JP3198519B2 - UV irradiation device - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、紫外線による光化学反
応用の光源等に使用される紫外線照射装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultraviolet irradiation device used as a light source for photochemical reaction by ultraviolet light.
【０００２】[0002]
【従来の技術】紫外線光源を用いた光化学反応装置は種
々の分野に採用されており、例えば光ＣＶＤ（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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の製造関連分野
などにおいて広く普及し、かつその応用分野の伸びも著
しい。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技術の研究および
開発が急速に進みつつある。2. Description of the Related Art Photochemical reaction apparatuses using an ultraviolet light source have been employed in various fields, for example, photo-CVD (Chem).
The method is widely used in fields related to semiconductor manufacturing such as synthesis of a Si thin film by an optical vapor deposition method, photo-hardening and photo-ashing or photo-cleaning of a resist, and the field of application thereof is remarkably growing. In addition, research and development of technology for irradiating short-wavelength ultraviolet rays in water purification, sterilization treatment, meat sterilization treatment, and the like are rapidly progressing.
【０００３】これらの分野においては、短波長紫外線を
効率よく照射する光源の開発が望まれており、このた
め、低圧水銀紫外線放電灯が用いられている。低圧水銀
紫外線放電灯は、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、この水銀主体の蒸気を
低圧状態で放電させて水銀の共鳴線２５４nmおよび１８
５nmを始めとする短波長紫外線領域の光を効率よく放射
するようになっている。In these fields, there is a demand for the development of a light source for efficiently irradiating short-wavelength ultraviolet rays. For this reason, low-pressure mercury ultraviolet discharge lamps have been used. In a low-pressure mercury ultraviolet discharge lamp, electrodes are sealed at both ends of an arc tube made of quartz glass or the like that transmits ultraviolet light, mercury and a rare gas are sealed in the arc tube, and the mercury-based vapor is discharged at a low pressure. Mercury resonance lines 254 nm and 18
Light in the short wavelength ultraviolet region such as 5 nm is efficiently emitted.
【０００４】ところが、最近においてこの種放電灯の紫
外線出力の向上が求められるようになり、超高出力タイ
プのランプの実用化が試みられつつある。However, recently, it has been required to improve the ultraviolet output of this type of discharge lamp, and practical use of an ultra-high output type lamp is being attempted.
【０００５】超高出力タイプのランプとして、特公昭６
３−４９３４０号公報に記載されているように、石英ガ
ラス製の発光管の両端部にそれぞれ陽極と陰極を別個に
設けた低圧水銀放電灯が提案されている。このようなラ
ンプは点灯回路装置を介して交流電源に接続され、一端
側の陽極と他端側の陰極との間、および一端側の陰極と
他端側の陽極との間で、交互に放電させるようにしてい
る。[0005] As an ultra-high power type lamp,
As described in Japanese Patent Publication No. 3-49340, a low-pressure mercury discharge lamp in which an anode and a cathode are separately provided at both ends of an arc tube made of quartz glass has been proposed. Such a lamp is connected to an AC power supply via a lighting circuit device, and alternately discharges between an anode at one end and a cathode at the other end, and between a cathode at one end and an anode at the other end. I try to make it.
【０００６】このようにそれぞれ陽極と陰極を互いに別
個に設けることにより、陰極を小形にして放熱を小さく
することができ、逆に陽極を大形にして放熱を大きくす
ることができ、これら電極の損失を低減でき、つまり電
極効率を高めることができるので、発光効率を向上させ
ることができる。By providing the anode and the cathode separately from each other in this manner, the heat dissipation can be reduced by reducing the size of the cathode, and conversely, the heat dissipation can be increased by increasing the size of the anode. Since the loss can be reduced, that is, the electrode efficiency can be increased, the luminous efficiency can be improved.
【０００７】一方、出力を高めるためには放電電流を増
すことが考えられ、このため単位長さ当りの入力を増し
た場合は、例えば単位長当りの入力を０．４Ｗ／cm以上
としたランプでは、電子が管壁に衝突して管壁を負に帯
電させ、このため水銀イオンが管壁に吸引されて管壁内
に侵入し、管壁を灰色系に着色させるばかりでなく、高
出力の紫外線を長期に亘り吸収して石英ガラスが微細な
クラックを発生することがある。On the other hand, in order to increase the output, it is conceivable to increase the discharge current. For this reason, when the input per unit length is increased, for example, a lamp having an input per unit length of 0.4 W / cm or more is used. In this case, electrons collide with the tube wall and negatively charge the tube wall, so that mercury ions are attracted to the tube wall and penetrate into the tube wall, causing not only the tube wall to be colored gray, but also high output. May be absorbed for a long period of time, and the quartz glass may generate fine cracks.
