JP2009283227A

JP2009283227A - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JP2009283227A
Application number: JP2008132858A
Authority: JP
Inventors: Jun Fujioka; 純藤岡; Akihiko Tauchi; 亮彦田内
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2028-05-21
Also published as: CN101587816B; CN101587816A; JP5217021B2; TWI459432B; TW201003723A

Abstract

【課題】ランプに封入する水銀量を制限することにより、経年変化等にともなう気密容器の曲がりを抑えることで水冷式の冷却に適したメタルハライドランプを実現する。
【解決手段】紫外線透過性の石英ガラスで気密性を有する放電空間１０を備えた気密容器１１内の軸方向に一対の放電用の電極１２１，１２２を対向して配置する。放電空間１０内でアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀とともに、適量の紫外光を発光させる金属およびハロゲンを封入する。気密容器１１の単位長さ当たりのランプ入力電力が５０〜１２０Ｗ／ｃｍのとき、安定点灯時の電位傾度Ｄ（Ｖ／ｃｍ）を５．０＜Ｄ＜１５．０とした。これにより、経年変化等にともなう気密容器の曲がりを抑えることで水冷式の冷却に適したメタルハライドランプを実現できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、紫外線硬化塗料の硬化や機能性高分子フィルムの光反応などに用いられるメタルハライドランプに関する。

従来のメタルハライドランプは、金属タリウムあるいはハロゲン化タリウムを、鉄と水銀とともに、気密性容器に封入することにより３４０ｎｍ以下の短波長の紫外線を抑制して３６５ｎｍ近辺に高い発光強度を持つ紫外線照射ランプが知られている。（例えば、特許文献１）
特開平０３-２５０５４９号公報

上記した特許文献１の技術は、ランプの安定点灯を確保するためには６００〜８５０℃の発光管温度の管理が必要である。８５０℃以上になると、封入された鉄が気密容器に含浸し黒化の現象が生じ、紫外線放射強度の低下やランプ曲がりに繋がる。このため、ランプの温度を低下させるために、水冷方式による間接的な冷却方式が用いることが考えられる。冷却方式での冷却効率を上げるには、ランプと冷却部との間隔を数ｍｍ程度に保持する必要がある。

しかしながら、近年システムの大型化にともないランプの長尺化の要請がある。水冷方式の場合、数ｍｍ程度の間隔しかないばかりか、長尺化によるランプの温度上昇でランプの曲がりが発生し、ランプと水冷冷却部との接触することが考えられる。ランプと水冷冷却部との接触が生じると、接触部分にランプ内の水銀が集まることで蒸気圧が低下し、これに伴ってランプ電圧が低下する。この結果紫外線放射強度が下がる問題があった。

この発明の目的は、ランプに封入する水銀量を制限することにより、前述のように経年変化等にともなう紫外線放射強度の低下や気密容器の曲がりを抑制させるだけでなく、ランプ立ち消えやちらつきを抑えることで水冷式の冷却に適したメタルハライドランプを提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明のメタルハライドランプは、紫外線透過性の材料で気密性を有する放電空間を備えた気密容器と、前記気密容器の軸方向の該気密容器内に対向して配置された一対の放電用の電極と、前記放電空間内でアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀とともに、適量の紫外光を発光させる金属およびハロゲンからなる封入物と、からなるメタルハライドランプにおいて、前記気密容器の単位長さ当たりのランプ入力が、５０〜１２０Ｗ／ｃｍのとき、安定点灯時の電位傾度Ｄ（Ｖ／ｃｍ）を５．０＜Ｄ＜１５．０の関係としたことを特徴とする。

この発明によれば、ランプに封入する水銀量を制限することにより、経年変化等にともなう紫外線放射強度の低下や気密容器の曲がりを抑制させるだけでなく、ランプ立ち消えやちらつきを抑えることで水冷式の冷却に適したメタルハライドランプを得ることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、この発明のタルハライドランプに関する一実施形態について説明するための基本構造図を示している。
すなわち、紫外線透過性を有する石英ガラス製で放電空間１０を形成する気密容器１１の長手方向両端の内部には、例えばタングステン材の電極１２１，１２２が配置される。気密容器１１は、例えば外径φが２７．５ｍｍ、肉厚ｍが１．５ｍｍ、発光長Ｌが２０００ｍｍの一重管で構成される。

電極１２１，１２２はそれぞれインナーリード１３１，１３２を介してモリブデン箔１４１，１４２の一端に溶接される。モリブデン箔１４１，１４２の他端には、図示しないアウターリードの一端を溶接する。モリブデン箔１４１，１４２の部分は気密容器１１のインナーリード１３１，１３２からアウターリードの一端までの気密容器１１を加熱して封止する。

