JP2017216146A - ロングアーク型紫外線ランプ及び照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】封止部において電極軸と発光管とが接する部分にクラックが生じることを抑える。【解決手段】実施形態のロングアーク型紫外線ランプは、一端部が放電空間に設けられた電極軸と、電極軸の他端部に接合された金属箔と、電極軸の他端部及び金属箔を覆って封止した封止部が形成された発光管と、を備える。電極軸の他端部の端面と周面との角には、電極軸の軸方向に沿う断面において曲面が形成されている。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、ロングアーク型紫外線ランプ及び照射装置に関する。

例えば、半導体の露光工程や、ＵＶ（ultraviolet）インクやＵＶ塗料の乾燥工程、樹脂の硬化工程等では、紫外線によって光化学反応を行う照射装置が用いられている。照射装置において、紫外線を発する光源として用いられる紫外線ランプとしては、電極間距離が相対的に長い、いわゆるロングアーク型紫外線ランプが知られている。

この種のロングアーク型紫外線ランプには、発光管の両端部に電極が設けられており、例えば、発光管の内部に、希ガスと水銀を封入した水銀ランプや、水銀に加えて他の金属及びハロゲン元素等を封入したメタルハライドランプがある。

図９は、関連技術のロングアーク型紫外線ランプの封止部を示す部分断面図である。図９に示すように、関連技術のロングアーク型紫外線ランプ１０５は、両端部に電極１０７が設けられた発光管１０６を有する。電極１０７は、コイル１０９と、コイル１０９が一端部に設けられた電極軸１０８と、を有する。電極軸１０８の他端部には、金属箔１１０の一端部が接合されている。発光管１０６の両端部には、金属箔１１０と共に電極軸１０８の他端部が、発光管１０６を形成するガラス材によって封止された封止部１１１が形成されている。ロングアーク型紫外線ランプ１０５は、金属箔１１０の他端部に接続されたリード線（図示せず）を介して給電される。

特開２００６−１３４７１０号公報

ところで、上述したロングアーク型紫外線ランプ１０５は、点灯に伴って発光管１０６の温度が高温になるので、一般に、発光管１０６を冷却する冷却装置と共に用いられている。このような冷却装置は、種々の形態があり、発光管１０６の封止部１１１が適正に冷却されない場合がある。この場合、封止部１１１の温度が上昇し、ロングアーク型紫外線ランプ１０５の点灯時に生じる熱膨張と、消灯時に生じる熱収縮との変化量が大きくなる。その結果、電極軸１０８とガラス材との熱収縮率が異なることの影響が著しくなり、封止部１１１では、金属箔１１０が接合された電極軸１０８の他端部を封止するガラス材にクラックが発生するおそれがある。このようなクラックが封止部１１１に発生した発光管１０６を使用し続けた場合、クラックが徐々に大きくなり、封止部１１１の割れを招いてしまう。

そこで、本発明は、封止部において電極軸と発光管とが接する部分にクラックが生じることを抑えることができるロングアーク型紫外線ランプ及び照射装置を提供することを目的とする。

実施形態に係るロングアーク型紫外線ランプは、一端部が放電空間に設けられた電極軸と、前記電極軸の他端部に接合された金属箔と、前記電極軸の前記他端部及び前記金属箔を覆って封止した封止部が形成された発光管と、を具備するロングアーク型紫外線ランプであって、前記電極軸の前記他端部の端面と周面との角には、前記電極軸の軸方向に沿う断面において曲面が形成されている。

本発明によれば、封止部において電極軸と発光管とが接する部分にクラックが生じることを抑えることができる。

実施形態に係る照射装置及びロングアーク型紫外線ランプを示す模式図である。 実施形態に係るロングアーク型紫外線ランプの封止部を示す拡大図である。 実施形態に係るロングアーク型紫外線ランプの電極軸を示す部分断面図である。 実施形態に係るロングアーク型紫外線ランプの電極軸を、電極軸の軸方向から示す断面図である。 第１の変形例のロングアーク型紫外線ランプの電極軸を示す部分断面図である。 第１の変形例のロングアーク型紫外線ランプの電極軸を、電極軸の軸方向から示す断面図である。 第２の変形例のロングアーク型紫外線ランプの電極軸を示す部分断面図である。 第２の変形例のロングアーク型紫外線ランプの電極軸を、電極軸の軸方向から示す断面図である。 関連技術のロングアーク型紫外線ランプの封止部を示す部分断面図である。