【０００８】このようなマイクロクラックは、発光管材
料としての石英ガラスの引張強度を著しく低下させ、ガ
ラス肉厚にもよるが、数１０００時間で発光管が破損す
る場合がある。特に石英ガラスが黒化した場合には、紫
外線が外部に透過せずに多くの紫外線が石英ガラスに吸
収され、機械的強度の劣化が顕著になって破損し易くな
る。このように発光管が破損や破裂をすると、例えば水
処理や殺菌に使用した場合には有害な水銀が漏れ出し、
水や食料品を汚染する心配があり、またクリ−ンな雰囲
気が要求される光洗浄や光ＣＶＤ、レジストの光硬化お
よび光アッシングなどに用いている場合には洗浄系の汚
染や半導体ウエハ−などの破損を招き、甚大な被害をも
たらす虞もある。[0008] Such microcracks remarkably reduce the tensile strength of quartz glass as an arc tube material, and the arc tube may be broken in several thousand hours depending on the thickness of the glass. In particular, when the quartz glass is blackened, a large amount of the ultraviolet light is absorbed by the quartz glass without transmitting the ultraviolet light to the outside, and the mechanical strength is significantly deteriorated, and the quartz glass is easily broken. When the arc tube is broken or ruptured in this way, harmful mercury leaks out, for example, when used for water treatment or sterilization,
There is a risk of contaminating water and foodstuffs, and when used in optical cleaning, photo-CVD, photo-curing and photo-ashing of resists that require a clean atmosphere, contamination of cleaning systems and semiconductor wafers. Such damage may cause serious damage.
【０００９】そこで、このようなランプ破損による被害
を未然に防止するため、ランプが寿命末期に至って破損
するよりも以前に、つまりマイクロクラックの成長が顕
著になるより前に、ランプを不点状態にすることが考え
られる。Therefore, in order to prevent such damage caused by the lamp damage, the lamp must be in a faulty state before the lamp is damaged at the end of its life, that is, before the growth of microcracks becomes remarkable. It can be considered.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】このような寿命末期に
おける不点制御をする技術として、一般照明用光源に供
される高圧ナトリウムランプにおいては従来より、消弧
性ガスを充填または真空雰囲気とした小容器にヒュ−ズ
を収容し、この小容器を発光管とともに外管に組み込ん
だ手段が適用されている。このものは、寿命の進行に伴
う放電電流が増大した時、上記ヒュ−ズがこの電流を検
出して点灯回路を遮断するようになっている。As a technique for performing such point control at the end of life, a high pressure sodium lamp used for a general illumination light source has conventionally been filled with an arc-extinguishing gas or a vacuum atmosphere. fuse the small container - accommodates's, is incorporated means the outer tube is applied to the small container together with the arc tube. In this type, when the discharge current increases with the progress of the life, the fuse detects this current and shuts off the lighting circuit.
【００１１】このような技術を上記紫外線照射装置の光
源として用いられる低圧水銀放電灯に適用した場合は、
この種の低圧水銀放電灯においては、寿命中に放電電流
が増大するという現象が少ないので上記ヒュ−ズの適用
は困難である。When such a technique is applied to a low-pressure mercury discharge lamp used as a light source of the ultraviolet irradiation device,
In such a low-pressure mercury discharge lamp, it is difficult to apply the above fuse because the phenomenon that the discharge current increases during the life is small.
【００１２】したがって、出力を増すために発光管の両
端部にそれぞれ陽極と陰極を別個に設けた低圧水銀放電
灯の場合、従来では、ランプが寿命末期に至って破損す
る以前に不点状態にすることができる最適な寿命制御手
段がなかったことである。Therefore, in the case of a low-pressure mercury discharge lamp in which an anode and a cathode are separately provided at both ends of an arc tube in order to increase the output, conventionally, the lamp is brought to a faulty state before the lamp is damaged at the end of its life. That is, there was no optimal life control means.
【００１３】本発明は上記の事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするのは、低圧水銀放電灯が寿命末期
に至って破損する以前に不点状態にすることができる紫
外線照射装置を提供しようとするものである。The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultraviolet irradiating apparatus capable of turning a low-pressure mercury discharge lamp into a defective state before it is damaged at the end of its life. It is assumed that.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、低圧水銀放電
灯を点灯させる点灯回路装置として、出力波形が矩形波
を上記放電灯に印加する手段を備えた点灯回路装置を用
い、上記放電灯のランプ電流をＩ（Ａ）、発光管の内径
をＤ（mm）とした場合、Ｉ／Ｄ≧０．０５であり、上記
点灯回路装置の無負荷２次電圧をＶA 、ランプ電圧をＶ
Lとした場合、ＶA ／ＶL≦５の範囲に規制したことを特
徴とする。Means for Solving the Problems The present invention, as the lighting circuit for lighting a low-pressure mercury discharge lamp, a lighting circuit having means for outputting waveform applies a square wave <br/> to the discharge lamp When the lamp current of the discharge lamp is I (A) and the inner diameter of the arc tube is D (mm), I / D ≧ 0.05, and the no-load secondary voltage of the lighting circuit device is VA. And the lamp voltage to V
If it is L, characterized by being restricted to a range of V A / V L ≦ 5.