モリブデン箔１４１，１４２は、気密容器１１を形成する石英ガラスの熱膨張率に近い材料であれば何でもよいが、この条件に適したものとしてモリブデンを使用する。モリブデン箔１４１，１４２に一端がそれぞれ接続されたアウターリードには、例えばセラミック製のソケット１５１，１５２の内部で電気的に接続された給電用のリード線１６１，１６２を絶縁封止するとともに図示しない電源回路に接続される。

気密容器１１内には、アーク放電を維持させるための希ガスである十分な量のアルゴンガスが１．３ｋＰａで、水銀それに紫外光を発光させるための金属である鉄、スズ、インジウム、ビスマス、タリウム、マンガンのうちの少なくとも１種とハロゲンが封入されている。

ここで、ランプ電圧が２３００Ｖ、ランプ電流が１０．４Ａでランプが安定に点灯されている場合について考える。ここで、管径が２７．２ｍｍ以下だとアークと発光管との距離が近くなり、発光管温度の上昇による黒化、失透、ランプの曲がりが生じてしまう。一方、管径が２８．８ｍｍ以上だと水冷管と発光管との距離が狭まり、ＶＬ低下に伴った照度低下を生じてしまうため、管径が２７．２〜２８．８ｍｍの範囲にある場合について述べる。

電位傾度Ｄ(Ｖ／ｃｍ)が４．９以下で、かつ放電空間１０内の容積１ｃｃあたりの水銀量が０．３９ｍｇの場合は、気密容器１１上部の温度が８５０℃以上に上昇し、封入された鉄が石英ガラス製である気密容器１１に含浸し、黒化、失透、ランプの曲がりの現象が生じてしまう。

また、電位傾度Ｄ(Ｖ／ｃｍ)が１５．１以上で、且つ放電空間１０内の容積１ｃｃあたりの水銀量が１．２１ｍｇの場合は、ちらつきや立ち消えを生じてしまい、安定点灯ができない。

そこで、ランプの安定点灯時の電位傾度Ｄ(Ｖ／ｃｍ)が１１．５で、且つ放電空間１０内の容積１ｃｃあたりの水銀量Ｍが０．９ｍｇにした場合は、黒化、失透、ランプの曲がりも抑制できることがわかった。

さらに、電位傾度Ｄ(Ｖ／ｃｍ)がＤ＜１５．０、発光管内容積１ｃｃあたりの水銀量ＭがＭ＜１．２ｍｇで点灯させても、電流値の低下によるちらつきや立ち消えを抑制することがわかった。

図４は、電位傾度(Ｖ／ｃｍ)と水銀量（ｍｇ／ｃｃ）との関係について示したものである。図４からわかるように電位傾度(Ｖ／ｃｍ)と水銀量（ｍｇ／ｃｃ）は比例に関係にある。実験の結果、管径が２７．２〜２８．８ｍｍ、電位傾度Ｄが５〜１５Ｖ／ｃｍで、水銀量Ｍが０．４〜１．２ｍｇ／ｃｃの範囲において、黒化、失透、ランプの曲がりを抑えることが可能となることがわかった。

図３は、気密容器１１の温度上昇が８５０℃未満に設定できる電位傾度Ｄと水銀量Ｍに条件設定した場合における気密容器１１上部の温度変化について説明するための説明図である。
図３では、ランプ入力が１２０Ｗ／ｃｍのときにおける、水銀量を０．３４ｍｇ／ｃｃとした場合と、水銀量を０．９０ｍｇ／ｃｃとした場合との図２に示す電極１２１の位置から１００ｍｍまでの距離における１０ｍｍ刻みの気密容器１１上部の温度変化について測定した結果を示したものである。

図３からでも明らかなように、水銀量を０．３４ｍｇ／ｃｃとした場合は、電極の位置から１００ｍｍ離れた位置でも８５０℃を越えている。これに対して、水銀量を０．９０ｍｇ／ｃｃとした場合は、電極部近傍が最も温度が高いとされる電極近傍においても８２０℃程度となった。

この結果から、気密容器の単位長さ当たりのランプ入力が、管径が２７．２〜２８．８ｍｍ、５０〜１２０Ｗ／ｃｍの入力電力の場合における電位傾度(Ｖ／ｃｍ)と水銀量（ｍｇ／ｃｃ）は、電位傾度Ｄが５〜１５Ｖ／ｃｍで、水銀量Ｍが０．４〜１．２ｍｇ／ｃｃの関係にあれば、気密容器１１上部の温度が８５０℃以下に抑えることができ、その結果、黒化、失透、ランプの曲がりを抑えることが可能となる。

