JP7337532B2 - 放電ランプ用の電極、放電ランプおよび電極を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、放電ランプ用の電極に関しており、当該電極は、長手延在方向と、電極の長手延在方向における一端を画定する電極台面とを有する。また、電極は、長手延在方向に延在する電極軸線を有する。さらに、電極は、長手延在方向に、電極軸線に沿って電極台面の方向で先細となる断面を有する第１の電極部分を有する。なお、第１の電極部分は、表面とこの表面に設けられた複数の陥入部とを有し、ここで、各陥入部は、少なくとも部分的に電極軸線を中心として延在しており、表面は、電極軸線に沿った断面において、電極軸線と、０°より大きく９０°より小さい第１の角度を成している。また、本発明には、こうした電極を備えた放電ランプ、および放電ランプ用の電極を製造する方法も含まれる。

本発明は、放電ランプ用、特に、例えば半導体産業のための露光装置またはシネマプロジェクタにおけるような直流放電ランプ用の電極の分野に関連している。こうしたランプは、通常は石英ガラス管によって包囲された２つの向かい合う電極間、すなわちアノードとカソードとの間に形成される水銀プラズマまたはキセノンプラズマによって動作する。当該ランプの熱負荷はきわめて大きくなることが多く、このため、通常はタングステンから成り、場合により添加物を含むアノード材料およびカソード材料の気化が生じる。ここから、しばしば、２つの点に起因して光出力の低下が生じる。すなわち、１つは、リフレクタ内のランプの光効率を低下させる電極の変形および燃焼が生じうることである。もう１つは、気化した材料がランプのガラス管に付着し、これにより黒化が生じて、同様に光効率を低下させうることである。

電極の、特にプラズマ近傍の頂部領域における温度を低下させることにより、変形および気化の双方を低減することができる。したがって、ランプの動作中、電極温度を低下させることが望ましい。このために、例えば、高い透過率を有する層を電極に形成することができる。この例として、例えば欧州特許第１０４７１０９号明細書に記載されているようなタングステン層、または米国特許第８７１０７４３号明細書に記載されているようなセラミック層が挙げられる。また、例えば日本国特許第３８３８１１０号明細書に記載されているように、例えばレーザーを用いて細溝を表面に垂直に形成することにより、カソードを例えば構造化することもできる。これにより、表面積を増大して高い放射率を達成することができる。

相応に、こうした細溝は、定められた表面に対して凹設された陥入部である。また、電極は、例えば、円筒状部分と円錐状部分とを有することができ、こうした円錐状部分は、電極台面の方向で先細となっているので、相応に、当該円錐状部分の表面は、電極軸線に沿った断面において、電極軸線と、０°から９０°の角度を成している。ここに記載されている細溝は、電極台面近傍の円錐状部分内にも、電極の円筒状部分の外套面上にも形成可能である。

本発明の課題は、ランプ動作中の電極温度をできるだけ効率的に低下させることのできる、電極、放電ランプ、および電極を製造する方法を提供することである。

この課題は、各独立請求項記載の特徴を有する、電極、放電ランプ、および電極を製造する方法によって解決される。本発明の有利な構成は、各従属請求項、明細書および図面の対象となっている。

本発明による、放電ランプ用の電極は、長手延在方向を有し、電極の長手延在方向における一端を画定する電極台面を有する。さらに、電極は、長手延在方向に延在する電極軸線を有し、かつ長手延在方向に、電極軸線に沿って電極台面の方向で先細となる断面を有する第１の電極部分を有する。ここで、第１の電極部分は、表面と、表面に設けられた複数の陥入部とを有し、各陥入部は、少なくとも部分的に電極軸線を中心として延在している。また、表面は、電極軸線に沿った断面において、電極軸線と、０°より大きく９０°より小さい第１の角度を成している。さらに、各陥入部は、表面に関してこの表面と直角とは異なる各第２の角度を成す各主延在方向に延在しており、これにより、各陥入部は、電極軸線に沿った断面で見て、表面（１４ａ）への垂線に関して非対称に形成されている。

本発明は、表面に対して垂直に配向された従来の構造部が、まさに電極の円錐状部分において光アークからの放射の吸収により熱流入が大きいという欠点を潜在的に有するという認識を基礎としている。これに対して、構造部を形成する複数の陥入部が、表面に対して垂直ではなく、表面に対して別の角度で傾斜しており、例えば電極軸線に対して垂直である場合、プラズマ放射の大部分が特に管の方向へ反射される。このことにより、ランプの後部領域における放熱、すなわち支持エレメントおよびソケットの方向への放熱が改善される。つまり、各陥入部が、主延在方向において、表面に対して直角にではなく第２の角度で延在し、これにより、各陥入部が、表面への垂線に関して非対称に、つまり例えば当該垂線に対して傾斜して形成されることで、各陥入部によって形成される当該細溝または構造部により、著しく効率的に電極を冷却することができる。さらに、まさに電極の円錐状の領域に設けられるこうした構造部または陥入部により、特に、熱放出を増大するためのコーティングとは別の利点も得られる。この場合、タングステン層は、熱をきわめて不充分な規模でしか伝導しない。セラミック層は、放熱に関しては確かに大きな利点を有するが、例えばタングステン層と同等の温度安定性を有さないという欠点を有する。臨界温度は、特に電極の頂部近傍に見られ、特には２７００℃までとなる。よって、アノード面およびカソード面の双方に、有意にセラミックがコーティングされない頂部近傍領域が設けられる。なぜなら、そのようにしないと、ランプ動作中、セラミックが分解または気化してしまうからである。さらに、層の成分は管に付着し、そこで透過率を低減することがある。コーティングについても、同様に、ランプが点灯しているときに、臨界温度に達しうる。コーティングが摂氏数千度を有する高温アークに曝されると、当該コーティングは部分的に分解することがあるので、ここから上述した問題が発生する。つまり、構造化された表面、すなわち陥入部を有する表面は、こうした温度への敏感性を示さないので有利である。電極の円錐部はまさに、通常、電極台面のきわめて近傍に位置するので、当該電極部分に構造部を形成するこのような陥入部を設けると特に有利である。

