放電ランプ
【課題】 電極を大型化させた場合に、外部リード側導電板および外部リード自身が破損したり、外部リード側導電板が配置された箇所に対応する封止管部およびシール用絶縁体において外部リードが挿入された箇所が破損することを防止することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、電極の一方は、他方の電極と対向する電極先端部と、前記導電性部材に電気的に接続された内部リードと、この電極先端部と内部リードに跨って配置され、電極先端部および内部リードに対して接続された連結部材とを備え、前記電極先端部および前記内部リードには、前記連結部材に接続される側の端部にそれぞれテーパー部が形成され、前記連結部材には、このテーパー部に対応する穴が形成され、前記電極先端部および前記内部リードは、前記連結部材の内面と各々のテーパー部の外周面の間に緩衝部材が配置されるよう、連結部材に形成された穴に圧入されていることを特徴とする。
【解決手段】 本発明は、電極の一方は、他方の電極と対向する電極先端部と、前記導電性部材に電気的に接続された内部リードと、この電極先端部と内部リードに跨って配置され、電極先端部および内部リードに対して接続された連結部材とを備え、前記電極先端部および前記内部リードには、前記連結部材に接続される側の端部にそれぞれテーパー部が形成され、前記連結部材には、このテーパー部に対応する穴が形成され、前記電極先端部および前記内部リードは、前記連結部材の内面と各々のテーパー部の外周面の間に緩衝部材が配置されるよう、連結部材に形成された穴に圧入されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウェハ、液晶基板、カラーフィルタ、プリント基板等の露光用光源として使用する放電ランプに関する。特に発光管内に水銀が封入され、波長３６５ｎｍのｉ線等を放射する、半導体ウェハを露光するための露光装置用の光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電ランプのうち、発光管内に、点灯時の水銀蒸気圧が２０気圧程度となるよう発光物質として水銀が封入されたものを高圧水銀ランプという。このような高圧水銀ランプのうち、電極間距離が２ｍｍ〜２０ｍｍ程度と短いショートアーク型のものは、高輝度が得られるという利点を有することから、リソグラフィー用の露光用光源として従来から利用されている。
【０００３】
図４は、従来の放電ランプの構成を示す断面図である。
放電ランプ１００は、発光管部１１とその両端に連続して形成された封止管部１２とを備えたバルブ１と、発光管部１１内に対向して配置された一対の電極（陽極２および陰極３）と、電極に電気的に接続された導電性部材５と、封止管部１２の内部に配置されたシール用絶縁体６と、電極を支持するための電極保持用筒体４とを備えている。
陽極２は、電極先端部２１と、電極先端部２１に設けられた有底穴に圧入された内部リード２２とから構成されている。陰極３は、電極先端部３１と、電極先端部３１に設けられた有底穴に圧入された内部リード２２とから構成されている。
導電性部材５は、内部リード２２に電気的に接続された１枚の電極側集電板５１と、電極側集電板５１に電気的に接続された複数の導電箔５２と、複数の導電箔５２に電気的に接続された１枚の外部リード側集電板５３と、外部リード側集電板５３に電気的に接続された外部リード５４とから構成されている。外部リード５４は、外部リード保持用筒体７の貫通孔に挿通されて支持され、一端が封止管部１２から導出している。
封止管部１２とシール用絶縁体６とは、両者間に導電性部材５（導電箔５２）を介して気密にシールされている。
導電性の口金８が接着剤１０によって封止管部１２の端部に固着されている。外部リード５４の一端に接続された給電部材９が、口金８に嵌め込まれることによって口金８と導通している。
【０００４】
近年、このような放電ランプは、露光面積の増大や、製造工程におけるスループットの向上が要求されていることから、紫外線（露光に使用する波長３６５ｎｍのｉ線等）の放射量の増大が求められ、例えば５ｋＷ以上と定格消費電力が増大している。
放電ランプの定格消費電力を増大させると、放電ランプを流れる電流は一般的に大きくなる。放電ランプを流れる電流が大きくなると、電極のうち特に陰極３からの電子衝突を受ける陽極２（電極先端部２１）、或いは、陽極に限らず、垂直方向に配置する放電ランプにおいて上側に位置される電極は、容易に昇温して溶融するおそれがあることから、大型化する必要がある。
そして、電極先端部２１を大型化した場合は、重量増加に耐え得る構造とするため、電極先端部２１を支える内部リード２２の径を大きくする必要がある。内部リード２２の径を大きくすると、電極先端部２１から導電性部材５への熱流量が増大し、内部リード側集電板５１、導電箔５２、外部リード側集電板５３、外部リード５４からなる導電性部材５の温度が上昇する。
導電性部材５が高温状態になると、大気に曝されている外部リード側集電板５３および外部リード５４は、酸化が促進されて体積が増加することにより膨張する。そのため、外部リード側集電板５３および外部リード５４自身が破損したり、外部リード側集電板５３が配置された箇所に対応する封止管部１２が破損したり、さらには、シール用絶縁体６において外部リード５４が挿入された箇所が破損する、という不具合が生じることになる。
【特許文献１】特開２０００−３６９５号
【特許文献２】特開２００４−６２４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電極を大型化させた場合に、外部リード側集電板および外部リード自身が破損したり、外部リード側集電板が配置された箇所に対応する封止管部およびシール用絶縁体において外部リードが挿入された箇所が破損する、という不具合が生じることを防止することが可能な放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するために、
発光管部とその両端に連続して形成された封止管部とからなるバルブと、発光管部内で対向して配置された一対の電極と、電極に電気的に接続され、発光管の外部に導出された導電性部材と、封止管部内に配置されたシール用絶縁体とを備え、封止管部とシール用絶縁体とが、両者間に導電性部材を介して気密にシールされた放電ランプにおいて、
（１）前記電極の一方は、他方の電極と対向する電極先端部と、前記導電性部材に電気的に接続された内部リードと、この電極先端部と内部リードに跨って配置され、電極先端部および内部リードに対して接続された連結部材とを備え、
（２）前記電極先端部および前記内部リードには、前記連結部材に接続される側の端部にそれぞれテーパー部が形成され、前記連結部材には、このテーパー部に対応する穴が形成され、
前記電極先端部および前記内部リードは、前記連結部材の内面と各々のテーパー部の外周面の間に緩衝部材が配置されるよう、連結部材に形成された穴に圧入されている、
という特徴を有している。
【０００７】
（１）には以下の技術的意義がある。
図４に示す従来の電極によれば、電極の後端部がストレートな形状を有し、熱伝導が何ら妨げられないことから、電極の熱がスムーズに導電性部材に伝導されることになる。一方、電極を上記（１）の構成にすることにより、図４に示す電極構造と比較して、連結部材と電極先端部との接続部分および連結部材と内部リードとの間に接触抵抗が生じることにより、連結部材と電極先端部の両者が熱的に絶縁され易くなる。そのため、電極から上記導電性部材への熱伝導が阻害され、導電性部材が過剰に高温状態とならず、外部リード側集電板および外部リードが酸化する等の不具合が発生することがない。
（２）には以下の技術的意義がある。
