KR20160002866A

KR20160002866A - 방전 램프

Info

Publication number: KR20160002866A
Application number: KR1020157031239A
Authority: KR
Inventors: 타케노리 하야카와; 하루오 쿠리야마
Original assignee: 가부시키가이샤 오크세이사쿠쇼
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2016-01-08
Also published as: JP6259450B2; TW201515056A; WO2014174360A1; CN105164785B; CN105164785A; KR102190650B1; TWI601183B; JPWO2014174360A1

Abstract

본 발명의 방전 램프는, 방전관과, 방전관 내에 배치되는 한 쌍의 전극을 갖추고, 적어도 한쪽의 전극이, 램프 점등 시에 용해하여 대류하는 전열체가 봉입되는 밀폐 공간과, 밀폐 공간 내에서 전극 축을 따라 배치되어, 밀폐 공간 저면 측 개구부 및 밀폐 공간 상면 측 개구부를 가지는 중공상 정류체를 가진다. 밀폐 공간 저면 측 개구부와 밀폐 공간 상면 측 개구부의 사이에서 전열체의 유로가 형성되고, 그리고, 전극 축이 유로를 통과하도록, 정류체가 배치되어 있다.

Description

방전 램프{DISCHARGE LAMP}

본 발명은, 노광 장치 등에 이용되는 방전 램프에 관한 것으로, 특히, 전극 내부에 전열체를 봉입한 전극에 관한 것이다.

방전 램프에서는, 고출력화에 따라, 전극 내부에 형성된 밀폐 공간에 냉각 기능을 가지는 금속을 봉입한 전극이 알려져 있다(특허 문헌 1 참조). 거기에서는, 은 등의 열전도율이 높고, 비교적 융점이 낮은 금속으로 된 전열체가, 양극(陽極) 내부에 밀봉되어 있다. 램프 점등에 의해 전극 온도가 상승하면, 전열체가 용해하여 액화한다. 이에 따라, 밀폐 공간에서 열 대류가 생기고, 전극 선단(先端)부의 열이 반대측의 전극 지지봉 방향으로 수송된다.

램프 점등 시에 전열체가 대류하면, 전극 내부의 밀폐 공간 내에서 격렬한 온도차가 생겨, 고온 크리프(creep) 변형이 생길 우려가 있다. 이를 방지하기 위해, 밀폐 공간의 중심, 즉 전극 축을 통과하도록 지름 방향으로 횡단하는 판상(板狀)의 규제체를 배치하여, 전열체가 원주 방향을 따라 회동하는 것을 막는다(특허 문헌 2 참조).

일본 특허공개공보 2004-006246호 일본 특허공개공보 2012-028168호

밀폐 공간을 횡단하는 규제체를 설치하면, 전극 축을 통과하는 중심부에서 상승하려고 하는 전열체의 흐름을 방해한다. 이는, 전극 선단 측으로의 열 수송 능력을 감소시키는 것이 되어, 전극 선단 온도 상승에 의한 전극 선단부의 소모를 억제할 수 없다.

따라서, 전열체의 대류를 방해하지 않고, 열 수송 능력을 높이는 것이 필요하게 된다.

본 발명의 방전 램프는, 방전관과, 방전관 내에 배치되는 한 쌍의 전극을 갖추고, 적어도 한쪽의 전극이, 램프 점등 시에 용해하여 대류하는 전열체가 봉입되는 밀폐 공간과, 밀폐 공간 내에서 전극 축을 따라 배치되어, 밀폐 공간 저면 측 개구부 및 밀폐 공간 상면 측 개구부를 가지는 중공상(中空狀) 정류체를 가진다. 이에 따라, 밀폐 공간 저면 측 개구부와 밀폐 공간 상면 측 개구부의 사이에서 전열체의 유로가 형성된다. 그리고, 전극 축이 유로를 통과하도록, 정류체가 배치되어 있다. 정류체는, 예를 들면 관체(管體)를 갖추고, 양극 내에 형성된 밀폐 공간에 배치된다. 다만, 관체는, 단면 원형상(圓形狀), 다각형상(多角形狀) 어느 것이나 포함하는 것으로 한다.

