JP2020107419A - Discharge lamp and illumination device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、露光装置等に利用される放電ランプ及び照明装置に関し、特に、ショートアーク型放電ランプに関する。 The present invention relates to a discharge lamp and a lighting device used in an exposure apparatus and the like, and particularly to a short arc type discharge lamp.
露光装置や照明装置などに使用されるショートアーク型放電ランプでは、放電中、電極支持棒等が高温になって封止管が過熱状態になることがある。この結果、封止管内の金属部分とガラス部分との接合部分にクラックが発生するおそれがある。過熱状態を防止するため、放電ランプに対して冷却風が送風される。 In a short arc type discharge lamp used for an exposure device, an illumination device, etc., the electrode support rod or the like may become hot during discharge, and the sealed tube may become overheated. As a result, cracks may occur at the joint between the metal portion and the glass portion inside the sealed tube. Cooling air is blown to the discharge lamp to prevent overheating.
一方で、放電管を過度に冷却すると、点灯開始後間もない時間帯では水銀が十分蒸発せず、発光強度が弱まる。また、封止管に直接的に冷却風を当てることで高温部分、低温部分が生じ、封止管に熱歪が生じてしまう。そこで、封止管の温度を点灯開始時から好適な状況で維持するため、略筒状の防風板(防風筒と適宜称する)が封止管を覆うように配置される(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, if the discharge tube is excessively cooled, mercury does not sufficiently evaporate in the time period just after the start of lighting, and the emission intensity weakens. Further, by directly applying cooling air to the sealed tube, a high temperature portion and a low temperature portion are generated, which causes thermal strain in the sealed tube. Therefore, in order to maintain the temperature of the sealed tube in a suitable state from the start of lighting, a substantially tubular windbreak plate (referred to as a windbreak tube) is arranged so as to cover the sealed tube (for example, Patent Document 1). reference).
封止管と防風筒との距離間隔を含め、防風筒の配置場所は、放電管、封止管の表面に沿った冷却風の流れを制御し、封止管の温度を適切に維持するためにも、緻密に設定しなければならない。例えば、特許文献2においては、封止管と放電管との繋がり部分のランプ形状に合わせて、防風筒を所定の位置に配置し、冷却風の一部だけを封止管と防風筒との隙間に流し、点灯開始時から安定点灯状態までの期間、効果的にランプを冷却するようにしている。 The location of the windbreak tube, including the distance between the sealed tube and the windbreak tube, controls the flow of cooling air along the surface of the discharge tube and the sealed tube to maintain the temperature of the sealed tube appropriately. However, it must be set precisely. For example, in Patent Document 2, a windbreak tube is arranged at a predetermined position in accordance with the lamp shape of the connecting portion between the sealing tube and the discharge tube, and only a part of the cooling air is provided between the sealing tube and the windbreak tube. It is poured into a gap to effectively cool the lamp during the period from the start of lighting to the stable lighting state.
しかしながら、防風筒の配置場所を設定するだけでは封止管を適切な温度に維持することができず、封止管が過熱状態になるおそれがあった。そこで、点灯開始から安定点灯状態までの間に放電管の過冷却を防ぐとともに、安定点灯後の連続点灯期間中において封止管の過熱を防ぐことが必要とされる。 However, the sealed tube cannot be maintained at an appropriate temperature only by setting the location of the windbreak tube, and the sealed tube may be overheated. Therefore, it is necessary to prevent overcooling of the discharge tube from the start of lighting to the stable lighting state, and to prevent overheating of the sealing tube during the continuous lighting period after stable lighting.
したがって、本発明の目的は、点灯開始から安定点灯状態までの間に放電管の過冷却を防ぐとともに、安定点灯後の連続点灯期間中において封止管の過熱を防ぐことができるようにした放電ランプ及び照明装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to prevent overcooling of the discharge tube from the start of lighting to the stable lighting state, and to prevent overheating of the sealing tube during the continuous lighting period after stable lighting. It is to provide a lamp and a lighting device.