【００１５】[0015]
【作用】本発明者等は、ランプの寿命末期における消灯
を制御するため鋭意、研究，検討，実験を進めた結果、
点灯時間の経過により電源電圧の低下に伴って立消えす
るランプの発生割合が次第に増加する現象に注目した。
すなわち、商用電源によりランプを点灯する場合は、極
性が反転する時ランプに電流が流れないごく短い休止期
間が発生するが、この休止期間中に電子や正イオンの相
当部分が再結合により消滅し、再び電流が流れた時には
電子のエネルギ−の大部分が電離により損失するので発
光管両端間の電圧降下が一時的に増大する現象がある。
この電圧降下が一時的に増大する分を再点弧電圧と称す
ることは知られており、この再点弧電圧が電源側から供
給される最大電圧、すなわち点灯回路装置側の無負荷２
次電圧を越えた場合、ランプは放電を維持することがで
きなくなり、いわゆる立消えを発生する。このような立
消えを生じるランプは点灯時間の経過に伴い発生割合が
次第に増加する。この原因は、石英ガラスや電極などの
ようなランプ構成部材が点灯中に緩慢なガス放出を行う
ことによりこのガスが放電空間内の電子を吸着する割合
が増し、また不純ガスの密度が漸増するためと考えられ
る。また、不純ガスの漸増は電極物質の飛散を促進さ
せ、バルブの黒化を生じる不具合もある。The present inventors have conducted intensive studies, studies, and experiments to control the turning off of the lamp at the end of its life.
Attention was paid to a phenomenon in which the rate of occurrence of lamps that extinguish with a decrease in power supply voltage as the lighting time elapses gradually increases.
That is, when the lamp is turned on by a commercial power supply, when the polarity is reversed, a very short rest period occurs in which no current flows in the lamp, but during this rest period, a considerable portion of electrons and positive ions disappear due to recombination. When current flows again, most of the energy of electrons is lost due to ionization, and the voltage drop across the arc tube temporarily increases.
It is known that the voltage that temporarily increases is referred to as a re-ignition voltage. This re-ignition voltage is the maximum voltage supplied from the power supply side, that is, the no-load 2 on the lighting circuit device side.
If the secondary voltage is exceeded, the lamp will not be able to sustain the discharge, causing a so-called extinction. The rate of occurrence of such a lamp that extinguishes gradually increases as the lighting time elapses. This is because lamp components such as quartz glass and electrodes emit gas slowly during operation, so that the rate at which this gas adsorbs electrons in the discharge space increases, and the density of the impure gas gradually increases. It is thought to be. In addition, the gradual increase of the impure gas promotes the scattering of the electrode material, and there is a problem that blackening of the bulb occurs.
【００１６】このようなことから、点灯回路装置の無負
荷２次電圧を充分低く設定しておけば、点灯時間の経過
に伴って再点弧電圧が高くなった場合にランプは放電を
維持することができなくなり、立消えを発生するため不
点状態になり、よって発光管の破損、破裂を未然に防止
することができるようになると考えられる。Thus, if the no-load secondary voltage of the lighting circuit device is set sufficiently low, the lamp maintains discharge when the re-ignition voltage increases with the elapse of the lighting time. It is considered that the luminous tube cannot be operated, and the luminous tube is turned off, resulting in a pointless state. Therefore, it is considered that the arc tube can be prevented from being damaged or ruptured.
【００１７】しかしながら、再点弧電圧は一般にばらつ
きが大きく、異常なレベルの再点弧電圧と、単なる偶然
現れる再点弧電圧のレベルとの判別がし難い。このた
め、従来のように単に商用電源を適当に昇降圧制御する
ようにしたチョ−クコイル安定器などのようなリアクト
ル素子を用いた点灯回路装置で、この点灯回路装置の無
負荷２次電圧を低く設定しておいて、再点弧電圧が高く
なった場合にランプを不点状態にすることは困難であ
る。However, the re-ignition voltage generally has a large variation, and it is difficult to discriminate between an abnormal level of the re-ignition voltage and a level of a re-ignition voltage that appears by chance. For this reason, in a lighting circuit device using a reactor element such as a choke coil ballast which simply controls the voltage of a commercial power supply appropriately in the conventional manner, the no-load secondary voltage of the lighting circuit device is reduced. It is difficult to set the lamp in a misfiring state when the re-ignition voltage becomes high even if it is set low.
