短弧型放电灯的制作方法

1.本发明涉及短弧型放电灯，尤其涉及为了在灯点亮时使电极温度降低而在电极的外表面形成有散热层的短弧型放电灯。


背景技术：

2.例如在半导体元件、液晶显示元件等的制造工序所使用的曝光装置、各种放映机中，使用短弧型放电灯(以下也简称为“灯”)作为光源。该短弧型放电灯构成为在发光管内将阳极和阴极彼此相对配置，并且在该发光管内封入水银、氙气等发光物质。
3.在这样的短弧型放电灯中，已知由于在点亮时施加于阳极的热负荷高，因此产生由阳极的过热等引起的电极材料的蒸发，该蒸发物附着于发光管的内壁而使光透射率降低，即产生所谓的黑化。
4.为了解决这样的问题，已知有在电极表面形成散热层来抑制电极的温度上升的技术，在下述专利文献1中公开了在电极的除了前端附近之外的外表面形成有包含至少一种金属氧化物的散热层的灯。
5.这样的散热层具有在制造时难以附着于电极表面且容易剥离的问题，特别是金属氧化物等陶瓷即使在高温下也稳定，因此显著产生该问题。
6.另外，存在如下问题：构成电极的钨的热膨胀系数为4.5
×
10-6
/k，与此相对，例如构成散热层的氧化锆的热膨胀系数为10.5
×
10-6
/k，相差较大，有时会因为由灯的点亮和熄灭引起的电极的膨胀和收缩而导致散热层剥离。
7.作为这样的问题的解决方法，进行了通过喷砂处理等来增加电极表面的凹凸，并通过锚定效果提高剥离强度的尝试。
8.现有技术文献
9.专利文献
10.专利文献1：日本特开2004－259639号公报


技术实现要素：

11.发明所要解决的课题
12.但是，通过基于电极表面的切削加工的槽加工、喷砂处理等形成的凹凸只不过是在电极表面形成凹陷，针对相对于电极表面的水平方向的力具有一定程度的锚定效果，但不能说针对沿电极表面的法线方向剥离的力的锚定效果强，有时会产生剥离。
13.本发明鉴于上述课题，提供一种短弧型放电灯，在发光管的内部相对配置有一对电极，在所述一对电极中的至少一个电极的外表面形成有散热层，在该短弧型放电灯中，散热性优异，且不会产生膜剥离，寿命长。
14.用于解决课题的技术方案
15.本发明所涉及的短弧型放电灯在发光管的内部相对配置有一对电极，其中，
16.在所述一对电极中的至少一个电极的外表面形成有鳞状构造，
17.所述鳞状构造包括多个鳞片状的突起，所述突起向相对于所述外表面的法线方向倾斜的方向从所述外表面突出，并具有与所述外表面所成的角度为钝角的表面及与所述外表面所成的角度为锐角的背面，
18.形成有所述鳞状构造的所述外表面由包含金属氧化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物及金属氮化物中的至少一种的被膜覆盖，
19.所述被膜的一部分进入由所述背面和所述外表面夹着的空间。
20.根据该结构，由于电极的外表面由包含金属氧化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物及金属氮化物中的至少一种的辐射率高的被膜(散热层)覆盖，因此辐射性优异。另外，由于被膜的一部分进入由鳞片状的突起的背面和电极的外表面夹着的空间，从而能够有效地获得针对沿外表面的法线方向剥离被膜的力的锚定效果，因此，本发明的短弧型放电灯不会产生膜剥离，寿命长。
21.在本发明的短弧型放电灯中，也可以构成为，形成有所述鳞状构造的所述外表面是具有圆柱状的主体部的所述电极的外周面。另外，也可以构成为，所述突起向相对于所述外周面的法线方向朝所述电极的周向倾斜的方向突出。另外，也可以构成为，所述被膜的膜厚为5μm以上且200μm以下。
附图说明
22.图1是表示本实施方式所涉及的短弧型放电灯的结构的说明图。
23.图2是图1所示的短弧型放电灯的p区域放大图。
24.图3a是形成被膜前的阳极的外表面的放大照片(表面的像)。
25.图3b是形成被膜前的阳极的外表面的放大照片(截面的像)。
26.图4是表示鳞片状突起的形成方向的图。
27.图5是鳞状构造的放大图。
28.图6是图3b所示的阳极的q区域放大图。
29.图7是现有构造的周向截面的放大图。
