JP5811453B2 - ロングアーク型放電ランプ - Google Patents

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、発光管内に金属発光物質を封入されたロングアーク型放電ランプに係わるものである。

従来、印刷業界や電子工業界においては、インキや塗料の乾燥、樹脂の硬化処理に使用する光化学反応用装置の紫外線光源として、或いは、半導体基板や液晶ディスプレイ用の液晶基板を露光するのに使用する露光装置の紫外線光源として、発光管内に金属発光物質を封入されたロングアーク型放電ランプが使用されている。
その構造として、特開２００６−１３４７１０号公報（特許文献１）に示されるような、封止部内に金属箔を備えるとともに、電極を支持する保持用筒体を備えたものが知られている。

図１を用いてこのロングアーク型放電ランプを説明する。
ロングアーク型放電ランプ１は、発光管２の両端部に封止部３が形成されており、発光管２内には一対の電極４、４が配置されている。
封止部３には、石英ガラス製の扁平状のスペーサガラス５が埋設され、該スペーサガラス５を挟むように、その上下面に一対の（２枚の）金属箔６が配置されている。
また、この封止部３には、ガラス製の保持用筒体７が配置されていて、該保持用筒体７に電極４が挿通されおり、これによって該電極４が支持されている。
なお、金属箔６の後端には外部リード８が接続されている。
そして、紫外線を良好に放射するために、発光管２内には、水銀、鉄、タリウム等の金属発光物質が封入されている。

このようなロングアーク型放電ランプが上記技術分野で使用されるとき、省エネルギーの観点から、被処理物を処理する時は所定の光量の光を照射し、それ以外の時、具体的には被処理物を搬送する間などには、電力を下げて光出力を下げ、省エネルギー対策を行うことが通常行われている。
つまり、定常点灯（以下、フル点灯ともいう）モードと待機点灯（以下、スタンバイ点灯ともいう）モードを切り替えて点灯する方式（所謂、フル・スタンバイ点灯方式）が多用されるようになってきている。

このような、フル・スタンバイ点灯されるランプにおいては、スタンバイ点灯時にはフル点灯時よりランプが冷却された状態になっており、そのスタンバイ点灯後にフル点灯に移行すると、ランプは、発光管の中央においては放電アークにより直ぐに高温になるのに対し、封止部はあまり温度が上がりにくいという現象が出現する。このため、ランプの長手方向において、大きな温度差が生じることになる。
発光管内には金属発光物質が封入されており、この金属発光物質は温度が低い方に向かって集まるという性質があるので、スタンバイ点灯からフル点灯を繰り返し行なうと、温度の低い封止部に金属発光物質が集まってしまうという現象が生じる。

封止部に金属発光物質が浸入すると、封止部内の金属箔がこの金属発光物質と反応して腐食し、最終的には溶断に至ることがある。
特に、金属発光物質にタリウムが含まれている場合、該タリウムは、低温側に引き寄せられ易いという性質があり、これが金属箔と反応してしまう可能性が高くなってしまい、より深刻な問題となり、現実に金属箔上に多量のタリウムが付着していることが確認されている。

この現象を回避しようとして、封止部の温度を上げて金属発光物質の封止部への浸入を防止しようとすると、今度は封止部の温度が上がりすぎた場合、封止部内の金属箔が過熱により酸化してしまい、酸化溶断するという別の問題が生じてくる。

このように、封止部内の金属箔の溶断には、金属発光物質の浸入による反応溶断と、金属箔が高温になることによる酸化溶断の両者によるものがあり、それぞれ封止部温度に起因するものであって、本発明者は、この封止部内の温度は、保持用筒体の長さと、電極における前記保持用筒体の先端から放電空間内への突出長さに依存性があることを突き止めた。

