JP2008305754A - 高圧放電ランプ及びこれを用いた光照射装置 - Google Patents
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Abstract
本願の目的は、加熱による破損を防止すると共に、過冷却による水銀未蒸発を防止した高圧放電ランプ及び光照射装置を提供することにある。
【解決手段】
第1の発明に係る高圧放電ランプは、内部に一対の電極が対向配置されると共に少なくとも水銀が封入される発光部と該発光部の両端から伸びると共に箔を埋設する封止部とからなる放電管と、該封止部の両端から突出する外部リードと、該外部リードに接続された給電線と、からなる高圧放電ランプにおいて、前記放電管の外周面の少なくとも一部が外管の内周面に接触状態で配置され、前記電極の径方向にある前記放電管と外管の内周面との間に全周に伸びる空隙が形成され、前記封止部の一方と外管との間に無機接着剤を設けたことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
図9は、特許文献1に記載される従来の光照射装置91のための説明図である。図9(a)は高圧放電ランプ92の長手方向に沿った断面図であり、(b)は高圧放電ランプ92の長手方向に対して垂直方向に沿ったG−G断面図である。
光照射装置91は、後述する高圧放電ランプ92を具えており、その長手方向に沿った外方に筒状のジャケット93を配置したものである。
ジャケット93は冷却水Lの流路として機能するため、小径の石英ガラス931と大径の石英ガラス932の間に流路が形成されるように小径の石英ガラス931と大径の石英ガラス932との管軸方向の両端を封止される。さらに、ジャケット93に冷却水Lを供給・排出するため、ジャケット93の両端には冷却水Lの供給路・排出路となる管状の接続管が接続される。
管状の石英ガラスからなる発光部921の内部926には、水銀などの発光金属と希ガスが封入される。発光部921の内部には、一対の電極923が放電管の中心軸に延在するように配置される。放電管の管軸方向の両端は、電極に電気的に接続される外部リード925が突出する封止部922が形成される。
高圧放電ランプ92は電極923間の放電により、放電管における電極923間の径方向にある部分は加熱されるが、放電管における電極923の径方向にある部分はそれほど加熱されない。このため、単に高圧放電ランプ92とジャケット93を接するように設けた場合、放電管における電極923間の径方向にある部分は充分に冷却されるが、放電管における電極923の径方向にある部分が過冷却される。この過冷却により、電極923の周辺に水銀が未蒸発のまま残ってしまい、高圧放電ランプ92の照度低下を招く問題があった。
高圧放電ランプ2とジャケット3との間に形成された流路31に冷却水Lを供給・排出するため、高圧放電ランプ2とジャケット3の両端には、内部に冷却水Lの流路415,425を有したL字状の流路形成部材41,42が配置される。
流路形成部材41,42は、大径の口締め部411,421と小径の口締め部412,422を有しており、各口締め部411,412,421,422にはOリング413,414,423,424が設けられる。高圧放電ランプ2の長手方向において、ジャケット3は高圧放電ランプ2よりも短い。このため、高圧放電ランプ2とジャケット3の両端に配置された流路形成部材41,42は、大径の口締め部411,421のOリング413,423を介してジャケット3の外周面を保持固定し、小径の口締め部412,422のOリング414,424を介して高圧放電ランプ2の外周面を保持固定する。これにより、流路形成部材41,42の有する流路415,425は、高圧放電ランプ2とジャケット3との間に形成された流路31に連続される。
放電管21は、発光部211と発光部211の両端に設けられた封止部212とからなる。例えば石英ガラスからなる発光部211の内部214には、水銀などの発光金属と希ガスが封入され、長手方向の両端に一対の例えばタングステンからなる電極231,232が対向配置される。発光部211の長手方向の両端には、封止部212,213が設けられる。放電管21の封止部212,213は、放電管21の長手方向の両端から伸びる例えば石英ガラスのパイプ体を溶融状態にして内部を減圧することにより形成されたものであり、すなわちシュリンクシール法により形成されたものである。封止部212,213の内部には電極231,232と外部リード251,252とを電気的に接続する例えばモリブデンからなる箔241,242が埋設される。封止部212,213の端部から突出する外部リード251,252には給電線261,262が電気的に接続される。
