JP3629227B2 - エキシマランプ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却機構を備えたエキシマランプ装置に係り、特に冷却機構の冷却媒体のシール性に優れたエキシマランプ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、金属、ガラス、その他の材料からなる被処理体の表面洗浄処理技術、酸化膜形成処理技術としての紫外線処理技術が開発され、実用化されている。紫外線処理を行うランプとして、従来、低圧水銀ランプが使用されていたが、最近においては、エキシマ分子から放射される光を利用したエキシマランプが開発されている。
【0003】
エキシマランプにおいては、入力電力を上昇させることで照度も上昇するが、入力電力が高くなるにつれて、ランプの温度も同様に上昇し、この温度上昇により、発光効率の低下や、ランプの寿命に影響を及ぼすことがある。そのため、用途により高照度のランプの構成を実現するため冷却媒体を使用してランプ自身の冷却を行っているエキシマランプ装置が提案されている。
【0004】
図5は冷却機構を備えた従来のエキシマランプ装置の断面図である。エキシマランプ51は、外管53と内管52で構成される2重管構造をなし、外管53表面に一方の電極56、内管52の内側にもう一方の電極55を設けることで外管53と内管52の間に放電空間54を形成し、この放電空間54には希ガス、希ガスとハロゲンガスの混合ガスが封入されている。
【0005】
さらに、エキシマランプ51の軸方向の端部51a、51bには、この端部51a、51bに当接するようにリング状のガスケット59が配置されている。このガスケット59は中心に貫通孔を有し、貫通孔の直径は、エキシマランプ51の内管52によって形成される内部空間57の直径と略同じである。そして、このエキシマランプ51の電極55、56を図示を省略した交流電源に接続することにより、エキシマ放電が開始され、光が放射される。
【0006】
継ぎ手機構58は、内部に前記したガスケット59を有し、この継ぎ手機構58を回転させることにより、エキシマランプ51の端部51a、51bにガスケット59をあて、押圧する形で端部51a、51bとガスケット59を密着させている。継ぎ手機構58の内部には、ガスケット59の貫通孔に連通する貫通孔が形成される。貫通孔は冷却媒体導管60の内孔と連通した構造となっているので、冷却媒体が、継ぎ手機構58の貫通孔とガスケット59の貫通孔を通り、内管52によって形成された内部空間57に流れ込み、エキシマランプ51を内管52から冷却している。
【0007】
また、図6は冷却機構を備えた他のエキシマランプ装置の断面図である。エキシマランプ101は、外管103と内管102で構成される2重管構造をなし、外管103の表面に一方の電極106、内管102の内側にもう一方の電極105を設けることで外管103と内管102の間に放電空間104を形成し、この放電空間104には希ガス、希ガスとハロゲンガスの混合ガスが封入されている。
【0008】
内管102は放電空間104外に伸び出して円筒状の延長管部102Aを有しており、この延長管部102Aの端部外周面102A1は、放電空間104を形成している端部101AよりLで示す空間を隔てて、冷却媒体導管113に接続された継ぎ手機構108に密着保持されている。
【0009】
図7に示すように継ぎ手機構108は、ボディ109、Oリング110、フェルール111および袋ナット112からなり、この継ぎ手機構108と延長管部102Aとの接続は、延長管部102Aに袋ナット112を予め嵌挿し、その袋ナット112の前方にフェルール111を嵌挿し、さらにフェルール111の前方に延長管部102Aの外周面全域に接触するようにOリング110を嵌め込み、その後、一方の端部に冷却媒体導管113が接続されたボディ109を嵌め込む。この状態で、袋ナット112をボディ109に押し付けながら回転させることにより、袋ナット112のネジ溝とボディ109のネジ溝が螺合し、Oリング110が変形してボディ109とフェルール111との間で密着して、延長管部102Aにおける端部102A1の外周面を気密に保持している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図5に示すエキシマランプ51の端部51a、51bは、外管53と内管52を溶着して形成するために、凹凸が発生し、平滑度が低い。