JP2014006997A - ロングアーク型放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】内部に一対の電極が対向配置された発光管と、該発光管の外表面に軸方向に沿って設けられたセラミックからなる帯状の反射膜と、を備えたロングアーク型放電ランプにおいて、ランプ点灯による発光管と反射膜の熱膨張量の差によって反射膜にクラックが生じたり、膜剥離が発生したりすることを防止した構造を提供するものである。
【解決手段】前記反射膜は、前記発光管の軸方向に交差する方向にスリットが設けられて、前記発光管の軸方向において、独立した複数の小区画が形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明はロングアーク型放電ランプに関するものであり、特に、反射膜を有するロングアーク型放電ランプに係わるものである。

従来から、印刷業界や電子工業界などにおいては、被処理対象物である保護膜、接着剤、塗料、インキ、フォトレジスト、樹脂、配向膜等に対して、硬化、乾燥、溶融、あるいは軟化、改質処理などを行う光源として紫外線を放射するロングアーク型放電ランプが多用されている。
通常、この種のロングアーク型放電ランプには、例えば、特開２００８−１３０３０２号公報（特許文献１）に記載されているように、放電ランプからの照度を大きくするために、その発光管の外表面に紫外線反射膜が設けられている。

その構造が図６に示されていて、ロングアーク型放電ランプ１０は、石英ガラス製の発光管１１の外表面の上部に帯状の反射膜１２が形成されている。この反射膜１２は、シリカやアルミナ、あるいはこれらが混合されたセラミック材料からなる。
なお、発光管１１の両端のシール部１３にはベース１４が取り付けられている。

ところで、このように反射膜を有するロングアーク型放電ランプ１０においては、光照射処理の処理時間を短縮化させるために、紫外線の照射量を大きく設定した場合、放電ランプの管壁負荷が、例えば、１５Ｗ／ｃｍ^２以上と、大きくなり、発光管１１とその外表面に設けられた反射膜１２が加熱され、該反射膜１２は、例えば、８００度以上の高温となることが少なくない。
発光管１１を構成する石英ガラスに対して、反射膜１２はシリカやアルミナ、若しくはそれらの混合物などのセラミックによって形成されるため、両部材間に熱膨脹率の差が生じる。ランプ点灯により加熱されて、特に、発光管１１の軸方向において、発光管と反射膜の間の熱膨脹量の差が大きくなり、反射膜１２に割れ（クラック）や膜剥離が発生してしまうという問題があった。

この問題に対して、発光管および反射膜の加熱の程度が小さければ、放電ランプの周囲に冷却装置を設けることで、熱膨脹の変化量を小さくし、反射膜の破損を緩和することができる。しかしながら、照射条件が厳しくなり、特に下記の条件のような場合には、冷却風による冷却だけでは反射膜の破損を十分に回避することはできない。
（１）反射膜の膜厚が１０μｍ以上だと、クラックや膜剥離が起こりやすい。
（２）当該放電ランプをフル・スタンバイ点灯（フル点灯とスタンバイ点灯を繰り返し行う）した場合に、発光管と反射膜の加熱及び冷却が頻繁に行われるため、反射膜にクラックが発生しやすい。
（３）従来よりも投入電力の大きな点灯条件（過酷な点灯条件）では、加熱の程度が大きく、熱膨脹差の増大によって反射膜のクラックや膜剥離が起こりやすい。

特開２００８−１３０３０２号公報

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、発光管の外表面に軸方向に沿って設けられたセラミックからなる帯状の反射膜を備えたロングアーク型放電ランプにおいて、高入力のランプにおいても反射膜にクラックが生じたり、膜剥離が発生したりすることのない構造を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明に係るロングアーク型放電ランプは、前記反射膜に、前記発光管の軸方向に交差する方向にスリットが設けられて、前記発光管の軸方向において、独立した複数の小区画が形成されていることを特徴とする。
また、前記反射膜には、前記発光管の軸方向に沿う方向においても、スリットが設けられて、独立した複数の小区画が形成されていることを特徴とする。
また、前記反射膜の各小区画の軸方向の長さが、前記発光管の軸方向において、端部側よりも中央部のほうが長いことを特徴とする。
また、前記発光管の外表面の単位面積当りに占める前記小区画の面積の総和が、前記発光管の軸方向において、端部側が中央部よりも大きいことを特徴とする。

この発明のロングアーク型放電ランプによれば、発光管外表面の反射膜にスリットが形成されて、小区画に分割されているので、反射膜のひとつひとつの小区画の軸方向の長さが小さくされていて、点灯時の発光管と反射膜の熱膨張率の違いによる熱膨張量差が大きくはならず、小区画に形成された反射膜にクラックが発生したり、剥離が生じたりすることがないという効果を奏するものである。
また、軸方向に沿う方向にもスリットが形成されていることにより、発光管の円周方向へ熱膨張によっても反射膜が損傷することがない。