外管22は、その中央部221の内周面が放電管21の外周面に接触状態になるように設けられる。外管22の両端部にある拡径部222,223は電極231,232の径方向に設けられる。これにより、外管22と電極231,232の径方向にある放電管21との間に周方向に伸びる空隙27が形成され、電極231,232の径方向にある放電管21に過冷却防止部分217が形成される。すなわち、放電管21において、発光部211の内部214に位置される電極231,232(発光部211の内部214にある電極231,232の先端部から発光部211の端部まで)の外方に、過冷却防止部分217が周方向に伸びるように形成される。
外管22の拡径部223の内周面と放電管21の一方の封止部212の外周面との間には、無機接着剤281が設けられる。
外管22の内部に放電管21が挿入され、外管22の中央部221の内周面は、放電管21の外周面における電極231,232間の径方向にある部分が接触状態になる。また、外管22の拡径部222,223の内方には、電極231,232の径方向にある放電管21の過冷却防止部分217が配置される。これにより、過冷却防止部分217と拡径部222,223との間には周方向に伸びる空隙27が形成される。
外管22と放電管21における一方の外部リード251の外方にある一方の封止部212との間には、無機接着剤281が充填され、外管22と放電管21とを固定する。
ランプ2点灯時における高圧放電ランプ2の定格電圧が2000V、定格電流が1.25Aであり、ランプ2電力が2500Wである。
ランプ2点灯時、図示しない電源から給電された高圧放電ランプ2は、電極231,232間で放電が起きることによって点灯する。ランプ2点灯時、図1に示す一対の流路形成部材41,42には図示しないポンプが接続されており、図示しないポンプによって一方の流路形成部材41の内部の流路415に冷却水Lが供給される。冷却水Lは、一方の流路形成部材41の内部の流路415と連続した高圧放電ランプ2の外面とジャケット3の内面との間の流路31に供給される。ジャケット3の流路31を流れる冷却水Lは、ジャケット3の流路31に連続した他方の流路形成部材42の内部の流路425へ排出される。
なお、放電管21及び外管22を各々例えば石英ガラスから形成すると、その表面に微細な凹凸を有するものである。このため、放電管21の発光部211の外周面と外管22の内周面との接触状態とは、放電管21と外管22との間に微小な隙間が点在している点接触又は線接触している状態である。高圧放電ランプは、ランプ点灯時の管壁負荷が100W/cm2以上であって、放電管21と外管22との間の隙間が例えば最大で100μm程度のものであっても、充分な冷却効果を得ることができる。
このため、本実施例に係る高圧放電ランプ2は一方の封止部212と一方の拡径部222との間に無機接着剤281を充填して固定しており、他方の封止部213の外周面には無機接着剤を充填せず固定しない。これにより、ランプ2点灯時に、放電管21は他方の封止部213側に膨張することができ、放電管21の膨張を許容できる。また、ランプ2点灯時、放電管21が他方の封止部213側に膨張した状態において、電極231,232間の径方向にある外周面の部分と外管22の内周面とが接触状態になるように外管22を形成しておけば、膨張後の放電管21を好適に冷却することができる。
本実施例に係る高圧放電ランプ2は、放電管21の外周面の少なくとも一部が外管22の内周面に接触状態で配置されることにより、放電管21における電極231,232間の径方向にある部分を充分に冷却することができ、加熱による放電管21の破損を防止することができる。さらに、電極231,232の径方向にある放電管21と外管の内周面との間に全周に伸びる空隙27が形成されることにより、放電管21における電極231,232の径方向にある過冷却防止部分217が過冷却されることを防止でき、水銀未蒸発による照度低下を防止することができる。その上、封止部の一方212と外管22との間に無機接着剤281を設けたことにより、放電管21と外管22の膨張量の差を許容でき、膨張量の差による破損を防止することができる。