本発明は、放電管と、放電管の両側に連設された一対の封止管と、少なくとも一方の封止管を覆う筒状の防風部材とを備え、防風部材の少なくとも一部に、封止管からの輻射熱を該封止管に反射することを抑制する熱反射抑制手段が形成されていることを特徴とする放電ランプである。
また、本発明は、放電管と、放電管の両側に連設する一対の封止管とを備えた放電ランプと、少なくとも一方の封止管を覆う筒状の防風部材とを備え、防風部材の少なくとも一部に、封止管からの輻射熱を封止管に反射することを抑制する熱反射抑制手段が形成されていることを特徴とする照明装置である。
The present invention includes a discharge tube, a pair of sealing tubes continuously provided on both sides of the discharge tube, and a tubular windbreak member covering at least one of the sealing tubes, and at least a part of the windbreak member is sealed. The discharge lamp is characterized in that heat reflection suppressing means for suppressing reflection of radiant heat from the stop tube to the sealing tube is formed.
Further, the present invention includes a discharge lamp, a discharge lamp including a pair of sealing tubes continuously provided on both sides of the discharge tube, and a tubular windbreak member covering at least one of the sealing tubes. The illuminating device is characterized in that a heat reflection suppressing means for suppressing reflection of radiant heat from the sealing tube to the sealing tube is formed on at least a part of the above.
少なくとも一つの実施形態によれば、防風筒に熱反射抑制手段(アルマイト処理)を形成することで、防風筒の輻射率が上がり、封止管からの熱を吸収するため(熱反射を抑制するため)、封止管温度を下げることができる。封止管の温度を下げると、封止管内の金属部品の温度が低下し、金属部品が膨張して封止管を押す力が減少するため、封止管にかかる応力が減少し、クラックを防止することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果又はそれらと異質な効果であっても良い。 According to at least one embodiment, by forming heat reflection suppressing means (alumite treatment) on the windbreak cylinder, the emissivity of the windbreak cylinder is increased and heat from the sealing tube is absorbed (heat reflection is suppressed). Therefore, the temperature of the sealed tube can be lowered. When the temperature of the sealing tube is lowered, the temperature of the metal parts inside the sealing tube decreases, the metal parts expand and the force pushing the sealing tube decreases, so the stress applied to the sealing tube decreases and cracks occur. Can be prevented. Note that the effects described here are not necessarily limited, and may be any one of the effects described in this specification or an effect different from them.
図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図1は、一実施形態であるショートアーク型放電ランプを模式的に示した図である。ショートアーク型放電ランプ10は、パターン形成する露光装置の光源などに使用可能な放電ランプであり、透明な石英ガラス製の放電管(発光管)11を備える。放電管11には、陰極20、陽極30が所定間隔をもって対向配置される。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a short arc type discharge lamp according to an embodiment. The short arc
