JPH1021885A

JPH1021885A - 無電極放電ランプ

Info

Publication number: JPH1021885A
Application number: JP18536196A
Authority: JP
Inventors: Shinji Sugioka; 晋次杉岡; Hideyuki Ikegami; 秀之池上
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロ波をカドミウム、亜鉛、ビスマスにう
まく吸収させて効果的に所望の紫外光を放射できる無電
極放電ランプ、および光源装置を提供する。【解決手段】発光管の中に、1.0 〜6.0mg/ccの水銀と、
イナートガスとしての希ガスと、カドミウム、亜鉛、ビ
スマスのうち少なくとも一つが封入される無電極放電ラ
ンプ１と、電気的に接続されたマグネトロン１０、マグ
ネトロン用のアンテナ１１、導波管１２、マイクロ波空
胴１３より構成され、このマイクロ波空胴１３の中に前
記無電極放電ランプ１が配置されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カドミウム、亜
鉛、ビスマスによる発光を利用する無電極放電ランプに
関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチックの表面改質や光ＣＶＤ、光
アッシング、ＵＶキュアリング等の処理においては紫外
線が利用されるが、効果的な処理を行うためには短波長
域（ 180〜 300nm）の出力が高いことが必要とされる。
この点、高圧水銀ランプやキセノンランプでは、エネル
ギー変換効率が低いので実用化には難しいとされ、ま
た、低圧水銀ランプでは 254nm、185nm に強い輝線の光
が放射されるものの単位面積あたりの光出力が低いため
上記処理の光源としては適当なものではなかった。さら
に、この波長域に高い出力をもつ光源として、エキシマ
レーザーが知られているがコストの観点から見送られて
いるのが実状である。

【０００３】また、封入物としてカドミウムや亜鉛を使
い上記短波長域の光を放射するランプも提案されてい
る。このランプは、例えば、特開平０１−６３２６２号
等に開示されるが、発光管内部に電極を有しない、いわ
ゆる無電極型のランプであって、その内部に水銀、カド
ミウム、亜鉛などが希ガスあるいはハロゲン化物として
封入され、外部からマイクロ波照射させることで当該物
質が励起されて発光するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記無
電極放電ランプおよび光源装置は、カドミウムや亜鉛等
が固体の形で封入されているため、外部から照射される
マイクロ波をうまく吸収することができず、結果とし
て、所望の紫外光を効率良く放射できない、という問題
があった。さらに、ランプを数時間から数十時間点灯さ
せると、封入物の金属イオン、あるいは高エネルギー状
態の金属原子が、直接、バルブ内部に到達し、バルブ内
面と反応を起こすことでバルブの透過率を低下、いわゆ
る失透現象を生じさせる。この発明は、このような事情
に基づいてなされたものであって、マイクロ波をカドミ
ウムや亜鉛にうまく吸収させて、効果的に所望の紫外光
を放射できる無電極放電ランプ、および光源装置を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる無電極
放電ランプは、棒状の発光管の中に、 1.0〜 6.0 mg/cc
の水銀と、イナートガスとしての希ガスと、カドミウ
ム、亜鉛、ビスマスのうち少なくとも一つが封入され、
外部からマイクロ波を照射することで前記カドミウム、
亜鉛、ビスマスを発光させることを特徴とする。また、
前記カドミウム、亜鉛、ビスマスは、いずれか一つが封
入されるときは0.01 〜 2.0mg/cc 封入され、これらが
組み合わせで封入されるときは、各々が、0.01〜 2.0mg
/cc 封入されることを特徴とする。さらに、発光管の内
径が 2.0〜25.0mmで、発光管の長さがこの内径の２倍以
上であることを特徴とする。さらに、２原子分子のハロ
ゲンに換算して、0.01〜 1.0mg/cc の沃素、臭素あるい
は塩素を封入したことを特徴とする。さらに、前記発光
管はサファイアであることを特徴とする。さらに、前記
発光管の厚みは 0.3〜 5.0mmであることを特徴とする。
さらに、この発明にかかる光源装置は、電気的に接続さ
れたマイクロ波発生器、導波管、空胴より構成され、こ
の空胴の中には放電ランプが配置され、この放電ランプ
は、発光管の中に、 0.1〜 6.0 mg/ccの水銀と、イナー
トガスとしての希ガスと、カドミウム、亜鉛、ビスマス
のうち少なくとも一つが封入され、外部からマイクロ波
を照射することで前記カドミウム、亜鉛、ビスマスによ
る発光を行わせることを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】この発明によれば、マイクロ波を
ランプに放射させると、内部に封入された水銀がこのマ
イクロ波を吸収しランプ内部の温度を上昇させ、この温
度上昇により、カドミウム等の金属が蒸発して固有の波
長の発光を行う。また、水銀、カドミウム等の相互作用
が行われることで、波長 180nmから 800nmの範囲で、連
続スペクトルが大きな強度で放射される。また、水銀、
カドミウム等の金属以外に、ヨウ素、臭素あるいは塩素
を封入した場合は、アーク内で生成されたカドミウム等
の金属イオン、および高エネルギー状態の金属原子は、
ヨウ素、臭素あるいは塩素の原子、あるいは分子と衝突
し、直接、バルブ内面に到達する数が低減されてしま
う。すなわち、失透現象が生じることはない。

