JP5217021B2 - Metal halide lamp - Google Patents
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Description
この発明は、紫外線硬化塗料の硬化や機能性高分子フィルムの光反応などに用いられるメタルハライドランプに関する。 The present invention relates to a metal halide lamp used for curing an ultraviolet curable coating, a photoreaction of a functional polymer film, or the like.
従来のメタルハライドランプは、金属タリウムあるいはハロゲン化タリウムを、鉄と水銀とともに、気密性容器に封入することにより340nm以下の短波長の紫外線を抑制して365nm近辺に高い発光強度を持つ紫外線照射ランプが知られている。(例えば、特許文献1)
上記した特許文献1の技術は、ランプの安定点灯を確保するためには600〜850℃の発光管温度の管理が必要である。850℃以上になると、封入された鉄が気密容器に含浸し黒化の現象が生じ、紫外線放射強度の低下やランプ曲がりに繋がる。このため、ランプの温度を低下させるために、水冷方式による間接的な冷却方式が用いることが考えられる。冷却方式での冷却効率を上げるには、ランプと冷却部との間隔を数mm程度に保持する必要がある。 The technique disclosed in Patent Document 1 requires management of the arc tube temperature of 600 to 850 ° C. in order to ensure stable lighting of the lamp. When the temperature is higher than 850 ° C., the enclosed iron is impregnated into the hermetic container to cause a phenomenon of blackening, leading to a decrease in ultraviolet radiation intensity and bending of the lamp. For this reason, in order to lower the temperature of the lamp, it is conceivable to use an indirect cooling method by a water cooling method. In order to increase the cooling efficiency in the cooling method, it is necessary to keep the distance between the lamp and the cooling unit to about several mm.
しかしながら、近年システムの大型化にともないランプの長尺化の要請がある。水冷方式の場合、数mm程度の間隔しかないばかりか、長尺化によるランプの温度上昇でランプの曲がりが発生し、ランプと水冷冷却部との接触することが考えられる。ランプと水冷冷却部との接触が生じると、接触部分にランプ内の水銀が集まることで蒸気圧が低下し、これに伴ってランプ電圧が低下する。この結果紫外線放射強度が下がる問題があった。 However, in recent years, there is a demand for longer lamps as the system becomes larger. In the case of the water cooling system, it is conceivable that the lamp is bent due to an increase in the lamp temperature due to the increase in length, and the lamp is brought into contact with the water cooling unit. When contact between the lamp and the water-cooled cooling unit occurs, the mercury in the lamp collects at the contact portion, thereby reducing the vapor pressure, and accordingly, the lamp voltage decreases. As a result, there is a problem that the ultraviolet radiation intensity is lowered.
この発明の目的は、ランプに封入する水銀量を制限することにより、前述のように経年変化等にともなう紫外線放射強度の低下や気密容器の曲がりを抑制させるだけでなく、ランプ立ち消えやちらつきを抑えることで水冷式の冷却に適したメタルハライドランプを提供することにある。 The object of the present invention is to limit the amount of mercury enclosed in the lamp, thereby suppressing not only the decrease in the ultraviolet radiation intensity and the bending of the airtight container due to the secular change as described above, but also the lamp extinction and flickering are suppressed. The object is to provide a metal halide lamp suitable for water-cooled cooling.
上記した課題を解決するために、この発明のメタルハライドランプは、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気密容器と、前記気密容器の軸方向の該気密容器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、水銀とともに、適量の紫外光を発光させる金属およびハロゲンからなる封入物と、前記気密容器を内包し冷却液を循環させて前記気密容器を冷却する冷却ユニットとからなるメタルハライドランプにおいて、前記気密容器の単位長さ当たりのランプ入力が、50〜120W/cmのとき、安定点灯時の電位傾度D(V/cm)を5.0<D<15.0の関係としたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a metal halide lamp according to the present invention includes an airtight container having a discharge space that is airtight and made of an ultraviolet light transmissive material, and an axially-facing airtight container in the airtight container. A pair of discharge electrodes arranged and an enclosure made of a metal and a halogen that emits an appropriate amount of ultraviolet light together with a sufficient amount of rare gas and mercury to maintain an arc discharge state in the discharge space And a metal halide lamp comprising a cooling unit that encloses the hermetic container and circulates a cooling liquid to cool the hermetic container, and a lamp input per unit length of the hermetic container is 50 to 120 W / cm, The potential gradient D (V / cm) at the time of stable lighting has a relationship of 5.0 <D <15.0.
