專利名稱：放電燈及其電極的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生紫外線的放電燈，尤其涉及電極的溫度上升得 少的放電燈及其電極的制造方法。
背景技術(shù)：
作為形成半導(dǎo)體的布線圖案時的光源， 一般使用產(chǎn)生紫外線的短弧 型放電燈等。該放電燈在使陽極垂直向上或向下的狀態(tài)下點亮。點燈狀 態(tài)下的陽極與來自陰極的電子碰撞而成為高溫，并蒸發(fā)消耗掉。從電極 蒸發(fā)出的粒子通過熱對流而被搬運，并附著在放電燈的內(nèi)壁上，所以從 發(fā)光管中央部起上部側(cè)的內(nèi)管壁黑化。放電燈的電極具有陰極和陽極， 而在下面的說明中，只將它們總稱為電極。如果能夠抑制短弧型放電燈點亮時的陽極成為高溫，就能夠減少電 極構(gòu)成物質(zhì)從陽極前端部的蒸發(fā)，能夠緩和電極前端的磨損和熱變形等， 從而能夠延長燈的使用壽命。因此，若增加通過輻射從電極所放出的熱 量即可。具體而言，通過在電極的側(cè)面上形成V字形散熱槽來增加陽極的表面積，從而增加來自電極的熱放射以降低電極溫度。圖4 (a)是利用激光的加熱而形成V字形散熱槽的現(xiàn)有方法的示意 圖。V字形散熱槽60是在陽極的主體面上制作出的散熱用槽。激光45 示意表示激光照射的方向和位置。激光照射面46是激光照射在電極上的 面。熔融蒸發(fā)層61是處于電極材料因激光照射產(chǎn)生的熱而瞬間熔融并貯 存、并從該處蒸發(fā)的狀態(tài)下的層。由于所照射的激光的單位面積的功率 (W/cm2)大，還由于激光照射面的電極材料的溫度會局部迅速上升并瞬 間熔融、蒸發(fā)，因此熔融蒸發(fā)層61變小，V字形散熱槽的側(cè)面64大致 平坦。即，在利用激光進行加熱來形成V字形散熱槽的現(xiàn)有方法中，是 使電極材料瞬間熔融并蒸發(fā)。下面，列舉幾個與此相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的例子。
如圖4 (b)所示，專利文獻l所公開的"稀有氣體密封高壓放電燈 用的陽極"是在外周面上設(shè)有深度1 3mm的冷卻槽的鉤陽極。冷卻槽 的側(cè)面間的角度是卯° 。陽極外周面是高散熱性的燒結(jié)金屬層。如圖4 (c)所示，專利文獻2所公開的"放電燈陽極"是沿側(cè)周面切入有與軸 向平行的槽的圓柱狀鎢棒的電極。槽的深度是圓柱直徑的1 7%。槽的 角度是60 90° 。如圖4 (d)所示，專利文獻3所公開的"漁業(yè)用放電 燈"具有主體部上設(shè)有深度比寬度大的槽的陽極。槽的深度是6mm，寬 度是3mm。前端面和后端面的直徑是12mm，主體部的外徑是30mm， 整個陽極的長度是40mm。如圖4 (e)所示，專利文獻4所公開的"短 弧放電燈"具有在周面刻有前端側(cè)變淺而基端側(cè)變深的多個槽的陽極。 如圖4 (f)所示，專利文獻5所公開的"短弧型高壓放電燈"具有在側(cè) 面形成有槽部的電極。槽部的深度在電極直徑的12%以內(nèi)。槽部的深度 D是槽部的間距P的兩倍以上。在專利文獻6、 7中公開有半導(dǎo)體的激光 加工技術(shù)。在非專利文獻l、 2中記載有與激光加工的基礎(chǔ)和應(yīng)用相關(guān)的 各種技術(shù)。
專利文獻l:日本特公昭39-011128號公報 專利文獻2:日本實開昭54-132975號公報 專利文獻3:日本實開昭60-048663號公報 專利文獻4:日本實開昭60-110973號公報 專利文獻5:日本特開2002-117806號公報 專利文獻6:日本特開昭63-278368號公報
專利文獻7:日本專利第2810435號公報(日本特開平01-225928號 公報)
非專利文獻1:激光協(xié)會編集《激光應(yīng)用技術(shù)手冊》(朝倉書店， 1984年發(fā)行)
非專利文獻2:川澄博通編《激光加工技術(shù)》(CMC， 2001年發(fā)行)
但是，在使用具有現(xiàn)有v字形散熱槽的電極的放電燈的結(jié)構(gòu)中存在
以下問題。在現(xiàn)有的方法中，通過使激光照射面的電極材料的局部溫度迅速地上升而使其瞬間熔融、蒸發(fā)，從而沿電極表面的圓周方向掘入V 字形散熱槽。在將多個深V字形散熱槽細密地排列多排進行制作的情況 下，電極的激光照射區(qū)域以外的部分也成為高溫狀態(tài)。加工其他槽的熱 會使已加工完畢的V字形散熱槽變形。為了防止該變形，需要一邊冷卻 電極， 一邊進行槽的加工。具體而言，需要不連續(xù)地進行激光照射，在 時間上隔開間隔，分成多次反復(fù)地進行激光照射。因此，電極的散熱結(jié) 構(gòu)的生產(chǎn)效率顯著惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有問題，通過抑制放電燈的電極的溫 度上升來減少放電燈的內(nèi)管壁的黑化，從而延長放電燈的壽命。還能夠 容易地制作電極的散熱結(jié)構(gòu)。
