(57)【要約】      （修正有）【課題】垂直動作型高圧ガス放電ランプ用の電極を効率的に冷却することで、電極材料の蒸発を抑制しランプ寿命を向上させる。【解決手段】電極（１２、１４）は第１金属材料から成りかつ気密に封止された内部空間（１８）を包囲する電極本体（１６）を有し、第２金属材料から成りかつ内部空間（１８）に配置されている第１伝熱構成要素（２０）を有する。第２金属材料は、第１金属材料よりも低い融点を有する。さらに内部空間（１８）には、非金属で、標準条件下でガス状でなく、かつガス（２４）よりも高い熱伝導率（λＤ）を有する第２伝熱構成要素（２２）が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス放電ランプ（１０）用の電極（１２、１４）であって、前記電極（１２、１４）は、
・第１金属材料から成りかつ気密に封止された内部空間（１８）を包囲する電極本体（１６）と、
・第２金属材料から成りかつ前記内部空間（１８）に配置されている第１伝熱構成要素（２０）とを有し、前記第２金属材料は、前記第１金属材料よりも低い融点を有する、電極（１２、１４）において、
前記内部空間（１８）には、非金属であり、標準条件下でガス状でなく、かつガス（２４）よりも高い熱伝導率（λＤ）を有する第２伝熱構成要素（２２）が配置されている、ガス放電ランプ（１０）用の電極（１２、１４）。
【請求項２】
前記第２伝熱構成要素（２２）は、前記第２金属材料よりも高い融点および低い密度を有する、請求項１記載の電極（１２、１４）。
【請求項３】
前記第２伝熱構成要素（２２）が、粉末を有し、特にダイヤモンド粉末および／またはセラミック材料を含む粉末を有する、請求項１または２記載の電極（１２、１４）。
【請求項４】
前記セラミック材料が、窒化ホウ素および／または窒化アルミニウムを有する、請求項３記載の電極（１２、１４）。
【請求項５】
前記粉末の粒子は、前記第１伝熱構成要素（２０）との前記粉末の濡れ性を大きくするためのコーティングを有する、請求項３または４記載の電極（１２、１４）。
【請求項６】
前記コーティングが、前記第１伝熱構成要素（２０）よりも高い融点を有する、請求項５記載の電極（１２、１４）。
【請求項７】
前記コーティングは、
・モリブデン、
・炭化モリブデン、
・タングステン、
・炭化タングステン、
・ジルコニウム、
・炭化ジルコニウム、
・レニウム、
・炭化レニウム
のうちの少なくとも１つの材料を有するかまたは前記材料のうちの少なくとも１つから構成される、請求項５または６記載の電極（１２、１４）。
【請求項８】
前記第１伝熱構成要素（２０、２２）が、銅および／または銀および／または金を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の電極（１２、１４）。
【請求項９】
前記内部空間（１８）にさらに不活性ガス（２４）が配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の電極（１２、１４）。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項記載の少なくとも１つの電極（１２、１４）を有するガス放電ランプ（１０）。
【請求項１１】
垂直動作において前記電極（１２、１４）が上方に配置されており、前記第１伝熱構成要素（２０）の前記金属材料が溶融することにより、前記第２伝熱構成要素（２２）の粒子が、前記第１伝熱構成要素（２０）の液状の金属の表面において分離して層を形成する、請求項１０記載のガス放電ランプ（１０）。
【請求項１２】
前記第２伝熱構成要素（２２）は、粉末、特にダイヤモンド粉末および／またはセラミック粉末を有する、請求項１１記載のガス放電ランプ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極が、第１金属材料から成りかつ気密に封止された内部空間を包囲する電極本体を有する、ガス放電ランプ用の電極に関する。さらに電極は、第２金属材料から成りかつ内部空間に配置されている第１伝熱構成要素を有しており、第２金属材料は、第１金属材料よりも低い融点を有する。さらに、本発明には、電極を備えたガス放電ランプも属する。
