JP2010129442A - Metal halide lamp - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、紫外線を照射させて塗料の硬化や機能性高分子フィルムの光反応等に用い、特に水冷式に好適なメタルハライドランプに関する。 The present invention relates to a metal halide lamp which is used for curing a paint or photoreaction of a functional polymer film by irradiating ultraviolet rays, and is particularly suitable for a water-cooled type.
従来の放電空間の両端に電極を封着した紫外線照射ランプは、内管と外管とからなる2重管型水冷ジャケット内に保持している。放電空間内には、水銀と希ガスとともに、鉄、錫、タリウム等の金属ハロゲン化物のうち少なくも1種を添加させている。そして1から10気圧ほどの水銀蒸気中でアーク放電させ、金属化合物を封入して幅広い長波長領域の発光を実現している。(例えば、特許文献1)
上記した特許文献1の技術は、電極間距離が1000mm以上のいわゆるロングアークのFe(鉄)系メタルハライドランプである。このメタルハライドランプは、ランプ寿命を長くするために、冷却の必要があり確実な冷却のため水冷式が用いられる。水冷式の場合には、ランプの電極周辺の放電空間の外表面に、電極の温度を下げないようにの保護膜の塗布が必要であるが、点灯中に保護膜が飛散し、水冷ジャケットが汚れてしまうことから塗布することができない。
The technique disclosed in
このため、封入されている鉄は、電極の主成分であるタングステンと合金化して低融点となり、タングステンとの鉄の合金量が増加すればするほど点灯中における鉄が石英ガラスに侵食し黒化が生じやすくなる。発光長を長尺化すればするほど鉄の封入量を増加する必要があることから、黒化がより顕著となる、という問題がある。 For this reason, the enclosed iron is alloyed with tungsten, which is the main component of the electrode, to have a low melting point, and as the amount of iron alloy with tungsten increases, the iron during lighting erodes the quartz glass and becomes blackened. Is likely to occur. There is a problem that blackening becomes more remarkable because the amount of iron enclosed needs to be increased as the light emission length is increased.
この発明の目的は、タングステン電極と放電空間に封入される鉄の量を制限することで水冷式により点灯させた場合でも電極周辺での黒化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。 An object of the present invention is to provide a metal halide lamp capable of suppressing blackening around the electrode even when the tungsten electrode and the amount of iron enclosed in the discharge space are limited to be turned on by a water cooling method. .
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が形成された気密容器と、前記気密容器に封装され、前記放電空間に対向配置された一対の耐火性金属製の放電電極と、前記放電空間にアーク放電を維持するために十分な量の希ガス、水銀とともに、鉄およびハロゲンからなる封入物と、を具備し、前記封入物の鉄の封入量M(mg/cc)は、前記放電空間の容積に対し、0.001<M<0.15の関係にしてなることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a metal halide lamp according to the present invention includes an airtight container in which a discharge space having airtightness is formed using an ultraviolet light transmissive material, and is sealed in the airtight container and disposed opposite to the discharge space. A pair of refractory metal discharge electrodes, and an enclosure made of iron and halogen together with a rare gas and mercury in an amount sufficient to maintain an arc discharge in the discharge space. The enclosed amount M (mg / cc) of iron is characterized by a relationship of 0.001 <M <0.15 with respect to the volume of the discharge space.
この発明によれば、放電空間の容積当たりの鉄量を制限することで、鉄とタングステン電極との合金化を抑制し、結果として水冷式によるメタルハライドランプの場合でも黒化を抑制することが可能となる。 According to this invention, by limiting the amount of iron per volume of the discharge space, alloying of iron and tungsten electrodes can be suppressed, and as a result, blackening can be suppressed even in the case of a water-cooled metal halide lamp. It becomes.
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。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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Ia−Ib断面図である。 1 to 3 are diagrams for explaining an embodiment of a metal halide lamp according to the present invention. FIG. 1 is a basic structural view, FIG. 2 is an enlarged view of the main part of FIG. 1, and FIG. FIG.
