JP2023025358A - Metal halide lamp and UV irradiation device - Google Patents

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卓馬 松本
Takuma Matsumoto
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Abstract

To provide a metal halide lamp and a UV irradiation device capable of prolonging the life of a lamp, even the life of log lamp.SOLUTION: A metal halide lamp according to an embodiment includes a cylindrical arc tube, and electrodes provided at both ends of the arc tube, respectively, and at least rare gas, mercury, iron, thallium iodide, mercury bromide, and mercury iodide are sealed inside the arc tube. The electrode has a filament provided inside the arc tube. The metal halide lamp satisfies the following formula when a distance L (m) between the filaments is 1 meter or more, and an amount of thallium enclosed per unit volume is T (μg/cc). T(μg/cc)≥4.177(μg/cc m)×L(m)-1.79(μg/cc).SELECTED DRAWING: Figure 5

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。 An embodiment of the present invention relates to a metal halide lamp and an ultraviolet irradiation device.

例えば、紫外線硬化型の接着剤やシール剤などの硬化や、紫外線硬化型のインクの乾燥や硬化などには、メタルハライドランプを備えた紫外線照射装置が用いられている。紫外線照射装置に設けられるメタルハライドランプは、発光管を有し、例えば、希ガス、金属、およびハロゲンなどが発光管の内部に封入されている。 For example, an ultraviolet irradiation device equipped with a metal halide lamp is used for curing ultraviolet-curable adhesives and sealants, and for drying and curing ultraviolet-curable ink. A metal halide lamp provided in an ultraviolet irradiation device has an arc tube, and for example, a rare gas, a metal, a halogen, or the like is sealed inside the arc tube.

発光管の内部に封入される金属は、例えば、水銀、鉄、タリウム、錫、マグネシウム、鉛、亜鉛、ビスマスなどである。この場合、主に、水銀のハロゲン化蒸気と、鉄のハロゲン化蒸気とが紫外線の放射源となる。水銀と鉄以外のハロゲン化蒸気は、紫外線の放射源ともなるが、主に、発光管の内壁への鉄の固着を抑制するために含められている。 Metals enclosed inside the arc tube include, for example, mercury, iron, thallium, tin, magnesium, lead, zinc, and bismuth. In this case, the halogenated vapor of mercury and the halogenated vapor of iron are mainly the sources of ultraviolet radiation. Halogenated vapors other than mercury and iron, which can also be a source of ultraviolet radiation, are included primarily to suppress adhesion of iron to the inner wall of the arctube.

この場合、発光管の内部にタリウムが封入されていると、メタルハライドランプの点灯中において、発光管の内壁への鉄の固着、ひいては封入されている鉄の量が減少するのを抑制することができる。またさらに、発光管の内部にタリウムが封入されていると、点灯の初期において、紫外線の照度を大きくすることができる。 In this case, when the thallium is enclosed inside the arc tube, it is possible to suppress the adhesion of iron to the inner wall of the arc tube, and thus the reduction in the amount of enclosed iron, during lighting of the metal halide lamp. can. Furthermore, if thallium is sealed inside the arc tube, the illuminance of ultraviolet rays can be increased at the initial stage of lighting.

ここで、近年においては、処理物のサイズが大型化している。そのため、長尺(発光長が長い)のメタルハライドランプが求められている。ところが、メタルハライドランプが長尺になると、発光管の管軸方向において、金属の量に分布が生じ易くなる。また、メタルハライドランプが長尺になると、発光管を均一に冷却するのが困難となる。そのため、メタルハライドランプを長尺にすると、短寿命になるという課題があった。
そこで、メタルハライドランプを長尺にしても、寿命を長くすることができる技術の開発が望まれていた。
Here, in recent years, the size of the processed material is increasing. Therefore, a long metal halide lamp (having a long emission length) is desired. However, when the metal halide lamp becomes long, the amount of metal tends to be distributed in the axial direction of the arc tube. Further, when the metal halide lamp becomes long, it becomes difficult to uniformly cool the arc tube. Therefore, when the metal halide lamp is elongated, there is a problem that the life of the lamp is shortened.
Therefore, there has been a demand for the development of a technology that can extend the life of the metal halide lamp even if it is elongated.

特開2020-107522号公報JP 2020-107522 A

本発明が解決しようとする課題は、長尺にしても、寿命を長く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。 The problem to be solved by the present invention is to provide a metal halide lamp and an ultraviolet irradiating device that can have a long life even if they are long.

実施形態に係るメタルハライドランプは、筒状を呈する発光管と;前記発光管の両側の端部のそれぞれに設けられた電極と;を具備している。前記発光管の内部には、少なくとも希ガス、水銀、鉄、ヨウ化タリウム、臭化水銀、およびヨウ化水銀が封入されている。前記電極は、前記発光管の内部に設けられるフィラメントを有している。メタルハライドランプは、前記フィラメント同士の間の距離L(m)を1メートル以上とし、単位体積当たりの前記タリウムの封入量をT(μg/cc)とした場合に、以下の式を満足する。
T(μg/cc)≧4.177(μg/cc・m)×L(m)-1.79(μg/cc)
A metal halide lamp according to an embodiment includes a cylindrical arc tube; and electrodes provided at both ends of the arc tube. At least rare gas, mercury, iron, thallium iodide, mercury bromide, and mercury iodide are sealed inside the arc tube. The electrode has a filament provided inside the arc tube. The metal halide lamp satisfies the following formula, where the distance L (m) between the filaments is 1 meter or more and the amount of thallium enclosed per unit volume is T (μg/cc).
T (μg/cc)≧4.177 (μg/cc・m)×L (m)−1.79 (μg/cc)

本発明の実施形態によれば、長尺にしても、寿命を長く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ができる。 According to the embodiments of the present invention, it is possible to provide a metal halide lamp and an ultraviolet irradiating device that can have a long life even if they are long.

