(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、
前記伝熱体に、２９３Ｋ（ケルビン）において以下の関係１及び関係２を満たす物性を有する、伝熱体とは別体の金属粒子を含有したことを特徴とする放電ランプ。
（関係１）  前記伝熱体の熱膨張係数に比して前記金属粒子の熱膨張係数が小さい
（関係２）  前記伝熱体の密度に比して前記金属粒子の密度が大きい
【請求項２】
前記金属粒子は、前記伝熱体と反応して合金を形成する金属を除く金属からな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】
前記伝熱体と前記金属粒子の組合せが、以下の組合せ１ないし組合せ３のうちの何れかに該当することを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
（組合せ１）
前記伝熱体がＡｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（錫）及びＰｂ（鉛）のうち何れか一種又は二種以上を含む金属であり、前記金属粒子がＷ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）及びＲｅ（レニウム）のうち何れか一種又は二種以上を含む粒子である。
（組合せ２）
前記伝熱体がＣｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｚｎ（亜鉛）及びＳｎ（錫）のうち何れか一種又は二種以上を含む金属であり、前記金属粒子が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）のうち何れか一種又は二種以上を含む粒子である。
（組合せ３）
前記伝熱体がＡｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（錫）、Ｐｂ（鉛）及びＡｕ（金）のうち何れか一種又は二種以上を含む金属であり、前記金属粒子がＲｅ（レニウム）を含む粒子である。
【請求項４】
前記放電ランプは、その管軸が垂直方向に配置して点灯される放電ランプであって、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請求項１〜３に記載の放電ランプ。
【請求項５】
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たことを特徴とする。
（工程１）
前記基体部の内部空間内に前記伝熱体を導入する工程
（工程２）
前記基体部の内部空間内に前記伝熱体とは別体の金属粒子を導入する工程
（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
【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た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、放電ランプの点灯時に電子衝突を受ける側の電極が破損して、電極本体から漏れ出した伝熱体が発光管の内壁に付着することによって、発光管の外方へ放射される紫外線の出力が低下する、という問題があった。このような問題が発生する原因は、例えば次のように考えられる。
【０００７】
すなわち、放電ランプの点灯時に電極の先端部が高温状態になると、電極本体と伝熱体とがそれぞれ熱膨張するが、電極本体の熱膨張係数に比して伝熱体の熱膨張係数が高いことによって、電極本体よりも伝熱体の方が大きく膨張して電極の内壁に対して負荷がかかり、電極がこの負荷に耐えられなくなって破損したものと考えられる。
例えば、特許文献２に開示されているように、Ｗ（タングステン）からなる電極の内部にＡｇ（銀）からなる伝熱体が封入されている場合においては、２９３ＫでのＡｇの熱膨張係数は１８．９×１０−６／Ｋであり、同温度でのＷの熱膨張係数は４．３×１０−６／Ｋであることから、電極の熱膨張に比して伝熱体の熱膨張が過大になることによって電極が破損するものと考えられる。
【０００８】
このような問題は、例えば、電極の肉厚を大きくして電極の機械的強度を高くすることによって解決することができると考えられる。ところが、そのようにした場合には、電極の体積に占める伝熱体の体積の割合を減らさざるを得ないため、伝熱体の対流による熱輸送効果が低いものとなって、電極の先端部の温度上昇を十分に抑制することができない、という問題がある。
【０００９】
以上から、本発明は、電極の内部に形成された密閉空間に、電極よりも融点の低い金属よりなる伝熱体が封入されてなる電極を備える放電ランプにおいて、放電ランプの点灯時に、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、電極が破損することを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、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放電ランプにおいて、
