(57)【要約】【課題】水冷式のメタルハライドランプを点灯させた場合における電極周辺での黒化を抑える。【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鉄およびハロゲンからなる封入物を封入する。封入物である鉄の封入量Ｍ（ｍｇ／ｃｃ）を、単位長さ当たりのランプ入力が５０〜１６０Ｗ／ｃｍがあるとき、放電空間１０の容積に対して、０．００１＜Ｍ＜０．１５の関係になる値に設定した。このように構成したことにより、放電空間１０の容積当たりに対する鉄の量を制限することで、水冷式におけるメタルハライドランプの電極付近での黒化を抑制することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線透過性の材料で気密性を有する放電空間が形成された気密容器と、
前記気密容器に封装され、前記放電空間に対向配置された一対の耐火性金属製の放電電極と、
前記放電空間にアーク放電を維持するために十分な量の希ガス、水銀とともに、鉄およびハロゲンからなる封入物と、を具備し、
前記封入物の鉄の封入量Ｍ（ｍｇ／ｃｃ）は、前記放電空間の容積に対し、０．００１＜Ｍ＜０．１５の関係にしてなることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記気密容器は、内管と外管からなる冷却管の内管と外管間に冷却液を流して冷却行う水冷管ユニット内に配置した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。
【請求項３】
前記気密容器の外周には、前記封入物を導入させる管痕があるなしに係わらず突起を一体形成したことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項４】
前記突起は、前記管痕が形成されている場合、該管痕より高く形成したことを特徴とする請求項１のメタルハライドランプ。
【請求項５】
前記突起は、ランプ長手方向に複数箇所設けることを特徴とする請求項１のメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紫外線を照射させて塗料の硬化や機能性高分子フィルムの光反応等に用い、特に水冷式に好適なメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の放電空間の両端に電極を封着した紫外線照射ランプは、内管と外管とからなる２重管型水冷ジャケット内に保持している。放電空間内には、水銀と希ガスとともに、鉄、錫、タリウム等の金属ハロゲン化物のうち少なくも１種を添加させている。そして１から１０気圧ほどの水銀蒸気中でアーク放電させ、金属化合物を封入して幅広い長波長領域の発光を実現している。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開平８−１４８１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した特許文献１の技術は、電極間距離が１０００ｍｍ以上のいわゆるロングアークのＦｅ（鉄）系メタルハライドランプである。このメタルハライドランプは、ランプ寿命を長くするために、冷却の必要があり確実な冷却のため水冷式が用いられる。水冷式の場合には、ランプの電極周辺の放電空間の外表面に、電極の温度を下げないようにの保護膜の塗布が必要であるが、点灯中に保護膜が飛散し、水冷ジャケットが汚れてしまうことから塗布することができない。
【０００４】
このため、封入されている鉄は、電極の主成分であるタングステンと合金化して低融点となり、タングステンとの鉄の合金量が増加すればするほど点灯中における鉄が石英ガラスに侵食し黒化が生じやすくなる。発光長を長尺化すればするほど鉄の封入量を増加する必要があることから、黒化がより顕著となる、という問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、タングステン電極と放電空間に封入される鉄の量を制限することで水冷式により点灯させた場合でも電極周辺での黒化を抑えることのできるメタルハライドランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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が形成された気密容器と、前記気密容器に封装され、前記放電空間に対向配置された一対の耐火性金属製の放電電極と、前記放電空間にアーク放電を維持するために十分な量の希ガス、水銀とともに、鉄およびハロゲンからなる封入物と、を具備し、前記封入物の鉄の封入量Ｍ（ｍｇ／ｃｃ）は、前記放電空間の容積に対し、０．００１＜Ｍ＜０．１５の関係にしてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、放電空間の容積当たりの鉄量を制限することで、鉄とタングステン電極との合金化を抑制し、結果として水冷式によるメタルハライドランプの場合でも黒化を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
