(57)【要約】【課題】電極芯材に対するコイルの位置ずれを抑制することができる放電電極を提供する。【解決手段】実施形態の放電電極３は、放電ランプの放電空間に設けられる。放電電極３は、電極芯材３１と、コイル３２とを具備する。コイル３２は、電極芯材３１の外周面３１ａに設けられる。電極芯材３の外周面３１ａのうち、少なくともコイル３２が接触する接触部分Ｃの一部を含む対象領域Ｓは、対象領域Ｓを除く領域よりも表面粗さが大きい。【選択図】図３
2015197965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ランプの放電空間に設けられる放電電極であって、
電極芯材と；
前記電極芯材の外周面に設けられるコイルと；
を具備し、
前記電極芯材の外周面のうち、少なくとも前記コイルが接触する接触部分の一部を含む対象領域は、前記対象領域を除く領域よりも表面粗さが大きい放電電極。
【請求項２】
前記対象領域は、前記コイルの前記電極芯材の外周面と接触する接触部分よりも表面粗さが大きい請求項１に記載の放電電極。
【請求項３】
前記対象領域は、前記電極芯材の先端部から離間して設けられる請求項１または２に記載の放電電極。
【請求項４】
紫外線透過性の材料からなり、少なくとも希ガス、水銀が封入された気密容器と；
前記気密容器内に形成される放電空間の両端部に設けられる一対の放電電極と；
を具備する放電ランプであって、
前記一対の放電電極は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の放電電極である放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、放電電極および放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
放電ランプは、例えば、プロジェクタ装置の光源、半導体素子製造用または液晶表示素子製造用の露光装置の光源、あるいは紫外線を利用した検査装置の光源などに用いられている。放電ランプ、特に高圧放電ランプは、一対の放電電極が取り付けられており、点灯中は放電電極の温度が高温、例えば２３００度以上となる。放電電極が高温となると、２次再結晶に伴い放電電極の変形・管壁への飛散の可能性があるので、電極芯材にコイルを巻き付け、放電電極の表面積を増加させて放熱効果を向上した放電電極が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５９７９０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５７１４５号公報
【特許文献３】特開２０００−３０６５４６号公報
【特許文献４】特開２００２−２６０５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電極芯材に設けられたコイルは、位置ずれが発生する可能性があり、結果として、コイルが電極芯材に対して脱落する可能性がある。
【０００５】
本発明は、電極芯材に対するコイルの位置ずれを抑制することができる放電電極および放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る放電電極は、放電ランプの放電空間に設けられる。放電電極は、電極芯材と、コイルとを具備する。コイルは、電極芯材の外周面に設けられる。電極芯材の外周面のうち、少なくともコイルが接触する接触部分の一部を含む対象領域は、対象領域を除く領域よりも表面粗さが大きい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電極芯材に対するコイルの位置ずれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る放電ランプを示す正面図である。
【図２】図２は、実施形態に係る放電電極を示す断面図である。
【図３】図３は、実施形態に係る放電電極の部分断面図である。
【図４】図４は、引張強度試験の試験方法を示す図である。
