JP2005011740A - 紫外線発光ランプおよびそれを用いた光照射器 - Google Patents

Abstract

【課題】照射待機時の過冷却を防ぎ、ランプ温度制御のための冷却風量調整が容易な紫外線発光ランプおよび光照射器を実現すること。
【解決手段】内部に一対の電極を有し、発光領域である封体発光部と非発光領域である管端部とを備え、少なくとも水銀が封入された紫外線発光ランプにおいて、上記管端部にランプの封体と間隙を有して遮風部材を設ける。さらに上記紫外線発光ランプと、該ランプからの紫外線を反射するミラーと、上記ランプおよびミラーを収納し、紫外線照射のための開口を有する光照射器において、上記ランプの遮光部材が光照射器内に設けられたＶ字ブロックに当接することにより、ランプがミラーに対して位置決めされる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線発光ランプ、およびそのランプを用いた光照射器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトレジスト、光硬化型の接着剤や樹脂、インク、塗料への照射、化学物質の合成及び分解処理および基板の表面処理等に、紫外線発光ランプおよびそのランプを用いた光照射器が用いられる。
【０００３】
図５は、上記の目的に使用される、従来の棒状の紫外線発光ランプの構成の一例を示す図である。このような紫外線発光ランプは、封体と呼ばれるガラス管に水銀を始めとした一種もしくは複数種の金属を含むガスが封入され、同図に示すように、内部に一対の電極１ａが設けられた管本体部分と、ベース１ｂと、管内部の電極１ａと外部の電極とをつなぐためのモリブデン箔１ｃが埋設されているシール部Ｃとから構成されている。
【０００４】
このような紫外線発光ランプは、一例をあげれば、定格５００Ｖ、定格７ｋＷものであって、電極１ａ間距離は約２５０ｍｍ、内容積が１００ｃｍ^３の封体内部に鉄、沃化水銀、沃化タリウム、水銀などが封入されて、波長２２０ｎｍ〜４００ｎｍの光を放射する。このような複数種の金属を含むガスが封入された棒状の紫外線発光ランプとして例えば特許文献１がある。
【特許文献１】
特許公報第２８９５３４０号
【０００５】
管本体部分は、電極１ａ間である封体発光部Ａと、管径が細くなって封体発光部Ａとシール部Ｃをつなぐ管端部Ｂからなり、点灯時は、一対の電極１ａ間で放電が起き、管内に封入されている水銀を始めとする金属が蒸発し、該金属特有のスペクトルを発光する。この時、封体発光部Ａが発光領域になり、管端部Ｂは非発光領域となる。
【０００６】
図６は、従来の上記した棒状の紫外線発光ランプを用いた光照射器の構成の一例を示す図であり、ランプの長手方向に対して直交する方向からの断面図である。１は棒状の紫外線発光ランプ、２はランプハウス、２ａは断面が楕円形状を持つ樋状のミラー、２ｂは風洞、２ｃは隔壁、２ｄは冷却風の吸い込み孔、３は吸引ファン、４はダクトである。
【０００７】
同図に示すように、光照射器は、通常、ランプ１と、該ランプ１を収納するランプハウス２とから構成されている。ランプハウス２の上部には、ダクト４を介して吸引ファン３が設けられている。吸引ファン３が動作することによりランプハウス２内に冷却風が吸引され、ランプ１およびミラー２ａを冷却する。ランプ１およびミラー２ａを冷却した冷却風は、隔壁２ｃに設けられたエアの吸い込み孔２ｄから風洞２ｂに引き込まれ、ダクト４から排気される。
【０００８】
ランプ１は、断面が楕円形状を持つ樋状のミラー２ａの第１焦点に配置されており、上記ランプ１から放射される紫外線が、上記ミラー２ａの第２焦点に配置された被照射体Ｗ上に集光されて照射される。
【０００９】
