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JP2013020703A - Short arc type discharge lamp - Google Patents

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JP2013020703A
JP2013020703A JP2011150611A JP2011150611A JP2013020703A JP 2013020703 A JP2013020703 A JP 2013020703A JP 2011150611 A JP2011150611 A JP 2011150611A JP 2011150611 A JP2011150611 A JP 2011150611A JP 2013020703 A JP2013020703 A JP 2013020703A
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JP
Japan
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cathode
electrode head
emitter
discharge lamp
type discharge
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2011150611A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kengo Yamazaki
憲五 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ushio Denki KK
Ushio Inc
Original Assignee
Ushio Denki KK
Ushio Inc
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Publication date
Application filed by Ushio Denki KK, Ushio Inc filed Critical Ushio Denki KK
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Abstract

【課題】エミッタ部材中に含有されたエミッタ物質を効率よく利用することができ、従って、長い使用寿命が得られるショートアーク型放電ランプを提供する。
【解決手段】本発明のショートアーク型放電ランプは、発光管と、この発光管内に互いに対向して配置された陽極および陰極とを備えてなり、前記陰極は、電極ヘッドと、この電極ヘッドの先端部に埋設保持されたエミッタ部材とを有してなり、前記陰極における前記電極ヘッドの先端部には、当該電極ヘッドの外面から前記エミッタ部材の表面に通ずる連通路が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図2
Provided is a short arc type discharge lamp in which an emitter material contained in an emitter member can be efficiently used, and thus a long service life can be obtained.
A short arc type discharge lamp of the present invention comprises an arc tube, and an anode and a cathode disposed opposite to each other in the arc tube, the cathode comprising an electrode head and the electrode head. An emitter member embedded and held at the distal end, and a communicating path is formed at the distal end of the electrode head in the cathode from the outer surface of the electrode head to the surface of the emitter member. Features.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、発光管内に陽極および陰極が互いに対向して配置されてなるショートアーク型放電ランプに関する。   The present invention relates to a short arc type discharge lamp in which an anode and a cathode are arranged opposite to each other in an arc tube.

例えば半導体素子、液晶表示素子等の製造工程に用いられる露光装置や、種々の映写機においては、光源としてショートアーク型放電ランプが用いられている。このショートアーク型放電ランプは、発光管内に陽極および陰極が互いに対向して配置されると共に、当該発光管内に、水銀、キセノンガス等の発光物質が封入されて構成されている。
このようなショートアーク型放電ランプにおいては、陰極には、当該陰極から電子を放射しやすくするために、例えば酸化トリウム(ThO2 )などのエミッタ物質が用いられている。このようなエミッタ物質は、陰極を構成する高融点金属例えばタングステン中に含有されるが、トリウム(Th)は放射性元素であるため、その使用量を抑制することが要請されることから、例えば陰極における電極ヘッドの先端部に、エミッタ物質を含有してなる柱状のエミッタ部材が、その先端表面が当該電極ヘッドの先端面に露出した状態で埋設保持されてなるショートアーク型放電ランプが提案されている(特許文献1参照。)。
このようなショート型放電ランプにおいては、その点灯によって陰極が加熱されると、エミッタ部材中に含有されたエミッタ物質が還元されて金属原子が取り出され、この金属原子が、エミッタ部材を構成する基材中を拡散して当該エミッタ部材の表面に供給されることによってエミッタとして作用される。
For example, a short arc type discharge lamp is used as a light source in an exposure apparatus used in a manufacturing process of a semiconductor element, a liquid crystal display element, and the like and various projectors. This short arc type discharge lamp is configured such that an anode and a cathode are arranged opposite to each other in an arc tube, and a luminous substance such as mercury or xenon gas is enclosed in the arc tube.
In such a short arc type discharge lamp, an emitter material such as thorium oxide (ThO 2 ) is used for the cathode in order to facilitate the emission of electrons from the cathode. Such an emitter material is contained in a refractory metal constituting the cathode, such as tungsten, but thorium (Th) is a radioactive element, and therefore, it is required to suppress its use amount. Proposed is a short arc discharge lamp in which a columnar emitter member containing an emitter substance is embedded and held at the tip of the electrode head in such a manner that the tip surface is exposed on the tip of the electrode head. (See Patent Document 1).
In such a short type discharge lamp, when the cathode is heated by the lighting, the emitter material contained in the emitter member is reduced and metal atoms are taken out, and these metal atoms are used as the base constituting the emitter member. The material diffuses in the material and is supplied to the surface of the emitter member to act as an emitter.

しかしながら、上記の構成のショートアーク型放電ランプにおいては、以下のような問題がある。
陰極におけるエミッタ部材は、その周側面が電極ヘッドの先端部に覆われている、すなわち、エミッタ部材の先端表面しか放電空間に露出しておらず、また、ランプの点灯中においては、陰極はその先端から後端に向かうに従って温度が低くなるため、エミッタ部材における先端部分以外の部分に含有されたエミッタ物質が有効に機能せず、従って、エミッタ部材の先端部分に含有されたエミッタ物質が消失すると、フリッカなどが発生するため、長い使用寿命が得られない。
However, the short arc type discharge lamp having the above configuration has the following problems.
The peripheral surface of the emitter member in the cathode is covered with the tip of the electrode head, that is, only the tip surface of the emitter member is exposed to the discharge space. Since the temperature decreases from the front end toward the rear end, the emitter material contained in a portion other than the front end portion of the emitter member does not function effectively. Therefore, when the emitter material contained in the front end portion of the emitter member disappears. Because of flickering, a long service life cannot be obtained.

