JP2617978B2 - 毛細管型超高圧水銀灯 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光源用の毛細管型超高圧水銀灯に関するも
ので、さらに詳言すれば、直接液冷されながら点灯使用
される毛細管型超高圧水銀灯に関するものである。

〔従来の技術〕

露光用光源とか光化学処理用の光源として利用される
毛細管型超高圧水銀灯は、その点灯により大きな紫外線
エネルギーを発生すると同時に、大きな熱エネルギーを
も発生するので、この発生する熱エネルギーから水銀灯
本体を保護するため、この水銀灯本体を強制的に冷却す
る必要がある。

この水銀灯本体の強制冷却の手段としては、空冷式と
液冷式とがあるが、冷却効率は液冷式の方がはるかに優
れており、出力エネルギーの大きい毛細管型超高圧水銀
灯の強制冷却には、直接液冷方式が多く採用されてい
る。

毛細管型超高圧水銀灯に対する直接液冷手段の具体例
を第６図を参照して説明する。

第６図において、符号13は、保持金具、固定金具、締
付けネジ、パッキン等から構成されている装着体で、冷
却液の流路を形成する大径の外ジャケット管17と小径の
内ジャケット管18とを同軸心状に液密に組付け、外ジャ
ケット管17の先端に受け体16を液密に固定している。水
銀灯本体１は、装着体13側から内ジャケット管18内に挿
入され、その挿入端側の口金体７を受け体16に液密に保
持させると共に、その基端側の口金体７を装着体13に液
密に保持させて組付けられる。

水銀灯本体１に対する液冷は、通路R1および通路R2を
通る冷媒液体（一般には水）によって行われる。すなわ
ち、装着体13に形成された給水口14から冷却水を受け入
れ、この冷却水を外ジャケット管17と内ジャケット管18
との間に形成される通路R1から内ジャケット管18内に形
成される通路R2に流入させることにより、内ジャケット
管18内に装着された水銀灯本体１を直接冷却し、そのま
ま装着体13に形成された排水口15から排出されるのであ
る。

このように、水銀灯本体１に対して施される直接液冷
は、口金体７の端部を除くほぼ全体を均一に冷却するこ
とにより、効率の良い冷却となっている。

また、従来の毛細管型超高圧水銀灯は、第５図に示す
ように、ガラス管部２内の両電極４付近に水銀溜り12が
あり、水銀灯本体１の励起に従ってこの水銀溜り12の水
銀を蒸発させてガラス管部２内に水銀蒸気を供給し、ガ
ラス管部２内の水銀蒸気を常に飽和状態となるようにし
ている。すなわち、水銀灯本体１の駆動中においても、
この水銀溜り12には液化した水銀が残留しており、この
水銀溜り12からの水銀の蒸発と、蒸気化した水銀の水銀
溜り12への復帰とにより、ガラス管部２内の水銀蒸気圧
のバランスを取っているのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、直接液冷される毛細管型超高圧水銀灯
にあっては、点灯中の発熱部分が両電極４間のガラス管
部２部分であることから、両電極４部分付近が過冷却と
なり易く、このように電極４部分が過冷却となることに
より所望する出力光を得ることができなくなると云う問
題点があった。

両電極４付近に水銀溜り12を有する毛細管型超高圧水
銀灯にあっては、点灯中でも両電極４部分に水銀溜り12
が残っていて、水銀の気化と液化とが同時に行われてい
るので、ガラス管部２内の水銀蒸気圧が決して一定値と
なることがなく、このため放電時のランプ電圧が不安定
となり、出力光の安定性はあまり良くないと云う問題点
を生じている。

特に、水銀灯本体１を直流点灯した場合には、点灯中
の両電極４部分における加熱程度が大きく異なり（陽極
側に比べて陰極側の加熱程度がはるかに低い）、このた
め出力光が非常に不安定となって、時として点滅状態と
なり、実用不可能となる問題があった。

また、水銀溜り12をなくして、点灯時に封入した水銀
の全てが気化するように構成した毛細管型超高圧水銀灯
にあっては、理論的には点灯中のガラス管部２内の水銀
蒸気圧の変化はなく、ランプ電圧は非常に安定したもの
となるはずであるが、点灯中の発熱部分が両電極４間の
ガラス管部２部分であることから、水銀灯を直接液冷す
ると、両電極４付近が過冷却となり、この両電極４付近
にある水銀が気化せず、発光に必要な水銀蒸気圧が充分
に得られず、所望する出力光を得ることができなくなる
と云う問題点があった。