第１の電極部分の表面への垂線に関して各陥入部が非対称に形成され、この垂線が、表面のうち、電極軸線を通る断面で見て該当する陥入部の両側の縁点または境界点である２点を結んだ接続線の中点を通って延在するように定めることができ、当該垂線はさらに、ここでの接続線に対しても垂直である。表面の陥入部が例えば相互に直接的に接する場合、２つずつの陥入部の間に、こうした縁点を定める極大部が形成される。第１の電極部分の表面は、断面で見て、こうした縁点または縁領域のみから成っていてよい。主延在方向は、例えば、電極軸線を通る断面で見て、表面の、電極軸線を通る断面で見た該当する陥入部の両側の縁点または境界点である２点を結ぶ、上で定めた接続線の中点を通り、かつ当該断面で見た該当する陥入部の極小部を通って延在するように定めることができる。ここで、極小部とは、陥入部のうち、表面までまたは上で定めた接続線までの距離が最も大きくなる点または領域である。また、第１の電極部分の当該表面は、好ましくは円錐面である。

電極は、一般に、カソードまたはアノードとして形成可能である。さらに、電極は、好ましくは、長手延在方向に延在する回転軸線に関して回転対称に形成される。さらに、陥入部が電極軸線を一部のみでなく完全に、例えば環状に取り囲んでいると、有利である。このようにして、陥入部によって形成される大きな表面を最大化することができる。

さらに、電極または少なくとも基体は、好ましくは大部分がタングステンから形成され、特には実質的に完全にタングステンから形成される。特に、電極またはその基体は、タングステン材料への任意のドーパント、例えば酸化トリウム、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、炭素および／またはカリウムを除き、完全にタングステンから形成可能である。ドーパントは例えば２％未満であってよい。ドーパントにより、例えば電極の電子放出率を高めることができる。

さらに、各陥入部は、電極軸線に沿った断面で見た、表面から電極軸線へ向かう各主延在方向が、表面への垂線に対して電極台面に向かう方向に傾斜するように形成することができる。つまり、これにより、例えば、電極台面から遠ざかる方向に傾斜した歯を有する鋸歯状の表面構造が得られる。当該構造は、プラズマ放射の反射に関して特に効率が良い。

本発明の別の有利な一構成では、各主延在方向は、電極軸線に沿った断面での理論的延長部において、電極軸線と、７０°から１１０°、好ましくは８０°から１００°の第３の角度を成している。ここでは９０°を中心とした範囲が特に有利であると判明しているので、当該第３の角度が８５°から９５°、さらに良好には８８°から９２°、特に好ましくは９０°であると、特に好ましい。放熱は、まさに、陥入部が電極軸線に対して実質的に垂直に延在すると最適であることがわかっている。よって、電極軸線に対して垂直に延在する陥入部のこうした構成により、または少なくとも直角に近い角度領域において、放熱を特に効率的に行うことができる。

本発明の別の有利な一構成では、各陥入部は、表面から陥入部の極小部まで、例えば直線状にまたは湾曲状に延在する、電極台面から遠い側の第１のエッジ面と、各第１のエッジ面に面し、表面から各陥入部の各極小部まで延在する、電極台面に近い側の第２のエッジ面とを有する。ここで、電極軸線に沿った断面での、極小部から表面までの第１のエッジ面の各第１の長さは、電極軸線に沿った断面での、極小部から表面までの第２のエッジ面の各第２の長さよりも短い。つまり、電極軸線に沿った断面で見ると、各陥入部は例えば鋸歯状に、例えばジグザグ状に延在することができ、ここで、電極台面に近い側のエッジが電極台面から遠い側のエッジよりも長いので、最終的にこのように形成される陥入部またはウェブは、電極台面から遠ざかる方向に傾斜する。

極小部とは、特には、電極軸線に沿った断面において、陥入部の、表面から最も遠い点または領域である。つまり、陥入部の極小部とは、好ましくは、電極軸線を取り囲む線または電極軸線を取り囲む領域を形成する。

特に有利には、第２の長さに対する第１の長さの比は、最大０．９である。当該比が０．９を超えると、表面に対して垂直に向けられた陥入部に比べてプラズマ放射の吸収を低減するという利点が僅かしか得られなくなってしまう。長さの比が０．９未満であることにより、特に効率的な吸収の低減を提供することができる。

さらに好ましくは、第２の長さに対する第１の長さの比は、最小０．６である。これにより、特に効率的な熱放出を達成できる。これは、主として溝の領域が高い熱放出に寄与することに起因し、ここでは、隣り合う２つの陥入部双方のエッジ面、すなわち隣り合う２つの陥入部の相互に面するエッジ面が、このようにして形成された空隙によって生じる黒体放射に基づいて相対する。よって、比が０．６未満であって、放出特性への正の影響がいっそう増大していない場合には、第２の長さに対する第１の長さの比が小さくなるにつれ、多くの材料を除去しなければならない。

本発明の別の有利な一構成では、各陥入部の第１のエッジ面および第２のエッジ面は、電極軸線に沿った断面において直線状に延在しており、かつ各陥入部の極小部で交差し、ここで、各陥入部の第１のエッジ面および第２のエッジ面の半角は、電極軸線に沿った断面において主延在方向に延在する。よって、各陥入部は、或る程度傾斜したジグザグ構造を有することができるか、または断面が三角形となるように形成することができ、この場合、当該陥入部の主延在方向は半角によって定められる。特に電極軸線に沿って見た断面に対して直線状に延在するエッジ面は、製造技術的に特に容易に実現可能である。また、一般には、他の形状設定も可能である。

