(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管の内部に一対の電極が対向して配置され、
前記一対の電極のうちの少なくとも一方の電極は、その内部に形成された密閉空間内に、電極を構成する金属の融点より低い融点を有する金属よりなる伝熱体が封入された放電ランプにおいて、
前記密閉空間内に、前記伝熱体とは別体の金属粒子の焼結体が封入されており、
前記伝熱体がＡｇ（銀）、Pｂ（鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（錫）及びＩｎ（インジウム）のうち何れか一種または二種以上を含む金属であり、
前記焼結体がＷ（タングステン）及びＭｏ（モリブデン）のうち何れか一種または二種を含む粒子を焼成したものであって、
２９３Ｋ（ケルビン）において、前記焼結体を構成する金属の密度が前記伝熱体の密度よりも大きく、
前記焼結体は、前記伝熱体を構成する金属と反応して合金を形成する金属を除く金属の粒子を焼成して得られ、
０．１ＭＰａ（メガパスカル）において、前記焼結体の融点が、前記伝熱体の沸点よりも高い
ことを特徴とする放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプに関し、特に、半導体ウェハ、液晶基板、プリント基板、カラーフィルタなどの露光用光源、或いは、映画館などのスクリーンに対し映像を投影するための画像投影用光源として使用される放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ等の製造工程においては、中心波長３６５ｎｍの紫外線を放射するショートアーク型放電ランプが使用されている。このような放電ランプにおいては、製造工程におけるスループットを向上させるために、半導体ウェハ等の被処理体への露光を迅速に行うことが必要とされていることから、波長３６５ｎｍの紫外線の出力を高くすることが要求されている。
【０００３】
放電ランプから放射される紫外線の出力を上げると、放電ランプの電子衝突を受ける側の電極の先端部の温度が極めて高い状態になって電極の先端部が溶融して変形することにより、放電アークが不安定になったり、また、電極を構成する物質が蒸発して発光管の内壁面に付着することにより発光管の外方へ照射される紫外線の出力が低下する、という不具合の発生が予測される。従来は、このような不具合の発生を防止するため、電極の内部に冷却水の水路を設けて、放電ランプと別に設けた水冷機構により、電極の内部に冷却水を循環させて電極の先端部の温度上昇を抑制する、所謂水冷式の放電ランプが、特許文献１に開示されている。
【０００４】
その一方で、水冷機構を設けることなく電極の先端部の温度上昇を抑制することのできる放電ランプが特許文献２に開示されている。特許文献２に開示された放電ランプは、発光管の内部に一対の電極が対向して配置され、少なくとも一方の電極が、内部に密閉空間が形成された電極本体の内部に、電極本体を構成する金属の融点よりも低い融点を有する金属からなる伝熱体が封入された構成を備えている。同文献に開示される放電ランプによれば、点灯時に溶融した伝熱体が電極本体の内部に形成された密閉空間内で対流することにより、電極の先端部で発生した熱を溶融した伝熱体を介して電極の後端部方向へ効率良く輸送することができるため、電極の先端部の温度上昇を抑制することができる、とされている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３０７５０９４号
【特許文献２】特開２００４−６２４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に開示される放電ランプにおいては、さらなるスループットの向上への要求に対応するために従来よりも定格点灯電力が大きくなっており、電極に対して大電流を投入して点灯駆動した際に発光管が鉛直方向に揺れることが判明した。このような揺れが生じると、放電ランプを露光装置等に設置して点灯させた場合において、放電ランプの輝点が露光装置等における光学系の第１焦点位置に一致しなくなって、光照射面における放射照度の変動が大きくなるという問題が生じた。さらに、半導体ウェハ等の製造において、被処理体の露光ムラによる、不良品が発生するといった問題が生じた。
