KR20090025136A - 자외선 광원 장치 - Google Patents

Abstract

이중관형의 냉각 재킷 내부에 방전 램프가 삽입되고, 중공으로 유지된 자외선 광원 장치에 있어서, 발광관의 상부와 하부의 온도차를 감소하여, 축경(縮經)부에서의 과열을 방지할 수 있고, 램프의 파손이나 실투를 방지할 수 있는 자외선 광원 장치를 제공하는 것이다. 그리고, 램프로의 투입 전력을 높게 할 수 있는 자외선 광원 장치를 제공하는 것이다.

발광관(11) 내부에 한 쌍의 전극(13)이 배치되고, 양단에 축경부(11) 및 봉지부(12)가 형성된 방전 램프(10)와, 발광부 영역에서 발광관(11)의 평행으로 연장되는 램프 배치 공간 S가 형성된 냉각 재킷(20)과, 방전 램프(10)를 램프 배치 공간 S내에 지지하는 한 쌍의 램프 홀더(30)를 구비하여, 발광관(11)의 축이 거의 수평 상태로 지지되어 이루어지는 자외선 광원 장치로서, 발광관(11)의 양단에 축경부(11) 상부를 향해 냉각풍을 송풍하는 냉각 수단과, 축경부 하부에 냉각풍을 배출하는 배출 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

자외선 광원 장치{ULTRAVIOLET LIGHT SOURCE APPARATUS}

본 발명은, 내부에 냉각용 유체가 유과(流過)함으로써 방전 램프를 냉각하는 냉각 재킷을 구비한 자외선 광원 장치에 관한 것이다.

자외선을 포함하는 광을 방사하는 램프를 이용하고, 보호막, 접착제, 도료, 잉크, 레지스터, 수지, 배향막 등의 경화, 건조, 용융, 연화, 개질 등의 처리를 행하는 것이, 각 분야에서 널리 행해지고 있다. 이들의 용도에 사용되는 자외선을 방사하는 램프는, 구체적으로는 높은 광출력이 얻어지는, 고압 수은 램프나 메탈할라이드 램프 등의 롱 아크 타입의 방전 램프이고, 봉 형상의 발광관 내부에 한 쌍의 전극이 대향 배치됨과 더불어, 수은과 필요에 따라 소정의 발광 스펙트럼의 광을 방사하는 발광 물질이 봉입되어 이루어지는 것이다.

상기 방전 램프에서는, 피처리물에 대해 높은 출력으로 광을 조사하는 것이 요구되어 있고, 램프로의 입력 전력을 올리기 위해, 개략 원통형의 자외선 투과성을 가지는 냉각 재킷의 내부에 방전 램프를 수용하고, 자외선 광원 장치로서 사용하고 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조). 이 자외선 광원 장치는, 냉각 재킷에 의한 냉각을 하지 않고 사용하면, 통상의 램프 입력 상태에서는, 발광관의 온도는 1000℃ 이상이 되기 때문에, 발광관이 과열되어, 램프로서의 기능을 발휘시킬 수 없다. 따라서, 램프 입력을 작게 해야 한다. 그러나, 냉각 재킷을 사용함으로써, 냉각하지 않는 램프 혹은 공냉만으로 점등하는 것보다도, 발광관의 온도를 낮게 할 수 있고, 큰 전력을 투입할 수 있게 되고, 높은 자외선 출력을 실현할 수 있다.

도 6은, 종래 기술에 관한 자외선 광원 장치를 설명하기 위한, (a) 램프 관축을 통과하는 단면에서 절단한 도, (b) (a) 중의 A-A＇단면도이다. 또한, 이하의 설명에 대해서는, 냉각 재킷이 수냉식이기 때문에, 간단하게 수냉 재킷으로 칭하다.

수냉 재킷(70) 본체는, 대략 동일한 축에 배치된 외관(711)과 내관(712)이 구비된 이중관형 구조를 이루고, 외관(711)과 내관(712) 사이에 냉각용 유체로서의 물이 유과하는 구조가 되어 있다.

도 6에 있어서, 냉각수는, 외관(711)의 일단측에 접속된 유입관(72)을 통해 도입되고, 외관(711)과 내관(712) 사이를 (지면에 있어서 오른쪽 아래 방향으로) 유과하고, 타단측에 접속된 배출관(73)으로부터 배출된다. 외관(711) 및 내관(712)은 자외선에 대해 투과성을 가지는 석영 유리제이고, 냉각수는 통상, 탈이온수(순수)이다.

