(57)【要約】【課題】直接水冷型紫外線ランプにおいて、外力等に起因して振動が起きても、発光管と直管形バルブの両端の接続部付近が破損することを回避することができる手段を提供する。【解決手段】直管形バルブと発光管の間の環状空間に冷却水を供給するように構成された直接水冷型紫外線ランプにおいて、前記直管形バルブの両端は前記発光管の両端にそれぞれ接続されており、前記発光管の両端は外側端部に向けて広がるフレア状の形状を有し、前記発光管と前記直管形バルブの間の間隔は両端に向けて狭くなっており、前記発光管の外面には前記直管形バルブに向けて突出した衝撃緩衝部が形成されている。【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によって形成された発光管と、前記発光管に設けられた陰極を含む陰極側（カソード側）電極ユニットと、前記発光管に設けられた陽極を含む陽極側（アノード側）電極ユニットと、前記発光管を覆うように設けられた紫外線透過性の材料によって形成された直管形バルブと、を有し、前記直管形バルブと前記発光管の間の環状空間に冷却水を供給するように構成された直接水冷型紫外線ランプにおいて、
前記直管形バルブの両端は前記発光管の両端にそれぞれ接続されており、前記発光管の両端は外側端部に向けて広がるフレア状の形状を有し、前記発光管と前記直管形バルブの間の間隔は両端に向けて狭くなっており、前記発光管の外面には前記直管形バルブに向けて突出した衝撃緩衝部が形成されていることを特徴とする直接水冷型紫外線ランプ。
【請求項２】
請求項１記載の直接水冷型紫外線ランプにおいて、
前記衝撃緩衝部は円周方向に沿って等間隔にて複数個設けられていることを特徴とする直接水冷型紫外線ランプ。
【請求項３】
請求項１記載の直接水冷型紫外線ランプにおいて、
前記衝撃緩衝部は円周方向に沿ってリング状に設けられていることを特徴とする直接水冷型紫外線ランプ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の直接水冷型紫外線ランプにおいて、
前記衝撃緩衝部と前記直管形バルブの間の間隔は０．５〜１ｍｍであることを特徴とする直接水冷型紫外線ランプ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の直接水冷型紫外線ランプにおいて、
前記衝撃緩衝部は前記直管形バルブの端部から少なくとも５ｍｍ離れた位置に設けられていることを特徴とする直接水冷型紫外線ランプ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項記載の直接水冷型紫外線ランプにおいて、
前記発光管は、中央の胴管と該胴管の両側にそれぞれ接続されたシール管と該シール管の外側にそれぞれ接続されたサイド管とを有し、前記シール管には前記胴管の内部を密封するステムが設けられていることを特徴とする直接水冷型紫外線ランプ。
【請求項７】
紫外線透過性の発光管と前記発光管を覆うように設けられた紫外線透過性の直管形バルブとを有する紫外線ランプと、前記直管形バルブの周囲に設けられた水冷ジャケットと、を有し、前記直管形バルブと前記発光管の間の環状空間に冷却水を供給するように構成された直接水冷型紫外線照射装置において、
前記直管形バルブの両端は前記発光管の外側端部に接続されており、前記サイド管は外側端部に広がるフレア状の形状を有し、前記直管形バルブと前記サイド管の間隔は外側端部に向けて狭くなっており、前記サイド管の外面には前記直管形バルブに向けて突出した衝撃緩衝部が形成されていることを特徴とする直接水冷型紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線光源として好適な紫外線ランプに関し、特に、直接水冷型紫外線ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より紫外線殺菌用の光源として波長２５４ｎｍの紫外線を発生する低圧水銀ランプが用いられる。また、樹脂硬化用又は露光用の光源として波長３００〜４３０ｎｍの紫外線を発生する高圧放電ランプが用いられる。これらのランプでは石英ガラス製の発光管を用いる。石英ガラス製の発光管外面の適正温度は７００〜９００℃程度であると言われており、１０００℃を超えると石英の粘度（機械的強度）が低下する。発光管は長尺であり、自重により中心付近で撓みが生じ、湾曲することとなる。そこで、紫外線照射装置では、発光管を冷却する冷却機構が設けられる。
【０００３】
発光管の冷却機構として、発光管の外面を流水で直接冷却する直接冷却型（特許文献１）と発光管の外面を間接的に冷却する間接水冷型（特許文献３）が知られている。直接冷却型では、発光管とそれを覆う直管形バルブの間の環状空間に冷却水を流し、発光管と冷却水の間の熱交換によって発光管を冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭63-153469号公報