図１〜図３は、この発明のメ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、図１は基本構造図、図２は図１要部の拡大図、図３は図１のＩａ−Ｉｂ断面図である。
【００１０】
図１において、紫外線透過性を有する石英ガラス製で放電空間１０が形成された気密容器１１の長手方向両端の内部には、例えばタングステン材で形成された電極１２１，１２２が間隔をおいて配置される。気密容器１１は、例えば外径φが２７．５ｍｍ、肉厚ｍが２．２５ｍｍ、発光長Ｌが２０００ｍｍの一重管で構成される。
【００１１】
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。
【００１２】
なお、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一般的なモリブデンを使用する。
【００１３】
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、耐熱性で絶縁性を有する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。
【００１４】
気密容器１１内には、封入物として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、ヨウ化水銀、錫が封入されている。
【００１５】
なお、紫外線を発光させるための金属としては、ヨウ化水銀に変えて臭化水銀、錫に変えてタリウムでも構わない。鉄それに錫、インジウム、ビスマス、タリウム、マンガンの少なくとも２種が封入されていれば構わない。
【００１６】
図２にも示すように、電極１２１と１２２間の放電容器１１の外表面には、先端が尖塔あるいは丸みを帯びた形状の突起１７を一体形成する。突起１７は、放電容器１１の周面方向に、少なくとも１個で構わないが、図３に示すように複数形成してもよい。突起１７は、取り付けられた状態で少なくとも下側の位置にくるようにする。突起１７が複数形成されたは場合、必ずしも同一周回上ではなく、同一周回からずらした位置であっても構わない。さらに、突起１７は、放電容器１１の長手方向に、少なくも１か所に形成する。複数箇所の場合は、軸方向に同一線上になくても良い。
【００１７】
突起１７は、希ガス等の封入物を放電容器１１内に封入させるためのチップとも言われる排気管痕とは区別されるものである。設けられた突起１７の放電容器１１の外周面からの高さは、排気管痕よりも高い高さとなっている。なお、排気管痕は、放電容器１１の封止する部分を利用することにより、必ずしも必要なものではなく、なくすことも可能である。
【００１８】
突起１７の高さの規定は、ランプの水冷の冷却機構との位置関係で決まることから特に規定はしないが、冷却機構と接触しないこと、その他特性に影響を与えないことを考えると１〜３ｍｍ程度が好ましい。
【００１９】
このように構成されたメタルハライドランプは、電極１２１，１２２に対して、ランプ電圧２３００Ｖ、ランプ電流１０．３Ａ、電位傾度Ｄ１１．５Ｖ／ｃｍが供給されると、３６５ｎｍ近辺に高い発光強度を持つ紫外線の発光が可能となる。
【００２０】
図４は、タングステン（Ｗ）に対する鉄（Ｆｅ）分量の違う合金の状態における融点温度との関係を示すためのものである。
【００２１】
すなわち、鉄と合金となる前のＷの融点温度は、３４１０℃であるのに対し、ＦｅＷ（Ｗ，Ｆｅ合金、Ｆｅ分小）の融点温度は１２１６℃、Ｆｅ２Ｗ（Ｗ，Ｆｅ合金、Ｆｅ分多）では１０１６℃とタングステン単体の融点温度に対し１／３程度となる。従って、融点温度が低くなると、鉄分量が増加した合金化が進むことになり、鉄成分による電極付近における黒化現象を早めてしまう。
【００２２】
図５は、単位長さ当たりのランプ入力が５０〜１６０Ｗ／ｃｍのとき、放電空間容積に対する鉄の封入量Ｍ（ｍｇ／ｃｃ）を、０．００１〜０．２まで５段階に変化させた場合における黒化と３６５ｎｍ付近における紫外線強度について実験した結果について説明するための説明図である。
【００２３】
図５から明らかなように、鉄の封入量Ｍ（ｍｇ／ｃｃ）が０．００１では、黒化は生じないものの紫外光の強度が基準に満たない。鉄の封入量Ｍ（ｍｇ／ｃｃ）がそれぞれ０．００２，０．００３，０．１５の場合は、黒化の発生もなく、紫外光の強度も基準を満足するものが得られる。鉄の封入量Ｍ（ｍｇ／ｃｃ）が０．２０の場合は、黒化が生じ、紫外光の強度も基準に達しないものであった。
【００２４】
