CN104584186B - 放电灯 - Google Patents

Abstract

本发明的放电灯具有放电管以及配置在所述放电管内的一对电极，至少一个电极具有导热体，该导热体被封入到在电极内部形成的密闭空间中。在灯点亮时，所述导热体为液体状态，在灯熄灭后，所述导热体凝固并以朝向与电极前端侧相反的电极支承棒侧的方式形成凹部。通过形成凹部来降低应力。

Description

放电灯

技术领域

本发明涉及在曝光装置等中使用的放电灯，尤其涉及在电极内部封入有导热体的电极。

背景技术

关于放电灯，随着高输出化，公知有在电极内部形成的密闭空间中封入有具有冷却功能的金属的电极(参照专利文献1)。在此，在阳极内部，密封有由银等导热率高且熔点较低的金属构成的导热体。在电极温度因灯点亮而上升时，金属熔融并液化。由此，在内部空间内产生热对流，将电极前端部的热向相反侧的电极支承棒方向输送。

当在内部空间中封入导热体时，该导热体所占的比例、即体积率会影响热传输效率和电极强度。在导热体的比例过小时，热对流不充分，热传输效率恶化。另一方面，在导热体的比例过大时，密闭空间内部的蒸气压上升，有可能对密闭空间的壁过度施加压力而导致电极破损。

因此，确定导热体与内部密闭空间的适当的体积比，调整导热体的封入量(参照专利文献2)。或者，调整在密闭空间中延伸的突起部件的体积比(参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-15007号公报

专利文献2：日本特开2010-003594号公报

专利文献3：日本特开2004-259644号公报

发明内容

发明要解决的问题

在灯点亮时，导热体成为液状，在电极温度因灯熄灭而下降时，导热体热收缩并凝固。此时，会对内部空间的底面、侧壁施加应力。并且，在再次点亮灯时，导热体热膨胀并熔融，成为液体。此时，会对内部空间侧壁施加应力。

这样的导热体在相变时产生的应力对电极内壁、即电极内部空间的侧壁、底面成为负担，有可能因反复进行灯的点亮、熄灭而在电极内壁产生龟裂。但是，如果只是简单地考虑点亮时的导热体量，则不能实现长期间的电极强度的维持。

因此，在切换灯的熄灭/点亮时，不得不以降低应力的方式使导热体进行相变。

用于解决问题的手段

本发明的放电灯的特征在于，具有：放电管；以及配置在所述放电管内的一对电极，至少一个电极具有导热体，该导热体被封入到在电极内部形成的密闭空间中，在灯点亮时，所述导热体为液体状态，在灯熄灭后，所述导热体凝固并以朝向与电极前端侧相反的电极支承棒侧的方式形成凹部。通过形成凹部来降低应力。

例如，导热体以满足下式的方式形成凹部。

1/4≤a/b≤3/4

其中，a表示从导热体凹部端部到凹部底的距离，b表示从导热体凹部端部到所述密闭空间的底面的距离。

此外，导热体以满足下式的方式形成凹部。

1/10≤e/f≤1/4

其中，e表示所述凹部的体积，f表示所述导热体的体积。

凹部的形状是任意，只要满足上述式子即可。在该情况下，可以调整导热体的凝固收缩率、粘度、热传导率中的至少任意一项来确定所述导热体的凹部形状。此外，能够在至少一个电极中，在电极表面设置散热部。

发明效果

根据本发明，能够得到维持电极强度且冷却功能优异的电极。

附图说明

图1是示意性示出作为第1实施方式的放电灯的平面图。

图2是阳极的概略性剖视图。

图3是阳极的灯点亮中的概略性剖视图。

图4是凹部高度过小而不满足条件式的阳极的概略性剖视图。

图5是凹部高度过大而不满足条件式的阳极的概略性剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

图1是示意性示出作为第1实施方式的放电灯的平面图。

短弧型放电灯10是能够应用于进行图案形成的曝光装置(未图示)的光源等的放电灯，具有透明的石英玻璃制的放电管(发光管)12。在放电管12中，阴极20和阳极30隔开规定间隔而相对配置。

在放电管12的两侧，石英玻璃制的密封管13A、13B以相对的方式与放电管12一体设置，密封管13A、13B的两端被灯头19A、19B封闭。

放电灯10以阳极30为上侧、阴极20为下侧的方式沿着铅直方向配置。在密封管13A、13B的内部，配设有支承金属性的阴极20、阳极30的导电性的电极支承棒17A、17B，分别经由金属环(未图示)、钼等的金属箔16A、16B而与导电性的引导棒15A、15B连接。

