JP2008034222A - Short arc-type mercury lamp - Google Patents

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Yukio Yasuda
幸夫 安田
Yoshitoku Aiura
良徳 相浦
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Ushio Denki KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure not generating white turbidity on an inner wall of a discharge vessel. <P>SOLUTION: A pair of electrodes are arranged in opposition in a discharge vessel made of quartz glass, in which, 2 to 12 (mg/cm<SP>3</SP>) of mercury, 1 to 8 (atmospheric pressure) of Argon (Ar), krypton (Kr) or their mixture gas are sealed in, with at least ultraviolet rays of wavelengths of 200 to 300 (nm) irradiated. Then, at least either of the electrodes is loaded with tantalum, and at the same time, a volume of hydrogen stored by the tantalum is to be 3×10<SP>16</SP>pcs/cm<SP>3</SP>or less in hydrogen molecule conversion per internal volume of the discharge vessel. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明はショートアーク型水銀ランプに関する。特に、波長250nm〜350nmの紫外線を効率良く放射するショートアーク型水銀ランプに関する。   The present invention relates to a short arc type mercury lamp. In particular, the present invention relates to a short arc type mercury lamp that efficiently emits ultraviolet rays having a wavelength of 250 nm to 350 nm.

ショートアーク型水銀ランプは、半導体や液晶やプリント基板など各種の露光工程に用いられる。また、近年では液晶基板やカラーフィルターなどの露光において、露光面積の大型化や高スループット化が要求されつつある。さらに、今までは、g線(436nm)、h線(404nm)、i線(365nm)が使われてきたが、より短波長の紫外線が要求されつつある。つまり、ランプに対しては、i線(365nm)より短波長の紫外線、具体的には250nm〜350nmの紫外線を効率よく放射することが求められる。   Short arc type mercury lamps are used in various exposure processes such as semiconductors, liquid crystals, and printed circuit boards. In recent years, in exposure of a liquid crystal substrate, a color filter, and the like, an increase in exposure area and an increase in throughput are being demanded. Furthermore, until now, g-line (436 nm), h-line (404 nm), and i-line (365 nm) have been used, but ultraviolet rays with shorter wavelengths are being demanded. That is, the lamp is required to efficiently radiate ultraviolet rays having a shorter wavelength than i-line (365 nm), specifically, ultraviolet rays having a wavelength of 250 nm to 350 nm.

紫外線を効率良く放射するためには、発光部の中に存在する不純物を除去しなければならない。不純物の存在により発光部内壁を汚したり、あるいは電極の損耗を促進しかねないからである。
このため、ゲッターとしてタンタルを用いる技術が知られており、例えば、特許第3077538号などに記載されている。
しかし、タンタルゲッターを使ってみても、やはり、発光部の内壁に白濁は発生する。この現象は、大電力のランプにおいてよく発生し、また、波長250nm〜350nmの紫外線を放射するランプにおいて顕著に発生した。
In order to radiate ultraviolet rays efficiently, impurities present in the light emitting portion must be removed. This is because the presence of impurities may contaminate the inner wall of the light emitting portion or promote electrode wear.
For this reason, a technique using tantalum as a getter is known, and is described in, for example, Japanese Patent No. 3077538.
However, even when using a tantalum getter, white turbidity still occurs on the inner wall of the light emitting part. This phenomenon often occurs in a high-power lamp, and is remarkably generated in a lamp that emits ultraviolet light having a wavelength of 250 nm to 350 nm.

タンタルゲッターを使ったショートアーク型水銀ランプにおいて、発光部の内壁に白濁を発生させない構成を提供することである。   In a short arc type mercury lamp using a tantalum getter, a configuration is provided in which white turbidity is not generated on the inner wall of a light emitting part.

上記課題を解決するために、この発明に係るショートアーク型水銀ランプは、石英ガラスからなる発光部に、一対の電極が対向配置するとともに、2〜12(mg/cm)の水銀と、1〜8(気圧)のアルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)またはその混合ガスが封入され、少なくとも波長200〜300(nm)の紫外線を放射する。そして、前記電極の少なくとも一方には、タンタルが装填されるとともに、このタンタルが吸蔵している水素量が、発光部の内容積当り水素分子換算で、3×1016個/cm以下であることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a short arc type mercury lamp according to the present invention has a pair of electrodes opposed to a light emitting portion made of quartz glass, 2-12 (mg / cm 3 ) mercury, 1 Argon (Ar), krypton (Kr), or a mixed gas thereof of ˜8 (atmospheric pressure) is enclosed, and emits ultraviolet rays having a wavelength of at least 200 to 300 (nm). At least one of the electrodes is filled with tantalum, and the amount of hydrogen stored in the tantalum is 3 × 10 16 atoms / cm 3 or less in terms of hydrogen molecules per inner volume of the light emitting part. It is characterized by that.

さらに、前記発光部の内容積V(cm)、内表面積S(cm)とするとき、S/V≦0.8の関係を満たすことを特徴とする。
さらに、前記発光部は球形状であって、外径D(cm)が、7.5≦Dの関係を満たすことを特徴とする。
Furthermore, when the internal volume V (cm 3 ) and the internal surface area S (cm 2 ) of the light emitting part are satisfied, the relationship of S / V ≦ 0.8 is satisfied.
Further, the light emitting portion is spherical and has an outer diameter D (cm) satisfying a relationship of 7.5 ≦ D.

図1は本発明に係るショートアーク型水銀ランプの概略構成を示す。
水銀ランプは、石英ガラスからなる放電容器10よりなり、放電容器10は発光部11とロッド状の封止部12から構成される。発光部11の内部には、発光空間が形成されており、陰極20と陽極30が、例えば5.0mmの間隙をもって対向配置しており、陰極20の先端にアーク輝点が形成される。なお、発光部11は球形、あるいは管軸方向に細長く伸びる紡錘形である。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a short arc type mercury lamp according to the present invention.
The mercury lamp includes a discharge vessel 10 made of quartz glass, and the discharge vessel 10 includes a light emitting unit 11 and a rod-shaped sealing unit 12. A light emitting space is formed inside the light emitting unit 11, the cathode 20 and the anode 30 are arranged to face each other with a gap of, for example, 5.0 mm, and an arc bright spot is formed at the tip of the cathode 20. The light emitting portion 11 has a spherical shape or a spindle shape elongated in the tube axis direction.

陰極20は、例えば、トリウムタングステンよりなる円柱状ロッドであって、先端は概略円錐形に形成され、陰極棒21に支持される。
陽極30は、例えば、タングステンよりなり、全体が円柱状ロッドであるとともに、先端に平面を有する略砲弾形状であり、陽極棒31に支持される。
The cathode 20 is a cylindrical rod made of thorium tungsten, for example, and the tip is formed in a substantially conical shape and is supported by the cathode rod 21.
The anode 30 is made of tungsten, for example, and is a cylindrical rod as a whole, has a substantially bullet shape with a flat surface at the tip, and is supported by the anode rod 31.