図５、図６は、この発明のメタルハライドランプを、水冷式の冷却機構を備えた紫外線照射装置に用いた場合における実施例について説明するための、図５はシステム構成図、図６は図５のＩ−Ｉ’線断面図である。

紫外線照射装置は、メタルハライドランプ１００と水冷ユニット２００から構成される。メタルハライドランプ１００と水冷ユニット２００は、メタルハライドランプ１００のソケット１５１，１５２に取り付けられたスペーサ４１ａ，４１ｂにより所定の間隔に位置決めされる。

水冷ユニット２００は、円筒状の石英ガラス等の透明な材料よりなり、内管２１とその外側に設けられた外管２２を備え、二重管構造となっている。メタルハライドランプ１００は、内管２１に内包されている。

水冷ユニット２００は外周端部に設けられた接続管２３ａ，２３ｂを通して外部から水などの冷却液２４が循環される。冷却液２４は、図６に示すように、接続管２３ａから温度の低いものを入水し、接続管２３ｂからメタルハライドランプ１００の冷却を行い、暖められたものを出水する。暖められた出水は、冷却され再び接続管２３ａから入力するようにしてある。

外管２２の外面には、金属酸化物を含む金属酸化物膜が被着されている。この金属酸化物は、Ｔ_ｉＯ_２，Ｃ_ｅＯ_２，Ｚ_ｎＯ_２，Ｓ_ｎＯ_２，Ｚ_ｒＯ_２の少なくとも１種以上より構成される。

金属酸化物膜は、メタルハライドランプ１００から放射される光のうちの３００ｎｍ以下の波長成分を吸収するように成分調整がなされている。

そして、メタルハライドランプ１００から光が放射されると、外管２２の外面に被着した金属酸化物膜が３００ｎｍ以下の波長成分を吸収する。従って、樹脂の硬化に有効な３００〜４３０ｎｍの波長域の紫外線が水冷ユニット２００を透過させ、樹脂などの被照射物に照射される。

ところで、水冷ユニット２００の内管２１の径が３２ｍｍ、外管２２の径３６ｍｍとした場合のメタルハライドランプ１００を水冷ユニット２００内で定電力させたときを考える。

電位傾度Ｄ(Ｖ／ｃｍ)がＤ＞５．０、発光管内容積１ｃｃあたりの水銀量ＭがＭ＞０．４ｍｇで点灯させた場合に、アークの湾曲による気密容器１１上部の温度上昇を低減化できる。この結果、メタルハライドランプ１００と水冷ユニット２００の内管２１との接触を防止することができ、黒化、失透の抑制が可能となる。また、メタルハライドランプ１００の温度上昇抑制は、ちらつきや立ち消えの抑制にも寄与する。

この発明の一実施形態について説明するための基本構造図。図１の一部の拡大して示す構造図。電位傾度(Ｖ／ｃｍ)と水銀量（ｍｇ／ｃｃ）との関係について説明するための説明図。この発明の効果について説明するための説明図。この発明のメタルハライドランプを紫外線照射装置に用いた例について説明するためのシステム構成図。図５のＩ−Ｉ’線断面図。

符号の説明

１００メタルハロイドランプ
１０放電空間
１１気密容器
１２１，１２２電極
２００水冷ユニット
２１内管
２２外管
２３ａ，２３ｂ接続管
２４冷却液

Claims

紫外線透過性の材料で気密性を有する放電空間を備えた気密容器と、
前記気密容器の軸方向の該気密容器内に対向して配置された一対の放電用の電極と、
前記放電空間内でアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀とともに、適量の紫外光を発光させる金属およびハロゲンからなる封入物と、からなるメタルハライドランプにおいて、
前記気密容器の管径が２８．０±０．８ｍｍ、単位長さ当たりのランプ入力電力が５０〜１２０Ｗ／ｃｍのとき、安定点灯時の電位傾度Ｄ（Ｖ／ｃｍ）は５．０＜Ｄ＜１５．０とし、前記気密容器内容積１ｃｃあたりの前記封入物のうちの前記水銀量Ｍは０．４ｍｇ＜Ｍ＜１．２ｍｇの関係としたことを特徴とするメタルハライドランプ。
前記紫外光を発光させる金属は、鉄、錫、インジウム、ビスマス、タリウム、マンガンのうち少なくとも一種であることを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。