TWI753555B - 低壓水銀燈單元 - Google Patents

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TWI753555B TW109129416A TW109129416A TWI753555B TW I753555 B TWI753555 B TW I753555B TW 109129416 A TW109129416 A TW 109129416A TW 109129416 A TW109129416 A TW 109129416A TW I753555 B TWI753555 B TW I753555B
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鹿又憲紀
西田定治
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Abstract

本發明之目的為實現壽命長的低壓水銀燈單元。本發明之低壓水銀燈單元係具備：低壓水銀燈，係能夠面照射，在一個面中於一側配置有電極，且發光管以預定次數U字形狀地重複屈曲成預定的燈軸線方向長度；以及反射板，係將前述發光管的發光予以反射而朝向被照射物之方向；前述低壓水銀燈單元係在前述發光管之電極部附近的部位形成最冷部。

Description

低壓水銀燈單元
本發明係關於一種低壓水銀燈單元(low pressure mercury lamp unit)。
低壓水銀燈是將亮燈中的水銀蒸氣壓為100 Pa以下之水銀蒸氣中的電弧放電(arc discharge)之發光予以利用的放電燈。於發光管係主要使用有棒狀的玻璃管，且封入有Ar(氬)等稀有氣體與水銀或是水銀的汞齊(amalgam)(水銀與其他金屬之合金)。低壓水銀燈主要被利用於流水殺菌裝置、紫外線氧化水處理裝置等。進一步地，也可以作為被稱作紫外線消除型可抹除可程式化唯讀記憶體(UV EPROM：Ultra-Violet Erasable Programmable Read Only Memory)之IC(integrated circuit；積體電路)記憶體的資料消除用光源來利用。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第2820623號「照明器具」(公報發行日：1998.11.05)申請人：鹿島建設股份有限公司。 [專利文獻2]日本特開平7-240173號「放電燈以及燈裝置」(公開日：1995.09.12)申請人：東芝照明(Toshiba Lighting and Technology)股份有限公司。 [專利文獻3]日本特開平10-208698號「水銀蒸氣放電燈」(公開日：1998.08.07)申請人：岩崎電氣股份有限公司。
[發明所欲解決之課題]
現在，在用於流水殺菌、紫外線氧化水處理、IC記憶體的資料消除等之低壓水銀燈單元中，是以發光管的形狀能夠進行面照射的方式所形成。在習知上，關於此種面照射用的低壓水銀燈單元，有著燈壽命極端地短的問題點。
因此，本發明之目的為實現壽命長的低壓水銀燈單元。 [用以解決課題之手段]
有鑑於本發明之目的，本發明之低壓水銀燈單元係具備低壓水銀燈與反射板；前述低壓水銀燈係能夠面照射，在一個面中於一側配置有電極，發光管以預定次數U字形狀地重複屈曲成預定的燈軸線方向長度；前述反射板係將前述發光管的發光予以反射而朝向被照射物之方向；前述低壓水銀燈單元係在前述發光管之電極部附近的部位形成最冷部。
進一步地，在上述低壓水銀燈單元中，於前述反射板也可以形成有供冷卻空氣通過的複數個開口，局部地提高前述反射板中之電極部附近的開口率來讓冷卻空氣量變多而提高冷卻功效。
進一步地，在上述低壓水銀燈單元中，前述反射板中之電極部附近的開口可以是橢圓形，前述反射板中之電極部附近的開口以外的開口可以是圓形。