特公昭36−20994号公報Japanese Patent Publication No. 36-20994

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、エミッタ部材中に含有されたエミッタ物質を効率よく利用することができ、従って、長い使用寿命が得られるショートアーク型放電ランプを提供することにある。   The present invention has been made based on the above circumstances, and the object thereof is to efficiently use the emitter material contained in the emitter member, and thus a short circuit that can provide a long service life. An object is to provide an arc-type discharge lamp.

本発明のショートアーク型放電ランプは、発光管と、この発光管内に互いに対向して配置された陽極および陰極とを備えてなり、
前記陰極は、電極ヘッドと、この電極ヘッドの先端部に埋設保持された、エミッタ物質を含有してなるエミッタ部材とを有してなり、
前記陰極における前記電極ヘッドの先端部には、当該電極ヘッドの外面から前記エミッタ部材の表面に通ずる連通路が形成されていることを特徴とする。
The short arc type discharge lamp of the present invention comprises an arc tube, and an anode and a cathode arranged opposite to each other in the arc tube,
The cathode comprises an electrode head and an emitter member containing an emitter material embedded and held at the tip of the electrode head,
The tip of the electrode head in the cathode is formed with a communication path that leads from the outer surface of the electrode head to the surface of the emitter member.

本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、前記陰極における前記電極ヘッドの先端部は、多数の孔を有する、20℃の空気による通気率が0.001〜10cm3 ・cm/(cm2 ・sec・cmH2 O)の金属焼結体よりなり、当該金属焼結体の孔によって前記連通路が形成されていることが好ましい。
また、前記エミッタ部材は、トリエーテッドタングステンよりなることが好ましい。
また、前記陰極における前記電極ヘッドの先端部には、炭素または炭化物が含有されていることが好ましい。
In the short arc type discharge lamp of the present invention, the tip portion of the electrode head in the cathode has a large number of holes, and the air permeability at 20 ° C. is 0.001 to 10 cm 3 · cm / (cm 2 · sec. It is preferable that the communicating path is formed by holes of the sintered metal body (cmH 2 O).
Further, the emitter member is preferably made of triated tungsten.
Moreover, it is preferable that the tip part of the electrode head in the cathode contains carbon or carbide.

本発明のショートアーク型放電ランプによれば、陰極の電極ヘッドにおけるエミッタ部材の周囲に位置する先端部には、当該電極ヘッドの外面から当該エミッタ部材の表面に通ずる連通路が形成されていることにより、エミッタ部材の先端部分以外の部分に含有されたエミッタ物質から取り出された金属原子が、電極ヘッドに形成された連通路を介して当該電極ヘッドの表面に供給されることによってエミッタとして作用するので、エミッタ部材中に含有されたエミッタ物質を効率よく利用することができ、従って、長い使用寿命が得られる。   According to the short arc type discharge lamp of the present invention, a communicating path that communicates from the outer surface of the electrode head to the surface of the emitter member is formed at the tip of the cathode electrode head located around the emitter member. Thus, the metal atoms taken out from the emitter material contained in the portion other than the tip portion of the emitter member are supplied to the surface of the electrode head through the communication path formed in the electrode head, thereby acting as an emitter. Therefore, the emitter material contained in the emitter member can be used efficiently, and thus a long service life can be obtained.

本発明のショートアーク型放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows the structure in an example of the short arc type discharge lamp of this invention. 図1に示すショートアーク型放電ランプにおける陰極の構成を示す説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows the structure of the cathode in the short arc type discharge lamp shown in FIG. 図2に示す陰極の製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of the cathode shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るショートアーク型放電ランプの構成を示す説明用断面図である。
このショートアーク型放電ランプの発光管10は、例えば石英ガラスよりなるものであって、内部に放電空間Sを形成する外形が略球状の発光部11と、この発光部11の両端の各々に一体に連設された、管軸に沿って外方に伸びるロッド状の一方の封止部12および他方の封止部13とを有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[First Embodiment]
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing a configuration of a short arc type discharge lamp according to a first embodiment of the present invention.
The arc tube 10 of this short arc type discharge lamp is made of, for example, quartz glass, and has a substantially spherical light-emitting portion 11 that forms a discharge space S therein, and is integrated with both ends of the light-emitting portion 11. One rod-like sealing portion 12 and the other sealing portion 13 that extend outward along the tube axis.