램프 점등 시, 밀폐 공간 저면 부근 중앙부에서 가열된 전열체는, 유로 내를 지나 상승한다. 그리고, 열 대류에 의해, 밀폐 공간 상면 부근의 전열체는, 그 대부분이 밀폐 공간 내측 측면과 정류체 외표면과의 사이에 설치된 공간/틈새로 이동하여, 전극 축을 따라 하강한다. 이러한 흐름을 형성 함으로써, 지름 방향에 따른 흐름 발생을 억제하여, 열 대류가 촉진된다.

전극 축을 따른 전열체의 상승류를 촉진시키는 구성으로서, 예를 들면, 정류체의 밀폐 공간 저면 측 개구부와 밀폐 공간 상면 측 개구부가, 각각, 밀폐 공간의 저면과 상면을 향하도록 하는 것이 가능하다. 또한, 밀폐 공간 지름 방향으로부터의 흐름을 충분히 차단하기 때문에, 정류체를 중앙부에 배치할 수도 있다. 예를 들면, 정류체의 밀폐 공간 저면 측 개구부가, 밀폐 공간의 전극 축에 따른 중심보다 저면 측에 위치하고, 정류체의 밀폐 공간 상면 측 개구부가, 밀폐 공간의 전극 축에 따른 중심보다 상면 측에 위치하는 정류체를 구성한다.

전극 선단부를 포함하여, 그 단면 형상은 전극 축에 관해 대칭적이며, 밀폐 공간도 동축적으로 배치 가능하다. 전극 선단부 부근에서 전열체가 가장 가열되는 것을 고려하면, 정류체를, 밀폐 공간에 대해 동축적으로 배치하는 것도 가능하다. 여기서, 동축적이란, 밀폐 공간의 축이, 정류체의 축 방향에 수직인 단면의 중심 혹은 그 부근을 지나는 상태를 말한다.

열 대류가 국소적으로 흐트러지는 것을 막는 것을 고려해, 유로를 형성하는 내부 공간 영역과 그 외측의 공간 영역이, 전극 축 수직 단면에 관해 대칭적임이 바람직하고, 정류체 외표면과 밀폐 공간의 측면과의 지름 방향에 따른 거리가, 원주 방향 전체에 걸쳐 동일하게 하는 것이 좋다. 예를 들면, 원통상의 내부 공간으로 하여, 단면 원형상의 정류체를 동축 배치하는 것이 가능하다.

또한, 전극 축에 관해 정류체를 대칭적 위치로 배치하여, 열 대류를 원활화시키는 것도 가능하다. 예를 들어, 내부 공간의 전극 축 방향의 중심 위치에, 정류체의 전극 축 방향에 따른 중심 위치가 오도록 정류체를 배치 함으로써, 밀폐 공간 저면 측 개구부와 밀폐 공간의 저면과의 전극 축 방향에 따른 거리가, 밀폐 공간 상면 측 개구부와 밀폐 공간의 상면과의 전극 축 방향에 따른 거리와 동일하게 할 수 있다.

정류체의 경 방향에 따른 배치 위치가 열 대류의 정체 발생에 영향을 주는 것을 고려해, 정류체는, 이하의 식을 만족하도록 배치하면 좋다.

0.33 ≤ L1/a ≤ 0.84

다만, L1은, 전극 축으로부터 정류체까지의 거리를 나타내고, a는, 밀폐 용기 내측의 반경을 나타낸다. 이러한 조건을 만족 함으로써, 열 대류가 효과적으로 발생한다. 특히, 이하의 조건식을 만족하도록 배치 함으로써, 한층 더 열 수송 효과가 발휘된다.

0.66 ≤ L1/a ≤ 0.74

한편, 정류체의 전극 축 방향에 따른 위치를 고려한 경우, 정류체가, 이하의 식을 만족하도록 배치할 수 있다.

0.50 ≤ L2/b ≤ 0.84

다만, L2는, 정류체의 길이를 나타내고, b는, 밀폐 용기의 축 방향의 길이를 나타낸다. 이에 따라, 열 수송 효과가 발휘된다.

상승한 전열체가 스무스(smooth)하게 하강하는 것을 고려하면, 정류체가, 밀폐 공간 상면 부근에서, 밀폐 공간 측면의 원주 방향에 따라 형성되는 유출구를 갖추도록 할 수 있다. 또한, 상승하고 있는 전열체의 열을 전극 측면으로 옮기는 것을 고려해, 정류체에 대해, 전극 축을 따라 슬릿(slit)을 형성할 수도 있다.