管球状の放電管11の両側には、互いに対向するように石英ガラス製の封止管12a、12bが放電管11と一体的に形成されており、封止管12a、12bの両端は、口金13a、13bが接続されている。口金13a、13bは、例えば粉末接着剤によって封止管12a、12bに固定されている。放電ランプ10は、陽極30が上側、陰極20が下側となるように鉛直方向に沿って配置されている。
On both sides of the tube-
封止管12a、12bの内部には、金属製の陰極20、陽極30を支持する導電性の電極支持棒14a、14bが配設され、環状部材(金属リング)、モリブデンなどの金属箔を介して導電性のリード棒にそれぞれ接続される。封止管12a、12bは、封止管12a、12b内に設けられるガラス管、ガラス部材などと溶着しており、これによって、水銀、および希ガスが封入された放電空間が封止される。リード棒は外部の電源部に接続され、金属リング、金属箔及び電極支持棒14a、14bを介して陰極20、陽極30の間に電圧が印加される。放電ランプ10に電力が供給されると、電極間でアーク放電が発生し、水銀による輝線(紫外光)が放射される。
Inside the
なお、放電ランプ10の周囲には、回転楕円体である反射ミラー(集光ミラー)(図示せず)が配置されて照明装置が構成される。ランプ点灯時、放電ランプ10から放射された光は、反射ミラーで反射する。反射光は二次焦点に集光し、図示しない照明光学系などを介して照射対象物へ導かれる。例えば、照明装置が露光装置内に設けられている場合、基板の感光面に光が照射される。さらに、放電ランプ10の封止管12a側と封止管12b側にそれぞれ冷却ノズルが配置されており、冷却ノズルからの冷風によって、ランプ点灯中、封止管12aと口金13a、封止管12bと口金13bがそれぞれ冷却される。
Around the
筒状薄板の防風部材としての防風筒40及び50は、封止管12a、12bを囲み、口金13a、13bの端部まで延在する金属筒状部材(ここではアルミニウム)であり、口金13a、13bにそれぞれネジ止めされている。例えば一対の半円筒同士を組み合わせることで防風筒40及び50が構成されている。防風筒40、50によって、冷却ノズルからの冷風が直接封止管12a、12bに当たらず、点灯開始から安定点灯時までの過冷却を防ぐとともに、安定点灯時の封止管12a、12bの温度を適切な範囲になるようにしている。後述するように、防風筒40、50の少なくとも一部に、封止管12a、12bからの輻射熱をその封止管に反射することを抑制する熱反射抑制手段が形成されている。
The
放電管11と封止管12a、12bの繋ぎ目部分の外表面には、保温膜60及び70が形成されている。保温膜60及び70は、点灯中の最冷点温度を高く維持するために設けられている。
図2は、陰極20側の封止管12a及び口金13aを含む構成をより詳細に示す断面図である。放電管11及び封止管12aは、一体的に形成されており、封止管12aから放電管11に向けて径が広がるように、封止管12aとのつなぎ目部分周辺から形状が変化する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing in more detail the configuration including the
電極支持棒14aは、中空状肉厚のガラス管31、環状部材である内側金属リング35に挿通されており、さらに、筒状のガラス部材32にまで延在し、ガラス部材32に挿通されている。電極支持棒14aは、ランプ軸上に沿ってガラス管31、金属リング35、ガラス部材32によって保持されている。ガラス管31、ガラス部材32は、封止管12aの内面と溶着されている。
The
また、内側金属リング35は、ガラス管31とガラス部材32との間に設けられており、ガラス部材32と外側ガラス管37との間には、環状部材である外側金属リング36が設けられている。なお、ガラス管31と内側金属リング35との間や、ガラス部材32と外側金属リング36との間など各部材間には、ディスク状の円板箔(図示せず)を設けてもよい。リード棒33は、外側金属リング36に挿通され、ガラス部材32の封止端部側に挿入されている。ガラス部材32の周面には、モリブデンなどから成る複数の帯状の金属箔34が周方向に沿って互いに離間して設けられており、その両端が金属リング35及び36と接続されている。
The
内側金属リング35の外周面上に、筒状に巻いた巻き箔(図示せず)を設け、内側金属リング35とともに金属箔34の電極側端部を覆うようにしてもよい。また、この巻き箔の表面をエンボス加工してもよい。
A cylindrical winding foil (not shown) may be provided on the outer peripheral surface of the
白金や金などを含む膜(金属膜)で構成された保温膜60は、放電管11の軸方向端部から封止管12aに渡ってその外表面を覆うように形成(塗布)されている。また、封止管12aの外表面における、封止管12a内に位置するガラス管31と対向している領域の少なくとも一部には、保温膜を形成しない領域Sが形成される。領域Sの下側(ここでは口金13a側)に分離して保温膜60aが形成される。封止管12aの表面において、金属リング35と対向している領域全体に保温膜60aが形成される。なお、保温膜60及び60aは、薄い膜で形成されているが、説明のため厚さを誇張して描いている。
The
防風筒40が口金13aからガラス管31の放電管11側端部よりも下側(逆方向側)まで同軸的に延長され、封止管12aの外表面と所定の間隔でもって同心円状に配置されている。防風筒40の内面に対向間隙が形成され、封止端部側と反対側の端部に開口41が形成されている。防風筒40の放電管11側端部の位置が上述した保温膜60が形成されていない領域Sと対向する範囲に含まれるようになされる。例えばガラス管31の軸方向中間位置付近に開口41が位置される。すなわち、防風筒40の長さが、ガラス管31の放電管側端部まで延在していた既存の構成に比してより短いものとされている。
