KR101120722B1 - 고압 방전 램프 및 그 제조 방법 및 광 조사 장치 - Google Patents

Abstract

안정된 출력을 장시간 동안에 걸쳐서 확실히 얻을 수 있는 고압 방전 램프 및 이러한 램프를 확실히 얻을 수 있는 제조 방법 및 소기의 광 조사 처리가 확실히 실행 가능한 광 조사 장치를 제공하는 것에 있다.

고압 방전 램프는, 양단이 밀봉된 봉 형상의 내관의 내부에, 한 쌍의 전극이 대향 배치됨과 더불어 적어도 수은이 봉입되어 이루어지는 방전관과 외측관에 의한 이중관 구조로 되어 있고, 외측관의 내부에 있어서, 방전관이 그 외주면의 적어도 일부가 외측관의 내주면에 접촉 상태 내지는 밀착 상태로 배치되어 이루어지고, 방전관에 있어서의, 적어도 상기 전극의 주위에 위치되는 부분의 외주면과 외측관의 내주면 사이에 전체 둘레에 신장하는 공극이 형성되어 있다. 상기 고압 방전 램프는, 외측관 내에 방전관을 삽입 배치한 상태로, 가열함으로써 방전관을 팽창시키고, 방전관과 외측관을 밀착시키는 공정을 포함한 방법에 의해 얻을 수 있다. 광 조사 장치는, 상기 고압 방전 램프를 구비하여 이루어진다.

Description

고압 방전 램프 및 그 제조 방법 및 광 조사 장치{HIGH PRESSURE DISCHARGE LAMP AND MANUFACTURING METHOD THEREOF AND LIGHT IRRADIATION DEVICE}

본 발명은, 고압 방전 램프 및 그 제조 방법, 및 당해 고압 방전 램프를 구비한 광 조사 장치에 관한 것이다.

현재, 예를 들면 접착제 등의 수지의 경화 처리나 프린트 기판 등의 노광 처리에 있어서는, 자외선 조사 장치가 이용되고 있고, 이러한 자외선 조사 장치에 있어서의 자외선 광원으로서는, 예를 들면 고압 방전 램프가 이용되고 있다.

고압 방전 램프로서는, 지금까지 여러 가지의 타입의 것이 제안되어 있고, 예를 들면 특허 문헌 1에는, 도 10에 도시한 바와 같이, 양단이 시일링된 유리관부(81)의 내부에 한 쌍의 전극(83)이 대향 배치되어 있음과 더불어 수은이 봉입되고 있고, 전극(83)을 선단에 갖는 리드 단자(84)가 시일링부(82)를 기밀로 관통해 축방향 바깥쪽으로 돌출하여 신장하도록 설치된 구성의 모세관형 고압 수은 램프(80)가 개시되어 있다.

고압 방전 램프는, 통상, 램프 점등시에 있어서 냉각되지만, 방전관의 파손을 방지하기 위하여 충분한 냉각 효과를 얻으려고 하면, 방전관에 있어서의 전극의 주위에 위치되는 부분이 과냉각되고, 이에 의해, 방전관의 내부에 있어서의 양단 부분에서 수은이 증발하지 않게 되어 충분한 수은 증기압을 얻을 수 없게 되는 결과, 조도가 저하한다고 하는 문제가 발생한다.

이러한 문제에 대해서, 상기 모세관형 고압 수은 램프(80)에 있어서는, 유리관부(81)에 있어서의 전극(83)의 주위에 위치되는 부분에, 과냉각 방지 수단인 중공층(85)이 형성되어 있다.

그리고, 도 11에 도시한 바와 같이, 유리관부(81)의 외주면 사이에 냉각수(W)의 유로(89)를 형성하는 관 형상의 냉각 쟈켓(88)이 배치되고, 램프 점등시에 있어서, 유로(89) 내를 냉각수(W)가 유리관부(81)의 벽면을 따라 축방향으로 흘러 통과됨으로써 냉각된다.

그러나, 중공층(85)을 구비하고 있음으로써, 상기 모세관형 고압 수은 램프(80)에 의하면, 유리관부(81)는 냉각수(W)에 의해서 직접 냉각되기 때문에, 충분한 냉각 효과를 얻을 수 있고, 게다가 유리관부(81)에 있어서의 전극의 주위의 부분은 중공층(85)에 의해 냉각 효과가 약해지기 때문에, 과냉각을 방지할 수 있다고 되어 있다.

[특허 문헌 1 : 특허 제 2617978호 공보]

그렇지만, 상기와 같은 구조에 의하면, 유리관부(81)의, 전극의 주위에 위치되는 부분이 과냉각되는 것을 방지할 수 있지만, 중공층(85)을 형성하는 것이 곤란하기 때문에, 개체 차이가 생기기 쉽고, 안정된 출력을 얻을 수 있는 것을 확실히 이룰 수 없다는 문제가 있다.

또, 램프 점등 중에, 유리관부(81)가 파손한 경우에는, 유리관부(81) 내에 봉입된 수은이 예를 들면 냉각수의 유로(89)를 통해 외부에 유출할 우려가 있다.

