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申请/专利权人：费勉仪器科技(上海)有限公司

摘要：本发明提供了一种射频激励的高效紫外固化光源，包括射频源、射频电场聚焦器、灯管以及用于限定二者相对位置的固定组件。实施本发明的有益效果为：射频电场聚焦器结合灯管的设计，在局部空间形成高密度的射频电场电场强度可以达到107Vm，在能量聚焦范围内，可以直接电离激发等离子，产生紫外固化波段的高强度紫外光；围绕灯管设置一个以上的射频电场聚焦器，可以大幅提高紫外线强度，从而满足应用于大型紫外固化场所的需求；本发明使用无极激发的方式，可将装置的使用寿命提到10000小时以上。

主权项：1.一种射频激励的高效紫外固化光源，其特征在于：包括射频源、射频电场聚焦器、灯管以及用于限定二者相对位置的固定组件；所述射频电场聚焦器包括耦合天线、内极体以及外极体；所述内极体与所述外极体之间设置有同轴的内极面和外极面；所述射频源与所述耦合天线第一端电性连接，所述耦合天线第二端与所述内极面或所述外极面电性连接；所述内极面呈柱状，所述外极面呈阶梯式柱状，且二者电性连接；所述灯管为封闭体，其内填充有发光气体，所述发光气体包含汞、金属卤化物及惰性气体中一种或一种以上的成分；所述射频电场聚焦器的开口靠近并对准所述灯管，使灯管内至少一部分体积的发光气体位于射频能量聚焦范围内；所述灯管为条状石英管，所述灯管的长度在100mm以上；所述射频电场聚焦器的数量为两个以上，至少有两个所述射频电场聚焦器开口相对地设置于所述灯管两端或至少有两个所述射频电场聚焦器的开口靠近并对准所述灯管的侧边。

全文数据：一种射频激励的高效紫外固化光源技术领域[0001]本发明涉及特种光源技术领域，特别涉及一种采用射频激励的高效紫外固化光源。背景技术[0002]紫外固化工艺从I960诞生以来，就广泛地应用于汽车、电子、通讯、航空航天、金属、玻璃及塑料等产品的制造上。紫外固化工艺是指利用紫外波段的光子为光源，使具有化学反应活性的液态物质快速转变为固态的过程。紫外固化的波长一般为:200-400nm，油墨和涂料通过曝露于254nm和365nm的光谱中进行固化，某些涂料和特殊应用需要其他的波长，例如385nm和417nm。目前已有的产生紫外固化光源的方法有：[0003]1、高压电极放电；[0004]2、低频电磁诱导线圈感应耦合；[0005]3、波导型谐振腔微波耦合；[0006]4、高强度激光打靶。[0007]这些方法普遍存在由于散热困难导致发光功率受限制，造成光亮度低、功耗大、输出光功率不稳定。发光装置充气后，长期使用，由于外界气体会慢慢从石英渗透到内部，造成气体不纯，极大地影响特定紫外光谱学的产生和放电管的使用寿命。同时加快电极的腐蚀和激励源的寿命变短，需要经常更换发光介质及激励源，使用成本高。发明内容[0008]本发明要解决的技术问题是提供一种在紫外固化波段实现高发光效率、工作稳定及高寿命的光源。[0009]为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种射频激励的高效紫外固化光源，本发明的技术方案是这样实施的：[0010]一种射频激励的高效紫外固化光源，包括射频源、射频电场聚焦器、灯管以及用于限定二者相对位置的固定组件;所述射频电场聚焦器包括耦合天线、内极体以及外极体;所述内极体与所述外极体之间设置有同轴的内极面和外极面;所述射频源与所述耦合天线第一端电性连接，所述耦合天线第二端与所述内极面或所述外极面电性连接;所述内极面呈柱状，所述外极面呈阶梯式柱状，且二者电性连接;所述灯管为封闭体，其内填充有发光气体，所述发光气体包含汞、金属卤化物及惰性气体中一种或一种以上的成分;所述射频电场聚焦器的开口靠近并对准所述灯管，使灯管内至少一部分体积的发光气体位于射频能量聚焦范围内。[0011]优选地，所述外极面包括上极面和下极面;所述上极面与所述内极面的径向距离Li在1〜15mm之间；所述下极面与所述内极面的径向距离L2大于Li;所述上极面的长度Hi与下极面的长度H2之和在10〜150mm之间；所述耦合天线设置于所述下极面与所述内极面之间；所述射频源输入的射频频率在100MHz〜10GHz之间；输入功率在50W〜5KW之间。