TWI578372B - Discharge lamp - Google Patents

Description

放電燈管

本發明系有關於利用於曝光裝置等的放電燈管，且特別有關於將傳熱體封入電極內部的電極。

放電燈管中，伴隨著高輸出化，將具有冷卻功能的金屬封入形成於電極內部的密閉空間中的電極為人所知(參照專利文獻1)。在該處，由銀等的熱傳導率高且熔點相對較低的金屬所組成傳熱體密封於陽極內部。當由於點燈電極溫度上升時，金屬熔融、液化。因此，內部空間產生熱對流，電極前端部的熱往相反側的電極支持棒的方向輸送。

將傳熱體封入內部空間時，該傳熱體所佔的比例，也就是體積率，會影響熱輸送效率及電極強度。傳熱體的比例太少的話，熱對流不足使熱輸送效率惡化。另一方面，若傳熱體的比例過多，則密閉空間內部的蒸氣壓上升，使密閉空間的壁面受到過度的壓力，有致使電極破損的可能。

因此，訂定傳熱體與內部密閉空間之間的適當的體積比，調整傳熱體的封入量(參照專利文獻2)。或者是，調整延伸於密閉空間的突起構件的體積比(參照專利文獻3)。

[先行技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：日本特開2012-15007號公報

專利文獻2：日本特開2010-003594號公報

專利文獻3：日本特開2004-259644號公報

點燈時傳熱體變為液狀，但由於熄燈電極溫度下降時，傳熱體一邊熱收縮一邊凝固。此時，應力施加於內部空間的底面、側壁。而再點燈時，傳熱體一邊熱膨脹一邊熔融，成為液體。此時，應力施加於內部空間側壁。

像這樣傳熱體相變化時產生的應力會對電極內壁、也就是電極內部空間的側壁、底面造成負擔，重複點燈、熄燈的動作時恐怕會造成電極內壁產生龜裂。然而，只單純考量點燈時的傳熱體量的話，無法期望能長期間地維持電極強度。

因此，切換熄燈/點燈時，必須降低傳熱體相變化產生的應力。

本發明的放電燈管具備放電管；一對的電極，配置在該放電管內，其中該一對的電極的至少一者具有傳熱體，封入於形成在電極內部的密閉空間內，其中該傳熱體在點燈時形成液體狀態，在熄燈後凝固，朝向與電極前端側相反的電極支持棒側形成凹部。藉由凹部的形成可減低應力。

例如，傳熱體以滿足以下的式子的方式形成凹部。

1/4≦a/b≦3/4

其中a表示傳熱體凹部端部至凹部底的距離，b表示傳熱體凹部端部至該密閉空間的底面的距離。

例如，傳熱體以滿足以下的式子的方式形成凹部。

1/10≦e/f≦3/4

其中e表示該凹部的體積，f表示該傳熱體的體積。

凹部的形狀為任意，滿足上述式子即可。在這個情況下，可調整該傳熱體的凝固收縮率、黏度、熱傳導率中至少一者，來固定出該傳熱體的凹部形狀。另外，該一對的電極的至少一者在電極表面可設置放熱部。

根據本發明，能夠維持電極強度並且獲得冷卻性能優秀的電極。

10‧‧‧放電燈管

12‧‧‧放電管(發光管)

13A、13B‧‧‧密封管

15A、15B‧‧‧導棒

16A、16B‧‧‧金屬箔

17A、17B‧‧‧電極支持棒

19A、19B‧‧‧金屬蓋

20‧‧‧陰極

30‧‧‧陽極

32‧‧‧本體部

34‧‧‧圓錐梯形前端部

34S‧‧‧陽極前端面

40‧‧‧傳熱體

40B‧‧‧液相

40T‧‧‧凹部端部

40D‧‧‧凹部底

45‧‧‧密閉蓋

45S‧‧‧端面

50‧‧‧密閉空間

50D‧‧‧底面

50S‧‧‧側面

60‧‧‧雷射溝

70‧‧‧孔

a‧‧‧凹部高度

DS‧‧‧放電空間

第1圖係概要顯示實施例1的放電燈管的平面圖。

第2圖係陽極的概要剖面圖。

第3圖係陽極在點燈中的概略剖面圖。

第4圖係凹部高度過小，不滿足條件式的陽極的概略剖面圖。

第5圖係凹部高度過大，不滿足條件式的陽極的概略剖面圖。

以下參照圖式說明本發明的實施例。

第1圖係概要顯示實施例1的放電燈管的平面圖。

短弧型放電燈管10是可使用於用以形成圖樣的曝光裝置(未圖示)的光源等的放電燈管，具備透明的石英玻璃製的放電管(發光管)12。放電管12中陰極20與陽極30以既定間隔相對配置。