このような問題が発生する原因は、定かではないが例えば次のように考えられる。
【０００７】
すなわち、発光管に揺れが生じるのは、電極に対する負荷が高くなって電子衝突を受ける電極の先端部が極めて高温になることにより、放電ランプの点灯時に溶融して液体状になった伝熱体が突沸することが原因であるものと考えられる。伝熱体の突沸は、放電ランプの点灯時に電極内の密閉空間内において伝熱体が溶融し、伝熱体の融液中に大きな気泡が形成されることが原因で生じる。そして、液体状態にある伝熱体が一瞬にして大きな気泡に変化して急激に体積が膨張すると、液体状態の伝熱体が当該気泡によって押されて電極本体の蓋部を激しく叩き付けることになり、その際の衝撃により電極が鉛直方向の上下に揺れることに伴い、電極を保持する放電ランプの発光管が上下に揺れることになるものと考えられる。
【０００８】
以上から、本発明は、点灯時に電極の先端部の温度上昇を抑制することができるものでありながら、発光管が鉛直方向に揺れる虞のない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】
【０００９】
本発明の放電ランプは、発光管の内部に一対の電極が対向して配置され、前記一対の電極のうちの少なくとも一方の電極は、その内部に形成された密閉空間内に、電極を構成する金属の融点より低い融点を有する金属よりなる伝熱体が封入されたものにおいて、前記密閉空間内に、前記伝熱体とは別体の金属粒子の焼結体が封入されていることを特徴とする。
【００１０】
さらに、２９３Ｋ（ケルビン）において、前記焼結体を構成する金属の密度が前記伝熱体の密度よりも大きいことを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記焼結体は、前記伝熱体を構成する金属と反応して合金を形成する金属を除く金属の粒子を焼成して得られることを特徴とする。
さらに、０．１ＭＰａ（メガパスカル）において、前記焼結体の融点が、伝熱体の沸点よりも高いことを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記伝熱体と前記焼結体の組合せが、以下の組合せ１ないし組合せ４のうちの何れかに該当することを特徴とする。
（組合せ１）
前記伝熱体がＣｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）及びＩｎ（インジウム）のうち何れか一種または二種以上を含む金属であり、前記焼結体がＷ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｒｅ（レニウム）及びＭｏ（モリブデン）のうち何れか一種または二種以上を含む粒子を焼成したものである。
（組合せ２）
前記伝熱体がＣｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（錫）及びＩｎ（インジウム）のうち何れか一種または二種以上を含む金属であり、前記焼結体がＷ（タングステン）、Ｒｅ（レニウム）及びＭｏ（モリブデン）のうち何れか一種または二種以上を含む粒子を焼成したものである。
（組合せ３）
前記伝熱体がＡｇ（銀）、Pｂ（鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）及びＩｎ（インジウム）のうち何れか一種または二種以上を含む金属であり、前記焼結体がＷ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）及びＲｅ（レニウム）のうち何れか一種または二種以上を含む粒子を焼成したものである。
（組合せ４）
前記伝熱体がＡｇ（銀）、Pｂ（鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（錫）及びＩｎ（インジウム）のうち何れか一種または二種以上を含む金属であり、前記焼結体がＷ（タングステン）及びＲｅ（レニウム）のうち何れか一種または二種以上を含む粒子を焼成したものである。
【００１３】