전열체는, 램프 소등 후, 정류체의 내측 영역의 전극 축 방향 높이가 정류체의 외측 영역에 비해 낮은 상태에서, 응고하는 것이 좋다.

본 발명에 의하면, 열 수송 능력을 향상시킨 전열체 봉입의 전극을 얻을 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태인 방전 램프를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 양극의 개략적 단면도이다.
도 3은 정류체의 사시도이다.
도 4는 전열체의 대류를 나타낸 도면이다.
도 5는 전열체가 응고한 상태에서의 양극의 개략 단면도이다.
도 6은 제2 실시 형태에서의 정류체의 사시도이다.
도 7은 제3 실시 형태에서의 정류체의 사시도이다.
도 8은 제4 실시 형태에서의 정류체의 사시도이다.
도 9는 L1/a에 대한 전극 선단 온도 및 최대 유속의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 L2/b에 대한 전극 선단 온도 및 최대 유속의 변화를 나타낸 그래프이다.

이하에서는, 도면을 참조해 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은, 제1 실시 형태인 방전 램프를 모식적으로 나타낸 평면도이다.

쇼트 아크(Short arc)형 방전 램프(10)는, 패턴 형성하는 노광 장치(도시하지 않음)의 광원 등에 사용 가능한 방전 램프이며, 투명한 석영 유리제의 방전관(발광관)(12)을 갖춘다. 방전관(12)에는, 음극(20), 양극(30)이 소정 간격을 가지고 대향 배치된다.

방전관(12)의 양측에는, 대향하도록 석영 유리제의 봉지관(13A, 13B)이 방전관(12)로 일체적으로 설치되어 있고, 봉지관(13A, 13B)의 양단은, 구금(口金)(19A, 19B)에 의해 막혀 있다.

방전 램프(10)는, 양극(30)이 상측, 음극(20)이 하측이 되도록 연직 방향을 따라 배치되어 있다. 봉지관(13A, 13B)의 내부에는, 금속성의 음극(20), 양극(30)을 지지하는 도전성의 전극 지지봉(17A, 17B)이 배설되고, 금속 링(도시하지 않음), 몰리브덴 등의 금속박(16A, 16B)을 통해 도전성의 리드봉(15A, 15B)에 각각 접속된다.

봉지관(13A, 13B)은, 봉지관(13A, 13B) 내에 설치되는 유리관(도시하지 않음)과 용착하고 있으며, 이에 따라, 수은 및 희가스가 봉입된 방전 공간 DS가 봉지된다.

리드봉(15A, 15B)은 외부의 전원부(도시하지 않음)에 접속되어 있으며, 리드봉(15A, 15B), 금속박(16A, 16B), 그리고 전극 지지봉(17A, 17B)을 통해 음극(20), 양극(30)의 사이에 전압이 인가된다. 방전 램프(10)에 전력이 공급되면, 전극 간에 아크 방전이 발생해, 수은에 의한 휘선(자외광)이 방사된다.

도 2는, 양극의 개략적 단면도이다. 도 3은, 정류체의 사시도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 양극(30)은, 원통상 동체부(34)와, 전극 선단면(30S)을 가지는 원뿔대상 선단부(32)로 구성된다. 동체부(34)는, 전극 지지봉(17B)이 취부(取付)되어 있는 밀폐 뚜껑(60)을 접합시킨 구조이며, 밀폐 뚜껑(60)을 제외한 동체부와 선단부는 동일 금속재료로 성형되어 있다.

동체부(34)에는, 내부 중앙에 원주상(圓柱狀)의 밀폐 공간(50)이 전극 축(E)에 대해 동축적으로 형성되어 있다. 밀폐 공간(50)은, 그 상한이 전극 지지봉 측의 밀폐 뚜껑(60)과 접하는 밀폐 공간 상면(50T)이며, 하한이 전극 선단면 측의 밀폐 공간 저면(50B)이 된다.

