KR20200052720A

KR20200052720A - 롱 아크형 방전 램프

Info

Publication number: KR20200052720A
Application number: KR1020180136066A
Authority: KR
Inventors: 겐지 이시다
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2020-05-15
Also published as: KR102442405B1

Abstract

자외선을 투과하는 발광관과, 해당 발광관 내의 양단에 한 쌍의 전극을 가지는 롱 아크형 방전 램프에 있어서, 종래 설비를 변경하는 것 없이, 램프의 유효 발광 길이를 확장하는 것이 가능하고, 더욱 장수명의 롱 아프형 방전 램프를 제공하는 것을 과제로 한다. 발광관은, 자외선 투과율이 다른 복수의 발광관부를 연속하여 설치한 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 발광관은, 중앙의 제1 발광관부와, 그 양단의 제2 발광관부 및 제3 발광관부로 이루어지고, 상기 제2 발광관부 및 제3 발광관부의 자외선 투과율이, 상기 제1 발광관부의 자외선 투과율보다도 큰 것을 특징으로 한다.

Description

롱 아크형 방전 램프{LONG ARC TYPE DISCHARGE LAMP}

본 발명은, 롱 아크형 방전 램프에 관한 것으로, 특히, 발광관에 개량을 더한 롱 아크형 방전 램프에 관계된 것이다.

종래, 인쇄업계나 전자 공업계에 있어서는, 잉크나 염료의 건조, 수지의 경화 처리에 사용하는 광화학 반응용 장치의 자외선 광원으로써, 또는, 반도체 기판이나 액정 디스플레이 용의 액정 기판을 노광하는데 사용하는 노광 장치의 자외선 광원으로써, 롱 아크형 방전 램프가 사용되고 있다.

예를 들어, 일본 특개 2006-134710호 공보(특허문헌 1)나, 일본 특개 2013-109992호 공보(특허문헌 2) 등에 그 구체적인 구조가 개시되어 있다.

도 7에 이들 종래 기술의 롱 아크형 방전 램프의 구조가 나타내져 있다.

같은 도면에 있어서, 롱 아크형 방전 램프(1)의 발광관(2)의 양단부에는 시링크 씰(shrink seal)된 봉지부(3)가 형성되어 있고, 이 발광관(2) 내에는 한 쌍의 전극(4, 4)이 대향하여 배치되어 있다.

그리고, 자외선을 양호하게 방사하기 위해서, 발광관(2) 내에는, 수은, 철, 탈륨 등의 금속이 봉입되어 있다.

그런데 최근에는, 피조사물(워크)이 대형화 되는 경향이 현저하나, 그 경우에도, 종래 설비를 그대로 변경하지 않고, 램프의 유효 발광 길이를 길게 하는 것으로 대응하고 싶다고 하는 요청이 있다.

일본국 특허공개 2006-134710호 공보 일본국 특허공개 2013-109992호 공보

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 자외선을 투과하는 발광관과, 해당 발광관의 양단에 한 쌍의 전극을 가지는 롱 아크형 방전 램프에 있어서, 종래 설비를 변경하는 것 없이, 램프의 유효 발광 길이를 확장하는 것이 가능하고, 더욱 장수명의 롱 아크형 방전 램프를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관계된 롱 아크형 방전 램프는, 상기 발광관이, 자외선 투과율이 다른 복수의 발광관부를 연속하여 설치한 것인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발광관의 중앙측으로부터 단부측을 향하여, 자외선 투과율이 큰 발광관부를 연접(連接)한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발광관은, 중앙의 제1 발광관부와, 그 양단의 제2 발광관부와 제3 발광관부로 이루어지고, 상기 제2 발광관부 및 제3 발광관부의 자외선 투과율이, 상기 제1 발광관부의 자외선 투과율보다도 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발광관은, 중앙의 제1 발광관부와, 그 양단에 연접되어, 상기 제1 발광관부와 같은 재료로 이루어지는 제2 발광관부와 제3 발광관부로 이루어지고, 상기 제2 발광관부 및 제3 발광관부의 두께가, 상기 제1 발광관부의 두께보다도 얇은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 롱 아크형 방전 램프에 의하면, 상기 발광관은, 자외선 투과율이 다른 복수의 발광관부를 연속하여 설치하고, 양단의 제2 발광관부 및 제3 발광관부의 자외선 투과율을, 중앙의 제1 발광관부의 자외선 투과율보다도 크게 했기 때문에, 램프의 축방향의 양단측에 있어서 조도가 상승하고, 그에 의해, 램프의 유효 발광 길이가 실질적으로 길어지는 효과를 가진다. 이에 의해, 종래 설비에 대폭의 개조를 가하는 것 없이, 대형화하는 워크에 대응이 가능하다.

