TWI459432B - 金屬鹵化物燈 - Google Patents

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TWI459432B
TWI459432B TW098116415A TW98116415A TWI459432B TW I459432 B TWI459432 B TW I459432B TW 098116415 A TW098116415 A TW 098116415A TW 98116415 A TW98116415 A TW 98116415A TW I459432 B TWI459432 B TW I459432B
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Atsushi Fujioka
Akihiko Tauchi
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金屬鹵化物燈
本發明係關於用於固化一紫外線可固化塗佈材料、一機能性聚合物膜等等的光化反應之一金屬鹵化物燈，及更詳言之係關於一金屬鹵化物燈，該金屬鹵化物燈可藉由控制密封入該燈的一水銀量及最小化該燈與一隨時間變化或類似物相關之紫外線強度的退化、一氣密管的彎曲、消光或閃光，而與一水冷卻系統一起操作。
在日本專利申請案JP-A 03-250549號(KOKAI)(參考文獻1)中揭示一用於一紫外線照射之金屬鹵化物燈，其包含在一氣密管中與鐵及水銀一起封入的金屬鉈或鉈鹵化物，以便產生具有一約365 nm波長的一高強度光發射，同時減少具有一340 nm或以下較短波長之紫外光發射。
對於在參考文獻1中描述的該燈，有需要控制一發光管溫度在600至850℃內以便確保用於該燈的一穩定照明條件。如果溫度變得高於850℃，該封入的鐵滲入該氣密管內以引起一變黑現象，因此造成紫外線強度的退化或彎曲該燈。因此，藉由一水冷卻的一間接冷卻方法可用於降低該燈溫度。為改良其冷卻效率，有需要在該燈與該冷卻區段之間保持一約幾毫米的間隙。
隨著這些年來該系統尺寸上的一增加，出現延長該燈的需要。在該水冷卻系統中，該間隙僅設定為約幾毫米，由於該燈中增加的溫度，因此一延長的燈相對容易彎曲，且該燈及一水冷卻區段可能會彼此相接觸。在該燈與該水冷卻區段之間的此接觸吸引在該燈中該接觸區域周圍的水銀，引起較低蒸汽壓，及因此一燈電壓將下降。出現紫外線的一強度顯著減少之一問題。
本發明之其中一目的是藉由控制在該燈中封入的一水銀量來提供能以一水冷卻系統操作的一金屬鹵化物燈，以便不僅防止一氣密管與一隨時間變化關聯的紫外線強度的退化及彎曲，且亦防止該燈的消光或閃光。
用以實現本發明之實施例將參考圖式在下面詳細描述。圖1顯示用於圖示說明本發明的一金屬鹵化物燈的一實施例的一基本結構圖。
詳言之，由例如一鎢材料製成的電極121、122係配置在一氣密管11內沿一縱軸方向的兩端上，該氣密管11由具有紫外線透射屬性的石英玻璃製成並於其中形成一放電空間10。該氣密管11經組態為一單層管，舉例言之該管具有一27.5 mm之外直徑Φ，一1.5 mm之厚度m及一2000 mm之光發射長度L。
該等電極121、122係經由內導線131、132焊接至由鉬製成之金屬箔141、142的一端。未圖示之外導線的一端焊接至該等金屬箔141、142的另一端。圍繞該等金屬箔141、142的區域係藉由加熱該氣密管11而自該氣密管11的該等內導線131、132至該等外導線的一端被予以密封。
該等金屬箔141、142可由任何材料製成，只要該材料具有一相似於組態該氣密管11之石英玻璃之熱膨脹係數。舉例言之，可使用鉬。用於供應電源而被電連接至位在由例如陶瓷所製成的插座151、152內的該等外導線之導電線161、162(其等一端被連接至該等金屬箔141、142)係被密封成一絕緣狀態之且被連接至一未圖示的電源電路。