さらに、電極軸線に沿った断面で、各陥入部の幅は、各陥入部の第１のエッジ面の第１の長さより短く、特に、当該幅は、最大で、第１の長さの１／２の大きさである。隆起部の高さまたは陥入部間の対応する深さが構造幅に比べて著しく大きい場合、有利には、このことにより、同様に、高い放射率を達成できる。なぜなら、これにより、大きな表面を形成できるからである。

陥入部は、必ずしも極小部に頂部を有するように延在せず、多少の丸みを帯びるように形成されてもよい。したがって、第１のエッジ領域が各陥入部の極小部において連続的に第２のエッジ領域へ移行し、これにより、各陥入部が極小部の領域に丸みを有する構成も可能である。同様に、隣り合って配置された２つずつの陥入部間に存在する極大部についても、このことは当てはまりうる。

本発明の別の有利な一構成では、各陥入部の各第１のエッジ領域は、各陥入部の第２のエッジ領域に直接的に接する。また、隣り合う陥入部が相互に直接的に接していてもよい。当該実施形態は、きわめて多くの陥入部を最小の表面に配置でき、よって、陥入部またはこれにより形成される表面構造部から、熱を放出するための最大の表面積が利用可能となるという大きな利点を有する。

ここではさらに、別の構成も可能である。例えば、各陥入部の各第１のエッジ領域が、同じもしくは隣の陥入部の第２のエッジ領域から空間的に分離され、かつ特に電極軸線に沿った断面で見て直線状または湾曲状に延在する表面部分を介して同じもしくは隣の陥入部の第２のエッジ領域に接続する構成も可能である。ただし、この場合、最大の表面積を提供できるよう、当該部分ができるだけ小さく、例えば最大で陥入部の幅と同じ長さであることが好ましい。

本発明の別の有利な一構成では、各電極は、第２の電極部分、特に円筒電極部分を有し、ここで、第１の電極部分は、長手延在方向において第２の電極部分と電極台面との間に配置される。理論的には、当該第２の電極部分も、その外套面に相応の隆起部または陥入部を少なくとも部分的に有することができるが、このことは後述する理由からあまり好ましくない。

さらに、第１の電極部分が、円錐電極部分すなわち円錐または切頭円錐として形成されることが好ましい。ここで、第１の電極部分は、第２の電極部分と電極台面とに接していてよい。言い換えれば、電極台面は、円錐状の第１の電極部分の台面または蓋面であり、なお、第１の電極部分は、当該電極の唯一の円錐状部分である。ただし、状況によっては種々のプロセス技術上の理由から有意となりうる他の幾何学形状も可能である。例えば、電極は、複数の、好ましくは２つの円錐面を有することができる。言い換えれば、電極は、第１の角度によって形成された第１の電極部分の開放角とは異なる開放角を有する円錐状の第３の電極部分を有することができ、ここで、第１の電極部分が第２の電極部分と第３の電極部分との間に配置されるか、または第３の電極部分が第２の電極部分と第１の電極部分との間に配置される。つまり、電極は、開放角の点で相互に異なる複数の円錐部分を有することができる。相応に、この場合、本発明およびその構成において説明している陥入部は、複数の円錐状部分のそれぞれまたは当該複数の円錐状部分の唯一のもののみに設けることができる。例えば、円錐状の第１の電極部分のみが説明した陥入部を有し、当該第１の電極部分が円筒状の第２の電極部分と円錐状の第３の電極部分との間に配置されるように構成することもできる。このようにすれば、例えば他のランプ部分との接続の際の、例えば構造部の保護を提供することができる。

さらに、第２の電極部分が、少なくとも一部の領域に、熱放出を増大するセラミックコーティングを有すると有利である。これにより、放熱をさらに付加的に高めることができる。また、セラミックコーティングは、放熱に関して、例えばタングステンコーティングよりも格段に効率が良い。さらに、セラミックコーティングが、例えば、母材層と母材層内に埋め込まれた粒子とから成る粒子複合体コーティングとして形成されると特に有利である。母材層を形成する物質は、例えばＺｒＯ_２によって形成可能である。埋め込まれる粒子としては、とりわけタングステン粒子が適する。セラミックコーティングが、少なくとも１０体積％のセラミック物質と、好ましくはコーティングの２体積％から４０体積％のタングステン粒子とから形成されると特に好ましい。こうしたコーティングは、熱放出の増大に関して特に効率が良いと判明している。母材物質として、ＺｒＯ_２のほか、他の物質も考慮される。こうした物質の融点はできるだけ高いと都合が良く、好ましくは２０００℃より高く、特に好ましくは２５００℃より高いとよい。好適な材料の種類は、殊に、酸化物、フッ化物、炭化物および窒化物、例えばＭｇＦ_２、ＳｉＣまたはＡｌＮである。なお、酸化物の母材層にはＺｒＯ_２が特に適すると判明している。なぜなら、ＺｒＯ_２は、高い機械的安定性と高い透過率とを両立させるからである。母材は、埋め込まれたタングステン粒子の金属構造にその安定性を負っている。当該安定性は、Ｙ_２Ｕ_３および／またはＭｇＯの添加によりさらに高めることができる。代替的に、母材層を、ＺｒＯ_２に代えて、Ｙ_２Ｕ_３またはＭｇＯのみから形成してもよい。

