CN101527249A

CN101527249A - 紫外线照射用光源

Info

Publication number: CN101527249A
Application number: CN200910118298A
Authority: CN
Inventors: 田近望
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2009-09-09
Also published as: JP2009211870A; KR20090094746A; TW200939294A; US20090218924A1

Abstract

本发明提供一种紫外线照射用光源，将为使尖部不从发光管的外表面突出而使其凹下的棒状的放电灯配置在水冷套内，在上述紫外线照射用光源中得到了对于发光管的形成有尖部的部分的方向与该部分的失透之间的关系的见解，并且，不会在发光管的形成有尖部的部分上产生失透。放电灯以使发光管的形成有尖部的部分在重力方向下方的方式配置于冷却套内。再者，发光管的形成有尖部的部分最好是从该灯的中心起以铅垂方向作为0度的±45度的范围内。

Description

紫外线照射用光源

技术领域

本发明涉及一种紫外线照射用光源，具有通过在内部流动冷却用流体而对放电灯进行冷却的冷却套。

背景技术

利用放射包含紫外线的光的灯，进行保护膜、粘接剂、涂料、油墨、抗蚀剂、树脂、定向膜等的硬化、干燥、熔融、软化、改良等的处理，在各领域被广泛施行。使用于这些用途的放射紫外线的灯，具体而言，是可得到较高的光输出的高压水银灯或者金属卤化物灯等的长弧型(棒状)的放电灯，在棒状的发光管(以下也称为封体)的内部相对置地配置一对电极，并且根据需要而封入有例如水银或者其它的金属等。

在上述放电灯中，要求相对被处理物以较高的输出照射光，为了提高对灯的输入功率，作为在由内管和外管构成的大致圆筒状的具有紫外线透射性的双层管型的冷却套的内部收容有放电灯的紫外线照射用光源而使用(例如参照专利文献1、专利文献2)。该紫外线照射用光源在未经冷却套冷却而使用时，由于发光管的温度达到1000℃以上会使发光管过热而产生失透，因此，不得不减小灯的输入。然而，通过使用冷却套，与未冷却的灯或者仅以空冷点亮的情况相比，可以降低发光管的温度，能够输入较大的功率，能够实现较高的紫外线输出。

图3(a)是表示现有技术涉及的具有双层管型的冷却套的紫外线照射用光源的概略构成的立体图，图3(b)是图3(a)所示的紫外线照射用光源的A-A的剖面图。并且，在以下的说明中，由于冷却套是水冷式而简单地称为水冷套。

如这些图所示那样，在棒状的灯100上安装有双层管型的水冷套101。水冷套101由圆筒状的内管102和外管103构成，从冷却水入口108向内管102与外管103之间流入冷却介质、例如冷却水，并从冷却水出口109排出地构成。如上述那样，灯100使用高效地放射紫外线的棒状的高压水银灯或者金属卤化物灯，灯内部的两端具有一对放电电极105、106，经由电力供给用导线107向电极105、106两端供给电力。

灯100插入到内管102内，在灯100与内管102之间设置有预先设定的例如0.5mm～1mm左右的空气层108。灯点亮时，在内管102与外管103之间的水冷层104内流动冷却水，来自灯100的光经由该水冷层104照射未图示的被处理物。

在这样的紫外线照射用光源中，水冷套101具有两个较大的作用。

一个作用是，对点亮中的灯100进行冷却、并使其保持在适当的温度。点亮时的灯100的发光管的温度，为了使发光管内的水银或金属蒸发，一般认为450℃～900℃较为适当。当为450℃以下时，封入灯100内的水银等金属变得不蒸发而发生不亮灯。另外，当为900℃以上时，构成发光管的石英会产生失透。

灯100的热经由灯100与内管102之间的空气层108向水冷套101传导，并通过流动在水冷套101的内管102与外管103之间的冷却水进行冷却。

这样，虽然在水冷套101内流动的冷却水可防止灯100的过热，但由于是经由空气层108而间接地冷却，因此使发光管的温度不会下降到使灯内部的金属变得不蒸发那样低的温度，在水冷套101内流动的冷却水起到了使灯100的发光管保持在适当的温度的作用。