陰極棒21と陽極棒31は根元が封止部12に向かって伸び、各封止部12には図示略のモリブデン箔が埋設されており気密封止構造が形成される。封止部12の外端からは外部リード13が突出しており、この外部リード13に図示略の給電装置に接続されて電流供給が行なわれる。なお、陰極20や陽極30は、それぞれ陰極棒21、陽極棒31と物理的に別体である必要はなく、例えば、同じ外径のまま伸び、両者が物理的に一体の構造であってもかまわない。
陰極棒21にはタンタルゲッター40が装着される。タンタルゲッター40は板形状であり、陰極棒21に押し潰すように装着される。
The bases of the cathode bar 21 and the anode bar 31 extend toward the sealing part 12, and a molybdenum foil (not shown) is embedded in each sealing part 12 to form an airtight sealing structure. An external lead 13 protrudes from the outer end of the sealing portion 12, and the external lead 13 is connected to a power supply device (not shown) to supply current. The cathode 20 and the anode 30 do not need to be physically separated from the cathode rod 21 and the anode rod 31, respectively. For example, the cathode 20 and the anode 30 may extend with the same outer diameter and have a physically integrated structure. It doesn't matter.
A tantalum getter 40 is attached to the cathode bar 21. The tantalum getter 40 has a plate shape and is attached to the cathode rod 21 so as to be crushed.

図2は、図1に示すランプを同じ構造を示し、発光部11の長さであって、ランプの長手方向の長さLと、ランプの長手方向を直交する方向の長さDを表す。発光部が球形である場合、長さDと長さLは同じとなる。   FIG. 2 shows the same structure as the lamp shown in FIG. 1, and shows the length of the light-emitting portion 11 and the length L in the longitudinal direction of the lamp and the length D in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the lamp. When the light emitting portion is spherical, the length D and the length L are the same.

発光部11には、水銀と、アルゴンもしくはクリプトンを含む希ガスが封入される。
水銀の封入量は、発光空間の内容積当たり、2〜12mg/ccの範囲であって、例えば5mg/cc含まれる。希ガスの封入量は1.0〜8.0気圧であって、例えば3気圧である。水銀と希ガスの定常点灯時の総内圧は18気圧程度になる。
The light emitting unit 11 is filled with mercury and a rare gas containing argon or krypton.
The amount of mercury enclosed is in the range of 2 to 12 mg / cc per inner volume of the light emitting space, and is included, for example, 5 mg / cc. The amount of rare gas sealed is 1.0 to 8.0 atm, for example, 3 atm. The total internal pressure during steady lighting of mercury and rare gas is about 18 atmospheres.

ここで、本発明者らは、アルゴンもしくはクリプトンを、所定量の水銀と関連させて、陽圧(1気圧以上)で封入させると、i線(365nm)の放射量が向上するだけでなく、波長250nm〜350nmの紫外線も放射量が向上することを見出した。これは、アルゴンやクリプトンが始動性改善のみに作用するのではなく、定常点灯時においても、紫外線の放射量増大に貢献するというものであり、具体的には、アークからの放射量そのものを増大させることと、アークを収縮させるため放射輝点の密度を高めることの2つの作用にもとづいている。   Here, the present inventors not only improve the radiation amount of i-line (365 nm) when argon or krypton is sealed in a positive pressure (1 atm or more) in association with a predetermined amount of mercury, It has been found that the radiation amount of ultraviolet rays having a wavelength of 250 nm to 350 nm is also improved. This is because argon and krypton do not only improve startability but also contribute to an increase in the amount of ultraviolet radiation even during steady lighting. Specifically, the amount of radiation from the arc itself increases. This is based on the two actions of increasing the density of radiant spots in order to contract the arc.

2つの作用のうち、放射量増大について説明すると、希ガスの電離電圧は、キセノンが12.1eV、クリプトンが14.0eV、アルゴンが15.8eVであり、キセノン、クリプトン、アルゴンの順に高い。そして、電離電圧が高いガスのほうが、電離電圧が低いガスに比較してアークの温度は高くなり、また、アーク温度が高いほうがアーク中における励起状態の水銀原子数が増えることから、結果として、電離電圧が高いガス、すなわち、アルゴンやクリプトンは、電離電圧が低いキセノンに比べて放射量が多いこととなる。   Of the two effects, the increase in radiation amount will be described. The ionization voltage of the rare gas is 12.1 eV for xenon, 14.0 eV for krypton, and 15.8 eV for argon, and is higher in the order of xenon, krypton, and argon. The gas with a higher ionization voltage has a higher arc temperature than the gas with a lower ionization voltage, and the higher the arc temperature, the more mercury atoms in the excited state in the arc. A gas having a high ionization voltage, that is, argon or krypton has a larger radiation amount than xenon having a low ionization voltage.

また、水銀の電離電圧は10.4eVであり、キセノン、クリプトン、アルゴンに比べて低い。このため、希ガスの封入量が水銀の封入量に対して大きいほうが、アーク温度が高くなり紫外線の放射量も多くなる。具体的には、希ガスの封入モル数が水銀の封入モル数の2倍以上であると実用的なレベルで紫外線の放射量が大きくなる。   Further, the ionization voltage of mercury is 10.4 eV, which is lower than that of xenon, krypton, and argon. For this reason, when the amount of rare gas enclosed is larger than the amount of mercury enclosed, the arc temperature increases and the amount of ultraviolet radiation increases. Specifically, when the number of moles of rare gas sealed is more than twice the number of moles of mercury sealed, the amount of ultraviolet radiation increases at a practical level.

また、水銀は発光種であることから、ある程度の量は封入しなければならない。水銀封入量が小さくなりすぎると、励起される原子数そのものが少なくなるからである。この発明では励起される水銀原子を確保するという観点から、水銀は2.0mg/cm以上を必要とし、その範囲は2.0〜12.0(mg/cm)が望ましいとされる。12.0mg/cmを超える場合は、波長254.7nmの共鳴線の吸収幅が広がり、254.7nmよりも長波長(255〜270m付近)の放射量が減少してしまうからである。 Since mercury is a luminescent species, a certain amount must be enclosed. This is because if the amount of mercury enclosed becomes too small, the number of excited atoms itself decreases. In the present invention, from the viewpoint of securing excited mercury atoms, mercury needs to be 2.0 mg / cm 3 or more, and the range is desirably 2.0 to 12.0 (mg / cm 3 ). This is because if it exceeds 12.0 mg / cm 3 , the absorption width of the resonance line having a wavelength of 254.7 nm widens, and the amount of radiation at a wavelength longer than 254.7 nm (near 255 to 270 m) decreases.

