KR20200080119A

KR20200080119A - 방전램프 및 조명장치

Info

Publication number: KR20200080119A
Application number: KR1020190107309A
Authority: KR
Inventors: 타케히로 하야시; 유스케 호소키
Original assignee: 가부시키가이샤 오크세이사쿠쇼
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2020-07-06
Also published as: CN111370292A; TWI809180B; JP2020107419A; TW202025199A; JP7210269B2

Abstract

봉지관의 온도를 저하시키고, 봉지관에 걸리는 응력을 감소시켜 크랙을 방지할 수 있는 방전램프를 제공한다. 방전관과, 방전관의 양측에 연결하여 설치된 한 쌍의 봉지관과, 적어도 한쪽의 봉지관을 덮는 통 형상의 방풍부재를 구비하고, 방풍부재의 적어도 일부에 봉지관으로부터의 복사열을 상기 봉지관으로 반사하는 것을 억제하는 열반사 억제수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방전램프이다.

Description

방전램프 및 조명장치{DISCHARGE LAMP AND LIGHTING EQUIPMENT}

본 발명은 노광장치 등에 이용되는 방전램프 및 조명장치에 관한 것으로, 특히 쇼트아크형 방전램프에 관한 것이다.

노광장치 또는 조명장치 등에 사용되는 쇼트아크형 방전램프에서는 방전 중, 전극 지지봉 등이 고온이 되어 봉지관(封止管)이 과열 상태가 되는 경우가 있다. 이 결과, 봉지관 내의 금속부분과 유리부분의 접합부분에 크랙이 발생할 우려가 있다. 과열상태를 방지하기 위하여 방전램프에 대해서 냉각풍이 송풍된다.

한편, 방전관을 과도하게 냉각하면, 점등개시 후 얼마 지나지 않은 시간대에서는 수은이 충분히 증발하지 않고, 발광 강도가 약해진다. 또한, 봉지관에 직접적으로 냉각풍을 맞힘으로써 고온부분, 저온부분이 발생하여 봉지관에 열로 인한 휘어짐이 생겨 버린다. 여기서, 봉지관의 온도를 점등 개시시부터 매우 적합한 상황으로 유지하기 위해서, 대략 통 형상의 방풍판(방풍통으로 적절히 칭함)이 봉지관을 덮도록 배치된다(예를 들면, 특허문헌 1참조).

봉지관과 방풍통의 거리간격을 포함하여, 방풍통의 배치장소는, 방전관, 봉지관의 표면에 따라 냉각풍의 흐름을 제어하고, 봉지관의 온도를 적절히 유지하기 위해서도 치밀하게 설정해야 한다. 예를 들면, 특허문헌 2에 있어서 봉지관과 방전관의 연결부분의 램프 형상으로 맞추어 방풍통을 소정 위치에 배치하고, 냉각풍의 일부만을 봉지관과 방풍통의 틈새에 흘려, 점등 개시시부터 안정점등 상태까지의 기간, 효과적으로 램프를 냉각하도록 하고 있다.

일본 공개특허 특개 2001－135134호 공보 일본 공개특허 특개 2011－70833호 공보

그러나, 방풍통의 배치장소를 설정하는 것만으로 봉지관을 적절한 온도로 유지하지 못하고, 봉지관이 과열상태가 될 우려가 있었다. 여기서, 점등 개시부터 안정점등 상태까지 동안 방전관의 과냉각을 방지함과 동시에, 안정점등 후의 연속점등 기간 중에 있어서 봉지관의 과열을 방지하는 것이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 점등 개시부터 안정점등 상태까지의 사이에 방전관의 과냉각을 방지함과 동시에, 안정점등 후의 연속점등 기간 중에 있어서 봉지관의 과열을 방지할 수 있도록 한 방전램프 및 조명장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 방전관과, 상기 방전관의 양측에 연결하여 설치된 한 쌍의 봉지관과, 적어도 한쪽의 상기 봉지관을 덮는 통 형상의 방풍부재를 구비하고, 상기 방풍부재의 적어도 일부에 상기 봉지관으로부터의 복사열을 상기 봉지관으로 반사하는 것을 억제하는 열반사 억제수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방전램프이다.

