JP5963119B2 - 光照射装置及びロングアーク型放電ランプ - Google Patents

Description

この発明は、インきや塗料のキュア、ＯＤＦ、光配向用などの光照射装置及びこれに用いられるロングアーク型放電ランプに関するものである。

従来から、印刷業界や電子工業界においては、インキや塗料の乾燥、樹脂の硬化処理に使用する光化学反応用装置の紫外線光源として、或いは、半導体基板や液晶ディスプレイ用の液晶基板を露光するのに使用する露光装置の紫外線光源として、ロングアーク型放電ランプが使用されている。

そして、ロングアーク型放電ランプを用いた光照射装置の構造は、特開２００８−１３０３０２号公報（特許文献１）などで公知であり、その構造が図４に示されている。
光照射装置２０は、ロングアーク型放電ランプ１０を取り囲む樋状の反射ミラー２１を備え、該反射ミラー２１は頂部開口２１ａと前面開口２１ｂとを有している。この反射ミラー２１は開閉可能とされていて、処理物に紫外線を照射する定常点灯モード時には、前面開口２１ｂが開放されており、処理物の入れ替えなどの待機点灯モード時には、反射ミラー２１を回動して前面開口２１ｂが閉じられる。そして、この待機点灯モードでは省電力の観点からランプへの入力電力が下げられている。
冷却風が反射ミラー２１の前面開口２１ｂから流入し、ランプ１０に周囲を流れて冷却風路２２から流出する。

そして、放電ランプ１０には、前記反射ミラー２１の頂部開口２１ａ側の外表面に反射膜１５が形成されていて、放電ランプ１０から反射ミラー２１の頂部開口２１ａに連通する冷却風路２２方向に放射される光を反射して、処理物方向に照射する有効利用が図られるものである。

ところで、このような光照射装置のロングアーク型放電ランプでは、点灯時間とともに、発光管と反射膜層の界面の密着強度が弱くなり、反射膜の剥離が発生することがある。
その反射膜の剥離の原因は、次のように考えられる。
この種の光照射装置においては、ロングアーク型放電ランプ１０の下方にワークが水平に設置されるので、ランプ１０の発光管１１はその管軸が水平面に平行になるように設置される。このため、図５に示すように、ランプ点灯中には、発光管１１の断面でみると、アークＡは発光管１１内の対流により上側に浮き上がるため、中心よりも上側に位置することになり、発光管１１の上部が下部よりも高温になる。
また、発光管１１の上部に設けられた反射膜１５に光が吸収されるため、発光管１１の上部側が下部側に比べて更に加熱されやすい。

このような状況により、発光管１１の上部と下部では温度差が生じ、上下部での熱膨張量に差が出て、図６に示すように、長手方向で上部側に反るようになる。
また、ランプ点灯時は、発光管１１は全体に長手方向に伸びるが、反射膜１５は熱による長手方向の変化が殆どない。
このように、反射膜１５は発光管１１の熱的影響による伸びや反りに追従できず、剥離が生じてしまうことになる。

また、特許文献２では、待機点灯時のロングアーク型放電ランプの過冷却を防ぐために、発光管の下部側の外表面、即ち、反射膜に対向する側に保温膜を設けたものが開示されている。
この構成によれば、発光管の上下部での温度差が幾分かは解消され、反りの程度が減少する。しかしながら、この構成では、保温膜と反射膜が対向位置に形成されているので、膜の間で光（紫外線）の反射が繰り返されて、膜が紫外線で劣化して剥がれが生じることがある。
更には、ワークと対面する側に保温膜があるために、光が遮られて利用効率が低下するという問題もある。

特開２００８−１３０３０２号公報 特開２０１２−１９５２６６号公報

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、発光管内部に一対の電極を有するとともに、内部に発光物質として金属が封入されたロングアーク型放電ランプと、この放電ランプを取り囲むとともに頂部開口を有する樋状の反射ミラーとを備え、前記放電ランプの発光管における前記反射ミラーの頂部開口側の外表面上に、軸方向に伸びる帯状の反射膜が形成されてなる光照射装置において、ロングアーク型放電ランプからの光の取り出し効率を大きく低下させることなく、反射膜の発光管からの剥離を抑制できる構造を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係る光照射装置におけるロングアーク型放電ランプは、前記ロングアーク型放電ランプの発光管における前記反射ミラーの前面開口側の外表面に、軸方向に伸びる一対の帯状の副反射膜が形成されており、該一対の副反射膜間には前記反射膜と対向する位置に透光開口が形成されていることを特徴とする。
また、前記ロングアーク型放電ランプは、定常点灯モードと待機点灯モードを切り換えて点灯されることを特徴とする。
また、発光管内部に一対の電極を有するとともに、内部に発光物質として金属が封入され、前記発光管の外表面に軸方向に伸びる帯状の反射膜が形成されてなるロングアーク型放電ランプは、前記発光管の前記反射膜と対向する側の外表面には、軸方向に伸びる一対の帯状の副反射膜が形成されており、該一対の副反射膜間には前記反射膜と対向する位置に透光開口が形成されていることを特徴とする。