本発明のロングアーク型放電ランプの斜視図。 図１の部分拡大図。 他の実施例の部分拡大図。 反射膜の実施形態を示す展開図。 他の実施例の部分拡大図。 従来技術の斜視図。

図１は、本発明のロングアーク型放電ランプの斜視図であって、ロングアーク型放電ランプ１の発光管２の外表面には、その軸方向にセラミックからなる帯状の反射膜３が形成されており、発光管２の端部にはベース４、４が設けられている。
図１とともに図２に詳細が示されるように、前記反射膜３には軸方向に交差する方向に複数の幅方向のスリット５、５が形成されおり、前記反射膜３は、軸方向において複数の小区画３ａ、３ａに分割形成されている。
また、図３に示すように、前記反射膜３には、前述の軸方向に交差する幅方向のスリット５、５に加えて、該軸方向に沿った軸方向のスリット６、６を形成して、発光管の円周方向にも分割された構造としてもよい。
また、この実施例では、前記スリット５、５は軸方向に直交する方向に形成され、スリット６、６は軸方向と平行に形成されているが、その形成方向はこれらに限られず、軸方向と任意の角度で交差するものであってもよい。

図１、２に示された実施形態の反射膜３の小区画３ａ、３ａのいくつかの変形例が図４に示されている。
図４（Ａ）に示すものは、反射膜３に軸方向と直交する複数のスリット５、５を形成することにより、軸方向に分割された複数の同一形状の小区画３ａ、３ａが形成されている。
図４（Ｂ）に示すものは、発光管の軸方向の端部側に位置する小区画３ａ、３ａの軸方向長さＬ１に比べて、中央部に位置する小区画３ｂ、３ｂの長さＬ２が長く（Ｌ１＜Ｌ２）形成されている。
発光管内では、両端の電極近傍が最も高温になるので、発光管も電極に近い端部側でその温度が高くなり、中央部ではそれよりも低い。そのため、中央部での反射膜３の小区画３ｂは、端部側の小区画３ａよりも熱膨張の影響を受ける度合いが小さく、これにより、中央部での小区画３ｂは軸方向の長さＬ２を端部側の小区画３ａの軸方向の長さＬ１よりも長くしてもよい。
こうすることにより、小区画３ａ、３ｂで形成される反射膜３全体の総面積を図４（Ａ）のものよりも大きくできるので、反射機能が向上し、高出力が得られる。

ところで、照射処理の種類によっては、ランプ全体の高出力化もさることながら、被照射物面上におけるランプの軸方向での照度均一性が優先的に求められる場合もある。
一般にこの種のランプを用いた照射処理においては、被照射物におけるランプの端部側の位置での照度が中央部に比べて低下することが知られていて、被照射物面上での照度均一性を確保するためには、ランプの照射強度を端部側でより高くすることが求められる。
図４（Ｃ）（Ｄ）の例は、ランプの端部での照射強度を中央部に比べて相対的に高めた例である。

図４（Ｃ）に示すものでは、中央部でのスリット５を設けるピッチを小さくして、端部側での小区画３ａ、３ａの軸方向長さＬ１よりも、中央部での小区画３ｃ、３ｃの軸方向長さＬ３を小さく（Ｌ１＞Ｌ３）して中央部での小区画３ｃの面積を小さくしたものである。
これにより、発光管の外表面の位面積当りに占める前記小区画の面積の総和が、該発光管の軸方向において、端部側が中央部よりも大きくなる。
こうすることで、発光管の軸方向において、端部側での照射強度が中央部よりも大きくなり、被照射物での発光管の軸方向の照射照度の均一化がもたらされる。

図４（Ｄ）に示すものは、同様にランプの端部での照射強度を中央部に比べて相対的に高めた他の形態である。
この形態では、各小区画３ａ、３ａの面積を同一として、スリット５の幅Ｓを変化させたものである。
即ち、端部側でのスリット５ａの幅Ｓ１よりも、中央部でのスリット５ｂの幅Ｓ２を大きく（Ｓ１＜Ｓ２）したものである。これにより、上記図４（Ｃ）と同様に、発光管の外表面の単位面積当りに占める前記小区画の面積の総和が、該発光管の軸方向において、端部側が中央部よりも大きくなり、端部側での照射強度が中央部よりも相対的に大きくなる。
勿論、これらの図４（Ｃ）に示された構造と、図４（Ｄ）に示された構造を組み合わせた構造とすることもできる。

図５に他の実施例が示されていて、この例では、反射膜３に形成するスリットが発光管の軸方向に対して傾斜している。
即ち、反射膜３に形成されるスリット５、６は発光管２の軸方向に角度をもって形成されていて、この例では、それぞれ４５度の角度をもって形成されている。これにより、略正方形状の小区画３ｄが軸方向に対して４５度の角度で回転された状態で形成され、その対角線が軸方向と平行となっているものである。