外管22は、放電管21の発光部211の中央部2111の外径寸法R4と同等の内径寸法をもつ直管状であり、放電管21の発光部211の中央部2111の外周面に設けられて接触状態になる。電極231,232の径方向にある放電管21の縮径部2112は外管22と接触しないので、縮径部2112の外周面と外管22の内周面との間に全周に伸びる空隙27が形成され、電極231,232の径方向にある放電管21に過冷却防止部分217が形成される。すなわち、放電管21において、発光部211の内部214に位置される電極231,232(発光部211の内部214にある電極231,232の先端部から発光部211の端部まで)の外方に、過冷却防止部分217が周方向に伸びるように形成される。
外管22と放電管21における一方の外部リード251の外方にある一方の封止部212との間には、無機接着剤281が充填され、外管22と放電管21とを固定する。これにより、外管22の内周面と放電管21の一方の封止部212の外周面との間には、無機接着剤281が設けられる。
本実施例に係る高圧放電ランプ2は、放電管21の外周面の少なくとも一部が外管22の内周面に接触状態で配置されることにより、放電管21における電極231,232間の径方向にある部分を充分に冷却することができ、加熱による放電管21の破損を防止することができる。さらに、電極231,232の径方向にある放電管21と外管の内周面との間に全周に伸びる空隙27が形成されることにより、放電管21における電極231,232の径方向にある過冷却防止部分217が過冷却されることを防止でき、水銀未蒸発による照度低下を防止することができる。その上、封止部の一方212と外管22との間に無機接着剤281を設けたことにより、放電管21と外管22の膨張量の差を許容でき、膨張量の差による破損を防止することができる。
外管22は、その中央部221の内周面が放電管21の外周面に接触状態になるように設けられる。外管22の両端部にある拡径部222,223は電極231,232の径方向に設けられる。これにより、外管22と電極231,232の径方向にある放電管21との間に周方向に伸びる空隙27が形成され、電極231,232の径方向にある放電管21に過冷却防止部分217が形成される。すなわち、放電管21において、発光部211の内部214に位置される電極231,232(発光部211の内部214にある電極231,232の先端部から発光部211の端部まで)の外方に、過冷却防止部分217が周方向に伸びるように形成される。
このため、図5に示す本実施例における高圧放電ランプ2は、一方の外部リード251の外方にある一方の封止部212と外管22との間にベース284を設け、ベース284の両端部に無機接着剤282,283を設けることにより、ベース284と一方の封止部212とを固定する無機接着剤282は少量であり、ベース284と外管22とを固定する無機接着剤283は少量であるので、無機接着剤282,283を短時間で乾燥することができ、無機接着剤282,283を所望の位置に設けることができ、所望の接着強度を得ることができる。
本実施例に係る高圧放電ランプ2は、放電管21の外周面の少なくとも一部が外管22の内周面に接触状態で配置されることにより、放電管21における電極231,232間の径方向にある部分を充分に冷却することができ、加熱による放電管21の破損を防止することができる。さらに、電極231,232の径方向にある放電管21と外管22の内周面との間に全周に伸びる空隙27が形成されることにより、放電管21における電極231,232の径方向にある過冷却防止部分217が過冷却されることを防止でき、水銀未蒸発による照度低下を防止することができる。その上、封止部の一方212の外周と外管22の内周との間にベース284を設け、ベース284と封止部の一方212との間に無機接着剤282を設け、ベース284と外管22との間に無機接着剤283を設けたことにより、放電管21と外管22の膨張量の差を許容でき、膨張量の差による破損を防止することができる。また、ベース284を介することにより、封止部の一方212と外管22とを少量の無機接着剤282,283で固定することができるので、無機接着剤282,283を短時間で固定することができる。このため、無機接着剤282,283を所望の位置に設けることができ、所望の接着強度を得ることができる。
