JP2008140758A

JP2008140758A - 紫外線放電ランプ

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Publication number: JP2008140758A
Application number: JP2007109783A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Tauchi; 亮彦田内; Chikako Ichimura; 知佳子市村; Toshiya Suzuki; 俊也鈴木; Makoto Yashima; 誠八島; Jun Fujioka; 純藤岡
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2027-04-18
Also published as: TWI359437B; JP5069493B2; TW200832491A; CN101174536A; KR20080040570A; KR100913470B1; CN101174536B

Abstract

【課題】３４０ｎｍ以下の紫外線スペクトルが少なく、３４０ｎｍ〜３８０ｎｍに強いスペクトルを持つ紫外光を発光することができる紫外線放電ランプを提供する。
【解決手段】本発明は、放電媒体として鉄元素を含まず、水銀と共にハロゲン化タリウムが封入された紫外線放電ランプ５２を特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、紫外線放電ランプに関する。

一般に、３５０〜３８０ｎｍ近辺に高い発光強度を持つ紫外線発光のメタルハライドランプは、紫外線硬化塗料の硬化や、近年市場用途の高い機能性高分子フィルムへの光反応に効果的である。

しかしながら、３４０ｎｍ以下の発光波長領域の光は、機能性材料に劣化を与えることが知られており、これらの短波長を抑制して使用されている。

このような要求を満たすものとして、従来、特開平０３-２５０５４９号公報（特許文献１）に記載されているように、金属タリウムあるいはハロゲン化タリウムを鉄と水銀と共に気密性容器に封入することにより３４０ｎｍ以下の短波長の紫外線を抑制して３６５ｎｍ近辺に高い発光強度を持つ紫外線照射ランプが知られている。

しかしながら、従来の鉄入りのハロゲン化タリウムランプは、鉄元素の存在によって３６５ｎｍのスペクトルは急峻に出るが、実際には３６５ｎｍとその近傍の波長のスペクトルとの積分値としての３６５ｎｍのスペクトルが得られているのであって、厳密な３６５ｎｍ波長のスペクトルは十分ではない問題点があった。また、長時間放電点灯させていると、放電媒体中の鉄元素が気密性容器の石英ガラスと反応を起こし失透を発生して発光強度が低下すると共に輝度低下を起こす問題点もあった。さらに近年、液晶表示装置の大画面化に代表される大型フィルムや印刷物等での軸方向に均一に照度分布を実現して露光可能な長尺（例えば、１８００ｍｍ）ランプの要求がある。しかしながら、鉄入りハロゲン化タリウムランプでは、発光長が３００ｍｍを超えると分離発光を発生するなど、長尺化の要求に不適なランプ性能である問題点もあった。
特開平０３-２５０５４９号公報

本発明は、上述の従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、３４０ｎｍ以下の紫外線スペクトルが少なく、特に３５２ｎｍに高いスペクトルを持つ紫外光を発光することができる紫外線放電ランプを提供することを目的とする。

本発明はまた、高照度でランプ管軸方向に分光や照度の偏差（分離発光）を発生させず、長尺化が図れ、かつ長寿命化が図れる紫外線放電ランプを提供することを目的とする。

本発明の１つの特徴は、発光管内に放電媒体として鉄元素を含まず、水銀と共にハロゲン化タリウムが封入された紫外線放電ランプである。

上記紫外線放電ランプにおいては、前記ハロゲン化タリウムの封入量Ｍは、前記発光管の内径Ｄ≦３０ｍｍの場合において０．０１ｍｇ／ｃｃ≦Ｍ≦０．３ｍｇ／ｃｃとすることができる。

また、上記紫外線放電ランプにおいては、前記発光管の内径Ｄ≦３０ｍｍで発光長Ｌを５００ｍｍ≦Ｌ≦２５００ｍｍとするとき、前記水銀の封入量Ｈｇを０．９ｍｇ／ｃｃ≦Ｈｇ≦５．０ｍｇ／ｃｃ、ハロゲン化タリウムの封入量Ｍを０．０１２ｍｇ／ｃｃ≦Ｍ≦０．１ｍｇ／ｃｃとすることができる。