為了解決上述課題，在本發(fā)明中，放電燈的放電容器內(nèi)部具有電極， 該電極在表面形成有散熱結(jié)構(gòu)，該放電燈的散熱結(jié)構(gòu)由塊部和坑部構(gòu)成， 所述塊部和坑部是通過使構(gòu)成電極的材料熔融并移動而形成的。散熱結(jié) 構(gòu)是散熱槽或者散熱孔。設(shè)置有散熱結(jié)構(gòu)的部分的電極外徑小于未設(shè)置 有散熱結(jié)構(gòu)的部分的電極外徑。
另外，電極的制造方法是這樣的方法對放電燈用的電極的表面照 射激光，使構(gòu)成電極的材料熔融并移動，以此在電極的表面上形成由塊 部和坑部構(gòu)成的凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)。具有散熱結(jié)構(gòu)的電極的重量與形成散 熱結(jié)構(gòu)之前的電極的重量大致相等。在形成散熱結(jié)構(gòu)后，在使散熱結(jié)構(gòu) 的凹凸形狀不消失的限度下對整個散熱結(jié)構(gòu)照射激光進行再加熱，使散 熱結(jié)構(gòu)的表面熔融并平滑化?；蛘撸秒娊鈷伖馐股峤Y(jié)構(gòu)的表面平 滑化。
通過構(gòu)成為上述那樣，從而與由現(xiàn)有v字形散熱槽那樣平坦的側(cè)面
構(gòu)成的散熱結(jié)構(gòu)相比，能夠增加表面積，所以能夠抑制陽極的溫度上升， 使放電燈的使用壽命比現(xiàn)有的放電燈要長。另外，散熱結(jié)構(gòu)的制作也變 得容易。


圖1是本發(fā)明的實施例中的放電燈的外觀圖。
圖2是本發(fā)明的實施例中的放電燈所使用的具有凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)的 陽極的放大圖。
圖3是用于說明本發(fā)明的實施例中的放電燈所使用的陽極的凹凸狀
散熱結(jié)構(gòu)的制作方法的圖和示出與現(xiàn)有例進行比較的表。
圖4是用于說明現(xiàn)有V字形散熱槽的制作方法的圖和示出現(xiàn)有的帶 散熱槽的陽極的例子的圖。 標號說明 1:陽極； 2:陰極； 3:內(nèi)部導(dǎo)棒； 4:金屬箔； 5:密封管部； 7:外部導(dǎo)棒； 9:發(fā)光部； 10:燈泡部； 20:燈頭； 30:主體面； 31:前端面； 32:前端側(cè)錐面； 33:背面?zhèn)儒F面； 34:背面； 35:小徑面； 36:大徑面； 37:電極孔；
40、 50:凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)；
41、 61:熔融蒸發(fā)層； 42:塊部；43:坑部； 46:激光照射面； 52:平滑后的塊部； 53:平滑后的坑部；
60: V字形散熱槽； 64:散熱槽側(cè)面。
具體實施例方式
下面，參照圖1 圖3對用于實施本發(fā)明的最佳方式進行詳細說明。 (實施例)
本發(fā)明的實施例是使用形成了在表面具有塊部和坑部的凹凸狀散熱 結(jié)構(gòu)的電極的放電燈。
圖1是使用具有本發(fā)明的實施例中的凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)的陽極的放電 燈的外觀圖。在圖1中，陽極1是正側(cè)的電極。陰極2是負側(cè)的電極。
內(nèi)部導(dǎo)棒3是支撐電極進行供電的部件。金屬箔4是電連接內(nèi)部導(dǎo)棒和 外部導(dǎo)棒的部件。密封管部5是氣密地密封燈泡的部分。外部導(dǎo)棒7是 從燈頭經(jīng)由金屬箔向電極供電的部件。發(fā)光部9是通過電極間的放電而 發(fā)光的部分。燈泡部10是將電極密封而形成放電空間的玻璃部件。燈頭 20是用于機械地保持燈并進行供電的部件。散熱結(jié)構(gòu)40是設(shè)在圓柱狀側(cè) 面上、用于對電極進行冷卻的結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，放電燈包括由發(fā)光部9和兩個密封管部5構(gòu)成的燈
泡部10;在發(fā)光部9中對置配置的陽極1和陰極2;支撐這些陽極1和 陰極2并且進行通電的內(nèi)部導(dǎo)棒3;外部導(dǎo)棒7;以及通過導(dǎo)電性的金屬