前記伝熱体に、２９３Ｋ（ケルビン）において以下の関係１及び関係２を満たす物性を有する、伝熱体とは別体の金属粒子を含有したことを特徴とする。
（関係１）  前記伝熱体の熱膨張係数に比して前記金属粒子の熱膨張係数が小さい
（関係２）  前記伝熱体の密度に比して前記金属粒子の密度が大きい
【００１１】
さらに、前記金属粒子は、前記伝熱体と反応して合金を形成する金属を除く金属からなることを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記伝熱体と前記金属粒子の組合せが、以下の組合せ１ないし組合せ３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Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（錫）及びＰｂ（鉛）のうち何れか一種又は二種以上を含む金属であり、前記金属粒子がＷ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）及びＲｅ（レニウム）のうち何れか一種又は二種以上を含む粒子である。
（組合せ２）
前記伝熱体がＣｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｚｎ（亜鉛）及びＳｎ（錫）のうち何れか一種又は二種以上を含む金属であり、前記金属粒子が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）のうち何れか一種又は二種以上を含む粒子である。
（組合せ３）
前記伝熱体がＡｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（錫）、Ｐｂ（鉛）及びＡｕ（金）のうち何れか一種又は二種以上を含む金属であり、前記金属粒子がＲｅ（レニウム）を含む粒子である。
【００１３】
さらに、前記放電ランプは、その管軸が垂直方向に配置して点灯される放電ランプであって、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。
【００１４】
さらにまた、本発明は、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たことを特徴とする。
（工程１）
前記基体部の内部空間内に前記伝熱体を導入する工程
（工程２）
前記基体部の内部空間内に前記伝熱体とは別体の金属粒子を導入する工程
（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
【発明の効果】
【００１５】
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。
【００１６】
しかも、伝熱体に伝熱体とは別体の金属粒子が含まれており、伝熱体と金属粒子は以下の関係１及び２に示す物性を有しているので、放電ランプの点灯時において、伝熱体の熱膨張量が少なくなり、電極の内壁に加わる負荷が小さくなるので、電極の破損を防止することができる。尚、以下の関係１及び２の「熱膨張係数」及び「密度」は、２９３Ｋ（ケルビン）における数値である。
（関係１）  伝熱体の熱膨張係数に比して金属粒子の熱膨張係数が小さい
（関係２）  伝熱体の密度に比して金属粒子の密度が大きい
【００１７】
関係１を満たす必要があるのは、次の理由による。伝熱体に伝熱体とは別体の金属粒子が含まれていることにより、放電ランプの点灯時に、伝熱体の熱膨張が金属粒子によって負荷が低減されると考えられる。ただし、伝熱体の熱膨張係数に比して金属粒子の熱膨張係数が大きいと、伝熱体の熱膨張による負荷を低減するどころか伝熱体以上に金属粒子が熱膨張することになるので、却って、電極の内壁に対する負荷が大きくなって、電極の破損を助長すると考えられるからである。
【００１８】
関係２を満たす必要があるのは、次の理由による。伝熱体は、伝熱体を備える電極がその先端部に近付くにつれて次第に高温となることに伴って、電極先端部に近付くにつれて次第に高温となる。そのため、電極の先端部寄りの伝熱体ほど熱膨張量が大きいので、放電ランプの点灯時に金属粒子が電極の底面に沈んでいることが望ましい。従って、放電ランプの点灯時に、金属粒子が伝熱体の融液中に沈んで電極の底面（電極先端部の内面）に位置するようにするため、伝熱体の密度に比して金属粒子の密度を高くすることが必要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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が一体に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。
