JP7067782B2

JP7067782B2 - 高圧放電ランプ

Info

Publication number: JP7067782B2
Application number: JP2018032217A
Authority: JP
Inventors: 洋徳川島
Original assignee: V Technology Co Ltd
Current assignee: V Technology Co Ltd
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2022-05-16
Anticipated expiration: 2038-02-26
Also published as: JP2019149252A

Description

本発明は、高圧放電ランプに関し、より詳細には、露光装置の多灯の光源部を構成する高圧放電ランプに関する。

近年、フラットパネルディスプレイ装置のカラーフィルタや、プリント配線基板を製造する際に使用される露光装置では、露光領域の拡大が求められていることから、光源部の出力も高めることが求められている。このため、製造コストなどで有利な、比較的低照度の高圧放電ランプを複数用いて、光源部を構成するようにしたものが種々知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の光源装置では、ランプの碍子内に埋め込まれた抵抗体（白熱灯）の抵抗値を測定し、予め測定しておいた基準抵抗値と比較することにより、ランプが正規品であるか否かを判別している。

特許第５８６９７１３号公報

ところで、従来の放電ランプは、同じ照度を維持するため、点灯時間に伴って印加電圧を大きくする必要がある。また、複数のランプが１つのフレームに固定されて使用される場合、各ランプの照度が異なると、照度バランスが均一でなくなり、露光結果に影響を及ぼす虞がある。このため、純正ランプ、未使用ランプ、使用済みランプ、などのランプごとの履歴で管理することが要望される。

また、特許文献１によれば、正規品と非正規品とを判別することはできるものの、使用済み品か否か、使用済み品の場合は累積点灯時間を判別することができず、ランプの状態を詳細に知ることが望まれる。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ランプの状態をより詳細に管理可能な高圧放電ランプを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）光源となる発光管と、放物面状の反射面を有し前記発光管から出射された光を反射するリフレクタと、前記発光管及び前記リフレクタが固定された碍子と、を備える高圧放電ランプであって、
少なくとも1つ以上の抵抗体が直列接続された複数の抵抗体列が並列接続されてなり、前記各抵抗体列の合成抵抗値がそれぞれ異なる抵抗体ユニットを備えることを特徴とする高圧放電ランプ。
（２）全ての前記抵抗体の抵抗値は同じであり、
前記各抵抗体列の前記抵抗体の個数は、前記抵抗体列ごとにそれぞれ異なることを特徴とする（１）に記載の高圧放電ランプ。
（３）前記抵抗体ユニットの抵抗値に基づいて前記高圧放電ランプの履歴を管理可能とすることを特徴とする（１）又は（２）に記載の高圧放電ランプ。
なお、本発明において、「少なくとも1つ以上の抵抗体が直列接続された」抵抗体列とは、抵抗体列に１つの抵抗体が接続される場合も含まれる。

本発明の高圧放電ランプによれば、少なくとも1つ以上の抵抗体が直列接続された複数の抵抗体列が並列接続されてなり、前記各抵抗体列の合成抵抗値がそれぞれ異なる抵抗体ユニットを備えるようにしたので、抵抗体ユニットの合成抵抗値を測定することで、ランプが新品か否か、累積点灯時間などの履歴を詳細に知ることができる。

本発明の一実施形態に係る高圧放電ランプの斜視図である。図１に示す高圧放電ランプの断面図である。図1に示す高圧放電ランプに組み込まれた抵抗体ユニットの回路図である。本実施形態の高圧放電ランプがランプホルダに取り付けられた状態を示す斜視図である。

以下、本発明に係る高圧放電ランプの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、高圧放電ランプ１０は、放電して光を発光するガラス製の発光管２０と、発光管２０からの光に指向性を持たせて出射するリフレクタ３０と、発光管２０とリフレクタ３０とをそれぞれ固定する碍子４０と、を主に備える。

発光管２０は、一対の電極２１，２２が対向して配置される楕円体状の発光管部２３と、該発光管部２３の両端部に連接され、一対の電極２１,２２の長手方向に沿って延びる一対の側管部２４,２５と、を有する。発光管部２３の内部空間内には、ハロゲンガス、水銀、始動用アルゴン等が封入されている。