セラミックコーティングは、電極の円筒状領域においてはまさに、とりわけ構造部または隆起部を設けることに比べ、特に大きな利点を有する。１つには、セラミックコーティングは著しく低コストである。また、電極の効率的な冷却も提供可能である。さらに、円筒電極部分は円錐電極部分よりも電極台面からの距離が格段に大きいため、過度に高い温度によるコーティング損傷の危険も生じないかまたは少なくとも大幅に低減されている。したがって、円筒電極部分の外套面のできるだけ大きな領域、例えば第２の電極部分の表面積の少なくとも９０％が、こうしたセラミックコーティングを有することが好ましい。

ゆえにまた、本発明の別の好ましい実施例によるケースと同様に、第２の電極部分が表面構造を有さない、すなわちレーザー切削された溝構造もしくはこれに類似のものを有さないと、特に有利である。なぜなら、このようにすれば、セラミックコーティングに対して最大の面積を利用できるからである。

さらに、本発明は、本発明の電極またはその構成を備えた放電ランプ、特に高圧放電ランプに関する。特に、当該放電ランプは、本発明の電極を２つ、またはその構成を２つ有することができ、この場合、好ましくは、各電極がアノードおよびカソードとして形成される。

ここで、電極は、放電ランプの、ガス混合物が充填されたランプ管内に配置可能である。また、当該放電ランプは、冒頭に言及したランプと同様に形成可能である。

例えば、放電ランプは、キセノンショートアークランプとして構成可能である。OSRAM XBO（登録商標）ランプとも称されるこうしたランプは、一般に、例えば、アルゴン、キセノン、クリプトンなどの希ガスを含むガス混合物を含むように構成可能である。OSRAM XBO（登録商標）ランプは、可視波長領域の光を放出し、例えば、従来のディジタルフィルムプロジェクションにおいて使用されている。ただし、放電ランプが、水銀を含むガス混合物を含むランプ、例えばOSRAM HBO（登録商標）ランプとして構成されていると特に有利である。当該放電ランプは、例えば水銀ショートアークランプとして構成可能である。こうしたランプは少なくとも部分的に紫外領域の光を放出し、例えば、半導体のリソグラフィパターニングの際に使用可能である。OSRAM HBO（登録商標）ランプは通常OSRAM XBO（登録商標）ランプより格段に高い価格帯にあるので、寿命を増大する本発明の電極またはその構成の使用は、この場合、特に採算が合う。

さらに、本発明は、放電ランプ用の電極を製造する方法に関する。本方法では、電極基体が用意され、電極基体は、長手延在方向を有し、電極の長手延在方向における一端を画定する電極台面を有する。さらに、当該電極基体は、長手延在方向に延在する電極軸線を有し、長手延在方向に、電極軸線に沿って電極台面の方向で先細となる断面を有する第１の電極部分を有する。なお、第１の電極部分は、電極軸線に沿った断面において電極軸線と０°より大きく９０°より小さい第１の角度を成す表面を有し、この表面にレーザーを用いて複数の陥入部が設けられ、これにより、各陥入部は、少なくとも部分的に電極軸線を中心として延在する。さらに、主延在方向を有する各陥入部は、表面に対し、直角とは異なる第２の角度で設けられ、これにより、各陥入部は、電極軸線に沿った断面で見て、表面への垂線に関して非対称に形成される。

本発明の電極およびその構成について挙げた利点は、本発明の放電ランプおよび本発明の製造方法にも当てはまる。また、本発明の電極およびその構成に関連して挙げた対象となる特徴は、別の方法ステップによる、本発明の製造方法の発展形態を可能にする。

特に好ましくは、電極基体の表面に設けられる陥入部は超短パルスレーザーを用いて形成される。任意手段としてのセラミックコーティングは、後のステップでまたは先行して、好適なコーティング方法、例えば焼結法により、円筒電極部分上に堆積させることができる。

本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、図に即した好ましい実施例の以下の説明から得られる。

本発明の一実施例による、放電ランプ用の電極を示す概略図である。 本発明の一実施例による、電極軸線に沿った断面での図１の電極を示す概略図である。 本発明の一実施例による、電極軸線に沿った断面での図１の電極の円錐状の電極部分を示す概略図である。 本発明の別の一実施例による、２つの円錐状部分を有する電極の側面を示す概略図である。 本発明の一実施例による、図４の電極の、電極軸線に沿った断面を示す概略図である。 本発明の一実施例による、図４の電極の１つの円錐状の領域を示す概略的な部分図である。 本発明の一実施例による放電ランプを示す概略図である。 比較のための２つの異なる放電ランプの、燃焼期間に依存する輝度の特性を示すグラフである。

図１には、本発明の一実施例による電極１０ａの概略図が示されている。図２には、電極軸線Ａに沿った断面での電極１０ａが再び示されている。ここで、電極１０ａは、長手延在方向Ｌに延在しており、電極の長手延在方向Ｌにおける一端を画定する電極台面１２を有する。電極軸線Ａは長手延在方向Ｌに対して平行に延在する。好ましくは、電極１０ａは、電極軸線Ａに関して回転対称に構成されている。この例では、電極は、円錐状の第１の電極部分１４と、円筒状の第２の電極部分１６とを有している。この場合、円錐状の電極部分１４は、長手延在方向Ｌにおいて円筒状の電極部分１６に直接に接しており、電極台面１２も、長手延在方向Ｌにおいて円錐状の電極部分１４に直接に接している。円錐状の電極部分１４の円錐状の表面１４ａ（図３を参照）は、電極軸線Ａと、角度φを成している。当該角度φは、０°より大きく９０°より小さい。

