(57)【要約】      （修正有）【課題】発光管の内部に一対の電極を有し、少なくとも一方の電極の密閉空間に伝熱体が封入されてなるショートアーク型放電ランプおよびその製造方法において、比較的に簡単な方法で電極内部に伝熱体を封入することのできる構造の電極を備えたショートアーク型放電ランプ、及び、その電極を容易に製造できる製造方法を提供する。【解決手段】電極４は有底筒状の容器部材６と、蓋部材７とから構成され、容器部材６の筒状側壁の上端面と、蓋部材７の下端面とが拡散接合されていて、接合された容器部材６と蓋部材７により密閉空間８が形成され、該密閉空間８に伝熱体Ｍが封入されている。【選択図】図１
2016115644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管の内部に一対の電極を有し、少なくとも一方の電極の密閉空間に伝熱体が封入されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、
前記電極は有底筒状の容器部材と、蓋部材とから構成され、
前記容器部材の筒状側壁の上端面と、前記蓋部材の下端面とが拡散接合されていることを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
【請求項２】
前記容器部材及び前記蓋部材はタングステンよりなるとともに、前記容器部材は円筒状であって、該容器部材の円筒状側壁の内半径ｒと、外半径Ｒが、
ｒ／Ｒ≦０．８０、但し、１４（ｍｍ）≦Ｒ≦２５（ｍｍ）
の関係にあることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
【請求項３】
電極の内部密閉空間に伝熱体が封入された放電ランプ用電極の製造方法において、
有底筒状の容器材料及び蓋材料に平面状の接合面を形成する工程と、
前記容器材料の内部に伝熱体を挿入する工程と、
前記容器材料の接合面と、前記蓋材料の接合面とを当接させて、該接合面の垂直方向から圧力をかけ、前記容器材料と前記蓋材料を加熱することにより、両者を拡散接合させる工程と、
拡散接合された前記容器材料と前記蓋材料とを切削加工して電極形状とする工程と、
からなることを特徴とする放電ランプ用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ショートアーク型放電ランプに関するものであり、特に、電極本体の密閉空間に伝熱体が封入された電極を有するショートアーク型放電ランプに係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板、液晶ディスプレイ用の液晶基板、プリント基板などを露光する露光装置の紫外線照射光源として用いられるショートアーク型放電ランプにおいては、その大出力化が進んでいて、定格消費電力が大きいランプが用いられるようになってきている。
【０００３】
このような定格消費電力の大きなランプに用いられる電極として、熱伝達率がよく、電極先端の温度上昇を抑制して電極先端の溶融や蒸発を抑えようとしたものが開発されてきている。例えば、特開２０１２−２８１６８号公報（特許文献１）に開示されるように、本体内部に溶融伝熱体が封入された電極構造をもったショートアーク型放電ランプが提案されている。
このショートアーク型放電ランプにおいては、電極本体に形成した密閉内部空間に、電極材料よりも熱伝達率が高く、ランプ点灯時に溶融する伝熱体が封入された電極を用いるものである。
【０００４】
この従来技術を図５、６に基づいて説明すると以下の通りである。
図５において、発光管２内に対向配置された一対の電極３、４を有するショートアーク型放電ランプ１が示されており、その電極のうちの少なくとも一方の電極（この例では陽極）４の電極本体４１は、図６に示されるように、容器部材４２と蓋部材４３とからなり、その内部には密閉空間４４が形成されている。