以下で説明する実施形態に係るロングアーク型紫外線ランプは、電極軸と、金属箔と、発光管と、を具備する。電極軸は、一端部が放電空間に設けられる。金属箔は、電極軸の他端部に接合される。発光管には、封止部が形成される。封止部は、電極軸の他端部及び金属箔を覆って封止する。電極軸の他端部の端面と周面との角には、電極軸の軸方向に沿う断面において曲面が形成されている。

また、以下で説明する実施形態に係るロングアーク型紫外線ランプにおける電極軸の他端部には、１つの金属箔のみが接合される。曲面は、電極軸の径方向において金属箔が接合された側の反対側に形成されている。

また、以下で説明する実施形態に係るロングアーク型紫外線ランプは、水銀ランプまたはメタルハライドランプである。

また、以下で説明する実施形態に係る照射装置は、ロングアーク型紫外線ランプと、装着部と、を具備する。装着部には、ロングアーク型紫外線ランプが装着される。

（実施形態）
以下、実施形態に係る照射装置及びロングアーク型紫外線ランプ（以下、単に「紫外線ランプ」と称する）について、図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係る照射装置及び紫外線ランプを示す模式図である。図１に示すように、実施形態の照射装置１は、紫外線ランプ５と、紫外線ランプ５が着脱可能に装着される装着部３と、を有する。

装着部３は、紫外線ランプ５が有する後述の一対の口金部材１３を保持する一対の保持部材４を有する。保持部材４は、例えば、金属材料によって形成されている。また、保持部材４は、口金部材１３の放熱性を高めるために、熱伝導率が高い材料によって形成されてもよい。

（紫外線ランプの構成）
図２は、実施形態に係る紫外線ランプの封止部を示す拡大図である。図３は、実施形態に係る紫外線ランプの電極軸を示す部分断面図である。図４は、実施形態に係る紫外線ランプの電極軸を、電極軸の軸方向から示す断面図である。

本実施形態に係る紫外線ランプ５は、ロングアーク型の水銀ランプ、あるいはロングアーク型のメタルハライドランプであり、いわゆる高輝度放電灯（ＨＩＤ：High Intensity Discharge lamp）である。図１に示すように、紫外線ランプ５は、発光管６と、口金部材１３と、リード線１４と、を備える。

発光管６は、透過光性を有する石英ガラスによって円筒状に形成されており、内部に放電空間６ａを有する。放電空間６ａの内部に、アルゴンガス、高蒸気圧の水銀が封入され、これらに加えて、鉄、錫、ヨウ素等の金属ハロゲン化物が封入されている。

発光管６の放電空間６ａの両端には、一対の電極７が設けられている。図２に示すように、電極７は、電極軸８と、コイル９とを有する。電極軸８は、一端部が放電空間６ａ内に設けられており、他端部が金属箔１０に溶接されて接合されている。コイル９は、電極軸８の一端部に巻回して設けられている。コイル９は、例えば、電極軸８の外周部に２層をなして設けられており、内周側に巻かれるコイル９のピッチが大きく（粗）され、外周側に巻かれるコイル９のピッチが小さく（密）されている。

電極軸８は、例えば、タングステン等の金属材によって円柱状に形成されている。図３及び図４に示すように、電極軸８の他端部の周面８ａには、電極軸８の軸方向に沿って互いに平行な一組の平坦面８ｂが、電極軸８の端面８ｃに連続して形成されている。一組の平坦面８ｂは、電極軸８の周面８ａに、電極軸８の径方向における段差状に形成されている。図３に示すように、電極軸８の他端部の端面８ｃと、周面８ａに形成された一方の平坦面８ｂとの角には、電極軸８の軸方向に沿う断面において、曲面８ｄが形成されている。曲面８ｄは、例えば、断面円弧状に丸めた湾曲面として形成されており、電極軸８の他端部の研磨加工やサンドブラスト加工等によって形成されている。

また、図３及び図４に示すように、電極軸８の他端部の周面８ａに形成された他方の平坦面８ｂには、金属箔１０の一端部が接合されており、他方の平坦面８ｂが金属箔１０の接合面として用いられている。すなわち、電極軸８の曲面８ｄは、電極軸８の径方向において、金属箔１０が接合された平坦面８ｂ側とは反対側に形成されている。また、金属箔１０の他端部には、導線（図示せず）の一端部が接合されている。

金属箔１０は、モリブデンによって矩形状に形成されており、例えば、発光管６の長さ方向に対する長さが３０ｍｍ程度、幅が６ｍｍ程度、厚さが０．０２８ｍｍ程度に形成されている。