一足夠量的氬氣(其為一稀有氣體)係在該氣密管11內在1.3 kPa下與水銀、及鐵、錫、銦、鉍、鉈及錳(其等為用於發射紫外線的金屬)之至少一者以及鹵素一起被封入以用於保持一電弧放電。
給定用於該燈的一穩定照明條件係具有一燈電壓2300 V及一燈電流10.4 A，此將在下面描述。如果該管直徑小於27.2 mm，在該電弧及該發光管之間的一距離變得短，且由於在該發光管中增加的溫度，其導致該燈變黑、無光澤或彎曲。同時如果該管直徑大於28.8 mm，在該水冷卻管及該發光管之間的一距離變小，且由於較低燈電壓而導致亮度的減少。因此，以下將針對具有在27.2至28.8 mm範圍內一管直徑之一燈進一步描述。
當一電位梯度D為4.9 V/cm或更低，及在該放電空間10中每立方釐米體積一水銀量為0.39 mg時，該氣密管11的上部分的溫度增加至850℃或更高，該封入的鐵滲入由石英玻璃製成的該氣密管11中，引起該燈變黑、無光澤或彎曲的一現象。
當該電位梯度D為15.1 V/cm或更高且在該放電空間10中每立方釐米體積該水銀量為1.21 mg，引起閃光或消光，因此無法達成一穩定照明條件。
另一方面，當該電位梯度D為11.5 V/cm及在該放電空間10中每立方釐米體積該水銀量為0.9 mg在一穩定照明狀態時，可避免該燈變黑、無光澤及彎曲。
亦發現當該燈在該電位梯度D為15.0 V/cm或以下，且在該發光管中每立方釐米體積該水銀量M為1.2 mg或以下之該條件下照明時，由於一減少的電流值可避免閃光或消光。
圖3顯示在一電位梯度(V/cm)及一水銀量(mg/cc)之間的一關係。自圖3可瞭解該電位梯度(V/cm)及該水銀量(mg/cc)係成比例關係。自該實驗結果可瞭解當該管直徑在27.2至28.8 mm之一範圍內及該電位梯度D在5至15 V/cm的範圍內且該水銀量M在0.4至1.2 mg/cc的範圍內時，可避免該燈變黑、無光澤及彎曲。
圖4是根據本發明在增加的溫度被設定為850℃或更低且連同一比較性實例一起圖示說明在該氣密管11之該上部分之溫度中變化的一說明圖。
圖4顯示藉由沿著自圖2中顯示的該電極121的距離100 mm，測量在該氣密管11的該上部分中溫度變化獲得的結果。以該燈輸入功率為120 W/cm，資料是當該水銀量分別為0.34 mg/cc及0.90 mg/cc時獲得。
自圖4可瞭解當該水銀量為0.34 mg/cc時，即使在一遠離該電極100 mm之位置該溫度超過850℃。相反，當該水銀量為0.90 mg/cc時，即使在被視為具有最高溫度處之該電極附近，該溫度為約820℃。
由此結果可知，當該管直徑為27.2至28.8 mm及該氣密管的每單位長度該燈輸入功率為50至120 W/cm，及該電位梯度及該水銀量分別在一關係為5至15 V/cm及0.4至1.2 mg/cc時，在該氣密管11的上部分中該溫度可調整為850℃或更低。結果，其便可防止該燈變黑、無光澤及彎曲。
圖5及圖6是用於圖示說明本發明的該金屬鹵化物燈被用於具有一水冷卻機構的一紫外線照射裝置的一實施例。圖5是一系統組態圖，且圖6是沿著圖5的線I-I'截取的一截面圖。
該紫外線照射裝置由一金屬鹵化物燈100及一水冷卻單元200組成。該金屬鹵化物燈100及該水冷卻單元200係藉由附接至該金屬鹵化物燈100的插座151、152之間隔物41a、41b而以一特定間隔定位。
該水冷卻單元200由一透明材料，諸如一圓柱形石英玻璃製成且具有一雙管結構，該雙管結構包括一內管21及一提供在其外部的一外管22。該金屬鹵化物燈100位於該內管21內部。
該水冷卻單元200具有一冷卻液24，諸如經由設置在外部周圍邊緣的連接管23a、23b而自外部循環的水。如在圖6中顯示的，具有一低溫度之該冷卻液24係經由該連接管23a饋送一，且在冷卻該金屬鹵化物燈100之後變熱的冷卻液24係經由該連接管23b排出。該排出之變熱的冷卻液24經冷卻且再次經由該連接管23b饋送。