この発光管10における発光部11内には、高融点金属よりなる電極芯棒25の先端部に高融点金属よりなる略柱状の電極ヘッド21が保持されてなる陽極20と、高融点金属よりなる電極芯棒35の先端部に高融点金属よりなる電極ヘッド31が保持されてなる陰極30とが互いに対向するよう配置されている。陽極20における電極芯棒25は、その基端部分が一方の封止部12に埋設されることによって当該一方の封止部12に支持されている。また、陰極30における電極芯棒35は、その基端部分が他方の封止部13に埋設されることによって当該他方の封止部13に支持されている。
また、発光管10の発光部11内には、例えば、水銀、キセノンガス等の希ガスなどの発光物質が封入されている。
In the light emitting portion 11 of the arc tube 10, an anode 20 in which a substantially columnar electrode head 21 made of a refractory metal is held at the tip of an electrode core rod 25 made of a refractory metal, and made of a refractory metal. An electrode core rod 35 is disposed at the tip of the electrode core bar 35 so as to face each other with a cathode 30 on which an electrode head 31 made of a refractory metal is held. The electrode core rod 25 in the anode 20 is supported by the one sealing portion 12 by having a base end portion embedded in the one sealing portion 12. Further, the electrode core bar 35 in the cathode 30 is supported by the other sealing portion 13 by burying the base end portion in the other sealing portion 13.
In addition, a light emitting material such as a rare gas such as mercury or xenon gas is enclosed in the light emitting portion 11 of the arc tube 10.

発光管10における一方の封止部12および他方の封止部13の各々の内部には、モリブデンよりなる金属箔14,15が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。一方の封止部12に埋設された金属箔14の一端には、陽極20における電極芯棒25の基端が溶接されて電気的に接続されており、当該金属箔14の他端には、一方の封止部12の外端から外方に突出する外部リード16が溶接されて電気的に接続されている。また、他方の封止部13に埋設された金属箔15の一端には、陰極30における電極芯棒35の基端が溶接されて電気的に接続されており、当該金属箔15の他端には、他方の封止部13の外端から外方に突出する外部リード17が溶接されて電気的に接続されている。 また、この例のショートアーク型放電ランプには、一方の封止部12および他方の封止部13の各々の端部に、口金18,19が設けられている。   In each of the one sealing portion 12 and the other sealing portion 13 in the arc tube 10, metal foils 14 and 15 made of molybdenum are embedded in an airtight manner by, for example, a shrink seal. One end of the metal foil 14 embedded in one sealing portion 12 is welded and electrically connected to the base end of the electrode core rod 25 in the anode 20, and the other end of the metal foil 14 is An external lead 16 protruding outward from the outer end of one sealing portion 12 is welded and electrically connected. Further, the base end of the electrode core bar 35 in the cathode 30 is welded and electrically connected to one end of the metal foil 15 embedded in the other sealing portion 13, and the other end of the metal foil 15 is connected to the other end of the metal foil 15. The external lead 17 protruding outward from the outer end of the other sealing portion 13 is welded and electrically connected. Further, in the short arc type discharge lamp of this example, caps 18 and 19 are provided at the end portions of one sealing portion 12 and the other sealing portion 13.

陽極20において、電極ヘッド21は、先端に向かって小径となるテーパ状の先端部21Tを有する。陽極20における電極ヘッド21および電極芯棒25を構成する高融点金属としては、タングステンを用いることが好ましい。   In the anode 20, the electrode head 21 has a tapered tip portion 21T having a small diameter toward the tip. As the refractory metal constituting the electrode head 21 and the electrode core rod 25 in the anode 20, it is preferable to use tungsten.

陰極30において、電極ヘッド31は、先端に向かって小径となるテーパ状の先端部31Tを有し、当該先端部31Tには、柱状のエミッタ部材32が埋設されている。具体的に説明すると、エミッタ部材32は、テーパ状の先端部32Tを有し、当該先端部32Tの表面が露出した状態で電極ヘッド31の先端部31Tに埋設保持されている。   In the cathode 30, the electrode head 31 has a tapered tip portion 31T having a smaller diameter toward the tip, and a columnar emitter member 32 is embedded in the tip portion 31T. More specifically, the emitter member 32 has a tapered tip portion 32T, and is embedded and held in the tip portion 31T of the electrode head 31 with the surface of the tip portion 32T exposed.

また、陰極30における電極ヘッド31の先端部31Tには、電極ヘッド31の外面からエミッタ部材32の表面に通ずる連通路31Hが形成されている。具体的に説明すると、電極ヘッド31は、多数の孔を有する金属焼結体により構成されており、この金属焼結体の有する多数の孔によって連通路31Hが形成されている。   In addition, a communication path 31H that communicates from the outer surface of the electrode head 31 to the surface of the emitter member 32 is formed at the tip 31T of the electrode head 31 in the cathode 30. More specifically, the electrode head 31 is composed of a sintered metal body having a large number of holes, and a communication path 31H is formed by the numerous holes of the sintered metal body.

