JPH04301352A - 低圧水銀放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紫外線光化学反応用の
光源等に使用される低圧水銀放電灯に関する。

【０００２】

【従来の技術】紫外線を透過する石英ガラス等からなる
発光管の両端に電極を封装するとともに、この発光管内
に水銀および希ガスを封入し、上記電極への通電により
この発光管内で放電を発生させ、水銀原子を電離および
励起させることによりこの水銀の共鳴線１８５ｎｍおよ
び２５４ｎｍを主体とする紫外線を放射するようにした
低圧水銀蒸気放電灯は、光化学反応装置等の紫外線光源
として使用されている。

【０００３】すなわち、上記低圧水銀蒸気放電灯は、例
えば光ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ　　Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）法によるＳｉ薄膜の合成、レジストの
光硬化および光アッシングあるいは光洗浄等を始めとす
る半導体製造関連などにおいては欠くことのできない紫
外線光源であり、また、水の浄化、減菌処理や食肉の殺
菌処理などにおいても短波長の紫外線を照射する光源と
して広く普及している。

【０００４】ところで最近では、上記光化学処理の高速
処理が要請されつつあり、低圧水銀放電灯から放射され
る紫外線出力の向上が要求されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の低圧水銀蒸気放
電灯は、アーク入力が５Ｗ／ｃｍ程度であり、ランプ容
量は５００Ｗ程度である。この場合、発光管は内径が２
４ｍｍ程度の断面円形をなしており（断面積＝約４．５
ｃｍ２　）、放電電流は７Ａ（電流密度１．６Ａ／ｃｍ
２　）の仕様であった。

【０００６】このような低圧水銀放電灯において紫外線
出力を増加しようとすると、放電電流を増す必要がある
が、従来の場合、図２の破線で示す特性Ａのように、電
流密度が１．６Ａ／ｃｍ２　以下の場合は放電電流の増
加に伴ってランプ入力が増し、紫外線出力が増大するが
、電流密度が１．６〜２Ａ／ｃｍ２　の領域では出力は
最大になって飽和状態に達し、さらに２Ａ／ｃｍ２　を
超えるとランプ入力が増加するにも拘らず紫外線出力は
低下する。

【０００７】この原因は定かでないが、放電路に流れる
電流を増した場合にはアーク中の電流密度が増し、気化
している水銀原子が過剰に電離され、このため発光に寄
与する励起原子が不足するためと考えられる。

【０００８】そして、励起原子の量を補うには水銀蒸気
圧を高める必要があるが、水銀蒸気圧が高くなると、２
５４ｎｍ紫外線の自己吸収が発生し、せっかく発光した
２５４ｎｍ紫外線がアーク中の水銀蒸気に吸収されてし
まい、紫外線出力が低下することは広く知られている。

【０００９】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするのは、紫外線の自己吸収作用
が少なくて、紫外線出力を高めることができる低圧水銀
放電灯を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、発光管の両端
部に電極を封装するとともに、この発光管内に水銀およ
び希ガスを封入し、電流密度が１〜６Ａ／ｃｍ２　の範
囲で点灯される低圧水銀放電灯において、上記発光管の
少なくとも放電空間の断面形状は非円形にしたことを特
徴とする。

【００１１】

【作用】本発明によれば、発光管の放電空間の断面形状
を非円形にしたので、発光管内の水銀蒸気層の光学的厚
みが減少し、つまり水銀蒸気による紫外線の自己吸収が
抑制されることから、従来では飽和領域を超えるとされ
る範囲まで電流密度を増した場合でも紫外線出力が向上
するものと考えられる。

【００１２】

【実施例】以下本発明について、図１および図２に示す
一実施例にもとづき説明する。図１において１は低圧水
銀放電灯であり、この放電灯１は略Ｕ字形に屈曲された
合成石英からなる発光管２を備えている。

【００１３】発光管２の両端部にはステム３、３が封着
されており、これらステム３、３にはそれぞれ陽極４お
よび熱陰極５が支持されている。各陽極４は熱陰極５よ
りも放電空間の前方に配置されており、この陽極４は円
形コイルまたは円筒あるいは環状板により形成されてい
るとともに熱陰極５はフィラメントコイルにより形成さ
れている。

【００１４】上記発光管２は断面が非円形、例えば図１
の（ｂ）図に示すように略偏平四角な形状をなしており
、短辺ｘと長辺ｙとの比ｘ／ｙは０．２〜０．８程度に
形成されている。本実施例では、短辺ｘが１５ｍｍ、長
辺ｙが３０ｍｍでこの発光管２の断面積は従来と略同様
に約４．５ｃｍ２　程度とされている。

