 〇 第4圖（a)是針對本發明的放電燈，表示其他實施 例之陽極的說明用剖面圖，第4圖（b)是包含第4圖（a )的陽極之焊接部與熔融密封部的部分之放大投影圖。 該實施例的陽極13，係蓋部131的構造與第2圖所示 的蓋部相異，在蓋部側凸緣部131a的上方形成有突起部 131b。除此之外，由於與第2圖相同的符號爲相同部分， 因此說明省略。 具有該突起部131b，藉此在陽極的放大投影圖中，映 射出突起部131b的角部R1和R2。 此種形狀之蓋部1 3 1的情形下，電極內最短離間距離 -12- 1331353 d，係將投影圖的焊接部P的頂點P0和R1在電極內以直 線連結，以該離間距離爲dl，更將R1和R2在電極內以 直線連結，以該離間距離爲d2，更將熔融密封部Q的頂 點Q0和R2在電極內以直線連結，以該離間距離爲d3, 稱爲dl、d2、d3之合計的離間距離。 第5圖（a)是針對本發明的放電燈，表示其他實施 例之陽極的說明用剖面圖，第5圖（b)是包含第5圖（a φ )的陽極之焊接部與熔融密封部的部分之放大投影圖。 該實施例的陽極13，係蓋部131的構造與第2圖所示 的蓋部相異，在蓋部131的中心沿著電極軸形成有圓柱部 131c，在該圓柱部131c的中心以朝電極軸向延伸的方式 形成有氣體導入用貫通孔133，在圓柱部131c的前端形成 有氣體導入用貫通孔133的前端開口被熔融的熔融密封部 Q。 在該圓柱部131c，安裝著使用適當的接頭機構來支撐 • 電極的內部引線。除此之外，由於與第2圖相同的符號爲 相同部分，因此說明省略。 . 具有該圓柱部131c，藉此在陽極的放大投影圖中，映 射出突起部131c的角部R1。 此種形狀之蓋部131的情形下，電極內最短離間距離 d，係將投影圖的焊接部P的頂點P0和R1在電極內以直 線連結，以該離間距離爲dl，更將熔融密封部Q的頂點 Q0和在電極內以直線連結，以該離間距離爲d2,稱爲 dl、D2之合計的離間距離。 -13- 1331353 第6圖（a)是針對本發明的放電燈，表示其 例之陽極的說明用剖面圖，第6圖（b)是包含第< )的陽極之焊接部與熔融密封部的部分之放大投影丨 該實施例的陽極13,係基體部130和蓋部131 與第2圖所示的基體部和蓋部相異，在基體部130 的外面側形成有環狀的切削溝1 3 6，在該切削溝1 3 側係具有基體部1 3 0的剩餘部1 3 7，且形成有朝著 剩餘部137與電極軸交叉的方向延伸的氣體導入用 133，在側壁的外面形成有氣體導入用貫通孔133 開口被熔融的熔融密封部Q。 又，在基體部130,係形成有用來抵接蓋部13 入部132的前端之階段部135，在蓋部131的嵌入 抵接在階段部1 3 5的狀態下，形成有基體部1 3 0的 緣與蓋部131的上面外緣在周方向的整體範圍內被 環狀焊接部P。除此之外，由於與第2圖相同的符 同部分，因此說明省略》 雖然在包含第6圖（b)所示的焊接部與熔融 的部分的放大投影圖中，實際上並未映射出基體部 切削溝136，但實際測試陽極的切削溝136，於投 出切削溝136的形狀，以切削構136的剩餘部137 部作爲R2。 此種形狀之蓋部的情形下，電極內最短離間距 係將投影圖的焊接部P的頂點P0和R1在電極內以 結，以該離間距離爲d 1，更將熔融密封部Q的頂點 他實施 ί圖（a _。 的構造 之側壁 6的內 通過該 貫通孔 的前端 1之嵌 部132 上面外 焊接的 號爲相 密封部 130的 影圖繪 側的角 離d， 直線連 Q0和 -14- 1331353.