電極ヘッド31を構成する金属焼結体は、20℃の空気による通気率が0.001〜10cm3 ・cm/(cm2 ・sec・cmH2 O)であることが好ましく、より好ましくは0.01〜5cm3 ・cm/(cm2 ・sec・cmH2 O)である。この通気率が過小である場合には、連通孔を通るエミッタ物質からのガス例えばトリウムガスの速度が極端に遅くなり、その結果、陰極30の先端へのトリウムの供給が不十分となり、アーク安定性の低下を招くこととなる。一方、この通気率が過大である場合には、電極ヘッド31の気孔率が大きくなり、電極ヘッド31としての強度が低くなる結果、ランプの点灯中において、電極ヘッド31の表面からその一部が欠け落ちたり、電極ヘッド31が高温となって変形したりすることがある。
ここで、通気率は、試料を通過したガス(20℃の空気)の体積をQ(cm3 )、試料の厚み(ガスの通過距離)をD(cm)、試料をガスの通過方向に垂直な面で切断したときの断面積をA(cm2 )、試料のガス導入面とガス排出面とのガス圧力差をP(cmH2 O)、体積Qのガスが試料を通過するのに要した時間をT(sec)としたとき、下記の式によって求められるものである。
式:通気率=(Q×D)/(A×P×T)
The sintered metal constituting the electrode head 31 preferably has an air permeability of 0.001 to 10 cm 3 · cm / (cm 2 · sec · cm H 2 O), more preferably 0.00. 01 to 5 cm 3 · cm / (cm 2 · sec · cm H 2 O). If this air permeability is too low, the velocity of the gas from the emitter material passing through the communicating hole, for example thorium gas, becomes extremely slow. As a result, the supply of thorium to the tip of the cathode 30 becomes insufficient, and arc stabilization It will cause a decline in sex. On the other hand, when the air permeability is excessive, the porosity of the electrode head 31 is increased and the strength of the electrode head 31 is decreased. The electrode head 31 may be deformed due to high temperature.
Here, the gas permeability (20 ° C. air) passed through the sample is Q (cm 3 ), the sample thickness (gas passage distance) is D (cm), and the sample is perpendicular to the gas passage direction. The cross-sectional area when cut on a flat surface is A (cm 2 ), the gas pressure difference between the gas introduction surface and the gas discharge surface of the sample is P (cmH 2 O), and the volume Q gas is required to pass through the sample When the time taken is T (sec), it is obtained by the following equation.
Formula: Air permeability = (Q × D) / (A × P × T)

陰極30における電極ヘッド31および電極芯棒35を構成する高融点金属としては、タングステンを用いることが好ましい。
また、陰極30における電極ヘッド31の先端部31Tには、例えば1〜10質量%の割合で炭素若しくは炭化物が含有されていることが好ましい。炭素の具体例としては、カーボンブラックが挙げられ、炭化物の具体例としては、WC、W2 C、TaC,Ta2 C,HfC,NbC,ZrC,MoC,Mo2 Cなどが挙げられる。
電極ヘッド31の先端部31Tに炭素若しくは炭化物が含有されることにより、エミッタ部材32から蒸発したエミッタ物質を構成する酸化物が、電極ヘッド31の連通路31Hを通る間に還元作用を受けて活性化したり、あるいは炭化物のCがエミッタ部材32の内部に拡散し、エミッタ物質を構成する酸化物を還元したりすることによって、金属原子として表面に拡散移動するため、使用寿命が一層長いランプが得られる。
As the refractory metal constituting the electrode head 31 and the electrode core bar 35 in the cathode 30, it is preferable to use tungsten.
Further, the tip portion 31T of the electrode head 31 in the cathode 30 preferably contains carbon or carbide at a rate of 1 to 10% by mass, for example. Specific examples of carbon include carbon black, and specific examples of carbide include WC, W 2 C, TaC, Ta 2 C, HfC, NbC, ZrC, MoC, and Mo 2 C.
When carbon or carbide is contained in the tip portion 31T of the electrode head 31, the oxide constituting the emitter material evaporated from the emitter member 32 is subjected to a reduction action while passing through the communication path 31H of the electrode head 31 and is activated. Or the carbide C diffuses into the emitter member 32 and reduces the oxide that constitutes the emitter material, thereby diffusing and moving to the surface as metal atoms, thereby obtaining a lamp with a longer service life. It is done.

エミッタ部材32は、基材中にエミッタ物質が含有されてなるものである。このようなエミッタ部材32の材質としては、タングステンなどの高融点金属中に、酸化トリウム(ThO2 )、酸化ランタン(La2 3 )、酸化セリウム(CeO2 )、酸化イットリウム(Y2 3 )、バリウム系化合物、アルミネート系化合物、またはジルコネート系化合物などのエミッタ物質が含有されてなるものを用いることができる。これらの中では、タングステン中に、ThO2 が含有されてなるトリエーテッドタングステンを用いることが好ましい。
エミッタ部材32におけるエミッタ物質の含有割合は、0.5〜5質量%であることが好ましい。
The emitter member 32 includes an emitter material contained in a base material. The emitter member 32 is made of thorium oxide (ThO 2 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) in a high melting point metal such as tungsten. ), An emitter material such as a barium compound, an aluminate compound, or a zirconate compound can be used. Among these, in the tungsten, it is preferable to use a thoriated tungsten ThO 2 is formed by containing.
The content ratio of the emitter material in the emitter member 32 is preferably 0.5 to 5% by mass.

また、エミッタ部材32は、その表面が炭化処理されていることが好ましく、これにより、エミッタ物質を構成する金属化合物から、金属原子を高い効率で取り出して当該エミッタ部材32の表面に安定して供給することができる。
また、エミッタ部材32の表面には、溝または突条が形成されていてもよい。このような構成によれば、エミッタ部材32の表面積が大きくなるため、当該エミッタ部材32におけるエミッタ物質から取り出される金属原子を、当該エミッタ部材32の表面に効率よく供給することができると共に、エミッタ部材32が電極ヘッド31から脱落することを防止することができる。
Further, the surface of the emitter member 32 is preferably carbonized, so that metal atoms are extracted from the metal compound constituting the emitter material with high efficiency and stably supplied to the surface of the emitter member 32. can do.
Further, grooves or protrusions may be formed on the surface of the emitter member 32. According to such a configuration, since the surface area of the emitter member 32 is increased, metal atoms extracted from the emitter material in the emitter member 32 can be efficiently supplied to the surface of the emitter member 32, and the emitter member. It is possible to prevent 32 from falling off the electrode head 31.

