KR20120128555A - 수랭식 방전 램프 유닛 - Google Patents

Abstract

(과제) 방전관에 외관이 끼워진 고압 방전 램프의 외주에 수랭관이 설치된 고압 방전 램프의 양단에, 유지 블록이 착탈 가능하게 설치되어 이루어지는 수랭식 방전 램프유닛에 있어서, 유지 블록을 수지제로 해도, 수랭관의 단부로부터 자외광이 방사되어 유지 블록의 벽면을 열화시키지 않도록 한 수랭식 방전 램프 유닛을 제공하는 것이다.
(해결 수단) 상기 유지 블록은 수지제로서, 상기 유지 블록의 벽면에 대향하는 상기 수랭관의 단부에는 자외광 차폐 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

수랭식 방전 램프 유닛 {WATER-COOLED TYPE DISCHARGE LAMP UNIT}

이 발명은, 도료나 수지의 경화 처리를 위한 광화학 반응용 장치 및 반도체, 액정 기판을 노광하기 위한 노광 장치에 이용되고 있는 수랭식 방전 램프 유닛에 관한 것이며, 특히, 방전관과 이것이 삽입되는 외관으로 이루어지는 고압 방전 램프를 간접 수랭하는 수랭식 방전 램프 유닛에 관한 것이다.

종래, 잉크나 도료의 건조, 수지의 경화 처리에 대응하는 광화학 반응용 장치의 자외선 조사 광원이나, 반도체 기판 및 액정 디스플레이용 액정 기판을 노광하는 노광 장치의 자외선 조사 광원으로는, 롱 아크형 고압 방전 램프가 이용되고 있다. 이런 종류의 램프에 있어서는, 램프 자체의 파손 방지를 위해서나 비처리물에 대한 열적 영향을 회피하기 위해서 수랭식의 고압 방전 램프가 이용되고 있다.

이러한 냉각을 효율적이고 또한 효과적으로 행할 수 있는 구조를 갖는 고압 방전 램프로서, 방전관의 외주에 외관을 접촉 상태 내지는 밀착 상태로 설치하고, 상기 외관의 주위를 냉각함으로써, 방전관을 간접적으로 냉각하는 간접 수랭 램프의 고압 방전 램프 장치가 일본국 특허 공개 2010－067474호 공보(특허 문헌 1) 등에서 제안되어 있다.

도 5에 상기 종래 기술에 따른 수랭식 방전 램프 유닛(1)이 나타나 있다. 동 도면에서, 고압 방전 램프(2)는, 전체가 봉형상인, 예를 들면 석영 유리로 이루어지는 방전관(3)과, 이 방전관(3)이 내부에 삽입 배치된, 예를 들면 석영 유리로 이루어지는 외관(4)으로 구성되어 있다.

상기 방전관(3)은, 그 양단이 시일링되어 내부에, 예를 들면 텅스텐으로 이루어지는 한 쌍의 전극(5)이 대향 배치된 것이며, 각 전극(5)은 방전관(3)에 형성된 로드형상의 시일링부(6) 내에 기밀하게 매설된, 몰리브덴 등의 금속박(7)을 통해, 외부 리드(8)에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 외부 리드(8)는 상기 시일링부(6)의 외단보다 축방향 외방으로 돌출해 신장되어 있다.

그리고, 이 방전관(3)은, 외관(4) 내에 접촉 상태 내지는 밀착 상태로 삽입되어 있으며, 그 양단에서 유지 블록(9)에 의해 일체화되어, 고압 방전 램프(2)를 형성하고 있다.

또, 상기 방전관(3) 내에는, Hg, 혹은, Hg와 함께 Fe, Tl, Sn, Zn, In 및 이들의 할로겐화물 등이 봉입되어 있으며, 이들이 램프 점등 중에 여기되어 광이 방사된다.

이 수랭식 방전 램프 유닛(1)에서는, 상기 고압 방전 램프(2)의 외주에는 공극을 갖고 이것을 끼우도록 원통형의 수랭관(10)이 설치되어 있고, 이 고압 방전 램프(2), 구체적으로는 외관(4)과, 수랭관(10) 사이의 공간에는 냉각수 유로(11)가 형성되어 있다.

그리고 상기 고압 방전 램프(2)의 유지 블록(9, 9)에는 각각 냉각수 유입관(12) 및 냉각수 유출관(13)이 부착되어 있으며, 이들 냉각수 유입관(12) 및 냉각수 유출관(13)은 상기 수랭관(10) 내의 냉각수 유로(11)에 연통하고 있다.