上記のような定格消費電力の大きい放電ランプにおいては、上記のように、電極先端部が点灯時に溶融することがないように大型化しており、これに伴い電極を支える内部リード、さらには、電極先端部および内部リードに跨って接続される連結部材も大型に設計されている。そのため、電極先端部、内部リード、連結部材の重量が相当に大きいことから、これらを接続する方法としては圧入が最適である。そして、上記（２）の構成とすることにより、電極先端部および内部リードを連結部材に設けられた穴に対して圧入する際において、電極先端部、内部リード、連結部材の何れかに対して圧入時の負荷が集中することが緩衝部材によって防止され、電極先端部、内部リード、連結部材の何れも破損することがない。
【０００８】
さらに、本発明は、前記連結部材が前記電極先端部よりも熱伝導率の小さい材料からなることを特徴とする。
そのため、連結部材自身によっても、電極先端部から導電性部材への熱伝導が阻害されることから、外部リード側集電板および外部リードが酸化する等の不具合の発生をさらに確実に防止することができる。
【０００９】
さらに、本発明は、前記電極先端部が、内部に密閉空間が形成された基体部と、この密閉空間内に封入された伝熱体とを備え、この伝熱体は、前記電極先端部を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料または融点が低い材料からなることを特徴とする。これによる技術的意義を、比較例として図５を用いて以下に説明する。
図５は、従来の他の放電ランプを説明するための断面図である。電極を除く構成は図４に示す放電ランプと同じであるため、陽極側のみを示し陰極側を省略している。図５に示す放電ランプ１００は、内部に密閉空間Ｓが形成されたタングステンからなる電極先端部２５と、電極先端部２５を構成するタングステンよりも熱伝導率の高い金属または融点の低い金属からなる伝熱体Ｍと、内部リード２２とを備えて構成される電極２を備えている。この放電ランプ１００によれば、電極先端部２５が高温化した場合に、伝熱体Ｍの高い熱輸送効果によって、導電性部材５の方向へ熱を効果的に輸送することができる。このため、放電ランプ１００の光出力を増加させるために定格消費電力を増加させても、電極先端部２５が溶融することが抑制される。
しかしながら、導電性部材５の方向へ効果的に熱が輸送されるため、図４に示す放電ランプに比べて導電性部材５がさらに高温状態になる。そのため、導電性部材５のうち、大気に曝されている外部リード側集電板５３および外部リード５４の酸化が促進されることにより、上記したような不具合が顕著に生じ易くなる。
そこで、図５に示す電極において、本発明の構成を採用することにより、電極先端部２５から導電性部材５への熱伝導が阻害され、導電性部材５が過剰に高温状態となることが防止され、外部リード側集電板５３および外部リード５４の酸化等の不具合が生じることがない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、導電性部材が過剰に高温状態になることがなく、導電性部材の一部を構成する外部リード側集電板および外部リード自身が酸化することによって破損したり、外部リード側集電板が配置された箇所に対応する封止管部が破損したり、さらには、シール用絶縁体において外部リードが挿入された箇所が破損する、という不具合が生じることを確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の放電ランプの第１の実施形態を示す断面図である。図１（ａ）は、陰極側を省略した長手方向の断面図を示し、図１（ｂ）は、実線部分Ａの拡大図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示すＢ−Ｂ´線で切断した径方向の断面図を示す。図１（ａ）において陰極側は図示を省略しているが、本発明の陰極側への採用を排除しているわけではない。
放電ランプ１００は、バルブ１、陽極２、陰極（不図示）、電極保持用筒体４、導電性部材５、シール用絶縁体６、外部リード保持用筒体７、口金８、給電線９、を備えている。この放電ランプは、通常は、陽極２を上、陰極を下とし、バルブ１の管軸が大地に対して略垂直方向となった状態で点灯される、いわゆる垂直点灯型である。
バルブ１は、略球状の発光管部１１と、発光管部１１の両端に連続して一体的に形成された封止管部１２とを備えている。陽極２は、導電性部材５（電極側集電板５１）に電気的に接続されている。発光管部１１内には、陽極２および陰極が、例えば２ｍｍ〜２０ｍｍ離間した状態で対向して配置されている。発光管部１１内には、点灯時における蒸気圧が１ＭＰａ〜６ＭＰａとなるよう、発光物質としての水銀が３ｍｇ〜５０ｍｇ封入されるとともに、始動用ガスとしてアルゴン等が５０ｋ〜５００ｋＰａ封入されている。不図示の外部電源より電力が供給されると、陽極２と陰極との間でアーク放電することにより、紫外線（例えば、波長３６５ｎｍのｉ線等）を放射する。
【００１２】
以下に、本発明の放電ランプの電極について説明する。
図１（ｂ）に示すように、陽極２は、電極先端部２１と、棒状の内部リード２２と、筒状の連結部材２３とを備え、電極先端部２１（芯棒２１２）と内部リード２２とに跨って配置された連結部材２３が、電極先端部２１（芯棒２１２）と内部リード２２に対して接続された構成である。
電極先端部２１は、陰極からの電子衝突を受けるタングステン製の基体部２１１と、基体部２１１の有底孔２１３に対して圧入されたタングステン製の芯棒２１２とを備えている。芯棒２１２は、後端側に連結部材２３側に向けて徐々に縮径するテーパー部Ｔ１が形成され、前端側に基体部２１１側に向けて徐々に縮径するテーパー部Ｔ２が形成されている。内部リード２２は、例えばタングステン製であり、先端に連結部材２３側に向けて徐々に縮径するテーパー部Ｔ３が形成されている。
図１（ｂ）に示すように、連結部材２３は、中央に貫通穴２３１が設けられ、芯棒２１２のテーパー部Ｔ１および内部リード２２のテーパー部Ｔ３が圧入可能となっている。詳細には、貫通穴２３１は、両端から長手方向中央側に向けて貫通穴が縮径している縮径部分と、この縮径部分に連続する穴径が均一な部分とからなる。なお、連結部材２３には、貫通穴２３１に代えて、テーパー部Ｔ１，Ｔ３を挿入可能な有底穴を形成しても良い。連結部材２３は、例えばタングステンから構成されるが、電極先端部２１を構成するタングステンよりも熱伝導率が小さい材料で構成した場合には、連結部材２３自身によって電極先端部２１の高温の導電性部材５への伝達が阻害されるため、上記した外部リード側集電板５３および外部リード５４の酸化等の不具合の発生を確実に防止することができる。タングステンよりも熱伝導率が小さい材料としては、例えばタンタルを用いることができる。
電極先端部２１の芯棒２１２と連結部材２３の間、および、内部リード２２と連結部材２３の間には、緩衝部材２４が配置されている。緩衝部材２４は、例えば厚みが４０μｍ程度のタンタルからなる金属箔を使用することができる。緩衝部材２４は、図１（ｃ）に示すように、重なり合うことがないよう、切欠き部２４１が形成されている。
そして、後述の図２に示すようにして、連結部材２３の貫通穴２３１に対して、芯棒２１２のテーパー部Ｔ１および内部リード２２のテーパー部Ｔ３が圧入されている。図１に示す例では、テーパー部Ｔ１の端面とテーパー部Ｔ３の端面の間に空隙Ｋが形成されているので、電極先端部２１の熱の芯棒２１２から内部リード２２への伝達が阻害される。
【００１３】
上記のように、本発明の放電ランプは、芯棒２１２および内部リード２２にテーパー部Ｔ１およびＴ３が設けられ、連結部材２３には、テーパー部Ｔ１，Ｔ３を挿入することが可能な貫通穴２３１が設けられ、テーパー部Ｔ１，Ｔ３と連結部材２３の間にそれぞれ緩衝部材２４を設けたことを特徴としている。これによれば、連結部材２３に対して芯棒２１２および内部リード２２を圧入する際に、後述するように芯棒２１２、連結部材２３、内部リード２２の何れかが破損するおそれがない、という利点に加えて以下の（イ）〜（ハ）の効果を奏する。
【００１４】
（イ）
芯棒２１２および内部リード２２にテーパー部Ｔ１およびＴ３を設けることにより、芯棒２１２または内部リード２２の最大外径と、連結部材２３の最大外径と、の差を小さくすることができる。そのため、電極全体を見た場合に、連結部材２３において電極中心軸Ｘと直交する方向に外径が急峻に変化することがない。
