JP2003249191A

JP2003249191A - 放電灯用電極

Info

Publication number: JP2003249191A
Application number: JP2002049779A
Authority: JP
Inventors: Takeo Matsushima; 竹夫松島; Yoichiro Higashimoto; 陽一郎東本
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2003-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】電極の温度上昇を確実に抑制できる放電灯用
電極を提供することにある。【解決手段】本発明の放電灯用電極は、電極となる基
体金属３０の表面に、高融点金属よりなる微粒子をポー
ラス状に焼結した金属ポーラス層３１を形成し、この金
属ポーラス層３１に、ハフニウムカーバイト３２が含浸
されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、投影装置の光源や
半導体露光装置の光源に利用されるショートアーク型放
電ランプに組み込まれる放電灯用電極に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来からプロジェクター等の投影装置の
光源として、あるいは半導体露光装置の光源として発光
管内に一対の電極が配置され、発光管内にキセノンガス
や水銀を封入したショートアーク型放電ランプが知られ
ている。

【０００３】これらのランプのうち投影装置の光源とし
て利用されるランプでは、輝度を上げるために電極間距
離を短くしたり、入力電力を上げたりしているので、電
極の温度が上がるという問題があった。また、半導体露
光装置の光源として利用されるランプでは、紫外線放射
強度を上げるため封入水銀量を多くし、この多量の水銀
を完全に蒸発させるために入力電力を上げているので、
電極の温度が上がるという問題があった。このように、
電極の温度が上がると、電極が早期に蒸発して発光管の
内壁が黒化し、ランプの使用寿命が短くなる問題があっ
た。

【０００４】このような電極の蒸発を抑える方法とし
て、電極表面にタングステンの微粒子を焼結した電極が
ある。このような電極では、タングステン微粒子の焼結
層が放熱層になり、電極の温度上昇を抑制することがで
きるものである。このような技術は、特開平９−２３１
９４６号に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
投影装置の光源として利用されるランプでは、なお一
層、輝度を上げるために更に電極間距離を短くしたり、
入力電力を上げたりしている。また、半導体露光装置用
の光源として利用されるランプでは、紫外線放射強度を
なお一層上げるために、入力電力を上げる傾向にあり、
一段と電極温度が上がる傾向になる。つまり、このよう
なランプでは、前述したように、電極表面にタングステ
ンの微粒子を焼結しただけでは、効果的に電極の温度上
昇を抑制することができなくなってきた。

【０００６】そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなさ
れたものであって、電極の温度上昇を確実に抑制できる
放電灯用電極を提供することにある。

【０００７】

【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に記載の放電灯用電極は、電極となる基体
金属の表面に、高融点金属よりなる微粒子をポーラス状
に焼結した金属ポーラス層を形成し、この金属ポーラス
層に、ハフニウムカーバイトが含浸されていることを特
徴とする。

【０００８】請求項２に記載の放電灯用電極は、請求項
１に記載の放電灯用電極であって、特に、前記基体金属
が、タングステン、タンタル、モリブデン、もしくは、
それらの混合物であり、前記高融点金属が、タングステ
ン、炭化タングステン、タンタル、炭化タンタル、モリ
ブデン、もしくは、それらの混合物であることを特徴と
する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、図面に基づいて本発明の
実施の形態を具体的に説明する。図１は、本発明の放電
灯用電極を組み込んだショートアーク型キセノン放電ラ
ンプの構造を示す断面図である。

【００１０】石英ガラスよりなる楕円球状の発光管１の
両側に石英ガラスよりなる封止管２が続いて形成され、
発光管１内に一対のタングステン製の陰極３Ａと陽極３
Ｂが配置されている。そして、陰極３Ａと陽極３Ｂを支
持するタングステン製のリード棒４が、それぞれ陰極３
Ａと陽極３Ｂに嵌合し、段継ぎガラス５によってリード
棒４が封止管２に封着されている。

