(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部と、該先端部に続く傾斜部と、該傾斜部に続く胴部からなるタングステン製の放電ランプ用陽電極において、
該胴部には、深さＤが当該陽電極の直径の１２％以内であり、かつ深さＤとピッチＰとの関係がＤ／Ｐ≧２である微細溝が形成されている部分と、該微細溝が形成されていない部分を有し、該微細溝が形成されている部分が該微細溝が形成されていない部分間にあり、該微細溝が形成されている部分の電極胴部の外径は、該微細溝の形成されていない電極部分の最大外径よりも小さいことを特徴とする放電ランプ用陽電極。
【請求項２】
請求項１に記載の放電ランプ用陽電極を具備することを特徴とするショートアーク放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
半導体やプリント基板の露光で使用される超高圧水銀ランプおよび映像や照明に使用されるキセノンランプなどの放電ランプの陽電極構造およびショートアーク放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ショートアーク放電ランプは、例えば液晶のカラーフィルターの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程等に使用されている。該フォトリソグラフィー工程に使用される光の波長としては、およそ３６５ｎｍから４３６ｎｍの強い輝線スペクトルを含む範囲である。市場からは該カラーフィルターの大型化、あるいは露光工程の時間短縮が求められ、該ショートアーク放電ランプから放射される該波長域の光の絶対量増加が望まれている。特に、波長３６５ｎｍ近傍の光における放射の絶対量増加が望まれている。
【０００３】
しかし、該ショートアーク放電ランプにおいて、波長３６５ｎｍ近傍の光の放射効率は水銀蒸気圧や、バッファーガスとして封入されている希ガスの圧力に対する依存性は小さく、該封入物の量を変更することでは該波長の光の放射効率を必要レベルまでアップすることはできない。
【０００４】
一方、波長３６５ｎｍ近傍の光の放射を含め、該ショートアーク放電ランプからの光の放射量は該ショートアーク放電ランプへの電気入力に比例することは従来から知られており、該ショートアーク放電ランプへの電気入力を増加すれば放射の絶対量も上がることになる。該ショートアーク放電ランプへの電気入力を増加する方法として入力電流を高くすることが考えられる。
【０００５】
しかし、ランプ電流を増加させる場合、ランプ電流が増加すると陽電極先端部が電子流の増加により加熱され該陽電極の温度が上昇する。通常、陽電極で発生した熱は該陽電極の熱伝導により外部へ放出されるものと、該陽電極の表面から放射によって外部へ放出されるものがある。しかし、ランプ電流を増加させる方法では、電子流増加による加熱に比べ外部へ放出される熱が不十分であり、その結果、該陽電極の温度上昇に伴う陽電極材の熱蒸発が促進され、発光管の内壁が黒化しランプ寿命が短くなる等の問題があった。
【０００６】
前記の問題を解決するために陽電極からの熱放出の効率を向上し該陽電極の温度を下げる手法が取られている。例えば、特公昭３９−１１１２８号公報に開示されている発明では、陽電極の側面に１ｍｍ〜３ｍｍ程度の深さで且つ開き角が９０°のＶ字溝を設け、更に該Ｖ字溝の表面に炭化タンタルを焼結させることにより該陽電極表面からの放射による熱の放出を高めることが記載されている。しかし、該方法では陽電極の温度によっては炭素が遊離し放電容器を黒化させたり、該炭素が陽電極の先端に移動し陽電極が溶けるといった問題があった。
【０００７】
更に、特開平９−２３１９４６号公報では、電極にＶ字溝を形成しないで陽電極側面にタングステン粉末を焼結して電極表面の放射率εを向上させることにより該電極表面からの熱放射量を高めて該電極の温度を低下させるといったものが開示されている。該手法によれば、板状のタングステン金属表面での放射率が０．４程度であるのに対してタングステン粉末を焼結し放射率を向上した場合の該放射率は０．６程度まで向上している。