(57)【要約】【課題】異なる部材を拡散接合させた電極を備える放電ランプにおいて、優れた熱伝導性を与える。【解決手段】トリエーテッドタングステンから成る先端側部材２２と、タングステンから成る後端側部材２４を固相接合させた陰極２０を備えたショートアーク型放電ランプ１０において、接合面Ｓの周縁ＰＳを覆うように、カバー部材４０を陰極２０のテーパー表面上に設置する。そして、カバー部材４０を保持具５０Ａ、５０Ｂによって保持する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電管と、
前記放電管内に配置される一対の電極であって、少なくとも一方が先端側部材と後端側部材とを拡散接合させた一対の電極と、
接合面周縁の少なくとも一部を覆うカバー部材とを備え、
前記カバー部材が、前記先端側部材の熱を前記後端側部材へ伝達可能であることを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
前記カバー部材が、前記先端側部材および前記後端側部材と接することを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項３】
前記カバー部材において、前記後端側部材との接触面積が、前記先端側部材との接触面積よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の放電ランプ。
【請求項４】
前記カバー部材が、環状の箔であり、テーパー形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電ランプ。
【請求項５】
前記カバー部材を保持する保持部材をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の放電ランプ。
【請求項６】
前記保持部材が、前記後端側部材を支持する電極支持棒と接続していることを特徴とする請求項５に記載の放電ランプ。
【請求項７】
前記保持部材が、前記後端側部材の側面と接することを特徴とする請求項５乃至６のいずれかに記載の放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置等に利用される放電ランプに関し、特に、複数の金属部材を接合させた電極の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ショートアーク型放電ランプでは、高輝度の光を基板など露光対象物に照射する。露光対象物の大型化、さらにスループット向上のため、放電ランプの高出力化が要求されており、それに伴って定格消費電力を増加させる必要がある。
【０００３】
大電力化すると、従来の単一金属による電極構造では、電子放出、熱放出などの電極性能に限界が生じる。そのため、複数の金属を接合させて電極を構成することで、熱伝導性などの電極性能を向上させる。例えば、トリウムを含むトリエーテッドタングステンなどから成る電極先端部と、純タングステンなどから成る胴体部を拡散接合し、電極を形成する（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０７１０９１号公報
【特許文献２】特開２０１２−０１５００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
異なる金属を固相接合させて電極を構成する場合、接合面に隙間が生じやすい。例えば、ＳＰＳ接合など通電加熱によって固相接合する場合、表皮効果によって電極表面側に電流が流れやすくなり、接合面の周縁部と中心部で接合強度に差が生じ、微小な隙間が生じる。
【０００６】
接合面に微小な隙間が生じると、電極先端部側金属部材から後端部側金属部材への熱伝導性が低下し、電極先端部温度が高温となる。その結果、電極先端部の消耗が激しくなり、ランプ寿命が低下する。また、電極先端部は電極先端部が高温になることよって変形し、アーク放電の輝点のふらつきによって照度が安定しなくなる。
【０００７】