このような陰極30は、例えば以下のようにして作製することができる。
先ず、図3(a)に示すように、形成すべき陰極30の形状に対応する成型用凹所41を有する陰極製造用型40を用意し、この陰極製造用型40の成型用凹所41内にエミッタ部材32を配置する。次いで、図3(b)に示すように、陰極製造用型40の成型用凹所41内に、例えばタングステン粉末などの金属粉末およびバインダーを含有してなる電極ヘッド形成用材料31Bを投入して堆積させる共に、電極芯棒35の先端部を、堆積した電極ヘッド形成用材料31B中に進入させ、その後、図3(c)に示すように、プレス部材45によって加圧することにより、エミッタ部材32および電極芯棒35が保持されてなる圧粉成型体31Aが形成される。
そして、圧粉成型体31Aに対して、必要に応じて水素ガス雰囲気下において加熱による脱脂処理を施した後、焼成処理をすることにより、図2に示す陰極30が得られる。
Such a cathode 30 can be manufactured as follows, for example.
First, as shown in FIG. 3A, a cathode manufacturing mold 40 having a molding recess 41 corresponding to the shape of the cathode 30 to be formed is prepared, and the molding recess 41 of the cathode manufacturing mold 40 is prepared. An emitter member 32 is disposed therein. Next, as shown in FIG. 3B, an electrode head forming material 31B containing a metal powder such as tungsten powder and a binder is put into the molding recess 41 of the cathode manufacturing mold 40, for example. In addition to the deposition, the tip of the electrode core bar 35 is caused to enter the deposited electrode head forming material 31B, and then pressed by the pressing member 45 as shown in FIG. And the compacting body 31A formed by holding the electrode core 35 is formed.
And after performing the degreasing process by heating with respect to the compacting body 31A as needed under a hydrogen gas atmosphere, the cathode 30 shown in FIG. 2 is obtained by performing a baking process.

以上において、電極ヘッド形成用材料31Bを構成する金属粉末としては、平均粒径が1〜10μmのものを用いることが好ましい。
また、電極ヘッド形成用材料31Bに含有されるバインダーとしては、ステアリン酸、ポリビニルアルコールなどを用いることができる。
また、圧粉成型体31Aの脱脂処理における処理温度は、例えば500〜1000℃である。
また、圧粉成型体31Aの焼結処理における処理温度は、用いられる金属粉末の材質にもよるが、タングステン粉末を用いる場合には、1500〜2500℃であることが好ましい。この処理温度が1500℃未満である場合には、得られる金属焼結体はその強度が低いものとなるおそれがある。一方、この処理温度が2500℃を超える場合には、得られる金属焼結体はその通気率が低いものとなるおそれがある。
In the above, it is preferable to use a metal powder having an average particle diameter of 1 to 10 μm as the metal powder constituting the electrode head forming material 31B.
As the binder contained in the electrode head forming material 31B, stearic acid, polyvinyl alcohol, or the like can be used.
Moreover, the processing temperature in the degreasing process of 31 A of compacting bodies is 500-1000 degreeC, for example.
Moreover, although the processing temperature in the sintering process of the compacted body 31A depends on the material of the metal powder used, it is preferably 1500 to 2500 ° C. when using tungsten powder. When this process temperature is less than 1500 degreeC, there exists a possibility that the intensity | strength of the metal sintered compact obtained may become low. On the other hand, when this processing temperature exceeds 2500 degreeC, there exists a possibility that the metal sintered body obtained may have a low air permeability.

このようなショートアーク型放電ランプによれば、陰極30の電極ヘッド31におけるエミッタ部材32の周囲に位置する先端部には、当該電極ヘッド31の外面から当該エミッタ部材32の表面に通ずる連通路31Hが形成されていることにより、エミッタ部材32の先端部分以外の部分に含有されたエミッタ物質から取り出された金属原子が、電極ヘッド31に形成された連通路31Hを介して当該電極ヘッド31の表面に供給されることによってエミッタとして作用するので、エミッタ部材32中に含有されたエミッタ物質を効率よく利用することができ、従って、長い使用寿命が得られる。   According to such a short arc type discharge lamp, the communicating path 31H that communicates from the outer surface of the electrode head 31 to the surface of the emitter member 32 is provided at the tip of the electrode head 31 of the cathode 30 located around the emitter member 32. As a result, the metal atoms taken out from the emitter material contained in the portion other than the tip portion of the emitter member 32 are transferred to the surface of the electrode head 31 via the communication path 31H formed in the electrode head 31. Therefore, the emitter material contained in the emitter member 32 can be used efficiently, so that a long service life can be obtained.