密封管13A、13B与设置在密封管13A、13B内的玻璃管(未图示)熔接，由此，封入有水银和惰性气体的放电空间DS被密封。

引导棒15A、15B与外部的电源部(未图示)连接，经由引导棒15A、15B、金属箔16A、16B以及电极支承棒17A、17B对阴极20、阳极30之间施加电压。当向放电灯10供给电力时，在电极间产生电弧放电，放射由水银产生的明亮光线(紫外光)。

图2是阳极30的灯熄灭时的概略性剖视图。图3是阳极30的灯点亮时的概略性剖视图。

阳极30由柱状主体部32和具有阳极前端面34S的圆锥台状前端部34构成。主体部32构成为与安装有电极支承棒17B的密闭盖45接合，除去密闭盖45后的主体部32和前端部34由相同金属材料进行成型。

在主体部32中，在内部中央以与电极轴线同轴线的方式形成有圆柱状的密闭空间50。密闭空间50的上限为与密闭盖45相接的端面45S，下限为电极前端部侧端面即底面50D。密闭空间50的侧面50S的长度c大于密闭空间50的直径d。

在密闭空间50内部，封入有导热体40。导热体40由熔点低于主体部32、密闭盖45的金属(例如银)构成。如图3所示，在灯点亮中，熔融而成为液体状态，利用热对流来抑制前端部34的温度上升。

在切换到灯熄灭时，导热体40收缩并凝固，成为固体。在阳极30的主体部表面附近，温度下降快，因此，导热体40从密闭空间50的侧面50S附近开始凝固。随着时间经过，在进行收缩的同时，导热体的凝固进行到中心部。

接着，导热体40最后在密闭空间50的底面50D中央部附近成为固体，最终，导热体40成为中央部凹陷的凹状而凝固。在底面50D的中央部附近，由收缩产生的应力从多个方向进行作用，因而存在孔70。此外，导热体40的一部分如后述那样附着于密闭盖45的端面45S。

这样的朝向导热体40的密闭盖45敞开的凹部形状起到降低在灯点亮时产生的应力的效果。即，在灯点亮时，使导热体40因热膨胀而产生的应力向中心部散逸，由此，能够降低施加于密闭空间50的底面50D、侧面50S的应力。每当反复进行点亮/熄灭时，导热体40如图2、3所示那样，反复地进行凹部形状的固相化、液化。

因灯熄灭而附着于密闭盖45的导热体由于与凹部形状的导热体40分离，所以在切换到点亮时较早地熔融而流落到凹部表面40J，由此，加快导热体40的液化。

此外，在阳极30的主体部侧面32S上，以靠近阳极前端部34的方式沿着周向形成有具有散热功能的激光槽60。在灯点亮期间防止阳极前端部34温度变得过高，并且，加快密闭空间50内部的导热体40的凝固。

图2所示的导热体40的凹部的形状取决于阳极30的散热特性、导热体40的特性、导热体40相对于密闭空间50的体积比、密闭空间50的尺寸等。尤其是，凹部的凹陷深度根据阳极30的激光槽60的散热特性、导热体40的特性而变化。此处，导热体40的特性表示凝固收缩率、粘度、热传导率。

在本实施方式中，确定导热体40的封入量和特性、激光槽60的位置等，以使得作为凹部形状的特征的凹部高度满足规定条件。其中，凹部的高度被定义为从与密闭空间50的侧面50S相接且处于最高位置的导热体40的凹部两端40T起到凹部底40D为止的距离。

凹部高度a优选满足以下的条件式。

1/4≤a/b≤3/4·····(1)

其中，a表示从导热体凹部端部40T到凹部底40D的距离，b表示从导热体凹部端部40T到所述密闭空间的底面50D的距离，图2中的g表示b与a的差。

更优选满足以下的条件式。

1/10≤e/f≤1/4·····(2)

其中，e表示导热体40的凹部的体积，f表示导热体40的体积。

在凹部的高度过小时，灯熄灭时产生的应力使电极强度下降。具体而言，在从灯点亮状态转为熄灭时，导热体40的凝固从温度相对低的密闭盖45附近的上方开始。因此，需要在靠近阳极前端部34的下方处加快温度下降，由此加快由相变时的收缩造成的液面下降。

为了使凹部高度形成得足够高，槽60的散热作用是有效的。此外，还必须考虑导热体40的特性。在凝固收缩率较低时，体积减少的比例较小，因此，液面的下降被抑制。此外，在粘度较小时，因粘性而残留于密闭空间50的侧面50S上方附近的部分变少，凹部高度变小。并且，在热传导率较高时，中心部与侧面附近的温度差较小，因此，凝固开始时的液面高度差消失，凹部高度变小。