수냉 재킷(70)의 내관(712)의 내부에 형성된 램프 배치 공간 S에, 봉 형상의 방전 램프(10)가 삽입되어 램프 홀더(80A, 80B)에 의해 중공으로 유지된다. 또한, 도 6 중의 부호(81)는 모두 통풍구이고, 화살표는 냉각풍의 방향이다. 이와 같이, 램프 배치 공간 S의 내부에 램프(10)의 관축과 평행하게 냉각풍을 유과시킬 때도 있다(특허 문헌 2 참조).

방전 램프(10)의 열은, 램프 배치 공간 S의 발광관(11)과 내관(712) 사이의 공기층을 통해 수냉 재킷(70)의 내벽에 전해지고, 수냉 재킷(70) 내를 유과하는 냉각수에 의해 냉각된다. 이와 같이, 수냉 재킷(70) 내를 흐르는 냉각수는 램프의 과열을 방지하지만, 그 냉각은, 공기층을 개재시킨 간접적인 것이기 때문에, 발광관(11)의 온도가, 해당 발광관(11) 내에 봉입된 수은 등의 봉입물이 미증발이 되도록 과냉각이 되는 일이 없고, 발광부를 적절한 온도로 유지한다.

도 5는, 자외선 광원용의 일반적인 방전 램프 구성의 일례를 설명하는 도이고, (a)는 관축을 따라 절단된 단면도이다. 도 5에 있어서, 발광관(11)은 석영 유리로 이루어지고 한 쌍의 전극(13A, 13B)이 소정 거리를 이간하여 대향 배치되어 있다. 전극(13A, 13B)에는, 내부 리드봉(14A, 14B)이 연속 설치되어 있고, 몰리브덴제의 금속박(15A, 15B)에 접속되어 해당 금속박(15A, 15B)과 발광관(11)의 유리가 기밀하게 용착됨으로써, 봉지부(12A, 12B)가 형성되어 있다. 전극(13A, 13B) 사이에서 방전이 발생하면, 발광관(11) 내에 봉입된 발광 물질로서의 수은이 증발하고, 수은의 휘선 스펙트럼의 자외선이 방사된다. 자외선은, 수냉 재킷(70)의 내관(712), 냉각수, 외관(711)을 투과하여 외부로 방출되어 피처리물에 조사된다.

상술한 자외선 광원 장치에 있어서, 수냉 재킷에는, 대략 두 가지의 기능이 있다고 한다.

(1) 첫째는, 점등중의 램프를 냉각하고, 발광관을 적절한 온도에 유지하는 것이다.

점등시의 방전 램프의 발광관은, 봉입된 수은이나 그 외의 금속 화합물을 증발시키기 위해, 500℃ 이상으로 따뜻하게 해 둘 필요가 있다. 발광관 온도가 500℃를 밑돌면, 미증발의 봉입물이 나타나 소정의 자외선 방사를 얻을 수 없게 된다. 한편, 발광관 온도가 900℃을 초과하여 고온이 되면, 발광관을 구성하는 석영 유리가 재결정하여 실투를 일으키고, 자외선 출력이 저하한다. 따라서, 500~900℃의 온도 범위로 유지하는 것이 적절하다고 한다.

(2) 둘째는, 피처리물에 대한 열적인 영향을 작게 하는 것이다.

냉각수는, 발광관의 복사열을 냉각하여 피처리물에 대한 열적인 영향을 작게 한다. 또, 램프로부터 방사되는 광에 포함되는 자외선 처리에는 불필요한 광, 즉, 가시광선으로부터 적외에 걸치는 광의 성분을 흡수하고, 피처리물이 광에 의해 가열되는 것을 방지한다.

이와 같은 자외선 광원 장치에 대해서는, 램프 점등시, 도 5(a)에 나타내는 발광관 중앙 상부의 점 P에 있어서, 소정의 온도가 되도록, 내관의 내벽과 발광관의 외벽의 간격이나, 냉각수의 온도, 유량 등이 조절된다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조). 이는, 상술의 방전 램프에서는, 한 쌍의 전극 사이에 방전 아크가 형성되고, 이에 의해 램프(발광관)를 데워지기 때문에, 램프의 관축을 수평 상태로 유지하고 점등할 경우는, 아크가 발광관 내의 대류에 의해 위로 들어 올리게 됨으로써, 발광관은 발광부 중앙의 상부 P에서 온도가 높고, 양쪽의 단부를 향할수록 낮아지기 때문이다.