次に、2つの作用のうち、アーク収縮の作用について説明すると、アルゴンやクリプトンは、キセノンよりもアークが収縮されやすい性質をもち、アークが収縮することにより、アークが密になって放射強度が向上する。   Next, of the two actions, the action of arc contraction will be described. Argon and krypton have a property that the arc is more easily contracted than xenon, and the arc contracts, so that the arc becomes dense and the radiation intensity is increased. improves.

なお、「陽圧」とは1気圧以上を意味し、室温換算で1気圧以上封入することで、その封入圧力に比例して放射光量(放射効率)が増大する。一方、アルゴンやクリプトンが8気圧を超えるとランプが破裂する可能性があるので望ましくない。   “Positive pressure” means 1 atmosphere or more, and by sealing 1 atmosphere or more in terms of room temperature, the amount of radiation (radiation efficiency) increases in proportion to the enclosed pressure. On the other hand, if argon or krypton exceeds 8 atm, the lamp may burst, which is not desirable.

以上のように、本発明では、所定量の水銀と、所定量のアルゴンあるいはクリプトンが密接かつ一体不可分であって、また、互いに有機的関係を持ちながら数値範囲が記載されることで、波長250〜350nmの放射量増大と、アーク収縮効果による放射効率のアップを図ることができる。具体的には、水銀の封入量が2.0〜12.0(mg/cm)、アルゴンもしくはクリプトンの封入量が1〜8気圧になる。なお、数値限定の根拠は後述する実験において説明する。 As described above, in the present invention, a predetermined amount of mercury and a predetermined amount of argon or krypton are inseparably close and integral, and a numerical range is described while having an organic relationship with each other. The radiation amount can be increased by ˜350 nm and the radiation efficiency can be increased by the arc contraction effect. Specifically, the enclosed amount of mercury is 2.0 to 12.0 (mg / cm 3 ), and the enclosed amount of argon or krypton is 1 to 8 atm. The basis for the numerical limitation will be described in an experiment described later.

さらに、本発明では、水銀と、アルゴンあるいはクリプトンの封入量を規定する以外に、タンタルが吸蔵している水素量を規定する。タンタルはゲッターとして電極に装着するものであるが、発光部の内容積当り水素分子換算で、3×1016個/cm以下と規定される。
ゲッターを使う理由は、発光空間内の不純物の吸着であるが、特に、発光空間に水素が存在(浮遊)すると、始動電圧(放電破壊電圧)が高くなってしまう。このため、タンタルを放電空間に曝すように配置させて、発光空間に浮遊する水素を吸蔵することで、始動電圧の上昇を抑えることができる。
Furthermore, in the present invention, in addition to defining the amount of mercury and argon or krypton enclosed, the amount of hydrogen occluded by tantalum is defined. Tantalum is attached to the electrode as a getter, but is defined as 3 × 10 16 atoms / cm 3 or less in terms of hydrogen molecules per inner volume of the light emitting part.
The reason for using the getter is adsorption of impurities in the light emitting space. In particular, when hydrogen is present (floating) in the light emitting space, the starting voltage (discharge breakdown voltage) becomes high. For this reason, it is possible to suppress an increase in starting voltage by arranging tantalum so as to be exposed to the discharge space and storing hydrogen floating in the light emission space.

ところが、タンタルを使ってみても、水素の吸着や始動電圧の抑制はできるものの、点灯時間の経過とともに、発光部の内壁が白濁するという問題が発生する。これは、点灯時間の経過に伴い、発光空間の温度が上昇して、タンタルが吸蔵している水素が放出されるからであり、また、この水素が発光部内壁を構成する石英ガラスとともに、強烈な紫外線の照射を受けることで、当該照射面を劣化させることと推測される。   However, even when tantalum is used, although hydrogen adsorption and starting voltage can be suppressed, there arises a problem that the inner wall of the light emitting part becomes cloudy as the lighting time elapses. This is because as the lighting time elapses, the temperature of the light emitting space rises and hydrogen stored in the tantalum is released, and this hydrogen is intense together with the quartz glass constituting the inner wall of the light emitting part. It is presumed that the irradiated surface is deteriorated by being irradiated with ultraviolet rays.

特に、波長350nm以上の光を主に放射するランプの場合では、発光部内壁を照射する光の波長も大きいため、石英ガラスに照射されても白濁発生は実用上起こらないが、波長250nm〜350nmの紫外線の場合は、光のエネルギーが高いため、石英ガラスへの照射により白濁発生が無視できないレベルとなっている。   In particular, in the case of a lamp that mainly emits light having a wavelength of 350 nm or more, since the wavelength of light that irradiates the inner wall of the light emitting part is large, generation of white turbidity does not occur practically even when irradiated to quartz glass, but the wavelength of 250 nm to 350 nm. In the case of UV rays, since the energy of light is high, the occurrence of white turbidity is not negligible due to irradiation of quartz glass.

ここで、ゲッターについて説明すると、ゲッターにはジルコニウムもあるが、タンタルを使う理由は、1000℃を超えるような高温領域で動作する材料として適するからである。放電容器や電極からは炭素、酸素、窒素が不純物として放出される。これら不純物は電極と反応して、タングステンの低融点化合物を形成し、電極の蒸発と早期の放電容器黒化を引き起こすため、ゲッターは不可欠な存在となる。   Here, the getter will be described. Although the getter includes zirconium, the reason for using tantalum is that it is suitable as a material that operates in a high temperature region exceeding 1000 ° C. Carbon, oxygen, and nitrogen are released as impurities from the discharge vessel and the electrode. These impurities react with the electrode to form a low melting point compound of tungsten, causing the electrode to evaporate and prematurely discharge vessel blackening, making the getter indispensable.

また、タンタルは炭素、酸素、窒素という不純物については不可逆的に取り込むことができ、すなわち、一度吸蔵したら放出することはないが、水素に対しては可逆的な性質を有し、室温において、タンタルが水素を吸蔵したとしても、高温化すると当該水素は再び発光空間に放出される。   In addition, tantalum can irreversibly take in impurities such as carbon, oxygen, and nitrogen, that is, once it is occluded, it will not be released, but it has a reversible property with respect to hydrogen, and at room temperature, tantalum. Even if occludes hydrogen, the hydrogen is released again into the light emitting space when the temperature rises.