The
例えばアルミニウムなどの金属からなる防風筒の場合、防風筒の内面によって、封止管からの熱(輻射熱)が反射され、封止管が過熱状態になるおそれがある。そこで、本発明の一実施形態では、防風筒40をアルマイト処理して封止管12aに対して反射される熱を減少させるようにしている。アルマイト処理によって表面に酸化皮膜が形成され、入射した熱を吸収させ、封止管12aに戻る熱を減少させることができる。なお、熱反射抑制手段としては、アルマイト処理以外にも反射する熱を抑圧させる処理を採用できる。例えばブラスト処理などの機械的処理による表面加工、輻射塗料や放熱用のコーティングといった塗料系、さらには、セラミック等のシートや板材を貼り付ける構成を採用できる。アルミニウム以外で防風筒を構成してもよいため、防風筒の材質によって適宜選択するようにしてもよい。また、封止管12aからの輻射熱を吸収する手段は、少なくとも防風筒40の封止管12aと対向する面(内面)に設ければよく、あるいは内面の少なくとも一部に設ける構成としてもよい。
For example, in the case of a windbreak tube made of metal such as aluminum, heat (radiation heat) from the sealed tube may be reflected by the inner surface of the windbreak tube, and the sealed tube may be overheated. Therefore, in one embodiment of the present invention, the
かかる防風筒40によって封止管の過熱を防ぎ、ひいては封止管温度を下げることができる。封止管12aの温度を下げると、封止管12a内の金属部品(内側金属リング35)の温度が低下し、金属リング35が金属箔34あるいは金属リング35の外周面上に巻かれた巻き箔を押す力(膨張量)が減少するため、封止管12aにかかる応力が減少し、封止管12aのクラックを防止することができる。
The
本実施形態では、ガラス管31と対向している領域の封止管12aの外表面の一部に保温膜が形成されない領域Sを設けている。これにより、ガラス管31に挿通する電極支持棒14aの熱が保温膜によって遮られることなく放出でき、その結果、電極支持棒14aと繋がる内側金属リング35の温度を下げることができる。金属リング35の温度低下により、金属リング35が膨張して金属箔34あるいは金属リング35の外周面上に巻かれた巻き箔を押す力(膨張量)が減少し、封止管12aにかかる応力も減少し、封止管12aのクラックを防止することができる。その一方で、封止管12aの表面における内側金属リング35と対向している領域全体には保温膜60aを形成している。これにより、封止管温度を適切な温度範囲になるようにしている。
In the present embodiment, a region S where the heat insulating film is not formed is provided on a part of the outer surface of the sealing
また、防風筒40の長さを短くすることで、封止管12aからの熱を受ける面積と、その熱を封止管12aに反射する面積が減ることになるため、封止管温度を下げることができる。特に、防風筒40の端部が、保温膜60が形成されていない領域Sと対向する範囲に位置することで、封止管12aから放出された熱(輻射熱)が保温膜及び防風筒40によって遮られることなく放出できるので、電極支持棒14aおよび内側金属リング35の温度低下が促進される。なお、防風筒40の表面に部分的に1又は複数の通気口を設けてもよい。さらに、防風筒40の径は長手方向に一定でなくてもよく、途中で径が変わってもよく(例えば「凸」形状)、テーパ状に徐々に径が変化する形状でも良い。また、防風筒40は一対の半円筒同士を組み合わせて構成しているが、組み合わせ部分に隙間が形成されてもよい。
Further, by shortening the length of the
高温状態ではアルカリイオンが金属箔34と石英ガラスの密着性を低下させ、金属箔34の箔剥がれを生じさせてしまうが、本実施形態によれば、封止管の温度の低下によって、箔剥がれを防止することができる。
In a high temperature state, the alkali ions reduce the adhesion between the
上述したように、本発明の一実施形態では、防風筒の内面から封止管に向かって反射される熱を減少させる処理を行うこと、保温膜の形成されない領域Sを形成すること、防風筒の長手方向の長さを短くすることによって、これらの効果が相乗されて、さらに電極支持棒および金属リングの温度を低下させることができる。また、本発明は、封止管と放電管との繋ぎ目部分のランプ形状に関係なく、効果を発揮することができる。 As described above, in one embodiment of the present invention, the process of reducing the heat reflected from the inner surface of the windbreak tube toward the sealing tube is performed, the region S where the heat insulating film is not formed is formed, and the windbreak tube is formed. By shortening the length in the longitudinal direction of these, these effects can be synergized, and the temperature of the electrode support rod and the metal ring can be further lowered. Further, the present invention can exert the effect regardless of the shape of the lamp at the joint portion between the sealing tube and the discharge tube.