外管22は、その中央部221の内周面が放電管21の外周面に接触状態になるように設けられる。外管22の両端部にある拡径部222,223は電極231,232の径方向に設けられる。これにより、外管22と電極231,232の径方向にある放電管21との間に周方向に伸びる空隙27が形成され、電極231,232の径方向にある放電管21に過冷却防止部分217が形成される。すなわち、放電管21において、発光部211の内部214に位置される電極231,232(発光部211の内部214にある電極231,232の先端部から発光部211の端部まで)の外方に、過冷却防止部分217が周方向に伸びるように形成される。
外管22と放電管21における一方の外部リード251の外方にある一方の封止部212との間には、無機接着剤281が充填され、外管22と放電管21とを固定する。これにより、外管22の内周面と放電管21の一方の封止部212の外周面との間には、無機接着剤281が設けられる。
封止部212,213の管軸方向の端部が大気にさらされる環境で使用される場合、外部リード251,252の外方にある充分に密着されていない部分から大気が進入することになる。
図3に示す高圧放電ランプ2の他方の封止部213側のように、他方の封止部213の外周面と外管22の拡径部223との間に何も設けていないので、ランプ2点灯中、導電された他方の外部リード252は高温となる。このため、高温となった他方の外部リード252と箔242との溶接部分が進入した大気によって酸化され、破損する問題があった。
図6に示す高圧放電ランプ2のように、少なくとも一方の外部リード251と一方の箔241とが溶接された部分の外方にある一方の封止部222の外周面と外管22の内周面との間に周方向に伸びる無機接着剤281が設けられる。また、少なくとも他方の外部リード252と他方の箔242とが溶接された部分の外方にある他方の封止部223の外周面と外管22の内周面との間に周方向に伸びる有機接着剤291が設けられる。これらにより、封止部222,223において、外部リード251,252の電極231,232側の端部から箔241,242のその近傍にある給電線261,262側の端部までの外方に、過熱防止部分218が周方向に伸びるように形成される。すなわち、外部リード251,252と箔241,242との溶接部分の外方にある封止部222,223に過熱防止部分218が形成される。ランプ2点灯中、電極231,232周囲で発生した熱が封止部222,223に伝熱される。封止部222,223の外周面において、少なくとも過熱防止部分218の外周面に無機接着剤281及び有機接着剤291を設けたことにより、封止部の222,223の熱が無機接着剤281及び有機接着剤291を介して外管22に伝熱される。外管22はその外方の流路31に冷却水Lが流れることにより、外部リード251,252からの熱を冷却水Lに伝熱する。結果として、外部リード251,252の熱は冷却水Lによって冷却される。これにより、外部リード251,252と箔241,242とが溶接された部分を充分に冷却することができ、溶接部分の過熱による酸化を防止すると共に、酸化による破損を防止することができる。
本実施例に係る高圧放電ランプ2は、放電管21の外周面の少なくとも一部が外管22の内周面に接触状態で配置されることにより、放電管21における電極231,232間の径方向にある部分を充分に冷却することができ、加熱による放電管21の破損を防止することができる。さらに、電極231,232の径方向にある放電管21と外管の内周面との間に全周に伸びる空隙27が形成されることにより、放電管21における電極231,232の径方向にある過冷却防止部分217が過冷却されることを防止でき、水銀未蒸発による照度低下を防止することができる。その上、封止部の一方212と外管22との間に無機接着剤281を設けたことにより、放電管21と外管22の膨張量の差を許容でき、膨張量の差による破損を防止することができる。
このため、図7に示すように、他方の給電線262の外周と外管22の内周との間に無機接着剤292が設けられることにより、ランプ2点灯時に放電管21が膨張しても、他方の給電線262は他方の外部リード252と無機接着剤292との間で撓むことになる。このため、他方の給電線262を外管22に固定しても、ランプ2点灯時の放電管21の膨張量を許容することができる。さらに、ランプ2消灯時に放電管21が冷却されても、撓んだ他方の給電線262がランプ2点灯前の状態に戻るので、他方の外部リード252が他方の給電線262側に引っ張られることを防止することができる。