[특허 문헌 1: 일본국 특허 공개 소61－158453호 공보]

[특허 문헌 2: 일본국 특허 공개 평6－267512호 공보]

[특허 문헌 3: 일본국 특허 공개 소54－99370호 공보]

그러나, 상술한 바와 같이 발광관의 상부 중앙에서의 온도를 소정이 되도록 자외선 광원 장치를 동작시키려고 했을 경우에서도, 설정하던 온도 이상으로 발광관이 과열할 때가 있다.

(1) 수냉 재킷에서의 램프 배치 공간은, 직경이 일정하게 형성된 내관의 내부에 형성된다. 방전 램프에서는, 발광부 영역에서는 발광관은 일정한 외경을 가지기 때문에, 발광부(전극과 전극 사이)에 대해서는 수냉 재킷 내면과의 갭(d)이 대략 일정하고, 대략 균일한 냉각이 가능하다. 그러나, 발광관의 단부는, 봉지부를 형성하기 때문에 서서히 축경되어 있고, 관벽과 수냉 재킷의 내벽까지의 거리는 단부를 향해 커진다.

(2) 발광관의 봉지부에서는, 아크로부터 떨어져 있기 때문에 수냉 재킷에 의한 냉각 효과를 얻을 수 없어도 문제는 되지 않는다. 그러나, 발광부에 가까운 부분, 즉, 전극 근방으로부터 봉지부에 이를 때까지의 관이 축경된 부분에서는, 아크와의 거리도 가깝기 때문에 발광관이 가열되기 쉽고, 게다가, 축경한 만큼, 수냉 재킷의 내벽과의 갭도 커지게 되고 냉각 효과를 얻지 못해, 온도가 높아지게 된다.

그 때문에, 발광관에서의 발광부 온도를 목표로 하는 온도에 유지하려고 해도, 발광관 양단의 전극 후방에서 발광관의 온도가 목표로 하는 온도 이상으로 고온이 될 때가 있다. 또한, 발광관의 상부에서 대류의 영향으로 온도가 높아지고, 냉각 효과를 얻을 수 없는 것과 겹쳐, 상부와 하부에서 온도차가 커진다.

이러한 사정으로부터, 발광관 전체의 온도를 실투가 생기지 않는 온도, 예를 들면 900℃ 이하에 유지하려면, 램프의 발광부 온도를 900℃보다 훨씬 낮게 설정할 필요가 있고, 그 때문에, 램프로의 투입 전력을 작게 해야 한다.

다시 말해, 발광관의 내성에 충분한 여력이 있으면서 램프 입력을 억제하여 광출력을 작게 하고 사용할 필요가 있다.

상기 특허 문헌 2에는, 램프 홀더에 개구가 형성되어 램프 주위에 냉각풍을 흐르는 것이 기재되어 있다. 그러나, 이 기술에 의해, 냉각풍 하류측의 발광관 단부에서는, 램프의 열로 데워진 냉각풍이 유과하기 때문에 냉각 효과가 없고, 과열 상태가 되고, 발광관의 파손이나 백탁(白濁)이 생긴다. 또, 이 기술에서도, 발광관 축경부에서의 상부와 하부의 온도차를 해소할 수 없다.

그래서, 본 발명이 해결하자고 하는 과제는, 냉각 재킷의 내관 내부에 방전 램프가 삽입되어 중공으로 유지된 자외선 광원 장치에서, 방전 램프의 발광관의 온도가 과잉으로 상승하는 것을 방지하여, 램프의 파손이나 실투를 방지할 수 있고, 램프로의 투입 전력을 한 층 더 높게 할 수 있는, 자외선 광원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그래서, 본 발명에 관한 자외선 광원 장치는, 대략 봉 형상의 발광관의 내부에 한 쌍의 전극이 배치되고, 발광관의 양단에 축경부 및 봉지부가 형성된 방전 램프와, 상기 방전 램프의 발광부 영역에서, 발광관과 평행하게 연장되는 램프 배치 공간이 형성된 냉각 재킷과, 상기 방전 램프를 상기 램프 배치 공간 내에 지지하는 한 쌍의 램프 홀더를 구비하고, 상기 발광관의 축이 거의 수평 상태로 지지되어 이루어지는 자외선 광원 장치로서, 상기 발광관의 양단에, 축경부 상부를 향해 냉각풍을 송풍하는 냉각 수단과, 축경부 하부에 냉각풍을 배출하는 배출 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 냉각 수단은, 상기 발광관 축경부를 향하도록 상기 램프 홀더에 형성된 송풍구와 냉각풍 공급 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 배출 수단은, 상기 램프 홀더 하부에 형성된 개구로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