本実施の形態に係る紫外線照射装置を例示するための模式斜視図である。1 is a schematic perspective view for illustrating an ultraviolet irradiation device according to an embodiment; FIG. メタルハライドランプを例示するための模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view for illustrating a metal halide lamp; FIG. 発光長および単位体積当たりのタリウムの封入量と、メタルハライドランプの寿命との関係を例示するための表である。4 is a table for illustrating the relationship between the emission length, the amount of thallium enclosed per unit volume, and the life of a metal halide lamp. 発光管の温度の測定位置を例示するための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for exemplifying the measurement positions of the temperature of the arc tube; 合格品における発光長と単位体積当たりのタリウムの封入量との関係を表したグラフである。4 is a graph showing the relationship between the emission length and the amount of thallium enclosed per unit volume in acceptable products.

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、本実施の形態に係る紫外線照射装置1を例示するための模式斜視図である。
図1に示すように、紫外線照射装置1には、例えば、筐体2、載置部3、冷却部4、リフレクタ5、メタルハライドランプ6、電源7、およびコントローラ8が設けられている。
Hereinafter, embodiments will be illustrated with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same reference numerals are given to the same constituent elements, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
FIG. 1 is a schematic perspective view for illustrating an ultraviolet irradiation device 1 according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, the ultraviolet irradiation device 1 includes, for example, a housing 2, a mounting section 3, a cooling section 4, a reflector 5, a metal halide lamp 6, a power supply 7, and a controller 8.

筐体2には、メタルハライドランプ6を取り付けることができる。筐体2は、例えば、チャンバとすることができる。この場合、筐体2は、パーティクルが侵入しない程度の気密構造を有することができる。また、紫外線照射装置1の用途によっては、気密構造を有さない筐体2とすることもできる。例えば、筐体2は、細長い部材を用いた骨組み構造を有するものとしてもよい。 A metal halide lamp 6 can be attached to the housing 2 . The housing 2 can be, for example, a chamber. In this case, the housing 2 can have an airtight structure to the extent that particles do not enter. Further, depending on the application of the ultraviolet irradiation device 1, the housing 2 without an airtight structure can be used. For example, the housing 2 may have a frame structure using elongated members.

筐体2の内部には、一対のホルダ21を設けることができる。一対のホルダ21は、メタルハライドランプ6が延びる方向に並べて設けることができる。一対のホルダ21は、リフレクタ5または筐体2に取り付けることができる。一対のホルダ21のそれぞれは、メタルハライドランプ6の端部(口金65)を保持する。 A pair of holders 21 can be provided inside the housing 2 . A pair of holders 21 can be arranged side by side in the direction in which the metal halide lamp 6 extends. A pair of holders 21 can be attached to the reflector 5 or the housing 2 . Each of the pair of holders 21 holds an end portion (base 65) of the metal halide lamp 6. As shown in FIG.

載置部3には、紫外線の照射対象である処理物100を載せることができる。載置部3には、処理物100を保持するチャックなどを設けることもできる。また、載置部3は、処理物100を、水平方向に移動させるものとしてもよい。例えば、載置部3は、XYテーブルやコンベアなどであってもよい。 A workpiece 100 to be irradiated with ultraviolet rays can be placed on the placing section 3 . A chuck or the like for holding the workpiece 100 can also be provided on the mounting section 3 . Moreover, the placement unit 3 may move the processing object 100 in the horizontal direction. For example, the placement section 3 may be an XY table, a conveyor, or the like.

処理物100は、紫外線の照射が必要なものであれば特に限定はない。例えば、処理物100は、紫外線硬化型の接着剤、シール剤、インク、塗料などが付着しているものとすることができる。例えば、処理物100は、液晶パネルや視野角補償フィルムなどの配向膜を有するものであってもよい。 The object to be treated 100 is not particularly limited as long as it requires ultraviolet irradiation. For example, the object to be treated 100 may have an ultraviolet curable adhesive, sealant, ink, paint, or the like adhered thereto. For example, the processed object 100 may have an alignment film such as a liquid crystal panel or a viewing angle compensation film.

冷却部4は、例えば、ダクト41などを介して、リフレクタ5の排気口51に接続されている。冷却部4により、リフレクタ5の凹部52の内部の空気を排気すると、リフレクタ5の凹部52の開口からリフレクタ5の内部に空気が流入する。そのため、例えば、メタルハライドランプ6を冷却したり、処理物100において発生したガスなどを排出したりすることができる。冷却部4は、例えば、シロッコファンやブロアなどである。 The cooling unit 4 is connected to the exhaust port 51 of the reflector 5 via a duct 41 or the like, for example. When the air inside the concave portion 52 of the reflector 5 is exhausted by the cooling portion 4 , the air flows into the inside of the reflector 5 through the opening of the concave portion 52 of the reflector 5 . Therefore, for example, the metal halide lamp 6 can be cooled, and the gas generated in the workpiece 100 can be discharged. The cooling unit 4 is, for example, a sirocco fan or a blower.

