JP2021039852A - メタルハライドランプおよび紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】劣化を抑制しつつ必要とする照度特性を確保する。【解決手段】実施形態のメタルハライドランプは、発光管と電極とを具備する。発光管には、希ガス、水銀、鉄、ヨウ化タリウムおよびヨウ化マグネシウムが封入されている。電極は、発光管の内部に設けられる。ヨウ化タリウムの封入量Ａ［ｍｇ］およびヨウ化マグネシウムの封入量Ｂ［ｍｇ］は、２．００≦Ａ／Ｂ≦３．３３の関係を満たす。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、メタルハライドランプおよび紫外線照射装置に関する。

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メタルハライドランプが用いられている。

特開２０１４−２６８４５号公報

メタルハライドランプにおいては、発光管が黒化することで劣化し、発光管の紫外線透過率が低下する場合がある。また、発光管の黒化を抑制するために発光管の内部に封入する金属やハロゲン等の封入物の組成を変更すると、発光強度が低下し、必要とする照度が得られない場合がある。このように、劣化を抑制しつつ必要とする照度特性を確保させる点で改善の余地があった。

本発明が解決しようとする課題は、劣化を抑制しつつ必要とする照度特性を確保することができるメタルハライドランプおよび紫外線照射装置を提供することである。

実施形態のメタルハライドランプは、発光管と電極とを具備する。発光管には、希ガス、水銀、鉄、ヨウ化タリウムおよびヨウ化マグネシウムが封入されている。電極は、発光管の内部に設けられる。ヨウ化タリウムの封入量Ａ［ｍｇ］およびヨウ化マグネシウムの封入量Ｂ［ｍｇ］は、２．００≦Ａ／Ｂ≦３．３３の関係を満たす。

本発明によれば、劣化を抑制しつつ必要とする照度特性を確保することができる。

実施形態に係るメタルハライドランプを示す模式図である。 封入成分および封入量と照度特性との関係を比較した結果を示す図である。 封入成分および封入量を比較した図である。 相対強度を比較した結果を示す図である。

以下で説明する実施形態に係るメタルハライドランプ５は、発光管６と電極７とを具備する。発光管６には、希ガス、水銀、鉄、ヨウ化タリウムおよびヨウ化マグネシウムが封入されている。電極７は、発光管６の内部に設けられる。ヨウ化タリウムの封入量Ａ［ｍｇ］およびヨウ化マグネシウムの封入量Ｂ［ｍｇ］は、２．００≦Ａ／Ｂ≦３．３３の関係を満たす。

また、以下で説明する実施形態に係るヨウ化タリウムの封入量Ａ［ｍｇ］および発光管６に封入されたハロゲン量Ｃ［ｍｇ］は、０．１２≦Ａ／Ｃ≦０．２０の関係を満たす。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１は、メタルハライドランプ５と装着部３とを具備する。装着部３は、メタルハライドランプ５を装着する。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づき説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明が開示する技術を限定するものではない。

［実施形態］
以下、実施形態に係るメタルハライドランプについて、図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係るメタルハライドランプを示す模式図である。図１に示すように、実施形態のメタルハライドランプ５は、例えば、紫外線照射装置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、メタルハライドランプ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、メタルハライドランプ５が有する後述の一対の口金部材１３を保持する図示しない保持部材を有する。保持部材は、導電性を有する金属材料によって形成されており、図示しない電源装置と電気的に接続されている。保持部材は、後述する外部リード線１４を介してメタルハライドランプ５に電力を供給する。また、保持部材は、口金部材１３の放熱性を高めるために、熱伝導率が高い材料によって形成されてもよい。

（メタルハライドランプの構成）
図１に示すように、実施形態に係るメタルハライドランプ５は、発光管６と、電極７と、封止部１１と、保温膜１２と、口金部材１３と、外部リード線１４とを備える。

発光管６は、管状に形成されており、管軸方向の両端に設けられた封止部１１で封止されている。発光管６は、例えば石英ガラスであり、紫外線を透過する。また、発光管６は、内部に放電空間６ａを有し、放電空間６ａには、少なくともメタルハライド（金属ハロゲン化物）と鉄と水銀とが封入される。放電空間６ａに封入されるメタルハライドとしては、少なくともヨウ化タリウム（ＴｌＩ）、ヨウ化マグネシウム（ＭｇＩ_２）を含む。鉄よりも蒸気圧の高いタリウムを発光管６の内部に封入すると、メタルハライドランプ５の点灯中に発光管６の内壁近傍に蒸気化したタリウムが緩衝材の役割を果たし、発光管６への鉄の付着や打ち込みを抑制する効果がある。なお、放電空間６ａに封入されるメタルハライドのハロゲンとして、例えば、塩素、臭素等が用いられてもよい。なお、放電空間６ａに封入される封入成分や封入量についての詳細は後述する。

