CN102110577A - 氙气水银放电灯及光照射装置 - Google Patents

Abstract

提供一种氙气水银放电灯及光照射装置，该氙气水银放电灯在全速/备用点灯中使用时，具有从非照射时的点灯状态切换到额定点灯的输入时迅速恢复到额定点灯时的照度的构造，在氙气水银放电灯中，放电容器由突出形状的发光部和二个封固部构成，发光部的最大径部和发光部的中央相比位于阳极侧，随着从最大径部逐渐靠近二个封固部，逐渐减小其直径，从沿着电极轴的截面观察时，设通过阴极的前端，连接和电极轴垂直引出的虚拟线与发光部的内壁交叉的点及阴极的前端中心的线段的长度为A，设通过阳极的前端，连接和电极轴垂直的虚拟线与发光部的内壁交叉的点及阳极的前端中心的线段的长度为B，线段的长度A小于线段的长度B，即A＜B。

Description

氙气水银放电灯及光照射装置

技术领域

本发明涉及一种在放电容器中封入了氙气及水银的氙气水银放电灯、及将其作为光源使用的光照射装置。

背景技术

现有技术中，在以光拾取透镜为示例的光学配件的精密结合、及电子配件到基板的结合中，进行利用了光硬化型树脂、尤其是紫外线硬化型树脂的硬化处理。在该硬化处理中，考虑到光照射的对象物存在于狭小场所等情况，使用具有安装了光纤的光学单元的光照射装置。

在光照射装置的光射出部安装光纤，以光纤引导光源的光，照射到微小区域。这种光照射装置例如在专利文献1(特开平03-200102号公报)中公开，图2作为装置的一例，表示概要构成图。该光照射装置10通过凹面反射镜12聚光反射来自灯11的光，通过平面反射镜13折返，并导入到光纤18。并且，将透镜20、22、反射镜21等组合，光照射到照射面S。光纤可变换为和各种用途对应的形状：较长地延伸的形态的光纤；使光纤的直径例如在φ1mm～φ5mm变化的光纤；将多条光纤束在一起并分支使用的光纤。

并且，光源主要使用氙气水银放电灯，专利文献2(特开2000-149868号公报)中公开了其构成示例，图4表示作为其一例的灯的概要图。在放电容器4的发光部4a’内相对配置阴极2’和阳极3’，发光部内封入有预定的氙气和水银。在进行光拾取透镜的结合、电子配件到基板的结合的生产线上使用的光照射装置为了使光强度保持一定，持续进行额定点灯的同时，例如开关光照射装置上配置的开关(未图示)，在需要时进行照射。但是，实际上光结合中使用的时间中，从作为照射对象物的工件的设置开始的一系列的光结合的制造工艺的生产节拍时间通常为5分钟左右，其中光照射的时间仅约10秒。反过来讲，在这10秒内要求切实地进行光硬化处理。

近来，从节能及环保的角度出发，在业界内要求耗能尽量少的光照射装置。即，要求仅在光照射时进行额定点灯、在非照射时和额定点灯时相比抑制输入地点灯的、所谓全速/备用(full-standby)点灯。该全速/备用点灯在半导体曝光等中一直进行，例如专利文献3(特开2000-181075号公报)中公开了该技术。

因此，发明人在图2所示的光照射装置中，设置和图4所示的灯同样的、具有其中央部为突出形状的放电容器的氙气水银放电灯，对工件非照射时的功率、即备用点灯时的功率在125W下点灯4分50秒，之后切换为额定点灯功率250W，调查恢复到额定点灯时的照度的时间。结果如图5所示。图5(a)表示全速/备用的功率变化，图5(b)表示光照度的上升，以时间轴为横轴。并且可知，在现有的灯中，恢复到额定点灯时的照度的时间需要3秒以上。这样一来，虽然可以实现节能的点灯，但不得不使制造工艺的生产节拍时间变得较长，不为业界所接受。

专利文献1：日本特开平03-200102号公报

专利文献2：日本特开2000-149868号公报

专利文献3：日本特开2000-181075号公报

发明内容

因此本发明的目的在于，提供一种氙气水银放电灯及使用了该氙气水银放电灯的光照射装置，在全速/备用点灯中使用利用了氙气水银放电灯的光照射装置时，在该氙气水银放电灯中，具有从非照射时的点灯状态切换到额定点灯的输入时迅速恢复到额定点灯时的照度的构造。

光照射装置在工厂内部的节省空间的趋势下，大多使用垂直配置氙气水银放电灯的构造。氙气水银放电灯中，氙气(Xe)以静压例如封入数MPa左右，和点灯时把氩气作为缓冲气体例如封入数十kPa的普通的水银放电灯相比，气压非常高，因此是发光部内易产生较强气体流的灯，产生到发光部上部的热对流。因此，具有阴极位于下侧的特征。在使来自灯的光聚光的凹面反射镜的头部开口配置灯时，无论该凹面反射镜的聚光方向是上下哪个方向，阴极位于下侧这一点均不会改变。这是因为，当阴极位于上侧时，与对流相反进行放电，即妨碍了电子流，结果会产生电弧摇摆。