発光管６の両端部には、図１、図２及び図３に示すように、金属箔１０を覆うように封止した円柱状の封止部１１が形成されている。封止部１１は、電極軸８の他端部及び金属箔１０、導線の一端部を封止している。このため、封止部１１において、電極軸８の他端部の曲面８ｄは、発光管６を形成する材料である石英ガラスに接している。また、封止部１１の外周には、口金部材１３が設けられている。

口金部材１３は、円筒状に形成されており、発光管６の封止部１１に接着剤によって接合される。リード線１４は、発光管６の外部に配置されており、発光管６内の導線の他端部に一端部が接続されている。そして、紫外線ランプ５は、照射装置１の装着部３に装着されたときに、装着部３に設けられた一対の保持部材４によって口金部材１３が保持されて、リード線１４が電源部（図示せず）に電気的に接続される。電源部からリード線１４を介して、紫外線ランプ５に電力が供給されることで、紫外線ランプ５が点灯する。

（電極軸の曲面の作用）
まず、図９に示したように、関連技術の紫外線ランプ１０５の封止部１１１では、電極軸１０８の他端部の角が、発光管１０６を形成する石英ガラスに接している。封止部１１１が適正に冷却されない環境で紫外線ランプ１０５が使用された場合、紫外線ランプ１０５の点灯時と消灯時における封止部１１１の温度変化が大きくなり、これに伴って、電極軸１０８と石英ガラスの熱膨張率の差異による影響が著しくなる。このため、封止部１１１は、電極軸１０８の他端部の角と石英ガラスとが線接触する部分を有しており、電極軸１０８の軸方向に沿う断面において、熱膨張及び熱収縮で生じる応力が、電極軸１０８の他端部の角に集中する。これにより、電極軸１０８の他端部の角を起点としてクラックが石英ガラスに発生するおそれがある。

一方、実施形態の紫外線ランプ５の封止部１１では、電極軸８の他端部の角に曲面８ｄが形成されたことで、曲面８ｄによって電極軸８の他端部の角と石英ガラスとが面接触するので、電極軸８の他端部の角と石英ガラスとが線接触する部分が減らされる。このため、封止部１１は、電極軸８の軸方向に沿う断面において、電極軸８の他端部の角に応力が集中することが抑えられるので、石英ガラスにクラックが発生することが抑えられる。

上述のように実施形態の紫外線ランプ５が有する電極軸８の他端部の端面８ｃと周面８ａとの角には、電極軸８の軸方向に沿う断面において曲面８ｄが形成されている。これにより、封止部１１の熱収縮によって生じる応力が、電極軸８の他端部に集中することが抑制されるので、封止部１１における電極軸８と発光管６とが接する部分にクラックが生じることを抑えられる。したがって、紫外線ランプ５によれば、冷却装置等によって封止部１１が適正に冷却されない環境下で紫外線ランプ５が使用された場合であっても、封止部１１にクラックが生じることを抑えることができる。その結果、紫外線ランプ５の寿命を延ばすことが可能になる。

また、紫外線ランプ５が有する電極軸８の他端部には、１つの金属箔１０のみが接合される。曲面８ｄは、電極軸８の径方向において金属箔１０が接合された側の反対側に形成されている。電極軸８の他端部を挟んで２つの金属箔１０が互いに対向してそれぞれ設けられる構成では、電極軸８の他端部と石英ガラスとが接する部分が少なくなるので、クラックの発生が少なくなる。このため、電極軸８の他端部に曲面８ｄを形成することによってクラックの発生を抑える効果が小さい。しかしながら、電極軸８の他端部に１つの金属箔１０のみが設けられる構成では、２つの金属箔１０を有する構成に比べ、電極軸８の他端部の径方向において、金属箔１０が接合されていない側で石英ガラスと接する部分が相対的に大きい。このため、電極軸８に１つの金属箔１０のみが接合される構成は、封止部１１において電極軸８の他端部と石英ガラスとが接する部分にクラックが発生することを抑える作用が効果的に得られる。

なお、電極軸８の他端部を挟んで２つの金属箔１０が互いに対向してそれぞれ設けられる構成においても、封止部１１には、２つの金属箔１０が対向する間に、電極軸８の他端部と石英ガラスとが接する部分が存在しており、この部分に曲面８ｄを形成することで、クラックの発生を抑制することができる。

以下、第１の変形例及び第２の変形例の紫外線ランプについて図面を参照して説明する。なお、第１の変形例及び第２の変形例において、実施形態と同一の構成部材には、実施形態と同一符号を付けて説明を省略する。