[0012]优选地，所述内极体呈中空管状。[0013]优选地，所述发光气体成分中，卤化物的含量在10%至90%之间。[0014]优选地，所述灯管外径为6〜35ram，长度为10〜1000mm。[0015]优选地，所述灯管外径为6〜35mm，长度在1OOram以上。[0016]优选地，所述固定组件包括支撑杆及用于夹持灯管的固定架;所述支撑杆第一端连接所述固定架;所述支撑杆第二端连接所述射频电场聚焦器。[0017]优选地，所述灯管为条状石英管;所述射频电场聚焦器的数量为两个以上，至少有两个所述射频电场聚焦器开口相对地设置于所述灯管两端。[0018]优选地，所述灯管为条状石英管;所述射频电场聚焦器的数量为两个以上，至少有两个所述射频电场聚焦器的开口靠近并对准所述灯管的侧边。[0019]实施本发明的有益效果主要有：[0020]1、射频电场聚焦器结合灯管的设计，在局部空间形成高密度的射频电场（电场强度可以达到107vm，在能量聚焦范围内，可以直接电离激发等离子，产生紫外固化波段的高强度紫外光；[0021]2、围绕灯管设置一个以上的射频电场聚焦器，可以大幅提高紫外线强度，从而满足应用于大型紫外固化场所的需求。[0022]3、本发明使用无极激发的方式，可将装置的使用寿命提到10_小时以上。附图说明[0023]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0024]图1为本发明采用的射频激励技术的等效电路原理图；[0025]图2为一个实施例中，射频电场聚焦器以及射频源的结构关系示意图；[0026]图3为一个实施例中，耦合天线安装结构示意图；[0027]图4为一个实施例中，灯管与射频电场聚焦器位置关系示意图；[0028]图5为一个实施例中，内极体呈中空状时的截面结构示意图；[0029]图6为一个实施例中，外极体呈三级阶梯状时的截面结构示意图；[0030]图7为一个实施例中，内极体和外极体尺寸结构示意图；[0031]图8为一个实施例中，灯管与部分固定组件的结构示意图；[0032]图9为一个实施例中，灯管的又一种结构示意图；[0033]图1〇为一个实施例中，灯管呈中部宽两边窄的形态的结构示意图；[0034]图11为一个实施例中，两个射频电场聚焦器开口相对时的结构示意图；[0035]图12为一个实施例中，四个射频电场聚焦器依次排列在灯管一^时的结构示意图。[0036]图13为白光光源的光谱图；[0037]图14为金卤灯的光谱图；[0038]图15为氙灯的光谱图；[0039]图16为一个实施例中，本发明的光谱图。[0040]在上述附图中，各图号标记分别表示：[0041]1-射频源、[0042]2-射频电场聚焦器、21-耦合天线、22-内极体、221-内极面、23-外极体、231-外极面、232-上极面、23：3-下极面、24-绝缘体、25-射频能量聚焦范围、[0043]3-灯管、4-支撑杆、5-固定架。具体实施方式[0044]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0045]—种射频激励的高效紫外固化光源，结合图1〜图7，包括射频源1、射频电场聚焦器2、灯管3以及用于限定二者相对位置的固定组件;所述射频电场聚焦器2包括耦合天线21、内极体22以及外极体23;所述内极体22与所述外极体23之间设置有同轴的内极面221和外极面231;所述射频源1与所述耦合天线21第一端电性连接，所述耦合天线21第二端与所述内极面221或所述外极面231电性连接;所述内极221面呈柱状，所述外极面231呈阶梯式柱状，且二者电性连接;所述灯管3为封闭体，其内填充有发光气体，所述发光气体包含汞、金属卤化物及惰性气体中一种或一种以上的成分;所述射频电场聚焦器2的开口靠近并对准所述灯管3，使灯管内至少一部分体积的发光气体位于射频能量聚焦范围内25。[0046]本发明所述的射频电场聚焦器2,其等效电路原理如图1所示射频电场聚焦器属于结构改进后的谐振腔，谐振腔可以认为是由谐振电路演化过来的。微波波段频率较高，需要大大地减小电容量和电感量，可以拉大LC谐振电路电容器两极板之间的距离减小电容量，再拉直电感线圈减小电感量。并联若干根直导线进一步降低电感量，直至直导线的根数增多到无限多根，成为封闭的空腔体。这样就由LC谐振电路过渡成了谐振腔。