さらにまた、本発明の放電ランプは、発光管の内部に一対の電極が対向して配置され、前記一対の電極のうちの少なくとも一方の電極は、基端側に開口を有する有底筒状の基体部と、この基体部の内部空間内に嵌入される蓋部とにより形成される密閉空間内に、前記基体部を構成する金属よりも融点の低い金属からなる伝熱体が封入されたものにおいて、前記基体部の内部空間側の面に、焼成により金属粒子が付着していることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明の放電ランプは、その管軸が垂直方向に配置して点灯されるものであって、前記一方の電極は鉛直方向の上側に配置されることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の放電ランプの製造方法は、発光管の内部に一対の電極が対向して配置され、少なくとも一方の電極は、基端側に開口を有する有底筒状の基体部と、この基体部の内部空間内に嵌入される蓋部とにより形成される密閉空間内に、前記基体部を構成する金属の融点よりも低い融点を有する金属よりなる伝熱体が封入された放電ランプの製造方法において、少なくとも以下の工程を備えることを特徴とする。
（工程１）
前記基体部に対し前記伝熱体を導入する工程
（工程２）
前記基体部に対し、前記伝熱体とは別体の金属粒子の焼結体を導入する工程
（工程３）
前記工程１及び工程２の後に、前記基体部の内部空間内に前記蓋部を嵌入する工程
（工程４）
前記工程３の後に、前記基体部と前記蓋部とを溶接する工程
【００１６】
さらに、本発明の放電ランプの製造方法は、発光管の内部に一対の電極が対向して配置され、少なくとも一方の電極は、基端側に開口を有する有底筒状の基体部と、この基体部の内部空間内に嵌入される蓋部とにより形成される密閉空間内に、前記基体部を構成する金属の融点よりも低い融点を有する金属よりなる伝熱体が封入された放電ランプの製造方法において、少なくとも以下の工程を備えることを特徴とする。
（工程１）
前記基体部の内表面に対し、ペースト状にした金属粒子を塗布する工程
（工程２）
前記ペースト状の金属粒子に対し焼成を行う工程
（工程３）
前記工程２の後に、前記基体部に対し前記伝熱体を導入する工程
（工程４）
前記工程３の後に、前記基体部の内部空間内に前記蓋部を嵌入する工程
（工程５）
前記工程４の後に、前記基体部と前記蓋部とを溶接する工程
【発明の効果】
【００１７】
本発明の放電ランプにおいては、密閉空間を有する電極の内部に電極を構成する金属よりも融点の低い金属からなる伝熱体が封入されているので、放電ランプの点灯時に溶融した伝熱体の対流によって、電極の先端部の熱を電極の後端部方向へ輸送することができるため、電極の先端部の温度上昇を抑制することができる。
【００１８】
しかも、密閉空間内に前記伝熱体とは別体の金属粒子の焼結体が封入されていることにより、放電ランプの点灯時に溶融した伝熱体の融液中において、多孔質の焼結体の周囲に優先的に気泡が形成されると共に、焼結体の周囲に形成された気泡が伝熱体の融液中で押し潰されることなく維持されるので、伝熱体の融液中に大きな気泡が形成される虞がない。
前述したように、放電ランプに揺れが生じるのは、放電ランプの点灯時に溶融した伝熱体の融液中に大きな気泡が形成されて伝熱体が突沸することにより、伝熱体の体積が急激に膨張することが原因であると考えられる。従って、本発明のように、電極内の密閉空間に伝熱体とは別体の金属粒子の焼結体を封入することにより、放電ランプの点灯時に伝熱体の融液中に沈んでいる焼結体の周囲に優先的に小さな気泡を形成し、かつ、小さな気泡のままで維持することにより、伝熱体が突沸する前に伝熱体を沸騰させることができるので、放電ランプの発光管が揺れることを確実に防止することができる。
【００１９】
さらに、金属粒子の焼結体を構成する金属の密度を伝熱体の密度よりも大きくすると、次の理由からより確実に放電ランプの揺れを防止することができる。
すなわち、電子衝突を受ける側の電極は、放電ランプを点灯させた際に他方の電極に対向する先端部の温度が基端側に比して高いというような温度勾配を持つ。これに伴い、放電ランプの点灯時には、電極に形成された密閉空間内において溶融した伝熱体の融液は、電極の先端側に近付くにつれて次第に高温になっており、電極先端側の位置において気泡が発生し易い状態になっている。よって、焼結体は、電極の先端部付近に位置している方が気泡を形成するために好ましい。以上から、電子衝突を受ける側の電極を鉛直方向の上方側に配置した放電ランプにおいて、金属粒子の焼結体を構成する金属の密度を伝熱体の密度よりも大きくすれば、焼結体が放電ランプの点灯時に溶融した伝熱体の融液中に沈んで電極の先端部の付近に位置することになり、これにより、伝熱体の突沸を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の放電ランプの全体の構成を示す正面図である。