밀폐 공간(50)에는, 전열체(M)가 봉입되어 있다. 전열체(M)는, 동체부(34), 밀폐 뚜껑(60)보다 융점이 낮은 금속(예를 들면, 은)으로 이루어지고, 램프 점등 시에 용해하여 액체가 되어, 밀폐 공간(50) 내에서 대류한다. 램프가 소등하면, 전열체(M)는 응고한다.

게다가, 밀폐 공간(50)에는, 관상(管狀)의 정류체(40)가 밀폐 공간(50)에 대해 동축적으로 설치되어 있고, 정류체(40)의 중심축은 전극 축(E)과 일치한다. 정류체(40)는, 반경(L1)을 가지고, 전극 축(E)을 따라 길이(L2)를 가진다.

정류체(40)는, 전극 축 방향을 따라 밀폐 공간 저면(50B)과의 거리(12), 밀폐 공간 상면(50T)과의 거리(l3)만큼 떨어지도록, 밀폐 공간(50) 내에 배치되어 있다. 예를 들면, 거리(12, l3)가 동일해지도록 정류체(40)가 배치된다. 한편, 정류체(40)는, 밀폐 공간 측면(50S)과는 지름 방향에 따라 거리(l1)만큼 떨어져 있고, 정류체(40)와 밀폐 공간 측면(50S)과의 거리는 원주 방향 전체에 걸쳐 동일하다.

정류체(40)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 밀폐 공간 저면 측에 유입구가 되는 개구부(41A), 밀폐 공간 상면 측에 유출구가 되는 개구부(41B)를 형성한 관체(40S)에 의해 구성되어 있다. 관체(40S)는, 여기에서는 단면 원형상이 된다. 또한, 관체(40S)는, 도시하지 않은 봉상(棒狀) 혹은 판상의 고정 부재에 의해 고정되어 있다. 고정 부재가 판상인 경우, 전극 축을 따라 설치된다.

관체(40S)의 개구부(41A, 41B)는, 각각, 밀폐 공간 저면(50B)과 밀폐 공간 상면(50T)을 향한다. 또한, 관체(40S)는, 전극 축에 관해 비교적 밀폐 공간(50) 내의 중앙부에 배치되어 있으며, 개구부(41A)는 밀폐 공간(50)의 전극 축 방향 중심(W)보다 저면 측에 위치하고, 개구부(41B)는, 전극 축 방향 중심(W)보다 상면 측에 위치한다.

관체(40S)는, 밀폐 공간(50) 내에, 관체(40S)의 관로가 되는 공간 영역(V1)과 그 외부의 공간 영역(V2)을 규정하여, 2개의 공간 영역이 구획된다. 관체(40S)는, 고융점 금속(예를 들면, 텅스텐, 탄탈 등)이나 그 합금에 의해 성형된다.

도 4는, 전열체의 대류를 나타낸 도면이다. 도 4를 이용해, 정류체에 의한 열 수송 효과에 대해 설명한다.

램프 점등 중, 아크 방전에 의해 전극 선단부(32)의 온도가 고온이 되면, 용해한 전열체(M)는, 전극 축(E)을 따라 상승한다. 특히, 전극 선단면(30S)에서의 아크 열에 의해, 전극 축(E)을 중심으로 한 밀폐 공간(50)의 중앙부에서 전열체(M)가 상승하려고 한다. 그 결과, 전열체(M)가 정류체(40)의 개구부(41A)로 유입하여, 관 내 경로를 이동한다.

정류체(40) 내부를 상승한 전열체(M)는, 그 대부분이 밀폐 공간 상면(50T)을 따라 이동하여, 전극 지지봉 측에 열을 전달한 후, 정류체(40)의 외측 영역(V2)을 하강한다. 이 때, 전열체(M)는, 동체부(34)의 외측면(34S)에 열을 방출하면서 하강한다. 그리고, 밀폐 공간 저면(50B)의 주연부 부근에 도달한 전열체(M)는 그 중앙부까지 이동하여, 아크 열에 의해 다시 정류체(40)의 내부를 상승한다.

이러한 전열체(M)의 대류는, 정류체(40)의 배치에 의해 촉진된다. 즉, 관체(40S)를 동축적으로 설치하는 것으로, 정류체(40)의 내측 영역(V1)에서의 상 방향의 흐름과 외측 영역(V2)의 하 방향의 흐름이 서로 차단되기 때문에, 정체가 생기기 어렵고, 대류가 촉진된다. 전열체(M)의 상하 방향의 대류가 저해되지 않으므로, 전열체(M)가 상승할 때의 유속, 유량이 증가한다.