【図５】図５は、引張強度試験の試験結果を示す図である。
【図６】図６は、実施形態に係る放電電極の変形例１を示す部分断面図である。
【図７】図７は、実施形態に係る放電電極の変形例２を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下で説明する実施形態に係る放電電極３は、放電ランプ１の放電空間２３に設けられる。放電電極３は、電極芯材３１と、コイル３２とを具備する。コイル３２は、電極芯材３１の外周面３１ａに設けられる。電極芯材３１の外周面３１ａのうち、少なくともコイル３２が接触する接触部分の一部を含む対象領域Ｓは、対象領域Ｓを除く領域よりも表面粗さが大きい。
【００１０】
また、以下に説明する実施形態に係る放電電極３において、対象領域Ｓは、コイル３２の電極芯材３１の外周面３１ａと接触する接触部分よりも表面粗さが大きい。
【００１１】
また、以下に説明する実施形態に係る放電電極３において、対象領域Ｓは、電極芯材３１の先端部３１ｂから離間して設けられる。
【００１２】
また、以下に説明する実施形態に係る放電ランプ１は、気密容器２と、一対の上記放電電極３と、を具備する。気密容器２は、紫外線透過性の材料からなり、少なくとも希ガス、水銀が封入されている。一対の放電電極３，３は、気密容器２内に形成される放電空間２３の両端部２１，２２に設けられる。
【００１３】
〔実施形態〕
図１〜図３を参照して、実施形態を説明する。図１は、実施形態に係る放電ランプを示す正面図である。図２は、実施形態に係る放電電極を示す断面図である。図３は、実施形態に係る放電電極の部分断面図である。なお、図３は、コイルのみを、管軸方向を含む平面で断面とした図である。
【００１４】
図１に示すように、実施形態に係る放電ランプ１は、気密容器２と、一対の放電電極３，３とを含んで構成され、さらに気密容器２の管軸方向の両端部２１，２２をそれぞれ支持するソケット４，４と、放電ランプ１に電力を供給する一対の外部リード５，５とを含んで構成されている。
【００１５】
気密容器２は、管状に形成され、管軸方向の両端部２１，２２に形成された封着部により内部が封止されることで、内部に放電空間２３が形成されているものである。気密容器２は、紫外線透過性の材料、例えば石英からなり、放電空間２３に少なくとも希ガス、水銀が封入されている。本実施形態における放電空間２３には、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）などのうち１種類、または複数種組み合わせた希ガスと、微量な水銀（Ｈｇ）が封入されている。例えば、希ガスが約１．３ｋＰａ〜約６．７ｋＰａ、水銀が５０ｍｇ以上２０００ｍｇ以下封入されている。つまり、本実施形態における放電ランプ１は、いわゆる高圧放電型のロングアークの水銀ランプである。また、水銀を７０ｍｇ以上１０００ｍｇ以下、ヨウ化水銀が１０ｍｇ以上４０ｍｇ以下、ヨウ化タリウムを１ｍｇ以上３ｍｇ以下封入されることもある。つまり、本実施形態における放電ランプ１は、いわゆる高圧放電型のロングアークのメタルハライドランプであってもよい。放電ランプ１は、一対の放電電極３，３と接続されている一対の外部リード５，５から供給される電力により、アーク放電を発生させ発光するものである。放電ランプ１は、管軸方向の長さＬＷを例えば１２００ｍｍとし、発光ピークを３５０ｎｍ〜４５０ｎｍとするものである。
【００１６】
一対の放電電極３，３は、気密容器２内に形成された放電空間２３の両端部２１，２２に設けられるものである。放電電極３は、放電空間２３において対向配置され、両端部２１，２２に形成された封着部に一部が埋設してそれぞれ設けられている。放電電極３は、図２に示すようにコイル巻装電極であり、電極芯材３１と、コイル３２と、電極箔３３とを含んで構成されている。
【００１７】
