KR20060051880A

KR20060051880A - 메탈 할라이드 램프

Info

Publication number: KR20060051880A
Application number: KR1020050091711A
Authority: KR
Inventors: 노리후미 기무라; 노보루 미야모토
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2006-05-19
Also published as: TWI350551B; TW200616004A; JP2006134710A; KR100891242B1

Abstract

본 발명은 장시간의 사용에도, 365㎚ 부근의 파장역의 광의 강도를 유지하는 것이 가능한 자외선 경화용의 메탈 할라이드 램프를 제공하는 것이다.

양단을 봉지한 석영유리제 발광관 안에 한 쌍의 전극이 대향 배치되고, 상기 발광관 안에 희가스와, 할로겐과, 수은과, 적어도 철을 봉입한 메탈 할라이드 램프에서, 상기 전극은 전극 선단으로부터 대략 기둥 형상으로 신장하는 전극 몸체부와 편평한 박 접합부를 가지고, 상기 전극 몸체부는 상기 전극 선단의 지름보다 소경인 부위를 가지고 이루어지고, 상기 소경인 부위의 주위에 고리 형상의 석영유리제 지지체가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 메탈 할라이드 램프로 한다.

Description

메탈 할라이드 램프{METAL HALIDE LAMP}

도 1은 본원 발명의 메탈 할라이드 램프의 전체도를 도시한다.

도 2는 본원 발명의 메탈 할라이드 램프의 봉지부 부근의 확대 단면도를 도시한다.

도 3은 종래의 메탈 할라이드 램프의 봉지부 부근의 확대 단면도를 도시한다.

도 4는 전극의 확대도를 도시한다.

도 5는 본원 발명의 메탈 할라이드 램프의 발광 스펙트럼도를 도시한다.

도 6은 365㎚의 광 출력으로 비교한 본원 발명 램프와 종래의 램프의 비교도를 도시한다.

도 7은 봉지 전후의 램프 봉지부의 근방의 상태를 모식도적으로 도시한다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1:메탈 할라이드 램프 10, 10′:발광관

11, 11′:봉지부 12, 12′:전극

12a, 12′a:전극 선단 12b, 12′b:전극 몸체부

12c, 12′c:박 접합부 12S:소경부

13, 13′:외부 리드 14, 14′:몰리브덴박

15, 15′:몰리브덴박 17, 17′:유리 부재

18:급전선 19:베이스

20, 20′:지지체 30, 30′:공극

40, 40′:간극 50:버너

110′:봉지관

본 발명은 롱 아크형의 메탈 할라이드 램프에 관한 것으로, 특히 인쇄, 전자 부품의 접착, 액정의 접합 등의 자외선 경화용의 메탈 할라이드 램프에 관한 것이다.

전자공업계나 인쇄업계에서는, 자외선 경화용의 잉크나 도료나 접착재를 자외선에 의해 경화 건조하기 위해서 수은 램프나 메탈 할라이드 램프가 종래로부터 사용되고 있다. 그 중에서도, 수은의 휘선의 일종인 365㎚ 근방의 파장역의 광을, 봉입 원소를 연구하여 높인 메탈 할라이드 램프가 있다. 예를 들어, 일본국 특개 2001-15064호 공보에는 요오드화갈륨과 요오드화철을 발광관 안에 봉입한, 자외선 경화형의 잉크나 도료를 건조하는 용도의 소형 메탈 할라이드 램프가 기재되어 있다. 또한, 일본국 특개평 7-245081호 공보에는 자외선 경화용 램프로서 석영유리제 발광관 안에 수은과 아르곤 가스와 철(Fe)과 주석(Sn)의 할로겐화물을 봉입하고, 램프 단부의 봉지부(封止部)를 몰리브덴박(箔)을 사용하여 봉지하고 있는, 관 입력 12㎾이고 부하 240W/㎝인 램프가 개시되어 있다. 최근에는, 이러한 관입력이 큰 메탈 할라이드 램프가 액정의 접합 등의 접착에도 사용되기 시작하고 있다. 이 종의 램프는 장척의 직관형의 발광관을 가지고, 그 발광관의 양단에 한 쌍의 대향 전극을 가지는, 이른바 롱 아크형의 램프라고 불리고 있다. 최근, 조사 대상인 액정이 대면적화하여, 자외선 조사부의 길이가 길어지고 있으며, 발광길이는 길어지고 있다.