또한, 시간의 경과에 따른 열화로 발광관의 전극 근방이 흑화, 백탁되는 경우가 있더라도, 전극 근방에서의 조도 저하의 비율을 규격치 이상으로 유지할 수 있어, 더욱 장기간 수명을 유지 가능하다.

도 1은, 본 발명의 롱 아크형 방전 램프의 단면도이다.
도 2는, 도 1의 램프의 효과를 표현한 조도 분포이다.
도 3은, 본 발명의 롱 아크형 방전 램프의 다른 실시예의 단면도이다.
도 4는, 도 3의 램프의 효과를 표현한 조도 분포이다.
도 5는, 본 발명의 롱 아크형 방전 램프의 다른 실시예의 단면도이다.
도 6은, 도 5의 램프의 효과를 표현한 조도 분포이다.
도 7은, 종래의 롱 아크형 방전 램프의 단면이다.

도 1에는, 본 발명의 롱 아크형 방전 램프(1)의 단면도가 나타내어져 있고, 발광관(2)은, 중앙의 제1 발광관부(21)와, 그 양단에 연속하여 설치된 제2 발광관부(22) 및 제3 발광관부(23)으로 이루어진다. 이들 제1 발광관부(21)와 제2 발광관부(22) 및 제3 발광관부(23)는, 예를 들어, 산수소 버너에 의해 가열하여 단부를 용융하고, 제1 발광관부(21)의 양단에 제2 발광관부(22) 및 제3 발광관부(23)를 융착하는 것으로, 연속하여 설치하여 일체화하는 것이 가능하다.

그리고, 이 발광관(2)은 양단부에 시링크 씰된 봉지부(3)가 형성되고, 이 발광관(2) 내에는 한 쌍의 전극(4, 4)이 대향하여 배치되어 있고, 이 발광관(2) 내에는, 수은, 철, 탈륨 등의 금속이 봉입되어 있는 것은 종래와 같다.

여기서, 양단의 제2 발광관부(22) 및 제3 발광관부(23)의 자외선 투과율은, 중앙의 제1 발광관부(21)의 자외선 투과율보다도 큰 재료로 구성되어 있다. 발광관의 예를 나타내면 이하와 같다.

램프 전장: 1730mm

전극간 거리: 1500mm

발광관부의 재료와 자외선 투과율(800℃에 있어서 254nm의 투과율):

제1 발광관부: GE214(GE제), 두께 1.5mm, 투과율 85%

제2, 3 발광관부: SUPRASIL-F310 유리(신에츠 석영제), 두께 1.5mm, 투과율 92%

관경: 외경 23.8mm

제1 발광관부의 길이: L1(mm)

제2 발광관부의 길이: L2(mm)

제3 발광관부의 길이: L3(mm)

표 1. 각 발광관부의 길이

발광관	L1(mm)	L2(mm)	L3(mm)
A	400	700	400
B	300	900	300
C	200	1100	200

상기 발광관(2) 내의 봉입물로서 수은(Hg) 300mg, 봉입 가스로서 아르곤(Ar) 5000Pa을 봉입하고, 램프 점등 전력 24kW로 점등시켜, 조도를 측정하였다. 또한, 조도는 램프 중심으로부터 80mm의 거리에서 측정하였다.

