JP2019114395A - 放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】放電ランプの照度を高める。【解決手段】実施形態の放電ランプは、発光管と、発光管内に放電を起こす電極と、を備える。発光管内には、希ガス、水銀、水銀以外の封入金属、ハロゲン元素、及びヨウ化ガリウムが封入されている。ヨウ化ガリウムの封入量は、発光管内の容積比で０．０６［ｍｇ／ｃｃ］以上、０．１０［ｍｇ／ｃｃ］以下である。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、放電ランプに関する。

例えば、半導体の露光工程や、ＵＶ（ultraviolet）インクやＵＶ塗料の乾燥工程、樹脂の硬化工程等では、紫外線によって光化学反応を行うために、紫外線を発する光源としてロングアーク型放電ランプが用いられている。

この種のロングアーク型放電ランプには、発光管の両端部に電極が設けられており、例えば、発光管の内部に、希ガスと水銀を封入した水銀ランプや、水銀に加えて他の封入金属及びハロゲン元素等を封入したメタルハライドランプがある。封入金属は、例えば、被照射体が吸収する波長に応じて、鉄、錫、マグネシウム、タリウム、ビスマス等から選ばれる。

関連技術の放電ランプとしては、３６５［ｎｍ］程度の短波長の吸収が不要な、例えば、インクや塗料、接着剤等を硬化するための用途に使用する場合、封入金属としてガリウムや鉛のハロゲン化物を封入することにより、照度を高める技術が知られている。

特許第６０１１１１１号明細書

上述した封入金属としてガリウムを用いる放電ランプでは、インクや塗料、接着剤等を適正に硬化するために照度を更に高めることが望ましい。

そこで、本発明は、照度を高めることができる放電ランプを提供することを目的とする。

実施形態に係る放電ランプは、発光管と、前記発光管内に放電を起こす電極と、を具備し、前記発光管内には、希ガス、水銀、前記水銀以外の封入金属、ハロゲン元素、及びヨウ化ガリウムが封入され、前記ヨウ化ガリウムの封入量は、前記発光管内の容積比で０．０６［ｍｇ／ｃｃ］以上、０．１０［ｍｇ／ｃｃ］以下である。

本発明によれば、放電ランプの照度を高めることができる。

実施形態に係る放電ランプを示す模式図である。 実施形態に係る放電ランプについて、ヨウ化ガリウムの封入量と、ランプ電力及び照度との関係を示すグラフである。 実施形態に係る放電ランプについて、ヨウ化ガリウムに対するヨウ化鉛の重量比と照度との関係を示すグラフである。

以下で説明する実施形態に係る放電ランプ５は、発光管６と、電極７と、を備える。電極７は、発光管６内に放電を起こす。発光管６内には、希ガス、水銀、水銀以外の封入金属、ハロゲン元素、及びヨウ化ガリウムが封入されている。ヨウ化ガリウムの封入量は、発光管６内の容積比で０．０６［ｍｇ／ｃｃ］以上、０．１０［ｍｇ／ｃｃ］以下である。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ５における封入金属は、ヨウ化鉛である。ヨウ化ガリウムに対するヨウ化鉛の重量比は、０．０３以上、０．２５以下である。

（実施形態）
以下、実施形態に係るロングアーク型の放電ランプ（以下、単に「放電ランプ」と称する。）について、図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係る放電ランプを示す模式図である。図１に示すように、実施形態の放電ランプ５は、例えば、光照射装置１が備える装着部３に装着されて、例えば、インクや塗料、接着剤等の被照射体へ照射光を照射するために使用される。装着部３は、放電ランプ５を保持する一対の保持部材４を有しており、一対の保持部材４によって、放電ランプ５が有する後述の一対の口金部材１３が保持される。

（放電ランプの構成）
本実施形態に係る放電ランプ５は、ロングアーク型１重管のメタルハライドランプであり、いわゆる高輝度放電灯（ＨＩＤ：High Intensity Discharge lamp）である。放電ランプ５は、ピーク波長が４００［ｎｍ］近傍、例えば、４０５［ｎｍ］（４００〜４１０［ｎｍ］程度）または４２０［ｎｍ］（４１５〜４２５［ｎｍ］程度）の光を発する。図１に示すように、放電ランプ５は、発光管６と、口金部材１３と、接続線１４と、を備える。

発光管６は、透過光性を有する石英ガラスによって円筒状に形成されており、内部に放電空間６ａを有する。発光管６としては、例えば、発光長が５００［ｍｍ］程度〜２５００［ｍｍ］程度のものが用いられる。放電空間６ａの内部には、例えば、希ガスとしてのアルゴンガス、高蒸気圧の水銀、水銀以外の封入金属、ハロゲン元素が封入されており、これらに加えて、ガリウムのハロゲン化物としてヨウ化ガリウム（ＧａＩ_３）が封入されている。水銀以外の封入金属としては、鉛のハロゲン化物としてヨウ化鉛（ＰｂＩ_２）が封入されている。ヨウ化鉛は、ヨウ化ガリウムによる発光を高める作用を奏する。発光管６におけるヨウ化ガリウム及びヨウ化鉛の封入量については後述する。