30.图8是示意性地表示车床加工的状况的图。
31.图9是实施例等的评价结果。
32.图10是示意地表示整形加工的状况的图。
具体实施方式
33.参照附图对本发明所涉及的短弧型放电灯的实施方式进行说明。另外，以下的各附图是示意性图示的附图，附图上的尺寸比未必与实际的尺寸比一致，在各附图之间尺寸比也未必一致。
34.以下，适当参照xyz坐标系来进行说明。另外，在本说明书中，在表示方向时，在区分正负的朝向的情况下，如“ x方向”、
“‑
x方向”那样，标注正负的符号来进行记载。另外，在不区分正负的朝向来表示方向的情况下，仅记载为“x方向”。即，在本说明书中，在仅记载为“x方向”的情况下，包括“ x方向”和
“‑
x方向”这两者。对于y方向及z方向也同样。
35.图1是表示本实施方式所涉及的短弧型放电灯的结构的说明图。短弧型放电灯100(以下，称为“灯100”)具备：发光管1；在发光管1的内部相对配置的阳极2和阴极3；及支承阳
极2和阴极3的引线棒4。
36.本实施方式的灯100是在半导体元件、液晶显示元件等的制造工序中使用的曝光装置等中所使用的大型灯，例如额定功率为2kw～35kw。
37.发光管1通过使玻璃管的中央膨出而形成。发光管1是其内径随着从x方向的两端分别朝向中央而变大的玻璃管的区域。发光管1的外形是球体或椭圆球体。
38.发光管1具有从发光管1的x方向的两端分别向相反方向连续地延伸的一对密封管部11。发光管1与密封管部11一起例如由石英玻璃形成为一体。一对密封管部11分别具有的中心轴相互重叠，用图1的轴x1表示。
39.在发光管1的内部形成有发光空间s1。在发光空间s1，除了水银等发光物质以外，还适当封入有氩气或氙气等启动辅助用缓冲气体。
40.在发光管1的内部，阳极2和阴极3沿x方向彼此相对配置。在本实施方式中，所谓短弧型放电灯，是阳极2和阴极3隔开40mm以下的间隔(未进行热膨胀的常温时的值)而彼此相对配置的放电灯。在本实施方式中，阳极由钨形成，阴极由敷钍钨形成。
41.引线棒4与阳极2和阴极3连接，并在密封管部11内沿x方向延伸。阳极2和阴极3固定于引线棒4的前端。引线棒4的中心轴与轴x1重叠为宜。引线棒4使用含有高熔点金属、例如钨的材料。
42.灯头7覆盖密封管部11的远离阳极2和阴极3的一侧。灯头7与引线棒4电连接。
43.图2是图1所示的灯100的p区域放大图。在阳极2的外表面设置有作为散热层的被膜5。这里，所谓阳极2的外表面，是除了与阴极3相对的前端面2a之外的外表面。阳极2的前端面2a在灯100点亮时，温度有时会上升至被膜5的熔点以上，因此，在本实施方式中，在阳极2的前端面2a没有设置被膜5。在本实施方式中，在阳极2的外表面中的以轴x1为中心的圆柱状的主体部的外周面2b设置有被膜5，但在位于外周面2b与前端面2a之间的锥面2c也可以设置被膜5。而且，还可以在位于阳极2的外周面2b的 x侧的后部锥面2d设置被膜5。
44.作为被膜5的材料，熔点、蒸气压、辐射率、热膨胀率等是重要的。为了降低阳极2的温度，被膜5优选由辐射率高的材料构成，以使散热量变多。即，被膜5可以是用于提高散热性的高辐射膜。
45.被膜5的材料包含金属氧化物、金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物和金属氮化物中的至少一种。被膜5的材料可以优选使用熔点为2000℃以上的材料，例如可举出氧化铝、氧化锆、碳化锆、硼化锆、硅化钽、氮化锆。
46.图3a、b是形成被膜5前的阳极2的外表面的放大照片(sem像)，图3a是表面的像，图3b是截面的像。在阳极2的外表面形成有微细的鳞状构造。鳞状构造是将外表面的表面状态形成为鳞状的构造，包括多个鳞片状突起6。鳞片状突起6向相对于阳极2的外表面的法线方向倾斜的方向从阳极2的外表面突出。
47.图4是表示鳞片状突起6的形成方向的图。另外，图5是鳞状构造的放大图，(a)是阳极2的轴向截面的放大图，(b)是阳极2的平面的放大图，(c)是阳极2的周向截面的放大图。另外，在图5中，将阳极2的轴向设为x方向，将周向(周向的切线方向)设为y方向，将法线方向设为z方向。
