ショートアーク形水銀ランプ装置および紫外線照射装置
【課題】
フラッシュアップ点灯時に電極物質のスパッタによる黒化を抑制して寿命低下を低減したショートアーク形水銀ランプ装置およびこれを備えた紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】
ショートアーク形水銀ランプ装置ＳＬＡは、紫外線透過性の気密容器、表面積ＳＫ（mm２）の陰極、表面積ＳＡ（mm２）の陽極、水銀および希ガスを含む放電媒体、ならびに気密容器の点灯中低温になる部位の外面に形成された保温膜を備えたショートアーク形水銀ランプと、このランプを通常点灯時に第１のランプ電力Ｗａ（Ｗ）で点灯させておき、間欠的な増光点灯時に第２のランプ電力Ｗｂ（Ｗ）を第１のランプ電力に追加したランプ電力で点灯させる点灯回路とを具備し、以下の数式１〜４をともに満足する。
フラッシュアップ点灯時に電極物質のスパッタによる黒化を抑制して寿命低下を低減したショートアーク形水銀ランプ装置およびこれを備えた紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】
ショートアーク形水銀ランプ装置ＳＬＡは、紫外線透過性の気密容器、表面積ＳＫ（mm２）の陰極、表面積ＳＡ（mm２）の陽極、水銀および希ガスを含む放電媒体、ならびに気密容器の点灯中低温になる部位の外面に形成された保温膜を備えたショートアーク形水銀ランプと、このランプを通常点灯時に第１のランプ電力Ｗａ（Ｗ）で点灯させておき、間欠的な増光点灯時に第２のランプ電力Ｗｂ（Ｗ）を第１のランプ電力に追加したランプ電力で点灯させる点灯回路とを具備し、以下の数式１〜４をともに満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線照射装置の光源装置として好適なショートアーク形水銀ランプ装置およびこれを備えた紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電空間を包囲する包囲部およびこの包囲部の両端から延在する一対の封止部を有する紫外線透過性の気密容器と、前記気密容器に封装され管軸方向に沿って前記包囲部内に突出して小間隔で離間対向する陰極および陽極と、前記気密容器内に封入された水銀および希ガスを含む放電媒体とを具備したショートアーク形水銀ランプは既知である（例えば、特許文献１参照。）。この種のショートアーク形水銀ランプは、主として紫外線照射装置の光源として使用される。紫外線照射装置の性能向上のためには、この種の光源のランプ特性および信頼性を向上させる必要がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−２２６１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のショートアーク形水銀ランプを通常点灯時には相対的に小さいランプ電力で点灯し、間欠的に第１のランプ電力に第２のランプ電力を追加して相対的に大きなランプ電力で点灯させると、瞬時的に紫外線照度が増大する増光点灯（以下、便宜上「フラッシュアップ点灯」という。）を行うことができ、連続して一定のランプ電力で点灯する場合より紫外線照射能力が増大する。
【０００５】
そうして、フラッシュアップ点灯時には紫外線照度が高くなるので、このときにワークに対して紫外線照射を行うようにワークのインデックスを同期させるか、またはワークのインデックスに同期させてフラッシュアップ点灯に切り換えることにより、高い紫外線照度での照射を行うことができる。このため、ショートアーク形水銀ランプおよび点灯回路の大型化を抑制できるため、コストダウンを図ることができる。
【０００６】
ところが、従来のショートアーク形水銀ランプは、フラッシュアップ点灯を行うのに適した構造を備えていないことが分かった。すなわち、一般に第１のランプ電力は、アーク放電を維持できる程度に小さくするので、連続して一定の定格ランプ電力の場合より小さな値にする。また、フラッシュアップ時の第２のランプ電力は、上記定格ランプ電力より大きな値にする。このため、フラッシュアップ点灯時の電極温度が上昇するため、電極物質のスパッタによる石英ガラスからなる紫外線透過性の気密容器の黒化が生じやすく、その結果寿命短縮を来たしやすい。
【０００７】
本発明者が従来のショートアーク形水銀ランプを調査したところ、電極の表面積がフラッシュアップ点灯に適した構成ではないことが分かった。そこで、フラッシュアップ点灯に適した電極表面積を種々研究した結果、本発明をなすに至った。
【０００８】
本発明は、フラッシュアップ点灯時に電極物質のスパッタによる黒化を抑制して寿命低下を低減したショートアーク形水銀ランプ装置およびこれを備えた紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のショートアーク形水銀ランプ装置は、内部に放電空間が形成される包囲部およびこの包囲部の両端から一体的に延在した紫外線透過性の気密容器、基端部が前記気密容器の封止部に支持されて先端部が包囲部内に突出する表面積ＳＫ（mm２）の陰極、基端部が前記気密容器の封止部に支持され先端部が包囲部内に突出して前記陰極に小間隔で離間対向する表面積ＳＡ（mm２）の陽極、前記気密容器内に封入された水銀および希ガスを含む放電媒体、ならびに気密容器の点灯中低温になる部位の外面に形成された保温膜を備えたショートアーク形水銀ランプと；上記ショートアーク形水銀ランプを通常点灯時に相対的に小さな第１のランプ電力Ｗａ（Ｗ）で点灯させておき、間欠的な増光点灯時に第２のランプ電力Ｗｂ（Ｗ）を第１のランプ電力に追加した相対的に大きなランプ電力で点灯させる点灯回路と；を具備し、以下の数式をともに満足することを特徴としている。
【００１０】
数式１：０．５＜Ｗａ／ＳＫ
数式２：（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫ＜１６
数式３：０．０８＜Ｗａ／ＳＡ
数式４：（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡ＜１０
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、陰極および陽極の表面積が数式１ないし４に規定する条件をともに満足することにより、フラッシュアップ点灯時における電極物質のスパッタによる黒化を抑制して寿命低下を低減したショートアーク形水銀ランプ装置およびこれを備えた紫外線照射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００１３】
図１ないし図３は、本発明のショートアーク形水銀ランプ装置を実施するための一形態を示し、図１はショートアーク形水銀ランプ装置全体の正面図、図２はショートアーク形水銀ランプの陰極部近傍を拡大して示す概略的要部正面図、図３は同じく陽極部近傍を拡大して示す概略的要部正面図である。
【００１４】
本発明のショートアーク形水銀ランプ装置ＳＬＡは、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬおよび点灯回路ＯＣを具備している。
【００１５】
まず、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬについて説明する。ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、気密容器１、陰極２Ｋ、陽極２Ａ、放電媒体、外部リード導体３、４および保温膜５、６を具備した直流点灯形式のものである。
【００１６】
気密容器１は、少なくとも主要部が紫外線透過性であり、例えば石英ガラスなどから形成されている。そして、包囲部１ａおよび一対の封止部１ｂ、１ｂを備えている。包囲部１ａの内部には放電空間が形成されている。
【００１７】
上記包囲部１ａは、適宜の形状であることが許容されるが、例えば管軸方向に長い紡錘形状をなしている。さらに、包囲部１ａの側面の一部に排気チップオフ部Ｅｘが形成されている。この排気チップオフ部Ｅｘは、包囲部１ａから外部へ臍状に突出していて、包囲部１ａの内部を排気し、かつ放電媒体を封入するのに供するために、予めショートアーク形水銀ランプＳＨＬの製造時に溶着しておいた排気管を封じ切った後に形成される。