【０００２】
本発明は、放電ランプ用、特に垂直動作型高圧ガス放電ランプ用の電極の分野に分類される。このようなランプは、例えば、一般に石英管によって包囲されている対向する２つの電極、すなわちアノードおよびカソードとの間に形成される水銀プラズマによって動作する。このようなランプの例は、特に、フォトリソグラフィに使用可能な水銀高圧ガス放電ランプ（例えば、OSRAM HBO （登録商標）ランプ）である。このランプにおける熱負荷は、極めて大きいことが多く、これにより、一般に、タングステンから成りかつ場合によっては添加物を有するアノードおよびカソード材料が蒸発する。この結果、多くの場合に、第１には場合によって生じ得る電極の変形および再燃焼が原因で光出力が低下し、第２には蒸発した材料がランプのガラス管に堆積し得ることが原因で、同様に発光効率を低下させる黒化が発生する。すなわち、電極の寿命についても、このようなガス放電ランプ全体の寿命についても、可能な限りに効率的に冷却すること、もしくは可能な限りに効率的に電極から熱を放出することが望ましい。
【０００３】
この関連において、欧州特許第１３５７５７９号明細書には、対向する１対の電極を有する放電ランプが記載されており、ここではこれらの電極のうちの少なくとも１つが、気密に封止された内部空間が形成されている電極本体と、内部空間を部分的に充填する伝熱体とを有する。この伝熱体は、電極本体を構成する金属、特にタングステンよりも高い熱伝導率または低い融点を有する金属から構成されている。ここでは、伝熱体は、金属の金、銀、銅、インジウム、スズ、亜鉛および鉛のうちの一種を含む。気密に封止されかつ伝熱体が充填されていない内部空間の残りの部分には、ガスが充填されている。ランプの動作中、収容された金属製の伝熱体は完全に溶融する。この気密の伝熱体は、電極本体よりも高い熱伝導率を有するため、一般に完全にタングステンから成るアノード体よりも改善された熱放出を提供することができ、アノードのピーク温度が低下してタングステンの蒸発が低減される。これにより、ランプ外囲器の黒化が少なくなり、メンテナンス性が改善される。そうではあるが排熱をさらにより効率的に行うという努力がなくなることはない。
【０００４】
したがって本発明の課題は、電極からのさらに良好な排熱を可能にする、ガス放電ランプ用の電極と、ガス放電ランプとを提供することである。
【０００５】
この課題は、それぞれの独立請求項に記載された特徴的構成を備えた電極と、ガス放電ランプとによって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項、説明および図面の対象である。
【０００６】
ガス放電ランプ用の本発明による電極は、第１金属材料から成りかつ気密に封止された内部空間を包囲する電極本体を有する。さらに電極は、第２金属材料から成りかつ内部空間に配置されている第１伝熱構成要素を有し、第２金属材料は、第１金属材料よりも低い融点を有する。さらに内部空間には、非金属であり、標準条件下でガス状ではなく、かつガスよりも高い熱伝導率を有する第２伝熱構成要素が配置されている。
【０００７】
ここではガスとは、標準条件下でガス状である任意の物質であると理解される。標準条件とは、さらに、摂氏２５度の温度および１．００バールの気圧のことであると理解される。
【０００８】
本発明が基づいている知識は、金属製の伝熱体とは付加的に内部空間の残りの領域に収容することが可能なすべてのガスは、電極本体および金属製の伝熱体と比べて、極めて少ない熱しか放出しないことである。その上、温度に伴うガスの熱伝導率の増大もわずかにしか改善することができない。というのは、ガスの熱伝導率は、極めて高い温度に対しても、特に１０００ケルビンを上回ったとしても、多くの場合に１メートル当たりおよび１ケルビン当たり１ワットを下回るからである。これに対し、有利には、第１金属伝熱構成要素によって充填されていない、内部空間のこの残りの領域の熱伝導率は、この残りの領域が、少なくとも、ガスだけによって充填されておらず、非金属かつガス状でない別の第２伝熱構成要素であって、ガスの、特に標準条件下のすべてのガスの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する別の第２伝熱構成要素を含む場合、格段に高くなる。ここで対象となるのは、以下で詳しく説明するように、ガスの熱伝導率よりも格段に高い、特に複数のオーダは高い熱伝導率を有する、非金属かつガス状でないこのような数多くの構成要素である。したがって有利には、付加的なこの第２伝熱構成要素により、電極からの熱放出を格段に増大させることが可能である。
