JPH08148121A - 高出力形紫外線照射用光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】高出力形の水冷式ランプの発光管の長さを大き
くすることができ、高負荷のランプにより光化学反応の
高速化が可能となり、寿命特性及び紫外線出力特性が優
れた高出力形紫外線照射用光源を提供する。 【構成】発光管２の両端に電極３ａ，３ｂを封着した紫
外線照射用ランプを内管１１と外管１２とからなる二重
管型水冷ジャケット１０に保持してなり、発光管として
の石英ガラス製素管２ａの重量が５００ｇ以下であり、
かつ電極間距離が１０００ｍｍ以上であるように構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインキや塗料の乾燥ある
いは樹脂の硬化等に使用される光化学反応用光源に関
し、特に高出力形紫外線照射用光源に用いる発光管の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】紫外線硬化型インキや塗料などの乾燥に
用いる光源は、被処理物であるワークに対し発光管から
放射される熱の影響を少なくするために、発光管を冷却
しかつ熱線を吸収をする目的で二重管型の水冷ジャケッ
ト式の光源が用いられている。又、この種光化学反応用
光源は、乾燥、硬化のスピードアップや厚膜などの硬化
性能の向上を図るため、光源の高出力化が要求されてい
る。一方、水冷式紫外線照射装置は、装置から発生する
熱は、空冷式にくらべて少なくなるため印刷機などに与
える熱的なダメージが少なく、印刷機の胴間に挿入して
使用されることが多い。この場合、枚葉式印刷機ではワ
ーク幅が１０００ｍｍ程度のものが多く、紫外線照射装
置にはワーク幅より若干長めの発光長を有するランプが
選定される。

【０００３】一般に、石英ガラス製発光管よりなる紫外
線照射ランプの発光管表面温度は約７００℃から９００
℃が適正とされている。これよりも温度が高いと石英の
熱変形や失透が起こり、逆に温度が低いと管内添加物の
蒸気圧が下がり、電気的特性や紫外線出力が大幅に低下
する。又、水冷式ランプは発光管温度を適正な範囲に保
つために、内管と外管よりなる二重管型の水冷ジャケッ
ト内に冷却水を流し、発光管外面と水冷ジャケット内面
の距離ｄ（図２に示す）を調整して設計することはよく
知られている。

【０００４】又、発光管外面と水冷ジャケット内面の距
離ｄはランプ表面温度と相関関係があり、管入力である
ランプ負荷によりその水準は異なるが、距離ｄを大きく
すると冷却効率は下がり、距離ｄを小さくすると冷却効
率は上がる。そして、発光管表面温度を適正にするため
単位長当りの負荷を８０から１６０Ｗ／ｃｍとする場
合、距離ｄは１．０〜１．５ｍｍに設計されている。し
かし、ランプの負荷が高くなれば発光管を構成する石英
にかかる熱的な負荷が大きくなり、発光管を冷却するた
め距離ｄをさらに小さくしなければならないが、距離ｄ
が１．０ｍｍより小さくなると、製造上極めて困難とな
る。

【０００５】このような制約があるため、発光管の外径
が２５ｍｍの一般的な水冷式ランプを２００Ｗ／ｃｍ以
上の高出力で使用すると、発光管の冷却が十分に行われ
ず、石英ガラス製発光管の表面温度は１０００℃を超え
てしまい石英管の湾曲や膨張等の熱変形が生じる。そし
て、発光管の熱変形によりその一部が水冷ジャケットに
近接すると、近接部が最冷部となり発光管に封入されて
いる水銀や金属ハロゲン化物が凝集して、紫外線出力の
急激な低下をひきおこす。従って、２００Ｗ／ｃｍ以上
の高出力形の水冷式ランプでは発光管の単位面積当りの
負荷を軽減させるため管径を２０〜６０％程度大きくし
た設計となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記の様に発
光管径を大きくすると発光管の自重が一般のランプに比
べて大きくなる。特に、２００Ｗ／ｃｍ以上の高出力形
ランプの発光長を１０００ｍｍ以上に設計すると、発光
管の中心付近の空気の層は両端に比べて熱がこもりやす
く、発光管中心部の管壁温度は両端に比べて高めとな
り、１０００℃近くとなる。一般に、発光管が９００℃
以下で粘性（機械的強度）が十分に高い場合、ランプの
自重は、内管内径より若干径の小さなベースの顎部にか
かっているが、発光管の表面温度が１０００℃を超えて
粘性が低下すると、発光管の自重が重心付近にかかるた
め、発光管中心部は荷重を受け、徐々に歪んで湾曲する
という問題点がある。

【０００７】本発明は前記に鑑みてなされたもので、高
出力形の水冷式ランプの発光管の長さを大きくすること
が可能となり、発光長が１０００〜１５００ｍｍの高出
力形水冷式紫外線照射用光源が得られ、その寿命特性及
び紫外線出力特性等のランプ特性が優れた光源を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、発光管の両端
に電極を封着した紫外線照射ランプを内管と外管とから
なる二重管型水冷ジャケット内に保持してなる光源にお
いて、石英ガラス製素管の重量が５００ｇ以下である発
光管を用いて前記電極間距離が１０００ｍｍを超えるラ
ンプを形成してなる。又、前記発光管の電極間距離が１
０００〜１５００ｍｍで、単位長当りの負荷が２００〜
２４０Ｗ／ｃｍである発光管の内径（Ｒ）を２９〜３５
ｍｍ、かつ発光管肉厚（ｔ）を１．０〜１．５ｍｍに規
定してなる。