特開２００６−１３４７１０号公報

この発明が解決しようとする課題は、金属発光物質が封入された発光管と、金属箔が埋設された封止部と、該封止部内に配設された保持用筒体とからなり、定常点灯モードと待機点灯モードを切り換えて点灯するロングアーク型放電ランプにおいて、前記封止部に埋設された金属箔が、発光管内に封入された金属発光物質によって溶断されることがなく、しかも、金属箔が酸化して溶断することがないロングアーク型放電ランプ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、一対の電極を有する発光管と、金属箔が埋設された封止部と、該封止部内に挿入されて前記電極を支持する保持用筒体とからなり、前記発光管内に金属発光物質が封入され、８０−１６０Ｗの間の任意の電力範囲で定常点灯モードと待機点灯モードを切り換えて点灯するロングアーク型放電ランプにおいて、電極における前記保持用筒体の先端から発光管内への突出長をＡ（ｍｍ）と、前記保持用筒体の全長をＢ（ｍｍ）との関係を、２３．５≦Ａ＋Ｂ≦２８．５、かつ、Ｂ／Ａ≦１．１１を満たすようにしたことを特徴とする。

この発明のロングアーク型放電ランプによれば、フル・スタンバイ点灯により、封止部に温度変化があってもその範囲を適正に保つことにより、金属箔の金属発光物質による腐食や、高温過熱による酸化を抑制して、金属箔が溶断することがない。

ロングアーク型放電ランプの全体図。 電極突出長Ａと保持用筒体の全長Ｂとの関係を表す表（１）。 図２の表1をグループ別に摘出した表（２）。

本発明のロングアーク型放電ランプ１における電極４の突出長Ａと、保持用筒体７の全長Ｂとの最適関係を求めるために、以下の仕様のショートアーク型放電ランプ１を作製した。
発光長：１１００ｍｍ
発光管内径：２２ｍｍ
封入物質：水銀 ７０ｍｇ、ヨウ化水銀 ２０ｍｇ、鉄 ５ｍｇ、
ヨウ化タリウム １ｍｇ、ヨウ化マグネシウム ２ｍｇ
封入ガス：Ａｒ ３ｋＰａ
点灯条件（１）：スタンバイ点灯８０Ｗ−フル点灯１２０Ｗ
点灯条件（２）：スタンバイ点灯８０Ｗ−フル点灯１６０Ｗ

上記のショートアーク型放電ランプにおいて、電極の突出長Ａを、９．５ｍｍ〜１５．５ｍｍまでと、保持用筒体の全長Ｂを６ｍｍ〜１５ｍｍまで準備して、それぞれの組み合わせにおいて、点灯条件（１）の８０Ｗ−１２０Ｗのフル・スタンバイ点灯と、点灯条件（２）の８０Ｗ−１６０Ｗのフル・スタンバイ点灯とのそれぞれで、３００時間点灯後に、封止部への金属発光物質の浸入およびそれに伴う金属箔の腐食による反応溶断と、温度上昇による金属箔の酸化溶断の有無を検証した。
その結果が、図２＜表1＞に示されている。
なお、上記点灯条件のうち、条件（２）は条件（１）より厳しい条件であって、条件（２）で反応溶断と酸化溶断をクリアしたランプは、当然に条件（１）の点灯条件ではクリアされる。即ち、より厳しい点灯条件（２）で数値範囲を特定することにより、それより緩い点灯条件範囲では問題がないことになる。