【００１８】
一対の封止部１ｂ、１ｂは、包囲部１ａの管軸方向の両端から管軸方向へ延在しており、気密容器１を気密に封止するとともに、後述する陰極２Ｋおよび陽極２Ａをその内部において支持して、放電空間内に封装するのに寄与している。
【００１９】
さらに詳述すれば、気密容器１が石英ガラスからなる場合、封止部１ｂは、その内部に例えば封着金属箔１ｃを気密に埋設している。なお、封着金属箔１ｃは、好ましくはモリブデン箔からなり、所要の電流容量を得るために、１枚または離間並列状態で複数枚、例えば２枚が電極の基端部に溶接される。
【００２０】
陰極２Ｋおよび陽極２Ａは、耐火性で導電性の金属、例えばタングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）またはタングステン−レニウム合金などを主成分として形成されている。また、上記陰極２Ｋおよび陽極２Ａは、ショートアーク形式の放電がそれら電極間に生起するように包囲部１ａの内径より小さい電極間距離、例えば２ｍｍとなるようにそれぞれ先端が管軸上において離間対向して配置されている。
【００２１】
陰極２Ｋは、図２に示すように本形態の場合、陰極主部Ｋ１、中間部Ｋ２、基端部Ｋ３およびコイル部Ｃｋを備えて構成されている。陰極主部Ｋ１は、ランプ点灯中に流入するイオン電流が小さいので、既知のように相対的に小径である。そして、安定点灯中における陰極スポット位置の安定を図るために、既知のように先端部が先細に成形されている。中間部Ｋ２は軸部であり、先端に陰極主部Ｋ１を一体に支持している。基端部Ｋ３は端部側が扁平に研削されていて、封着金属箔１ｃに溶接しやすくなっている。
【００２２】
コイル部Ｃｋは、所望により付加される手段であり、陰極主部Ｋ１の先端から適当な距離だけ後退した位置において中間部Ｋ２に巻装されている。そして、電子放射性物質をドープするなどして電子放射性を有する耐火性金属、例えばトリウムタングステンの細線により形成されている。このコイル部Ｃｋを備えることにより、始動時にのみ陰極スポットが上記コイル部Ｃｋに形成され、適当な時間遅れの後に陰極スポットが陰極主部Ｋ１端部へ転移するように構成することが可能になる。これによって陰極２Ｋの損耗を低減することができる。なお、陰極主部Ｋ１およびコイル部Ｃｋの構成金属としては、例えばトリア、アルミナ、マグネシア、ジルコニアなどの電子放射性物質をドープした前記耐火性金属を用いることができる。
【００２３】
そうして、陰極２Ｋは、その表面積ＳＫ（mm２）が後述するように数式１および数式２を満足するような値に設定されている。なお、表面積ＳＫは、図２の点線で囲んだ範囲ＳＫが示すように、包囲部１ａ内に突出する部分における表面積をいう。
【００２４】
これに対して、陽極２Ａは、図３に示すように本形態の場合、陽極主部Ａ１、中間部Ａ２および基端部Ａ３を備えて構成されている。陽極主部Ａ１はランプ点灯中に流入する電子電流が大きいので、放熱を促進するために既知のように大径にして表面積が大きくなるように構成されている。中間部Ａ２は軸部であり、先端に陽極主部Ａ１を一体に支持している。基端部Ａ３の端部側は扁平に研削されていて、封着金属箔１ｃに溶接しやすくなっている。
【００２５】
そうして、陽極２Ａは、その表面積ＳＡ（mm２）が後述するように数式３および数式４を満足するような値に設定されている。なお、表面積ＳＡは、図３の点線で囲んだ範囲ＳＡが示すように、包囲部１ａ内に突出する部分における表面積をいう。
【００２６】
また、本発明のショートアーク形水銀放電ランプＳＨＬは、その陰極２Ｋが上側に位置し、陽極２Ａが陰極２Ｂの下側に位置する垂直状態で点灯される。本形態の場合、上記構成に加えて、気密容器１の温度分布のバランスを向上させるために、電極間距離Ｇの中心Ｐが包囲部１ａの管軸方向における長さの中心位置より陽極２Ａ側へ所定距離の範囲内で変位して位置するように構成されている。
【００２７】
放電媒体は、水銀および希ガスを主体として構成されている。なお、水銀は、点灯時に蒸発して例えば数十気圧となるような超高圧水銀蒸気状態を呈する。希ガスは、例えばアルゴンガスからなり、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用する。
【００２８】
外部リード導体３、４は、陰極２Ｋおよび陽極２Ａを点灯回路ＯＣに接続して受電するための接続手段であり、それらの先端部が封止部１ｂ内に進入して支持されているとともに、封着金属箔１ｃを介して陰極２Ｋおよび陽極２Ａに接続している。また、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬを紫外線照射装置の内部に装着する際に、取付手段として外部リード構体３、４を利用することができる。この場合、外部リード構体３、４は、図示を省略しているが、口金構造を採用することができる。この口金構造部分を所定の位置に定置されたランプソケット（図示しない。）に装着することでショートアーク形水銀ランプＳＨＬを紫外線照射装置などの組込み機器の内部に取り付けることができる。
【００２９】
保温膜５は白金や金などの塗布膜などからなり、図１に示すように陽極２Ａが配置される気密容器１の下部が低温にならないように気密容器１の外面に形成されている。さらに詳述すれば、保温膜５は図１に示すように陽極２Ａの先端部よりいくらか下の部位に対向する位置から下側の封止部１ｂの上部に至る気密容器１の外面に形成されている。
【００３０】
保温膜６は排気チップオフ部Ｅｘの外面に形成される。排気チップオフ部Ｅｘは、包囲部１ａから外部へ臍状に突出している。そのため、排気チップオフ部は、冷却されやすくて包囲部１ａの温度低下をもたらすので、保温膜６により排気チップオフ部Ｅｘを保温する。なお、上記保温膜６を白金、金などの塗付膜などによって形成することができる。
【００３１】
ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、上述した基幹的な構造に加えて、所望により陰極保温膜（図示しない。）を配設することができる。陰極保温膜は、陰極２Ｋに水銀が付着するのを防止するために陰極２Ｋを保温する手段である。そして、例えば主として陰極２Ｋ側の封止部の外面に形成された白金などの塗付膜からなる。なお、陰極２Ｋに水銀が付着すると、始動電圧過昇や点灯不良を生じやすくなる。
【００３２】
また、所望により、トリガーワイヤを配設することができる。トリガーワイヤは、始動時に電極近傍の電位傾度を大きくしてショートアーク形水銀ランプＳＨＬの始動性を良好にするための手段である。そして、例えば基端が陰極２Ｋ側の外部リード構体３に接続し、中間が包囲部１ａの外面に近接して延在し、先端が陽極２Ａ側の封止部１ｂの包囲部１ａに隣接する部位に巻き付けられる。
【００３３】
次に、点灯回路ＯＣについて説明する。点灯回路ＯＣは、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬの陰極２Ｋと陽極２Ａとに対して、図４に示すように第１のランプ電力Ｗａおよび第２のランプ電力Ｗｂを交互に、かつ間欠的に供給する。
【００３４】
第１のランプ電力Ｗａは、通常点灯時Ｔ１に供給され、相対的に小さな値である。一例で説明すれば、７００Ｗとする。なお、通常点灯時Ｔ１は一般的には待機時間帯であり、紫外線照射を行うまでの待機時間中にアーク放電を維持するための期間である。本発明おいて、第１のランプ電力Ｗａは、２００〜１００００Ｗの範囲内で設定することが可能である。
【００３５】
第２のランプ電力Ｗｂは、フラッシュアップ点灯時Ｔ２に第１のランプ電力Ｗａに追加して供給され、したがって第１および第２のランプ電力の和（Ｗａ＋Ｗｂ）は相対的に大きな値になる。一例で説明すれば、第２のランプ電力Ｗｂを３００Ｗとすると、第１および第２のランプ電力の和（Ｗａ＋Ｗｂ）は１０００Ｗになる。すなわち、フラッシュアップ点灯時Ｔ２は一般的には紫外線照射時間帯であり、紫外線照射作業を行う時間中の紫外線出力を高めるために、高出力点灯を行うための期間である。本発明おいて、第２のランプ電力Ｗｂは、第１のランプ電力Ｗａより小さな値とされ、１００〜５０００Ｗの範囲内で設定することが可能である。