발광관의 양단부에 형성된 축경부에서는, 발광부와 비교하고, 발광관 관벽과 수냉 재킷 내면과의 거리가 크기 때문에 냉각되기 어렵고, 과열 상태가 되기 쉽다. 그러나, 상기 구성을 구비함으로써, 램프 홀더에 형성된 통풍구로부터, 발광관 축경부 중에서도, 대류의 영향으로 과열하기 쉬운 상부를 향해 냉각풍이 취입하게 됨으로써, 축경부의 관벽이 효과적으로 냉각되고, 발광관이 백탁하거나 파손하는 것을 미리 방지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 방전 램프의 발광관 양단에서의 축경부 상부의 과열을 회피할 수 있고, 해당 개소의 상부와 하부의 온도차를 작게 하고 발광관 전체의 온도를 목표로 하는 온도 범위에 유지할 수 있고, 램프의 파손이나 실투를 확실히 방지할 수 있다,

그리고, 램프의 투입 전력을 종래보다 높게 설정할 수 있고, 자외선의 광출 력을 한 층 더 크게 할 수 있다.

본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태를 설명하기 위한 램프의 관축을 따라 절단된 설명용 단면도이고, 도 2는 도 1의 자외선 광원 장치를 재킷 홀더 측에서 본 측면도이다. 도 3은, 이 자외선 광원 장치를 재킷 홀더 측에서 본 사시도이고, 장착 작업 공정을 설명하는 도이다. 또한, 내부에 수용되는 방전 램프는, 전도 도 5와 같은 구성이고, 도 5를 참조하여 설명한다.

도 1~3에 있어서, 수냉 재킷(20)은, 자외선을 투과하는 석영 유리로 이루어지는 외관(21) 및 내관(22)과 그 양단에 배치되는 한 쌍의 재킷 홀더(23A, 24B)와, 재킷 홀더 내에서 냉각용 유체를 액밀(液密)하게 유지하기 위해 O링(24A, 24B, 25A, 25B)을 구비하여 구성되어 있다.

재킷 홀더(23A, 23B)는, 예를 들면 알루미늄으로 이루어지고, 석영 유리로 이루어지는 외관(21) 및 내관(22)의 단면과 접촉하여 양자의 축방향의 위치를 규정하는 베이스부(231A, 231B)와 해당 베이스부(231A, 231B)의 내측의 단면에 돌설(突設)되어 외관과 내관 사이에 배치되는 것에 양자 간격을 규정하는 링 형상의 지지부(232A, 232B)를 구비하여 구성되어 있다. 지지부(232A, 232B)의 벽에는, 외관측과 내관측, 양쪽 모두의 면에 홈이 형성되어 있고, 대소의 O링(24A, 25A, 24B, 25B)이 각각 끼워 맞춰 배치되어 있다.

재킷 홀더(23A, 23B)에는, 조인트가 끼워 들어갈 수 있도록, 냉각수 유입 또 는 배출용 관통공(28, 29)이 설치되어 있고, 재킷 홀더(23A, 23B)의 지지부(232A, 232B) 사이에 끼우도록 외관(21)과 내관(22)이 배치되면, 내관과 외관 사이에 O링에 의해 액밀하게 유지된 냉각수 유통 공간H가 형성된다.

방전 램프에 대해, 다시 도 5를 참조하여 설명한다. 방전 램프(10)는, 예를 들면 고출력의 고압 수은 램프나 메탈할라이드 램프이다. 석영 유리로 이루어지는 봉 형상의 발광관(11) 내부에, 예를 들면, 텅스텐으로 이루어지는 한 쌍의 전극(13A, 13B)이 대향 배치되어 있고, 방전 가스로서의 알곤 가스 및 발광 물질로서의 수은이 봉입되어 있다. 또한, 수은 외에, 금속 화합물을 적당량 봉입할 때도 있다. 발광관(11)은, 전체 길이가 320㎜이고, 발광부의 길이 (즉, 전극간의 거리)는 200㎜이다. 또한, 본 실시 형태와 관련되는 방전 램프(10)에서는, 적어도 발광부의 영역에서는, 관의 직경이 변위하는 일없이 직관 형상으로 형성된 것이다.