この発明の光照射装置によれば、当該光照射装置に組み込まれるロングアーク型放電ランプの発光管に一対の帯状の副反射膜が形成され、その間には透光開口が形成されているので、発光管からの光および反射膜からの反射光が直接的に遮光されることなく、光の有効活用が図られるとともに、発光管の下部を温めることができて発光管の上部と下部の温度差を小さくでき、発光管の反りを抑制して反射膜の剥離を防止することができる。
また、一対の副反射膜間の透光開口は反射膜に対向して形成されているので、反射膜からの反射光が該透光開口を経てワークに向けて発光管外へ出射され、反射膜・副反射膜間での繰り返し反射がなく、反射膜の紫外線劣化が抑制される。

本発明の光照射装置の断面図。 図１におけるロングアーク型放電ランプの断面図。 本発明の効果を実証する実験に供する各ランプの発光管形状の断面図。 従来の光照射装置の断面図。 従来のロングアーク型放電ランプの断面図。 その不具合を説明する図。

図１は、本発明の光照射装置の説明図であり、図２は、本発明の光照射装置に組み込まれるロングアーク型放電ランプの説明図である。
まず、図２により、ロングアーク型放電ランプを説明する。
図２に示すように、本発明のロングアーク型放電ランプ１は、内部に一対の電極（不図示）を有するとともに、内部に発光物質として金属が封入されていて、その発光管２の外表面には帯状の反射膜３が軸方向に伸びるように形成されている。そして、この反射膜３とは反対側の外表面には、軸方向に伸びる一対の帯状の副反射膜４、４が形成されている。
この一対の副反射膜４、４の間には透光開口５が形成されていて、この透光開口５は、前記反射膜３に対向する位置に形成されており、ワークの被照射エリアに対応する領域にある。
反射膜３および副反射膜４、４は、例えば、シリカ微粒子を主体とする材料から構成される。微粒子の形状及び径は、反射層として機能していれば、特別に指定されるものではない。微粒子膜の反射の機構は、個々の微粒子の表面において反射されるため、できる限り緻密で微粒子層が多いほうが好ましく、例えば、シリカ微粒子の形状は、球状、扁平状などの形状であり、その平均粒子径は０．１〜１０μｍ程度であるのが好ましい。

上記構成のロングアーク型放電ランプ１は、図１に示されるように、以下のように光照射装置に組み込まれる。
ロングアーク型放電ランプ１は、その外表面の反射膜３が、反射ミラー２１の頂部開口２１ａ側に位置する、即ち、冷却風路２２側に位置するように配置される。
これにより、反射膜３と反対側の一対の副反射膜４、４の間の透光開口５が、図示しない処理物（ワーク）に対向して配置されるようになる。
そして、前記反射ミラー２１は、定常点灯モードでは開き、待機点灯モードでは閉じることは図５に示す従来例と同様である。

再び図２を参照して本発明の効果を説明する。
１．副反射膜の保温効果：
発光管２の下方側に一対の副反射膜４、４を設けたので、その保温効果により発光管２の下部が温められる。
２．副反射膜の光吸収効果：
副反射膜４は光を反射するものではあるが、すべての波長の光を１００％反射するわけではなく、一定程度は吸収することになる。その吸収量は、膜の材質にもよるが、５〜３０％程度である。この吸収により副反射膜４自体の温度が上昇し、これにより発光管２の温度も上昇する。
３．副反射膜の反射光のアーク吸収効果：
発光管２の放電空間内には、水銀などの封入物が気体として存在しているが、密度は不均一である。特に、発光管２の径方向では、アーク温度が極端に異なるため、アーク温度が高い中心部分では、水銀密度は低く、発光管付近では、水銀密度が高い。さらに、アークＡは対流により浮き上がるため、発光管下部の管壁付近のアーク温度が最も低く、水銀密度が非常に高い部分となる。水銀密度が高ければ、光は水銀により吸収されやすい。
発光管下部に副反射膜４を設置することにより、反射された光の吸収を多く受け、アーク下部の温度が上がりやすくなり、結果、発光管下部の温度の上昇を助けることになる。

このようにして、発光管２の下部での温度が上昇するため、発光管２の上部との間での温度差が小さくなり、温度差に基づく膜剥離が発生することを防止できる。この時、一対の副反射膜４、４間には透光開口５が形成されているので、発光管２からの直接光および反射膜３からの反射光が遮られることなく、ワークに向けて発光管外へ出射されるので、光の利用効率を低下させることがない。