本発明は、前記したように、希ガスとしてアルゴンあるいはクリプトンを使用している。アルゴンやクリプトンは、キセノンに比べてガスの熱伝導率が高いので、放電容器の温度が高くなりやすい。また、紫外線の放射照度もキセノンを使った場合よりも高くなるので、放電容器に対する照度も高い。
さらに、放電容器内のガス温度が全体的に高くなっていることから、放電容器内に水素は放出されやすくなり、放出された水素ガスもまた高温状態となる。
つまり、希ガスとしてアルゴンあるいはクリプトンを使った場合は、キセノンを使う場合よりも、放電容器内の温度が高くなり、タンタルが水素を放出する度合いが高く、さらに、放電容器内壁面で白濁が生じやすくなっている。
As described above, the present invention uses argon or krypton as a rare gas. Since argon and krypton have a higher thermal conductivity of gas than xenon, the temperature of the discharge vessel tends to increase. Moreover, since the irradiance of ultraviolet rays is higher than when xenon is used, the illuminance on the discharge vessel is also high.
Further, since the gas temperature in the discharge vessel is generally high, hydrogen is easily released into the discharge vessel, and the released hydrogen gas is also in a high temperature state.
In other words, when argon or krypton is used as a rare gas, the temperature inside the discharge vessel is higher than when xenon is used, and the degree of tantalum releasing hydrogen is higher, and furthermore, white turbidity occurs on the inner wall of the discharge vessel. It has become easier.

以上をまとめると、第一に、波長250〜350nmの紫外線を放射するランプは、波長350nm以上の光を放射するランプに比べて、放射エネルギーが高いため、石英ガラスに照射するエネルギーも高い。
第二に、希ガスとしてアルゴンやクリプトンを使うランプは、キセノンを主成分として使うランプに比べて、放電容器内の温度が高温化されやすく、タンタルから水素を放出されやくなくなる。
本発明は、このような前提条件がそろった結果、放電容器の内壁に白濁を生じるという新しい課題を生じ、また、当該課題が実用上影響するレベルで生じていることを見出し、その解決策、すなわち、タンタルがもともと吸蔵している水素量を低減させる、ことを講じたにほかならない。
In summary, firstly, a lamp that emits ultraviolet light having a wavelength of 250 to 350 nm has higher radiation energy than a lamp that emits light having a wavelength of 350 nm or more, and therefore the energy applied to quartz glass is also high.
Second, a lamp using argon or krypton as a rare gas has a higher temperature in the discharge vessel than a lamp using xenon as a main component, and hydrogen is not easily released from tantalum.
As a result of having such preconditions, the present invention creates a new problem of causing white turbidity on the inner wall of the discharge vessel, and also finds that the problem occurs at a level that has a practical impact, and its solution, In other words, it is nothing but to reduce the amount of hydrogen originally stored by tantalum.

さらに、本発明は、タンタルから放出される水素だけではなく、放電容器から放出される水素にも着目して、発光部の体積V(cm)と、発光部の内表面積S(cm)の関係を数値規定している。
すなわち、白濁発生の原因となる水素は、タンタルがもともと吸蔵していたもの以外に、放電容器を構成する石英ガラスからも発光部内部に放出されていることを考慮している。この規定は、より精緻に白濁発生を抑えるべき、数値規定したものといえる。
Furthermore, the present invention focuses on not only hydrogen released from tantalum but also hydrogen released from the discharge vessel, and the volume V (cm 3 ) of the light emitting part and the inner surface area S (cm 2 ) of the light emitting part. The relationship is defined numerically.
That is, it is considered that hydrogen that causes white turbidity is released from the quartz glass constituting the discharge vessel into the inside of the light emitting part in addition to the tantalum occluded originally. This regulation can be said to be a numerical regulation that should suppress the occurrence of cloudiness more precisely.

ここで、放電容器内部に存在する水素は、酸素と水素の混合ガスバーナなどで、放電容器を成形する工程や封止工程において混入する。このため、放電容器を構成する石英ガラスの中に、混合ガスバーナからの水素が溶け込み、それが点灯中に放電容器内部に放出されることとなる。また、石英ガラスから水素という形態ではなく、水という形態で放電空間の中に放出されても、それがアークで分解されると水素に変わる。従って、石英ガラスに含まれる水素量を規定することで白濁発生を防止できることを導いたわけである。   Here, hydrogen existing inside the discharge vessel is mixed in a step of forming the discharge vessel or a sealing step with a mixed gas burner of oxygen and hydrogen. For this reason, hydrogen from the mixed gas burner dissolves in the quartz glass constituting the discharge vessel, and is released into the discharge vessel during lighting. Further, even if quartz glass is released into the discharge space in the form of water instead of hydrogen, it is changed to hydrogen when it is decomposed by an arc. Therefore, it has been derived that the generation of white turbidity can be prevented by defining the amount of hydrogen contained in quartz glass.

ここで、簡単のために、放電容器の単位体積当りから放出される不純物量をρ、放電容器の肉厚をt、内表面積をSとすると、不純物が全て放電容器内に放出されたとすると、その量は、ρtSで与えられる。この不純物の放電容器内の平均濃度nは、放電容器内容積をVとすると、n=ρtS/Vで与えられ、これは概ねS/Vで近似することができる。これにより、放電容器の内表面積に比べて、放電容器の内容積が相対的に大きくなると、放電容器中の水素ガス濃度は低下する。本発明では、放電容器の内表面積と放電容器の内容積が発光空間に放出される水素量に影響すると見て、放電容器内表面積(S)÷放電容器内容積(V)のパラメータにより規定したのである。   Here, for the sake of simplicity, assuming that the amount of impurities released from the discharge vessel per unit volume is ρ, the thickness of the discharge vessel is t, and the inner surface area is S, all impurities are released into the discharge vessel. The amount is given by ρtS. The average concentration n of impurities in the discharge vessel is given by n = ρtS / V, where V is the discharge vessel volume, and can be approximated by S / V. Thereby, when the internal volume of the discharge vessel becomes relatively larger than the internal surface area of the discharge vessel, the hydrogen gas concentration in the discharge vessel decreases. In the present invention, assuming that the inner surface area of the discharge vessel and the inner volume of the discharge vessel affect the amount of hydrogen released into the light emitting space, the discharge vessel inner surface area (S) ÷ the discharge vessel inner volume (V) is defined. It is.