先ず、電極突出長Ａが一定で、保持用筒体の全長Ｂが変化するランプについて検証する。
ランプ１〜５は、突出長Ａが一定の１５．５ｍｍであり、保持用筒体の全長Ｂを６〜１３ｍｍの範囲で数値を変化させたものであって、従って、全長（Ａ＋Ｂ）はランプ１→ランプ５になるほど長くなる（２１．５ｍｍ→２８．５ｍｍ）。
これによれば、ランプ１では、全長が２１．５ｍｍと短くなるので、封止部（金属箔部）での温度が高くなり、金属発光物質の浸入は見られない。しかしながら、封止部の温度が高温になるので、点灯条件（１）、（２）とも金属箔の酸化による溶断が発生する。
一方、ランプ５では、全長が２８．５ｍｍと長くなるので、封止部の温度が低くなり、金属発光物質の若干の侵入が見られる。フル点灯時とスタンバイ点灯時での温度差がより小さくなる点灯条件（１）（８０Ｗ−１２０Ｗ）では、微量の侵入が見られ、温度差のより大きくなる点灯条件（２）（８０Ｗ−１６０Ｗ）では、それより少し多めの少量の侵入が見られた。しかしながら、このいずれにおいても、金属箔が腐食される程度ではなく、反応溶断を起こすには至っていないことが確認され、実用上問題はない。

次いで、理解を容易にするために、保持用筒体の全長Ｂが一定のグループ（ランプ５、６、９）と、全長（Ａ＋Ｂ）が一定のグループ（ランプ５、７およびランプ４、６、８）のそれぞれを図２＜表１＞から摘出して表記した図３＜表２＞を併せて参照する。
このうち、保持用筒体全長Ｂを一定にして、電極突出長Ａの数値を変化させたランプ５、６、９においては、ランプ５→ランプ９に向かって全長（Ａ＋Ｂ）が短くなる（２８．５ｍｍ→２２．５ｍｍ）。この全長（Ａ＋Ｂ）が短くなるにつれて封止部温度は高くなるので、金属発光物質の封止部への侵入はなくなる方向に向かうが、全長が２２．５ｍｍと短くなるランプ９では、封止部温度が高くなりすぎて、点灯条件（１）（２）とも金属箔の酸化溶断が発生している。

以上のことから、電極突出長Ａと保持用筒体全長Ｂとの合計値（全長）Ａ＋Ｂは、少なくとも、２３．５ｍｍ〜２８．５ｍｍの範囲においては封止部の高温化による金属箔の酸化溶断も、金属発光物質の侵入による反応溶断も、ともに発生することがないことが分かる。

次いで、保持用筒体全長Ｂと電極突出長Ａの比率（Ｂ／Ａ）の観点から検証する。
ここでは、電極突出長Ａと保持用筒体全長Ｂの合計（全長）Ａ＋Ｂが一定のランプにおいてＡとＢの長さを変えて、即ち、Ｂ／Ａを変えて実験した。
図３において、ランプ５、７ではＡ＋Ｂ＝２８．５ｍｍであり、
ランプ５：Ｂ／Ａ＝０．８４
ランプ７：Ｂ／Ａ＝１．１１
であって、そのいずれにも、封止部への金属発光物質の若干の侵入は見られるものの、金属箔が腐食されて反応溶断する程度ではなく、また高温による金属箔の酸化溶断も起きなかった。

また、ランプ４、６、８ではＡ＋Ｂ＝２６．５ｍｍであり、
ランプ４：Ｂ／Ａ＝０．７１
ランプ６：Ｂ／Ａ＝０．９６
ランプ８：Ｂ／Ａ＝１．３０
であって、そのいずれにも封止部への金属発光物質の侵入は見られず、金属箔の反応溶断はなかった。
しかしながら、ランプ８においては、その全長Ａ＋Ｂ＝２６．５ｍｍと、前記した許容範囲（２３．５〜２８．５ｍｍ）内にあるにも拘らず、高温による金属箔の酸化溶断が見られた。
これは、Ｂ／Ａの値が１．３０であり、電極突出長Ａに対して保持用筒体全長Ｂが長くなったことに起因する。即ち、この保持用筒体は全体が封止部内に埋設される構造であるので、この長さＢが長くなれば、結果的に電極の発光空間への突出長さＡが短くなることを意味する。そのため、電極先端が発光管の封止部側に接近することになり、最も高温となる電極先端からの輻射熱の影響を受けて発光管の封止部近傍が高温となり、これに伴い封止部の温度も上昇し、点灯条件（２）では、金属箔が酸化溶断を起こしているものである。

