JP4627351B2 - 光源 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、重水素ランプやキセノンフラッシュランプ等の放電管を有するランプに関する。
【0002】
【従来の技術】
マイクロ波を利用したランプは特開平7−182910号公報に記載されている。同公報に記載のランプは容器内に気体を封入し、当該気体にマイクロ波を照射することにより、気体を励起させて発光を生ぜしめる。前記気体はフッ素系ガスを含んでおり、このフッ素系ガスが石英ガラス容器内面をエッチングし、エッチングによって発生したSi不純物が容器の内面に付着する。そこで、同公報に記載のランプにおいては、容器内に冷却管を貫通させ、フッ素ガスによるエッチングによって発生した不純物を吸着させている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一方、従来から電極間のアーク放電を利用した放電管が知られている。このような放電管は公知である。ヘッドオン型の放電管としては、重水素ランプやキセノンフラッシュランプ等が知られている。ヘッドオン型の放電管は筒状側壁を有する容器内に重水素やキセノン等の気体を封入し、この容器内部に配置された一対の電極間の放電によって電極間の気体から出力される発光を容器の頂部に位置する光出射窓部を介して外部に出力する。
【0004】
このようなタイプの放電管は、電極間の放電を利用するため、フッ素系ガスを利用する必要はなく、したがって、容器のエッチングは生じず、容器内面に不純物が付着するものとは考えられなかった。
【0005】
しかしながら、重水素ランプやキセノンフラッシュランプ等の放電管においても、長時間の使用によって出力光強度が低下する。これは当初、陰極が劣化することによるものと考えられた。もちろん、長時間の使用によって陰極は劣化するが、本願発明者らは、光出力の低下の主要な原因は陰極の劣化ではないことを発見した。すなわち、光出力の低下は、放電管における電極間放電に伴って陰極等がスパッタ等されることにより容器中に放出された物質が容器の光出射窓部に付着することに起因するとの知見を得た。本発明はかかる知見に基づくものであり、放電管の寿命を長期化可能な光源を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明に係る光源は、容器内に気体を封入し、容器内部に配置された一対の電極間の放電によって電極間の気体から出力される発光を容器の頂部に位置する光出射窓部を介して外部に出力する放電管を備え、光出射窓部の周辺領域の表面に放熱体を接触させ、前記放熱体は、前記容器の前記頂部に位置する前記周辺領域の表面に接触する放熱ブロックを有し、前記放熱ブロックは、この放電管の管軸に平行に延びた貫通孔を備え、前記放熱ブロックの前記貫通孔の周囲の開口端面は、この開口を介して前記光出射窓部からの光が出射されるように、前記光出射窓部の前記周辺領域に接触していることを特徴とする。
また、本発明の光源において、前記放電管は重水素ランプであり、前記放電管及び前記放熱ブロックを収容し、その内面が前記放熱ブロックに固定された放熱箱と、前記放熱箱を収納する外側箱と、前記放熱箱の外表面と前記外側箱との間に空気を流通させる空冷ファンと、前記外側箱の側壁に形成された通気口と、を備えることを特徴とする。
【0007】
本光源によれば、光出射窓部を介して発光が外部に出力されるが、この光出射窓部の周辺領域の表面に接触した放熱体によって、当該周辺領域は冷却される。したがって、陰極又は陽極を構成する一対の電極のスパッタ等によって発生した物質は、この周辺領域に多く付着し、光出射窓部に付着する物質量が低下する。
【0008】
放熱体は、周辺領域が少なくとも容器の頂部に位置するように容器に接触していることが好ましい。この場合、光出射窓部及び周辺領域が共に容器の頂部に位置することとなるので、光出射窓部への物質の付着を効率的に抑制することができる。
【0009】
放熱体は、周辺領域が容器の側壁にも位置するように容器に接触していることが好ましい。この場合、側壁部も冷却されるので、光出射窓部への物質の付着を更に効率的に抑制することができる。また、放熱体が一体として頂部及び側壁にも接触している場合には、容器の頂部に放熱体を被せることができ、放熱体の側壁との接触面によって、放電管の管軸に垂直な方向の放熱体の移動を規制することができる。