なお、上述した陰極20側の構成と同様に、陽極30側の封止管12b、口金13b、防風筒50、保温膜70なども構成されている。但し、陰極20側及び陽極30側の少なくとも一方に上述した封止管温度を下げる構成を設けるようにしてもよい。さらに、防風筒の内面から封止管に反射される熱を減少させる処理を行うこと、保温膜の形成されない領域Sを形成すること、防風筒の長手方向の長さを短くすることの一部を片方の電極側の構成としてもよい。
The sealing
実験結果を下記の表1に示す。本発明の一実施形態の構成の放電ランプを10.5kWで点灯させ、金属箔34に対向する領域の封止管12aの外表面(封止管12aの中腹あたりに該当。表1では「封止管」と示す)と、内側金属リング35と対向する領域の封止管外表面(表1では「金属リング」と示す)の温度を測定した。温度測定には熱電対を使用した。比較例(従来例)として、長さがガラス管の放電管側端部の位置まであり、熱反射抑制手段が形成されていない防風筒が取り付けられ、ガラス管と対向している領域の封止管外表面に保温膜を形成したショートアーク型放電ランプを使用した。比較例も10.5kWで点灯し、熱電対で温度を測定した。
The experimental results are shown in Table 1 below. The discharge lamp having the configuration of the embodiment of the present invention is lit at 10.5 kW, and the outer surface of the sealing
表1に示す通り、本発明の一実施形態による放電ランプは、2か所の測定位置(封止管、金属リング)のどちらも温度が下がっていることが確認された。これにより、封止管のクラック、箔剥がれを防止することができる。 As shown in Table 1, it was confirmed that the temperature of the discharge lamp according to the embodiment of the present invention was lowered at both of the two measurement positions (sealing tube, metal ring). As a result, cracking of the sealing tube and peeling of the foil can be prevented.
以上、本技術の一実施の形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態では防風部材に熱反射抑制手段を形成しているが、必ずしも防風部材に形成する必要はない。防風部材とは異なる筒状部材に熱反射抑制手段を形成してもよいし、あるいは、熱を吸収する材料で筒状部材を構成してもよい。また、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。 Although one embodiment of the present technology has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described one embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. .. For example, in the above-described embodiment, the heat reflection suppressing means is formed on the windbreak member, but it is not always necessary to form it on the windbreak member. The heat reflection suppressing means may be formed on a tubular member different from the windbreak member, or the tubular member may be made of a material that absorbs heat. Further, the configurations, methods, steps, shapes, materials, numerical values, and the like mentioned in the above-described embodiments are merely examples, and different configurations, methods, steps, shapes, materials, and numerical values may be used as necessary. Good.