또한, 제1 발광관부의 GE214는 용융 석영 유리이고, 제2 및 제3 발광관부의 SUPRASIL-F310 유리는 합성 석영 유리이다.

상기 제1 발광관부의 투과율을 T1, 상기 제2 발광관부 및 제3 발광관부의 투과율을 T2라고 할 때, T2/T1=92÷85=1.08이 된다.

여기서, 비교예로써, 발광관의 재료가 전장에 걸쳐, GE214 유리로 구성된 것을 준비하였다.

그 결과가 도 2에 나타내어져 있다.

비교예(점선)에 있어서는, 중앙부를 피크로 하여 양단에 있어서 조도 저하가 생기고 있으나, 본 발명(실선, 1점 쇄선 및 2점 쇄선)에 있어서는, 발광관의 양측의 단부 영역에 있어서 중앙부보다 상승되어 있는 것을 알 수 있다.

여기서, 양자의 유효 조사 영역(유효 발광 길이)을, 중앙부의 조도를 1로 하고, 그 90%까지 조도 저하된 위치까지의 전장으로 하면, 비교예에 있어서는 652mm×2=1304mm이고, 본 발명에 있어서는 675mm×2=1350mm이 된다. 즉, 유효 발광 길이가 46mm만큼 길어진 것을 알 수 있다.

또한, 발광관 A, 발광관 B, 및 발광관 C는, 각 발광관부의 길이를 바꾼 발광관이다. 이것으로부터, 발광관부의 길이를 조정하는 것에 의해, 조도 분포를 임의의 것으로 바꾸는 것이 가능한 것을 알 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 양측의 제2 발광관부(22)와 제3 발광관부(23)는, 같은 길이로, 같은 자외선 투과율의 것이었으나, 약간의 변경은 가능하고, 길이 및 자외선 투과율을 바꾸는 것도 가능하다.

다만, 양자의 자외선 투과율은 함께 중앙의 제1 발광관부(21)의 자외선 투과율보다도, 큰 것으로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 조도 분포를 임의의 것으로 바꾸는 것이 가능하다.

도 3에는, 본 발명의 롱 아크형 방전 램프의 다른 실시예가 나타내어져 있다. 여기서, 양단의 제2 발광관부(22) 및 제3 발광관부(23)를 구성하는 재료는 같으나, 두께는 중앙의 제1 발광관부(21)의 두께보다도 얇은 재료로 구성되어 있다.

발광관의 예를 나타내면 이하와 같다.

램프 전장: 1730mm

전극간 거리: 1500mm

발광관부의 재료: 제1, 2, 3 발광관부: GE214

관경: 외경 23.8mm

제1 발광관부의 두께: 1.5(mm), 자외선 투과율 85%(800℃)

제2 발광관부의 두께: 3.0(mm), 자외선 투과율 77%(800℃)

제3 발광관부의 두께: 1.5(mm), 자외선 투과율 85%(800℃)

제1 발광관부의 길이: L1=400(mm)

제2 발광관부의 길이: L2=700(mm)

제3 발광관부의 길이: L3=400(mm)

또한, 전극의 배치, 봉입물은, 종래와 같다. 이 때, 상기 제1 발광관부의 투과율을 T1, 상기 제2 발광관부 및 제3 발광관부의 투과율을 T2라고 할 때, T2/T1=85÷75=1.10이 된다.

결과는 도 4에 나타내어져 있다.

비교예(점선)에 있어서는, 중앙부를 피크로 하여 양단에 있어서 조도 저하가 생기고 있으나, 본 실시예(실선 D)에 있어서는, 발광관의 양측의 단부 영역에 있어서 중앙부보다 상승되어 있는 것을 알 수 있다.

즉, 발광관부에 같은 재료를 사용하는 경우에 있어서, 양단의 발광관부의 두께를 바꾸는 것에 의해서도, 자외선 투과율을 바꾸는 것이 가능하고, 발광관의 중앙부에서의 조도보다도 양단측에서의 조도를 상승시키는 것이 가능하다.