【０００９】
ここでは電極本体は、例えば容器の形態で構成されている主構成部材から、ならびにこの主構成部材を閉鎖するカバー構成部材から形成することが可能である。さらに、第１金属材料は、好適には少なくとも大部分がタングステンである。言い換えると、電極本体は、好適には大部分がタングステンから形成されており、特に実質的に完全にタングステンから形成されている。例えば、電極本体は、例えば、０．０１〜１０重量％の範囲のトリウム酸化物、ランタン酸化物、ジルコニウム酸化物ならびに炭素および／またはカリウムを有する、タングステン材料の選択的なドーピングを除いて、完全にタングステンから構成可能である。炭素および／またはカリウムのドーピングは、例えば、１ｗｔ  ｐｐｍ〜最大で１００ｗｔ  ｐｐｍの値を取り得る。ドーピングにより、有利には、例えば、電極の電子放出率を高めることが可能である。さらに、電極本体のカバー構成部材は、一般に、放電ランプの動作時に放電アークが発生する電極平坦部もしくは電極先端部とは反対側に配置されている。冒頭に説明したように、本発明による電極およびその複数の実施形態は、好適には、垂直動作型のガス放電ランプに使用される。電極の意図された動作位置において、一般に電極軸の周りに回転対称に構成される電極の電極軸が、同様に垂直方向に配向されており、かつ電極本体のカバー構成部材が、電極平坦部もしくは電極先端部の上方に配置されているように電極が配置されている。
【００１０】
一般に、このような放電ランプの動作時、電極には、電極平坦部もしくは電極先端部を起点として、電極保持部もしくは電極カバーの方向に（この方向に熱も放出しようしている）温度勾配が発生する。電極は、最も高い温度をその平坦部もしくはその先端部の領域に有する。ここでは温度は、摂氏２０００度をはるかに上回り、特に摂氏約２７００度またはそれ以上にまでなり得る。これに対し、電極カバーの領域では、温度は、一般に、摂氏１５００度の範囲までにしかならない。第２金属材料から成る第１伝熱構成要素は、好適には、その融点が、電極のこの一般的な動作温度を下回り、これによりこの伝熱構成要素が、動作中に液状になるように構成されている。これにより、電極本体からこの液状の金属に向かって、さらに第２伝熱構成要素を介して電極カバーの方向に特に良好な熱放出が可能になる。これに対し、第２伝熱構成要素は、好適には、これが、電極の一般的な動作温度では液状にはならず、引き続いて固相にあるような性質を有する。すなわち、これに対応して好ましいのは、第２伝熱構成要素が、第２金属材料よりも高い融点を有することである。特に、この第２伝熱構成要素の融点は、摂氏１５００度を上回り、好適にはさらに格段に高い。さらに、第２伝熱構成要素が、第２金属材料よりも低い密度を有することも好ましい。これにより、説明している垂直動作において、この第２伝熱構成要素は、一種のカバー層のように第１伝熱構成要素に載置されることになる。
【００１１】
本発明の有利な一実施形態において、第２伝熱構成要素は、粉末を有するかまたは粉末として構成されている。伝熱構成要素のこの粒状構造により、この伝熱構成要素は、第１伝熱構成要素上で特に良好に分散することが可能であり、第１伝熱構成要素と第２伝熱構成要素との間の接触接続面積は、これによって特に大きくなり、このことにより、有利には、第１伝熱構成要素から第２伝熱構成要素への熱伝達が促進される。
【００１２】