본 발명은, 이상과 같은 사정에 의거하여 이루어진 것으로서, 제 1 목적은, 안정된 출력을 장시간 동안에 걸쳐서 확실히 얻을 수 있는 고압 방전 램프를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제 2 목적은, 소기의 성능을 갖는 것을 확실히 제조할 수 있는 고압 방전 램프의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제 3 목적은, 상기 고압 방전 램프를 구비하고, 소기의 광 조사 처리를 확실히 행할 수 있는 광 조사 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 고압 방전 램프는, 양단이 시일링된 내측관의 내부에 한 쌍의 전극이 대향 배치됨과 더불어 적어도 수은이 봉입되어 이루어지는 전체가 봉 형상의 방전관과 외측관을 구비하고, 외측관의 내부에 있어서, 방전관이 그 외주면의 적어도 일부가 외측관의 내주면에 접촉 상태 내지는 밀착 상태로 배치되어 이루어지고,

방전관에 있어서의, 적어도 상기 전극의 주위에 위치되는 부분의 외주면과 외측관의 내주면 사이에 전체둘레에 신장하는 공극이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 명세서에 있어서, 「접촉 상태」란, 외측관의 내주면(내벽)과 방전관의 외주면(외벽)이 점 접촉 또는 선 접촉하는 상태를 말하며, 일부가 면 접촉하고 있는 상태도 포함한다. 또, 「밀착 상태」란, 외측관의 내주면과 방전관의 외주면이 주로 면 접촉한 상태를 말하고, 방전관 및 외측관의 양자가 일체화되어 있는 상태를 말한다.

본 발명의 고압 방전 램프에 있어서는, 외측관으로서 양단에 확경부(擴徑部)를 갖는 것을 이용함으로써, 혹은, 외측관으로서 직관 형상의 것을 이용하고, 방전관으로서 전극의 주위에 위치되는 양단부가 중앙부보다 소직경인 것을 이용함으로써, 공극이 형성된 구성으로 할 수 있다.

본 발명의 고압 방전 램프의 제조 방법은, 외측관 내에 방전관을 삽입하여 배치한 상태에 있어서, 가열함으로써 방전관을 팽창시켜, 방전관에 있어서의, 적어도 전극의 주위에 위치되는 부분의 외주면과 외측관의 내주면 사이에 전체둘레에 신장하는 공극이 형성된 상태로, 방전관과 외측관을 밀착시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 광 조사 장치는, 상기의 고압 방전 램프를 구비하고, 램프 점등시에 있어서 당해 고압 방전 램프를 냉각하는 냉각수가 외측관의 벽면을 따라 흘러 통과되는 유로를 형성하는 유로 형성 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고압 방전 램프에 의하면, 외측관이, 방전관에 있어서의 적어도 전극의 주위에 위치되는 부분 사이에 전체둘레에 신장하는 공극이 형성된 상태로, 방전관의 외주면에 접촉 내지는 밀착 상태로 배치된 이중관 구조로 되어 있음으로써, 램프 점등시에 있어서, 외측관의 벽면을 따라 예를 들면, 냉각수를 흘려 통과시킴으로써, 전극의 주위에 위치되는 부분은 공극(공기층)의 존재에 의해서 냉각 작용이 약해진다. 따라서, 방전관에 있어서의 외측관과 접촉 내지 밀착하는 부분은 냉각수에 의해서 충분히 냉각되어 방전관의 파손을 방지할 수 있는 구성이면서, 전극의 주위에 위치되는 부분이 과냉각되는 것을 확실히 방지하여 수은의 미증발에 기인하는 조도 저하를 일으키는 것이 없고, 따라서, 안정된 출력을 장시간 동안에 걸쳐서 확실히 얻을 수 있다.

또, 이중관 구조이므로, 램프 점등시에, 만일, 방전관이 파손했을 경우이여도, 수은이 외부에 유출하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 고압 방전 램프의 제조 방법에 의하면, 예를 들면 중공층을 방전관에 형성하는 등의 특수한 가공을 필요로 하지 않고, 이중관 구조의 것으로서 구성하여, 소정 위치에 외측관과 내측관 사이에 공극이 형성되는 상태로 양자를 가열에 의해 밀착시키면 되기 때문에, 소기의 성능을 갖는 것을 극히 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명의 광 조사 장치에 의하면, 상기 고압 방전 램프를 구비함으로써, 고압 방전 램프로부터 방사되는 자외선을 충분한 조도로 안정되게 피처리 대상물(워 크)에 조사할 수 있으므로, 소기의 자외선 조사 처리를 확실히 행할 수 있다.

〔고압 방전 램프〕

본 발명의 고압 방전 램프는, 방전관을 구성하는 내측관과 외측관에 의해 구성된 이중관 구조의 것으로서, 방전관에 있어서의 전극의 주위에 위치되는 부분의 외주면과 외측관의 내주면 사이에 전체둘레에 신장하는 공극이 형성되고, 이에 의해, 과냉각 방지 구조가 형성되어 이루어지는 것이다.

〈제 1 실시 형태〉

제 1 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프는, 외측관으로서 특정의 구성의 것이 이용됨으로써, 방전관에 있어서의 전극 주위의 부분의 외주면과 외측관의 내주면 사이에 전체둘레에 신장하는 공극이 형성된 구성의 것이다. 이하, 이 제 1 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프의 일례에 있어서의 구성의 개략을 도시한 설명용 단면도이고, 도 2는, 도 1에 도시한 고압 방전 램프의 주요부를 도시한 확대 단면도이다.