이상과 같이, 자외선을 투과하는 발광관을, 자외선 투과율이 다른 복수의 발광관부를 연속하여 설치하여, 중앙의 제1 발광관부와, 그 양단의 제2 발광관부 및 제3 발광관부로 구성하고, 상기 제2 발광관부 및 제3 발광관부의 자외선 투과율이, 상기 제1 발광관부의 자외선 투과율보다도 큰 것으로 하므로, 발광관의 중앙부에서의 조도보다도 양단측에서의 조도가 상승하여, 그 결과, 램프의 유효 발광 길이가 길어지는 효과를 가진다.

즉, 발광관의 중앙으로부터 단부측으로 갈수록 자외선 투과율을 크게 하므로, 발광관의 중앙부에서의 조도보다도 양단측의 조도가 상승하여, 그 결과, 램프의 유효 발광 길이가 길어지는 효과를 가진다.

이상은, 제1 발광관부를 용융 석영 유리(GE214), 제2 발광관부 및 제3 발광관부를 합성 석영 유리(F310)로 발광관을 구성한 예이다.

이에 한정하지 않고, 제1 발광관부, 및 그 양단의 제2 발광관부 및 제3 발광관부는 용융 석영 유리에 의해 구성되어도 좋다. 이 경우, 제1 발광관부의 수산기 농도(OH기 농도)가, 30ppm이하이고, 제2 발광관부 및 제3 발광관부의 OH기 농도가, 100ppm이상 300ppm이하로 하는 것에 의해, 제2 발광관부 및 제3 발광관부의 자외선 투과율이, 제1 발광관부의 자외선 투과율보다도 큰 것으로 하는 것이 가능하다. 구체적으로, 발광관부를 구성하는 재료로써, 제1 발광관부를 HERALUX-E, 제2 발광관부 및 제3 발광관부에는, HERALUX(TM)를 사용 가능하다.

또한, 발광관부에 있어서 티타늄 또는 세륨의 농도를 조절하는 것에 의해, 자외선 투과율을 변경하여도 좋다.

이상은, 중앙의 제1 발광관부(21)의 양단에는, 제2 발광관부(22)와 제3 발광관부(23)가 하나씩 연속하여 설치되어 있는 것으로 한 경우이다. 이러한 경우에 한정하지 않고, 이들을 다시 분할 구성으로 하는 것도 가능하다.

도 5에는, 본 발명의 롱 아크형 방전 램프의 다른 실시예가 나타내어져 있다.

롱 아크형 방전 램프(10)의 발광관(2)은, 중앙의 제1 발광관부(21)와, 그 양단에 연속하여 설치된 제2 발광관부(22) 및 제3 발광관부(23)와, 제2 발광관부(22)의 타단에 연접된 제4 발광관부(24)와, 제3 발광관부(23)의 타단에 연접된 제5 발광관부(25)로 이루어진다. "타단"은, 제1 발광관부(21)와 연접되어 있는 측의 반대측의 단이다. 이들 발광관부는, 예를 들어, 산수소 버너에 의해 가열하여 단부를 용융하고, 융착하는 것에 의해 연속하여 설치하여 일체화하는 것이 가능하다.

여기서, 제1 발광관부(21), 제4 발광관부(24) 및 제5 발광관부(25)의 자외선 투과율은, 제2 발광관부(22) 및 제2 발광관부(23)의 자외선 투과율보다도 큰 재료로 구성되어 있다.

발광관의 예를 나타내면 이하와 같다.

램프 전장: 2830mm

전극간 거리: 2600mm

제1, 4, 5 발광관부: SUPRASIL-F310 유리, 두께 1.5mm, 투과율 92%

제2, 3 발광관부: GE214, 두께 1.5mm, 투과율 85%

관경: 외경 23.8mm

제1 발광관부의 길이: L4=400(mm)

제2 발광관부의 길이: L5=700(mm)

제3 발광관부의 길이: L6=400(mm)

제4 발광관부의 길이: L7=700(mm)

제5 발광관부의 길이: L8=400(mm)

또한, 전극의 배치, 봉입물 등은, 종래와 같다.