放電管12的兩側設置有彼此相對且與放電管12連成一體的石英玻璃製的密封管13A、13B，密封管13A、13B的兩端被金屬蓋19A、19B塞住。

放電燈管10中沿著鉛直方向，陽極30配置於上側，陰極20配置於下側。密封管13A、13B的內部配設有支持金屬性的陰極20、陽極30的導電性的電極支持棒17A、17B，透過金屬環(未圖示)、鉬等的金屬箔16A、16B分別連接至導電性的導棒15A、15B。

密封管13A、13B與設置於密封管13A、13B內的玻璃管(未圖示)熔接，使得封入水銀及惰性氣體的放電空間DS密封。

導棒15A、15B連接到外部的電源部(未圖示)，電壓透過導棒15A、15B、金屬箔16A、16B、以及電極支持棒17A、17B施加於陰極20與陽極30之間。當電力供給放電燈管10時，電極間產生電弧放電，放射出水銀產生的亮線(紫外光)。

第2圖係陽極30在熄燈時的概要剖面圖。第3圖係陽極30在點燈時的概略剖面圖。

陽極30由柱狀本體部32及具有陽極前端面34S的圓錐梯形前端部34所構成。本體部32是接合了安裝有電極支持 棒17B的密閉蓋45的構造，除了密閉蓋45外的本體部32與前端部34是以同一金屬材料形成。

本體部32在內部中央相對於電極軸同軸地形成了圓柱狀的密閉空間50。密閉空間50的上邊界是連接密閉蓋45的端面45S，下邊界是底面50D。密閉空間50的側面50S的長度c比密閉空間50的徑長d長。

密閉空間50內部封入傳熱體40。傳熱體40由比本體部32與密閉蓋45熔點低的金屬(例如銀)組成。如第3圖所示，點燈中熔融成為液體狀態，藉由熱對流來抑制前端部34的溫度上升。

切換至熄燈時，傳熱體40收縮且凝固，成為固體。陽極30的本體部32表面附近的溫度很快地下降，因此密閉空間50的側面50S附近開始凝固，隨著時間經過，傳熱體一邊收縮一邊朝中心部凝固過去。

然後，傳熱體40在密閉空間50的底面50D的中央部附近最後成為固體，最終，傳熱體40凝固成中央部凹陷的凹狀。底面50D的中央部附近因收縮的應力從多方向作用，所以會有孔70存在。傳熱體40的一部分會如後述地附著於密閉蓋45的端面45S。

像這樣的傳熱體40朝向密閉蓋45開放的凹部形狀具有減低點燈時產生的應力的效果。也就是說，使點燈時傳熱體40熱膨脹所產生的應力往中心部移動，能夠減低施加於密閉空間50的底面50D、側面50S的應力。每次重複點燈/熄燈時，傳熱體40會如第2、3圖所示，重複凹部形狀的固相化、液化。

因熄燈而附著於密閉蓋45的傳熱體因為與凹部形狀的傳熱體40隔離，所以一切換到點燈就能早期地熔融，然後滴落到凹部表面40J使傳熱體40的液化加快。

並且，在陽極30的本體部側面32S，具有放熱功能的雷射溝60在陽極前端部32附近沿著周方向形成。點燈期間，防止陽極前端部32過度高溫，並且加快密閉空間50內部的傳熱體40的凝固。

第2圖所示的傳熱體40的凹部形狀是根據陽極30的放熱特性、傳熱體40的特性、傳熱體40對密閉空間的體積比、密閉空間50的尺寸等而定。特別是凹部的凹陷深度會因為陽極30的雷射溝60的放熱特性、傳熱體40的特性而變化。在此，傳熱體40的特性是表示凝固收縮率、黏度、熱傳導率。

本實施例中，訂定傳熱體40的封入量及特性、雷射溝60的位置等，使做為凹部形狀的特徵的凹部高度滿足既定條件。其中，凹部的高度定義為與密閉空間50的側面50S相接，位於最高位置的傳熱體40的凹部兩端部40T至凹部底40D的距離。

凹部高度a較好能滿足以下的條件式。

1/4≦a/b≦3/4.....(1)

其中a表示傳熱體凹部端部40T至凹部底40D的距離，b表示傳熱體凹部端部40T至前述密閉空間的底面50D的距離。

更好能滿足以下的條件式

1/10≦e/f≦1/4.....(2)

其中e表示傳熱體40的凹部的體積，f表示傳熱體40的體積。

若凹部的高度過小，則熄燈時產生的應力會使電極強度下降。具體來說，由點燈狀態切換為熄燈時，傳熱體40的凝固會由溫度相對較低的密閉蓋45的附近的上方開始。因此，需要加快靠近陽極前端部32的下方的溫度的下降，來加快相變化時收縮造成的液面降低。

