JP2009283226A

JP2009283226A - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JP2009283226A
Application number: JP2008132857A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Tauchi; 亮彦田内; Jun Fujioka; 純藤岡; Kazuhiko Yoshikawa; 和彦吉川
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2009-12-03
Also published as: TWI463523B; CN101587817A; TW200952027A

Abstract

【課題】ランプと水冷冷却部に接触が生じた場合における部分的なランプの温度低下を抑えることのできるメタルハライドランプを実現する。
【解決手段】紫外線透過性の石英ガラスで気密性を有する放電空間１０を備えた気密容器１１内の軸方向に一対の放電用の電極１２１，１２２を対向して配置する。放電空間１０内に水銀、沃化水銀、鉄、錫、アルゴンを封入し、点灯時に紫外光を発光させる。気密容器１１の表面に突起１７を形成する。この突起１７が水冷の冷却部に接触したとしても接触面積を少なくすることができ、局所が極端に冷却されることを防止することが可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、紫外線硬化塗料の硬化や機能性高分子フィルムの光反応などに用いられるメタルハライドランプに関する。

従来のメタルハライドランプは、金属タリウムあるいはハロゲン化タリウムを、鉄と水銀とともに、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。（例えば、特許文献１）
特開平０３-２５０５４９号公報

上記した特許文献１の技術は、ランプの安定点灯を確保するためには６００〜８５０℃の発光管温度の管理が必要である。８５０℃以上になると、封入された鉄が石英ガラス製の放電容器に含浸し黒化の現象が生じ、照度低下やランプ曲がりに繋がる。このため、ランプの温度を低下させるために、水冷方式による間接的な冷却方式が用いることが考えられる。冷却方式での冷却効率を上げるには、ランプと冷却部との間隔を数ｍｍ程度に保持する必要がある。

しかしながら、近年システムの大型化にともないランプの長尺化の要請がある。水冷方式の場合、数ｍｍ程度の間隔しかないばかりか、長尺化によるランプの温度上昇でランプの曲がりが発生し、ランプと水冷冷却部との接触することが考えられる。ランプと水冷冷却部との接触が生じると、接触部分にランプ内の水銀が集まることで蒸気圧が低下し、これに伴ってランプ電圧が低下する。この結果照度が下がる問題があった。

この発明の目的は、ランプと水冷冷却部に接触が生じた場合における部分的なランプの温度低下を抑えることのできるメタルハライドランプを提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明のメタルハライドランプは、紫外線透過性の材料で気密性を有する放電空間を備えた気密容器と、前記気密容器の軸方向の該気密容器内に対向して配置された一対の放電用の電極と、前記放電空間内でアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀、ハロゲン化金属からなる封入物と、前記気密容器の長手方向の中央部に一体形成した突起とを具備したことを特徴とする。

この発明によれば、ランプと水冷冷却部に接触が生じた場合における部分的なランプの温度低下を抑えることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１〜図３は、この発明のメタルハライドランプに関する一実施形態について説明するための、図１は基本構造図、図２は図１要部の拡大図、図３は図１のＩ−Ｉ’断面図である。
図１において、紫外線透過性を有する石英ガラス製で放電空間１０を形成する放電容器１１の長手方向両端の内部には、例えばタングステン材の電極１２１，１２２が配置される。放電容器１１は、例えば外径φが２７．５ｍｍ、肉厚ｍが１．５ｍｍ、発光長Ｌが２０００ｍｍの一重管で構成される。

電極１２１，１２２はそれぞれインナーリード１３１，１３２を介してモリブデン箔１４１，１４２の一端に溶接される。モリブデン箔１４１，１４２の他端には、図示しないアウターリードの一端を溶接する。モリブデン箔１４１，１４２の部分は放電容器１１のインナーリード１３１，１３２からアウターリードの一端までの放電容器１１を加熱して封止する。