なお、ミラー２ａは、図７に示すように、ランプ１の長手方向に沿って２分割され、それぞれが、ランプ１の長手方向に沿って伸びる回転軸２ｇを中心にして回動することにより、被照射体Ｗへの光の照射を制御するシャッタになる。以下、このようなシャッタを兼ねるミラーをシャッタミラーと呼び、シャッタミラーを備えた光照射器として例えば特許文献２がある。
【特許文献２】
特開２００２−１４８５５５公報
【００１０】
上記した紫外線による処理においては、被照射体Ｗへの照度が大きいほど、例えば光硬化型接着剤を硬化させる場合等においては処理時間を短縮することができ生産性が良くなる。このため、第２焦点の被照射体Ｗへの集光性を高めるために、特許文献３に示されるように、ランプ１はＶ字ブロックに押し付けられ、ミラー２ａの第１焦点に位置決めされている場合がある。
【特許文献３】
実用新案登録公報第２５７１２５６号
【００１１】
図８は、図６の光照射器において、紫外線発光ランプを支持する手段を示す図である。５２はベース１ｂをランプ１が伸びる方向とは直角な方向に（図中の矢印Ｓの方向）に押圧するばね板部材であり、ランプハウス２に取り付けられている。５１はばね板部材５２からの押圧を規制するよう封体発光部Ａに当接するＶ字ブロックである。Ｖ字ブロック５１の高さは、Ｖ字状の凹部にランプ１の封体発光部Ａが当接したとき、封体発光部Ａがミラー２ａの第１焦点上に位置するような高さに設定されている。
【００１２】
図５に戻り、紫外線発光ランプにおいては、ランプ点灯時の封体発光部Ａおよび管端部Ｂとシール部Ｃの最適温度はそれぞれ異なり、同図に示すように、封体発光部Ａおよび管端部Ｂは５５０°Ｃ〜９００°Ｃ、シール部Ｃは２５０°Ｃ以下である。ランプは処理時間短縮のため入力が大きくなる傾向があり、入力の大きなランプの場合、点灯時には自身の発生する熱により温度が高くなる。したがって、上記した各部がそれぞれ適切な温度になるようにランプを冷却する必要がある。
【００１３】
例えば、封体発光部Ａおよび管端部Ｂの温度が９００°Ｃ以上になると、管の材料である石英が再結晶化して白濁（失透）し、封体発光部Ａからの光の透過率が悪くなり、照度の低下やランプの変形が生じる場合がある。
また、シール部Ｃの温度が２５０°Ｃ以上になると、モリブデン箔１ｃの酸化が起こり、箔切れによるランプの不点灯といった問題が発生する。したがって、封体発光部Ａやシール部Ｃには十分な量の冷却風を与える必要がある
【００１４】
一方、冷却風が多すぎて、封体発光部Ａや管端部Ｂの温度が５５０°Ｃ以下になると、管内の蒸発している水銀やその他の金属が、温度が低くなった部分に吸い寄せられるように集まり、封体発光部Ａの金属成分の割合が変化し、発光スペクトルの分布（発光分光分布）が正常に点灯している場合と変わったり、ランプが消えてしまったりする。このような現象を過冷却と呼ぶ。
【００１５】
したがって、ランプ点灯時は、ランプの上記各部分の温度が適切になるように、冷却風量を調整する必要がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
光照射器において、例えば、被照射体への照射が終わり、次の被照射体が来るのを待つ間は、ランプを消灯してしまうと、ランプに封入されている水銀やそのほかの金属が再び蒸発し所望の発光スペクトルが得られるまで時間がかかるので、シャッタを閉じ、ランプ電力およびランプ冷却風量を少なくした状態で待機している。
【００１７】
ところが、このような照射待機時、封体発光部Ａの温度が９００°Ｃ以下およびシール部Ｃが２５０°Ｃ以下に保持されるように、冷却風量を調整すると、管端部Ｂの温度が５５０°Ｃ以下になり過冷却になるという問題が生じた。特にシャッタミラーを備えた光照射器において多く発生した。
【００１８】
上記問題について調べたところ、照射待機時は光照射器のシャッタミラーが閉じているため、シャッタミラーが開いているときに比べて管端部Ｂが冷却されやすい状態になっていることが原因であるということが分かった。