이 고압 방전 램프(10)는, 양단이 시일링된, 예를 들면 석영 유리로 이루어지는 직관 형상의 내측관(12)의 내부에, 각각 예를 들면 텅스텐으로 이루어지는 한 쌍의 봉 형상의 전극(16)이 대향 배치되고, 각 전극(16)이 내측관(12)에 형성된 로드 형상의 시일링부(13)에 기밀로 매설된 예를 들면 몰리브덴으로 이루어지는 금속박(17)을 통해 시일링부(13)의 외단에서 축방향 바깥쪽으로 돌출하여 신장하는 외 부 리드(18)에 전기적으로 접속되어 이루어지는, 전체가 봉 형상의 방전관(11)과 이 방전관(11)이 내부에 배치된, 예를 들면 석영 유리로 이루어지는 외측관(20)에 의해 구성되어 있다.

방전관(11)에 있어서의 시일링부(13)는, 예를 들면, 내측관(12)의 구성 재료인 파이프체에 있어서의 양단부를 용해 상태로 하여 내부를 감압하는 쉬링크 실법에 의해 형성된 것이고, 방전관(11)의 중앙부(14)(발광 영역에 상당하는 부분)보다 소직경으로 되어 있다.

이 고압 방전 램프(10)는, 예를 들면 「캐필러리 램프」라고 칭해지는 모세관형 고압 수은 램프로서 구성되어 있고, 방전관(11)의 내부에는, 예를 들면 1 mg／cm³ 이상의 수은이 봉입됨과 더불어 아르곤 가스 등의 희가스가 적절한 양으로 봉입되어 있다. 그리고, 예를 들면 파장이 350 ~ 450 nm인 자외선을 포함한 광을 방사한다.

외측관(20)은, 양단부에 중앙부(21)에 비해 내경 치수가 큰 확경부(22)가 형성된, 예를 들면 파이프 형상의 것으로서, 각 확경부(22)는, 방전관(11)의, 내부 공간(방전 공간) 내에 위치되는 전극 부분의 주위에 위치되는 부분, 바꾸어 말하면 당해 전극 부분의 축방향 길이에 상당하는 단부 부분(이하,「과냉각 방지 부분(15)」이라고 한다.)에 대응하는 위치에 형성되어 있고, 따라서, 외측관(20)은, 방전관(11)에 있어서의 과냉각 방지 부분(15)의 외주면 및 이 과냉각 방지 부분(15)에 연속하는 시일링부(13)의 일부의 외주면과 외측관(20)의 내주면 사이에 전체둘레에 신장하는 공극(30)이 형성된 상태에 있어서, 중앙부(21)의 내주면이 방전관(11)의 중앙부(14)의 외주면에 예를 들면 접촉 상태로 설치되어 있다.

방전관(11)과 외측관(20)은, 외부 리드(18)에 설치된 베이스(25)를 통하여 접착제(26)에 의해 고정되어 있고, 방전관(11)과 외측관(20) 사이의 공극에는, 공기층 또는 적당의 가스에 의한 가스층이 형성되어 있다.

공극(30)의 크기, 즉 외측관(20)에 있어서의 확경부(22)의 내경(L2)과 방전관(11)에 있어서의 과냉각 방지 부분(15)의 외경(L1)의 차이는, 예를 들면 2 mm 이상인 것이 바람직하고, 이에 의해, 램프 점등시에 냉각될 때에, 방전관(11)의 과냉각 방지 부분(15)이 과냉각되는 것을 확실히 방지할 수 있다.

접착제(26)는 무기 접착제 혹은 유기 접착제를 사용할 수 있다. 특히, 무기 접착제(예를 들면 스미세람 S(아사히 가가크 고교㈜)는 강도가 높은 고정을 할 수 있다. 또, 어느 한쪽의 시일링부에만 접착제를 설치함으로써, 방전관과 외측관 팽창량의 차이를 허용할 수 있고, 당해 팽창량의 차이에 의해 파손을 방지할 수 있다. 또한, 어느 한쪽의 시일링부에는 무기 접착제를 사용하고, 다른 한쪽의 시일링부에는 유기 접착제(예를 들면 실리콘 접착제)를 사용할 수도 있다. 유기 접착제는 무기 접착제에 비해 유연성을 갖고 있기 때문에, 방전관이 팽창했을 경우에 유기 접착제의 유연성에 의해 흡수할 수 있다.

이 고압 방전 램프(10)는, 다음과 같이 하여 제작할 수 있다.

우선, 예를 들면 원통형의 파이프체의 내부에, 적절한 양의 수은을 봉입함과 더불어 각각 로드 형상의 전극(16)과 외부 리드(18)가 금속박(17)을 통해 전기적으 로 접속되어 이루어지는 전극 구조체를 파이프체의 양측에서 삽입하여 전극(16)을 대향 배치시킨 상태에 있어서, 예를 들면 쉬링크 실법에 의해 파이프체의 양단부를 시일링함으로써, 방전관(11)을 제작한다.

한편, 이와 같이 하여 얻어진 방전관(11)의 외경 치수와 동등의 크기의 내경 치수를 갖음과 더불어, 방전관(11)의 중앙부(14)에 상당하는 길이(발광 영역에 상당하는 부분의 길이)를 갖는 원통 형상의 주파이프체, 및, 각각 주파이프체보다 내경 치수가 큰 2개의 확경부 형성용 파이프체를 준비하고, 주파이프체의 양단에 확경부 형성용 파이프체를 접속함으로써, 방전관(11)이 내부에 배치된 상태에 있어서, 적어도 방전관(11)에 있어서의 과냉각 방지 부분(15)에 대응하는 부분에 확경부(22)를 갖는 외측관(20)을 제작한다.