【００１１】６は石英ガラス製の保持用筒体であって、
リード棒４はこの保持用筒体６の貫通孔を貫通してお
り、保持用筒体６と対向する部分の封止管２を縮径させ
て保持用筒体６を封止管２内で固定するものである。そ
して、陰極３Ａと陽極３Ｂの表面には、放熱層７が形成
されている。なお、上記のランプはリード棒４と封止管
２が段継ぎガラス５によって封止されているが、封止構
造に金属箔封止を用いてもよい。

【００１２】図２は、電極表面に形成された放熱層７の
説明図であり、陰極３Ａのみについて説明する。なお、
陽極３Ｂに形成される放熱層７は陰極３Ａに形成される
放熱層７と同様であるので、説明は省略する。

【００１３】陰極３Ａは、タングステンよりなる基体金
属３０の表面に、高融点金属であるタングステンよりな
る微粒子をポーラス状に焼結した金属ポーラス層である
タングステンポーラス層３１が形成されている。このタ
ングステンポーラス層３１は、平均粒径３μｍのタング
ステン微粒子（純度９９．９％）をニトロセルロースお
よび酢酸ブチルを溶剤として混合し、そのタングステン
微粒子が分散した溶液を基体金属３０の表面に筆等を用
いて塗布する。そして塗布面が乾燥した後、２×１０^４
Ｐａの真空雰囲気中で２２００℃の温度にて２時間保持
する焼結処理を行い、基体金属３０表面にタングステン
の微粒子よりなるタングステンポーラス層３１を形成す
る。

【００１４】さらに、平均粒径０．５μｍのハフニウム
カーバイト微粒子（純度９９．９％）をニトロセルロー
スおよび酢酸ブチルを溶剤として混合し、そのハフニウ
ムカーバイト微粒子が分散した溶液をタングステンポー
ラス層３１の表面に筆等を用いて塗布する。そして塗布
面が乾燥した後、２×１０^４Ｐａの真空雰囲気中で２２
００℃の温度にて２時間保持する焼結処理を行い、タン
グステンポーラス層３１のポーラス部分（空隙部分）
に、ハフニウムカーバイト３２が含浸された状態で焼結
されるものである。

【００１５】つまり、放熱層７とは、タングステンより
なる基体金属３０の表面に、タングステンよりなる微粒
子をポーラス状に焼結したタングステンポーラス層３１
を形成し、このタングステンポーラス層３１に、ハフニ
ウムカーバイト３２を含浸して焼結した層のことであ
る。

【００１６】次に、上記の方法によって作成した今回の
発明の放電灯用電極Ａと、比較のために表面にタングス
テン微粒子の焼結層のみ設けた放電灯用電極Ｂと、なに
も放熱層を設けておらず電極を構成する金属基体が露出
した放電灯用電極Ｃの放射率を測定した。

【００１７】比較のために表面にタングステン微粒子の
焼結層を設けた放電灯用電極Ｂとは、平均粒径３μｍの
タングステン微粒子（純度９９．９％）をニトロセルロ
ースおよび酢酸ブチルを溶剤として混合し、そのタング
ステン微粒子が分散した溶液を基体金属の表面に筆等を
用いて塗布し、塗布面が乾燥した後、２×１０^４Ｐａの
真空雰囲気中で２２００℃の温度にて２時間保持する焼
結処理を行ったものである。

【００１８】測定結果を下記の表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１からわかるように、今回の発明の放電
灯用電極Ａは放射率が０．８と最も高く、確実に放熱効
果がでるものである。また、ハフニウムカーバイトは高
融点物質であり、高温となる電極表面に形成しても蒸発
することがなく、この結果、放電現象になんら悪影響を
与えるものではない。さらに、図２に示すように、ハフ
ニウムカーバイト３２は、タングステンポーラス層３１
のポーラス部分（空隙部分）に、潜り込んだ状態で含浸
されて存在しているので、ハフニウムカーバイト３２が
金属基材３０やタングステンポーラス層３１から剥離せ
ず強固に固定されるものである。

【００２１】上記の実施例において、基体金属３０とし
て、タングステンを用いて説明したが、タンタル、モリ
ブデン、もしくは、タングステンを含めたそれらの混合
物であっても良い。要は、放電に悪影響をおよぼさない
高融点の金属であれば良い。また、必要に応じて、基体
金属にトリウム等のエミッター物質や、基体金属を構成
している金属の粒成長を抑制する物質であるカリウム等
を添加しても良い。