このため、放電空間容積に対する鉄の封入量Ｍ（ｍｇ／ｃｃ）を０．２０にすると、ランプ冷却時におけるランプ最冷部である電極周辺に鉄が蓄積して黒化を生じてしまう。放電空間容積に対する封入鉄量Ｍ（ｍｇ／ｃｃ）を０．１５にすることで黒化を防止することができる。
【００２５】
図４でも説明したように、放電空間容積に対する鉄の封入量Ｍ（ｍｇ／ｃｃ）が多いほどタングステン電極での鉄の合金量が増加する。これに伴い電極の融点温度が低下し、点灯中に電極付近の気密容器１１に蒸気化した鉄が気密容器１１への浸食による黒化現象が生じることになる。
【００２６】
このようなことから、鉄の封入量Ｍ（ｍｇ／ｃｃ）を制限することにより気密容器１１の電極１２１，１２２付近での黒化現象を防止することで、放射される紫外線の強度を確保することができる。
【００２７】
このように、単位長さ当たりのランプ入力が５０〜１６０Ｗ／ｃｍのとき、放電空間容積に対し、０．００１＜Ｍ＜０．１５の関係とすることにより、黒化を抑制することが可能となる。黒化の抑制は、換言すれば紫外線の強度の低下の抑制になり、ランプの長寿命化に寄与することになる。
【００２８】
図６、図７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６はシステム構成図、図７は図６のIIａ−IIｂ線断面図である。
【００２９】
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２５ａ，２５ｂにより所定の間隔に位置決めされる。
【００３０】
水冷ユニット２００は、円筒状の石英ガラス等の透明な材料で形成され、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。
【００３１】
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７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、暖められた冷却液２４を出水する。内管２１、外管２２の間を通過する過程でメタルハライドランプ１００により暖められた出水は、例えば冷却され再び接続管２３ａから入力するようにし、冷却液２４を再利用している。
【００３２】
外管２２の外表面には、金属酸化物を含む金属酸化物膜が被着されている。この金属酸化物としては、酸化チタン（ＴｉＯ２），酸化セシウム（ＣeＯ２），酸化亜鉛（ＺｎＯ２），酸化錫（ＳｎＯ２），酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）が考えられ、これら金属酸化膜の少なくとも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。
【００３３】
そして、メタルハライドランプ１００から紫外光が放射されると、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の波長域の紫外線については水冷ユニット２００を透過させ、樹脂などの被照射物に照射される。
【００３４】
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。
【００３５】
ここで使用されるメタルハライドランプは、水冷式であっても黒化を抑えることができることからランプ寿命を長くすることができ、紫外線照射装置のメンテナンス性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明のメ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。
【図２】図１要部の拡大図。
【図３】図１のＩａ−Ｉｂ線断面図。
【図４】タングステンに対する鉄の合金量の状態における融点温度との関係について説明するための説明図。
【図５】鉄の含有量による黒化頻度、特定波長強度の影響の関係について説明するための説明図。
【図６】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システム構成図。
【図７】図６のIIｂ−IIｂ線断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１０  放電空間
１１  気密容器
１２１，１２２  電極
１３１，１３２  インナーリード
１４１，１４２  モリブデン箔
１５１，１５２  ソケット
１６１，１６２  リード線
１７  突起
１００  メタルハロイドランプ
２００  水冷ユニット
２１  内管
２２  外管
２３ａ，２３ｂ  接続管
２４  冷却液
２５ａ，２５ｂ  スペーサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010129442.tif 000008
【図７】
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