在LC谐振回路中，电能储存在电容器中，磁能储存在电感线圈中，回路中的电压与电流随时间变化的相位差为Ji2。因此，谐振就是电磁场能量在电容和电感中相互转换的过程，当电场能量为最大时，磁场能量就为零；当电场能量为零时，磁场能量就为最大。谐振腔中，电磁场被限制在腔体内，振荡实际上是由电磁波在腔壁上来回反射而形成的稳定驻波。电场和磁场在时间上有V2的相位差，即在电场为最大时磁场为零，而在电场为零时，磁场为最大。纯驻波电场和磁场虽然交织在一起，但是在电场波腹处，磁场为零;在磁场波腹处，电场为零。谐振腔中的振荡过程与在LC谐振回路中相似，也是电磁场能量以电能和磁能两种形式相互转换的过程。等效电导是将谐振腔等效为集中参数谐振回路而得到的一个等效参数。工作中，在谐振频率附近常将谐振腔等效为一个集中参数并联谐振回路。），图2则示出其主要部件的连接关系。耦合天线M将射频源1提供的射频能量耦合至内导体22和外导体之间23,耦合天线21的放置形式属本领域常规技术，例如可以如图2、图3所示形式放置，并由绝缘体24固定;耦合天线21的材质一般有铜、银等金属良导体，其形状一般有直线型、L型等。[0047]射频电场聚焦器2的射频能量聚焦范围25如图2中的虚线框所示，该范围处于射频电场聚焦器能量输出端上下（即其开口方向前后）30mm范围内。所述灯管3至少一部分位于射频电场能量聚焦范围25内，使得灯管3内的至少一部分发光气体能在高密度电场中被电离。图8〜12示出了模块化的射频电场聚焦器2与灯管3的位置关系。[0048]灯管3的材质、厚度在此不作特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要在现有技术中进行自由选择。灯管3的形状，不应仅仅理解为长条状，本领域技术人员可参照现有技术中，各种灯泡灯管的形状加以丰富其内涵。[0049]在一个优选实施例中，所述外极面231包括上极面232和下极面233;所述上极面232与所述内极面221的径向距离1^在1〜15mm之间；所述下极面233与所述内极面221的径向距离L2大于L1;所述上极面幻2的长度出与下极面233的长度H2之和在10〜150mm之间；所述親合天线21设置于所述下极面233与所述内极面221之间；所述射频源1输入的射频频率在100MHz〜10GHz之间；输入功率在5〇W〜5KW之间。从电路结构方面而言，内极面221与外极面231相当于是电容的两个电极，而射频电场就在内极面221以及外极面231之间产生；内极面221以及外极面231之间可以是真空、空气或者是耐高温的非导电介质，本实施方式优选空气。外极体23的外极面231可以是如图7所示的二级阶梯形柱状金属面，也可以是如图6所示的三级阶梯形柱状金属面，当然也可以是在上极面232和下极面233相连的基础上，作出的其他变形;外极体23可以是由金属组成，也可以是由本领域技术人员按照常识，选用金属和非金属材料搭配组成，只要满足外极面231为良导体金属面即可；同理，内极体22也只需要满足内极面221为良导体金属面即可，内极体22可以是实心的（如图6所示），也可以是中空的（如图5所示），也可以是顶端凹陷的形状如图4所示），当然，以上仅是常见的一些实施方式。另外，要在射频能量聚焦范围25内形成高密度电场，1^儿2、出、出几个参数的选取较为困难，本优选实施方式中列举的参数范围已经包括了最优的组合，在此基础上可以实现局部空间的电场密度达到l〇7Vm以上，理论上可以达到108Vm，这是实现提高紫外光发光效率的主要因素，也是发明人作出主要的创造性贡献之一。[0050]如图5所示，在一个优选实施例中，所述内极体22呈中空管状，提高了整个装置的散热效率。[0051]在一个优选实施例中，所述发光气体成分中，卤化物的含量在10%至90%之间。[0052]在一个优选实施例中，所述灯管3外径为6〜35_，长度为10〜1000mm。[OO53]在另一个优选实施例中，所述灯管外径为6〜35mm，长度在100mm以上。本发明的灯管3可制成较大的长度如在100mm以上），突破了传统的紫外灯泡的小尺寸局限，更适合应用于大型的紫外固化场合。[0054]本发明所述固定组件，其主要作用是:使得灯管3与射频电场聚焦器2保持相对固定的空间位置，确保灯管3内的发光气体在高密度电场中被电离。