KR100914112B1 - 쇼트아크형 방전등 - Google Patents

Abstract

점등 시의 내부압력이 2.0~3.0MPa인 쇼트아크형 방전등에 있어서, 램프의 스타트 특성과, 방사조도특성과, 수명특성을 양호하게 만족하면서 점등시의 파열을 방지한다.

쇼트아크형 방전등의 발광관(1) 내의 방전공간(2)에, 음극전극(3)과 양극전극(4)을 배치한다. 방전공간(2)에 희가스와 수은을 봉입한다. 발광관 구면부의 일단으로부터 시일용 글라스 부재(7)의 선단까지의 치수를 L1(mm)로 한다. 시일용 글라스 부재(7)의 직경을 D(mm)로 한다. 램프 동작시의 내부압력을 P(MPa)라 한다. 이때, D 〈 (-0.38 x P + 1.79) x L1 + (-3.32 x P + 24.3)을 충족하도록 램프의 형태를 결정한다. 더욱이, 발광관 구면 일단(X1)으로부터 램프 내부면의 2개의 상이한 곡률의 교점(X2)까지의 범위(L2)에 있어서, 시일 글라스(6)의 두께(t)를 3.0mm ≤ t ≤ 5.0mm로 한다. 또한, 램프 투입전력을 5~25kW의 범위로 한다.

발광관, 봉지부, 램프 내부압력, 시일 글라스

Description

쇼트아크형 방전등{SHOT ARC TYPE LAMP}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 쇼트아크형 방전등의 개념도;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 쇼트아크형 방전등의 발광관 구면의 일단으로부터 봉지부의 선단까지의 부분확대 개략도;

도 3은 정수압시험의 실험계의 개략도;

도 4는 시험에 사용한 샘플 램프의 명세표;

도 5는 샘플 램프에 있어서 목부길이(L1)와 시일부 내경(D)의 치수와 샘플 갯수의 표;

도 6은 목부길이(L1)와 파열압력과 시일부 내경(D)의 관계를 나타낸 그래프;

도 7은 파열압력 2.0~3.0MPa에 대한 목부길이(L1)와 시일부 내경(D)의 관계 그래프에 대한 절편과 기울기의 실험결과의 표;

도 8은 전력입력 16kW 램프에 있어서 파열압력 2.0~3.0MPa에 대응하는 목부길이(L1)과 시일부 내경(D)의 관계를 나타낸 그래프;

도 9는 L2의 범위에 있어서 시일 글라스의 두께와 파열압력의 관계를 나타낸 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 발광관

2 : 방전공간

3 : 음극전극

4 : 양극전극

5 : 전극 지지봉

6 : 시일 글라스

7 : 제1시일용 글라스 부재

8 : 제2시일용 글라스 부재

9 : 금속박

10 : 베이스

11 : 리드선

12 : 수조

13 : 물

14 : 램프

15 : 칩부

16 : 가압펌프

[특허문헌 1] 일본 특허공개번호 제2003-151501호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허공개번호 제2002-100321호 공보

[특허문헌 3] 일본 특허번호 제3458756호 공보

[특허문헌 4] 일본 특허번호 제3430887호 공보

본 발명은 쇼트아크형 방전등에 관한 것이고, 특히 반도체나 액정 제조의 노광공정에서 광원으로서 사용되고 투입전력이 1kW 이상인 쇼트아크형 방전등에 관한 것이다.

제조 프로세스 등에 있어서의 노광공정에 있어서, 광원으로서 사용되고 있는 쇼트아크형 방전등은 고조도화가 요구되고 있다. 이러한 종류의 쇼트아크형 방전등(이하, 단순히 '램프'라 칭함)은 일반적으로 투입전력이 1kW 이상으로 하여, 점등시의 온도, 내부압력이 상당히 높은 것이 알려져 있다. 상술된 고조도화를 행하기 위한 하나의 방법으로서, 수은, 희가스 등을 보다 많이 투입하여, 자외선 영역의 램프 발광효율을 향상시키는 것을 예로 들 수 있다. 이 경우, 점등시 램프 내부압력이 투입물량의 증가에 기인해서 증대하므로, 파열의 위험성이 보다 커지는 문제가 있다.