一包含金屬氧化物的金屬氧化物膜塗佈在該外管22的該外部表面上。該金屬氧化物由Ti O2 、Ce O2 、Zn O2 、Sn O2 及Zr O2 之至少一個構成。
該金屬氧化物膜包含調適以吸收自該金屬鹵化物燈100發射的具有一波長小於300nm之光之元件。
當該金屬鹵化物燈100發射光時，塗佈在該外管22的該外部表面上之該金屬氧化物膜具有一小於300nm之波長。因此，具有一在300至430nm範圍內波長之紫外光(其可有效用於固化一樹脂材料)係經由該水冷卻單元200發射至一照射的物件，諸如一樹脂塗層。
舉例言之，給定該水冷卻單元200的該內管21具有一32mm之直徑及該外管22具有一36mm之直徑，該金屬鹵化物燈100在該水冷卻單元200中照明。
當該燈以該電位梯度D為5.0V/cm或更多且在該發光管中每立方釐米體積該水銀量M為0.4mg或更多來照明時，可減少該氣密管11的該上部分由於電弧的曲率而造成溫度的增加。結果，可防止在該金屬鹵化物燈100與該水冷卻單元200的該內管21之間的一接觸，及可避免變黑及無光澤。在該金屬鹵化物燈100的溫度中一適度增加亦有助於防止閃光或消光。
10‧‧‧放電空間
11‧‧‧氣密管
21‧‧‧內管
22‧‧‧外管
23a‧‧‧連接管
23b‧‧‧連接管
24‧‧‧冷卻液
41a‧‧‧間隔物
41b‧‧‧間隔物
100‧‧‧金屬鹵化物燈
121‧‧‧電極
122‧‧‧電極
131‧‧‧內導線
132‧‧‧內導線
141‧‧‧金屬箔
142‧‧‧金屬箔
151．．．插座
152．．．插座
161．．．導電線
162．．．導電線
200．．．水冷卻單元
圖1是用於圖示說明本發明的一實施例的一基本結構圖。
圖2是顯示圖1的一部分放大圖的一結構圖。
圖3是用於圖示說明在一電位梯度(V/cm)與一水銀量(mg/cc)之間一關係的一示意圖。
圖4是用於圖示說明本發明的一效應的一示意圖。
圖5是用於圖示說明使用本發明的該金屬鹵化物燈的一紫外線照射裝置之一實例的一系統組態圖。
圖6是沿著圖5的線I-I'截取的一截面圖。
10．．．放電空間
11．．．氣密管
121．．．電極
122．．．電極
131．．．內導線
132．．．內導線
141．．．金屬箔
142．．．金屬箔
151．．．插座
152．．．插座
161．．．導電線
162．．．導電線

Claims (7)

  1. 一種金屬鹵化物燈，其包括：氣密管，該氣密管由具有紫外線透射屬性的材料製成並具有氣密性的放電空間；冷卻單元，其包含：構成為容納(house)該氣密管之內管、及該內管外側之外管，且該冷卻單元包括形成於該內管與該外管之間的通道，該通道係構成為允許冷卻液體通過以冷卻該氣密管；一對放電電極，該對放電電極經配置以在該放電空間內沿該放電空間之軸向彼此相面對；及封入物質，其包括鹵素及金屬以發射紫外光，該封入物質與稀有氣體及水銀一起被封入該放電空間中；其中該燈處在穩定照明狀態時之電位梯度D(V/cm)係經測定為落在5.0至15.0的範圍內，且在該氣密管中針對每立方釐米體積之該封入物質中的該水銀量M(mg/cc)係經測定為落在0.4至1.2的範圍內。
  2. 如請求項1之金屬鹵化物燈，其中用於發射該紫外光之該金屬係選自鐵、錫、銦、鉍、鉈及錳中之至少一者。
  3. 如請求項1之金屬鹵化物燈，其中該氣密管具有28.8±0.8mm之管直徑。
  4. 如請求項2之金屬鹵化物燈，其中該氣密管被配置在冷卻單元內。
  5. 如請求項2之金屬鹵化物燈，其中該氣密管具有28.8±0.8mm之管直徑。
  6. 如請求項1之金屬鹵化物燈，其中該氣密管具有28.8±0.8mm之管直徑。
  7. 如請求項4之金屬鹵化物燈，其中該氣密管具有28.8±0.8mm之管直徑。
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