以上のことから、ランプ５、７のグループと、ランプ４、６、８のグループにおいては、それぞれ前記Ａ＋Ｂの値が同じであっても、Ｂ／Ａによって結果が異なり、このうちＢ／Ａ＝１．３０となるランプ８は許容外であり、上限値はランプ７で実証されたように１．１１となる。
ところで、このＢ／Ａの値は、金属箔の酸化溶断が起こらないという意味においては、前記したように１．１１以下とすればよく、その意味では下限値はない。しかしながら、一方で、この値Ｂ／Ａがあまりに小さいというとは、発光管内への電極の突出長Ａが大きくなりすぎ、発光管全長に対する有効発光長（電極間距離）の観点から好ましいとはいえず、また、保持用筒体の全長Ｂが短くなりすぎることも意味するので、電極の支持という本来の目的が達成できなくなってしまう恐れがある。
このように、電極突出長Ａの最大値や保持用筒体全長Ｂの最小値は、発光管径、発光長、封入物、封入圧、電極支持など、それぞれのランプによって決定される要素でもあって、本発明の目的のひとつである金属箔の酸化溶断防止の観点から決定される条件Ｂ／Ａ≦１．１１の範囲を満たす領域で、前記種々の要件により決定すればよい。

なお、本発明において、保持用筒体の全長Ｂを要件として採用しているが、その理由は、該保持用筒体全長Ｂは、これより後方にある金属箔の温度に影響を与えるからである。保持用筒体は電極芯線（電極軸）の熱を放熱して冷ます役割もあり、金属箔の温度は保持用筒体の長さ（体積）に依存するので、本発明においては、この保持用筒体全長Ｂという要素を採用している。

以上のことから、本発明においては、電極突出長Ａ（ｍｍ）と保持用筒体全長Ｂ（ｍｍ）の関係が、２３．５≦Ａ＋Ｂ≦２８．５、かつ、Ｂ／Ａ≦１．１１を満たすようにしたものである。
こうすることにより、封止部内の金属箔は、金属発光物質の浸入による腐食で反応溶断することもなく、また、封止部温度の過熱による酸化溶断も起こることがない。
なお、点灯条件を、８０−１２０Ｗと８０−１６０Ｗの2条件で実験したが、上記ＡとＢの条件は、これらのうちでより厳しい条件である点灯条件（２）の８０−１６０Ｗで決定されたものであり、これより緩い点灯条件、即ち、８０−１６０Ｗの間の任意の電力範囲での点灯条件、例えば、８０−１００Ｗのフル・スタンバイ点灯であるとか、１００−１６０Ｗのフル・スタンバイ点灯であるとかでも所期の効果を達成することは明らかである。

１ ロングアーク型放電ランプ
２ 発光管
３ 封止部
４ 電極
５ スペーサガラス
６ 金属箔
７ 保持用筒体
８ 外部リード
Ａ 電極の突出長
Ｂ 保持用筒体の全長

Claims (2)

1. 内部に一対の電極を有する発光管と、内部に金属箔が埋設された封止部と、該封止部内に挿入されて当該封止部に溶着され、前記電極が挿通されて当該電極を支持する保持用筒体とからなり、前記発光管内に金属発光物質が封入され、８０−１６０Ｗの間の任意の電力範囲で定常点灯モードと待機点灯モードを切り換えて点灯するロングアーク型放電ランプにおいて、
   前記電極において、前記保持用筒体の先端から発光管内への突出長をＡ（ｍｍ）とし、
   前記保持用筒体の全長をＢ（ｍｍ）としたとき、
   ２３．５≦Ａ＋Ｂ≦２８．５
   ０．５２≦Ｂ／Ａ≦１．１１
   の関係を満たすようにしたことを特徴とするロングアーク型放電ランプ。
   
2. 前記金属発光物質にタリウム（Ｔｌ）が含まれ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。
   
   
   

Images