なお、空冷式の冷却部4を例示したが、液冷式の冷却部としてもよい。例えば、リフレクタ5に冷媒が流通する流路を設けたり、メタルハライドランプ6の発光管61の近傍に、冷媒が流通する流路を有するブロックを設けたりすることができる。冷媒は、例えば、水などとすることができる。 Although the air-cooled cooling unit 4 is illustrated, a liquid-cooled cooling unit may be used. For example, the reflector 5 may be provided with a flow path through which the coolant flows, or a block having a flow path through which the coolant may flow may be provided in the vicinity of the arc tube 61 of the metal halide lamp 6 . The coolant can be, for example, water.

リフレクタ5は、例えば、筐体2に取り付けられる。リフレクタ5は、筐体2などに設けられたブラケットなどの部材に取り付けてもよい。また、リフレクタ5は、移動可能に設けることもできる。この場合、リフレクタ5とメタルハライドランプ6との間の距離を変化させれば、照射領域の幅や、紫外線の強度のピーク値を変化させることができる。そのため、処理条件などに応じて、照射領域の幅や、紫外線の強度のピーク値を変化させることが可能となる。 The reflector 5 is attached to the housing 2, for example. The reflector 5 may be attached to a member such as a bracket provided on the housing 2 or the like. Moreover, the reflector 5 can also be provided movably. In this case, by changing the distance between the reflector 5 and the metal halide lamp 6, it is possible to change the width of the irradiation region and the peak value of the intensity of the ultraviolet rays. Therefore, it is possible to change the width of the irradiation region and the peak value of the intensity of the ultraviolet rays according to the processing conditions.

リフレクタ5には、凹部52が設けられている。凹部52は、リフレクタ5の下面53(リフレクタ5の載置部3側の面)に開口している。なお、ブロック状のリフレクタ5を例示したが、板状部材を湾曲させてリフレクタとしてもよい。 A concave portion 52 is provided in the reflector 5 . The concave portion 52 opens to the lower surface 53 of the reflector 5 (the surface of the reflector 5 on the mounting portion 3 side). Although the block-shaped reflector 5 is exemplified, the reflector may be formed by bending a plate-shaped member.

凹部52の内部空間には、メタルハライドランプ6が設けられる。凹部52の内面は、反射面となっている。凹部52の内面には、反射率の高い金属を含む膜を設けることができる。また、凹部52の内面が光沢面となるように磨くこともできる。メタルハライドランプ6が延びる方向から見た場合に、凹部52の輪郭は、曲線を含むこともできるし、直線を含むこともできるし、曲線と直線を含むこともできる。曲線は、例えば、円の一部、楕円の一部、放物線などとすることができる。 A metal halide lamp 6 is provided in the internal space of the recess 52 . The inner surface of the recess 52 is a reflective surface. A film containing a highly reflective metal can be provided on the inner surface of the recess 52 . Also, the inner surface of the concave portion 52 can be polished so as to have a glossy surface. When viewed from the direction in which the metal halide lamp 6 extends, the contour of the recess 52 can include curved lines, straight lines, or both curved lines and straight lines. A curve can be, for example, a portion of a circle, a portion of an ellipse, a parabola, or the like.

メタルハライドランプ6から照射された紫外線の一部は、処理物100に直接照射される。また、メタルハライドランプ6から照射され凹部52の内面に入射した紫外線は、処理物100に向けて反射される。リフレクタ5を設ければ、紫外線の利用効率を向上させることができる。 Part of the ultraviolet rays emitted from the metal halide lamp 6 is directly applied to the workpiece 100 . Further, the ultraviolet rays irradiated from the metal halide lamp 6 and incident on the inner surface of the concave portion 52 are reflected toward the object 100 to be processed. By providing the reflector 5, the utilization efficiency of ultraviolet rays can be improved.

リフレクタ5の上面54(リフレクタ5の載置部3側とは反対側の面)には、排気口51を設けることができる。排気口51は、凹部52の内部空間に連通している。例えば、排気口51は、上面54と凹部52の内面との間を貫通している。排気口51は複数設けることができる。複数の排気口51は、メタルハライドランプ6が延びる方向に並べて設けることができる。排気口51の数、配置、断面寸法などは、メタルハライドランプ6の長さや温度などに応じて適宜決定することができる。排気口51の数、配置、断面寸法などは、実験やシミュレーションを行うことで適宜決定することができる。
また、メタルハライドランプ6が延びる方向に延びる排気口(例えば、スリット状の排気口)を1つ設けるようにしてもよい。すなわち、排気口51は、少なくとも1つ設けられていればよい。
An exhaust port 51 can be provided on an upper surface 54 of the reflector 5 (the surface of the reflector 5 opposite to the mounting portion 3 side). The exhaust port 51 communicates with the internal space of the recess 52 . For example, the exhaust port 51 penetrates between the upper surface 54 and the inner surface of the recess 52 . A plurality of exhaust ports 51 can be provided. A plurality of exhaust ports 51 can be arranged side by side in the direction in which the metal halide lamp 6 extends. The number, arrangement, cross-sectional dimensions, and the like of the exhaust ports 51 can be appropriately determined according to the length of the metal halide lamp 6, the temperature, and the like. The number, arrangement, cross-sectional dimensions, and the like of the exhaust ports 51 can be appropriately determined through experiments and simulations.
Also, one exhaust port (for example, a slit-shaped exhaust port) extending in the direction in which the metal halide lamp 6 extends may be provided. That is, at least one exhaust port 51 may be provided.