【００３６】
また、第１のランプ電力Ｗａと第２のランプ電力Ｗｂの比率Ｗａ／Ｗｂ、通常点灯時Ｔ１とフラッシュアップ点灯時Ｔ２の時間間隔比Ｔ１／Ｔ２および通常点灯時間Ｔ１とフラッシュアップ点灯時間Ｔ２は、紫外線照射の用途および作業の態様により異なるが、以下に一応の目安を示す。
【００３７】
すなわち、第１のランプ電力Ｗａと第２のランプ電力Ｗｂの比率Ｗａ／Ｗｂは、一般的には１．８〜４．０の範囲であり、好ましくは２．０〜３．０の範囲である。
【００３８】
また、通常点灯時間Ｔ１とフラッシュアップ点灯時間Ｔ２の時間比Ｔ１／Ｔ２は、本発明において特段限定されないが、一般的には０．１〜１０であり、好ましくは０．１５〜７．０である。
【００３９】
さらに、フラッシュアップ点灯時間Ｔ２は、一般的には０．１秒〜２分であり、好ましくは０．１〜１０秒である。一実施例としては、通常点灯時間Ｔ１が２秒で、フラッシュアップ点灯時間Ｔ２が１０秒である。
【００４０】
さらに、点灯回路ＯＣの回路構成については、例えば定電力制御形など既知の回路構成を適宜採用することができる。
【００４１】
次に、本発明における陰極２Ｋおよび陽極２Ａの表面積ＳＫ（mm２）、ＳＡ（mm２）と通常点灯時Ｔ１のランプ電力Ｗａ（Ｗ）およびフラッシュアップ点灯時Ｔ２のランプ電力Ｗｂ（Ｗ）との関係を規定する数式１ないし数式４の限定理由について図５および図６をも参照しながら説明する。
【００４２】
（１）数式１について
数式１は、０．５＜Ｗａ／ＳＫであり、Ｗａ／ＳＫが０．５以下になると、アークの立ち消えが発生しやすくなるので不可である。
【００４３】
（２）数式２について
数式２は、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫ＜１６であり、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫが１６以上になると、図５に示すように紫外線照度規定値到達時間（光束維持率に近い概念である。）が悪化してショートアーク形水銀ランプＳＨＬの寿命短縮が顕著になるので、不可である。なお、図５において、横軸は（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫを、縦軸は紫外線照度規定値到達時間（ｈ）を、それぞれ示す。図５に示すグラフは、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡを０．９に設定した場合におけるデータである。
【００４４】
本発明において、紫外線照度規定値到達時間とは、紫外線照度が初期値の７０％になるまでの点灯経過時間を意味する。
【００４５】
また、本発明において、紫外線照度規定値到達時間は、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫが大きくなるにしたがって低減する傾向があり、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫが１６までは低減の程度が比較的少ない。さらに、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫが５以下であれば、紫外線照度規定値到達時間が十分に長くなる。
【００４６】
（３）数式３について
数式３は、０．０８＜Ｗａ／ＳＡであり、Ｗａ／ＳＡが０．０８以下になると、アークの立ち消えが発生しやすくなるので不可である。
【００４７】
（４）数式４について
数式４は、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡ＜１０であり、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡが１０以上になると、図６に示すように光束維持率が悪化してショートアーク形水銀ランプＳＨＬの寿命短縮が顕著になるので、不可である。なお、図６において、横軸は（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡを、縦軸は紫外線照度規定値到達時間（ｈ）を、それぞれ示す。図６に示すグラフは、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫを４に設定した場合におけるデータである。紫外線照度規定値到達時間は、図５におけるのと意味は同じである。
【００４８】
また、紫外線照度規定値到達時間は、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡが大きくなるにしたがって低減する傾向があり、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡが１０までは低減の程度が比較的少ない。さらに、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡが２以下であれば、紫外線照度規定値到達時間が十分に長くなる。
【００４９】
次に、本発明のショートアーク形水銀ランプ装置の動作について説明する。以上説明したショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、点灯すると透光性気密容器１の内部に超高圧水銀蒸気放電が生起して主として波長３６５ｎｍの紫外線を発生する。
【００５０】
また、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、点灯回路ＯＣにより図４に示すように間欠的にフラッシュアップ点灯が行われる。すなわち、点灯回路ＯＣから第１のランプ電力Ｗａが供給されている通常点灯時Ｔ１において、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは第１のランプ電力が投入されてアーク放電が持続しているが、その光出力は小さい。しかし、このときには光照射作業を行わないで待機状態とすれば、何ら差し支えない。次に、フラッシュアップ点灯時Ｔ２になって点灯回路ＯＣから供給されるランプ電力が切り換わり、第１のランプ電力Ｗａに第２のランプ電力Ｗｂが追加されて増加したランプ電力Ｗａ＋Ｗｂが供給されと、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは瞬時に増光点灯に移行する。その結果、紫外線出力が増大するので、光照射作業を行うのに都合がよくなる。
【００５１】
本発明においては、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬの陰極２Ｋおよび陽極２Ａの表面積ＳＫ、ＳＡを数式１ないし数式４をともに満足することにより、フラッシュアップ点灯によりショートアーク形水銀ランプＳＨＬおよび点灯回路ＯＣの小形化を図りながら紫外線出力を増大させ、かつ始動の容易で紫外線照度規定値到達時間が長く、したがって光束維持率が良好になって、寿命特性が良好なショートアーク形水銀ランプを得ることができる。
【００５２】
図６は、本発明の紫外線照射装置を実施するための一形態を示す正面断面図である。
【００５３】
本形態の紫外線照射装置は、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬ、楕円反射鏡ＥＲおよび導光装置ＬＧを具備している。また、所望によりその他の構造としてハウジングＨ、ミラーＭ１および紫外線通過量制御機構ＵＶＣなどを具備することができる。
【００５４】
ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、石英ガラスなどからなる透光性気密容器１の内部に陰極および陽極を比較的狭い電極間距離となるように封装するとともに、水銀および希ガスからなる放電媒体を封入してなり、例えば図示のように垂直点灯されるように配置されている。
【００５５】