また、上記紫外線放電ランプにおいては、前記発光管内に含まれる水銀及びハロゲン化タリウムの放電媒体は、前記発光管の内径ＤがＤ＜３０ｍｍとするとき安定点灯時の電位傾度Ｅ（Ｖ／ｃｍ）の値が８＜Ｅ＜３０の値をとる封入量とすることができる。

また、上記紫外線放電ランプにおいては、前記ハロゲン化タリウムは、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）とすることができる。

さらに、上記紫外線放電ランプにおいては、前記ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）は、水銀（Ｈｇ）との重量比Ｍｒ＝Ｈｇ（ｍｇ／ｃｃ）／ＴｌＩ（ｍｇ／ｃｃ）を１０≦Ｍｒ≦２００とすることができる。

本発明の紫外線放電ランプによれば、ランプ容器に放電媒体として水銀と共にハロゲン化タリウムが封入され、鉄元素を含まないことで、タリウムの発光波長である３５２ｎｍに高いスペクトルを持つ紫外線を効率良く発光させることができる。また、本発明の紫外線放電ランプによれば、高照度で、ランプ管軸方向に分光や照度の偏差が発生しないで発光させることができ、かつ長寿命化が図れる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１を用いて、本発明の第１の実施の形態の紫外線放電ランプについて説明する。本実施の形態の紫外線（ＵＶ）放電ランプ５２は、紫外線透過性を有する石英製の発光管を形成する気密性容器５２０の内部にタングステン（Ｗ）製等の電極５２１，５２２が配置され、外部にソケット５２３，５２４がそれぞれ設けられた外管径２７．５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、発光長Ｌが１０００ｍｍ、ランプ電圧１１００Ｖ、ランプ電流値１１．０Ａの仕様のものである。

気密性容器５２０の内部には、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガス、水銀、そしてハロゲン化タリウムが封入されている。このハロゲン化タリウムとしては、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）を用いることができる。ヨウ化タリウムの場合、図２に示すように、波長３５２ｎｍ、３６５ｎｍ、３７８ｎｍ付近に、特に波長３５２ｎｍ、３７８ｎｍ付近に大きな発光ピークを有する。ヨウ化タリウムに代えて、臭化タリウムを採用することもできる。

タリウム（Ｔｌ）は、３５２ｎｍ、３６５ｎｍ、３７８ｎｍの波長領域内に強い輝線スペクトルを持ち、水銀の発光強度を減少させる効果を持ち、そのため、３１３ｎｍの水銀発光を抑制し、３４０〜４００ｎｍの波長領域の発光を相対的に多くした紫外線を発光させることできる。よって、本実施の形態の紫外線放電ランプ５２は、紫外線硬化塗料あるいは機能性プラスチック等に対する処理における特性に大きく影響を及ぼす波長領域３４０ｎｍ以下の紫外線の照射を低減できる。

ハロゲン化タリウムの封入量は、発光管の内径Ｄ≦３０ｍｍの場合において、封入量Ｍは０．０１ｍｇ／ｃｃ≦Ｍ≦０．３ｍｇ／ｃｃから選択される量とするのが好ましい。より好ましくは、発光管の内径ＤがＤ≦３０ｍｍ、発光長Ｌが５００ｍｍ≦Ｌ≦２５００ｍｍとした場合に、水銀の封入量Ｈｇを０．９ｍｇ／ｃｃ≦Ｈｇ≦５．０ｍｇ／ｃｃ、ハロゲン化タリウムの封入量Ｍを、０．０１２ｍｇ／ｃｃ≦Ｍ≦０．１ｍｇ／ｃｃの中から選択される量とするのが好ましい。

