JP2730562B2 - Low pressure mercury vapor discharge lamp - Google Patents
Low pressure mercury vapor discharge lampInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば紫外線化学反応
用の光源等に使用される低圧水銀蒸気放電灯に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low-pressure mercury vapor discharge lamp used, for example, as a light source for ultraviolet chemical reaction.
【０００２】[0002]
【従来の技術】紫外線を透過する石英ガラス等からなる
円筒状の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１８
５ｎｍ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。2. Description of the Related Art Electrodes are sealed at both ends of a cylindrical arc tube made of quartz glass or the like that transmits ultraviolet light, and mercury and a rare gas are sealed in the arc tube. By generating a discharge and ionizing and exciting the mercury atoms, the mercury resonance line 18
2. Description of the Related Art A low-pressure mercury vapor discharge lamp configured to emit ultraviolet rays mainly having a wavelength of 5 nm or 254 nm is used as an ultraviolet light source of a photochemical reaction device or the like.
【０００３】すなわち、上記低圧水銀蒸気放電灯は、例
えば光ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）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るとす
る半導体製造関連などにおいて欠くことのできない紫外
線光源であり、また水の浄化、滅菌処理や食品の殺菌処
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。ところで最近では、上記光化学処理
の高速処理化が要請されつつあり、低圧水銀蒸気放電灯
から放射される紫外線出力の向上が要求されている。[0003] That is, the low-pressure mercury vapor discharge lamp is, for example, an optical CVD (Chemical Vapor Depo).
It is an indispensable ultraviolet light source in the field of semiconductor manufacturing, such as synthesis of a Si thin film by a method such as synthesis of a Si thin film, photo-hardening of a resist, photo-ashing or photo-washing. In such a case, it is widely used as a light source for irradiating ultraviolet rays having a short wavelength. By the way, recently, high-speed processing of the photochemical processing has been demanded, and improvement in the output of ultraviolet rays emitted from a low-pressure mercury vapor discharge lamp has been demanded.
【０００４】紫外線出力を向上させる手段として、発光
管の単位内表面積当りの入力を０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の
高負荷点灯させた上、発光管の断面形状を例えば略楕円
形若しくは略方形等の非円形形状に形成させて、内部に
封入した水銀蒸気層の光学的厚みを減少させ、その結果
水銀蒸気による紫外線の自己吸収を抑制することが考え
られている。As means for improving the ultraviolet output, the input per unit internal surface area of the arc tube is turned on at a high load of 0.3 W / cm 2 or more, and the cross-sectional shape of the arc tube is, for example, substantially elliptical or substantially square. Is considered to reduce the optical thickness of the mercury vapor layer enclosed therein, thereby suppressing self-absorption of ultraviolet rays by mercury vapor.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に断面形状を例えば略楕円形若しくは略方形等の非円形
形状に形成させたものにあっては、放電が安定に維持で
きずに立消える傾向があり、特に発光管の単位内表面積
当りの入力を０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の高負荷点灯させた
場合、この現象が顕著であった。By the way, in the case where the cross-sectional shape is formed in a non-circular shape such as a substantially elliptical shape or a substantially square shape as described above, the discharge cannot be stably maintained and the light goes out. This phenomenon was remarkable, especially when the input per unit internal surface area of the arc tube was turned on at a high load of 0.3 W / cm 2 or more.
【０００６】また、発光管断面の短辺方向の長さが長辺
方向の長さに比べて相対的に小さくなると、放電が不安
定になり（所謂スネーク現象）、発光むらが生じ易くな
ることがあった。If the length of the cross section of the arc tube in the short side direction is relatively smaller than the length in the long side direction, the discharge becomes unstable (so-called snake phenomenon), and uneven light emission tends to occur. was there.
