放電燈用電極的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在曝光裝置等中使用的放電燈，尤其是，涉及將多個(gè)部件接合而成的 放電燈用電極的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在放電燈中，隨著高輸出化，使金屬種類、晶體特性等不同的部件接合來形成電 極。例如，將含有釷等發(fā)射體的金屬部件作為電極前端部、將純鎢等高熔點(diǎn)金屬部件作為主 體部，使兩個(gè)金屬部件彼此接合。
[0003] 作為接合方法，已知有作為固相接合之一的擴(kuò)散接合。在擴(kuò)散接合中，可以在接合 面附近，以使晶體結(jié)構(gòu)朝軸向傾斜或者不使金屬晶粒沿著軸向變形的方式進(jìn)行接合，從而 能夠抑制接合導(dǎo)致的電極性能的下降（參照專利文獻(xiàn)1、2)。在此，按照規(guī)定的壓力、加壓時(shí) 間、接合溫度，進(jìn)行放電等離子燒結(jié)接合（SPS接合）作為擴(kuò)散接合。
[0004] 在利用這樣的擴(kuò)散接合的電極成型中，利用切削加工來確定電極形狀。例如，準(zhǔn)備 構(gòu)成極前端部的圓柱狀鋰鶴（thoriatedtungsten)部件和構(gòu)成主體部的圓柱狀鶴部件。進(jìn) 而，使直徑彼此相等的接觸面彼此抵接，從部件兩側(cè)施加壓力并進(jìn)行通電加熱。在擴(kuò)散接合 之后，將一體化的部件的前端部側(cè)切削加工為圓錐狀，從而得到電極形狀（參照專利文獻(xiàn) 3) 〇
[0005] 在使不同的金屬材料進(jìn)行固相接合來成型出電極的情況下，由于熱膨脹率不同， 因而在點(diǎn)亮?xí)r，有可能對接合面施加較大的力而使電極破損。為了防止該情況，已知有如下 電極：在前端部以及主體部的接合面上設(shè)置環(huán)狀的突起部分，使它們彼此嚙合而進(jìn)行擴(kuò)散 接合（參照專利文獻(xiàn)4)。
[0006] 另一方面，還已知有如下方法：通過調(diào)整電極側(cè)面的面積比率，使燈的壽命延長 (參照專利文獻(xiàn)5)。在此，在將釷鎢作為電極前端部分而與純鎢的主體部進(jìn)行擴(kuò)散接合的 放電燈中，設(shè)為使釷鎢部的側(cè)面積與電極面積之比處于規(guī)定范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)，使電弧放電穩(wěn) 定化。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2011-249027號公報(bào)
[0010] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2011-71091號公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2012-15007號公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2011-216442號公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開2011-154927號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 發(fā)明要解決的課題
[0015] 在將電極主體部分設(shè)為包含釷鎢等發(fā)射體的金屬來構(gòu)成電極的情況下，經(jīng)由接合 面來提供發(fā)射體。而且，接合面的尺寸、接合面的平滑度、固相接合時(shí)的接合條件、接合面形 狀這些與接合面相關(guān)的結(jié)構(gòu)會影響到該電極的強(qiáng)度、傳導(dǎo)性、熱傳導(dǎo)性這些電極性能。
[0016]例如，接合面的直徑大小自身會給電極性能帶來影響。以往，在固相接合時(shí)，沒有 考慮接合面的直徑大小帶來的影響，因此，電極性能會根據(jù)情況而降低。