48.鳞片状突起6例如通过车床加工将电极表面卷起成锐角而形成。更具体而言，鳞片状突起6通过一边使阳极2沿周向旋转一边将切削工具压贴于外周面2b而形成。如图4所示，
多个鳞片状突起6全部形成为向相同方向突出。本实施方式的鳞片状突起6向相对于外周面2b的法线方向(外周面2b的径向)朝阳极2的周向(y方向)倾斜的方向突出。
49.鳞片状突起6具有与外周面2b所成的角度为钝角的表面61和与外周面2b所成的角度为锐角的背面62(参照图5的(c))。另外，如果外周面2b为曲面状，则与外周面2b所成的角度是与鳞片状突起6所在的部位处的外周面2b的切线方向所成的角度。
50.图6是图3b所示的阳极2的q区域放大图。鳞片状突起6的背面62与外周面2b所成的角度θ为5～30
°
。
51.另外，从外周面2b到鳞片状突起6的背面62的突出端62a为止的高度h为3～15μm。
52.另外，从外周面2b的法线方向(z方向)观察到的鳞片状突起6的背面62的突出长度l为10～50μm。另外，突出长度l是从背面62的基端62b到突出端62a为止的y方向上的长度。
53.另外，鳞片状突起6的x方向的宽度最小为10μm左右，最大为0.4mm左右。
54.被膜5以如下方式形成：使构成被膜5的材料的颗粒(例如粒径为10μm以下的氧化锆的颗粒)分散于溶剂(例如，由硝基纤维素和乙酸丁酯构成的溶剂)，用笔将其涂布于阳极2的外周面2b，并在150℃下干燥30分钟后，在真空气氛中进行1900℃、120分钟的热处理。在该涂布时，构成被膜5的颗粒进入鳞片状突起6的背面62与外周面2b之间的间隙(在图5中，用圆示意性地表示被膜5的颗粒)。其结果是，如图5所示，被膜5以一部分进入由背面62和外周面2b夹着的空间的状态形成。另外，在鳞片状突起6彼此在z方向上部分重叠的情况下，有时也会成为被膜5的一部分进入一个鳞片状突起6的背面62与另一个鳞片状突起6的表面61之间的间隙的状态。被膜5的膜厚优选为5μm以上且200μm以下。若被膜5的膜厚薄，则不能获得充分的辐射率，若被膜5的膜厚厚，则容易剥离。本实施方式的被膜5的膜厚为10～50μm左右。
55.构成被膜5的材料的颗粒的平均粒径优选为1～10μm。例如，也可以使用平均粒径不同的多种材料，诸如组合平均粒径为2μm的颗粒和平均粒径为5μm的颗粒等。
56.参照图5对基于具有多个鳞片状突起6的鳞片状构造的锚定效果进行说明。图7是基于现有构造(通过喷砂加工所形成的构造)的锚定效果的说明图，与图5的(c)的周向截面的放大图对应。另外，现有构造的凹陷9的截面在y方向上也相同。
57.如图5的(a)所示，在鳞状构造中鳞片状突起6卷起的高度不一样，存在偏差。因此，与图7所示的现有构造同样地，在x方向上约束颗粒。
58.另外，如图5的(b)所示，鳞片状突起6沿y方向连续地设置，且卷起的高度存在偏差。因此，与图7所示的现有构造同样地，在y方向上约束颗粒。
59.而且，如图5的(c)所示，由于颗粒进入鳞片状突起6的背面62与外周面2b之间的间隙，且颗粒彼此分别结合，因此在z方向上约束颗粒。另一方面，在图7所示的现有构造中，如上所述，能够获得x方向和y方向(阳极2的轴向和周向)的锚定效果，但在z方向(法线方向)上进行约束的力较弱，不能获得较强的锚定效果。
60.如上所述，在本发明的鳞状构造中，能够获得比现有构造强的锚定效果，由此能够提高设置于阳极2的外表面(在本实施方式中为外周面2b)的被膜5的剥离强度。
61.【实施例】
62.以下，对具体表示本发明的结构和效果的实施例等进行说明。另外，实施例等中的评价通过如下所述的试验进行。
63.(1)带剥离试验
64.作为烧结后的被膜5的附着性的评价，依据jis k 6854进行剥离粘接强度试验。具体而言，首先，将15mm宽的玻璃纸粘合带(nichiban株式会社制造：ct405ap，附着力3.93n/10mm)粘贴于涂布被膜5并烧结后的的正极2的外周面2b的周向，并急速地剥离，通过目视确认在带的粘合面是否有被膜5的附着。
