JP2001325914A

JP2001325914A - 接着剤硬化用金属ハロゲンランプ

Info

Publication number: JP2001325914A
Application number: JP2001059266A
Authority: JP
Inventors: Dale E Brabham; イーブラハムデイル; Douglas M Rutan; エムルータンダグラス; Timothy D Russell; ディラッセルティモシー
Original assignee: Welch Allyn Inc
Current assignee: Welch Allyn Inc
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2001-11-22
Also published as: EP1134778A3; CA2332100A1; EP1134778A2; US6495844B1

Abstract

(57)【要約】【課題】反射板と、その反射板によって囲まれた光源
を共に有するアークランプアセンブリ。【解決手段】反射板上のダイクロイックコーティング
は、約３００ないし６００ｎｍの放射を反射するよう機
能する。光源は、ヨウ化スカンジウム，または他の適す
るランタニド，ヨウ化インジウム，ヨウ化ナトリウム，
ヨウ化ナトリウムの混合物を含む金属ハロゲン充填構成
要素を有するアークランプであり、それによって、ラン
プアセンブリは選択された化合物を硬化するために効果
的な量の紫外放射を放出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、ランプ
に関するものであり、特に、化合物を硬化するために所
望の有用な範囲の紫外放射を最大限にする金属ハロゲン
ランプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この分野においては、広い範囲の用途に
用いられる、低ワット数，長寿命で短いアークギャップ
のランプが長い間目標であり、目的であった。市場の変
わりゆく必要性が、５０ワットの短いアークギャップの
ランプに対する必要性を認識している。ある用途におい
てこのような光源は、小さなライトバルブを照らすのに
用いられる。この光源は、小型サイズの光源で、高い放
射輝度，良好な分光特性，長寿命，低電力であることが
要求される。この目標は、投影ランプとしての利用に適
する５０ワットのアークランプの開発によって達成さ
れ、アメリカ特許第5,942,850号にさらに詳しく記載さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種のランプは、紫
外放射が必要とされる用途に使おうと試みられる場合、
たとえ動作条件が紫外放射を有利に促すよう緩和された
としても、ランプの寿命や安定性が損なわれる場合には
不向きである。そのため、この種のランプは、紫外線範
囲において強められた放射に備えて十分に作用するもの
ではなく、一般に設計されているように、高い紫外線反
応が必須である用途に値するものではない。

【０００４】従って、本発明の目的は上記の先行技術の
問題を克服することである。

【０００５】本発明のさらなる目的は、高性能紫外線照
射または、プラスチックや粘着性基質において重合反応
を起こさせる硬化用の光として使用可能な光源を提供す
ることである。

【０００６】本発明のさらなる目的は、高い紫外放射を
必要とするシステムにおいて使用される高性能ランプを
提供することである。

【０００７】本発明のさらに他の目的は、高い放射輝
度，長寿命，有効な紫外放射を示す小型ランプアセンブ
リを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、高性能小型ア
ークランプを目標としている。該ランプは、好ましく
は、紫外放射に反応する化合物を硬化するために用いら
れる。該ランプは、紫外線照射を所望の標的または領域
に集中させるために、反射板にダイクロイックコーティ
ングを利用するアセンブリに使用される。

【０００９】ヨウ化セシウム，ヨウ化インジウム，ヨウ
化スカンジウム，そしてヨウ化ナトリウムのグループか
ら選択された個々の化合物のうち、特殊な金属ハロゲン
の混合物が高いランプ性能を確実なものとする充填成分
を提供し、適切なダイクロイックコーティングを有する
反射板と共に用いられると、紫外放射の効果的な光源を
提供することに独特に適しているということが発見され
た。

【００１０】本発明の目的を達成する適切な混合物は、
総量が約２００μｇまでのヨウ化スカンジウム（または
他の適するランタニド），ヨウ化インジウム，そしてア
ルカリハロゲン化物（ヨウ化ナトリウムとヨウ化セシウ
ム）を含む。ダイクロイックコーティングは、約３００
ないし６００ｎｍの紫外放射を反射するよう選択され
る。