しかし、該手法によってもショートアーク放電ランプへの電気入力を高くすることにより光の放射量を改善するには、電極の冷却は不十分であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本出願人は、陽電極のＶ字溝の表面に炭化タンタルを焼結させたり、陽電極側面にタングステン粉末を焼結させたりする従来の方法に代えて、深さＤが当該陽電極の直径の１２％以内であり、かつ深さＤとピッチＰとの関係がＤ／Ｐ≧２である微細溝を陽電極表面に形成する技術に関して特願平２００１−２１３６１２号に示した。微細溝の深さＤとピッチＰの寸法位置について図４に示す。図中、６が微細溝であり、１３は隣り合う微細溝により形成されるフィンである。このような微細溝を形成すると、陽電極表面を空洞放射体とみなすことができ放射率があがるのである。電極の溝形成において溝の深さを電極の直径に対して１２％以上深く設けた場合には、断面積の減少による熱伝導の阻害の方が大きくなり、電極の温度を効果的に下げられない。また、微細溝の深さＤとピッチＰの関係がＤ／Ｐ≧２であるというのは、この関係にあると微細溝の開き角度が３０°程度以下になり、放射率が０．７以上になるのである。
【０００９】
図１に示すようにＹＡＧレーザによる加工で陽電極の先端部２１を除いて陽電極２全体に微細溝６を形成すると、溝の深さＤは約６００μｍ程度、溝のピッチＰは約２００μｍ程度で、開き角度３０°以下の微細溝になる。
隣り合う微細溝６で形成されたフィン１３はその細さのために脆く、少しの衝撃で折れてしまう。具体的には、電極運搬中に運搬容器内で倒れたり、電極の熱処理中に倒れたりするとフィン１３が折れたりする。
【００１０】
また、図２にランプの製造工程における放電容器１０の中心出しを行う際の放電容器１０と陽電極２の位置関係を示す。ランプを製作する際、放電容器１０の発光管部１１に連設されたサイド管部１２に陽電極２を通すときや放電容器１０の中心出しをするためにサイド管部１２内に陽電極２が有る状態で放電容器１０を回転させるときに、陽電極２の側面がサイド管部１２内面と接触し、フィン１３が折れたりする。なお、ここで放電容器１０は発光管部１１とサイド管部１２とからなる。１４は排気管部である。
【００１１】
また、フィン１３が折れた場合には、発光管部１１内に折れたフィンの破片が異物として混入し、発光管部１１のガラスを内面から傷つけることによりランプの破裂の起点になる可能性もあり、さらに、フィン１３の破片が発光管部１１内面から生じる失透の核にもなりうる。
【００１２】
なお、陽電極２の傾斜部２２に近いフィン１３が折れないまでも、図５に示すように、フィン１３が潰れて隣り合うフィン同士が重なった部分ができると、その重なり部分の放射率が低下する。そうなると、微細溝の山に当たるフィンの部分は微細溝のない電極部分と比べ、熱容量が小さいためにそのフィンの重なり部分に熱が蓄積され、フィンの部分の電極部材であるタングステンが溶融して飛散するということが起こりうる。電極部材の飛散が起きると発光管の黒化が生じてしまう。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、ショートアーク放電ランプの運搬時あるいは製造時に、電極に微細な溝加工を行ったときに形成されるフィンの欠けや折れ曲がりを生じ難くした放電ランプ用陽電極、および該陽電極を用い、該陽電極の放射率を上げて陽電極の冷却効果を高め、高入力に対応したショートアーク放電ランプを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、先端部と、該先端部に続く傾斜部と、該傾斜部に続く胴部からなるタングステン製の放電ランプ用陽電極において、該胴部には、深さＤが当該陽電極の直径の１２％以内であり、かつ深さＤとピッチＰとの関係がＤ／Ｐ≧２である微細溝が形成されている部分と、該微細溝が形成されていない部分を有し、該微細溝が形成されている部分が該微細溝が形成されていない部分間にあり、該微細溝が形成されている部分の電極胴部の外径は、該微細溝の形成されていない電極部分の最大外径よりも小さいことを特徴とする放電ランプ用陽電極とするものである。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放電ランプ用陽電極を具備することを特徴とするショートアーク放電ランプとするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。図３（ｄ）は本発明の陽電極２の断面図である。陽電極２の一方の端面には電極芯棒４を挿入する孔９があり、該孔９に電極芯棒４が嵌め込まれている。陽電極２の先端面は平面であり、平面に続いて傾斜部２２を有する。傾斜部２２に続いて胴部２４となる。図３（ｄ）は、陽電極２の先端側の傾斜部２２に微細溝加工が施されている例である。微細溝加工にはＹＡＧレーザを使用した。