電極２は発光管部１１内の発光空間に位置するため、連結部材２３において急峻に外径が変化すると、発光空間内での対流の乱れが発生し、照度の安定性が悪くなることがあり、所望の光学特性を得ることができないという不具合が生じる。しかし、本発明のように、連結部材２３において急峻に外径が変化しないような構成とすれば、発光空間内での対流の乱れが抑制され、照度安定性が高くなって、所望の光学特性を得ることができる。
その一方で、芯棒２１２および内部リード２２にテーパー部Ｔ１，Ｔ３を設けない場合には、連結部材２３で外径が急峻に変化することになるため、発光空間内での対流の乱れが発生し、照度の安定性が悪いものとなって、所望の光学特性を得ることができない。芯棒２１２および内部リード２２にテーパー部Ｔ１，Ｔ３を設けない場合に、連結部材２３において外径が急峻に変化しないようにするには、連結部材２３の厚みを薄くせざるを得ない。しかしながら、連結部材２３の厚みを薄くすると、後述の圧入作業時にかかる負荷に耐え得る機械的強度を確保することができず、圧入時に連結部材２３が破損するおそれがあるため、好ましくない。
なお、テーパー部Ｔ１、Ｔ３の一部分のみを連結部材２３の貫通穴２３１に対して圧入すれば、連結部材２３での外径の変化をさらに小さくすることができる点で好ましい。また、連結部材２３に対し、面取り加工を施して傾斜部２３２を設けることもできる。これによれば、発光空間内での対流の乱れがさらに抑制されるため、好ましい。
（ロ）
本発明の放電ランプは、点灯時に緩衝部材２４を構成するタンタル等の金属箔が拡散結合することで、連結部材２３と芯棒２１２との接続および連結部材２３と内部リード２２の接続が強固なものとなり、電極先端部２１が発光管部１１内に脱落するおそれがない。
（ハ）
緩衝部材２４と芯棒２１２のテーパー部Ｔ１の間、緩衝部材２４と連結部材２３の間、さらには緩衝部２４と内部リード２２のテーパー部Ｔ３の間で、それぞれ接触抵抗が生じるため、電極先端部２１の高温の導電性部材５への伝達が阻害され易くなり、外部リード側集電板５３および外部リード５４の酸化等の不具合の発生を確実に防止できる。
【００１５】
このような基体部２１１、芯棒２１２、連結部材２３、内部リード２２の仕様は、以下のとおりである。
基体部２１１は、最大外径が２５〜４０ｍｍ、全長が４０〜１００ｍｍ、重量が３５０〜２４００ｇである。
芯棒２１２は、最大外径が６〜１０ｍｍ、全長が１０〜５０ｍｍ、重量が５〜７５ｇである。テーパー部Ｔ１は、全長が５〜１５ｍｍ、最小外径が５〜９ｍｍ、連結部材２３への挿入全長が３〜１０ｍｍである。テーパー部Ｔ２は、全長が５〜３０ｍｍ、最小外径が５〜９ｍｍ、基体部２１１への挿入全長が３〜２５ｍｍである。
連結部材２３は、最大外径が１２〜２０ｍｍ、全長が１５〜５０ｍｍ、重量が２６〜２４０ｇである。貫通穴２３は、最大の部位で５．５〜９．８ｍｍ、最小の部位で５．２〜９．２ｍｍである。
内部リード２２は、最大外径が６〜１０ｍｍ、全長が１０〜１００ｍｍ、重量が５〜１５０ｇである。テーパー部Ｔ３は、全長が５〜３０ｍｍ、最小外径が５〜９ｍｍ、連結部材２３への挿入全長が３〜１０ｍｍである。
本発明の放電ランプにおいては、上記のとおり、陽極２を構成する基体部２１１、芯棒２１２、連結部材２３、内部リード２２の重量が、他の放電ランプよりも大きいので、これらの接続は圧入によるのが最適である。圧入以外の方法によって接続した場合には、放電ランプの輸送時などに電極先端部２１が発光管部１１内に脱落するおそれがある。
【００１６】
図２は、本発明の放電ランプの電極を製造する工程を示す図である。
図２（ａ）は、連結部材２３に対し、電極先端部２１および内部リード２２を圧入する工程を示している。電極先端部２１、連結部材２３、内部リード２２の作製は以下のようにして行う。
芯棒２１２の両端を切削加工してテーパー部Ｔ１，Ｔ２を形成する。テーパー部Ｔ２の外周面に、緩衝部材２１４を巻き付け、基体部２１１に設けられた有底孔２１３に対して、緩衝部材２１４が巻き付けられたテーパー部Ｔ２をテーパー部Ｔ２の全てが有底孔２１３に埋設されるよう圧入し、基体部２１１と芯棒２１２を一体化させ、電極先端部２１を作製する。その後、テーパー部Ｔ１の外周面に、緩衝部材２４を巻き付ける。緩衝部材２４は、テーパー部Ｔ１に巻き付けた際に切欠き部２４１が形成されるような寸法に設計されているため、互いに重なることがない。緩衝部材２４を巻き付けた際に切欠き部２４１が形成されるようにしているのは、空間Ｋに存在するガスを切欠き部２４１から容易に放出できるようにしたもので、切欠き部２４１を設けることで圧入工程を大気中で実施できる利点がある。
連結部材２３に対して切削加工を行い、貫通穴２３１を形成する。
内部リード２２の一端に切削加工を行い、テーパー部Ｔ３を形成し、テーパー部Ｔ３の外周面に緩衝部材２４を巻き付ける。緩衝部材２４は、テーパー部Ｔ３に巻き付けた際に切欠き２４１が形成されるような寸法に設計されているため、互いに重なることがない。
そして、図２（ａ）の矢印に示すように、緩衝部材２４が巻き付けられた芯棒２１２のテーパー部Ｔ１の一部が連結部材２３の貫通穴２３１に圧入されるとともに、緩衝部材２４が巻き付けられた内部リード２２のテーパー部Ｔ３の一部が連結部材２３の貫通穴２３１に圧入され、図２（ｂ）に示すように陽極２が完成する。
【００１７】
芯棒２１２のテーパー部Ｔ１および内部リード２２のテーパー部Ｔ３の外周面に緩衝部材２４を巻き付ける理由は、以下のとおりである。すなわち、連結部材２３に対して芯棒２１２および内部リード２２を圧入する際には、荷重が芯棒２１２、連結部材２３、内部リード２２の何れかの部材のある一点に加わることで、これらの部材が割れるおそれがあるところ、緩衝部材２４を設けることにより、緩衝部材２４の延性によって加重が一点に集中することが良好に防止され、これらの部材が破損することがないからである。さらに、圧入による大きな力が加わった状態で点灯すると、陽極２からの熱伝導によって緩衝部材２４は高温となることから、拡散結合による強固な接続を得ることができ、陽極２などの脱落といった不具合を防ぐことができるからである。
【００１８】
なお、陽極２の製造方法は、上記の手順に限られず、以下のようにすることもできる。基体部２１１と芯棒２１２を一体化する前に、連結部材２３の貫通穴２３１に対して、緩衝部材２４が巻き付けられた芯棒２１２のテーパー部Ｔ１および緩衝部材２４が巻き付けられた内部リード２２のテーパー部Ｔ３を圧入し、これら芯棒２１２、連結部材２３、内部リード２２の連結体を作製する。その後、緩衝部材２１４が巻き付けられた芯棒２１２のテーパー部Ｔ２を基体部２１１の有底孔２１３に対して圧入する。
【００１９】
図１に戻り、本発明に係る放電ランプの他の部分を説明する。
内部リード２２は、電極保持用筒体４の貫通孔４１、および電極保持用筒体４に隣接して配置された電極側集電板５１の貫通孔５１１に挿入され、後端がシール用絶縁体６に設けられた有底孔６１に嵌め込まれて固定されている。
導電性部材５は、電極側集電板５１、複数の導電箔５２、外部リード側集電板５３および外部リード５４を備えて構成され、これらの部材は例えばモリブデン製である。
中央部に貫通孔５１１が設けられたリング状の電極側集電板５１は、電極保持用筒体４とシール用絶縁体６との両者間に配置され、貫通孔５１１に内部リード２２が挿入されてロウ付けにより接続され、陽極２（内部リード２２）に電気的に接続されている。
電極側集電板５１の側面には、例えばモリブデンからなる導電箔５２が６枚溶接されている。一端が電極側集電板５１に溶接された６枚の導電箔５２は、互いに接触することなく、シール用絶縁体６の側面に沿って、概ね等間隔で平行に配置され、他端が外部リード側集電板５３に溶接されている。