本発明の好ましい一実施形態が具現化されるのは、粉末が、ダイヤモンド粉末を有するかもしくはダイヤモンド粉末である場合である。このことは特に有利である。というのはまさにダイヤモンドは、極めて高い熱伝導率を有するからである。これにより、このダイヤモンド粉末を介する、金属製の第１伝熱構成要素から電極カバーの方向への熱放出を最適化可能である。特に、ダイヤモンドの熱伝導率は、例えばアルゴンのような一般に内部空間のこの残りの領域に使用されるガスの熱伝導率に比べて格段に高い。ダイヤモンドの別の利点は、さらに、ダイヤモンドが、想定される使用分野において安定して固相にとどまることにもある。また１立方センチメートル当たり３．５２グラムの密度を有するダイヤモンドは、有利には、第１伝熱構成要素として使用される一般的な液状の金属よりも格段に軽量でもある。すなわち、このことは、まさに上述のような垂直動作に役立つのである。というのは、動作中に金属製の伝熱体が、すなわち第１伝熱構成要素が溶融することにより、液状の金属の表面においてダイヤモンド粒子が分離し、わずかな割合の液状金属を有する異質な混合物としても存在し得る層を形成するからである。さらに、別の利点は、ダイヤモンドの比較的小さな濡れ性と、液状の金属の表面張力とにより、一般的な動作温度においてメニスカスが形成され、このメニスカスにより、分離したダイヤモンド粉末と、液状の金属との間の接触接続面積が付加的に大きくなり、これにより垂直方向における熱放出をさらに付加的に改善できることである。このようなメニスカスにより、第１伝熱構成要素と第２伝熱構成要素との間の境界面が大きくなるため、小さな濡れ性から結果的に生じるメニスカスの形成は確かに基本的に有利ではあるが、他方では、小さな濡れ性により、粉末と第１伝熱構成要素との間の局所的な接触接続面も小さくなる。これに対応し、メニスカスの構成を断念して、後で詳しく説明するように、例えば、適切なコーティングにより、粉末の濡れ性を大きくすることも有利になり得る。
【００１３】
説明したように可能な限りに効率的な排熱を可能にするために、ダイヤモンド粉末は、特に良好な特性を有するのではあるが、第２伝熱構成要素として別の材料も考えられる。
【００１４】
例えば、本発明の別の有利な一実施形態が具現化されるのは、粉末が、セラミック材料を有する場合である。上で挙げた特性を同様に満足する、すなわち特に高い融点を有する多種多様なセラミック材料も存在し、これにより、これらのセラミック材料が、電極の一般的な動作温度であっても固相であり、同時に、第１伝熱構成要素に一般に使用される金属材料よりも小さい密度、ならびに良好な伝熱特性、ここでも標準条件下においてガスの熱伝導率よりも格段に高い、特に高い熱伝導率も有する。さらにセラミック材料は、一般にダイヤモンド粉末よりも格段にコスト的に有利でもある。
【００１５】
特に有利であるのは、セラミック材料が、窒化ホウ素および／または窒化アルミニウムを有する場合である。これらのセラミック材料によっても、ダイヤモンド粉末について説明したのと同様に、これまで可能であった排熱よりも格段に効率的な排熱を提供することが可能である。しかしながら一般に、別の窒化セラミックおよび非窒化性のセラミックも使用可能である。
【００１６】
さらに、粉末、すなわち例えばダイヤモンド粉末および／またはセラミック材料から成る粉末は、少なくとも５マイクロメートルでありかつ最大で１桁のミリメートル範囲の、特に最大１ミリメートルの粒径を有する。粒径が小さくなればなるほど、特に粉末がダイヤモンド粉末である場合には、粉末はそれだけコスト的に有利になる。すなわち、例えば、５マイクロメートル〜１００マイクロメートルの範囲の粒径を有する粉末を使用する場合、特にコスト的に有利に、しかしながら排熱については特に効率的に電極を構成可能である。
【００１７】
粉末の粒径が、例えば５００マイクロメートル〜１ミリメートルの範囲またはこれを上回る場合、排熱の効率をさらに増大させることができる。
【００１８】
本発明の別の有利な一実施形態において、粉末の粒子は、第１伝熱構成要素との粉末の濡れ性を大きくするためのコーティングを有する。このようなコーティングは、例えば、金属製のコーティングであってよく、または非金属製のコーティングであってもよい。例えば、ダイヤモンド表面を液状の金属によって濡らすことは、一般に、著しく際立ったことではない。濡れ性を大きくすることにより、第１伝熱構成要素とダイヤモンド粉末との間の接触接続面積、または第１伝熱構成要素とセラミック材料から成る粉末との間の接触接続面積も増大させ、これにより熱伝達を改善することが可能である。これは、有利には、第１伝熱構成要素との粉末の濡れ性を大きくするコーティングによって達成可能である。