図９にランプハウス２内の冷却風の流れを示す図を、図１０にシャッタミラー２ａ付近の冷却風の流れを示す図をそれぞれ示す。
【００１９】
図９（ａ）および図１０（ａ）に示すように、シャッタミラー２ａが開き被照射体に光が照射されているときは、冷却風は、図中矢印で示すように、吸引ファン３により、光出射口側（図面下側）からランプハウス２内に取り込まれ、ランプ１の封体発光部Ａ全体を冷却し、シャッタミラー２ａの上部の吸い込み孔２ｄを介し風洞２ｂからダクト４に流れて排気される。
シール部Ｃは、温度の上昇を防ぐために、隔壁２ｆ、２ｇにより囲まれた専用の通風路２ｅが設けられており、該通風路２ｅを流れる冷却風により冷却される。
【００２０】
しかし、図９（ｂ）に示すように、シャッタミラー２ａが閉じている照射待機時は、封体発光部Ａに直接吹きつける冷却風の流れがシャッタミラー２ａによって妨げられる。即ち、光出射口側からランプハウス２内に取り込まれた冷却風は、シャッタミラー２ａに沿って流れ、シャッタミラー２ａのランプ長手方向両端に設けられている遮光板２ｈと、通風孔２ｅを形成と形成する隔壁２ｆとの隙間から、ランプ１の方向に引き込まれる。
【００２１】
遮光板２ｈと隔壁２ｆとの間に引き込まれた冷却風は、図１０（ｂ）に示すように、遮光板２ｈとランプ１の管端部Ｂとの隙間を流れ、吸い込み孔２ｄ向かう。この時、多量の冷却風が狭い隙間を流れるので流速が上がり、冷却風は管端部Ｂの封体に勢い良く吹きつけられる。
【００２２】
管端部Ｂは非発光領域であり、強い冷却風が当たると温度が低くなりやすく、したがって過冷却が発生する。従来、管端部には保温のために耐熱性の保温塗料が塗布されていたが、上記のような過冷却を完全に防ぐことはできなかった。
【００２３】
さらに、Ｖ字ブロックを用いてランプの位置決めを行なっている光照射器においては、封体発光部のＶ字ブロックが接触している部分の温度が、それ以外の部分よりも低くなり、封体発光部の温度が不均一になる。そのために、ランプが安定して点灯する温度になるよう、ランプの冷却風量を調整することがますます難しくなっていた。
【００２４】
本発明は、上記した従来技術の問題点を考慮してなされたものであって、本発明の目的は、照射待機時の過冷却を防ぎ、ランプ温度制御のための冷却風量調整が容易な紫外線発光ランプおよび光照射器を実現することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記課題解決するため、請求項１の発明は、内部に一対の電極を有し、発光領域である封体発光部と非発光領域である管端部とシール部とを備え、少なくとも水銀が封入された紫外線発光ランプにおいて、上記管端部のみにランプの封体と間隙を有して遮風部材を設ける。この遮風部材の材質として、例えば請求項２の発明のように、ガラスまたはセラミックを用いる。
【００２６】
さらに請求項３に係る発明では、管端部に封体と間隙を有する遮風部材が設けられた紫外線発光ランプと、該ランプからの紫外線を反射するミラーと、上記ランプおよびミラーを収納し、紫外線照射のための開口を有する光照射器において、上記ランプは、上記遮光部材が光照射器内に設けられたＶ字ブロックに当接することにより、上記ミラーに対して位置決めされる。
【００２７】
本発明においては、上記のように、紫外線発光ランプの管端部のみにランプの封体と間隙を有して遮風部材を設けることにより、光照射器のシャッタミラーが閉じている照射待機時、冷却風が管端部に吹きつけられるのを防ぎ、封体と遮風部材の間隙にある空気層の保温効果により管端部の温度低下を防ぐ。
【００２８】
さらに、この遮風部材の材質をガラスまたはセラミックとすることにより、ランプ内部の電極と遮風部材との間で放電による地落が発生することを防ぐことができる。