【００１１】本発明での使用においては、ランプが受け
入れられる小型サイズで、高い放射輝度，長寿命，低電
力を示すことが必須である。

【００１２】

【発明の実施の形態】細長い石英ガラス容器形状の本発
明の光源１０は、図１により詳細に示されており、対向
する頸状部３６と３８の末端にそれぞれ配置された、一
対の細長い電極１６（陰極）と１８（陽極）を有する二
重末端構造を成している。電極は互いに、好ましくは約
０．８ｍｍないし１．５ｍｍの予め決められた臨界距離
Ｄ、即ち、アークギャップで離されている。光源は全体
の長さ（図１のＬ）が約２８ｍｍないし３２ｍｍで、直
径が約３ｍｍないし約５ｍｍの頸状部を有する細長い本
体の形状をしており、また、体積１４が約１３０ｍｍ³
±２０ｍｍ³の一般的に楕円形の中央密閉チャンバ１２
を有する。チャンバ１２の壁の厚さは、約１ｍｍであ
る。光源は、紫外線出力を高めるように配合された不活
性ガス，水銀，金属ハロゲンから成る臨界充填混合物を
含む。

【００１３】さらに詳細には、密閉チャンバは、図４に
示されている約３００ないし６００ｎｍの紫外線範囲に
おけるスペクトル電力のグラフで明らかなように、本発
明のランプにおいて独特な紫外線スペクトル反応を示す
よう設計されている。図４に示された放射は、ＮＩＳＴ
基準を追跡可能な分光ラジオメーターとともに、ここで
は５０ワットで動作すると記述されるランプから得られ
る。

【００１４】チャンバの体積は、半長軸ａと半短軸ｂの
楕円体の体積とほぼ同じであり得る。Ｖ＝４／３πｂ²
ａ本発明の光源のための半長軸の長さ（図１ａのａ）
は、チャンバの全長の２分の１で、約４ないし６ｍｍで
ある。半短軸の長さ（図１ａのｂ）は、チャンバの内径
の２分の１で、約２ないし３ｍｍである。

【００１５】最適の性能明細をもたらすチャンバの体積
の好ましい範囲は、約１１０ないし１５０ｍｍ³であ
る。ランプ電力をチャンバ体積で割った数字は、ランプ
の体積電力負荷として知られる。この数字は、設計要素
の好ましい範囲では０．４／ｍｍ³となる。この計量
は、ランプの熱放散したパワーユニットサイズの量に関
連し、それゆえに、ランプの動作温度に影響を及ぼすも
ので、重要である。

【００１６】チャンバの適切な体積は、他の相関設計要
素、主に充填材料の種類や量、そして動作電力と組み合
わさって決められる。

【００１７】最適な体積から離れると、不適切な内部動
作圧力、あるいは体積電力負荷によって記述されるよう
な不適切な熱動作の結果として、性能低下を引き起こし
得るであろう。

【００１８】電極はそれぞれ、各末端に巻き付けられた
金属コイル２０と２２を有する軸部分から成る。電極の
適切な熱や電気の設計は、所望の性能を達成するよう要
求される。一次電極軸の周りのコイル、すなわちワイヤ
ーのラップは、電気や熱要求のバランスを適切に保つた
めに加えられる可能性がある。コイルは電極軸の温度を
調節するための付加的な熱放射面を提供する機能を果た
すことができる。コイルの大きさと長さは、最適な熱性
能を達成するよう設計され得る。コイルの付加的機能
は、効果的で信頼出来るアークの起動またはランプの起
動のための適切な電界特性を提供することである。ある
用途においては、陰極上のコイルは任意であり、要求さ
れてはいない。軸部分のもう一方の端はそれぞれ、対向
する頸状部の端でそれぞれ密閉されたホイル材２８と３
０の一端とつながっている。典型的には、ホイル材はモ
リブデンで作られている。ホイル材のもう一方の端はそ
れぞれ、比較的太い外部リード線３２と３４に接続され
ており、そのリード線３２と３４はそれぞれ、図２によ
り明確に示された構造部材に接続されている。

【００１９】図２は、光源１０を含む反射板４２を有す
る、本発明の小型ランプ４０を示している。光源１０
は、適切な電力源に接続するのに適した一対のピン４６
と４８を備えた熱絶縁抵抗コネクタ４４を有する。構造
部材３５，３７，３９は、反射板に対しておおよそ水平
軸の方向に光源を向け、リード線３２に沿って電気接続
を成すように用いられる。反射板の内側ガラス面４３は
さらに、選択された光を通過させて、所望の標的または
場所に紫外放射を反射する、または向けるように機能す
るダイクロイック素材のコーティング４５を有する。適
切なダイクロイック素材は、二酸化ケイ素（Ｓ₁Ｏ₂），
酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃），二酸化ジルコニウム
（ＺｒＯ₂），酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）の化合物であ
る。多種コーティングが、交互の層において適用され
る。ダイクロイックコーティングはサブミクロンの層
で、典型的には、約０．００５ないし０．０１０ミクロ
ンの厚さを有する。少なくとも２種類の異なる酸化物か
らなる多種コーティング（１００まで）は、従来の蒸着
技術によって反射板の内面上に交互に形成される。