次に、本発明に関する数値範囲に関する実験について説明する。
まず、放電容器に封入される水銀量と、水銀ランプの放射量の関係について実験した。
(実験A)
封入水銀量の異なる5種類のランプ(ランプA1〜ランプA5)を用意し、それぞれに1mg/cm、2mg/cm、5mg/cm、12mg/cm、13mg/cmの水銀を封入した。それ以外のランプ仕様、点灯条件は基本的に同一として、電極間距離4.5mm、管壁負荷20W/cm、放電容器の肉厚3mm、希ガスを1気圧封入して、入力電力2KWで直流点灯させた。測定はランプから1mの位置に分光器を配置して、波長250nm〜波長300nmの積分量を測定した。
Next, an experiment regarding a numerical range related to the present invention will be described.
First, an experiment was conducted on the relationship between the amount of mercury enclosed in the discharge vessel and the radiation amount of the mercury lamp.
(Experiment A)
Five types of lamps with different mercury contents (Lamp A1 to Lamp A5) are prepared, and 1 mg / cm 3 , 2 mg / cm 3 , 5 mg / cm 3 , 12 mg / cm 3 , and 13 mg / cm 3 are enclosed in each lamp. did. The other lamp specifications and lighting conditions are basically the same, the electrode distance is 4.5 mm, the tube wall load is 20 W / cm 2 , the discharge vessel is 3 mm thick, the noble gas is sealed at 1 atm, and the input power is 2 KW. Direct current was turned on. For the measurement, a spectroscope was placed at a position 1 m from the lamp, and the integral amount from a wavelength of 250 nm to a wavelength of 300 nm was measured.

図3に実験Aの結果を示す。実験はランプA4の放射量を100としたときの各ランプの放射量を相対値により表し、相対値が100を超えた場合を合格、相対値が100を下回った場合を不合格と判断した。
図に示す結果より、封入水銀量が2mg/cmのランプA2、封入水銀量が5mg/cmのランプA3、封入水銀量が12mg/cmのランプA4は放射量が大きく合格であり、封入水銀量が1mg/cmのランプA1、封入水銀量が13mg/cmのランプA5は放射量が小さく不合格となった。つまり、封入水銀量が2〜13mg/cmの場合に少なくとも放射量が大きいことが分かる。なお、前記したように、封入水銀量が1mg/cmの場合は発光種という意味で水銀が少なすぎることが放射量低下の原因と考えられ、封入水銀量が13mg/cmの場合は波長254.7nmの共鳴線の吸収幅が広がることが放射量低下の原因と考えられる。
FIG. 3 shows the result of Experiment A. In the experiment, the radiation amount of each lamp when the radiation amount of the lamp A4 was set to 100 was expressed as a relative value, and the case where the relative value exceeded 100 was judged as acceptable, and the case where the relative value was less than 100 was judged as unacceptable.
From the results shown in the figure, the lamp A2 of mercury filling amount 2 mg / cm 3, the lamp A3 of mercury filling amount 5 mg / cm 3, the lamp A4 of mercury filling amount 12 mg / cm 3 is passed a large amount of radiation, lamp A1 of mercury filling amount 1 mg / cm 3, the amount of enclosed mercury lamp A5 of 13 mg / cm 3 had failed small amount of radiation. That is, it can be seen that the radiation amount is at least large when the amount of enclosed mercury is 2 to 13 mg / cm 3 . In addition, as described above, when the amount of enclosed mercury is 1 mg / cm 3 , it is considered that the amount of mercury is too small in the sense of luminescent species, and that the radiation amount is reduced, and when the amount of enclosed mercury is 13 mg / cm 3 , the wavelength The absorption width of the resonance line of 254.7 nm is considered to be the cause of the decrease in radiation amount.

ここで、波長254.7nmの共鳴吸収において、共鳴吸収する波長幅は、アークから放電容器内壁までの距離とその間に存在する水銀量に大きく依存する。つまり、放電容器が寸法的に大きくなると、アークから放電容器内壁までの距離が大きくなり、紫外線の共鳴吸収が起こりやすくなる。さらに、その光路上に存在する水銀密度が高い場合は、当然のことながら共鳴吸収は起こりやすくなる。本願発明は、放電容器の最大内径(アークの位置における放電容器の内径であって図1のLで示す)が、一般的に使用される水銀ランプの内径値である40mm〜140mmの場合に、水銀量12mg/cm以下であれば共鳴吸収の影響を受けないという意味である。 Here, in the resonance absorption at a wavelength of 254.7 nm, the wavelength width for resonance absorption greatly depends on the distance from the arc to the inner wall of the discharge vessel and the amount of mercury existing therebetween. That is, when the discharge vessel becomes larger in dimension, the distance from the arc to the inner wall of the discharge vessel increases, and the resonance absorption of ultraviolet rays tends to occur. Furthermore, when the density of mercury present on the optical path is high, it is natural that resonance absorption is likely to occur. In the present invention, when the maximum inner diameter of the discharge vessel (the inner diameter of the discharge vessel at the position of the arc and indicated by L in FIG. 1) is 40 mm to 140 mm, which is the inner diameter value of a commonly used mercury lamp, If the mercury amount is 12 mg / cm 3 or less, it means that it is not affected by resonance absorption.

なお、本発明が求める波長範囲は250nm〜350nmであるが、上記実験では波長250nm〜300nmの放射量を測定対象として評価している。これは波長250〜300nmの範囲で石英ガラス(放電容器)の透過率が大きく変化するため、波長300nmまで十分な放射が得られるならば、波長300〜350nmも当然に十分な放射が得られるという前提で実験している。   In addition, although the wavelength range which this invention calculates | requires is 250 nm-350 nm, in the said experiment, the radiation amount of wavelength 250nm-300nm is evaluated as a measuring object. This is because the transmittance of quartz glass (discharge vessel) greatly changes in the wavelength range of 250 to 300 nm, so if sufficient radiation is obtained up to the wavelength of 300 nm, naturally sufficient radiation is also obtained at the wavelength of 300 to 350 nm. Experimenting on the premise.