【特許文献２】特開平10-302636号公報
【特許文献３】特開平8-148121号公報
【特許文献４】特開2009-283226号公報
【特許文献５】特開2010-129442号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
直接冷却型の紫外線ランプでは、発光管とそれを覆う直管形バルブは両端にて溶着されている。直管形バルブは発光管の両端で支持されているため、外力等に起因して振動が起きると、両端の接続部付近で割れることがある。
【０００６】
本発明の目的は、直接水冷型紫外線ランプにおいて、外力等に起因して振動が起きても、発光管と直管形バルブの両端の接続部付近が破損することを回避することができる手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態によると、紫外線透過性の材料によって形成された発光管と、前記発光管に設けられた陰極を含む陰極側（カソード側）電極ユニットと、前記発光管に設けられた陽極を含む陽極側（アノード側）電極ユニットと、前記発光管を覆うように設けられた紫外線透過性の材料によって形成された直管形バルブと、を有し、前記直管形バルブと前記発光管の間の環状空間に冷却水を供給するように構成された直接水冷型紫外線ランプにおいて、
前記直管形バルブの両端は前記発光管の両端にそれぞれ接続されており、前記発光管の両端は外側端部に向けて広がるフレア状の形状を有し、前記発光管と前記直管形バルブの間の間隔は両端に向けて狭くなっており、前記発光管の外面には前記直管形バルブに向けて突出した衝撃緩衝部が形成されている。
【０００８】
本実施形態によると前記直接水冷型紫外線ランプにおいて、前記衝撃緩衝部は円周方向に沿って等間隔にて複数個設けられてよい。
【０００９】
本実施形態によると前記直接水冷型紫外線ランプにおいて、前記衝撃緩衝部は円周方向に沿ってリング状に設けられてよい。
【００１０】
本実施形態によると前記直接水冷型紫外線ランプにおいて、前記衝撃緩衝部と前記直管形バルブの間の間隔は０．５〜１ｍｍであってよい。
【００１１】
本実施形態によると前記直接水冷型紫外線ランプにおいて、前記衝撃緩衝部は前記直管形バルブの端部から少なくとも５ｍｍ離れた位置に設けられてよい。
【００１２】
本実施形態によると前記直接水冷型紫外線ランプにおいて、前記発光管は、中央の胴管と該胴管の両側にそれぞれ接続されたシール管と該シール管の外側にそれぞれ接続されたサイド管とを有し、前記シール管には前記胴管の内部を密封するステムが設けられてよい。
【００１３】
本発明の実施形態によると、紫外線透過性の発光管と前記発光管を覆うように設けられた紫外線透過性の直管形バルブとを有する紫外線ランプと、前記直管形バルブの周囲に設けられた水冷ジャケットと、を有し、前記直管形バルブと前記発光管の間の環状空間に冷却水を供給するように構成された直接水冷型紫外線照射装置において、
前記直管形バルブの両端は前記発光管の外側端部に接続されており、前記サイド管は外側端部に広がるフレア状の形状を有し、前記直管形バルブと前記サイド管の間隔は外側端部に向けて狭くなっており、前記サイド管の外面には前記直管形バルブに向けて突出した衝撃緩衝部が形成されている。
【００１４】
本発明の実施形態によると、前記衝撃緩衝部は前記発光管の外面に一体的に形成されてよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、直接水冷型紫外線ランプにおいて、外力等に起因して振動が起きても、発光管と直管形バルブの両端の接続部付近が破損することを回避することができる手段を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本実施形態に係る直接水冷型紫外線ランプの構成例を説明する図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本実施形態に係る直接水冷型紫外線ランプの発光管の外面に設けられた衝撃緩衝部の形状を説明する説明図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本実施形態に係る直接水冷型紫外線ランプの発光管の外面に設けられた衝撃緩衝部の形状を説明する説明図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本実施形態に係る直接水冷型紫外線ランプの発光管の電極ユニットとシール部の構造の例を説明する説明図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