此外，在因从熄灭切换到点亮而导热体40再次熔融时，如果凹部高度较小，则不能使在密闭空间底面50D附近产生的最大的应力散逸，不能实现应力减轻。

相反，如果凹部的高度过大，则会对阳极内壁、即密闭空间50的底面50D、侧面50S施加过度的应力。在导热体40的凝固收缩率较高、粘度较大且热传导率较高时，凹部的高度变大。但是，在凹部过高时，凹部底40D接近密闭空间底面50D，伴随着较强的应力的凝固会对底面50D产生作用，有可能在阳极内壁产生龟裂。

图4是凹部高度过小而不满足条件式的阳极的概略性剖视图。在该情况下，在再次点亮时，底面50D附近的应力不能充分向凹部散逸，因此，有可能在阳极内壁产生龟裂。

图5是凹部高度过大而不满足条件式的阳极的概略性剖视图。在液相40B最后凝固的部分中，朝复杂的方向产生较强的应力，因而产生孔70。即，在图5的情况下，在底面50D附近产生该应力，有可能在底面50D产生龟裂。

此外，在再次点亮的情况下，导热体40的熔融进行到上方要耗费时间。因此，在热对流开始之前要耗费时间，电极前端部34变得过热。

此外，槽60的形成位置影响凹部高度。若将槽60形成至密闭盖45附近，则上方处的凝固变快，在残留有未凝固的液相部分的状态下形成凹部。另一方面，当只在下方附近形成槽60时，下方附近的凝固被促进，因此，凹部高度会变得过大。

这样，需要以不具有极端的凹部高度的方式使导热体凝固，在本实施方式中，以满足条件式(1)的方式来形成槽60，并且，确定导热体40的特性。

这样，根据本实施方式，在阳极30的内部形成有密闭空间50，在其中，以凹部形状封入由银等金属构成的导热体40。此时，以满足条件式(1)、(2)的方式来确定电极尺寸、散热用的槽60的形成位置、导热体40的特性等。在切换到灯点亮时，导热体40液化。

此外，作为散热机构，除了可以形成槽以外，也可以应用微粒的吹送附着、氧化铝加工等的结构，来作为散热特性与其它电极表面部分不同的散热部。此外，也可以将阴极设为相同的结构。

此外，即使在不满足(1)、(2)式的情况下，也能够通过下述方式来提高电极强度：避免成为密闭空间完全被导热体以液状充满那样的状态，或者是在凝固时导热体凹部底到达密闭空间底面附近那样的状态，也就是说，避免成为无法形成凹部那样的极端的状态。

关于本发明，在不脱离由所附权利要求书定义的本发明的意图和范围内，能够进行各种变更、置换、替代。此外，应意识到，在本发明中，不限定于说明书所述的特定的实施方式的处理、装置、制造、结构物、手段、方法和步骤。可认识到，只要是本领域技术人员，则可根据本发明的公开导出实质起到与所述的实施方式功能相同的功能或实质发挥同等作用、效果的装置、手段、方法。因此，应意识到，所附请求的范围包含那样的装置、手段、方法的范围。

本申请是以日本申请(特愿2012-211104号、2012年9月25日申请)为基础申请而请求优先权的申请，包含基础申请的说明书、附图和权利要求书的公开内容被通过参照组合到整个本申请中。

标号说明

10 放电灯

30 阳极

40 导热体

a 凹部高度

Claims (6)

1.一种放电灯，其特征在于，所述放电灯具有：

放电管；以及

配置在所述放电管内的一对电极，

至少一个电极具有导热体，该导热体被封入到在电极内部形成的密闭空间中，

在灯点亮时，所述导热体为液体状态，在灯熄灭后，所述导热体凝固并以朝向与电极前端侧相反的电极支承棒侧的方式形成凹部。

2.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

所述导热体以满足下式的方式形成凹部，

1/4≤a/b≤3/4

其中，a表示从导热体凹部端部到凹部底的距离，b表示从导热体凹部端部到所述密闭空间的底面的距离。

3.根据权利要求1所述的放电灯，其特征在于，

所述导热体以满足下式的方式形成凹部，

1/10≤e/f≤1/4

其中，e表示所述凹部的体积，f表示所述导热体的体积。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的放电灯，其特征在于，

调整所述导热体的凝固收缩率、粘度、热传导率中的至少任意一项来确定所述导热体的凹部形状。

5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的放电灯，其特征在于，

所述至少一个电极在电极表面具有散热部。

6.根据权利要求4所述的放电灯，其特征在于，

所述至少一个电极在电极表面具有散热部。