また、リフレクタ5の凹部52の開口と、載置部3との間に、バンドパスフィルタ55を設けることもできる。バンドパスフィルタ55は、例えば、板状を呈し、可視光を吸収し、紫外線を透過させるものとすることができる。この場合、バンドパスフィルタ55は、特定の波長の紫外線を透過させるものとしてもよい。 A band-pass filter 55 can also be provided between the opening of the concave portion 52 of the reflector 5 and the mounting portion 3 . The band-pass filter 55 can have, for example, a plate shape, absorb visible light, and transmit ultraviolet light. In this case, the bandpass filter 55 may transmit ultraviolet rays of a specific wavelength.

なお、図1においては、メタルハライドランプ6を1つ設ける場合を例示したが、複数のメタルハライドランプ6を設けることもできる。複数のメタルハライドランプ6を設ける場合には、メタルハライドランプ6が延びる方向と略直交する方向に、複数のメタルハライドランプ6を並べて設けることができる。また、リフレクタ5とメタルハライドランプ6を複数組設けることもできる。 Although FIG. 1 illustrates the case where one metal halide lamp 6 is provided, a plurality of metal halide lamps 6 can be provided. When a plurality of metal halide lamps 6 are provided, the plurality of metal halide lamps 6 can be arranged side by side in a direction substantially orthogonal to the extending direction of the metal halide lamps 6 . Also, a plurality of sets of reflectors 5 and metal halide lamps 6 can be provided.

メタルハライドランプ6は、例えば、紫外線を含む光を照射可能な高輝度放電ランプ(HID:High Intensity Discharge lamp)とすることができる。
図2は、メタルハライドランプ6を例示するための模式断面図である。
図2に示すように、メタルハライドランプ6は、例えば、発光管61、電極62、導電箔63、アウタリード64、口金65、およびリード線66を有する。
The metal halide lamp 6 can be, for example, a high intensity discharge lamp (HID) capable of emitting light containing ultraviolet rays.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for illustrating the metal halide lamp 6. As shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the metal halide lamp 6 has, for example, an arc tube 61, an electrode 62, a conductive foil 63, an outer lead 64, a base 65, and a lead wire 66.

発光管61は、リフレクタ5の凹部52の内部に設けられている。発光管61は、筒状を呈し、耐熱性と透光性を有する材料から形成される。発光管61の材料は、例えば、石英、ガラスなどである。 The arc tube 61 is provided inside the recess 52 of the reflector 5 . The arc tube 61 has a cylindrical shape and is made of a heat-resistant and translucent material. The material of the arc tube 61 is quartz, glass, or the like, for example.

発光管61の内部には、放電媒体が封入されている。放電媒体は、例えば、希ガス、金属、および、ヨウ素や臭素などのハロゲンを含む。
希ガスは、例えば、キセノン、アルゴン、あるいは、これらの混合ガスなどである。発光管61の内部の25℃におけるガスの圧力(希ガスの封入圧力)は、例えば、133Pa以上とすることができる。発光管61の内部の25℃におけるガスの圧力は、気体の標準状態(SATP(Standard Ambient Temperature and Pressure):温度25℃、圧力1bar)により求めることができる。
A discharge medium is sealed inside the arc tube 61 . Discharge media include, for example, noble gases, metals, and halogens such as iodine and bromine.
Rare gases are, for example, xenon, argon, or mixed gases thereof. The pressure of the gas inside the arc tube 61 at 25° C. (the pressure of the rare gas enclosed) can be, for example, 133 Pa or more. The gas pressure at 25° C. inside the arc tube 61 can be obtained from the standard state of the gas (SATP (Standard Ambient Temperature and Pressure): temperature 25° C., pressure 1 bar).

金属は、例えば、水銀、鉄、タリウム、錫、インジウム、マグネシウム、マンガン、ビスマスなどである。
例えば、水銀のハロゲン化蒸気、および鉄のハロゲン化蒸気は、紫外線の主な放射源となる。また、例えば、タリウム、マグネシウム、ビスマスなどがさらに含まれていると、これらのハロゲン化金属蒸気により、鉄の減少を抑制することができる。例えば、発光管61の内部に、タリウムのハロゲン化蒸気が含まれていると、鉄が発光管61の内壁に固着するのが抑制されるので、鉄の減少を抑制することができる。
すなわち、発光管61の内部には、少なくとも希ガス、水銀、鉄、ヨウ化タリウム、臭化水銀、およびヨウ化水銀が封入されている。
Metals are, for example, mercury, iron, thallium, tin, indium, magnesium, manganese, bismuth, and the like.
For example, halogenated vapors of mercury and halogenated vapors of iron are major sources of ultraviolet radiation. Further, for example, if thallium, magnesium, bismuth, etc., are further included, reduction of iron can be suppressed by these metal halide vapors. For example, when halogenated vapor of thallium is contained inside the arc tube 61, iron is suppressed from adhering to the inner wall of the arc tube 61, thereby suppressing reduction of iron.
In other words, the arc tube 61 is filled with at least rare gas, mercury, iron, thallium iodide, mercury bromide, and mercury iodide.