モリブデン箔１４１，１４２は、放電容器１１を形成する石英ガラスの熱膨張率に近い材料であれば何でもよいが、この条件に適したものとしてモリブデンを使用する。モリブデン箔１４１，１４２に一端がそれぞれ接続されたアウターリードには、例えばセラミック製のソケット１５１，１５２の内部で電気的に接続された給電用のリード線１６１，１６２を絶縁封止するとともに図示しない電源回路に接続される。

放電容器１１内には、アーク放電を維持させるための希ガスであるアルゴンガス、それに水銀、ヨウ化水銀と紫外光を発光させるための金属である鉄、スズ等のうちの少なくとも１種とハロゲンが封入されている。

図２にも示すように、電極１２１と１２２間の放電容器１１の外表面には、先端が尖塔あるいは丸みを帯びた形状の突起１７を一体形成する。突起１７は、放電容器１１の周面方向に少なくとも１個で構わないが、図３に示すように複数形成してもよい。この場合、図３に示すように必ずしも同一周回上ではなく、同一周回からズレた位置であっても構わない。さらに、突起１７は、放電容器１１の長手方向に、少なくも１か所に形成する。複数箇所の場合は、軸方向に同一線上になくても良い。

突起１７は、希ガス等の封入物を放電容器１１内に封入させるためのチップとも言われる排気管痕とは区別され、設けた突起１７の放電容器１１の外周面からの高さは、排気管痕より高くなっている。なお、排気管痕は、放電容器１１の封止する部分を利用することにより、必ずしも必要なものではなく、なくすことも可能である。

突起１７の高さの規定は、ランプの水冷の冷却機構との位置関係で決まることから特に規定はしないが、冷却機構と接触しないこと、その他特性に影響を与えないことを考えると1〜３ｍｍ程度が好ましい。

ここで、電極１２１，１２２に対して、ランプ電圧２３００Ｖ、ランプ電流１０．３Ａ、電位傾度Ｄ１１．５Ｖ／ｃｍを供給すると、３６５ｎｍ近辺に高い発光強度を持つ紫外線の発光が可能となる。このときの水銀封入量は、０．９ｍｇ／ｃｃ、ヨウ化水銀の封入量を０．０８ｍｇ／ｃｃ、鉄を０．０１ｍｇ／ｃｃ、錫０．００５ｍｇ／ｃｃとした。

図４、図５は、図１で構成されたメタルハライドランプ１００を、水冷式の冷却機構を備えた紫外線照射装置に適用した場合における実施例について説明するための、図４はシステム構成図、図５は図４のII−II’線断面図である。

紫外線照射装置は、メタルハライドランプ１００と水冷ユニット２００から構成される。メタルハライドランプ１００と水冷ユニット２００は、メタルハライドランプ１００のソケット１５１，１５２に取り付けられたスペーサ４１ａ，４１ｂにより所定の間隔に位置決めされる。

水冷ユニット２００は、円筒状の石英ガラス等の透明な材料よりなり、内管２１とその外側に設けられた外管２２を備え、二重管構造となっている。メタルハライドランプ１００は、内管２１に内包されている。

水冷ユニット２００は、外周端部に設けられた接続管２３ａ，２３ｂを通して外部から水などの冷却液２４が循環される。冷却液２４は、図５に示すように、接続管２３ａから温度の低いものを入水し、接続管２３ｂからメタルハライドランプ１００の冷却を行い、暖められたものを出水する。暖められた出水は、冷却され再び接続管２３ａから入力するようにしてある。

外管２２の外面には、必要に応じて金属酸化物を含む金属酸化物膜が被着されている。この金属酸化物は、Ｔ_ｉＯ_２，Ｃ_ｅＯ_２，Ｚ_ｎＯ_２，Ｓ_ｎＯ_２，Ｚ_ｒＯ_２の少なくとも１種以上より構成される。