以上、本発明のショートアーク型放電ランプの実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変更を加えることが可能である。
例えばエミッタ部材32中には、その全体にわたって同一のエミッタ物質が含有されている必要はなく、例えばエミッタ部材32における先端部に含有されるエミッタ物質と後端部含有されるエミッタ物質が異なるものであってもよい。
また、エミッタ部材32は、柱状のものに限定されず、例えばトリエーテッドタングステンよりなる複数の線材が束ねられてなるものであってもよい。
The embodiment of the short arc type discharge lamp of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, the emitter member 32 does not need to contain the same emitter material throughout, for example, the emitter material contained in the front end portion of the emitter member 32 and the emitter material contained in the rear end portion are different. There may be.
Further, the emitter member 32 is not limited to a columnar one, and may be a bundle of a plurality of wires made of, for example, triated tungsten.

以下、本発明のショートアーク型放電ランプの具体的な実施例について説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。   Specific examples of the short arc type discharge lamp of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

[陰極の作製]
〈作製例1〉
図3に示す工程に従い、以下のようにして陰極を作製した。
形成すべき陰極の形状に対応する成型用凹所(41)を有する陰極製造用型(40)を用意し、この陰極製造用型(40)の成型用凹所(41)内にエミッタ部材(32)を配置し、この状態で、陰極製造用型(40)の成型用凹所(41)内に、平均粒径が3μmのタングステン粉末およびステアリン酸を含有してなる電極ヘッド形成用材料(31B)を投入して堆積させる共に、タングステンよりなる直径が8mmの電極芯棒(35)の先端部を、堆積した電極ヘッド形成用材料(31B)中に進入させ、その後、プレス部材(45)によって加圧することにより、エミッタ部材(32)および電極芯棒(35)が保持されてなる圧粉成型体(31A)を形成した。
以上において、エミッタ部材(32)としては、トリエーテッドタングステン(ThO2 の含有割合が2質量%のもの)よりなり,全長が4mm、直径が2.5mmで、先端部がテーパ状に形成された円柱状のものを用いた。
そして、得られた圧粉成型体(31A)に対して、水素ガス雰囲気下で1000℃の条件で脱脂処理を施した後、減圧下において1500℃で3時間の条件で焼結処理を施すことにより、図2に示す構成の陰極(30)を作製した。得られた陰極(30)は、電極ヘッド(31)の後端からエミッタ部材(32)の先端までの長さが20mm、電極ヘッド(31)の先端部(31T)を除く部分の径が12mm、電極ヘッド(31)およびエミッタ部材(32)の各々の先端部におけるテーパのなす角が60°のものである。
また、得られた陰極(30)における電極ヘッド(31)を構成する金属焼結体について、20℃の空気による通気率を測定したところ、10cm3 ・cm/(cm2 ・sec・cmH2 O)であった。この陰極を「陰極A」とする。
[Production of cathode]
<Production Example 1>
According to the process shown in FIG. 3, a cathode was produced as follows.
A cathode manufacturing mold (40) having a molding recess (41) corresponding to the shape of the cathode to be formed is prepared, and an emitter member (41) is placed in the molding recess (41) of the cathode manufacturing mold (40). 32), and in this state, a material for forming an electrode head (containing a tungsten powder having an average particle size of 3 μm and stearic acid in a molding recess (41) of the cathode manufacturing mold (40)) ( 31B) is charged and deposited, and the tip of the electrode core rod (35) made of tungsten having a diameter of 8 mm is entered into the deposited electrode head forming material (31B), and then the pressing member (45). Was pressed to form a green compact (31A) in which the emitter member (32) and the electrode core rod (35) were held.
In the above, the emitter member (32) is made of triated tungsten (ThO 2 content is 2% by mass), has a total length of 4 mm, a diameter of 2.5 mm, and a tapered tip. A cylindrical one was used.
And after performing a degreasing process on the conditions of 1000 degreeC under hydrogen gas atmosphere with respect to the obtained compacting body (31A), a sintering process is performed on conditions of 1500 degreeC under reduced pressure for 3 hours. Thus, a cathode (30) having the configuration shown in FIG. 2 was produced. The obtained cathode (30) has a length from the rear end of the electrode head (31) to the tip of the emitter member (32) of 20 mm, and a diameter of the portion excluding the tip (31T) of the electrode head (31) is 12 mm. The angle formed by the taper at the tip of each of the electrode head (31) and the emitter member (32) is 60 °.
Further, when the air permeability of air at 20 ° C. was measured for the sintered metal constituting the electrode head (31) in the obtained cathode (30), 10 cm 3 · cm / (cm 2 · sec · cmH 2 O )Met. This cathode is referred to as “cathode A”.

〈作製例2〉
圧粉成型体の焼結処理における温度条件を1500℃から2000℃に変更したこと以外は、作製例1と同様にして陰極を作製した。得られた陰極における電極ヘッドを構成する金属焼結体について、20℃の空気による通気率を測定したところ、1cm3 ・cm/(cm2 ・sec・cmH2 O)であった。この陰極を「陰極B」とする。
<Production Example 2>
A cathode was produced in the same manner as in Production Example 1 except that the temperature condition in the sintering treatment of the green compact was changed from 1500 ° C to 2000 ° C. The metal sintered body constituting the electrode head in the obtained cathode was measured for air permeability by air at 20 ° C. and found to be 1 cm 3 · cm / (cm 2 · sec · cmH 2 O). This cathode is referred to as “cathode B”.