【０００７】本発明はこのような事情にもとづいてなさ
れたもので、その目的とするところは、紫外線強度を向
上させるために非円形状の発光管を高負荷点灯した場合
でも、安定した放電が得られる低圧水銀蒸気放電灯を提
供しようとするものである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to stably discharge even when a non-circular arc tube is operated under a high load in order to improve the intensity of ultraviolet light. The aim is to provide a low-pressure mercury vapor discharge lamp obtained.
【０００８】［発明の構成］[Structure of the Invention]
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の低圧水銀蒸気放電灯は、ガラスよりなる発
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、単位内表面積当りの入力
が０．３Ｗ／ｃｍ2 以上で点灯される低圧水銀蒸気放電
灯であって、発光管の発光部断面を略楕円形若しくは略
方形に形成すると共に、発光管断面の短辺方向の内寸法
をＤmin （ｃｍ）、長辺方向の内寸法をＤmax （ｃｍ）
とし、ランプ電流をＩ（Ａ）とした場合、Ｉ÷Ｄmin ≦
５０、かつ、０．２≦Ｄmin ÷Ｄmax ≦０．８を満足す
ることを特徴とするものである。In order to solve the above-mentioned problems, a low-pressure mercury vapor discharge lamp according to the present invention has electrodes sealed at both ends of an arc tube made of glass and has mercury and a rare gas inside the arc tube. A low-pressure mercury vapor discharge lamp which is lit at an input per unit surface area of 0.3 W / cm 2 or more, wherein the light-emitting portion of the arc tube has a substantially elliptical or substantially rectangular cross-section and emits light. The inner dimension of the tube section in the short side direction is Dmin (cm), and the inner dimension in the long side direction is Dmax (cm)
And if the lamp current is I (A), then I ÷ Dmin ≦
50 and 0.2 ≦ Dmin ÷ Dmax ≦ 0.8.
【００１０】[0010]
【作用】本発明の低圧水銀蒸気放電灯によれば、発光管
断面の短辺方向の内寸法、長辺方向の内寸法、及び、ラ
ンプ電流の適正な関係を見出だし規定したため、非円形
状の発光管を高負荷点灯した場合でも、安定した放電が
得られる低圧水銀蒸気放電灯を提供できる。According to the low-pressure mercury vapor discharge lamp of the present invention, since the proper relationship among the inner dimension in the short side direction, the inner dimension in the long side direction, and the lamp current of the arc tube cross section has been found and defined, the non-circular shape is obtained. Can provide a low-pressure mercury vapor discharge lamp capable of obtaining a stable discharge even when the arc tube is lighted with a high load.
【００１１】[0011]
【実施例】以下、本発明について、図面を用いて詳細に
説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１２】図１は、本件発明に係る低圧水銀蒸気放電
灯の一実施例を示す概略図であり、同図に図示するよう
に、略Ｕ字形に屈曲された発光管１の両端部には、ステ
ム２が封着されており、このステム２には、それぞれ陽
極３、熱陰極４が支持されている。各陽極３は熱陰極４
よりも放電空間の前方に配置されており、この陽極３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４はフィラメントコイルにより形
成されている。FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of a low-pressure mercury vapor discharge lamp according to the present invention. As shown in FIG. 1, both ends of an arc tube 1 bent in a substantially U shape are shown. , A stem 2 is sealed, and the stem 2 supports an anode 3 and a hot cathode 4 respectively. Each anode 3 is a hot cathode 4
The anode 3 is formed by a circular coil, a cylinder or an annular plate, and the hot cathode 4 is formed by a filament coil.
【００１３】ここで、上記のように発光管１の両端部に
陽極３および陰極４を各々封装すれば、放電電流を増大
させた場合に、陰極４は小形にして放熱による損失を低
減でき、また一方、陽極３は大形にして放熱を促進する
ことができる。Here, if the anode 3 and the cathode 4 are respectively sealed at both ends of the arc tube 1 as described above, the cathode 4 can be reduced in size when the discharge current is increased, and the loss due to heat radiation can be reduced. On the other hand, the anode 3 can be made large to promote heat dissipation.