次に、放電容器に封入する希ガスとその封入量、および水銀ランプの放射量の関係について実験した。
(実験B)
希ガスの種類と封入量の異なる9種類のランプ(ランプB0〜ランプB8)を用意した。具体的には、希ガスの種類として、ランプB0はキセノンを封入し、ランプB1〜B4はアルゴンを封入し、ランプB5〜B8はクリプトンを封入した。また、アルゴンを封入したランプB1〜B4のうち、ランプB1は0.5気圧、ランプB2は1.0気圧、ランプB3は3.0気圧、ランプB4は8.0気圧をそれぞれ封入し、クリプトンを封入したランプB5〜B8のうち、ランプB5は0.5気圧、ランプB6は1.0気圧、ランプB7は3.0気圧、ランプB8は8.0気圧をそれぞれ封入した。なお、ランプB0は実験AのランプA3を同仕様になる。そして、上記以外のランプ仕様、点灯条件は基本的に同一として、電極間距離4.5mm、水銀量5mg/cm、放電容器の肉厚3mmで、管壁負荷16w/cmの入力電力で直流点灯させて放射量を測定した。測定はランプから1mの位置に分光器を配置して行った。
Next, experiments were conducted on the relationship between the rare gas sealed in the discharge vessel, the amount of the sealed rare gas, and the radiation amount of the mercury lamp.
(Experiment B)
Nine types of lamps (lamps B0 to B8) with different kinds of rare gases and different amounts of filling were prepared. Specifically, as the type of rare gas, the lamp B0 encloses xenon, the lamps B1 to B4 enclose argon, and the lamps B5 to B8 enclose krypton. Among the lamps B1 to B4 enclosing argon, the lamp B1 is 0.5 atm, the lamp B2 is 1.0 atm, the lamp B3 is 3.0 atm, the lamp B4 is 8.0 atm, and the lamps B5 to B8 are encapsulated with krypton. Among them, lamp B5 encloses 0.5 atm, lamp B6 encloses 1.0 atm, lamp B7 encloses 3.0 atm, and lamp B8 encloses 8.0 atm. The lamp B0 has the same specifications as the lamp A3 of Experiment A. The lamp specifications and lighting conditions other than the above are basically the same, and the distance between the electrodes is 4.5 mm, the mercury amount is 5 mg / cm 3 , the discharge vessel is 3 mm thick, and the direct current is input with the tube wall load of 16 w / cm 2. The amount of radiation was measured after lighting. The measurement was performed by placing a spectroscope at a position 1 m from the lamp.

図4に実験Bの結果を示す。実験は基準ランプB0の放射量を100としたときの各ランプの放射量を相対値により表し、相対値が102を超えた場合を合格、相対値が102を下回った場合を不合格と判断した。
図に示す結果より、アルゴンを封入したランプでは、封入ガス圧が1.0気圧のランプB1、封入ガス圧が3.0気圧のランプB3、封入ガス圧が8.0気圧のランプB4が放射量の大きく合格であり、クリプトンを封入したランプでは、封入ガス圧が1.0気圧のランプB6、封入ガス圧が3.0気圧のランプB7、封入ガス圧が8.0気圧のランプB8が放射量の大きく合格であった。アルゴンの封入ガス圧が0.5気圧のランプB1、クリプトンの封入ガス圧が0.5気圧のランプB5は放射量がキセノンの場合とほとんど変わらず不合格となった。
つまり、封入すべき希ガスはキセノンではなく、アルゴンもしくはクリプトンであり、その封入ガス圧は1〜8気圧の場合に放射量が大きいことが分かる。なお、前記したように、封入ガス圧は1気圧の場合は封入量が小さすぎてアークからの放射量増大が十分でないことが不合格の原因と考えられる。
なお、この実験では楕円反射鏡を使ってアーク輝点を焦点とする活用を行わないため、アーク収縮による放射量増大の効果を図ることができない。
FIG. 4 shows the result of Experiment B. In the experiment, the radiation amount of each lamp when the radiation amount of the reference lamp B0 is set to 100 is expressed as a relative value, and when the relative value exceeds 102, it is judged as acceptable, and when the relative value is less than 102, it is judged as unacceptable. .
From the results shown in the figure, in the lamp filled with argon, the lamp B1 with an enclosed gas pressure of 1.0 atm, the lamp B3 with an enclosed gas pressure of 3.0 atm, and the lamp B4 with an enclosed gas pressure of 8.0 atm have a large radiation amount and pass. Of the lamps in which krypton was sealed, lamp B6 with a sealed gas pressure of 1.0 atm, lamp B7 with a sealed gas pressure of 3.0 atm, and lamp B8 with a sealed gas pressure of 8.0 atm passed the large radiation amount. The lamp B1 having an argon sealing gas pressure of 0.5 atm and the lamp B5 having a krypton sealing gas pressure of 0.5 atm failed in the same manner as in the case of xenon radiation.
That is, it is understood that the rare gas to be sealed is not xenon but argon or krypton, and the radiation amount is large when the sealed gas pressure is 1 to 8 atmospheres. As described above, when the sealed gas pressure is 1 atm, it is considered that the cause of the failure is that the sealed amount is too small and the radiation amount from the arc is not increased sufficiently.
In this experiment, since the ellipsoidal mirror is not used to focus on the arc bright spot, the effect of increasing the radiation amount due to arc contraction cannot be achieved.

以上のように、実験Aにより、水銀封入量を2.0〜12.0(mg/cm)とすることで波長250〜350nmの紫外線の放射量を向上できることが説明でき、実験Bにより、アルゴンもしくはクリプトンの封入量を1〜8気圧とすることで波長250〜350nmの紫外線の放射量が向上できる点を説明できる。 As described above, Experiment A can explain that the amount of ultraviolet radiation with a wavelength of 250 to 350 nm can be improved by setting the mercury encapsulation amount to 2.0 to 12.0 (mg / cm 3 ). It can be explained that the radiation amount of ultraviolet rays having a wavelength of 250 to 350 nm can be improved by setting the amount of encapsulation to 1 to 8 atmospheres.

次に、タンタルが吸蔵している水素量と、白濁発生の関係について実験した。
(実験C)
タンタルが吸蔵している水素量が異なる5種類のランプ(ランプC1〜ランプC5)を用意した。具体的には、タンタルが吸蔵している水素量について、ランプの発光空間内の換算圧力で、ランプC1は533Pa、ランプC2は266Pa、ランプC3は133Pa、ランプC4は13Pa、ランプC5は2.7Paとした。それ以外のランプ仕様、点灯条件は基本的に同一として、電極間距離4.5mm、水銀量5mg/cm、放電容器の肉厚3mmで、管壁負荷16w/cm2、となる入力電力で直流点灯させて放射量を測定した。測定は200時間点灯後の放電容器内表面における白濁発生状況を目視により観察した。
Next, an experiment was conducted on the relationship between the amount of hydrogen stored in tantalum and the occurrence of cloudiness.
(Experiment C)
Five types of lamps (lamp C1 to lamp C5) having different amounts of hydrogen stored by tantalum were prepared. Specifically, regarding the amount of hydrogen stored in tantalum, the converted pressure in the light emission space of the lamp is 533 Pa for the lamp C1, 266 Pa for the lamp C2, 133 Pa for the lamp C3, 13 Pa for the lamp C4, and 2. 7 Pa. The other lamp specifications and lighting conditions are basically the same. The distance between the electrodes is 4.5 mm, the mercury amount is 5 mg / cm 3 , the discharge vessel is 3 mm thick, and the tube wall load is 16 w / cm 2 . The amount of radiation was measured after lighting. In the measurement, the occurrence of white turbidity on the inner surface of the discharge vessel after lighting for 200 hours was visually observed.