本実施形態に係る直接水冷型紫外線ランプの発光管の電極ユニットとシール部の構造の例を説明する説明図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本実施形態に係る直接水冷型紫外線ランプの直管形バルブの例を説明する説明図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本実施形態に係る直接水冷型紫外線ランプの発光管の例を説明する説明図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本実施形態に係る直接水冷型紫外線ランプの直管形バルブの内部に発光管を挿入した状態を説明する説明図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る直接水冷型紫外線ランプにおいて直管形バルブの端部と発光管の端部を溶接する方法を説明する説明図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る直接水冷型紫外線照射装置の例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る直接水冷型紫外線ランプの実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同一の要素に対しては同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
【００１８】
図１を参照して本実施形態に係る直接水冷型紫外線ランプの概略構造の一例を説明する。直接水冷型紫外線ランプ１００は、外側の直管形バルブ２００と内側の発光管１０１を有し、両者は両端でそれぞれ接続されている。直管形バルブ２００と発光管１０１の間に環状空間２０２が形成されている。
【００１９】
直管形バルブ２００には、両端近くに、それぞれ孔２０１Ａ、２０１Ｂが形成されている。本実施例では、各孔２０１Ａ、２０１Ｂは、円周方向に沿って等間隔に設けられた４個の孔からなるが、１個又は複数個の孔であってもよい。
【００２０】
発光管１０１は、中央の胴管１０１Ａと、その両側に接続されたシール管１０１Ｂと、更にその外側に接続されたサイド管１０１Ｃを有する。シール管１０１Ｂの外径は、胴管１０１Ａの外径及びサイド管１０１Ｃの外径より小さい。サイド管１０１Ｃは外側端部に広がるフレア状の形状を有し、サイド管１０１Ｃと直管形バルブ２００の間の間隔は、外側端部に向けて狭くなっている。
【００２１】
直接水冷型紫外線ランプ１００は、更に、胴管１０１Ａ内に設けられた陰極側（カソード側）電極ユニット１２０Ａ及び陽極側（アノード側）電極ユニット１２０Ｂと、シール管１０１Ｂ内に設けられたシール部１３０Ａ、１３０Ｂと、サイド管１０１Ｃの外側端部に設けられたベース１５０Ａ、１５０Ｂを有する。電極ユニット１２０Ａ及び１２０Ｂとシール部１３０Ａ、１３０Ｂの構造は後に説明する。
【００２２】
発光管１０１及び直管形バルブ２００の長手方向の寸法は、５００〜７００ｍｍであってよい。直管形バルブ２００の外径は２５〜３０ｍｍであってよい。発光管１０１の外径は１５〜２５ｍｍであってよい。発光管１０１及び直管形バルブ２００の厚さは、それぞれ１ｍｍであってよい。発光管１０１及び直管形バルブ２００は紫外線透過性の材料、例えば、石英ガラスによって形成されてよい。
【００２３】
直接水冷型紫外線ランプ１００では、直管形バルブ２００の一方の孔２０１Ａから環状空間２０２に冷却水が導入される。冷却水は、環状空間２０２を経由して、発光管１０１の他方の孔２０１Ｂから排出される。
【００２４】
本実施形態による直接水冷型紫外線ランプ１００では、発光管１０１の外面に突起状の衝撃緩衝部が設けられている。衝撃緩衝部は、発光管１０１の外面に一体的に形成されてよい。衝撃緩衝部は、発光管１０１の外面であればどのような位置に設けてもよいが、紫外線の照射を妨げることがないように、且つ、衝撃緩衝部の加工が容易な位置に設けられる。以下の実施形態では、衝撃緩衝部は発光管１０１の両端部、例えば、サイド管１０１Ｃに設けられる。
【００２５】
図２Ａ及び図２Ｂを参照して、衝撃緩衝部の形状と機能を説明する。図２Ａは、図１の一点鎖線で示す円形部分２０３の拡大図である。図２Ｂは図１の矢印Ａ−Ａから見た直管形バルブ２００とサイド管１０１Ｃの断面構成を示す。サイド管１０１Ｃにはリード線１２８（図３Ａ）が配置されている。衝撃緩衝部１０２は、サイド管１０１Ｃの外面から直管形バルブ２００の内面に向けて環状空間２０２内に突出している。図２Ｂの例では、３個の衝撃緩衝部１０２が円周方向に沿って等間隔に設けられている。しかしながら、本実施形態によると衝撃緩衝部１０２の形状、個数及び配置はこれに限定されるものではない。例えば、１個、２個、又は、４個以上の衝撃緩衝部１０２を円周方向に沿って等間隔に又は非等間隔に設けてもよい。更に、衝撃緩衝部１０２を円周方向に沿って延びる１個のリング状に形成してもよい。
