JP3267668B2 - 紫外線発生装置 - Google Patents
紫外線発生装置Info
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Description
光源とした例えば紫外線化学反応用等に使用される紫外
線発生装置に関する。
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た低圧水銀蒸気放電灯に、
例えば商用電源を供給して、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紫外線発生装置は、光化
学反応装置等に使用されている。
光CVD(Chemical Vapor Depos
ition)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もので
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ものとして広く普及
している。
いる紫外線発生装置は、例えば図6に示すような低圧水
銀蒸気放電灯と、図7に示すような点灯装置を備えたも
のであり、同図中に示す低圧水銀蒸気放電灯の発光管は
円筒状の石英ガラスの両端に熱陰極と陽極を備え、内部
には、水銀と例えばアルゴン等の希ガスが封入されてい
るものである。
成される点灯装置の同図中の接点a,bを商用電源に接
続し、c,d及びe,fをそれぞれ放電灯の熱陰極に
g,hをそれぞれ陽極に接続することによって、熱陰極
が常時発熱して熱電子が放出し易い状態になって、この
放出電子は電界に加速されて一方側の陰極と他方側の陽
極並びに他方側の陰極と一方側の陽極との間で商用電源
の周波数に従い交互に放電を繰り返し、紫外線を放射す
る。
銀蒸気放電灯を点灯させれば、水銀イオンが陰極側に偏
る所謂カタホリシス現象を抑制させることができる。
な紫外線発生装置から放射させる紫外線出力を向上させ
るため、低圧水銀蒸気放電灯に供給するランプ電流を増
大させていくと、図8に示すように、その電流密度が低
い場合には、放電電流の増加と共に紫外線強度も増加す
るものの、電流密度をより高めると、急激に紫外線強度
が低下する現象が確認された。
ないが、電流密度の増大に伴い水銀原子が過剰に電離さ
れ、発光に寄与する励起原子が不足するためと推察され
る。特に、上記のように放電電流が正弦波の場合には、
各半サイクルの中間位相角において、電流値が増大する
ため、励起原子の不足が一層助長されるものと考えられ
る。
気圧を上昇させることも考えられるが、このようにする
と、紫外線がアーク中の水銀蒸気に自己吸収されて、紫
外線強度は増加しないという支障があった。
の最冷部温度を約40℃程度に冷却する冷却装置と組み
合わされて使用されることが多く、したがって、実用上
は発光管の最冷部温度がこの冷却温度付近で、ランプ効
率、放射紫外線強度が最大となるように構成させること
が必要である。
には、このランプ電流の増加に伴い最大紫外線出力を与
える発光管の最冷部温度が高温側に移行するため、上記
通常の冷却手段によって発光管を冷却した場合には、発
光管の効率が低下したり、必要な紫外線強度が得られ難
いという支障があった。
れたもので、その目的とするところは、電流密度を増大
させた場合に発生する紫外線強度の低下を防止できる紫
外線発生装置を提供しようとするものである。
に、本請求項1記載の紫外線発生装置は、発光部の断面
形状が非円形に形成され、水銀および希ガスが封入され
た石英ガラスより成る低圧水銀蒸気放電灯と、この低圧
水銀蒸気放電灯に対し、発光部の断面積当たりのランプ
電流密度が0.5A/cm2 以上であり、かつ、矩形波
電流を供給する点灯装置とを備えたことを特徴とするも
のである。
は、発光部の断面形状が非円形に形成され、水銀および
希ガスが封入された石英ガラスより成る低圧水銀蒸気放
電灯と、この低圧水銀蒸気放電灯に対し、発光部の断面
積当たりのランプ電流密度が0.5A/cm2 以上であ
り、かつ、10KHz以上の高周波電力を供給する点灯
装置とを備えたことを特徴とするものである。
は、水銀および希ガスが封入された石英ガラスより成る
低圧水銀蒸気放電灯と、この低圧水銀蒸気放電灯に対
し、発光部の断面積当たりのランプ電流密度が0.5A
/cm2 乃至4A/cm2 であり、かつ、矩形波電流を
供給する点灯装置とを備えたことを特徴とするものであ
る。
よれば、低圧水銀蒸気放電灯の発光部の断面形状が非円
形に形成されているため、水銀蒸気層の光学的厚みが減
少して、水銀蒸気による自己吸収を抑制できると共に、
10KHz以上の高周波電力もしくは、矩形波電流で点
灯させることによって、正弦波の場合ほど水銀蒸気圧を
高めなくとも励起原子を満たすことができるため、電流
密度を増大させても紫外線強度の低下が発生しないもの
と考えられる。
正なランプ電流密度の範囲を定めたため、低圧水銀蒸気
放電灯の最適最冷部温度を上昇させるたとがなく、した
がって、通常の冷却装置と組み合わせて使用された場合