【0010】
放電管は、容器の底部を構成するステムを有し、ステムと放熱体とは管軸に平行に延びた複数のボルトを介して固定されていることを特徴とする。この場合、放熱体の固定にステムを利用するので、固定に要する部品点数の増加を抑制することができる。
【0011】
放熱体は、周辺領域が放電管の管軸を取り囲むように放電管の側壁表面上に設定される場合には、側壁を取り囲むように冷却することができ、また、放熱体が一体として側壁を囲んでいる場合には、放熱体の管軸に垂直な方向の移動を規制することができる。
【0012】
電極の一方がフィラメントからなる陰極であり、電極の他方がフィラメントに通電することによって発生した熱電子を収集する陽極であり、容器内に封入される気体が重水素を含む場合には、前記放電管は重水素ランプとして機能する。重水素ランプは、高圧のキセノンを封入したキセノンランプと異なり、ランプ表面の温度上昇が低い。このようなランプにおいては、放熱体による冷却領域と非冷却領域との間の温度差がキセノンランプと比較して小さくなるので、温度差に起因する容器の劣化を抑制することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る光源について説明する。なお、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
(第1実施形態)
図1は第1実施形態に係る光源の縦断面図、図2は図1に示した光源のII−II矢印断面図、図3は図1に示した光源の主要部の斜視図である。
【0014】
本実施形態の光源は、外側箱100、外側箱100内に収納された内側箱(放熱箱)101bx、内側箱101bx内に配置された放電管10を備えている。また、放電管10は内側箱101bxの底板に固定されたソケットSCに取付けられており、内側箱101bxの外表面は外側箱100の側壁に設けられた空冷ファン102によって冷却されている。空冷ファン102から取り込まれた空気は、外側箱100の側壁に形成された通気口100bldを介して外部に流れる。
【0015】
重水素ランプは外気温の揺らぎにより光出力の安定性が低下するが、この実施例のように内側箱101bxと外側箱100の間に空気を流通させて直接重水素ランプに流通している空気を当てないので、出力の安定性を損なわない。
【0016】
放電管10は、筒状側壁1wを有する気密性の容器(ガラスバルブ)1を備えている。容器1内には紫外線を出力光として出射するように重水素等の気体が封入されており、容器1内部に配置された一対の電極2c,2a間の放電によって電極2c,2a間の気体から出力される発光は容器1の頂部に位置する光出射窓部1wwを介して外部に出力する。
【0017】
光出射窓部1wwの周辺領域1wsの表面には、放熱ブロック101bl、101bl’及び放熱用バネ部材101spからなる放熱体が接触している。放電管10は安定発光のため放熱箱101bx及び外側箱100内に配置されているが、放熱箱101bxと放熱体101bl’,101sp,101blとは熱的に接続されているので、放熱箱101bxが放熱体101bl’,101sp,101blを介して放電管10から吸収した熱を効率的に外部へ放射し、周辺領域1wsの冷却効率は高くなっている。
【0018】
放電管10と直接接触する放熱ブロック101bl’は、放電管10の容器1の頂部に被さる形状とされている。容器1の頂部の外表面は、円形表面及び円形表面の外周に連続し、円形表面に垂直な方向に管長の20%以下程度延びた円筒形の側面からなる。この円形表面の中心から所定半径の領域には、放熱ブロック101bl’は接触しておらず、この領域は光出射窓部1wwとして機能する。すなわち、円環状の放熱ブロック101bl’の中心部は、管軸に平行に延びた貫通孔101blo’を構成しており、放熱ブロック101bl’の内側に位置する貫通孔101blo’の放電管側の端部は、上記円形表面の上記周辺領域に当接し、その径が該当接位置から容器の直径まで拡大し、管軸に平行に延びている。
【0019】