楕円反射鏡ＥＲは、第１焦点ｆ１および第２焦点ｆ２を有し、例えば反射面が椀形の回転楕円体形状をなしている。また、その第１焦点ｆ１にショートアーク形水銀ランプＳＨＬの発光中心が位置するように配置されることによって、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬから放射される紫外線を反射して楕円反射鏡ＥＲの前方に位置する第２焦点ｆ２に集光する。
【００５６】
また、楕円反射鏡ＥＲは、好適には椀形のガラス基体の内面に紫外線反射・赤外線透過性被膜を被着させてなされる構成のものを採用することができる。そして、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬの発光部が内部に収納される。
【００５７】
ミラーＭ１は、楕円反射鏡ＥＲから出射した反射紫外線の進行方向をほぼ９０°の角度で変更させる場合に用いられる光学手段であり、紫外線照射装置をコンパクトに構成するなどの理由で採用される。この反射手段には平面反射鏡を用いることができる。なお、所望によりミラーＭ１の傾斜角を微調整する角度調整手段を付加することができる。
【００５８】
また、ミラーＭ１を用いる場合には、楕円反射鏡ＥＲの開口と第２焦点ｆ２との間に位置して、好ましくは第２焦点ｆ２になるべく接近した位置になるように、ミラーＭ１が配設される。
【００５９】
導光装置ＬＧは、第２焦点ｆ２に集光した紫外線を照射位置など所望の位置まで光を整えながら導光する手段である。
【００６０】
円盤状紫外線通過量制御機構ＵＶＣは、図示しないワークに照射される紫外線を制御するための手段であり、本形態においては回転中心の周りに節動回転可能な紫外線制御用の調光板Ｐ１および／またはシャッター板Ｐ２を備えている。なお、節動回転とは、複数ステップのうち１ステップごとに節動し得る１回転以下のいわゆる回動を含む意味である。
【００６１】
また、円盤状紫外線通過量制御機構ＵＶＣは、楕円反射鏡ＥＲとミラーＭ１とを結ぶ第１の光軸ＬＸ１に対して直角で、かつミラーＭ１と導光体ＬＧとを結ぶ第２の光軸ＬＸ２を含む平面Ｐを挟んで反射鏡ＥＲの反対側に回転中心が位置する。そして、円盤部Ｐ１またはＰ２の作用部がミラーＭ１と導光体ＬＧとの間に介在して紫外線の通過量を制御する光学制御機構である。
【００６２】
したがって、本形態の円盤状紫外線通過量制御機構ＵＶＣによれば、導光体ＬＧの他端から出射する紫外線量を制御することができる。紫外線量の制御は、調光および通過・遮断の切り換え（シャッター動作）のいずれか一方または両方が可能なように構成することができる。調光を行うときには調光機構ＤＰが、また通過・遮断の切り換え（シャッター動作）を行うときにはシャッター機構ＳＰが、それぞれ配設される。両方を行う際には、調光機構ＤＰの調光板Ｐ１とシャッター機構ＳＰのシャッター板Ｐ２の作用部が近接するように配設される。
【００６３】
調光機構ＤＰは、例えば回転中心の周りに回転する調光板Ｐ１およびこの調光板Ｐ１を所定角度だけ節動回転させるための駆動回転を行う節動回転駆動手段（図示しない。）、例えばステッピングモータを備えている。そして、調光板Ｐ１には複数ステップの節動回転位置がディジタル的に設定され、そのステップごとに節動させて所定のステップ位置に到達するように構成するとともに、各ステップ位置には１個または複数個の透孔からなり、開口面積がステップ数に応じて順次変化して、通過紫外線量が０〜１００％を規定している開口ＯＰ１が環状に配置されている。
【００６４】
シャッター機構ＳＰは、回転中心の周りに回転するシャッター板Ｐ２およびこのシャッター板Ｐ２を所定角度だけ節動回転駆動を行う節動回転駆動手段ＳＭ２、例えばステッピングモータを備えている。そして、シャッター板Ｐ２には第１の節動回転位置において無開口になっていて紫外線を遮断（オフ）し、第２の節動回転位置においてシャッター開口ＯＰ２が形成されていて紫外線を通過（オン）させるように構成されている。
【００６５】
本形態においては、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬから放射された紫外線は、楕円反射鏡ＥＲ内において、第１焦点ｆ１から出射して楕円反射鏡ＥＲの反射面で反射して楕円反射鏡ＥＲから下方へ集光しながら出射する。そして、ミラーＭ１に入射し、反射して、第１の光軸ＬＸ１に対してほぼ９０°方向に向きが変更され、さらに集光しながら第２焦点ｆ２に収斂する。
【００６６】
第２焦点ｆ２に収斂した紫外線は、円盤状紫外線通過量制御機構ＵＶＣすなわち調光機構ＤＰまたは／およびシャッター機構ＳＰを通過して導光装置ＬＧ内にその一端から入射する。そして、導光体ＬＧ内を、内面全反射を繰り返しながら導光されて他端から均一に整えられた紫外線を出射する。
【００６７】
〔その他の構成について〕 本形態の紫外線照射装置においては、さらに以下の構成を具備している。
【００６８】
１．（光学系について） 以上説明した光学系に加えて紫外線を図示しないワークに照射しやすくするために、導光装置ＬＧの他端に集光レンズＬＵおよびミラーＭ２を配設することができる。これにより、ワークに向けて照射口ＩＲＯから出射する紫外線の向きを下方へ変更することができる。
【００６９】
２．（排気機構ＡＳについて） 紫外線照射装置から外部へ塵埃などが放散されないように排気機構ＡＳを具備することができる。排気機構ＡＳを排気ダクト（図示しない。）に接続すれば、紫外線照射装置内が低圧になり、内部から塵埃などの不純物が放散しなくなる。
【００７０】
３．（光源位置微調整機構ＬＸＲについて） 光源位置微調整機構ＬＸＲは、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬの管軸位置を微調整する機構である。なお、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、後述するハウジングＨの天井から吊持されている。
【００７１】
４．（ハウジングＨについて） ハウジングＨは、以上の各手段を内部の所定位置に収納している。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明のショートアーク形水銀ランプ装置を実施するための一形態の全体を示す正面図
【図２】同じくショートアーク形水銀ランプの陰極部近傍を拡大して示す概略的要部正面図
【図３】同じく陽極部近傍を拡大して示す概略的要部正面図
【図４】同じくフラッシュアップ点灯を説明するランプ電力の波形図
【図５】本発明における（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫと紫外線照度規定値到達時間の関係を示すグラフ
【図６】本発明における（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡと紫外線照度規定値到達時間の関係を示すグラフ
【図７】本発明の紫外線照射装置を実施するための一形態を示す正面断面図
【符号の説明】
【００７３】
１…気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…封止部、１ｃ…封着金属箔、２Ｋ…陰極、２Ａ…陽極、３、４…外部リード構体、５、６…保温膜、Ｃｋ…コイル部、Ｅｘ…排気チップオフ部、ＯＣ…点灯回路、ＳＨＬ…ショートアーク形水銀ランプ、ＳＬＡ…ショートアーク形水銀ランプ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線照射装置の光源装置として好適なショートアーク形水銀ランプ装置およびこれを備えた紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電空間を包囲する包囲部およびこの包囲部の両端から延在する一対の封止部を有する紫外線透過性の気密容器と、前記気密容器に封装され管軸方向に沿って前記包囲部内に突出して小間隔で離間対向する陰極および陽極と、前記気密容器内に封入された水銀および希ガスを含む放電媒体とを具備したショートアーク形水銀ランプは既知である（例えば、特許文献１参照。）。この種のショートアーク形水銀ランプは、主として紫外線照射装置の光源として使用される。紫外線照射装置の性能向上のためには、この種の光源のランプ特性および信頼性を向上させる必要がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−２２６１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のショートアーク形水銀ランプを通常点灯時には相対的に小さいランプ電力で点灯し、間欠的に第１のランプ電力に第２のランプ電力を追加して相対的に大きなランプ電力で点灯させると、瞬時的に紫外線照度が増大する増光点灯（以下、便宜上「フラッシュアップ点灯」という。）を行うことができ、連続して一定のランプ電力で点灯する場合より紫外線照射能力が増大する。
