JP4336284B2 - 放電ランプハウス用レンズ及び放電ランプハウス並びに放電ランプハウス収納装置 - Google Patents

Description

本発明は、超高圧水銀ランプ等の曲管放電ランプによる高輝度放電ランプを用いたランプハウス用レンズ及び放電ランプハウス並びに放電ランプハウス収納装置の改良に係り、特に熱的破壊に強い放電ランプハウス用レンズ及び放電ランプハウス並びに放電ランプハウス収納装置に関する。

高輝度放電ランプ（High Intensity Discharge Lamp）は一般には発光するアークが発光管の管壁温度によって、安定化される管壁負荷が３×１０^-4Ｗ・ｍ^-2以上である熱陰極放電ランプと定義されていて一般には高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプを指している。

高圧水銀ランプは点灯中の蒸気分圧が１０⁵Ｐａ以上の水銀蒸気中の放電によって発光し、メタルハライドランプは金属蒸気とハロゲン化物の解離生成物との混合気中の放電によって発光し、高圧ナトリウムランプは、点灯中の蒸気圧が１０⁴Ｐａ程度のナトリウム蒸気中の放電によって発光している。

本発明者は上述の高輝度放電ランプを超高圧化し、点灯時の圧力を２×１０⁷Ｐａ程度とし、ガラス管を逆Ｕ字状に形成した曲管放電ランプを特許文献１で提案している。

図５（Ａ）及び図６は特許文献１に開示されたと同様の高輝度放電ランプを示すものであり、構造を簡単に説明すると高圧水銀ランプからなる高輝度放電ランプＭは、放電空間２２を内部に形成する逆Ｕ字状に湾曲形成された石英ガラス管などよりなる管体２１を設け、管体２１の両端に例えばタングステン線よりなる棒状の放電電極を、管体２１の両端部の管軸上に貫通配置させ、かつ気密に封着させている。

又、管体２１の両端部には各端から所要の間隔を保持した位置に曲管状に括れ（くびれ）部２４Ｌ及び２４Ｒを管体２１の内壁自体に突設し、各括れ部２４Ｌ及び２４Ｒからガラスの管体２１の各端の封着部の間に水銀を充填した水銀溜２５Ｌ及び２５Ｒを形成する。各放電電極は、管体２１での内端が水銀溜２５Ｌ及び２５Ｒより突出するようになされ、各放電電極の外端自体よりなるリード、又はこの外端に連結されてなるリード２７Ｌ及び２７Ｒが管体２１外に導出されている。

又、高輝度放電ランプＭの両端には、他部との電気的連結及び機械的補強に供する金属又は合成樹脂よりなる略長方形状のベース２８を設ける。このベース２８には、管体２１の両端部をそれぞれ挿入する透孔が穿設され、これら透孔を通じて両放電電極のリード２７Ｌ及び２７Ｒがベース２８の例えば下端より導出される。又、透孔内には、接着剤、例えばベース２８が導電性である場合は絶縁性接着剤が充填されてベース２８に管体２１が機械的に保持される。

上述の構成によると高輝度放電ランプＭを図５（Ａ）（Ｂ）の様に立てて用いると放電空間２２を物理的に両端の水銀溜２５Ｌ及び２５Ｒより上方に配置したので水銀の蒸発凝縮の繰返しにおいて、液化した水銀が表面張力のみならず、その自重によって速やかに水銀溜２５Ｌ及び２５Ｒへと戻ることから、希ガスの取り込みを激減させることができ、これによって気泡の発生を効果的に減少させることができるとともに、管体２１を屈曲されていることによってベース２８から両電極の端子導出をなし得ることから、外部回路との連結が簡便となると共に、ベース２８によって管体２１の両端部が機械的に一体化されることによって補強効果を生じ、管体２１の破損事故が激減される。又、全体の小型コンパクト化もはかられる。更に、高輝度放電ランプが直線状である場合に比し、配光分布もとり易いという利点がある。

又、上述のような逆Ｕ字状の高輝度放電ランプを用いて、陰極線管の蛍光体やシャドウマスク、印刷製版、プリント基板、ＩＣリードフレームなどの露光或いは焼付光源として用いる場合は図５及び図６に示すように、高輝度放電ランプハウス収納装置が用いられる。このような高輝度放電ランプハウス収納装置は本出願人が先に特許文献２として提案している。

