CN102110576B - 氙气水银放电灯及光照射装置 - Google Patents

Abstract

提供一种氙气水银放电灯及光照射装置，该氙气水银放电灯在全速/备用点灯中使用利用了氙气水银放电灯的光照射装置时，和现有的灯相比，减缓了放电容器的黑化导致的照度退化，使用寿命变长，其中，氙气水银放电灯在放电容器内使阴极和阳极构成的一对电极相对配置，在该放电容器内封入有预定量的氙气和水银，其特征在于，该放电容器由突出形状的发光部及与该发光部连接设置的在彼此相反的方向延伸的二个封固部构成，设上述发光部的发光部空间的全长为A、从该发光部空间下端到阴极前端为止的距离为B时，B/A＜0.4，上述发光部从该发光部的阴极侧的封固部开始向着最大径部逐渐扩径，以使其最大径部位于阳极侧的封固部附近。

Description

氙气水银放电灯及光照射装置

技术领域

本发明涉及一种在放电容器中封入了氙气及水银的氙气水银放电灯及将其作为光源使用的光照射装置。

背景技术

现有技术中，在以光拾取透镜为示例的光学配件的精密结合、及电子配件到基板的结合中，进行利用了光硬化型树脂、尤其是紫外线硬化型树脂的硬化处理。在该硬化处理中，考虑到光照射的对象物存在于狭小场所等情况，使用具有安装了光纤的光学单元的光照射装置。

在光照射装置的光射出部安装光纤，以光纤引导光源的光，照射到微小区域。这种光照射装置例如在专利文献1(特开平03-200102号公报)中公开，图4表示概要构成图。该光照射装置10通过凹面反射镜12聚光反射来自灯11的光，通过平面反射镜13折返，并导入到光纤18。并且，将透镜20、22、反射镜21等组合，光照射到照射面S。光纤可变换为和各种用途对应的形状：较长地延伸的形态的光纤；使光纤的直径例如在φ1mm～φ5mm变化的光纤；将多条光纤束在一起并分支使用的光纤。

并且，其光源主要使用氙气水银放电灯，专利文献2(特开2000-149868号公报)中公开了其构成示例，图3表示作为其一例的灯的概要图。在放电容器的发光部1’内相对配置阴极2’和阳极3’，容器内内封入有预定的氙气和水银。在进行光拾取透镜的结合、电子配件到基板的结合的生产线上使用的光照射装置为了使光强度保持一定，持续进行额定点灯的同时，例如开关光照射装置上配置的开关(未图示)，在需要时进行照射。

近来，从节能及环保的角度出发，在业界内要求耗能尽量少的光照射装置。即，要求仅在光照射时进行额定点灯、在非照射时和额定点灯时相比抑制输入地点灯的、所谓全速/备用(full-standby)点灯。该全速/备用点灯在半导体曝光等中一直进行，例如专利文献3(特开2000-181075号公报)中公开了该技术。

光照射装置在工厂内部的节省空间的趋势下，大多使用垂直配置氙气水银放电灯的构造。氙气水银放电灯中，氙气(Xe)以静压例如封入数MPa左右，和点灯时把氩气作为缓冲气体例如封入数十kPa的普通的水银放电灯相比，气压非常高，因此是发光部内易产生较强气体流的灯，产生到发光部上部的热对流。因此，具有阴极位于下侧的特征。在使来自灯的光聚光的凹面反射镜的头部开口配置灯时，无论该凹面反射镜的聚光方向是上下哪个方向，阴极位于下侧这一点均不会改变。这是因为，当阴极位于上侧时，与对流相反进行放电，即妨碍了电子流，结果会产生电弧摇摆。

本发明人在图4所示的光照射装置中，设置和图3所示装置相同的、具有中央部为突出形状的发光部的氙气水银放电灯，以125W点灯4分50秒，并切换为额定点灯250W，进行10秒点灯的驱动。这时发现，和长期点灯时相比，在重复全速/备用点灯时，放电容器的内壁的黑化明显加快，无法长期维持预定的紫外线照度。已知该放电容器的内壁的黑化源自电极材料的蒸发。

专利文献1：日本特开平03-200102号公报

专利文献2：日本特开2000-149868号公报

专利文献3：日本特开2000-181075号公报

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种氙气水银放电灯及使用它的光照射装置，在全速/备用点灯中使用利用了氙气水银放电灯的光照射装置时，和现有的灯相比，减缓了放电容器的黑化导致的照度退化，使用寿命变长。