そして、該密閉空間４４には、電極４を構成する材料、例えばタングステンよりも熱伝導率が高く、ランプ点灯時に溶融する材料、例えば、金、銀などからなる伝熱体Ｍが封入されている。
この伝熱体Ｍは、ランプ点灯時に溶融して、密閉空間４４内で対流し、電極本体４１の先端の熱を後端側に伝達することによって、電極本体４１の軸方向での温度勾配を減少し、その結果、先端の温度を下げることができるものであって、これにより、電極先端の溶融や蒸発を抑えるという効果を期待しているものである。
【０００５】
ところで、この種の電極４では内部の密閉空間４４に銀などの伝熱体Ｍを封入するために、電極本体４１を容器部材４２と蓋部材４３とに分けて構成し、これらを接合する前に伝熱体Ｍを密閉空間４４内に封入している。
伝熱体Ｍを封入した後は、容器部材４２に蓋部材４３を嵌入し、予めそれぞれに形成した溶接用突起部４２ａ，４３ａを溶接することにより電極内部空間４４を密閉するものである。
図６に示すように、この電極は容器部材４２および蓋部材４３の外周面に径方向に突出する突起４２ａ，４３ａを備えている。この突起４２ａ，４３ａは一方が平坦面となっており、容器部材４２の上端面と蓋部材４３の下端面とを当接させると、突起４２ａ，４３ａの先端がほぼ一致するように、山状に先端が尖った形状となっている。
このように突起形状とする理由は、突き合わせた突起４２ａ，４３ａの部分は熱容量が小さくなるので、溶接がしやすいためである。
【０００６】
しかしながら、電極の密閉手段として溶接を行うために溶接用突起を形成することは、その分だけ製造工程が複雑となり、費用が嵩み経済的に不利である。特に容器部材側の突起は、その構造が複雑であり切削もかなり難しいという問題がある。更には、突起自体が脆く、些細な衝突でも先端部が欠けてしまうといった不具合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２８１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、電極の密閉空間に伝熱体が封入されてなるショートアーク型放電ランプおよび該放電ランプ用電極の製造方法において、比較的に簡単な方法で電極内部に伝熱体を封入することのできる構造の電極を備えたショートアーク型放電ランプを提供するとともに、その電極を容易に製造できる製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明では、前記電極は有底筒状の容器部材と、蓋部材とから構成され、前記容器部材の筒状側壁の上端面と、前記蓋部材の下端面とが拡散接合されていて、接合された前記容器部材と前記蓋部材により密閉空間が形成され、該密閉空間に伝熱体が封入されていることを特徴とする。
また、前記容器部材及び前記蓋部材はタングステンよりなるとともに、前記容器部材は円筒状であって、該容器部材の円筒状側壁の内半径ｒと、外半径Ｒが、
ｒ／Ｒ≦０．８０、但し、１４（ｍｍ）≦Ｒ≦２５（ｍｍ）
の関係にあることを特徴とする。
【００１０】
また、電極の内部密閉空間に伝熱体が封入された放電ランプ用電極の製造方法において、有底筒状の容器材料及び蓋材料に平面状の接合面を形成する工程と、前記容器材料の内部に伝熱体を挿入する工程と、前記容器材料の接合面と、前記蓋材料の接合面とを当接させて、該接合面の垂直方向から圧力をかけ、前記容器材料と前記蓋材料を加熱することにより、両者を拡散接合させる工程と、拡散接合された前記容器材料と前記蓋材料とを切削加工して電極形状とする工程と、からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電極を構成する筒状容器部材と蓋部材とが拡散接合されているので、従来のような溶接接合の場合に必要とされた容器部材と蓋部材における溶接用突起の形成という煩雑な作業が必要ではなくなり、単純に平面同士を拡散接合すればよく、作業効率が向上する。