[0017] 此外，關(guān)于接合溫度、接合時(shí)間、加壓力，根據(jù)接合面的直徑大小的不同，所要求的 條件也不同。針對接合溫度、接合時(shí)間、壓力以及接合面的直徑，如果沒有考慮它們之間的 相關(guān)性而直接設(shè)定，則不能得到期望的電極性能。
[0018] 因此，在使多個(gè)部件進(jìn)行固相接合來形成電極的情況下，需要將接合溫度、接合時(shí) 間、壓力以及接合面的直徑相互關(guān)聯(lián)起來進(jìn)行設(shè)定，從而設(shè)定為實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的電極性能的值。
[0019] 另一方面，與鎢部件的截面相比，釷鎢部件的截面的平滑度較低。直徑越大，該平 滑度之差越顯著。因此在接合面中，接合強(qiáng)度不均勻，不能得到穩(wěn)定的接合強(qiáng)度。
[0020] 此外，在利用通電加熱來進(jìn)行擴(kuò)散接合的情況下，根據(jù)接合條件等，會產(chǎn)生電流容 易流向表面?zhèn)鹊那闆r，從而接合面的周緣附近的接合強(qiáng)度大于中心部。因此，在進(jìn)行擴(kuò)散接 合之后利用切削加工形成前端部分時(shí)，接合強(qiáng)度較大的表面附近部分被切削得較多，使得 接合強(qiáng)度下降。
[0021] 因此，需要使構(gòu)成含有釷鎢等發(fā)射體的前端部的部件和構(gòu)成主體部的部件在接合 強(qiáng)度穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行固相接合。
[0022] 此外，關(guān)于發(fā)射體的移動，接合面的結(jié)構(gòu)也會帶來影響。燈點(diǎn)亮?xí)r發(fā)射體朝向電極 前端部的前端面?zhèn)鹊囊苿踊趶碾姌O內(nèi)部向表面擴(kuò)散的晶界擴(kuò)散、和沿著電極表面擴(kuò)散的 濃度擴(kuò)散。晶界擴(kuò)散在其移動方向上不具有指向性，因此，移動到了電極表面的發(fā)射體的分 布變得不均勻。此外，在朝向沿著前端部的周向的表面移動后因表面濃度擴(kuò)散而朝向電極 前端部的前端面?zhèn)纫苿訒r(shí)，發(fā)射體的提供耗費(fèi)時(shí)間。
[0023] 擴(kuò)散速度根據(jù)電極溫度而不同，因此，朝電極前端部的前端面?zhèn)纫苿拥陌l(fā)射體的 提供量也不穩(wěn)定，使得在電極前端部附近，發(fā)射體濃度產(chǎn)生偏差。其結(jié)果是，電弧放電的輝 點(diǎn)容易移動到發(fā)射體的濃度高的部位，照明發(fā)生閃爍而變得不穩(wěn)定。
[0024] 因此，需要始終穩(wěn)定地向電極前端部的前端面?zhèn)雀咝姨崆暗靥峁┌l(fā)射體，使得 電極前端部中的發(fā)射體濃度均勻化。
[0025] 用于解決問題的手段
[0026] 本發(fā)明的放電燈用電極的制造方法的特征在于，使柱狀的前端固體部件與柱狀的 主體固體部件經(jīng)由彼此的接合面進(jìn)行固相接合，其中，所述前端固體部件構(gòu)成電極前端部 的至少一部分，且含有發(fā)射體，所述主體固體部件至少構(gòu)成電極主體部，且具有直徑比前端 固體部件的接合面大的接合面，針對通過固相接合而生成的電極材料，以形成錐狀的電極 前端部的方式實(shí)施切削加工。
[0027] 例如，制造出陰極，將其作為電極在放電燈中使用。作為發(fā)射體，可以應(yīng)用釷鎢等， 前端固體部件、主體固體部件的形狀是任意的，此外，作為材質(zhì)，可以應(yīng)用金屬材料或陶瓷 材料等。此外，作為固相接合方法，可以應(yīng)用各種擴(kuò)散接合，尤其是，可以通過SPS接合進(jìn)行 固相接合。
[0028] 在本發(fā)明中，前端固體部件的直徑小于主體固體部件的直徑。而且，通過在固相接 合后進(jìn)行切削加工，能夠構(gòu)成僅高效地將容易生成楔部分、且接合強(qiáng)度較弱的接合面端部 去除后的電極。