정류체를 설치하지 않는 구성에서는, 전열체(M)가 밀폐 공간 측면 부근에서 대부분 하강하는 흐름의 영향으로, 중앙부 부근에서 전열체(M)가 상승하는 영역이 작게 좁아지게 되어, 상향의 유량이 감소하고, 유속도 빠르게 되지 않는다.

그렇지만 본 실시 형태의 경우, 정류체(40)의 배치로, 전열체(M)의 유속, 특히 상승류의 유속이 빨라지고, 그 유량이 많아지는 것에 의해, 전극 선단면 측의 열이 전극 지지봉 측에 효율적으로 수송되어, 전극 선단부(32)의 온도 상승을 억제한다. 그 결과, 전극 선단부(32)의 소모를 억제할 수 있다. 특히, 정류체(40)가 전극 축 방향에 관해 충분한 길이를 가지고, 또한, 중앙부에 위치하기 때문에, 밀폐 공간(50) 내를, 대략 전체적으로 관로와 그 외측 공간 영역으로 구획하므로, 유로가 충분히 확보되어 있다.

게다가, 정류체(40)는, 밀폐 공간(50)의 지름 방향에 따른 열의 이동을 차단하는 작용이 있어, 이에 따라, 전열체(M)가 응고할 경우에 밀폐 공간(50)에 걸리는 응력을 저감할 수 있다. 이하, 이에 대해 설명한다.

도 5는, 전열체가 응고한 상태에서의 양극의 개략 단면도이다.

정류체(40)에 의해, 내측 영역(V1)의 열이 외측 영역(V2)으로 전해지기 어려워지기 때문에, 램프 소등 시에 내측 영역(V1)에서의 전열체(M)의 온도 저하가 늦어져, 외측 영역(V2)이 상대적으로 빨리 응고한다. 그 결과, 도 5에 도시한 바와 같이, 외측 영역(V2)의 전열체(M)는 응고 수축하고, 내측 영역(V1)의 전열체는, 그보다 크고 액면이 내려간 상태에서 응고한다.

그 결과, 응고 수축한 전열체(M)에는, 적당한 깊이의 요부(凹部)가 형성된다. 그 후 램프가 다시 점등되면, 전열체(M)는 열 팽창해, 밀폐 공간 저면(50B), 밀폐 공간 측면(50S)에 응력이 걸린다. 그렇지만, 요부가 형성 됨으로써, 중심부에 응력을 놓아 주어, 응력을 저감할 수 있다. 따라서, 점등 시 전극 선단부(32)의 취파(吹破)가 생기지 않는다.

또한, 내측 영역(V1)의 전열체는, 액면이 내려간 상태에서 응고 함으로써, 내측 영역(V1)의 전열체가 비교적 빨리 용해하여 대류를 시작하므로, 전열체 전체가 용해하기까지 필요로 하는 시간이 짧아진다. 그 결과, 점등 시 전극 선단부(32)의 소모를 막을 수 있다.

본 실시 형태에서는, 이하의 식을 만족하도록, 정류체(40)의 사이즈가 정해지고, 또한, 지름 방향에 관한 배치 위치가 정해져 있다.

0.33 ≤ L1/a ≤ 0.84 (1)

다만, 정류체(40)의 전극 지름 방향에 따른 지름을 L1, 밀폐 공간(50)의 내측 반경을 a로 한다.

L1/a가 0.33보다 작으면, 정류체(40)의 내경(內徑)이 상대적으로 너무 작아져, 전열체(M)의 상승류를 저해한다. 한편, L1/a가 0.84보다 크면, 정류체(40) 내부에서의 전열체(M)의 하강류가 많이 생겨, 상향의 흐름을 저해해 버린다.

게다가, 이하의 식의 범위를 만족할 때, 상향의 대류 증가에 큰 효과를 얻을 수 있다.

0.66 ≤ L1/a ≤ 0.74 (2)

한편, 정류체의 L2는, 이하의 식을 만족 함으로써, 전열체의 유속을 증가하는 효과를 얻을 수 있다.