金属酸化物膜は、メタルハライドランプ１００から放射される紫外線光のうち、３００ｎｍ以下の波長成分を吸収するように成分調整がなされている。

そして、メタルハライドランプ１００から光が放射されると、外管２２の外面に被着した金属酸化物膜が３００ｎｍ以下の波長成分を吸収する。従って、樹脂の硬化に有効な３００〜４３０ｎｍの波長域の紫外線が水冷ユニット２００を透過させ、樹脂などの被照射物に照射される。

ところで、水冷ユニット２００の内管２１の径が３２ｍｍ、外管２２の径３６ｍｍとした場合のメタルハライドランプ１００を水冷ユニット２００内で定電力させたときを考える。水冷ユニット２００の内管２１とメタルハライドランプ１００との距離は、水冷ユニット２００による冷却の効率を考えるとせいぜい２〜３ｍｍ程度である。

発光長が２０００ｍｍ程度もある長尺のメタルハライドランプ１００と水冷ユニット２００との間隔が２．２５ｍｍ程度しかない。この場合、設置時にはメタルハライドランプ１００を水冷ユニット２００に対して非接触状態に取り付けたとしても、メタルハライドランプ１００が受ける熱ストレス等が原因の経時変化により曲がってきてしまう。これにより、接触部分にランプ内の水銀が集まることで蒸気圧が低下し、これに伴ってランプ電圧が低下してしまう。

このときに、メタルハライドランプ１００が曲がって水冷ユニット２００に接触したとしても、水冷ユニット２００にはメタルハライドランプ１００に形成された突起１７のみの接触となる。これにより、放電容器１１への局部的な冷却を軽減することが可能となる。

突起１７を設けることで実験値では、長さ２０００ｍｍを超えるメタルハライドランプ１００においても点灯中の熱による突起１７の変形におけるメタルハライドランプ１００と水冷ユニット２００内管２１との密接を回避でき、設計通りの電気特性を確保することが可能となった。

突起１７の先端は、尖塔あるいは丸みを帯びた形状となっていることから、水冷ユニット２００に接触した場合でも、水冷ユニット２００の内管２１との接触面積を極力少なくすることができる。このため、放電容器１１の特定部分での温度低下を生じることを抑えることができる。

これにより水冷方式の冷却ユニットに用いた場合においても、長尺のメタルハライドランプの利用することが可能となる。

なお、突起１７を放電容器１１の周面方向に複数形成した場合は、図５にも示すように、放電容器１１の曲がる方向に関係なく、放電容器１１の突起１７と冷却ユニット２００を確実に接触させることができる。また、放電容器１１の長手方向に複数箇所を設けることにより、放電容器１１の長手方向の曲位置に関係なく、放電容器１１の突起１７と冷却ユニット２００を確実に接触させることができる。

この発明のメタルハライドランプに関する一実施形態について説明するための基本構造図。図１要部の拡大図。図１のＩ−Ｉ’断面図。この発明のメタルハライドランプを紫外線照射装置に用いた例について説明するためのシステム構成図。図４のII−II’線断面図。

符号の説明

１００メタルハロイドランプ
１０放電空間
１１気密容器
１２１，１２２電極
１７突起
２００水冷ユニット
２１内管
２２外管
２３ａ，２３ｂ接続管
２４冷却液

Claims

紫外線透過性の材料で気密性を有する放電空間を備えた気密容器と、
前記気密容器の軸方向の該気密容器内に対向して配置された一対の放電用の電極と、
前記放電空間内でアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀、ハロゲン化金属からなる封入物と、
前記気密容器の長手方向の中央部に一体形成した突起とを具備したことを特徴とするメタルハライドランプ。
前記突起は、前記気密容器内に前記封入物を導入するための管痕の高さよりも高くしたことを特徴とする請求項１のメタルハライドランプ。
前記突起は、前記気密容器の長手方向の外表面に少なくとも１箇所設けることたことを特徴とする請求項１または２記載のメタルハライドランプ。
前記突起は、前記気密容器側は太く、先端は細くしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
前記突起の先端は、尖塔あるいは丸み形状としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のメタルハライドランプ。