放熱用バネ部材101spについて詳説すれば、バネ部材101spは放熱ブロック101bl’の開口端面に当接する平坦部と、この平坦部の幅方向両端から放熱ブロック101bl側へ幅狭となるように立設して折れ曲がった転位部と、転位部の放熱ブロック101blとの当接位置において幅広となるように折れ曲がった固定部とからなる。バネ部材101spの固定部はボルトB1,B2によって放熱ブロック101blに固定されており、放熱ブロック101blはボルトB11,B12,B13によって放熱箱101bxの内面に固定されている。
【0020】
バネ部材101spは無負荷状態では管軸に平行な方向に若干伸びており、管軸に沿ってバネ部材101spを放熱ブロック101bl’に押し当てることにより、バネ部材101spは弾性変形して圧縮され、放熱ブロック101bl’を付勢する。したがって、バネ部材101spと放熱ブロック101bl’の密着度は向上している。また、バネ部材101spは放電管10からの出射光が通過する開口101spoを有している。
【0021】
放熱ブロック101blは対向する平行2平面を有し、これら2平面に形成された開口101blo間を連通させるように、当該ブロック101blを貫通する光通過用の貫通孔101bltを有する。したがって、放熱ブロック101blは、この貫通孔101bltを囲むような環状を呈している。更に、内側箱101bxは壁面に光出射用の開口101bxoを有している。
【0022】
バネ部材101spと環状の放熱ブロック101blとは、それぞれの開口101spo,101bloが重なるように固定されている。また、放熱ブロック101blと内側箱101bxの側壁内面とは、それぞれの開口101blo,101bxoが重なるように、ボルトB11,B12,B13によって固定されている。なお、これらの開口101blo,101bxoは外側箱100の側壁に設けられた開口100opに重なっている。
【0023】
本光源によれば、光出射窓部1wwを介して発光が放電管外部に出力され、上記開口101blo’,101spo,101blo,101bxo,100opを介して、放電管10内の発光が外側箱100の外部へ出力される。放熱体は光出射窓部1wwの周辺領域1wsの表面に接触しているので、周辺領域1wsは冷却される。したがって、陰極用の電極2c又は陽極用の電極2aのスパッタ等によって発生した物質は、周辺領域1wsに多く付着し、光出射窓部1wwに付着する物質量が低下する。すなわち、光出射窓部1wwが長期間汚れないので、放電管の寿命を長期化することができる。
【0024】
放電管10は従来から知られるものであるが、これについて簡単に説明しておく。容器1内には、上述のように2つの電極2c,2aが配置されており、電極の一方がフィラメントからなる陰極2cであり、電極の他方がフィラメント2cに通電することによって発生した熱電子を収集する陽極2aである。フィラメント2cは、これを囲む金属性のシールド体3内に配置されており、フィラメント2cで発生した熱電子は、収束電極4方向に出射し、シールド体3及び収束電極4によって軌道を曲げられて陽極2aに入射する。
【0025】
容器1内に封入される気体が重水素を含む場合には、放電管10は重水素ランプとして機能する。重水素ランプは、高圧のキセノンを封入したキセノンランプと異なり、ランプ表面の温度上昇が低い。このようなランプにおいては、放熱体による冷却領域1wsと非冷却領域1wwとの間の温度差がキセノンランプと比較して小さくなるので、温度差に起因する容器1の劣化は抑制される。
【0026】
なお、本発明は容器1内にキセノンを封入したキセノンフラッシュランプや水銀キセノンランプにも適用でき、電極2cはフィラメントでなくてもよい。
【0027】
以上、説明したように、陰極用の電極2c又は陽極用の電極2aのスパッタ等によって発生した物質は、周辺領域1wsに多く付着するので、光出射窓部1wwが長期間汚れず、放電管の寿命を長期化することができる。
【0028】
なお、上記放電管は縦置型として開示したが、これは横置型として利用してもよい。すなわち。放電管10の管軸は鉛直方向に平行であってもよいし、水平方向に平行であってもよい。また、貫通孔101blt,101blo’は放電管10から離れるにしたがって、その径を拡大させることとしてもよく、もちろん一定であってもよい。これらは以下の実施形態でも同様である。
【0029】