したがって、固相接合など拡散接合によって電極を形成した場合、接合面付近における熱輸送効率を高めることが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の放電ランプは、放電管と、放電管内に配置される一対の電極であって、少なくとも一方が先端側部材と後端側部材とを拡散接合させた一対の電極と、接合面周縁の少なくとも一部を覆うカバー部材とを備える。そして、カバー部材は、先端側部材の熱を後端側部材へ伝達可能である。
【０００９】
ここでの「カバー部材」は、熱伝導性がある部材であればよく、カバー専用、あるいは熱伝導を主目的として用意される部材である必要はなく、接合面を覆い、先端側から後端側部材へ熱を伝えることが可能な範囲において、任意の素材によってカバー部材を成形することが可能である。カバー部材が電極支持棒側へ熱を伝導することによって、接合面付近における熱輸送の効率低下を抑えることができる。
【００１０】
例えば、カバー部材は、環状に形成することが可能であり、接合面の周縁全体を覆うことができる。また、カバー部材を箔状に形成することが可能であり、アーク放電時にカバー部材が障害となるのを防ぐ。一方、電極テーパー部分に接合面が形成される場合、カバー部材をテーパー形状にすればよい。
【００１１】
熱輸送効率を高めることを考慮すれば、カバー部材が、先端側部材および後端側部材と接するのがよい。例えば、カバー部材は、接合面を跨ぐように先端側部材および後端側部材と接する。
【００１２】
また、後端側部材への熱伝導効率を高めるため、カバー部材において、後端側部材との接触面積を、先端側部材との接触面積よりも大きくしてもよい。
【００１３】
一方、カバー部材を確実に電極表面上あるいはその傍に配置するためには、カバー部材を保持する保持部材（例えばワイヤーなど）を設けるのがよい。保持部材は、熱伝導性を持つ金属などで構成することが可能である。
【００１４】
例えば、保持部材は後端側部材を支持する電極支持棒と接続することが可能であり、ランプ点灯中において相対的に温度の低い電極支持棒へ先端側部材の熱を輸送することが可能となる。また、保持部材を、後端側部材の側面と接するようにすることが可能であり、先端側部材の熱を相対的に温度の低い後端側部材へ効果的に輸送することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、異なる部材を拡散接合させた電極を備える放電ランプにおいて、優れた熱伝導性を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態であるショートアーク型放電ランプを模式的に示した平面図である。
【図２】陰極を上から見た平面図である。
【図３】陰極の側面図である。
【図４】陰極の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態であるショートアーク型放電ランプを模式的に示した平面図である。
【００１９】
ショートアーク型放電ランプ１０は、パターン形成する露光装置（図示せず）の光源などに使用可能な放電ランプであり、透明な石英ガラス製の放電管（発光管）１２を備える。放電管１２には、陰極２０、陽極３０が所定間隔をもって対向配置される。
【００２０】
放電管１２の両側には、対向するように石英ガラス製の封止管１３Ａ、１３Ｂが放電管１２と一体的に設けられており、封止管１３Ａ、１３Ｂの両端は、口金１４Ａ、１４Ｂによって塞がれている。放電ランプ１０は、ここでは陽極３０が上側、陰極２０が下側となるように鉛直方向に沿って配置されている。
【００２１】
封止管１３Ａ、１３Ｂの内部には、金属性の陰極２０、陽極３０を支持する導電性の電極支持棒１７Ａ、１７Ｂが配設され、金属リング（図示せず）、そしてモリブデンといった金属箔１６Ａ、１６Ｂを介して導電性のリード棒１５Ａ、１５Ｂにそれぞれ接続される。封止管１３Ａ、１３Ｂは、封止管１３Ａ、１３Ｂ内に設けられるガラス管（図示せず）と溶着しており、これによって、水銀、および希ガスが封入された放電空間ＤＳが封止される。
【００２２】
リード棒１５Ａ、１５Ｂは外部の電源部（図示せず）に接続されており、リード棒１５Ａ、１５Ｂ、金属箔１６Ａ、１６Ｂ、そして電極支持棒１７Ａ、１７Ｂを介して陰極２０、陽極３０の間に電圧が印加される。放電ランプ１０に電力が供給されると、電極間でアーク放電が発生し、水銀による輝線（紫外光）が放射される。
