TWI656560B - Discharge lamp - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種封入導熱體的電極，能夠在燈管點亮期間穩定地維持電極強度。放電燈管中，固相接合主體構件32與蓋構件36來形成陽極30，主體構件32形成有放入導熱體M的凹部33，蓋構件36設置有嵌入凹部33的突出部46。密閉空間50中凹部33以電極前端部朝向後端部變細的方式形成，在突出部表面46S附近的徑長DM會比在中間部的徑長DN小。

Description

放電燈管
本發明係有關於利用於曝光裝置等的放電燈管，且特別有關於將導熱體封入電極內部所形成的密閉空間的電極構造。
放電燈中有一種電極，電極內部形成有密閉空間，並封入具有冷卻機能的金屬(例如，參照專利文獻1)。其中，由例如銀等熱傳導率高且熔點相對較低的金屬所組成的導熱體會封入陽極內部。當電極溫度因燈管點亮而上升，導熱體會熔融、液化。藉此，密閉空間內產生熱對流，電極前端部的熱輸送到相反側的電極支持棒側。
形成密閉空間於電極內部的情況下，準備形成有凹部的有底圓筒狀主體構件、以及具備圓柱狀突出部的蓋構件，將蓋部分的突出部嵌入主體構件的凹部，然後接合凹部端面與蓋構件來形成密閉空間。接合方式可使用SPS等的固相接合。
[先行技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2012-221582號公報
當蓋構件與主體構件接合時，在接合部分會產生間隙。燈管點亮時若導熱體流進這個間隙，一旦導熱體伴隨著燈管點亮/熄滅而反覆凝固、熔融的話，凝固、熔融產生的應力會施加到接合部分上，接合部會產生破裂甚至是電極破損。
因此，將導熱體封入電極內部的電極當中，必須要以能抑制導熱體對電極接合部分的損傷。
本發明提供一種放電燈管，包括：放電管；以及一對的電極，配置於該放電管內，其中至少一者的電極具有：形成有凹部的構件(在此，稱為主體構件)、以及形成有嵌入該凹部的突出部並且與該主體構件接合的構件(在此，稱為蓋構件)，導熱體封入該主體構件與該蓋構件接合後而在電極內部形成的筒狀的密閉空間中。
主體構件可與電極前端面、電極前端部為一體成形，也可以與電極前端部接合而成。凹部形成能使導熱體的熱對流產生的柱狀空間即可，也可形成筒狀。例如，形成與主體構件同軸的剖面為圓形的內部空間。蓋構件例如與電極支持棒接合。接合可以適用例如固相接合。
本發明中，密閉空間的蓋構件側後端部的徑/直徑會比該密閉空間的中間部的徑/直徑小。也就是說，蓋構件側後端部的剖面積尺寸會比密閉空間的中間部的剖面積尺寸小。其中，蓋構件側後端部表示蓋構件突出部表面或其附近的位置。又，中間部表示密閉空間在電極軸方向的長度的中間位 置附近。
在這種設置突出部覆蓋凹部並接合凹部端面與蓋 構件的電極構造中，藉由加大內部密閉空間的在前端側的徑長，導熱體容易往下方流，抑制了在間隙附近的流動停滯。結果，不會產生太強的導熱體流入間隙的流動，因此，能夠減低進入間隙的導熱體隨著燈管熄滅、點亮而凝固、熔融所造成的應力，防止接合面附近發生破裂、電極破損。
考慮有效地抑制導熱體的流動停滯，可將突出部 的直徑DT與面向該突出部的該主體構件的後端部內徑GS滿足DT/GS≧0.5，且該主體構件的後端部內徑DM與中間部內徑DN滿足DM/DN≧0.5。
密閉空間的空間形狀可以是各種形狀，至少可從 中間部朝向後端部變細。因為凹部側面變平滑，導熱體會平順地往下方流。
例如，密閉空間的徑長能夠從凹部底面側前端部 朝向後端部變小。藉由從前端部側縮小徑長，導熱體的對流變得平滑，抑制了流動停滯。
關於主體構件的外徑，可以沿電極軸方向上大致 不變，或者是也可配合內徑變化。例如，可使主體構件的壁厚沿著電極軸方向大致不變。燈管點亮期間，即使凹部的中間部、前端部附近側面被導熱體削薄，也能藉由充分的壁厚來維持電極強度。