因此固定组件可以采用分离的形态如两个支架、两个基座等），一部分用于固定灯管3,一部分用于固定射频电场聚焦器2;也可以采用一体成型的形态，同时固定住灯管3以及射频电场聚焦器2。在一个优选实施例中，所述固定组件包括支撑杆4及用于夹持灯管的固定架5;所述支撑杆4第一端连接所述固定架5;所述支撑杆4第二端连接所述射频电场聚焦器2。采用支撑杆的形式，可以降低灯管3发出的紫外光受到阻挡的影响。[0055]对于灯管3在长度较大时，如在100mm以上，支撑杆4和固定架5的设计具有更高的实用性:结构简单，制造成本低，易于安装拆卸，同时使得装置整体具有较好的平衡性，且支撑杆4在一定程度上可防止外界物体对灯管3产生直接的碰撞，起到了保护的作用。[0056]围绕灯管3设置一个以上的射频电场聚焦器2,可以大幅提髙紫外线强度，从而满足应用于大型紫外固化场所的需求。在一个优选实施例中，所述灯管3为条状石英管;所述射频电场聚焦器2的数量为两个以上，至少有两个所述射频电场聚焦器2开口相对地设置于所述灯管3两端。射频电场聚焦器2开口方向如图3所示。在一个优选实施例中，所述灯管3为条状石英管;所述射频电场聚焦器2的数量为两个以上，至少有两个所述射频电场聚焦器2的开口靠近并对准所述灯管的侧边。图12并未完全示出固定组件的其他部分仅示出了其中一种实施方式以供参考:4个射频电场聚焦器2并列分布在灯管3的一侧。[0057]图14、图15示出了市场上常见的固化用的紫外灯的光谱，其特征峰较宽，光强较低。而图16为本发明对应的光谱图，示出本发明在固化所用到的波长如254nm，313nm，365nm，385nm和417nm的特征谱线，可以看出，固化所用到的特征光谱相比图14、图15达到最优。[0058]上述列举的各种实施例，在不矛盾的前提下，可以相互组合实施，本领域技术人员可结合附图和上文对实施例的解释，作为对不同实施例中的技术特征进行组合的依据。[0059]需要指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种射频激励的高效紫外固化光源，其特征在于：包括射频源、射频电场聚焦器、灯管以及用于限定二者相对位置的固定组件；所述射频电场聚焦器包括耦合天线、内极体以及外极体；所述内极体与所述外极体之间设置有同轴的内极面和外极面;所述射频源与所述耦合天线第一端电性连接，所述耦合天线第二端与所述内极面或所述外极面电性连接；所述内极面呈柱状，所述外极面呈阶梯式柱状，且二者电性连接；所述灯管为封闭体，其内填充有发光气体，所述发光气体包含汞、金属齒化物及惰性气体中一种或一种以上的成分；所述射频电场聚焦器的开口靠近并对准所述灯管，使灯管内至少一部分体积的发光气体位于射频能量聚焦范围内。2.根据权利要求1所述的光源，其特征在于：所述外极面包括同轴的上极面和下极面；所述上极面与所述内极面的径向距离L1在1〜15mm之间；所述下极面与所述内极面的径向距离L2大于L1;所述上极面的长度H1与下极面的长度H2之和在10〜150mm之间；所述耦合天线设置于所述下极面与所述内极面之间；所述射频源输入的射频频率在100MHz〜10GHz之间；输入功率在50W〜5KW之间。3.根据权利要求2所述的光源，其特征在于：所述内极体呈中空管状。4.根据权利要求3所述的紫外光源，其特征在于：所述发光气体成分中，卤化物的含量在10%至90%之间。5.根据权利要求4所述的光源，其特征在于：所述灯管外径为6〜35mm，长度为10〜1000mm。6.根据权利要求4所述的光源，其特征在于：所述灯管外径为6〜35mm，长度在100mm以上。7.根据权利要求5或6所述的光源，其特征在于：所述固定组件包括支撑杆及用于夹持灯管的固定架；所述支撑杆第一端连接所述固定架;所述支撑杆第二端连接所述射频电场聚焦器。8.根据权利要求1〜6任一所述的光源，其特征在于：所述灯管为条状石英管;所述射频电场聚焦器的数量为两个以上，至少有两个所述射频电场聚焦器开口相对地设置于所述灯管两端。9.根据权利要求1〜6任一所述的光源，其特征在于：所述灯管为条状石英管;所述射频电场聚焦器的数量为两个以上，至少有两个所述射频电场聚焦器的开口靠近并对准所述灯管的侧边。

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