すなわち、このようなコーティングは、結果的に得られる第１伝熱構成要素との、コーティングされた粉末の濡れ性が、第１伝熱構成要素との、このコーティングがない場合の粉末の濡れ性よりも大きくなるように構成される。この場合、この改善された濡れ性により、有利には、分離したダイヤモンド粉末層における、または一般に分離した粉末層における液状の金属の濃縮を毛管力の作用によって増大させることが可能である。さらに粒子のイマージョンが、表面近くの、対流性の流れによって容易になる。これにより、付加的に粉末と液状の金属との熱結合が高められ、アノード体における垂直方向の排熱がさらに増大される。濡れ性を大きくすることにより、状況によっては確かにもはや上で説明したメニスカスが極めて顕著にならないが、ここからはさらに別の利点を導き出すことができる。すなわち、これにより、第２伝熱構成要素が、中央領域において、つまり電極軸の領域において、電極平坦部もしくは電極先端部からさらに離され、これにより、もはや高い温度に晒されないことになる。
【００１９】
これにより、一方では、第２伝熱構成要素として、融点がダイヤモンドの相変異温度ほどまでには高くないが、動作中に溶融する危険を犯すことなく、コスト的に有利なセラミック材料を第２伝熱構成要素としてこのセラミック構成要素が使用することができる。同様に第２伝熱構成要素としてダイヤモンド、特にダイヤモンド粉末を使用するのに関連して、この温度低下は、ダイヤモンドの熱伝導率が、温度の低下に伴って高くなるという利点を有する。このことは、排熱の増大に付加的に役立つ。それにもかかわらず、粉末、例えばダイヤモンド粉末またはセラミック材料から成る粉末は、コーティングが施されていなくても第２伝熱構成要素として使用可能であるか、もしくは第２伝熱構成要素は、コーティングされていない粉末である。これにより、同様に、上で説明したメニスカスの形成によってさらに付加的に増大される極めて良好な排熱を行うことが可能であり、同時にコーティングのないこのような粉末をコスト的に有利かつ時間的に効率的に製造可能である。
【００２０】
本発明の別の有利な一実施形態では、コーティングが、第１伝熱構成要素よりも高い融点を有する。特にコーティングの融点は、好適には同様に少なくとも摂氏１５００度である。言い換えると、コーティングが動作中に溶融しないようにコーティングを構成すると有利である。これにより、有利には、粉末の大きくされた濡れ性は、動作中にも持続的に保たれる。
【００２１】
さらに、コーティングが、１０ナノメートル〜１マイクロメートルの厚さを有すると有利である。すなわちこのコーティングは、極めて薄く構成されており、特に粉末の粒子を完全に包囲する。このような薄いコーティングは、これにより、コーティングされた粉末の効率的な熱伝導率を全体として最大化できるという大きな利点を有する。というのは、第２伝熱構成要素は、一般に、コーティングよりも高い熱伝導率を有するからである。
【００２２】
特に有利であり、したがって特に好ましくは、コーティングは、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）または炭化タングステン（ＷＣ）から作製される。これらの材料は、さらに、極めて耐熱性であり、摂氏２６００度を上回る融点を有する。それにもかかわらず、濡れ性を大きくするためのコーティングとして別の材料も対象になる。一般に、本発明の別の有利な一実施形態にしたがって規定されるのは、コーティングが、モリブデン、炭化モリブデン、タングステン、炭化タングステン、ジルコニウム、炭化ジルコニウム、レニウムおよび炭化レニウムのうちの少なくとも１つを有するか、またはこれらの材料のうちの１つから構成されることである。これらの材料のすべてにより、有利には、濡れ性を増大させることができ、これにより、排熱の効率を増大させることができる。
【００２３】
さらに、第１伝熱構成要素が、銅および／または銀および／または金を有すると好ましい。これらの３種の金属はまさに、動作時の温度において溶融し、かつそれらの特に高い熱伝導率によって優れており、第１には特に銀、次に銅が続く。銀から構成される、または銅からも構成される第１伝熱構成要素を使用する際の特に大きな利点は、さらに、上述の複数の材料のうちの１つから成るコーティングを設けることにより、第２伝熱構成要素の濡れ性を大きくできることである。言い換えると、タングステン、モリブデン、レニウムまたは対応する複数の炭化物のうちの１つを含むコーティングによる濡れ性の増大は、液状の伝熱体として、まさに銅または銀を使用する際に実現可能である。