【００２０】
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。
【００２１】
図２は、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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気圧以上封入され、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。
【００２６】
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）、Ｉｎ（インジウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（錫）、Ｐｂ（鉛）、Ａｕ（金）などが用いられる。
【００２７】
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Ｍが封入されている。金属粒子Ｍは、上記の関係１、２を満たすよう伝熱体Ｄとの関係を考慮して選択する必要があり、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。表１は、伝熱体Ｄと金属粒子Ｍの物性を示す。表１に示す熱膨張係数及び密度は、２９３Ｋにおける値である。
【００２８】
【表１】
0005024730.tif 000002
【００２９】
詳細は後述する実験結果に示しているが、例えば、伝熱体Ｄと金属粒子Ｍの組合せは以下のようになる。
（組合せ１）
前記伝熱体がＡｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（錫）及びＰｂ（鉛）のうち何れか一種又は二種以上を含む金属であり、前記金属粒子がＷ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）及びＲｅ（レニウム）のうち何れか一種又は二種以上を含む粒子である。
（組合せ２）
前記伝熱体がＣｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｚｎ（亜鉛）及びＳｎ（錫）のうち何れか一種又は二種以上を含む金属であり、前記金属粒子が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）のうち何れか一種又は二種以上を含む粒子である。
（組合せ３）
前記伝熱体がＡｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（錫）、Ｐｂ（鉛）及びＡｕ（金）のうち何れか一種又は二種以上を含む金属であり、前記金属粒子がＲｅ（レニウム）を含む粒子である。
【００３０】
例えば、陽極１４の密閉空間Ｃには、伝熱体Ｄと共にＷの粒子を封入することもできるし、また、伝熱体Ｄと共にＷの粒子とＴａの粒子を封入することもできる。
【００３１】
金属粒子Ｍは、放電ランプの点灯時、消灯時に係らずとけずに粒状であることが好ましい。また、金属粒子Ｍは、陽極１４や伝熱体Ｄと反応して合金を形成しない金属であることが望ましい。ただし、放電ランプの点灯時に粒形状を維持することができるのであれば、陽極１４や伝熱体Ｄと多少は反応するものであっても良い。
仮に、金属粒子Ｍが粒形状を維持することができないと、放電ランプの点灯時に伝熱体Ｄの熱膨張による負荷を低減できず、また、陽極１４と金属粒子Ｍとが反応することによって電極の割れ、脆化などが生じて電極性能を損なう虞があるからである。
【００３２】
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２）
基体部２０の内部空間２２内に金属粒子Ｍを導入する。
（工程３）
工程１及び２の後に、基体部側平坦面２３上に蓋部側平坦面４３を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。
【００３３】
以上のような本発明の放電ランプによれば、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。
しかも、陽極１４の内部に、伝熱体Ｄと伝熱体Ｄとは別体の金属粒子Ｍとが封入され、伝熱体Ｄと金属粒子Ｍとが上記した関係１及び関係２を満たすよう選択されていることから、次の理由により、放電ランプの点灯時に陽極１４が破損することを確実に防止することができると考えられる。
【００３４】