為了確保充分的凹部高度，溝60的放熱作用相當有效。除此之外還必須考慮傳熱體40的特性。當凝固收縮率低時，體積減少的比例小，因此抑制了液面的下降。另外，當黏度小時，因黏性而殘留於密閉空間側面30S上方附近的部分減少，凹部高度減小。再者，當熱傳導率高時，中心部與側面附近的溫度差小，因此開始凝固時的液面沒有高度差，凹部高度減小。

由熄燈切換至點燈使傳熱體40再熔融時，若凹部高度小，則無法釋放在密閉空間底面50D附近產生的最大應力，無法期望應力的減輕。

相反地，若凹部的高度過大，過度的應力會施加於陽極內壁，也就是密閉空間50的底面50D、側面50S。傳熱體40的凝固縮小率高、黏度大、熱傳導率高的話，凹部的高度就會變大。然而，若凹部變得過高，凹部底40D會靠近密閉空間底面50D，使得伴隨著較強的應力的凝固作用於底面50D，陽極內壁有產生龜裂的可能。

第4圖係凹部高度過小，不滿足條件式的陽極的概略剖面圖。在這個情況下，再點燈時，底面50D附近的應力無法充分地釋放到凹部，因此陽極內壁有產生龜裂的可能。

第5圖係凹部高度過大，不滿足條件式的陽極的概略剖面圖。液相40B最後凝固的部分發生複雜方向的較強的應力，因此產生孔70。也就是說，第5圖的情況下，此應力在底面50D的附近發生，底面50D有產生龜裂的可能。

又，再度點燈的情況下，傳熱體40的熔融朝上方前進需要時間。因此，直到熱對流開始為止相當耗時，使得電極前端部34過熱。

再者，溝60的形成位置會影響凹部高度。若將溝60形成直到密閉蓋45附近為止，上方的凝固變快，未凝固的液相部分殘留的狀態下形成凹部。另一方面，若只形成溝60於下方附近，因為促進了下方附近的凝固，凹部高度會變得過大。

因此需要在凝固傳熱體時不會產生極端的凹部高度，在本實施例中，形成溝60，且訂定傳熱體40的特性來滿足條件式(1)。

根據本實施例，密閉空間50形成於陽極30的內部，由銀等的金屬所構成的傳熱體40以凹部形狀封入其中。此時，訂定電極尺寸、放熱用的溝60的形成位置、傳熱體40的特性等來滿足條件式(1)、(2)。切換至點燈時，傳熱體40液化。

而做為放熱機構，除了溝的形成外，也可以適用微粒子的噴灑、氧化鋁加工等的構造，做為放熱特性與其他電極表面部分不同的放熱部。另外，陰極也可以採用相同的構造。

再者，不滿足條件式(1)、(2)的情況下，回避傳熱體以液態填滿整個密閉空間的狀態，或者是回避凝固後 傳熱體凹部底到達密閉空間底面附近的狀態，也就是避免不能形成凹部的極端狀態，也能夠提昇電極強度。

17B‧‧‧電極支持棒

30‧‧‧陽極

32‧‧‧本體部

32S‧‧‧本體部側面

34‧‧‧圓錐梯形前端部

34S‧‧‧陽極前端面

40‧‧‧傳熱體

40D‧‧‧凹部底

40J‧‧‧凹部表面

40T‧‧‧凹部端部

45‧‧‧密閉蓋

45S‧‧‧端面

50‧‧‧密閉空間

50D‧‧‧底面

50S‧‧‧側面

60‧‧‧雷射溝

70‧‧‧孔

Claims (6)

1. 一種放電燈管，包括：放電管；一對的電極，配置在該放電管內，其中該一對的電極的至少一者具有傳熱體，封入於形成在電極內部的密閉空間內，其中該傳熱體在點燈時形成液體狀態，在熄燈後凝固，朝向與電極前端側相反的電極支持棒側形成凹部，該傳熱體的中央部朝向與該電極前端側相反的該電極支持棒側形成凹陷之該凹部，位於該傳熱體的最高位置與密閉空間的側面相接，從該凹部兩端朝向該傳熱體的該中央部凹陷。
2. 如申請專利範圍第1項所述之放電燈管，其中該傳熱體以滿足以下的式子的方式形成凹部，1/4≦a/b≦3/4其中a表示傳熱體凹部端部至凹部底的距離，b表示傳熱體凹部端部至該密閉空間的底面的距離。
3. 如申請專利範圍第1項所述之放電燈管，其中該傳熱體以滿足以下的式子的方式形成凹部，1/10≦e/f≦3/4其中e表示該凹部的體積，f表示該傳熱體的體積。
4. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之放電燈管，其中該傳熱體的凝固收縮率、黏度、熱傳導率中至少一者被調整，來固定出該傳熱體的凹部形狀。
5. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之放電燈管，其中該 一對的電極的至少一者在電極表面具有放熱部。
6. 如申請專利範圍第4項所述之放電燈管，其中該一對的電極的至少一者在電極表面具有放熱部。