本発明の効果を実証するための実験を行った。
図３に、各ランプの発光管形状が示されていて、（Ａ）は本発明、（Ｂ）は比較例１で、発光管の上部にのみ反射膜が形成されているもの、（Ｃ）は比較例２で、発光管の上下に反射膜が形成されているものである。
ランプの仕様は、発光長（一対の電極間距離）が１５００ｍｍ、発光管の内径が２２ｍｍ、外径が２６ｍｍであり、各発光管内には、水銀封入量を１３００ｍｇ、ヨウ化水銀を２．５ｍｇ、アルゴン１ｋＰａを封入したロングアーク水銀ランプである。
反射膜材料は鱗片状のシリカ微粒子であり、そのスラリーを塗布し、１０時間乾燥させた。
反射膜の寸法：
本発明（Ａ）：上部反射膜θ_１＝５０°、下部副反射膜θ_２＝５０°、透光開口θ_３＝５０°
比較例１（Ｂ）：上部反射膜θ_１＝５０°
比較例２（Ｃ）：上部反射膜θ_１＝５０°、下部反射膜θ_４＝５０°

これらのランプの初期照度を測定するとともに、アーク長１ｃｍ当たりの入力を、８０Ｗと２８０Ｗで交互に３０秒間ずつ変化させる点灯モードで、合計１０００時間と２０００時間点灯させて、反射膜の外観を観察した。
なお、初期照度については、比較例１（Ｂ）を１として、これとの相対値で表した。

その結果が表１に示されている。
＜表１＞

比較例１では、点灯１０００時間で膜剥離が発生した。
比較例２では、点灯１０００時間での膜剥離は解消できたが、初期照度が低下している。更に２０００時間まで点灯すると、遂には膜剥離が発生した。これは、反射膜が上下方向で対向して設置されていることにより、過度に反射を繰返し、反射膜の光吸収が多くなり、過熱とランプからの紫外線によるダメージで劣化したためであると考えられる。
これに対し本発明では、初期照度が高く、２０００時間を超えても膜剥離が発生することなく、長時間の耐性をもったランプができた。
照度アップに関しては、照射エリアを避けて、非照射エリアに下部反射膜を設けたため、上部反射膜からの反射光は透光開口を経て有効に出射されてワークに照射されるとともに、下部副反射膜で反射された光が上部反射膜に至り、ここで反射されて透光開口から出射するようになり、照度アップが果たせものと推察される。
また、下部副反射膜による前記図２に基づく説明（段落００１５）した効果に加えて、この下部反射膜は上部反射膜と対向するように設けられていないので、膜同士間で過度に反射することを避けることができたため、膜の劣化が更に抑制されたものと推察される。

以上説明したように、本発明では、ロングアーク型放電ランプの発光管における反射ミラーの前面開口側の外表面に、軸方向に伸びる一対の帯状の副反射膜が形成されており、該一対の副反射膜間には反射膜と対向する位置に透光開口が形成されていることによって、発光管内での温度差が抑制されて、発光管の上部と下部とでの温度差が小さくなって、反射膜が発光管から剥離することが防止されると置いう効果がある。
加えて、一対の副反射膜簡易は透光開口が形成されていることから、発光管からの光が遮られることがなくワークに対して効果的な光照射がなされるという効果もある。

１ ロングアーク型放電ランプ
２ 発光管
３ 反射膜
４ 副反射膜
５ 透光開口
２０ 光照射装置
２１ 反射ミラー
２１ａ 頂部開口
２１ｂ 前面開口
２２ 冷却風路
Ａ アーク

Claims (3)

1. 発光管内部に一対の電極を有するとともに、内部に発光物質として金属が封入されたロングアーク型放電ランプと、この放電ランプを取り囲むとともに頂部開口を有する樋状の反射ミラーとを備え、前記放電ランプの発光管における前記反射ミラーの頂部開口側の外表面上に、軸方向に伸びる帯状の反射膜が形成されてなる光照射装置において、
   前記ロングアーク型放電ランプの発光管の前記反射膜に対向する下方側の外表面に、軸方向に伸びる、円周方向で離間した一対の帯状の副反射膜が形成されており、該一対の副反射膜間には前記反射膜と対向する位置に透光開口が形成されていることを特徴とする光照射装置。
2. 前記ロングアーク型放電ランプは、定常点灯モードと待機点灯モードを切り換えて点灯されることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 発光管内部に一対の電極を有するとともに、内部に発光物質として金属が封入され、前記発光管の外表面に軸方向に伸びる帯状の反射膜が形成されてなるロングアーク型放電ランプにおいて、
   前記発光管の前記反射膜と対向する下方側の外表面には、軸方向に伸びる、円周方向で離間した一対の帯状の副反射膜が形成されており、該一対の副反射膜間には前記反射膜と対向する位置に透光開口が形成されていることを特徴とするロングアーク型放電ランプ。
   

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