発光管１０は、石英ガラスからなり、略球状の発光部１１の両端にロッド状の封止部１２が連続して形成されている。この発光部１１内には、各々金属製の陽極１４および陰極１６よりなる一対の電極が互いに対向するよう配置されている。陽極１４，陰極１６の各々から伸びる電極芯棒１７が、封止部１２において保持されると共に、当該封止部１２内において気密に設けられた金属箔（不図示）を介して外部リード棒または外部端子に接続され、これに外部電源が接続される。発光部１１内には、所定量の水銀、キセノン、アルゴンなどの発光物質や始動用ガスが封入されている。
【００２１】
このような放電ランプは、外部電源より電力が供給されることにより、陽極１４と陰極１６との間でアーク放電が生じて発光するものである。図１の例に示す放電ランプにおいては、陽極１４が鉛直方向上方側、陰極１６が鉛直方向下方側となる姿勢で配置され、すなわち、発光部１１の管軸が、地面に対して垂直方向に支持されて点灯される、垂直点灯型のものである。
【００２２】
図２は、本発明に係る第１の実施形態の陽極１４の拡大断面図である。陽極１４は、陰極１６と対向する先端部１４Ａが鉛直方向下方に位置する状態で示されている。陽極１４は、基体部２０と蓋部４０とが嵌合されて溶接されることにより形成された密閉空間Ｃの内部に伝熱体Ｄが封入されて構成されている。伝熱体Ｄは、密閉空間Ｃ内に満杯に封入されるよりも、多少の空隙を介在させて封入すると効果的である。
【００２３】
基体部２０は、基端部（陽極１４の先端部１４Ａと反対の端部）の端面に開口２１を有する内部空間２２が形成された有底円筒状であって、当該基端部に径方向外方に突出する基体部側フランジ部２４が形成されている。この基体部側フランジ部２４は、径方向に伸びる基体部側平坦面２３と、この基体部側平坦面２３の外周縁に連続し、先端方向に向かうに従って径方向内方に伸びる基体部側斜面２６とを有している。基体部２０の内部空間２２側の底部２２Ａには、放電ランプの点灯時に溶融した伝熱体Ｄがスムーズに対流するよう丸みが形成されている。
この基体部側フランジ部２４は、基体部２０の基端部に接近した位置に周方向に伸びる環状溝２５が形成されており、当該環状溝２５が当該基体部側斜面２６によって形成されている。そして、基体部側フランジ部２４の外径は、基体部２０の外径より小さいものとされている。これにより、基体部２０と蓋部４０の溶接後においても、基体部２０の外径より大径となる箇所が形成されることがなく、放電ランプの組み立て時において、基体部２０の外径よりも内径の大きいガラス管を使用する必要がない。従って、設計変更の必要もなく、従来の封体を利用できるという利点がある。
【００２４】
蓋部４０は、全体が円錐台状の蓋部本体４１と、この蓋部本体４１の底面の中央から突出するよう一体に形成された円柱状の嵌入部４２とよりなる。この蓋部本体４１は、基体部側フランジ部２４と同一の外径を有する蓋部側フランジ部４４を有している。この蓋部側フランジ部４４は、径方向外方に伸びる蓋部側平坦面４３と、この蓋部側平坦面４３の外周縁に連続し、基端方向に向かうに従って径方向内方に伸びる円環状の蓋部側斜面４６とを有する円錐台形状とされている。そして、嵌入部４２は、蓋部側平坦面４３から先端方向に突出する状態で形成され、基体部２０の内部空間２２の内径に適合する外径を有している。
【００２５】
そして、基体部２０の内部空間２２内に蓋部４０の嵌入部４２が嵌入され、基体部側フランジ部２４の基体部側平坦面２３に蓋部側フランジ部４４の蓋部側平坦面４３が当接されて密接され、その状態で重なりあった基体部側フランジ部２４の外周縁部と蓋部側フランジ部４４の外周縁部とが溶接されて環状の溶接部Ｙが形成されている。
【００２６】
密閉空間Ｃ内には、希ガスが所定の圧力となるよう封入されている。具体的には、密閉空間Ｃの内容積に対して伝熱体Ｄが５０％以上封入されている場合には、希ガスが１気圧以上であり、これにより、伝熱体Ｄと密閉空間Ｃの内表面との界面において気泡の発生が防止される。一方、密閉空間Ｃの内容積に対して伝熱体Ｄの封入量が少ない場合には、密閉空間Ｃ内を大気圧よりも低い圧力状態とすることにより、伝熱体Ｄの沸騰を促進させ、沸騰伝達による熱輸送効果を期待することができる。