另一个作用是，减少从灯100对被处理物的热影响。

首先，水冷层104吸收来自上述的450℃～900℃的发光管的辐射热。另外，吸收从灯100放射的光中含有的不需要紫外线处理的从可视至红外的光的成分。通过此作用，能够使对被处理物的加热抑制得较小。

内管102与外管103之间的间隔、即水冷层104的厚度，虽然越厚对被处理物的加热的影响越小，但是当过厚时，需要处理的紫外线透射的比率也减少，因此，将这些综合地考虑来进行适宜设定。

如上述那样，作为灯100使用输出大、并且能够缩短处理时间的棒状的高压水银灯或者金属卤化物灯等，但是，在这些灯的发光管(封体)上，通常被称为尖部的在灯的制造工序中使用的气体排出管(具体是指向发光管内部导入需要的气体、并且用于将内部调整为规定的压力的管)的残留部分，以从灯的发光管的外表面突出1mm左右的形式存在。

可是，当这样的尖部从发光管的外表面突出时，在将灯配置于水冷套内时，灯与水冷套的内管之间的间隔被限制。即，在尖部从发光管突出的高度以下使灯不能接近水冷套的内壁，因此，存在不能充分地冷却以高输入点亮的灯的情况。

因此，在专利文献3中记载有这样的结构：对于在水冷套内收纳的灯，将尖部压入发光管内，以免从发光管的外表面突出地构成。

图4是表示收纳于冷却套内的、以使尖部不从发光管的外表面突出的方式而使其凹下的棒状的放电灯的形成有尖部的部分的放大图。另外，该图是沿棒状的放电灯的纵向剖切的剖面图。

用图4表示将尖部压入发光管内的步骤。

尖部T，在向灯的发光管(封体)110内部导入需要的气体和用于调整内部的压力而排气之后，进行密封、切断。在此阶段，尖部T从发光管的外表面突出。

因此，接下来，对尖部T的周边部B进行加热并使其变软，并将尖部T向发光管110的内侧压入到使其外表面不从发光管突出的位置。

因此，实际上如图4所示，尖部的周边部B(用虚线包围的部分)，仅压入了尖部T的部分向发光管110内凹下，因而与发光管110的外表面相比，向内侧凹下1mm左右。

专利文献1：日本特开昭61-158453号公报

专利文献2：日本特开昭56-155765号公报

专利文献3：日本实开昭60-11270号公报

可知在将这种使尖部压入发光管内以免从发光管的外表面突出的灯插入到水冷套内并点亮时，根据发光管的形成有尖部的部分的方向，在形成有尖部的部分上产生失透。

一直以来，对于将放电灯配置在水冷套内的紫外线照射用光源，还不知道发光管的形成有尖部的部分的方向与该部分的失透之间的关系。

发明内容

本发明是考虑上述问题点而完成的，本发明的目的在于提供一种紫外线照射用光源，将为了使尖部不从发光管的外表面突出而使其凹下的棒状的放电灯配置在水冷套内，在上述紫外线照射用光源中，得知了关于发光管的形成有尖部的部分的方向与该部分的失透之间的关系的见解，并且，在发光管的形成有尖部的部分上不会产生失透。

为了解决上述课题，在本发明中，放电灯以使发光管的形成有尖部的部分在重力方向下方的方式配置在冷却套内。

作为上述“重力方向下方”的范围，最好是使发光管的形成有尖部的部分为从该灯的中心起以铅垂方向下方作为0度的±45度的范围。

如上述背景技术中叙述的那样，为了使尖部不从发光管的外表面突出而压入时，尖部的周边部随之凹陷，与发光管的外表面相比，向内侧凹下1mm左右。

因此，当将这样的灯配置在冷却套内时，灯的尖部的周边部(图4中的B部)，与发光管的外表面相比，远离了冷却套的内管。因此，在灯点亮时，尖部的周边部的温度比发光管的外表面的温度高。

发明者锐意研究的结果发现，特别是在灯点亮时，在放电电极之间产生的电弧，由于发光管内的对流而向重力方向上方隆起，因此，发光管的温度上侧容易变高，与冷却套之间的间隔稍微变宽时，温度便急剧上升。例如，发光管的外表面仅离开冷却套1mm，发光管上侧的温度便上升大约300℃。