이하에, 쇼트아크 램프에 있어서 파열대책에 관한 종래기술의 예를 설명한다.

종래의 1kW 이상의 대형 방전관에 있어서는 램프 입력전력을 전구(bulb) 내 부 표면적으로 나눈 값인 관벽 부하치를 기초로 하여 전구부(bulb portion)를 설계하면, 램프 점등 중에 큰 응력이 발생하기 쉽고, 최악의 경우, 응력치가 글라스 재료의 파열응력치를 초과하여, 전구가 파열하기에 이르렀다. 이에 대한 대책으로서, 특허문헌 1에 개시된 "쇼트아크형 방전등"의 제안이 있다. 발광관의 구면부 최대내경(a)과 발광관 구면부 전체길이(c)의 비를 0.42 〈 (a/c) 〈 1.02의 범위로 한다. 발광관의 구면부 최대내경(a)과 구면부 종단면 외경(b)의 비를 1.82 〈 (a/b) 〈 3.44의 범위로 한다. 램프 전력[W(w)]와 발광부 구면부 내표면적[S(㎟)]의 비를 W/S 〈 0.3의 범위로 한다. 이와 같이 함으로써 내부압력 등이 작용하는 경우의 응력분포를 보다 균등화시키는 것이 가능하여, 장시간 점등하여도 파열에 이르지 않을 수 있다.

또, 시장으로부터의 요구에 따라, 쇼트아크형 방전램프의 대형화가 진행하고 있다. 이 때문에, 점등시의 동작압력이 2.0(MPa), 또는 그 이상 필요해지고, 박형 시일부의 직경이나 길이가 커진다. 그 결과, 금속박과 금속박에 내접하는 시일용 석영부재 사이에서, 금속박이 벌어지는 현상이 일어나는 문제가 새로이 발생하였다. 이 문제의 해결을 위해, 특허문헌 2에 개시된 "쇼트아크 방전램프"의 제안이 있다. 램프 투입전력이 4kW 이상이고, 점등시의 동작 전압이 2.0(MPa) 이상이 되는 직류 쇼트아크 방전램프이다. 시일 석영부재에 삽입된 금속부재의 삽입부분의 길이를 시일 석영부재의 전체 길이의 약 4할 이상으로 한다. 이에 따라, 금속박 시일부에 배치된 금속박에 내접하는 시일용 석영부재와의 사이에서 발생하는 금속박의 부상 현상을 방지한다. 또한, 금속박 시일부에 발생하는 크랙과, 램프 봉입 기체의 외기측으로의 누설과, 램프의 조기파열도 방지할 수 있다.

발광관에 연설된 봉지관내에서, 전극 지지봉을 삽통공이 있는 지지부재(두꺼운 두께의 중공 석영 글라스제 관상부재)로 지지하는 구조의 방전램프가 있다. 이 구조에서는 지지부재와 시일 글라스의 봉착부인 지지부재의 양단부에서 열용융 후의 냉각시에 열변형이 생긴다. 이 때문에, 글라스가 장시간, 고압력에서 작동하면, 균열이 생길 염려가 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 특허문헌 3에 개시된 "방전램프"가 제안되었다. 지지부재가 석영 글라스제이다. 관상부재의 발광관측 단부영역의 외경을 타단측의 단부영역의 외경보다 크게 한다. 발광관측 단부영역의 외주에서, Mo제 박부재를 배치한다. 이에 의해, 장시간, 고압력에서 동작하여도, 전극 지지봉의 지지부재와 봉지관의 용착부분에 균열이 생기지 않는다. 파열하지 않는 안전한 신뢰성이 높은 방전램프가 된다.