【００２０】本発明において、高融点絶縁材は、以下の
構成要素が挿入され、密閉された細長い容器の中に形成
される。ａ．一対の高融点金属電極ｂ．一定量の金属ハロゲン材料ｃ．一定量の金属水銀ｄ．一定量の不活性ガス電極は、互いに向かい合って、軸方向に一列に並んでい
る。光源は、直流（ＤＣ）モードにおいて低電力で動作
している。

【００２１】容器のための高融点材料は、溶解された酸
化シリカまたは酸化アルミナであり得る。電極のための
高融点材料は、典型的には、タングステン（トリウム有
りまたは無しの）またはモリブデンである。電極の説明
が以下にさらに詳しく述べられる。金属ハロゲン材料と
水銀の量もまた以下に説明される。

【００２２】容器の材料は、好ましくは溶解シリカであ
り、電極はタングステンである。溶解シリカは、取り扱
いや加工が容易であり、タングステンはより高い動作温
度を可能とし、光出力や寿命を増大させる。

【００２３】対向する電極は、離れて配置され、投影デ
ィスプレイの用途に最適な性能を与える間隔で離されて
いる。光成分の光収束を最大限に利用するには、光源が
可能な限り「点光源」に近いことが必要である。

【００２４】間隔の広い範囲は、０．８ないし１．５ｍ
ｍである。

【００２５】間隔の好ましい範囲は、１．２ｍｍ±０．
２ｍｍである。

【００２６】間隔の好ましい範囲を下回ると、ランプの
視感度が相応して損なわれるであろう。好ましい範囲を
こえると、投影光学のための小型光源としてのランプの
有効性を最小限にする。

【００２７】ＤＣモードで光源を動作させる場合におい
て、一方の電極は陽極として、他方は陰極として認識さ
れ、各電極は、与えられたランプ電力と電流に対して最
適な動作に適した大きさに作られる。電極は、金属軸に
取り付けられた過巻き高融点金属コイルを組み込むとい
う、公知の技法で組み立てられる。最適な設計は、光源
が動作することが意図される電力や電流の範囲によって
決められる。下記の表は、本発明の電極ワイヤーの直径
と、電力と電流の範囲をまとめている。

【００２８】電気動作特性と電極設計との間の不一致
は、生産性能の見地から大変な失敗となるであろう。一
般的に、電極のあまりに高い動作温度（高電流／小電
極）を認める設計は、急速な電極腐食，容器の黒ずみ，
短寿命，低光出力を招くであろう。電極のあまりにも低
い動作温度（低電力／大電極）は、不安定またはちらつ
いたアークを生じるであろう。

【００２９】以下のヨウ化スカンジウム，ヨウ化インジ
ウム，ヨウ化セシウム，ヨウ化ナトリウムのグループか
ら選択された個々の化合物のうち、特殊な金属ハロゲン
の混合物が他の充填構成要素とともに、強化された紫外
線出力を示すランプを生じるということが発見された。
その発見は、本発明の構成要素の主要な組み合わせであ
る、所望の紫外放射のみを集中させるダイクロイックコ
ーティングを有する反射板との組み合わせにおける、金
属ハロゲン塩類の特殊な照射量である。

【００３０】ヨウ化スカンジウムまたは他の適するラン
タニドは、ランプ内の不要な二次工程を調整する手段を
提供する。ヨウ化インジウムは、青い状態の放射放出を
紫外線領域に与え、本発明の基礎である総スペクトル出
力を強める。ヨウ化ナトリウムとヨウ化セシウムは、プ
ラズマの適切な電気，熱，対流特性を提供するよう、組
み合わせて取り入れられている。

【００３１】下記の表に示された、本発明の目的を達成
する適切な混合は、構成材料（質量パーセントによる）
１３２μｇの金属ハロゲン線量である。安定した電気作
用を最大限に利用する組み合わせをもたらす有効濃度範
囲がまた、以下の表に掲げられている。

【００３２】水銀量は、水銀が気化し、その排出物をガ
ス状態の中に入れ、電気動作パラメーターを調整するよ
うに加えられる。

【００３３】水銀量は、５ないし１５ミリグラムの間で
変動可能であり、容器の内積の関数である。

【００３４】好ましい量は、約９ミリグラム±１０％ま
でである。

【００３５】過剰な水銀は真空管内の超過圧力を起こ
し、早期欠陥を生じ得る。水銀量があまりにも少ない
と、不適切な電気動作特性となり、主にそれによって視
感度を低下させる結果となる。