【００１８】この点についてさらに説明すると、紫外線
出力を増すためランプ電流を増して電流密度を高くした
この種のランプ、特に発光管の内径Ｄ（mm）に対しラン
プ電流Ｉ（Ａ）を大きくしてＩ／Ｄを０．０５以上とし
た低圧水銀放電灯は、従来から食品殺菌用光源などに多
用されてきた１５Ｗ程度の低出力の殺菌けい光ランプに
比べて単位長さ当りの紫外線出力が数倍以上になり、利
用範囲が極めて大きくなることが見込まれるが、このよ
うな大出力のランプは上記低出力のランプに比べて再点
弧電圧の上昇およびばらつきがきわめて大きい。This point will be further explained. In order to increase the ultraviolet output, the lamp current is increased to increase the current density. In particular, the lamp current I (A) is increased with respect to the inner diameter D (mm) of the arc tube. A low-pressure mercury discharge lamp with an I / D of 0.05 or more has a higher ultraviolet output per unit length than a low-output sterilizing fluorescent lamp of about 15 W which has been frequently used as a light source for sterilizing foods. It is expected that the lamp will be several times or more, and the usage range will be extremely large. However, such a high-power lamp has an extremely large increase and variation in the re-ignition voltage as compared with the low-power lamp.
【００１９】この原因は、上記のように管径当りの電流
を増して単位長さ当りの紫外線出力を大きくした低圧水
銀放電灯は、上記殺菌けい光ランプに比べて希ガスの封
入圧力が小さく、１torr以下にしてあるから、このよう
な低圧雰囲気中においては水銀イオンや電子が速かに管
壁に拡散、再結合する。このため、供給電力の極性が反
転する時、残留荷電粒子が極端に不足し、次ぎに大電流
を流した場合は一挙に大量の水銀を電離しなければなら
ないので再点弧電圧は大幅に上昇する。The reason for this is that the low-pressure mercury discharge lamp, in which the current per tube diameter is increased to increase the ultraviolet output per unit length as described above, has a lower noble gas filling pressure than the above sterilizing fluorescent lamp. Since the pressure is set to 1 torr or less, in such a low-pressure atmosphere, mercury ions and electrons are quickly diffused and recombined with the tube wall. For this reason, when the polarity of the supplied power is reversed, the residual charged particles are extremely insufficient, and when a large current is passed next, a large amount of mercury must be ionized at once, so the re-ignition voltage rises significantly I do.
【００２０】また、ランプ構成部材や封入薬品には表面
に不純ガス成分が付着しており、これが排気工程で充分
排除できずに残留し、ランプの使用時間の増大に伴って
放電空間に次第に放出され、これが再点弧電圧を上昇さ
せる。In addition, impure gas components adhere to the surface of the lamp constituent members and the enclosed chemicals, which cannot be sufficiently removed in the exhaust process and remain, and are gradually discharged into the discharge space as the use time of the lamp increases. And this raises the re-ignition voltage.
【００２１】上記のようにランプ電流が発光管径に対し
て大きな大出力の低圧水銀放電灯は、封入希ガスのガス
圧が低いのでこの希ガスによる不純ガスの希釈作用が弱
く、わずかな残留不純ガス量でも再点弧電圧に大きな影
響を及ぼすことになる。As described above, a large-output low-pressure mercury discharge lamp in which the lamp current is large relative to the diameter of the arc tube has a low gas pressure of the sealed rare gas. Even the amount of the impure gas has a great effect on the restriking voltage.
【００２２】さらに、上記したように、供給電圧の極性
が反転する時、電流を荷担する残留荷電粒子が不足する
ため電圧の上昇に見合う電流の増大が阻止されることか
ら、ランプと直列に接続されているリアクタンス成分に
より逆起電圧が発生し、これが電源電圧に重畳される。
この逆起電圧は減衰振動を伴い、放電を不安定化させ、
ランプを立消えしやすくする。Further, as described above, when the polarity of the supply voltage is reversed, the residual charged particles that carry the current are insufficient, so that the increase in the current corresponding to the increase in the voltage is prevented. The generated reactance component generates a back electromotive voltage, which is superimposed on the power supply voltage.
This back electromotive voltage is accompanied by a damped oscillation, destabilizes the discharge,
Make the lamp easier to extinguish.
【００２３】特に、高出力の紫外線放射ランプは殺菌け
い光ランプに比べて放電電流が１桁以上大きく、逆起電
圧に比例する｜ｄＩ／ｄｔ｜も１桁大きく、したがって
逆起電圧による影響も大きい。In particular, a high-power ultraviolet radiation lamp has a discharge current that is at least one order of magnitude larger than that of a germicidal fluorescent lamp, and | dI / dt |, which is proportional to the back electromotive voltage, is one order of magnitude larger. large.