【００２３】
図２は、陰極を上から見た平面図である。図３は、陰極の側面図である。図４は、陰極の断面図である。図２〜図４を用いて陰極の構造を説明する。
【００２４】
陰極２０は、陰極先端面２０Ｓに向けて先端側がテーパー状に形成されており、胴体部分が柱状に形成されている。また、陰極２０は、２つの金属部材を固相接合（ここではＳＰＳ焼結）させることによって成形された電極であり、陰極先端面２０Ｓを含む先端側部材２２と、電極支持棒１７Ａと結合していて陰極胴体部を構成する後端側部材２４から構成される。
【００２５】
先端側部材２２は、例えばトリエーテッドタングステンなどから成り、後端側部材２４は、タングステンなどによって構成されている。先端側部材２２と後端側部材２４との接合面Ｓは、電極軸Ｃに垂直な方向に沿って形成されており、先端側部材２２のテーパー面２２Ｐと後端側部材２４のテーパー面２４Ｐの間に位置する。
【００２６】
本実施形態では、環状のカバー部材４０が接合面Ｓの周縁ＰＳ全体を覆うように、陰極２０のテーパー表面上に設けられており、また、カバー部材４０は、接合面Ｓを跨ぐように先端側部材２２および後端側部材２４両方に接している。カバー部材４０は、陰極２０のテーパー表面に対応した、すなわち同じテーパー角度を有するリング形状になっており、カバー部材４０全体が先端側部材２２および後端側部材２４と密接している（図４参照）。
【００２７】
カバー部材４０の電極軸Ｃに沿った位置は、後端側部材２４との接触面積が先端側部材２２との接触面積よりも大きくなるように定められている。ここでは後端側部材２４と接する部分の軸方向幅Ａは、先端側部材２２と接する軸方向幅Ｂと等しいが、カバー部材４０がテーパー形状であって、陰極先端面２０Ｓに近い先端側内径よりも電極支持棒１７Ａに近い後端側内径の方が大きいことから、後端側部材２４との接触面積のほうがより大きい。カバー部材４０の幅Ｔは、接合面Ｓの周縁ＰＳをカバー可能な範囲で定められる。
【００２８】
カバー部材４０は、熱伝導性をもつ材料から構成されており、ここでは、金属あるいは合金によって成形されている。また、カバー部材４０は、薄い箔状に形成されており、ここでは金属箔などによって形成することが可能である。例えば、カバー部材４０は、モリブデン箔から成る。
【００２９】
図１に示すように、陰極２０は鉛直下側を向くように放電管１２内に配置されている。そのため、カバー部材４０をテーパー面上で保持する保持具５０Ａ、５０Ｂが、陰極２０に取り付けられている。
【００３０】
保持具５０Ａ、５０Ｂは、ここでは２本のワイヤーで構成されており、例えばモリブデンなどの金属あるいは合金によって成形されている。保持具５０Ａ、５０Ｂの一端は、カバー部材４０の後端側周縁部と接続し、電極軸Ｃに関して対称的な（対向する）位置に接続されている（図２参照）。保持具５０Ａ、５０Ｂは、ここでは溶接されている。ただし、カバー部材４０の上から保持具５０Ａ、５０Ｂを巻き付けるようにしてもよい。
【００３１】
一方、保持具５０Ａ、５０Ｂの他端は、電極支持棒１７Ａに接続されている。保持具５０Ａ、５０Ｂと電極支持棒１７Ａとの接続についても、溶接あるいは巻き付けをすればよい。保持具５０Ａ、５０Ｂは、カバー部材４０を陰極２０のテーパー面に向けて付勢するように取り付けられており、カバー部材４０は陰極２０のテーパー面に押し付けられている。また、保持具５０Ａ、５０Ｂは、後端側部材２４の側面２４Ｓ、すなわち陰極胴体部側面に接しながら電極軸Ｃに沿って延びている。
【００３２】
このように、接合面Ｓの周縁を覆うようにカバー部材４０を接合面Ｓ上へ設置することにより、ランプ点灯中、接合面Ｓに起因する熱伝導悪化を防ぐことができる。
【００３３】
先端側部材２２、後端側部材２４を通電加熱によって拡散接合させた場合、接合面Ｓには微小な隙間が生じやすい。これは、表皮効果によって接合面中心部と接合強度に接合強度差が生じるためである。また、接合面Ｓの周縁部にも楔状の隙間が生じやすい。さらに、先端側部材２２と後端側部材２４の材質の違いも微小隙間が生じる原因となる。これは、ＳＰＳ焼結以外の固相接合、あるいは固相接合以外の分子間作用の力に基づく拡散接合において起こりやすい。
【００３４】