【００２７】
陽極１４は、何れも高融点を有する金属からなり、具体的には、タングステン、レニウム、タンタルなど、融点が約３０００℃以上の金属からなるものである。これらの中でも特にタングステンが好ましい。同様に、陰極１６を構成する物質もタングステンであることが好ましい。一方、伝熱体Ｄは、電極を構成する金属に比較して、点灯時における融点が低い金属からなり、具体的に電極がタングステンにより構成されている場合には、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（錫）、Ｉｎ（インジウム）、Pｂ（鉛）などが用いられる。
【００２８】
このような本発明に係る陽極１４には、伝熱体Ｄの他に、伝熱体Ｄとは別体である金属粒子の焼結体Ｍが封入されている。焼結体Ｍを構成する金属は、その密度が伝熱体の密度よりも大きいことが望ましく、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｒｅ（レニウム）及びＭｏ（モリブデン）を用いることができる。焼結体Ｍを構成する金属の密度を伝熱体Ｄの密度よりも大きくするのは、放電ランプの点灯時に陽極１４の密閉空間Ｃ内で溶融した伝熱体Ｄの融液中に焼結体Ｍが沈んで、焼結体Ｍが基体部２０における底部２２Ａの付近に位置するようにするためである。なお、上記の密度は、２９３Ｋ（ケルビン）における数値を基準としており、当該温度を基準とするのは以下の理由による。
金属は温度が上昇すると、体積が膨張し、密度が減少する。その傾きは線膨張係数で表され、伝熱体と焼結体のそれらの比はそれ程変わらない。さらに、温度が上昇すると、固体から液体へ相が変化し、それに伴い体積が膨張し、密度は急激に減少する。２９３Ｋ（ケルビン）において、焼結体を構成する金属の密度が伝熱体Ｄの密度より大きい場合、ランプ点灯時において、焼結体は固体状態であるのに対して、伝熱体は液体状態であることより、ランプ点灯中においても焼結体を構成する金属の密度の方が伝熱体の密度よりも大きいままである。よって、２９３Ｋ（ケルビン）における数値を基準とした。
【００２９】
焼結体Ｍは、放電ランプの点灯時に伝熱体Ｄと反応して合金を形成することのない金属の粒子によって形成されることが好ましい。放電ランプの点灯時に焼結体Ｍと伝熱体Ｄとが反応してしまうと、前述したような、焼結体Ｍの気孔の周囲に小さな気泡を形成するという本発明の効果を喪失するからである。焼結体Ｍの融点は、点灯時の陽極１４の密閉空間Ｃの内圧における伝熱体Ｄの沸点よりも高いことが好ましい。放電ランプの点灯時に焼結体Ｍが融けてしまうと形状が維持できず、前述したような、焼結体Ｍの気孔の周囲に小さな気泡を形成するという本発明の効果が低減するからである。例えば、伝熱体をＺｎとした場合、焼結体Ｍの融点は１２００Ｋ以上であることが好ましい。
【００３０】
以上のように、伝熱体Ｄの密度と焼結体を構成する金属の密度との関係、伝熱体Ｄに対する焼結体Ｍの反応性、及び伝熱体Ｄの沸点と焼結体Ｍの融点との関係を考慮することにより、伝熱体Ｄと焼結体Ｍを構成する物質の組合せは以下のようになる。
（組合せ１）
前記伝熱体がＣｕ、Ｚｎ及びＩｎのうち何れか一種または二種以上を含む金属であり、前記焼結体がＷ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｒｅ（レニウム）及びＭｏ（モリブデン）のうち何れか一種または二種以上を含む粒子を焼成したものである。
（組合せ２）
前記伝熱体がＣｕ、Ｚｎ、Ｓｎ及びＩｎのうち何れか一種または二種以上を含む金属であり、前記焼結体がＷ（タングステン）、Ｒｅ（レニウム）及びＭｏ（モリブデン）のうち何れか一種または二種以上を含む粒子を焼成したものである。
（組合せ３）
前記伝熱体がＡｇ、Pｂ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＩｎのうち何れか一種または二種以上を含む金属であり、前記焼結体がＷ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）及びＲｅ（レニウム）のうち何れか一種または二種以上を含む粒子を焼成したものである。
（組合せ４）