そのため、ガスケット59を端部51a、51bに押圧して密着させる際に、押圧が弱い場合には、ガスケット59と端部51a、51bの密着個所に隙間が発生し、この隙間から冷却媒体が漏れ、ランプの冷却効率が低下してしまうという問題があった。また、冷却媒体が電極55、56間の誘電体も兼ね備えている場合、冷却媒体の漏れはエキシマランプ51の不点灯を引き起こすことになる。
【0011】
そのため、エキシマランプ51の端部51a、51bの平滑化が必要となり、該端部51a、51bを研削していた。このような研削という負荷がかけられたエキシマランプ51に、ガスケット59の押圧による負荷が加わると、破損の原因となってしまうので、エキシマランプ51への負荷が少ない継ぎ手機構が望まれていた。
【0012】
また、図6に示すエキシマランプ101は、前記の図4のエキシマランプ51の問題点を解決するために提案されたもので、平滑度の低い端部101Aではなく、平滑度の高い延長管部102Aの端部102A1で継ぎ手機構108に密着させている。密着個所からの漏れを発生させない点では効果はあるが、エキシマランプ101を内管102の延長管部102Aのみで保持しているため、エキシマランプ101に不慮の外力が加わった際に、エキシマランプ101の径に比して細い径の延長管部102Aに外力が集中し、継ぎ手機構108のエキシマランプ101側の端面で、エキシマランプ101の延長管部102Aが破損しやすいという問題があった。さらにエキシマランプ101と継ぎ手機構108との間に空間Lが設けられているために、より破損しやすいという問題があった。
【0013】
そこで、本発明は、このような問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、冷却媒体の漏れを確実に防止し、冷却の効率を向上させた継ぎ手機構をもち、エキシマランプへの負荷が軽減され、外力によるエキシマランプの破損が生じないエキシマランプ装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、同軸に配置された筒状の外管および内管により放電空間を形成し、この放電空間の両側に電極が配置され、前記内管によって形成された内部空間に冷却媒体導管を介して冷却媒体が流れるエキシマランプと、前記エキシマランプの両端を保持しかつ冷却媒体導管と接続された左右継ぎ手機構と、この左右継ぎ手機構の内面部および前記エキシマランプの端部外周面に挿嵌される第1および第2シール蓋と、この両シール蓋のそれぞれと前記左右継ぎ手機構のそれぞれにより形成される空間に位置し前記エキシマランプの端部外周面に挿嵌される第1および第2シール部材とを備え、前記エキシマランプの両管端と隙間を空けて前記左右継ぎ手機構を接続したことを特徴とするエキシマランプ装置として構成したものである。
【0015】
このように構成されることにより、シール蓋の外面部に形成されたネジ溝と継ぎ手機構の内面部に形成されたネジ溝が螺合し、この螺合によりシール部材が継ぎ手機構およびシール蓋の壁面に押し付けられて変形し、エキシマランプの端部外周面と継ぎ手機構の内面部が密着保持され、密着個所に隙間ができない。また、この際、エキシマランプの端部への押圧が生じない。
【0016】
請求項2に記載の発明は、同軸に配置された筒状の外管および内管により放電空間を形成し、この放電空間の両側に電極が配置され、前記内管によって形成された内部空間に冷却媒体導管を介して冷却媒体が流れるエキシマランプと、前記エキシマランプの両端を保持しかつ冷却媒体導管と接続された左右継ぎ手機構と、この左右継ぎ手機構の外面部および前記エキシマランプの端部外周面に挿嵌される第1および第2シール蓋と、この両シール蓋のそれぞれと前記左右継ぎ手機構のそれぞれにより形成される空間に位置し前記エキシマランプの端部外周面に挿嵌される第1および第2シール部材とを備え、前記エキシマランプの両管端と隙間を空けて前記左右継ぎ手機構を接続したことを特徴とするエキシマランプ装置として構成したものである。