図５及び図６は上記特許文献２に提示したランプハウス４８の一形態例を示す平面図及び側面図、図６は図５（Ａ）のＡ−Ｏ−Ａ断面図を示すものでありランプハウス収納装置６０としては特許文献２とは異なった本発明の構成をとっている。

図５及び図６において、４１はランプハウス台であり、四隅を面取りした略正方形状のランプハウス台４１の四隅にはネジ孔４２を設けて、中心に大きな透孔を有する略方形状のレンズ押さえ板４３をネジ４９でネジ止めすることでランプハウス台４１にレンズ４４を嵌め込む様に成されている。ランプハウス台４１上には上面中央に大きなレンズ４４の外径が挿入可能な座ぐり孔４５が穿たれ、この座ぐり孔４５と連通し座ぐり孔４５の外径よりやや小さい径で同心状の窓孔４６が形成されている。更に正面から内方に向かって図５（Ａ）に示す様に先端が円弧形の放電ランプＭが挿入可能なランプ収納部４７を有するランプハウス４８が窓孔４６内に嵌着されている。

ランプ収納部４７の先端円弧部の中心には、後述するも馬蹄形状のランプ収納部４７を形成する突出部がランプハウス４８から突出されている。これにより、ランプ収納部４７内に略半円状の曲管収納部分が形成され、このレンズホルダ４８の底部においてランプ収納部４７とランプハウス台４１の外側面との間に流路５０，５１がそれぞれ形成されている。

一方逆Ｕ字状に形成した、例えば、高圧水銀ランプからなる放電ランプＭは馬蹄形状のランプ収納部４７内に配設され、ベース２８のソケットをランプハウス台４１にＯリングを介して、気密に螺着している。尚、５２はベース２８に螺着した端子、２７Ｌ及び２７Ｒは端子から引き出された放電ランプＭのリードである。尚５４はランプハウス台４１保持用の軸受である。

又、座ぐり孔４５にはガラスからなる肉厚のレンズ４４が嵌め込まれており、このレンズ４４の外縁部にはＯリング５３を挟んでレンズ押え板４３をネジ孔４２にネジ４９をネジ込むことにより、レンズ４４は下方に押されてＯリング５３を圧縮して、窓孔４６は気密状態に保たれる。

更に、レンズホルダ４８の底部にはフランジ部を有する水路盤５５が窓孔４６内に嵌着され、ランプハウス４８とネジ等で一体化されている。この水路盤５５は略中央位置にランプハウス収納装置６０を所定位置に固定するための固定ネジ５６を有すると共にランプハウス４８の底面から放電ランプＭの管体２１を冷却するための冷却水を噴出するための複数の放出孔５７を介してランプ収納部４７内に水を放出させて、放電ランプＭを冷却する。ランプ収納部４７内に放出された水５９はレンズ４４の水平底面まで満たす様に成され、ランプハウス台４１に形成したバイパス用水路５８を介して水路盤５５内の水路に循環する様に流路５１を介して放出される様に成されている。従って、高輝度放電ランプＭは有効に水冷されて、リード２７Ｌ及び２７Ｒを介した電圧により、管体２１内で放電により放電ランプＭは光源として発光する。
特公平６−３０２４０号公報（３頁第１図） 特開２０００−２２８１０９号

然しながら従来の図５（Ａ）（Ｂ）及び図６で説明した略Ｕ字状の放電ランプと照射用のレンズを収納したランプハウス用レンズ及びランプハウス並びにランプハウス収納装置ではレンズ４４は水５９で冷却されるが放電ランプＭが高い温度に達するとレンズ４４が肉厚のため高い温度によってヒビ割れ破壊を生じて水洩れ等を引き起こす弊害を有していた。又、直径の大きな石英等から成るレンズ４４を所定曲率にラッピングして仕上げるには多くの時間を必要とし、高価と成る等の課題を有していた。