ハロゲン化タリウムの封入量ＭをＭ≦０．３ｍｇ／ｃｃとすることにより、ランプ５２の軸方向に対して均一な照度が得られるため、被照射物に対する紫外線の均一な照射が実現できる。また、図２の分光特性に示したように、被照射物の特性に影響を及ぼす波長３１３ｎｍの照度のピーク値を、波長３６５ｎｍの照度のピーク値に比べて５％以下に低減できるので、紫外線照射後の被照射物の特性をより向上させることができる。一方、ハロゲン化タリウムの封入量を０．３ｍｇ／ｃｃ以上とすると、気密性容器５２０内に封入されたタリウムがランプ５２の長手方向に不均一に分散するために発光分離が生じ、ランプ性能が低下する。

また、ハロゲン化タリウムの混入により、水銀による紫外線である３１３ｎｍピークの紫外線の発生を抑えることができ、ピーク３６５ｎｍのスペクトル強度に対してピーク３１３ｎｍのスペクトル強度を５％以下に抑えることができ、結果的に、ハロゲン化タリウム混入の紫外線放電ランプからの紫外線による被照射物への照射にて被照射物を劣化させる作用を避け、被照射物に対する紫外線処理をより効果的に行える。

尚、本実施の形態においては、発光管内径ＤがＤ＜３０ｍｍのときに、安定点灯時の電位傾度Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を８＜Ｅ＜３０とすることができ、これによって、過負荷にならずに長寿命でタリウムの発光を有効に利用する紫外線ランプを得ることができる。

また、気密容器の内径が３０ｍｍ以下で、かつ、単位長さ当りの入力（Ｗ／ｃｍ）が６０Ｗ／ｃｍ以上で点灯させるときに、ヨウ化タリウムの封入量（ｍｇ／ｃｃ）を０．３ｍｇ／ｃｃ以下とすることができ、これによって、３４０ｎｍ以下のスペクトルの発光強度を軽減し、３５２ｎｍ、３６５ｎｍ、３７８ｎｍのスペクトルの発光強度を高めることができる。

さらに、電極５２１，５２２のタングステン材として、酸化セリウム（Ｃｅ_２Ｏ_３）が０．５％以上含まれているセリウムタングステンを使用することができる。一般的に広く電極材として利用されているトリウムタングステンは、酸化トリウムが安定した化合物であるが放射性を有している。そこで、仕事関数がこの酸化トリウムに近い酸化セリウムをタングステンに含有させることで、トリウムタングステン電極と同等な電極寿命を得ることができ、かつ、放射性物質による環境面への悪影響の心配をなくすことができる。図３のグラフには従来のトリウムタングステン電極を採用した紫外線放電ランプとセリウムタングステン電極を採用した紫外線放電ランプとの寿命特性の測定結果を示している。グラフＡはトリウムタングステン電極を採用した紫外線放電ランプの寿命特性、グラフＢはセリウムタングステン電極を採用した紫外線放電ランプの寿命特性であり、セリウムタングステン電極を採用したランプの寿命特性が従来のトリウムタングステン電極と同等の寿命特性を示していることが分かる。このようなセリウムタングステン電極は、以下の他の実施の形態の紫外線放電ランプについても同様に採用することができる。

（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態の紫外線放電ランプについて説明する。本実施の形態の紫外線放電ランプ５２の構造は、図１に示した第１の実施の形態と同様である。そして気密性の放電容器の内部に封入する放電媒体におけるヨウ化タリウムの封入量に特徴を有している。

本実施の形態の場合、ランプの仕様としては、紫外線透過性を有する石英製の気密性容器５２０の内部にタングステン（Ｗ）製等の電極５２１，５２２が配置された外管径２７．５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、発光長Ｌが１８００ｍｍとすることができる。また、気密性容器５２０の内部には、放電媒体としてアルゴン（Ａｒ）ガス、水銀、そしてヨウ化タリウム（ＴｌＩ）を封入する。この放電媒体における水銀Ｈｇとヨウ化タリウムＴｌＩとの重量比Ｍｒは１０≦Ｍｒ≦２００である。この割合とすることで、Ｍｒ＜１０とするとき、ランプ軸方向に分離発光が発生してしまう。他方、Ｍｒ＞２００とするとき、タリウムの発光強度が小さくなってしまい、水銀の発光のみが生じてタリウムの発光を活かしたランプではなくなってしまう。