なお、5種類のランプは、ゲッターを除くランプの構成部材について水素が除去されている。具体的には、まず、電極を含む状態のランプについて真空排気中において高温処理を施して、発光管を構成する石英ガラス、電極、ゲッターに含まれる水素を全て外部に放出する。発光部や封止部を成形・封止する工程において、酸素水素バーナから水素が石英ガラスの内部あるいは発光空間に入り込んでいるからである。次に、発光管の中に、所定量の水素を約600℃に加熱した状態で混入させる。このとき、ほとんどの水素はゲッターに吸着されるため、当該水素量を調整することで、ランプごとに吸蔵量の異なるゲッターを作ることができる。   In the five types of lamps, hydrogen is removed from the components of the lamp except for the getter. Specifically, first, a lamp including an electrode is subjected to a high-temperature treatment during evacuation to release all hydrogen contained in quartz glass, electrodes, and getters constituting the arc tube. This is because in the step of molding and sealing the light emitting part and the sealing part, hydrogen enters the inside of the quartz glass or the light emitting space from the oxygen-hydrogen burner. Next, a predetermined amount of hydrogen is mixed in the arc tube while being heated to about 600 ° C. At this time, most of the hydrogen is adsorbed by the getter. Therefore, by adjusting the amount of hydrogen, getters having different occlusion amounts can be made for each lamp.

図5は実験Cの結果を示す。実験は白濁の発生が見られたものを「×」として、目視では白濁が観察されないものを「○」として合否を決めた。
図に示す結果より、水素圧力が533PaのランプC1と、水素圧力が266PaのランプC2は白濁の発生が見られ不合格であり、水素圧力が133PaのランプC3と、水素圧力が13PaのランプC4と、水素圧力が2.7PaのランプC5は白濁が目視では観察されず合格となった。なお、ランプC1は白濁が激しく観察され、ランプC2はランプC1ほどではないが白濁の発生が確認された。
つまり、タンタルが吸蔵している水素量が、放電容器の内容積当たり水素分子換算で0.05モル/m(=3×1016個/cm)以下の場合に、白濁の発生が抑制できることがわかる。
FIG. 5 shows the result of Experiment C. In the experiment, “x” was given when white turbidity was observed, and “◯” was given when no white turbidity was visually observed.
From the results shown in the figure, the lamp C1 having a hydrogen pressure of 533 Pa and the lamp C2 having a hydrogen pressure of 266 Pa are rejected due to the occurrence of white turbidity, the lamp C3 having a hydrogen pressure of 133 Pa, and a lamp C4 having a hydrogen pressure of 13 Pa. Then, the lamp C5 having a hydrogen pressure of 2.7 Pa passed the white turbidity without being visually observed. The lamp C1 was observed to be heavily clouded, and the lamp C2 was confirmed to be clouded although not as much as the lamp C1.
That is, when the amount of hydrogen occluded by tantalum is 0.05 mol / m 3 (= 3 × 10 16 pieces / cm 3 ) or less in terms of hydrogen molecules per inner volume of the discharge vessel, generation of white turbidity can be suppressed. Recognize.

ここで、水素圧力P(Pa)と水素分子の個数は、体積V(m)、圧力P(Pa)、気体定数R(=8.314J/K)、室温温度T(=298K)、封入されている水素のモル数n(モル)、水素分子の個数N(個/m)、アボガドロ定数N(=6.0×1023個/モル)とすると、気体の状態方程式から「PV=nRT」で与えられる。水素のモル数nは「N/N」であるため、水素のモル数nが0.05(モル/m)の場合を水素分子の個数で表現すると、「N=n×N」から「0.05×6.0×1023」(個/m3)となり、「3.0×1016」(個/cm3)となる。
次に、水素分子のモル数(n=0.05(モル/m))を圧力に換算すると、気体の状態方程式「PV=nRT」から「P×1=0.05×8.314×298」となり、「P=1.3×10」(Pa)となる。
Here, the hydrogen pressure P (Pa) and the number of hydrogen molecules are enclosed by volume V (m 3 ), pressure P (Pa), gas constant R (= 8.314 J / K), room temperature T (= 298 K). and that the number of moles n of the hydrogen (mol), the number n (number / m 3) of hydrogen molecules and the Avogadro constant n a (= 6.0 × 10 23 pieces / mol), "PV = nRT" from the state equation of gas Given in. Since the number of moles n of hydrogen is “N / N A ”, when the number of moles of hydrogen n is 0.05 (mol / m 3 ), the number of hydrogen molecules can be expressed as “N = n × N A ” 0.05 × 6.0 × 10 23 ”(pieces / m 3 ), and“ 3.0 × 10 16 ”(pieces / cm 3 ).
Next, when the number of moles of hydrogen molecules (n = 0.05 (mol / m 3 )) is converted into pressure, the gas equation of state “PV = nRT” is changed to “P × 1 = 0.05 × 8.314 × 298”. = 1.3 × 10 2 ”(Pa).

このようにして、ランプC1〜ランプC5の各水素圧力を、水素分子のモル数と水素分子の個数で表現すると以下になる。
ランプC1:水素圧力「533Pa」は、水素分子のモル数「0.22モル/m3」、水素分子の個数「1.3×1017個/cm3」、
ランプC2:水素圧力の「266Pa」は、水素分子のモル数「0.11モル/m3」、水素分子の個数「6.4×1016個/cm3」、
ランプC3:水素圧力「133Pa」は、水素分子のモル数「0.54×10−1モル/m3」、水素分子の個数「3.2×1016個/cm3」、
ランプC4:水素圧力「13Pa」は、水素分子のモル数「0.52×10−2モル/m3」、水素分子の個数「3.1×1015個/cm3」、
ランプC5:水素圧力「2.7Pa」は、水素分子のモル数「1.08×10−3モル/m3」、水素分子の個数「6.5×1014個/cm3」となる。
In this way, the hydrogen pressures of the lamps C1 to C5 are expressed by the number of moles of hydrogen molecules and the number of hydrogen molecules as follows.
Lamp C1: Hydrogen pressure “533 Pa” is the number of moles of hydrogen molecules “0.22 mol / m 3 ”, the number of hydrogen molecules “1.3 × 10 17 / cm 3 ”,
Lamp C2: “266 Pa” of hydrogen pressure indicates that the number of hydrogen molecules is “0.11 mol / m 3 ”, the number of hydrogen molecules is “6.4 × 10 16 / cm 3 ”,
Lamp C3: Hydrogen pressure “133 Pa” indicates that the number of hydrogen molecules is “0.54 × 10 −1 mol / m 3 ”, the number of hydrogen molecules is “3.2 × 10 16 molecules / cm 3 ”,
Lamp C4: Hydrogen pressure “13 Pa” is the number of hydrogen molecules “0.52 × 10 −2 mol / m 3 ”, the number of hydrogen molecules “3.1 × 10 15 / cm 3 ”,
Lamp C5: Hydrogen pressure “2.7 Pa” is the number of hydrogen molecules “1.08 × 10 −3 mol / m 3 ” and the number of hydrogen molecules “6.5 × 10 14 / cm 3 ”.