全体として皿状の外部リード側集電板５３は、中央部に外部リード５４を挿入するための貫通孔５３１が設けられ、シール用絶縁体６と外部リード保持用筒体７との間に配置されている。外部リード側集電板５３は、６枚の導電箔５２に溶接されるとともに、貫通孔５３１に挿入された外部リード５４にロウ付けされ、外部リード５４と電気的に接続されている。
棒状の外部リード５４は、外部リード保持用筒体７の貫通孔７１および外部リード側集電板５３の貫通孔５３１に挿入され、シール用絶縁体６に設けられた有底穴６２に前端が嵌め込まれて固定されている。
外部リード側集電板５３および外部リード５４は、図１に示されるように、外気に曝された構成となっている。
【００２０】
例えば略円柱状の石英ガラスからなるシール用絶縁体６は、封止管部１２内に配置されている。そして、放電ランプ１００は、封止管部１２とシール用絶縁体６の間に導電性部材５のうち６枚の導電箔５２を介在させた状態で、封止管部１２の外側からバーナー等で加熱することにより、封止管部１２およびシール用絶縁体６を構成する材料である石英ガラスが溶融して、気密にシールされる。
【００２１】
外部リード５４の他端には、不図示の給電装置に繋がる給電部材９が電気的に接続されている。給電部材９は、口金８に設けられた給電部８１に嵌め込まれて固定されている。口金８は、内部に接着剤１０を充填することにより、封止管部１２の端部に接着固定されている。以下は図示を省略しているが、放電ランプ１００は、給電部８１に設けられたネジ部を、放電ランプを搭載する露光装置における放電ランプ収納部に螺合することにより、陽極２が露光装置内の給電装置と導通し、陽極２に電流が投入されることになる。陰極側も同様である。
【００２２】
以上のような本発明の放電ランプによれば、連結部材２３と電極先端部２１（芯棒２１２）との接触部分、および連結部材２３と内部リード２２との接触部分に接触抵抗が発生することにより、陽極２から導電性部材５への熱伝導が当該接触部分にて阻害される。このため、放電ランプ１００からの光出力を増加させるため、定格消費電力を増加させたとしても、導電性部材５が過剰に高温状態になることがなく、導電性部材５のうち、外気に曝されている外部リード側集電板５３および外部リード５４が酸化することがなく、故に、これらが熱膨張することがない。従って、外部リード側集電板５３および外部リード５４自身が破損したり、外部リード側集電板５３が配置された箇所に対応する封止管部１２およびシール用絶縁体６において外部リード５４が挿入された箇所が破損する、という不具合が生じることを確実に防止することができる。
【００２３】
ここで、本発明の他の実施形態を図３を用いて説明する。図３は、本発明の放電ランプに係る電極の他の実施形態を示す長手方向の断面図である。陰極側については、図示を省略している。無論、本発明の陰極側への採用を排除しているわけではない。また、陽極を除く他の構造は、図１に示す放電ランプと同じであるため説明は省略する。
電極先端部２５は、内部に形成された密閉空間Ｓ内に伝熱体Ｍが封入された構造である。電極先端部２５は、例えばタングステン等の高融点金属から構成されている。伝熱体Ｍは、タングステンに比べ、熱伝導率の高い材料から構成されている。具体的には、電極先端部２５をタングステンで構成した場合、伝熱体Ｍとして、例えば金、銀、銅、あるいはこれらを主成分とする合金を採用することができる。特に、銀は、２０００Ｋ程度における熱伝導率がタングステンに比して高いことから、伝熱体として特に好ましい。
また、密閉空間Ｓには、電極先端部２５を構成する材料よりも融点の低い材料からなる伝熱体Ｍを封入しても良い。この場合、上記の金、銀、銅に加え、インジウム、錫、亜鉛、鉛を使用することができる。
電極先端部２５は、基体部２５１の後端に連続して連結部２５２が設けられ、基体部２５１内の空間と連結部２５２内の空間とが連通して内部空間Ｓが形成されている。連結部２５２は、連結部材２３側へ向かうにつれて縮径するテーパー部Ｔ４が形成されている。内部リード２２の連結部材２３に接続される部位にテーパー部Ｔ３が形成され、連結部材２３に、テーパー部Ｔ３，Ｔ４に対応する貫通穴２３１が形成され、テーパー部Ｔ３と連結部材２３の間、テーパー部Ｔ４と連結部材２３の間に緩衝部材２４が配置されている点は、図１に示す放電ランプと同じである。
【００２４】
図３に示す放電ランプによれば、伝熱体Ｍとして、金、銀、銅を使用した場合は、陽極２の電極先端部２５内に封入されている伝熱体Ｍの極めて高い熱輸送効果、およびランプ点灯時に溶融して液体状態になった伝熱体Ｍによる対流効果、沸騰伝達効果が期待できるため、電極先端部２５の熱が導電性部材５の方向へと熱伝導し易くなる。伝熱体Ｍとして、インジウム、錫、亜鉛、鉛を使用した場合には、ランプ点灯時に溶融して液体状態になった伝熱体Ｍによる対流効果、沸騰伝達効果により、電極先端部２５の熱が導電性部材５の方向へと熱伝導し易くなる。従って、図５に示すような電極構造である場合には、電極先端部２５の高温の導電性部材５への伝達が促進されて、外部リード側集電板５３および外部リード５４の酸化等の不具合が顕著に生ずることは上記したとおりである。
そこで、図３に示すように、電極先端部２５の内部に形成された密閉空間Ｓに伝熱体Ｍを封入した電極構造を有する放電ランプにおいて、電極先端部２５と内部リード２２とを連結部材２３によって連結することが極めて有効となる。すなわち、電極先端部２５の基体部２５１の熱は伝熱体Ｍによって連結部２５２の方向へ効率良く輸送されるが、連結部２５２と連結部材２３の接触部分および内部リード２２と連結部材２３との接触部分において生じる接触抵抗により、電極先端部２５から導電性部材５への熱伝導が確実に阻害される。このため、上記したような外部リード側集電板５３および外部リード５４の酸化等の不具合の発生を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の放電ランプの実施形態を示す長手方向の断面図である。
【図２】本発明の放電ランプに係る電極を製造する工程を示す図である。
【図３】本発明の放電ランプに係る電極の他の実施形態を示す長手方向の断面図である。
【図４】従来の放電ランプを示す長手方向の断面図である。
【図５】従来の放電ランプを示す長手方向の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ バルブ
１１ 発光管部
１２ 封止管部
２ 陽極
２１ 電極先端部
２１１ 基体部
２１２ 芯棒
２２ 内部リード
２３ 連結部材
２４ 緩衝部材
２４１ 切欠き部
２５ 電極先端部
２５１ 基体部
２５２ 連結部
４ 電極保持用筒体
５ 導電性部材
５１ 電極側集電板
５２ 導電箔
５３ 外部リード側集電板
５４ 外部リード
６ シール用絶縁体
７ 外部リード保持用筒体
８ 口金
８１ 給電部
９ 給電部材
１０ 接着剤
Ｓ 内部空間
Ｍ 伝熱体
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウェハ、液晶基板、カラーフィルタ、プリント基板等の露光用光源として使用する放電ランプに関する。特に発光管内に水銀が封入され、波長３６５ｎｍのｉ線等を放射する、半導体ウェハを露光するための露光装置用の光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電ランプのうち、発光管内に、点灯時の水銀蒸気圧が２０気圧程度となるよう発光物質として水銀が封入されたものを高圧水銀ランプという。このような高圧水銀ランプのうち、電極間距離が２ｍｍ〜２０ｍｍ程度と短いショートアーク型のものは、高輝度が得られるという利点を有することから、リソグラフィー用の露光用光源として従来から利用されている。
【０００３】
図４は、従来の放電ランプの構成を示す断面図である。
放電ランプ１００は、発光管部１１とその両端に連続して形成された封止管部１２とを備えたバルブ１と、発光管部１１内に対向して配置された一対の電極（陽極２および陰極３）と、電極に電気的に接続された導電性部材５と、封止管部１２の内部に配置されたシール用絶縁体６と、電極を支持するための電極保持用筒体４とを備えている。