또한, 본 발명은 방전관과, 상기 방전관의 양측에 연결하여 설치된 한 쌍의 봉지관을 구비한 방전램프와, 적어도 한쪽의 봉지관을 덮는 통 형상의 방풍부재를 구비하고, 방풍부재의 적어도 일부에 봉지관으로부터의 복사열을 봉지관으로 반사하는 것을 억제하는 열반사 억제수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치다.

적어도 하나의 실시형태에 따르면, 방풍통에 열반사 억제수단(알루마이트 처리)을 형성함으로써, 방풍통의 복사율이 상승하고, 봉지관으로부터의 열을 흡수하므로(열반사를 억제하기 때문에), 봉지관의 온도를 내릴 수 있다. 봉지관의 온도를 내리면, 봉지관 내의 금속부품의 온도가 저하하고, 금속부품이 팽창하여 봉지관을 누르는 힘이 감소하기 때문에, 봉지관에 걸리는 응력이 감소하고, 크랙을 방지할 수 있다. 이 때, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 명세서 중에 기재된 어떠한 효과 또는 이들과 상이한 효과일 수도 있다.

도 1은, 본 발명을 적용할 수 있는 쇼트아크형 방전램프를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시형태의 음극측의 구성을 나타내는 단면도이다.

도면을 참조하여 본 발명의 일 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1은, 일 실시형태인 쇼트아크형 방전램프를 모식적으로 나타낸 도이다. 쇼트아크형 방전램프(10)는 패턴 형성하는 노광장치의 광원 등에 사용가능한 방전램프이며, 투명한 석영 유리제의 방전관(발광관)(11)을 구비한다. 방전관(11)에는 음극(20), 양극(30)이 소정간격을 가지고 대향 배치된다.

관구 형상의 방전관(11)의 양측에는 서로 대향하도록 석영 유리제 봉지관(12a, 12b)이 방전관(11)과 일체적으로 형성되어 있고, 봉지관(12a, 12b)의 양단은 꼭지쇠(13a, 13b)가 접속되어 있다. 꼭지쇠(13a, 13b)는, 예를 들면 분말 접착제에 의해 봉지관(12a, 12b)에 고정되어 있다. 방전램프(10)는 양극(30)이 상측, 음극(20)이 하측이 되도록 연직방향을 따라 배치되어 있다.

봉지관(12a, 12b)의 내부에는 금속제의 음극(20), 양극(30)을 지지하는 도전성의 전극 지지봉(14a, 14b)이 배치되어 설치되고, 환 형상의 부재(금속링), 몰리브덴 등의 금속박을 통해 도전성의 리드봉에 각각 접속된다. 봉지관(12a, 12b)은 봉지관(12a, 12b) 내에 구비되는 유리관, 유리부재 등과 용착하고 있고, 이에 따라, 수은 및 희소 가스가 봉입된 방전공간이 봉지된다. 리드봉은 외부의 전원부에 접속되고, 금속링, 금속박 및 전극 지지봉(14a, 14b)을 통해 음극(20), 양극(30) 사이에 전압이 인가된다. 방전램프(10)에 전력이 공급되면, 전극간 아크 방전이 발생하여 수은에 의한 휘선(자외선)이 방사된다.

여기서, 방전램프(10)의 주위에는 회전 타원체인 반사 밀러(집광 밀러)(미도시)가 배치되어 조명장치가 구성된다. 램프 점등 시, 방전램프(10)에서 방사된 광은 반사 밀러에서 반사한다. 반사광은 2차 초점으로 집광하고, 도시하지 않는 조명 광학계 등을 통해 조사 대상물에 가이드된다. 예를 들면, 조명장치가 노광장치 내에 구비되어 있는 경우, 기판의 감광면에 광이 조사된다. 또한, 방전램프(10)의 봉지관(12a) 측과 봉지관(12b) 측에 각각 냉각 노즐이 배치되고, 냉각 노즐로부터의 냉풍에 의해 램프점등 중 봉지관(12a)과 꼭지쇠(13a), 봉지관(12b)과 꼭지쇠(13b)가 각각 냉각된다.

