JP2000195469A - 超高圧水銀灯装置及びジャケット管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直管型超高圧水銀灯より発生する紫外光を効
率よく放射させる。 【解決手段】 直管型超高圧水銀灯１ａのガラスチュー
ブ２の外周に設けたジャケット管８の外壁に縊れ部１３
を形成し、ジャケット管８の長手方向に複数の凸部１４
を形成してガラスチューブ２とジャケット管８間に水３
０を循環させる様にして凸部１４を凸レンズとして超高
圧水銀灯１ａからの紫外光を照射面に集光させる様にし
た超高圧水銀灯及びジャケット管を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超高圧水銀灯装置及
びジャケット管に係わり、特に直管型の超高圧水銀灯を
水冷する様に成した超高圧水銀灯装置及びジャケット管
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、超高圧水銀灯装置は水銀蒸気
圧に１０気圧以上（実際には３０〜２００気圧）の圧力
で動作する水銀灯を一般の高圧水銀灯と区別している
が、この様な超高圧水銀灯装置に用いる超高圧水銀灯で
は電極間距離が０．１ｍｍ〜数１０ｍｍで平均輝度は数
千〜数万ｃｄ／ｃｍ ²（スチブル）程度の高輝度が得ら
れ、半導体装置の製造工程のフォトエッチングや露光処
理或は陰極線管の蛍光膜焼付時の光源等に広く利用され
ている。

【０００３】図５は陰極線管のフェースパルス内面に塗
布した蛍光面の露光等に用いられる直管型の超高圧水銀
灯装置を示すもので、超高圧水銀灯１ａとしては直径数
ｍｍの石英製放電用チューブ内に一定量の水銀と始動用
希ガスを封入したものである。

【０００４】図５で２は外径４φ、内径１．２φ程度の
石英硝子より成るガラスチューブであり、このガラスチ
ューブ２内に１φ程度のタングステン棒より成る陰極放
電電極３及び陽極放電電極４が封止され、ガラスチュー
ブ２の内径内で数ｍｍ乃至数十ｍｍのアーク長を介して
タングステン棒の先端が対向配置されている。又、この
陰極及び陽極放電電極３及び４の長手方向に沿って内径
内に水銀５及び５が封止されて水銀溜を構成すると共に
アルゴン或はクセノン等の放電始動ガスが封止されてい
る。

【０００５】陰極放電電極３の一端はガラスチューブ２
の一端より突出され、金属の丸棒等で構成された陰極端
子６に電気的に接続され、ガラスチューブ２の端面とは
接着剤等を介して接合されている。この陰極端子６は接
地電位に接続されている。

【０００６】陽極放電電極４の一端はガラスチューブ２
の端面より突出され、ガラスチューブ２の外径はホルダ
７の内径に挿通され、エポキシ系の接着剤を介してホル
ダ７に固着される。ホルダ７の他端には金属性のブッシ
ュ９が挿通され、外部陽極端子と成され、商用電源或は
高周波電源に接続される様に成されている。

【０００７】ホルダ７はステアタイト等の段部７ａを形
成したセラミックス管を焼結したもので、ガラスチュー
ブ２の陽極放電電極４側をホルダ７の内径内にＯリング
等を介して気密に接着剤で接合する。ガラスチューブ２
の陽極放電電極４のホルダ７側に突出させたタングステ
ン棒の終端は所定長さで例えば０．１ｍｍｔ×１．５ｍ
ｍＷのニッケルリボンからなりリード線で接続され、こ
のリード線の他端は外部陽極端子となるブッシュ９に接
続されている。

【０００８】この様なリード線にシリコンチューブを覆
せて絶縁し、接着剤を充填して固定されている。

【０００９】この様な超高圧水銀灯１ａでは点灯時に陽
極及び陰極放電電極４及び３の放電チップ４ａ及び３ａ
は水銀端面５ａ及び５ｂより放電空間内に突出されて、
これら放電チップ４ａ及び３ａからプラズマアークが形
成され、放電チップ４ａ及び３ａは１６００〜１７００
℃の高温に達し電極近傍の水銀が蒸発し、放電空間の圧
力が高められ、設定された温度で定まる飽和蒸気圧に達
すると、冷却手段の水等で冷却された管壁に接して液化
し、これが表面張力によって水銀溜内の水銀５及び５に
移行凝縮して、電流密度と水銀蒸気圧の平衡がとられ、
この状態で放電が安定し、一定の発光強度が得られる様
に成されている。