그 다음에, 방전관(11)을 외측관(20)의 내부에 감합함으로써, 상기 구성의 고압 방전 램프(10)를 얻을 수 있다.

상기 고압 방전 램프(10)의 일구성예를 나타내면, 방전관(11)에 있어서의 중앙부(14)의 내경이 Φ3.4 mm, 방전관(11)에 있어서의 중앙부의 외경이 Φ7.4 mm, 시일링부(13)의 외경이 Φ6 mm, 방전관(11)의 전체 길이가 150 mm, 전극간 거리가 100 mm, 방전 공간 내에 위치되는 전극 부분의 길이가 3 mm, 수은의 봉입량이 44 mg／cm³이고, 외측관(20)의 중앙부(21)에 있어서의 외경이 Φ9.5 mm, 외측관(20)의 중앙부의 내경이 Φ7.4 mm, 확경부(22)의 길이가 60 mm, 확경부(22)의 내경이 Φ11 mm, 방전관의 과냉각 방지 부분과 외측관 사이의 공극의 크기가 3.6 mm이다.

램프 점등시에 있어서의 고압 방전 램프(10)의 정격 전압이 2000 V, 정격 전류가 1.25 A이며, 램프 전력이 2500 W이다.

상기 고압 방전 램프(10)는, 예를 들면 램프 점등시의 관벽 부하가 100 W／cm² 이상의 고출력의 것이고, 램프 점등시에는, 예를 들면, 냉각수에 의해서 고압 방전 램프(10) 전체가 냉각된다.

그리하여, 상기 구성의 고압 방전 램프(10)에 의하면, 외측관(20)이, 방전관(11)에 있어서의 과냉각 방지 부분(15)의 외주면 및 이에 연속하는 시일링부(13)의 외주면 사이에 전체둘레에 신장하는 공극(30)이 형성된 상태에서, 방전관(11)의 중앙부(14)에 있어서의 외주면에 접촉 상태로 배치된 이중관 구조로 되어 있음으로써, 램프 점등시에 있어서, 외측관(20)의 벽면을 따라 예를 들면 냉각수를 흘려 통과시켜 고압 방전 램프(10)를 냉각함으로써, 과냉각 방지 부분(15)은 공극(30)(공기층)의 존재에 의해 냉각 작용이 약해진다. 따라서, 방전관(11)의 외측관(20)과 접촉하는 중앙부는 냉각수에 의해 충분히 냉각되어 방전관(11)의 파손을 방지할 수 있는 구성이면서, 과냉각 방지 부분(15)이 과냉각되는 것을 확실히 방지할 수 있는 결과, 수은의 미증발에 기인하는 조도 저하를 일으키는 것이 없고, 안정된 출력을 장시간 동안에 걸쳐서 확실히 얻을 수 있다.

여기에, 이 고압 방전 램프(10)에 있어서는, 방전관(11)의 중앙부(14)에 있어서의 외주면과 외측관(20)의 내주면이 접촉 상태(점 접촉 또는 선 접촉하고 있는 상태)로 되어 있고, 또, 각각 예를 들면 석영 유리로 이루어지는 방전관(11) 및 외 측관(20)은 그 표면에 미세한 요철을 갖는 것이기 때문에, 실제상, 방전관(11)과 외측관(20) 사이에 극미소한 틈새가 점재하고 있지만, 예를 들면 최대로 100 μm 정도의 틈새가 존재하고 있는 경우여도, 충분한 냉각 효과를 얻을 수 있다.

또, 이중관 구조이므로, 램프 점등시에, 방전관(11)이 파손해도 수은이 외부에 유출하는 것을 방지할 수 있다.

이러한 과냉각 방지 구조가 형성된 고압 방전 램프(10)는, 예를 들면 중공층을 방전관에 형성하는 등의 특수한 가공을 필요로 하지 않고, 소정 위치에 확경부(22)가 형성된 외측관(20) 내에 방전관(11)을 삽입하여 배치해 이중관 구조의 것으로 하여 구성함으로써 제작할 수 있고, 게다가, 관축 방향에 대해서 균일한 내경 치수를 갖는 파이프체를 가공하여 확경부(22)를 형성하는 것은 용이하게 행할 수 있으므로, 소기의 성능을 갖는 것을 용이하게 또한 확실히 제작할 수 있다.

이상, 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프의 일례에 대해 설명했지만, 본 발명의 고압 방전 램프에 있어서는, 한층 높은 냉각 효율을 얻을 수 있는 것으로부터, 방전관의 중앙부의 외주면과 외측관의 내주면이 밀착 상태가 된 구성으로 되어 있는 것이 바람직하다.

즉, 방전관의 중앙부의 외주면과 외측관의 내주면이 단지 접촉하는 상태로 되어 있는 경우에 존재하는 극미소한 틈새를 없앰으로써, 램프 점등시에 있어서의 방전관으로부터의 열의 전달이 당해 틈새에 의해서 저해되는 것을 방지할 수 있고, 이에 의해, 한층 높은 냉각 효율을 얻을 수 있다.