如上述那样，灯点亮中的发光管的温度在450℃～900℃为适当，为了成为此温度范围而设定灯的发光管与水冷套内管之间的间隔。这时，当以使发光管的形成有尖部的部分在相对于重力方向的上方的方式配置灯时，则如上述那样，尖部的周边部相对于发光管的外表面凹下约1mm，因此，例如即使发光管的温度为约700℃，尖部周边部的向发光管内部凹陷的部分的温度也变为约1000℃，超过了适当的温度范围，因此导致失透。

相对于此，发光管的下侧相反而远离电弧。因此，发光管的下侧的温度比上侧低，即使发光管至冷却套的内管的距离变远1mm，温度也只上升50℃左右。

因此，如果使发光管的形成有尖部的部分在重力方向下方地将灯配置在冷却套内，若发光管的温度为700℃，则尖部周边部的向发光管内部凹陷的部分的温度即使变高，也为750℃，灯的发光管的温度被维持在适当的温度范围。

发明效果

在本发明中，将为了使尖部不从发光管的外表面突出而使其凹下的棒状的放电灯，以使发光管的形成有尖部的部分在重力方向下方的方式配置在冷却套内，因此，能够防止灯的失透。

附图说明

图1是表示发光管的形成有尖部的部分的位置与尖部周边部的温度关系的图。

图2是表示本发明的紫外线照射用光源的图。

图3是表示以往的具有冷却套的紫外线照射用光源的概略构成的图。

图4是表示放大使尖部凹下的放电灯的形成有尖部的部分的图。

符号说明

10：棒状的放电灯；11：发光管(封体)；12A、12B：电极；

13：灯头；14：导线；20：冷却(水冷)套；

201A、201B：脚部件；21：外管；22：内管；

23A、23B：套座；24A、24B：O形圈(大)；25A、25B：O形圈(小)；

26：导入口；27：排出口；30A、30B：灯座；31A、31B：固定螺钉；

32A、32B：螺钉；T：尖部；B：尖部的周边部；

M：标记；H：冷却用流体(冷却水)。

具体实施方式

图1是表示在配置于冷却套内的棒状的放电灯中，发光管的形成有尖部的部分的位置与灯点亮时的尖部周边部(图4中的B部)的温度的关系。

该图的横轴是灯的点亮时间(秒)，纵轴是温度(℃)。使尖部的位置从灯的中心起以铅垂方向下方作为0度，对于0度、30度、45度、90度、180度的五种位置，在灯的输入功率为120W/cm(待机状态的功率)的情况下、和为200W/cm(额定)的情况下进行测定尖部周边部的温度。并且，灯发光管的外表面(形成有尖部的部分以外的部分)与冷却套内壁之间的间隔为0.5mm。

如该图所示那样，在尖部的位置为180度，即以使发光管的形成有尖部的部分在重力方向上方的方式配置灯的情况下，输入为120W/cm、200W/cm的任一种情况下，尖部周边部的温度都超过了灯点亮时发光管的适当温度范围的上限即900℃。

而且，在尖部的位置为90度、即以使发光管的形成有尖部的部分在横向的方式配置灯的情况下，虽然输入为120W/cm的情况下处在适当的温度范围，但在200W/cm的情况下超过了900℃。

与此相对，在尖部的位置为45度的情况、即以使发光管的形成有尖部的部分在重力方向下方的方式配置灯的情况下，不仅输入为120W/cm的情况下，即使在200W/cm的情况下也不会超过900℃，尖部周边部的温度进入了450℃～900℃的适当的温度范围。

同样地，在使发光管的形成有尖部的部分为重力方向下方、即0度或者30度的情况下，即使在120W/cm、200W/cm的任何一个输入的任一个中，尖部周边部的温度也进入了450℃～900℃的适当的温度范围。

因此，我们认为灯在冷却套内通过以使发光管的形成有尖部的部分在重力方向下方的方式配置，能够防止失透，并且，最好是使形成有该尖部的位置的方向配置为从灯的中心起以铅垂方向下方作为0度的±45度的范围内。

