JP2011034803A

JP2011034803A - 水銀ランプ

Info

Publication number: JP2011034803A
Application number: JP2009179918A
Authority: JP
Inventors: Jun Fujioka; 純藤岡; Akihiko Tauchi; 亮彦田内
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】２２０〜３００ｎｍの短波長紫外線に、吸収波長域を有する光開始剤を含有した硬化材料を被照射物として使用した場合に、高い発光効率の照射を実現する。
【解決手段】紫外線透過性の材料からなる発光管１１と、この発光管１１内に封装されている一対の耐火性金属からなる電極１２１，１２２と、発光管１１内にアーク放電を維持するのに十分な量の希ガス、水銀を封入して水銀ランプを構成する。この水銀ランプの安定点灯時の電位傾度Ｄ(Ｖ／ｃｍ)を１４＜Ｄ＜２５とした。これにより、２２０〜３００ｎｍに発光効率の高い紫外線を得ることができる。この水銀ランプを、２２０〜３００ｎｍの間に吸収波長域をもつ光開始剤が含有された硬化剤に照射させた場合に、硬化剤の硬化速度を早めることが可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、紫外線の所定区間に吸収波長域をもつ光開始剤を高い発光効率で作用させる水銀ランプに関する。

従来の紫外線蛍光ランプは、ソーダ石灰ガラスからなる発光管の内部に水銀および希ガスを含む放電媒体を封入し、発光管内部に低圧水銀蒸気放電を生起させるように一対の電極を配置している。さらに発光管の内面には波長が３２０〜４００ｎｍの近紫外線を発光するＣｅ（ＭｅＢａ）Ａｌ_１１Ｏ_１９、ＹＰＯ_４：Ｃｅ、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ等の蛍光体を少なくもと一つまたは組合せたもので、紫外線硬化形樹脂の内部―の浸透性の高いＵＶ−Ａ領域の光と紫外線硬化形樹脂の表面を硬化させる力の強いＵＶ−Ｃの光を１本のランプで同時に得ることができる。（例えば、特許文献１）

特開２００２−３５８９２６公報

上記した特許文献１の技術は、紫外線硬化形樹脂の硬化を開始させる光開始剤が必要とする波長が長いことから、照度の絶対値が低い紫外線硬化剤を硬化させるための紫外線蛍光ランプとしては不適であった。

この発明の目的は、２２０〜３００ｎｍの短波長紫外線に吸収波長域をもつ光開始剤が含有された硬化材料を被照射物として使用した場合に、高い発光効率で照射させることが可能な水銀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、この発明の水銀ランプは、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発光管と、前記発光管の軸方向の該発光管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、水銀からなる封入物と、からなる水銀ランプにおいて、安定点灯時のランプの電位傾度Ｄ(Ｖ／ｃｍ)を１４＜Ｄ＜２５としたことを特徴とする。

この発明によれば、２２０〜３００ｎｍの短波長紫外線に吸収波長域をもつ光開始剤が含有された硬化材料の被照射物に対して照射させた場合に、発光効率の高い照射が可能となり、硬化剤の硬化速度を早めることができる。

この発明の水銀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である。図１の一部を拡大して示した構成図である。光開始剤に対するこの発明と従来の水銀ランプが発生する紫外線の吸収波長との分光分布について説明するための説明図である。この発明の水銀ランプの発光が紫外線硬化形樹脂の硬化を開始させる光開始剤であるアセトフェノンについて説明するための説明図である。この発明の水銀ランプの発光が紫外線硬化形樹脂の硬化を開始させる光開始剤であるアントラセンについて説明するための説明図である。この発明の水銀ランプの発光が紫外線硬化形樹脂の硬化を開始させる光開始剤であるベンゾフェノンについて説明するための説明図である。この発明の水銀ランプの発光が紫外線硬化形樹脂の硬化を開始させる光開始剤であるベンゾインエチルエーテルについて説明するための説明図である。従来とこの発明の水銀ランプの光開始剤を、ベンゾフェノンとした場合における硬化比率について説明するための説明図である。電位傾度の値を変えた場合における良好な開始剤の硬化比率について説明するための説明図である。この発明と従来の水銀ランプとの発光効率について説明するための説明図である。

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

図１、図２は、この発明の水銀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の一部を拡大して示した構成図である。

図１、図２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が形成された発光管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。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の部分は発光管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発光管１１を加熱して封止する。

なお、モリブデン箔１４１，１４２は、発光管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。

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。

発光管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、それに紫外線を発光させるための水銀が封入されている。

ところで、水銀ランプの安定点灯時の電位傾度Ｄ(Ｖ／ｃｍ)は、１４＜Ｄ＜２５の値とする。これは、ランプを定電力駆動させた場合に、電位傾度Ｄが２５を超えるとランプ電流が小さくなって不点灯となり、逆に電位傾度Ｄが１４未満となると、硬化効率の低下を来たす。このような実験結果からも明らかなように、電位傾度Ｄの上限は２５程度が上限で、下限は１４程度が好ましい。

