KR101440445B1 - 롱 아크형 메탈할라이드 램프 - Google Patents

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Abstract

발광관 내의 금속 갈륨을 증량시켜서 램프 조도를 향상시킴과 동시에 원하는 균제도를 실현한 롱 아크형 메탈할라이드 램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
자외선 경화의 잉크, 도료 또는 접착제를 건조 경화시키기 위한 롱 아크형 메탈할라이드 램프에 있어서 발광관 내에 적어도 수은, 희가스 및 요오드화 갈륨이 봉입되고, 상기 발광관은 아크 길이 La가 500≤La≤3000mm의 범위에 있고, 상기 요오드화 갈륨에 포함되는 금속 갈륨량과 수은량의 비 Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)는 3.0E-03≤Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)≤2.5E-02의 범위에 있고, 램프의 발광 불균일의 지표인 균제도는 70% 이상이다.

Description

롱 아크형 메탈할라이드 램프{LONG ARC TYPE METAL HALIDE LAMP}
본 발명은 롱 아크형 메탈할라이드 램프에 관한 것이다. 더 구체적으로는 본 발명은 자외선 경화성(UV큐어) 잉크, 도료, 접착제 등을 경화시키기 위해서 이용되는, 발광관에 갈륨(Ga)을 봉입한 롱 아크형 메탈할라이드 램프에 관한 것이다.
예를 들면 인쇄 업계의 자외선 인쇄(UV 오프셋 인쇄)와 같이 유리, 금속, 종이, 플라스틱 등(워크)의 표면에 자외선 경화 잉크, 도료 또는 접착제를 도포하고 자외선을 조사(照射)하여 경화 건조하기 위해 수은 램프나 메탈할라이드 램프가 이용되고 있다.
수은 램프와 비교하면 메탈할라이드 램프는 발광관 내의 봉입 원소를 고안하여 수은의 휘선 중 하나인 365nm 부근의 빛의 파장역을 높이 이동하고, 잉크 등을 경화 건조하기 위해 유효한 파장역 400~410nm 부근의 빛으로 한 램프로 되어 있다.
특허문헌 10에는 요오드화 갈륨과 요오드화 철을 발광관 내에 봉입한, 자외선 경화형 잉크나 도료를 경화 건조하는 용도인 소형 메탈할라이드 램프가 기재되어 있다. 특허문헌 4에는 자외선 경화용 램프로서 석영 유리 발광관 내에 수은과 아르곤 가스와 철과 주석의 할로겐화물을 봉입한 관입력 12kW에 부하 240W/cm의 램프가 기재되어 있다.
최근에는 이러한 큰 관입력의 메탈할라이드 램프는 액정의 접합 등의 접착에도 사용되고 있다. 이런 종류의 램프는 장척(長尺) 발광관을 구비하고 그 발광관의 양단(兩端)에 한쌍의 대향 전극을 가지는 소위, 롱 아크형 메탈할라이드 램프라고 칭해지고 있다. 최근에는 조사 대상인 액정 패널의 면적이 점점 대형화되어 자외선 피조사부가 커졌기 때문에 램프의 아크 길이도 점점 장척화되고 있다.