음극과 양극의 전극심봉이 지지용 통체에 삽통되어 지지되고, 지지용 통체가 발광관에 연속하는 측관의 다이어프램부에 있어서 지지되어 있는 쇼트아크 램프가 있다. 이 구조에서는 전극심봉의 지지용 통체와 시일 글라스의 용착 시에, 지지용 통체의 단부의 코너부에 있어서, 작은 간극의 쐐기부가 형성되는 경우가 있다. 점등중의 발광관내의 가스압력이 극히 높으면, 쐐기부를 기점으로 해서 크랙이 발생한다. 응력이 반복적으로 가해짐으로써, 크랙이 대각선 방향에 대해 크게 성장하여, 곧바로 램프가 파열되어 버리는 문제가 생긴다. 이 문제해결을 위해, 특허문헌 4에 개시된 "쇼트아크 램프"의 제안이 있다. 지지용 통체와 다이어프램부 사이에서, 금속층 또는 세라믹층으로 이루어진 중간층을 개재한다. 또한, 중간층을 몰 리브덴 박으로 해서, 몰리브덴 박이 지지용 통체의 외주면에 감싸지는 구조이다. 점등중의 가스압력을 높게 하여도, 측관의 다이어프램부와 전극심봉 지지용 통체의 단부 코너부에 있어서 크랙이 발생하지 않는다.

이와 같이, 전국 단부로부터 봉지부에 걸쳐진 부분에 있어서, 대단히 높은 빈도로 균열이 발생하는 문제에 대해 발광관의 치수를 적절한 값으로 설정하거나, 시일용 석영부재에 대한 금속부재의 삽입비율을 적절한 값으로 설정하거나, 발광관측 단부영역의 치수를 적절한 값으로 설정하거나, 전극심봉의 지지용 통체에 몰리브덴 박을 이용하는 것등을 균열방지 대책으로 한다.

그러나, 상기 종래의 균열방지 대책기술에는 이하와 같은 문제가 있다. 램프 파열에 대해 정성적 회피는 달성되어도, 램프의 내부압력에 대해 파열에 이르기 까지의 기계적 강도가 어느 정도 여유를 갖고 있는 것인가 하는 정량적 판단이 가능하지 않다. 이것은 램프의 설계사양이 자주 변화하는 환경 중에서, 램프의 파열방지가 반드시 보증되는 것은 아니라는 것을 시사하고 있다.

예를 들면, 파열에 직접 관련이 있다고 생각되는 파열영역의 형상(글라스 부재의 직경, 전구 단부로부터 봉지부의 선단까지의 길이, 시일 글라스의 두께)를 램프의 스타트 특성 등의 문제도 포함하고, 경험칙으로부터 문제가 없다고 추측되는 치수로 설계하여, 점등을 시도한 결과, 램프에 봉입하는 수은량이나, 램프의 사이즈에 따라서는 예상하지 않은 파열이 발생하는 경우가 누차 일어났다. 따라서, 이들 종래기술에서 볼 수 있는 파열회피법에 있어서는, 파열이 이르는 내압성이 정성적이므로, 램프의 사양에 대해서 유연한 파열방지가 가능하지 않다고 하는 문제가 여전히 존재한다. 이에 의해, 램프의 내부압력에 대해서, 램프 형상을 어떻게 하면 내압성이 충분해지는 가를, 정량적으로 판단하는 수단이 필요해진다.

본 발명의 목적은 상기 종래의 문제를 해결하여, 쇼트아크형 방전등에 있어서, 파열에 직접 관계하는 전구 단부로부터 봉지부에 이르는 형상을 결정하는 글라스 부재의 직경이나, 전구 단부로부터 봉지부의 선단까지 사이의 치수나, 시일 글라스의 두께를 내부압력과 관련지어, 이들의 관계를 최적화함으로써, 램프의 스타트 특성이나, 방사조도나, 수명 등의 제반특성이 양호하게 만족되면서, 램프 점등 시의 고압력 동작에 있어서 파열이 발생하지 않는 안전한 점등을 행하도록 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 점등시의 내압이 2.0MPa~3.0MPa인 쇼트아크형 방전등을, 발광관 구면의 일단으로부터 봉지부의 선단까지의 치수를 L1(mm)로 하고, 시일용 글라스 부재의 직경을 D(mm)로하고, 램프 동작 내부압력을 P(MPa)로 하는 때, D 〈 (-0.38 × P + 1.79) × L1 + (-3.32 × P + 24.3)의 관계를 만족하는 구성이다. 또한, 발광관 구면단(X1)으로부터 램프 내부면의 2개의 상이한 곡률의 교점(X2)까지의 범위(L2)에 있어서, 시일 글라스의 두께(t)를 3.0mm ≤ t ≤ 5.0mm로 하였다.