発光管２０は、一方の側管部２４内に延びる一方の電極２１をアノード（陽極）とし、他方の側管部２５内に延びる他方の電極２２をカソード（陰極）としている。一方の側管部２４の先端部、及び他方の側管部２５の基端部から延びる電線は、一対のワイヤ２６,２７にそれぞれ接続されて外部から電力が供給される。なお、一方の側管部２４の電極２１と接続されたワイヤ２６は、リフレクタ３０に取り付けられた受け台３４を介して外部に導出される。

リフレクタ３０は、一方の側管部２４が突出する開口部３１と、放物面状の反射面３２と、他方の側管部２５が隙間を持って挿入可能な挿入孔３３と、を有し、椀状に形成されている。リフレクタ３０の放物面状の反射面３２の焦点近傍には、発光管部２３が配置されて発光管部２３から発光する光を略平行光線として出射する。

碍子４０は、ベース部４１とカバー部４２とを備える。リフレクタ３０は、椀状の底部にベース部４１を被せ、その接合部を接着剤で固着している。また、ベース部４１の筒状の中央部分は、他方の側管部２５の基端側部分を保持する保持部４３を備え、他方の側管部２５が、保持部４３で碍子４０と接着剤で固定される。

したがって、リフレクタ３０及び発光管２０の他方の側管部２５は、碍子４０にそれぞれ固定されている。また、リフレクタ３０と発光管２０とは接着されておらず、他方の側管部２５とリフレクタ３０の挿入孔３３との間の隙間は、空間ｓを形成する。

碍子４０のベース部４１は、他方の側管部２５とリフレクタ３０の挿入孔３３との間の空間ｓと外部とを連通すると共に、他方の側管部２５を外部に開放した２つの開放部４４を有する（図１参照）。ベース部４１とカバー部４２で画成された内部空間４５には、後述する抵抗体ユニット５０が収容されている。

図４に示すように、このように構成された高圧放電ランプ１０は、縦方向及び横方向に複数ずつ、ランプホルダ８０に装着されることで、露光装置用の光源部として適用される。また、図示しない排気装置により、ランプホルダ８０の背面側のエアを排気することで、ランプホルダ８０の前面側からのエアを、各高圧放電ランプ１０の空間ｓを冷却路として高圧放電ランプ１０に取り込むことで、各高圧放電ランプ１０を冷却することができる。なお、ランプホルダ８０の背面側は、不図示のランプ押さえカバーと協働して密閉空間を構成し、該密閉空間からエアを排気するようにしてもよい。

図３に示すように、抵抗体ユニット５０は、並列接続されたｉ列（ｉ＝１，２，３・・ｎ）の抵抗体列６０と、電源部７０とを備える。また、ｉ列の抵抗体列６０は、直列接続されたｊ個（ｊ＝１，２，３・・ｍ）の抵抗体Ｒｉｊから構成されている。

例えば、ｎ＝ｍ＝４の場合、図３に示すように、抵抗体ユニット５０は、電源部７０に接続されたワイヤ５１,５２と連結されて並列接続された４列の抵抗体列６１,６２,６３,６４を備える。第１の抵抗体列６１は、１つの抵抗体Ｒ１１を有し、第２の抵抗体列６２は、直列接続された２つの抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２を有し、第３の抵抗体列６３は、直列接続された３つの抵抗体Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３を有し、第４の抵抗体列６４は、直列接続された４つの抵抗体Ｒ４１、Ｒ４２、Ｒ４３、Ｒ４４を有する。そして、各抵抗体列６１,６２,６３,６４の合成抵抗値Ｒｉは、抵抗体列６１,６２,６３,６４ごとに異なるものとする。

抵抗体Ｒｉｊ（Ｒ１１～Ｒ４４）としては、電源部７０から電力が供給されたとき、電気エネルギを消費するものであればよく、金属皮膜抵抗、炭素抵抗、金属ワイヤ、熱電対、バイメタル、ヒューズなどの抵抗器、ニクロム線、タングステン線、ランプのフィラメントなどが使用可能である。

これにより、高圧放電ランプ１０の新品・中古の判断や、累積点灯時間などの履歴は、抵抗体ユニット５０の合成抵抗値を測定することで認識可能とされる。例えば、累積点灯時間が所定の時間に達したとき、抵抗体ユニット５０に流す電流を所定の電流値に上昇させて任意の抵抗体Ｒｉｊを溶断させるようにし、累積点灯時間と、抵抗体ユニット５０の合成抵抗値とを対応付けることで、高圧放電ランプ１０の累積点灯時間の履歴を記憶させて管理可能とする。また、高圧放電ランプ１０を最初に使用する際に、抵抗体ユニット５０に流す電流を所定の電流値に上昇させて任意の抵抗体Ｒｉｊを溶断させるようにすれば、抵抗体ユニット５０の合成抵抗値を測定することで、新品と中古の判断も容易に行うことができる。