在該密閉空間的後端部附近，可以有突起部沿著 凹部內面周方向形成。又，使突出部為柱狀並使突出部側面與 凹部側面之間的間隙沿著電極軸方向大致不變，燈管熄滅後，在該密閉空間的後端部附近，導熱體能夠沿著凹部內面周方向凝固成環狀。
根據本發明，在封入導熱體的電極中，能夠在燈管點亮時也能穩定地維持電極強度。
10‧‧‧放電燈管
12‧‧‧放電管
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、130‧‧‧陽極
30S‧‧‧電極前端面
32、132‧‧‧主體構件
32T‧‧‧端面
33、133‧‧‧凹部
34‧‧‧電極前端部
34S‧‧‧電極前端面
36、136‧‧‧蓋構件
36T‧‧‧端面
46、146‧‧‧突出部
46J‧‧‧突出部側面
46S、146S‧‧‧突出部表面
50、150‧‧‧密閉空間
50B‧‧‧密閉空間底面
50D‧‧‧凹部側面
90‧‧‧積聚物
CS‧‧‧間隙
DM、DM1、DN、DV‧‧‧內徑
DS‧‧‧放電空間
DT、DZ‧‧‧外徑
GS‧‧‧端部直徑
E‧‧‧電極軸
J‧‧‧接合面
L1‧‧‧前端領域
L2‧‧‧中間領域
L3‧‧‧後端部領域
M‧‧‧導熱體
R‧‧‧領域
t‧‧‧壁厚
第1圖係概要顯示第1實施形態的短弧型放電燈管的平面圖。
第2圖係顯示陽極的概略剖面圖。
第3圖係顯示第2實施形態的陽極的概略剖面圖。
以下，參照圖式說明本發明的實施形態。
第1圖係概要顯示第1實施形態的短弧型放電燈管的平面圖。
短弧型放電燈管10是可使用於形成圖樣用的曝光裝置(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隔著既定間隔相對地配置。
在放電管12的兩側，石英玻璃製的密封管13A、13B彼此相對且與放電管12一體地設置，密封管13A、13B的兩端被金屬蓋19A、19B塞住。放電燈管10沿著鉛直方向配置，使得陽極30位於上側，陰極20位於下側。
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與導電性的導棒15A、15B分別連接。密封管13A、13B與設置於密封管13A、13B內的玻璃管(未圖示)熔接，藉此產生內部封入水銀及惰性氣體的放電空間DS。
導棒15A、15B連接至外部的電源部(未圖示)，電 壓透過導棒15A、15B、金屬箔16A、16B、電極支持棒17A、17B施加至陰極20與陽極30之間。當電力供給至放電燈管10，電極間發生電弧放電，由水銀放射出亮線(紫外光)。
第2圖係陽極的概略剖面圖。
陽極30是由金屬構件(以下稱為主體構件)32、 以及與電極支持棒17B接合的金屬構件(以下稱為蓋構件)36所構成。主體構件32與圓錐梯形的前端部34(具有沿著電極軸(燈管軸)E的垂直方向延伸的電極前端面34S)連成一體，是以電極軸E為中心而形成有圓筒狀凹部33的厚壁的有底筒狀構件。
蓋構件36具有可與凹部33嵌合的圓柱狀突出部 46，本體構件32的端面32T與蓋構件36的突出部周圍的端面36T接合，覆蓋並密封凹部33。藉此，陽極內部形成有筒狀的密閉空間50。以鎢等為主成分的主體構件32及蓋構件36同軸配置，密閉空間50的空間領域以電極軸E為中心形成對稱。
內部形成有這種密閉空間50的陽極30會以放電電 漿燒結(SPS)的固相接合的方式成形。突出部46的尺寸(直徑)DT比凹部33的直徑GS稍小，突出部46與凹部33之間的微小間隙CS會沿著整個周方向，形成於凹部33的側面50D與突出部側面46J之間。
密閉空間50封入了熔點比主體構件32、蓋構件36要低的金屬(例如銀等)所組成的，或以其為主成分的導熱體M。燈管點亮期間，因電極前端部34被加熱使得導熱體M熔融。主體構件32、蓋構件36的熔點會比燈管點亮期間的密閉空間底面50B附近的溫度(約1800℃)高。
熔融的導熱體M在密閉空間50內對流，使電極前端部34的熱沿著電極軸E輸送至蓋構件36側。本實施形態中，當導熱體M幾乎全部熔融時，導熱體M略佔有了密閉空間50的內部，液面到達突出部表面/前端面46S。