【0017】
このように構成されることにより、シール蓋の内面部に形成されたネジ溝と継ぎ手機構の外面部に形成されたネジ溝が螺合し、この螺合によりシール部材が継ぎ手機構およびシール蓋の壁面に押し付けられて変形し、エキシマランプの端部外周面と継ぎ手機構の内面部が密着保持され、密着個所に隙間ができない。また、この際、エキシマランプの端部への押圧が生じない。
【0018】
請求項3に記載の発明は、前記シール蓋と前記シール部材の間にスペーサを介在させたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のエキシマランプ装置として構成したものである。
【0019】
このように構成されることにより、スペーサがシール部材の変形空間を狭め、前記の請求項1または請求項2に記載の発明に比べてシール部材の変形量が大きくなり、加えてシール部材の位置もより安定し、エキシマランプの端部外周面と継ぎ手機構の内面部の密着度が増し、密着個所に隙間ができない。また、この際にも、エキシマランプの端部への押圧が生じない。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図1はエキシマランプ装置の断面図である。図1に示すようにエキシマランプ装置は、エキシマランプ1、継ぎ手機構8、シール蓋11、シール部材10で構成される。
【0021】
エキシマランプ1は、合成石英からなる内管2と外管3が同軸状に配置された2重管構造をなし、内管2と外管3を両端部1a、1bで溶着し放電空間4を形成している。この放電空間4には、放電用ガスとして希ガス、もしくは希ガスとハロゲンガスの混合ガスが封入されている。また内管2によって冷却媒体が流れる内部空間7が形成されている。
【0022】
内管2の内面には、略円筒状(筒状)の内部電極5が配置され、外管3の外面には紫外線を透過するように網状に形成された外部電極6が配置されている。内部電極5と外部電極6は図示されない交流電源に接続されている。
【0023】
一方、継ぎ手機構8は金属あるいはプラスチックで構成され、シール蓋11、シール部材10を内部に挿嵌するための貫通孔を有し、その一端にはネジ溝が形成され、シール蓋11の外面部に形成されたネジ溝と螺合し、シール部材10を変形させて、エキシマランプ1を外管3の端部外周面3a、3bで密着保持する。
【0024】
シール蓋11は金属あるいはプラスチックで構成されたセットスクリューで外面部に継ぎ手機構8と嵌合するためのネジ溝が形成され、中心にはエキシマランプ1の外管3を挿通する貫通孔を有する。
【0025】
シール部材10は外力によって変形する材質で構成され、例えば、フッ素ゴム(商品名:バイトン)で構成される。その中心にはエキシマランプ1の外管3を挿通する貫通孔を有する。このシール部材の断面形状は、円形、楕円形、四角形等、特に限定されるものではないが、エキシマランプ1を継ぎ手機構8に保持する際には変形して、外管3の端部外周面3a(3b)、シール蓋11の端面、継ぎ手機構8の内面によって形成される空間9より冷却媒体が漏れ出さないように確実にシールできる断面積を有する必要がある。
【0026】
また、継ぎ手機構8の貫通孔の他端には冷却媒体導管12が接続され、冷却媒体導管12とエキシマランプ1の内部空間7が連通され、冷却媒体を流入することにより、エキシマランプ1を内管2から冷却するものである。
【0027】
図1によりエキシマランプ1と継ぎ手機構8の接続方法を説明すると、シール蓋11を予めエキシマランプ1の外管3の一端1a側の外周面に嵌め込み、その後、シール部材10をシール蓋11の継ぎ手機構8側の前方に位置するように嵌め込む。継ぎ手機構8の貫通孔にエキシマランプ1を挿入し、シール蓋11を継ぎ手機構8に嵌め込み、嵌めレンチで締めこんでいく。シール蓋11を締めこむことで、シール蓋11の外面部に形成されたネジ溝と継ぎ手機構8の内面部に形成されたネジ溝が螺合し、空間9内に配置されたシール部材10が継ぎ手機構8およびシール蓋11の内壁面に押し付けられて変形する。その結果、エキシマランプ1の外管3の端部外周面3aが継ぎ手機構8の内面に密着保持される。また、エキシマランプ1の外管3の他端1bにおいても同様に行う。