この発明によれば、ランプに封入する水銀量を制限することにより、経年変化等にともなう紫外線放射強度の低下や気密容器の曲がりを抑制させるだけでなく、ランプ立ち消えやちらつきを抑えることで水冷式の冷却に適したメタルハライドランプを得ることができる。 According to the present invention, by limiting the amount of mercury enclosed in the lamp, not only the decrease in ultraviolet radiation intensity and the bending of the hermetic container due to aging etc. are suppressed, but also the water cooling type by suppressing lamp extinction and flickering. It is possible to obtain a metal halide lamp suitable for cooling.
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、この発明のタルハライド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を示している。
すなわち、紫外線透過性を有する石英ガラス製で放電空間10を形成する気密容器11の長手方向両端の内部には、例えばタングステン材の電極121,122が配置される。気密容器11は、例えば外径φが27.5mm、肉厚mが1.5mm、発光長Lが2000mmの一重管で構成される。
FIG. 1 shows a basic structural diagram for explaining one embodiment of a thalhalide lamp of the present invention.
That is, for example,
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の部分は気密容器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気密容器11を加熱して封止する。
The
モリブデン箔141,142は、気密容器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、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。
The
気密容器11内には、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、水銀それに紫外光を発光させるための金属である鉄、スズ、インジウム、ビスマス、タリウム、マンガンのうちの少なくとも1種とハロゲンが封入されている。
In the
ここで、ランプ電圧が2300V、ランプ電流が10.4Aでランプが安定に点灯されている場合について考える。ここで、管径が27.2mm以下だとアークと発光管との距離が近くなり、発光管温度の上昇による黒化、失透、ランプの曲がりが生じてしまう。一方、管径が28.8mm以上だと水冷管と発光管との距離が狭まり、VL低下に伴った照度低下を生じてしまうため、管径が27.2〜28.8mmの範囲にある場合について述べる。 Here, consider a case where the lamp voltage is 2300 V, the lamp current is 10.4 A, and the lamp is stably lit. Here, if the tube diameter is 27.2 mm or less, the distance between the arc and the arc tube becomes short, and blackening, devitrification, and bending of the lamp are caused by the rise of the arc tube temperature. On the other hand, when the tube diameter is 28.8 mm or more, the distance between the water-cooled tube and the arc tube is reduced, and the illuminance is reduced with a decrease in VL, so the tube diameter is in the range of 27.2 to 28.8 mm. Is described.
電位傾度D(V/cm)が4.9以下で、かつ放電空間10内の容積1ccあたりの水銀量が0.39mgの場合は、気密容器11上部の温度が850℃以上に上昇し、封入された鉄が石英ガラス製である気密容器11に含浸し、黒化、失透、ランプの曲がりの現象が生じてしまう。
When the potential gradient D (V / cm) is 4.9 or less and the mercury amount per 1 cc volume in the
また、電位傾度D(V/cm)が15.1以上で、且つ放電空間10内の容積1ccあたりの水銀量が1.21mgの場合は、ちらつきや立ち消えを生じてしまい、安定点灯ができない。
Further, when the potential gradient D (V / cm) is 15.1 or more and the amount of mercury per 1 cc volume in the
そこで、ランプの安定点灯時の電位傾度D(V/cm)が11.5で、且つ放電空間10内の容積1ccあたりの水銀量Mが0.9mgにした場合は、黒化、失透、ランプの曲がりも抑制できることがわかった。
Therefore, when the potential gradient D (V / cm) during stable lighting of the lamp is 11.5 and the amount of mercury M per 1 cc volume in the
さらに、電位傾度D(V/cm)がD<15.0、発光管内容積1ccあたりの水銀量MがM<1.2mgで点灯させても、電流値の低下によるちらつきや立ち消えを抑制することがわかった。 Furthermore, even if the lamp is turned on with a potential gradient D (V / cm) of D <15.0 and an amount of mercury M per cc of the arc tube volume of M <1.2 mg, flicker and extinction due to a decrease in current value are suppressed. I understood.