【０００５】
そうして、フラッシュアップ点灯時には紫外線照度が高くなるので、このときにワークに対して紫外線照射を行うようにワークのインデックスを同期させるか、またはワークのインデックスに同期させてフラッシュアップ点灯に切り換えることにより、高い紫外線照度での照射を行うことができる。このため、ショートアーク形水銀ランプおよび点灯回路の大型化を抑制できるため、コストダウンを図ることができる。
【０００６】
ところが、従来のショートアーク形水銀ランプは、フラッシュアップ点灯を行うのに適した構造を備えていないことが分かった。すなわち、一般に第１のランプ電力は、アーク放電を維持できる程度に小さくするので、連続して一定の定格ランプ電力の場合より小さな値にする。また、フラッシュアップ時の第２のランプ電力は、上記定格ランプ電力より大きな値にする。このため、フラッシュアップ点灯時の電極温度が上昇するため、電極物質のスパッタによる石英ガラスからなる紫外線透過性の気密容器の黒化が生じやすく、その結果寿命短縮を来たしやすい。
【０００７】
本発明者が従来のショートアーク形水銀ランプを調査したところ、電極の表面積がフラッシュアップ点灯に適した構成ではないことが分かった。そこで、フラッシュアップ点灯に適した電極表面積を種々研究した結果、本発明をなすに至った。
【０００８】
本発明は、フラッシュアップ点灯時に電極物質のスパッタによる黒化を抑制して寿命低下を低減したショートアーク形水銀ランプ装置およびこれを備えた紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のショートアーク形水銀ランプ装置は、内部に放電空間が形成される包囲部およびこの包囲部の両端から一体的に延在した紫外線透過性の気密容器、基端部が前記気密容器の封止部に支持されて先端部が包囲部内に突出する表面積ＳＫ（mm２）の陰極、基端部が前記気密容器の封止部に支持され先端部が包囲部内に突出して前記陰極に小間隔で離間対向する表面積ＳＡ（mm２）の陽極、前記気密容器内に封入された水銀および希ガスを含む放電媒体、ならびに気密容器の点灯中低温になる部位の外面に形成された保温膜を備えたショートアーク形水銀ランプと；上記ショートアーク形水銀ランプを通常点灯時に相対的に小さな第１のランプ電力Ｗａ（Ｗ）で点灯させておき、間欠的な増光点灯時に第２のランプ電力Ｗｂ（Ｗ）を第１のランプ電力に追加した相対的に大きなランプ電力で点灯させる点灯回路と；を具備し、以下の数式をともに満足することを特徴としている。
【００１０】
数式１：０．５＜Ｗａ／ＳＫ
数式２：（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫ＜１６
数式３：０．０８＜Ｗａ／ＳＡ
数式４：（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡ＜１０
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、陰極および陽極の表面積が数式１ないし４に規定する条件をともに満足することにより、フラッシュアップ点灯時における電極物質のスパッタによる黒化を抑制して寿命低下を低減したショートアーク形水銀ランプ装置およびこれを備えた紫外線照射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００１３】
図１ないし図３は、本発明のショートアーク形水銀ランプ装置を実施するための一形態を示し、図１はショートアーク形水銀ランプ装置全体の正面図、図２はショートアーク形水銀ランプの陰極部近傍を拡大して示す概略的要部正面図、図３は同じく陽極部近傍を拡大して示す概略的要部正面図である。
【００１４】
本発明のショートアーク形水銀ランプ装置ＳＬＡは、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬおよび点灯回路ＯＣを具備している。
【００１５】
まず、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬについて説明する。ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、気密容器１、陰極２Ｋ、陽極２Ａ、放電媒体、外部リード導体３、４および保温膜５、６を具備した直流点灯形式のものである。
【００１６】
気密容器１は、少なくとも主要部が紫外線透過性であり、例えば石英ガラスなどから形成されている。そして、包囲部１ａおよび一対の封止部１ｂ、１ｂを備えている。包囲部１ａの内部には放電空間が形成されている。
【００１７】
上記包囲部１ａは、適宜の形状であることが許容されるが、例えば管軸方向に長い紡錘形状をなしている。さらに、包囲部１ａの側面の一部に排気チップオフ部Ｅｘが形成されている。この排気チップオフ部Ｅｘは、包囲部１ａから外部へ臍状に突出していて、包囲部１ａの内部を排気し、かつ放電媒体を封入するのに供するために、予めショートアーク形水銀ランプＳＨＬの製造時に溶着しておいた排気管を封じ切った後に形成される。
【００１８】
一対の封止部１ｂ、１ｂは、包囲部１ａの管軸方向の両端から管軸方向へ延在しており、気密容器１を気密に封止するとともに、後述する陰極２Ｋおよび陽極２Ａをその内部において支持して、放電空間内に封装するのに寄与している。
【００１９】
さらに詳述すれば、気密容器１が石英ガラスからなる場合、封止部１ｂは、その内部に例えば封着金属箔１ｃを気密に埋設している。なお、封着金属箔１ｃは、好ましくはモリブデン箔からなり、所要の電流容量を得るために、１枚または離間並列状態で複数枚、例えば２枚が電極の基端部に溶接される。
【００２０】
陰極２Ｋおよび陽極２Ａは、耐火性で導電性の金属、例えばタングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）またはタングステン−レニウム合金などを主成分として形成されている。また、上記陰極２Ｋおよび陽極２Ａは、ショートアーク形式の放電がそれら電極間に生起するように包囲部１ａの内径より小さい電極間距離、例えば２ｍｍとなるようにそれぞれ先端が管軸上において離間対向して配置されている。
【００２１】
陰極２Ｋは、図２に示すように本形態の場合、陰極主部Ｋ１、中間部Ｋ２、基端部Ｋ３およびコイル部Ｃｋを備えて構成されている。陰極主部Ｋ１は、ランプ点灯中に流入するイオン電流が小さいので、既知のように相対的に小径である。そして、安定点灯中における陰極スポット位置の安定を図るために、既知のように先端部が先細に成形されている。中間部Ｋ２は軸部であり、先端に陰極主部Ｋ１を一体に支持している。基端部Ｋ３は端部側が扁平に研削されていて、封着金属箔１ｃに溶接しやすくなっている。
【００２２】
コイル部Ｃｋは、所望により付加される手段であり、陰極主部Ｋ１の先端から適当な距離だけ後退した位置において中間部Ｋ２に巻装されている。そして、電子放射性物質をドープするなどして電子放射性を有する耐火性金属、例えばトリウムタングステンの細線により形成されている。このコイル部Ｃｋを備えることにより、始動時にのみ陰極スポットが上記コイル部Ｃｋに形成され、適当な時間遅れの後に陰極スポットが陰極主部Ｋ１端部へ転移するように構成することが可能になる。これによって陰極２Ｋの損耗を低減することができる。なお、陰極主部Ｋ１およびコイル部Ｃｋの構成金属としては、例えばトリア、アルミナ、マグネシア、ジルコニアなどの電子放射性物質をドープした前記耐火性金属を用いることができる。