前記伝熱体がＡｇ、Pｂ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ及びＩｎのうち何れか一種または二種以上を含む金属であり、前記焼結体がＷ（タングステン）及びＲｅ（レニウム）のうち何れか
一種または二種以上を含む粒子を焼成したものである。
【００３１】
焼結体Ｍは、例えば以下の工程を経て製造されたものである。以下に示すのは一例である。
（工程１）
ＷとＴａの粉末を重量比で１：１となるよう所定量を秤量した後、ＷとＴａの粉末を混合する工程
（工程２）
工程１で得られた粉末を１２MＰａの圧力で圧縮成形してペレットを形成する工程
（工程３）
工程２で得られたペレットを２０００℃、４時間の温度条件で焼成する工程
【００３２】
このようにして製造した焼結体Ｍは、以下のような仕様を有している。
外径が５ｍｍ、厚みが８ｍｍである。粒径は、０．０１〜３．０ｍｍの範囲であって例えば１．０ｍｍとされている。但し、必ずしも全ての金属粒子において粒径を均一にする必要はない。
【００３３】
さらに、伝熱体Ｄの体積に対して焼結体Ｍの体積の総和の占める割合は、０．１〜１０．０％の範囲であることが好ましい。その理由は、焼結体Ｍの割合が極端に少ないと伝熱体の融液中に形成される気泡が大きくなる虞があり、逆に焼結体Ｍの割合が極端に多いと陽極１４の先端部１４Ａの熱が伝熱体Ｄによって輸送されにくくなるので、陽極１４の先端部１４Ａの温度上昇を抑制することができないからである。
【００３４】
このような本発明に係る陽極１４は、例えば以下の工程を経て製造される。
（工程１）
基体部２０の内部空間２２内に伝熱体Ｄを導入する工程
（工程２）
基体部２０の内部空間２２内に焼結体Ｍを導入する工程
（工程３）
工程２の後に、基体部側平坦面２３上に蓋部側平坦面４３が当接した状態になるよう、基体部２０の内部空間２２に対し開口２１から蓋部４０の嵌入部４２を嵌入させる工程
（工程４）
工程３の後に、互いに隣接する基体部側フランジ部２４および蓋部側フランジ部４４の外周縁部分をその全周にわたって溶接することで溶接部Ｙを形成する工程
【００３５】
以上のような本発明の放電ランプに係る第１の実施形態によれば、密閉空間Ｃを有する陽極１４の内部に陽極１４を構成する金属よりも融点の低い金属からなる伝熱体Ｄが封入されているので、放電ランプの点灯時に溶融した伝熱体Ｄの対流によって、陽極１４の先端部１４Ａの熱を陽極１４の後端部方向へ輸送することができるため、陽極１４の先端部１４Ａの温度上昇を抑制することができる。
しかも、陽極１４の内部に、伝熱体Ｄの他に伝熱体Ｄとは別体の金属粒子の焼結体Ｍが封入されているので、次のような効果を期待することができる。
【００３６】
すなわち、図３に示すように、焼結体Ｍは、粒子Ｐの隙間に表面積の小さな開口Ｑが多数形成された多孔質体である。そのため、伝熱体Ｄの融液中において、多孔質体である焼結体Ｍの周囲に小さな気泡が形成され易くなる。気泡を押し潰そうとして気泡に対して作用する力は、気泡が形成される箇所における融液に接する気泡の外表面積に比例して大きくなることから、多数の表面積が小さい開口を備える多孔質体である焼結体Ｍが伝熱体の融液中に存在することにより、焼結体Ｍの表面に存在する多数の表面積が小さい開口の周囲に形成された気泡が押し潰されにくくなって、小さな気泡の状態で維持されると考えられる。
従って、放電ランプの点灯時に伝熱体Ｄの融液中に大きな気泡が形成されなくなるので、伝熱体Ｄが突沸する前に伝熱体Ｄの融液を沸騰させることができ、急激に体積が膨張した伝熱体が陽極１４の蓋部４０に叩き付けられることがなくなるために、発光管１０が鉛直方向の上下に揺れるという問題を解決することができる。
【００３７】
また、焼結体を構成する金属の密度が伝熱体Ｄの密度よりも大きいことにより、陽極１４を鉛直方向の上方側に位置させて放電ランプを点灯させた場合には、焼結体Ｍが陽極１４の密閉空間Ｃ内において溶融した伝熱体Ｄの融液中に沈んで陽極１４の先端部１４Ａの付近に位置することになるため、次に説明するような利点がある。
すなわち、放電ランプを点灯させた際には、陰極１６に対向する陽極１４は、先端部１４Ａの温度が基端側の温度に比して高いというような温度勾配を持つ。これに伴い、放電ランプの点灯時には、陽極１４に形成された密閉空間Ｃ内において溶融した伝熱体Ｄの融液は、基体部２０の底部２２Ａ側に近付くにつれて次第に高温になっており、底部２２Ａの付近において気泡が発生し易い状態になっている。よって、焼結体Ｍは、基体部２０の底部２２Ａの付近に位置している方が気泡を形成するために好ましい。以上から、電子衝突を受ける陽極１４を鉛直方向の上方側に配置した放電ランプにおいて、焼結体Ｍが放電ランプの点灯時に溶融した伝熱体Ｄの融液中に沈んで基体部２０の底部２２Ａの付近に位置することになり、これにより、伝熱体Ｄの突沸を確実に防止することができる。