また、容器部材と蓋部材を拡散接合後に切削加工して電極形状とするので、一体化されたひとつの部材を加工すればよく、従来のように、容器部材と蓋部材を別々に加工するという手間が大幅に簡略化される。
また、溶接用突起部が脆くて、先端部が欠けやすいという心配も解消される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る放電ランプ用電極の断面図。
【図２】その製造工程図。
【図３】電極の接合前後の形状説明断面図。
【図４】容器部材の最適形状を求める実験結果。
【図５】従来のショートアーク型放電ランプの断面図。
【図６】従来の電極構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１はこの発明の放電ランプ用の電極構造を示す断面図である。
図１において、電極４は、共にタングステンなどの高融点材料からなる有底筒状の容器部材６と蓋部材７とからなる電極本体５を有し、該電極本体５内には密閉空間８が形成されている。そして、この密閉空間８内には、タングステンなどの電極材料よりも熱伝導率の高い伝熱体Ｍが封入されている。この伝熱体Ｍは、例えば金や銀などの金属からなり、電極材料よりも融点が低く、ランプ点灯時には密閉空間８内で溶融する。好適には、容器部材６は円筒状であって、蓋部材７は円板状である。
前記電極本体５を構成する容器部材６と蓋部材７とは、容器部材６の上端面と蓋部材７の下端面とで拡散接合により接合されている。
そして、前記蓋部材７の上部には電極芯線９が挿入固定されている。
【００１４】
この電極の製造方法を図２に基づいて説明する。
図２（Ａ）に示すように、タングステンなどからなる有底円筒状の容器材料６ｘの開口上端面６ａを研磨して接合面とするとともに、同様にタングステンなどからなる円板状の蓋材料７ｘの下端面７ａを研磨して接合面とする。接合面を研磨することにより、強い接合強度が得られる。
前記容器材料６ｘには上端に開口する円柱状の空隙８が形成されていて、容器材料６ｘと蓋材料７ｘが接合されたとき密閉空間を形成する。
次いで、図２（Ｂ）に示すように、容器材料６の空隙８内に固体状態の銀などの伝熱体Ｍを挿入する。
【００１５】
次いで、図２（Ｃ）に示すように、容器材料６ｘの開口上端面に蓋材料７ｘを重ねてこれを閉じる。そして、容器材料６ｘと蓋材料７ｘの上下を、カーボンブロック１１，１１を介在させて加圧電極１２，１２により挟む。これを真空雰囲気中で、上下の加圧電極１２，１２により所定の圧力をかけた状態で通電加熱する。この拡散接合処理における、圧力は、例えば２０〜５０ＭＰａであり、加熱温度は１４００〜２２００℃であって、処理時間は１〜２０ｍｉｎである。
これにより、容器材料６ｘの上端面と蓋材料７ｘの下端面とが拡散接合される。
【００１６】
次いで、図２（Ｄ）に示すように、拡散接合された容器材料６ｘと蓋材料７ｘとをそれぞれ所定の切削線Ｓに沿って切削加工して最終的な電極形状とする。これにより、図１に示すような、内部の密閉空間８に伝熱体Ｍが封入された電極本体５が形成される。
この拡散接合により構成された電極の利点としては、従来の溶接接合の場合には、電極本体の外周面から径方向に向かって浅い範囲でしか接合できないのに対して、拡散接合では、平坦接合面の径方向の全体にわたって接合できるので、接合面積が増加して接合強度が向上するものである。
また、溶接接合の場合のように、尖った先端形状を形成することが必要ではないので、衝撃・衝突などによる先端部位の欠損という不具合もなくなる。
【００１７】
本発明の更に好ましい実施形態について以下に説明する。
前述の図２（Ｃ）に示す拡散接合工程においては、容器部材６ｘは上下から圧力が負荷されるので、その寸法形状によっては、拡散接合後の容器材料６の形状に好ましくない変形が生じることがある。
図３に基づいてそれを説明する。