【００１５】発光管２には、水銀とアルゴン等の希ガス
が封入されている。この場合、水銀の蒸気圧は点灯中に
０．７〜１３Ｐａ、アルゴンガスの封入圧は点灯中に１
３〜１３３Ｐａとなるように封入してある。

【００１６】この低圧水銀放電灯１は、点灯回路装置１
０を介して交流電源に接続されている。点灯回路装置１
０は例えば昇圧トランス１１およびヒータトランス１２
、１２を有し、上記昇圧トランス１１は、ランプ１の陽
極４、４に接続されているとともに、ヒータトランス１
２、１２はそれぞれ熱陰極４、４に接続されている。 このため、熱陰極４、４は常に発熱して熱電子を放出す
るようになっている。

【００１７】なお、１３、１３はダイオードである。

【００１８】前記点灯回路装置１０は、たとえば商用電
源を低圧水銀放電灯１に対して入力５００Ｗを供給する
ようになっており、これにより低圧水銀放電灯１は放電
中７Ａの放電電流が流れ、電流密度が１〜６Ａ／ｃｍ２
　となるようにしてある。

【００１９】また、放電電流の尖頭値はその実効値の１
．２倍以下となるように設定されている。これは、電流
密度が１Ａ／ｃｍ２　以上の高電流密度で点灯される低
圧水銀放電灯は、上記放電電流の尖頭値をその実効値の
１．２倍以下となるようにすると紫外線出力が増大する
ことを本発明者らが確認したことによる。

【００２０】このような構成の低圧水銀放電灯１におい
ては、点灯回路装置１０を通じて電源から５００Ｗの電
力が付与されると、熱陰極５、５はヒータトランス１２
、１２を介して交流電源に接続されているので、これら
陰極５、５が常に発熱して熱電子を放出している。そし
て、昇圧トランス１１から電力が各陽極４および熱陰極
５間に与えられる。

【００２１】このため、低圧水銀放電灯１は、一端側の
陽極４と他端側の熱陰極５との間に半波電流が流れ、こ
れらの間で放電が生じ、次に一端側の熱陰極５と他端側
の陽極４との間に逆の半波電流が流れ、これらの間で放
電が発生する。このように極性の反転毎に各陽極４と熱
陰極５が交互に放電を繰り返して点灯を継続する。

【００２２】このような放電により水銀主体の蒸気が励
起され、このため水銀の共鳴線１８５ｎｍおよび２５４
ｎｍを始めとする短波長紫外線領域の光が放射されるよ
うになる。

【００２３】このような低圧水銀放電灯においては、発
光管バルブ２の偏平な面が被照射面に向かうように、つ
まり図１の（ｂ）図で矢印方向の照射を有効に利用する
にして用いる。このようなランプの場合、発光管バルブ
２の断面形状を偏平な四角としたので、放電空間も偏平
四角となり、水銀蒸気層の厚みが減少する。このため水
銀蒸気層による紫外線の吸収が抑制され、光学的障害が
減少する。したがって、水銀蒸気圧を増しても紫外線の
自己吸収が少ないから、電流密度を増やして紫外線出力
を高くすることができる。

【００２４】つまり、放電路に流れる電流を増してアー
ク中の電流密度を従来よりも増加させると、気化してい
る水銀原子が過剰に電離され、このため発光に寄与する
励起原子が不足するが、電流密度が増加されることに伴
って水銀蒸気圧が高くなり、水銀原子量が補われるから
励起が活発に進められ、１８５ｎｍおよび２５４ｎｍの
紫外線出力が増す。

【００２５】また、偏平をなす広い面が被照射面に対向
するので、広い発光面を有効に利用することができ、紫
外線の照射量が増す。

【００２６】上記の効果は実験によっても確かめられて
おり、図２の実線で示す特性Ｂが上記実施例の場合であ
る。この特性Ｂでは、電流密度が１．６Ａ／ｃｍ２　か
ら６Ａ／ｃｍ２　までは放電電流の増加に伴ってランプ
入力が増し、紫外線出力が増大する。したがって、従来
の特性Ａに比べて、電流密度を増加させて紫外線出力を
大幅に向上させることができることが確認される。

【００２７】電流密度を一層増加させる場合は、電極の
飛散などを防止するために電極、特に陽極の熱容量を増
大することが好ましいが、この場合においては、例えば
図３に示すように、ステム３の周囲に取着された金属筒
６を介して陽極４を支持するようにしてもよい。