상기 공보에 있는 메탈 할라이드 램프는 관 입력 12㎾이지만, 더 높은 입력의 램프, 예를 들어 관 입력 14㎾나 관 입력 17㎾와 같은 큰 입력의 램프가 되면, 대(大)전류를 흐르게 할 필요로 인해, 몰리브덴박은 복수가 되고, 전극은 대전류가 흐르기 위해 발광관의 관 축 방향으로 가늘고 길게 굵은 형상을 하고 있다. 도 3에 종래부터 사용되고 있던 램프의 봉지부 부근의 확대도를 도시한다, 또한 전극 부분을 취출한 도면을 도 4에 도시한다. 전극(12′)은 전극 선단(12′a)으로부터 대략 기둥 형상으로 신장하는 전극 몸체부(12′b)와, 봉지부(11′) 측의 단부에 몰리브덴박과 접합하기 위해 깎여나간 편평한 박 접합부(12′c)를 구비하고 있다.

램프 제작 중에, 전극(12′)을 지지하면서 석영유리를 가열 성형하기는 어려워, 도 4에 전극의 확대도를 도시하지만, 박 접합부(12′c)에 가까운 전극 본체 부분에 고리 형상의 지지체(20′)를 배치하고 있다. 이 고리 형상의 지지체(20′)는 석영유리제이며, 전극(12′)은 토리에이티드 텅스텐(thoriated tungsten)제이다. 램프의 제작 공정에서는, 발광관(10′) 안을 감압하여 봉지부(11′)를 봉지부(11′) 외부로부터 가열하여 수축시킨다. 그 가열 시에, 전극(12′)은 열 팽창을 하 므로 전극 지름이 넓어지고, 석영유리제의 고리 형상의 지지체(20′)에 전극이 접촉하여, 램프의 관 축 중심에 전극을 배치하게 된다.

석영유리제의 고리 형상의 지지체(20′)는, 램프 제작 시의 가열로 열 팽창하지만, 전극(12′)에 비하여 팽창하는 길이는 작다. 그 때문에, 석영유리제의 고리 형상의 지지체(20′)는 그 중앙에 가지는 구멍 지름은 램프 제작 시의 전극(12′) 및 지지체(20′)의 각각의 열 팽창을 가미하여 설계된다.

도 7(a)에는 봉지 전의 이 종의 방전 램프의 봉지부 근방의 구조를 도시하고, 도 7(b)에는 봉지 후의 봉지부 근방의 구조를 도시한다. 도 7(a)에서 용기 안을 감압 상태로 하여 우측으로부터 버너(50)로 가열하면서 왼쪽 방향으로 가열하여 몰리브덴박(14′, 15′)과 봉지관(110′)을 밀착시켜간다. 17′는 몰리브덴박(14′, 15′)의 사이에 끼워지는 유리 부재이다. 도 7(b)에서, 전극(12′)을 지지하는 석영유리제의 고리 형상의 지지체(20′)의 가장자리 부분에 공극(30′)이 남는다. 그리고, 이 공극(30′)을 없애기 위해 석영유리제의 고리 형상의 지지체(20′)의 가장자리를 버너(50)로 계속 더 가열하면, 발광관(10′) 측의 램프 자체가 변형하여 상품 가치가 없어져 버리기 때문에 고리 형상의 지지체(20′) 가장자리 부분의 공극(30′)은 남길 수밖에 없다.

본원 발명자는, 상술과 같이 제작한, 수은이나 철을 봉입한 메탈 할라이드 램프에서, 실제 사용에서 램프를 점등하고, 소등하는 과정을 반복하는 동안에 365㎚ 부근의 파장역의 광의 강도가 점차 감소하여, 소기의 램프 수명에 이르기 전에 필요한 파장역의 광을 충분히 얻을 수 없게 된다는 현상을 발견하였다. 그리고, 그 원인을 예의 연구하여 본 발명을 완성하였다.