전극(13A, 13B)은 예를 들면 텅스텐으로 이루어지고, 해당 전극(13A, 13B)에 내부 리드봉(14A, 14B), 몰리브덴박(15A, 15B), 외부 리드봉(16A, 16B)이 순차적으로 접속되고, 외부 리드봉이 발광관 봉지부의 외부에 도출되고 전기 도입부가 형성되어 있다.

몰리브덴박(15A, 15B)은, 예를 들면 도 5(b)와 같이 2장 사용되고 봉지부(12A, 12B)에 매설되어 있다. 구체적으로는, 석영 유리로 이루어지는 기둥체(19)의 외주면상에 이 몰리브덴박(15A, 15B)을 대칭으로 배치하여, 발광관용의 유리관을 외주로부터 가열, 축경하여 몰리브덴박(15A, 15B)에 기밀하게 용착한다. 중심에 배치되는 석영 유리체(19)는, 당연히, 발광관(11) 내경보다 작고, 이 때문에, 발광 관(11)의 발광부로부터 봉지부(12A, 12B)에 걸쳐서는, 관의 직경이 바깥쪽을 향해 서서히 축경되어 있다.

봉지부(12A, 12B)의 종단부에는, 도 5(a)와 같이 세라믹스제의 베이스(17) 가 접착제M에 의해 장착되고, 후술하는 램프 홀더(30A, 30B)에 고정되어 유지된다.

램프 홀더(30A, 30B)는, 예를 들면 도 2의 평면도로부터 알 수 있듯이, 원판의 일부를 절결한 형상이고, 그 외주부의 원호의 대략 중심 위치에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 개구(301A, 301B)가 설치되어 있고, 여기에 방전 램프(10)의 봉지부(12A, 12B) 및 베이스(17)가 수용되어 볼트에 의해 고정된다. 또한, 부호(18)는, 방전 램프(10)의 베이스(17)로부터 도출된 급전선이다.

이 램프 홀더(30A, 30B)에는, 방전 램프(10)가 장착되었을 때에, 발광관(11)의 축경부(11A, 11B)의 상부K에 대응한 개소에, 냉각풍을 취입하기(도입하기) 위한 통풍구(32A, 32B)가 형성되어 있다.

이 방전 램프(10)는, 예를 들면 한쪽의 램프 홀더(30b)를 고정한 후, 도 3에 나타내는 바와 같이, 수냉 재킷(20)의 램프 배치 공간 S에 배치하여 나사(34) 등을 이용해, 재킷 홀더(23A, 23B)에 체결하여 고정한다.

이때, 램프 홀더(30A, 30B)는, 통풍구(32A, 32B)가 위로, 절결부가 아래가 되도록 장착되어 특히, 통풍구(28, 29)는 방전 램프(10)의 축경부(11A, 11B)의 위쪽 부분(K)을 향해 개구하도록 장착된다. 또 이와 동시에, 램프 배치 공간 S에는 관축L보다 아래쪽으로, 비교적 큰 개구부(33A, 33B)가 형성된다. 본 발명에서, 냉각풍에 의한 냉각이 필요한 것은, 발광관(11)의 양쪽 모두의 축경부(11A, 11B)에서 의 상부K이다. 냉각풍은, 그 외의 부위에 유과하는 일없이, 그대로 배출되는 것이 좋다. 따라서, 냉각풍이 방전 램프(10)의 아래쪽으로부터 용이하게 유출되도록, 적어도 송풍구(31A, 31B)보다 큰 개구부(33A, 33B)를 형성하는 것이 바람직하고, 또 그 부위로서는, 관축L보다 아래쪽으로 하는 것이 좋다.

상기 도 1에 나타낸 바와 같이, 수냉 재킷(20)의 램프 배치 공간 S에 방전 램프(10)를 배치하여, 자외선 광원 장치의 하부에 장착된 각부(201A, 201B)를, 소정의 처리 장치(도시하지 않음)의 피장착부에 장착하여 고정한다. 처리 장치에는, 냉각수 공급 수단 및 압축 에어나 송풍 팬 등으로 이루어지는 냉각풍 공급 수단이 미리 구비되어 있고, 각각 차입부(도시하지 않음)를, 도입(급수)구(26)나 배출구(27), 송풍구(31A, 31B) 등에 접속하면, 장착 작업이 완료된다. 또한 냉각수는, 구체적으로는 탈이온수(순수)이다.

여기서, 상기 자외선 광원 장치의 동작 순서에 대해 상술한다.