【００２４】なお、逆起電圧のばらつきは、残留不純ガ
ス濃度とともに電源側のリアクトルの直流抵抗分、巻線
間浮遊容量、高周波損失量に大きく影響され、ランプ間
のみならず、電源間ばらつきも大きく影響する。The variation of the back electromotive voltage is greatly affected by the DC resistance of the reactor on the power supply side, the stray capacitance between windings, and the amount of high-frequency loss, as well as the residual impurity gas concentration. It has a significant effect.
【００２５】このような事情により、商用電源にリアク
トル素子を接続した従来の点灯回路装置を用いた場合
は、再点弧電圧のばらつきが大きく、立消え現象を利用
した寿命制御が困難になる。Under these circumstances, when a conventional lighting circuit device in which a reactor element is connected to a commercial power supply is used, the re-ignition voltage greatly varies, and it becomes difficult to control the life using the extinction phenomenon.
【００２６】このようなことから、本発明者等は、発光
管の内径をＤ（mm）、ランプ電流をＩ（Ａ）とし、Ｉ／
Ｄを０．０５以上とし、したがって希ガスの封入圧が低
い高出力用の水銀放電灯の場合は、矩形波電力を供給す
ることができる点灯回路装置を使用して低圧水銀放電灯
を点灯するようにし、この場合、点灯回路装置の無負荷
２次電圧ＶA と、ランプ定格点灯時のランプ両極間の電
圧降下（＝ランプ電圧）ＶLとの比を設定することによ
り、寿命末期においてバルブが破損するよりも以前にラ
ンプを不点灯にさせることができると考えた。なお、矩
形波は、商用電源に比べて休止期間が短く、再点灯電圧
のばらつきを少なくすることができ、ランプ電圧Ｖ L を
安定させることができるため使用した。 From these facts, the present inventors set the inner diameter of the arc tube to D (mm), the lamp current to I (A), and
D and 0.05 or more, thus in the case of mercury discharge lamps for filling pressure is low a high output of a rare gas, a low-pressure mercury discharge lamp using a lighting circuit capable of supplying a rectangle wave power In this case, the end of life is set by setting the ratio of the no-load secondary voltage VA of the lighting circuit device to the voltage drop (= lamp voltage) VL between both electrodes of the lamp when the lamp is rated. Thought that the lamp could be turned off before the bulb was damaged. In addition,
The waveform has a shorter rest period than commercial power,
It is possible to reduce the variation in the lamp voltage V L
Used because it can be stabilized.
【００２７】[0027]
【実施例】以下本発明について、図面に示す一実施例に
もとづき説明する。図１は紫外線照射装置の概略的な構
造を示し、図において１は低圧水銀放電灯であり、この
放電灯１は内径２４mmのＵ字形に屈曲された石英ガラス
からなる発光管２を備えている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to one embodiment shown in the drawings. FIG. 1 shows a schematic structure of an ultraviolet irradiation apparatus. In the figure, reference numeral 1 denotes a low-pressure mercury discharge lamp, and this discharge lamp 1 has an arc tube 2 made of quartz glass having an inner diameter of 24 mm and bent into a U shape. .
【００２８】発光管２の端部にはそれぞれ陽極３と陰極
４が封装されており、各陽極３は陰極４よりも放電空間
の前方に配置されている。なお、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。An anode 3 and a cathode 4 are sealed at the ends of the arc tube 2, respectively. Each anode 3 is arranged ahead of the cathode 4 in the discharge space. The anode 3 is formed of a circular coil, a cylinder, or an annular plate.
【００２９】この発光管２には、例えば２０mgの水銀
と、０．０５〜０．８torrのアルゴンガスが封入されて
いる。なお、５はＵ字形をなす発光管１の直線部間に介
挿された補強部材である。The arc tube 2 is filled with, for example, 20 mg of mercury and 0.05 to 0.8 torr of argon gas. Reference numeral 5 denotes a reinforcing member inserted between linear portions of the U-shaped arc tube 1.
【００３０】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１１に接続されている。点灯回路装
置１０は整流平滑回路１２、パワ−ＦＥＴ（電界効果ト
ランジスタ）を含む矩形波インバ−タ回路１３を備えて
いる。なお、矩形波インバ−タ回路１３には、周波数調
整用および電流調整用の可変抵抗器１４、１５が設けら
れている。The low-pressure mercury discharge lamp 1 includes a lighting circuit device 1
0 is connected to an AC power supply 11. The lighting circuit device 10 includes a rectifying / smoothing circuit 12 and a rectangular wave inverter circuit 13 including a power FET (field effect transistor). The rectangular wave inverter circuit 13 is provided with variable resistors 14 and 15 for frequency adjustment and current adjustment.