〈作製例3〉
圧粉成型体の焼結処理における温度条件を1500℃から2500℃に変更したこと以外は、作製例1と同様にして陰極を作製した。得られた陰極における電極ヘッドを構成する金属焼結体について、20℃の空気による通気率を測定したところ、0.001cm3 ・cm/(cm2 ・sec・cmH2 O)であった。この陰極を「陰極C」とする。
<Production Example 3>
A cathode was produced in the same manner as in Production Example 1 except that the temperature condition in the sintering treatment of the green compact was changed from 1500 ° C to 2500 ° C. The sintered metal body constituting the electrode head in the obtained cathode was measured for air permeability by air at 20 ° C. and found to be 0.001 cm 3 · cm / (cm 2 · sec · cm H 2 O). This cathode is referred to as “cathode C”.

〈作製例4〉
圧粉成型体の焼結処理における温度条件を1500℃から2800℃に変更したこと以外は、作製例1と同様にして陰極を作製した。得られた陰極における電極ヘッドを構成する金属焼結体について、20℃の空気による通気率を測定したところ、0.0001cm3 ・cm/(cm2 ・sec・cmH2 O)であった。この陰極を「陰極D」とする。
<Production Example 4>
A cathode was produced in the same manner as in Production Example 1 except that the temperature condition in the sintering treatment of the green compact was changed from 1500 ° C. to 2800 ° C. The sintered metal body constituting the electrode head of the obtained cathode was measured for air permeability at 20 ° C. and found to be 0.0001 cm 3 · cm / (cm 2 · sec · cm H 2 O). This cathode is referred to as “cathode D”.

〈作製例5〉
圧粉成型体の焼結処理における温度条件を1500℃から1300℃に変更したこと以外は、作製例1と同様にして陰極を作製した。得られた陰極における電極ヘッドを構成する金属焼結体について、20℃の空気による通気率を測定したところ、50cm3 ・cm/(cm2 ・sec・cmH2 O)であった。この陰極を「陰極E」とする。
<Production Example 5>
A cathode was produced in the same manner as in Production Example 1 except that the temperature condition in the sintering treatment of the green compact was changed from 1500 ° C to 1300 ° C. The sintered metal body constituting the electrode head in the obtained cathode was measured for air permeability at 20 ° C. and found to be 50 cm 3 · cm / (cm 2 · sec · cmH 2 O). This cathode is referred to as “cathode E”.

〈実施例1〉
陰極Aを用い、図1および図2に示す構成に従って、下記の仕様のショートアーク型放電ランプを製造した。
[発光管(10)]
材質;石英ガラス,発光部(11)の軸方向の長さ:225mm、発光部(11)の最大内径:175mm、発光部(11)の内容積:2800cm3
[陽極(20)]
電極ヘッド(21)および電極芯棒(25)の材質:タングステン,電極ヘッド(21)の全長:65mm,電極ヘッド(21)の胴径:35mm,電極ヘッド(21)の先端径:18mm,電極芯棒(25)の径:10mm
[その他]
陽極(20)と陰極(30)との電極間距離:7.5mm
封入物:キセノンガス
<Example 1>
Using the cathode A, a short arc type discharge lamp having the following specifications was manufactured according to the configuration shown in FIGS.
[Luminescent tube (10)]
Material: quartz glass, axial length of light emitting part (11): 225 mm, maximum inner diameter of light emitting part (11): 175 mm, inner volume of light emitting part (11): 2800 cm 3
[Anode (20)]
Material of electrode head (21) and electrode core rod (25): tungsten, total length of electrode head (21): 65mm, body diameter of electrode head (21): 35mm, tip diameter of electrode head (21): 18mm, electrode Diameter of core rod (25): 10mm
[Others]
Distance between electrodes of anode (20) and cathode (30): 7.5 mm
Inclusion material: Xenon gas

上記のショートアーク型放電ランプを、ランプ電力25kW、ランプ電圧が53Vの条件で点灯させ、ショートアーク型放電ランプから放射される光の光量の変動値が±2%の範囲を超えるまでの点灯時間を使用寿命として測定した。結果を下記表1に示す。   The above-mentioned short arc type discharge lamp is turned on under the conditions of a lamp power of 25 kW and a lamp voltage of 53 V, and the lighting time until the fluctuation value of the amount of light emitted from the short arc type discharge lamp exceeds the range of ± 2%. Was measured as the service life. The results are shown in Table 1 below.

〈実施例2〉
陰極Aの代わりに陰極Bを用いたこと以外は実施例1と同様の構成および仕様のショートアーク型放電ランプを製造し、その使用寿命を実施例1と同様にして測定した。結果を下記表1に示す。
<Example 2>
A short arc type discharge lamp having the same configuration and specifications as in Example 1 except that the cathode B was used in place of the cathode A was manufactured, and its service life was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1 below.

〈実施例3〉
陰極Aの代わりに陰極Cを用いたこと以外は実施例1と同様の構成および仕様のショートアーク型放電ランプを製造し、その使用寿命を実施例1と同様にして測定した。結果を下記表1に示す。
<Example 3>
A short arc type discharge lamp having the same configuration and specifications as in Example 1 except that the cathode C was used in place of the cathode A was manufactured, and its service life was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1 below.