放熱を改善するため、電極１０ａは、有利には、複数の陥入部２０（図３を参照）から形成された溝構造１８を有する。例示ではあるが、電極１０ａは、円錐状の電極部分１４に当該溝構造を有しており、原則として可能であっても、好ましくは円筒状の電極部分１６には当該溝構造を有さない。この例では長手延在方向Ｌでの第１の部分長さｌ１および第２の部分長さｌ２の双方にわたって延在する円筒状の電極部分１６の領域には、例えば、熱放出を増大するためのコーティング、特にセラミックコーティング、例えばＺｒＯ_２を母材としてその内部にタングステン粒子を埋め込んだコーティングを配置可能である。

ここで、円錐状の電極部分１４の溝構造２０を、図３に即して説明する。この場合、図３には、円錐電極部分１４の概略的な断面図が示されている。円錐電極部分１４は、円錐面、すなわち溝構造１８を形成するように設けられた複数の陥入部２０を有する表面１４ａを有するが、わかりやすくするために、陥入部２０のうち２つにしか参照番号を付していない。これにより、各２つの陥入部２０の間に、表面１４ａに対して理論的に平行に延在する基面１４ｂに対する隆起部２１がそれぞれ１つずつ形成され、ここで、図示の断面において陥入部２０の各極小部Ｎを通って延在する当該基面１４ｂは、実際には理想的な円錐状の面ではない。なぜなら、陥入部２０は、製造差に起因して等しい深さを有さないからである。この場合、当該溝構造１８は、初期的には破線で示されている線に沿って電極台面１２に直接的に接する円錐状の表面１４ａの円錐状の延長部として形成されている表面１４ａに、短パルスレーザーを用いて形成される。当該初期的な表面１４ａは、この場合、最終的に図３に示されている包絡面となり、陥入部２０もしくは隆起部２１の各極大部Ｍを表す。各隆起部２１は、それぞれ主延在方向Ｈ’で基面１４ｂから遠ざかる方向へ延在し、または言い換えれば、各陥入部が、主延在方向Ｈにおいて表面１４ａから電極軸線Ａに向かって延在し、ここで、各主延在方向Ｈ，Ｈ’は平行に延在している。有利には、各主延在方向Ｈ，Ｈ’は、表面１４ａと、それぞれ直角とは異なる各第２の角度βを成し、これにより、隆起部２１は、表面１４ａへの垂線に関して、電極台面１２から遠ざかる方向へ傾斜している。特にこの例では、各主延在方向Ｈ，Ｈ’は、電極軸線Ａと、ここではγが付された直角を成すように配向されている。一般に、当該角度γは、７０°から１１０°、好ましくは８０°から１００°、特に好ましくは８８°から９２°であってよい。

当該溝構造１８は、こうした溝が表面１４ａに対して垂直に配向された構造部とは異なり、こうした電極１０ａを備えた放電ランプの動作中、各電極台面１２の間を走る放電アークによる熱流入が著しく低減されるという大きな利点を有する。なぜなら、放射の大部分が溝構造１８によって反射され、吸収されないからである。

さらに、各陥入部２０は、電極台面１２から遠い側の面であって、極大部Ｍから基面１４ｂまでまたは表面１４ａから極小部Ｎまで延在する第１のエッジ面Ｆ１を有し、この第１のエッジ面Ｆ１は、電極軸線Ａに沿った断面において極大部Ｍから基面１４ｂまでの長さを有し、この長さがＴ１で表されている。また、各陥入部２０は、電極台面１２に近い側の面であって、同様に陥入部２０の極大部Ｍから基面１４ｂまでまたは表面１４ａから極小部Ｎまで延在する、対応する第２のエッジ面Ｆ２を有し、この第２のエッジ面Ｆ２は、電極軸線Ａに沿った断面において極大部Ｍから基面１４ｂまでの長さを有し、この長さがＴ２で表されている。この例では、溝構造１８は鋸歯状のジグザグ構造として構成されており、これにより、各エッジ面Ｆ１，Ｆ２は、電極軸線Ａに沿った断面において直線状に延在し、隣り合う２つの陥入部２０の極大部Ｍにおいて交差する。また、陥入部２０は、２つのエッジ面Ｆ１，Ｆ２間の角度を図示の断面において１／２にする半角Ｗが、主延在方向Ｈ，Ｈ’に沿って、ひいては電極軸線Ａに対して垂直に延在するように、形成されている。したがって、各エッジ面Ｆ１，Ｆ２と半角Ｗとの間にある図示の角度α１，α２は、等しい大きさである。また、第２のエッジ面Ｆ２の長さＴ２に対する第１のエッジ面Ｆ１の長さＴ１の比が０．６から０．９の範囲にあると特に有利であることが判明している。当該比が０．９より著しく大きくなると、プラズマ放射の吸収低減の利点が著しく弱まってしまう。なお、溝の、２つの辺すなわち各エッジ面Ｆ１，Ｆ２が相対する領域、つまり長さＴ１の尺度となる領域が、熱放出の増大に寄与するので、上述した比が０．６より大きいと有利である。これ以外の値で、放出特性への正の影響が生じない場合、より多くの材料を除去しなければならなくなる。

通常、長さＴ２に対する長さＴ１の比は、角度α１または角度α２および角度φに依存して、
Ｔ１／Ｔ２＝ｓｉｎ（９０°－α１－φ）／ｓｉｎ（９０°－α１＋φ）
により、計算可能である。

さらに、各陥入部２０の長さと幅との比も所定の最小値を有すると有利であることが判明している。各陥入部２０の幅Ｂは、例えば図３に示されているように、特には、半角Ｗから、エッジ面Ｆ１，Ｆ２の、極大部Ｍの反対側の各端までの垂直距離の和として、定めることができる。当該距離は、それぞれＢ１，Ｂ２で表されている。特に、幅Ｂに対する第１のエッジ面Ｆ１の第１の長さＴ１の比が少なくとも２であるときわめて有利である。