陽極２は、電極先端部２１と、電極先端部２１に設けられた有底穴に圧入された内部リード２２とから構成されている。陰極３は、電極先端部３１と、電極先端部３１に設けられた有底穴に圧入された内部リード２２とから構成されている。
導電性部材５は、内部リード２２に電気的に接続された１枚の電極側集電板５１と、電極側集電板５１に電気的に接続された複数の導電箔５２と、複数の導電箔５２に電気的に接続された１枚の外部リード側集電板５３と、外部リード側集電板５３に電気的に接続された外部リード５４とから構成されている。外部リード５４は、外部リード保持用筒体７の貫通孔に挿通されて支持され、一端が封止管部１２から導出している。
封止管部１２とシール用絶縁体６とは、両者間に導電性部材５（導電箔５２）を介して気密にシールされている。
導電性の口金８が接着剤１０によって封止管部１２の端部に固着されている。外部リード５４の一端に接続された給電部材９が、口金８に嵌め込まれることによって口金８と導通している。
【０００４】
近年、このような放電ランプは、露光面積の増大や、製造工程におけるスループットの向上が要求されていることから、紫外線（露光に使用する波長３６５ｎｍのｉ線等）の放射量の増大が求められ、例えば５ｋＷ以上と定格消費電力が増大している。
放電ランプの定格消費電力を増大させると、放電ランプを流れる電流は一般的に大きくなる。放電ランプを流れる電流が大きくなると、電極のうち特に陰極３からの電子衝突を受ける陽極２（電極先端部２１）、或いは、陽極に限らず、垂直方向に配置する放電ランプにおいて上側に位置される電極は、容易に昇温して溶融するおそれがあることから、大型化する必要がある。
そして、電極先端部２１を大型化した場合は、重量増加に耐え得る構造とするため、電極先端部２１を支える内部リード２２の径を大きくする必要がある。内部リード２２の径を大きくすると、電極先端部２１から導電性部材５への熱流量が増大し、内部リード側集電板５１、導電箔５２、外部リード側集電板５３、外部リード５４からなる導電性部材５の温度が上昇する。
導電性部材５が高温状態になると、大気に曝されている外部リード側集電板５３および外部リード５４は、酸化が促進されて体積が増加することにより膨張する。そのため、外部リード側集電板５３および外部リード５４自身が破損したり、外部リード側集電板５３が配置された箇所に対応する封止管部１２が破損したり、さらには、シール用絶縁体６において外部リード５４が挿入された箇所が破損する、という不具合が生じることになる。
【特許文献１】特開２０００−３６９５号
【特許文献２】特開２００４−６２４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電極を大型化させた場合に、外部リード側集電板および外部リード自身が破損したり、外部リード側集電板が配置された箇所に対応する封止管部およびシール用絶縁体において外部リードが挿入された箇所が破損する、という不具合が生じることを防止することが可能な放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するために、
発光管部とその両端に連続して形成された封止管部とからなるバルブと、発光管部内で対向して配置された一対の電極と、電極に電気的に接続され、発光管の外部に導出された導電性部材と、封止管部内に配置されたシール用絶縁体とを備え、封止管部とシール用絶縁体とが、両者間に導電性部材を介して気密にシールされた放電ランプにおいて、
（１）前記電極の一方は、他方の電極と対向する電極先端部と、前記導電性部材に電気的に接続された内部リードと、この電極先端部と内部リードに跨って配置され、電極先端部および内部リードに対して接続された連結部材とを備え、
（２）前記電極先端部および前記内部リードには、前記連結部材に接続される側の端部にそれぞれテーパー部が形成され、前記連結部材には、このテーパー部に対応する穴が形成され、
前記電極先端部および前記内部リードは、前記連結部材の内面と各々のテーパー部の外周面の間に緩衝部材が配置されるよう、連結部材に形成された穴に圧入されている、
という特徴を有している。
【０００７】
（１）には以下の技術的意義がある。
図４に示す従来の電極によれば、電極の後端部がストレートな形状を有し、熱伝導が何ら妨げられないことから、電極の熱がスムーズに導電性部材に伝導されることになる。一方、電極を上記（１）の構成にすることにより、図４に示す電極構造と比較して、連結部材と電極先端部との接続部分および連結部材と内部リードとの間に接触抵抗が生じることにより、連結部材と電極先端部の両者が熱的に絶縁され易くなる。そのため、電極から上記導電性部材への熱伝導が阻害され、導電性部材が過剰に高温状態とならず、外部リード側集電板および外部リードが酸化する等の不具合が発生することがない。
（２）には以下の技術的意義がある。
上記のような定格消費電力の大きい放電ランプにおいては、上記のように、電極先端部が点灯時に溶融することがないように大型化しており、これに伴い電極を支える内部リード、さらには、電極先端部および内部リードに跨って接続される連結部材も大型に設計されている。そのため、電極先端部、内部リード、連結部材の重量が相当に大きいことから、これらを接続する方法としては圧入が最適である。そして、上記（２）の構成とすることにより、電極先端部および内部リードを連結部材に設けられた穴に対して圧入する際において、電極先端部、内部リード、連結部材の何れかに対して圧入時の負荷が集中することが緩衝部材によって防止され、電極先端部、内部リード、連結部材の何れも破損することがない。
【０００８】
さらに、本発明は、前記連結部材が前記電極先端部よりも熱伝導率の小さい材料からなることを特徴とする。
そのため、連結部材自身によっても、電極先端部から導電性部材への熱伝導が阻害されることから、外部リード側集電板および外部リードが酸化する等の不具合の発生をさらに確実に防止することができる。
【０００９】
さらに、本発明は、前記電極先端部が、内部に密閉空間が形成された基体部と、この密閉空間内に封入された伝熱体とを備え、この伝熱体は、前記電極先端部を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料または融点が低い材料からなることを特徴とする。これによる技術的意義を、比較例として図５を用いて以下に説明する。
図５は、従来の他の放電ランプを説明するための断面図である。電極を除く構成は図４に示す放電ランプと同じであるため、陽極側のみを示し陰極側を省略している。図５に示す放電ランプ１００は、内部に密閉空間Ｓが形成されたタングステンからなる電極先端部２５と、電極先端部２５を構成するタングステンよりも熱伝導率の高い金属または融点の低い金属からなる伝熱体Ｍと、内部リード２２とを備えて構成される電極２を備えている。この放電ランプ１００によれば、電極先端部２５が高温化した場合に、伝熱体Ｍの高い熱輸送効果によって、導電性部材５の方向へ熱を効果的に輸送することができる。このため、放電ランプ１００の光出力を増加させるために定格消費電力を増加させても、電極先端部２５が溶融することが抑制される。
しかしながら、導電性部材５の方向へ効果的に熱が輸送されるため、図４に示す放電ランプに比べて導電性部材５がさらに高温状態になる。そのため、導電性部材５のうち、大気に曝されている外部リード側集電板５３および外部リード５４の酸化が促進されることにより、上記したような不具合が顕著に生じ易くなる。