【０００７】このように本発明では、水銀と、カドミウ
ム、亜鉛、ビスマスをともに封入することで所望の紫外
光を効率良く放射できるとともに、ヨウ素、臭素、塩素
を封入することでバルブの失透現象を低下させたもので
ある。

【０００８】そして、本発明者らは、種々の実験をする
ことで、封入される水銀の量によって、カドミウム、亜
鉛、ビスマスとの相互作用を効果的に発揮しうることを
見出したものである。具体的には、1.0mg/cc〜 6.0mg/c
c の水銀を封入することが最適であって、1.0mg/cc以下
の場合は、水銀がマイクロ波を有効に吸収できなくな
り、カドミウム等の金属元素が十分に蒸発することがで
きず、結果として、所望の紫外光は放射できなくなって
しまう。また、水銀の量が 6.0mg/cc 以上の場合は、水
銀がマイクロ波を十分に吸収できるものの、水銀自身に
よる発光が支配的になってしまい、結果として、カドミ
ウム等の金属元素による所望の発光は得られないことに
なる。

【０００９】また、カドミウム、亜鉛、ビスマスの封入
量も0.01mg/cc 〜 2.0mg/cc が最適であることも見い出
した。具体的には、0.01mg/cc 以下の場合は、カドミウ
ム等の金属元素の量が少なすぎて、これらの元素に固有
な波長の発光が効率よく得られなくなってしまう。ま
た、カドミウム等の金属元素の量が、 2.0mg/cc 以上の
場合は、これら金属元素の量が多すぎて、すべて金属元
素が蒸発することはできず、ランプ内で固体の状態で残
ってしまい、これらが発光に寄与しなくなってしまう。
そして、カドミウム、亜鉛、ビスマスを適宜、0.01mg/c
c 〜 2.0mg/cc の範囲で封入することによって、波長 1
80〜 250nmの光、波長 250〜 300nmの光、波長300〜 80
0nmの光を必要に応じて放射させることができる。

【００１０】また、ヨウ素、臭素、塩素のハロゲンの封
入量も、0.01mg/cc 〜 1.0mg/cc が最適であることを見
い出した。具体的には、これらハロゲンの封入量が、0.
01mg/cc 未満では、前述した失透現象を十分に防止する
ことはできない。また、ハロゲンの封入量が 1.0mg/cc
以上では、失透現象は十分に防止できるものの放電が安
定しなくなり、また、ハロゲン物質の光吸収により、所
望の波長域（200 〜250nm ）の光強度が弱まる。

【００１１】また、アルゴン、キセノン、クリプトン等
の希ガスをイナートガスとして封入するが、これら希ガ
スも 1.0気圧より低いことが好ましい。この希ガスが
1.0気圧より高い場合には、放電が一様に広がらなくな
り、発光がランプの一部分に偏ってしまうからである。

【００１２】また、発光管は棒状、いわゆるロングアー
ク型であるが、具体的には、発光管の長さが発光管の内
径の２倍以上あるものが適用される。

【００１３】また、発光管は溶融石英が安価なため最適
である。また、波長 180〜250nm の紫外線を効率良く得
るためには、合成石英あるいはサファイアを使用するこ
ともできる。発光管の厚みは、0.3mm 〜 5.0mmが最適で
あって、0.3 mm以下のときは発光管が放電の熱で変形し
やすくなり、5.0 mm以上のときは透過率が減少し、放射
光が有効に取り出せず、また、マイクロ波が発光管に吸
収されるのでカドミウム等の元素に到達するマイクロ波
のエネルギーが減少してしまう。

