JPWO2008133304A1 - 光源装置 - Google Patents

Abstract

装置コストの上昇を可及的に抑制しながら、発光管全体を効果的に冷却する。発光管（１）と、その発光管（１）の周囲を取り囲む状態に配置されて前記発光管（１）を冷却する冷却用部材（ＣＭ）とが備えられた光源装置において、前記発光管（１）に、電極用リード線（３ａ）を封止状態で取付けるリード線封止取付部（ＲＨ）が備えられ、前記リード線封止取付部（ＲＨ）を冷却対象とする冷却風の通風経路が形成され、その通風経路における前記リード線封止取付部（ＲＨ）の上流側に前記冷却用部材（ＣＭ）の配置箇所が位置し、且つ、前記リード線封止取付部（ＲＨ）よりも前記通風経路の上流側に前記発光管（１）の他の部分が位置しないように配置されて、前記冷却用部材（ＣＭ）にて冷却された状態の冷却風が前記リード線封止取付部（ＲＨ）の存在位置を通過するように構成されている。

Description

本発明は、発光管と、その発光管の周囲を取り囲む状態に配置されて前記発光管を冷却する冷却用部材とが備えられた光源装置に関する。

かかる光源装置は、例えば紫外線ランプ等の発光管から出射した光を、各種の処理対象物に照射して、樹脂の硬化等の所定の処理を行うための装置である。
このような光源装置は発光動作時に発光管が高温となるため、発光管の過度の温度上昇を抑制するべく冷却する手段が備えられている。
この冷却手段の構成としては、例えば、下記特許文献１にも記載のように、発光管の周囲を取り囲む状態に水冷ジャケット等の冷却用部材を配置することが考えられている。
下記特許文献１の水冷ジャケットは、発光管から出射した光を透過させるために石英製の二重管にて構成され、その二重管の内管と外管との間の空間に冷却水を流す構成としている。
特開２００４−３９５１１号公報

しかしながら、上記従来構成では、発光管自体は冷却用部材の冷却作用によって過度の温度上昇を防止できるものの、発光管における電極用リード線の封止箇所の温度上昇に対する抑制効果は十分なものではなかった。特に近年のランプ出力の増大によって、電極用リード線の封止箇所の温度上昇で発光管が損傷し、発光管の寿命を短くしてしまう懸念もあった。
この電極の封止箇所を適切に冷却するには、専用の冷却手段を備えれば良いのであるが、十分な冷却効果を持たせようとすると、それだけ装置コストの上昇を招いてしまうことになる。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、装置コストの上昇を可及的に抑制しながら、発光管全体を効果的に冷却する点にある。

本出願の第１の発明は、発光管と、その発光管の周囲を取り囲む状態に配置されて前記発光管を冷却する冷却用部材とが備えられた光源装置において、前記発光管に、電極用リード線を封止状態で取付けるリード線封止取付部が備えられ、前記リード線封止取付部を冷却対象とする冷却風の通風経路が形成され、その通風経路における前記リード線封止取付部の少なくとも上流側に前記冷却用部材の配置箇所が位置し、且つ、前記リード線封止取付部よりも前記通風経路の上流側に前記発光管の他の部分が位置しないように配置されて、前記冷却用部材にて冷却された状態の冷却風が前記リード線封止取付部の存在位置を通過するように構成されている。

すなわち、発光管の電極用リード線の封止箇所である前記リード線封止取付部を冷却風の通風経路中に位置させることにより当該箇所を冷却する。
この前記リード線封止取付部を冷却する冷却風は、発光管についてみると、発光管の他の部分（前記リード線封止取付部以外の部分）が前記リード線封止取付部よりも通風経路上流側に存在することはなく、高温となる光出射領域の近傍を通過して冷却風の冷却効果が低下してしまうのを回避できる。
但し、単に前記リード線封止取付部を冷却風の通風経路に位置させるだけでは、必ずしも十分な冷却効果は得られない。又、逆に十分な冷却効果を確保するためにその冷却風の温度を下げる手段を別途備える構成とすると装置コストの上昇を招いてしまう。