當導熱體M產生熱對流，電極前端部的熱會沿著電極軸E輸送，抑制了前端部34的溫度上升。上升的導熱體M會先沿著徑方向外側往凹部側面50D前進，然後再流往電極前端側下方。然後在底面50B附近流往電極軸E方向，再次上升。藉由這種熱對流，陽極30在燈管點亮期間被冷卻。
若根據導熱體M的流動方向，將密閉空間50在電極軸E的方向上區分為3個空間領域L1、L2、L3，在領域L1中，主要的流動是朝向電極軸E(徑方向內側)，在領域L2中，主要的流動是沿著電極軸E，在領域L3中，主要的流動是朝向密閉空間50的側面(徑方向外側)。
主體構件32的外徑DZ沿著電極軸E為一定，另一方面，內徑則沿著電極軸E而隨著遠離電極前軸部而變小。密閉 空間50沿著電極軸E前端變細。具體來說，凹部33的內徑從密閉空間底面50B朝向後端部的突出部表面46S平滑且緩慢地減少。關於密閉空間50的尺寸/徑，突出部表面46S附近的後端部會比位於中間領域L2的密閉空間中間部小。
然而，密閉空間50的領域是由突出部表面46S到底面50B之間的空間領域所限定，在此不考慮微小的間隙CS。密閉空間50的端部表示沿著突出部表面46S的位置或其附近的位置。
藉由形成這種錐狀的密閉空間50，燈管點亮期間，沿著電極軸E上升的導熱體M容易沿著凹部側面50D往下方流，抑制了在間隙CS附近的流動停滯。結果，不會產生太強的導熱體M流入間隙CS的流動，因此，能夠減低進入間隙CS的導熱體M隨著燈管熄滅、點亮而凝固、熔融所造成的應力，防止.接合面J附近發生破裂、電極破損。
另外，導熱體M的對流變平滑會讓流速上升，提昇熱輸送效果，因而能夠有效地冷卻電極前端部溫度。特別是由於突出部表面/前端面46S到底面50B為止的凹部33是平滑的錐狀，導熱體M在中間部的領域L2不會流動停滯而會沿著密閉空間側面到達底面50B，因而防止電極破損，並提高熱輸送效果。
如上述，根據本實施形態，將主體構件32以及蓋構件36固相接合來形成陽極30，其中主體構件32形成有用以放入導熱體M的凹部33，蓋構件36設置有用以嵌入凹部33的突出部46。密閉空間50中凹部33以電極前端部朝向後端部變細的方式形成，在突出部表面46S附近的徑長DM會比在中間部的徑長 DN小。
另外，也可以取代平滑的錐形，而採用階段式的階差來逐漸變細。藉由限定中間領域L2、後端部領域L3的凹部33的內徑比，能夠同樣的防止電極破損，提高熱輸送效率。具體來說，當後端部領域L3的凹部直徑DM與中間領域L2的凹部直徑DN的比值DM/DN比0.5小的情況下，朝向凹部前端部的內徑擴大變得急遽，導熱體就變得無法平滑地往電極前端部移動。因此DM/DN≧0.5為佳。
又，上述實施形態中使蓋構件36的突出部46的直徑DT略等於凹部33的後端部的尺寸(直徑)GS，但也可以將突出部46的尺寸DT設定得更小。即使間隙CS的空間領域某種程度地變大，藉由更加縮小後端部領域L3的端部直徑DM與中.間領域L2的凹部直徑DN的比值DM/DN，也就是相對地增大中間領域L2的直徑DN，同樣能有效地抑制導熱體M在密閉空間端部附近流動停滯。
在這個情況下，如果突出部表面46S的直徑DT比凹部33的端部的直徑GS的一半還小的話，間隙CS變得過大使得流動停滯顯著。因此，DT/GS≧0.5(GS>DT)為佳。其中假設為已經滿足上述DM/DN的條件。
接著，使用第3圖來說明第2實施形態的放電燈管。第2實施形態中，主體構件的壁厚一定，且燈管熄滅時導熱體會做為積聚物而形成於密閉空間端部。除此以外的構造與第1實施形態實質相同。
第3圖係顯示第2實施形態的短弧型放電燈管的陽 極的概略剖面圖。
陽極130由主體構件132、具備突出部146的蓋構件136所構成。凹部133從電極前端部朝向後端部變細。因此，在凹部133的後端部的內徑DM會比在中間領域的內徑DN小。又，主體構件132也從電極前端部朝向後端部變細，主體構件132的壁厚t沿著電極軸E幾乎不變。