이러한 고압 방전 램프는, 예를 들면 다음과 같이 하여 제작할 수 있다.

도 3(a)에 도시한 바와 같이, 상기와 동일하게 하여, 방전관(11)을 제작함과 더불어, 방전관(11)의 외경보다 약간 큰 내경 치수를 갖음과 더불어, 방전관(11)의 중앙부(14)에 상당하는 길이를 갖는 원통형의 주파이프체와, 각각, 주파이프체보다 내경 치수가 큰 2개의 확경부 형성용 파이프체를 준비하고, 주파이프체의 양단에 확경부 형성용 파이프체를 접속함으로써, 방전관(11)이 내부에 배치된 상태에 있어서 적어도 방전관(11)에 있어서의 과냉각 방지 부분(15)에 대응하는 부분에 확경부(22)를 갖는 외측관(20)을 제작한다.

그 다음에, 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 외측관(20)의 내부에 방전관(11)을 삽입하여 배치한다. 이 상태에 있어서는, 도 3(c)에 도시한 바와 같이 방전관(11)에 있어서의 중앙부(14)의 외주면과 외측관(20)의 내주면 사이에는 미소한 환 형상 공극(35)이 존재하는 상태이다.

그리고, 방전관(11)이 외측관(20) 내에 배치된 상태에 있어서, 예를 들면 전기로 등으로 가열함으로써, 도 3(d)에 도시한 바와 같이, 방전관(11)에 있어서의 중앙부(14)의 외주면과 외측관(20)의 내주면을 밀착시킨다. 즉, 방전관(11)에 있어서의 내측관(12), 및, 외측관(20)은, 모두 예를 들면 석영 유리제인 것이지만, 일반적으로, 석영 유리는, 예를 들면 1250℃ 정도의 온도로 가열되면, 조금 유연성을 갖는 상태가 되는 것이 알려져 있다. 그리고, 방전관(11) 내에는, 수은이 봉입되어 있는 것으로부터, 가열됨으로써 수은이 증발하여 방전관(11) 내의 압력이 상승하기 때문에, 방전관(11)이 팽창하여 외측관(20)의 내벽에 접하는 상태가 되고, 또한, 방전관(11)의 팽창에 수반하여 외측관(20)이 변형하고, 이에 의해, 방전관(11)의 중앙부(14)에 있어서의 외주면과 외측관(20)의 내주면이 밀착 상태가 되어, 방전관(11) 및 외측관(20)의 양자가 일체화된다.

가열 처리가 종료한 후, 고압 방전 램프는 냉각되지만, 방전관(11)은 수은이 봉입되어 있으므로, 방전관(11)의 내압은 대기압보다 높고, 방전관(11)의 온도가 수은의 증발이 진정되는 예를 들면 360℃ 정도에 이르기까지는, 석영 유리는 충분히 단단해지고 있으므로, 고압 방전 램프가 냉각됨으로써, 방전관(11)은 수축하는 것은 없으며, 방전관(11)과 외측관(20)의 밀착 상태는 유지된다.

이상의 제조 방법에 있어서, 가열 유지 시간은, 외측관(20)의 내경과 방전관(11)의 외경의 치수 차이(환 형상 공극(35)의 크기)에 따라 설정되고, 구체적으로는, 치수 차이가 커짐에 따라서 가열 유지 시간이 길게 설정된다.

예를 들면 내측관(12)의 두께가 2 mm, 외측관(20)의 두께가 1 mm인 경우로서 치수 차이가 0.1 mm인 경우에는, 예를 들면 1250℃의 온도에서, 가열 유지 시간이 3.5시간 정도로 설정된다.

또한, 가열 처리는, 전기로에 의한 방법으로 한정되는 것이 아니며, 장시간의 시간을 필요로 하는 것의 버너에 의해 가열함으로써 행할 수 있다.

〈제 2 실시 형태〉

이 제 2 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프는, 외측관으로서 예를 들면 내경 치수가 축방향에 대해서 균일한 직관 형상의 것이 이용됨과 더불어, 방전관으로서 전극의 주위에 위치되는 과냉각 방지 부분이 중앙부보다 소직경인 봉 형상의 것이 이용됨으로써, 방전관에 있어서의, 적어도 과냉각 방지 부분의 외주면과 외측관 의 내주면 사이에 전체둘레에 신장하는 공극이 형성된 구성의 것이다. 이하, 이 제 2 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.

도 4는, 본 발명의 제 2 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프의 일례에 있어서의 구성의 개략을 도시한 설명용 단면도이고, 도 5는, 도 4에 도시한 고압 방전 램프의 주요부를 도시한 확대 단면도이다. 도 4 및 도 5에 있어서, 상기 제 1 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프와 동일한 구성 부재에 대해서는, 편의상, 동일한 부호가 붙여 있음과 더불어 설명을 생략한다.

이 고압 방전 램프(40)는, 방전 공간 내에 위치되는 전극 부분의 주위에 위치되는 과냉각 방지 부분(45)에, 중앙부(44)의 외형 치수(L4)보다 작은 외경 치수(L3)의 시일링부(43)에 연속하는 축방향 바깥쪽을 향해서 외경 치수가 작아지는 축경부(46)가 형성된 내측관(42)을 구비하여 이루어지는 것 외에는, 상기 제 1 실시 형태와 관련된 것과 동일한 구성을 갖는 방전관(41)과 이 방전관(41)이 내부에 배치된, 내경 치수가 관축 방향에 대해서 균일한 직관 형상의 외측관(50)에 의해 구성되어 있고, 방전관(41)의 과냉각 방지 부분(45) 및 이 과냉각 방지 부분(45)에 연속하는 시일링부(43)의 외주면과 외측관(50)의 내주면 사이에 전체둘레에 신장하는 공극(30)이 형성되어 있다.