図１に示すように、発光管６の放電空間６ａの両端には、一対の電極７が設けられている。電極７は、図示しないが、電極軸と、コイルと、を有する。電極軸は、一端部側が放電空間６ａ側に向けられており、一端部が放電空間６ａ内に設けられている。電極軸の他端部は、後述する金属箔に溶接されて接合されている。コイルは、電極軸の一端部の外周面に巻回されており、放電空間６ａ内に配置されている。電極軸及びコイルは、タングステンを主成分とする金属材料によって形成されている。

発光管６の両端部には、図１に示すように、放電空間６ａを封止する封止部１１が形成されている。封止部１１は、発光管６の両端部が熱収縮（縮径）されて封止された、いわゆるシュリンクシールによって形成された円柱状のシュリンクシール部である。また、発光管６の両端部の外周面には、保温膜１２が、放電空間６ａの両端から封止部１１の外周面に跨って設けられている。保温膜１２は、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）等によって形成された反射膜であり、発光管６の放電空間６ａの両端を保温する。

図示しないが、封止部１１の内部には、金属箔が埋め込まれており、電極軸の他端部及び金属箔、リード線（導線）の一端部が、石英ガラスによって封止されている。金属箔は、例えば、モリブデンによって矩形状に形成されている。また、金属箔の他端部には、リード線の一端部の外周面が溶接されて接合されている。

また、金属箔に接合されたリード線の他端部は、封止部１１から引き出されている。また、封止部１１の外周部には、図１に示すように、円筒状の口金部材１３が設けられている。口金部材１３は、接着剤によって発光管６の封止部１１に接合されている。

接続線１４は、発光管６の外部に配置されており、封止部１１から引き出されたリード線の他端部に一端部が接続されている。接続線１４の一端部とリード線の他端部は、例えば溶接により形成された接続部（図示せず）を介して接続されている。そして、放電ランプ５は、光照射装置１の装着部３に装着されたときに、装着部３に設けられた一対の保持部材４によって口金部材１３が保持されて、接続線１４が電源部（図示せず）に接続される。

（発光管におけるヨウ化ガリウム及びヨウ化鉛の封入量）
図２は、実施形態に係る放電ランプ５について、ヨウ化ガリウムの封入量と、ランプ電力及び照度との関係を示すグラフである。図２において、縦軸が照度［ｍＷ／ｃｍ］を示し、横軸がランプ電力［ｋＷ］を示す。図２は、発光管６の放電空間６ａ内に封入するヨウ化ガリウムについて、放電空間６ａの容積の１［ｃｃ］当たりの封入量［ｍｇ／ｃｃ］を変更したときの測定結果である。発光管６として、外径が２７．６［ｍｍ］、肉厚１．６［ｍｍ］（内径２４．４［ｍｍ］）、発光長（放電空間６ａの長さ）が２２５０［ｍｍ］のものを用いた。自然空冷の環境下で放電ランプ５を、ランプ電力（消費電力）［ｋＷ］を１８［ｋＷ］、２２．５［ｋＷ］、２７［ｋＷ］でそれぞれ点灯させた。照度について、放電ランプ５から１［ｍ］離れた位置で、ピーク感度波長が４００［ｎｍ］である、オーク製作所製：照度計ＵＶ−Ｍ０３Ａを用いて測定した。

図２に示すように、ヨウ化ガリウムの封入量が０．１０７［ｍｇ／ｃｃ］のとき（図２中の線Ｌ１）、ランプ電力が１８［ｋＷ］時の照度は、ヨウ化ガリウムの封入量が０．０８８［ｍｇ／ｃｃ］のとき（図２中の線Ｌ２）とほぼ同等であり、封入量の増加に伴う照度の上昇が期待できない。このため、放電ランプ５に供給される電流密度が低い（ランプ電力が小さい）場合には、ヨウ化ガリウムの封入量が、０．１０［ｍｇ／ｃｃ］までで十分である。

また、ヨウ化ガリウムの封入量が０．０４４［ｍｇ／ｃｃ］のとき（図２中の線Ｌ４）、ランプ電力が２７［ｋＷ］時の照度は、ヨウ化ガリウムの封入量が０．０６４［ｍｇ／ｃｃ］のとき（図２中の線Ｌ３）と比べて、１７［％］の照度差が発生しており、放電ランプ５に供給される電流密度が高い（ランプ電力が高い）場合には、ヨウ化ガリウムの封入量を０．０６［ｍｇ／ｃｃ］以上にすることで高い照度を得ることができる。

放電ランプ５の実際の使用時には、一定の照度に管理して使用する場合が多く、放電ランプ５の点灯累積時間毎に低下した照度が一定の照度になるようにランプ電力を徐々に上昇させる制御が行われている。このため、放電ランプ５の寿命判定は、放電ランプ５に供給されるランプ電力が定格ランプ電力に到達することで判定される。この場合、照度が低いと初期のランプ電力が高くなり、定格ランプ電力に到達するまでの時間が短くなるので、長時間の使用ができなくなる。