さらに、封入水銀の全てが気化する毛細管型超高圧水
銀灯にあっては、放電電圧がほぼ一定であるので、放電
電流を変化させることにより、この放電電流に比例して
水銀灯への入力を変化させることができることになり、
結局水銀灯の出力光を放電電流に比例させることができ
ることになります。このため、放電電流を大きくすれ
ば、同出力（同入力）を得るための放電電圧を低くする
ことができ、水銀灯使用装置を構成する電気部品の耐電
圧に関する制約等を大幅に緩和することができると云う
極めて優れた効果を得ることができるはずなのである
が、上記したように電極４付近の過冷却により水銀が凝
結してガラス管部内の水銀蒸気圧が上昇せず、放電電圧
を定格電圧まで上昇させることができず、放電電流を異
常に大きくして電極４を早期に劣化させるとか、発光効
率および出力を上げることができないと云う問題点があ
った。

本発明は、上記した従来技術における問題点を解消す
べく創案されたもので、交流点灯はもちろんのこと、例
え直流点灯であっても極めて安定した出力光を得ること
のできる直接液冷される毛細管型超高圧水銀灯を提供す
ることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明の手段は、水銀灯本
体全体が直接液冷される毛細管型超高圧水銀灯におい
て、水銀灯本体の電極が位置するガラス管部部分の外周
面に、冷却緩和機能を有する過冷却防止手段を設けるこ
とにある。

また、この手段に加えて、ガラス管部内に封入される
水銀の量を、点灯時に全て気化する値に設定することに
ある。

なお、過冷却防止手段としては、ガラス管部外周面に
密に巻回接着固定されたセラミック、ガラス等の冷却緩
和機能を有する材料で形成された緩和層、または密閉さ
れた空間である中空層が有効である。

〔作用〕

冷却緩和機能を有する過冷却防止手段が、電極が位置
するガラス管部部分の外周面に設けられているので、こ
の電極が位置するガラス管部部分は、冷却緩和機能を有
する過冷却防止手段を介して冷却液からの冷却力を受け
ることになる。このため、電極が位置するガラス管部部
分に対する冷却液による冷却作用は、過冷却防止手段に
より弱められ、冷却液による電極部分に対する過冷却の
発生を完全に防止することができる。

このように、電極部分に対する過冷却を完全に防止す
ることができ、電極部分の温度を、水銀の気化および一
定の放電を達成できる値に維持できるので、水銀灯本体
の安定した放電動作を得ることができる。

また、過冷却防止手段により電極部分の過冷却発生を
防止すると共に、ガラス管部内に封入される水銀の量
を、水銀灯本体の点灯時に全て気化する値に設定してあ
るので、水銀灯本体の点灯時には、ガラス管部内の水銀
蒸気圧が一定となり、これにより放電電圧が一定となる
ので、出力光を安定させることができる。

このガラス管部内に封入される水銀の量の設定は、水
銀灯本体の寸法および得ようとする放電電圧の値に従っ
て決定する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明す
る。

第１図は、本発明による毛細管型超高圧水銀灯の基本
的構成を示す正面図で、水銀灯本体１と、この水銀灯本
体１の両端に取付けられた口金体７とから構成されてい
る。

水銀灯本体１は、第２図に示した拡大図に示すよう
に、細長円筒形状をした石英ガラス製のガラス管部２の
両端部を封止した封止部３とすると共に、この封止部３
の封止を利用して電極４およびリード端子５を気密に組
付け、この電極４を設けたガラス管部２部分の外周面に
過冷却防止手段６を設けている。

リード端子５が導出された水銀灯本体１の両端部に嵌
込み固定された口金体７は、水銀灯本体１への組付け部
を形成するステアタイト等の電気絶縁材料製の円筒形状
に成形されたベース８と、このベース８の先端に固定さ
れて、ベース８内に挿入されたリード端子５にハンダ付
けされる金属製の端子９と、リード端子５を保護する目
的でこのリード端子５を包み込むようにして組付けられ
た熱収縮性合成樹脂製のチューブ11と、ベース８の水銀
灯本体１に対する組付け姿勢を一定にかつ強固に保持す
ると共に、このベース８内におけるリード端子５の姿勢
を一定に保持し、ベース８の水銀灯本体１に対する組付
きを液密に達成維持する充填剤10とから構成されてい
る。