放熱ブロックを設けた上記光源(実施例)と、これを取り外した光源(比較例)について、相対光出力の経時変化を測定した。
【0030】
図4は、これらの光源の動作時間(hour)と相対光出力(測定波長:250nm)との関係を示すグラフである。これらのグラフから分かるように、放熱ブロックを設けたもの相対光出力の低下率は、相対光出力が100時間を越えても5%以下であり、これを取り外したものよりも著しく長寿命化が達成されている。
なお、この数値データを以下の表1に示す。
【0031】
【表1】
(第2実施形態)
図5は第2実施形態に係る光源の縦断面図、図6は図5に示した光源のVI−VI矢印断面図、図7は図5に示した光源のVII−VII矢印断面図、図8は図5に示した光源の主要部の斜視図である。
【0032】
本実施形態の光源は、第1実施形態のものと比較して、バネ部材101spが放電管10の側壁を取り囲んでいる点と、これに熱的に接続されるブロック101blが放熱箱101bxの頂部ではなく側壁に取付けられる点が異なる。
【0033】
まず、バネ部材101spについて説明する。バネ部材101spは概略円筒形の内面を有し、この内面は円筒形放電管容器1の側壁に接触している。このバネ部材の周方向端部は接続されておらず、管軸に垂直な断面がΩ形状となるように屈曲するとともに、バネ部材101spに設けられた2つのバカ穴BAに差込まれたボルトB1,B1によって放熱ブロック101blに固定されている。なお、無負荷状態においては、バネ部材101spの円筒形内面の直径は、容器1の直径よりも僅かに小さく、この内面が容器側壁に設定された周辺領域1wsを付勢し、バネ部材101spと周辺領域1wsの密着度は向上している。
【0034】
また、放熱ブロック101blは、放熱箱101bxの側壁内面にボルトB11,B12,B13,B14によって固定されている。
【0035】
放電管10の頂部に位置する光出射窓部1wwは露出しており、ここから出射される光線は放熱箱101bxの開口101bxo、外側箱100の開口100opを介して外部に出射される。
【0036】
本実施形態の光源は、本構成を採用したため、前述の放熱ブロック101bl’は省略されることとなるが、上記以外の構成は第1実施形態のものと同一である。本実施形態の光源によれば、放熱体のバネ部材101spは、周辺領域1wsが放電管10の管軸を取り囲むように放電管19の側壁1w表面上に設定されているので、側壁1wを取り囲むように冷却することができ、また、放熱体が一体として側壁1wを囲んでいるので、放熱体10の管軸に垂直な方向の移動を規制することができる。
(第3実施形態)
図9は第3実施形態に係る光源本体の縦断面図、図10は図9に示した光源本体の平面図、図11は図9に示した光源本体を放熱箱内に組込んでなる光源の縦断面図、図12は図11に示した光源の主要部の斜視図である。
【0037】
まず、光源本体について説明する。光源本体の放電管10は、その頂部を構成する円形領域1wtの外周から管軸に沿って延びた円筒形側壁1wsを有する容器1を有しており、容器1の底部は鍔部を有するステム15によって封止されている。容器1の内部には重水素等の気体が封入されている。
【0038】
カソード電極を構成するフィラメント2cに通電すると、フィラメント2cから放出された熱電子がガイド体3に設けられた開口3aから出射し、収束電極4方向に軌道を変えて進行し、その開口4aを通過してアノード電極2aに入射する。この放電現象によって、収束電極開口4aの近傍の気体が発光し、放電管頂部に位置する光出射窓部1wwを介して矢印Aの方向に当該光が出射される。
【0039】
収束電極4とアノード電極2aとは絶縁部材7,5を介して絶縁されており、カソード電極2c、アノード電極2a、収束電極4には、ステム15側に設けられたリードピン10a,10b等を介して所定電位が与えられる。なお、ステム15には容器内部と連通したガラス管13が設けられており、これの終端は閉塞している。なお、ガラス管13は、製造時において容器1内に気体を導入するために用いられる。
【0040】