そこで、前記リード線封止取付部を冷却する冷却風の通風経路における前記リード線封止取付部の上流側に、発光管を冷却する冷却用部材の配置箇所が位置するように構成する。
すなわち、発光管を冷却する冷却用部材であっても、例えばその冷却用部材が水冷等の液冷方式であれば液冷用冷媒の配管部分や、あるいは、発光管に対して冷却作用する部分の端縁付近等では、発光管の高温部分からも離れており、冷却風に対して冷却効果を有している。
従って、発光管を冷却するために備えられている冷却用部材を利用して、前記リード線封止取付部の冷却のための冷却風を冷却して、前記リード線封止取付部に対する冷却効果を増大させている。

又、本出願の第２の発明は、上記第１の発明の構成に加えて、前記冷却風は、前記発光管に対しては、前記発光管における前記リード線封止取付部のみを冷却対象とするように通風経路が形成されている。
すなわち、発光管の他の部分（前記リード線封止取付部以外の部分）が前記リード線封止取付部よりも通風経路上流側に存在しないようにする構成としては、例えば、発光管の各部の中で前記リード線封止取付部が最も通風経路上流側に位置するように配置して、冷却風が前記リード線封止取付部のみならず発光管における発光領域の冷却をも行わせる構成とすることが可能である。しかし、好ましくは、冷却風による冷却対象を前記リード線封止取付部に限定することで、冷却負荷を軽減できる。

又、本出願の第３の発明は、上記第１又は第２の発明の構成に加えて、前記発光管は、長手方向の両端部に一対で前記リード線封止取付部が備えられた直管形状に形成され、前記冷却用部材は、前記発光管の周囲を取り囲む状態に配置された水冷ジャケットにて構成され、前記水冷ジャケットにおける前記リード線封止取付部付近の部材に、前記冷却風の通風経路を構成する通風孔が形成されている。
すなわち、水冷ジャケットを構成する部材に冷却風の通風経路となる通風孔を形成して、その通風孔を通過する冷却風によってリード線封止取付部を冷却させる。

上記第１の発明によれば、発光管を冷却するために備えられている冷却用部材を利用して、前記リード線封止取付部の冷却のための冷却風を冷却して、前記リード線封止取付部に対する冷却効果を増大させているので、装置コストの上昇を可及的に抑制しながら、発光管全体を効果的に冷却することができる。
又、上記第２の発明によれば、冷却風による冷却対象を前記リード線封止取付部に限定することで、冷却負荷を軽減でき、装置コストの上昇をより抑制することができる。
又、上記第３の発明によれば、水冷ジャケットを構成する部材に通風孔を形成するだけの簡素な構成で、リード線封止取付部を的確に冷却できる。

本発明の実施の形態にかかる光源装置の部分断面図 本発明の実施の形態にかかる光源装置の要部部分断面図

符号の説明

１ 発光管
ＣＭ 冷却用部材
ＲＨ リード線封止取付部

以下、本発明の光源装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態の光源装置ＵＬは、図１の部分断面図に示すように、発光管１と、発光管１を冷却する冷却用部材ＣＭである水冷ジャケット２とを主要部として構成されている。
尚、図１では、図面を見易くするために、発光管１以外の部分について断面視で示すと共に、細部においては適宜に断面であることを示す斜線の図示を省略している。

本実施の形態の発光管１は紫外線ランプであり、全体として棒状の直管形状に形成され、それの長手方向の両端部において、発光管１内部の放電用電極３に接続される電極用リード線３ａが封止されて、外部電極として取り出されている。
電極用リード線３ａの封止箇所は口金４にて保護され、発光管１の長手方向の両端部に一対で備えられる口金４の存在箇所が、電極用リード線３ａを封止状態で取付けるリード線封止取付部ＲＨとなっている。

水冷ジャケット２は、円筒状の内管２１と、同じく円筒状で内管２１より大径の外管２２と、それらを保持するための部材とによって構成され、発光管１の周囲を取り囲む状態に配置されている。
内管２１と外管２２とはいずれも石英製であり、それらが同軸状に配置されて、内管２１と外管２２との間の空間が冷却水の通路となっている。
内管２１は、外管２２よりも若干長尺に形成されており、同軸状に配置された内管２１及び外管２２の長手方向両端部をシール用リング２３にて挟持して、内管２１と外管２２との間の間隔を一定に保持している。