在图4的现有的灯中，为从工件非照射时的125W的点灯状态变为额定点灯，即使切换到250W，恢复到额定点灯时的照度也需要3秒以上，对其原因进行调查时发现，封入物的水银在发光部4a’的突出形状的下部附近凝结，该凝结的水银的蒸发需要时间。本发明对使非照射时发光部突出形状的下部附近凝结的水银在切换为额定点灯时迅速地蒸发的灯构造进行了刻苦钻研，从而完成本发明。

其中，技术方案1所述的发明是一种氙气水银放电灯，在放电容器内使阴极和阳极构成的一对电极相对配置，在该放电容器内封入预定量的氙气和水银，其特征在于，该放电容器由突出形状的发光部、及与该发光部连接设置的在彼此相反的方向延伸的二个封固部构成，该发光部的最大径部和该发光部的中央相比位于阳极侧，随着从该最大径部逐渐靠近二个封固部，逐渐减小其直径，从沿着该氙气水银放电灯的电极轴的截面观察时，设通过该阴极的前端，连接和该电极轴垂直引出的虚拟线与该发光部的内壁交叉的点、及该阴极的前端中心的线段的长度为A，设通过该阳极的前端，连接和该电极轴垂直的虚拟线与该发光部的内壁交叉的点、及该阳极的前端中心的线段的长度为B，线段的长度A小于线段的长度B，即A＜B。

通过该构成，阴极侧和阳极侧相比接近发光部的内壁，放电等离子体对阴极侧的内壁的加热变得迅速，阴极根部凝结的水银迅速蒸发。

在本发明中，线段A及线段B作为比较阴极整体和阳极整体分别与发光部内壁的接近程度的指标之一来使用。

技术方案2所述的发明是在权利要求1所述的氙气水银放电灯中，其特征在于，阴极由第一电极轴和比该第一电极轴直径大的阴极主体部构成，上述阳极由第二电极轴和比该第二电极轴直径大的阳极主体部构成，该阳极主体部全部暴露在发光部内。通过该构成，电极间距离恒定时，和现有的灯相比，使电极间形成的放电电弧的中心从放电容器的发光部的中心向阴极侧的封固部侧移动，使电弧等离子体和发光部内壁接近，阴极横跨部分封固部区域，因此由放电产生的热易于传送到发光部内壁。

技术方案3所述的发明是在技术方案1或2的任意一项所述的氙气水银放电灯中，其特征在于，额定功率为200～300W，构成该发光部的石英玻璃的壁厚为2.2mm～2.9mm。通过该构成，和现有的灯相比，发光部的壁厚较大，因此可使发光部的玻璃的热容量大于以前，在备用点灯时抑制发光部的温度下降，水银的凝结量也减少，并且在额定点灯时，迅速凝结的水银可迅速蒸发。

技术方案4所述的发明是一种光照射装置，其特征在于，将技术方案1至技术方案3的任意一项所述的氙气水银放电灯的阴极作为下侧、将阳极作为上侧进行搭载。

发明效果

本发明的氙气水银放电灯阴极配置在下方、阳极配置在上方地安装到光照射装置上，在全速/备用点灯中使用时，从非照射时的点灯状态切换到额定点灯的输入时，阴极侧凝结的水银迅速蒸发，可迅速恢复到额定点灯时的光照度。

并且，在使用了本发明的氙气水银放电灯的光照射装置中，在现有的制造工艺下在全速/备用点灯中使用灯时，也可不延长照射时间地来使用。

附图说明

图1是本发明的氙气水银放电灯的概要截面图。

图2是光照射装置的概要图。

图3是表示本发明效果的照度恢复特性的测定数据。

图4是现有的氙气水银放电灯的概要截面图。

图5是说明全速/备用点灯时的问题点的图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的实施方式涉及的氙气水银放电灯的概要构成的截面图。

阴极、阳极均由电极轴和及比电极轴直径大的电极主体部构成。阴极2由第一电极轴2a和比第一电极轴2a直径大的阴极主体部构成，阳极3由第二电极轴3a和比第二电极轴3a直径大的阳极主体部3b构成。并且，电极不限于该形状，也存在阴极、阳极两者或其中之一没有小径的电极轴和比它直径大的电极主体这一明确的区别，由同样粗细的直径的电极构成的情况。

构成阴极的材料以钨(W)为基本材料，其前端部由作为发射体物质主要含有钡(Ba)的钨构成。构成阳极的材料是钨。此外，作为阴极的发射体物质还包括钍(Th)、镧(La)等。

放电容器4由石英玻璃制成，由突出形状的发光部4a和与发光部连接设置的彼此向相反方向延伸的二个封固部4b、4b构成，发光部的最大直径L和发光部4a的中央相比，位于阳极侧。