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が形成された気密容器11の長手方向両端の内部には、例えばタングステン材で形成された電極121,122が間隔をおいて配置される。気密容器11は、例えば外径φが27.5mm、肉厚mが2.25mm、発光長Lが2000mmの一重管で構成される。
In FIG. 1,
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の部分は気密容器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気密容器11を加熱して封止する。
The
なお、モリブデン箔141,142は、気密容器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一般的なモリブデンを使用する。
The
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、耐熱性で絶縁性を有する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。
The outer leads connected at one end to the
気密容器11内には、封入物としてアーク放電を維持させるための希ガスである十分な量のアルゴンガスが1.3kPaで、水銀それに紫外光を発光させるための金属である鉄、ヨウ化水銀、錫が封入されている。
In the
なお、紫外線を発光させるための金属としては、ヨウ化水銀に変えて臭化水銀、錫に変えてタリウムでも構わない。鉄それに錫、インジウム、ビスマス、タリウム、マンガンの少なくとも2種が封入されていれば構わない。 The metal for emitting ultraviolet light may be mercury bromide instead of mercury iodide or thallium instead of tin. It does not matter if at least two of iron, tin, indium, bismuth, thallium, and manganese are enclosed.
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。突起17は、取り付けられた状態で少なくとも下側の位置にくるようにする。突起17が複数形成されたは場合、必ずしも同一周回上ではなく、同一周回からずらし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。
As shown in FIG. 2, a
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るものである。設けられた突起17の放電容器11の外周面からの高さは、排気管痕よりも高い高さとなっている。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。
The
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。
The height of the
このように構成されたメタルハライドランプは、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が供給されると、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。
The metal halide lamp configured in this manner is an ultraviolet ray having a high emission intensity around 365 nm when a lamp voltage of 2300 V, a lamp current of 10.3 A, and a potential gradient D of 11.5 V / cm are supplied to the
図4は、タングステン(W)に対する鉄(Fe)分量の違う合金の状態における融点温度との関係を示すためのものである。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the melting point temperatures of alloys having different iron (Fe) content with respect to tungsten (W).
すなわち、鉄と合金となる前のWの融点温度は、3410℃であるのに対し、FeW(W,Fe合金、Fe分小)の融点温度は1216℃、Fe2W(W,Fe合金、Fe分多)では1016℃とタングステン単体の融点温度に対し1/3程度となる。従って、融点温度が低くなると、鉄分量が増加した合金化が進むことになり、鉄成分による電極付近における黒化現象を早めてしまう。 That is, the melting point temperature of W before being alloyed with iron is 3410 ° C., whereas the melting point temperature of FeW (W, Fe alloy, Fe small) is 1216 ° C., Fe 2 W (W, Fe alloy, In the case of Fe content, the temperature is 1016 ° C., about 1/3 of the melting point temperature of tungsten alone. Therefore, when the melting point temperature is lowered, alloying with an increased iron content proceeds, and the blackening phenomenon near the electrode due to the iron component is accelerated.
図5は、単位長さ当たりのランプ入力が50〜160W/cmのとき、放電空間容積に対する鉄の封入量M(mg/cc)を、0.001〜0.2まで5段階に変化させた場合における黒化と365nm付近における紫外線強度について実験した結果について説明するための説明図である。 FIG. 5 shows that when the lamp input per unit length is 50 to 160 W / cm, the amount M (mg / cc) of iron filled in the discharge space volume is changed in five steps from 0.001 to 0.2. It is explanatory drawing for demonstrating the result of having experimented about the blackening in a case, and the ultraviolet-ray intensity in 365 nm vicinity.
図5から明らかなように、鉄の封入量M(mg/cc)が0.001では、黒化は生じないものの紫外光の強度が基準に満たない。鉄の封入量M(mg/cc)がそれぞれ0.002,0.003,0.15の場合は、黒化の発生もなく、紫外光の強度も基準を満足するものが得られる。鉄の封入量M(mg/cc)が0.20の場合は、黒化が生じ、紫外光の強度も基準に達しないものであった。 As is apparent from FIG. 5, when the amount of iron enclosed M (mg / cc) is 0.001, blackening does not occur, but the intensity of ultraviolet light is less than the standard. When the amount of iron enclosed M (mg / cc) is 0.002, 0.003, and 0.15, blackening does not occur, and the ultraviolet light intensity satisfies the standard. When the amount M (mg / cc) of iron was 0.20, blackening occurred and the intensity of ultraviolet light did not reach the standard.
このため、放電空間容積に対する鉄の封入量M(mg/cc)を0.20にすると、ランプ冷却時におけるランプ最冷部である電極周辺に鉄が蓄積して黒化を生じてしまう。放電空間容積に対する封入鉄量M(mg/cc)を0.15にすることで黒化を防止することができる。 For this reason, when the amount M (mg / cc) of iron enclosed in the discharge space volume is set to 0.20, iron accumulates around the electrode, which is the coldest part of the lamp during lamp cooling, and blackening occurs. Blackening can be prevented by setting the amount of enclosed iron M (mg / cc) to the discharge space volume to 0.15.