【００３６】充填不活性ガスは、ランプの起動時に支援
するようイオン化され得るガスを供給するために加えら
れる。適切な充填ガスは、０．５気圧ないし数気圧の範
囲で冷却充填圧縮されたネオン，アルゴン，クリプト
ン，キセノンを含む。

【００３７】本発明の使用に好ましいガスは、約５００
トール±２％のアルゴンである。過剰アルゴンは、放電
を起こすのに必要な電圧を非常に高くし、電気動作回路
に多額の費用がかかるであろう。

【００３８】電極のアークギャップや、金属ハロゲン，
水銀，不活性ガスの量についての上記明細は、本発明の
場合、約１３０ｍｍ³±２０ｍｍ³の臨界体積を有する密
閉チャンバと組み合わせて用いられなければならない。

【００３９】光源の大きさは、０．８ｍｍないし１．５
ｍｍの電極分離（アークギャップ）によって決められ
る。容器と関連構造の全長は、約２インチである。耐用
年数は、２，０００時間を超える。

【００４０】

【発明の効果】本発明の光源とランプは、図に示されて
いるような好ましい形態に関して詳細に説明され、記述
されているが、請求項で定義されているように、発明の
精神及び有効範囲から離れることなく、詳細にわたって
様々な変化がもたらされるということは、当業者によっ
て理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光源の断面図である。１ａは図１に示
された光源の密閉チャンバの拡大断面図である。

【図２】図１の光源を有するランプの断面図である。

【図３】図１に示されたランプの背面図である。

【図４】３つの異なる間隔での本発明のランプの紫外線
出力のグラフを示している。

【符号の説明】

１０光源１２中央密閉チャンバ１４体積１６電極（陰極）１８電極（陽極）２０，２２金属コイル２８，３０ホイル材３２，３４リード線３５，３７，３９構造部材３６，３８頸状部４０小型ランプ４３反射板内側ガラス面４４熱絶縁抵抗コネクタ４５ダイクロイックコーティング４６，４８ピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ダグラスエムルータンアメリカ合衆国ニューヨーク州 13021 オーバーンノースロード 5546 (72)発明者ティモシーディラッセルアメリカ合衆国オハイオ州 44145 ウェストレイクウェストフォードサークル 1496 アパート 211

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射板と、該反射板に囲まれた光源とを
組み合わせにおいて有するアークランプアセンブリであ
って、約３００ないし６００ｎｍの放射を反射するように機能
する前記反射板上のダイクロイックコーティングを有
し、上記光源は、ヨウ化スカンジウム，ヨウ化インジウ
ムの混合物，ヨウ化セシウム，およびヨウ化ナトリウム
の部分を含む、金属ハロゲンの充填成分を有するアーク
ランプであり、それによって、上記ランプアセンブリは、選択された化
合物を硬化するのに有効な量の紫外放射を放出し、前記金属ハロゲンの混合物が、以下のような濃度を有す
る、ことを特徴とするアークランプ。
【請求項２】光源を囲む反射板を有する、化合物を硬
化するための紫外放射の効果的な光源を提供する小型ラ
ンプにおいて、（ａ）上記反射板は、約３００ないし６００ｎｍの紫外
放射を反射するように選択されたダイクロイックコーテ
ィングを有し、（ｂ）上記光源は、減少した断面を有する共軸の中央開
口部をそれぞれ備えた対向する一対の頸状部と充填成分
を含む中央密閉チャンバを有する、細長い石英ガラス容
器を有し、上記中央密閉チャンバは、約０．５気圧から約２．０気
圧の範囲で、室温で圧縮されたアルゴンと、約５ｍｇか
ら約１５ｍｇの水銀と、約５０から１０００マイクログ
ラムの金属ハロゲン混合物とを有し、前記金属ハロゲン
混合物は、ヨウ化スカンジウム，ヨウ化インジウム，ヨ
ウ化セシウムおよびヨウ化ナトリウムを含み、一対の軸
方向に一列に並ぶ電極は、それぞれ前記対向する頸状部
に配置され、予め決められた約０．８から１．５ｍｍの
間隔で互いに離されており、前記電極はそれぞれ末端部
を含む軸部を有し、前記末端部の少なくとも一端がその
周りを取り巻くコイルを有する、ことを特徴とする小型ランプ。
【請求項３】請求項２のランプにおいて、金属ハロゲン混合物は、以下のものからなることを特徴
とするランプ。
【請求項４】請求項２のランプにおいて、ダイクロイックコーティングが、複数の異なる酸化物の
交互の層において、二酸化ケイ素，酸化アルミニウム，
二酸化ジルコニウム，酸化タンタルから成るグループか
ら選ばれた材料である、ことを特徴とするランプ。