電極７は、発光管６の放電空間６ａの両端にそれぞれ設けられている。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、例えば、トリエーテッドタングステンによって形成されている。

封止部１１は、発光管６の両端部に形成されており、放電空間６ａを封止する。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。なお、封止部１１は、ピンチシールにより板状に形成されてもよい。

保温膜１２は、発光管６の両端部の外周面に、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ており、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いる。金属箔は、一端が電極軸の他端部と接続され、他端が封止部１１の内部に埋め込まれた内部リード線（図示せず）の一端部と接続される。金属箔は、例えば、矩形状のモリブデン箔である。内部リード線は、例えば、モリブデン棒である。

口金部材１３は、発光管６の管軸方向の両端部に形成された封止部１１の外周を覆うようにそれぞれ配置され、発光管６を支持する。口金部材１３は、例えば、接着剤によって発光管６の封止部１１に接合されている。

外部リード線１４は、発光管６の外部に配置されている。外部リード線１４は、一端が封止部１１から引き出された内部リード線の他端部に接続されている。外部リード線１４の一端部と内部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、メタルハライドランプ５は、紫外線照射装置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、外部リード線１４が電源部（図示せず）に接続される。

（ヨウ化タリウムの封入量およびヨウ化マグネシウムの封入量）
図２は、封入成分および封入量と可使時間との関係を比較した結果を示す図である。なお、図２に示す実験例１−１〜１−５では、メタルハライドランプ５として、発光管６の外径２６．０［ｍｍ］、発光管６の内径２２．５［ｍｍ］、放電空間６ａの容積４４０［ｃｃ］、電極７間の距離１０９５［ｍｍ］、電極７を構成するトリエーテッドタングステン製の電極軸の線径３．０［ｍｍ］のものを使用した。また、図３以降で説明する実験例２−１〜２−５においても、実験例１−１〜１−５と同じメタルハライドランプ５をそれぞれ使用することとする。

また、図２に示すように、実験例１−１〜１−５では、発光管６の放電空間６ａに封入する封入ガスとして、希ガスの一種であるキセノンのガス圧と、ヨウ化水銀、臭化水銀、ヨウ化マグネシウム、鉄および水銀の封入量をそれぞれ一定にしたメタルハライドランプ５をそれぞれ作製した。

一方、図２に示すように、実験例１−１〜１−５では、放電空間６ａに封入させるヨウ化タリウムの封入量Ａ［ｍｇ］と、ヨウ化マグネシウムの封入量Ｂ［ｍｇ］に対するヨウ化タリウムの封入量Ａ［ｍｇ］の比（Ａ［ｍｇ］／Ｂ［ｍｇ］）とを異ならせて点灯試験を行い、劣化の抑制効果の有無を確認した。

点灯試験は、発光管６の管軸方向の中央に位置する発光管６の表面から発光管６の径方向に１［ｍ］離れた位置に、３３０〜３８０［ｎｍ］にピーク感度を有する照度計（オーク製作所製：ＵＶ−Ｍ０３Ａ 照度計ヘッド：ＵＶ−ＳＤ３５）を配置し、入力密度８０［Ｗ／ｃｍ］で連続点灯させたメタルハライドランプ５の照度を１時間ごとにそれぞれ測定した。メタルハライドランプ５の点灯開始時（点灯時間がゼロ）の照度を基準とする照度維持率が、７０％未満となるまで低下したときの経過時間を「可使時間」として図２に示した。

図２に示すように、Ａ［ｍｇ］／Ｂ［ｍｇ］が１．３３の場合、可使時間が２２５０［Ｈｒ］にとどまり、必要とする照度特性を確保できない。これに対し、Ａ［ｍｇ］／Ｂ［ｍｇ］が２．００以上の場合には、メタルハライドランプ５の可使時間がいずれも３０００［Ｈｒ］を超えている。すなわち、Ａ［ｍｇ］／Ｂ［ｍｇ］を２．００以上にすることにより、劣化の抑制効果が得られることを示している。

（ヨウ化タリウムの封入量およびヨウ化マグネシウムの封入量）
図３は、封入成分および封入量を比較した図である。図４は、相対強度を比較した結果を示す図である。なお、図３、図４に示す実験例２−１〜２−５ではそれぞれ、実験例１−１〜１−５で使用したものと同じメタルハライドランプ５を使用した。

また、図３に示すように、実験例２−１〜２−５では、発光管６の放電空間６ａに封入する封入ガスとして、希ガスの一種であるキセノンのガス圧と、ヨウ化水銀、臭化水銀、ヨウ化マグネシウム、鉄および水銀の封入量をそれぞれ一定にしたメタルハライドランプ５をそれぞれ作製した。

