TWI455173B - Metal halide lamp - Google Patents

Description

金屬鹵素燈

本發明係關於一種金屬鹵素燈，其係照射紫外線而用於塗料之硬化或功能性高分子薄膜之光反應等，且特別適合於水冷式者，更詳細而言，本發明係欲抑制於使水冷式之金屬鹵素燈點燈之情形時之電極周邊的黑化者。

日本專利特開平8-148121(先前技術1)之將電極封裝於放電空間之兩端之紫外線照射燈係保持於包含內管與外管之雙重管型水冷夾套內。於放電空間內，添加有汞與稀有氣體、以及鐵、錫、鉈等之金屬鹵化物中之至少一種。繼而，於1至10個氣壓程度之汞蒸汽中進行電弧放電，封入金屬化合物而實現幅度較廣之長波長區域之發光。

上述專利文獻1之技術係電極間距離為1000mm以上之所謂之長電弧之Fe(鐵)系金屬鹵素燈。對於該金屬鹵素燈而言，為了延長燈之壽命，必需進行冷卻，為了進行確實之冷卻而使用水冷式。於使用水冷式之情形時，必需於燈之電極周邊之放電空間之外表面上塗佈保護膜，以不使電極之溫度下降，但於點燈時保護膜飛散，導致水冷夾套受到污染，因此無法進行塗佈。

因此，所封入之鐵與作為電極之主成分之鎢合金化而形成低熔點，鎢與鐵之合金量越增加，則於點燈時，鐵越容易侵蝕至石英玻璃而產生黑化。發光長度越長，則越需要增加鐵之封入量，因此，存在因發光長度變長而導致黑化更加顯著之問題。

本發明之目的在於提供一種金屬鹵素燈，其即便於一面利用水冷式進行冷卻，一面點燈之環境下，亦可藉由對鎢電極與封入於放電空間之鐵之含量加以限制而抑制電極周邊之黑化。

以下，一面參照圖式，一面對本發明之最佳實施形態進行詳細說明。

圖1~圖3係用以說明與本發明之金屬鹵素燈相關之一實施形態之圖，圖1係基本構造圖，圖2係圖1之重要部分之放大圖，圖3係圖1之Ia-Ib剖面圖。

圖1中，於由具有紫外線透過性之石英玻璃製且形成有放電空間10之氣密容器11之長度方向兩端的內部，隔開間隔地配置有例如由鎢材料所形成之電極121、122。氣密容器11例如係由外徑Φ為27.5mm、壁厚m為2.25mm、發光長度L為2000mm之單重管所構成。

電極121、122分別經由內部引線131、132而焊接於鉬箔141、142之一端。於鉬箔141、142之他端焊接有未圖示之外部引線之一端。對自氣密容器11之內部引線131、132至外部引線之一端為止之氣密容器11進行加熱，將鉬箔141、142之部分密封。

再者，鉬箔141、142只要係接近於形成氣密容器11之石英玻璃之熱膨脹係數之材料即可，使用通常之鉬作為適合於該條件之材料。

一端分別連接於鉬箔141、142之外部引線將供電用之引線161、162絕緣密封，並且連接於未圖示之電源電路，其中該引線161、162係於具有耐熱性與絕緣性之例如陶瓷製之插座151、152之內部電性連接者。

於氣密容器11內，作為封入物，以1.3kPa封入有作為用以維持電弧放電之稀有氣體之足夠量的氬氣，且封入有汞以及作為用以發出紫外光之金屬之鐵、碘化汞、錫。

再者，作為用以發出紫外線之光之金屬，亦可使用溴化汞來代替碘化汞，使用鉈來代替錫。只要封入有鐵以及錫、銦、鉍、鉈、錳中之至少兩種即可。

如圖2所示，於電極121與122間之放電容器11之外表面，一體地形成前端為尖塔或帶有圓形之形狀之突起17。可於放電容器11之圓周方向上形成至少一個突起17，但亦可如圖3所示，形成複數個突起17。使突起17於已安裝之狀態下到達至少下側之位置。於形成有複數個突起17之情形時，該等突起17未必位於同一圓周上，亦可位於偏離同一圓周之位置。進而，突起17形成於放電容器11之長度方向上之至少一個部位。於上述突起17形成於複數個部位之情形時，於軸方向上亦可不位於同一條線上。