통 형상의 얇은 판의 방풍부재로서의 방풍통(40 및 50)은 봉지관(12a, 12b)을 감싸고, 꼭지쇠(13a, 13b)의 단부까지 연장되는 금속 통 형상 부재(여기서는 알루미늄)이고, 꼭지쇠(13a, 13b)에 각각 나사고정 되어 있다. 예를 들면, 한 쌍의 반원통끼리 조합함으로써 방풍통(40 및 50)이 구성되어 있다. 방풍통(40, 50)에 의해 냉각 노즐로부터의 냉풍이 직접 봉지관(12a, 12b)에 가지 않고, 점등개시부터 안정점등 시까지의 과냉각을 방지함과 동시에, 안정점등 시의 봉지관(12a, 12b) 온도를 적절범위가 되도록 하고 있다. 후술하는 바와 같이, 방풍통(40, 50)의 적어도 일부에 봉지관(12a, 12b)에서의 복사열을 그 봉지관으로 반사하는 것을 억제하는 열반사 억제수단이 형성되어 있다.

방전관(11)과 봉지관(12a, 12b)의 이음매 부분의 외부표면에는 보온막(60 및 70)이 형성되어 있다. 보온막(60 및 70)은 점등 중의 최냉점 온도를 높게 유지하기 위해서 구비된다.

도 2는, 음극(20) 측의 봉지관(12a) 및 꼭지쇠(13a)를 포함한 구성을 보다 상세하게 도시한 단면도이다. 방전관(11) 및 봉지관(12a)은 일체로 형성되어 있고, 봉지관(12a)으로부터 방전관(11)을 향하여 지름이 확장되도록 봉지관(12a)과의 이음부분의 주변에서부터 형상이 변화한다.

전극 지지봉(14a)은 중공 형상 두께의 유리관(31), 환 형상 부재인 내벽 금속링(35)에 삽통되고, 또한, 통 형상의 유리부재(32)까지 연장되어 유리부재(32)에 삽통된다. 전극 지지봉(14a)은 램프축 상을 따라 유리관(31), 금속링(35), 유리부재(32)에 의해 유지된다. 유리관(31), 유리부재(32)는 봉지관(12a)의 내면과 용착된다.

또한, 내벽 금속링(35)은 유리관(31)과 유리부재(32) 사이에 구비되고, 유리부재(32)와 외측 유리관(37) 사이에는 환 형상 부재인 외측 금속링(36)이 구비되어 있다. 여기서, 유리관(31)과 내벽 금속링(35) 사이 또는 유리부재(32)와 외측 금속링(36) 사이 등, 각 부재 사이에는 디스크 형상의 원판박(円板箔)(미도시)을 구비할 수도 있다. 리드봉(33)은 외측 금속링(36)에 삽통되어 유리부재(32)의 봉지 단부측에 삽입된다. 유리부재(32)의 주위면에는 몰리브덴 등으로 이루어지는 복수의 띠 형상의 금속박(34)이 원주방향을 따라 서로 이간 설치되고, 그 양단이 금속링(35 및 36)과 접속된다.

내벽 금속링(35)의 외주면 상에 통 형상으로 감긴 스탬핑 롤(卷薄, stamping roll)(미도시)을 구비하고, 내벽 금속링(35)과 함께 금속박(34)의 전극측 단부를 덮도록 할 수도 있다. 또한, 이 스탬핑 롤의 표면을 엠보싱 가공할 수도 있다.