【００１４】また、上記発光管１は断面が非円形、例え
ば図２に示すように略偏平四角な形状をなしている。The arc tube 1 has a non-circular cross section, for example, a substantially flat square shape as shown in FIG.
【００１５】尚、本実施例においては、発光管断面の短
辺方向の内寸法Ｄmin を１．５ｃｍ、長辺方向の内寸法
Ｄmax を３．０ｃｍ、この発光管の断面積は約４．５ｃ
ｍ2 程度とされている。In this embodiment, the inner dimension Dmin in the short side direction of the arc tube cross section is 1.5 cm, the inner dimension Dmax in the long side direction is 3.0 cm, and the cross sectional area of this arc tube is about 4.5 c.
m 2 .
【００１６】この発光管１内部には、点灯中における蒸
気圧で０．５〜１３Ｐａの水銀と、常温状態の分圧で１
３〜２６７Ｐａのアルゴン等の希ガスを封入してある。The arc tube 1 has a vapor pressure of 0.5 to 13 Pa of mercury during lighting and a partial pressure of 1 at normal temperature.
A rare gas such as argon of 3 to 267 Pa is sealed.
【００１７】以上のように構成された低圧水銀蒸気放電
灯は点灯回路装置１０を介して交流電源に接続されてい
る。この点灯回路装置１０は例えば昇圧トランス１１お
よびヒータトランス１２を有し、上記昇圧トランス１１
はランプの陽極３に接続されているとともに、ヒータト
ランス１２はそれぞれ熱陰極４に接続されている。この
ため、熱陰極４は常に発熱して熱電子を放出するように
なっている。The low-pressure mercury vapor discharge lamp configured as described above is connected to an AC power supply via the lighting circuit device 10. The lighting circuit device 10 includes, for example, a step-up transformer 11 and a heater transformer 12.
Are connected to the anode 3 of the lamp, and the heater transformers 12 are connected to the hot cathode 4, respectively. For this reason, the hot cathode 4 always generates heat and emits thermoelectrons.
【００１８】前記点灯回路装置１０は、たとえば商用電
源を低圧水銀蒸気放電灯に対して入力電力が５００Ｗを
供給するようになっており、これにより、低圧水銀蒸気
放電灯は放電中７Ａの放電電流が流れ、単位内表面積当
りの入力が０．３Ｗ／ｃｍ2 以上となるように設定して
あり、この場合の発光管の管璧温度は、１００〜１５０
℃に達するものである。The lighting circuit device 10 is adapted to supply, for example, a commercial power supply to a low-pressure mercury vapor discharge lamp with an input power of 500 W, so that the low-pressure mercury vapor discharge lamp has a discharge current of 7 A during discharge. Flow, and the input per unit surface area is set to 0.3 W / cm 2 or more. In this case, the wall temperature of the arc tube is 100 to 150.
° C.
【００１９】ここで、発明者らは、以上のように構成さ
れた低圧水銀蒸気放電灯の発光管１について、発光管断
面の短辺方向の内寸法Ｄmin および長辺方向の内寸法Ｄ
maxを種々変化させて、放電の安定性（所謂スネーク現
象の発生状態）を観察したところ、図３に示す通りの結
果が得られた。Here, with respect to the arc tube 1 of the low-pressure mercury vapor discharge lamp configured as described above, the inventors have set an inner dimension Dmin in the short side direction and an inner dimension D in the long side direction of the cross section of the arc tube.
Observation of discharge stability (state of occurrence of a so-called snake phenomenon) with various changes in max gave the results shown in FIG.
【００２０】同図に示す結果より、Ｄmin ／Ｄmax が
０．２未満であると、所謂スネーク現象が発生して、放
電の安定性を欠くことが判明した。From the results shown in FIG. 2, it was found that when Dmin / Dmax was less than 0.2, a so-called snake phenomenon occurred and the stability of discharge was lacking.