【００２３】
そうして、陰極２Ｋは、その表面積ＳＫ（mm２）が後述するように数式１および数式２を満足するような値に設定されている。なお、表面積ＳＫは、図２の点線で囲んだ範囲ＳＫが示すように、包囲部１ａ内に突出する部分における表面積をいう。
【００２４】
これに対して、陽極２Ａは、図３に示すように本形態の場合、陽極主部Ａ１、中間部Ａ２および基端部Ａ３を備えて構成されている。陽極主部Ａ１はランプ点灯中に流入する電子電流が大きいので、放熱を促進するために既知のように大径にして表面積が大きくなるように構成されている。中間部Ａ２は軸部であり、先端に陽極主部Ａ１を一体に支持している。基端部Ａ３の端部側は扁平に研削されていて、封着金属箔１ｃに溶接しやすくなっている。
【００２５】
そうして、陽極２Ａは、その表面積ＳＡ（mm２）が後述するように数式３および数式４を満足するような値に設定されている。なお、表面積ＳＡは、図３の点線で囲んだ範囲ＳＡが示すように、包囲部１ａ内に突出する部分における表面積をいう。
【００２６】
また、本発明のショートアーク形水銀放電ランプＳＨＬは、その陰極２Ｋが上側に位置し、陽極２Ａが陰極２Ｂの下側に位置する垂直状態で点灯される。本形態の場合、上記構成に加えて、気密容器１の温度分布のバランスを向上させるために、電極間距離Ｇの中心Ｐが包囲部１ａの管軸方向における長さの中心位置より陽極２Ａ側へ所定距離の範囲内で変位して位置するように構成されている。
【００２７】
放電媒体は、水銀および希ガスを主体として構成されている。なお、水銀は、点灯時に蒸発して例えば数十気圧となるような超高圧水銀蒸気状態を呈する。希ガスは、例えばアルゴンガスからなり、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用する。
【００２８】
外部リード導体３、４は、陰極２Ｋおよび陽極２Ａを点灯回路ＯＣに接続して受電するための接続手段であり、それらの先端部が封止部１ｂ内に進入して支持されているとともに、封着金属箔１ｃを介して陰極２Ｋおよび陽極２Ａに接続している。また、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬを紫外線照射装置の内部に装着する際に、取付手段として外部リード構体３、４を利用することができる。この場合、外部リード構体３、４は、図示を省略しているが、口金構造を採用することができる。この口金構造部分を所定の位置に定置されたランプソケット（図示しない。）に装着することでショートアーク形水銀ランプＳＨＬを紫外線照射装置などの組込み機器の内部に取り付けることができる。
【００２９】
保温膜５は白金や金などの塗布膜などからなり、図１に示すように陽極２Ａが配置される気密容器１の下部が低温にならないように気密容器１の外面に形成されている。さらに詳述すれば、保温膜５は図１に示すように陽極２Ａの先端部よりいくらか下の部位に対向する位置から下側の封止部１ｂの上部に至る気密容器１の外面に形成されている。
【００３０】
保温膜６は排気チップオフ部Ｅｘの外面に形成される。排気チップオフ部Ｅｘは、包囲部１ａから外部へ臍状に突出している。そのため、排気チップオフ部は、冷却されやすくて包囲部１ａの温度低下をもたらすので、保温膜６により排気チップオフ部Ｅｘを保温する。なお、上記保温膜６を白金、金などの塗付膜などによって形成することができる。
【００３１】
ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、上述した基幹的な構造に加えて、所望により陰極保温膜（図示しない。）を配設することができる。陰極保温膜は、陰極２Ｋに水銀が付着するのを防止するために陰極２Ｋを保温する手段である。そして、例えば主として陰極２Ｋ側の封止部の外面に形成された白金などの塗付膜からなる。なお、陰極２Ｋに水銀が付着すると、始動電圧過昇や点灯不良を生じやすくなる。
【００３２】
また、所望により、トリガーワイヤを配設することができる。トリガーワイヤは、始動時に電極近傍の電位傾度を大きくしてショートアーク形水銀ランプＳＨＬの始動性を良好にするための手段である。そして、例えば基端が陰極２Ｋ側の外部リード構体３に接続し、中間が包囲部１ａの外面に近接して延在し、先端が陽極２Ａ側の封止部１ｂの包囲部１ａに隣接する部位に巻き付けられる。
【００３３】
次に、点灯回路ＯＣについて説明する。点灯回路ＯＣは、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬの陰極２Ｋと陽極２Ａとに対して、図４に示すように第１のランプ電力Ｗａおよび第２のランプ電力Ｗｂを交互に、かつ間欠的に供給する。
【００３４】
第１のランプ電力Ｗａは、通常点灯時Ｔ１に供給され、相対的に小さな値である。一例で説明すれば、７００Ｗとする。なお、通常点灯時Ｔ１は一般的には待機時間帯であり、紫外線照射を行うまでの待機時間中にアーク放電を維持するための期間である。本発明おいて、第１のランプ電力Ｗａは、２００〜１００００Ｗの範囲内で設定することが可能である。
【００３５】
第２のランプ電力Ｗｂは、フラッシュアップ点灯時Ｔ２に第１のランプ電力Ｗａに追加して供給され、したがって第１および第２のランプ電力の和（Ｗａ＋Ｗｂ）は相対的に大きな値になる。一例で説明すれば、第２のランプ電力Ｗｂを３００Ｗとすると、第１および第２のランプ電力の和（Ｗａ＋Ｗｂ）は１０００Ｗになる。すなわち、フラッシュアップ点灯時Ｔ２は一般的には紫外線照射時間帯であり、紫外線照射作業を行う時間中の紫外線出力を高めるために、高出力点灯を行うための期間である。本発明おいて、第２のランプ電力Ｗｂは、第１のランプ電力Ｗａより小さな値とされ、１００〜５０００Ｗの範囲内で設定することが可能である。
【００３６】
また、第１のランプ電力Ｗａと第２のランプ電力Ｗｂの比率Ｗａ／Ｗｂ、通常点灯時Ｔ１とフラッシュアップ点灯時Ｔ２の時間間隔比Ｔ１／Ｔ２および通常点灯時間Ｔ１とフラッシュアップ点灯時間Ｔ２は、紫外線照射の用途および作業の態様により異なるが、以下に一応の目安を示す。
【００３７】
すなわち、第１のランプ電力Ｗａと第２のランプ電力Ｗｂの比率Ｗａ／Ｗｂは、一般的には１．８〜４．０の範囲であり、好ましくは２．０〜３．０の範囲である。
【００３８】
また、通常点灯時間Ｔ１とフラッシュアップ点灯時間Ｔ２の時間比Ｔ１／Ｔ２は、本発明において特段限定されないが、一般的には０．１〜１０であり、好ましくは０．１５〜７．０である。
【００３９】
さらに、フラッシュアップ点灯時間Ｔ２は、一般的には０．１秒〜２分であり、好ましくは０．１〜１０秒である。一実施例としては、通常点灯時間Ｔ１が２秒で、フラッシュアップ点灯時間Ｔ２が１０秒である。
【００４０】
さらに、点灯回路ＯＣの回路構成については、例えば定電力制御形など既知の回路構成を適宜採用することができる。
【００４１】
次に、本発明における陰極２Ｋおよび陽極２Ａの表面積ＳＫ（mm２）、ＳＡ（mm２）と通常点灯時Ｔ１のランプ電力Ｗａ（Ｗ）およびフラッシュアップ点灯時Ｔ２のランプ電力Ｗｂ（Ｗ）との関係を規定する数式１ないし数式４の限定理由について図５および図６をも参照しながら説明する。
【００４２】
（１）数式１について
数式１は、０．５＜Ｗａ／ＳＫであり、Ｗａ／ＳＫが０．５以下になると、アークの立ち消えが発生しやすくなるので不可である。
【００４３】
（２）数式２について
数式２は、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫ＜１６であり、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫが１６以上になると、図５に示すように紫外線照度規定値到達時間（光束維持率に近い概念である。）が悪化してショートアーク形水銀ランプＳＨＬの寿命短縮が顕著になるので、不可である。なお、図５において、横軸は（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫを、縦軸は紫外線照度規定値到達時間（ｈ）を、それぞれ示す。図５に示すグラフは、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡを０．９に設定した場合におけるデータである。