そこで、図５に示す電極において、本発明の構成を採用することにより、電極先端部２５から導電性部材５への熱伝導が阻害され、導電性部材５が過剰に高温状態となることが防止され、外部リード側集電板５３および外部リード５４の酸化等の不具合が生じることがない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、導電性部材が過剰に高温状態になることがなく、導電性部材の一部を構成する外部リード側集電板および外部リード自身が酸化することによって破損したり、外部リード側集電板が配置された箇所に対応する封止管部が破損したり、さらには、シール用絶縁体において外部リードが挿入された箇所が破損する、という不具合が生じることを確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の放電ランプの第１の実施形態を示す断面図である。図１（ａ）は、陰極側を省略した長手方向の断面図を示し、図１（ｂ）は、実線部分Ａの拡大図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示すＢ−Ｂ´線で切断した径方向の断面図を示す。図１（ａ）において陰極側は図示を省略しているが、本発明の陰極側への採用を排除しているわけではない。
放電ランプ１００は、バルブ１、陽極２、陰極（不図示）、電極保持用筒体４、導電性部材５、シール用絶縁体６、外部リード保持用筒体７、口金８、給電線９、を備えている。この放電ランプは、通常は、陽極２を上、陰極を下とし、バルブ１の管軸が大地に対して略垂直方向となった状態で点灯される、いわゆる垂直点灯型である。
バルブ１は、略球状の発光管部１１と、発光管部１１の両端に連続して一体的に形成された封止管部１２とを備えている。陽極２は、導電性部材５（電極側集電板５１）に電気的に接続されている。発光管部１１内には、陽極２および陰極が、例えば２ｍｍ〜２０ｍｍ離間した状態で対向して配置されている。発光管部１１内には、点灯時における蒸気圧が１ＭＰａ〜６ＭＰａとなるよう、発光物質としての水銀が３ｍｇ〜５０ｍｇ封入されるとともに、始動用ガスとしてアルゴン等が５０ｋ〜５００ｋＰａ封入されている。不図示の外部電源より電力が供給されると、陽極２と陰極との間でアーク放電することにより、紫外線（例えば、波長３６５ｎｍのｉ線等）を放射する。
【００１２】
以下に、本発明の放電ランプの電極について説明する。
図１（ｂ）に示すように、陽極２は、電極先端部２１と、棒状の内部リード２２と、筒状の連結部材２３とを備え、電極先端部２１（芯棒２１２）と内部リード２２とに跨って配置された連結部材２３が、電極先端部２１（芯棒２１２）と内部リード２２に対して接続された構成である。
電極先端部２１は、陰極からの電子衝突を受けるタングステン製の基体部２１１と、基体部２１１の有底孔２１３に対して圧入されたタングステン製の芯棒２１２とを備えている。芯棒２１２は、後端側に連結部材２３側に向けて徐々に縮径するテーパー部Ｔ１が形成され、前端側に基体部２１１側に向けて徐々に縮径するテーパー部Ｔ２が形成されている。内部リード２２は、例えばタングステン製であり、先端に連結部材２３側に向けて徐々に縮径するテーパー部Ｔ３が形成されている。
図１（ｂ）に示すように、連結部材２３は、中央に貫通穴２３１が設けられ、芯棒２１２のテーパー部Ｔ１および内部リード２２のテーパー部Ｔ３が圧入可能となっている。詳細には、貫通穴２３１は、両端から長手方向中央側に向けて貫通穴が縮径している縮径部分と、この縮径部分に連続する穴径が均一な部分とからなる。なお、連結部材２３には、貫通穴２３１に代えて、テーパー部Ｔ１，Ｔ３を挿入可能な有底穴を形成しても良い。連結部材２３は、例えばタングステンから構成されるが、電極先端部２１を構成するタングステンよりも熱伝導率が小さい材料で構成した場合には、連結部材２３自身によって電極先端部２１の高温の導電性部材５への伝達が阻害されるため、上記した外部リード側集電板５３および外部リード５４の酸化等の不具合の発生を確実に防止することができる。タングステンよりも熱伝導率が小さい材料としては、例えばタンタルを用いることができる。
電極先端部２１の芯棒２１２と連結部材２３の間、および、内部リード２２と連結部材２３の間には、緩衝部材２４が配置されている。緩衝部材２４は、例えば厚みが４０μｍ程度のタンタルからなる金属箔を使用することができる。緩衝部材２４は、図１（ｃ）に示すように、重なり合うことがないよう、切欠き部２４１が形成されている。
そして、後述の図２に示すようにして、連結部材２３の貫通穴２３１に対して、芯棒２１２のテーパー部Ｔ１および内部リード２２のテーパー部Ｔ３が圧入されている。図１に示す例では、テーパー部Ｔ１の端面とテーパー部Ｔ３の端面の間に空隙Ｋが形成されているので、電極先端部２１の熱の芯棒２１２から内部リード２２への伝達が阻害される。
【００１３】
上記のように、本発明の放電ランプは、芯棒２１２および内部リード２２にテーパー部Ｔ１およびＴ３が設けられ、連結部材２３には、テーパー部Ｔ１，Ｔ３を挿入することが可能な貫通穴２３１が設けられ、テーパー部Ｔ１，Ｔ３と連結部材２３の間にそれぞれ緩衝部材２４を設けたことを特徴としている。これによれば、連結部材２３に対して芯棒２１２および内部リード２２を圧入する際に、後述するように芯棒２１２、連結部材２３、内部リード２２の何れかが破損するおそれがない、という利点に加えて以下の（イ）〜（ハ）の効果を奏する。
【００１４】
（イ）
芯棒２１２および内部リード２２にテーパー部Ｔ１およびＴ３を設けることにより、芯棒２１２または内部リード２２の最大外径と、連結部材２３の最大外径と、の差を小さくすることができる。そのため、電極全体を見た場合に、連結部材２３において電極中心軸Ｘと直交する方向に外径が急峻に変化することがない。
電極２は発光管部１１内の発光空間に位置するため、連結部材２３において急峻に外径が変化すると、発光空間内での対流の乱れが発生し、照度の安定性が悪くなることがあり、所望の光学特性を得ることができないという不具合が生じる。しかし、本発明のように、連結部材２３において急峻に外径が変化しないような構成とすれば、発光空間内での対流の乱れが抑制され、照度安定性が高くなって、所望の光学特性を得ることができる。
その一方で、芯棒２１２および内部リード２２にテーパー部Ｔ１，Ｔ３を設けない場合には、連結部材２３で外径が急峻に変化することになるため、発光空間内での対流の乱れが発生し、照度の安定性が悪いものとなって、所望の光学特性を得ることができない。芯棒２１２および内部リード２２にテーパー部Ｔ１，Ｔ３を設けない場合に、連結部材２３において外径が急峻に変化しないようにするには、連結部材２３の厚みを薄くせざるを得ない。しかしながら、連結部材２３の厚みを薄くすると、後述の圧入作業時にかかる負荷に耐え得る機械的強度を確保することができず、圧入時に連結部材２３が破損するおそれがあるため、好ましくない。
なお、テーパー部Ｔ１、Ｔ３の一部分のみを連結部材２３の貫通穴２３１に対して圧入すれば、連結部材２３での外径の変化をさらに小さくすることができる点で好ましい。また、連結部材２３に対し、面取り加工を施して傾斜部２３２を設けることもできる。これによれば、発光空間内での対流の乱れがさらに抑制されるため、好ましい。
（ロ）
本発明の放電ランプは、点灯時に緩衝部材２４を構成するタンタル等の金属箔が拡散結合することで、連結部材２３と芯棒２１２との接続および連結部材２３と内部リード２２の接続が強固なものとなり、電極先端部２１が発光管部１１内に脱落するおそれがない。
（ハ）
緩衝部材２４と芯棒２１２のテーパー部Ｔ１の間、緩衝部材２４と連結部材２３の間、さらには緩衝部２４と内部リード２２のテーパー部Ｔ３の間で、それぞれ接触抵抗が生じるため、電極先端部２１の高温の導電性部材５への伝達が阻害され易くなり、外部リード側集電板５３および外部リード５４の酸化等の不具合の発生を確実に防止できる。
【００１５】
このような基体部２１１、芯棒２１２、連結部材２３、内部リード２２の仕様は、以下のとおりである。
基体部２１１は、最大外径が２５〜４０ｍｍ、全長が４０〜１００ｍｍ、重量が３５０〜２４００ｇである。
芯棒２１２は、最大外径が６〜１０ｍｍ、全長が１０〜５０ｍｍ、重量が５〜７５ｇである。テーパー部Ｔ１は、全長が５〜１５ｍｍ、最小外径が５〜９ｍｍ、連結部材２３への挿入全長が３〜１０ｍｍである。テーパー部Ｔ２は、全長が５〜３０ｍｍ、最小外径が５〜９ｍｍ、基体部２１１への挿入全長が３〜２５ｍｍである。