幅Ｂに対する第１のエッジ面Ｆ１の第１の長さＴ１の比は、通常、角度α２に等しい角度α１と角度φとに依存して、
Ｔ１／Ｂ＝［ｓｉｎ（９０°－α１－φ）・ｓｉｎ（９０°－α１）］／［ｓｉｎ（９０°－φ）・ｓｉｎ（２α１）］
により、計算可能である。

次表に即して、角度α１または角度α２および角度φの種々の可能な組み合わせと、ここから得られる比Ｔ１／Ｔ２および比Ｔ１／Ｂとを示す。

長さＴ２は、好ましくは０．２ｍｍから１．２ｍｍまでの範囲、好ましくは０．５ｍｍから１ｍｍまでの範囲にある。したがって、第１の長さＴ１および幅Ｂの好ましい範囲は、上述した関係式から得られる。

相応に、上述した構造部または溝構造１８は、特に、例えば図４および図５に示されているように円錐面が２つ以上存在する場合にも、電極軸線Ａに対して垂直に向けられていない法線を有する全ての面に対して適用可能である。

この場合、図４には、本発明の別の一実施例による電極１０ｂの概略図が示されており、図５には、電極軸線Ａに沿った、図４の電極の断面図が示されている。この例では、電極１０ｂは、円筒電極部分１６と、長手延在方向Ｌにおいて続く第１の円錐部分１４と、この第１の円錐部分１４に続く別の円錐部分２２とを有する。当該別の円錐部分２２にはさらに、長手延在方向Ｌで電極台面１２が続いている。当該２つの円錐部分１４，２２は、電極軸線Ａと、２つの異なる角度φ１，φ２を成している。当該２つの円錐部分１４，２２には、さらに、図３に即して説明したような相応の溝構造１８を設けることができる。この例では、円筒電極部分１６と別の円錐部分２２との間に配置された中央の円錐部分１４のみに、こうした溝構造１８が設けられている。当該溝構造１８は、図６の詳細図にいまいちど示されている。当該溝構造１８を形成する各陥入部２０は、上述の場合と同様に、各主延在方向Ｈ，Ｈ’に延在しており、当該各主延在方向Ｈ，Ｈ’は、上で定めた各半角Ｗに相当し、かつ電極軸線Ａに対して垂直である。このような幾何学形状は、種々のプロセス技術上の理由から有意であり、例えば他のランプ部分との接続の際に構造部１８を保護することができる。

陥入部２０の形状およびその相互配置に関しては、多くの別の有利かつ可能な構成形態が存在する。例えば、陥入部２０は、相互に直接に接しなくてもよく、例えば丸みを帯びたもしくは直線状の中間部によって相互に分離されていてもよい。

図７には、この例ではショートアーク技術における高圧放電ランプとして構成された放電ランプ２４の概略図が示されている。放電ランプ２４は、ここでは、本発明の実施例による２つの電極１０ｃ，１０ｄを有しており、その１つがアノード１０ｃとして、もう１つがカソード１０ｄとして構成されている。ここで、カソード１０ｄおよび／またはアノード１０ｃは、図１から図６に即して説明したように構成可能である。付加的に、アノード１０ｃは、図７から見て取れるような形状設定により、カソード１０ｄと区別される。特に、アノード１０ｃは、好ましくは、その電極軸線Ａに対して垂直に、好ましくは１ｃｍから４ｃｍの範囲にある、より大きな直径を有し、一方、カソード１０ｄは、対応する電極軸線Ａに対して垂直な直径として、好ましくは３ｃｍ未満または最大３ｃｍまでの範囲にある、より小さな直径を有する。

さらに、放電ランプ２４は、こうしたランプに通常設けられる要素、例えば放電管２６、ガス混合物が充填されかつ内部に電極１０ｃ，１０ｄを配置した放電室２８、および他の要素を有する。放電管２６は、例えば相応のガラス管によって形成可能である。放電室２８を充填するガス混合物は、例えば水銀および／または１つもしくは複数の希ガス、例えばアルゴン、キセノン、クリプトンを含むことができる。さらに、各電極１０ｃ，１０ｄは、相互に向かい合う相応の電極台面１２を有し、ここではさらに、アノード１０ｃとカソード１０ｄとが相互に共軸に配置されているので、これらの電極の各電極軸線Ａは、一直線上に位置する。

図８には、比較のために、２つの放電ランプについての、燃焼期間ｔに依存する輝度Ｉの特性が示されており、ここで、本発明の第１の実施例による第１の放電ランプ２４の輝度特性はＩ１で、本発明の第２の実施例による第２の放電ランプ２４の輝度特性がＩ２で表されている。この場合、２つの放電ランプ２４は１３．５ｋＷの出力で駆動されている。また、２つの放電ランプは、上述した陥入部２０が形成された円錐状の電極部分１４を有する電極１０ａをそれぞれ１つずつ備えている。各エッジ面Ｆ１，Ｆ２の、電極軸線Ａに沿った断面での長さＴ１，Ｔ２は、この例では、Ｔ２＝０．８ｍｍおよびＴ１＝０．５ｍｍであり、図３に即して上で定めた幅Ｂは０．１６ｍｍであり、特に、各エッジ面Ｆ１，Ｆ２の、陥入部２０の各極大部Ｍの反対側の端は、当該断面において、それぞれ半角からの距離０．０６および０．１を有する。