（第１の変形例及び第２の変形例）
図５は、第１の変形例の紫外線ランプの電極軸を示す部分断面図である。図６は、第１の変形例の紫外線ランプの電極軸を、電極軸の軸方向から示す断面図である。図７は、第２の変形例の紫外線ランプの電極軸を示す部分断面図である。図８は、第２の変形例の紫外線ランプの電極軸を、電極軸の軸方向から示す断面図である。第１の変形例及び第２の変形例は、電極軸の他端部の形状が、実施形態と異なる。

図５及び図６に示すように、第１の変形例の紫外線ランプ１５は、コイル９が一端部に設けられた電極軸１８を有する。電極軸１８の他端部の周面１８ａには、電極軸１８の軸方向に沿って１つの平坦面１８ｂのみが、電極軸１８の端面１８ｃに連続して形成されている。電極軸１８の他端部に形成された平坦面１８ｂには、金属箔１０の一端部が接合されている。また、電極軸１８の他端部には、平坦面１８ｂと反対側の周面１８ａと端面１８ｃとの角に、電極軸１８の軸方向に沿う断面において曲面１８ｄが形成されている。

上述のように第１の変形例の紫外線ランプ１５においても、電極軸１８の他端部に曲面１８ｄが形成されることで、実施形態と同様に、封止部１１の熱収縮によって生じる応力が、電極軸１８の他端部に集中することが抑制されるので、封止部１１にクラックが発生することを抑えられる。

図７及び図８に示すように、第２の変形例の紫外線ランプ２５は、コイル９が一端部に設けられた電極軸２８を有する。電極軸２８の他端部の周面２８ａには、電極軸２８の軸方向に沿って互いに平行な一組の平坦面２８ｂが、電極軸２８の端面２８ｃに連続して形成されている。電極軸２８の他端部の端面２８ｃと周面２８ａとの角には、電極軸２８の軸方向に沿う断面において、曲面２８ｄが形成されている。曲面２８ｄは、電極軸２８の他端部の全周にわたって形成されている。したがって、電極軸２８の他端は、例えば、半球状に形成されている。

上述のように第２の変形例においても、電極軸２８の他端部に曲面２８ｄが形成されることで、実施形態と同様に、封止部１１の熱収縮によって生じる応力が、電極軸２８の他端部に集中することが抑制されるので、封止部１１にクラックが発生することを抑えられる。

加えて、第２の変形例によれば、電極軸２８の他端部の全周にわたって曲面２８ｄが形成されることによって、実施形態及び第１の変形例のように電極軸２８の他端部の一部のみに形成する構成に比べて、曲面２８ｄを形成する範囲を管理する必要がない。このため、第２の変形例は、電極軸２８の曲面２８ｄの加工性を高めることが可能になる。

なお、上述した実施形態、第１及び第２の変形例では、電極軸８、１８、２８の他端部に１つの金属箔１０のみが設けられたが、必要に応じて、２つの金属箔１０が、電極軸８、１８、２８の径方向における両側に、電極軸８、１８、２８の他端部を挟むように互いに対向してそれぞれ配置されてもよい。

本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することを意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 照射装置
５ ロングアーク型紫外線ランプ
６ 発光管
７ 電極
８ 電極軸
８ａ 周面
８ｂ 平坦面
８ｃ 端面
８ｄ 曲面
９ コイル
１０ 金属箔
１１ 封止部

Claims (4)

1. 一端部が放電空間に設けられた電極軸と；
   前記電極軸の他端部に接合された金属箔と；
   前記電極軸の前記他端部及び前記金属箔を覆って封止した封止部が形成された発光管と；
   を具備するロングアーク型紫外線ランプであって、
   前記電極軸の前記他端部の端面と周面との角には、前記電極軸の軸方向に沿う断面において曲面が形成されている、ロングアーク型紫外線ランプ。
2. 前記電極軸の他端部には、１つの前記金属箔のみが接合され、
   前記曲面は、前記電極軸の径方向において前記金属箔が接合された側の反対側に形成されている、
   請求項１に記載のロングアーク型紫外線ランプ。
3. 前記ロングアーク型紫外線ランプは、水銀ランプまたはメタルハライドランプである、
   請求項１または２に記載のロングアーク型紫外線ランプ。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロングアーク型紫外線ランプと；
   前記ロングアーク型紫外線ランプが装着される装着部と；
   を具備する照射装置。

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