[发明专利]放电灯用电极的制造方法以及具有利用该制造方法制造出的放电灯用电极的放电灯

说明书

技术领域

本发明涉及在曝光装置等中使用的放电灯，尤其是，涉及将多个部件接合而成的放电灯用电极的制造方法。

背景技术

在放电灯中，随着高输出化，使金属种类、晶体特性等不同的部件接合来形成电极。例如，将含有钍等发射体的金属部件作为电极前端部、将纯钨等高熔点金属部件作为主体部，使两个金属部件彼此接合。

作为接合方法，已知有作为固相接合之一的扩散接合。在扩散接合中，可以在接合面附近，以使晶体结构朝轴向倾斜或者不使金属晶粒沿着轴向变形的方式进行接合，从而能够抑制接合导致的电极性能的下降(参照专利文献1、2)。在此，按照规定的压力、加压时间、接合温度，进行放电等离子烧结接合(SPS接合)作为扩散接合。

在利用这样的扩散接合的电极成型中，利用切削加工来确定电极形状。例如，准备构成电极前端部的圆柱状钍钨(thoriated tungsten)部件和构成主体部的圆柱状钨部件。进而，使直径彼此相等的接触面彼此抵接，从部件两侧施加压力并进行通电加热。在扩散接合之后，将一体化的部件的前端部侧切削加工为圆锥状，从而得到电极形状(参照专利文献3)。

在使不同的金属材料进行固相接合来成型出电极的情况下，由于热膨胀率不同，因而在点亮时，有可能对接合面施加较大的力而使电极破损。为了防止该情况，已知有如下电极：在前端部以及主体部的接合面上设置环状的突起部分，使它们彼此啮合而进行扩散接合(参照专利文献4)。

另一方面，还已知有如下方法：通过调整电极侧面的面积比率，使灯的寿命延长(参照专利文献5)。在此，在将钍钨作为电极前端部分而与纯钨的主体部进行扩散接合的放电灯中，设为使钍钨部的侧面积与电极面积之比处于规定范围内的结构，使电弧放电稳定化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-249027号公报

专利文献2：日本特开2011-71091号公报

专利文献3：日本特开2012-15007号公报

专利文献4：日本特开2011-216442号公报

专利文献5：日本特开2011-154927号公报

发明内容

发明要解决的课题

在将电极主体部分设为包含钍钨等发射体的金属来构成电极的情况下，经由接合面来提供发射体。而且，接合面的尺寸、接合面的平滑度、固相接合时的接合条件、接合面形状这些与接合面相关的结构会影响到该电极的强度、传导性、热传导性这些电极性能。

例如，接合面的直径大小自身会给电极性能带来影响。以往，在固相接合时，没有考虑接合面的直径大小带来的影响，因此，电极性能会根据情况而降低。

此外，关于接合温度、接合时间、加压力，根据接合面的直径大小的不同，所要求的条件也不同。针对接合温度、接合时间、压力以及接合面的直径，如果没有考虑它们之间的相关性而直接设定，则不能得到期望的电极性能。

因此，在使多个部件进行固相接合来形成电极的情况下，需要将接合温度、接合时间、压力以及接合面的直径相互关联起来进行设定，从而设定为实现优异的电极性能的值。

另一方面，与钨部件的截面相比，钍钨部件的截面的平滑度较低。直径越大，该平滑度之差越显著。因此在接合面中，接合强度不均匀，不能得到稳定的接合强度。

此外，在利用通电加热来进行扩散接合的情况下，根据接合条件等，会产生电流容易流向表面侧的情况，从而接合面的周缘附近的接合强度大于中心部。因此，在进行扩散接合之后利用切削加工形成前端部分时，接合强度较大的表面附近部分被切削得较多，使得接合强度下降。

因此，需要使构成含有钍钨等发射体的前端部的部件和构成主体部的部件在接合强度稳定的状态下进行固相接合。

此外，关于发射体的移动，接合面的结构也会带来影响。灯点亮时发射体朝向电极前端部的前端面侧的移动基于从电极内部向表面扩散的晶界扩散、和沿着电极表面扩散的浓度扩散。晶界扩散在其移动方向上不具有指向性，因此，移动到了电极表面的发射体的分布变得不均匀。此外，在朝向沿着前端部的周向的表面移动后因表面浓度扩散而朝向电极前端部的前端面侧移动时，发射体的提供耗费时间。

扩散速度根据电极温度而不同，因此，朝电极前端部的前端面侧移动的发射体的提供量也不稳定，使得在电极前端部附近，发射体浓度产生偏差。其结果是，电弧放电的辉点容易移动到发射体的浓度高的部位，照明发生闪烁而变得不稳定。