図4は、電位傾度(V/cm)と水銀量(mg/cc)との関係について示したものである。図4からわかるように電位傾度(V/cm)と水銀量(mg/cc)は比例に関係にある。実験の結果、管径が27.2〜28.8mm、電位傾度Dが5〜15V/cmで、水銀量Mが0.4〜1.2mg/ccの範囲において、黒化、失透、ランプの曲がりを抑えることが可能となることがわかった。 FIG. 4 shows the relationship between the potential gradient (V / cm) and the mercury amount (mg / cc). As can be seen from FIG. 4, the potential gradient (V / cm) and the mercury amount (mg / cc) are proportionally related. As a result of the experiment, blackening, devitrification, lamp, in a tube diameter of 27.2 to 28.8 mm, a potential gradient D of 5 to 15 V / cm, and a mercury amount M of 0.4 to 1.2 mg / cc. It was found that it was possible to suppress the bending of the.
図3は、気密容器11の温度上昇が850℃未満に設定できる電位傾度Dと水銀量Mに条件設定した場合における気密容器11上部の温度変化について説明するための説明図である。
図3では、ランプ入力が120W/cmのときにおける、水銀量を0.34mg/ccとした場合と、水銀量を0.90mg/ccとした場合との図2に示す電極121の位置から100mmまでの距離における10mm刻みの気密容器11上部の温度変化について測定した結果を示したものである。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a temperature change in the upper portion of the
3, when the lamp input is 120 W / cm, 100 mm from the position of the
図3からでも明らかなように、水銀量を0.34mg/ccとした場合は、電極の位置から100mm離れた位置でも850℃を越えている。これに対して、水銀量を0.90mg/ccとした場合は、電極部近傍が最も温度が高いとされる電極近傍においても820℃程度となった。
As apparent from FIG. 3, when the mercury amount is 0.34 mg / cc, the temperature exceeds 850 ° C. even at a
この結果から、気密容器の単位長さ当たりのランプ入力が、管径が27.2〜28.8mm、50〜120W/cmの入力電力の場合における電位傾度(V/cm)と水銀量(mg/cc)は、電位傾度Dが5〜15V/cmで、水銀量Mが0.4〜1.2mg/ccの関係にあれば、気密容器11上部の温度が850℃以下に抑えることができ、その結果、黒化、失透、ランプの曲がりを抑えることが可能となる。
From this result, the potential gradient (V / cm) and the mercury amount (mg) when the lamp input per unit length of the hermetic container is 27.2 to 28.8 mm in tube diameter and 50 to 120 W / cm input power. / Cc), if the potential gradient D is 5 to 15 V / cm and the mercury amount M is 0.4 to 1.2 mg / cc, the temperature of the upper part of the
図5、図6は、この発明のメタルハライドランプを、水冷式の冷却機構を備えた紫外線照射装置に用いた場合における実施例について説明するための、図5はシステム構成図、図6は図5のI−I’線断面図である。 FIGS. 5 and 6 are diagrams for explaining an embodiment in which the metal halide lamp of the present invention is used in an ultraviolet irradiation apparatus equipped with a water-cooling type cooling mechanism. FIG. 5 is a system configuration diagram, and FIG. It is II 'line sectional drawing of.