이러한 제 2 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프는, 상기 제 1 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프와 동일한 방법에 의해 제작할 수 있다.

상기 구성의 고압 방전 램프(40)에 의하면, 제 1 실시 형태와 관련된 것과 동일한 효과, 즉, 램프 점등시에 있어서, 외측관(50)의 벽면을 따라 예를 들면 냉 각수를 흘려 통과시켜 고압 방전 램프(40)를 냉각함으로써, 과냉각 방지 부분(45)은 공극(30)(공기층)의 존재에 의해서 냉각 작용이 약해지므로, 방전관(41)의 외측관(50)과 접촉 내지는 밀착하는 중앙부(44)는 냉각수에 의해 충분히 냉각되어 방전관(41)의 파손을 방지할 수 있는 구성이면서, 과냉각 방지 부분(45)이 과냉각되는 것을 확실히 방지할 수 있는 결과, 수은의 미증발에 기인하는 조도 저하를 일으키는 것이 없고, 안정된 출력을 장시간 동안에 걸쳐서 확실히 얻을 수 있다.

또, 이중관 구조이므로, 램프 점등시에, 방전관(41)이 파손해도 수은이 외부에 유출하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 방전관(41)을 그 과냉각 방지 부분(45)을 중앙부(44)보다 소직경의 것으로서 구성하는 것은 용이하게 행할 수 있으므로, 소기의 성능을 갖는 것을 용이하게 또한 확실히 제작할 수 있다.

이 제 2 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프(40)에 있어서도, 방전관(41)이 그 중앙부(44)가 외측관(50)의 내주면에 접촉 상태로 배치된 구성으로 되어 있으면, 램프 점등시에 있어서의 충분한 냉각 효과를 얻을 수 있지만, 방전관(41)이 그 중앙부(44)가 외측관(50)의 내주면에 밀착 상태로 배치된 구성으로 되어 있음으로써, 한층 높은 냉각 효율을 얻을 수 있다.

〔광 조사 장치〕

본 발명의 광 조사 장치는, 상기 고압 방전 램프를 구비하고, 램프 점등시에 있어서 램프를 냉각하는 냉각수가 외측관의 벽면을 따라 흘러 통과되는 유로를 구획하는 유로 형성 부재가 설치된 구성의 것이다.

도 6은, 본 발명의 광 조사 장치의 일례에 있어서의 구성의 개략을 도시한 설명용 단면도이고, 도 7은, 도 6에 있어서의 B - B선 단면도이다.

이 광 조사 장치는, 예를 들면 상기 제 1 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프(10)를 광원으로서 구비하여 이루어지고, 고압 방전 램프(10)가 내부에 삽통된 상태로 고압 방전 램프(10)의 관축을 따라 신장하도록 설치되어 고압 방전 램프(10)의 외주면 사이에 냉각수(W)가 흘러 통과되는 냉각수 유로(65)를 형성하는 유로 형성 부재인 원통형의 냉각 쟈켓(60)과, 고압 방전 램프(10) 및 냉각 쟈켓(60)의 양단에 배치된, 내부 공간이 고압 방전 램프(10)와 냉각 쟈켓(60) 사이의 냉각수 유로(65)에 연통하는 냉각수 공급 유로 형성 부재(61) 및 냉각수 배출 유로 형성 부재(62)에 의해 구성된 냉각 기구를 갖는다.

냉각수 공급 유로 형성 부재(61) 및 냉각수 배출 유로 형성 부재(62)는 전체가 대략 L자형의 관 형상이고, 고압 방전 램프(10) 및 냉각 쟈켓(60)이, 예를 들면 관축이 수평 방향으로 신장하는 자세로 접속된 상태에서, 축방향 안쪽 측의 구체부(口締部)(63)에 의해 예를 들면 0링(도시하지 않는다)을 통하여 냉각 쟈켓(60)의 외주면이 유지 고정되어 있음과 더불어 축방향 바깥쪽 측의 구체부(64)에 의해 예를 들면 O링(도시하지 않는다)을 통하여 고압 방전 램프(10)의 외주면이 유지 고정되어 있다.

냉각 쟈켓(60)은, 고압 방전 램프(10)로부터 방사되는 자외선을 투과하는 재료, 예를 들면 석영 유리에 의해 구성되어 있다.

광 조사 방향(도 6 및 도 7에 있어서 아래 방향)에 대해서 고압 방전 램 프(10)의 배면 측에는, 예를 들면 단면이 포물 형상의 반사면(71)을 갖는 홈통 형상의 반사경(70)이, 그 제 1 초점이 고압 방전 램프(10)의 중심(고압 방전 램프(10)에 있어서의 한 쌍의 전극(16)의 중심을 연결하는 직선)과 일치하는 상태로, 고압 방전 램프(10)를 따라 신장하도록 배치되어 있고, 고압 방전 램프(10)로부터 방사되는 광이 직접적으로 혹은 반사경(70)에 의해 반사되어 평행광이 되고 마스크 스테이지(75)로 유지된 마스크(M)를 통해 워크 스테이지(76) 상에 재치된, 예를 들면 레지스터 등의 감광제가 도포된 액정 패널이나 반도체 소자 등의 워크(77)에 조사된다. 여기에, 반사면(71)은, 예를 들면 이산화티타늄 및 실리카 등의 다른 반사층을 교대로 증착시켜 형성한 다층막에 의해서 형성되어 있다.