シール用リング２３には冷却水を導入又は排出するための給排水孔２３ａが備えられており、図１では、右側のシール用リング２３の給排水孔２３ａに給水ホース２４を接続して給水側とし、又、左側のシール用リング２３の給排水孔２３ａに排水ホース２５を接続して排水側としている。
一対のシール用リング２３は、夫々、リング状の保持部材２６にて保持されて位置決めされ、外管２２とシール用リング２３との間、並びに、内管２１とシール用リング２３及び保持部材２６との間がＯリングにてシールされている。
給水ホース２４から給水された冷却水は、シール用リング２３の内面側と内管２１の外面とで形成される空間を経て、内管２１と外管２２との間の空間に流れ込み、更に、反対側（排水側）のシール用リング２３の内面と内管２１の外面とで形成される空間を経て排水ホース２５へと排出される。

発光管１は、長手方向両端部の口金４に外嵌する略円板状のホルダ１１によって支持されており、ホルダ１１は、内管２１の長手方向の端縁に接し、且つ、保持部材２６に内嵌する状態で位置決めされている。
これによって、発光管１は、内管２１内において内管２１と略同軸状に配置され、且つ、発光管１の口金４（すなわち、リード線封止取付部ＲＨ）が保持部材２６の存在位置まで入り込む配置状態となっている。

本発明の光源装置ＵＬは、上記構成にて発光管１を冷却すると共に、発光管１のリード線封止取付部ＲＨ（口金４の存在箇所）を冷却する手段をも備えており、そのリード線封止取付部ＲＨの冷却のために、発光管１を冷却するための装置構成の一部を利用している。
以下、水冷ジャケット２の長手方向端部付近を拡大して部分断面図として示す図２に基づいて説明する。
図２は、図１における右側端部（給水側の端部）を示すものであるが、反対側の左側端部（排水側の端部）の構成も全く同様の構成で対称に構成されている。
尚、この図２においても、図１と同様に、発光管１以外の部分について断面視で示すと共に、細部においては適宜に断面であることを示す斜線の図示を省略している。

リード線封止取付部ＲＨの冷却は、リード線封止取付部ＲＨを冷却対象とする冷却風の通風経路を形成することにより行う。
より具体的には、図２に示すように、リング状の保持部材２６の一端部に、側面２６ｂから内面２６ａに貫通する多数の細孔２６ｃを形成し、その多数の細孔２６ｃの存在位置の反対側の端部に内面２６ａから側面２６ｂへ貫通する貫通孔２６ｄを形成して、細孔２６ｃ及び貫通孔２６ｄからなる通風孔で冷却風の通風経路を構成している。
この通風孔（細孔２６ｃ及び貫通孔２６ｄ）とリード線封止取付部ＲＨとの位置関係は、図２に示すように、発光管１の長手方向と直交する面上で並ぶ位置関係となり、水冷ジャケット２におけるリード線封止取付部ＲＨに最も近い部材（保持部材２６）に前記通風孔を形成している。
貫通孔２６ｄには、吸気ポンプあるいはクリーンルームの吸気配管等の吸気手段からのホース１２が接続されている。
保持部材２６の一側は、ホース１２から吸気されたときに、細孔２６ｃから貫通孔２６ｄへ至る通風経路が効率良く形成されるように、整風板１３を備えて保持部材２６の内面２６ａ側の空間を閉塞している。

シール用リング２３及び保持部材２６は、何れも熱伝導の良好な金属にて形成されて互いに接しており、給水ホース２４からの冷却水の供給によって冷却されて比較的低温となっている。
このため、ホース１２から吸気されると、保持部材２６の細孔２６ｃへ吸い込まれた空気は細孔２６ｃを通過中に細孔２６ｃの壁面との相互作用により冷却され、口金４の存在箇所（リード線封止取付部ＲＨ）を通過して貫通孔２６ｄへ至り排出される。