【００３１】交流電源１１は、たとえば２００Ｖの商用
電源であり、この電源１１には上記整流平滑回路１２、
矩形波インバ−タ回路１３の外に、ヒ−タトランス１
６、１６が接続されている。The AC power supply 11 is a commercial power supply of, for example, 200 V.
In addition to the square wave inverter circuit 13, a heater transformer 1 is provided.
6 and 16 are connected.
【００３２】ヒ−タトランス１６、１６はそれぞれ陰極
４、４に接続され、したがってこれら陰極４、４は常に
発熱して熱電子を放出する熱陰極となっている。The heater transformers 16, 16 are connected to the cathodes 4, 4, respectively. Therefore, the cathodes 4, 4 are hot cathodes which always generate heat and emit thermoelectrons.
【００３３】このような実施例における低圧水銀放電灯
は、定格入力５００Ｗ、放電電流７アンペアとなるよう
にして点灯されるようになっており、単位長さ当りの入
力は０．４Ｗ／cm以上となっている。The low-pressure mercury discharge lamp in this embodiment is designed to be lit so that the rated input is 500 W and the discharge current is 7 amps, and the input per unit length is 0.4 W / cm or more. It has become.
【００３４】そして、放電灯はランプ電流をＩ（Ａ）、
発光管の内径をＤ（mm）とした場合、Ｉ／Ｄ≧０．０５
とされており、本実施例の場合Ｉ／Ｄ＝０．３である。The discharge lamp has a lamp current of I (A),
When the inner diameter of the arc tube is D (mm), I / D ≧ 0.05
In this embodiment, I / D = 0.3.
【００３５】そして、上記点灯回路装置１０の無負荷２
次電圧をＶA 、ランプ電圧をＶL とした場合、ＶA ／Ｖ
L ≦５に規制されている。The no-load 2 of the lighting circuit device 10
When the next voltage is V A and the lamp voltage is VL , V A / V
It is regulated to L ≦ 5.
【００３６】このような紫外線照射装置の作用および数
値的限定の理由について説明する。The operation of such an ultraviolet irradiation apparatus and the reason for the numerical limitation will be described.
【００３７】ランプ１を点灯回路装置１０を通じて電源
１１に接続して点灯させた場合、陰極４４はヒ−タトラ
ンス１６、１６を介して交流電源１１に接続されている
ので、これら陰極４、４が常に発熱して熱電子を放出
し、熱陰極となっている。When the lamp 1 is connected to the power supply 11 through the lighting circuit device 10 and is turned on, the cathodes 44 are connected to the AC power supply 11 via the heater transformers 16, 16. It constantly generates heat and emits thermoelectrons, forming a hot cathode.
【００３８】そして、整流平滑回路１２およびパワ−Ｆ
ＥＴを含む矩形波インバ−タ回路１３の作用により、電
源の正弦波は、図２に示される矩形波に変換され、この
矩形波は周波数調整用および電流調整用の可変抵抗器１
４、１５により調整されて各陽極３および陰極４間に与
えられる。The rectifying / smoothing circuit 12 and the power F
The sine wave of the power supply is converted into the square wave shown in FIG. 2 by the operation of the square wave inverter circuit 13 including ET, and this square wave is converted into a variable resistor 1 for frequency adjustment and current adjustment.
It is provided between each anode 3 and cathode 4 by being adjusted by 4 and 15.
【００３９】このため、低圧水銀放電灯１は、一端側の
陽極３と他端側の陰極４との間に矩形の直流電流が流さ
れ、これらの間で放電が生じ、次に一端側の陰極４と他
端側の陽極３との間に逆の矩形の直流電流が流され、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３と陰極４が交互に放電を繰り返して点灯を継続
する。[0039] Therefore, a low-pressure mercury discharge lamp 1 is rectangle DC current is applied between the cathode 4 of one end side of the anode 3 and the other end side, discharge occurs between these, then one end reverse rectangle DC current is applied between the anode 3 of the cathode 4 and the other end side of the, discharge is generated between them. As described above, each time the polarity is reversed, the anodes 3 and the cathodes 4 alternately repeat the discharge and continue lighting.
【００４０】このような放電により水銀主体の蒸気が低
圧状態で励起され、このため水銀の共鳴線１８５nmおよ
び２５４nmを始めとする短波長紫外線領域の光を放射す
るものである。Such discharge excites mercury-based vapor in a low pressure state, and emits light in the short wavelength ultraviolet region including mercury resonance lines of 185 nm and 254 nm.
