(57)【要約】【課題】ランプを均一に冷却できることができる冷却手段を備えた紫外線照射装置を提供することを目的とする。【解決手段】略円筒形状の発光管１１と前記発光管１１を覆う水冷ジャケット２を備えた紫外線照射装置において、水冷ジャケット２の一部に通風孔１を備えているように構成する。特に、通風孔１は、紫外線の照射方向と反対側に設けられていることが好ましい。また、通風孔１は、発光管１１を点灯させたときにもっとも高温となる部位の近傍に設けられているように構成することが好ましい。【選択図】　　　　図１
2004039511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒形状の発光管（１１）と前記発光管（１１）を覆う水冷ジャケット（２）とを備えた照射装置において、前記水冷ジャケット（２）の一部に通風孔（１）を備えていることを特徴とする照射装置。
【請求項２】
前記発光管（１１）と前記水冷ジャケット（２）との隙間に空気を送り込むためのファン（１３）を更に備えていることを特徴とする請求項１記載の照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水冷ジャケット方式を採用する照射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
紫外線照射用ランプは紫外線硬化型のインキ、塗料、樹脂等の硬化、露光、物質の表面改質等に応用されている。このような紫外線照射用ランプはランプの点灯に際して極めて大きな発熱を伴う。放電中の発光管表面温度は１０００℃以上にも達する場合がある。
【０００３】
図５（ｂ）は、熱変形によって垂れ下がった発光管を示す図である。その結果、十分な冷却が行なわれない場合には、図５（ｂ）に示すように、自重で発光管が垂れ下がってくるという問題が発生する。発光管の垂れ下がりＸ１は中央部において顕著である。
【０００４】
このような熱変形を防止するため、発光管の周囲に水冷ジャケットと呼ばれる水冷手段を設けたり、あるいはこのような水冷手段に代えて或いは加えて、口金（発光管ベースともいう）のフランジ部（ツバの部分）に通気口を設けるなどの空冷手段を施すことにより、高出力化を図る従来技術がある。
【０００５】
図６は、従来技術を説明するための図である（特開平６−２６７５１２号公報等参照）。図６（ａ）は、水冷ジャケットを備えている紫外線照射ランプに、空冷手段を追加した従来技術の一例を示した構造断面図である。また、図６（ｂ）は、発光管ベース１１２のフランジ部の拡大図である。
【０００６】
図６（ａ）に示されるように、略円筒形状の石英製の発光管１１１は周囲が水冷ジャケット１０２によって覆われている。発光管１１１の内部にある電極１０６に電力を印加すると共に所定のパルスを印加することにより発光管内に封入されている水銀（Ｈｇ）及び金属ハロゲン化物を気化させて放電を開始させる。その結果、発光管内から封入物に応じた波長の紫外線が照射される。
【０００７】
水冷ジャケット１０２は石英製の二重構造になっており、接続管１２３ａ、接続管１２３ｂを通して冷却水１０４がジャケット内を循環して、発光管１１１から放射される熱を吸収する。
【０００８】
図６（ｂ）に示されるように、発光管ベース１１２のフランジ部には外周に沿って開口部１１３が設けられており、これが外部からの冷気の流通口となっている。
【０００９】
このため、冷却水１０４の循環による水冷に加え、フランジ部に設けた開口部１１３から発光管の周囲に冷気を流すことによる空冷が可能となり、水冷のみ或いは空冷のみの場合よりも、一層の冷却効果が期待できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者たちは、放電中の発光管の表面温度について検討した。図５（ａ）は点灯中の発光管の表面温度分布を示す図である。縦軸は温度（℃）、横軸は発光管の位置を、発光管の中心を原点に表わしたものである。発光管の表面温度は概ねグラフＡ或いはグラフＢに示すように、両端部が低く、中央部が高くなると考えられる。これは、中央部の放熱効率が悪いためと考えられる。
【００１１】
発光管の両端部は保持部材によって固定されていると共に表面温度もそれほど高くないのに対し、発光管の中央部は保持部材等の支えるものがなくしかも発熱して発光管の強度が弱くなっており、さらに自重によって鉛直下向きの重力が加わっている。それゆえ、上述した図５（ｂ）のように、石英製の発光管の中央部が垂れ下がってきたと考えられる。
【００１２】