突起17係與用以將稀有氣體等之封入物封入至放電容器11內之亦稱為片紋之排氣管痕相區別。所設置之突起17距離放電容器11之外周面之高度係為高於排氣管痕之高度。再者，排氣管痕未必為必需者，亦可藉由利用對放電容器11進行密封之部分而省略該排氣管痕。

突起17之高度規定係取決於與燈之水冷之冷卻機構之位置關係，因此並無特別之規定，但若考慮不與冷卻機構接觸，以及不對其他特性造成影響，則較好的是1~3mm左右。

於氣密容器11之表面形成突起17，藉此，即便於產生冷卻機構與氣密容器11相接觸之位置關係之情形時，氣密容器11亦會經由突起17而與冷卻機構接觸。藉此，可抑制氣密容器11之局部極端地受到冷卻，從而可抑制易於聚集於受到冷卻之部分之氣密容器11的汞之聚集。可抑制因汞聚集而產生之蒸汽壓，可抑制燈電壓之下降而防止燈照明度之下降。

對於以上述方式構成之金屬鹵素燈而言，若對電極121、122供給2300V之燈電壓、10.3A之燈電流、以及11.5V/cm之電位梯度D，則可發出於365nm附近具有高發光強度之紫外線之光。

圖4係用以說明相對於鎢(W)之鐵(Fe)分量不同之合金之狀態下與熔點溫度之關係的說明圖。

亦即，與鐵形成合金之前的W之熔點溫度為3410℃，相對於此，FeW(W、Fe之合金，Fe分量小)之熔點溫度為1216℃，Fe₂ W(W、Fe之合金，Fe分量多)之熔點溫度為1016℃，該熔點溫度為鎢單體之熔點溫度之1/3左右。因此，若熔點溫度變低，則鐵分量增加之合金化得以進行，導致加快產生由鐵成分所引起之電極附近之黑化現象。

圖5係用以說明當每單位長度之燈輸入為50~160W/cm時，使相對於放電空間容積之鐵之封入量M(mg/cc)分5個階段而自0.001變化至0.2為止之情形時，黑化與365nm附近之紫外線強度之實驗結果的說明圖。

圖5表明：若鐵之封入量M(mg/cc)為0.001，則雖然不會產生黑化，但紫外光之強度未達到基準。於鐵之封入量M(mg/cc)為如0.16或0.20般較多之情形時，雖然紫外光之強度達到基準，但已產生黑化。

於鐵之封入量M(mg/cc)分別為0.002、0.003、0.15之情形時，可獲得既未產生黑化，紫外光之強度亦滿足基準者。

因此，若將相對於放電空間容積之鐵之封入量M(mg/cc)設為0.20，則鐵會蓄積於燈冷卻時之燈最冷部即電極周邊，導致產生黑化。可藉由將相對於放電空間容積之封入鐵量M(mg/cc)設為0.15而防止黑化。

亦如圖4所說明般，相對於放電空間容積之鐵之封入量M(mg/cc)越多，則鎢電極中之鐵之合金量越會增加。隨之，電極之熔點溫度下降，在點燈時，於電極附近之氣密容器11處產生由已蒸汽化之鐵對氣密容器11造成侵蝕而產生之黑化現象。

由此，鐵之封入量M(mg/cc)之限制係可防止氣密容器11之電極121、122附近之黑化現象，且可確保所放射之紫外線之強度。

如此，當每單位長度之燈輸入為50~160W/cm時，相對於放電空間容積而設定0.002≦M≦0.15之關係，藉此可抑制黑化。對於黑化之抑制即為對於紫外線之強度下降之抑制，從而有利於燈之長壽命化。

圖6、圖7係用以對將本發明之金屬鹵素燈用於具備水冷式之冷卻機構之紫外線照射裝置的情形時之實施例進行說明之圖，圖6係系統構成圖，圖7係圖6之IIa-IIb線剖面圖。

紫外線照射裝置係由金屬鹵素燈100與水冷單元200構成。金屬鹵素燈100與水冷單元200係藉由安裝於金屬鹵素燈100之插座151、152之間隔件25a、25b而以特定之間隔受到定位。