拡散接合では圧力をかけながら加熱するために接合前後で多少の変形が生じることがある。この図においては、拡散接合前の容器材料６ｘおよび蓋材料７ｘの輪郭を実線で表し、拡散接合後の輪郭を破線で表している。
つまり、接合後は軸方向に若干量縮み（小さくなり）、径方向に若干太る（大きくなる）ことが分かった。特に軸方向よりも径方向の変形量が大きいことが分かった。
このような変形については、ある程度は許容することができるが、一定量を超えると電極の強度の信頼性に影響が出てくる。すなわち、変形量はそのまま歪を表すことになり、容器側壁に不所望な応力が発生しているからである。
そこで、本発明者らは歪を低減することができる容器材料６ｘの形状について検討した。
【００１８】
図３に示すように、容器材料６ｘおよび蓋材料７ｘについて、接合条件および容器材料６ｘの円筒状側壁の外半径Ｒを一定として、内半径ｒを変化、つまり肉厚を変化させた試験用容器材料６ｘ、および蓋材料７ｘを複数用意し、拡散接合処理を行ってそれぞれの変形量ΔＲを測定した。
ここで、変形量は、容器材料６ｘの円筒状容器側壁の外表面が径方向に突出した量を変形量ΔＲとした。ただし、１４（ｍｍ）≦Ｒ≦２５（ｍｍ）の範囲で実験した。外半径Ｒがこの範囲内であれば接合条件は基本的に一定である。
図４は、ｒ／Ｒと歪ΔＲ／Ｒとの関係を示す実験結果表およびグラフである。なお、この実験では外半径Ｒを一定としたので、歪ΔＲ／Ｒと変形量ΔＲとは同じもの意味している。
【００１９】
変形量ΔＲすなわち歪ΔＲ／Ｒが大きくなると、容器にかかる応力も大きくなる。特に容器材料であるタングステンの降伏応力よりも大きくなると、さらなる塑性変形が生じてしまう。
したがって、変形量ΔＲはできるだけ小さく抑えなければならない。
タングステンが許容できる応力は、一定の上限があり、この上限を超えない範囲での好ましい変形量ΔＲの上限は０．１９ｍｍであり、その時の歪ΔＲ／Ｒは０．０１１である。後述する実験結果からも０．０１１を超えると歪が指数関数的に増加していることが分かる。
この実験結果によると、ｒ／Ｒが０．８０を超えると変形量ΔＲは０．１９（ｍｍ）を超える結果となり、歪ΔＲ／Ｒは０．０１１を超える結果となった。
したがって、ｒ／Ｒは０．８０以下であることが好ましいといえる。ただし、本実験は、Ｒが１４〜２５ｍｍの条件の下で行っているため、好ましいｒ／Ｒは、
０＜ｒ／Ｒ≦０．８０、但し、１４（ｍｍ）≦Ｒ≦２５（ｍｍ）
である。
さらに、この実験結果から０．５１≦ｒ／Ｒ≦０．７４の範囲では、歪ΔＲ／Ｒが０．０１０３〜０．０１０５と低い値で安定しており、より好ましい範囲といえる。
【００２０】
以上のように、本発明によれば、電極本体の密閉空間に伝熱体を封入した電極を有するショートアーク型放電ランプにおいて、前記電極を有底筒状の容器部材と、蓋部材とから構成し、該容器部材の筒状側壁の上端面と、前記蓋部材の下端面とを拡散接合するようにしたので、従来の溶接作業による接合よりも大きな接合強度が得られ、しかも溶接用の突起形成の必要がなく、衝撃に対する耐性が向上する。
また、容器部材と蓋部材の接合後に電極構造のための切削加工作業ができるので、その作業が簡略化される。
【符号の説明】
【００２１】
１      ショートアーク型放電ランプ
２      発光管
３，４  電極
５      電極本体
６      容器部材
６ｘ    容器材料
６ａ    上端面（接合面）
７      蓋部材
７ｘ    蓋材料
７ａ    下端面（接合面）
８      密閉空間
９      電極芯線
１１    カーボンブロック
１２    加圧電極
Ｍ      伝熱体
【図１】
2016115644.tif 000003
【図２】
2016115644.tif 000004
【図３】
2016115644.tif 000005
【図４】
2016115644.tif 000006
【図５】
2016115644.tif 000007
【図６】
2016115644.tif 000008