藉由主體構件132的壁厚t維持一定，即使導熱體M的對流削薄凹部133的側面而使內壁直徑擴大，因為充分地確保了在中間領域L2以及前端領域L1的壁厚，所以能夠防止因為傳熱體M的對流造成電極前端部的強度下降。
另一方面，燈管熄滅後，導熱體凝固的過程中，密閉空間150的後端部附近的領域R會累積溫度相對較低的導熱體，沿著凹部133的側面周方向凝固成環狀的導熱體會以從.側面突起的形態形成積聚物90。
這種積聚物90是因為蓋構件136的突出部146為柱狀，也就是突出部表面146S的端部為如第3圖所示的直角而產生。又，即使突出部表面146S的端部不是直角，而是做成錐角也會產生這種積聚物90。當燈管再次點亮，積聚物90一部分熔融，但因為形成於溫度相對較低的後端部領域L3，所以積聚物90會維持在凹部側面。陽極130的外表面可形成具有放熱功能的雷射溝，用來控制溫度。在積聚物90附近的凹部133的內徑DM1會比後端部內徑DM更小。
藉由積聚物90的形成，燈管點燈期間會抑制導熱體M往間隙CS的方向流動。因此，能夠抑制導熱體M進入間隙 CS，防止以間隙CS為起點的電極破損。
又，設定含有突出部的蓋構件的形狀、間隙CS的尺寸等，使離開密閉空間的端部(也就是突出部表面)2mm以上的位置處形成積聚物為佳。這是因為如果積聚物距離密閉空間端部過近，伴隨導熱體的凝固與熔融而來的應力會影響接合部。又，也可封入導熱體M，使得在導熱體M幾乎全部熔融時的液面，會與突出部表面146S至突起物所在位置為止的空間分離既定間隔。
又，為了使突起物所產生的對流效果更確實，也可以不用導熱體，而用切削加工或熔接等來形成突起物。在這種情況下，也可以做成剖面為三角形以外的形狀。又，也可以構成不形成導熱體的積聚物的密閉空間。
第1、第2實施形態中，在陽極形成密閉空間，但也可用同樣的方式構成陰極。又，也可以用固相接合以外的接合方法來形成電極。

Claims (7)

  1. 一種放電燈管，包括：放電管；以及一對的電極，配置於該放電管內，其中至少一者的電極具有：形成有凹部的有底筒狀主體構件、以及形成有嵌入該凹部的突出部並且與該主體構件接合的蓋構件，導熱體封入該主體構件與該蓋構件接合後而在電極內部形成的筒狀的密閉空間中，該密閉空間的蓋構件突出部表面的位置的徑長會比該密閉空間的中間部的徑長小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之放電燈管，其中該密閉空間至少從中間部朝向後端部變細。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之放電燈管，其中該密閉空間的徑長從凹部底面側前端部朝向後端部變小。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之放電燈管，其中該主體構件的壁厚沿著電極軸方向大致不變。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之放電燈管，其中該突出部的直徑DT與面向該突出部的該主體構件的後端部直徑GS滿足DT/GS≧0.5，且該主體構件的後端部內徑DM與中間部內徑DN滿足DM/DN≧0.5。
  6. 如申請專利範圍第1至5項任一項所述之放電燈管，其中該突出部為柱狀，燈管熄滅後，在該密閉空間的後端部附近，導熱體沿著凹部內面周方向凝固成環狀。
  7. 一種放電燈管，包括：放電管；以及一對的電極，配置於該放電管內，其中至少一者的電極具有：形成有凹部的有底筒狀主體構件、以及形成有嵌入該凹部的突出部並且與該主體構件接合的蓋構件，導熱體封入該主體構件與該蓋構件接合後而在電極內部形成的筒狀的密閉空間中，該密閉空間的蓋構件側後端部的徑長會比該密閉空間的中間部的徑長小；在該密閉空間的後端部附近，突起部沿著凹部內面周方向形成。
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