고압 수은 램프(2)의 점등시에, 냉각수(W)가 도시하지 않은 펌프 등의 적절한 냉각수 공급 수단에 의해 냉각수 유입관(12)에 공급되며, 냉각수(W)는, 고압 방전 램프(2)와 수랭관(10) 사이에 형성된 냉각수 유로(11) 내를, 고압 방전 램프(2)의 벽면, 구체적으로는 외관(4)의 외주면을 따라 축방향으로 흘러 통과하여 고압 방전 램프(2) 전체를 간접적으로 냉각한 후, 냉각수 유출관(13)을 통해 배출되는 것이다.

그런데, 이러한 수랭식 방전 램프 유닛(1)에 있어서의 방전 램프(2) 및 수랭관(10)에 부착되는 유지 블록(9)에는, 주로 스테인리스재가 이용되어 왔다. 그러나, 유지 블록(9)에 스테인리스 부재를 이용하면 램프 유닛(1) 전체의 중량이 무거워지고, 또, 유지 블록(9)은 방전 램프(2)의 단부에 설치되기 때문에, 수랭관(10), 외관(4), 방전관(3)에 부하가 걸리기 쉬워져, 적은 미스로 이것들이 파손되어 버린다는 문제점이 있어서, 이 때문에 램프 교환의 작업에 지장을 초래했다는 문제가 있었다.

그래서 램프 교환의 용이성, 램프에 대한 부하 저감, 비용 절감의 면에서, 유지 블록의 부재에 수지제의 소재를 이용하는 것이 유용하다고 생각되었다.

그러나 유지 블록의 부재에 수지제의 소재를 이용했더니, 유지 블록 내부가깎여버린다는 문제가 발생했다. 또, 냉각관의 단부 주변에서 유지 블록의 열화나 소모가 현저함이 지견되었다.

냉각관의 단부 주변에서의 유지 블록의 열화에 대해서 도 6에 나타냈다.

수랭관(10)은, 유지 블록(9)에 대해 0링(15)에 의해 수밀 상태로 착탈 가능하게 부착되며, 그 단부(10a)는, 유지 블록(9)의 벽면(9a)에 대향하도록 배치되어있다.

고압 방전 램프(2)로부터 조사된 자외광 중, 일부 자외광은, 방전관(3), 외관(4), 수랭관(10)의 각각의 관벽의 내부를 통과해 관단부로부터 조사된다.

도 6(A)에 나타낸 바와 같이, 이 중, 수랭관(10)의 단부(10a)는 유지 블록(9)의 벽면(9a)과 대향하고 있다는 점으로부터, 그 벽면 내부를 통과해 온 자외광이 상기 단부(10a)로부터 방사되면, 상기 벽면(9a)에 조사되게 된다.

이 자외광에 의해 유지 블록(9)의 벽면(9a)은 열화해 가고, 수랭관(10) 내를 흐르는 냉각수(W)의 작용도 있어서 조금씩 깍여져나가, 도 6(B)에 나타낸 바와 같이, 결국에는 부분적으로 박리되거나 이탈되어 간다.

부분적인 박리나 이탈이 발생하면, 도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 수랭관(10)의 관축방향의 억제력이 상실되게 되어, 냉각수(W)에 의해 수랭관(10)이 흐름 방향으로 움직여, 최악의 경우, 0링(15)로부터 벗어나는 경우가 있어, 그 수밀성이 상실되어 냉각수가 누설돼 버리는 문제가 발생하는 경우가 있다.