0.50 ≤ L2/b ≤ 0.84 (3)

다만, 정류체의 축 방향의 길이를 L2, 밀폐 용기의 축 방향의 길이를 b로 한다.

정류체의 전극 축 방향의 길이가, 상기 식의 범위보다 작으면, 상하의 대류를 충분히 차단하는(가로막는) 것을 할 수 없다. 또한, 상기 식의 범위보다 크면, 전극 지름 방향의 흐름을 저해해 버린다.

이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 방전 램프(10)에서, 양극(30) 내에 밀폐 공간(50)이 형성되어 있어, 전열체(M)가 밀폐 공간(50) 내에 봉입되어 있다. 그리고, 밀폐 공간(50)에는, 단면 원형상의 관상 정류체(40)가, 밀폐 공간 측면(50S), 밀폐 공간 상면(50T), 밀폐 공간 저면(50B)으로부터 각각 거리(l1, l3, l2)만큼 떨어진 상태에서 동축적으로 배치된다.

다음으로, 도 6, 7을 이용해, 제2, 제3 실시 형태인 전극에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 정류체에 구멍이 형성되어 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 실질적으로 제1 실시 형태와 같다.

도 6은, 제2 실시 형태에서의 정류체의 사시도이다.

정류체(140)는, 밀폐 공간 상면 부근에, 즉 밀폐 공간의 전극 축에 따른 중심보다 상면 측 위치에, 복수의 구멍(140R)이 원주 방향을 따라 소정 간격으로 형성되어 있다. 이에 따라, 상승한 전열체(M)가 구멍(140R)을 통해 외측 영역(V2)으로 유출된다. 그 결과, 전열체(M)의 대류가 촉진 됨과 동시에, 열이 이동하기 쉽다.

또한, 구멍(140R)을 형성 함으로써, 램프 소등 후에 전열체(M)가 응고할 때, 요부의 깊이가 과도한 깊이로 되지 않는다. 이는, 지름 방향에 따라 중앙부와 측면 부근 사이에 큰 온도차가 없기 때문에, 램프 소등 시, 밀폐 공간 측면 부근에서만 급속히 응고하는 일은 없기 때문이다.

요부가 너무 높으면, 요부의 바닥이 밀폐 공간 저면에 가까워져, 응고할 때에 강한 응력이 저면에 작용한다. 그렇지만, 요부가 적절한 높이로 되기 때문에, 램프 점등, 소등을 반복해도, 밀폐 공간에 걸리는 응력을 저감할 수 있다.

또한, 구멍(140R)에 의해, 전열체의 유로를 확보할 수 있기 때문에, 정류체의 상부를 밀폐 뚜껑(60)에 직접 용접해 고정하는 것이 가능하다. 이에 따라, 정류체를 고정하는 부재를 사용하지 않고 전극을 작성할 수 있다.

다음으로, 도 7을 이용해, 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 제3 실시 형태에서는, 정류체에 슬릿이 형성되어 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 같다.

도 7은, 제3 실시 형태에서의 정류체의 사시도이다.

정류체(240)는, 단면 반원상(半圓狀)의 만곡부(240A, 240B)가 상대(相對)하도록 배치되어 있으며, 만곡부(240A, 240B)의 사이에 슬릿(ST)이 형성된다. 바꾸어 말하면, 정류체(240)는, 제1 실시 형태에 나타낸 관체를 2개로 분할하여, 틈새를 생기게 하도록 배치시킨 구성과 같다. 이와 같이 슬릿(ST)을 형성 함으로써, 제2 실시 형태와 같이, 열의 이동이 용이해지고, 적당한 요부의 높이가 된다. 또한, 슬릿의 개수를 더 늘린 구성으로 해도 무방하다.

다음으로, 도 8을 이용해, 제4 실시 형태인 방전 램프에 대해 설명한다. 제4 실시 형태에서는, 관체의 단면 형상이 다각형으로 되어 있다.

도 8은, 제4 실시 형태인 방전 램프의 정류체의 사시도이다.

정류체(340)는, 단면 삼각형상(三角形狀)의 관체(340R)로 구성되어 있으며, 관체(340R)의 적어도 전극 축 방향에 따른 한 변이 밀폐 공간 측면에 고정되어 있다. 이와 같이, 단면 삼각형상으로 하는 것으로, 정류체 고정이 용이해진다. 또한, 단면 형상에 대해서는, 삼각형 이외의 다각형으로 구성해도 무방하다.