進一步地，在上述低壓水銀燈單元中，前述反射板中之電極部附近的開口也可以比前述反射板中之電極部附近的開口以外的開口還大的尺寸。
進一步地，在上述低壓水銀燈單元中，也可以將前述發光管之電極部附近的管徑相對粗地形成。
進一步地，在上述低壓水銀燈單元中，前述反射板也可以部分地降低U字部附近的開口率或是不設置開口，相對地防止發光管U字部的冷卻。 [發明功效]
根據本發明，能夠實現壽命長的低壓水銀燈單元。
以下，關於本發明之低壓水銀燈單元的實施形態，一邊參照隨附的圖式一邊詳細地進行說明。另外，針對相同要素附加相同參照符號，省略重複的說明。
[低壓水銀燈單元] (全體構成) 圖1是表示本實施形態之低壓水銀燈單元的圖，上層的圖是俯視圖，下層的圖是前視圖。如前視圖所示，在低壓水銀燈單元10中，發光管4係被設置於反射板6上。 發光管4典型來說係由石英玻璃所形成，以作為封入物來說，封入有水銀跟作為稀有氣體之代表的氬。
圖2A是圖1之前視圖所示的發光管之放大圖，是表示發光管之電極部附近的粗的管徑與U字部側部分之相對細的管徑之說明圖。為了容易理解，將管徑的差異誇張地圖示。發光管4的左端是內建了電極2a、2b之電極部4a，右端是屈曲部(U字形狀部)4b。如圖1的俯視圖所示，發光管4是以下的形狀：從內建了一方的電極2a之部分在長邊方向延伸(第1層)，在最初的U字部4b1屈曲而往電極2a方向折返而在長邊方向延伸(第2層)，一到達電極2a附近則再度U字形狀地折返而在長邊方向延伸(第3層)，在第二U字部4b2屈曲而往電極2a方向折返而在長邊方向延伸(第4層)，將此重複預定的次數而回到電極2a側，在內建了另一方的電極2b之端部結束。 藉由該發光管4的形狀，能夠對被照射物(也稱作「工件(work piece)」)進行面照射。
發光管4的各部分係與鄰接的部分靠近，且相互的燈軸線方向為平行。對於發光管的各部分係以長邊方向長度的中心線CL為基準，對電極部側的發光管部分附加參照符號「Te」，對U字部側的發光管部分附加參照符號「Tu」來說明。
反射板6典型來說係由鋁所形成，不過不限於此。於該反射板6係形成有供冷卻空氣通過之複數個開口(孔)9。開口9的配置典型來說是正格子狀。但是，開口的配置並不限於此。也可以是鄰接的開口的列與鄰接的開口的列恰好錯開半個格子的馬賽克(mosaic)狀等任意的配置。
參照圖1的前視圖，發光管4的發光是朝向上方的發光與在反射板6處反射而朝向上方的發光，藉此對被照射物(未圖示)照射。
在此對在本申請文件中所使用的用語進行定義。單純將此種形狀的低壓水銀燈稱作：「低壓水銀燈，係能夠面照射，於一側配置有電極，且發光管以預定次數U字形狀地重複屈曲成預定的燈軸線方向長度」。 「低壓水銀燈」係指發光管及發光管的封入物，「低壓水銀燈單元」係指低壓水銀燈及反射板等關連構件。 雖然在電極2a、2b側也有發光管的U字形狀部(將第2層與第3層、第4層與第5層、…予以連接的部分)，不過為了簡化說明，參照圖1以中心線CL為基準地將右半部分Tu稱作「U字部側」，將左半部分Te稱作「電極部側」。 進一步地，在發光管4中，將靠近最上側(圖中之例為第1層)與最下側(第8層)之電極的發光管部分稱作「發光管之電極部附近」。 進一步地，在反射板6之反射部6a內，將反射板中的與發光管之電極部附近對應的區域稱作「反射板中之電極部附近部分」。
(最冷部位置轉換之手段) 一般來說，對像低壓水銀燈這種金屬放電燈來說，被封入的金屬蒸氣壓會因應燈的最冷部之溫度而變化。低壓水銀燈的紫外線輸出係被亮燈時的發光管內之水銀蒸氣壓所左右。習知的低壓水銀燈之最冷部係位於U字部側的右端區域(參照圖4A)。水銀等封入物有停留在該最冷部之傾向。