反射膜３を構成するための微粒子材料は、シリカ、アルミナもしくはそれらを混合したセラミック材料であって、粒子径が０．１〜２０μｍの範囲にあり、中心粒径が０．１〜２μｍのものが好ましく、より好ましくは０．３〜０．５μｍである。また中心粒径を有する粒子の割合は５０％以上であるのが好ましい。なお「粒子径」とは、粒子の投影像を２本の平行線で挟んだとき、平行線の間隔が最大となる粒子の幅をいう。

上記反射膜３の形成方法はいくつかあるが、その２例を説明する。
（１）溶射形成
酸水素バーナーの中に反射膜材料の微粒子が供給されるような溶射ガンによって、バーナーの火炎と一緒に発光管の外表面に反射膜材料の微粒子が吹き付けられて、数十層に積層されることにより、所望の膜厚を備えた紫外線反射膜が形成される。
このとき、反射膜にはスリット状のパターンを設けるため、あらかじめ所望のパターンを設けた厚さ０．５ｍｍのステンレス製のマスクを発光管に密着させた状態で、上記溶射を行い、反射膜に所望のパターンを設けることが出来る。
なお、反射膜の厚さは、１００μｍ以上であり、好ましくは１５０μｍ以上である。

（２）ディッピング・焼結形成
水とＰＥＯ樹脂（ポリエチレンオキサイド）を組み合わせた粘性を有する溶剤に、反射膜材料の微粒子を混ぜて分散液を調製する。発光管外表面には、反射膜に所望のスリット状パターンを形成するため、スリット部にマスキングテープを貼り付ける。
分散液を発光管長さよりも長い容器に満たし、発光管をその容器内に浸けることにより、発光管外表面における所定の領域に反射膜を付着させた後に、マスキングテープを剥がし、所望のパターンを得る。その後、乾燥、焼成することにより水とＰＥＯ樹脂を蒸発させ、反射膜にスリットパターンを設けることができる。

上記実施態様の一数値例を挙げると以下の通りである。
＜ランプ仕様＞
定格５ｋＷの高圧水銀ランプ：
寸法：発光管外径２６ｍｍ、内径２４ｍｍ、発光長３５０ｍｍ
封入物：水銀、ヨウ化水銀、アルゴンガス

反射膜の形状が、図４（Ａ）に示す態様において、
＜反射膜＞
小区画：軸方向４３ｍｍ、円周方向１７ｍｍ
スリット：幅１ｍｍ
区画数：８

反射膜の形状が、図５に示す態様において、
＜反射膜＞
全体の幅：１７ｍｍ
小区画：１辺が６ｍｍの正方形状
スリット：幅１ｍｍ

以上説明したように、本発明のロングアーク型放電ランプでは、発光管の外表面に帯状に形成された反射膜は、前記発光管の軸方向に交差する方向にスリットが設けられて、前記発光管の軸方向において、独立した複数の小区画が形成されているので、ランプ点灯に伴う発光管と反射膜の軸方向の熱膨張量の差による影響を小さくして、反射膜にクラックが入ったり、剥離したりすることを防止できる。
また、発光管の軸方向に沿う方向においても、スリットを設けることにより、発光管の円周方向での熱膨張の影響も小さくすることができる。
また、反射膜の各小区画の軸方向の長さを、前記発光管の軸方向において、端部側よりも中央部のほうを長くすることにより、熱膨張量差に基づく影響を小さく抑えつつ、中央部での放射強度を大きくして、スリットを設けたことによる放射強度の低下を最小限に抑えて、ランプ全体として高出力が得られる。
また、発光管の単位面積当りに占める前記小区画の面積の総和を、前記発光管の軸方向において、端部側が中央部よりも大きくすることにより、発光管の端部側での照射強度を中央部に比べて大きくできて、被照射物面上での軸方向の照度均一性を確保することができる。

１ ロングアーク型放電ランプ
２ 発光管
３ 反射膜
３ａ，３ｂ，３ｃ 小区画
４ ベース
５ （幅方向）スリット
５ａ，５ｂ （幅方向）スリット
６ （軸方向）スリット
Ｌ 小区画の軸方向長さ
Ｓ スリットの幅

Claims (4)

1. 内部に一対の電極が対向配置された発光管と、該発光管の外表面に軸方向に沿って設けられたセラミックからなる帯状の反射膜と、を備えたロングアーク型放電ランプにおいて、
   前記反射膜は、前記発光管の軸方向に交差する方向にスリットが設けられて、前記発光管の軸方向において、独立した複数の小区画が形成されている
   ことを特徴とするロングアーク型放電ランプ。
2. 前記反射膜は、前記発光管の軸方向に沿う方向においても、スリットが設けられて、独立した複数の小区画が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のロングアーク型放電ランプ。
3. 前記反射膜の各小区画の軸方向の長さが、前記発光管の軸方向において、端部側よりも中央部のほうが長いことを特徴とする請求項１又は２に記載のロングアーク型放電ランプ。
4. 前記発光管の外表面の単位面積当りに占める前記小区画の面積の総和が、前記発光管の軸方向において、端部側が中央部よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のロングアーク型放電ランプ。
   
   
   

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