連結部材２３は、最大外径が１２〜２０ｍｍ、全長が１５〜５０ｍｍ、重量が２６〜２４０ｇである。貫通穴２３は、最大の部位で５．５〜９．８ｍｍ、最小の部位で５．２〜９．２ｍｍである。
内部リード２２は、最大外径が６〜１０ｍｍ、全長が１０〜１００ｍｍ、重量が５〜１５０ｇである。テーパー部Ｔ３は、全長が５〜３０ｍｍ、最小外径が５〜９ｍｍ、連結部材２３への挿入全長が３〜１０ｍｍである。
本発明の放電ランプにおいては、上記のとおり、陽極２を構成する基体部２１１、芯棒２１２、連結部材２３、内部リード２２の重量が、他の放電ランプよりも大きいので、これらの接続は圧入によるのが最適である。圧入以外の方法によって接続した場合には、放電ランプの輸送時などに電極先端部２１が発光管部１１内に脱落するおそれがある。
【００１６】
図２は、本発明の放電ランプの電極を製造する工程を示す図である。
図２（ａ）は、連結部材２３に対し、電極先端部２１および内部リード２２を圧入する工程を示している。電極先端部２１、連結部材２３、内部リード２２の作製は以下のようにして行う。
芯棒２１２の両端を切削加工してテーパー部Ｔ１，Ｔ２を形成する。テーパー部Ｔ２の外周面に、緩衝部材２１４を巻き付け、基体部２１１に設けられた有底孔２１３に対して、緩衝部材２１４が巻き付けられたテーパー部Ｔ２をテーパー部Ｔ２の全てが有底孔２１３に埋設されるよう圧入し、基体部２１１と芯棒２１２を一体化させ、電極先端部２１を作製する。その後、テーパー部Ｔ１の外周面に、緩衝部材２４を巻き付ける。緩衝部材２４は、テーパー部Ｔ１に巻き付けた際に切欠き部２４１が形成されるような寸法に設計されているため、互いに重なることがない。緩衝部材２４を巻き付けた際に切欠き部２４１が形成されるようにしているのは、空間Ｋに存在するガスを切欠き部２４１から容易に放出できるようにしたもので、切欠き部２４１を設けることで圧入工程を大気中で実施できる利点がある。
連結部材２３に対して切削加工を行い、貫通穴２３１を形成する。
内部リード２２の一端に切削加工を行い、テーパー部Ｔ３を形成し、テーパー部Ｔ３の外周面に緩衝部材２４を巻き付ける。緩衝部材２４は、テーパー部Ｔ３に巻き付けた際に切欠き２４１が形成されるような寸法に設計されているため、互いに重なることがない。
そして、図２（ａ）の矢印に示すように、緩衝部材２４が巻き付けられた芯棒２１２のテーパー部Ｔ１の一部が連結部材２３の貫通穴２３１に圧入されるとともに、緩衝部材２４が巻き付けられた内部リード２２のテーパー部Ｔ３の一部が連結部材２３の貫通穴２３１に圧入され、図２（ｂ）に示すように陽極２が完成する。
【００１７】
芯棒２１２のテーパー部Ｔ１および内部リード２２のテーパー部Ｔ３の外周面に緩衝部材２４を巻き付ける理由は、以下のとおりである。すなわち、連結部材２３に対して芯棒２１２および内部リード２２を圧入する際には、荷重が芯棒２１２、連結部材２３、内部リード２２の何れかの部材のある一点に加わることで、これらの部材が割れるおそれがあるところ、緩衝部材２４を設けることにより、緩衝部材２４の延性によって加重が一点に集中することが良好に防止され、これらの部材が破損することがないからである。さらに、圧入による大きな力が加わった状態で点灯すると、陽極２からの熱伝導によって緩衝部材２４は高温となることから、拡散結合による強固な接続を得ることができ、陽極２などの脱落といった不具合を防ぐことができるからである。
【００１８】
なお、陽極２の製造方法は、上記の手順に限られず、以下のようにすることもできる。基体部２１１と芯棒２１２を一体化する前に、連結部材２３の貫通穴２３１に対して、緩衝部材２４が巻き付けられた芯棒２１２のテーパー部Ｔ１および緩衝部材２４が巻き付けられた内部リード２２のテーパー部Ｔ３を圧入し、これら芯棒２１２、連結部材２３、内部リード２２の連結体を作製する。その後、緩衝部材２１４が巻き付けられた芯棒２１２のテーパー部Ｔ２を基体部２１１の有底孔２１３に対して圧入する。
【００１９】
図１に戻り、本発明に係る放電ランプの他の部分を説明する。
内部リード２２は、電極保持用筒体４の貫通孔４１、および電極保持用筒体４に隣接して配置された電極側集電板５１の貫通孔５１１に挿入され、後端がシール用絶縁体６に設けられた有底孔６１に嵌め込まれて固定されている。
導電性部材５は、電極側集電板５１、複数の導電箔５２、外部リード側集電板５３および外部リード５４を備えて構成され、これらの部材は例えばモリブデン製である。
中央部に貫通孔５１１が設けられたリング状の電極側集電板５１は、電極保持用筒体４とシール用絶縁体６との両者間に配置され、貫通孔５１１に内部リード２２が挿入されてロウ付けにより接続され、陽極２（内部リード２２）に電気的に接続されている。
電極側集電板５１の側面には、例えばモリブデンからなる導電箔５２が６枚溶接されている。一端が電極側集電板５１に溶接された６枚の導電箔５２は、互いに接触することなく、シール用絶縁体６の側面に沿って、概ね等間隔で平行に配置され、他端が外部リード側集電板５３に溶接されている。
全体として皿状の外部リード側集電板５３は、中央部に外部リード５４を挿入するための貫通孔５３１が設けられ、シール用絶縁体６と外部リード保持用筒体７との間に配置されている。外部リード側集電板５３は、６枚の導電箔５２に溶接されるとともに、貫通孔５３１に挿入された外部リード５４にロウ付けされ、外部リード５４と電気的に接続されている。
棒状の外部リード５４は、外部リード保持用筒体７の貫通孔７１および外部リード側集電板５３の貫通孔５３１に挿入され、シール用絶縁体６に設けられた有底穴６２に前端が嵌め込まれて固定されている。
外部リード側集電板５３および外部リード５４は、図１に示されるように、外気に曝された構成となっている。
【００２０】
例えば略円柱状の石英ガラスからなるシール用絶縁体６は、封止管部１２内に配置されている。そして、放電ランプ１００は、封止管部１２とシール用絶縁体６の間に導電性部材５のうち６枚の導電箔５２を介在させた状態で、封止管部１２の外側からバーナー等で加熱することにより、封止管部１２およびシール用絶縁体６を構成する材料である石英ガラスが溶融して、気密にシールされる。
【００２１】
外部リード５４の他端には、不図示の給電装置に繋がる給電部材９が電気的に接続されている。給電部材９は、口金８に設けられた給電部８１に嵌め込まれて固定されている。口金８は、内部に接着剤１０を充填することにより、封止管部１２の端部に接着固定されている。以下は図示を省略しているが、放電ランプ１００は、給電部８１に設けられたネジ部を、放電ランプを搭載する露光装置における放電ランプ収納部に螺合することにより、陽極２が露光装置内の給電装置と導通し、陽極２に電流が投入されることになる。陰極側も同様である。
【００２２】
以上のような本発明の放電ランプによれば、連結部材２３と電極先端部２１（芯棒２１２）との接触部分、および連結部材２３と内部リード２２との接触部分に接触抵抗が発生することにより、陽極２から導電性部材５への熱伝導が当該接触部分にて阻害される。このため、放電ランプ１００からの光出力を増加させるため、定格消費電力を増加させたとしても、導電性部材５が過剰に高温状態になることがなく、導電性部材５のうち、外気に曝されている外部リード側集電板５３および外部リード５４が酸化することがなく、故に、これらが熱膨張することがない。従って、外部リード側集電板５３および外部リード５４自身が破損したり、外部リード側集電板５３が配置された箇所に対応する封止管部１２およびシール用絶縁体６において外部リード５４が挿入された箇所が破損する、という不具合が生じることを確実に防止することができる。
【００２３】
ここで、本発明の他の実施形態を図３を用いて説明する。図３は、本発明の放電ランプに係る電極の他の実施形態を示す長手方向の断面図である。陰極側については、図示を省略している。無論、本発明の陰極側への採用を排除しているわけではない。また、陽極を除く他の構造は、図１に示す放電ランプと同じであるため説明は省略する。