일본국 공개특허 소47-044975「방전등」(공개일:1972년 02월 23일)(특허 제0898635호) 이와사키 덴키 가부시키가이샤 일본국 공개특허 소49-081035「복사기용 메탈할라이드 램프」(공개일:1974년 08월 05일)(특허 제0927642호) 니혼덴치 가부시키가이샤 일본국 공개특허 평03-15148「메탈할라이드 램프」(공개일:1991년 01월 23일)(특허 제3060461호) 미츠비시 덴키 가부시키가이샤 일본국 공개특허 평07-245081「자외선 경화용 램프」(공개일:1995년 09월 19일) 이와사키 덴키 가부시키가이샤 일본국 공개특허 평10-302722「금속 증기 방전등」(공개일:1998년 11월 13일)(특허 제3651535호) 이와사키 덴키 가부시키가이샤 일본국 공개특허 평10-308196「금속 증기 방전등」(공개일:1998년 11월 17일)(특허 제3648917호) 이와사키 덴키 가부시키가이샤 일본국 공개특허 평11-135066「금속 증기 방전등」(공개일:1999년 05월 21일) 이와사키 덴키 가부시키가이샤 일본국 공개특허 평11-162401「금속 증기 방전등용 봉입물」(공개일:1999년 06월 18일) 이와사키 덴키 가부시키가이샤 일본국 공개특허 평11-329352「메탈할라이드 램프 및 조명 장치」(공개일:1999년 11월 30일) 마츠시타 덴코 가부시키가이샤 일본국 공개특허 2001-015064「자외선 방전등 및 자외선 조사 장치」(공개일:2001년 01월 19일) 코스모 기켄 가부시키가이샤, 가부시키가이샤 유브이 일본국 공개특허 2003-217507「메탈할라이드 램프」(공개일:2003년 7월 31일)(특허 제4178951호) 마츠시타 덴코 가부시키가이샤 일본국 공개특허 2007-184272「무수은 방전 조성물 및 갈륨 내장 램프」(공개일:2007년 07월 19일) 제너럴 일렉트릭 컴퍼니 일본국 공개특허 2011-048944「롱 아크형 메탈할라이드 램프」(공개일:2011년 03월 10일) 우시오 덴키 가부시키가이샤
같은 출력에서 램프가 장척화하는 동시에 잉크, 접착제를 단시간에 건조 경화하여 작업 효율을 높이기 위해서는 램프 조도를 더욱 높일 필요가 있다. 램프 조도를 높이기 위해서는 전술한 특허문헌 10에 기재된 바와 같이 금속 갈륨 Ga를 요오드화물로서 봉입하는 것이 유효하다.
그러나 본 발명자 등의 경험에 의해 금속 갈륨량을 증량시켜서 램프 조도를 향상시키면 램프의 발광 불균일이 눈에 띄는 것을 알고 있다.
또한 특허문헌 1~13에서 본 출원 서류에서 기재한 원하는 균제도(均齊度)를 실현한 롱 아크형 메탈할라이드 램프에 관한 기재, 이를 시사하는 기재는 존재하지 않는다. 구체적으로는 본 출원 서류에서 기재하는 (1)램프 조도를 향상시키기 위해서 금속 갈륨(실제로는 요오드화 갈륨으로서 첨가한다.)을 증량시키고, (2)금속 갈륨을 증량시킨 경우 롱 아크형 메탈할라이드 램프에서는 발광 불균일이 드러나는 문제점이 있음을 지적하고, (3)발광 불균일의 허용 한도로서「균제도」의 개념을 도입하여 그 사양값을 규정하고, (4)다양한 램프 길이(실제로는 아크 길이로 규정)에 있어서 금속 갈륨량(실제로는 금속 갈륨량과 수은량의 비로 규정)을 바꾼 샘플을 작성하여 균제도를 측정하고, 균제도의 사양값을 충족하는 샘플만 선택하여 이러한 샘플들의 데이터로부터 아크 길이와 금속 갈륨량(실제로는 금속 갈륨량과 수은량의 비)을 규정한 기술적 기재는 존재하지 않는다.
그러므로 본 발명은 발광관 내의 금속 갈륨을 증량시켜서 램프 조도를 향상시킴과 동시에 원하는 균제도를 실현한 롱 아크형 메탈할라이드 램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 감안하여 본 발명에 따른 롱 아크형 메탈할라이드 램프는 자외선 경화 잉크, 도료 또는 접착제를 건조 경화시키기 위한 롱 아크형 메탈할라이드 램프로서, 발광관 내에 적어도 수은, 희가스 및 요오드화 갈륨이 봉입되고, 상기 발광관은 아크 길이 La가 500≤La≤3000mm의 범위에 있고, 상기 요오드화 갈륨에 포함되는 금속 갈륨량과 수은량의 비 Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)는 3.0E-03≤Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)≤2.5E-02의 범위에 있고, 램프의 발광 불균일의 지표인 균제도는 70% 이상이다.
또한 본 발명에 따른 롱 아크형 메탈할라이드 램프는 자외선 경화 잉크, 도료 또는 접착제를 건조 경화시키기 위한 롱 아크형 메탈할라이드 램프에 있어서, 발광관 내에 적어도 수은, 희가스 및 브롬화 갈륨이 봉입되고, 상기 발광관은 아크 길이 La가 500≤La≤3000mm의 범위에 있고, 상기 브롬화 갈륨에 포함되는 금속 갈륨량과 수은량의 비 Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)는 3.0E-03≤Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)≤2.5E-02의 범위에 있고, 램프의 발광 불균일의 지표인 균제도는 70% 이상이다.