65.(2)升降温反复试验
66.作为被膜5针对由热量引起的电极的膨胀及收缩的附着性的评价，重复50次将搭载有涂布被膜5并进行烧结所得的阳极2的灯100以额定功率的6000w点亮1小时后熄灭30分钟的闪烁点亮试验，并通过目视确认被膜5的剥离。此时，阳极2的外周面2b的被膜5中的最靠近前端面2a的部分达到约2000℃。
67.[实施例1]
[0068]
制作以下规格的阳极2，作为实施例1。阳极2的外周面2b的鳞状构造通过车床加工而形成。车床加工使用超硬合金的刀具(切削刀片)，在下述条件下进行切削。图8是示意性地表示车床加工的状况的图。在车床加工中，一边使阳极2沿周向旋转一边使刀具沿轴向移动来进行切削。被膜5的材料为zro2(氧化锆)。所形成的被膜5的膜厚为约50μm。
[0069]
·
刀具(切削刀片)：超硬合金制，刀尖r(刀片前端的r处理)0.4mm
[0070]
·
车床的转速：346rpm
[0071]
·
刀具切入量：50μm
[0072]
·
前角角度：20
°
～30
°
[0073]
[比较例1]
[0074]
将在外周面2b没有形成微细的凹凸的阳极2作为比较例1。被膜5的材料和膜厚与实施例1相同。
[0075]
[比较例2]
[0076]
将向外周面2b喷射氧化铝的粉末而形成有微细的凹凸(进行了喷砂加工)的阳极2作为比较例2。这模拟了参考图7所描述的构造。另外，被膜5的材料和膜厚与实施例1相同。
[0077]
将上述试验的评价结果示于图9。在带剥离试验中，将在带的粘合面有被膜5的附着的情况设为“a”，将没有被膜5的附着的情况设为“b”。另外，在升降温反复试验中，将有被膜5的剥离的情况设为“c”，将没有被膜5的剥离的情况设为“d”。
[0078]
如图9所示，比较例1在带剥离试验中在带的粘合面a观察到被膜5的附着。另外，在带剥离试验中为“a”，因此没有进行升降温反复试验。
[0079]
比较例2在带剥离试验中为“b”，但在升降温反复试验中通过目视观察到被膜5的剥离。而且，在比较例2中，在水平点亮了灯100的状态下，在发光管1的内部确认到由被膜5的剥离产生的异物。
[0080]
在实施例1中，在带剥离试验和反复升降温试验的任一试验中均没有产生被膜5的剥离。
[0081]
以上，基于附图对本发明的实施方式进行了说明，但应当认为具体的结构并不限定于这些实施方式。本发明的范围并不仅是上述的实施方式的说明，而是由请求保护的范围示出，而且包括与请求保护的范围等同的含义和范围内的所有变更。
[0082]
能够将在上述各实施方式中所采用的构造应用于其他任意的实施方式。各部分的
具体结构并不仅限于上述的实施方式，而是能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形。而且，也可以任意地选择一个或多个下述的各种变更例所涉及的结构或方法等，应用于上述的实施方式所涉及的结构或方法等。
[0083]
(1)在上述实施方式中，仅在阳极2的外表面设置有被膜5，但可以在阴极3的外表面也设置被膜，也可以仅在阴极3的外表面设置被膜。
[0084]
(2)在上述实施方式中，通过车床加工形成了鳞状构造，但并不限定于此。例如，也可以通过整形加工(刨床加工)形成鳞状构造。如图10所示，在整形加工中，一边使电极沿周向以规定的间距旋转一边使刀具沿轴向移动来进行切削。通过整形加工所形成的鳞片状突起向相对于外周面的法线方向朝电极的轴向倾斜的方向突出。
[0085]
标号说明
[0086]
1：发光管
[0087]
2：阳极
[0088]
2b：阳极的外周面
[0089]
3：阴极
[0090]
4：引线棒
[0091]
5：被膜
[0092]
6：鳞片状突起
[0093]
61：鳞片状突起的表面
[0094]
62：鳞片状突起的背面
[0095]
62a：突出端
[0096]
62b：基端
[0097]
100：短弧型放电灯(灯)
[0098]
s1：发光空间
[0099]
θ：角度
[0100]
h：高度
[0101]
l：突出长度