【００２９】
さらに、この遮風部材の中心軸を紫外線発光ランプの芯と一致させて取り付け、該遮風部材がＶ字ブロックに当接することによりランプの位置決めがなされるので、封体発光部の温度が部分的に低くなることがなく、冷却風量の調整が容易になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明の実施例の形態を具体的に説明する。図１は、本発明の紫外線発光ランプの構成を示す図である。
紫外線発光ランプ１の両側には、管端部Ｂを覆う傘状の遮風部材Ｄが設けられている。遮風部材Ｄは封体発光部Ａと同心で、ランプの長手方向に直角方向の断面は円形である。紫外線発光ランプ１に入力されるランプ電力は、例えば７ｋＷである。
【００３１】
遮風部材Ｄは厚さ約２ｍｍの、ランプ１の封体と同じ材質のガラスであり、管端部Ｂの封体に対し約１ｍｍの隙間ｄを有し、ベース１ｂ側がシール部Ｃの封体に固定されている。封体発光部Ａ側は開放されている。
【００３２】
図２に本発明の紫外線発光ランプの管端部付近の拡大図を示し、同図を用いて遮風部材Ｄを設ける位置について説明する。シール部Ｃは、上記したように２５０°Ｃ以下に保持する必要がある。したがって、遮風部材Ｄは、シール部Ｃを冷却する冷却風の流れを妨げないよう、シール部Ｃのモリブデン箔１ｃの電極１ａ側端よりも内側（電極側）に設ける必要がある。
【００３３】
一方、ランプは電極１ａの先端間の放電により発光するので、遮風部材Ｄは、電極１ａ先端より内側（発光部側）にかからないように設けなければならない。しかし、電極１ａ先端より外側（非発光部側）は、放電が生じていないので温度が低くなりやすく、遮風部材Ｄを設ける必要がある。即ち、遮風部材Ｄは、シール部Ｃのモリブデン箔１ｃの電極１ａ側端から電極１ａ先端までの管端部Ｂ全体を覆うように設ける。
【００３４】
遮風部材の取り付けは次のようにして行なわれる。まず、取り付けるランプの管端部に応じた長さと、取り付けたときランプの外径に対して約１ｍｍの隙間ができる内径と、中心にシール部Ｃの径に相当する孔を有する傘状の遮風部材を製作する。
【００３５】
次に、紫外線ランプの製作工程において、ランプにベース１ｂを取り付ける前に、遮風部材Ｄの孔にシール部Ｃを通し管端部Ｂの封体と融着する。耐熱性の接着剤により接着しても良い。なお、遮風部材Ｄはその中心軸がランプの電極１ａ間を結ぶ軸（芯）と一致するように芯出しをして固定する。
【００３６】
なお、遮風部材の材質は上記ガラス以外のものを使用することもできるが、絶縁性であることが望ましい。遮風部材の材質が導電性である場合、遮風部材はランプ内部の電極と接近するため、ランプ点灯時に電極と遮風部材との間で放電し、電流が遮風部材からランプハウスに流れて地絡（グランドに対してショートすること）を起こす場合があるからである。
【００３７】
遮風部材として用いることができる絶縁性部材として、例えばセラミックがあげられる。上記したように、管端部は非発光領域であるので、不透明な材料を用いても問題はない。
【００３８】
図３に、上記の紫外線発光ランプを用いた光照射器の構成を示す。Ｖ字状の凹部を有するＶ字ブロック５１は、ランプ１の管端部Ｂに対応する位置に配置される。
【００３９】
図４に、図３に示した光照射器において紫外線発光ランプを支持する手段を示す。遮風部材Ｄが上記Ｖ字ブロック５１の凹部に嵌め込まれ、ばね板部材５２によりベース１ｂが押圧されることによりランプ１が固定される。
【００４０】
上記したように、遮風部材Ｄの外形は円形であり、封体発光部Ａと同心となるように固定されているので、遮風部材Ｄの外径を考慮してＶ字ブロック５１の高さを設計することにより、Ｖ字ブロック５１の凹部に遮風部材Ｄを嵌め込むことにより、ランプ１の封体発光部Ａをシャッタミラー２ａの第１焦点に確実に支持できる。