(특허문헌 1) 일본국 특개 2001-15064호 공보

(특허문헌 2) 일본국 특개평 7-245081호 공보

본 발명의 목적은, 장시간의 사용에도, 365㎚ 부근의 파장역의 광의 강도를 유지하는 것이 가능한 자외선 경화용 메탈 할라이드 램프를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 청구항 1에 기재된 발명은, 양단을 봉지한 석영유리제 발광관 안에 한 쌍의 전극이 대향 배치되고, 상기 발광관 안에 희가스와, 할로겐과, 수은과, 적어도 철을 봉입한 메틸 할라이드 램프에서, 상기 전극은 전극 선단으로부터 대략 기둥 형상으로 신장하는 전극 몸체부와 편평한 박 접합부를 가지고, 상기 전극 몸체부는 상기 전극 선단의 지름보다 소경인 부위를 가지고 이루어지며, 상기 소경인 부위의 주위에 고리 형상의 석영유리제 지지체가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 메탈 할라이드 램프로 하는 것이다.

도 1에 본원 발명의 메탈 할라이드 램프의 전체도를 도시하고, 도 2에 본원 발명의 메탈 할라이드 램프의 봉지부 근방의 확대 단면도를 도시한다. 도 1에서, 메탈 할라이드 램프(1)는 발광관(10)의 양단에 봉지부(11)를 구비하고, 봉지부(11) 안에는, 몰리브덴박(14, 15)이 전극(12)과 접속되고, 외부의 급전 도체(비 도시)와 이어져 있다. 18은 급전선, 19는 베이스이다. 발광관은 석영유리제이며, 내경 22.5㎜, 외경 26.1㎜, 발광 길이(전극간)는 500㎜이다.

도 2에 있어서, 전극(12)은 텅스텐에 산화토륨을 함유한 토리에이티드 텅스텐제이다. 전극(12)의 지름은 3.5㎜, 전극(12)의 전극 몸체부(12b)의 발광관 봉지부 측에 위치하는 소경부(12S)의 지름은 2.5㎜이다. 석영유리제의 고리 형상의 지지체(20)의 폭은 2㎜, 내경 2.6㎜, 외경 5.8㎜이다. 즉, 램프 소등 시의 냉(冷) 상태에서는 고리 형상의 지지체(20)와 전극(12)의 소경부(12S)의 사이의 간극(40)은 0.025mm이다. 고리 형상의 지지체(20)와 전극(12)의 소경부(12S)의 사이의 간극(40)의 극간은 면적으로 나타내면 0.004㎠이다. 또한, 몰리브덴박은 14 및 15로 나타낸 2매이다.

봉입물은 희가스와, 소정 양의 할로겐과, 수은과, 적어도 철이다. 램프의 입력 전력은 14㎾이고, 발광 길이 단위길이당 램프 부하는 14㎾÷50㎝로 280W/cm이다. 또한 이 도면에서 기재는 없으나, 전극 코일을 초기의 점등성을 높이기 위해서 전극 선단을 제외한 전극 몸체부에 구비하는 경우도 있다. 도 5에는 본 발명의 메탈 할라이드 램프의 발광 스펙트럼 분포를 도시한다. 365㎚ 부근에 강한 발광 피크가 모여있음을 알 수 있다.

본 발명의 효과를 확인하고자, 종래의 메탈 할라이드 램프와 본 발명의 메탈 할라이드 램프에서, 365㎚의 파장의 자외선 조도를 비교 측정하였다.

종래의 메탈 할라이드 램프로는, 발광관은 석영유리제이고, 내경 22.5㎜, 외경 26.1mm, 발광 길이(전극간)는 본 발명의 램프와 마찬가지로 500㎜인 것을 준비하였다. 도 3에 종래의 메탈 할라이드 램프의 봉지부 근방의 확대 단면도를 도시한다.

전극(12′)도 본 발명의 램프와 마찬가지로 토리에이티드 텅스텐제이다. 전극(12′)의 지름은, 깎여나간 박 접합부(12′c)에 이르는 가장자리까지의 전극 몸체부(12′b)에서 3.5㎜로 일정하고, 석영유리제의 고리 형상의 지지체(20′)의 폭은 2㎜, 내경 3.6㎜, 외경 6.4㎜이다. 즉, 램프 소등 시의 냉 상태에서는 고리 형상의 지지체(20′)와 전극의 사이의 간극(40′)의 면적은 0.006㎠이다. 또한, 몰리브덴박(14′, 15′)도 본 발명의 램프와 동일하다. 램프의 입력 전력도 본 발명의 램프와 마찬가지로 14㎾이다. 또한 발광 스펙트럼은 본 발명의 메탈 할라이드 램프와 마찬가지로 도 5이다.