【００４１】このような紫外線照射装置においては、点
灯回路装置１０の無負荷２次電圧をＶA 、ランプ電圧を
ＶL とした場合、ＶA／ＶL ≦５に規制されている。In such an ultraviolet irradiation device, when the no-load secondary voltage of the lighting circuit device 10 is V A and the lamp voltage is V L , V A / V L ≦ 5 is regulated.
【００４２】このような数値的限定は本発明者等の実験
によるもので、以下これについて説明する。Such numerical limitations are based on experiments performed by the present inventors, and will be described below.
【００４３】上記構成のランプを複数本用意し、出力端
の無負荷２次電圧がＶA の点灯回路装置１０を用いて各
ランプ１を定格点灯させ、寿命試験を行った。A plurality of lamps having the above-described configuration were prepared, and each lamp 1 was lit at rated using a lighting circuit device 10 having a no-load secondary voltage of VA at the output end, and a life test was performed.
【００４４】そして、ＶA ／ＶL の値と、クラックの発
生および立消えならびに平均寿命を調べた。この結果を
下記表１に示す。Then, the value of V A / V L , the occurrence and disappearance of cracks, and the average life were examined. The results are shown in Table 1 below.
【００４５】なお、リアクトル素子を有する従来の点灯
回路装置を用いて同様の実験を行った場合も同表に示
す。The same table also shows a case where a similar experiment was performed using a conventional lighting circuit device having a reactor element.
【００４６】[0046]
【表１】 [Table 1]
【００４７】上記結果から、ＶA ／ＶL ≦５であれば有
効であることが判る。From the above results, it can be seen that V A / V L ≦ 5 is effective.
【００４８】すなわち、発光管の両端部にそれぞれ陽極
と陰極を別個に設けた低圧水銀放電灯において、ランプ
電流をＩ（Ａ）と発光管の内径をＤ（mm）をＩ／Ｄ≧
０．０５に設定し、矩形の電力により点灯するようにし
たランプにおいては、ＶA／ＶL≦５に規制すれば、ラン
プが寿命末期に至って発光管が破損するよりも以前にラ
ンプを不点状態に至らしめることができるようになる。That is, in a low-pressure mercury discharge lamp in which an anode and a cathode are provided separately at both ends of the arc tube, the lamp current is I (A), the inner diameter of the arc tube is D (mm), and I / D ≧
Set 0.05, in the lamp so as to lit by the power of the rectangle, if regulated to V A / V L ≦ 5, the lamp before than the lamp arc tube is damaged reached the end of life You will be able to reach a pointless state.
【００４９】発光管の両端部にそれぞれ陽極と陰極を別
個に設けると、陰極を小形にして発熱を小さくすること
ができるとともに、陽極を大形にして放熱を大きくする
ことができ、電極損失を低減できるから電極効率を高め
ることができるので、発光効率を向上させることができ
る。また、ランプ電流をＩ（Ａ）と発光管の内径をＤ
（mm）をＩ／Ｄ≧０．０５に設定した場合は、電流密度
が増して出力が向上し、上記電極効率が向上することと
協同して紫外線出力の向上が可能になる。When an anode and a cathode are separately provided at both ends of the arc tube, heat generation can be reduced by reducing the size of the cathode, and heat radiation can be increased by increasing the size of the anode. Since the electrode efficiency can be increased due to the reduction, the luminous efficiency can be improved. The lamp current is I (A) and the inner diameter of the arc tube is D.
When (mm) is set to I / D ≧ 0.05, the current density increases, the output improves, and the ultraviolet output can be improved in cooperation with the improvement in the electrode efficiency.
【００５０】そして、このような電流密度の高いランプ
は、封入ガス圧を低くしないと光出力が低下するので、
ガス圧を低くしており、しかしこのため不純物の希釈性
能が低下するなどの理由により再点弧電圧のばらつきや
上昇が大きいが、矩形の電力により点灯するようにした
ことによりランプ電圧ＶLが安定する。このことから、
点灯回路装置の無負荷２次電圧ＶAとランプ電圧ＶLとの
比率を安定して現出させることができる。In such a lamp having a high current density, the light output is reduced unless the filled gas pressure is reduced.
The gas pressure is low, but it variation or increase in the re-ignition voltage is greater reasons such as dilution performance of the the impurity is reduced, the lamp voltage V L by which is adapted to light by the power of the rectangle Becomes stable. From this,
The ratio between the no-load secondary voltage VA and the lamp voltage VL of the lighting circuit device can be stably exhibited.
【００５１】そして、ＶA ／ＶL の値を５以下にしたこ
とから、発光管に微細なクラックが発生して破損するよ
りも以前にランプを不点状態に至らしめることができ
る。よって、水銀の漏れ出しを未然に防止し、損害を防
止することができる。Further, since the value of V A / V L is set to 5 or less, the lamp can be brought into a faulty state before a minute crack occurs in the arc tube and the arc tube is damaged. Therefore, leakage of mercury can be prevented beforehand, and damage can be prevented.