通过本发明人的研究发现，在全速/备用点灯中，电弧的放电状态在功率切换时改变，从而在电极、尤其是阴极中产生短时间内施加因温度差造成的较高热负荷的状态。这种短时间内集中的较高的热负荷在全速/备用点灯中无法避免。因此本发明人对保持要求的现有装置的发光光谱的同时、推迟放电容器的内壁黑化造成的照度退化、延长使用寿命的氙气水银放电灯的放电容器形状及放电容器和电极的位置关系进行了刻苦钻研，从而完成了本发明。

因此，技术方案1所述的发明是一种氙气水银放电灯，在放电容器内使阴极和阳极构成的一对电极相对配置，在该放电容器内封入有预定量的氙气和水银，其特征在于，该放电容器由突出形状的发光部和与该发光部连接设置的在彼此相反的方向延伸的二个封固部构成，设上述发光部的发光部空间的全长为A、设从该发光部空间下端到阴极前端为止的距离为B时，B/A＜0.4，上述发光部从该发光部的阴极侧的封固部开始向着最大径部逐渐扩径，以使其最大径部位于阳极侧的封固部附近。

技术方案2所述的发明是在技术方案1所述的氙气水银放电灯中，其特征在于，上述阴极由第一电极轴和比该第一电极轴直径大的阴极主体部构成，上述阳极由第二电极轴和比该第二电极轴直径大的阳极主体部构成，上述发光部的最大径部和该阳极主体部相比，位于阳极侧的封固部附近，上述阳极主体部基本全部暴露于该发光部空间。

技术方案3所述的发明是在技术方案2所述的氙气水银放电灯中，其特征在于，上述第二电极轴上附设吸气材料，上述阳极主体部及该吸气材料基本全部暴露于上述发光部空间。

技术方案4所述的发明是在技术方案1至技术方案3的任意一项所述的氙气水银放电灯中，其特征在于，上述发光部由其轮廓形状构成上述阳极侧的第一曲率半径R1(mm)部分和构成上述阴极侧的第二曲率半径R2(mm)部分构成，R2/R1≥11。

技术方案5所述的发明是在技术方案4所述的氙气水银放电灯中，其特征在于，上述阳极主体部具有圆筒状的主体部和逐渐扩径的锥体部，上述第一曲率半径R1(mm)部分和上述第二曲率半径R2(mm)部分的边界位于：虚拟延伸阳极主体的锥体部的面而得到的面和上述发光部外壁的相交线上或其附近。

技术方案6所述的发明是一种光照射装置，其特征在于，将技术方案1至权利要求5的任意一项所述的氙气水银放电灯的阴极作为下侧、将阳极作为上侧进行搭载。

发明效果

本发明的氙气水银放电灯以阴极在下侧、阳极在上侧的方式安装到光照射装置上，在全速/备用点灯中使用时，和使用现有的氙气水银放电灯时相比，可大幅延长照度维持率。

并且，在使用了本发明的氙气水银放电灯的光照射装置中，在全速/备用点灯中使用时，在现有的制造工艺下，也可减少更换灯的频率。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的氙气水银放电灯的概要截面图。

图2是表示发光部的轮廓中的二个曲率半径R1、R2和阳极锥体部的位置关系的部分放大图。

图3是现有的氙气水银放电灯的概要截面图。

图4是光照射装置的一例的概要图。

图5是说明本发明的效果的照度维持率的测定结果的图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的实施方式涉及的氙气水银放电灯的概要构成的截面图。

阴极、阳极均由电极轴和比电极轴直径大的电极主体部构成。

阴极2由第一电极轴2a和比第一电极轴2a直径大的阴极主体部构成，阳极3由第二电极轴3a和比第二电极轴3a直径大的阳极主体部3b构成。并且，电极不限于该形状，也存在阴极、阳极两者或其中之一没有小径的电极轴和比它直径大的电极主体这一明确的区别，由同样粗细的直径的电极构成的情况。

构成阴极的材料是作为发射体物质主要具有钡(Ba)的钨，构成阳极的材料是钨。并且，作为阴极的发射体物质除此之外还包括钍(Th)、镧(La)等。标记6是由钽(Ta)构成的吸气器。