においても、紫外線強度を向上させることができる。
説明する。
一実施例を示す概略図であり、同図に図示するように、
低圧水銀蒸気放電灯1の略U字形に屈曲された発光管2
の両端部には、ステムが封着されており、このステムに
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。
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。
ば図2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でこの発光管の断面積は約4.5cm2 程度
とされている。
の水銀と13〜267Paのアルゴン等の希ガスを封入
してある。
灯は点灯装置10を介して交流電源11に接続されてい
る。この点灯装置10は整流平滑回路12、パワーFE
Tを含む矩形波インバータ回路13を備えているもので
ある。この矩形波インバータ回路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
ており、これらを調整することによって、図3に示すよ
うな放電電流が7アンペア、低圧水銀蒸気放電灯の発光
部の断面積当たりのランプ電流密度に換算して1.56
A/cm2 である矩形波の電流を低圧水銀蒸気放電灯に
供給するように構成されている。
商用電源であり、この電源11には、前述の整流平滑回
路12、矩形波インバータ回路13の外に、ヒータトラ
ンス16,16が接続されている。
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射する熱陰極となっている。
作用について以下に説明する。
じて電源に接続した場合、陰極4,4はヒータトランス
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は常に発熱して熱電子を放射す
る。
ンバータ回路13により、電源の正弦波は前述の矩形波
に変換され、この矩形波電流は、周波数調整用および電
流調整用の可変抵抗器14,15により調整されて各陽
極3,3および陰極4,4間に供給される。
の陽極3と他端側の陰極4との間に矩形波の半波整流電
流が流され、これらの間で放電が生じ、次に他端側の陽
極3と一端側の陰極4との間に逆の半波整流電流が流れ
て、極性の反転毎に、各陽極と陰極が放電を繰り返して
点灯を維持する。
低圧で励起されて、水銀の共鳴線185nmおよび25
4nm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。
を電流密度を種々変化させて測定したところ、図4に示
すとおりの結果が得られ、同図から、実線Bで示す本実
施例の紫外線発生装置のものは、電流密度が0.5A/
cm2 以上の領域において従来例の紫外線発生装置(破
線A)よりも紫外線強度が増大し、特に1.6A/cm
2 以上の電流密度の場合には、従来例の紫外線発生装置
は紫外線強度が著しく減少するものの、本実施例のもの
は紫外線強度の低下がなく、電流密度の増加に伴い紫外
線強度が著しく増大することが確認できた。
ないものの、低圧水銀蒸気放電灯の発光部の断面形状を
非円形に形成したため、水銀蒸気層の光学的厚みが減少
して、水銀蒸気による自己吸収を抑制できたと共に、矩
形波電流で点灯させることによって、正弦波の場合ほど
水銀蒸気圧を高めなくとも励起原子を満たすことができ
るため、電流密度を増大させても紫外線強度の低下が発
生しないものと推察している。
の発光部の断面形状を偏平状としたものにあっては、そ
の断面の短辺と長辺の比が0.2〜0.8の範囲を満足
させることが好ましい。
気による自己吸収を抑制する効果が低減するために、好
ましくなく、また、0.2未満の場合は、低圧水銀蒸気
放電灯の放電が不均一になり、発光むらが発生する傾向
があるため好ましくないものである。
給するものについて説明しているが、前述の低圧水銀蒸
気放電灯に10KHz以上の高周波電力を供給した場合
にも、上記の矩形波電流を供給した実施例と同様な効果
が得られた。
給した場合においても、正弦波の場合ほど水銀蒸気圧を
高めなくとも励起原子を満たすことができるため、電流
密度を増大させても紫外線強度の低下が発生しないもの
と推察している。
の商用電源と同じく電流の変動が存在するものの、その
変動周期が極めて短時間であるために、水銀蒸気圧を高
めなくとも励起原子を十分に満たすことができるものと
推察している。
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ことを確認し
ている。
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。また、低圧水銀蒸気放電灯の発光部の断面形状につ
いても実施例中で説明した偏平状のものに限らず、水銀
蒸気層の光学的厚みが減少するように他の非円形形状に
形成しても良い。
形の低圧水銀蒸気放電灯を用いて、その発光管に対する
矩形波電流の電流密度と紫外線強度及び低圧水銀蒸気放