이와 같이 구성함으로써, 쇼트아크 방전등을 스타트 특성이나 조도특성이나 수명특성을 양호하게 만족하면서 장시간 파열하지 않고 안전하게 점등할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해, 도 1 내지 도 9를 참조하면서 상세히 설명한다.

[실시예]

본 발명의 실시예는 발광관 구면의 일단으로부터 봉지부의 선단까지의 치수를 L1(mm)로 하고, 시일용 글라스 부재의 직경을 D(mm)로하고, 램프 동작 내부압력을 P(MPa)로 하는 때, D 〈 (-0.38 × P + 1.79) × L1 + (-3.32 × P + 24.3)의 관계를 만족하고, 발광관 구면단(X1)으로부터 램프 내부면의 2개의 상이한 곡률의 교점(X2)까지의 범위(L2)에 있어서, 시일 글라스의 두께(t)를 3.0mm ≤ t ≤ 5.0mm로 한 점등시의 내부압력이 2.0MPa~3.0MPa인 쇼트아크형 방전등이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 있어서 쇼트아크형 방전등의 개략도이다. 도 2는 쇼트아크형 방전등의 음극전극측의 부분확대 개략도이다. 도 1과 도 2에 있어서, 발광관(1)은 쇼트아크형 방전등의 글라스 전구(glass bulb)이다. 방전공간(2)은, 수은이 봉입된 방전용의 밀폐공간이다. 음극전극(3)은 부극측의 방전전극이다. 양극전극(4)은 정극측의 방전전극이다. 전극 지지봉(5a)은 양극전극(4)을 지지하는 도체이다. 전극 지지봉(5b)는 음극전극(3)을 지지하는 도체이다. 시일 글라스(6)는 발광관(1)을 기밀해서 봉하는 글라스이다. 시일용 글라스 부재(7)는 전극 지지봉과 시일 글라스의 사이를 봉해서 전극 지지봉을 지지하는 글라스이다. 시일용 글라스 부재(8)는 전극 지지봉과 베이스 사이의 부분을 봉하는 글라스이다. 금속박(9)은 전극지지봉과 베이스를 전기적으로 접속하는 도체이다. 베이스(10)는 리드선과 전극 지지봉을 금속박을 개재해서 전기적으로 접속함과 동시에 쇼트아크형 방전등을 지지하기 위한 도체이다. 리드선(11)은 쇼트아크형 방전등에 전류를 흐르게 하기 위한 도체이다.

발광관(1) 내에는, 1쌍의 텡스텐 등의 고융점 금속으로 이루어진 음극전극(3)과 양극전극(4)이 배치된다. 음극전극(3)과 양극전극(4) 각각은 전극 지지봉(5a)과 전극 지지봉(5b)에 의해 지지된다. 이 전극 지지봉(5a)과 전극 지지봉(5b)을 또한 더 지지하는 제1시일용 글라스 부재(7)와 제2시일용 글라스 부재(8)가 배치된다. 전극 지지봉(5b)으로부터는 금속박(9)이 연신하고 있다. 금속박(9)이 시일용 글라스 부재(8)와 시일 글라스(6)의 사이에 배치되어 있다. 이들의 부재로 발광관(1)이 봉지되어 있다. 이에 의해, 방전공간(2)과 외기가 완전히 격리된 상태에서 외부로부터 램프에 통전하는 것이 가능하다.