しかし、上述した従来の方式によると、冷却空気の出入口は発光管１１１の両側にあるフランジ部に設けられた開口部１１３のみであるため、一方（１１２ａ）の側から空気を送り込むと、必ず他方（１１２ｂ）から排気することが必要であり、最も放熱を行うべき部分を効率よく冷却することができない。また、そのために冷却風の給気側と排気側との間に温度勾配が生じやすかった。
【００１３】
その結果、ランプを均一に冷却できないので、ランプ表面温度を均一化できないという問題があった。これは、ランプの寿命を低下させる原因となっていた。また、温度分布に起因して均一な発光ができないという問題もあった。
【００１４】
本発明は、ランプを均一に冷却できることができる冷却手段を備えた紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明にかかる照射装置は、略円筒形状の発光管１１と前記発光管１１を覆う水冷ジャケット２とを備えた照射装置において、前記水冷ジャケット２の一部に通風孔１を備えていることを特徴とする。
【００１６】
このようにすると、発光管１１と水冷ジャケット２との隙間の空気が水冷ジャケット２に設けた通風孔を通って装置外部へ抜け出るため、温度勾配が緩やかになり、均一な冷却を行なうことができるようになる。その結果、ランプの高出力化と長寿命化とを両立することが可能となる。
【００１７】
本発明にかかる照射装置における前記通風孔１は、光の照射方向と反対側に設けられていることが好ましい。
【００１８】
このようにすると、光の照射強度にむらができることを防止できると共に、冷却効率も一層高められる。
【００１９】
また、本発明にかかる照射装置における前記通風孔１は、前記発光管１１を点灯させたときにもっとも高温となる部位の近傍に設けられていることが好ましい。
【００２０】
このようにすると、ランプをより均一に冷却することができるようになり、ランプを長寿命化することができる。
【００２１】
また、本発明にかかる照射装置は、前記発光管１１と前記水冷ジャケット２との隙間に空気を送り込むためのファン１３を更に備えていることが好ましい。
【００２２】
この場合、前記ファン１３は、前記発光管１１の端部近傍に設けられているように構成してもよい。
【００２３】
このようにすると、簡単な構成であるにもかかわらず、従来品と同量の冷却風でもランプをより均一に冷却することができ、ランプの寿命を長寿命化することができる。本発明の照射装置は、ランプの単位長さ当りの出力が２００Ｗ／ｃｍ以上でも使用することができる。
【００２４】
或いは、前記ファン１３は、前記通風孔１近傍に設けられているように構成してもよい。
【００２５】
このようにすると、最も温度の高い通風孔近傍を最初に空冷するので、温度勾配が著しく低下し、ランプを長寿命化でき、ランプを均一に発光することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）−自然空冷の場合−
図１（ａ）は、本発明に係る紫外線照射装置の全体構成を示す構造断面図である。図１（ａ）に示されるように、略円筒形状の発光管１１は水冷ジャケット２によって覆われている。発光管１１の内部にある電極６に電力を印加すると共に所定のパルスを印加することにより発光管内に封入されている水銀（Ｈｇ）及び金属ハロゲン化物を気化させて放電を開始させる。その結果、発光管内から封入物に応じた波長の紫外線が照射される。
【００２８】
発光管１１の両側には、口金１２ａ，１２ｂが嵌め込まれている。この口金１２はセラミックス製などの絶縁性のある耐熱部材で形成されている。また、口金１２はフランジ部（ツバの部分）と呼ばれる、発光管よりも径の大きい円盤状の保持部材によって、発光管が水冷ジャケットに接触しないような構造となっている。これは、万一放電中に発光管が水冷ジャケットに接触すると、接触部分の温度が急激に冷えることにより、局所的に封入金属が凝集してしまう結果、均一な発光が得られなくなるためである。
【００２９】
なお、口金１２はフランジ部と、その外側にあるキャップ部とが一体化されていてもよいし、異なる部品の組み合わせであってもよい。
【００３０】
発光管は、全長（すなわち口金の端から端までの間隔）６００ｍｍ、口金のフランジ部同士の間隔が５５８ｍｍであり、希ガスと水銀（Ｈｇ）及び、少量の沃化物或いは臭化物などのハロゲン化物が封入されている。
【００３１】
水冷ジャケット２は発光管１１から放出される熱を冷却するために発光管１１を覆うような形状であり、石英製の二重構造となっている。水冷ジャケット２の両端部にある接続管２ａ、接続管２ｂはホース３が接続されており、このホース３を流れる冷却水４が接続管２ａから水冷ジャケット内に導入され、内部を循環して、接続管２ｂから排出される。このようにして、発光管１１から放射される熱を吸収する。