電灯の最冷部温度との関係について種々実験したところ
図5に示すような結果が得られた。
越えるようになると、紫外線強度が最大となる最冷部温
度が高温側に移行し、通常の冷却装置と組み合わせて使
用したときには、この最適な最冷部温度領域から外れる
ため、ランプ効率や紫外線強度が低下することが判明し
た。
未満になると、絶対的な紫外線強度が少なくなるため、
好ましくない。
銀蒸気放電灯を0.5A/cm2 乃至4A/cm2 のラ
ンプ電流の矩形波で点灯させれば、通常の冷却装置と組
み合わせて使用した場合においても、発光管の最冷部が
ランプ効率、放射紫外線強度が最大となる温度領域に維
持されるため、実用上好ましいものである。
発光部の断面形状を非円形に形成したため、水銀蒸気層
の光学的厚みが減少して、水銀蒸気による自己吸収を抑
制できると共に、10KHz以上の高周波電力もしく
は、矩形波電流で点灯させることによって、水銀蒸気圧
を高めなくとも励起原子を満たすことができるため、電
流密度を増大させても紫外線強度の低下が発生せず、紫
外線強度が向上する紫外線発生装置を提供できた。
概略図。
状を示す図面
形を示す図面
化を示す実験結果
化を示す実験結果
気放電灯の一例を示す図面
一例を示す図面
す図面
3・・・陽極 4・・・陰極 10・・点灯装置
11・・交流電源 12・・整流平滑回路 13・・矩形波インバー
タ回路 14,15 ・可変抵抗器 16・・ヒータトランス
Claims (3)
- 【請求項1】発光部の断面形状が非円形に形成され、水
銀および希ガスが封入された石英ガラスより成る低圧水
銀蒸気放電灯と、 前記低圧水銀蒸気放電灯に対し、前記発光部の断面積当
たりのランプ電流密度が0.5A/cm2 以上であり、
かつ、矩形波電流を供給する点灯装置と、を備えたこと
を特徴とする紫外線発生装置。 - 【請求項2】発光部の断面形状が非円形に形成され、水
銀および希ガスが封入された石英ガラスより成る低圧水
銀蒸気放電灯と、 前記低圧水銀蒸気放電灯に対し、前記発光部の断面積当
たりのランプ電流密度が0.5A/cm2 以上であり、
かつ、10KHz以上の高周波電力を供給する点灯装置
と、を備えたことを特徴とする紫外線発生装置。 - 【請求項3】水銀および希ガスが封入された石英ガラス
より成る低圧水銀蒸気放電灯と、 前記低圧水銀蒸気放電灯に対し、前記発光部の断面積当
たりのランプ電流密度が0.5A/cm2 乃至4A/c
m2 であり、かつ、矩形波電流を供給する点灯装置と、
を備えたことを特徴とする紫外線発生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10871992A JP3267668B2 (ja) | 1991-05-22 | 1992-03-31 | 紫外線発生装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3-117737 | 1991-05-22 | ||
JP11773791 | 1991-05-22 | ||
JP10871992A JP3267668B2 (ja) | 1991-05-22 | 1992-03-31 | 紫外線発生装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05135741A JPH05135741A (ja) | 1993-06-01 |
JP3267668B2 true JP3267668B2 (ja) | 2002-03-18 |
Family
ID=26448550
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10871992A Expired - Lifetime JP3267668B2 (ja) | 1991-05-22 | 1992-03-31 | 紫外線発生装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3267668B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101598479B (zh) * | 2008-06-04 | 2011-01-26 | 李茂雄 | 具有子母盖的保冷箱 |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP10871992A patent/JP3267668B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101598479B (zh) * | 2008-06-04 | 2011-01-26 | 李茂雄 | 具有子母盖的保冷箱 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05135741A (ja) | 1993-06-01 |
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