【００１９】
図３（ｄ）は、傾斜部と胴部の境界およびその近傍には溝加工を行っていない。胴部側で１ｍｍ以上微細溝加工を施さない領域（図３中Ｌとして表示）を設ける。
そうすることで製造工程内における電極の取り扱い時に微細溝を形成するフィンが直接他の部品や治具または作業台に触れて折れたり曲がったりすることを防止できるのである。図３（ｄ）では微細溝が形成されている部分の電極胴部の外径（図中のＡ１）を、該微細溝の形成されていない電極部分の最大外径（図中のＡ２）よりも小さくしている。
【００２０】
このようにすると微細溝を形成するフィンは、例えばサイド管とは全く接触することがなくなり、破壊から守られる効果がさらに確実になる。
【００２１】
なお、微細溝加工はＹＡＧレーザによる加工の他にダイヤモンドカッターのブレードによる加工や電子ビームによる加工も可能である。微細溝は各々の溝が独立したものでも、らせん状に連続して形成された溝であってもよい。
【００２２】
図６に本発明のショートアーク放電ランプ１の全体図を示す。放電容器１０の発光管部１１内にタングステン製の陽電極２と同じくタングステン製の陰電極３が先端距離１０ｍｍ程度で対向配置されている。
陽電極２と陰電極３は各々サイド管部１２の中で埋設され、外部端子１５と電気的に接続される。発光管部１１の中にはキセノン、アルゴン、クリプトンなどの希ガス若しくはこれらの混合物からなる封入ガスおよび水銀などの発光物質が封入される。封入ガスの圧力は封入時において、例えば０．１〜１０ａｔｍであり、水銀封入量は発光管部１１の内容積当たりの重量で１０〜６０ｍｇ／ｃｃである。この放電ランプは例えば定格５０Ｖ、定格５ｋＷで点灯される。
【００２３】
【発明の効果】
本発明により、ショートアーク放電ランプの運搬時あるいは製造時に、電極に微細な溝加工で形成されるフィンの欠けや折れ曲がりを生じ難くした放電ランプ用陽電極とすることができ、本発明においては炭化物が遊離し放電容器を黒化させたり、該炭素が陽電極の先端に移動し陽電極が溶けるといった問題もない。
【００２４】
また、ショートアーク放電ランプへの電気入力を高くすることにより光の放射量を改善するために、電極を十分冷却できる。また該陽電極を用い、該陽電極の放射率を上げて従来と同じ入力のランプを作れば従来に比べて該陽電極を小型化でき、ランプ自体を小型化したショートアーク放電ランプとすることができる。
【００２５】
さらに、微細溝が形成するフィンが折れることがないため、フィンの破片が発光管内に異物として混入し、発光管部のガラスを内面から傷つけることもない。また、フィンの破片が発光管部内面から生じる失透の核にもなり得ない。
【００２６】
また、フィンが潰れて隣り合うフィン同士が重なった部分もできず、電極部材であるタングステンが溶融して飛散するということもなく、タングステンの溶融飛散に起因する発光管の黒化も生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ溝加工を先端部を除く略全域に施した陽電極の断面図を示す。
【図２】放電容器の中心出しの際の放電容器と電極の位置関係を示す。
【図３】（ｄ）は本発明の陽電極の断面図を示す。
【図４】溝深さＤと溝ピッチＰの寸法位置を示す。
【図５】微細溝で形成されたフィンが潰れてフィン同士が重なった状態を示す。
【図６】本発明のショートアーク放電ランプの全体図を示す。
【符号の説明】
１    ショートアーク放電ランプ
２    陽電極
２１  先端部
２２  傾斜部
２３  境界
２４  胴部
３    陰電極
４    電極芯棒
６    微細溝
９    孔
１０  放電容器
１１  発光管部
１２  サイド管部
１３  フィン
１４  排気管部
１５  外部端子
【図１】
0003838110.tif 000002
【図２】
0003838110.tif 000003
【図３】
0003838110.tif 000004
【図４】
0003838110.tif 000005
【図５】
0003838110.tif 000006
【図６】
0003838110.tif 000007