실시예 1에 있어서는, 특히 필요한 경우를 제외하고, 제1시일용 글라스 부재(7)를 단순히 시일용 글라스 부재로서 설명한다. 또한, 도 1에 있어서, 양극전극(4) 측의 금속박(9)은 그의 단면형상 만을 도시하고 있다. 방전공간(2)에는 희가스와, 시야로부터 자외선 영역에 걸쳐진 높은 강도의 발광 스펙터클을 갖는 수은 등이 봉입되어 있다. 각 극성의 리드선(11)에 직류전류를 인가하면, 양극전극(4)과 음극전극(3) 사이에 아크방전이 발생한다. 방전공간(2)의 가운데에서 발생한 빛이 광투과성의 발광관(1)의 발광관 구면부를 투과해서 소망하는 자외선이 방사된다. 점등시의 내부압력은 내부온도와 봉입물의 증기압 등의 용인에 의해 수 MPa 차수(order)의 압력이라고 알려져 있으므로, 발광관의 소재로서 두께가 3mm 정도의 실리카 글라스가 사용되는 경우가 많다.

발광관(1)의 표면 구면부의 곡률(N1)과 다른 곡률(M2)(양극측은 도 1에서 M1으로 기재)를 갖는 시일 글라스(6)와의 교점을 발광관 구면부의 일단(X1)으로 정의한다. 이때, 발광관 구면부의 일단(X1)으로부터 시일 글라스(6)와 시일용 글라스부재(7)에 의해 봉지부의 선단까지의 길이를 L1[목부길이(L1)]로 하고, 시일용 글라스 부재(7)의 직경을 D[시일부 내경(D)]으로 한다. 봉지하는 때, 발광관 구면의 일단(X1)으로부터 시일 글라스(6)와 시일용 글라스 부재(7)의 봉지부까지는 전구 단부로부터 봉지부 측에 근접함에 따라 관 직경이 작아지도록 한다. 이 때, 램프 내부의 형상에 관해서, 발광관(1)의 내면 구면부의 곡률을 N2, L1의 영역 내의 발광관(1) 내면에 근접하는 면의 곡률을 M4(양극측은 도 1에서 M3로 기재), L1의 영역 내의 시일 글라스 부재(7)에 근접하는 면의 곡률을 M6(양극측은 도 1에서 M5로 기재)로 한 경우, M4와 M6의 교점을 X2, X1과 X2까지의 치수를 L2로 정의한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 있어서, 쇼트아크형 방전등의 상세한 구조에 대해 설명한다.

발광 구면부의 일단(X)으로부터, 시일 글라스(6)와 시일용 글라스 부재(7)에 의해 봉지부의 선단(램프 중심부에 가까운 측)까지의 거리인 L1과 시일용 글라스 부재(7)의 직경인 D와, 램프 내부압력인 P에 대해, 파열에 이르기 까지의 정량적인 관계를 실험에 의해 구하였다.

실험에서는, 발광관 구면의 일단(X)으로부터 봉지부의 선단까지의 거리(L1)와 시일용 글라스 부재(7)의 직경(D)의 값을 몇 종류의 조합으로 설정한 샘플 램프를 준비하고, 파열시의 내부압력을 측정한다. 그리고, 이들의 치수와 파열압력의 관계를 기록한다. 램프 내의 내부압력을 변화시키는 방법은 램프 내에 물을 담그고, 정적수압에 의해 램프 내에서 압력을 가하는 것으로 시행하였다. 시험에 사용한 실험장치계를 도 3에 도시한다. 물(13)이 유입된 수조(12)에 물(13)이 완전히 유입된 램프(14)를 담그고, 램프의 칩부를 입구로 해서, 가압용 펌프(16)로부터 수압을 가한다. 가압용 펌프(16)의 압력은 가변으로 해서, 6.0MPa/5min의 승압속도로 시험을 행했다.