ステム15は、円柱状のガラスブロック15cと、ガラスブロック15cの側壁円筒面に密着して固定された円筒面をその内側に有する筒体15a及び筒体15aの下側開口端面から外側に折れ曲がった鍔部15bからなるベース部と、ベース部と容器側壁1wsの内面との間に介在するシール部材15dとからなる。ベース部及びシール部材15dはSUSやコバール等の金属からなり、鍔部15bには管軸に平行な孔21が複数設けられており、本例ではシール部材15dが鍔部15bまで延びているので、孔21はシール部材15dも貫通している。
【0041】
容器頂部を構成する円形領域1wtには放熱ブロック101blが当接している。換言すれば、放熱ブロックの開口101bloは管軸に平行に延びた貫通孔101bltを備えており、その開口端面が光出射窓部1wwの周辺領域1wsに接触し、この開口を介して光出射窓部1wwからの光が出射される。
【0042】
放熱ブロック101blの周辺部には、管軸に平行な固定用の孔21’が設けられており、この孔21’とステムの孔21とはボルトB1,B2によって接続固定されている。詳説すれば、ステム15の鍔部15dにはネジ溝が形成されており、ボルトB1,B2のネジ山が当該ネジ溝に螺合することによって、放熱ブロック101blはステム15に固定される。なお、ボルトB1,B2の長手方向は管軸に一致する。放熱ブロック101blの孔21’の直径は2段階に設定されており、ステム15から遠い方の直径が近い方よりも大きい。孔21’の直径の大きい部分には螺旋形のバネ部材101spが配置されており、ボルトB1,B2を締めると、バネ部材101spの復元力によって放熱ブロック101blが周辺領域1ws方向に押され、周辺領域1wsは放熱ブロック101blによって付勢される。したがって、周辺領域1wsと放熱ブロック101blの密着度は向上している。
【0043】
なお、図11に示すように、光源本体を放熱箱に組込む場合には、放熱箱101bxの頂部に位置する壁と放熱ブロック101blとの間にバネ部材101spが介在し、ボルトB1,B2は放熱箱101bxの外側から差込まれる。なお、放熱ブロック101blと放熱箱101bxの内面とはボルトB11,B12,B13によって固定されている。
【0044】
放電管10の光出射窓部1wwから出射された光は、放熱ブロックの貫通孔101blt、放熱箱の貫通孔101bxo、外側箱100の貫通孔100opを介して外部に出射される。なお、外側箱100には前述の実施形態と同様に空冷ファン102が取付けられており、空冷ファン102によって内部に導入された空気は内側箱101bxを冷却してから通気口101bldを介して外部に流れる。内側箱101bxを冷却することで、放熱ブロック101blに接触した周辺領域1wsが冷却される。
【0045】
本例では、前述の実施形態のものと同様に光出射窓部1wwへの物質の付着を効率的に抑制することができるが、放電管10が容器1の底部を構成するステム15を有し、ステム15と放熱体101bx,101bl,101spとは管軸に平行に延びた複数のボルト(ネジ)B1,B2を介して固定されている。放熱体の固定にはステム15が利用されているので、固定に要する部品点数の増加を抑制することができる。
(第4実施形態)
図13は第4実施形態に係る光源本体の縦断面図、図14は図13に示した光源本体の平面図、図15は図13に示した光源本体を放熱箱内に組込んでなる光源の縦断面図、図16は図13に示した光源の主要部の斜視図である。
【0046】
本実施形態の光源は、第3実施形態のものと比較して放熱ブロック101blの形状のみが異なり、他の構成は同一である。すなわち、放熱ブロック101blは、放電管10の頂部を構成する円形領域1wtばかりでなく、側面1wsにも接触している。
【0047】
詳説すれば、放電管10と直接接触する放熱ブロック101blは、放電管10の容器1の頂部に被さる形状とされている。容器1の頂部の外表面は、円形表面1wt及び円形表面1wtの外周に連続し、円形表面に垂直な方向に管長の20%以下程度延びた円筒形1wsの側面からなる。この円形表面1wtの中心から所定半径の領域には、放熱ブロック101blは接触しておらず、この領域は光出射窓部1wwとして機能する。すなわち、円環状の放熱ブロック101blの中心部は、管軸に平行に延びた貫通孔101bltを構成しており、放熱ブロック101blの内側に位置する貫通孔101bltの放電管側の端部は、上記円形表面1wtの周辺領域1wsに当接し、その径が該当接位置から容器1の直径まで拡大し、管軸に平行に延びている。
