金属卤化物灯.pdf

一对放电电极(121、122)被配置成在气密管(11)中在轴向上相互面对，气密管(11)由具有紫外线透射特性和气密性的石英玻璃制成，并且设有放电空间(10)。为了在放电空间(10)中维持电弧放电状态，适量的用于放射紫外光的卤素和金属与足量的稀有气体和水银一起被封入。当气密管(11)的每单位长度的灯输入功率为50到120W/cm时，灯在稳定照明状态下的电位梯度D(V/cm)被确定为在5.0到15.0的范围内。因此，结合时间等的变化，通过防止气密管的弯曲，可以实现适合于水冷却的金属卤化物灯。

1.  一种金属卤化物灯，其特征在于，包括：
气密管，由具有紫外线透射特性的材料制成，并且配备有具有气密性的放电空间；
一对放电电极，在所述放电空间内在轴向上相互面对配置；以及
封入物质，包括放射紫外光的卤素和金属，所述封入物质与稀有气体和水银一起被封入所述放电空间中，
其中，灯处于稳定照明状态下的电位梯度D(V/cm)被确定为在5.0到15.0的范围之内，并且在所述气密管中的所述封入物质中，每立方厘米容积的水银量M(mg/cc)被确定为在0.4到1.2的范围之内。

2.  如权利要求1所述的金属卤化物灯，其特征在于，用于放射所述紫外光的金属是选自铁、锡、铟、铋、铊和锰中的至少一个。

3.  如权利要求1或2所述的金属卤化物灯，其特征在于，所述气密管被配置在水冷却单元之内。

4.  如权利要求1到3中的任一项所述的金属卤化物灯，其特征在于，所述气密管具有28.0±0.8mm的管直径。

金属卤化物灯
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于紫外线固化涂层材料的固化、功能性高分子膜的光反应等的金属卤化物灯，并且更具体地涉及一种金属卤化物灯，该金属卤化物灯还可以通过结合时间等的变化控制密封到灯中的水银量并使紫外线辐射强度的降低、气密管的弯曲、灯的熄灭或闪烁最小化，来与水冷却系统一起工作。
背景技术
[0002]由JP-A 03-250549(特开)(参考文献1)所揭示的用于紫外线照射的金属卤化物灯包括与铁和水银一起封入气密管中的金属铊或铊卤化物，以便在降低具有340nm或以下的较短波长的紫外线发射的同时，产生具有大约365nm波长的高发光强度。
发明内容
[0003]对于参考文献1所描述的灯，需要将发光管的温度控制在600到850℃之内以便确保灯的稳定的照明条件。如果温度变得高于850℃，则封入的铁渗透到气密管中以导致黑化现象，从而引起紫外线辐射强度的降低或灯的弯曲。因此，通过水冷却的间接冷却方法可以被用于降低灯的温度。为了改善其冷却效率，必须在灯和冷却部之间保持大约几毫米的间隔。
[0004]随着这些年中系统大小的增加，出现了对于灯的伸长的需求。在水冷却系统中，仅给出大约几毫米的间隔，伸长的灯因为灯中上升的温度而相对较容易被弯曲，并且灯和水冷却部可能彼此接触。灯和水冷却部之间的这种接触吸引了灯中的接触区域周围的水银，造成较低的蒸气压力，并且结果，灯电压将会下降。出现了紫外线辐射强度明显降低的问题。
[0005]本发明的一个目的是提供一种金属卤化物灯，该金属卤化物灯能够通过控制封入灯中的水银量来与水冷却系统一起工作，从而不仅结合时间的变化防止了紫外线辐射强度的降低以及气密管的弯曲，而且防止了灯的熄灭或闪烁。
附图说明
[0006]图1是用于说明本发明实施例的基本结构图。
[0007]图2是显示图1的部分放大图的结构图。
[0008]图3是用于说明电位梯度(V/cm)和水银量(mg/cc)之间的关系的说明图。
[0009]图4是用于说明本发明效果的说明图。
[0010]图5是用于说明采用本发明的金属卤化物灯的紫外线照射装置的实例的系统配置图。
[0011]图6是沿着图5的线I-I’获得的剖面图。
具体实施方式
[0012]下面将参考附图详细地描述实现本发明的实施例。图1显示了用于说明本发明的金属卤化物灯的实施例的基本结构图。
[0013]具体地，由例如钨材料制成的电极121、122在气密管11内被安置在长度方向上的两端，气密管11由具有紫外线透射特性的石英玻璃制成并且在其中形成放电空间10。气密管11被配置成具有例如27.5mm外径Φ、1.5mm厚度m以及2000mm发光长度L的单层管。
[0014]电极121、122经由内引线131、132被焊接到由例如钼制成的金属箔141、142的一端。未显示的外引线的一端被焊接到金属箔141、142的另一端。金属箔141、142周围的区域通过加热从气密管11的内引线131、132到外引线的一端的气密管11而被密封。
[0015]金属箔141、142可以由任何材料制成，只要其与配置气密管11的石英玻璃具有相似的热膨胀系数。例如，可以使用钼。在由例如陶瓷制成的插座151、152内被电连接到外引线的用于供电的导线161、162被密封在绝缘状态中，并且被连接到未显示的电源电路，外引线的一端被连接到金属箔141、142。