도시하지 않는 냉각수 공급 수단으로부터, 수냉 재킷(20)의 냉각수 유통 공간H에 냉각수가 도입되어 충전된다. 램프 점등시는, 수냉 재킷(20) 내에는 냉각수가 예를 들면 3~5 리터/min의 유량으로 공급되어, 해당 냉각수 유통 공간H를 순회한 후 최종적으로 배출구(27)로부터 냉각수가 배출된다.

냉각풍 공급 수단(도시하지 않음)으로부터 램프 홀더(30A, 30B)의 송풍구(31A, 31B)를 통해 램프 배치 공간 S 내로 냉각풍이 공급된다. 송풍구(31A, 31B)는 발광관(11)의 축경부(11A, 11B)의 상부K를 향해 개구하고, 따라서 냉각풍이 해당 램프 배치 공간 S에 도입되면, 냉각풍은 도 1의 화살표로 나타내듯이, 발광 관(11)의 양단의 축경부 상부에 직접 송풍하고, 해당 개소를 효과적으로 냉각한다. 냉각풍의 유량은, 예를 들면 5~20 리터/min이며, 냉각에 기여한 후, 램프 홀더(30A, 30B)의 하부에 형성된 개구부(33A, 33B)로부터 외부로 방출된다.

방전 램프(10)를 점등하면, 전극(13A, 13B) 간에 방전 아크가 발생하고, 발광관(11)의 관벽이 그 열에 의해 데워지고, 특히 상부에서는, 대류의 영향으로 고온이 된다.

발광부 영역에서는, 수냉 재킷(20)의 내벽과의 갭d가 소정의 범위, 예를 들면 0.5~1.5㎜이고, 발광관(11)의 열은, 공기층(갭d), 내관(22), 냉각수의 순서로 천이(遷移)한다. 램프 점등 중에는 냉각수가 유과하고 내관(22)을 냉각하기 때문에, 발광관(11)의 발광부 영역이 효과적으로 냉각되게 된다.

발광부 이외의 영역, 즉, 축경부(11A, 11B)영역에서는, 상기 갭이 발광부 영역보다 훨씬 크고, 수냉 재킷(20)에 의한 냉각 효과를 얻을 수 없지만, 축경부(11A, 11B)의 상부K를 향해 냉각풍이 송풍되고, 해당 부분을 효과적으로 냉각해, 게다가, 냉각풍은 방전 램프(10)의 아래쪽으로 형성된 배풍용의 개구부(33A, 33B)로부터 신속하게 배출되기 때문에, 축경부(11A, 11B)의 상부K가 확실히 냉각되어 발광관(11)의 온도가 과잉으로 상승하는 것을 회피할 수 있다.

이 결과, 발광관의 전영역에서 과열하는 것을 방지할 수 있고, 발광관이 백탁하거나 파손하는 일없이, 원하는 온도로 유지할 수 있다.

그리고 또한, 종래의 것보다 램프로의 투입 전력을 보다 크게 할 수 있고, 한층 더 큰 자외선 출력을 얻을 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기의 예로 한정되는 것이 아니고, 여러 가지의 변경을 가하는 것이 가능하다.

예를 들면, 수냉 재킷 본체의 구조는, 상기예에서는 별도의 부재의 외관과 내관을 재킷 홀더를 이용하여 일체화하고 냉각 유체의 유로를 형성했지만, 재킷 홀더를 이용하지 않고, 석영 유리를 용착함으로써 상기 유로를 형성한, 전체가 석영 유리로 이루어지는 것도 좋다.

또, 냉각풍 배출용의 개구에 대해, 본 실시 형태에서는, 램프 홀더의 절결 부분에 의해 이를 형성했지만, 유입구보다 아래쪽의 위치, 바람직하기는 램프의 관축보다 아래쪽 위치라면, 어떠한 형태라도 좋다. 중요한 것은, 램프의 양단부에서의 발광관 축경부를 향해 바람이 흐르고, 그 후, 유입구보다 아래쪽으로 송풍하는 개구가 형성되어 있으면 된다.

또, 상기에서는, 방전 램프로서 고압 수은 램프의 예로 설명했지만, 대략 봉 형상의 발광관을 구비한 자외선을 방출하는 램프라면, 메탈할라이드 램프이라도 좋다. 또, 램프의 봉지부에서, 봉지부에 매설되는 금속박의 매수나 봉지부의 외경 등도 적절히 변경 가능하다.

또, 냉각 재킷에 유과하는 냉각용 매체에 관해서는, 원하는 파장 영역의 광이 투과하는 것이라면 물로 한정되는 일없이, 적절히 응용된다.