【００２４】
その上、内部空間にはさらにガス、特に不活性ガスも配置可能である。これにより、動作時に室温から高温に移行する際の残りの構成要素の体積変化を良好に受け止めることが可能である。
【００２５】
付加的には、封止された空間に酸素ゲッタが存在していてもよい。
【００２６】
さらに、特に有利であるのは、電極がアノードとして構成されている場合である。このことは特に有利である。というのは、アノードは、一般に、格段に高い温度に晒されており、したがって、まさにアノードに関連するより効率的な熱放出は、その寿命もしくはその電流容量にまさにプラスに作用するからである。
【００２７】
さらに、本発明は、本発明による電極またはその実施形態を有するガス放電ランプにも関する。好適には、ガス放電ランプの２つの電極のうちのただ１つ、特に好適にはアノードは、本発明による電極またはその複数の発展形態のうちの１つとして構成されている。さらに、放電ランプは、好適には高圧ガス放電ランプ、特に水銀高圧ガス放電ランプとして構成されている。このようなランプは、例えば、フォトリソグラフィにおいて使用される。この放電ランプは、放電容器や、ガス混合物が充填されておりかつ電極が設けられている放電室や、別の複数の構成部材のような、このようなランプに一般的な別の複数の構成部材を有していてよい。放電容器は、例えば、対応するガラス管によって提供可能である。放電室を充填しているガス混合物は、例えば、水銀および／またはアルゴン、キセノン、クリプトンのような１つまたは複数の希ガスで含んでいてよい。さらに２つの電極は、それらのそれぞれの電極平坦部もしくは電極先端部が互いに向き合い、さらにアノードおよびカソードが互いに同軸に配置されており、これによってそれらのそれぞれの電極軸が理想的には一直線上にあるように配置されている。
【００２８】
本発明による電極およびそれらの実施形態について述べた利点は、本発明によるガス放電ランプについても同様に当てはまる。
【００２９】
本発明の別の利点、特徴および詳細は、好ましい実施例の以下の説明から、また図面によって明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例による電極を備えたガス放電ランプの概略図である。
【図２】温度に依存する、ダイヤモンドの熱伝導率を示すグラフである。
【図３】温度に依存する、アルゴンの熱伝導率を示すグラフである。
【００３１】
図１には、本発明の一実施例による電極１２を備えたガス放電ランプ１０の概略図が示されている。好適には水銀高圧ガス放電ランプとして構成されているガス放電ランプ１０は、この第１電極１２の他にさらに別の電極１４を有する。さらに、この放電ランプ１０は、垂直動作型放電ランプ１０であり、これにより、互いに平行に延在する、特に一直線上に延在する、２つの電極１２、１４の電極軸も同様に垂直に配向されている。さらに第１電極１２は、この実施例においてアノードとして構成されているのに対し、第２電極１４はカソードである。さらにアノード１２は、カソード１４の上方に配置されており、アノード１２の電極平坦部１２ａは、カソード１４の電極先端部１４ａの方を向いており、電極平坦部１２ａと電極先端部１４ａとの間には、最終的に放電アークが形成される。さらに２つの電極１２、１４は、放電容器１５に、例えばガラス管に配置されている。
【００３２】
さらにこの高圧ガス放電ランプ１０は、好適には、特にキロワット領域の極めて高い出力で動作される。これにより、特にアノード１２には極めて高い温度が発生し、アノード１２の寿命を長くするか、もしくは要求される電流容量を可能にするために、アノード１２から熱を相応に極めて効率的に排出しなければならない。極めて効率的な排熱は、以下のように行うことが可能である。
【００３３】