発光管61の両側の端部のそれぞれには、封止部61aが設けられている。発光管61の両端に封止部61aを設けることで、発光管61の内部を気密に封止することができる。例えば、一対の封止部61aは、ピンチシール法やシュリンクシール法を用いて形成することができる。 A sealing portion 61 a is provided at each of both ends of the light emitting tube 61 . By providing the sealing portions 61a at both ends of the arc tube 61, the inside of the arc tube 61 can be hermetically sealed. For example, the pair of sealing portions 61a can be formed using a pinch seal method or a shrink seal method.

電極62は、発光管61の両側の端部のそれぞれに設けられている。例えば、電極62は、フィラメント62aおよびインナーリード62bを有する。フィラメント62aおよびインナーリード62bは、線状部材を用いて一体に形成することができる。線状部材は、例えば、タングステンや、レニューム・タングステン合金などを含む。 Electrodes 62 are provided at both ends of arc tube 61 . For example, electrode 62 has filament 62a and inner lead 62b. The filament 62a and the inner lead 62b can be integrally formed using a linear member. The linear member includes, for example, tungsten, rhenium-tungsten alloy, and the like.

フィラメント62aは、発光管61の内部に設けられている。フィラメント62a同士の間の距離が、発光長Lとなる。例えば、フィラメント62aは、線状部材を螺旋状に巻いたものである。
インナーリード62bの一方の端部は、発光管61の内部においてフィラメント62aと接続されている。インナーリード62bの他方の端部は、封止部61aの内部において導電箔63と接続されている。インナーリード62bと導電箔63は、例えば、レーザ溶接や抵抗溶接などにより接続することができる。
The filament 62 a is provided inside the arc tube 61 . The distance between the filaments 62a is the emission length L. As shown in FIG. For example, the filament 62a is a spirally wound linear member.
One end of the inner lead 62 b is connected to the filament 62 a inside the arc tube 61 . The other end of the inner lead 62b is connected to the conductive foil 63 inside the sealing portion 61a. The inner lead 62b and the conductive foil 63 can be connected by, for example, laser welding or resistance welding.

導電箔63は、1つの封止部61aに対して1つ設けることができる。導電箔63は、封止部61aの内部に設けられる。導電箔63の平面形状は、例えば、四角形である。導電箔63は、例えば、モリブデン箔から形成される。 One conductive foil 63 can be provided for one sealing portion 61a. The conductive foil 63 is provided inside the sealing portion 61a. The planar shape of the conductive foil 63 is, for example, a quadrangle. The conductive foil 63 is made of molybdenum foil, for example.

アウタリード64は、1つの導電箔63に対して少なくとも1つ設けられる。アウタリード64は、線状を呈している。アウタリード64の一方の端部側は、封止部61aの内部において、導電箔63と接続されている。アウタリード64と導電箔63は、例えば、レーザ溶接や抵抗溶接などにより接続することができる。アウタリード64の他方の端部側は、封止部61aの外部に露出している。アウタリード64は、例えば、モリブデン線などから形成される。 At least one outer lead 64 is provided for one conductive foil 63 . The outer lead 64 has a linear shape. One end of the outer lead 64 is connected to the conductive foil 63 inside the sealing portion 61a. The outer lead 64 and the conductive foil 63 can be connected by, for example, laser welding or resistance welding. The other end side of the outer lead 64 is exposed to the outside of the sealing portion 61a. The outer leads 64 are made of, for example, molybdenum wire.

口金65は、1つの封止部61aに対して1つ設けることができる。口金65は、例えば、筒状を呈し、アウタリード64の、封止部61aから露出する部分を覆っている。口金65は、例えば、セラミックスなどの絶縁性材料から形成される。図1に示すように、発光管61は、口金65を介して、ホルダ21に取り付けられる。 One base 65 can be provided for one sealing portion 61a. The base 65 has a tubular shape, for example, and covers the portion of the outer lead 64 exposed from the sealing portion 61a. The base 65 is made of, for example, an insulating material such as ceramics. As shown in FIG. 1, arc tube 61 is attached to holder 21 via base 65 .

リード線66は、1つの口金65に対して1つ設けることができる。リード線66の一方の端部は、口金65の内部において、アウタリード64と電気的に接続されている。リード線66の他方の端部は、電源7と電気的に接続される。リード線66の他方の端部には、圧着端子やコネクタなどを設けることができる。 One lead wire 66 can be provided for one base 65 . One end of the lead wire 66 is electrically connected to the outer lead 64 inside the base 65 . The other end of lead wire 66 is electrically connected to power supply 7 . A crimp terminal, a connector, or the like can be provided at the other end of the lead wire 66 .

電源7は、リード線66、アウタリード64、および導電箔63を介して、電極62と電気的に接続される。電源7は、電極62に所定の電力を供給する。電極62に電力が供給されると、フィラメント62a同士の間で放電が生じる。放電により生じた電子は、発光管61の内部において、封入されている水銀原子と鉄原子とに衝突する。電子が水銀原子と鉄原子とに衝突すると紫外線が発生する。発生した紫外線は、発光管61の外部に照射される。メタルハライドランプ6は、ロングアーク型の高輝度紫外線ランプの一例である。 The power supply 7 is electrically connected to the electrodes 62 via lead wires 66 , outer leads 64 and conductive foils 63 . A power supply 7 supplies predetermined power to the electrodes 62 . When power is supplied to the electrodes 62, discharge occurs between the filaments 62a. The electrons generated by the discharge collide with enclosed mercury atoms and iron atoms inside the arc tube 61 . Ultraviolet radiation is produced when electrons collide with mercury and iron atoms. The generated ultraviolet rays are irradiated to the outside of the arc tube 61 . The metal halide lamp 6 is an example of a long arc type high intensity ultraviolet lamp.