【００３２】
本装置が従来の装置と異なる点は、水冷ジャケット２の一部に通風孔１を設けている点である。この通風孔１は、発光管と水冷ジャケットとの隙間にある空気を外部へ通じさせるための孔である。
【００３３】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の通風孔１の断面拡大図であり、図１（ｃ）は、通風孔１の上面図である。このように、通風孔１は、水冷ジャケット２内を流れる水が漏れ出さないように、二重構造である水冷ジャケットを貫通する構造となっている。
【００３４】
発光管１１が点灯中のとき、もっとも温度が上昇するのは、通常の発光管では、中央部付近である。しかし、水冷ジャケットにより冷却するのみでは十分な冷却効果が得られない。これを空冷で補おうとした場合、従来の方法では、空気の流れる方向が、一方の口金１２ａのフランジ部（ツバの部分）から、反対側の口金１２ｂのフランジ部に限られていたため、入口側と出口側とで温度勾配が発生し、均一な冷却を行なうことができなかった。
【００３５】
そこで、本発明では、水冷ジャケットのもっとも温度が上昇する部分に、加熱された空気の抜け穴となる通風孔１を設けた。こうすると温度の高い部分の空気が通風孔１を通って抜けだし、自然空冷されるので温度勾配が発生しにくくなる。
【００３６】
なお、空気は口金１２ａ及び口金１２ｂのフランジ部（ツバの部分）と水冷ジャケット２との隙間（Ｘ２及びＸ３）を通るようにしてもよいし、従来技術として説明した図６（ｂ）のように、空気が流れ易くなるようにフランジ部に開口部を設けるようにしてもよい。或いは、口金のフランジ部を楕円形や三角形などに加工して水冷ジャケットとの間に隙間ができる形状にしてもよい。
【００３７】
なお、通風孔１の位置及び数は適宜に設計されるべき事項である。すなわち、通常は発光管の最も温度が上昇する部位が中央部であるので、通風孔１は発光管の中央部近傍に設けるとよいが、構造上その他の理由により他の部位が高温になりやすい等の場合には、最も温度が上昇する部位に通風孔を適宜設けるとよい。本実施形態では７つの孔を１列に設けた例を示している。
【００３８】
次に、通風孔１を設ける位置について更に検討する。通常、照射装置には反射板が設けられている。照射器具は、集光形・半集光形（平行光形）・拡散形の３種類に分類されることができる。いずれの形に分類されるかは、反射板の形状に依存する。反射板が楕円面であれば集光形又は拡散形となり、放物面であれば平行光形となる。すなわち、光の照射方向と反対側に反射板が設けられることになる。
【００３９】
図２は、平行光形の照射器具の一例を示したものである。図２は、図１（ａ）に示す紫外線照射装置のＡ−Ｂ断面図に、反射板２０と照射面２１とを書き加えたものであり、図１と同一の要素については図１と同一符号を用いている。
【００４０】
さて、いずれの形の照射器具の場合にも共通することであるが、通風孔が光の照射面に設けられていたとすると、光の照射強度にむらができると共に、冷却効率も低下する。従って、通風孔１は、特に制限がない場合には、光の照射方向（図１の矢印方向）と反対側に設けるのがよい。
【００４１】
このような冷却手段を設けたランプは安定器のインピーダンスを小さくすることにより、ランプに従来よりも大きな電力を印加し、従来よりも高出力で点灯させることができる。ランプ電力８ｋＷであったものが、本発明を適用することにより、ランプ電力１０ｋＷで点灯することができ、ランプの単位長さ当りの出力が２００Ｗ／ｃｍ以上でも使用することができた。
【００４２】
（第２の実施形態）−強制空冷の場合（その１）−
上述した第１の実施形態では、水冷ジャケットの一部に通風孔を設けるのみで、自然空冷を行なう方式を挙げた。しかし、強制空冷により空冷効果をさらに高めることで、冷却の均一性を更に高めることができる。その場合、冷却風の流れる向きは２つ考えられる。１つは、発光管の口金のフランジ部から空気を強制的に送り込んで、通風孔１から排気する方法である。そこで、図３を用いてこの方法について説明する。
【００４３】
図３は、フランジ部周辺の拡大図を表わす構造断面図であり、発光管１１の口金１２ａのフランジ部の近傍にファン１３ａを設けた実施例を説明するための説明図である。フランジ部の側方には、ファン１３ａが設けられている。このファン１３ａから、フランジ部に空気を強制的に送り込むと、発光管と水冷ジャケットとの隙間にある加熱された空気が通風孔１及び発光管の反対側にある口金１２ｂのフランジ部から排気される。