【0028】
この接続方法では、平滑度の低いエキシマランプ1の端部1a、1bではなく、平滑度の高いエキシマランプ1の端部外周面3a、3bで密着保持されるので、密着箇所に凹凸がなく隙間ができない。よって、冷却媒体の漏れを確実に防止することができ、エキシマランプ1の冷却効率を向上させることができる。また、エキシマランプ1の端部外周面を研削によって平滑化する必要もなく、密着度を高めるためのエキシマランプ1へのガスケット等の押圧も必要ないので、エキシマランプ1への押圧による応力がかからず、負荷が軽減される。さらに、エキシマランプ1の全体が継ぎ手機構8で保持される形態なので、エキシマランプ1に不慮の外力が加わっても、シール蓋11のエキシマランプ1側の端面でエキシマランプ1が破損するような事はない。
【0029】
なお、図2に示すようにシール部材10を挿嵌する際にスペーサ13を介在させても構わない。図2は継ぎ手機構8の部分拡大断面図である。このスペーサ13は、金属あるいはプラスチックで構成され、その断面形状は円形、楕円形、四角形等、特に限定されるものではなく、断面積においても、シール蓋11と継ぎ手機構8のネジ溝が螺合した際に、シール部材10を押圧して確実に変形させることのできる面積を有していれば良い。シール蓋11とシール部材10との間にスペーサ13を介在させると、シール蓋11の外面部に形成されたネジ溝と継ぎ手機構8の内面部に形成されたネジ溝が螺合した際のシール部材10の変形量が大きくなり、エキシマランプ1の端部外周面3a、3bの継ぎ手機構8の内面への密着度が増し、密着個所に隙間ができない。また、このスペーサ13の介在は、シール蓋11を締めこむ際のシール部材10に与える回転負荷を軽減し、シール部材10の位置をより安定させるので、エキシマランプ1の継ぎ手機構8への密着度が増し、密着個所に隙間ができない。その結果、冷却媒体の漏れをさらに防止し、エキシマランプ1の冷却効率がさらに向上する。
【0030】
次に、エキシマランプと継ぎ手機構の他の接続方法について説明する。なお、前記した構成と同じ部材については同じ符号を付して説明を省略する。図3は継ぎ手機構14の部分拡大断面図である。ここで説明する構成は、図1におけるシール蓋と継ぎ手機構の雌雄のネジ溝を逆の形態にしたものである。図3に示すようにシール蓋15を継ぎ手機構14に嵌め込み、嵌めレンチで締めこむと、シール蓋15の内面部に形成されたネジ溝と継ぎ手機構14の外面部に形成されたネジ溝が螺合し、空間9内に配置されたシール部材10が、継ぎ手機構14およびシール蓋15の内壁面に押し付けられて変形する。その結果、エキシマランプ1の外管3の端部外周面3aが継ぎ手機構14の内面に密着保持される。また、エキシマランプ1の外管3の他端においても同様に行う。
【0031】
この接続方法においても、図1の場合と同様に、平滑度の高い端部外周面で密着保持されるので、密着個所に凹凸がなく隙間ができず、冷却媒体の漏れを確実に防止し、冷却効率が向上する。また、エキシマランプ1の研削による平滑化、ガスケット等による押圧も必要ないので、エキシマランプ1への押圧による応力がかからず、エキシマランプ1への負荷が軽減される。
【0032】
なお、図4に示すようにシール部材10を挿嵌する際にスペーサ13を介在させても構わない。図4は継ぎ手機構14の部分拡大断面図である。図4に示すように、シール蓋15とシール部材10との間に、スペーサ13を介在させると、シール部材10の変形量が大きくなり、加えてシール部材10の位置もより安定し、エキシマランプ1の端部外周面の継ぎ手機構14の内面への密着度が増し、密着個所に隙間ができない。その結果、冷却媒体の漏れをさらに防止し、エキシマランプ1の冷却効率がさらに向上する。
【0033】
このエキシマランプ1の一例を挙げると全長は380mm、内管2の外径は約φ20mm、外管3の外径は約φ30mmである。また、放電空間4の長さは300mmである。継ぎ手機構8に密着するエキシマランプ1の外管3の端部外周面3a、3bの長さ寸法は約20mmである。放電空間4の長さは、放電空間4で発生する真空紫外線によるシール部材10への影響を考慮して、内部電極5の長さを調整し、継ぎ手機構8内部のシール部材10の位置まで放電空間が発生しない長さ、エキシマランプ全長より短い長さに設定する。