コントローラ8は、紫外線照射装置1に設けられた各要素の動作を制御する。コントローラ8は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などの演算部と、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)などの記憶部とを有する。コントローラ8は、例えば、コンピュータなどとすることができる。 The controller 8 controls the operation of each element provided in the ultraviolet irradiation device 1 . The controller 8 has, for example, an arithmetic unit such as a CPU (Central Processing Unit), and a storage unit such as a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an HDD (Hard Disk Drive). The controller 8 can be, for example, a computer or the like.

記憶部には、例えば、紫外線照射装置1に設けられた各要素の動作を制御するための制御プログラムを格納することができる。 The storage unit can store, for example, a control program for controlling the operation of each element provided in the ultraviolet irradiation device 1 .

コントローラ8は、工場などに設けられたホストコンピュータなどに接続することもできる。また、コントローラ8には、作業者などがデータなどを入力するための入力装置、紫外線照射装置1の稼働状態などを表示するための表示装置を適宜接続することができる。 The controller 8 can also be connected to a host computer or the like installed in a factory or the like. An input device for inputting data by a worker or the like and a display device for displaying the operating state of the ultraviolet irradiation device 1 can be appropriately connected to the controller 8 .

その他、紫外線照射装置1には、処理の内容に応じて必要となる要素を適宜追加することができる。例えば、紫外線照射装置1が、光配向法により、液晶パネルや視野角補償フィルムなどの配向膜に配向処理を施すものである場合には、紫外線照射装置1に偏光子を設けることができる。偏光子は、例えば、メタルハライドランプ6と、載置部3との間に設けることができる。偏光子は、例えば、ワイヤーグリッド型の偏光子とすることができる。偏光子が設けられていれば、紫外線を含む偏光光を処理物100の配向膜に照射することができる。そのため、光配向法により、処理物100の配向膜に配向処理を施すことができる。 In addition, necessary elements can be appropriately added to the ultraviolet irradiation device 1 according to the contents of the process. For example, when the ultraviolet irradiation device 1 performs alignment treatment on an alignment film such as a liquid crystal panel or a viewing angle compensation film by a photo-alignment method, the ultraviolet irradiation device 1 can be provided with a polarizer. A polarizer can be provided, for example, between the metal halide lamp 6 and the mounting section 3 . The polarizer can be, for example, a wire grid polarizer. If a polarizer is provided, the alignment film of the workpiece 100 can be irradiated with polarized light including ultraviolet rays. Therefore, the alignment film of the processed object 100 can be subjected to the alignment treatment by the photo-alignment method.

ここで、メタルハライドランプ6の寿命について説明する。前述したように、紫外線の主な放射源の1つは、放電媒体に含まれている鉄である。鉄は、メタルハライドランプ6の点灯に伴い発光管61の内壁に固着する。鉄が発光管61の内壁に固着すると、紫外線の放射に寄与する鉄の量が減少するので、紫外線の照度が低下する。そのため、メタルハライドランプ6の交換が必要となる。 Here, the service life of the metal halide lamp 6 will be explained. As mentioned above, one of the main sources of UV radiation is the iron contained in the discharge medium. Iron adheres to the inner wall of the arc tube 61 as the metal halide lamp 6 is lit. When iron adheres to the inner wall of arc tube 61, the amount of iron that contributes to the radiation of ultraviolet rays is reduced, so the illuminance of ultraviolet rays is reduced. Therefore, replacement of the metal halide lamp 6 is required.

この場合、前述したように、放電媒体にタリウム、マグネシウム、ビスマスなどがさらに含まれていると、鉄の発光管61の内壁への固着、ひいては鉄の量の減少を抑制することができる。また、放電媒体にタリウムが含まれていると、メタルハライドランプ6の点灯の初期において紫外線の照度を大きくすることができる。メタルハライドランプ6の点灯の初期において紫外線の照度を大きくすることができれば、例えば、紫外線硬化型の接着剤やシール剤などの硬化や、紫外線硬化型のインクの乾燥や硬化などに好適である。 In this case, as described above, if the discharge medium further contains thallium, magnesium, bismuth, or the like, it is possible to suppress adhesion of iron to the inner wall of arc tube 61 and, in turn, reduce the amount of iron. Further, when the discharge medium contains thallium, the illuminance of ultraviolet rays can be increased at the initial stage of lighting of the metal halide lamp 6 . If the illuminance of ultraviolet rays can be increased at the initial stage of lighting of the metal halide lamp 6, it is suitable for, for example, curing of ultraviolet curing adhesives and sealants, and drying and curing of ultraviolet curing inks.

そのため、放電媒体に含める金属として、少なくとも水銀、鉄、タリウムを用いれば、メタルハライドランプ6の寿命を長くすることができ、且つ、メタルハライドランプ6の点灯の初期において紫外線の照度を大きくすることができる。 Therefore, if at least mercury, iron, and thallium are used as the metals contained in the discharge medium, the life of the metal halide lamp 6 can be lengthened, and the illuminance of the ultraviolet rays can be increased at the initial stage of lighting the metal halide lamp 6. .

ここで、近年においては、処理物100の大型化に伴い、長尺(発光長Lが長い)のメタルハライドランプ6が求められている。例えば、発光長Lが1メートル以上のメタルハライドランプ6が求められる場合がある。 Here, in recent years, as the object 100 to be processed has become larger, a long metal halide lamp 6 (having a long light emitting length L) is required. For example, there are cases where a metal halide lamp 6 having a light emission length L of 1 meter or more is required.