본 발명의 램프 및 종래의 램프도 모두, 발광 길이 단위길이당 램프 부하를 280W/cm으로 하여 조사 30초, 대기 30초라는 사이클을 반복하여 점등하였다.

메탈 할라이드 램프로부터의 자외선 조도에 관해서, 램프 중심으로부터 50㎝ 이간한 위치에 센서 헤드를 배치하여 365㎚의 자외선 조도를 측정하고, 점등 초기의 조도를 100으로 하여 조도의 열화를 관찰하였다. 도 6을 보면 명백히 알 수 있듯이, 종래의 메탈 할라이드 램프는 점등 개시 후 350시간 경과에, 이미 초기 조도의 60%이하의 조도가 되어버렸으나, 본 발명의 메탈 할라이드 램프에서는, 800시간을 넘어도 초기 조도의 80% 정도를 유지하고 있었다.

이 결과로부터, 본 발명의 메탈 할라이드 램프에서는, 전극 뒷부분의 지름이 작으므로 승온 시의 전극의 팽창량의 절대값이 감소하여, 석영유리제의 고리 형상의 지지체의 내주와 전극 외면의 사이에 형성되는 간극의 총 단면적이 작아짐으로써, 철의 할로겐화물이 간극으로부터 전극 뒷부분의 공동으로 유출하는 양이 크게 감소하는 것이라고 생각된다.

본 발명에 의하면, 전극의 선단 지름에 비해 석영 지지체로 지지되는 전극 몸체부의 지름을 소경으로 함으로써, 소기의 수명 말기까지 365㎚ 부근의 광량이 충분히 얻어지는 메탈 할라이드 램프를 제공할 수 있다.

램프의 실제 사용에서, 램프를 점등하고 소등하는 과정이란 발광관이나 전극의 온도가 승온 강온을 반복한다는 것이 된다. 램프의 점등 시에는 석영유리제의 지지체와 전극의 간극은 전극의 열 팽창에 의해 대략 막혀져 있으나, 소등 시에는 전극의 온도도 내려가, 수축한다. 그러면, 석영유리제의 지지체와 전극의 간극이 넓어져, 램프에 봉입된 철과 할로겐으로부터 생성되는, 응고점이 높은 할로겐화철이 그 간극을 통과하여, 온도가 낮은 봉지부 측의 공극부에 고여 응고한다. 그리고, 재점화 시에는 봉지부 측의 공극부의 온도는 할로겐화철의 증발 온도에 충분히 도달하지 않아, 발광 공간에 존재하는 할로겐화철의 양은 감소한다. 그 결과, 할로겐화철은 365㎚ 부근에 발광의 피크를 가지고 있으므로, 그 365㎚ 부근의 광량이 크게 감소함을 알 수 있었다.

본 발명에서는, 전극의 선단 지름에 비해 석영유리제의 지지체에 대응하는 전극의 뒷 부분 지름을 소경으로 하였으므로, 석영유리제의 고리 형상의 지지체는 그 중앙에 가지는 구멍 지름을 작게 할 수 있고, 즉 개구부 면적을 작게 할 수 있고, 지지체 자체도 작기 때문에, 고리 형상의 지지체의 금속박 측의 가장자리에 형성되는 공극의 크기를 작게 할 수 있다. 즉, 할로겐화철이, 그 공극에 들어가는 양을 줄일 수 있다.

Claims

양단을 봉지한 석영유리제 발광관 안에 한 쌍의 전극이 대향 배치되고, 상기 발광관 안에 희가스와, 할로겐과, 수은과, 적어도 철을 봉입한 메탈 할라이드 램프에 있어서,

상기 전극은 전극 선단으로부터 대략 기둥 형상으로 신장하는 전극 몸체부와 편평한 박 접합부를 가지고, 상기 전극 몸체부는 상기 전극 선단의 지름보다 소경인 부위를 가지고 이루어지고, 상기 소경인 부위의 주위에 고리 형상의 석영유리제 지지체가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 메탈 할라이드 램프.