［실험예］

도 1에 나타낸 자외선 광원 장치를, 하기의 사양으로 제작하고, 냉각풍을 송풍하지 않고 램프를 점등했을 경우와, 냉각풍을 발광관 양단의 축경부를 향해 유입 했을 경우와, 발광관의 온도 변화를 측정하여 본 발명의 효과를 검증했다.

〈램프〉

본 실험예에서는, 외경 Ø30㎜, 두께 1.5㎜, 전체 길이 250㎜의 석영 유리제의 발광관을 구비한 고압 수은 램프를 이용했다. 발광관의 내부에는, 발광 물질로서 수은을 봉입했다.

〈수냉 재킷〉

외관의 크기는 외경 Ø50㎜, 내경 Ø46㎜이고, 내관의 크기는 외경 Ø35㎜, 내경 Ø32㎜였다. 모두 석영 유리제로, 전체 길이는 250㎜였다. 냉각용 유체의 유로 내부에는 냉각용 유체로서의 이온 교환수를 충전해, 수온 25℃의 물을 3.5리터/min의 유량으로 흘렸다.

또, 이 수냉 재킷에서의 내관 내면으로부터 램프의 발광관까지의 거리d는 0.5㎜였다.

도 4(a)로 나타낸 바와 같이, 발광관의 길이 방향의 중심 위치 P와 축경부의 위쪽 위치 Q에, 온도센서를 접속했다. 처음에, 축경부의 냉각을 실시하지 않는 상태에서, 램프의 입력 전력을 120~160W로 변화시켜 점등해, 발광관의 점 P, Q에서의 온도를 측정했다.

이어서, 노즐을 발광관의 축경부 상부를 향해 세트하고, 냉각풍으로서 0.4±0.1㎫의 압력 범위에 조정된 압축 에어를 10리터/min의 조건으로 송풍해 상기와 같이 발광관의 온도를 측정했다.

또한, 램프의 입력 전력을 160W 이상으로 변화시켜 점등했다.

어느 경우도, 발광관의 실투나 파손, 팽창 등이 발생하지 않는지 어떤지를 눈으로 직접 관찰했다.

〈실험 결과〉

도 4(b)에 발광관의 점 P, Q에서의 온도 변화를 각각 곡선(가), (나)로 나타낸다. 또한, 도 4(b)는, 가로축이 시간(s)이고, 세로축이 온도(℃)이다.

(ⅰ) 냉각을 실시하지 않는 상태에서 램프에 120W/㎝의 전력을 투입한 경우, 발광부 중앙의 상부의 점 P에서의 온도는 약 600℃이었다. 한편, 발광관 축경부 상부의 점 Q의 온도는 약 830℃이고, 발광부 중앙보다 200℃ 이상이나 높은 것으로 판명되었다. 점 P, Q 양쪽, 발광관의 온도가 적절한 온도 범위라고 하는 500~900℃의 범위였다.

(ⅱ) 이어서, 램프로의 투입 전력을 160W/㎝로 한 것 이외는, 상기 (ⅰ)와 같은 조건으로 램프를 점등했다. 발광관의 점 P에서의 온도는 약 650~680℃로 상승했지만, 수냉 재킷에 의한 냉각이 효과적으로 행해져 발광관의 상한 온도라고 하는 900℃보다 충분히 온도가 낮았다. 한편, 발광관의 점 Q에서는 이미 900℃에 도달하고, 더 이상 램프의 투입 전력을 올리면 발광관이 실투할 가능성이 있었다.

(ⅲ) 램프의 투입 전력을 (ⅱ)과 같이 (160W/㎝)로 유지한 채, 발광관 양단의 축경부 상부를 향해 0.4±0.1㎫의 압력 범위에 조정된 압축 에어를 10리터/min의 유량으로 공급했다. 발광관 중앙의 점 P에서의 온도는 약 680℃이고, 발광관의 관벽과 수냉 재킷 사이의 갭이 0.5㎜ 이하에서는 공냉에 의한 영향을 거의 받지 않는다. 그러나, 수냉 재킷에 의한 냉각이 효과적으로 행해지진 것을 알 수 있었다.

한편, 발광관의 점 Q의 온도는 냉각 개시 후, 급속히 저하하여, 약 730℃가 되었다. 발광관의 온도가 상한으로 되어 있는 900℃보다 대폭 내렸기 때문에, 더욱 램프로의 투입 전력을 크게 하는 것이 가능하게 되었다.