또한 상기 롱 아크형 메탈할라이드 램프에서는, 상기 발광관은 아크 길이 La가 500≤La≤2000mm의 범위에 있고 금속 갈륨량과 수은량의 비는 7.6E-03≤Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)≤2.5E-02에 있다.
본 발명에 따르면 발광관 내의 금속 갈륨을 증량시켜서 램프 조도를 향상시킴과 동시에 원하는 균제도를 실현한 롱 아크형 메탈할라이드 램프를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 롱 아크형 메탈할라이드 램프의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 출원인이 채용하고 있는 균제도의 측정 방법을 설명하는 도면이고, 여기서 도 2(A)는 측정중인 램프를 측면에서 본 도면이며, 도 2(B)는 램프를 축선 방향으로 본 도면이다.
도 3은 균제도의 사양값을 만족한 샘플에 관하여 가로축에 아크 길이 La(mm)를 취하고 세로축에 금속 갈륨량과 수은량의 비 Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)를 취하여 플롯한 그래프이다.
도 4는 도 3의 범위에서 선택한 전형적인 램프에 관한 균제도의 추이(推移)를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 롱 아크형 메탈할라이드 램프의 실시 형태에 관하여 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한 도면 중 같은 요소에 대해서는 같은 참조 부호를 붙이고 중복된 설명을 생략한다.
[롱 아크형 메탈할라이드 램프]
(구조)
도 1은 본 실시 형태에 따른 롱 아크형 메탈할라이드 램프의 일례를 나타내는 도면이다. 이 메탈할라이드 램프(10)는 장척이며 곧은 관 타입의 석영 유리제 발광관(1)의 양단에 봉지부(2-1, 2-2)가 각각 형성되고, 이들 봉지부에 몰리브덴 박(3-1, 3-2)이 각각 매설되고, 이들 몰리브덴 박의 한쪽 끝에 텅스텐 등의 고융점 금속으로 이루어지는 전극(4-1, 4-2)이 각각 형성되고, 다른쪽 끝에 외부 도입선(5-1, 5-2)이 각각 형성되어 있다.
발광관 내에는 나중에 자세히 설명하지만 수은, 희가스 및 할로겐화 갈륨 등으로 이루어지는 발광 물질이 봉입되어 있다.
발광관 외부로부터 외부 도입선(5-1, 5-2)을 통해 전력이 공급되면 양 전극 간에 방전이 발생하고 수은 및 할로겐화 갈륨의 증기가 전자에 의해 여기되어 주로 350~450nm의 빛을 방사하도록 되어 있다.
(발광관과 발광 물질)
도 1에 도시하는 램프(10)는 소위 롱 아크형 방전 램프라고 불리며 아크 길이 La(「발광 길이」라고도 부르며 2개의 전극 간 거리와 같다.)가 500≤La≤3000mm의 범위에 있는 램프이다. 램프(10)는 예를 들면 발광관 내부 지름 D=26.0mmφ, 아크 길이 La=1850mm이다. 이 램프(10)는 램프 전력 W=36kW, 램프 전압 V=2.6kV, 램프 전류 I=13.8A에서 구동 점등된다.
발광관에는 발광 물질로서 수은(Hg)이 2.2mg/cc, 요오드화 갈륨(GaI3)이 0.05mg/cc, 희가스로서 아르곤(Ar)이 5Torr(=6.6×10-4MPa)의 비율로 봉입되어 있다.
여기서 발광 물질에 관하여 설명한다. 롱 아크형 램프는 점점 장척화하여 조사 영역이 광범위하게 되어, 잉크, 접착제를 단시간에 건조 경화하여 작업 효율을 높이기 위해서 램프 조도를 높일 필요가 있다. 잉크 등을 경화 건조하기 위해 유효한 파장역 400~410nm 부근의 램프 조도를 높이기 위해 전술한 특허문헌 10에 기재된 바와 같이 금속 갈륨 Ga를 요오드화물로서 봉입하는 것이 유효하다.