[0016]作为用于维持电弧放电的稀有气体的足够量的氩气，与水银、作为用于放射紫外光的金属的铁、锡、铟、铋、铊和锰中的至少一个、以及卤素一起，以1.3kPa被封入气密管11内。
[0017]如下所述，假设灯具有2300V灯电压和10.4A灯电流的稳定照明条件。如果管直径小于27.2mm，则电弧和发光管之间的距离变短，并且结果因发光管中上升的温度而导致灯的黑化、失透(devitrification)或弯曲。同时，如果管直径大于28.8mm，则水冷却管和发光管之间的距离变小，并且结果因较低的灯电压而导致亮度降低。因此，将进一步描述具有27.2到28.8mm范围内的管直径的灯。
[0018]当电位梯度D为4.9V/cm或以下并且放电空间10中每立方厘米容积的水银量为0.39mg时，气密管11的上部的温度上升至850℃或更高，封入的铁渗透到由石英玻璃制成的气密管11中，造成灯的黑化、失透或弯曲的现象。
[0019]当电位梯度D为15.1V/cm或更高并且放电空间10中的每立方厘米容积的水银量为1.21mg时，造成闪烁或熄灭，因此不能达到稳定的照明条件。
[0020]另一方面，当稳定发光状态下的电位梯度D为11.5V/cm并且放电空间10中的每立方厘米容积的水银量M为0.9mg时，可以避免灯的黑化、失透和弯曲。
[0021]还发现当灯在电位梯度D为15.0V/cm或以下并且发光管中的每立方厘米容积的水银量M为1.2mg或以下的条件下被点亮时，可以避免因电流值降低而导致的闪烁或熄灭。
[0022]图3显示了电位梯度(V/cm)和水银量(mg/cc)之间的关系。从图3中显而易见的是电位梯度(V/cm)和水银量(mg/cc)成比例关系。从实验结果可知，当管直径在27.2到28.8mm范围内、电位梯度D在5到15V/cm范围内并且水银量M在0.4到1.2mg/cc的范围内时，可以避免灯的黑化、失透和弯曲。
[0023]图4是说明当上升的温度被设置为850℃或以下时本发明的气密管11的上部的温度变化以及比较实例的说明图。
[0024]图4显示了通过测量气密管11的上部上沿着从图2中所示的电极121开始的100mm距离的温度变化所获得的结果。对于120W/cm的灯输入功率，当水银量分别为0.34mg/cc和0.90mg/cc时获得数据。
[0025]从图4中显而易见的是当水银量为0.34mg/cc时，即使在远离电极100mm位置，温度也超过850℃。当水银量为0.90mg/cc时，相反，即使靠近被认为具有最高温度的电极，温度也大约为820℃。
[0026]从结果看出，当管直径为27.2到28.8mm以及气密管的每单位长度的灯输入功率为50到120W/cm，并且电位梯度和水银量分别处于5到15V/cm和0.4到1.2mg/cc的关系中时，气密管11的上部上的温度可以被调节到850℃或以下。结果，变得可以防止灯的黑化、失透和弯曲。
[0027]图5和图6是用于说明本发明的金属卤化物灯被用于设有水冷却机构的紫外线照射装置的实施例的图。图5是系统配置图，且图6是沿图5的线I-I’获得的剖面图。
[0028]紫外线照射装置由金属卤化物灯100和水冷却单元200组成。金属卤化物灯100和水冷却单元200借助于被附接到金属卤化物灯100的插座151、152的隔离物(spacer)41a、41b以指定的间隔被定位。
[0029]水冷却单元200由诸如圆筒状的石英玻璃的透明材料制成，并且具有包括内管21和设置在其外侧的外管22的双管结构。金属卤化物灯100被定位在内管21内。
[0030]水冷却单元200具有通过设置在外周缘的连接管23a、23b从外面循环的诸如水的冷却液24。如图6所示，具有低温的冷却液24通过连接管23a被供给，并且在冷却金属卤化物灯100后的加热的冷却液24通过连接管23b被排出。排出的加热的冷却液24被冷却并且再次通过连接管23a被供给。
[0031]包含金属氧化物的金属氧化物膜被覆盖在外管22的外表面上。金属氧化物由T_iO₂、C_eO₂、Z_nO₂、SnO₂和ZrO₂中的至少一个构成。
[0032]金属氧化物膜包括适合于吸收从金属卤化物灯100发出的具有波长短于300nm的光的成分。
[0033]当金属卤化物灯100发光时，覆盖在外管22的外表面上的金属氧化物膜吸收具有波长短于300nm的光。因此，有效固化树脂材料的具有300到430nm波长范围的紫外光通过水冷却单元200被发射至诸如树脂涂层的照射物。
[0034]例如，假设水冷却单元200的内管21具有32mm的直径且外管22具有36mm的直径，金属卤化物灯100在水冷却单元200中被点亮。
[0035]当以电位梯度D为5.0V/cm或以上且发光管中的每立方厘米容积的水银量M为0.4mg或以上点亮灯时，可以降低因电弧的弯曲所导致的气密管11的上部的温度上升。结果，可以防止金属卤化物灯100和水冷却单元200的内管21之间的接触，并且可以避免黑化和失透。金属卤化物灯100的温度的缓和上升也有助于防止闪烁或熄灭。