水冷單元200係由圓筒狀之石英玻璃等之透明之材料所形成，其具備內管21與設置於該內管21之外側之外管22，且成為雙重管構造。金屬鹵素燈100內包於內管21。

水等之冷卻液24自外部經由設置於外周端部之連接管23a、23b而於水冷單元200中循環。如圖7所示，自連接管23a輸入溫度較低之冷卻液24，然後自連接管23b輸出對金屬鹵素燈100進行冷卻而變暖之冷卻液24。在經過內管21、外管22之間之過程中因金屬鹵素燈100而變暖之流出水，例如經冷卻而再次自連接管23a輸入，從而對冷卻液24進行再利用。

於外管22之外表面上黏附有包含金屬氧化物之金屬氧化物膜。作為該金屬氧化物，可考慮氧化鈦(TiO₂ )、氧化鈰(CeO₂ )、氧化鋅(ZnO₂ )、氧化錫(SnO₂ )、以及氧化鋯(ZrO₂ )，金屬氧化物膜係由該等金屬氧化物中之至少一種以上所構成。金屬氧化物膜之成分已經調整，以吸收自金屬鹵素燈100放射出之光中之300nm以下的波長成分。

而且，若自金屬鹵素燈100放射出紫外光，則黏附於外管22之外表面之金屬氧化物膜會吸收300nm以下之波長成分。因此，使對於樹脂之硬化有效之300~430nm之波段之紫外線透過水冷單元200，並照射至樹脂等之被照射物。

然而，考慮到於將水冷單元200之內管21之直徑設為32mm，將外管22之直徑設為36mm之情形時，使金屬鹵素燈100於水冷單元200內電力保持恆定之時刻。

此處所使用之金屬鹵素燈即便為水冷式亦可抑制黑化，因此可延長燈之壽命，從而可提高紫外線照射裝置之維護性。

10．．．放電空間

11．．．氣密容器

17．．．突起

21．．．內管

22．．．外管

23a、23b．．．連接管

24．．．冷卻液

25a、25b．．．間隔件

100．．．金屬鹵素燈

121、122．．．電極

131、132．．．內部引線

141、142．．．鉬箔

151、152．．．插座

161、162．．．引線

200．．．水冷單元

m．．．壁厚

L．．．發光長度

Φ．．．外徑

圖1係用以說明與本發明之金屬鹵素燈相關之一實施形態之基本構造圖。

圖2係圖1之重要部分之放大圖。

圖3係圖1之Ia-Ib線剖面圖。

圖4係用以說明相對於鎢之鐵之合金量之狀態下與熔點溫度的關係之說明圖。

圖5係用以說明由鐵之含量產生之黑化頻率、對於特定波長強度之影響之關係的說明圖。

圖6係用以對將本發明之金屬鹵素燈用於具備水冷式之冷卻機構之紫外線照射裝置之情形時的實施例進行說明之系統構成圖。

圖7係圖6之IIb-IIb線剖面圖。

10．．．放電空間

11．．．氣密容器

17．．．突起

121、122．．．電極

131、132．．．內部引線

141、142．．．鉬箔

151、152．．．插座

161、162．．．引線

m．．．壁厚

L．．．發光長度

Φ．．．外徑

Claims (5)

1. 一種金屬鹵素燈，其特徵在於包括：氣密容器，其由紫外線透過性之材料形成有具有氣密性之放電空間；一對耐火性金屬製之放電電極，其封裝於上述氣密容器，且對向地配置於上述放電空間；及封入物，其包含錫、鉍、鉈及錳中任一種之金屬、為於上述放電空間中維持電弧放電之足夠量之稀有氣體、汞、鐵及鹵素；且上述封入物之鐵之封入量M(mg/cc)相對於上述放電空間之容積係設為0.002≦M≦0.15之關係。
2. 如請求項1之金屬鹵素燈，其中上述氣密容器配置於水冷管單元內，該水冷管單元使冷卻液於包含內管與外管之冷卻管之內管與外管間流動而進行冷卻。
3. 如請求項1之金屬鹵素燈，其中不論有無將上述封入物導入之管痕，於上述氣密容器之外周成一體地形成有突起。
4. 如請求項1之金屬鹵素燈，其中上述突起於形成有上述管痕之情形時，形成為高於該管痕。
5. 如請求項1之金屬鹵素燈，其中上述突起於燈長度方向上設置於複數個部位。