その結果、ランプ点灯中に先端側部材２２に生じる熱が接合面Ｓを経由して後端側部材２４へ移動しようとするとき、接合面Ｓに生じた微小隙間によって熱伝導効率が低下する。また、先端側部材２２の熱の一部が、接合面Ｓに沿って陰極表面側へ移動する。
【００３５】
しかしながら、熱伝導性をもつカバー部材４０を陰極２０の接合面Ｓ上に設置したことにより、先端側部材２２の熱が接合面Ｓを経由して後端側部材２４へ移動する。これによって、熱輸送効率の低下を防ぐことができる。
【００３６】
特に、カバー部材４０が陰極２０のテーパー面に密接し、接合面Ｓの周縁部ＰＳ全体を覆うことにより、接合面Ｓ付近の熱が効率よく伝達する。また、カバー部材４０の先端側部材２２との接触面積が、後端側部材２４との接触面積より大きいため、温度勾配が大きくなり、効率よく熱を伝達することができる。一方、カバー部材４０が金属箔であって薄く形成されていることから、ランプ点灯中の放電効果を妨げない。
【００３７】
そして、カバー部材４０が保持具５０Ａ、５０Ｂによって保持されることにより、表面に対してカバー部材４０全体が確実に接触し、熱を効率よく伝達することができる。また、保持具５０Ａ、５０Ｂは電極支持棒１７Ａに接続されていることから、カバー部材４０に伝わった熱は、相対的に温度の低い電極支持棒１７Ａへ輸送される。その結果、先端側部材２２の高温化を抑制することができる。さらに、保持具５０Ａ、５０Ｂが陰極側面２４Ｓに接していることから、相対的に温度の低い後端側部材２４へ熱が効果的に伝わる。
【００３８】
このように本実施形態によれば、トリエーテッドタングステンから成る先端側部材２２と、タングステンから成る後端側部材２４を固相接合させた陰極２０を備えたショートアーク型放電ランプ１０において、接合面Ｓの周縁ＰＳを覆うようにカバー部材４０が陰極２０のテーパー表面上に設置されている。
【００３９】
なお、テーパー形状でない陰極に対しては、接合面付近の形状に合わせてカバー部材を形成し、設置すればよい。また、熱輸送効率を高めるためにカバー部材を厚くすることも可能である。一方、接合面が電極軸に垂直な方向に沿って形成されていない場合、接合面の周縁に合わせてカバー部材を設置すればよい。
【００４０】
カバー部材は、接合面周縁の一部だけを覆うようにしてもよい。一方、カバー部材を１つの部材だけで構成することには限定されず、複数の弓状のカバー部材を接合面周縁に沿って所定間隔で配置してもよく、あるいは、接合面を挟んで電極軸方向に沿って対抗する一対の環状カバー部材（あるいは複数の弓状カバー部材の対）を設置することも可能である。
【００４１】
また、カバー部材を陰極表面に接触させず、熱伝達が可能な範囲で陰極表面から所定の距離（例えば微小距離）だけ離れた位置に設置してもよい。さらに、カバー部材は、先端側部材から後端側部材へ熱を伝達可能な素材で構成される部材であればよく、熱伝導そのものを目的としてない部材を適用することが可能である。
【００４２】
電極については、３つ以上の金属部材でそれぞれ電極を構成してもよい。例えば、タングステンなどの薄い環状の金属部材を、先端側部材と後端側部材との間に挿入することも可能である、さらに、異なる金属部材を固相接合させるだけでなく、同種の金属部材を固相接合させることも可能である。また、金属部材以外の部材を固相接合させてもよい。
【００４３】
本実施形態では陰極を固相接合による電極として構成しているが、陽極も合わせて固相接合させた電極として構成することも可能であり、陽極だけを固相接合電極とすることも可能である。さらに、固相接合以外の拡散接合を用いた電極にも適用可能である。また、ショートアーク型放電ランプ以外の放電ランプにも適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ショートアーク型放電ランプ
１２  放電管
２０  陰極
３０  陽極
２２  先端側部材
２４  後端側部材
４０  カバー部材
５０Ａ、５０Ｂ  保持具（保持部材）
Ｓ    接合面
ＰＳ  周縁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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