상기 광 조사 장치에 있어서는, 고압 수은 램프(10)의 점등시에 있어서, 냉각수(W)가 도시하지 않는 적의의 냉각수 공급 수단(펌프)에 의해서 공급된다. 여기에, 고압 방전 램프(10)의 냉각은, 냉각수(W)를 예를 들면 5 L(리터)／min의 유량 으로 순환시킴으로써 달성된다.

공급되는 냉각수(W)는, 고압 방전 램프(10)와 냉각 쟈켓(60) 사이에 형성된 냉각수 유로(65) 내를, 고압 방전 램프(10)의 벽면, 구체적으로는 외측관(20)의 외주면을 따라 축방향으로 흘러 통과되어 고압 방전 램프(10) 전체를 냉각한 후, 냉각수 배출 유로 형성 부재(62)를 통하여 배출된다.

그리하여, 상기 광 조사 장치에 의하면, 램프 점등시에 있어서, 고압 방전 램프(10)가 선택적으로 냉각되는, 즉 방전관(11)에 있어서의 과냉각 방지 부분(15)은 공극(30)(공기층)의 존재에 의해 냉각 작용이 약해짐과 더불어, 방전관(11)의 외측관(20)과 접촉하는 중앙부(14)는 냉각수(W)에 의해서 충분히 냉각되므로, 방전관(11)의 파손을 방지할 수 있는 구성이면서, 과냉각 방지 부분(15)이 과냉각되는 것을 확실히 방지하여 수은의 미증발에 기인하는 조도 저하를 일으키는 것이 없으며, 안정된 출력을 장시간 동안에 걸쳐서 확실히 얻을 수 있고, 따라서, 소기의 자외선 조사 처리를 확실히 행할 수 있다.

또, 고압 방전 램프(10)가 이중관 구조이므로, 만일, 램프 점등시에, 방전관(11)이 파손한 경우라도, 수은이 냉각수(W)의 순환 유로를 통하여 외부에 유출하는 것을 방지할 수 있어 광 조사 장치가 오염하는 것을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 여러 가지의 변경을 더할 수 있다.

예를 들면, 제 1 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프에 있어서는, 외측관의 확경부는, 방전관의, 적어도 내부 공간 내에 돌출하는 전극 부분의 주위에 위치되는 과냉각 방지 부분의 외주면과 외측관의 내주면 사이에 전체둘레에 신장하는 공극이 형성되도록 구성되어 있으면 되고, 예를 들면 도 8에 도시한 바와 같이, 확경부(22)를, 방전관(11)의 과냉각 방지 부분(15)보다 축방향 안쪽 측의 위치되는 부분으로부터 축방향 바깥쪽에 신장하도록, 형성하고, 방전관(11)의 과냉각 방지 부분(15)의 외주면과 외측관(20)의 내주면 사이의 영역을 포함한 부분에 전체둘레에 신장하는 공극(30)이 형성되는 구성으로 되어 있어도 된다.

또, 외측관의 형상은 특별히 한정되는 것이 아니고, 방전관의 외형 형상에 따른 내형 형상을 갖는 것이 이용되며, 예를 들면 방전관의 외형 형상이 타원 형상 인 경우에는, 외측관의 내형 형상이 방전관을 내포 가능한 크기의 타원 형상으로 가공(형성)되고, 상술한 방법에 의해, 내부에 방전관을 배치한 상태에 있어서, 방전관의 중앙부에 있어서의 외주면과 외측관의 내주면을 밀착시키면 된다.

또, 본 발명은, 캐필러리 램프에 한정되는 것이 아니며, 램프 점등시에 있어서 냉각이 필요하게 되는, 예를 들면 메탈 할라이드 램프 등의 고출력의 고압 방전 램프에 적용할 수 있고, 메탈 할라이드 램프의 경우에는, 예를 들면 요오드화철 등의 금속 할로겐화물 및 예를 들면 아르곤 가스 등의 희가스가 수은과 함께 방전관 내에 봉입된다.

또한, 상기 실시예와 관련된 고압 방전 램프에 있어서의 시일링부는, 석영 유리의 파이프체를 융해 상태로 하여 압궤(壓潰)하는 핀치 실법에 의한 것이나, 전극의 외주에 가열한 중간 유리(전극과 석영 유리의 중간적인 선 팽창율의 유리)를 직접 감아 석영 유리에 용착하여 시일링하는 그레이 테드 실법에 의한 것이어도 되며, 즉 한정되는 것은 아니다.

또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 시일링 방법에 의해서는, 시일링부(13a)가 고압 방전 램프(10)의 관축 방향에 대해서 수직 방향으로 축소되지 않는 경우(확대되는 경우도 포함한다)가 있지만, 이 경우에는, 제 1 실시 형태와 관련된 구성, 즉 외측관(20)으로서 양단부에 확경부(22)를 갖는 것을 이용하면 되고, 외측관(22)의 확경부(22)의 내경(L6)을 시일링부(13a)의 최대 외경(L5)보다 크게 함으로써, 방전관(11)의 과냉각 방지 부분(15)의 외주면과 외측관(20)의 내주면 사이에 전체둘레에 신장하는 공극(30)이 형성되고, 이에 의해, 소기의 과냉각 방지 구조를 형성할 수 있다.