箔4將該內(nèi)部導(dǎo)棒3和外部導(dǎo)棒7連接起來并氣密地密封的密封管部5。 另外，在陽極側(cè)的密封管部5上固定有燈頭20，而在另一側(cè)即陰極側(cè)的 密封管部5上也固定有燈頭20。放電燈經(jīng)由燈頭20被固定在光源裝置上。
圖2是具有本發(fā)明的實施例中的凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)的陽極的放大圖。 圖2 (A)是陽極的外觀圖。圖2 (B)是沿圖2 (A)中的B-B線的剖面 圖。圖2 (C)是凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)體的剖面的局部放大圖。圖2 (D)是平滑加工后的凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)體的剖面的局部放大圖。在圖2 (A)、 (B) 中，前端面31是在與陰極之間進行放電的面。前端面31是圓柱狀電極 的上表面，其經(jīng)由前端側(cè)錐面32與主體面30連接。主體面30是圓柱狀 電極的圓周側(cè)面，其經(jīng)由背面?zhèn)儒F面33與背面34連接。小徑面35是主 體面30中的直徑較細部分的圓周側(cè)面。大徑面36是主體面30中的直徑 較粗部分的圓周側(cè)面。凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)40是至少設(shè)在主體面30的一部 分上的散熱結(jié)構(gòu)。背面34是圓柱狀電極的底面。電極孔37是供內(nèi)部導(dǎo) 棒嵌入的孔。外徑Dl是設(shè)在陽極1的主體面上的小徑面的外徑。外徑 D2是設(shè)在陽極1的主體面的小徑面上的凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)上的最大外徑。 外徑D3是設(shè)在陽極1的主體面上的大徑面的外徑。
如圖2 (A)、 (B)所示，陽極1大致為圓柱狀，其表面由前端面31、 前端側(cè)錐面32、主體面30、背面?zhèn)儒F面33、背面34構(gòu)成。主體面30由 小徑面35和大徑面36構(gòu)成，在小徑面35上設(shè)有凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)40。將 內(nèi)部導(dǎo)棒3嵌入到設(shè)在陽極1的背面34上的電極孔37中，從而陽極1 被保持在放電空間中。凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)40是表面積大的部分，所以燈點 亮時會高效地放射出陽極1的熱。
在圖2 (C)中，塊部42是電極材料的塊?？硬?3是多個塊部之間 的空間。如圖2 (C)所示，凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)40是具有由多個塊部42和 坑部43構(gòu)成的凹凸狀表面的槽。塊部42是通過照射激光而熔融的電極 材料移動的部分，因此有時會在不穩(wěn)定的狀態(tài)下貼附在散熱結(jié)構(gòu)上。當 在這種狀態(tài)下將塊部42用于放電燈的電極時，塊部42會從電極材料脫 落而被投放到放電空間中，成為放電燈黑化的原因，有時會導(dǎo)致燈短壽 命。
在圖2 (D)中，凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)50、塊部52、坑部53分別是對圖 2 (C)的散熱結(jié)構(gòu)40、塊部42、坑部43進行平滑化加工后的狀態(tài)的部 分。如圖2 (D)所示，凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)50也具有由多個塊部52和坑部 53構(gòu)成的凹凸狀表面。但是，由于實施了平滑化加工，所以與圖2 (C) 的狀態(tài)相比，散熱結(jié)構(gòu)的表面變得圓滑。即使是平滑化以后的凹凸狀表 面的表面積也比平坦情況下的表面積大。制作由塊部和坑部構(gòu)成的凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)的方法由第一工序的凹凸 化工序和第二工序的平滑化工序構(gòu)成。關(guān)于激光加工的基本技術(shù)已周知，