【００２１】また、Ｄmin ／Ｄmax の比率を大きくして
いけば、放電が安定に維持されるものの、紫外線強度が
低下する傾向にあり、特に０．８を越えた場合には、著
しい紫外線強度の低下が見られた。これは、発光管内部
に封入した水銀蒸気の光学的な相対厚みが増大すること
に伴い水銀の紫外線吸収が顕著になることに起因するも
のと推察される。If the ratio of Dmin / Dmax is increased, the discharge is maintained stably, but the ultraviolet intensity tends to decrease. The decline was seen. This is presumably due to the fact that the ultraviolet absorption of mercury becomes remarkable as the optical relative thickness of the mercury vapor enclosed in the arc tube increases.
【００２２】したがって、上記の結果より、Ｄmin ／Ｄ
max を０．２乃至０．８の範囲に設定すれば、安定な放
電が維持できると共に、紫外線強度を増大させることが
できる。Therefore, from the above results, Dmin / D
If max is set in the range of 0.2 to 0.8, stable discharge can be maintained and the intensity of ultraviolet light can be increased.
【００２３】また、この種の放電灯は、管璧安定形の放
電であるため、ランプ電流と発光管断面の短辺方向の内
寸法とを種々変化させて、放電の安定性を試験したとこ
ろ、図４に示す通りの結果が得られた。Also, since this type of discharge lamp is a discharge with a stable wall shape, the stability of the discharge was tested by variously changing the lamp current and the inner dimension in the short side direction of the cross section of the arc tube. And the results as shown in FIG. 4 were obtained.
【００２４】同図に示す結果より、Ｉ／Ｄmin が５０を
越えると、放電が安定に維持できずに立消えるものが発
生した。From the results shown in the figure, it was found that when the I / Dmin exceeded 50, the discharge could not be maintained stably and could go out.
【００２５】一方、Ｉ／Ｄmin が２未満である場合に
は、相対的な紫外線強度の低下が発生した。On the other hand, when I / Dmin is less than 2, a relative decrease in ultraviolet intensity occurred.
【００２６】これは、Ｉ／Ｄmin が２の場合には、アー
クの太さが細くなるため、相対的に水銀蒸気の光学的な
厚みが増して水銀の紫外線吸収が顕著になることに起因
するものと考えられる。This is because when the I / Dmin is 2, the thickness of the arc becomes thin, and the optical thickness of the mercury vapor relatively increases, so that ultraviolet absorption of mercury becomes remarkable. It is considered something.
【００２７】したがって、上記の結果より、Ｉ／Ｄmin
を２乃至５０の範囲に設定すれば、安定な放電が維持で
きると共に、紫外線強度を増大させることができる。Therefore, from the above results, I / Dmin
Is set in the range of 2 to 50, stable discharge can be maintained and the ultraviolet intensity can be increased.
【００２８】以上の実施例においては、発光管の両端部
にそれぞれ陽極と陰極を封装したものについて説明して
いるが、一対の電極を発光管の両端部に封装した発光管
についても、本実施例と同様な効果があるものである。In the above embodiment, the anode and the cathode are sealed at both ends of the arc tube, respectively. However, this embodiment is also applicable to an arc tube in which a pair of electrodes are sealed at both ends of the arc tube. It has the same effect as the example.
【００２９】さらにまた、上記実施例においては、発光
管がＵ字形状を呈するものについて詳述しているが、直
管形状の発光管の他、他の形状に発光管を形成しても良
い。Furthermore, in the above-described embodiment, the arc tube has a U-shape, but the arc tube may be formed in another shape other than the straight tube. .
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上の説明のように、本発明によれば、
発光管断面の短辺方向の内寸法、長辺方向の内寸法、及
び、ランプ電流の適正な関係を見出だし規定したため、
非円形状の発光管を高負荷点灯した場合でも、安定した
放電が得られる低圧水銀蒸気放電灯を提供できた。As described above, according to the present invention,
Since the appropriate relationship between the inner dimension of the arc tube section in the short side direction, the inner dimension in the long side direction, and the lamp current was found and specified,
A low-pressure mercury vapor discharge lamp capable of obtaining a stable discharge even when a non-circular arc tube is operated under a high load can be provided.
