JPH04301395A - 紫外線照射装置 - Google Patents
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
応用の光源等に使用される紫外線照射装置に関する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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の外管に組み込ん
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。
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。
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。
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。
灯を点灯させる点灯回路装置として、出力波形が矩形ま
たは台形の高周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V
A 、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、電圧波形の高い高
周波電力または矩形、台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。
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。
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。
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。
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。
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16
、16が接続されている。
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。
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。
発光管の内径をD(mm)とした場合、I/D≧0.0
5とされており、本実施例の場合I/D=0.3である
。
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。
値的限定の理由について説明する。
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。
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。
陽極3と他端側の陰極4との間に矩形または台形波の半
波整流電流が流され、これらの間で放電が生じ、次に一
端側の陰極4と他端側の陽極3との間に逆の矩形または
台形波の半波整流電流が流され、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。
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。
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。
によるもので、以下これについて説明する。
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。
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。
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
。
ば有効であることが判る。
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、矩形または台形の高周波電力により
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。
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。
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、矩形または台形の高周波電力により点
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。
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。
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。
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。
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。
び点灯回路装置を示す構成図。
、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。
Claims (1)
- 【請求項1】 水銀および希ガスを封入した発光管の
両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
または台形の高周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。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP6693091A JP3198519B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 紫外線照射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP6693091A JP3198519B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 紫外線照射装置 |
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JPH04301395A true JPH04301395A (ja) | 1992-10-23 |
JP3198519B2 JP3198519B2 (ja) | 2001-08-13 |
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ID=13330200
Family Applications (1)
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JP6693091A Expired - Lifetime JP3198519B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 紫外線照射装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3198519B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016536082A (ja) * | 2013-09-27 | 2016-11-24 | 何志明 | 紫外線殺菌消毒装置及びその配置方法 |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP6693091A patent/JP3198519B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016536082A (ja) * | 2013-09-27 | 2016-11-24 | 何志明 | 紫外線殺菌消毒装置及びその配置方法 |
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JP3198519B2 (ja) | 2001-08-13 |
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