ここで、ヨウ化ガリウムの封入量が０．０４４［ｍｇ／ｃｃ］のとき（図２中の線Ｌ４）と、０．０６４［ｍｇ／ｃｃ］のとき（図２中の線Ｌ３）とを比較した場合、０．０４４［ｍｇ／ｃｃ］のとき（図２中の線Ｌ４）は、ランプ電力が低い１８［ｋＷ］の時の照度が低く、ランプ電力が上昇するほど照度差が増加している。このため、ヨウ化ガリウムの封入量が０．０４４［ｍｇ／ｃｃ］のとき（図２中の線Ｌ４）は、照度を一定に保つためにランプ電力が早く上昇してしまい、放電ランプ５の実際の使用時間が短くなる。よって、放電ランプ５の使用時間を長くするためにはヨウ化ガリウムの封入量が０．０６［ｍｇ／ｃｃ］以上であることが好ましい。したがって、ヨウ化ガリウムの封入量は、発光管６内の容積比で０．０６［ｍｇ／ｃｃ］以上、０．１０［ｍｇ／ｃｃ］以下が好ましい。

図３は、実施形態に係る放電ランプ５について、ヨウ化ガリウムに対するヨウ化鉛の重量比と照度との関係を示すグラフである。図３において、縦軸が照度［ｍＷ／ｃｍ］を示し、横軸がヨウ化ガリウムに対するヨウ化鉛の重量比を示す。図３は、発光管６の放電空間６ａ内に封入するヨウ化ガリウムに対するヨウ化鉛の重量比［ＰｂＩ_２／ＧａＩ_３］を変更したときの測定結果である。発光管６として、外径が２７．６［ｍｍ］、発光長（放電空間６ａの長さ）が２２５０［ｍｍ］のものを用いた。自然空冷の環境下で放電ランプ５を、ランプ電力（消費電力）を１８［ｋＷ］で点灯させた。照度について、放電ランプ５から１［ｍ］離れた位置で、ピーク感度波長が４００［ｎｍ］である、オーク製作所製：照度計ＵＶ−Ｍ０３Ａを用いて測定した。

ヨウ化鉛の封入量は、ヨウ化ガリウムに対するヨウ化鉛の重量比に基づいて設定されている。図３に示すように、ヨウ化ガリウムに対するヨウ化鉛の重量比が、０．０１、０．０３、０．２５、０．５０、１．００のときの照度をそれぞれ測定した。ヨウ化ガリウムに対するヨウ化鉛の重量比が０．０１のときには、照度が低くなる。また、ヨウ化ガリウムに対するヨウ化鉛の重量比が０．２５を超えた場合、照度が低下する傾向があるので、重量比が０．２５を超えることは、ヨウ化鉛を過剰に封入することとなる。したがって、ヨウ化鉛の封入量としては、ヨウ化ガリウムに対するヨウ化鉛の重量比が０．０３以上、０．２５以下が好ましい。この重量比の範囲でヨウ化鉛を封入することにより、ヨウ化鉛の封入量の増加に伴って照度を高めることが可能になり、一例として、４０［ｍＷ／ｃｍ］を超える照度が得られた。

上述のように実施形態の放電ランプ５は、発光管６内に封入されるヨウ化ガリウムが、発光管６内の容積比で０．０６［ｍｇ／ｃｃ］以上、０．１０［ｍｇ／ｃｃ］以下である。これにより、放電ランプ５の照度を高めると共に、放電ランプ５の使用時間が短くなることを抑えることができる。その結果、放電ランプ５は、例えば、波長が４０５［ｎｍ］程度や４２０［ｎｍ］程度の光を吸収するインクや塗料、接着剤等を適正に硬化させることができる。

また、実施形態の放電ランプ５は、発光管６内にヨウ化鉛が封入されており、ヨウ化ガリウムに対するヨウ化鉛の重量比は０．０３以上、０．２５以下である。これにより、ヨウ化鉛の封入量の増加に伴って照度を高めることが可能になり、適正な封入量のヨウ化鉛を用いて照度を高めることができる。

本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することを意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 光照射装置
５ 放電ランプ
６ 発光管
６ａ 放電空間
７ 電極
１１ 封止部
１２ 保温膜

Claims (2)

1. 発光管と；
   前記発光管内に放電を起こす電極と；を具備し、
   前記発光管内には、希ガス、水銀、前記水銀以外の封入金属、ハロゲン元素、及びヨウ化ガリウムが封入され、
   前記ヨウ化ガリウムの封入量は、前記発光管内の容積比で０．０６［ｍｇ／ｃｃ］以上、０．１０［ｍｇ／ｃｃ］以下である、放電ランプ。
2. 前記封入金属は、ヨウ化鉛であり、
   前記ヨウ化ガリウムに対する前記ヨウ化鉛の重量比は、０．０３以上、０．２５以下である、
   請求項１に記載の放電ランプ。

Images