【0034】
具体的に図1で示す本発明のエキシマランプ装置で点灯実験を行った結果、エキシマランプ1の端部1a、1bの研削を行わないので、研削加工によるマイクロクラックが見られず、点灯末期においても押圧による亀裂や損傷がエキシマランプの端部に見られず、良好な表面状態が得られた。その結果、従来約600時間で破損していたエキシマランプ1が800時間以上たっても破損せず、エキシマランプ寿命が向上した。
【0035】
【発明の効果】
以上の通り、本発明においては、エキシマランプの両端を保持しかつ冷却媒体導管と接続された左右継ぎ手機構と、この左右継ぎ手機構の内面部および前記エキシマランプの端部外周面に挿嵌される第1および第2シール蓋と、この両シール蓋のそれぞれと前記左右継ぎ手機構のそれぞれにより形成される空間に位置し前記エキシマランプの端部外周面に挿嵌される第1および第2シール部材とを備えることにより、冷却媒体の漏れを防ぎ、冷却効率を向上できた。また、エキシマランプへの負荷が軽減された。
また、エキシマランプの全体が継ぎ手機構で保持される形態なので、エキシマランプに不慮の外力が加わっても、エキシマランプが破損するような事はない。さらに、本発明においては、シール蓋とシール部材の間にスペーサを介在させることにより、さらに冷却媒体の漏れを防ぎ、冷却効率を向上できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエキシマランプ装置の断面図を示す。
【図2】本発明の継ぎ手機構の部分拡大断面図を示す。
【図3】本発明の他の接続方法を示す部分拡大断面図を示す。
【図4】本発明の継ぎ手機構の部分拡大断面図を示す。
【図5】従来のエキシマランプ装置の断面図を示す。
【図6】従来の他のエキシマランプ装置の断面図を示す。
【図7】図6の継ぎ手機構の拡大断面図を示す。
【符号の説明】
1 エキシマランプ
1a、1b、 端部
2 内管
3 外管
3a、3b 端部外周面
4 放電空間
5 内部電極
6 外部電極
7 内部空間
8、14 継ぎ手機構
9 空間
10 シ−ル部材
11、15 シール蓋
12 冷却媒体導管
13 スペーサ
Claims (3)
- 同軸に配置された筒状の外管および内管により放電空間を形成し、この放電空間の両側に電極が配置され、前記内管によって形成された内部空間に冷却媒体導管を介して冷却媒体が流れるエキシマランプと、前記エキシマランプの両端を保持しかつ冷却媒体導管と接続された左右継ぎ手機構と、この左右継ぎ手機構の内面部および前記エキシマランプの端部外周面に挿嵌される第1および第2シール蓋と、この両シール蓋のそれぞれと前記左右継ぎ手機構のそれぞれにより形成される空間に位置し前記エキシマランプの端部外周面に挿嵌される第1および第2シール部材とを備え、前記エキシマランプの両管端と隙間を空けて前記左右継ぎ手機構を接続したことを特徴とするエキシマランプ装置。
- 同軸に配置された筒状の外管および内管により放電空間を形成し、この放電空間の両側に電極が配置され、前記内管によって形成された内部空間に冷却媒体導管を介して冷却媒体が流れるエキシマランプと、前記エキシマランプの両端を保持しかつ冷却媒体導管と接続された左右継ぎ手機構と、この左右継ぎ手機構の外面部および前記エキシマランプの端部外周面に挿嵌される第1および第2シール蓋と、この両シール蓋のそれぞれと前記左右継ぎ手機構のそれぞれにより形成される空間に位置し前記エキシマランプの端部外周面に挿嵌される第1および第2シール部材とを備え、前記エキシマランプの両管端と隙間を空けて前記左右継ぎ手機構を接続したことを特徴とするエキシマランプ装置。
- 前記シール蓋と前記シール部材の間にスペーサを介在させたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のエキシマランプ装置。
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