백금 또는 금속 등을 포함한 막(금속막)으로 구성된 보온막(60)은 방전관(11)의 축 방향 단부에서 봉지관(12a)을 거쳐 그 외부표면을 덮도록 형성(도포)되어 있다. 또한, 봉지관(12a)의 외부표면에서의 봉지관(12a) 내에 위치하는 유리관(31)과 대향하는 영역의 적어도 일부에는, 보온막을 형성하지 않는 영역(S)이 형성된다. 영역(S)의 하측(여기에서 꼭지쇠(13a) 측)으로 분리하여 보온막(60a)이 형성된다. 봉지관(12a)의 표면에 있어서, 금속링(35)과 대향하는 영역 전체에 보온막(60a)이 형성된다. 이 때, 보온막(60 및 60a)은 얇은 막으로 형성되어 있지만, 설명을 위해 두께를 과장하여 도시하고 있다.

방풍통(40)이 꼭지쇠(13a)에서 유리관(31)의 방전관(11) 측단부 보다 하측(역방향측)까지 동축적으로 연장되고, 봉지관(12a)의 외부표면과 소정의 간격을 가지고 동심원 형상으로 배치된다. 방풍통(40)의 내면에 대향 간극이 형성되고, 봉지 단부측과 반대측의 단부에 개구(41)가 형성된다. 방풍통(40)의 방전관(11) 측단부의 위치가 상술한 보온막(60)이 형성되어 있지 않은 영역(S)과 대향하는 범위에 포함되도록 한다. 예를 들면, 유리관(31)의 축방향 중간위치 부근에 개구(41)가 위치된다. 즉, 방풍통(40)의 길이가 유리관(31)의 방전관 측단부까지 연장되어 있던 기존의 구성과 비교하여, 보다 짧은 것으로 되어있다.

예를 들면, 알루미늄 등의 금속으로 이루어지는 방풍통의 경우, 방풍통의 내면에 의해 봉지관으로부터의 열(복사열)이 반사되고, 봉지관이 과열상태가 될 우려가 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시형태에서는 방풍통(40)을 알루마이트 처리하여 봉지관(12a)에 대해 반사되는 열을 감소시키도록 한다. 알루마이트 처리에 의해 표면에 산화물 피막이 형성되고, 입사한 열을 흡수시켜 봉지관(12a)으로 돌아오는 열을 감소시킬 수 있다. 여기서, 열반사 억제수단으로서 알루마이트 처리 이외에도 반사하는 열을 억압시키는 처리를 채용할 수 있다. 예를 들면, 블러스트 처리 등의 기계적 처리에 의한 표면 가공, 복사 도료나 방열용 코팅이라고 하는 도료계, 그리고, 세라믹 등의 시트나 판재를 붙이는 구성을 채용할 수 있다. 알루미늄 이외로 방풍통을 구성할 수도 있으므로, 방풍통의 재질에 따라 적절히 선택할 수도 있다. 또한, 봉지관(12a)에서의 복사열을 흡수하는 수단은 적어도 방풍통(40)의 봉지관(12a)과 대향하는 면(내면)에 구비하면 좋고, 또는, 내면의 적어도 일부에 구비하는 구성으로 해도 좋다.

이러한 방풍통(40)에 의해 봉지관의 과열을 방지하고, 나아가서는 봉지관 온도를 내릴 수 있다. 봉지관(12a)의 온도를 내리면, 봉지관(12a) 내의 금속 부품(내벽 금속링(35))의 온도가 저하하여, 금속링(35)이 금속박(34) 또는 금속링(35)의 외주면 상에 감겨진 스탬핑 롤을 누르는 힘(팽창량)이 감소하기 때문에, 봉지관(12a)에 걸리는 응력이 감소하여 봉지관(12a)의 크랙을 방지할 수 있다.

본 실시 형태에서는 유리관(31)과 대향하는 영역의 봉지관(12a)의 외부표면 일부에 보온막이 형성되지 않는 영역(S)을 구비한다. 이에 따라, 유리관(31)에 삽통하는 전극 지지봉(14a)의 열이 보온막에 의해 차단되지 않고 방출할 수 있어, 그 결과, 전극 지지봉(14a)과 연결되는 내벽 금속링(35)의 온도를 내릴 수 있다. 금속링(35)의 온도 저하에 의해 금속링(35)이 팽창하여 금속박(34) 또는 금속링(35)의 외주면 상에 감겨진 스탬핑 롤을 누르는 힘(팽창량)이 감소하여 봉지관(12a)에 걸리는 응력도 감소하고, 봉지관(12a)의 크랙을 방지할 수 있다. 한편, 봉지관(12a)의 표면에서의 내벽 금속링(35)과 대향하는 영역 전체에는 보온막(60a)을 형성하고 있다. 이에 따라, 봉지관 온도를 적절한 온도범위가 되도록 하고 있다.