〈実施例4〉
陰極Aの代わりに陰極Dを用いたこと以外は実施例1と同様の構成および仕様のショートアーク型放電ランプを製造し、その使用寿命を実施例1と同様にして測定した。結果を下記表1に示す。
<Example 4>
A short arc discharge lamp having the same configuration and specifications as in Example 1 was used except that the cathode D was used instead of the cathode A, and the service life was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1 below.

〈比較例1〉
陰極Aの代わりに、陰極Aと同様の形状および寸法を有する、大径のトリエーテッドタングステン(ThO2 の含有割合が2質量%のもの)の円柱状体を切削加工して得られた陰極(以下、これを「陰極F」とする。)を用いたこと以外は実施例1と同様の構成および仕様のショートアーク型放電ランプを製造し、その使用寿命を実施例1と同様にして測定した。結果を下記表1に示す。
<Comparative example 1>
Instead of the cathode A, a cathode obtained by cutting a cylindrical body of large-diameter triated tungsten (having a ThO 2 content of 2 mass%) having the same shape and dimensions as the cathode A Hereinafter, a short arc type discharge lamp having the same configuration and specifications as in Example 1 except that this was used as “cathode F”) was manufactured, and its service life was measured in the same manner as in Example 1. . The results are shown in Table 1 below.

Figure 2013020703
Figure 2013020703

表1の結果から明らかなように、実施例1〜実施例4に係るショートアーク型放電ランプによれば、長い使用寿命が得られることが確認された。   As is clear from the results in Table 1, it was confirmed that the short arc discharge lamps according to Examples 1 to 4 can provide a long service life.

〈参考例〉
陰極(30)において、陰極Aの代わりに陰極Eを用いたこと以外は実施例1と同様の構成および仕様のショートアーク型放電ランプを製造し、このショートアーク型放電ランプを実施例1と同様の条件で点灯させたところ、電極ヘッドの一部が欠損して脱落したため、点灯を開始してから数時間で点灯を中止した。
<Reference example>
In the cathode (30), a short arc type discharge lamp having the same configuration and specifications as in Example 1 was manufactured except that the cathode E was used instead of the cathode A, and this short arc type discharge lamp was the same as in Example 1. When lighting was performed under the conditions of the above, since a part of the electrode head was missing and dropped out, lighting was stopped within a few hours after starting lighting.

10 発光管
11 発光部
12 一方の封止部
13 他方の封止部
14,15 金属箔
16,17 外部リード
18,19 口金
20 陽極
21 電極ヘッド
21T 先端部
25 電極芯棒
30 陰極
31 電極ヘッド
31T 先端部
31H 連通路
31A 圧粉成型体
31B 電極ヘッド形成用材料
32 エミッタ部材
32T 先端部
35 電極芯棒
40 陰極製造用型
41 成型用凹所
45 プレス部材
S 放電空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light emission tube 11 Light emission part 12 One sealing part 13 The other sealing part 14, 15 Metal foil 16, 17 External lead 18, 19 Base 20 Anode 21 Electrode head 21T End part 25 Electrode core rod 30 Cathode 31 Electrode head 31T Tip portion 31H Communication path 31A Compact body 31B Electrode head forming material 32 Emitter member 32T Tip portion 35 Electrode core rod 40 Cathode manufacturing die 41 Molding recess 45 Press member S Discharge space

Claims (4)

発光管と、この発光管内に互いに対向して配置された陽極および陰極とを備えてなり、 前記陰極は、電極ヘッドと、この電極ヘッドの先端部に埋設保持された、エミッタ物質を含有してなるエミッタ部材とを有してなり、
前記陰極における前記電極ヘッドの先端部には、当該電極ヘッドの外面から前記エミッタ部材の表面に通ずる連通路が形成されていることを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
An arc tube, and an anode and a cathode arranged opposite to each other in the arc tube, the cathode containing an electrode head and an emitter material embedded and held at the tip of the electrode head And an emitter member
A short arc type discharge lamp characterized in that a communicating path is formed at the tip of the electrode head in the cathode from the outer surface of the electrode head to the surface of the emitter member.
前記陰極における前記電極ヘッドの先端部は、多数の孔を有する、20℃の空気による通気率が0.001〜10cm3 ・cm/(cm2 ・sec・cmH2 O)の金属焼結体よりなり、当該金属焼結体の孔によって前記連通路が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のショートアーク型放電ランプ。 The tip of the electrode head in the cathode is made of a sintered metal having a large number of holes and an air permeability of 20 ° C. by air of 0.001 to 10 cm 3 · cm / (cm 2 · sec · cm H 2 O). The short arc type discharge lamp according to claim 1, wherein the communication path is formed by a hole of the sintered metal body. 前記エミッタ部材は、トリエーテッドタングステンよりなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のショートアーク型放電ランプ。   3. The short arc type discharge lamp according to claim 1, wherein the emitter member is made of tritated tungsten. 前記陰極における前記電極ヘッドの先端部には、炭素または炭化物が含有されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のショートアーク型放電ランプ。   The short arc type discharge lamp according to any one of claims 1 to 3, wherein carbon or carbide is contained in a tip portion of the electrode head in the cathode.
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