このため、ベース284,293を例えばムライト(酸化アルミニウム(Al2O3)と二酸化ケイ素(SiO2)からなる化合物)で形成すれば、大気より熱伝導性が良好であるため、過熱防止部分218の熱を外管22に好適に伝熱することができる。これにより、溶着部分を約250℃にすることができ、溶接部分の酸化による破損を防止することができる。
2 高圧放電ランプ
21 放電管
211 発光部
2111 中央部
2112 縮径部
212 一方の封止部
213 他方の封止部
214 発光部の内部
215 中央部
216 縮径部
217 過冷却防止部分
218 過熱防止部分
22 外管
221 中央部
222 一方の拡径部
223 他方の拡径部
231 一方の電極
232 他方の電極
241 一方の箔
242 他方の箔
251 一方の外部リード
252 他方の外部リード
261 一方の給電線
262 他方の給電線
27 空隙
281,282,283 無機接着剤
284 ベース
291 有機接着剤
292,294,295 無機接着剤
293 ベース
3 ジャケット
31 流路
41 一方の流路形成部材
411 大径の口締め部
412 小径の口締め部
413 Oリング
414 Oリング
415 流路
42 他方の流路形成部材
421 大径の口締め部
422 小径の口締め部
423 Oリング
424 Oリング
425 流路
51 反射面
52 反射鏡
6 マスクステージ
7 ワークステージ
R1 外管の中央部の内径寸法
R2 外管の拡径部の内径寸法
R3 放電管の発光部の外径寸法
R4 放電管の封止部の外径寸法
L 冷却水
M マスク
W ワーク
Claims (5)
- 内部に一対の電極が対向配置されると共に少なくとも水銀が封入される発光部と該発光部の両端から伸びると共に箔を埋設する封止部とからなる放電管と、
該封止部の両端から突出する外部リードと、
該外部リードに接続された給電線と、
からなる高圧放電ランプにおいて、
外管が前記放電管を覆うように設けられ、
前記発光部の外周面の少なくとも一部が前記外管の内周面に接触状態で配置され、
前記電極の径方向にある前記放電管と前記外管の内周面との間に全周に伸びる空隙が形成され、
前記封止部の一方と前記外管との間に無機接着剤を設けた
ことを特徴とする高圧放電ランプ。 - 内部に一対の電極が対向配置されると共に少なくとも水銀が封入される発光部と該発光部の両端から伸びると共に箔を埋設する封止部とからなる放電管と、
該封止部の両端から突出する外部リードと、
該外部リードに接続された給電線と、
からなる高圧放電ランプにおいて、
外管が前記放電管を覆うように設けられ、
前記発光部の外周面の少なくとも一部が前記外管の内周面に接触状態で配置され、
前記電極の径方向にある前記放電管と前記外管の内周面との間に全周に伸びる空隙が形成され、
前記封止部の一方の外周と外管の内周との間にベースを設け、
前記ベースと前記封止部の一方との間に無機接着剤を設け、
前記ベースと前記外管との間に無機接着剤を設けた
ことを特徴とする高圧放電ランプ。 - 前記封止部の他方側の給電線と外管との間に無機接着剤を設けた
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の高圧放電ランプ。 - 前記封止部の他方と外管との間にベースを設け、
前記ベースと前記封止部の他方側の給電線との間に無機接着剤を設け、
前記ベースと前記外管との間に無機接着剤を設けた
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の高圧放電ランプ。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の高圧放電ランプを具備し、
ランプ点灯時において前記高圧放電ランプを冷却する冷却水が前記外管の外周面に沿って流れる流路を形成するジャケットが前記外管の外方に配置された
ことを特徴とする光照射装置。
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