本発明は叙上の課題に鑑み成されたもので、本発明が解決しようとする課題はレンズ部分を水レンズで構成すると共に凸レンズを構成するレンズの湾曲面をバイレックス硝子等の高温度に耐え得る透明ガラスによって凸レンズ形状に成型したカバー内に放電ランプ冷却用の水５９を充填させて、水レンズを構成し露光面に放電ランプＭの光を照射する様に成して、熱的に強いレンズを構成したランプハウスレンズ及びランプハウス並びにランプハウス収納装置を得ることを目的とする。

本発明の放電ランプハウス用レンズは、放電ランプを収納し、放電ランプを冷却する冷却媒体を循環自在と成したランプハウスと、このランプハウス上に冷却媒体を介して覆せられたレンズとから成る放電ランプハウス用レンズに於いて、このレンズを耐熱性の高い透明部材を凸状の湾曲面を有するカバーとこのカバー内に冷却媒体を充填する様に成した冷却媒体レンズと成したものである。

本発明の放電ランプハウスは、放電ランプを収納し、放電ランプを冷却する冷却媒体を循環自在と成したランプハウスと、このランプハウス上に冷却媒体を介して覆せられたレンズとから成る放電ランプハウスに於いて、このレンズを耐熱性の高い透明部材を凸状の湾曲面を有するカバーと、このカバー内に冷却媒体を充填する様に成した冷却媒体レンズを形成した放電ランプハウスと成したものである。

本発明の放電ランプハウス収納装置は、中心部に透孔が穿たれた略方形状のランプハウス台と、このランプハウス台の透孔内に下方向から嵌挿固定された略円盤状の水路盤と、ランプハウス台の透孔内に上方向から嵌挿固定された略円盤状のランプハウスと、このランプハウス内に形成されたランプ収納部に配設された略逆Ｕ字状に形成した放電ランプと、ランプハウス上面とランプハウス台の上面間に冷却媒体が循環可能に形成した空間を介して透明で耐熱性の高い部材をドーム状に形成したカバーとを具備し、カバーをランプハウス台の透孔上に固定し、水路盤を介してランプハウス内の放電ランプを冷却媒体で冷却すると共に空間に充填した循環する冷却媒体とドーム状のカバーによって冷却媒体レンズを形成する様に成したものである。

本発明の放電ランプ用レンズ及び放電ランプハウス並びにランプハウス収納装置によれば熱に強く破壊し難い冷却媒体レンズ（水レンズ）によって、放電ランプの照射光を有効に露光面等に放射可能なものを得ることが出来る。

以下、本発明の放電ランプ用レンズ及び放電ランプハウス並びに放電ランプハウス収納装置の１形態例を図１乃至図４によって説明する。

本発明のランプハウス収納装置の組立構造は図５（Ａ）（Ｂ）に示した構成と略同一でレンズ４４の構成が異なっている。

放電ランプＭは略逆Ｕ字状の石英ガラス等よりなる管体２１より成り、放電空間部２２を構成する曲管部分と、この曲管部分の両端に連接される直管部とで略逆Ｕ字状に形成されている。

このように、形成された管体２１の両端となる対の直管部分には、従来の図５例と同様に、タングステン線よりなる棒状の放電電極が貫通・立設され、対の直管部分の終端部で封着される。そして、対の放電電極の近傍の、管体２１の内壁には、図５と同様に括れ部２４Ｌ及び２４Ｒを突出形成する。そして、管体２１の対の封止部と括れ部２４Ｌ及び２４Ｒの間に水銀を注入して水銀溜２５Ｌ及び２５Ｒを形成する。このようにして、石英ガラス管による高輝度放電ランプＭの管体２１を形成する。

然し、この管体２１は、水銀が封入された石英ガラス管から電極が突設されたままの状態であり、取扱いが難しいため、図５（Ａ）に示すように、補強が行われる。

補強は、図５（Ａ）に示すように、管体２１の対の直管部分の封止部に、電気的絶縁及び機械的補強のための、絶縁性のある合成樹脂よりなるベース２８が設けられ、更に、対の放電電極の封止部を保持する円筒状の端子５２からリード２７Ｌ，２７Ｒを導出させている。