さらに、各電極１０ａは、円筒状の電極部分１６を有する。第１の放電ランプ２４の電極１０ａの、第１の輝度特性Ｉ１に対応づけられた外套領域には、熱放出を増大するため、主成分としてＺｒＯ_２を含むセラミックペーストが塗布されているが、当該電極１０ａの円筒状の電極部分１６の外套領域は構造部を有さない。これに対して、第２の放電ランプ２４の電極１０ａの、第２の輝度特性Ｉ２に対応づけられた円筒状の電極部分１６は、長さＴ１＝Ｔ２＝０．８ｍｍおよび幅Ｂ＝０．２ｍｍの溝を有し、この溝が、円筒状の電極部分１６のうち、長手延在方向Ｌに沿った長さｌ１＝１５ｍｍの領域に配置されており、長手延在方向Ｌの円筒状の電極部分１６の別の領域には、上述したセラミックペーストが配置されている。燃焼期間ｔの進行中の輝度Ｉを比較すれば、外套の構造部なしでの第１の放電ランプ２４のほうが、外套面の構造部を有する第２の放電ランプ２４よりもデグラデーションの度合が弱いことが見て取れる。したがって、円筒状の電極部分１６が構造部を有さず、熱放出を増大するセラミックコーティングを有し、これが付加的に製造においても著しくコストの点で好都合であることは特に有利であり、したがって好ましい。

全体として、電極軸線Ａに対して実質的に垂直に延在する構造部を１つもしくは複数の円錐領域に設けることにより、著しく改善された放熱ひいては放電ランプの寿命の増大が可能な、電極、放電ランプおよび製造方法が提供される。

１０ａ，１０ｂ 電極
１０ｃ アノード
１０ｄ カソード
１２ 電極台面
１４ 円錐電極部分
１４ａ 表面
１４ｂ 基面
１６ 円筒電極部分
１８ 溝構造
２０ 陥入部
２１ 隆起部
２２ 別の円錐電極部分
２４ 放電ランプ
２６ 放電管
２８ 放電室
Ａ 電極軸線
Ｂ 陥入部の幅
Ｂ１，Ｂ２ 間隔
Ｆ１ 第１のエッジ面
Ｆ２ 第２のエッジ面
Ｈ 陥入部の主延在方向
Ｈ’ 隆起部の主延在方向
Ｉ 輝度
Ｉ１，Ｉ２ 輝度特性
Ｌ 長手延在方向
ｌ１ 円筒電極部分の第１の長さ
ｌ２ 円筒電極部分の第２の長さ
Ｍ 極大部
Ｎ 極小部
Ｔ１ 第１のエッジ領域の第１の長さ
Ｔ２ 第２のエッジ領域の第２の長さ
ｔ 燃焼期間
Ｗ 半角
α，β，γ，φ，φ１，φ２ 角度

Claims (14)