일본국 특허 공개 2010－067474호 공보

이 발명이 해결하려고 하는 과제는, 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여, 방전관에 외관이 끼워진 고압 방전 램프의 외주에 수랭관이 설치된 고압 방전 램프의 양단에, 유지 블록이 착탈 가능하게 설치되는 수랭식 방전 램프 유닛에 있어서, 상기 수랭관의 단부로부터의 자외광이 유지 블록의 벽면에 조사되는 것을 방지해서, 상기 유지 블록를 수지제로 해도, 상기 유지 블록의 벽면이 자외광으로 열화 하지 않고, 수랭관에 대해 확실하게 장착되어 누수를 발생시키지 않도록 하는 구조의 수랭식 방전 램프 유닛을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 수랭식 방전 램프 유닛은, 상기 유지 블록을 수지제로 하고, 상기 유지 블록의 벽면에 대향하는 상기 수랭관의 단부에 자외광 차폐 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 자외광 차폐 부재는, 상기 수랭관의 단부에 피복된 자외광 차폐막인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 자외광 차폐막은, 내열성 세라믹 도료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 자외광 차폐 부재는, 상기 수랭관의 단부에 대향 배치된 링형상 부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 발명의 수랭식 방전 램프 유닛에 의하면, 수랭관의 단부에 설치된 자외광 차폐 부재에 의해, 수랭관의 관벽 내부를 통과해 그 단부를 향하는 자외광은, 수랭관의 단부로부터 방사되지 않으며, 혹은 방사되더라도 상기 단부에 대향 배치된 상기 자외광 차폐 부재에 의해 반사되어, 자외광이 유지 블록의 벽면에 조사되는 것이 방지된다. 이에 의해, 수지제 유지 블록이 자외광에 의해 열화하지 않고, 벽면이 깎아지는 것 같은 사태에 이르지 않아, 수랭관과 유지 블록의 장착이 확실하게 유지돼 누수가 발생하지 않고, 수지제의 유지 블록의 실현이 도모된다는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명의 수랭식 방전 램프 유닛의 부분 단면도.
도 2는 도 1의 A부의 확대도.
도 3은 도 2의 또 다른 부분 확대도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 부분 확대도.
도 5는 종래예의 단면도.
도 6은 종래예의 문제점의 설명도.

도 1은, 본 발명의 수랭식 방전 램프 유닛의 부분 단면도이며, 도 2는 도 1의 A부의 확대 단면도이다.

본 발명의 수랭식 방전 램프 유닛(1)은, 전체적인 기본 구조는 상기 도 5에 나타낸 종래예와 동일하다. 이하 상이점을 중심으로 설명한다.

고압 방전 램프(2)는, 방전관(3)과, 그 외주에 끼워진 외관(4)으로 이루어지고, 그 단부에는, 수지제의 유지 블록(9)이 장착되어 있다. 보다 구체적으로는, 상기 외관(3)의 단부가 유지 블록(9)에 삽입되고, 0링 등의 시일재(17)에 의해 수밀 상태로 유지된다.

그리고, 상기 고압 방전 램프(2)에는 수랭관(10)이 끼워지고, 이들 사이에는 냉각수 유로(11)가 형성되어 있다. 상기 수랭관(10)의 단부가 상기 유지 블록(9)에 삽입되고, 0링 등의 시일재(15)에 의해 수밀 상태로 유지되어 있다.

상기 유지 블록(9)에는 냉각수 유출관(13)이 연결되어, 상기 냉각수 유로(11)와 연통하고 있다. 또한, 동 도면에는 도시하지 않았으나, 반대측의 타단부에는, 유지 블록(9)에 냉각수 유입관(12)이 연결되어 있다.

이 구조에 의해, 냉각수 유입관(12)으로부터의 냉각수가 냉각수 유로(11)를 흘러, 냉각수 유출관(13)으로부터 유출되는데, 그 동안에, 외관(4)을 통해 방전관(3)을 간접적으로 냉각한다.

또한, 상기 유지 블록(9)에 이용되는 소재로는, PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트), PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌), PBI(폴리벤조이미다졸), PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), PAI(폴리아미드이미드), PPS(폴리페닐렌설파이드), PEI(폴리에테르이미드), PVDF(폴리불화비닐리덴), POM(폴리아세탈) 등을 주체로 한, 비교적, 내열성이 높은 수지가 바람직하다. 또한, 이들 수지에 유리 섬유나 카본 섬유를 혼합한 복합재료도 바람직하다.

도 2에 상세하게 나타낸 바와 같이, 상기 수랭관(10)의 단부(10a)는, 유지 블록(9)의 벽면(9a)에 대향하여 배치됨으로써, 유지 블록(9)의 위치 결정이 이루어져 있다.

그리고, 상기 수랭관(10)의 단부(10a)에는, 자외광 차폐 부재(20)가 설치되어 있다.

이 실시예에서는, 상기 자외광 차폐 부재(20)는 내열성 세라믹 도료 등으로 이루어지는 차광막(21)으로 형성되어 있다.

즉, 수랭관(10)의 단부(10a)에 내열성 세라믹 도료를 도포?소결시킨 것으로서, 이것에는 내UV성, 냉각수에 대한 내부식성을 갖는 소재가 바람직하며, 예를 들면 실리카, 알루미나, 이산화티타늄 등을 주성분으로 한 소재를 채용할 수 있다. 또 금속 증착에 의한 차광막의 형성도 유용하다.