尚、本実施の形態においても、発光管内径ＤがＤ＜３０ｍｍのときに、安定点灯時の電位傾度Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を８＜Ｅ＜３０とすることができ、これによって、過負荷にならずに長寿命でタリウムの発光を有効に利用する紫外線ランプを得ることができる。

（第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態の紫外線放電ランプについて説明する。本実施の形態の紫外線放電ランプ５２の構造、封入する放電媒体は、図１に示した第１の実施の形態と同様である。そして本実施の形態では、入力電力Ｗ（Ｗ／ｃｍ）、気密性容器の内表面積２πｒ（ｃｍ^２）とするときに、管壁負荷Ｗ／ｃｍ^２を０．５＜Ｗ／ｃｍ^２＜３．５とすることで、ランプ温度を管理し、長寿命のランプとすることを特徴としている。

例えば、石英製の気密性容器の内部にタングステン製等の電極が配置された外管径２７．５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、発光長Ｌが１０００ｍｍ、そして放電媒体としてアルゴンガスと共に、水銀１．６８ｍｇ／ｃｃ、ヨウ化タリウム０．１０５ｍｇ／ｃｃを封入した紫外線放電ランプに対して、ランプ電圧１１００Ｖ、ランプ電流値１０．２Ａの電力を印加して点灯させる。このように管壁負荷Ｗ／ｃｍ^２を１＜Ｗ／ｃｍ^２＜６０とすることでランプ温度を管理することができ、点灯中の温度劣化を少なくし、長寿命のランプとすることができる。

（第４の実施の形態）図４、図５に本発明の第４の実施の形態の紫外線放電ランプの点灯装置を示してある。本実施の形態の紫外線放電ランプ点灯装置は、ランプ５２自体のソケット５２３，５２４と回路側に搭載するためのソケット５２５，５２６とをセラミック製とし、かつ共用する構造に特徴を有している。

本実施の形態では、外部固定用ソケット５２５，５２６を回路側に搭載し、ランプ５２側のステアタイトソケット５２３，５２４と嵌合させることでランプ５２を固定する。これらの両ソケット５２３〜５２６は共にセラミック製である。本実施の形態によれば、通電部周辺に金属部品をなくすことができ、電気的に安全な機構を確保することができ、それだけ、低コストな設計が可能となる。

尚、上記の各実施の形態で、ハロゲン化タリウムに代えてハロゲン化コバルト（Ｃｏ）あるいはハロゲン化インジウム（Ｉｎ）を採用することもできる。

また、本発明の紫外線放電ランプは、プリント基板、乾燥、印刷、製版焼き付け等、多様な露光光源の用途に対応できる。

本発明の実施例１の紫外線放電ランプは、管外径φ２７．５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、発光長１０００ｍｍの紫外線透過性石英製の気密容器の内部両端にタングステンから成る電極を封着し、また気密容器の内部にアルゴンガスと共に発光金属として水銀及びヨウ化タリウムを封入したものである。その封入量は、水銀１．６ｍｇ／ｃｃ、ヨウ化タリウム０．１ｍｇ／ｃｃ、アルゴン１．３３ｋＰａであった。そのときの電気特性が１１００Ｖ、１１．０Ａであった。上記ランプは、紫外域において各々の金属のピークを持ち、軸方向に均一な発光をした。分光分析すると、実施例１の紫外線放電ランプの場合、ヨウ化タリウムによる波長、すなわち、３５２ｎｍ、３６５ｎｍ、３７８ｎｍのスペクトル成分の照度が高く出、しかも軸方向に分光や照度の偏差、つまり分離発光が発生しないことが確認できた。

これにより、従来よりも３２０ｎｍ以下の波長成分を強くカットするフィルタを採用することで、さらに確実に有害な紫外線波長領域を抑制した処理が可能になる。

実施例２の紫外線放電ランプとして、石英製の気密性容器の内部にタングステン製等の電極が配置された外管径２７．５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、発光長Ｌが１８００ｍｍ、そして放電媒体としてアルゴンガスと共に、水銀１．６８ｍｇ／ｃｃ、ヨウ化タリウム０．０３２ｍｇ／ｃｃ（Ｍｒ＝５２．５）の割合で封入した紫外線放電ランプを用意した。