図３は本発明のランプハウスを示すものであり、このランプハウス４８は図３に示す様に略円盤状の例えば１２８φ×３８ｔの寸法とされた金属で構成され、円盤１ａの中心位置に人型状突部４８ｂを残して座ぐり孔４８ｃを形成すると共に円盤４８ａの中心の透孔４８ｄから座ぐり孔４８ｃの方向に放射状に２２０°の範囲内を７等分した扇形部４８ｅを形成する。他の１４０°の範囲内には人型状突部４８ｂと座ぐり孔４８ｃに囲まれた左右半楕円形状部４８ｆ及び４８ｇが形成されている。

上述の複数の扇形部４８ｅ，４８ｅ‥‥及び左右半楕円形状部４８ｆ及び４８ｇは座ぐり孔４８ｃの穴径部から人型状突部４８ｂに向かって図３に示す様に７つの凹面部４８ｈと成されている。

又、左右半楕円形状部４８ｆ及び４８ｇは座ぐり孔４８ｃの穴径部及び人型状突部４８ｂの外周から扇形部４８ｅ，４８ｅ‥‥の最外端の境界峰４８Ｊに向かって曲面が形成される様に凹面部４８ｋが形成されている。

更に、円盤４８ａの中心の透孔４８ｄから左右３０ｍｍ程度の位置に幅１０ｍｍ程度の放電ランプＭの端子５２及び５２と後述する冷却水の水路となる左右通路４８Ｌ及び４８Ｒを円盤４８ａの外周から座ぐり孔４８ｃ間の土手を切り開き、左右半楕円形状部４８ｆ及び４８ｇに達する様に形成する。

従って、座ぐり孔４８ｃと人型状突部４８ｂ間には逆Ｕ字状に形成した超高圧水銀灯である放電ランプＭが配設可能で且つ、冷却用の水を通す通路となる馬蹄形状座ぐり部４８ｍが形成される。

複数の凹面部４８ｈは円盤４８ａの上面から１．５ｍｍ下から１５ｍｍＲ程度の半径を有する曲率で凹面部４８ｈを形成し、馬蹄形状座ぐり部４８ｍを形成する最も深い谷の部分は平坦部４８ｎと成される。この平坦部４８ｎは略楕円形状と成され、馬蹄形状座ぐり部４８ｍの放電ランプＭの放電空間部２２と同一の曲率（半径２２ｍｍ程度）に沿って配列されている。この平坦部４８ｎの中央位置には適宜水を放出する複数の放出孔５７が穿たれている。又、４８ｐは位置出しピンを示す。

上記した様なランプハウス４８の円盤４８ａを全体として、表面にニッケル鍍金等を施して、少なくとも凹面部４８ｈ及び平坦部４８ｎを鏡面とし、凹面部４８ｈ及び４８ｈ部分等を凹面鏡と成して、馬蹄形状座ぐり部４８ｍに配設する放電ランプＭから、背面（ランプハウス４８側）に放射する紫外光を前面側に散乱させる反射鏡（板）と成されている。

上述のランプハウス４８の組立方法を図１の側断面図及び図２のレンズ用のカバー並びに図４に示す組立状態説明図と共に説明する。

ランプハウス４８は図４に示す略方形状のランプハウス台４１の中心位置に穿った直径１２８φ程度の窓孔４６が形成され、ランプハウス台４１の上面にはレンズカバー６１の外径に形成したフランジ部６１ａの直径が挿入可能な直径１５０φ程度の座ぐり孔４５が穿たれている。

ランプハウス４１の四隅は面取りが成されて８角形状と成され、窓孔４６の背側面（中ぐり面）にはバイパス用水路５８としての溝が形成され、レンズカバー６１の下面とランプハウス４８の座ぐり孔４８ｃ間に充填された冷却媒体としての水５９が流路盤５５の排水口となる流路５０と連通する様にバイパス用水路５８が形成され、更に、水５９を吸排水する排水口６３及び吸水口７３が穿たれている。又、ランプハウス台４１の上面の四隅にネジ孔４２が形成され、正面側には放電ランプＭのリード２７Ｌ，２７Ｒを導出させ固定させるためのベース２８が取り付けられている。