【図１】本発明に係る低圧水銀蒸気放電灯の一実施例を
示す概略図。FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of a low-pressure mercury vapor discharge lamp according to the present invention.
【図２】図１に示した低圧水銀蒸気放電灯の発光管断面
形状を示す概略図FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional shape of an arc tube of the low-pressure mercury vapor discharge lamp shown in FIG.
【図３】発光管断面の短辺方向の内寸法および長辺方向
の内寸法を種々変化させた場合の実験についてその結果
を示す図面。FIG. 3 is a view showing the results of an experiment in which the inner dimension in the short side direction and the inner dimension in the long side direction of the arc tube cross section are variously changed.
【図４】ランプ電流と発光管断面の短辺方向の内寸法と
を種々変化させた場合の実験についてその結果を示す図
面。FIG. 4 is a view showing the results of an experiment in which the lamp current and the inner dimension of the arc tube cross section in the short side direction are variously changed.
１・・・・発光管 ２・・・・ステム
３・・・陽極 ４・・・・陰極 １０・・・点灯回路装置 １１・・・昇圧トランス １２・・・ヒータトラン
ス1 ··· Arc tube 2 ··· Stem
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Anode 4 ... Cathode 10 ... Lighting circuit device 11 ... Step-up transformer 12 ... Heater transformer
フロントページの続き (72)発明者 村瀬七生 東京都港区三田１丁目４番28号 東芝ラ イテック株式会社内 (72)発明者 大島進一 東京都港区三田１丁目４番28号 東芝ラ イテック株式会社内 (72)発明者 荒木建次 東京都港区三田１丁目４番28号 東芝ラ イテック株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−40850（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−135564（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−91345（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭63−49340（ＪＰ，Ｂ１)Continuation of the front page (72) Inventor Nanase Murase 1-4-2, Mita, Minato-ku, Tokyo Toshiba Lighttec Corporation (72) Inventor Shinichi Oshima 1-4-28, Mita, Minato-ku Tokyo In-company (72) Inventor Kenji Araki 1-4-28 Mita, Minato-ku, Tokyo Toshiba Lighting & Technology Corporation (56) References JP-A-57-40850 (JP, A) JP-A-58-135564 ( JP, A) Japanese Utility Model Showa 62-91345 (JP, U) JP-B 63-49340 (JP, B1)
Claims (1)
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、単位内表面積当りの入力が０．３Ｗ／ｃｍ2 以上
で点灯される低圧水銀蒸気放電灯であって、前記発光管
の発光部断面を略楕円形若しくは略方形に形成すると共
に、前記発光管断面の短辺方向の内寸法をＤmin （ｃ
ｍ）、長辺方向の内寸法をＤmax （ｃｍ）とし、ランプ
電流をＩ（Ａ）とした場合、Ｉ÷Ｄmin ≦５０、かつ、
０．２≦Ｄmin ÷Ｄmax ≦０．８を満足することを特徴
とする低圧水銀蒸気放電灯。An electrode is sealed at both ends of an arc tube made of glass, mercury and a rare gas are sealed in the arc tube, and the light is turned on at an input per unit surface area of 0.3 W / cm 2 or more. A low-pressure mercury vapor discharge lamp, wherein a cross section of a light emitting portion of the arc tube is formed to be substantially elliptical or substantially rectangular, and an inner dimension of a cross section of the arc tube in a short side direction is Dmin (c).
m), when the inner dimension in the long side direction is Dmax (cm), and the lamp current is I (A), I ÷ Dmin ≦ 50, and
A low-pressure mercury vapor discharge lamp characterized by satisfying 0.2 ≦ DminmaxDmax ≦ 0.8.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP11773491A JP2730562B2 (en) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | Low pressure mercury vapor discharge lamp |
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| JPH04345745A JPH04345745A (en) | 1992-12-01 |
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