図３に示すように、一定の体積の空間Ｘ内に、（Ａ）密閉空間Ｃ内に伝熱体Ｄと金属粒子Ｍとが封入されている場合、（Ｂ）密閉空間Ｃ内に伝熱体Ｄのみが封入されている場合とを比較して検討する。同一体積の空間Ｘにおける熱膨張量を検討すると、（Ａ）の場合には、金属粒子が含まれている分だけ、（Ｂ）の場合と比較して相対的に熱膨張量が小さくなる。従って、本発明の放電ランプのように、密閉空間Ｃ内に伝熱体Ｄの他に金属粒子Ｍを封入することにより、密閉空間Ｃ内に伝熱体Ｄのみを封入した場合と比較して、同一体積の空間における熱膨張量が小さくなるために、陽極１４の内壁に対する負荷を小さくすることができるので、陽極１４の破損を防止することができる。
【００３５】
〔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。図１及び図２に示す構成に従い、以下の設計によって実験用ランプを７種類作製した。実験１は、伝熱体ＤがＡｇであり、金属粒子ＭがＷ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｈｆ及びＢの何れかであるか或いは金属粒子Ｍを備えていない。
＜放電ランプ＞
発光部１１の内容積：１８３０ｃｍ３
封入水銀量：２８．２ｍｇ／ｃｍ３
立上り電流：１８０Ａ
陽極１４の全長：５５ｍｍ
陽極１４の外径：３０ｍｍ
陽極１４（基体部２０）の肉厚：４ｍｍ
密閉空間Ｃの体積に対する伝熱体Ｄの体積の割合：６０％
密閉空間Ｃの体積に対する金属粒子Mの体積の割合：１０％
【００３６】
このような７種類の実験用ランプのそれぞれについて、立上り電流１８０Ａで点灯駆動させたときに陽極１４が破損するかどうかを目視によって確認する実験を行った。その実験結果を表２に示す。表２において、『○』は破損無しを、『×』は破損有りを示す。
【００３７】
【表２】
0005024730.tif 000003
【００３８】
表２に示す実験結果より、以下の事実が判明した。
金属粒子ＭがＷ、Ｔａ及びＲｅであるランプＡｇ−２、Ａｇ−３及びＡｇ−４は、点灯試験を１０回繰り返したが陽極１４が破損しなかった。
金属粒子Ｍが入っていないランプＡｇ−１は、伝熱体Ｄの熱膨張に陽極１４が耐えることが出来ずに陽極１４が破損した。
金属粒子ＭがＦｅ、Ｈｆ及びＢであるランプＡｇ−５、Ａｇ−６及びＡｇ−７は、陽極１４が破損した。
【００３９】
実験１の７種類の実験用ランプについて、点灯試験後の陽極１４内の伝熱体Ｄ中に金属粒子Ｍがどういう形状で存在しているか、それぞれの陽極を切断して調査を行った。
ランプＡｇ−２、Ａｇ−３及びＡｇ−４は、Ｗ、Ｔａ及びＲｅ粒が陽極１４の底部２２Ａに沈んでいた。少量は、伝熱体Ｄの上方側にも分布していた。Ｗ、Ｔａ及びＲｅ粒は、ランプが消灯するとほとんどが電極先端に沈んだものと推測する。
ランプＡｇ−６は、Ｈｆ粒が陽極１４の底部２２Ａに沈んでいた。少量は、伝熱体Ｄの上方側にも分布していた。Ｈｆ粒は、ランプが消灯するとほとんどが陽極１４の先端部１４Ａに沈んだものと推測する。
ランプＡｇ−５、Ａｇ−７は、Ｆｅ、Ｂ粒が伝熱体Ｄの上方側で粒形状を維持していた。しかし、多少の金属粒は伝熱体Ｄの内部に分布が見られた。
【００４０】
この実験１の結果より、以下のことが推測される。
ランプＡｇ−２、Ａｇ−３及びＡｇ−４は、表１に示すようにＷ、Ｔａ及びＲｅの密度がそれぞれＡｇの密度よりも大きいので、Ａｇの融液中において陽極１４の底部２２Ａ付近にＷ、Ｔａ及びＲｅの粒子が沈んでいたと考えられる。しかも、表１に示すように、Ｗ、Ｔａ及びＲｅの熱膨張係数がそれぞれＡｇの熱膨張係数よりも小さいために、Ｗ、Ｔａ及びＲｅの粒子によってＡｇの熱膨張による負荷が低減されることにより、陽極１４（基体部２０）の内壁に対する負荷が低減されて陽極１４が破損しなかったと考えられる。
ランプＡｇ−１は、金属粒子を備えていないので、Ａｇの熱膨張に陽極１４が耐えることができずに陽極１４が破損したものと考えられる。
ランプＡｇ−６は、表１に示すように、Ｈｆの熱膨張係数がＡｇの熱膨張係数よりも大きいことにより、Ａｇの熱膨張による負荷を低減することができずに陽極１４が破損したと考えられる。
ランプＡｇ−５、Ａｇ−７は、表１に示すように、Ｆｅ、Ｂの密度がＡｇの密度よりも小さいために、陽極１４の底部２２Ａ付近にＦｅ、Ｂが存在しなかったと考えられる。従って、Ｆｅ、Ｂの粒子によってＡｇの熱膨張による負荷を低減することができずに、陽極１４が破損したものと考えられる。
【００４１】
以上の実験１の結果より、伝熱体ＤがＡｇである場合には、金属粒子ＭとしてＷ、Ｔａ、及びＲｅを用いることができることが判明した。
【００４２】
〔実験２〕
実験２では、伝熱体ＤがＣｕであり、金属粒子ＭがＷ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｈｆ及びＮｂの何れかであるか或いは金属粒子Ｍを入れていない陽極１４を備え、実験１と同様の設計・仕様を有する７種類の実験用ランプを作製した。この７種類の実験用ランプについて実験１と同様にして実験を行った。その結果を表３に示す。表３において、『○』は破損無しを、『×』は破損有りを示す。
【００４３】
【表３】
0005024730.tif 000004