【００２６】
衝撃緩衝部１０２は、サイド管１０１Ｃの外周面に、サイド管１０１Ｃの材料と同一の材料からなるガラス材をバーナにより溶着させて形成してよい。
【００２７】
衝撃緩衝部１０２の機能を説明する。図１を参照して説明したように直管形バルブ２００は長尺であり、その両端は、発光管１０１のサイド管１０１Ｃの端部に接続されて支持されている。従って、直管形バルブ２００は、外力に起因した振動により撓む。撓み量が大きくなると、直管形バルブ２００は端部付近で破壊することがある。衝撃緩衝部１０２は直管形バルブ２００の撓み量を制限し、端部付近の割れを回避する機能を有する。
【００２８】
図示のように、衝撃緩衝部１０２と直管形バルブ２００の間の間隔をｘとする。間隔ｘは、衝撃緩衝部１０２の位置における直管形バルブ２００の撓み量の許容値を規定する。直管形バルブ２００の撓み量が大きくなると、直管形バルブ２００が衝撃緩衝部１０２に接触する。そのため、直管形バルブ２００はそれ以上撓むことができなくなり、直管形バルブの端部付近の割れを回避することができる。従って、間隔ｘは、直管形バルブの端部付近の割れを回避するための撓み量の許容最大値を規定する。本実施形態では、間隔ｘは、０．５〜２ｍｍであってよく、好ましくは、１ｍｍである。
【００２９】
直管形バルブ２００の端部から衝撃緩衝部１０２までの距離をｙとする。直管形バルブ２００の撓み量は中央で最大となる。従って、衝撃緩衝部１０２は、できるだけ直管形バルブ２００の中央に近い位置に設けた方がよい。即ち、衝撃緩衝部１０２の位置ｙは大きい方がよい。一方、衝撃緩衝部１０２の加工のし易さを考慮すると、衝撃緩衝部１０２は、できるだけ直管形バルブ２００の端部に近い位置に設けた方がよい。尚、衝撃緩衝部１０２は円錐面に設けるよりも円筒面に設けるほうが、加工が容易である。従って、サイド管１０１Ｃの端部が円筒状に形成されている場合には、衝撃緩衝部１０２は円筒面に設けられる。しかしながら、サイド管１０１Ｃの端部が円錐状に形成されている場合には、衝撃緩衝部１０２は円錐面に設けられる。以上より、直管形バルブ２００の撓み量を効率的に抑制するためには、衝撃緩衝部１０２の位置ｙは大きい方がよいが、衝撃緩衝部１０２の加工の容易性を考慮すると、衝撃緩衝部１０２の位置ｙは小さい方がよい。しかし、衝撃緩衝部１０２は、次工程で直管バルブ２００に接続されるサイド管１０１Ｃの端部に近付け過ぎるのは接続加工の邪魔になり適当でない。そこで、本実施形態では、衝撃緩衝部１０２の位置ｙは、好ましくは５ｍｍ以上とする。
【００３０】
図３Ａ及び図３Ｂを参照して、陽極側（アノード側）電極ユニット１２０Ａとシール部１３０Ａの構造の例を説明する。電極ユニット１２０Ａは、陽極（アノード）１２１、フィラメント１２２、電極塗布物１２３、１対の支柱１２４、１対のモリブデン箔１２５Ａ、１２５Ｂ、ガラス体１２６、及び、１対のリード線１２８を有する。フィラメント１２２の両端は陽極（アノード）１２１によって支持されている。陽極（アノード）１２１はそれぞれ支柱１２４によって支持されている。フィラメント１２２には、電極塗布物１２３が塗布されている。
【００３１】
２枚のモリブデン箔１２５Ａ、１２５Ｂはガラス体１２６を挟むように設けられている。これらのモリブデン箔１２５Ａ、１２５Ｂの内端は、１対の支柱１２４の一方に、外端は１対のリード線１２８の一方に、接続されている。
【００３２】
本実施形態では、シール部１３０Ｂにはステム１３１が設けられている。ステム１３１によって、モリブデン箔１２５Ａ、１２５Ｂと支柱１２４及びリード線１２８の接続部分がシールされる。
【００３３】
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃを参照して、石英ガラス製の発光管１０１と直管形バルブ２００を組み立てる方法を説明する。図４Ａは、直管形バルブ２００の例を示す。直管形バルブ２００は円筒状の石英ガラス製のパイプからなり、２個所に孔２０１Ａ、２０１Ｂがそれぞれ形成されている。図４Ｂは発光管の例を示す。上述のように、発光管１０１は、中央の胴管１０１Ａと、その両側に接続されたシール管１０１Ｂと、更にその外側に接続されたサイド管１０１Ｃを有する。本実施形態では、サイド管１０１Ｃのフレア状部分の外面に突起状の衝撃緩衝部１０２が設けられている。
【００３４】