電極芯材３１は、放電電極３の主要部であり、円筒形状に形成されており、耐熱性を有するためタングステン（Ｗ）を主成分とする。本実施形態における電極芯材３１は、電子放射性物質としてトリア（ＴｈＯ２）が０．５重量％〜３．０重量％含有されたタングステンを材料として形成されている。電極芯材３１の外周面３１ａにコイル３２が巻かれており、先端部３１ｂと反対側の端部が電極箔３３と接続されている。各電極芯材３１は、各ソケット４の内部において、各電極箔３３を介して各外部リード５とそれぞれ接続されている。なお、電子放射性物質としては、トリアに限定されず、電子を放出しやすい物質であればよい。
【００１８】
コイル３２は、螺旋状に巻き回された金属線であり、放電電極３の表面積を増加させて放熱効果を向上するものである。コイル３２は、耐火性を有するため上記電極芯材３１と同様にタングステン（Ｗ）を主成分とする。本実施形態におけるコイル３２は、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、カリウム（Ｋ）のいずれか一をドープ剤として添加したドープタングステン線で形成されている。コイル３２は、巻かれた状態で、電極芯材３１の先端部３１ｂから挿入され、電極芯材３１に対して嵌合している。
【００１９】
ここで、電極芯材３１は、図３に示すように、対象領域Ｓが形成されている。対象領域Ｓ（同図に示す斜線領域）は、砥石ややすりによる研削処理や粒体を衝突させるブラスト処理などにより、電極芯材３１の対象領域Ｓを除く領域よりも表面粗さが大きく形成されている。つまり、対象領域Ｓでは、対象領域Ｓを除く領域よりも表面粗さが増大する。本実施形態における対象領域Ｓは、電極芯材３１の外周面３１ａのうち、コイル３２が設けられる全域（電極芯材３１の外周面３１ａのうち、コイル３２が接触する接触部分Ｃをすべて含む領域）に形成されている。つまり、対象領域Ｓの電極芯材３１の軸方向における軸方向長さＬ１と、コイル３２の軸長Ｌ２とが同じである。ここで、対象領域Ｓは、電極芯材３１の先端部３１ｂには形成されていない。つまり、電極芯材３１の外周面３１ａのうち、先端部３１ｂ側は、対象領域Ｓよりも表面粗さが小さい。従って、電極芯材３１の先端部３１ｂからコイル３２を挿入する際に、先端部３１ｂが対象領域Ｓである場合と比較して、挿入が容易となる。これにより、放電電極３の組み付け性の低下を抑制することができる。
【００２０】
本実施形態における対象領域Ｓの表面粗さは、算術平均粗さ（中心線平均粗さ）Ｒａにおいて、対象領域Ｓを除く領域よりも大きくなる。対象領域ＳにおけるＲａをＲａｓ、対象領域Ｓを除く領域におけるＲａをＲａｔとすると、電極芯材３１は、コイル３２を電極芯材３１に嵌合した後において、７．０〔μｍ〕≦Ｒａｓ≦１０．０〔μｍ〕であり、かつＲａｔ＜７．０〔μｍ〕に形成されている。ここで、算術平均粗さ（中心線平均粗さ）Ｒａとは、公知であり、粗さ曲線から平均線の方向に基準長さＬだけ抜き取った部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値である。
【００２１】
なお、「コイル３２を電極芯材３１に嵌合した後の算術平均粗さＲａ」とは、以下の方法で求めることができる。すなわち、コイル３２が電極芯材３１に嵌合されている状態で、コイル３２のみを切断することで、電極芯材３１の算術平均粗さＲａを測定することができる。また、算術平均粗さＲａは、キーエンス社製のレーザー顕微鏡ＶＫ−８５００で測定することができる。また、「基準長さＬ」とは、レーザー顕微鏡で、電極芯材３１の外表面３１ａの凹凸、すなわち、表面粗さを走査した距離である。
【００２２】
また、電極芯材３１の外周面３１ａと接触する接触部分Ｃ（本実施形態では、接触部分Ｃを含む金属線材としての外周面）におけるＲａをＲａｃとすると、本実施形態におけるコイル３２は、電極芯材３１と嵌合した後において、ＲａｃがＲａｓおよびＲａｔよりもそれぞれ小さい。つまり、コイル３２の接触部分Ｃの表面は、対象領域Ｓの表面よりも滑らかである。
【００２３】
ここで、電極芯材３１およびコイル３２は、図２に示すように、電極芯材３１の外径ＷＤと、コイル３２の線径ＭＤとの比であるマンドレル比ＷＤ／ＭＤが１５０〔％〕≦ＷＤ／ＭＤ≦３００〔％〕となるように形成されている。