【００４４】
表３に示す実験結果より、以下の事実が判明した。
金属粒子ＭがＷ、Ｔａ、Ｒｅ、ＭｏであるランプＣｕ−２、Ｃｕ−３、Ｃｕ−４、Ｃｕ−５は、点灯試験を１０回繰り返したが陽極１４が破損しなかった。
金属粒子Ｍが入っていないランプＣｕ−１は、陽極１４が破損した。
金属粒子ＭがＨｆ、ＮｂであるランプＣｕ−６、Ｃｕ−７は、陽極１４が破損した。
【００４５】
実験２の７種類の実験用ランプについて、点灯試験後の陽極内の伝熱体中に金属粒がどういう形状で存在しているか、それぞれの陽極を切断して調査を行った。
ランプＣｕ−２、Ｃｕ−３、Ｃｕ−４、Ｃｕ−５は、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏの粒子が陽極１４の底部２２Ａの付近に沈んでいた。これらの粒子のうちの少量は、伝熱体Ｄの上方側にも分布していた。これらの金属粒子は、ランプが消灯するとほとんどが陽極１４の底部２２Ａの付近に沈んだものと推測する。
ランプＣｕ−６は、Ｈｆの粒子が陽極１４の底部１４の付近に沈んでいた。これらの粒子のうちの少量は、伝熱体Ｄの上方側にも分布していた。これらの金属粒子は、ランプが消灯するとほとんどが陽極１４の底部２２Ａの付近に沈んだものと推測する。
ランプＣｕ−７は、Ｎｂの粒子が伝熱体Ｄの上方側で粒形状を維持していた。しかし、多少のＮｂの粒子は伝熱体Ｄの内部に分布が見られ、陽極１４の底部２２Ａの付近にＮｂの粒子が殆ど沈んでいなかった。
【００４６】
この実験２の結果より、以下のことが推測される。
ランプＣｕ−２、Ｃｕ−３、Ｃｕ−４、Ｃｕ−５は、表１に示すようにＷ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏの密度がＣｕの密度よりも大きいので、ランプの点灯時にＣｕの融液中において陽極１４の底部２２Ａの付近にＷ、Ｔａ、Ｒｅ及びＭｏの粒子が沈んでいたと考えられる。しかも、表１に示すようにＷ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏの熱膨張係数がＣｕの熱膨張係数よりも小さいため、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏの粒子によってＣｕの熱膨張による負荷が低減されることにより、陽極１４の内壁に対する負荷が低減されて、陽極１４が破損しなかったと考えられる。
ランプＣｕ−１は、金属粒子を備えていないので、Ｃｕの熱膨張に陽極１４が耐えることができずに陽極１４が破損したものと考えられる。
ランプＣｕ−６は、表１に示すようにＨｆの熱膨張係数がＣｕの熱膨張係数よりも大きいことにより、Ｃｕの熱膨張による負荷を低減することができずに、陽極１４が破損したと考えられる。
ランプＣｕ−７は、表１に示すようにＮｂの密度がＣｕの密度よりも小さいために、陽極１４の底部２２Ａの付近にＮｂが存在しなかったと考えられる。従って、Ｃｕの熱膨張をＮｂによって十分に負荷を低減することができずに、陽極１４が破損したと考えられる。
【００４７】
以上の実験２の結果より、伝熱体ＤがＣｕである場合には、金属粒子ＭとしてＷ、Ｔａ、Ｒｅ及びＭｏを用いることができることが判明した。
【００４８】
〔実験３〕
実験３では、伝熱体ＤがＩｎであり、金属粒子ＭがＷ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ及びＨｆの何れかであるか或いは金属粒子Ｍを入れていない陽極１４を備え、実験１と同様の設計・仕様を有する６種類の実験用ランプを作製した。この６種類の実験用ランプについて実験１と同様にして実験を行った。その結果を表４に示す。表４において、『○』は破損無しを、『×』は破損有りを示す。
【００４９】
【表４】
0005024730.tif 000005
【００５０】
表４に示す実験結果より、以下の事実が判明した。
金属粒子ＭがＷ、Ｔａ、Ｒｅ、ＭｏであるランプＩｎ−２、Ｉｎ−３、Ｉｎ−４、Ｉｎ−５は、点灯試験を１０回繰り返したが陽極１４が破損しなかった。
金属粒子Ｍが入っていないランプＩｎ−１は、陽極１４が破損した。
金属粒子ＭがＨｆであるランプＩｎ−６は、陽極１４が破損した。
【００５１】
実験３の６種類の実験用ランプについて、点灯試験後の陽極内の伝熱体中に金属粒がどういう形状で存在しているか、それぞれの陽極を切断して調査を行った。
ランプＩｎ−２、Ｉｎ−３、Ｉｎ−４、Ｉｎ−５は、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏの粒子が陽極１４の底部２２Ａの付近に沈んでいた。これらの粒子のうちの少量は、伝熱体Ｄの上方側にも分布していた。これらの金属粒子は、ランプが消灯するとほとんどが陽極１４の底部２２Ａの付近に沈んだものと推測する。