그 결과가, 도 6에 나타내어져 있다.

본 실시예(실선 E)에 있어서는, 발광관의 양측의 단부 영역에 있어서, 중앙부와 동등하게 상승되어 있는 것을 알 수 있다.

즉, 자외선 투과율이 다른 복수의 발광관부를 연접하는 것에 의해, 조도 분포를 임의의 것으로 바꾸는 것이 가능하다.

이상의 실시예에 있어서, 254nm에 있어서 자외선 투과율의 예를 나타내었으나, 이 파장 이외에도, 예를 들어 313nm나 365nm에 있어서의 자외선 투과율의 값을 채용해도 좋다.

또한, 실리카 코팅 등을 실시하여 자외선 투과율을 조정하고, 자외선 투과율이 다른 발광관부를 연접하여, 발광관을 구성하여도 좋다. 이 경우, 예를 들어, 발광관의 중앙에 배치하는 발광관부에 코팅을 실시하고, 양측의 단부 영역에는 코팅을 실시하지 않은 발광관부를 연접하는 것에 의해 발광관을 구성하는 것이 가능하다.

이상과 같이, 자외선을 투과하는 발광관을, 자외선 투과율이 다른 복수의 발광관부를 연속하여 설치하여 구성하고, 상기 발광관부의 자외선 투과율이 다른 것으로 하는 것으로, 조도 분포를 임의의 것으로 바꾸는 것이 가능하다.

1, 10: 롱 아크형 방전 램프 2: 발광관
21: 제1 발광관부 22: 제2 발광관부
23: 제3 발광관부 24: 제4 발광관부
25: 제5 발광관부 3: 봉지부
4: 전극

Claims

자외선을 투과하는 발광관과, 상기 발광관 내의 양단에 한 쌍의 전극을 가지는 롱 아크형 방전 램프에 있어서,
상기 발광관은, 자외선 투과율이 다른 복수의 발광관부를 연속하여 설치한 것임을 특징으로 하는 롱 아크형 방전 램프.
청구항 1에 있어서,
상기 발광관의 중앙측으로부터 단부측을 향하여, 자외선 투과율이 큰 발광관부를 연접한 것임을 특징으로 하는 롱 아크형 방전 램프.
청구항 2에 있어서,
상기 발광관은, 중앙의 제1 발광관부, 상기 제1 발광관부의 양단의 제2 발광관부와 제3 발광관부로 이루어지고,
상기 제2 발광관부 및 제3 발광관부의 자외선 투과율이, 상기 제1 발광관부의 자외선 투과율보다도 큰 것을 특징으로 하는 롱 아크형 방전 램프.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 발광관부의 투과율을 T1, 상기 제2 발광관부 및 제3 발광관부의 투과율을 T2라고 할 때, T2/T1≥1.08인 것을 특징으로 하는 롱 아크형 방전 램프.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 발광관부는 용융 석영 유리, 상기 제2 발광관부 및 제3 발광관부는 합성 석영 유리로 구성되는 것을 특징으로 하는 롱 아크형 방전 램프.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 발광관부와 상기 제2 발광관부 및 제3 발광관부는 용융 석영 유리로 구성되고,
상기 제1 발광관부의 OH기 농도가 30ppm이하이고,
상기 제2 발광관부 및 제3 발광관부의 OH기 농도가 100ppm이상 300ppm이하인 것을 특징으로 하는 롱 아크형 방전 램프.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 발광관은, 중앙의 제1 발광관부와, 상기 제1 발광관부의 양단에 연접되고, 상기 제1 발광관부와 같은 재료로 이루어지는 제2 발광관부 및 제3 발광관부로 이루어지고,
상기 제2 발광관부 및 제3 발광관부의 두께가, 상기 제1 발광관부의 두께보다도 얇은 것을 특징으로 하는 롱 아크형 방전 램프.