【００２２】また、上記の実施例では、金属ポーラス層
３１として、タングステンポーラス層を用いて説明した
が、他の金属ポーラス層として、炭化タングステン、タ
ンタル、炭化タンタル、モリブデン、もしくは、それら
の混合物より高融点金属の微粒子を、タングステンポー
ラス層を製造する方法と同じ方法で、ポーラス状に基体
金属表面上に形成しても良い。

【００２３】さらには、上記の実施例では、金属ポーラ
ス層にハフニウムカーバイトが含浸されて焼結されてい
るが、焼結せずに、自然乾燥させても良い。

【００２４】表２に、本発明の放電灯用電極であって、
基体金属となる金属の違いと、金属ポーラス層となる高
融点金属の違いによる放電灯用電極の放射率を測定した
結果を示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２からわかるように、本発明の放電灯用
電極の放射率は０．８であり、上述した表１に示す比較
用の従来の放電灯用電極の放射率、具体的には、放電灯
用電極Ｂの放射率０．６、放電灯用電極Ｃの放射率０．
４３よりも、明らかに高い放射率を有するものである。

【００２７】次に、図１に示すショートアーク型キセノ
ン放電ランプに電極として、上記放電灯用電極Ａ、放電
灯用電極Ｂ、放電灯用電極Ｃを陰極と陽極の双方に用い
た、本発明の放電灯用電極を用いたランプＡ、比較用の
放電灯電極を用いたランプＢ、Ｃを作成して、照度維持
率の経時変化を調べる実験を行った。全てのランプの仕
様は表２の通りである。

【００２８】

【表３】

【００２９】照度維持率の経時変化の結果を図３に示
す。グラフａは本発明の放電灯用電極Ａを用いたランプ
Ａのデータであり、グラフｂは比較用の放電灯用電極Ｂ
を用いたランプＢのデータであり、グラフｃは比較用の
放電灯用電極Ｃを用いたランプＣのデータである。図３
からわかるように、本発明の放電灯用電極Ａを用いたラ
ンプＡは、点灯後、１０００時間を経過した時点であっ
ても照度維持率が８０％と高い値を維持しているのに対
し、比較用の放電灯用電極Ｂを用いたランプＢでは、点
灯後１０００時間を経過した時点での照度維持率は６０
％であり、比較用の放電灯用電極Ｃを用いたランプＣで
は、点灯後１０００時間を経過した時点での照度維持率
が３０％と低い値となっている。

【００３０】この結果からわかるように、本発明の放電
灯用電極Ａは、確実に電極に蓄積される熱を放熱するこ
とができ、電極の温度上昇を抑制して電極の蒸発を抑制
でき、発光管の黒化による照度維持率の低下を防止でき
ていることが図３のデータから理解することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の放電灯用
電極によれば、確実に電極に蓄積される熱を放熱するこ
とができ、電極の温度上昇を抑制して電極の蒸発を防止
することができる。さらに、このような放電灯用電極を
用いたランプは、電極の蒸発による発光管の黒化を防止
でき、照度維持率の低下を防止でき、長寿命のランプと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放電灯用電極を用いたショートアーク
型放電ランプの構造を示す断面図である。

【図２】本発明の放電灯用電極の拡大断面である。

【図３】本発明の放電電極を用いたランプと比較用の放
電電極を用いたランプの照度維持率データ図である。

【符号の説明】

１発光管２封止管３Ａ陰極３Ｂ陽極４リード棒５段継ぎガラス６保持用筒体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極となる基体金属の表面に、高融点金
属よりなる微粒子をポーラス状に焼結した金属ポーラス
層を形成し、この金属ポーラス層に、ハフニウムカーバ
イトが含浸されていることを特徴とする放電灯用電極。
【請求項２】前記基体金属が、タングステン、タンタ
ル、モリブデン、もしくは、それらの混合物であり、前記高融点金属が、タングステン、炭化タングステン、
タンタル、炭化タンタル、モリブデン、もしくは、それ
らの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の放
電灯用電極。