以下にその作用について説明する。
ｉ列の抵抗体列６０の合成抵抗値Ｒｉは、

として表される。

説明を簡単にするため、各抵抗体列６０の合成抵抗値Ｒｉがすべて等しい（Ｒｉ＝Ｒ）とすると、抵抗体ユニット５０の回路を流れる全電流Ｉｏは、

となる。但し、Ｖは電源部７０の電圧であり、ｒは電源部７０の内部抵抗値である。

従って、図３に示すように、各抵抗体列６０（６１,６２,６３，６４）に流れる電流値は、Ｉｏ／ｎとなるので、このとき各抵抗体列６０（６１,６２,６３,６４）に発生するジュール熱Ｐｉは、Ｐｉ＝Ｒ（Ｉｏ／ｎ）^２となる。

そして、累積点灯時間が所定の時間に達したとき、抵抗体ユニット５０に流す電流を上昇させて発生するジュール熱Ｐｉが周囲への放熱量νを超えると、抵抗体Ｒｉｊの温度が上昇して最終的には溶断する。例えば、抵抗値Ｒの抵抗体Ｒｉｊが１つ（ｍ＝１）の抵抗体列６０（図３では抵抗体列６１）が、電流Ｉｃで溶け始めるとすると、ＲＩｃ^２≒νが成立する。

このとき、他の抵抗体列６０（図３では抵抗体列６２,６３,６４）の抵抗体Ｒｉｊの数がｍ個（ｍ＞１）とすると、各抵抗体Ｒｉｊが発するジュール熱Ｐｉは、
Ｐｉ＝Ｒ（Ｉｏ／ｎ）^２／ｍとなり、他の抵抗体列６０（６２,６３,６４）の抵抗体Ｒｉｊが溶断することはない。

更に、例えば、次の所定の累積点灯時間に達したとき、上記と同様に抵抗体ユニット５０に流す電流をさらに上昇させると、発生するジュール熱Ｐｉが大きな抵抗体Ｒｉｊから順に溶断する。

抵抗体ユニット５０に流す電流値を上げるタイミングは、所定の累積点灯時間に達したときに手動で行ってもよく、或いは、不図示の制御装置により所定の累積点灯時間に到達するごとに電流値を上げるようにしてもよい。また、電流値を上げるタイミングは、累積点灯時間以外の管理値であってもよい。

従って、抵抗体ユニット５０の合成抵抗値を測定することで、溶断している抵抗体Ｒｉｊを知ることができ、高圧放電ランプ１０の新品・中古の判別や累積点灯時間などの履歴を確認することができる。

（実施例）
全ての抵抗体Ｒｉｊの抵抗値が同じであり、且つ抵抗体Ｒｉｊの個数が抵抗体列６０（６１,６２,６３，６４）ごとに異なる場合、具体的には、図３に示すように、抵抗体Ｒｉｊの抵抗値Ｒが全て同じ（Ｒｉｊ＝Ｒ）であり、ｎ＝ｍ＝４の抵抗体ユニット５０の場合、抵抗体ユニット５０の合成抵抗値Ｒｔは、

であるからＲｔ＝１２Ｒ／２５となり、抵抗体ユニット５０の回路を流れる全電流Ｉｏは、

となる。

このとき、各抵抗体列６１,６２,６３，６４に流れる電流値と発生するジュール熱は、表１のようになる。

表１から分かるように、第１の抵抗体列６１に一番多くの電流が流れるので、電流値を上げていくと、最初に第１の抵抗体列６１のＲ１１が溶断する。

また、第１の抵抗体列６１のＲ１１が溶断した後、残りの抵抗体列６０（６２，６３，６４）に流れる電流値と発生するジュール熱は、表２のようになる。第１の抵抗体列６１のＲ１１が溶断した後、さらに電流値をあげていくと、多くの電流が流れる第２の抵抗体列６２のＲ２１又はＲ２２のいずれかが溶断する。

同様の操作を繰り返し行うことにより、各抵抗体列６１,６２,６３，６４の抵抗体Ｒｉｊを順次溶断することが可能となり、これにより抵抗体ユニット５０の合成抵抗値Ｒｔが変化する。