정류체의 설치 구성에 대해서는, 밀폐 공간 상면, 저면 한쪽에 고정하거나, 혹은 양쪽 모두에 설치하는 구성이 가능하다. 이 경우, 전열체의 유입구, 유출구를 정류체 상부에 형성 됨으로써, 열 대류가 촉진된다.

정류체는, 밀폐 공간에 대해 동축적으로 배치되어 있으며, 대칭적인 배치 구조로 되어 있으나, 전극 축(E)에 대해 지름 방향으로 소정 거리만큼 오프셋(offset) 시켜도 무방하고, 전극 축이 관 내를 통과하도록 정류체를 배치하여, 관 내의 내측 영역과 관 외의 외측 영역을 규정하도록 정류체를 구성하면 좋다.

정류체에 대해서는, 관체 이외로 구성하는 것도 가능하고, 두꺼운 중공 상 통체(筒體) 등, 내부에 유로가 전극 축을 따라 형성되는 중공 부재 등으로 구성하는 것도 가능하며, 내부에 복수의 유로가 규정, 형성되도록 해도 무방하다. 또한, 방전 램프의 설치 상태에 맞춰, 음극에 정류체를 설치한다, 혹은 양 전극에 정류체를 설치하는 구성으로 해도 무방하다.

<실시예>

이하, 도 9, 10을 이용해, 실시예를 설명한다. 여기에서는, 상기 (1) ~ (3)식에 근거하는 정류체의 위치나 형상이, 전극 선단부의 온도 및 전열체의 최대 유속이 어떻게 영향을 받는지 시뮬레이션에 의해 검증하였다.

단면 원형상의 정류체를 단면 원형상의 밀폐 공간에 동축 배치시키고, 밀폐 공간 상면과 저면과의 거리가 동일해지도록 정류체를 배치하고, 전열체를 밀폐 공간 내에 봉입한 방전 램프를 설정하였다. 밀폐 공간의 지름(밀폐 용기 내측의 직경 = 2a)이 30 mm, 양극의 지름(전극 외경)이 40 mm, 선단 측 두께(밀폐 공간 저면과 전극 선단면과의 전극 축 방향 거리)가 10 mm, 원통부의 두께가 5 mm, 밀폐 공간 높이(b)가 35 mm가 되는 양극을 모델화하고, 전력 14 kW를 상정한 열량에 근거해, 계산기에 의한 선단부 온도 및 최대 유속의 시뮬레이션을 실시하였다.

이 때, 전극 축으로부터 정류체까지의 전극 지름 방향 거리 L1과 밀폐 용기 내측의 반경 a(=15 mm)와의 비 L1/a를 바꾸면서, 전극 선단부 온도 및 최대 유속을 계산하였다. 다만, 최대 유속은, 전극 축을 따라 상승하는 전열체의 최대 유속을 나타낸다.

도 9는, L1/a에 대한 전극 선단 온도 및 최대 유속의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 최대 유속은, 정류체가 없는 경우와 비교해, L1/a=0.33 부근에서 커지고, 0.84 부근까지 크다. 이러한 L1/a의 범위는, 상기 (1)식의 범위에 일치한다. 특히, 최대 유속이 높은 레벨로 유지되는 범위는, 상기 (2)식에서 나타낸 0.66 ~ 0.74에 상당한다. 이에 따라, 상기 (1), (2)식을 만족하는 밀폐 공간을 가지는 전극은, 뛰어난 열 수송 효과를 발휘하는 것을 알 수 있다.

또한, 정류체의 전극 축 방향의 길이 L2와 밀폐 용기의 축 방향 길이 b(=30 mm)와의 비 L2/b를 바꾸면서, 전극 선단부 온도 및 최대 유속을 계산하였다. 다만, 정류체와 밀폐 공간 저면과의 거리는, 정류체와 밀폐 공간 상면과의 거리가 동일한 배치로 하였다.