【００３８】
〔第２の実施形態〕
図４は、本発明の放電ランプに係る第２の実施形態の陽極の構成を示す断面図である。同図においては、図２に示す陽極１４と共通する部分については図２と同一の符号を付している。図４に示す陽極１４は、基体部２０の内表面２０Ａに金属粒子Ｎが被覆されている。金属粒子Ｎと伝熱体Ｄを構成する物質は、上記の組合せ１ないし組合せ４のうちの何れかから選択される。金属粒子Ｎは、粒径が０．０１〜３．０ｍｍの範囲であることが望ましく、例えば１．０ｍｍである。
【００３９】
金属粒子Ｎは、例えば次のような工程を経ることにより、基体部２０の内表面２０Ａに付着している。
（工程１）
平均粒径が１ｍｍであるＷの粉末を有機溶剤に混合しペースト状にする工程
（工程２）
直立している基体部２０の内部空間２２内に工程１で得られたペースト状のＷを導入した後に、基体部２０を傾斜させた状態で回転させ、基体部２０の内表面２０Ａにペースト状のＷを塗布する工程
（工程３）
工程２の後に、ペースト状のＷを乾燥させる工程
（工程４）
工程３の後に、基体部２０に対して２０００℃、４時間の温度条件によって焼成を行い、Ｗの粒子を基体部２０の内表面２０Ａに付着させる工程
【００４０】
図４に示す陽極１４は、さらに以下の工程を経ることによって製造される。
（工程５）
工程４の後に、基体部２０の内部空間２２内に伝熱体Ｄを導入する工程
（工程６）
工程５の後に、基体部側平坦面２３上に蓋部側平坦面４３が当接した状態になるよう、基体部２０の内部空間２２に対し開口２１から蓋部４０の嵌入部４２を嵌入させる工程
（工程７）
工程６の後に、互いに隣接する基体部側フランジ部２４および蓋部側フランジ部４４の外周縁部分をその全周にわたって溶接することで溶接部Ｙを形成する工程
【００４１】
本発明の放電ランプに係る第２の実施形態によれば、陽極１４の密閉空間Ｃ内に陽極１４を構成する金属よりも融点の低い金属からなる伝熱体Ｄが封入されているので、放電ランプの点灯時に溶融した伝熱体Ｄの対流によって、陽極１４の先端部１４Ａの熱を陽極１４の後端部方向へ輸送することができるため、陽極１４の先端部１４Ａの温度上昇を抑制することができる。
【００４２】
しかも、基体部２０の内表面２０Ａには、金属粒子Ｎが焼成により付着しており、金属粒子Ｎの表面には表面積の小さい開口が多数形成されているので、当該金属粒子Ｎの開口の周囲に小さな気泡が形成されると共に気泡が押し潰されることがない。従って、放電ランプの点灯時において、第１の実施形態に係る陽極１４と同様に、大きな気泡が形成される前に伝熱体の融液を沸騰させることにより、溶融した伝熱体の融液が突沸することが防止されるので、急激に体積が膨張した伝熱体が陽極１４の蓋部４０に叩き付けられることがなくなるために、発光管１０が鉛直方向に揺れるという問題を解決することができる。
【００４３】
〔実験１〕
以下に本発明の効果を確認するために行った実験１について説明する。実験１では、図１、図２及び図４に示す構成に従い、以下の設計によって実験用ランプを３種類製造した。
＜放電ランプ＞
発光管１の全長：４００ｍｍ
封入水銀量：１３０μｌ
定格電流：２００Ａ
陽極１４の全長：７２ｍｍ
陽極１４の外径：３０ｍｍ
陽極１４（基体部２０）の先端部の肉厚：４ｍｍ
伝熱体Ｄ：Ｚｎ（亜鉛）
伝熱体Ｄの重量：４８．９ｇ
【００４４】
表１において、ランプ１は、陽極１４の密閉空間Ｃ内に伝熱体Ｄのみが封入されているもの、ランプ２は、陽極１４の密閉空間Ｃ内に伝熱体Ｄと焼結体Ｍが封入されているもの、ランプ３は、陽極１４の基体部２０の内表面２０Ａに金属粒子Ｎが付着していると共に、密閉空間Ｃ内に伝熱体Ｄが封入されているものである。ランプ２，３においては、焼結体Ｍ、金属粒子Ｎは、それぞれ以下の仕様を有している。
焼結体Ｍ：外径５ｍｍ、全長８ｍｍ、平均粒径１ｍｍ
金属粒子Ｎ：平均粒径１ｍｍ
【００４５】