【００２８】なお、図１に示す発光管２は、Ｕ字形の屈
曲部が略角形に形成されているが、このような構造の発
光管は１本の長尺なガラスチューブを折り曲げて成形す
るのが難しく、ましてや石英ガラスの場合は一層困難で
ある。そこで、図４に示すような製造方法を採用すれば
よい。

【００２９】すなわち、図４の（ａ）図では、石英ガラ
スからなる断面偏平な石英ガラスチューブを３つのパー
ツ２ａ、２ｂ、２ｃに切断する。この切断線は４５°と
する。このように切断された３つのパーツ２ａ、２ｂ、
２ｃを図４の（ｂ）図で示すように、各切断線を突合わ
せて対向させる。この場合、両側のパーツ２ａ、２ｃは
中央のパーツ２ｂに対して略直角となるように配置する
。これらパーツ２ａ、２ｂ、２ｃの各突合わせ面をバー
ナ２０…などで加熱し、溶接する。

【００３０】これにより図１に示す形状の発光管２を容
易に作ることができる。

【００３１】なお、本発明は上記実施例に制約されるも
のではない。

【００３２】つまり、上記実施例の発光管２は断面が偏
平な四角形状としたが、本発明はこれに限らず、例えば
図５に示すような断面形状でも可能である。

【００３３】すなわち、図５の（ａ）図は断面楕円形の
バルブ３０の例、図５の（ｂ）図は断面つづみ形バルブ
４０の例、図５の（ｃ）図は断面十文字形バルブ５０、
図５の（ｄ）図は断面三放射形バルブ６０の場合である
。

【００３４】特に図５の（ｃ）図および図５の（ｄ）図
に示す形状の場合は、液中に浸漬して光化学反応を促す
光源とした使用する場合に、表面積が増して反応処理液
の接触面積が増大するので、処理性能が高くなる。

【００３５】また、発光管の管軸方向の断面についても
、例えば図５の（ｅ）に示すように、発光管の端部７０
を円筒形状にし、放電空間８０を非円形形状にすれば、
電極の封止を良好に行うことができるので好ましい。ま
たさらに、この場合において、同図に示すように、一方
の照射面が平面となるように、放電空間８０の発光管軸
と発光管端部の中心軸とを偏位させるようにすれば、発
光管を例えば冷却ブロック等の他の構体に当接させて強
制冷却させる場合に好適である。

【００３６】また上記実施例では、Ｕ字形のランプを使
用したが、ランプの形状はＷ字形や円環形などのような
屈曲形ランプおよび直管形ランプであってもよい。

【００３７】さらに、ランプは両端にそれぞれ陰極と陽
極を備え、極性の反転毎にこれら陰極と陽極が互の放電
するものには限らない。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、発
光管の断面形状を非円形にしたため、発光管内の水銀蒸
気層の光学的厚みが減少し、水銀蒸気による紫外線の自
己吸収が抑制されることから、従来では飽和領域を超え
るとされる範囲まで電流密度を増した場合でも紫外線出
力が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、（ａ）図は低圧水銀
放電灯の点灯構造を示す構成図、（ｂ）図は（ａ）図中
Ｉ−Ｉ線の断面図。

【図２】紫外線出力を示す特性図。

【図３】本発明の他の実施例の陽極支持構造を示す図、

【図４】発光管の製造方法の一例を示し、（ａ）図およ
び（ｂ）図は工程の説明図。

【図５】（ａ）図ないし（ｄ）図はそれぞれ本発明の他
の実施例の発光管断面形状を示す図、（ｅ）図は他の実
施例の発光管管軸方向の断面形状を示す図。

【符号の説明】

１…低圧水銀放電灯、２…発光管バルブ、４…陽極、５
…熱陰極、１０…点灯回路装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　発光管の両端部に電極を封装するとと
   もに、この発光管内に水銀および希ガスを封入し、電流
   密度が１〜６Ａ／ｃｍ２　の範囲で点灯される低圧水銀
   放電灯において、上記発光管の少なくとも放電空間にお
   ける断面形状を非円形にしたことを特徴とする低圧水銀
   放電灯。
2. 【請求項２】　　発光管内に封入される水銀の蒸気圧は
   常温で０．７〜１３Ｐａ、希ガスの封入圧は常温で１３
   〜１３３Ｐａとしたことを特徴とする請求項１に記載の
   低圧水銀放電灯。