또한, 방풍통(40)의 길이를 짧게 하므로써, 봉지관(12a)으로부터의 열을 받는 면적과, 그 열을 봉지관(12a)으로 반사하는 면적이 감소하기 때문에, 봉지관 온도를 내릴 수 있다. 특히, 방풍통(40)의 단부가 보온막(60)이 형성되어 있지 않은 영역(S)과 대향하는 범위에 위치함으로써, 봉지관(12a)으로부터 방출된 열(복사열)이 보온막 및 방풍통(40)에 의해 차단되지 않고 방출할 수 있으므로, 전극 지지봉(14a) 및 내벽 금속링(35)의 온도저하가 촉진된다. 여기서, 방풍통(40)의 표면에 부분적으로 1또는 복수의 환기구를 구비해도 좋다. 더욱, 방풍통(40)의 지름은 길이방향으로 일정하지 않아도 좋고, 도중에 지름이 변경되어도 좋고(예를 들면, "오목" 형상), 테이퍼 형상으로 서서히 지름이 변화하는 형상이어도 좋다. 또한, 방풍통(40)은 한 쌍의 반원통끼리 조합하여 구성되어 있으나, 조합부분에 틈새가 형성될 수도 있다.

고온상태에서는 알칼리이온이 금속박(34)과 석영 유리의 접착성을 저하시키고, 금속박(34)의 박리를 일으키지만, 본 실시 형태에 따르면, 봉지관의 온도 저하에 의해 박의 박리를 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서는 방풍통의 내면에서부터 봉지관을 향해 반사되는 열을 감소시키는 처리를 수행하는 것, 보온막이 형성되지 않는 영역(S)을 형성하는 것, 방풍통의 길이방향의 길이를 짧게 함으로써, 이러한 효과가 상승되고, 한층 더 전극 지지봉 및 금속링의 온도를 저하시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 봉지관과 방전관의 이음매 부분의 램프 형상과 관계없이 효과를 발휘할 수 있다.

여기서, 상술한 음극(20) 측의 구성과 마찬가지로, 양극(30) 측의 봉지관(12b), 꼭지쇠(13b), 방풍통(50), 보온막(70) 등도 구성된다. 단, 음극(20) 측 및 양극(30) 측의 적어도 한쪽에 상술한 봉지관 온도를 내리는 구성을 마련하도록 할 수도 있다. 더욱, 방풍통의 내면에서 봉지관에 반사되는 열을 감소시키는 처리를 수행하는 것, 보온막의 형성되지 않는 영역(S)을 형성하는 것, 방풍통의 길이방향의 길이를 짧게 하는 것 중 일부를 다른 한쪽의 전극측의 구성으로 할 수도 있다.

실험결과를 아래와 같이 표 1로 나타낸다. 본 발명의 일 실시형태의 구성의 방전램프를 10.5kW로 점등시키고, 금속박(34)에 대향하는 영역의 봉지관(12a)의 외부표면(봉지관(12a)의 중턱 근처에 해당. 표 1에서는 “봉지관”으로 나타냄)과, 내벽 금속링(35)과 대향하는 영역의 봉지관외 표면(표 1에서는 “금속링”으로 나타냄)의 온도를 측정하였다. 온도측정에는 열전대를 사용하였다. 비교 예(종래 예)로서, 길이가 유리관의 방전관 측단부 위치까지 있고, 열반사 억제수단이 형성되어 있지 않은 방풍통이 장착되고, 유리관과 대향하는 영역의 봉지관 외부표면에 보온막을 형성한 쇼트아크형 방전램프를 사용하였다. 비교 예도 10.5kW로 점등하고 열전대로 온도를 측정하였다.