상기 구성에 의해, 도 3에 나타낸 바와 같이, 수랭관(10)의 단부(10a)로부터 조사되는 자외광을 차폐할 수 있다. 이에 의해, 램프로부터 방사된 자외광이 수랭관(10)의 관벽 내부를 통과해 단부(10a)로부터 조사되어도, 자외광 차폐 부재(20)에 의해 반사 내지 흡수시킴으로써 자외광을 차폐하여, 유지 블록(9)이 맞댐 벽면(9a)과 그 주위에 조사되지 않고, 그 열화 및 소모를 막을 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 수랭관(10)의 단면에 한정되지 않고, 그 관벽의 단부 근방의 내외면에 미쳐 자외광 차폐막(21)이 도포되어 있는 것을 나타냈는데, 수랭관(10)의 단면에만 도포하는 것이어도 된다.

단, 도 3에 나타낸 바와 같은 관벽의 내외면에 미쳐 차광막(21)을 형성한 것에서는, 관벽 단면으로부터 방사되는 자외광뿐만 아니라, 그 근방으로부터 방사되는 자외광도 차단할 수 있어 보다 효과적이다.

도 4에 자외광 차폐 부재(20)의 다른 실시예가 나타나 있으며, 수랭관(10)의 단부(10a)와, 유지 블록(9)의 벽면(9a) 사이에 링형상 부재(22)를 설치한 것이다.

이 실시예의 경우에도, 수랭관(10)의 단부(10a)로부터 방사된 자외광은, 이에 대향 배치된 링형상 부재(22)에 의해 반사되어, 유지 블록(9)의 벽면(9a)에 조사되지 않는다.

또한, 이 링형상 부재(22)로는, 내UV성, 냉각수에 대한 내부식성이 우수한 부재가 바람직하고, 예를 들면 스테인리스 등의 금속 재료나, 스테어 타이트 등의 세라믹 재료가 적합하다.

또한, 자외광을 차폐하는 수단으로서, 상기 이외에, 수랭관(10)의 단부(10a)의 유리 표면을 프로스트 가공하여 광을 산란시키는 수단, 또, 수랭관(10)의 단부(10a)에 자외광 커트의 석영 유리 부재를 설치하는 그러한 수단을 이용하는 것이어도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수랭식 방전 램프 유닛에 의하면, 수랭관의 단부에 자외광 차폐 부재를 설치함으로써, 수랭관의 관벽 내를 통과해 단부로부터 방사되는 자외광을, 유지 블록의 벽면에 조사시키지 않으므로, 수지제의 유지 블록을 채용해도, 그 벽면이 자외광에 의해 열화하지 않고, 수랭관과 유지 블록의 수밀 상태에서의 장착이 유지되어, 누수 등의 뜻밖의 사고를 방지할 수 있어, 유지 블록의 수지화를 유효하게 달성할 수 있는 것이다.

1:수랭식 방전 램프 유닛
2:고압 방전 램프
3:방전관
4:외관
9:유지 블록
9a:벽면
10:수랭관
10a:단부
11:냉각수 유로
15:0링
20:자외광 차폐 부재
21:자외광 차폐막
22:링형상 부재
W:냉각수

Claims (4)

1. 방전관의 외주에 외관이 끼워진 고압 방전 램프와, 상기 고압 방전 램프의 외관의 주위를 덮도록 설치된 수랭관을 구비하고, 상기 수랭관과 고압 방전 램프 사이에 냉각수 유로가 형성되어 있으며, 상기 고압 방전 램프의 양단에 유지 블록이 착탈 가능하게 설치되고, 이 유지 블록을 통해 상기 냉각수 유로에 냉각수가 공급?배출되는 수랭식 방전 램프 유닛에 있어서,
   상기 유지 블록은 수지제이며, 이 유지 블록의 벽면에 대향하는 상기 수랭관의 단부에는 자외광 차폐 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 수랭식 방전 램프 유닛.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 자외광 차폐 부재는, 상기 수랭관의 단부에 피복된 자외광 차폐막인 것을 특징으로 하는 수랭식 방전 램프 유닛.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 자외광 차폐막은, 내열성 세라믹 도료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수랭식 방전 램프 유닛.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 자외광 차폐 부재는, 상기 수랭관의 단부에 대향 배치된 링형상 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수랭식 방전 램프 유닛.

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