1. 放電ランプ用の電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）であって、
   前記電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）は、長手延在方向（Ｌ）を有し、
   前記電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）は、該電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）の長手延在方向（Ｌ）における一端を画定する電極台面（１２）を有し、
   前記電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）は、前記長手延在方向（Ｌ）に延在する電極軸線（Ａ）を有し、
   前記電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）は、前記長手延在方向（Ｌ）に、前記電極軸線（Ａ）に沿って前記電極台面（１２）の方向で先細となる断面を有する第１の電極部分（１４）を有し、
   前記第１の電極部分（１４）は、表面（１４ａ）と、該表面（１４ａ）に設けられた複数の陥入部（２０）とを有し、
   各陥入部（２０）は、少なくとも部分的に前記電極軸線（Ａ）を中心として延在しており、
   前記表面（１４ａ）は、前記電極軸線（Ａ）に沿った断面において、前記電極軸線（Ａ）と、０°より大きく９０°より小さい第１の角度（φ，φ１，φ２）を成す、
   電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）において、
   各陥入部（２０）は、前記表面（１４ａ）に関して前記表面（１４ａ）と直角とは異なる各第２の角度（β）を成す各主延在方向（Ｈ，Ｈ’）に延在しており、これにより、各陥入部（２０）は、前記電極軸線（Ａ）に沿った断面で見て、前記表面（１４ａ）への垂線に関して非対称に形成されており、
   前記各主延在方向（Ｈ，Ｈ’）は、前記電極軸線（Ａ）に沿った断面での理論的延長部において、前記電極軸線（Ａ）と９０°である第３の角度（γ）を成し、
   各陥入部（２０）は、前記表面（１４ａ）から前記陥入部（２０）の径極小部（Ｎ）まで延在しかつ前記電極台面（１２）に近い側にある第１のエッジ面（Ｆ１）を有し、
   各陥入部（２０）は、前記各第１のエッジ面（Ｆ１）に面する第２のエッジ面（Ｆ２）を有し、該第２のエッジ面（Ｆ２）は、前記表面（１４ａ）から前記各陥入部（２０）の前記各径極小部（Ｎ）まで延在しかつ前記電極台面（１２）から遠い側にあり、
   前記各第１のエッジ面（Ｆ１）と前記各主延在方向（Ｈ，Ｈ’）との間にある第１の角度（α１）と、前記各第２のエッジ面（Ｆ２）と前記各主延在方向（Ｈ，Ｈ’）との間にある第２の角度（α２）は、等しい大きさである
   ことを特徴とする電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）。
2. 前記各陥入部（２０）は、前記電極軸線（Ａ）に沿った断面で見た、前記表面（１４ａ）から前記電極軸線（Ａ）へ向かう前記各主延在方向（Ｈ，Ｈ’）が、前記表面（１４ａ）への垂線に対して前記電極台面（１２）を差す方向に傾斜するように形成されている、
   請求項１記載の電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）。
3. 前記電極軸線（Ａ）に沿った断面での、前記第１のエッジ面（Ｆ１）の、前記径極小部（Ｎ）から前記表面（１４ａ）までの各第１の長さ（Ｔ１）は、前記電極軸線（Ａ）に沿った断面での、前記第２のエッジ面（Ｆ２）の、前記径極小部（Ｎ）から前記表面（１４ａ）までの各第２の長さ（Ｔ２）よりも短い、
   請求項１または２記載の電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）。
4. 前記第２の長さ（Ｔ２）に対する前記第１の長さ（Ｔ１）の比は、最大０．９かつ／または最小０．６である、
   請求項３記載の電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）。
5. 各陥入部（２０）の前記第１のエッジ面（Ｆ１）と前記第２のエッジ面（Ｆ２）とは、前記電極軸線（Ａ）に沿った断面において直線状に延在しており、かつ前記各陥入部（２０）の前記径極小部（Ｎ）で交差しており、
   各陥入部（２０）の前記第１のエッジ面（Ｆ１）と前記第２のエッジ面（Ｆ２）との半角（Ｗ）は、前記電極軸線（Ａ）に沿った断面において前記主延在方向（Ｈ，Ｈ’）に延在している、
   請求項３または４記載の電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）。
6. 前記電極軸線（Ａ）に沿った断面において、各陥入部（２０）の幅（Ｂ）は、各陥入部（２０）の前記第１のエッジ面（Ｆ１）の前記第１の長さ（Ｔ１）より短い、
   請求項３から５までのいずれか１項記載の電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）。
7. 各陥入部（２０）の各第１のエッジ面（Ｆ１）は、前記各陥入部（２０）の前記第２のエッジ面（Ｆ２）に直接的に接する、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）。
8. 各陥入部（２０）の各第１のエッジ面（Ｆ１）は、前記陥入部（２０）の前記第２のエッジ面（Ｆ２）から空間的に分離されており、かつ所定の部分を介して前記第２のエッジ面（Ｆ２）に接続している、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）。
9. 前記電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）は、第２の電極部分（１６）を有しており、
   前記第１の電極部分（１４）は、前記長手延在方向（Ｌ）において前記第２の電極部分（１６）と前記電極台面（１２）との間に配置されている、
   請求項１から８までのいずれか１項記載の電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）。
10. 前記第１の電極部分（１４）は、円錐状の電極部分（１４）として形成されており、
    前記第１の電極部分（１４）は、前記第２の電極部分（１６）と前記電極台面（１２）とに接し、または、
    前記電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）は、前記第１の角度によって形成された前記第１の電極部分（１４）の開放角とは異なる開放角（φ，φ１，φ２）を有する円錐状の第３の電極部分（２２）を有し、
    前記第１の電極部分（１４）が、前記第２の電極部分（１６）と前記第３の電極部分（２２）との間に配置されているか、もしくは前記第３の電極部分（２２）が前記第２の電極部分（１６）と前記第１の電極部分（１４）との間に配置されている、
    請求項９記載の電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）。
11. 前記第２の電極部分（１６）は、少なくとも一部の領域に、熱放出を増大するセラミックコーティングを有する、
    請求項９または１０記載の電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）。
12. 前記第２の電極部分は、陥入部（２０）を有さない、
    請求項９から１１までのいずれか１項記載の電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項記載の電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）を備えた放電ランプ（２４）。
14. 放電ランプ（２４）用の電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）を製造する方法であって、電極基体を用意し、
    前記電極基体は、長手延在方向（Ｌ）を有し、
    前記電極基体は、前記電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）の前記長手延在方向（Ｌ）における一端を画定する電極台面（１２）を有し、
    前記電極基体は、前記長手延在方向（Ｌ）に延在する電極軸線（Ａ）を有し、
    前記電極基体は、前記長手延在方向（Ｌ）に、前記電極軸線（Ａ）に沿って前記電極台面（１２）の方向で先細となる断面を有する第１の電極部分（１４）を有し、
    前記第１の電極部分（１４）は、前記電極軸線（Ａ）に沿った断面において前記電極軸線（Ａ）と０°より大きく９０°より小さい第１の角度（φ１，φ２）を成す表面（１４ａ）を有し、該表面（１４ａ）にレーザーを用いて複数の陥入部（２０）を設け、これにより、各陥入部（２０）が少なくとも部分的に前記電極軸線（Ａ）を中心として延在する、
    方法において、
    主延在方向（Ｈ，Ｈ’）を有する前記各陥入部（２０）を、前記表面（１４ａ）に対し、直角とは異なる第２の角度（β）で設け、これにより、各陥入部（２０）を、前記電極軸線（Ａ）に沿った断面で見て、前記表面（１４ａ）への垂線に関して非対称に形成し、
    前記各主延在方向（Ｈ，Ｈ’）は、前記電極軸線（Ａ）に沿った断面での理論的延長部において、前記電極軸線（Ａ）と９０°である第３の角度（γ）を成し、
    各陥入部（２０）は、前記表面（１４ａ）から前記陥入部（２０）の径極小部（Ｎ）まで延在しかつ前記電極台面（１２）に近い側にある第１のエッジ面（Ｆ１）を有し、
    各陥入部（２０）は、前記各第１のエッジ面（Ｆ１）に面する第２のエッジ面（Ｆ２）を有し、該第２のエッジ面（Ｆ２）は、前記表面（１４ａ）から前記各陥入部（２０）の前記各径極小部（Ｎ）まで延在しかつ前記電極台面（１２）から遠い側にあり、
    前記各第１のエッジ面（Ｆ１）と前記各主延在方向（Ｈ，Ｈ’）との間にある第１の角度（α１）と、前記各第２のエッジ面（Ｆ２）と前記各主延在方向（Ｈ，Ｈ’）との間にある第２の角度（α２）は、等しい大きさである
    ことを特徴とする方法。

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