電極先端部２５は、内部に形成された密閉空間Ｓ内に伝熱体Ｍが封入された構造である。電極先端部２５は、例えばタングステン等の高融点金属から構成されている。伝熱体Ｍは、タングステンに比べ、熱伝導率の高い材料から構成されている。具体的には、電極先端部２５をタングステンで構成した場合、伝熱体Ｍとして、例えば金、銀、銅、あるいはこれらを主成分とする合金を採用することができる。特に、銀は、２０００Ｋ程度における熱伝導率がタングステンに比して高いことから、伝熱体として特に好ましい。
また、密閉空間Ｓには、電極先端部２５を構成する材料よりも融点の低い材料からなる伝熱体Ｍを封入しても良い。この場合、上記の金、銀、銅に加え、インジウム、錫、亜鉛、鉛を使用することができる。
電極先端部２５は、基体部２５１の後端に連続して連結部２５２が設けられ、基体部２５１内の空間と連結部２５２内の空間とが連通して内部空間Ｓが形成されている。連結部２５２は、連結部材２３側へ向かうにつれて縮径するテーパー部Ｔ４が形成されている。内部リード２２の連結部材２３に接続される部位にテーパー部Ｔ３が形成され、連結部材２３に、テーパー部Ｔ３，Ｔ４に対応する貫通穴２３１が形成され、テーパー部Ｔ３と連結部材２３の間、テーパー部Ｔ４と連結部材２３の間に緩衝部材２４が配置されている点は、図１に示す放電ランプと同じである。
【００２４】
図３に示す放電ランプによれば、伝熱体Ｍとして、金、銀、銅を使用した場合は、陽極２の電極先端部２５内に封入されている伝熱体Ｍの極めて高い熱輸送効果、およびランプ点灯時に溶融して液体状態になった伝熱体Ｍによる対流効果、沸騰伝達効果が期待できるため、電極先端部２５の熱が導電性部材５の方向へと熱伝導し易くなる。伝熱体Ｍとして、インジウム、錫、亜鉛、鉛を使用した場合には、ランプ点灯時に溶融して液体状態になった伝熱体Ｍによる対流効果、沸騰伝達効果により、電極先端部２５の熱が導電性部材５の方向へと熱伝導し易くなる。従って、図５に示すような電極構造である場合には、電極先端部２５の高温の導電性部材５への伝達が促進されて、外部リード側集電板５３および外部リード５４の酸化等の不具合が顕著に生ずることは上記したとおりである。
そこで、図３に示すように、電極先端部２５の内部に形成された密閉空間Ｓに伝熱体Ｍを封入した電極構造を有する放電ランプにおいて、電極先端部２５と内部リード２２とを連結部材２３によって連結することが極めて有効となる。すなわち、電極先端部２５の基体部２５１の熱は伝熱体Ｍによって連結部２５２の方向へ効率良く輸送されるが、連結部２５２と連結部材２３の接触部分および内部リード２２と連結部材２３との接触部分において生じる接触抵抗により、電極先端部２５から導電性部材５への熱伝導が確実に阻害される。このため、上記したような外部リード側集電板５３および外部リード５４の酸化等の不具合の発生を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の放電ランプの実施形態を示す長手方向の断面図である。
【図２】本発明の放電ランプに係る電極を製造する工程を示す図である。
【図３】本発明の放電ランプに係る電極の他の実施形態を示す長手方向の断面図である。
【図４】従来の放電ランプを示す長手方向の断面図である。
【図５】従来の放電ランプを示す長手方向の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ バルブ
１１ 発光管部
１２ 封止管部
２ 陽極
２１ 電極先端部
２１１ 基体部
２１２ 芯棒
２２ 内部リード
２３ 連結部材
２４ 緩衝部材
２４１ 切欠き部
２５ 電極先端部
２５１ 基体部
２５２ 連結部
４ 電極保持用筒体
５ 導電性部材
５１ 電極側集電板
５２ 導電箔
５３ 外部リード側集電板
５４ 外部リード
６ シール用絶縁体
７ 外部リード保持用筒体
８ 口金
８１ 給電部
９ 給電部材
１０ 接着剤
Ｓ 内部空間
Ｍ 伝熱体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管部とその両端に連続して形成された封止管部とからなるバルブと、発光管部内で対向して配置された一対の電極と、電極に電気的に接続され、発光管の外部に導出された導電性部材と、封止管部内に配置されたシール用絶縁体とを備え、封止管部とシール用絶縁体とが、両者間に導電性部材を介して気密にシールされた放電ランプにおいて、
前記電極の一方は、他方の電極と対向する電極先端部と、前記導電性部材に電気的に接続された内部リードと、この電極先端部と内部リードに跨って配置され、電極先端部および内部リードに対して接続された連結部材とを備え、
前記電極先端部および前記内部リードには、前記連結部材に接続される側の端部にそれぞれテーパー部が形成され、前記連結部材には、このテーパー部に対応する穴が形成され、
前記電極先端部および前記内部リードは、前記連結部材の内面と各々のテーパー部の外周面の間に緩衝部材が配置されるよう、連結部材に形成された穴に圧入されていることを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
前記連結部材が、前記電極先端部よりも熱伝導率の小さい材料からなることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項３】
前記電極先端部は、内部に形成された密閉空間内に伝熱体が封入され、
この伝熱体は、前記電極先端部を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料または融点が低い材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電ランプ。
【請求項１】
発光管部とその両端に連続して形成された封止管部とからなるバルブと、発光管部内で対向して配置された一対の電極と、電極に電気的に接続され、発光管の外部に導出された導電性部材と、封止管部内に配置されたシール用絶縁体とを備え、封止管部とシール用絶縁体とが、両者間に導電性部材を介して気密にシールされた放電ランプにおいて、
前記電極の一方は、他方の電極と対向する電極先端部と、前記導電性部材に電気的に接続された内部リードと、この電極先端部と内部リードに跨って配置され、電極先端部および内部リードに対して接続された連結部材とを備え、
前記電極先端部および前記内部リードには、前記連結部材に接続される側の端部にそれぞれテーパー部が形成され、前記連結部材には、このテーパー部に対応する穴が形成され、
前記電極先端部および前記内部リードは、前記連結部材の内面と各々のテーパー部の外周面の間に緩衝部材が配置されるよう、連結部材に形成された穴に圧入されていることを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
前記連結部材が、前記電極先端部よりも熱伝導率の小さい材料からなることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項３】
前記電極先端部は、内部に形成された密閉空間内に伝熱体が封入され、
この伝熱体は、前記電極先端部を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料または融点が低い材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電ランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２４２４６９（Ｐ２００７−２４２４６９Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６４４８１（Ｐ２００６−６４４８１）
【出願日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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