发光部4a从其最大径部开始，随着逐渐靠近二个封固部4b、4b而逐渐减少其直径。标记6是由钽(Ta)构成的吸气器。

氙气水银放电灯在放电容器4的发光部4a内以静压在0.1Mpa～2MPa的范围封入氙气，并封入3～30mg/cm³的水银。从沿着灯的电极轴的截面观察时，线段长度A小于线段长度B，即A＜B，其中上述线段长度A通过阴极的前端，是连接和电极轴垂直引出的虚拟线与发光部的内壁交叉的点、及阴极的前端中心的线段的长度，上述线段长度B通过阳极的前端，是连接和电极轴垂直的虚拟线与发光部的内壁交叉的点、及阳极的前端中心的线段的长度。

具体示例：发光部的最大内径为15mm，发光部的壁厚为2.5mm，发光部的全长为30.6mm，阴极的主体直径为5mm，阳极主体直径为5mm，线段A为5.38mm，线段B为5.57mm。

此外，发光部的形状是膨胀较小的细长形状，这适于减小电极和发光部内壁的分离距离，发光部的最大内径优选是阴极主体部的4倍以下。

(实施例)

接着表示对于放电容器的发光部的壁厚对光强度上升造成的影响进行调查的实验。

发光部最大外径为φb 20mm，Xe封入压力为静压8.0个大气压(0.8MPa)，Hg封入量为12mg/cm³，使这些条件恒定，发光部壁厚为2.0、2.2、2.5、2.7、2.9、3.1mm六种，额定功率为200W、250W、300W三种，各功率下各壁厚的试验灯准备共18个。

并且，将阴极在下侧地组装到光照射装置，该光照装置将来自试验灯的光聚光到入射开口φ5mm的光纤并取出到装置外，以额定功率及其一半的功率进行全速/备用点灯，调查被照射物中的365nm的紫外线的照度上升。

点灯方法是，各额定功率下2分钟，该额定功率的一半的功率下4分钟。

图3表示对365nm的紫外线的照度上升(恢复到额定时的照度)的调查结果。标记◎表示从备用点灯切换到全速点灯后经过1秒钟后，恢复到全速点灯时的照度的90％以上，标记○表示同样照度恢复到70％以上90％以下，标记×表示同样照度只恢复到70％以下。此外，壁厚2.9mm的标记(○)虽然恢复到全速点灯时的照度的90％以上，但在该壁厚下因透镜效果造成到光纤的聚光程度较差，照度的绝对值下降，因此不是◎。

壁厚2mm是和现有的灯一样的壁厚，在200、250、300W的任意一种灯中，均是不适于全速/备用点灯的灯。

可知在200、250、300W的任意一种灯中，壁厚2.2～2.9mm的灯是适于全速/备用点灯的灯。

并且，当是3.1mm时，因壁厚的影响，透镜效果变得明显，聚光到光纤的光量减少，因此是不适于光照射装置自身的灯。测定方法是：在通过聚光镜聚光的位置上放置φ5mm径的光纤，将通过配置在光纤端的透镜并从透镜射出的光照射到距透镜15mm位置的紫外线照度计的受光部上，进行测定。

并且，将本发明的氙气水银放电灯的阴极作为下侧、将阳极作为上侧进行搭载时，形成本发明的光照射装置。作为装置构成存在各种变形，但基本构成和图2所示的光照射装置相同。在该光照射装置中，在全速/备用点灯中使用时，本发明的氙气水银放电灯从非照射时的点灯状态切换到额定点灯时的输入时，迅速恢复到额定点灯时的照度，因此在现有的制造工艺下进行全速/备用点灯时，可不延长照射时间地使用。

Claims (4)

1.一种氙气水银放电灯，在放电容器内使阴极和阳极构成的一对电极相对配置，在该放电容器内封入有预定量的氙气和水银，其特征在于，

该放电容器由突出形状的发光部和与该发光部连接设置的在彼此相反的方向延伸的二个封固部构成，

该发光部的最大径部和该发光部的中央相比位于阳极侧，随着从该最大径部逐渐靠近二个封固部，逐渐减小其直径，

从沿着该氙气水银放电灯的电极轴的截面观察时，

设通过该阴极的前端，连接和该电极轴垂直引出的虚拟线与该发光部的内壁交叉的点、及该阴极的前端中心的线段的长度为A，设通过该阳极的前端，连接和该电极轴垂直的虚拟线与该发光部的内壁交叉的点、及该阳极的前端中心的线段的长度为B，线段的长度A小于线段的长度B，即A＜B。

2.根据权利要求1所述的氙气水银放电灯，其特征在于，

上述阴极由第一电极轴和比该第一电极轴直径大的阴极主体部构成，上述阳极由第二电极轴和比该第二电极轴直径大的阳极主体部构成，

该阳极主体部全部暴露在发光部内。

3.根据权利要求1或2所述的氙气水银放电灯，其特征在于，

额定功率为200～300W，构成该发光部的石英玻璃的壁厚为2.2mm～2.9mm。

4.一种光照射装置，其特征在于，

将权利要求1至权利要求3的任意一项所述的氙气水银放电灯的阴极作为下侧、将阳极作为上侧进行搭载。

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