【００５２】なお、本発明は上記実施例に制約されるも
のではなく、例えば発光管の形状はＵ字形に限らず、直
管形やＷ字形などの屈曲形状にしてもよい。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the shape of the arc tube is not limited to the U-shape, but may be a bent shape such as a straight tube shape or a W-shape.
【００５３】さらに、上記のように構成された紫外線照
射装置は発光管の最冷部温度が、水銀の発光が最適とな
る蒸気圧を与えるように、４０±１０℃となるように制
御する温度制御機構を備えていてもよい。Further, the ultraviolet irradiation apparatus configured as described above controls the temperature of the coldest part of the arc tube to be 40 ± 10 ° C. so as to give a vapor pressure at which the emission of mercury is optimal. A control mechanism may be provided.
【００５４】［発明の効果］以上説明したように本発明
によると、ランプが寿命末期に至って発光管が破損する
よりも以前に、つまりマイクロクラックの成長が顕著に
なる前にランプを不点状態にすることができ、ランプの
破損による被害を未然に防止することができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the lamp is brought into the faulty state before the lamp reaches the end of its life and before the arc tube is damaged, that is, before the growth of microcracks becomes remarkable. Thus, damage due to damage to the lamp can be prevented.
【図１】本発明の一実施例を示す低圧水銀放電灯および
点灯回路装置を示す構成図。Figure 1 is a configuration diagram showing indicate to the low-pressure mercury discharge lamp and the lighting circuit of an embodiment of the present invention.
【図２】ランプに付与する電流を示す矩形波の波形図。FIG. 2 is a waveform diagram of a rectangular wave showing a current applied to a lamp.
１…低圧水銀放電灯、２…発光管、３…陽極、４…陰
極、１０…点灯回路装置、１１…電源、１２…整流平滑
回路、１３…矩形波インバ−タ回路。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Low-pressure mercury discharge lamp, 2 ... Arc tube, 3 ... Anode, 4 ... Cathode, 10 ... Lighting circuit device, 11 ... Power supply, 12 ... Rectification smoothing circuit, 13 ... Square wave inverter circuit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 光行 陽一郎 東京都港区三田一丁目４番28号 東芝ラ イテック株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−51450（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−49340（ＪＰ，Ａ) 特公 昭28−544（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05B 41/16 - 41/232 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Yoichiro Mitsuyuki 1-4-28 Mita, Minato-ku, Tokyo Inside Toshiba Lighting & Technology Corporation (56) References JP 4-51450 (JP, A) JP 63-49340 (JP, A) JP-B 28-544 (JP, B1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H05B 41/16-41/232
Claims (1)
端部にそれぞれ陽極と陰極を封装し、一端側の陽極と他
端側の陰極との間、および一端側の陰極と他端側の陽極
との間で交互に放電させるようにした低圧放電灯と、こ
の放電灯を点灯させる点灯回路装置とを備えた紫外線照
射装置において、 上記点灯回路装置は出力波形が矩形波を上記放電灯に印
加する手段を備え、 上記放電灯のランプ電流をＩ（Ａ）、発光管の内径をＤ
（mm）とした場合、 Ｉ／Ｄ≧０．０５であり、 上記点灯回路装置の無負荷２次電圧をＶA 、ランプ電圧
をＶL とした場合、 ＶA ／ＶL ≦５の範囲に規制したことを特徴とする紫外
線照射装置。An anode and a cathode are sealed at both ends of an arc tube filled with mercury and a rare gas, respectively, between an anode at one end and a cathode at the other end, and between a cathode at one end and a cathode at the other end. a low-pressure discharge lamp which is adapted to discharge alternately between the anode, in the ultraviolet irradiation apparatus and a lighting circuit for lighting the discharge lamp, the lighting circuit device the discharge lamp with square wave output waveform Means for applying a current to the discharge lamp;
(Mm), I / D ≧ 0.05, and when the no-load secondary voltage of the lighting circuit device is VA and the lamp voltage is VL , the range is VA / VL ≦ 5. An ultraviolet irradiation device characterized by being regulated.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6693091A JP3198519B2 (en) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | UV irradiation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6693091A JP3198519B2 (en) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | UV irradiation device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04301395A JPH04301395A (en) | 1992-10-23 |
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ID=13330200
Family Applications (1)
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| JP6693091A Expired - Lifetime JP3198519B2 (en) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | UV irradiation device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3198519B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103463666B (en) * | 2013-09-27 | 2015-06-24 | 何志明 | Ultraviolet sterilization disinfection device and setting method thereof |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP6693091A patent/JP3198519B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| JPH04301395A (en) | 1992-10-23 |
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