在亮燈時，本來應該要對發光有貢獻的封入物會往U字部側的右端區域移動而積著，有局部的稀有氣體發光現象(在填充有氬的情形下為氬發光現象)會產生的情形。一旦產生稀有氣體發光，則得不到充分的照度(紫外線輸出)，於燈照度產生不均(mura)而均齊度(uniformity)會劣化。局部的發光係促進電極的劣化，電極物質會噴濺(sputter)而附著於電極附近的發光管內壁，全體的照度會降低。進一步地，燈壽命會極端地縮短。初期亮燈特性差，燈壽命終結的時間也變快。
以作為對策來說，本發明人們係藉由把最冷部的位置從U字部側的右端區域轉換到電極部附近來謀求燈壽命之改善。於最冷部係有封入物會積著的特性。在亮燈時，雖燈溫度會從電極附近緩緩地上升，不過若最冷部係位於離開電極的U字側，本來對發光有貢獻的封入物會蒸發不完全，燈電壓會降低而燈照度降低。藉由將最冷部設置在電極附近，使對發光有貢獻的封入物蒸發，藉此能夠抑制燈電壓、燈照度的降低，能夠期待燈壽命之長期化。
以作為最冷部之位置轉換的手段來說，為了在發光管之電極部附近形成比位於習知的U字部側的最冷部還低溫之部位，採用了下面的構成。 構成一：關於反射板，為了讓電極部附近更加冷，部分地提高開口率(=全開口的合計面積／反射板的面積)。例如，局部地提高反射板中之電極部附近部分的開口率來讓冷卻空氣量變多而提高冷卻功效。 構成二：關於發光管，比起其他部分將發光管之電極部附近的管徑變粗來增廣暴露於冷卻空氣的表面積而提高冷卻功效。 構成三：關於反射板，將離電極遠的U字部側的開口率部分地降低，或是不設置開口，相對地防止發光管U字部的冷卻。
關於構成一，要局部地提高反射板中之電極部附近的開口率，能夠採用各種構成。例如，可以如圖2B中的(A)所示般讓位於反射板中之電極部附近部分的開口相互連結而成為一個橢圓形的開口。也可以如圖2B中的(B)所示般將位於反射板中之電極部附近部分的開口設成更大的尺寸。在圖2B中，為了方便觀看而用粗線描繪已變形的開口。除此之外，也可以讓位於反射板中之電極部附近部分的開口的個數變多。
首先，進行用以確認本實施例之有利點／功效的實驗。在該實驗中，發光管在任一情形下皆使用構成二之將發光管之電極部附近的管徑變粗的本公司製之發光管。對於反射板，將構成一之局部地提高電極部附近部分的開口率且使用構成三之不在U字部側設置開口的本公司製的反射板之燈單元作為「實施例」，將使用別家公司製的反射板之燈單元作為「習知例」來進行比較實驗。經過預備實驗，關於最冷部之位置轉換的手段，判明了構成一、三的反射板之開口率差異的功效比起構成二相對地大的情形，這是因為反射板差異之資料是必需的。
在實驗中使用的燈單元(實施例)與用於比較而使用的單元(習知品)之規格(spec)係如下。
[表1]
  實施例 習知品 ( 比較例 )
燈電力[W] 200(設計值)
燈電壓[V] 1600±200(設計值)
燈電流[A] 0.1(設計值)
燈發光長(電極間長度)[mm] 5000
燈發光管的外徑[mm] φ10(電極部附近) φ9(電極部附近除外)
電極的徑[mm] φ13
電極的長度[mm] 44.2
反射板的全長[mm] 740
反射板的寬[mm] 105
反射板的材質 AL+耐酸鋁(alumite)(ART103) AL
反射板的開口徑[mm] φ6.5(電極部附近部分以外) 6.5×82.5(電極部附近部分) φ6.5
U字部側的開口 無 有
如表1所示，關於構成一之反射板的開口，在實施例中是採用圖2B中的(A)所示的形狀，把反射板的圓形的開口9設成φ6.5 mm，且讓位於電極部附近部分的開口9相互連結而設成橢圓形的開口(短軸6.5 mm與長軸φ82.5 mm)。在習知品中，開口9為φ6.5 mm。關於構成二之發光管，實施例與習知品一樣，電極部附近的粗的管徑為φ10 mm，U字部側部分的相對細的管徑為φ9 mm。關於構成三之反射板的開口，在實施例中，如圖4B所示般，於反射板中的離電極遠的U字部側6b係不設置開口9，使被供給至U字部側的冷卻空氣變少，且在習知品中如圖4A所示般設置φ6.5的開口。