また、比較例１として、同じ仕様の気密性容器に対して、水銀１．０９ｍｇ／ｃｃ、ヨウ化タリウム０．２１８ｍｇ／ｃｃ（Ｍｒ＝５）の割合で封入した比較例１の紫外線放電ランプも用意した。さらに、比較例２として、同じ仕様の気密性容器に対して、水銀１．０９ｍｇ／ｃｃ、ヨウ化タリウム０．００１ｍｇ／ｃｃ（Ｍｒ＝１０９０）の割合で封入した比較例２の紫外線放電ランプも用意した。

そしてこれら実施例２、比較例１、比較例２の紫外線放電ランプを放電点灯させ、分光特性を計測した結果を図６（ａ）〜（ｃ）に示してある。図６（ａ）のように、本発明の実施例２の場合、高照度かつランプ軸方向に分光や照度の偏差（分離発光）が発生せず、３５２ｎｍ、３７８ｎｍのスペクトルのタリウムの発光を効率良く放射するランプ特性を示している。これに対して、図６（ｂ）のように、Ｍｒ＜１０である比較例１ではランプの左右での照度に差が出ており、分離発光が発生していることが認められる。これは、水銀とヨウ化タリウムとの比率Ｍｒ＜１０とすることによって放電プラズマ中で水銀とタリウムとの原子半径差により封入物の拡散が起こりにくくなり、軸方向に分離発光が発生してしまうからである。また、図６（ｃ）のように、Ｍｒ＞２００である比較例２ではタリウムのスペクトルが小さくなり、水銀の発光のみが生じ、ヨウ化タリウムの特性を活かした紫外線放電ランプではなくなってしまっている。

本発明の実施例（Ｔｌ）として、放電媒体に鉄元素を含まない紫外線放電ランプとして、石英製の気密性容器の内部にタングステン製等の電極が配置された外管径２７．５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、そして放電媒体としてアルゴンガスと共に、水銀１．６８ｍｇ／ｃｃ、ヨウ化タリウム０．０２４ｍｇ／ｃｃの割合で封入した、図７の表１に示すようにランプ長が異なる複数種の紫外線放電ランプを用意した。また比較例（Ｆｅ＋Ｔｌ）として、放電媒体に鉄元素を含む紫外線放電ランプとして、石英製の気密性容器の内部にタングステン製等の電極が配置された外管径２７．５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、そして放電媒体としてアルゴンガスと共に、水銀１．１０ｍｇ／ｃｃ、鉄元素０．０３ｍｇ／ｃｃ、ヨウ化タリウム０．１０ｍｇ／ｃｃの割合で封入した、同表に示すようにランプ長が異なる複数種の紫外線放電ランプも用意した。そして、これらについて分離発光の有無について調べたところ、比較例の場合、ランプ長２００ｍｍでは分離発光が見られなかったが、５００ｍｍ長の場合には発光が不安定になり、７５０ｍｍ以上のランプでは分離発光が認められた。これに対して、本発明の実施例の場合、ランプ長２００ｍｍ〜２３００ｍｍのいずれでも分離発光が認められず、安定した放電発光が得られた。

石英製の気密性容器の内部にタングステン製等の電極が配置された外管径２７．５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、発光長Ｌが１８００ｍｍ、そして放電媒体としてアルゴンガスと共に、水銀１．６８ｍｇ／ｃｃであり、図８の表２に示すようにヨウ化タリウムの含有量を異ならせた複数種の紫外線放電ランプを用意し、分離発光の有無と紫外線照度の適否について調べた。この結果として、同じ水銀の含有量であっても、分離発光せず、所望の紫外線照度が得られる条件として、ヨウ化タリウムの含有量が０．０１２ｍｇ／ｃｃ以上で、０．０３２ｍｇ／ｃｃが適切であることが確認できた。