一方、図３に示すように、実験例２−１〜２−５では、放電空間６ａに封入させるヨウ化タリウムの封入量Ａ［ｍｇ］、ヨウ化マグネシウムの封入量Ｂ［ｍｇ］に対するヨウ化タリウムの封入量Ａ［ｍｇ］の比（Ａ［ｍｇ］／Ｂ［ｍｇ］）、放電空間６ａに封入されたハロゲン量Ｃ［ｍｇ］に対するヨウ化タリウムの封入量Ａ［ｍｇ］の比（Ａ［ｍｇ］／Ｃ［ｍｇ］）をそれぞれ異ならせて点灯試験を行い、必要とする照度特性の有無を確認した。

点灯試験は、発光管６の管軸方向の中央に位置する発光管６の表面から発光管６の径方向に１［ｍ］離れた位置に、３３０〜３８０［ｎｍ］にピーク感度を有する照度計（オーク製作所製：ＵＶ−Ｍ０３Ａ 照度計ヘッド：ＵＶ−ＳＤ３５）を配置し、入力密度８０［Ｗ／ｃｍ］で点灯させたメタルハライドランプ５の点灯開始直後の照度をそれぞれ測定した。図４では、実験例２−１で作製したメタルハライドランプ５の照度を基準とする相対強度としてそれぞれ示した。

図４に示すように、Ａ［ｍｇ］／Ｃ［ｍｇ］が０．１２以上０．２０以下の場合には、Ａ［ｍｇ］／Ｃ［ｍｇ］が０．０８の場合と比較して相対強度が高い。一方、Ａ［ｍｇ］／Ｃ［ｍｇ］が０．２３の場合には、Ａ［ｍｇ］／Ｃ［ｍｇ］が０．０８の場合と比較して相対強度が低い。すなわち、Ａ［ｍｇ］／Ｃ［ｍｇ］が０．１２以上０．２０以下にすることにより、初期照度を高くすることができ、必要とする照度特性を確保することができることを示している。

なお、上記した実施形態では、メタルハライドランプ５の形状を固定して説明したが、これに限らず、用途に応じて適宜変更することができる。

また、上記した実施形態では、一定量のヨウ化水銀や臭化水銀を放電空間６ａに封入した例を示したが、これに限らず、少なくともＡ［ｍｇ］／Ｂ［ｍｇ］がヨウ化タリウムおよびヨウ化マグネシウムが封入されていればよい。すなわち、図２または図３に示されたものとは異なる封入成分を、図２または図３に示した封入成分とは別に、あるいは図２または図３に示した封入成分の一部に代えて封入させてもよい。

また、上記した実施形態では、封入ガスのガス圧や鉄の封入量を固定して説明したが、これに限らず、所望する性能に応じて封入量を調整することができる。

上述したように、実施形態に係るメタルハライドランプ５は、発光管６と電極７とを具備する。発光管６には、希ガス、水銀、鉄、ヨウ化タリウムおよびヨウ化マグネシウムが封入されている。電極７は、発光管６の内部に設けられる。ヨウ化タリウムの封入量Ａ［ｍｇ］およびヨウ化マグネシウムの封入量Ｂ［ｍｇ］は、２．００≦Ａ／Ｂ≦３．３３の関係を満たす。これにより、発光管６の劣化を抑制しつつ必要とする照度特性を確保させることができる。

また、実施形態に係るヨウ化タリウムの封入量Ａ［ｍｇ］および発光管６に封入されたハロゲン量Ｃ［ｍｇ］は、０．１２≦Ａ／Ｃ≦０．２０の関係を満たす。これにより、発光管６の劣化を抑制しつつ必要とする照度特性を確保させることができる。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１は、メタルハライドランプ５と装着部３とを具備する。装着部３は、メタルハライドランプ５を装着する。これにより、発光管６の劣化を抑制しつつ必要とする照度特性を確保させることができる。

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、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施され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。これらの実施形態やその変形は、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 紫外線照射装置
５ メタルハライドランプ
６ 発光管
６ａ 放電空間
７ 電極
１１ 封止部
１２ 保温膜

Claims (3)

1. 希ガス、水銀、鉄、ヨウ化タリウムおよびヨウ化マグネシウムが封入された発光管と；
   前記発光管の内部に設けられる電極と；
   を具備し、
   ヨウ化タリウムの封入量Ａ［ｍｇ］およびヨウ化マグネシウムの封入量Ｂ［ｍｇ］は、２．００≦Ａ／Ｂ≦３．３３の関係を満たす、メタルハライドランプ。
2. 前記ヨウ化タリウムの封入量Ａ［ｍｇ］および前記発光管に封入されたハロゲン量Ｃ［ｍｇ］は、０．１２≦Ａ／Ｃ≦０．２０の関係を満たす、請求項１に記載のメタルハライドランプ。
3. 請求項１または２に記載のメタルハライドランプと；
   前記メタルハライドランプを装着する装着部と；
   を具備する、紫外線照射装置。

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