JP2009104839A - 高圧放電ランプおよび高圧放電ランプ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 一対の電極が対向配置され、水銀が封入された発光管と、前記発光管の外側に形成された直管状の外管を備え、前記発光管の両端で前記外管が固定されている高圧放電ランプにおいて、
前記発光管の外表面、または、前記外管の内表面に、凸部が形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図3
Description
図6は、従来における高圧放電ランプ装置の構成の概略を示す説明図である。
特許文献1に記載の発明のように、この高圧放電ランプ装置は、高圧放電ランプ1の発光管2の外側に、内管25と外管26とからなる冷却ジャケット21を配置し、発光管2の冷却を行っている。高圧放電ランプ1の発光管2と冷却ジャケット21の内管との隙間は、平均約1mmとなっている。高圧放電ランプ1は、直管状の石英ガラス製の発光管2の両端に一対の電極を封着し、内部に水銀を封入している。冷却ジャケット21は円筒状の石英ガラス等の透明な材料よりなり、内管25と外管26よりなる二重管構造になっている。また、両端外周に設けられた接続管27a,27bを通して外部から冷却水がジャケット内を循環して、空気層を介して近接する発光管2を冷却すると共に高圧放電ランプ1から放射される熱を吸収する。
しかしながら、待機モード時の待機電力を下げすぎると、発光管2の内表面温度が低下してしまい、発光管2内の封入された水銀の未蒸発が発生する。水銀の未蒸発が発生すると、待機モードから処理モードへ移行するときの立ち上がり時間が遅くなることや、放電が維持できなくなり立ち切れしてしまうといった問題が生じる。
また、本願第2の発明は、本願第1の発明において、前記凸部は、外管の内表面に螺旋状の筋を設けることにより形成されることを特徴とする。
また、本願第3の発明は、本願第1の発明において、前記凸部は、発光管の外表面を、管軸方向に垂直に切断した断面において断面多角形状にすることにより形成されることを特徴とする。
また、本願第4の発明は、本願第1〜3の発明において、前記外管の内径と前記発光管の外径との差は200μm以下であり、前記凸部の高さは200μm以下であることを特徴とする。
また、本願第4の発明は、本願第1〜4の発明のいずれかに記載の高圧放電ランプを、冷却ジャケットの内部に配置し、前記外管の壁面に沿って冷却媒体が流過されることを特徴とする。
高圧放電ランプ装置は、冷却ジャケット21の内部に、発光管2の外側に外管3が配置された高圧放電ランプ1を挿通して構成される。冷却ジャケット21は、高圧放電ランプ1から放射される紫外線を透過する材料、例えば石英ガラスにより構成されている。冷却ジャケット21の両端には、冷却媒体を供給する供給流路22と、冷却媒体を排出する排出流路23が形成される。供給流路22および排出流路23は全体が略L字型の管状であり、冷却ジャケット21および高圧放電ランプ1を保持固定している。軸方向内方側の口締め部24aによって、Oリングを介して冷却ジャケット21の外周面が保持固定されている。軸方向外方側の口締め部24bによって、Oリングを介して高圧放電ランプ1の外周面が保持固定されている。
高圧放電ランプ1は、両端が封止された、例えば石英ガラスからなる直管状の発光管2の内部に、各々例えばタングステンからなる一対の棒状の電極4が対向配置されている。各電極4は金属箔5の一端に接続し、金属箔5の他端には外部リード6が接続されている。金属箔5はモリブデンよりなり、発光管2の両端に形成されたロッド状の封止部7に気密に埋設されている。外部リード6は、封止部7の外方においてサポーター9によって被覆され、大径になっている。封止部7は、例えば、発光管2の構成材料であるパイプ体における両端部を溶融状態にして内部を減圧するシュリンクシール法により形成されたものであり、発光管2の中央部(発光領域に相当する部分)より小径とされている。
ランプ点灯時における高圧放電ランプ1の定格電圧が2000V、定格電流が1.25Aであり、入力電力が2500Wである。
高圧放電ランプ1は、発光管2と外管3の間の隙間14が平均50μm程度と非常に狭いので、発光管2と外管3の軸中心を一致させても、石英ガラスが有する寸法誤差等のため、発光管2と外管3が接触する領域が発生してしまう。図3(a)に示すように、発光管2が外管3の中心より下側に偏って配置され、下側の発光管2と外管3との隙間dが、上側の発光管2と外管3との隙間Dより小さくなっている。下側の発光管2の外表面12は、冷却媒体により冷却されている外管3までの距離が短いので、上側の発光管2の外表面12に比べて冷却効果が高い。したがって、発光管2の外表面12と外管3の内表面13とが接触する接触部分17における発光管2の内表面11が最も冷却効果が高く、放電空間10内における最冷点となる。逆に、発光管2の外表面12と外管3の内表面13との間の隙間Dが最も大きくなる部分における発光管2の内表面11が最も冷却効果が低く、放電空間10内における最温点となる。
このように、発光管2の外表面12と外管3の内表面13との間の隙間dが最も小さくなる接触部分17において、隙間dが凸部15の高さh程度あるので、発光管2の外表面12と外管3の内表面13との間の隙間Dが最も大きくなる部分において、外管3の内表面13に凸部15が形成されていない場合に比べて、隙間Dが凸部15の高さhだけ小さくなる。
この高圧放電ランプ1は、次のようにして作製することができる。
まず、金属箔5の両端に、ロッド状の電極4と外部リード6とを電気的に接続し、電極4構造体を2つ作成する。円筒状の石英ガラス管の内部に、適宜の量の水銀等を封入すると共に電極構造体を石英ガラス管の両側から挿入し、シュリンクシール法により石英ガラス管の両端部を封止する。このようにして、内部に封入物および電極4を備える発光管2が作成される。