流路盤５５は図１及び図４に示す様にランプハウス台４１に穿った窓孔４６の直径と略同一径の厚み１５ｍｍ程度の金属盤材の基台６４の下面にフランジ６５を形成し、このフランジ６５にランプハウス台４１の底面に固定するための透孔６６が形成されている。基台６４の上面にはランプハウス４８の座ぐり孔４８ｃに沿った馬蹄形状の吸水溝６７が吸水口７３の流路５１と連通して形成されると共に排水口６３と連通する流路５０とバイパス用水路５８間を結ぶ排水溝６８が形成されている。６９はランプハウス４８を流路盤５５に固着するためのネジ孔であり、流路盤５５の背面中心部には図１に示す固定ネジ５６を螺着するためのネジ孔が形成されている。

次に水レンズを構成するレンズカバー６１を図２及び図４によって説明する。このレンズカバー６１はＢ₂Ｏ₃（ホウ酸）とＳｉＯ₂（ケイ酸）を主成分とする共重合した編み目状の硬質ガラスで構成される（商品名パイレックス（登録商標）：Ｐｙｒｅｘ）。モース硬度は７と硬く、耐熱性、透明性に富んだホウケイ酸ガラスを図２に示す様にドーム状に形成する。即ち、ドーム状の外表を１５０Ｒ程度の曲率で厚みを３ｍｍに形成し、フランジ部６１ａの外径ＯＤを１５０φ程度に選択している。実際にはレンズカバー６１の高さＨを３０ｍｍ程度にするため、レンズカバー６１の底面からＬ₁＝９０ｍｍ位置からの半径１２０Ｒでの曲率、Ｌ₂＝２４．６１，Ｌ₃＝３０位置からの半径５０Ｒの曲率から成る凸状のドーム形状と成されている。

更に、レンズカバー６１のフランジ部６１ａを上部から押圧保持するレンズ押え板４３は図１及び図４に示す様にランプハウス台４１の上面の形状と同様の８角形状の板材の中央部に透孔７０及び裏面から座ぐり孔７１を形成すると共にレンズカバー６１を押圧固定するためのネジ孔４２に螺合する４個の透孔７２が穿たれている。

上述の構成の図４及び図１に於いて、ランプハウス台４１の中央に穿った窓孔４６の裏面（下側）から流路盤５５の基台６４部分を嵌挿し、流路５０，５１をランプハウス台４１の吸排水口７３及び６３とバイパス用水路５８に合わせてフランジ６５に穿った透孔６６を介して流路盤５５をＯリング７３により水が漏洩しない様に気密に固定する。

次に図４に示すランプハウス４８をランプハウス台４１の窓孔４６の上側から嵌挿させランプハウス４８の人型状突部４８ｂに穿った透孔４８ｄを介してネジを流路盤５５に形成したネジ孔６９，６９にネジ止めしてランプハウス４８を窓孔４６内に固定させる。勿論、この時、流路盤５５の表面に形成した吸水溝６７位置がランプハウス４８の座ぐり孔４８ｃの底部に形成した放出孔５７に沿う様に配置される。

次に放電ランプＭをランプハウス４８の馬蹄型状座ぐり孔４８ｎに沿わせて配置すると共に端子５２をランプハウス台４１のベース２８に挿通固定する。

次に図２及び図４に示すレンズカバー６１をランプハウス台４１の座ぐり孔４５上に防水用のＯリング５３を介して載置し、レンズ押え板４３をネジ４９を介してランプハウス台４１に固定してレンズカバー６１を固定する様に成されている。

上述の様に組み立てられたランプハウス収納装置６０は流路盤５５の流路５１を介してランプハウス台４１の吸水口７３より水５９を流入させると流路盤５５の吸水溝６７に貯められた水はランプハウス４８の底面に穿った複数の放出孔５７を介して、馬蹄型状座ぐり部４８ｍで構成されるランプ収納部４７内を水で満たし、熱せられた放電ランプＭの管体２１を冷却する。水５９は図１の様にレンズカバー６１のドーム状部内にも入る様に充分に満たされて、レンズカバー６１と水５９の共同で放電ランプＭからの照射光を所定の露光面に拡散放射する冷却媒体レンズ（水レンズ）として機能する様に成る。従って、放電ランプＭからの照射光８０は図１に示す様に水レンズによって拡散されて露光面等の照射面上に拡散照射可能と成る。

又、放電ランプＭの管体２１で温められた水５９はランプハウス台４１に形成したバイパス水路５８を介して流路盤５５の排水溝（図４参照）６８を介して流路５０から排水口６３に排出される。