【０００９】

【作用】前記構成により、紫外線照射ランプは発光管の
重量が軽くなって発光管中央部の荷重が小さくなり、自
重による歪が軽減され湾曲することがなく、水冷ジャケ
ット内管と発光管が接触しないため、急激な紫外線出力
の低下が起こらず、安定した紫外線出力特性が得られ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基づき
説明する。図１は紫外線照射用光源の概略説明図であ
り、紫外線照射用ランプ１と水冷ジャケット１０を備え
ている。紫外線照射用ランプ１は直管状の石英ガラス製
発光管２の両端に一対の電極３ａ，３ｂを封着し、発光
管内に水銀と希ガスと共に鉄、コバルト、ニッケル、
鉛、ガリウム、マグネシウム、錫、タリウム、マンガン
等の金属ハロゲン化物のうち少なくとも一種以上が添加
されている。水冷ジャケット１０は円筒状の石英ガラス
等の透光性材料よりなり、内管１１と外管１２よりなる
二重管構造となっており、又、両端外周に設けられた接
続管１３ａ，１３ｂを通して外部から冷却水２０がジャ
ケット内を循環して、空気層を介して近接する発光管を
冷却すると共にランプ１から放射される熱を吸収する。
発光管２は比較的薄い肉厚の石英管２ａが電極先端部に
相当する位置でカップ部２ｂを形成するガラスと接合さ
れている。又、発光管２の両端は図１、図２に示すよう
に、ステアタイト製の発光管ベース４を介して水冷ジャ
ケットの内管１１に接触しないように保持されている。

【００１１】ここで、発光管の発光長とランプ電力とを
変えて、単位長当りの負荷を２４０Ｗ／ｃｍに設定した
ランプに用いた発光管素管の重量を規定し、ランプの点
灯試験を行なった。この結果を表１に示す。なお、この
実験例で発光管内径（Ｒ）は３０ｍｍで、肉厚（ｔ）は
１．８ｍｍである。 ［以下、余白］

【００１２】

【表１】

【００１３】表中、○印は２０００時間点灯後も異常が
認められないもの、△印は１０００時間経過後に発光管
の湾曲が発生したもの、×印は約１００時間で発光管の
湾曲が生じたもの表わす。表１から明らかなように、発
光長が７５０ｍｍ以下では発光管湾曲等の問題は生じな
いが、発光長が１２５０ｍｍ以上のランプで早期湾曲等
による紫外線出力の急激な低下という問題が発生した。

【００１４】次に、本発明の具体的な第一の実施例につ
いて説明する。全長１３５０ｍｍ、外管内径４６ｍｍ、
内管内径３５ｍｍの水冷ジャケットの内部に、全長１３
８０ｍｍ、管内径（Ｒ）３０ｍｍ、電極間距離（発光
長）１２５０ｍｍの石英製発光管に１０数ｔｏｒｒのア
ルゴンガスと水銀と鉄、錫のハロゲン化物を封入し、負
荷２４０Ｗ／ｃｍ、ランプ電力３０ＫＷの紫外線照射用
ランプを保持した。又、この発光管の肉厚（ｔ）は１．
０ｍｍで、重量が約２７０ｇの発光管素管を用いた。更
に、発光管は内管内径より若干径の小さな顎部を有する
ベースによって発光管の表面と水冷ジャケット内管の距
離（ｄ）は１．５ｍｍとなるように構成した。

【００１５】本発明の具体的な第二の実施例について説
明する。全長１３５０ｍｍ、外管内径４６ｍｍ、内管内
径３６ｍｍの水冷ジャケットの内部に、全長１３８０ｍ
ｍ、管内径（Ｒ）３０ｍｍ、電極間距離（発光長）１２
５０ｍｍの石英製発光管内に１０数ｔｏｒｒのアルゴン
ガスと水銀と鉄、錫のハロゲン化物を封入し、負荷２４
０Ｗ／ｃｍ、ランプ電力３０ＫＷの紫外線照射用ランプ
を保持した。この、発光管の肉厚（ｔ）は１．５ｍｍ
で、重量は約４００ｇの素管を用いた。発光管は内管内
径より若干径の小さな顎部を有するベースによって発光
管の表面と水冷ジャケット内管の距離（ｄ）が１．５ｍ
ｍとなるように構成した。