電極４が設けられたガラス管部２部分の外周面に設け
られる過冷却防止手段６は、水銀灯本体１の外表面に接
触して、この水銀灯本体１を冷却する冷却液の電極４が
設けられたガラス管部２部分に対する冷却力を弱めるこ
とができる構成であれば、その構造が限定されるもので
はないが、第３図図示実施例のものは、ガラス管部２部
分の外周面に、熱伝導性の良くないガラスまたはセラミ
ックの層である緩和層6aを密に巻回接着固定して構成さ
れており、第４図図示実施例のものは、ガラス管部２の
外径よりも大きい内径を有するガラス管片6cを、この電
極４が設けられたガラス管部２部分の外周面に同軸心に
位置させ、その両端を密に溶着させることによって、こ
のガラス管片6cとガラス管部２部分との間に中空層6bを
形成して構成されている。この中空層6bは真空または適
当なガスを封入した状態とされている。

内径2.5mm、外径6.0mm、長さ75.0mmのガラス管を使用
して第４図に示した本発明を実施したところ、放電電流
は3.5A、放電電圧は1300Vで、出力光安定度はリップル
数0.1％と極めて優れた安定度を得ることができた。ち
なみに、従来の直接液冷式の毛細管型超高圧水銀灯にお
ける光出力の安定度はリップル数３〜４％が限度であっ
た。

なお、電極４部分に過冷却防止手段６を設けない従来
の直接液冷される毛細管型超高圧水銀灯の場合、電極４
部分周囲のガラス管部２表面温度は100℃以下であった
が、第４図に示した過冷却防止手段６を設けた本発明に
よる水銀灯におけるガラス管部２表面温度は、数100℃
と高い温度となっていることが測定され、ガラス管部２
内に封入されている水銀の全てを点灯中に気化させるの
に充分な温度となっていることが確認できた。

〔発明の効果〕

本発明は上記した構成となっているので、下記の効果
を発揮することができる。

電極の設けられたガラス管部部分の過冷却の発生は確
実に防止されるので、ガラス管部内に封入した水銀の全
てを、点灯時に気化させて水銀蒸気圧を一定値に安定さ
せることができ、所望の放電電圧を得ることができる。
もって所望する出力光を確実にかつ安定して得ることが
できる。

過冷却防止手段は、単に冷却液の冷却作用を弱めるだ
けで良いので、その構成が簡単であり、また水銀灯本体
の基本構成部分であるガラス管部の外周面に付設すれば
良いものであるので、その実施が容易である。

放電電圧を一定値に安定させることができるので、出
力光を放電電流の制御により直接正確に制御することが
でき、これにより放電電圧の低い状態で大きな出力光を
容易に得ることができることになり、水銀灯使用装置を
構成する各電気部品の耐電圧定格を安全に低くすること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本的構成例を示す一部破断した全
体正面図である。 第２図は、第１図に示した実施例における要部拡大断面
図である。 第３図は、過冷却防止手段の一実施例を示す要部拡大断
面図である。 第４図は、過冷却防止手段の他の実施例を示す要部拡大
断面図である。 第５図は、毛細管型超高圧水銀灯本体の従来例の基本的
な構造を示す断面図である。 第６図は、毛細管型超高圧水銀灯に対する液冷手段の構
成例を示す断面図である。 符号の説明 1;水銀灯本体、2;ガラス管部、3;封止部、4;電極、5;リ
ード端子、6;過冷却防止手段、6a;緩和層、6b;中空層、
6c;ガラス管片、7;口金体、8;ベース、9;端子、12;水銀
溜り。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−100359（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−102872（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−170749（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−13362（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭37−7094（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭41−1038（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭54−15993（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭44−3499（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水銀灯本体全体が直接液冷される毛細管型
   超高圧水銀灯であって、前記水銀灯本体の電極が位置す
   るガラス管部部分の外周面に、冷却緩和機能を有する過
   冷却防止手段を設けると共に、前記ガラス管部内に封入
   される水銀の量を、点灯時に全て気化する値に設定して
   成る毛細管型超高圧水銀灯。
2. 【請求項２】過冷却防止手段を、ガラス管部外周面に密
   に巻回接着固定されたセラミック、ガラス等の冷却緩和
   機能を有する材料で形成された緩和層で構成した請求項
   １記載の毛細管型超高圧水銀灯。
3. 【請求項３】過冷却防止手段を、密閉された空間である
   中空層で構成した請求項１記載の毛細管型超高圧水銀
   灯。