그러나 본 발명자 등의 경험에 의하여 금속 갈륨량을 증량시키면 램프 조도는 향상되지만 램프의 축선 방향을 따라 발광의 불균일이 눈에 띄는 경향이 있다. 발광 불균일을 정량적으로 나타내는 지표로서 「균제도」가 있다. 이 균제도란 특히 롱 아크형 램프에 관한 문제이고, 램프 축선의 중심부로부터 양단부를 따라 측정한 램프 조도의 저하 비율로 표시되며, 중심부의 램프 조도를 100%로 하여 각 부분의 램프 조도를 백분율로 나타낸 수치이다. 현재 균제도에 관한 측정 방법 및 사양값의 통일적인 규격은 없고, 램프 제조 업체는 각각의 고객의 요구에 따라 각 회사가 균제도의 측정 방법 및 사양값을 사내 규격으로서 정하고 있다.
또 이러한 롱 아크형 메탈할라이드 램프는 대부분의 경우 램프를 조사기에 장착한 상태에서 사용된다. 그러나 램프 제조 업체는 고객으로부터 램프 단체(單體)에서의 소정의 램프 조도 및 균제도와 조사기에 장착한 상태에서의 소정의 램프 조도 및 균제도를 요구받는 경우가 많다.
따라서 본 실시 형태에서는 램프 단체에서의 원하는 램프 조도 및 균제도를 실현하는 것을 목표로 하고 있다.
(균제도의 측정 방법 및 사양값)
도 2는 본 출원인이 채용하고 있는 균제도의 측정 방법을 설명하는 도면이다. 도 2(A)는 측정중인 램프를 측면에서 본 도면이고, 도 2(B)는 램프를 축선 방향으로 본 도면이다.
균제도의 측정은 점등중인 램프에 관하여 램프 축선으로부터 수직 방향으로 330mm, 수평 방향으로 250mm 떨어진 위치에서 램프 축선을 따라 자외선 조도계에 의해 램프 조도를 측정한다. 사용한 자외선 조도계는 본 출원인이 제조·판매하는 아이 자외선 조도계 형번(型番) UPVF-A1 PD405이고 잉크 경화용으로 특화한 405nm수광기를 구비하고 측정 파장 범위는 파장역이 약 350~490nm으로 되어 있다.
본 출원인이 채용하는 균제도의 사양값은 어느 램프 길이에 관해서도 램프 축선을 따라 램프 양단으로부터 10%의 부분을 제외하고 중앙부의 램프 조도를 100%로 하여 어느 부분의 램프 조도도 70% 이상으로 규정되어 있다. 도 2의 예에서는 균제도의 규격값은 양단의 185mm를 각각 제외한 중앙부 1480mm에 대해 70% 이상이 된다.
(아크 길이와 요오드화 갈륨량의 관계)
발광관에는 발광 물질로서 적어도 수은(Hg), 요오드화 갈륨(GaI3), 희가스로서 아르곤(Ar)이 봉입되어 있다.
상술한 것과 같이 본 발명자 등의 경험으로부터 램프 조도를 높이기 위해서 갈륨량을 증량시킬 필요가 있다. 그러나 갈륨량을 증량시키면 램프 조도는 향상되지만 램프의 발광 불균일이 눈에 띄는 경향이 있는 것을 알 수 있다. 그러므로 아크 길이 및 봉입 갈륨량이 다른 다수의 램프 샘플을 작성하고 도 2와 관련하여 설명한 측정 방법에 따라 각 샘플의 균제도를 측정했다. 다음으로 이러한 샘플들로부터 균제도의 사양값을 만족하는 샘플을 골라냈다.
표 1은 이 균제도의 사양값을 만족한 샘플의 아크 길이 La와 이에 대응하는 금속 갈륨량과 수은량의 비 Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)의 데이터이며, 도 3은 가로축에 아크 길이 La(mm)를 취하고 세로축에 금속 갈륨량과 수은량의 비 Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)를 취하여 플롯한 그래프이다.
Figure 112013066826703-pat00001
도 3으로부터 알 수 있듯이 이러한 샘플들의 아크 길이 La는 500≤La≤3000mm의 범위에 있고, 금속 갈륨량과 수은량의 비 Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)는 0.3-E02≤Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)≤2.5E-02에 있었다.