このように形成される通風経路において、リード線封止取付部ＲＨの上流側に冷却用部材ＣＭ（より具体的には、冷却用部材ＣＭである水冷ジャケット２の一部を構成して、内管２１及び外管２２の長手方向端部を保持する保持部材２６）の配置箇所が位置し、且つ、リード線封止取付部ＲＨよりも通風経路の上流側に発光管１の他の部分が位置しないように配置されることで、保持部材２６の細孔２６ｃを通過して冷却された状態の冷却風がリード線封止取付部ＲＨの存在位置を通過して、効率良くリード線封止取付部ＲＨを冷却する。
この冷却風は発光管１のうちのリード線封止取付部ＲＨのみを冷却対象とするように通風経路が形成されており、局所的な空間での通風であるので、上記吸気手段の吸気能力としてはそれほど高能力を要求されない。

更に、リード線封止取付部ＲＨに冷却風を供給するについては、リード線封止取付部ＲＨに冷却風を吹き付けて冷却する構成も考えられるが、このような構成では、光を照射する対象物等から飛散して浮遊する微小な塵埃を周囲の空間にまき散らしてしまうことになる。これは、光源装置ＵＬがクリーンルーム等の塵埃の飛散が特に問題となる環境下では、極力避ける必要がある。
そこで、上述のように、リード線封止取付部ＲＨを冷却する冷却風を、前記吸気手段による吸気によって形成することとして、上記の微小な塵埃も含めて吸引してしまうことで、光源装置ＵＬの周囲空間への微小な塵埃の飛散を防止している。

〔別実施形態〕
以下、本発明の別実施形態を列記する。
（１）上記実施の形態では、リード線封止取付部ＲＨを冷却する冷却風は発光管１のうちのリード線封止取付部ＲＨのみを冷却対象とするように通風経路が形成されている場合を例示しているが、その冷却風の通風経路において、リード線封止取付部ＲＨの下流側に発光管１の光（紫外線）出射領域を位置させて、その部分も併せて冷却対象とするようにしても良い。
（２）上記実施の形態では、冷却対象であるリード線封止取付部ＲＨの通風経路上流側に冷却用部材ＣＭの配置箇所を位置させるについて、保持部材２６の細孔２６ｃを通風経路として構成する場合を例示しているが、例えば、保持部材２６内の通風経路を螺旋状に形成する等して、冷却用部材ＣＭ内でより長い通風経路を形成して、冷却風に対する冷却効果をより向上させるようにしても良い。
（３）上記実施の形態では、発光管１として紫外線ランプを例示しているが、紫外線以外の各種の波長の発光管１についても本発明を適用できる。

本出願は、２００７年４月２５日出願の日本特許出願（特願２００７−１１５４１６）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims (3)

1. 発光管と、その発光管の周囲を取り囲む状態に配置されて前記発光管を冷却する冷却用部材とが備えられた光源装置であって、
   前記発光管に、電極用リード線を封止状態で取付けるリード線封止取付部が備えられ、
   前記リード線封止取付部を冷却対象とする冷却風の通風経路が形成され、
   その通風経路における前記リード線封止取付部の少なくとも上流側に前記冷却用部材の配置箇所が位置し、且つ、前記リード線封止取付部よりも前記通風経路の上流側に前記発光管の他の部分が位置しないように配置されて、前記冷却用部材にて冷却された状態の冷却風が前記リード線封止取付部の存在位置を通過するように構成されている光源装置。
2. 前記冷却風は、前記発光管に対しては、前記発光管における前記リード線封止取付部のみを冷却対象とするように通風経路が形成されている請求項１記載の光源装置。
3. 前記発光管は、長手方向の両端部に一対で前記リード線封止取付部が備えられた直管形状に形成され、
   前記冷却用部材は、前記発光管の周囲を取り囲む状態に配置された水冷ジャケットにて構成され、
   前記水冷ジャケットにおける前記リード線封止取付部付近の部材に、前記冷却風の通風経路を構成する通風孔が形成されている請求項１又は２記載の光源装置。

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