또, 본 발명의 광 조사 장치에 있어서는, 본 발명과 관련된 고압 방전 램프를 구비하고, 램프 점등시에 있어서 고압 방전 램프를 냉각하는 냉각수에 의한 냉각 기구를 구비한 구성이면, 그 외의 구성 부재의 구체적인 구성은 특별히 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 반사경은, 처리 목적에 따른 소망의 광의 특성, 구체적으로는 평행광으로서 워크에 조사하는 기능, 혹은 집광하여 워크에 조사하는 기능을 얻을 수 있도록, 선택되고, 예를 들면 단면이 타원 형상의 반사면을 갖는 홈통 형상의 것을 이용할 수 있다. 이 경우에는, 고압 방전 램프가 그 중심이 반사경의 제 1 초점과 일치하는 위치에 배치됨으로써, 고압 방전 램프로부터의 광이 반사경의 제 2 초점의 위치에서 집광된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프의 일례에 있어서의 구성의 개략을 도시한 설명용 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 고압 방전 램프의 주요부를 도시한 확대 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시한 고압 방전 램프의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a) 외측관 및 방전관의 구성을 도시한 설명용 단면도, (b) 외측관 내에 방전관이 배치된 상태를 도시한 설명용 단면도, (c) (b)에 있어서의 A - A선 단면도, (d) 가열 처리됨으로써 방전관의 외주면과 외측관의 내주면이 밀착된 상태를 도시한 (c)와 동일한 절단부의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시 형태와 관련된 고압 방전 램프의 일례에 있어서의 구성의 개략을 도시한 설명용 단면도이다.

도 5는 도 4에 도시한 고압 방전 램프의 주요부를 도시한 확대 단면도이다.

도 6은 본 발명의 광 조사 장치의 일례에 있어서의 구성의 개략을 도시한 설명용 단면도이다.

도 7은 도 6에 있어서의 B - B선 단면도이다.

도 8은 본 발명의 고압 방전 램프의 다른 구성예에 있어서의 주요부를 도시한 단면도이다.

도 9는 본 발명의 고압 방전 램프의 또 다른 구성예에 있어서의 주요부를 도시한 단면도이다.

도 10은 종래의 고압 방전 램프의 일례에 있어서의 구성의 개략을 도시한 설 명용 단면도이다.

도 11은 도 10에 도시한 고압 방전 램프의 사용 상태를 설명하기 위한 설명용 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 40 : 고압 방전 램프 11, 41 : 방전관

12, 42 : 내측관 13, 13a, 43 : 시일링부

14, 44 : 중앙부 15, 45 : 과냉각 방지 부분

16 : 전극 17 : 금속박

18 : 외부 리드 20, 50 : 외측관

21 : 중앙부 22 : 확경부

25 : 베이스 26 : 접착제

30 : 공극 35 : 환 형상 공극

46 : 축경부 60 : 냉각 쟈켓

61 : 냉각수 공급 유로 형성 부재 62 : 냉각수 배출 유로 형성 부재

63, 64 : 구체부 65 : 냉각수 유로

W : 냉각수 70 : 반사경

71 : 반사면 75 : 마스크 스테이지

M : 마스크 76 : 워크 스테이지

77 : 워크 80 : 고압 방전 램프

81 : 유리관부 82 : 시일링부

83 : 전극 84 : 리드 단자

85 : 중공층 88 : 냉각 쟈켓

89 : 유로

Claims (6)

1. 양단이 시일링된 내관의 내부에, 한 쌍의 전극이 대향 배치됨과 더불어 적어도 수은이 봉입되어 이루어지는 전체가 봉 형상의 방전관과 외측관을 구비하고, 외측관의 내부에 있어서, 방전관이 그 외주면의 적어도 일부가 외측관의 내주면에 접촉 상태 내지는 밀착 상태로 배치되어 이루어지고,

   방전관에 있어서의, 적어도 상기 전극의 주위에 위치되는 부분의 외주면과 외측관의 내주면 사이에 전체 둘레에 신장하는 공극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
2. 청구항 1에 있어서,

   외측관은 양단에 확경부(擴徑部)를 갖고, 이 확경부에 의해 공극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
3. 청구항 1에 있어서,

   외측관이 직관 형상이고,

   방전관은, 전극의 주위에 위치되는 양단부가 중앙부보다 소직경인 것이고, 이에 의해 공극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
4. 외측관 내에 방전관을 삽입하여 배치한 상태에 있어서, 가열함으로써 방전관 을 팽창시켜, 방전관에 있어서의, 적어도 전극의 주위에 위치되는 부분의 외주면과 외측관의 내주면 사이에 전체둘레에 신장하는 공극이 형성된 상태로, 방전관과 외측관을 밀착시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프의 제조 방법.
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 기재된 고압 방전 램프를 구비하고, 램프 점등시에 있어서 당해 고압 방전 램프를 냉각하는 냉각수가 외측관의 벽면을 따라 흘러 통과되는 유로를 형성하는 유로 형성 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 방전관과 상기 외측관은 접착제에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.

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