또한 이번 개발에서는 램프 조도를 높이기 위해 금속 갈륨량을 증량시키고 있다. 그러나 발광 불균일의 관점으로부터 금속 갈륨량의 증량에 일정한 제한을 둔 상태에 있다. 따라서 균제도의 사양값을 충족하는 한, 금속 갈륨량이 많은 편이 바람직하다. 그렇기 때문에 바람직하게는 샘플 No.14, 17, 18, 20~23을 제외하고 아크 길이는 500≤La≤2000mm의 범위에 있고, 금속 갈륨량과 수은량의 비는 7.6E-03≤Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)≤2.5E-02이다. 또한 이 금속 갈륨량과 수은량의 비는 종래의 램프와 비교하면 거의 2배에 상당한다.
또 발명자 등은 요오드를 대신해 브롬을 사용한 브롬화 갈륨 GaBr3를 사용하여 마찬가지로 실험한 결과 거의 같은 결과를 얻을 수 있었다.
(균제도의 예)
다음으로 표 1(도 3)에 나타낸 램프에서 선택한 전형적인 램프의 균제도의 추이를 설명한다. 표 2는 균제도의 추이를 나타내는 데이터이며 도 4는 이를 도시한 그래프이다. 이 램프는 표 1에 샘플 No.17, 18로서 나타낸 아크 길이 La=1850mm의 램프이다. 균제도의 측정 방법은 양단으로부터 185mm(10%에 상당)의 부분을 제외하고 나머지 1480mm의 부분의 램프 조도를 측정하고, 중앙부의 램프 조도를 100%로 하여 각 부분의 램프 조도를 상대값(%)으로 나타내고 있다.
Figure 112013066826703-pat00002
도 4로부터 각 측정점의 램프 조도는 모두 80.0~100% 범위 내에 있고, 균제도에 관한 사내 규격인 「램프 축선을 따라 램프 양단으로부터 10%의 부분을 제외하고 중앙부의 램프 조도에 대해 어느 부분의 램프 조도도 70% 이상」을 충족하고 있는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 롱 아크형 메탈할라이드 램프의 실시 형태에 대해서 설명했는데 이들은 예시이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 당업자가 본 실시 형태에 대해 용이하게 행할 수 있는 추가·삭제·변경·개량 등은 본 발명의 범위내이다. 본 발명의 기술적 범위는 첨부한 특허청구의 기재에 따라 정해진다.
1 : 석영 유리제 발광관
2 : 봉지부
3 : 몰리브덴 박
4 : 전극
5 : 외부 도입선
10 : 메탈할라이드 램프, 램프
D : 발광관 내부 지름
I : 램프 전류
V : 램프 전압
W : 램프 전력
Ga : 금속 갈륨
GaBr3 : 브롬화 갈륨

Claims (3)

  1. 자외선 경화 잉크, 도료 또는 접착제를 건조 경화시키기 위한 롱 아크형 메탈할라이드 램프에 있어서,
    발광관 내에 적어도 수은, 희가스 및 요오드화 갈륨이 봉입되고,
    상기 발광관은 아크 길이 La가 500≤La≤3000mm의 범위에 있고,
    상기 요오드화 갈륨에 포함되는 금속 갈륨량과 수은량의 비 Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)는 3.0E-03≤Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)≤2.5E-02의 범위에 있고,
    램프의 발광 불균일의 지표인 균제도는 70% 이상인 것을 특징으로 하는 롱 아크형 메탈할라이드 램프.
  2. 자외선 경화 잉크, 도료 또는 접착제를 건조 경화시키기 위한 롱 아크형 메탈할라이드 램프에 있어서,
    발광관 내에 적어도 수은, 희가스 및 브롬화 갈륨이 봉입되고,
    상기 발광관은 아크 길이 La가 500≤La≤3000mm의 범위에 있고,
    상기 브롬화 갈륨에 포함되는 금속 갈륨량과 수은량의 비 Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)는 3.0E-03≤Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)≤2.5E-02의 범위에 있고,
    램프의 발광 불균일의 지표인 균제도는 70% 이상인 것을 특징으로 하는 롱 아크형 메탈할라이드 램프.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발광관은 아크 길이 La가 500≤La≤2000mm의 범위에 있고,
    금속 갈륨량과 수은량의 비는 7.6E-03≤Ga(mg/cc)/Hg(mg/cc)≤2.5E-02에 있는 것을 특징으로 하는 롱 아크형 메탈할라이드 램프.
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