図４Ｃは、図４Ａに示す直管形バルブ２００の内部に図４Ｂに示す発光管１０１を挿入した状態を示す。直管形バルブ２００と発光管１０１の間に環状空間２０２が形成されている。図示のように、直管形バルブ２００の両端と発光管１０１のサイド管１０１Ｃの両端はそれぞれ接近している。直管形バルブ２００の両端と発光管１０１のサイド管１０１Ｃの両端を環状の石英部材に接続することによって、両者は一体的に接続される。直管形バルブ２００の両端と発光管１０１のサイド管１０１Ｃの両端を接続した状態は、図１に示されている。
【００３５】
図５を参照して、石英ガラス製の発光管１０１の端部と直管形バルブ２００の端部を接続する方法を説明する。直管形バルブ２００の内部には、発光管１０１が挿入されている。発光管１０１の両端には予めシール部１３０Ａ、１３０Ｂが形成されており、電極ユニット１２０Ａ、１２０Ｂが気密封止されている。直管形バルブ２００は上側チャック４０１によって垂直に支持されている。
【００３６】
直管形バルブ２００及び発光管１０１の上端は、治具４０３によって支持されている。発光管１０１の下端の電極ユニット１２０Ｂのリード線は、直管４１０に挿入されて支持されている。直管４１０は下側チャック４０２によって保持されている。直管４１０内には、酸化防止と冷却効果を上げるために不活性ガスを供給する。２つのチャック４０１、４０２と治具４０３は同軸的に回転するように構成されている。直管形バルブ２００及び発光管１０１の下端には、バーナー４１５が配置されている。バーナー４１５の中心軸線が水平面となす角θは３０°〜４５°である。直管形バルブの開口端部と発光管のフレア状の端部を加熱し、溶融封止する。また、直管形バルブと発光管の開口部は溶融された状態でカーボン製の押圧体４１３を用いて溶融端部の形状が整えられる。
【００３７】
直管形バルブと発光管の一方の端部が溶接されると、上下逆さまにして他方の端部を同様の手順で溶接する。
【００３８】
図６は、本実施形態による直接冷却型紫外線照射装置の例を示す。直接冷却型紫外線照射装置は、直接水冷型紫外線ランプ１００と１対の水冷ジャケット３００を有する。直接水冷型紫外線ランプ１００は、図１を参照して説明したように、石英ガラス製の発光管１０１と、その周囲に設けられた石英ガラス製の直管形バルブ２００を有する。直接水冷型紫外線ランプ１００の両端にはベース１５０Ａ、１５０Ｂが装着されており、各ベースには端子１５１が接続されている。直管形バルブ２００の外周にはガラステープ３１０が巻かれている。
【００３９】
水冷ジャケット３００は、円筒部材３０１とその円周面に設けられた短管３０２とを有する。水冷ジャケット３００は、直管形バルブ２００の端部を覆うように装着される。水冷ジャケット３００は、短管３０２の中心軸線が直管形バルブ２００の孔２０１Ａ、２０１Ｂ（図１）に整合するように、装着される。
【００４０】
一方の水冷ジャケット３００の短管３０２から冷却水を供給すると、冷却水は、直管形バルブ２００の一方の孔２０１Ａ（図１）を経由して、発光管１０１と直管形バルブ２００の間の環状空間２０２を流れ、直管形バルブ２００の他方の孔２０１Ｂ（図１）を経由して、他方の水冷ジャケット３００の短管３０２から排出される。
【００４１】
水冷ジャケット３００の円筒部材３０１と直管形バルブ２００の間には１対のＯリングが装着される。従って、水冷ジャケット３００の円筒部材３０１と直管形バルブ２００の間は密閉され、冷却水が洩れることはない。
【００４２】
以上、本実施形態に係る直接水冷型紫外線ランプの例を説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の記載によって定められる。
【符号の説明】
【００４３】
１００…直接水冷型紫外線ランプ、１０１…発光管、１０１Ａ…胴管、１０１Ｂ…シール管、１０１Ｃ…サイド管、１０２…衝撃緩衝部、１２０Ａ、１２０Ｂ…電極ユニット、１２１…陽極（アノード）、１２２…フィラメント、１２３…電極塗布物、１２４…支柱、１２５Ａ、１２５Ｂ…モリブデン箔、１２６…ガラス体、１２８…リード線、１３０Ａ、１３０Ｂ…シール部、１３１…ステム、１５０Ａ、１５０Ｂ…ベース、１５１…端子、２００…直管形バルブ、２０１Ａ、２０１Ｂ…孔、２０２…環状空間、３００…水冷ジャケット、３０１…円筒部材、３０２…短管、３１０…ガラステープ、４０１…上側チャック、４０２…下側チャック、４０３…治具、４１０…直管、４１５…バーナー、４１６…押圧体
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2015065108.tif 000007
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2015065108.tif 000009
【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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