【００１４】

【実施例】以下、この発明にかかる無電極ランプの実施
例を説明する。無電極放電ランプ（以下、「ランプ」と
も称する）は、例えば、内径６mm、長さ２４cmの棒状の
もので、溶融石英から構成され、その中には、水銀２０
mg、カドミウム２mg、沃化水銀２mg、アルゴンガス１０
０Torrが封入される。図１にこのランプを取り付けた光
源装置を示す。マイクロ波発生器としてのマグネトロン
１０からマイクロ波（例えば、２４５０ＭHz）を発生さ
せて、アンテナ１１、導波管１２を介して、マイクロ波
空胴１３に導き、ここでランプ１に放射させる。このよ
うなマイクロ波の放射によってランプ１は高周波の誘電
加熱を起こし発光する。マイクロ波空胴１３の一面は、
光を取り出すため金網１４になっている。また、１５は
点灯始動用の低圧水銀灯、１６はループアンテナであ
る。

【００１５】次に、この発明にかかる無電極放電ランプ
において、封入される水銀の量を変えて、波長 180〜 2
50nmの光の放射を実験した。実験は、内径 6.0mm、長さ
240mmの棒状（ロングアーク型）のランプで、カドミウ
ム 2.0mg( 0.298mg/cc) 、ヨウ化水銀 2.0mg(0.298mg/c
c)、アルゴン 100Torrを封入し、水銀の量を 0mg〜70mg
の範囲で種々変化させ、この場合の全照度の光出力
（Ｗ）を測定した。結果を図２に示す。

【００１６】ここで、本実験は電気入力３ＫＷで行った
が、全照度の光出力が１５０Ｗの場合は、電気入力の５
％が出力されたことになり、この数値は一般的に波長 1
80〜250nmの光は十分な効率で放射されていると判断で
きる。すなわち、水銀が 1.0〜 6.0 mg／ccの範囲で封
入されたものであれば、カドミウム、亜鉛、ビスマスと
の相互作用によって効率よい発光ができるといえる。

【発明の効果】本発明の無電極放電ランプによれば、水
銀が有効にマイクロ波を吸収して、ランプ内部の温度が
上昇し、この熱により、カドミウム、亜鉛、ビスマス等
の金属が蒸発して、密度が高い状態になる。この結果、
カドミウム、亜鉛、ビスマス等に固有な波長の発光が効
率よく得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる無電極放電ランプを使った光
源装置を示す。

【図２】この発明にかかる無電極放電ランプで水銀の封
入量と照度の関係を示す。

【符号の説明】

１無電極放電ランプ１０マグネトロン１１マグネトロンのアンテナ１２導波管１３マイクロ波空胴１４金網

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】棒状発光管の中に、 1.0〜 6.0 mg/ccの水
銀と、イナートガスとしての希ガスと、カドミウム、亜鉛、ビスマスのうち少なくとも一つが封
入され、外部からマイクロ波を照射することで前記カドミウム、
亜鉛、ビスマスによる発光を行わせる無電極放電ラン
プ。
【請求項２】前記カドミウム、亜鉛、ビスマスは、いず
れか一つが封入されるときは 0.01〜 2.0mg/cc 封入さ
れて、また、これらが組み合わせで封入されるときは、各々
を、0.01〜 2.0mg/cc 封入されることを特徴とする請求
項１に記載の無電極放電ランプ。
【請求項３】発光管の内径が 2.0〜25.0mmで、発光管の
長さが当該内径の２倍以上である請求項１に記載の無電
極放電ランプ。
【請求項４】２原子分子のハロゲンに換算して、0.01〜
1.0mg/cc の沃素、臭素あるいは塩素を封入したことを
特徴とする請求項１に記載の無電極放電ランプ。
【請求項５】前記発光管はサファイアであることを特徴
とする請求項１に記載の無電極放電ランプ。
【請求項６】前記発光管の厚みは 0.3〜 5.0mmであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の無電極放電ランプ。
【請求項７】電気的に接続されたマイクロ波発生器、導
波管、空胴より構成され、当該空胴の中には放電ランプ
が配置された光源装置において、前記放電ランプは、請求項１に記載の無電極放電ランプ
であることを特徴とする光源装置。