この紫外線は、紫外線硬化性の樹脂組成物に照射させることで、この樹脂組成物の重合性樹脂の重合を開始させるための光開始剤を含有させている。

図３は、図１で構成された水銀ランプをランプ入力１５００Ｗの定電力で紫外線に対する従来とこの発明の光開始剤の吸収波長の分光分布について説明するための説明図である。

図３は、従来の電位傾度Ｄを１０とし、この発明の電位傾度Ｄを１４＜Ｄ＜２５の値の一例として［１６］とした場合の２２０〜３００ｎｍの波長域における紫外線の強度を示したものである。

すなわち、電位傾度Ｄが１６の場合には、図３に示すように２２０〜３００ｎｍの波長域における電位傾度Ｄを１０とした場合に比べて、強い紫外線強度の分布が得られていることが分かる。

ここで、図４〜図７を参照して、この発明の水銀ランプからの紫外線が照射される被照射物に含有される２２０〜３００ｎｍの間に吸収波長域をもつ光開始剤の例について説明するための説明図である。

図４は、光開始剤アセトフェノンの吸収波長域の吸収率を、図５は、光開始剤アントラセンの吸収率を、図６は、ベンゾインエチルエーテルの吸収率を、図７は、ベンゾフェノンの吸収率をそれぞれ示している。これらの光開始剤は、いずれも２２０〜３００ｎｍの間に吸収波長域をもち、２５０ｎｍ前後において吸収率のピークを有する吸収波長を備えている。

上記構成の水銀ランプから２２０〜３００ｎｍの波長域における紫外線が、２２０〜３００ｎｍの間に吸収波長域をもつ図４〜図７の光開始剤が含有された硬化剤に照射させる。すると、光吸収率が高いほど光硬化剤が硬化しやすいことから、従来の水銀ランプに比して紫外線強度の高いこの実施形態の水銀ランプを用いた場合には光硬化剤の硬化速度を早めることが可能となる。

次式は、発光スペクトル曲線をα(λ)、吸収スペクトル曲線をφ(λ)としたとき、使用の水銀ランプと光開始剤との反応とを数値化したものである。

ここで、上式のｘを２２０、ｙを３００とした場合、従来とこの発明の水銀ランプの光開始剤をベンゾフェノンとした場合の硬化比率は、図８に示すとおりとなる。つまり、この発明は従来の水銀ランプに比べて高い発光効率の照射が可能となるとなる。なお、ｘ，ｙはそれぞれ波長（ｎｍ）を示している。

図９は、Ｄが１０，１４，１６，１８，２２，２５の６種類の電位傾度における硬化率が、電位傾度Ｄが［１０］を１００％とした場合における光開始剤の硬化比率について示したものである。

硬化比率が２００％を超えた値となった場合を開始剤として良好なものであるがわかった。従って、図９に示すように、電位傾度Ｄが１０，１４の場合は硬化効率が悪く、電位傾度Ｄが１６，１８，２２の場合は高い硬化効率が得られることがわかった。なお、電位傾度Ｄ２５の場合は、ランプが不点灯となり、光開始剤としては不適当である。

従って、ランプ安定点灯時の電位傾度Ｄ(Ｖ／ｃｍ)が、１４＜Ｄ＜２５の関係にあれば、２２０〜３００ｎｍの間に吸収波長域をもつ光開始剤が含有された硬化剤の硬化時間の短縮化を実現することができる。

図１０は、２２０〜３００ｎｍの波長領域における、この発明と従来の水銀ランプの発光長と電力を同じ値とした場合の、２２０〜３００ｎｍ間の積算光量（μＷ／ｃｍ２／ｎｍ）を比較したものである。

すなわち、従来は９３．１（μＷ／ｃｍ２／ｎｍ）の積算光量しかないのに対し、この発明は２４８．９（μＷ／ｃｍ２／ｎｍ）の積算光量が得られた。従って、この発明の水銀ランプは、従来の水銀ランプに比べて高い発光効率での照射が可能であることが確認できた。

この実施形態では、ランプ安定点灯時の電位傾度Ｄ(Ｖ／ｃｍ)を、１４＜Ｄ＜２５の値としたことにより、２２０〜３００ｎｍの波長域における紫外線強度の強い分布が得ることができ、２２０〜３００ｎｍの間に吸収波長域をもつ光開始剤が含有された硬化剤の硬化時間の短縮化を実現することが可能となる。

１０放電空間
１１発光管
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

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発光管と、
前記発光管の軸方向の該発光管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、水銀からなる封入物と、からなる水銀ランプにおいて、
安定点灯時のランプの電位傾度Ｄ(Ｖ／ｃｍ)を、１４＜Ｄ＜２５としたことを特徴とする水銀ランプ。
２２０〜３００ｎｍの波長域における紫外線強度の強い分布を得ることを特徴とする請求項１記載の水銀ランプ。