도 10은, L2/b에 대한 전극 선단 온도 및 최대 유속의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 10에 도시한 바와 같이, 최대 유속은, L2/b = 0.50 부근에서 커지고, 0.84 부근까지 비교적 크다. 이러한 L2/b의 범위는, 상기 (3)식의 범위에 일치한다. 이에 따라, 상기 (3)식을 만족하는 밀폐 공간을 가지는 전극은, 뛰어난 열 수송 효과를 발휘하는 것을 알 수 있다.

본 발명에 관해서는, 첨부된 클레임에 의해 정의되는 본 발명의 의도 및 범위에서 벗어나지 않게, 다양한 변경, 치환, 대체가 가능하다. 게다가, 본 발명에서는, 명세서에 기재된 특정의 실시 형태의 프로세스, 장치, 제조, 구성물, 수단, 방법 및 스텝으로 한정되는 것을 의도하지 않는다. 당업자라면, 본 발명의 개시로부터, 여기에 기재된 실시 형태가 가져오는 기능과 같은 기능을 실질적으로 달성하고, 또는 동등의 작용, 효과를 실질적으로 가져오는 장치, 수단, 방법이 이끌어내지는 것을 인식할 것이다. 따라서, 첨부한 청구범위는, 그러한 장치, 수단, 방법의 범위에 포함되는 것이 의도되어 있다.

본원은, 일본 출원(특원 2013-091235호, 2013년 4월 24일 출원)을 기초 출원으로서 우선권 주장하는 출원이며, 기초 출원의 명세서, 도면 및 클레임을 포함한 개시 내용은, 참조하는 것으로 본원 전체에 포함되어 있다.

10: 방전 램프
30: 양극
40: 정류체
50: 밀폐 공간

Claims

방전관과,
상기 방전관 내에 배치되는 한 쌍의 전극을 갖추고,
적어도 한쪽의 전극이,
램프 점등 시에 용해하여 대류하는 전열체가 봉입되는 밀폐 공간과,
상기 밀폐 공간 내에서 전극 축을 따라 배치되어, 밀폐 공간 저면 측 개구부 및 밀폐 공간 상면 측 개구부를 가지는 중공상 정류체를 가지고,
상기 정류체가, 상기 밀폐 공간 저면 측 개구부와 상기 밀폐 공간 상면 측 개구부와의 사이에 형성되는 유로를 전극 축이 통과하도록, 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 정류체의 밀폐 공간 저면 측 개구부와 밀폐 공간 상면 측 개구부가, 각각, 상기 밀폐 공간의 저면과 상면을 향하는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 정류체의 밀폐 공간 저면 측 개구부가, 상기 밀폐 공간의 전극 축에 따른 중심보다 저면 측에 위치하고,
상기 정류체의 밀폐 공간 상면 측 개구부가, 상기 밀폐 공간의 전극 축에 따른 중심보다 상면 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정류체가, 상기 밀폐 공간에 대해 동축적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제4항에 있어서,
상기 정류체의 외표면과 상기 밀폐 공간의 측면과의 지름 방향에 따른 거리가, 원주 방향 전체에 걸쳐 동일한 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀폐 공간 저면 측 개구부와 상기 밀폐 공간의 저면과의 전극 축 방향에 따른 거리가, 상기 밀폐 공간 상면 측 개구부와 상기 밀폐 공간의 상면과의 전극 축 방향에 따른 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 정류체가, 이하의 식을 만족하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
0.33 ≤ L1/a ≤ 0.84
다만, L1은, 전극 축으로부터 정류체까지의 거리를 나타내고, a는, 밀폐 용기 내측의 반경을 나타낸다.
제7항에 있어서,
상기 정류체가, 이하의 식을 만족하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
0.66 ≤ L1/a ≤ 0.74
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정류체가, 이하의 식을 만족하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
0.50 ≤ L2/b ≤ 0.84
다만, L2는, 정류체의 길이를 나타내고, b는, 밀폐 용기의 축 방향의 길이를 나타낸다.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정류체가, 밀폐 공간 상면 부근에서, 밀폐 공간 측면의 원주 방향에 따라 형성되는 유출구를 가지는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전열체가, 램프 소등 후, 상기 정류체의 내측 영역의 전극 축 방향 높이가 상기 정류체의 외측 영역에 비해 낮은 상태에서, 응고하는 것을 특징으로 하는 방전 램프.