【００２４】
以上のように、本実施形態に係る放電電極３（放電ランプ１）では、電極芯材３１にコイル３２が嵌合されると、コイル３２の接触部分Ｃのうち、対象領域Ｓと接触する部分、本実施形態ではすべての接触部分Ｃと対象領域Ｓとで形成される電極芯材３１とコイル３２との接触面の摩擦を大きくすることができる。従って、電極芯材３１に対して嵌合しているコイル３２を軸方向に移動させようとする際の摩擦力が増加する。これにより、放電ランプ１の製造時における加熱処理や、製造された放電ランプ１の輸送時に発生する振動や回転など応力によって、コイル３２が嵌合した電極芯材３１の軸方向における位置から軸方向に移動することを抑制、すなわち電極芯材３１に対するコイル３２の位置ずれを抑制することができる。つまり、電極芯材３１に対するコイル３２の脱落を抑制することができる。
【００２５】
なお、電極芯材３１の外周面３１ａに突起を設けることで電極芯材３１に対するコイル３２の位置を規制することによっても、電極芯材３１に対するコイル３２の位置ずれを抑制することができる。しかしながら、電極芯材３１に突起を設けることは、電極芯材３１の形状を複雑化することとなり、製造コストが増加する可能性がある。また、放電ランプ１の点灯・消灯の繰り返しによりコイル３２の金属線が熱膨張・熱収縮を繰り返す。従って、突起によりコイル３２が等ピッチから不等ピッチに変化する可能性があり、放電電極３の軸方向における温度分布が不均一となる可能性がある。また、コイル３２を電極芯材３１に溶接することで、電極芯材３１に対するコイル３２の位置ずれを抑制することができる。しかしながら、コイル３２を電極芯材３１に溶接するためには、抵抗溶接やレーザー溶接の設備が必要となり、イニシャルコストが増加する可能性がある。一方、本実施形態に係る放電電極３（放電ランプ１）では、対象領域Ｓを除く領域よりも対象領域Ｓの表面粗さを粗くすることで、電極芯材３１に対するコイル３２の抜けを抑制するので、放電電極３の管軸方向における温度分布の不均一を抑制することができ、製造コストの増加を抑制でき、イニシャルコストの増加を抑制することができる。
【００２６】
また、本実施形態に係る放電電極３（放電ランプ１）では、マンドレル比ＷＤ／ＭＤを１５０〔％〕≦ＷＤ／ＭＤ≦３００〔％〕としたので、電極芯材３１とコイル３２との接触する点が多数設けられるため、電極芯材３１とコイル３２との摩擦力が向上し、コイル３２の引張強度を高くすることができる。ここで、マンドレル比ＷＤ／ＭＤについては、電極芯材３１の外径ＷＤとコイル３２の線径ＭＤとの比で表されるため、電極芯材３１の外径ＷＤが一定で、コイル３２の軸長Ｌ２が一定の条件のとき、コイル３２の線径ＭＤが小さくなる、すなわち、マンドレル比が大きくなると、コイル３２の巻き数（ターン数）が多くなる。コイル３２の巻き数が多いほど、コイル３２と電極芯材３１との接触点が多くなるため、コイル３２と電極芯材３１の摩擦力が大きくなり、コイル３２の引張強度が高くなる。ただし、マンドレル比ＷＤ／ＭＤが３００〔％〕を超えると、電極芯材３１とコイル３２との摩擦力が増大するため、嵌合時の摩擦力が大きくなり、嵌合が難しくなる。よって、マンドレル比ＷＤ／ＭＤは１５０〔％〕≦ＷＤ／ＭＤ≦３００〔％〕がよい。
【００２７】
ここで、表面粗さＲａｓと引張強度との関係について試験を行った。図４は、引張強度試験の試験方法を示す図である。図５は、引張強度試験の試験結果を示す図である。試験条件は、図４に示すように、電極芯材３１にコイル３２を嵌合させた状態で、コイル３２の、電極芯材３１の先端部３１ｂ側と反対側を固定治具１００の貫通孔１０１に挿入し、固定した。また、電極芯材３１の、固定治具１００を挟んでコイル３２側と反対側を引っ張り治具２００に固定した。引っ張り治具２００は、連結部材３０１を介して、プッシュプルゲージ３００と連結されている。そして、プッシュプルゲージ３００を固定治具１００により電極芯材３１からコイル３２が抜ける方向Ｐに引張し、引張強度を測定した。プッシュプルゲージ３００は、ＩＭＡＤＡ社製プッシュプルゲージＤＳ２−５０Ｎを用いた。また、本発明１では、Ｒａｓが６．７〔μｍ〕である。一方、比較例１ではＲａｓが６．３〔μｍ〕、比較例２ではＲａｓが６．６〔μｍ〕、比較例３ではＲａｓが９．５〔μｍ〕である。