メタルハライドランプ6が長尺になると、発光管61の管軸方向において、金属の量に分布が生じ易くなる。金属の量に分布が生じると、発光管61の管軸方向において、発光管61の温度に分布が生じる。この場合、発光管61の温度が部分的に高くなり過ぎると、メタルハライドランプ6の寿命が短くなる。 As the metal halide lamp 6 becomes longer, the distribution of the amount of metal tends to occur in the axial direction of the arc tube 61 . When the amount of metal is distributed, the temperature of the arc tube 61 is also distributed in the axial direction of the arc tube 61 . In this case, the service life of the metal halide lamp 6 is shortened if the temperature of the arc tube 61 becomes too high.

前述した様に、紫外線照射装置1には、冷却部4が設けられているので、発光管61の温度が部分的に高くなるのを抑制することができる。しかしながら、メタルハライドランプ6が長尺になると、発光管61を均一に冷却するのが困難となる。
そのため、メタルハライドランプ6が長尺になると、放電媒体にタリウムを含めて鉄の量の減少を抑制したとしても、メタルハライドランプ6の寿命が短くなるおそれがある。この場合、発光長Lが1メートル以上のメタルハライドランプ6になると、メタルハライドランプ6の寿命がさらに短くなり易くなる。
As described above, since the cooling unit 4 is provided in the ultraviolet irradiation device 1, it is possible to suppress the temperature of the light emitting tube 61 from rising partially. However, when the metal halide lamp 6 becomes long, it becomes difficult to uniformly cool the arc tube 61 .
Therefore, if the metal halide lamp 6 becomes long, the life of the metal halide lamp 6 may be shortened even if thallium is included in the discharge medium to suppress the decrease in the amount of iron. In this case, if the metal halide lamp 6 has a light emission length L of 1 meter or more, the life of the metal halide lamp 6 tends to be further shortened.

本発明者の検討の結果、発光長Lに応じて、単位体積当たりのタリウムの封入量を調整すれば、長尺のメタルハライドランプ6であっても寿命を長くできることが判明した。
以下、発光長Lおよび単位体積当たりのタリウムの封入量と、メタルハライドランプ6の寿命との関係について説明する。
As a result of investigation by the present inventors, it has been found that if the amount of thallium enclosed per unit volume is adjusted in accordance with the light emission length L, the life of the long metal halide lamp 6 can be lengthened.
The relationship between the emission length L, the amount of thallium enclosed per unit volume, and the life of the metal halide lamp 6 will be described below.

図3は、発光長Lおよび単位体積当たりのタリウムの封入量Tと、メタルハライドランプ6の寿命との関係を例示するための表である。
図4は、発光管61の温度の測定位置を例示するための模式図である。
発光管61に封入する放電媒体は、少なくとも、希ガス、水銀、鉄、ヨウ化タリウム、臭化水銀、およびヨウ化水銀を含むものとした。希ガスはキセノンとし、封入圧は50Toor(6.67kPa)程度とした。
FIG. 3 is a table illustrating the relationship between the light emission length L, the amount T of thallium enclosed per unit volume, and the life of the metal halide lamp 6. As shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram for exemplifying the measurement positions of the temperature of the arc tube 61. As shown in FIG.
The discharge medium enclosed in arc tube 61 contains at least rare gas, mercury, iron, thallium iodide, mercury bromide, and mercury iodide. Xenon was used as the rare gas, and the sealing pressure was about 50Toor (6.67kPa).

発光長L、および単位体積当たりのタリウムの封入量Tを変化させたサンプルを製作し、点灯試験を実施することで、メタルハライドランプ6の寿命を評価した。
メタルハライドランプ6は、電力密度が「W(kW)/L(m)>12(kW/m)」となるように点灯した。なお、Wは電極62に供給する電力である。例えば、図3の示す点灯試験においては、電力密度(W(kW)/L(m))が16kW/m(160W/cm)となるようにした。この様な高電力密度でメタルハライドランプ6を点灯させれば、発光管61の温度が高くなる。この場合、冷却部4による排気量を増加させれば、発光管61の温度が高くなるのを抑制することができる。
The lifetime of the metal halide lamp 6 was evaluated by fabricating samples in which the light emission length L and the amount of thallium enclosed per unit volume T were changed and performing a lighting test.
The metal halide lamp 6 was lit so that the power density was "W (kW)/L (m)>12 (kW/m)". Note that W is the power supplied to the electrode 62 . For example, in the lighting test shown in FIG. 3, the power density (W (kW)/L (m)) was set to 16 kW/m (160 W/cm). When the metal halide lamp 6 is lit with such a high power density, the temperature of the arc tube 61 rises. In this case, increasing the amount of exhaust gas from the cooling unit 4 can prevent the temperature of the arc tube 61 from rising.

しかしながら、長尺、且つ高電力密度のメタルハライドランプ6の場合には、冷却部4の排気量を増加させたとしても、温度分布を50℃以内にすることは困難である。そのため、点灯試験においては、図4に示す5つの測定点において、最大温度が850℃、発光61の表面温度のバラツキが50℃以上とした。なお、発光管61の管軸方向において、発光管61の表面温度のバラツキが80℃以内となるように、冷却部4を制御することがさらに好ましい。 However, in the case of a long metal halide lamp 6 with a high power density, it is difficult to keep the temperature distribution within 50° C. even if the exhaust amount of the cooling section 4 is increased. Therefore, in the lighting test, at the five measurement points shown in FIG. 4, the maximum temperature was 850.degree. It is more preferable to control the cooling unit 4 so that the surface temperature of the arc tube 61 varies within 80° C. in the axial direction of the arc tube 61 .