【００４４】
本発明において、紫外線照度規定値到達時間とは、紫外線照度が初期値の７０％になるまでの点灯経過時間を意味する。
【００４５】
また、本発明において、紫外線照度規定値到達時間は、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫが大きくなるにしたがって低減する傾向があり、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫが１６までは低減の程度が比較的少ない。さらに、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫが５以下であれば、紫外線照度規定値到達時間が十分に長くなる。
【００４６】
（３）数式３について
数式３は、０．０８＜Ｗａ／ＳＡであり、Ｗａ／ＳＡが０．０８以下になると、アークの立ち消えが発生しやすくなるので不可である。
【００４７】
（４）数式４について
数式４は、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡ＜１０であり、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡが１０以上になると、図６に示すように光束維持率が悪化してショートアーク形水銀ランプＳＨＬの寿命短縮が顕著になるので、不可である。なお、図６において、横軸は（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡを、縦軸は紫外線照度規定値到達時間（ｈ）を、それぞれ示す。図６に示すグラフは、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫを４に設定した場合におけるデータである。紫外線照度規定値到達時間は、図５におけるのと意味は同じである。
【００４８】
また、紫外線照度規定値到達時間は、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡが大きくなるにしたがって低減する傾向があり、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡが１０までは低減の程度が比較的少ない。さらに、（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡが２以下であれば、紫外線照度規定値到達時間が十分に長くなる。
【００４９】
次に、本発明のショートアーク形水銀ランプ装置の動作について説明する。以上説明したショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、点灯すると透光性気密容器１の内部に超高圧水銀蒸気放電が生起して主として波長３６５ｎｍの紫外線を発生する。
【００５０】
また、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、点灯回路ＯＣにより図４に示すように間欠的にフラッシュアップ点灯が行われる。すなわち、点灯回路ＯＣから第１のランプ電力Ｗａが供給されている通常点灯時Ｔ１において、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは第１のランプ電力が投入されてアーク放電が持続しているが、その光出力は小さい。しかし、このときには光照射作業を行わないで待機状態とすれば、何ら差し支えない。次に、フラッシュアップ点灯時Ｔ２になって点灯回路ＯＣから供給されるランプ電力が切り換わり、第１のランプ電力Ｗａに第２のランプ電力Ｗｂが追加されて増加したランプ電力Ｗａ＋Ｗｂが供給されと、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは瞬時に増光点灯に移行する。その結果、紫外線出力が増大するので、光照射作業を行うのに都合がよくなる。
【００５１】
本発明においては、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬの陰極２Ｋおよび陽極２Ａの表面積ＳＫ、ＳＡを数式１ないし数式４をともに満足することにより、フラッシュアップ点灯によりショートアーク形水銀ランプＳＨＬおよび点灯回路ＯＣの小形化を図りながら紫外線出力を増大させ、かつ始動の容易で紫外線照度規定値到達時間が長く、したがって光束維持率が良好になって、寿命特性が良好なショートアーク形水銀ランプを得ることができる。
【００５２】
図６は、本発明の紫外線照射装置を実施するための一形態を示す正面断面図である。
【００５３】
本形態の紫外線照射装置は、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬ、楕円反射鏡ＥＲおよび導光装置ＬＧを具備している。また、所望によりその他の構造としてハウジングＨ、ミラーＭ１および紫外線通過量制御機構ＵＶＣなどを具備することができる。
【００５４】
ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、石英ガラスなどからなる透光性気密容器１の内部に陰極および陽極を比較的狭い電極間距離となるように封装するとともに、水銀および希ガスからなる放電媒体を封入してなり、例えば図示のように垂直点灯されるように配置されている。
【００５５】
楕円反射鏡ＥＲは、第１焦点ｆ１および第２焦点ｆ２を有し、例えば反射面が椀形の回転楕円体形状をなしている。また、その第１焦点ｆ１にショートアーク形水銀ランプＳＨＬの発光中心が位置するように配置されることによって、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬから放射される紫外線を反射して楕円反射鏡ＥＲの前方に位置する第２焦点ｆ２に集光する。
【００５６】
また、楕円反射鏡ＥＲは、好適には椀形のガラス基体の内面に紫外線反射・赤外線透過性被膜を被着させてなされる構成のものを採用することができる。そして、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬの発光部が内部に収納される。
【００５７】
ミラーＭ１は、楕円反射鏡ＥＲから出射した反射紫外線の進行方向をほぼ９０°の角度で変更させる場合に用いられる光学手段であり、紫外線照射装置をコンパクトに構成するなどの理由で採用される。この反射手段には平面反射鏡を用いることができる。なお、所望によりミラーＭ１の傾斜角を微調整する角度調整手段を付加することができる。
【００５８】
また、ミラーＭ１を用いる場合には、楕円反射鏡ＥＲの開口と第２焦点ｆ２との間に位置して、好ましくは第２焦点ｆ２になるべく接近した位置になるように、ミラーＭ１が配設される。
【００５９】
導光装置ＬＧは、第２焦点ｆ２に集光した紫外線を照射位置など所望の位置まで光を整えながら導光する手段である。
【００６０】
円盤状紫外線通過量制御機構ＵＶＣは、図示しないワークに照射される紫外線を制御するための手段であり、本形態においては回転中心の周りに節動回転可能な紫外線制御用の調光板Ｐ１および／またはシャッター板Ｐ２を備えている。なお、節動回転とは、複数ステップのうち１ステップごとに節動し得る１回転以下のいわゆる回動を含む意味である。
【００６１】
また、円盤状紫外線通過量制御機構ＵＶＣは、楕円反射鏡ＥＲとミラーＭ１とを結ぶ第１の光軸ＬＸ１に対して直角で、かつミラーＭ１と導光体ＬＧとを結ぶ第２の光軸ＬＸ２を含む平面Ｐを挟んで反射鏡ＥＲの反対側に回転中心が位置する。そして、円盤部Ｐ１またはＰ２の作用部がミラーＭ１と導光体ＬＧとの間に介在して紫外線の通過量を制御する光学制御機構である。
【００６２】
したがって、本形態の円盤状紫外線通過量制御機構ＵＶＣによれば、導光体ＬＧの他端から出射する紫外線量を制御することができる。紫外線量の制御は、調光および通過・遮断の切り換え（シャッター動作）のいずれか一方または両方が可能なように構成することができる。調光を行うときには調光機構ＤＰが、また通過・遮断の切り換え（シャッター動作）を行うときにはシャッター機構ＳＰが、それぞれ配設される。両方を行う際には、調光機構ＤＰの調光板Ｐ１とシャッター機構ＳＰのシャッター板Ｐ２の作用部が近接するように配設される。