사용된 시험 샘플 램프의 일람을 도 4에 도시한다. 투입전력이 5~25kW의 A형(5kW) ~ B형(25kW)의 램프를 사용하였다. 발광관의 최대구경(O.D.)은 85~205mm이다. 발광관 구면의 장축방향의 일단으로부터 타단까지의 전체길이(T.L.)는 95.7~165mm이다. 발광관의 글라스의 두께는 2.5~3.5mm이다. 봉지부의 시일 글라스(6)의 두께는 3.5~5.0mm이다. 또, 각각의 샘플에 있어서, 발광관 구면부의 일단(X1)으로부터 봉지부의 선단까지의 거리(L1)과, 시일용 글라스 부재(7)의 직경(D)과, 시험 횟수는 도 5에 도시한 바와 같다. 테스트 게이지 1조에 대해, 2개의 샘플을 사용하였다.

시일용 글라스 부재(7)의 직경(D)의 값을 20, 25, 30mm로 설정하고, 발광관 구면부의 일단(X1)으로부터 봉지부의 선단까지의 거리(L1)을 0, 10, 20, 30, 40mm로 설정하고, 투입전력 12kW로 하여 C타입 램프에 대해, 목부길이(L1)와 시일부 내 경(D)과 파열압력의 관계를 구했다. 도 6은 시일용 글라스 부재(7)의 직경(D)의 3종류에 대해, 목부길이(L1)(mm)와 파열압력(MPa)의 관계를 나타낸 그래프이다. 그래프의 플롯(plot)으로부터 시일부 내경(D)의 값이 작아질수록, 또는 어느 길이까이는 목부길이(L1)의 값이 커질수록 램프파열압력의 값이 커진다는 것을 알 수 있다. 이 그래프는 C타입의 샘플 램프에 의한 일예이지만, 다른 타입의 램프에 있어서도 그 정성적인 평가결과는 동일하였다.

2.0MPa와 3.0MPa의 내부압력에 있어서, 도 4에 있는 A~E타입의 램프 샘플에 있어서, 파열이 일어난 때의 목부길이(L1)와 시일부 내경(D)의 관계를 정리하여 그래프로 만든 결과, 직선(1차 함수)이 되었다. 이 관계에 기초하여, 직선의 기울기(D의 증가량/L1의 증가량)을 a로 하고, 직선 그래프의 절편을 b로 한다. 이 그래프를 한계 L1-D관계 그래프라 칭하기로 한다. A~E 타입의 램프 샘플의 a와 b를 표시하여 정리하면, 도 7과 같이 된다. 파열압력 2.0~3.0MPa로 하여 목부길이(L1)와 시일부 내경(D)의 관계 그래프(한계 L1-D 관계 그래프)에 대한 절편과 기울기의 결과표이다. 이 표로부터 각각의 파열압력에 있어서, 램프의 크기에 관계없이 한계 L1-D 관계 그래프는 거의 동등한 기울기와 절편을 갖는다는 것이 명백해 졌다.

램프 내부압력 2.0~3.0MPa에 대해서, 압력의 변화에 대하여 한계 L1D 관계 그래프의 기울기와 절편이 선형적으로 변화하면 근사하다. 한계 L1D 관계 그래프의 기울기를 a로 하고, 그 절편을 b로 하고, 램프 내부압력을 P로 한다. 기울기(a)의 평균값과, 절편(b)의 평균값이 내부압력에 대해 선형의 관계를 갖는 것으로 생각한다(선형근차에 의한 내삽).

기울기(a)의 방정식은,

(2.0MPa에 대한 a의 평균치) = X × 2.0(MPa) + Y

(3.0MPa에 대한 a의 평균치) = X × 3.0(MPa) + Y,

가 된다. 절편(b)의 방정식은,

(2.0MPa에 대한 a의 평균치) = X' × 2.0(MPa) + Y'

(2.0MPa에 대한 a의 평균치) = X' × 2.0(MPa) + Y',

가 된다. 이들 방정식을 풀어 X, Y, X', Y'을 구하는 것이 가능하다.