【0048】
以上、説明したように、上記いずれの実施形態に係る光源も、容器1内に重水素等の気体を封入し、容器内部に配置された一対の電極2a,2c間の放電によって電極2a,2c間の気体から出力される発光を容器1の頂部に位置する光出射窓部1wwを介して外部に出力する放電管10を備え、光出射窓部1wwの周辺領域1wsの表面に放熱体を接触させている。これらの光源によれば、光出射窓部1wwを介して発光が外部に出力されるが、この光出射窓部1wwの周辺領域1wsの表面に接触した放熱体によって、周辺領域1wsは冷却される。したがって、陰極又は陽極を構成する一対の電極2c,2aのスパッタ等によって発生した物質は、この周辺領域1wsに多く付着し、光出射窓部1wwに付着する物質量が低下する。
【0049】
【発明の効果】
本発明の光源によれば、その放電管の寿命を長期化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る光源の縦断面図である。
【図2】図1に示した光源のII−II矢印断面図である。
【図3】図1に示した光源の主要部の斜視図である。
【図4】光源の動作時間(hour)と相対光出力(測定波長:250nm)との関係を示すグラフである。
【図5】第2実施形態に係る光源の縦断面図である。
【図6】図5に示した光源のVI−VI矢印断面図である。
【図7】図5に示した光源のVII−VII矢印断面図である。
【図8】図5に示した光源の主要部の斜視図である。
【図9】第3実施形態に係る光源本体の縦断面図である。
【図10】図9に示した光源本体の平面図である。
【図11】図9に示した光源本体を放熱箱内に組込んでなる光源の縦断面図である。
【図12】図11に示した光源の主要部の斜視図である。
【図13】第4実施形態に係る光源本体の縦断面図である。
【図14】図13に示した光源本体の平面図である。
【図15】図13に示した光源本体を放熱箱内に組込んでなる光源の縦断面図である。
【図16】図13に示した光源の主要部の斜視図である。
【符号の説明】
10…放電管、101bl’,101sp,101bl…放熱体、101bx…放熱箱、1w…側壁、1ww…光出射窓部、1ws…周辺領域。
Claims (6)
- 容器内に気体を封入し、前記容器内部に配置された一対の電極間の放電によって前記電極間の気体から出力される発光を前記容器の頂部に位置する光出射窓部を介して外部に出力する放電管を備え、
前記光出射窓部の周辺領域の表面に放熱体を接触させ、
前記放熱体は、前記容器の前記頂部に位置する前記周辺領域の表面に接触する放熱ブロックを有し、
前記放熱ブロックは、この放電管の管軸に平行に延びた貫通孔を備え、
前記放熱ブロックの前記貫通孔の周囲の開口端面は、この開口を介して前記光出射窓部からの光が出射されるように、前記光出射窓部の前記周辺領域に接触している、
ことを特徴とする光源。 - 前記放熱体は、前記周辺領域が少なくとも前記容器の頂部に位置するように前記容器に接触していることを特徴とする請求項1に記載の光源。
- 前記放熱体は、前記周辺領域が前記容器の側壁にも位置するように前記容器に接触していることを特徴とする請求項2に記載の光源。
- 前記放電管は、前記容器の底部を構成するステムを有し、前記ステムと前記放熱体とは管軸に平行に延びた複数のボルトを介して固定されていることを特徴とする請求項2に記載の光源。
- 前記電極の一方がフィラメントからなる陰極であり、前記電極の他方が前記フィラメントに通電することによって発生した熱電子を収集する陽極であり、前記容器内に封入される気体が重水素を含むことを特徴とする請求項1に記載の光源。
- 前記放電管は重水素ランプであり、
前記放電管及び前記放熱ブロックを収容し、その内面が前記放熱ブロックに固定された放熱箱と、
前記放熱箱を収納する外側箱と、
前記放熱箱の外表面と前記外側箱との間に空気を流通させる空冷ファンと、
前記外側箱の側壁に形成された通気口と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の光源。
Priority Applications (5)
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