【００６３】
調光機構ＤＰは、例えば回転中心の周りに回転する調光板Ｐ１およびこの調光板Ｐ１を所定角度だけ節動回転させるための駆動回転を行う節動回転駆動手段（図示しない。）、例えばステッピングモータを備えている。そして、調光板Ｐ１には複数ステップの節動回転位置がディジタル的に設定され、そのステップごとに節動させて所定のステップ位置に到達するように構成するとともに、各ステップ位置には１個または複数個の透孔からなり、開口面積がステップ数に応じて順次変化して、通過紫外線量が０〜１００％を規定している開口ＯＰ１が環状に配置されている。
【００６４】
シャッター機構ＳＰは、回転中心の周りに回転するシャッター板Ｐ２およびこのシャッター板Ｐ２を所定角度だけ節動回転駆動を行う節動回転駆動手段ＳＭ２、例えばステッピングモータを備えている。そして、シャッター板Ｐ２には第１の節動回転位置において無開口になっていて紫外線を遮断（オフ）し、第２の節動回転位置においてシャッター開口ＯＰ２が形成されていて紫外線を通過（オン）させるように構成されている。
【００６５】
本形態においては、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬから放射された紫外線は、楕円反射鏡ＥＲ内において、第１焦点ｆ１から出射して楕円反射鏡ＥＲの反射面で反射して楕円反射鏡ＥＲから下方へ集光しながら出射する。そして、ミラーＭ１に入射し、反射して、第１の光軸ＬＸ１に対してほぼ９０°方向に向きが変更され、さらに集光しながら第２焦点ｆ２に収斂する。
【００６６】
第２焦点ｆ２に収斂した紫外線は、円盤状紫外線通過量制御機構ＵＶＣすなわち調光機構ＤＰまたは／およびシャッター機構ＳＰを通過して導光装置ＬＧ内にその一端から入射する。そして、導光体ＬＧ内を、内面全反射を繰り返しながら導光されて他端から均一に整えられた紫外線を出射する。
【００６７】
〔その他の構成について〕 本形態の紫外線照射装置においては、さらに以下の構成を具備している。
【００６８】
１．（光学系について） 以上説明した光学系に加えて紫外線を図示しないワークに照射しやすくするために、導光装置ＬＧの他端に集光レンズＬＵおよびミラーＭ２を配設することができる。これにより、ワークに向けて照射口ＩＲＯから出射する紫外線の向きを下方へ変更することができる。
【００６９】
２．（排気機構ＡＳについて） 紫外線照射装置から外部へ塵埃などが放散されないように排気機構ＡＳを具備することができる。排気機構ＡＳを排気ダクト（図示しない。）に接続すれば、紫外線照射装置内が低圧になり、内部から塵埃などの不純物が放散しなくなる。
【００７０】
３．（光源位置微調整機構ＬＸＲについて） 光源位置微調整機構ＬＸＲは、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬの管軸位置を微調整する機構である。なお、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬは、後述するハウジングＨの天井から吊持されている。
【００７１】
４．（ハウジングＨについて） ハウジングＨは、以上の各手段を内部の所定位置に収納している。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明のショートアーク形水銀ランプ装置を実施するための一形態の全体を示す正面図
【図２】同じくショートアーク形水銀ランプの陰極部近傍を拡大して示す概略的要部正面図
【図３】同じく陽極部近傍を拡大して示す概略的要部正面図
【図４】同じくフラッシュアップ点灯を説明するランプ電力の波形図
【図５】本発明における（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫと紫外線照度規定値到達時間の関係を示すグラフ
【図６】本発明における（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡと紫外線照度規定値到達時間の関係を示すグラフ
【図７】本発明の紫外線照射装置を実施するための一形態を示す正面断面図
【符号の説明】
【００７３】
１…気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…封止部、１ｃ…封着金属箔、２Ｋ…陰極、２Ａ…陽極、３、４…外部リード構体、５、６…保温膜、Ｃｋ…コイル部、Ｅｘ…排気チップオフ部、ＯＣ…点灯回路、ＳＨＬ…ショートアーク形水銀ランプ、ＳＬＡ…ショートアーク形水銀ランプ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に放電空間が形成される包囲部およびこの包囲部の両端から一体的に延在した一対の封止部を備えた紫外線透過性の気密容器、基端部が前記気密容器の封止部に支持されて先端部が包囲部内に突出する表面積ＳＫ（mm２）の陰極、基端部が前記気密容器の封止部に支持され先端部が包囲部内に突出して前記陰極に小間隔で離間対向する表面積ＳＡ（mm２）の陽極、前記気密容器内に封入された水銀および希ガスを含む放電媒体、ならびに気密容器の点灯中低温になる部位の外面に形成された保温膜を備えたショートアーク形水銀ランプと；
上記ショートアーク形水銀ランプを通常点灯時に相対的に小さな第１のランプ電力Ｗａ（Ｗ）で点灯させておき、間欠的な増光点灯時に第２のランプ電力Ｗｂ（Ｗ）を第１のランプ電力に追加した相対的に大きなランプ電力で点灯させる点灯回路と；
を具備し、以下の数式をともに満足することを特徴とするショートアーク形水銀ランプ装置。
数式１：０．５＜Ｗａ／ＳＫ
数式２：（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫ＜１６
数式３：０．０８＜Ｗａ／ＳＡ
数式４：（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡ＜１０
【請求項２】
紫外線照射装置本体と；
紫外線照射装置本体に配設された請求項1記載のショートアーク形水銀ランプ装置と；
を具備していることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項１】
内部に放電空間が形成される包囲部およびこの包囲部の両端から一体的に延在した一対の封止部を備えた紫外線透過性の気密容器、基端部が前記気密容器の封止部に支持されて先端部が包囲部内に突出する表面積ＳＫ（mm２）の陰極、基端部が前記気密容器の封止部に支持され先端部が包囲部内に突出して前記陰極に小間隔で離間対向する表面積ＳＡ（mm２）の陽極、前記気密容器内に封入された水銀および希ガスを含む放電媒体、ならびに気密容器の点灯中低温になる部位の外面に形成された保温膜を備えたショートアーク形水銀ランプと；
上記ショートアーク形水銀ランプを通常点灯時に相対的に小さな第１のランプ電力Ｗａ（Ｗ）で点灯させておき、間欠的な増光点灯時に第２のランプ電力Ｗｂ（Ｗ）を第１のランプ電力に追加した相対的に大きなランプ電力で点灯させる点灯回路と；
を具備し、以下の数式をともに満足することを特徴とするショートアーク形水銀ランプ装置。
数式１：０．５＜Ｗａ／ＳＫ
数式２：（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＫ＜１６
数式３：０．０８＜Ｗａ／ＳＡ
数式４：（Ｗａ＋Ｗｂ）／ＳＡ＜１０
【請求項２】
紫外線照射装置本体と；
紫外線照射装置本体に配設された請求項1記載のショートアーク形水銀ランプ装置と；
を具備していることを特徴とする紫外線照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−７７９０８（Ｐ２００８−７７９０８Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５４００６（Ｐ２００６−２５４００６）
【出願日】平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]