(ⅳ) 램프로의 투입 전력을 200W/㎝로 한 것 이외는, 상기(ⅲ)과 같은 조건으로 램프를 점등했다. 발광관의 점 P에서의 온도는 약 730℃로 상승했지만, 수냉 재킷에 의한 냉각이 효과적으로 행해지고, 발광관의 상한 온도라고 하는 900℃보다 충분히 온도가 낮았다. 발광관의 점 Q의 온도도 램프 입력을 증대하면 높아지고, 730℃에 도달했지만, 상한으로 되어 있는 900℃보다 대폭 낮고, 더욱 램프로의 투입 전력을 크게 하는 것이 가능했다.

(v) 램프로의 투입 전력을 240W/㎝로 한 것 이외는, 상기(ⅳ)와 같은 조건으로 램프를 점등했다. 광 관의 점 P에서의 온도는 약 880℃로 상승했지만, 발광관의 상한 온도 900℃보다 충분히 낮았다. 또, 발광관의 점 Q의 온도는, 860℃에 도달했지만, 상기와 같이, 900℃보다 낮고, 문제 없이 램프를 점등할 수 있었다.

본 발명과 같이, 발광관 양단의 축경부 상부를 향해 냉각풍이 흐르면 해당 부위의 온도를 확실히 낮게 할 수 있고, 발광관의 실투를 방지하는 것은 물론, 램프로의 투입 전력을 종래 이상으로 크게 할 수 있다. 상기 실험예의 경우, 종래의 상태로는 전력을 160W/㎝까지 밖에 투입할 수 없었던 것을, 240W/㎝까지 크게 할 수 있었다.

도 1은 본 발명의 실시 형태를 설명하기 위한, 램프의 관축을 따라 절단 한 설명용 단면도.

도 2는 본 발명의 실시 형태를 설명하기 위한, 도 1의 자외선 광원 장치를 측면에서 본 도이다.

도 3은 본 발명의 실시 형태를 설명하기 위한, 재킷 홀더측에서 본 사시도이며, 설치 작업 공정을 설명하는 도이다.

도 4의 (a)는 실험예와 관련되는 자외선 광원 장치를 설명하는 도, (b)는 실험 예의 결과를 나타내는 그래프이다.

도 5는 자외선 광원용의, 일반적인 방전 램프의 구성의 일례를 설명하는 도이고, 관축을 따라 절단한 단면도이다.

도 6의 (a)는 종래 기술에 관련된 자외선 광원 장치를 설명하기 위한 램프관축을 통과하는 단면에서 절단한 도이고, (b)는 (a)중의 A-A＇단면도이다.

[부호의 설명]

100 자외선 광원 장치

10 방전 램프

11 발광관

11A, 11B 축경부

12A, 12B 봉지부

13A, 13B 전극

14A, 14B 내부 리드봉

15A, 15B 몰리브덴박

16A, 16B 외부 리드봉

17 베이스

18 급전선

19 유리제 기둥체

20 수냉 재킷

201A, 201B 각부

21 외관

22 내관

23A, 23B 재킷 홀더

231A, 231B 베이스부

232A, 232B 지지부

24A, 24B O링(대)

25A, 25B O링(소)

26 도입(급수)구

27 냉각수 배출구

28, 29 관통공

30A, 30B 램프 홀더

301A, 301B 개구

31A, 31B 송풍구

32A, 32B 통풍구

33A, 33B 개구부

L 램프관축

S 램프 배치공간

K 축경부 상부

M 접착제

H 냉각수 유통 공간

Claims (3)

1. 대략 봉 형상의 발광관 내부에 한 쌍의 전극이 배치되고, 상기 발광관의 양단에 축경(縮經)부 및 봉지부가 형성된 방전 램프와,

   상기 방전 램프의 발광부 영역에서, 발광관과 평행하게 연장되는 램프 배치 공간이 형성된 냉각 재킷과,

   상기 방전 램프를 상기 램프 배치 공간 내에 지지하는 한 쌍의 램프 홀더를 구비하고,

   상기 발광관의 축이 거의 수평 상태로 지지되어 이루어지는 자외선 광원 장치로서,

   상기 발광관의 양단에, 축경부 상부를 향해 냉각풍을 송풍하는 냉각 수단과, 축경부 하부에 냉각풍을 배출하는 배출 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 자외선 광원 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 냉각 수단은, 상기 발광관 축경부를 향하도록 상기 램프 홀더에 형성된 송풍구와, 냉각풍공급 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선 광원 장치.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,

   상기 배출 수단은, 램프 홀더의 하부에 형성된 개구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선 광원 장치.

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