紫外線照射装置は、メタルハライドランプ100と水冷ユニット200から構成される。メタルハライドランプ100と水冷ユニット200は、メタルハライドランプ100のソケット151,152に取り付けられたスペーサ41a,41bにより所定の間隔に位置決めされる。
The ultraviolet irradiation device includes a
水冷ユニット200は、円筒状の石英ガラス等の透明な材料よりなり、内管21とその外側に設けられた外管22を備え、二重管構造となっている。メタルハライドランプ100は、内管21に内包されている。
The
水冷ユニット200は外周端部に設けられた接続管23a,23bを通して外部から水などの冷却液24が循環される。冷却液24は、図6に示すように、接続管23aから温度の低いものを入水し、接続管23bからメタルハライドランプ100の冷却を行い、暖められたものを出水する。暖められた出水は、冷却され再び接続管23aから入力するようにしてある。
In the
外管22の外面には、金属酸化物を含む金属酸化物膜が被着されている。この金属酸化物は、TiO2,CeO2,ZnO2,SnO2,ZrO2の少なくとも1種以上より構成される。
A metal oxide film containing a metal oxide is deposited on the outer surface of the
金属酸化物膜は、メタルハライドランプ100から放射される光のうちの300nm以下の波長成分を吸収するように成分調整がなされている。
The metal oxide film is component-adjusted so as to absorb a wavelength component of 300 nm or less of the light emitted from the
そして、メタルハライドランプ100から光が放射されると、外管22の外面に被着した金属酸化物膜が300nm以下の波長成分を吸収する。従って、樹脂の硬化に有効な300〜430nmの波長域の紫外線が水冷ユニット200を透過させ、樹脂などの被照射物に照射される。
When light is emitted from the
ところで、水冷ユニット200の内管21の径が32mm、外管22の径36mmとした場合のメタルハライドランプ100を水冷ユニット200内で定電力させたときを考える。
Now, let us consider a case where the
電位傾度D(V/cm)がD>5.0、発光管内容積1ccあたりの水銀量MがM>0.4mgで点灯させた場合に、アークの湾曲による気密容器11上部の温度上昇を低減化できる。この結果、メタルハライドランプ100と水冷ユニット200の内管21との接触を防止することができ、黒化、失透の抑制が可能となる。また、メタルハライドランプ100の温度上昇抑制は、ちらつきや立ち消えの抑制にも寄与する。
When the potential gradient D (V / cm) is D> 5.0 and the mercury amount M per 1 cc of the arc tube volume is M> 0.4 mg, the temperature rise in the upper portion of the
100 メタルハロイドランプ
10 放電空間
11 気密容器
121,122 電極
200 水冷ユニット
21 内管
22 外管
23a,23b 接続管
24 冷却液
100
Claims (2)
前記気密容器の軸方向の該気密容器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、水銀とともに、適量の紫外光を発光させる金属およびハロゲンからなる封入物と、
前記気密容器を内包し冷却液を循環させて前記気密容器を冷却する冷却ユニットと
からなるメタルハライドランプにおいて、
前記気密容器の管径が28.0±0.8mm、単位長さ当たりのランプ入力電力が50〜120W/cmのとき、安定点灯時の電位傾度D(V/cm)は5.0<D<15.0とし、前記気密容器内容積1ccあたりの前記封入物のうちの前記水銀量Mは0.4mg<M<1.2mgの関係としたことを特徴とするメタルハライドランプ。 An airtight container having a discharge space having airtightness with an ultraviolet ray transmitting material; and
A pair of discharge electrodes disposed oppositely in the hermetic container in the axial direction of the hermetic container;
A sufficient amount of rare gas, mercury to maintain an arc discharge in the discharge space, and an enclosure made of metal and halogen that emits an appropriate amount of ultraviolet light; and
In a metal halide lamp comprising a cooling unit that encloses the airtight container and circulates a cooling liquid to cool the airtight container ,
When the tube diameter of the hermetic container is 28.0 ± 0.8 mm and the lamp input power per unit length is 50 to 120 W / cm, the potential gradient D (V / cm) during stable lighting is 5.0 <D. <15.0, and the mercury amount M in the enclosed matter per 1 cc of the airtight container inner volume has a relationship of 0.4 mg <M <1.2 mg.
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