[0029] 例如，可以是，在進(jìn)行切削工序時(shí)，在電極材料中，至少切削前端固體部件與主體 固體部件的接合面周緣部分。尤其是，可以以如下方式進(jìn)行切削加工：在電極材料中，將在 前端固體部件的接合面周緣部分處形成的楔部分去除。此外，也可以以如下方式進(jìn)行切削 加工：在電極材料中僅保留前端固體部件的接合面中央部。
[0030] 為了能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的切削加工，可以構(gòu)成為：前端固體部件的接合面的直徑與主 體固體部件的接合面的直徑之比滿足0. 05 <D1/D2 < 1。
[0031] 另一方面，本發(fā)明的其它方式的放電燈用電極的制造方法形成具有凸部或凹部 (以下記作凸部/凹部）的前端部和具有與前端部的凸部/凹部嵌合的凹部/凸部的主體 部，使前端部與主體部抵接，實(shí)施SPS接合，該制造方法的特征在于，在SPS接合中，使前端 部與主體部局部地進(jìn)行固相接合。
[0032] 為了進(jìn)行局部的固相接合，例如，對在使電極前端部與主體部的整個(gè)相對面進(jìn)行 固相接合的情況下設(shè)定的接合時(shí)間、燒結(jié)/接合溫度、施加電壓中的至少任意一項(xiàng)進(jìn)行變 更/抑制。由此，進(jìn)行局部的固相接合，至少在凸部、凹部中產(chǎn)生沒有固相接合的部分，其 中，凸部、凹部的接合面還形成有沿著與電極軸垂直的方向的面以外的相對的面。
[0033] 利用這樣的制造方法制造出的放電燈具有電極前端部和主體部，其中，所述電極 前端部含有發(fā)射體且具有凸部或凹部，所述主體部具有與電極前端部的凸部或凹部嵌合的 凹部或凸部。電極前端部具有作為電弧放電的輝點(diǎn)的前端面，構(gòu)成圓錐形狀等電極直徑縮 小部的至少一部分。主體部例如為柱狀，也可以使其一部分構(gòu)成電極前端部。
[0034] 電極前端部例如可以由釷鎢構(gòu)成，主體部可以由純鎢等構(gòu)成。凸部、凹部的形成部 位是任意的，只要沿著電極軸向形成凹部、凸部，且沿著與電極軸垂直的方向以外的方向形 成彼此相對的面即可。
[0035] 此外，凸部、凹部只要為彼此嵌合的形狀即可，可以設(shè)置1組凹部、凸部或多個(gè)凹 部、凸部。其中，此處的嵌合表示其形狀彼此匹配且相對面彼此大致接觸那樣的（不是以分 子級而是以宏觀級進(jìn)行觀察時(shí)）形狀。例如，作為凸部/凹部的形狀，可以形成為圓柱、三 棱柱、四棱柱等柱狀。
[0036] 在本發(fā)明中，電極前端部與主體部局部地進(jìn)行固相接合。在電極前端部與主體部 的相對的多個(gè)面中，在電極前端部的凸部/凹部與主體部的凹部/凸部的彼此相對的表面 的至少一部分中不進(jìn)行固相接合。
[0037] 由于在凸部、凹部中存在不進(jìn)行固相接合的部分，因此，在燈點(diǎn)亮?xí)r，因晶界擴(kuò)散 而移動的釷成分在非固相接合部分處朝向與電極軸垂直的方向的移動受到限制。其結(jié)果 是，沿著與電極軸垂直的方向移動的釷成分大多不會到達(dá)電極表面，更多的釷成分在早期 就向電極前端部的前端面方向移動。
[0038] 凸部、凹部的形成位置是任意的，例如，電極前端部的凸部/凹部與主體部的凹部 /凸部可以與電極軸同軸地形成。在該情況下，能夠使分散在整個(gè)電極前端部中的釷成分集 中地向電極前端部的前端面?zhèn)纫苿印?br>[0039] 考慮到釷成分的提供而不使凹部、凸部固相接合，而使除此以外的相對面彼此固 相接合，由此，能夠提高電極強(qiáng)度。即，電極前端部與主體部可以構(gòu)成為在電極前端部的凸 部/凹部與主體部的凹部/凸部之外的、沿著與電極軸垂直的方向而彼此相對的表面處進(jìn) 行固相接合。
[0040] 在本發(fā)明其它方式的放電燈用的電極的制造方法中，形成多個(gè)固體部件，這多個(gè) 固體部件包含具有電極前端面的前端側(cè)固體部件和被電極支承棒支承的后端側(cè)固體部件， 且多個(gè)固體部件中的至少1個(gè)為金屬部件，針對所述多個(gè)固體部件，使所述前端側(cè)固體部 件與所述后端側(cè)固體部件之間進(jìn)行固相接合，在接合面外徑L(mm)處于2 <L< 60的范圍 時(shí)，以滿足以下的條件式的方式進(jìn)行固相接合：