ランプＩｎ−６は、Ｈｆの粒子が陽極１４の底部２２Ａの付近に沈んでいた。これらの粒子のうちの少量は、伝熱体Ｄの上方側にも分布していた。これらの金属粒子は、ランプが消灯するとほとんどが陽極１４の底部２２Ａの付近に沈んだものと推測する。
【００５２】
この実験３の結果より、以下のことが推測される。
ランプＩｎ−２、Ｉｎ−３、Ｉｎ−４、Ｉｎ−５は、表１に示すようにＷ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏの密度がＩｎの密度よりも大きいので、ランプの点灯時にＩｎの融液中において陽極１４の底部２２Ａの付近にＷ、Ｔａ、Ｒｅ及びＭｏの粒子が沈んでいたと考えられる。しかも、表１に示すようにＷ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏの熱膨張係数がＩｎの熱膨張係数よりも小さいため、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏの粒子によってＩｎの熱膨張による負荷が低減されることにより、陽極１４の内壁に対する負荷が低減されて、陽極１４が破損しなかったと考えられる。
ランプＩｎ−１は、金属粒子を備えていないので、Ｉｎの熱膨張に陽極１４が耐えることができずに陽極１４が破損したものと考えられる。
ランプＩｎ−６は、表１に示すようにＨｆの熱膨張係数がＩｎの熱膨張係数よりも大きいことにより、Ｉｎの熱膨張による負荷を低減することができずに、陽極１４が破損したと考えられる。
【００５３】
以上の実験３の結果より、伝熱体ＤがＩｎである場合には、金属粒子ＭとしてＷ、Ｔａ、Ｒｅ及びＭｏを用いることができることが判明した。
【００５４】
以上の実験１ないし実験３の結果を統括して検討すると、（関係１）伝熱体Ｄの熱膨張係数に比して金属粒子Ｍの熱膨張係数が小さい、（関係２）伝熱体Ｄの密度に比して金属粒子Ｍの密度が大きい、という２つの関係を満たすよう伝熱体Ｄと金属粒子Ｍとを選択することによって、陽極１４の破損を防止することができると考えられる。このような実験結果を踏まえると、以下の表５に示すような伝熱体Ｄと金属粒子Ｍとの組合せを備える陽極１４においても、破損を防止することができると推測される。
【００５５】
【表５】
0005024730.tif 000006
【００５６】
さらに検討すると、上記の実験１〜３より、伝熱体がＡｇである場合には表２の判定よりＷ、Ｔａ及びＲｅの金属粒子を用いることができ、また、伝熱体がＣｕ、Ｉｎである場合には表３、４の判定からＷ、Ｔａ、Ｒｅ及びＭｏの金属粒子を用いることができることが判明している。
このことから、例えば、Ａｇ、Ｃｕを混合した金属よりなる伝熱体に、Ｗ、Ｔａ及びＲｅのうち何れかの金属粒子を混ぜた場合であっても、（関係１）伝熱体の熱膨張係数に比して金属粒子の熱膨張係数が小さく、（関係２）伝熱体の密度に比して金属粒子の密度が大きいという条件を逸脱することはないので、陽極の破損を防止するという効果を期待することができると考えられる。また、主成分がＡｇ、副成分がＣｕである伝熱体に、主成分がＷ、副成分がＴａである金属粒子を混ぜた場合であっても、同様に関係１、２に大きな影響を与えないであろうから、陽極の破損を防止するという効果を期待することができると考えられる。従って、関係１及び関係２を逸脱しない範囲で、一種又は二種以上の金属よりなる伝熱体に一種又は二種以上の粒子よりなる金属粒子を混ぜることもできる。さらには、一種又は二種以上の金属よりなる伝熱体に対して当該金属以外の微量の不純物を添加した場合であっても、関係１、２を逸脱しない範囲においては、陽極の破損を防止するという本発明の効果を期待することができると考えられる。
【００５７】
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。要は、電極の内部に形成された密閉空間内に伝熱体と金属粒子とが封入された陰極を鉛直方向の上方側に配置し、陽極を鉛直方向の下方側に配置することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【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】陽極１４の拡大断面図である。
【図３】本発明の効果を説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００５９】
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
２２Ａ      底部
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
Ｃ          密閉空間
Ｄ          伝熱体
Ｍ          金属粒子
【図１】
0005024730.tif 000007
【図２】
0005024730.tif 000008
【図３】
0005024730.tif 000009