Ri在電極內以直線連結’以該離間距離爲d2，稱爲di、 D2之合計的離間距離。 再者，即使陽極的形狀爲第2圖〜第6圖所示之以外 的情形，電極內最短離間距離d’係通過電極內部，爲焊 接部P的頂點P0與熔融密封部Q的頂點Q0的最短的離 間距離。 再者，雖然在第2圖至第6圖所示的陽極14中，係 表示在蓋部131形成有嵌入部132的範例，但嵌入部i32 不是必須的構造，只要是基體部1 3 0的基端側的開口是以 蓋部1 3 1塞住，蓋部1 3 1就可爲任何的形狀。 其次，針對氣體導入用貫通孔加以說明。 第7圖是用以說明氣體導入用貫通孔之長度的陽極之 部分剖面圖。 如第7圖（a)所示’氣體導入用貫通孔133，係與電 極軸並行，直線狀地形成在蓋部131，氣體導入用貫通孔 1 3 3的開口徑是由一端側至另一端側爲一定的開口徑，氣 體導入用貫通孔133的長度L，是指由熔融密封部Q的頂 點Q0至與陽極丨3之密閉空間C的邊界部分之長度。 如第7圖（a)所示，氣體導入用貫通孔133,係與電 極軸並行，直線狀地形成在蓋部131，氣體導入用貫通孔 1 3 3的開口徑是由—端側至另一端側爲預定的開口徑，氣 體導入用貫通孔133的長度L，是指由熔融密封部Q的頂 點Q0至與陽極13之密閉空間C的邊界部分之長度。 第7圖（c)係在蓋部之嵌入部132具有凹部 -15- 1331353 13 2a，且以接續在該凹部13 2a的方式，形成具有預定開 口徑的氣體導入用貫通孔133。 而且，該凹部1 32a，係看得見密閉空間C的一部分 ，氣體導入用貫通孔133的長度L，係由熔融密封部Q的 頂點Q0至保持預定開口徑狀之與凹部132a的邊界部分的 長度。 再者，熔融密封部Q的頂點Q0，在包含熔融密封部 Q與氣體導入用貫通孔133的平面沿著電極軸切斷陽極13 ，在該切斷面，將熔融密封部Q的頂點定義爲Q0。 爲了確認本發明的效果，進行以下的實驗。 〔實驗例〕 在該實驗所用的陽極是第2圖所示之構造的陽極，使 用利用下述之構造的陽極的放電燈。 基體部130之圓筒的外徑爲29mm，基體部130的高 度爲60mm，基體部側凸緣部130a的外徑爲27mm。 蓋部1 3 1的嵌入部之外形爲2 0mm，蓋部側凸緣部 1 3 1 a的外徑爲27mm。 基體部1 3 0與蓋部1 3 1，是分別利用切削加工來製作 以鎢（在1氣壓下的融點爲3660k )製成的金屬體，熔接 該基體部與蓋部，在密封空間內封入作爲傳熱體的銀（在 1氣壓下的融點爲1 23 5k)。 而且，第2圖中，製作改變位在比蓋部1 3 1的蓋部側 凸緣部131a還上方的部分的高度，並改變焊接部P與溶 -16- 1331353. 融密封部Q的電極內最短離間距離的複數個陽極，檢查電 極製作後的基體部130與蓋部131的焊接部p有無裂痕發 生。其結果標示在表1。 再者，在該實驗中，分別製作五條焊接部P與熔融密 封部Q之電極內最短離間距離相同的陽極，以此五條陽極 作爲試料全體條數，並以試料全體條數中發生裂痕的陽極 之條數作爲破壞條數。 [表1] 焊接部與熔融密封部之電 極內最短離間距離d ( mm ) 有無裂痕發生 (破壞條數/試料全體條數） 4 5/5 5 3/5 7 1/5 8 0/5 12 0/5 進而，第6圖中，藉由改變設置在基體部130之環狀 的切削溝136的位置，並改變氣體導入用貫通孔133的位 置，來製作改變焊接部P與熔融密封部Q的電極內最短離 間距離的複數個陽極， 檢查電極製作的基體部130與蓋部131的焊接部P有 無裂痕發生。其結果表示於表2。 再者，在該實驗中，亦分別製作五條焊接部P與熔融 密封部Q之電極內最短離間距離相同的陽極，以此五條陽 極作爲試料全體條數，並以試料全體條數中發生裂痕的陽 -17- 1331353 極之條數作爲破壞條數。 [表2] 焊接部與熔融密封部之電 極內最短離間距離d ( mm) 有無裂痕發生 (破壞條數/試料全體條數） 6 2/5 7 1/5 8 0/5 9 0/5 由表1和表2所示的實驗結果確認了只要焊接部與溶 融密封部的電極內最短離間距離d爲8mm以上，熔融形 成在蓋部的氣體導入用貫通孔，形成熔融密封部之際所產 生的熱’就難以通過電極內部，傳遞到事先形成的焊接部 ，就能抑制焊接部的溫度上昇，不會在焊接部產生裂痕（ 裂縫）。 一方面，在焊接部與熔融密封部的電極內最短離間距 離d爲7mm以下，熔融形成在蓋部的氣體導入用貫通孔 ，形成熔融密封部之際所產生的熱，較易通過電極內部， 傳遞到事先形成的焊接部，焊接部的溫度上昇，具有在焊 接部產生裂痕（裂縫）的陽極。 進而，第2圖中’因爲如果改變蓋部131之電極軸方 向的長度，氣體導入用貫通孔的長度L就會改變，所以製 作改變氣體導入用貫通孔的長度L的複數個陽極，在與電 極軸直交的方向來切斷製作後的陽極的基體部，以目視來 觀察形成基體部的密閉空間的內部表面有無氧化物。其結 -18- 1331353. 果標示在表3。 再者，在此實驗中，如果氣體導入用貫通孔133的開 口徑爲0.5 5 mm之預定開口徑的情況，使用1 .Omm之預定 開口徑之情形的兩種氣體導入用貫通孔來進行實驗。 [表3] 氣體導入用貫通 孔的長度L(mm) 氣體導入用貫通 孔的開口徑（mm) 陽極基體部的內 表面有無氧化物 17 0.5 Μ j \ \\ 17 1.0 紐 22 0.5 >fnr m 22 1.0 25 0.5 <M、、 25 1.0 姐 28 0.5 有 28 1.0 有 30 0.5 有 30 1.0 有
由標示於表3的實驗結果確認了只要氣體導入用貫通 孔的長度L爲25mm以下，在陽極製作時，基體部與蓋部 的間隙和通過氣體導入用貫通孔成爲電極內之密閉空間之 空間的氣體會確實地置換，基體部的內表面並未產生氧化 物，因而密閉空間內的傳熱體亦未產生氧化。 一方面，氣體導入用貫通孔的長度L比25 mm還長的 情形下，在陽極製作時，體部與蓋部的間隙和通過氣體導 入用貫通孔成爲電極內之密閉空間之空間的氣體難以被置 換’基體部的內表面會氧化，密閉空間內的傳熱體也會氧 -19- 1331353 化此結果，在使用此種陽極的放電燈，傳熱體會氧化變質 ，傳熱效果降低，陽極的前端部成爲過熱狀態。 【圖式簡單說明】 第1圖是表示本發明之放電燈之構造的說明圖。 第2圖是第1圖所示的放電燈之陽極的說明用剖面圖 〇 第3圖是包含第2圖的陽極之焊接部與熔融密封部的 部分之放大投影圖。 第4圖是針對本發明的放電燈，表示其他實施例之陽 極的說明用剖面圖，和包含該陽極之焊接部與熔融密封部 的部分之放大投影圖。 第5圖是針對本發明的放電燈，表示其他實施例之陽 極的說明用剖面圖，和包含該陽極之焊接部與熔融密封部 的部分之放大投影圖。 第6圖是針對本發明的放電燈，表示其他實施例之陽 極的說明用剖面圖，和包含該陽極之焊接部與熔融密封部 的部分之放大投影圖。 第7圖是表示形成在本發明之放電燈的電極之氣體導 入用貫通孔的剖面說明圖》 第8圖是表示習知之放電燈之構造的說明圖。 第9圖是第8圖所示的放電燈之陽極的說明用剖面圖 〇 第10圖是製作電極的說明圖。 -20- 1331353
【主要元件符號說明】 1 〇 :放電燈 1 1 :發光管 1 2 :密封管 1 3 :陽極 1 5 :陰極 1 6 :內部引線棒 130 :基體部 13 0a :基體部側凸緣部 131 :蓋部 1 3 1 a :蓋部側凸緣部 132 :嵌入部 133:氣體導入用貫通孔 134 :凹部
Q :熔融密封部 Μ :傳熱體 -21 -