【００１０】従って、上述の様な超高圧水銀灯１ａでは
高温に耐える為に通常はガラスチューブ２の外周を直管
型のジャケット管で覆って、二重管構成と成し、ジャケ
ット管８の内壁とガラスチューブ２の外壁管に給水口１
０から水３０を供給し、排水口１１より排出する様に水
３０を強制的に循環させる強制水冷による冷却が行なわ
れている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記した様なガラス製
のジャケット管８内に超高圧水銀灯１ａのガラスチュー
ブ２を配設した場合の超高圧水銀灯１ａの模式的構成を
図６に示すが、この図６から明らかな様に直管型のジャ
ケット管８を用いた場合、超高圧水銀灯１ａのガラスチ
ューブ２で発光された紫外光は超高圧水銀灯装置１のジ
ャケット管８の有効長Ｌの全域に亘って水３０を満たし
たジャケット管８の管壁で散乱して散乱光１２を生じて
しまう問題があった。特に半導体や陰極線管の露光処理
等では強い光を一方向に集光する必要があるが、従来の
直管型のジャケット管では超高圧水銀灯１ａのガラスチ
ューブ２からの光を一定方向に集光し難い問題があっ
た。

【００１２】本発明は叙上の問題点を解消した超高圧水
銀灯装置を提供しようとするもので、発明が解決しよう
とする課題は超高圧水銀灯装置からの光を有効に利用出
来て、高輝度の光を所定方向に集光可能な超高圧水銀灯
装置及びこれに用いるジャケット管を得ようとするもの
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の本発明の超高圧水
銀灯装置は、直管型の超高圧水銀灯のガラスチューブと
ジャケット管内壁間を水冷させる様に成した超高圧水銀
灯装置であって、ジャケット管の外壁に長手方向に沿っ
て複数の縊れ部を形成して成るものである。又、本発明
のジャケット管は直管状の透明なガラスからなる管体の
長手方向に複数の縊れ部を形成したものである。第２の
本発明のジャケット管は、直管状の透明なガラスからな
る管体の長手方向に複数の縊れ部を形成して成るもので
ある。

【００１４】本発明の超高圧水銀灯装置及びジャケット
管によれば超高圧水銀灯のガラスチューブから発光する
紫外光をジャケット管の縊れ部間の凸部で凸レンズ効果
を発揮する為に、ガラスチューブの有効長方向に散乱す
る紫外光を超高圧水銀灯の円周方向に集光させることが
出来て、高輝度な超高圧水銀灯装置を得ることが出来
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の超高圧水銀灯装置
を図１乃至図３によって詳記する。

【００１６】図１は本発明の超高圧水銀灯装置の全体的
な斜視図を示し、図１のＡ−Ａ平面に沿って、超高圧水
銀灯装置１の長手方向に切断した断面を図２に示す。こ
れら図１及び図２を基に本例の超高圧水銀灯装置１を説
明する。

【００１７】図１及び図２でジャケット管８は外管に複
数の縊れ部１３がジャケット管８の長手方向に沿って設
けられていて縊れ部１３及び１３間は略球状凸部１４と
成され、光学的にはジャケット管８の内壁と超高圧水銀
灯１ａのガラスチューブ２間に注水した水３０との共動
によって凸レンズとして作用する。縊れ部１３は凹部１
５と成され、光学的には凹レンズ１５と成される。この
ジャケット管８は透明なガラス、好ましくは石英ガラス
等で管状に形成したものに縊れ部１３が形成されてい
る。

【００１８】このジャケット管８の内径内には超高圧水
銀灯装置１となるガラスチューブ２が挿 入される。ガ
ラスチューブ２内の左右端には図５で説明したと同様の
タングステンより成る陽極及び陰極放電電極４及び３が
軸心に沿って、放電空間部１６間に対向配置されてい
る。陽陰放電電極４及び３の周囲には水銀５及び５を配
設して水銀溜を形成する。

【００１９】陽極及び陰極放電電極４及び３の左右両端
には金属性の陰極及び陽極端子６及び９が接続され、こ
れら陰極及び陽極端子６及び９はセラミックス等で偏平
な円柱状に形成したホルダ１７及び１８の中心に穿った
透孔１９Ｌ及び１９Ｒに挿通して固着される。ホルダ１
８には座ぐり穴２０Ｌ及び２０Ｒが設けられ、この座ぐ
り穴２０Ｌ及び２０Ｒ内にジャケット管８の左右端を挿
着して接合する。座ぐり穴２０Ｌ及び２０Ｒ内には絶縁
性及び水密性を有する水密部材２１Ｌ及び２１Ｒを介し
て、ジャケット管８をホルダ１７及び１８に固着する。

【００２０】ホルダ１７又は１８に給水口１０及び排水
口１１を穿って、これら給水口１０及び排出口１１を介
してジャケット管８の内壁とガラスチューブ２の外管間
に水３０を強制循環させる様に成されている。