実験１では、ランプ１ないしランプ３をそれぞれ定格電力７０００Ｗで点灯させ、以下のようにして照度変動率を測定した。図５は、照度変動率を測定するための光学系の構成を示す概略図である。同図に示すように、ランプを出た光は回転楕円鏡、平面反射鏡を経て、コリメイトレンズ、中心波長３６５ｎｍでバンド幅１０ｎｍのバンドパスフィルターへ到り、インテグレータレンズを通り、平面反射鏡で反射され、コンデンスレンズを通り、照射面上に到達する。そして、照射面上に開口径が３ｍｍである照度計を固定し、ランプから放射されるｉ線の放射照度を１秒毎に１時間にわたって測定した。
照度変動率Ｓ（％）は、１時間にわたって測定した３６００個の照度データのうち、最大照度をＸとし、最小照度をＹとし、平均照度をＡとしたとき、以下の数式１によって表される。表１に、実験１の結果を示す
（数式１）  Ｓ（％）＝１００×（Ｘ−Ｙ）／Ａ
【００４６】
【表１】
0005303923.tif 000002
【００４７】
表１に示すように、従来と同じ陽極の構成を有するランプ１の照度変動率が２．１２％であるのに対し、本発明の構成を有するランプ２及びランプ３の照度変動率がそれぞれ０．７７％、０．８１％であった。従って、本発明の陽極の構成を採用することにより、光照射面における照度変動率を小さくすることができることが確認された。
【００４８】
次に、実験２について説明する。実験２では、実験１と同様にして製造した実験用のランプ１ないしランプ３を、それぞれ定格電力７０００Ｗで点灯させ、目視によって陽極１４が鉛直方向の上下に揺れるか否かを確認した。表２に実験２の結果を示す。
【００４９】
【表２】
0005303923.tif 000003
【００５０】
表２に示すように、従来と同じ陽極の構成を有するランプ１は陽極１４が鉛直方向の上下に揺れていたのに対し、本発明の構成を有するランプ２及びランプ３は陽極１４が鉛直方向の上下に揺れなかったことが確認された。
【００５１】
なお、本発明の電極構造は、陽極を鉛直方向の上方側に配置し、陰極を鉛直方向の下方側に配置する放電ランプ以外にも適用することができる。例えば、鉛直方向の上方側に陰極を配置した場合において、陰極の内部に形成された密閉空間内に伝熱体と焼結体の双方を封入したり、また、陰極の内表面に焼成により金属粒子を付着させることもできる。
【００５２】
また、図６に示すように、陽極１４の密閉空間Ｃ内に伝熱体Ｄの他に金属粒子の焼結体Ｍを封入すると共に、基体部２０の内表面２０Ａに焼成により金属粒子Ｎを付着させることもできる。こうすることにより、小さい気泡を形成するための箇所が増えることになるので、伝熱体の突沸をより確実に防止することができるため、放電ランプの点灯時に発光管が揺れるという問題を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の放電ランプの全体の構成を示す正面図である。
【図２】本発明に係る第１の実施形態の陽極１４の拡大断面図である。
【図３】焼結体Ｍの拡大断面図を示す。
【図４】本発明に係る第２の実施形態の陽極１４の拡大断面図である。
【図５】照度変動率を測定するための光学系の構成を示す概略図である。
【図６】本発明に係る他の実施形態の陽極１４の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０          発光管
１１          発光部
１２          封止部
１４          陽極
１６          陰極
１７          電極芯棒
２０          基体部
２１          開口
２２          内部空間
２３          基体部側平坦面
２４          基体部側フランジ部
２５          環状溝
２６          基体部側斜面
４０          蓋部
４１          蓋部本体
４２          嵌入部
４３          蓋部側平坦面
４４          蓋部側フランジ部
４６          蓋部側斜面
Ｃ            密閉空間
Ｄ            伝熱体
Ｍ            焼結体
Ｎ            金属粒子
Ｙ            溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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