放电容器4由石英玻璃制成，由突出形状的发光部4a及与发光部4a连接设置的彼此向相反方向延伸的二个封固部4b、4b构成，发光部的最大直径L和发光部4a的中央相比，位于阳极侧。

发光部4a从其最大径部开始，随着逐渐靠近二个封固部4b、4b而逐渐减少其直径。

氙气水银放电灯在放电容器4的发光部4a内以静压在0.1MPa～2MPa的范围内封入氙气，并封入3～30mg/cm³的水银。在图4示例的光照射装置中，将阴极配置在下侧、将阳极配置在上侧来使用。一对电极由钨构成，阴极由第一电极轴和比该第一电极轴直径大的阴极主体部构成，阳极由第二电极轴和比该第二电极轴直径大的阳极主体部构成。阴极中，作为发射体物质含有钡。在该例中，阳极主体部整体及吸气部件整体暴露于发光部空间。

设发光部的发光部空间的全长为A、从发光部空间的阴极侧端到阴极前端为止的距离为B时，B/A＜0.4，发光部从发光部的阴极侧的封固部开始向着最大径部逐渐扩径地形成，以使其最大径部和阳极主体部相比位于阳极侧的封固部附近。其中，发光部空间的全长A是指，如图1所示，从包含管轴的截面观察时，与发光部的突出形状的内面和封固部的边界点之间的管轴平行的距离。发光部空间的阴极侧端是指，阴极侧的发光部的突出形状的内面和封固部的边界点。

并且，放电容器的发光部由其轮廓形状构成阳极侧的第一曲率半径R1(mm)部分和构成阴极侧的第二曲率半径R2(mm)部分构成，R2＞R1，优选R2/R1≥11。虽然优选R2/R1大于11，但使R1变小的玻璃加工较难，封固部和发光部的边界形状的重现性变得困难，因此当R2/R1超过13时，在生产制造上有问题。

如图2所示，优选：阳极主体部具有圆筒状的主体部及逐渐缩径的锥体部，第一曲率半径R1(mm)部分和第二曲率半径R2(mm)部分的边界位于：虚拟延伸阳极主体的锥体部31的面而得到的面和放电容器的相交线上或其附近。图中的虚线是以线表示虚拟延伸锥体部的面的一部分。

其理由如下。作为决定由电极间产生的等离子体获得的光的利用率的因素之一，包括电极前端的锥体部的角度。角度较大时，电极自身变为遮盖灯的放射光的物体，形成阴影，光的利用率下降。因此将变为阴影的程度作为“虚拟延伸阳极主体的锥体部的面而得到的面和放电容器的相交线”作为指标，作为分界来考虑。将发光部的最大径配置在阳极侧的封固部侧，降低电极间形成的电弧的中心位置，使成为电极的阴影的部分、即曲率半径为R1的发光部的部分小于取出光的曲率半径R2的发光部的部分，从而可增加通过发光部内的热对流传送的钨的发光部空间，在难于影响配光的曲率半径R1的发光部内壁部分，堆积了钨，可实现较长使用寿命。

(实施例)

接着说明本发明的具体实施例。准备改变了发光部的轮廓的曲率半径R1、R2的三种试验灯。共同的规格如下：

封入气体是氙气(Xe)，静压下为0.8MPa，封入水银量为11.6mg/cm³，放电容器的材质由石英玻璃构成，壁厚为2.5mm。并且发光部的最大外径为φ20mm，最大内径为φ15mm。额定功率为250W。

本发明的灯中，发光部从发光部的端部开始向着最大径部逐渐扩径形成，以使其最大径部位于阳极侧的封固部附近。

发光部的轮廓的曲率半径R1、R2为以下三种。即，R1为21mm，R2为21mm，R2/R1＝1的现有类型的灯(a)；R1为6mm，R2为54mm，R2/R1＝9的本发明的第一实施例的灯(b)；R1为7mm，R2为80mm，R2/R1＝11的本发明的第二实施例的灯(c)。

各个灯(a)、灯(b)、灯(c)的发光部空间的全长A分别是，灯(a)为24.3mm，灯(b)为23.0mm，灯(c)为29.2mm，发光部空间下端到阴极前端为止的距离B分别是，灯(a)为10.1mm，灯(b)为8.4mm，灯(c)为11.0mm。B/A的值分别是，灯(a)为0.42，灯(b)为0.36，灯(c)为0.38。