所以省略詳細說明，但是必要時可參照專利文獻6、 7和非專利文獻1、 2 等。首先，對第一工序的凹凸化工序進行說明。圖3 (a)是通過利用激 光進行的加熱來形成凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)的凹凸化工序的示意圖。在圖3 (a) 中，凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)40是根據(jù)凹凸化工序在陽極1的主體面上制作出的 散熱結(jié)構(gòu)。熔融蒸發(fā)層41是電極材料因激光的熱而熔融并蒸發(fā)的狀態(tài)的 層。熔融蒸發(fā)層41的體積變得比圖4 (a)所示的現(xiàn)有方法的熔融蒸發(fā)層 61的體積大。與現(xiàn)有例的比較在圖3 (b)的表中示出。
在現(xiàn)有的方法中，通過增加激光功率的面積密度而使電極材料瞬間 熔融、蒸發(fā)，從而掘入表面平坦的散熱結(jié)構(gòu)。相對于此，在本實施例中， 減小激光功率的面積密度來緩慢地加熱。在電極材料成為高溫并蒸發(fā)之 前，熱會向照射面46之外傳遞。由于電極材料在激光照射面46以外的 廣闊區(qū)域中熔融，所以電極材料的熔融量大于蒸發(fā)量。熔融蒸發(fā)層41的 體積也比現(xiàn)有方法中的熔融蒸發(fā)層61的體積大。其結(jié)果是，熔融的電極 材料從高溫部即熔融蒸發(fā)層41向低溫部即散熱結(jié)構(gòu)40的側(cè)面和電極的 小徑面上移動，從而形成電極材料的塊狀的塊部42。
另外，在多個塊部42之間形成有坑部43。當激光照射面46的電極 材料因蒸發(fā)和熔融而消失時，激光照射面46沿電極的徑向進入。由于在 此期間熱也向電極的徑向傳遞，所以電極徑向的更深部分的電極材料也 熔融。因此，熔融蒸發(fā)層41向電極徑向的更深部分移動。如上所述那樣， 通過反復(fù)進行電極材料的熔融和移動來掘入凹凸狀散熱槽。即，利用激 光進行的加熱而形成散熱結(jié)構(gòu)的凹凸化工序是使電極材料熔融并移動、 從而在電極的表面形成塊部和坑部的工序。
熔融后的電極材料進行移動的理由如下。由激光的照射能量引起的 電極材料及其周圍氣體的熱膨脹、熔融的電極材料的表面張力使電極產(chǎn) 生變形。電極材料熔融并聚集起來的部分成為塊部，多個塊部之間的部 分成為坑部。在現(xiàn)有的方法中，由于冷卻電極的同時掘入散熱槽，因此 散熱槽的掘入速度受到限制。但是，電極整體處于高溫狀態(tài)，這有利于增大熔融蒸發(fā)層41的體積，所以在本實施例中不進行冷卻。由于不對電
極進行冷卻，所以即使利用弱激光也能夠使電極的制作速度比現(xiàn)有方法 的快。
接下來，對第二工序的平滑化工序進行說明。在散熱結(jié)構(gòu)形成后的 平滑化工序中，以不至于使散熱結(jié)構(gòu)的凹凸形狀消失的程度對散熱結(jié)構(gòu) 進行激光照射，從而再次對散熱結(jié)構(gòu)的表面進行加熱使其熔融并平滑化。
即，使由塊部42和坑部43構(gòu)成的散熱結(jié)構(gòu)40的表面稍微熔融，并借助 于表面張力使表面平滑化。當凹凸狀散熱槽過于平滑時，散熱結(jié)構(gòu)的表 面積不會增加太多，所以根據(jù)電極材料等將激光功率的面積密度和處理 時間設(shè)定為適當?shù)闹?，以便形成適度的凹凸。
可以使激光功率的面積密度大于凹凸化工序中的值，從而在短時間 內(nèi)進行平滑化，也可以使激光功率的面積密度小于凹凸化程序中的值， 從而緩慢地進行平滑化。為了增大激光的照射能量的面積密度，要提高 激光的輸出，或者減慢激光的掃描速度，或者縮小激光束。為了減小激 光的照射能量的面積密度，要降低激光的輸出，或者加快激光的掃描速 度，或者擴大激光束。除了利用激光實現(xiàn)平滑化之外，也可以利用電解 拋光或真空中的高溫熱處理進行平滑化。
這樣，當制作由塊部42和坑部43構(gòu)成的凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)時，熔融 后的電極材料也在陽極1的小徑面上移動，因此凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)的最大 外徑D2變得大于設(shè)置散熱結(jié)構(gòu)之前的小徑面的外徑Dl。電極的表面積 變得大于利用現(xiàn)有方法制作出的V字形散熱槽的表面積。由于散熱結(jié)構(gòu) 的表面是凹凸狀的，因此在將電極從密封管部插入到發(fā)光部內(nèi)時，有時 會損傷放電燈的密封管和發(fā)光管的內(nèi)表面，或者使凸狀的塊部剝落。損 傷發(fā)光管的內(nèi)表面成為破裂的原因。塊部剝落而被投放到放電空間成為 黑化等的原因。因此，設(shè)置具有比凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)的外徑D2大的外徑 D3的大徑面36。艮卩，使陽極的主體面的直徑為D3〉D2〉D1。這樣，在將 電極從密封管插入到發(fā)光管內(nèi)時，可以使密封管和凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)不摩 擦。