第2の実施形態の高圧放電ランプ1は、外管3の内表面13が滑らかな面となっていて、発光管2の外表面12が断面多角形状となっていることを除いて、第1の実施形態の高圧放電ランプ1と同様の構成を有するものである。第2の実施形態について、第1実施形態の高圧放電ランプ1と同一の構成部材の説明は省略する。
また、凸部18が発光管2の外周を断面多角形状にすることによって形成されているため、外管3の内表面13のどの箇所に接触部分17が存在しても、必ず空気層16が存在し、発光管2の外表面12と外管3の内表面13とが密着することがない。
発光管2の外表面12に凸部18を形成することによって、放電空間10内における最冷点の温度を上げることができるので、待機電力を下げても発光管2の内表面11の温度を高く維持することができ、発光管2内の封入された水銀の未蒸発の発生を抑制することができる。したがって、待機モードの待機電力を下げつつ、処理モードにおいて、短時間で立ち上がり、立ち切れしない高出力点灯ができる高圧放電ランプ1を実現できる。
<実施例1>
第1の実施形態に示す高圧放電ランプを用いた高圧放電ランプ装置を作成し、実験対象とした。実験対象として用いた高圧放電ランプの仕様を以下に示す。
発光管:石英ガラス製、中央部の内径φ8mm、中央部の外径φ12mm、封止部の外径:φ6mm、発光長100mm
外管:石英ガラス製、内径φ12.1mm、外径φ14.1mm
凸部:高さ50μm、管軸方向の間隔2mm
電極:タングステン製、電極間距離100mm、放電空間10内に位置される電極部分の長さ3mm
封入物:水銀7.5mg/cc、アルゴンガス100Torr
なお、凸部は発光管の外表面に直径80μmのカーボン線を2mm間隔でコイル状に巻いて、上述した方法により形成した。
処理モードで30秒間点灯し、続いて待機モードで30秒間点灯し、処理モードと待機モードとが交互になるように点灯した。処理モード時において、高圧放電ランプの入力電力が3000W(300W/cm)となるように点灯した。待機モード時において、高圧放電ランプの入力電力が2000W(200W/cm)となるように点灯した。
冷却ジャケットには、冷却媒体として、水を5L/minの流量で循環させた。
また、比較対象として、外管の内表面に凸部が形成されていないことを除いて、実験対象と同様の仕様の高圧放電ランプ1を作成した。
外管の内表面に凸部が形成されていない比較対象の高圧放電ランプは、発光管の内表面における温度が、処理モードでは、接触部分で550℃となり、隙間の最大部分で1000℃となった。また、待機モードでは、接触部分で430℃となり、隙間の最大部分で800℃となった。
外管の内表面に凸部が形成された実験対象の高圧放電ランプは、最冷点となる接触部分の温度が、比較対象の高圧放電ランプに比べて、処理モードでは150℃高く、待機モードでは110℃高くなった。
実験例1の実験結果からの予測から、外管の内表面に凸部が形成された実験対象の高圧放電ランプ装置を、待機モードの入力電力を小さくして点灯することにした。実験対象として用いた高圧放電ランプの仕様は、実験例1と同様とした。また、高圧放電ランプ装置の冷却条件も、実験例1と同様とした。なお、高圧放電ランプの点灯条件は、次のようにした。
処理モードで30秒間点灯し、続いて待機モードで30秒間点灯し、処理モードと待機モードとが交互になるように点灯した。処理モード時において、高圧放電ランプの入力電力が3000W(300W/cm)となるように点灯した。待機モード時において、高圧放電ランプの入力電力が1500W(150W/cm)となるように点灯した。
すなわち、待機モードの入力電力を下げたことを除いて、高圧放電ランプの点灯条件も、実験例1と同様とした。
したがって、待機モードの待機電力を下げても、水銀の未蒸発分が発生しないので、待機モードから処理モードへ短時間で立ち上がり、処理モードにおいて立ち切れしない高出力点灯ができる高圧放電ランプを実現できることが確かめられた。
一方、実験例2の結果により、外管の内表面に凸部が形成された実験対象の高圧放電ランプは、待機モードの入力電力を150W/cmとできることが確かめられた。これより、凸部が形成されていない従来技術に係る高圧放電ランプに比べて、待機モードの入力電力を75%に低減できることがわかった。
2 発光管
3 外管
4 電極
14 隙間
15 凸部
16 空気層
17 接触部分
21 冷却ジャケット
Claims (5)
- 一対の電極が対向配置され、水銀が封入された発光管と、前記発光管の外側に形成された直管状の外管を備え、前記発光管の両端で前記外管が固定されている高圧放電ランプにおいて、
前記発光管の外表面、または、前記外管の内表面に、凸部が形成されていることを特徴とする高圧放電ランプ。 - 前記凸部は、外管の内表面に螺旋状の筋を設けることにより形成されることを特徴とする請求項1に記載の高圧放電ランプ。
- 前記凸部は、発光管の外表面を、管軸方向に垂直に切断した断面において断面多角形状にすることにより形成されることを特徴とする請求項1に記載の高圧放電ランプ。
- 前記外管の内径と前記発光管の外径との差は200μm以下であり、前記凸部の高さは200μm以下であることを特徴とする請求項1乃至3に記載の高圧放電ランプ。
- 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の高圧放電ランプを、冷却ジャケットの内部に配置し、前記外管の壁面に沿って冷却媒体が流過されることを特徴とする高圧放電ランプ装置。
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