本発明の実施例による第１電極１２は、気密に封止された内部空間１８を包囲する電極本体１６を有する。電極本体１６は、さらに基部１６ａとカバー１６ｂとに分かれている。２つの部分で実施することは、基部１６ａに、特に内部空間１８にこのような電極１２を作製する際に、以下で説明する別の材料を収容できるようにするために、また次に、対応してカバー１６ｂにより、例えば溶接接合を用いて内部空間１８を気密に閉じるのに役立つ。電極本体は、好適には、ほぼ完全に、特に、選択的なドーピングを除いて完全にタングステンから形成されている。
【００３４】
アノード１２は、さらに、その軸に対して垂直に、すなわちＸ方向に、１桁のセンチメートル範囲にある、例えば３．５センチメートルになる全体直径を有していてよい。電極本体１６の壁厚は、例えば５〜６．５ミリメートルであってよい。アノード軸に沿って、すなわち図示したＹ方向において、アノード１２は、例えば７０ミリメートルの最大長さを有していてよい。
【００３５】
この内部空間１８内には、第１に、金属材料から成る第１伝熱構成要素２０が配置されている。この第１伝熱構成要素２０の金属材料は、電極本体１６よりも低い融点を有し、特に、この第１伝熱構成要素が、動作中に摂氏約１１００度以上で溶融するような低い融点を有する。有利には、この第１伝熱構成要素２０は銀から成る。というのは、銀は、特に、その特に高い熱伝導率によって他の金属よりも優れているからである。しかしながら、例えば銅または金のような別の材料も、同様にその極めて高い熱伝導率により、第１伝熱構成要素２０の対象となる。しかしながら基本的には、スズまたは鉛のような別の金属も適しているが、本発明ではさほど好ましくない。というのはこれらの金属は、上で挙げた金属の金、銀および銅に比べて、格段に熱伝導率が低いからである。
【００３６】
したがってこの第１伝熱構成要素２０は、好適には、電極本体の熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有する。これにより、例えばアノード１２が中実に構成される場合よりも、この第１伝熱構成要素２０を介して、電極平坦部１２ａの熱を格段に効率的に上方に排出することができる。
【００３７】
内部空間１８の残りの領域には、一般にガスが配置されている。しかしながらガスは、固体に比べて一般に熱伝導率が格段に小さい。このことを例証するために、図３では、ケルビンＫで示した温度Ｔに依存して、例示的にアルゴンの熱伝導率λＡがグラフで示されている。特に、摂氏１００度において０．１７２Ｗ／(ｍ＊Ｋ)を有する水素および摂氏１００度において０．１３４Ｗ／(ｍ＊Ｋ)を有するヘリウムは、ガスにおける最大の熱伝導率を有する。したがって、気密に閉鎖された空所１８におよそ収容可能なすべてのガスは、タングステン電極本体や、１００Ｗ／(ｍ＊Ｋ)を上回る熱伝導率を有する、第１伝熱構成要素２０用の上述の金属に比べて、大幅に少ない熱しか排出しない。その上に、図３のアルゴンの例からわかるように、温度に伴うガスの熱伝導率の増大もわずかにしか改善させることができない。
【００３８】
本発明およびその実施例により、有利には、実質的に、気密に封止した内部空間１８に非金属の第２伝熱構成要素２２を付加的に収容することにより、このようなガスの良好でないこの熱伝導率を格段に改善させることができ、この第２伝熱構成要素２２は、内部空間１８において、第２伝熱構成要素２２でなければガスが充填される体積分率の大部分を占めている。それにもかかわらずこの内部空間１８の残りの領域には、ガス２４、特に、例えばアルゴンのような不活性ガスを収容可能である。
【００３９】
この第２伝熱構成要素２２は、好適には、ダイヤモンド粉末として実施されているが、一般に、別の材料によって、特に、例えば、窒化ホウ素または窒化アルミニウムのようなセラミック材料によって提供することも可能である。ダイヤモンドは、図２に略示したように、アルゴンのようなガスと比べて極めて高い熱伝導率を有する。図２には、ケルビンＫで示した温度Ｔに依存して、ダイヤモンドの熱伝導率λＤが示されている。図２および図３を比較することにより、即座にわかるのは、ダイヤモンドの熱伝導率が、これが温度の上昇に伴って下がるとしても、高い温度領域においても依然として、アルゴンまたは何らかのその他のガスの熱伝導率よりも複数のオーダは高いことである。さらに、ダイヤモンドは、摂氏３５５０度を上回る高い相転移温度にも起因して、あらかじめ設定される温度使用領域において安定して固相にとどまる。