(最冷部位置之轉換) 圖3是沿著本實施形態之低壓水銀燈單元的實施例之亮燈中的燈軸線方向而在複數個位置進行了測定的表面溫度之資料(〇)，也顯示了習知品之資料(●)作為比較例。 如下層所示的燈所示般，圖表橫軸的測定位置係將電極附近設成「位置1」，將中心部設成「位置3」，將U字部附近設成「位置5」，將位置1與位置3的中間設成「位置2」，將位置3與位置5的中間設成「位置4」。
整體地觀看圖表，習知品的最冷部係位於位置5的U字部。相對於此，在實施例中，最冷部係被轉換到位置1的電極部附近。進一步地，藉由在實施例中使用沒開口的反射板，習知品的最冷部的位置5之表面溫度41℃係上升到表面溫度54℃，確保不會成為最冷部。又，比起習知品的表面溫度，實施例的表面溫度係處在相對低的傾向。平均地觀看兩者的表面溫度，變低15℃左右。
圖4A及圖4B是概略地表示最冷部之部位的圖。如在圖4A以虛線的框所示，習知品的最冷部11a係在U字部。但是，如在圖4B以虛線的框所示，最冷部的位置轉換後，實施例的最冷部11b係被變更到電極部附近。
(低壓水銀燈單元的應用例) 圖5A是說明在使用本實施形態之低壓水銀燈單元10a來進行紫外線消除型EPROM之資料消除時的冷卻空氣之流動的圖。在收納有EPROM之托架(tray)22a的上方，低壓水銀燈單元10a係發光面向下地配置。裝置全體由排氣罩(hood)24所覆蓋。當風扇(fan)23a運轉時，吸氣流Fin與排氣流Fout產生，將低壓水銀燈單元10a予以冷卻。
圖5B是說明本實施形態之其他低壓水銀燈單元10b之利用例的圖，圖5B中的(A)是裝置的概略俯視圖，圖5B中的(B)是概略前視圖。在收納有被照射品(工件)之托架22b的上方，低壓水銀燈單元10b係發光面向下地配置，藉由穩定器32而亮燈。在該應用例中，上下兩層的複數個軸流風扇23b、23c係運轉而將低壓水銀燈單元10b予以冷卻。
(低壓水銀燈單元的壽命) 使用從滿足表1之實施例的規格的燈中選出的兩個樣本來顯示第1實施例及第2實施例之燈單元的壽命資料。習知品也是同樣地從滿足表1之習知品的規格的燈中選出的兩個樣本之壽命資料。
圖6是實施例的亮燈時間(燈壽命)之資料，且也顯示習知品的資料作為比較例。燈壽命係當成到低於初期照度之80%的時間點為止。 實施例之兩個燈即使亮燈時間超過6000小時，也維持在初期照度的大致80%。相對於此，習知品係在亮燈時間為200小時左右結束壽命。在本實施形態之燈中，確認了能夠實現將近習知品之30倍的長壽化。
圖7是表示實施例的壽命末期之照度的推移的資料。也用虛線表示習知品的資料作為比較例。習知品雖如圖6所示般在亮燈時間200小時左右結束壽命，不過壽命末期之照度如在圖7以虛線所示般為6.8 mW/cm2 左右。相對於此，實施例的兩個燈即使在壽命末期也維持大致8.0 mW/cm2 (初期照度的80%)。因此，確認到實施例是長壽化燈且在壽命末期也能夠維持所期望的照度。
圖8及圖9是表示進一步地使用別的燈進行了實驗的本實施形態之低壓水銀燈單元的壽命末期之照度的推移的資料。也用虛線表示習知品的資料作為比較例。兩個燈即使在壽命末期也維持初期照度的大致80%。因此，確認到實施例是長壽化燈且在壽命末期也能夠維持所期望的照度。
[本實施形態之有利點／功效] (1)如在本實施形態已說明般，藉由提高反射板中之電極部附近的開口率，如圖3所示般能夠將最冷部的位置從U字部附近往電極部附近轉換。 (2)藉由將發光管之電極部附近的管徑相對粗地形成，能夠提高電極部附近的冷卻效率且促進將最冷部的位置從U字部附近往電極部附近轉換的情形。 (3)如圖3所示，比起習知品，能夠相對地降低實施例之燈的表面溫度。 (4)如圖6所示，藉由轉換最冷部的位置，比起習知品，能夠將實施例的燈壽命延長近30倍。 (5)如圖7至圖9所示，藉由轉換最冷部的位置，能夠確認到實施例的燈係壽命末期的照度之降低情形少。