10・・・放電ランプ、11・・・放電管、12a,12b・・・封止管、
13a,13b・・・口金、20・・・陰極、30・・・陽極、
31・・・ガラス管、32・・・ガラス部材、34・・・金属箔、
35,36・・・金属リング(環状部材)、40,50・・・防風筒(防風部材)、60,70・・・保温膜(膜)
10... Discharge lamp, 11... Discharge tube, 12a, 12b... Sealing tube,
13a, 13b... Base, 20... Cathode, 30... Anode,
31...glass tube, 32...glass member, 34...metal foil,
35, 36... Metal ring (annular member), 40, 50... Windproof cylinder (windproof member), 60, 70... Thermal insulation film (film)
Claims (10)
前記放電管の両側に連設された一対の封止管と、
少なくとも一方の前記封止管を覆う筒状の防風部材とを備え、
前記防風部材の少なくとも一部に、前記封止管からの輻射熱を該封止管に反射することを抑制する熱反射抑制手段が形成されていることを特徴とする放電ランプ。 Discharge tube,
A pair of sealing tubes continuously provided on both sides of the discharge tube,
A tubular windproof member that covers at least one of the sealed tubes,
A discharge lamp, wherein at least a part of the windbreak member is provided with heat reflection suppressing means for suppressing reflection of radiant heat from the sealed tube to the sealed tube.
前記電極支持棒を保持し、前記封止管と溶着されたガラス管とを備え、
前記封止管の表面に膜が形成されており、
前記膜は、前記ガラス管と対向している領域の少なくとも一部には形成されていないことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の放電ランプ。 In the sealing tube, a conductive electrode support rod,
Holding the electrode support rod, comprising the sealing tube and a glass tube welded,
A film is formed on the surface of the sealing tube,
4. The discharge lamp according to claim 1, wherein the film is not formed on at least a part of a region facing the glass tube.
前記封止管の表面において、前記環状部材と対向している領域には前記膜が形成されていることを特徴とする請求項4に記載の放電ランプ。 The sealing tube, the electrode support rod is connected, further comprising a conductive annular member for electrically connecting the metal foil arranged along the axial direction and the electrode support rod,
The discharge lamp according to claim 4, wherein the film is formed in a region facing the annular member on a surface of the sealing tube.
前記放電管の両側に連設された一対の封止管と、
少なくとも一方の前記封止管を覆い、
前記封止管からの輻射熱を吸収する筒状部材とを備えることを特徴とする放電ランプ。 Discharge tube,
A pair of sealing tubes continuously provided on both sides of the discharge tube,
Covering at least one of the sealing tubes,
A discharge lamp, comprising: a tubular member that absorbs radiant heat from the sealing tube.
前記放電管の両側に連設された一対の封止管と、
少なくとも一方の前記封止管を覆う筒状部材とを備え、
前記筒状部材には、アルマイト処理が施されていることを特徴とする放電ランプ。 Discharge tube,
A pair of sealing tubes continuously provided on both sides of the discharge tube,
A tubular member covering at least one of the sealing tubes,
A discharge lamp, wherein the tubular member is anodized.
少なくとも一方の封止管を覆う筒状の防風部材とを備え、
前記防風部材の少なくとも一部に、前記封止管からの輻射熱を該封止管に反射することを抑制する熱反射抑制手段が形成されていることを特徴とする照明装置。 A discharge lamp, comprising a discharge tube and a pair of sealing tubes that are continuously provided on both sides of the discharge tube,
A tubular windproof member covering at least one sealing tube,
An illumination device, wherein at least a part of the windbreak member is provided with heat reflection suppressing means for suppressing reflection of radiant heat from the sealing tube to the sealing tube.
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