图2是表示在冷却套内将为了使形成在发光管上的尖部不从发光管的外表面突出而使其凹下的棒状的放电灯，以使发光管的形成有尖部的部分在重力方向下方的方式配置的本发明的紫外线照射用光源的图。并且，该图是沿棒状灯的纵向剖切的剖面图。

冷却(水冷)套20构成为，具有由透射紫外线的石英玻璃构成的外管21以及内管22、配置在其两端的一对套座23A、23B、以及在套座内用于液密地保持冷却用流体H(例如冷却水)的O形圈24A、25A、24B、25B。

套座23A、23B由例如铝构成，与由石英玻璃构成的外管21以及内管22的端面抵接并规定两者的轴向位置，并且也规定冷却用流体H流动的外管21与内管22之间的间隔。

另外，在套座23A、23B上设置有冷却用流体H的导入口26和排出口27。

而且，在套座23A、23B上安装有脚部件201A、201B，水冷套20通过脚部件201A、201B被固定在紫外线照射装置的底板或者框架上。

棒状的放电灯(以下也称为灯)100是例如高输出的高压水银灯或者金属卤化物灯。在由石英玻璃构成的棒状的发光管(也称为封体)11的内部，相对置地配置例如由钨构成的一对电极12A、12B，并且封入有作为放电气体的氩气以及作为发光物质的水银。并且，在金属卤化物灯的情况下，除了水银以外适量封入金属化合物。

发光管11例如全长为320mm，发光部的长度(即电极间的距离)为200mm。并且，在本实施方式涉及的放电灯100中，在尖部T部分以外的发光部的区域，发光管11的径无变位地形成为直管状。

灯100的两端安装有陶瓷制的灯头13。从灯头13伸出向电极12A、12B供给电力的导线14。

灯100的灯头13插入到灯座30A、30B内、并通过固定螺钉31A、31B固定。接着，灯座30A、30B通过螺钉32A、32B以预先设定的灯100与内管22之间的间隔的宽度被固定在套座23A、23B上。

通过以上的过程，灯100被保持固定在冷却套20内。

在冷却套20内，以使发光管11的形成有尖部T的部分在重力方向下方(从灯的中心起以铅垂方向下方作为0度的±45度的范围)的方式配置灯100，具体的步骤如下所示。

如背景技术所述那样，在为了使尖部T不从发光管11的外表面突出而使其凹下的棒状的放电灯100的纵向两端，通过粘接剂安装灯头13。在灯头13安装后，在灯头13的两端施行表示尖部T的位置的标记M。

如上述那样，水冷套20在底板或者装置的框架上通过脚部件201A、201B被安装于套座23A、23B。因此，冷却套20的上下方向由安装在套座23A、23B上的脚部件201A、201B的位置来决定。即，套座23A、23B由脚部件201A、201B的位置来决定其上下方向。

另外，灯座30A、30B通过螺钉32A、32B被固定在套座23A、23B上，因此，灯座30A、30B通过套座23A、23B与螺钉32A、32B的螺钉孔的关系来决定其上下方向。

另一方面，虽然灯100将灯头13插入到灯座30A、30B内，并通过紧固固定螺钉31A、31B而被固定，但是，如上述那样，灯座30A、30B通过与套座23A、23B的关系来决定其上下方向，因此，在观察形成在灯头13上的标记M的同时，为了使尖部T的位置在灯座30A、30B的下方向而使灯围绕管轴旋转，并通过固定螺钉31A、31B进行固定。

以上，以使发光管11的形成有尖部T的部分在重力方向下方的方式，将灯100配置在冷却套20内。

Claims

1、一种紫外线照射用光源，在内管与外管之间流动冷却介质的冷却套内配置了为使形成在发光管上的尖部不从该发光管的外表面突出而使其凹下的棒状的放电灯，其特征在于，上述放电灯配置为，使发光管的形成有尖部的部分在重力方向下方。

2、一种紫外线照射用光源，在内管与外管之间流动冷却介质的冷却套内配置了为使形成在发光管上的尖部不从该发光管的外表面突出而使其凹下的棒状的放电灯，其特征在于，上述放电灯配置为，使发光管的形成有尖部的部分为从该灯的中心起以铅垂方向下方作为0度的±45度的范围。