[總結] 以上，針對本發明之低壓水銀燈單元的實施形態進行了說明，不過本發明並不限於此。本發明之技術性範圍係由隨附的申請專利範圍之記載所決定。
2a,2b:電極 4:發光管 4a:電極部 4b:屈曲部(U字形狀部) 4b1,4b2:U字部 6:反射板 6a:反射部 6b:U字部側 9:開口(孔) 10,10a,10b:低壓水銀燈單元 11a,11b:最冷部 22a,22b:托架 23a:風扇 23b,23c:軸流風扇 24:排氣罩 32:穩定器 CL:中心線 Fin:吸氣流 Fout:排氣流 Te:電極部側的發光管部分 Tu:U字部側的發光管部分
[圖1]是表示本實施形態之低壓水銀燈單元的圖，上層的圖是俯視圖，下層的圖是前視圖。 [圖2A]是關於圖1之低壓水銀燈單元的前視圖所示的發光管，是說明將發光管之電極部附近的管徑相對地變粗之情形的圖。 [圖2B]是關於圖1之低壓水銀燈單元的前視圖所示的反射板，是說明將反射板中之電極部附近部分的開口率相對地提高之情形的圖。 [圖3]是在本實施形態之低壓水銀燈單元的長邊方向之複數個位置進行了測定的表面溫度之圖表(graph)，也將習知的低壓水銀燈單元的資料予以作圖(plot)來作為比較例。 [圖4A]是表示習知的低壓水銀燈單元的最冷部之位置的圖。 [圖4B]是表示本實施形態之低壓水銀燈單元的最冷部之位置的圖。 [圖5A]是說明在使用本實施形態之低壓水銀燈單元來進行紫外線消除型IC記憶體之資料消除時的冷卻空氣之流動的圖。 [圖5B]是說明本實施形態之其他低壓水銀燈單元之利用例的圖。 [圖6]是本實施形態之低壓水銀燈單元的亮燈時間(燈壽命)之資料。 [圖7]是表示本實施形態之低壓水銀燈單元到壽命末期為止之照度的推移的資料。 [圖8]是表示本實施形態之低壓水銀燈單元到壽命末期為止之照度的推移的資料。 [圖9]是表示本實施形態之低壓水銀燈單元到壽命末期為止之照度的推移的資料。
2a,2b:電極
4:發光管
4a:電極部
4b:屈曲部(U字形狀部)
4b1,4b2:U字部
6:反射板
6a:反射部
6b:U字部側
9:開口(孔)
10:低壓水銀燈單元
CL:中心線
Te:電極部側的發光管部分
Tu:U字部側的發光管部分

Claims (5)

  1. 一種低壓水銀燈單元，係具備低壓水銀燈與反射板；前述低壓水銀燈係能夠面照射，於一側配置有電極，且發光管以預定次數U字形狀地重複屈曲成預定的燈軸線方向長度；前述反射板係將前述發光管的發光予以反射而朝向被照射物之方向；於前述反射板係形成有供冷卻空氣通過的複數個開口，局部地提高前述反射板中之電極部附近的開口率來讓冷卻空氣量變多而提高冷卻功效，藉此在前述發光管之電極部附近的部位形成最冷部。
  2. 如請求項1所記載之低壓水銀燈單元，其中前述反射板中之電極部附近的開口為橢圓形，前述反射板中之電極部附近的開口以外的開口為圓形。
  3. 如請求項1或2所記載之低壓水銀燈單元，其中前述反射板中之電極部附近的開口係比前述反射板中之電極部附近的開口以外的開口還大的尺寸。
  4. 如請求項1或2所記載之低壓水銀燈單元，其中前述反射板係部分地降低U字部附近的開口率或是不設置開口，相對地防止發光管U字部的冷卻。
  5. 一種低壓水銀燈單元，係具備低壓水銀燈與反射板；前述低壓水銀燈係能夠面照射，於一側配置有電極，且發光管以預定次數U字形狀地重複屈曲成預定的燈軸線方向長度；前述反射板係將前述發光管的發光予以反射而朝向被照射物之方向；將前述發光管之電極部附近的管徑相對粗地形成，藉此在前述發光管之電極部附近的部位形成最冷部。
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