図4でも説明したように、放電空間容積に対する鉄の封入量M(mg/cc)が多いほどタングステン電極での鉄の合金量が増加する。これに伴い電極の融点温度が低下し、点灯中に電極付近の気密容器11に蒸気化した鉄が気密容器11への浸食による黒化現象が生じることになる。
As described with reference to FIG. 4, the amount of iron alloy at the tungsten electrode increases as the amount M (mg / cc) of iron enclosed with respect to the discharge space volume increases. Along with this, the melting point temperature of the electrode is lowered, and blackening occurs due to the erosion of the iron vaporized in the
このようなことから、鉄の封入量M(mg/cc)を制限することにより気密容器11の電極121,122付近での黒化現象を防止することで、放射される紫外線の強度を確保することができる。
For this reason, the intensity of the emitted ultraviolet rays is secured by preventing the blackening phenomenon in the vicinity of the
このように、単位長さ当たりのランプ入力が50〜160W/cmのとき、放電空間容積に対し、0.001<M<0.15の関係とすることにより、黒化を抑制することが可能となる。黒化の抑制は、換言すれば紫外線の強度の低下の抑制になり、ランプの長寿命化に寄与することになる。 In this way, when the lamp input per unit length is 50 to 160 W / cm, blackening can be suppressed by setting the relationship of 0.001 <M <0.15 to the discharge space volume. It becomes. In other words, the suppression of blackening suppresses a decrease in the intensity of ultraviolet rays, which contributes to a longer lamp life.
図6、図7は、この発明のメタルハライドランプを、水冷式の冷却機構を備えた紫外線照射装置に用いた場合における実施例について説明するための、図6はシステム構成図、図7は図6のIIa−IIb線断面図である。 FIGS. 6 and 7 are diagrams for explaining an embodiment in which the metal halide lamp of the present invention is used in an ultraviolet irradiation apparatus having a water-cooling type cooling mechanism. FIG. 6 is a system configuration diagram, and FIG. It is IIa-IIb sectional view taken on the line.
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25a,25bにより所定の間隔に位置決めされる。
The ultraviolet irradiation device includes a
水冷ユニット200は、円筒状の石英ガラス等の透明な材料で形成され、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。
The
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7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、暖められた冷却液24を出水する。内管21、外管22の間を通過する過程でメタルハライドランプ100により暖められた出水は、例えば冷却され再び接続管23aから入力するようにし、冷却液24を再利用している。
In the
外管22の外表面には、金属酸化物を含む金属酸化物膜が被着されている。この金属酸化物としては、酸化チタン(TiO2),酸化セシウム(CeO2),酸化亜鉛(ZnO2),酸化錫(SnO2),酸化ジルコニウム(ZrO2)が考えられ、これら金属酸化膜の少なくとも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から放射される光のうちの、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。
A metal oxide film containing a metal oxide is deposited on the outer surface of the
そして、メタルハライドランプ100から紫外光が放射されると、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の波長域の紫外線については水冷ユニット200を透過させ、樹脂などの被照射物に照射される。
When ultraviolet light is emitted from the
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。
Now, let us consider a case where the
ここで使用されるメタルハライドランプは、水冷式であっても黒化を抑えることができることからランプ寿命を長くすることができ、紫外線照射装置のメンテナンス性の向上を図ることができる。 Since the metal halide lamp used here can suppress blackening even if it is a water-cooled type, the life of the lamp can be extended and the maintainability of the ultraviolet irradiation device can be improved.
10 放電空間
11 気密容器
121,122 電極
131,132 インナーリード
141,142 モリブデン箔
151,152 ソケット
161,162 リード線
17 突起
100 メタルハロイドランプ
200 水冷ユニット
21 内管
22 外管
23a,23b 接続管
24 冷却液
25a,25b スペーサ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記気密容器に封装され、前記放電空間に対向配置された一対の耐火性金属製の放電電極と、
前記放電空間にアーク放電を維持するために十分な量の希ガス、水銀とともに、鉄およびハロゲンからなる封入物と、を具備し、
前記封入物の鉄の封入量M(mg/cc)は、前記放電空間の容積に対し、0.001<M<0.15の関係にしてなることを特徴とするメタルハライドランプ。 An airtight container in which a discharge space having airtightness is formed of an ultraviolet light transmissive material;
A pair of refractory metal discharge electrodes sealed in the hermetic container and disposed opposite to the discharge space;
A sufficient amount of rare gas to maintain arc discharge in the discharge space, mercury, and an inclusion made of iron and halogen, and
The metal halide lamp is characterized in that the amount M (mg / cc) of iron enclosed in the enclosure has a relationship of 0.001 <M <0.15 with respect to the volume of the discharge space.
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