【００４１】
照射待機時、シャッタミラー２ａが閉じ、従来と同様にシャッタミラー２ａの遮光板Ｄと隔壁２ｆとの間に引き込まれた冷却風が、遮光板Ｄとランプ１の管端部Ｂとの隙間を流れるが、管端部Ｂに取り付けられた遮風部材Ｄにより、該冷却風がランプ１の管端部Ｂの封体に直接吹きつけられることがない。
【００４２】
遮風部材Ｄは冷却され温度が低くなるが、遮風部材Ｄと管端部Ｂの封体には隙間が設けられているので、この隙間に存在する空気層の保温効果により、管端部Ｂの熱は遮風部材Ｄには伝わらず温度が下がらない。したがって管端部Ｂ過冷却が防止される。従来行なっていた耐熱性保温塗料の塗布も必要がなくなる。
【００４３】
また、Ｖ字ブロック５１は遮風部材Ｄのみに接触し、封体発光部Ａには接していない。したがって、封体発光部Ａの温度がＶ字ブロック５１に伝わることがなく、封体発光部Ａの温度が部分的に低くなるということがない。したがって、封体発光部Ａの温度は均一に安定して保持され、冷却風量の設定が容易になる。
【００４４】
なお、上記したように、遮風部材Ｄが覆う部分はシール部Ｃのモリブデン箔１ｃの電極１ａ側端から電極１ａ先端までの管端部Ｂのみであるので、封体発光部Ａのおよびシール部Ｃ冷却は、遮風部材Ｄにより影響されることなく従来どおり行なうことができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、紫外線発光ランプの管端部のみに遮風部材を設けたので、シャッタを閉じた照射待機時、管端部の温度が下がることによる過冷却の発生を防ぐことができる。
また、遮光部材がＶ字ブロックに嵌め込まれることによりランプの位置決めがなされるので、封体発光部の温度が安定し冷却風量の設定が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の紫外線発光ランプの構成を示す図である。
【図２】本発明の紫外線発光ランプの管端部付近の拡大図である。
【図３】本発明の紫外線発光ランプを用いた光照射器の構成を示す図である。
【図４】本発明の紫外線発光ランプを支持する手段を示す図である。
【図５】従来の紫外線発光ランプの構成の一例を示す図である。
【図６】従来の紫外線発光ランプを用いた光照射器の構成の一例を示す図である。
【図７】シャッタミラーの動作を示す図である。
【図８】従来の光照射器において紫外線発光ランプを支持する手段を示す図である。
【図９】ランプハウス内の冷却風の流れを示す図である。
【図１０】シャッタミラー付近の冷却風の流れを示す図である。
【符号の説明】
１ 紫外線発光ランプ
１ａ 電極
１ｂ ベース
１ｃ モリブデン箔
２ ランプハウス
２ａ ミラー
２ｂ 風洞
２ｃ 隔壁
２ｄ 吸い込み口
２ｅ 通風路
２ｆ 隔壁
２ｈ 遮光板
２ｇ 回転軸
３ 吸引ファン
４ ダクト
５２ ばね部材
５１ Ｖ字ブロック
Ａ 封体発光部
Ｂ 管端部
Ｃ シール部
Ｄ 遮風部材
Ｗ 被照射体

Claims (3)

1. 内部に一対の電極を有し、発光領域である封体発光部と、非発光領域である管端部とシール部とを備え、少なくとも水銀が封入された紫外線発光ランプにおいて、
   上記管端部のみに、ランプの封体と間隙を有する遮風部材が設けられていることを特徴とする紫外線発光ランプ。
2. 上記遮風部材の材質は、ガラスまたはセラミックであることを特徴とする請求項１に記載の紫外線発光ランプ。
3. 管端部に封体と間隙を有する遮風部材が設けられた紫外線発光ランプと、該ランプからの紫外線を反射するミラーと、上記ランプおよびミラーを収納し、紫外線照射のための開口を有する光照射器において、
   上記ランプは、上記遮風部材が光照射器内に設けられたＶ字ブロックに当接することにより、上記ミラーに対して位置決めされることを特徴とする光照射器。

Images