本発明の実施例の紫外線放電ランプは、管外径φ２７．５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、発光長１０００ｍｍの紫外線透過性石英製の気密容器の内部両端にタングステンから成る電極を封着し、また気密容器の内部にアルゴンガスと共に発光金属として水銀及びヨウ化タリウムを封入したものである。その封入量は、水銀１．６ｍｇ／ｃｃ、ヨウ化タリウム０．０３２ｍｇ／ｃｃ、アルゴン１．３３ｋＰａであった。そのときの電気特性が１１００Ｖ、１１．０Ａであった。また、比較例として、放電媒体に鉄元素を含む紫外線放電ランプとして、上の実施例と同仕様で、かつ、鉄元素０．０３ｍｇ／ｃｃ、ヨウ化タリウム０．１０ｍｇ／ｃｃの割合で封入した紫外線放電ランプを用意した。そして、これらについて寿命初期と寿命末期での分光特性を測定した結果を図９、図１０に示している。図１０に示した比較例の場合、ヨウ化タリウムによる波長３５２ｎｍ、３６５ｎｍ、３７８ｎｍのスペクト成分が大きく低下すること、それ故に寿命が短いが、図９に示した本発明の実施例の場合、寿命初期と寿命末期とで分光特性にほとんど変化がなく、安定した分光特性を持つことが確認できた。

本発明の第１の実施の形態の紫外線放電ランプの正面図。上記実施の形態の分光特性のグラフ。上記実施の形態の紫外線放電ランプにおいて、トリウムタングステン電極とセリウムタングステン電極との寿命を比較したグラフ。上記実施の形態におけるソケット部分の分解図。上記実施の形態におけるソケット部分の装着説明図。上記実施の形態のタリウム含有量による発光特性の変化を示すグラフ。上記実施の形態の従来例との発光分離特性の比較表。上記実施の形態のタリウム含有量による発光特性の変化を示す表。上記実施の形態の寿命初期と寿命末期における発光特性のグラフ。従来例の寿命初期と寿命末期における発光特性のグラフ。

符号の説明

５２…紫外線放電ランプ
５２０…気密性容器
５２１，５２２…電極
５２３，５２４…ソケット
５２５，５２６…外部ソケット

Claims

発光管内に放電媒体として鉄元素を含まず、水銀と共にハロゲン化タリウムが封入されていることを特徴とする紫外線放電ランプ。
前記ハロゲン化タリウムの封入量Ｍは、前記発光管の内径Ｄ≦３０ｍｍの場合において０．０１ｍｇ／ｃｃ≦Ｍ≦０．３ｍｇ／ｃｃとすることを特徴とする請求項１に記載の紫外線放電ランプ。
前記発光管の内径Ｄ≦３０ｍｍで発光長Ｌを５００ｍｍ≦Ｌ≦２５００ｍｍとするとき、前記水銀の封入量Ｈｇを０．９ｍｇ／ｃｃ≦Ｈｇ≦５．０ｍｇ／ｃｃ、ハロゲン化タリウムの封入量Ｍを０．０１２ｍｇ／ｃｃ≦Ｍ≦０．１ｍｇ／ｃｃとすることを特徴とする請求項１または２に記載の紫外線放電ランプ。
前記発光管内に含まれる水銀及びハロゲン化タリウムの放電媒体は、前記発光管の内径ＤがＤ＜３０ｍｍとするとき安定点灯時の電位傾度Ｅ（Ｖ／ｃｍ）の値が８＜Ｅ＜３０の値をとる封入量とすることを特徴とする請求項１に記載の紫外線放電ランプ。
前記ハロゲン化タリウムは、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の紫外線放電ランプ。
前記ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）は、水銀（Ｈｇ）との重量比Ｍｒ＝Ｈｇ（ｍｇ／ｃｃ）／ＴｌＩ（ｍｇ／ｃｃ）を１０≦Ｍｒ≦２００とすることを特徴とする請求項５に記載の紫外線放電ランプ。