为确认本发明的效果，对这些灯(a)、灯(b)、灯(c)通过测定调查其初始照度可以维持多长时间。测定方法如下。

将试验灯阴极在下侧、阳极在上侧地组装到光照射装置，该光照装置对φ5mm的光纤聚光并取出到装置外，以全速点灯的额定功率及其一半功率进行全速/备用点灯，从备用点灯切换到全速点灯，1秒后调查被照射物中的365nm的紫外线的照度。

全速/备用点灯的方法是，以额定250W 10秒、125W 50秒交互地连续重复点灯。照度的测定方法如下进行：在通过聚光镜聚光的位置上放置φ5mm径的光纤，将通过配置在光纤端的透镜并从透镜射出的光照射到距透镜15mm位置的紫外线照度计的受光部上，进行测定。

照度维持率的测定结果如图5所示。在紫外线硬化领域中，可以说硬化的树脂所需的照度(光量)允许从初期照度减少20％。因此以照度达到初期照度的80％为止的时间来进行评价。

可以确认，在相当于现有的灯的试验灯(a)中，只能250小时维持初期照度的80％以上，而在相当于本发明的一个实施例的灯(b)中，和现有灯相比，可以四倍时间的1000小时维持初期照度的80％以上，尤其是在R2/R1＝11的相当于本发明的典型的实施例的灯(c)中，和现有灯相比，可以接近十倍的2150小时维持初期照度的80％以上。

此外，在本实施例中，以250W的灯进行了效果验证，在本发明的灯中，也存在200W或300W等多个额定功率的灯。本发明是对发光部的形状、发光部中的电极配置所发现的技术思想，也可适用于200W、或300W这样的其他额定功率的灯。

并且，将本发明的氙气水银放电灯的阴极作为下侧、将阳极作为上侧进行搭载时，形成本发明的光照射装置。作为装置构成存在各种变形，但基本构成和图4所示的光照射装置相同。在该光照射装置中，在全速/备用点灯中使用时，本发明的氙气水银放电灯的照度维持率和现有的灯相比极为优越，因此在现有的制造工艺下进行全速/备用点灯时，可减少更换灯的频率。

Claims (5)

1.一种氙气水银放电灯，在放电容器内使阴极和阳极构成的一对电极相对配置，在该放电容器内以静压在0.1MPa～2MPa的范围内封入氙气，并封入预定量的水银，将阳极配置于上侧而使用，其特征在于，

该放电容器由突出形状的发光部和与该发光部连接设置的在彼此相反的方向延伸的二个封固部构成，

设上述发光部的发光部空间的全长为A、设从该发光部空间下端到阴极前端为止的距离为B时，B/A＜0.4，

上述发光部从该发光部的阴极侧的封固部开始向着最大径部逐渐扩径，以使其最大径部位于阳极侧的封固部附近，

上述发光部由其轮廓形状构成上述阳极侧的第一曲率半径R1部分和构成上述阴极侧的第二曲率半径R2部分构成，11≤R2/R1＜13，其中，R1、R2的单位为mm。

2.根据权利要求1所述的氙气水银放电灯，其特征在于，上述阴极由第一电极轴和比该第一电极轴直径大的阴极主体部构成，上述阳极由第二电极轴和比该第二电极轴直径大的阳极主体部构成，上述发光部的最大径部和该阳极主体部相比，位于阳极侧的封固部附近，上述阳极主体部全部暴露于该发光部空间。

3.根据权利要求2所述的氙气水银放电灯，其特征在于，上述第二电极轴上附设吸气材料，上述阳极主体部及该吸气材料全部暴露于上述发光部空间。

4.根据权利要求3所述的氙气水银放电灯，其特征在于，上述阳极主体部具有圆筒状的主体部和逐渐扩径的锥体部，上述第一曲率半径R1部分和上述第二曲率半径R2部分的边界位于：虚拟延伸阳极主体的锥体部的面而得到的面和上述发光部外壁的相交线上或其附近。

5.一种光照射装置，其特征在于，将权利要求1至权利要求4的任意一项所述的氙气水银放电灯的阴极作为下侧、将阳极作为上侧进行搭载。