即ち、抵抗体ユニット５０の合成抵抗値Ｒｔを測定することで、各高圧放電ランプ１０の状態を知ることができる。例えば、新品の高圧放電ランプ１０か否かを判別することができ、新品の高圧放電ランプ１０の抵抗体ユニット５０の合成抵抗値Ｒｔを測定する場合には、純正品か否かを判別することができ、また、使用済み高圧放電ランプ１０の抵抗体ユニット５０の合成抵抗値Ｒｔを測定する場合には、該高圧放電ランプ１０の概略累積点灯時間を知ることができる。

従って、図４に示すように、複数の高圧放電ランプ１０をランプホルダ６０に装着して露光装置用の光源部とする場合、各高圧放電ランプ１０の抵抗体ユニット５０の合成抵抗値Ｒｔを測定し、新品か否かを判別し、或いは使用済みの高圧放電ランプ１０を使用する際には、累積点灯時間に応じて、所定の照度になるように印加電圧を制御することで、各高圧放電ランプ１０の照度バランスを均一にでき、良好な露光結果が得られる。また、同様の履歴を有する高圧放電ランプ１０同士を組み合わせて装着すれば、高圧放電ランプ１０の印加電圧を容易に制御することができる。

以上説明したように、本実施形態の高圧放電ランプ１０によれば、少なくとも1つ以上の抵抗体Ｒｉｊが直列接続された複数の抵抗体列６０（６１,６２,６３，６４）が並列接続されてなり、各抵抗体列６０（６１,６２,６３，６４）の合成抵抗値Ｒｉがそれぞれ異なる抵抗体ユニット５０を備えるようにしたので、抵抗体ユニット５０の合成抵抗値Ｒｔを測定することで、ランプが新品か否か、或いは累積点灯時間などのランプの状態を詳細に知ることができる。

また、全ての抵抗体Ｒｉｊの抵抗値Ｒは同じであり、各抵抗体列６０（６１,６２,６３，６４）の抵抗体Ｒｉｊの個数は、抵抗体列６０（６１,６２,６３，６４）ごとにそれぞれ異なるので、電流を徐々に上げたときに抵抗体Ｒｉｊが順次溶断する抵抗体ユニット５０を容易に製作できる。

また、抵抗体ユニット５０の合成抵抗値Ｒｔに基づいて高圧放電ランプ１０の履歴を管理可能としたので、該高圧放電ランプ１０を備える照明装置の信頼性が向上する。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、抵抗体Ｒｉｊは、高圧放電ランプ１０の碍子４０内部にあっても良いし、抵抗体ユニット５０に電力を供給するワイヤ５１,５２と外部との電気的接触を図る、図示していないコネクタ部に接続されていても良い。この場合も、抵抗体Ｒｉｊは、高圧放電ランプ１０の一対の電極２１,２２に電力を供給する一対のワイヤ２６,２７とは別系統の電源部に接続されている必要がある。

また、上記実施形態では、電流制御により任意の抵抗体Ｒｉｊを溶断するように説明したが、電圧制御により任意の抵抗体Ｒｉｊを溶断するようにしても同様の効果を奏する。

１０高圧放電ランプ
２０発光管
３０リフレクタ
３２反射面
４０碍子
５０抵抗体ユニット
６０，６１，６２，６３，６４抵抗体列
Ｒ抵抗体の抵抗値
Ｒｉｊ，Ｒ１１～Ｒ４４抵抗体
Ｒｉ抵抗体列の合成抵抗値
Ｒｔ抵抗体ユニットの合成抵抗値

Claims

光源となる発光管と、放物面状の反射面を有し前記発光管から出射された光を反射するリフレクタと、前記発光管及び前記リフレクタが固定された碍子と、を備える高圧放電ランプであって、
少なくとも１つ以上の抵抗体が直列接続された複数の抵抗体列が並列接続されてなり、前記各抵抗体列の合成抵抗値がそれぞれ異なる抵抗体ユニットをさらに備え、
前記抵抗体ユニットに電力を供給する電源の電流又は電圧を変えることで、前記抵抗体ユニット中の抵抗体が選択的に溶断されることを特徴とする高圧放電ランプ。
全ての前記抵抗体の抵抗値は同じであり、
前記各抵抗体列の前記抵抗体の個数は、前記抵抗体列ごとにそれぞれ異なることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
前記抵抗体ユニットの抵抗値に基づいて前記高圧放電ランプの履歴を管理可能とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧放電ランプ。