그 결과, 일반적인 기울기(a)와 절편(b)을 내부압력(P)으로 표시하면,

a = -0.38 × P + 1.79

b = -3.32 × P + 24.3

으로 표시할 수 있다. 그러나, 기울기(a)와, 절편(b)과, 내부압력(P)과, 시일용 글라스 부재의 직경(D)과, 발광관 구면의 일단으로부터 봉지부의 선단까지의 거리(L1)의 관계식은,

D = a x L1 + b

= (-0.38 x P + 1.79) x L1 + (-3.32 x P + 24.3)

로 표시할 수 있다.

도 8은 도 7에 대한 D 타입의 샘플 램프의 목부길이(L1)와 시일부 내경(D)의 관계를, 2.0MPa와 3.0MPa에 있어서 대강 나타낸 대표적인 그래프이다. 이에 따르면, 직선상에 있는 점은 어느 것이나, 파열하는 목부길이(L1)와 시일부 내경(D)의 값을 나타내고 있는 점인 것으로 해석할 수 있다. 실제, 실험에 의하면, 목부길이 (L1)와 시일부 내경(D)의 값이 이들의 직선보다도 하부에 있는 영역에 위치하는 램프에서는 파열에 이르지 않았다. 그러나,

D 〈 (-0.38 × P + 1.79) × L1 + (-3.32 × P + 24.3)

의 범위에 있으면, 램프는 파열하지 않는 것이라 할 수 있다. 램프 투입전력이 5~25kW의 램프에 걸치고 이것이 확인됨으로써 이 범위에 들어가는 모든 램프에 이 결과를 적용할 수 있다는 것은 명백하다.

더욱이, 발광관 구면 일단(X1)으로부터 램프 내부면의 2개의 상이한 곡률의 교점(X2)까지의 범위 L2에서의, 시일 글라스(6)의 두께와 파열 사이에, 어떠한 관계가 있는가를 조사하기 위해, 발광관 구면의 일단(x1)으로부터 봉지부의 선단까지의 거리(L1)과, 시일용 글라스 부재(7)의 직경(D)를 일정하게 하는 때의 시일 글라스(6)의 두께와 파열압력의 관계를 구했다. 발광관 구면의 일단(X1)으로부터 봉지부의 선단까지의 거리(L1)를 30mm로 하고, 시일용 글라스 부재(7)의 직경(D)을 25mm로 한 때, 시일 글라스(6)의 두께를 2.0~6.0mm까지 변화시키는 때의 파열경향을 램프 투입전력 5~25kW의 샘플 램프(A~E 타입)에 대해서, 전술의 정수압 시험과 같은 원리로 시험하였다.

도 9에 X1으로부터 X2까지의 범위(L2)에서의 시일 글라스(6)의 두께에 대한 파열압력의 관계를 나타낸다. 이 그래프에 의해, 시일 글라스(6)의 두께가 3.0mm 미만과 5.0mm를 초과하는 범위에 있어서는 파열압력이 급격하게 내려가는 경향이 명백하였다. 이것은 L2의 범위에 있는 시일 글라스(6)의 두께가 3.0mm 미만이면, 시일용 글라스 부재에 용착하고 있는 시일 글라스(6)의 두께보다 얇기때문에 봉지 부 선단부에서의 기계적 강도가 저하하고, 파열시의 램프 내부압력이 낮아지는 것으로 설명할 수 있다. 또한, 5.0mm를 초과하는 두께에 있어서 파열시의 램프 내부압력이 낮아지는 것은 시일 글라스(6)의 두께가 두꺼워지는 것이며, 반대로 시일용 글라스 부재에 용착하고 있는 시일 글라스(6)의 두께보다 커짐으로써, 봉지부 선단부, 또는 발광관과의 접합부에 있어서 기계적 강도가 저하하기 때문이라고 생각된다. 따라서, 발광관 구면 일단(X1)으로부터 X2의 범위(L2)에 있어서, 시일 글라스(6)의 두께를 t로 하면,

3.0mm ≤ t ≤ 5.0mm

의 정량적 범위에서는 가장 파열내성이 강하다고 생각된다. 이러한 것은 5~25kW급의 램프 사이즈에 걸쳐 확인됨으로써 이 범위에 들어가는 모든 램프에 적용가능하다는 것이 명백해졌다.