【００１６】そして、比較のための従来例として、全長
１３５０ｍｍ、外管内径４６ｍｍ、内管内径３６．６ｍ
ｍの水冷ジャケットの内部に、全長１３８０ｍｍ、管内
径（Ｒ）３０ｍｍ、電極間距離（発光長）１２５０ｍｍ
の石英製発光管内に１０数ｔｏｒｒのアルゴンガスと水
銀と鉄、錫のハロゲン化物を封入し、負荷２４０Ｗ／ｃ
ｍ、ランプ電力３０ＫＷの紫外線照射用ランプを保持し
た。発光管肉厚（ｔ）は１．８ｍｍで発光管素管の重量
は約５２０ｇである。発光管は内管内径より若干径の小
さな顎部を有するベースによって発光管の表面と水冷ジ
ャケット内管の距離（ｄ）が１．５ｍｍとなるように構
成した。又、同じく比較例として全長１３５０ｍｍ、外
管内径４６ｍｍ、内管内径３７ｍｍの水冷ジャケットの
内部に、全長１３８０ｍｍ、管内径（Ｒ）３０ｍｍ、電
極間距離（発光長）１２５０ｍｍの石英製発光管内に１
０数ｔｏｒｒのアルゴンガスと水銀と鉄、錫のハロゲン
化物を封入し、負荷２４０Ｗ／ｃｍ、ランプ電力３０Ｋ
Ｗの紫外線照射用ランプを保持した。発光管肉厚（ｔ）
は２．０ｍｍ、発光管素管重量は約５５０ｇである。発
光管は内管内径より若干径の小さな顎部を有するベース
によって発光管の表面と水冷ジャケット内管の距離
（ｄ）は１．５ｍｍとなるように構成した。

【００１７】そして、前記紫外線照射用ランプを水冷ジ
ャケット内に水温２５℃の冷却水を循環して実験したと
ころ、表２及び図３に示すような結果が得られた。

【００１８】

【表２】

【００１９】表２及び図３から明らかなように、ランプ
点灯時の負荷が２４０Ｗ／ｃｍの場合、ランプと内管の
距離が一定であっても、発光管素管の重量が５００ｇを
超えると発光管は点灯中その自重により歪が生じ発光管
が湾曲し、水冷ジャケットの内面に接触して紫外線出力
の急激な低下を引き起こす。又、発光管の肉厚が小さい
と重量が軽くなり、発光管中央付近にかかる荷重が小さ
くなり、点灯中の歪が軽減されて寿命期間を通して湾曲
することはない。なお、発光管肉厚は管径が３０ｍｍの
場合、発光管肉厚が１．０ｍｍ以下になると、発光管の
加工の際楕円化や偏肉の度合が大きくなり、ランプ点灯
中の冷却が均一に行なわれず水冷ジャケット内で点灯さ
れる発光管としては適さない。

【００２０】前記実施例では、負荷が２４０Ｗ／ｃｍの
ランプについて説明したが、これを超える場合は発光管
の管径を大きくする必要があり、これに伴いランプの外
周に配置される水冷ジャケットや反射板及び照射装置本
体が大型化し、枚葉印刷機等の胴間等、幅の狭い場所で
の使用に適さなくなる。逆に、負荷がこれより小さい場
合、発光管は十分に冷却されるため上記制約を設定しな
くともランプ点灯中、歪に基づく発光管の湾曲は生じな
い。

【００２１】又、前記実施例では発光管は発光長に相当
する長さの石英管をカップ部と接合した構造で説明した
が、図４に示すように薄肉状の石英管を絞った形状とし
てもよく、図５のように軽量化のために発光管の一部に
肉薄管を接続した構造でも前記とほぼ同様の効果が認め
られる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係わる高出力型紫外線照射用光源は高負荷ランプを用
いて光化学反応の迅速化及び高速化が可能となり、その
寿命特性及び紫外線出力特性が優れている等の利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる高出力形紫外線照射用光源の概
略側面図。

【図２】同じく図１中におけるＡ−Ａ’断面図。

【図３】本発明に係わる実施例と比較例の点灯時間経過
に伴う紫外線出力の変化を示す特性図。

【図４】本発明に係わる高出力形紫外線照射用光源の他
の実施例を示す概略側面図。

【図５】本発明に係わる紫外線照射用ランプの概略側面
図。

【符号の説明】

１ 紫外線照射用ランプ ２ 発光管 ２ａ 石英管 ２ｂ カップ部 ３ａ，３ｂ 電極 ４ 発光管ベース １０ 水冷ジャケット １１ 水冷ジャケット内管 １２ 水冷ジャケット外管 １３ａ，１３ｂ 接続管 ２０ 冷却水

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光管の両端に電極を封着した紫外線照
   射ランプを内管と外管とからなる二重管型水冷ジャケッ
   ト内に保持してなる光源において、石英ガラス製素管の
   重量が５００ｇ以下である発光管を用いて前記電極間距
   離が１０００ｍｍを超えるランプを形成することを特徴
   とする高出力形紫外線照射用光源。
2. 【請求項２】 前記発光管の電極間距離が１０００〜１
   ５００ｍｍで、単位長当りの負荷が２００〜２４０Ｗ／
   ｃｍである発光管の内径（Ｒ）を２９〜３５ｍｍ、かつ
   発光管肉厚（ｔ）を１．０〜１．５ｍｍに規定してなる
   請求項１記載の高出力形紫外線照射用光源。