	비교예[℃]	본발명[℃]
봉지관	575.89	425.65
금속링	640.68	486.74

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 방전램프는 2개소의 측정위치(봉지관, 금속링)의 양쪽이 온도가 내려가 있는 것이 확인되었다. 이로 인해, 봉지관의 크랙, 박의 박리를 방지할 수 있다.

이상, 본기술의 일 실시형태에 대해서 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 상술한 일 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 근거하는 각종 변형이 가능하다. 예를 들면, 상술한 실시형태에서는 방풍부재에 열반사 억제수단을 형성하고 있지만, 반드시 방풍부재에 형성할 필요는 없다. 방풍부재와는 다른 통 형상 부재에 열반사 억제수단을 형성할 수도 있고, 또는, 열을 흡수하는 재료로 통 형상 부재를 구성할 수도 있다. 또한, 상술한 실시형태에서 예를 든 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등은 어디까지 예에 불과하고, 필요에 따라 이와 상이한 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등을 이용할 수도 있다.

10: 방전램프
11: 방전관
12a, 12b: 봉지관
13a, 13b: 꼭지쇠
20: 음극
30: 양극
31: 유리관
32: 유리부재
34: 금속박
35, 36: 금속링(환 형상 부재)
40, 50: 방풍통(방풍부재)
60, 70: 보온막(막)

Claims

방전관과, 상기 방전관의 양측에 연결하여 설치된 한 쌍의 봉지관과,
적어도 한쪽의 상기 봉지관을 덮는 통 형상의 방풍부재를 구비하고,
상기 방풍부재의 적어도 일부에 상기 봉지관으로부터의 복사열을 상기 봉지관으로 반사하는 것을 억제하는 열반사 억제수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방전램프.
제1항에 있어서,
상기 열반사 억제수단이, 적어도 상기 방풍부재의 상기 봉지관과 대향하는 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방전램프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열반사 억제수단이, 알루마이트 피막에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방전램프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 봉지관 내에 도전성의 전극 지지봉과,
상기 전극 지지봉을 유지하고, 상기 봉지관과 용착된 유리관을 구비하고,
상기 봉지관의 표면에 막이 형성되어 있고,
상기 막은 상기 유리관과 대향하는 영역의 적어도 일부에는 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 방전램프.
제4항에 있어서,
상기 봉지관에 상기 전극 지지봉이 접속되고, 축 방향을 따라 배설된 금속박과 상기 전극 지지봉을 전기적으로 접속시키는 도전성의 환 형상 부재를 더 구비하고,
상기 봉지관의 표면에 있어서, 상기 환 형상 부재와 대향하는 영역에는 상기 막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방전램프.
제4항에 있어서,
상기 방풍부재의 단부가 상기 유리관의 방전관 측단부보다 역방향측에 위치하는 것을 특징으로 하는 방전램프.
제6항에 있어서,
상기 방풍부재의 단부가 상기 유리관과 대향하는 영역이고, 상기 막이 형성되어 있지 않은 범위에 위치하는 것을 특징으로 하는 방전램프.
방전관과,
상기 방전관의 양측에 연결하여 설치된 한 쌍의 봉지관과,
적어도 한쪽의 상기 봉지관을 덮고,
상기 봉지관으로부터의 복사열을 흡수하는 통 형상 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 방전램프.
방전관과,
상기 방전관의 양측에 연결하여 설치된 한 쌍의 봉지관과,
적어도 한쪽의 상기 봉지관을 덮는 통 형상 부재를 구비하고,
상기 통 형상 부재에는 알루마이트 처리가 시행되는 것을 특징으로 하는 방전램프.
방전관과, 상기 방전관의 양측에 연결하여 설치된 한 쌍의 봉지관을 구비한 방전램프와,
적어도 한쪽의 봉지관을 덮는 통 형상의 방풍부재를 구비하고,
상기 방풍부재의 적어도 일부에 상기 봉지관으로부터의 복사열을 상기 봉지관으로 반사하는 것을 억제하는 열반사 억제수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.