또한, 발광관 구면의 일단(X1)으로부터 봉지부의 선단까지의 치수를 L1(mm)으로 하고, 시일용 글라스 부재의 직경을 D(mm)로 하고, 램프 동작내부압력을 P(MPa)로 하는 때,

D 〈 (-0.38 × P + 1.79) × L1 + (-3.32 × P + 24.3),

로 하고, 이 범위에 있어서, 발광관 구면 일단(X1)으로부터 램프 내부면의 2개의 상이한 곡률의 교점(X2)까지의 범위(L2)에 있어서, 시일 글라스(6)의 두께(t)를,

3.0mm ≤ t ≤ 5.0mm

로 하고, 점등시의 내부압력이 2.0~3.0MPa인 5~25kW의 쇼트아크형 방전등을 설계하고, 실제로 점등을 시행하였다. 그리고, 램프의 스타트 특성과, 조도특성과, 수명 등의 제반 성능을 평가하였다. 그 결과, 장시간의 점등에 있어서도, 안정적인 램프 특성을 확인할 수 있고, 이들의 특성항목에 있어서 만족할 수 있는 결과를 얻을 수 있었다.

본 발명의 쇼트아크형 방전등은 반도체나 액정의 제조의 노광공정에 있어서의 1kW 이상의 광원으로서 최적이다.

상기와 같이, 본 발명의 실시예에서는 점등시의 내부압력이 2.0~3.0MPa인 5~25kW의 쇼트아크형 방전등의 형상을 발광관 구면의 일단으로부터 봉지부의 선단까지의 치수를 L1(mm)로 하고, 시일용 글라스 부재의 직경을 D(mm)로 하고, 램프 동작내부압력을 P(MPa)로 해서,

D 〈 (-0.38 × P + 1.79) × L1 + (-3.32 × P + 24.3),

을 충족하고, 발광관 구면 일단(X1)으로부터 램프 내부면의 2개의 상이한 곡률의 교점(X2)까지의 범위(L2)에 대해서, 시일 글라스(6)의 두께(t)를,

3.0mm ≤ t ≤ 5.0mm

로 하였기 때문에, 5~25kW의 쇼트아크형 방전등으로 하면, 램프의 스타트 특성과 조도특성과 수명특성이 양호해지고, 파열하지 않도록 할 수 있다.

Claims (3)

1. 발광관내의 방전공간에 음극과 양극을 배치하고, 상기 방전공간 내에 희가스와 수은을 봉입하고, 점등시의 램프내 압력이 2.0MPa~3.0MPa로 하는 쇼트아크형 방전등에 있어서,

   상기 발광관 구면의 단부로부터 상기 발광관을 시일용 글라스부재로 봉지한 봉지부의 선단까지의 장축방향의 간격을 L1(mm)로 하고, 상기 시일용 글라스부재의 직경을 D(mm)로 하고, 점등시의 램프내 압력을 P(MPa)로 하여,

   D 〈 (-0.38 × P + 1.79) × L1 + (-3.32 × P + 24.3)

   의 관계를 만족하도록 상기 봉지부 부근을 구성한 것을 특징으로 하는 쇼트아크형 방전등.
2. 제1항에 있어서,

   발광관 구면단(X1)으로부터 램프 내부면의 2개의 상이한 곡률의 교점(X2)까지의 범위(L2)에서, 상기 시일용 글라스부재를 봉착하는 시일 글라스의 두께(t)를

   3.0mm ≤ t ≤ 5.0mm

   로 한 것을 특징으로 하는 쇼트아크형 방전등.
3. 제2항에 있어서,

   램프 투입전력이 5~25kW인 것을 특징으로 하는 쇼트아크형 방전등.

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