在該散熱結(jié)構(gòu)的制作方法中，與電極材料的蒸發(fā)相比，電極材料在電極表面上的移動更起到?jīng)Q定作用，所以電極的重量與形成散熱結(jié)構(gòu)之 前大致相等。因此，與借助蒸發(fā)使電極材料飛散的現(xiàn)有的散熱結(jié)構(gòu)的制 作方法相比，能夠有效地使用電極材料。在本實施例中，說明了沿電極 的圓周方向形成槽的例子，但也可以沿電極的軸向設(shè)置同樣的散熱結(jié)構(gòu) 的槽。散熱結(jié)構(gòu)也可以不是散熱槽而是散熱孔。另外，說明了陽極的例 子，但在陰極的主體部上設(shè)置散熱結(jié)構(gòu)也能夠獲得同樣的效果。
如上所述，在本發(fā)明的實施例中，由于放電燈構(gòu)成為使用形成了在 表面具有塊部和坑部的凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)的電極，所以可抑制陽極的溫度 上升來延長放電燈的壽命。
本發(fā)明的放電燈最適合作為產(chǎn)生紫外線用的短弧放電燈。具有該散 熱結(jié)構(gòu)的電極也適用于其他光源用燈。
權(quán)利要求
1.一種放電燈，該放電燈的放電容器內(nèi)部具有電極，該電極在表面形成有散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述散熱結(jié)構(gòu)由塊部和坑部構(gòu)成，上述塊部和坑部是通過使構(gòu)成上述電極的材料熔融并移動而形成的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的放電燈，其特征在于， 上述散熱結(jié)構(gòu)是散熱槽或者散熱孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的放電燈，其特征在于， 設(shè)置有上述散熱結(jié)構(gòu)的部分的電極外徑小于未設(shè)置有上述散熱結(jié)構(gòu)的部分的電極外徑。
4. 一種電極制造方法，其特征在于，對放電燈用的電極的表面照射激光，使構(gòu)成上述電極的材料熔融并 移動，以此在上述電極的表面形成由塊部和坑部構(gòu)成的凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電極制造方法，其特征在于， 具有上述散熱結(jié)構(gòu)的電極重量與形成上述散熱結(jié)構(gòu)之前的電極重量大致相等。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電極制造方法，其特征在于， 在形成上述散熱結(jié)構(gòu)后，在使上述散熱結(jié)構(gòu)的凹凸形狀不消失的限度下對整個上述散熱結(jié)構(gòu)照射激光來進行再加熱，使上述散熱結(jié)構(gòu)的表面熔融而平滑化。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電極制造方法，其特征在于，利用電解拋光使上述散熱結(jié)構(gòu)的表面平滑化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種放電燈，通過抑制放電燈的電極的溫度上升來延長使用壽命。對放電燈所使用的電極(陽極(1))的表面進行激光照射，使構(gòu)成電極的材料熔融并移動，從而在電極的表面形成由塊部和坑部構(gòu)成的凹凸狀散熱結(jié)構(gòu)。利用激光照射的再加熱進行熔融或者通過電解拋光，在不使凹凸結(jié)構(gòu)消失的限度下將散熱結(jié)構(gòu)的表面平滑化。利用該散熱結(jié)構(gòu)，能夠抑制電極的溫度上升，所以放電燈的內(nèi)管壁的黑化減少，放電燈的使用壽命變長。
文檔編號H01J61/02GK101271820SQ20081008674
公開日2008年9月24日 申請日期2008年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日
發(fā)明者小平宏 申請人:株式會社Orc制作所