【００２１】図２に示した超高圧水銀灯装置１内の超高
圧水銀灯１ａは図５の構成とは陽陰極端子側のホルダの
構造が異なっているが、これらは用途に応じて種々の電
極及びホルダ構造がとられている。

【００２２】上述の構成の超高圧水銀灯装置１ではジャ
ケット管８の内壁と超高圧水銀灯１ａのガラスチューブ
２の外壁間を水で水冷しているため、ジャケット管８の
長手方向に設けた複数の縊れ部１３及び１３間に形成さ
れる凸部１４は凸レンズ作用を果たす。

【００２３】従って、超高圧水銀灯１ａのガラスチュー
ブ２の外表面から出た軸長方向の紫外光２５は凸部１４
で集光され、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示す様に複数
の凸部１４を介してジャケット管８の円周方向に変換さ
れて放射される。

【００２４】図３（Ｂ）で２３部分が凸部１４に於ける
凸レンズで定まる焦点領域を示し、２４は集光領域を示
している。この様にジャケット管８の外壁と同心円状に
集光された集光領域２５がジャケット管８の長手方向に
各凸レンズ毎に複数組形成されるため直管型の超高圧水
銀灯１ａのガラスチューブ２から発光する紫外光を例え
ば扇状に集光させて露光装置等に放射すると露光面では
複数の点光源からの光の集合となって、放射されるので
超高圧水銀灯１ａのガラスチューブ２から放射する紫外
光を有効に集光させ紫外光を高輝度で効率よく利用する
ことが出来る超高圧水銀灯装置及びジャケット管が得ら
れる。

【００２５】図４は図３（Ａ）及び図３（Ｂ）で説明し
た本例のジャケット管８から放射される紫外光を露光面
で視た状態を模式的に表したものであり、ジャケット管
８の長手方向に形成した縊れ部１３間に形成された凸部
１４から成る複数の凸レンズで集光された紫外光２５は
管軸方向に配列された複数の焦点領域２３を経て集光領
域２４に達するため例えば陰極線管の露光処理時の露光
面２７から光源側を視た場合には図４に示す様にジャケ
ット管８の長手方向に延びた複数の点光源２６から紫外
光が集光されたと等価と成る。

【００２６】上述の構成ではジャケット管８の円周方向
に集光領域２４を形成した場合を説明したが、ジャケッ
ト管８の左右に傾斜させた反射ミラー等を設けて、ジャ
ケット管８の上面に設けた露光面２７では管軸と直交す
る面から視て扇形の放射面と成すと共に複数の点光源か
らの紫外光の集合として露光面２７に照射する様にして
もよい。

【００２７】上述の形態例では超高圧水銀灯装置につい
て説明したが、点灯時の蒸気圧が１０⁵ ｐａ程度の高圧
水銀灯装置にも本発明が適用可能であり、更にジャケッ
ト管についても外壁を一定の厚さとせずに軸長方向に複
数の縊れ部を作って凸レンズを形成する様にしてもよ
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得るこ
とは明白である。

【００２８】

【発明の効果】本発明の超高圧水銀灯装置によればガラ
スチューブの長手方向に散乱する紫外光をガラスチュー
ブの円周方向に集光する様に変換して、照射面に複数個
の点光源からの紫外光として照射出来るので輝度が増す
と共にランプよりの紫外光を有効に利用出来る効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超高圧水銀灯装置の斜視図である。

【図２】図１のＡ−Ａ平面に沿う超高圧水銀灯装置の長
手方向の断面図である。

【図３】本発明の超高圧水銀灯装置の光放射方向を説明
する図である。

【図４】本発明の超高圧水銀灯装置の光照射光の模式的
斜視図である。

【図５】従来の超高圧水銀灯装置の外観図である。

【図６】従来の超高圧水銀灯装置の光散乱状態の説明図
である。

【符号の説明】

１‥‥超高圧水銀灯装置、１ａ‥‥超高圧水銀灯、２‥
‥ガラスチューブ、６‥‥陰極端子、８‥‥ジャケット
管、９‥‥陽極端子、７，１７，１８‥‥ホルダ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直管型の超高圧水銀灯のガラスチューブ
   とジャケット管内壁間を水冷させる様に成した超高圧水
   銀灯装置であって、 上記ジャケット管の外壁に長手方向に沿って複数の縊れ
   部を形成して成ることを特徴とする超高圧水銀灯装置。
2. 【請求項２】 前記ジャケット管に形成した縊れ部間に
   注入した冷却水との共同で複数の凸レンズ又は凹レンズ
   を構成させて成ることを特徴とする請求項１記載の超高
   圧水銀灯装置。
3. 【請求項３】 直管状の透明なガラスからなる管体の長
   手方向に複数の縊れ部を形成して成ることを特徴とする
   ジャケット管。