【００２８】
試験結果は、図５に示すように、本発明１では１３．５〔ｋｇｆ〕（約１３２．３〔Ｎ〕）、比較例１では５．９〔ｋｇｆ〕（約５７．８〔Ｎ〕）、比較例２では６．２〔ｋｇｆ〕（約６０．８〔Ｎ〕）となった。従って、本発明１のように、７．０〔μｍ〕≦Ｒａｓ≦１０〔μｍ〕を満たせば、引張強度が高いことが判明した。また、比較例３では１７．０〔ｋｇｆ〕（約１６６．６〔Ｎ〕）となり、このような条件では、コイル３２を電極芯材３１に嵌合させることが困難であるため、実使用には向かないことが判明した。
【００２９】
Ｒａｓを７．０〔μｍ〕≦Ｒａｓ≦１０．０〔μｍ〕の範囲に収めることにより、電極芯材３１とコイル３２との摩擦力を十分に確保することができる。すなわち、コイル３２の位置ずれ又は脱落を抑制する為に必要な引っ張り強度を十分に確保する事ができる。表面粗さが増大するにつれ、上記摩擦力も増大するが、Ｒａｓ＞１０．０〔μｍ〕の場合、嵌合時の抵抗が大きく施工が難しい。その為、同値を上限値とするが、７．０≦Ｒａｓ≦９．０の範囲に納める事が望ましい。また、対象領域Ｓを除く領域、すなわち未処理の範囲の表面粗さＲａｔをＲａｔ＜７．０〔μｍ〕に収める事により、コイル３２を挿入する際に途中で止まることなく、所定の位置で嵌合できる。
【００３０】
本実施形態における対象領域Ｓの軸方向長さＬ１は、コイル３２の軸長Ｌ２と同じであるがこれに限定されるものではなく、電極芯材３１の外周面３１ａのうち、少なくともコイル３２が巻かれる領域の一部を含んでいればよい。図６は、実施形態に係る放電電極の変形例１を示す部分断面図である。図７は、実施形態に係る放電電極の変形例２を示す部分断面図である。図６に示す変形例１のように、対象領域Ｓは、電極芯材３１の外周面３１ａのうち、コイル３２が巻かれる領域の一部に形成されてもよい。この場合は、軸方向長さＬ１がコイル３２の軸長Ｌ２未満となる。ここで、対象領域Ｓが電極芯材３１の外周面３１ａのうち、コイル３２が巻かれる領域の一部である場合は、軸方向長さＬ１は、軸長Ｌ２の１／３以上であることが好ましい。発明者らの試験により、マンドレル比ＷＤ／ＭＤは１５０〔％〕≦ＷＤ／ＭＤ≦３００〔％〕であれば、電極芯材３１とコイル３２の摩擦力が十分に確保できるため、軸方向長さＬ１は、軸長Ｌ２の１／３以上であることが好ましい。さらに、対象領域Ｓは、コイル３２を電極芯材３１に容易に挿入、嵌合させるために、電極芯材３１の先端部３１ｂから離間して設けられていることが好ましい。また、図７に示す変形例２のように、対象領域Ｓは、電極芯材３１の外周面３１ａのうち、コイル３２が巻かれる領域を超えて形成されてもよい。この場合は、軸方向長さＬ１がコイル３２の軸長Ｌ２を超える。
【００３１】
なお、本実施形態における電極芯材３１の先端部３１ｂは、円柱形状であるがこれに限定されるものではなく、半球形状であってもよい。また、本実施形態における電極芯材３１の先端部３１ｂは、コイル３２から突出しているがこれに限定されるものではなく、径方向視において先端部３１ｂがコイル３２から突出していなくてもよい。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１  放電ランプ
２  気密容器
２１，２２  端部
２３  放電空間
３  放電電極
３１  電極芯材
３２  コイル
３３  電極箔
４  ソケット
５  外部リード
【図１】
2015197965.tif 000003
【図２】
2015197965.tif 000004
【図３】
2015197965.tif 000005
【図４】
2015197965.tif 000006
【図５】
2015197965.tif 000007
【図６】
2015197965.tif 000008
【図７】
2015197965.tif 000009