上述の構成ではレンズカバー５１として硬質ガラスをドーム状形成した場合を説明したが、耐熱性の高い透明度に富んだ合成樹脂をドーム状に成型することや、同様のフィルムをブロー形成して水レンズカバーとする様に成すことも可能である。又冷却媒体としては水について説明したが透明なコンデンサ油等であってもよい。

上述の放電ランプハウス用レンズ及び放電ランプハウス並びに放電ランプハウス収納装置によれば水レンズ４４を透過して放電ランプＭから放射される熱線の放射量は水レンズ４４で大幅に減少し、冷却効果の大きいものが得られる。

上述の構成の放電ランプハウス用レンズ及び放電ランプハウス並びに放電ランプハウス収納装置によれば熱的破壊のないレンズ及びランプハウスが廉価に得られる。

本発明のランプハウス収納装置の１形態例を示す側断面図である。 本発明のランプハウス収納装置に用いるレンズカバーの１形態例を示す側断面図である。 本発明のランプハウス収納装置に用いるランプハウスの斜視図である。 本発明のランプハウス収納装置の組立状態を説明するための斜視図である。 従来のランプハウス収納装置の平面図及び側面図である。 図５のＡ−Ｏ−Ａ断面矢視図である。

符号の説明

２１‥‥管体、２６Ｌ，２６Ｒ‥‥水銀溜、２７Ｌ，２７Ｒ‥‥リード、２８‥‥ベース、Ｍ‥‥放電ランプ、４１‥‥ランプハウス台、４３‥‥レンズ押え台、４７‥‥ランプ収納部、４８‥‥ランプハウス、４８ａ‥‥円盤、４８ｃ‥‥座ぐり孔、４８ｍ‥‥馬蹄形状座ぐり部、５０，５１‥‥流路、５５‥‥流路盤、５７‥‥放出孔、５９‥‥水、６１‥‥レンズカバー

Claims (5)

1. 放電ランプを収納し、該放電ランプを冷却する冷却媒体を循環自在と成したランプハウスと、該ランプハウス上に該冷却媒体を介して覆せられたレンズとから成る放電ランプハウス用レンズに於いて、
   上記レンズを耐熱性の高い透明部材をドーム状に形成したカバーと、
   上記カバー内に上記冷却媒体を充填する様にして冷却媒体レンズと成したことを特徴とする放電ランプハウス用レンズ。
2. 放電ランプを収納し、該放電ランプを冷却する冷却媒体を循環自在と成したランプハウスと、該ランプハウス上に該冷却媒体を介して覆せられたレンズとから成る放電ランプハウスに於いて、
   上記レンズを耐熱性の高い透明部材をドーム状に形成したカバーと、
   上記カバー内に上記冷却媒体を充填する様にして冷却媒体レンズと成したことを特徴とする放電ランプハウス。
3. 中心部に透孔が穿たれた略方形状のランプハウス台と、
   上記ランプハウス台の上記透孔内に下方向から嵌挿固定された略円盤状の流路盤と、
   上記ランプハウス台の上記透孔内に上方向から嵌挿固定された略円盤状のランプハウスと、
   上記ランプハウス内に形成されたランプ収納部に配設された略逆Ｕ字状に形成した放電ランプと、
   上記ランプハウス上面と上記ランプハウス台の上面間に冷却媒体が循環可能に形成した空間を介して透明で耐熱性の高い部材をドーム状に形成したカバーとを具備し、
   上記カバーを上記ランプハウス台の上記透孔上に固定し、上記水路盤を介して上記ランプハウス内の上記放電ランプを冷却媒体で冷却すると共に上記空間に充填した循環する該冷却媒体と上記ドーム状のカバーによって冷却媒体レンズを形成する様に成したことを特徴とする放電ランプハウス収納装置。
4. 前記冷却媒体が水であることを特徴とする請求項１記載の放電ランプハウス用レンズ。
5. 前記カバーを構成する透明部材はホウ酸とケイ酸の共重合編み目構成からなるホウケイ酸ガラス等の硬質ガラスで形成したことを特徴とする請求項１記載の放電ランプハウス用レンズ。

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