メタルハライドランプ6の寿命は、点灯時間が3000時間となった際の照度維持率により判定した。照度維持率は、「測定された照度/点灯初期の照度」である。また、照度は、波長が365nmの紫外線の照度とした。合格条件は、照度維持率が70%以上とした。図3中の「○」は合格を表し、「×」は不合格を表している。
図3から分かるように、発光長Lに応じて、単位体積当たりのタリウムの封入量Tを調整すれば、長尺のメタルハライドランプ6であっても寿命を長くできる。
The life of the metal halide lamp 6 was determined by the illuminance maintenance rate when the lighting time reached 3000 hours. The illuminance maintenance rate is "measured illuminance/illuminance at the beginning of lighting". The illuminance was the illuminance of ultraviolet light with a wavelength of 365 nm. A pass condition is an illuminance maintenance rate of 70% or more. "O" in FIG. 3 indicates pass, and "x" indicates failure.
As can be seen from FIG. 3, if the amount T of thallium enclosed per unit volume is adjusted according to the light emission length L, even the long metal halide lamp 6 can have a longer life.

図5は、合格品における発光長Lと単位体積当たりのタリウムの封入量Tとの関係を表したグラフである。
図5から分かるように、発光長Lが1メートル以上となっても、単位体積当たりのタリウムの封入量Tを「T(μg/cc)≧4.177(μg/cc・m)×L(m)-1.79(μg/cc)」とすれば、3000時間以上の点灯が可能なメタルハライドランプ6とすることができる。すなわち、単位体積当たりのタリウムの封入量Tを「T(μg/cc)≧4.177(μg/cc・m)×L(m)-1.79(μg/cc)」とすれば、長寿命でかつ長尺なメタルハライドランプ6とすることができる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the emission length L and the amount of thallium enclosed per unit volume T in acceptable products.
As can be seen from FIG. 5, even if the emission length L is 1 meter or more, the amount T of thallium enclosed per unit volume is "T (μg/cc)≧4.177 (μg/cc·m)×L ( m)-1.79 (μg/cc), the metal halide lamp 6 can be lit for 3000 hours or longer. That is, if the amount T of thallium enclosed per unit volume is "T (μg/cc) ≥ 4.177 (μg/cc m) x L (m) - 1.79 (μg/cc)," A metal halide lamp 6 having a long service life can be obtained.

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。 Although some embodiments of the present invention have been illustrated above, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, etc. can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof. Moreover, each of the above-described embodiments can be implemented in combination with each other.

1 紫外線照射装置、4 冷却部、6 メタルハライドランプ、61 発光管、62 電極、62a フィラメント、L 発光長、T 単位体積当たりのタリウムの封入量 1 ultraviolet irradiation device, 4 cooling unit, 6 metal halide lamp, 61 arc tube, 62 electrode, 62a filament, L emission length, T amount of thallium enclosed per unit volume

Claims (4)

筒状を呈する発光管と;
前記発光管の両側の端部のそれぞれに設けられた電極と;
を具備し、
前記発光管の内部には、少なくとも希ガス、水銀、鉄、ヨウ化タリウム、臭化水銀、およびヨウ化水銀が封入され、
前記電極は、前記発光管の内部に設けられるフィラメントを有し、
前記フィラメント同士の間の距離L(m)を1メートル以上とし、
単位体積当たりの前記タリウムの封入量をT(μg/cc)とした場合に、以下の式を満足するメタルハライドランプ。
T(μg/cc)≧4.177(μg/cc・m)×L(m)-1.79(μg/cc)
A cylindrical arc tube;
electrodes respectively provided at both ends of the arc tube;
and
At least rare gas, mercury, iron, thallium iodide, mercury bromide, and mercury iodide are sealed inside the arc tube,
The electrode has a filament provided inside the arc tube,
The distance L (m) between the filaments is set to 1 meter or more,
A metal halide lamp that satisfies the following formula, where T (μg/cc) is the amount of thallium enclosed per unit volume.
T (μg/cc)≧4.177 (μg/cc・m)×L (m)−1.79 (μg/cc)
前記電極に供給される電力をW(kW)とした場合に、以下の式を満足する請求項1記載のメタルハライドランプ。
W(kW)/L(m)>12(kW/m)
2. A metal halide lamp according to claim 1, which satisfies the following equation, where W (kW) is the power supplied to said electrode.
W (kW)/L (m) > 12 (kW/m)
請求項1または2に記載のメタルハライドランプを具備した紫外線照射装置。 An ultraviolet irradiation device comprising the metal halide lamp according to claim 1 or 2. 前記メタルハライドランプの発光管を冷却する冷却部と;
をさらに具備し、
前記発光管の管軸方向において、前記発光管の表面温度のバラツキが50℃以上となる請求項3記載の紫外線照射装置。
a cooling unit for cooling the arc tube of the metal halide lamp;
further comprising
4. The ultraviolet irradiation device according to claim 3, wherein the surface temperature of said arc tube varies by 50[deg.] C. or more in the axial direction of said arc tube.
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