１立方センチメール当たり３．５２グラムの密度を有することにより、ダイヤモンドは、第１伝熱構成要素２０として使用される液状の金属よりも格段に軽量でもある。この事実は、本発明の高圧放電ランプ１０の垂直動作に起因して、特に有利であり、本発明の枠内において余すところなく利用もされる。動作中に金属製の伝熱体が、すなわち第１伝熱構成要素２０が溶融することにより、液状の金属の表面において第２伝熱構成要素２２のダイヤモンド粒子が分離し、わずかな割合の液状の金属を有する異質の混合物としても存在し得る層を形成する。すなわち、例えば内部空間１８が、第１伝熱構成要素２０としての銀粒子と、第２伝熱構成要素２２としてのダイヤモンド粉末とから成る混合物によって充填され、内部空間１８内のこの混合物が、アルゴン雰囲気中で銀の融点を上回って、例えば摂氏１２００度になると、結果として上で説明した振る舞いが発生する。すなわち、第２伝熱構成要素２２の極めて良好な伝熱性を有するダイヤモンド粒子は、好適には、空所の大部分を占めるガスに置き換わり、これにより、電極の従来の技術的実施を格段に改善する。さらに、液状の金属の、すなわち第１伝熱構成要素２０の表面張力により、図１においてもはっきりと見て取ることができるようにメニスカスが発生する。このメニスカスは、分離したダイヤモンド粉末、すなわち第２伝熱構成要素２２と、液状の金属、すなわち第１伝熱構成要素２０との間の接触接続面積を付加的に大きくし、これによって垂直方向において、すなわち図示した座標系のＹ方向において熱排出を付加的にさらに改善する。
【００４０】
さらに、効率的な排熱は、以下の手段によって行うかもしくはさらに増大させることが可能である。すなわち、ダイヤモンド表面を液状の金属によって濡らすことは、基本的には著しく際立ったことではない。より多く濡らすことにより、第１伝熱構成要素２０から第２伝熱構成要素２２への熱伝送を増大させることになる。ダイヤモンド粉末のこの濡れ性は、好適には、薄い層をダイヤモンド粉末にコーティングすることによって増大させることができ、この薄い層の融点は、第１伝熱構成要素２０の液状の金属に発生する温度を上回りかつ好適には付加的にこの液状の金属中で極めてわずかな可溶性を有するかまたは可溶性を有しない。これにより、ダイヤモンドにおけるこのコーティングの安定性が保証される。これは、特に、動作中に液状の形態で第１伝熱構成要素２０として銅または銀を使用する際に、タングステン、モリブデン、レニウムまたはイリジウムに、ならびに対応する炭化物に当てはまる。改善された濡れ性により、分離したダイヤモンド粉末層における第１伝熱構成要素２０の液状の金属の濃縮を毛管力の作用によって増大させることが可能である。これにより、付加的に第２伝熱構成要素２２のダイヤモンド粉末と、液状の金属との熱的な結合が高められ、アノード体における垂直方向の排熱がさらに増大される。最終的にはこれにより、有利には、排熱を増大させることにより、アノードのピーク温度をさらに下げ、タングステンの蒸発を低減させ、メンテナンス性を増大させることができる。
【００４１】
全体としてこれらの例は、本発明およびその実施形態により、電極をどのようにして提供できるかを示しており、ここでこの電極は、気密に封止された内部空間に、非金属かつガス状でない構成要素を付加的に収容することによって提供可能であり、この構成要素は、内部空間において、この構成要素でなければガスが充填される体積分率の大部分を占めており、電極からの格段に効率的な排熱を提供可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  ガス放電ランプ
１２  アノード
１２ａ  アノード平坦部
１４  カソード
１４ａ  カソード先端部
１５  放電容器
１６  アノード体
１６ａ  基部
１６ｂ  カバー
１８  内部空間
２０  第１伝熱構成要素
２２  第２伝熱構成要素
２４  ガス
λＡ  アルゴンの熱伝導率
λＤ  ダイヤモンドの熱伝導率
Ｔ  温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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