【００４４】
あるいは、左右の口金１２（１２ａおよび１２ｂ）のフランジ部から空気を送り込むようにしてもよい。このようにすると、空気は水冷ジャケット２に設けた通風孔１から排気される。
【００４５】
このようにファン１３ａを口金１２の側方の少なくとも一方に設けることは、構造上も単純であり設計・製作も容易であるという利点がある。
【００４６】
なお、この場合、フランジ部に適当な開口部を設けておいてもよいし、或いはフランジ部と水冷ジャケットとの隙間から空気を通してもよい。
【００４７】
また、本発明によると、従来品と同量の冷却風でもよりランプを均一に冷却することができ、ランプの寿命を長寿命化することができる。
【００４８】
（第３の実施形態）−強制空冷の場合（その２）−
放電中の発光管の表面温度は水冷ジャケットを用いても８００℃以上に達する。水冷に加えて、強制空冷を行なった場合、空気の入口と出口とでは少なくとも約５℃以上の温度差があると考えられる。
【００４９】
上述したように、本発明の好ましい形態としては、点灯中の発光管のうちでもっとも高温となる部位に通風孔１が設けられている。すなわち、温度勾配を小さくするためには、高温部をまず最初に冷却することがもっとも理想的と考えられる。
【００５０】
一方、電極６の周辺部は、発光管内に封入されている金属を気化するためにある程度以上の温度で加熱されていなければならない。電極部分が冷やされると金属封入部の蒸気圧（特に、水銀の分圧）が低下して凝縮してランプ電圧が低下し、発光強度が低下してしまうためである。このため、電極６の周辺部はあまり冷却しないようにすることが好ましい。
【００５１】
そこで、第３の実施形態では、通風孔１から空気を送り込んで、発光管の両側にある口金１２のフランジ部から空気を排気するようにした。
【００５２】
図４は、通風孔１の近傍にファン１３ｂを設けた実施例を説明するための構造断面図である。同図に示されるように、通風孔１の近傍にファン１３ｂを設けて空気を送り込み、発光管１１の両側の口金１２ａ及び口金１２ｂのフランジ部から空気を排気する。
【００５３】
こうすることによって、高温部を最初に冷却できるので、発光管の温度勾配が一層小さくなり、ランプ温度をより均一にすることが可能となり、ランプの寿命を延ばすことができる。しかも、電極部を冷却しないので安定して放電を行なうことができる。
【００５４】
なお、第２及び第３の実施形態における強制空冷のファン１３（１３ａ又は１３ｂ）は、送風ファンを例示したが、出口側に吸気ファンを設けて空気の流れを作るようにしてもよい。また、ファンに変えて、ダクトなど他の送風手段によって空気を送り込んでもよい。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によると、ランプの表面温度が均一化され、ランプの寿命を長くできると共に発光もより均一化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る紫外線照射装置を説明するための図である。（ａ）は、本発明に係る紫外線照射装置の全体構成を示す構造断面図である。また、（ｂ）は、図１（ａ）の通風孔１の断面拡大図である。また、（ｃ）は、通風孔１の上面図である。
【図２】平行光形の照射器具の一例を示したものである。
【図３】フランジ部周辺の拡大図を表わす構造断面図である。
【図４】通風孔１の近傍にファン１３ｂを設けた実施例を説明するための構造断面図である。
【図５】課題を説明するための図である。（ａ）は、点灯中の発光管の表面温度分布を示す図である。（ｂ）は、熱変形によって垂れ下がった発光管を示す図である。
【図６】従来の技術を説明するための図である。（ａ）は、水冷ジャケットを備えている紫外線照射ランプに、空冷手段を追加した従来技術の一例を示した構造断面図である。（ｂ）は、発光管ベース１１２のフランジ部の拡大図である。
【符号の説明】
１　通風孔
２　水冷ジャケット
３　ホース
４　冷却水
６　電極
１１　発光管
１２ａ，１２ｂ　口金（発光管ベース）
１３ａ，１３ｂ　ファン
２０　反射板
２１　照射面
１０２　水冷ジャケット
１０６　電極
１１１　発光管
１１２ａ，１１２ｂ　発光管ベース（口金）
１１３　開口部
【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】
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