次に、放電容器内容積と放電容器内表面積の関係について実験した。
(実験D)
放電容器の大きさを変えた5種類のランプ(ランプD1〜ランプD5)を用意した。実験Cと同じ条件でランプを製作した。ここで、各ランプについて白濁が発生するまでランプを点灯させ続けた。なお、5種類のランプは、ランプD1は放電容器直径12cm、放電容器内表面積Sが502cm、放電容器内容積Vが1043cm、比率S/Vが0.5であり、ランプD2は放電容器直径9.4cm、放電容器内表面積Sが335cm、放電容器内容積Vが580cm、比率S/Vが0.6であり、ランプD3は放電容器直径8cm、放電容器内表面積Sが186cm、放電容器内容積Vが241cm、比率S/Vが0.8であり、ランプD4は放電容器直径6.2cm、放電容器内表面積Sが121cm、放電容器内容積Vが124cm、比率S/Vが1.0であり、ランプD5は放電容器直径5cm、放電容器内表面積Sが77cm、放電容器内容積Vが63cm、比率S/Vが1.2である。ここで、発光部内容積は、発光部内の電極部分の容積を除いた容積とする。それ以外のランプ仕様、点灯条件は基本的に同一として、電極間距離4.5mm、水銀量5mg/cm、放電容器の肉厚3mmで、管壁負荷16w/cm2、となる入力電力で直流点灯させて放射量を測定した。なお、いずれのランプもゲッターに水素を含んでいない。
Next, an experiment was conducted on the relationship between the discharge vessel internal volume and the discharge vessel internal surface area.
(Experiment D)
Five types of lamps (Lamp D1 to Lamp D5) with different discharge vessel sizes were prepared. A lamp was manufactured under the same conditions as in Experiment C. Here, the lamps were kept lit until white turbidity occurred for each lamp. Of the five lamps, the lamp D1 has a discharge vessel diameter of 12 cm, the discharge vessel inner surface area S is 502 cm 2 , the discharge vessel inner volume V is 1043 cm 3 , and the ratio S / V is 0.5, and the lamp D2 has a discharge vessel diameter of 9.4. The discharge vessel inner surface area S is 335 cm 2 , the discharge vessel inner volume V is 580 cm 3 , the ratio S / V is 0.6, the lamp D3 has a discharge vessel diameter of 8 cm, the discharge vessel inner surface area S is 186 cm 2 , and the discharge vessel inner volume. V is 241 cm 3 , the ratio S / V is 0.8, the lamp D4 has a discharge vessel diameter of 6.2 cm, a discharge vessel internal surface area S of 121 cm 2 , a discharge vessel internal volume V of 124 cm 3 , and a ratio S / V of 1.0, The lamp D5 has a discharge vessel diameter of 5 cm, a discharge vessel internal surface area S of 77 cm 2 , a discharge vessel internal volume V of 63 cm 3 , and a ratio S / V of 1.2. Here, the inner volume of the light emitting part is a volume excluding the volume of the electrode part in the light emitting part. The other lamp specifications and lighting conditions are basically the same. The distance between the electrodes is 4.5 mm, the mercury amount is 5 mg / cm 3 , the discharge vessel is 3 mm thick, and the wall load is 16 w / cm 2 . The amount of radiation was measured after lighting. Note that none of the lamps contains hydrogen in the getter.

図6に実験Dの結果を示す。
図に示す結果より、ランプD1、ランプD2、ランプD3は白濁発生時間が、それぞれ800時間、700時間、600時間と長いのに対し、ランプD4、ランプD5は白濁発生時間が、それぞれ300時間、200時間を短いことがわかる。
つまり、放電容器内表面積Sと、放電容器内容積Vの比率S/Vが0.8以下の場合に白濁発生が抑えられることがわかる。
FIG. 6 shows the result of Experiment D.
From the results shown in the figure, the lamp D1, the lamp D2, and the lamp D3 have white turbidity generation times as long as 800 hours, 700 hours, and 600 hours, respectively, whereas the lamp D4 and the lamp D5 have white turbidity occurrence times of 300 hours, It can be seen that 200 hours is short.
That is, it can be seen that the occurrence of white turbidity is suppressed when the ratio S / V between the discharge vessel inner surface area S and the discharge vessel inner volume V is 0.8 or less.

ここで、発光部が球形である場合を考える。放電容器の外径L(cm)、放電容器の肉厚t(cm)とすると、放電容器の内表面積Sは「4π((L/2)−t)」となる。また、電極が存在しない場合の放電容器の内容積Vは「(4π((L/2)−t))÷3」となる。肉厚tは外径Lに比べて極めて小さいので、比率S/Vは「3÷((L/2)−t)」となり、概ね「6/L」に近似できる。つまり、「S/V<0.8」は「7.5<L」となる。 Here, consider a case where the light emitting portion is spherical. Assuming that the outer diameter L (cm) of the discharge vessel and the wall thickness t (cm) of the discharge vessel, the inner surface area S of the discharge vessel is “4π ((L / 2) −t) 2 ”. Further, the internal volume V of the discharge vessel when no electrode is present is “(4π ((L / 2) −t) 3 ) ÷ 3”. Since the wall thickness t is extremely smaller than the outer diameter L, the ratio S / V is “3 ÷ ((L / 2) −t)”, which can be approximated to “6 / L”. That is, “S / V <0.8” becomes “7.5 <L”.

図7は水素の検出方法の概略構成を示す。
ゲッターが吸蔵した水素を検出する一つの方法を述べる。水素の定量検出に対して定量的に校正された四重極質量分析計を用いる。検出装置は、真空試料室70とそれに続く四重極質量分析計71と真空ポンプ系72と、真空容器73から構成される。真空試料室70は電気炉701で外部から加熱される。
いま、ランプ内の電極に取り付けられたゲッターを取り出し、予備排気真空試料室721に当該ゲッター試料を挿入し、100℃前後に加熱して、試料に付着した水銀を取り除く。次に、試料を予備排気真空試料室721から取り出し、水素検出系の真空試料室70の中に挿入する。ここで、加熱用の電気炉701の作動により試料を昇温させる。試料温度をモニターしつつ、水素放出量を四重極質量により測定する。タンタル(Ta)の場合、600℃までは水素の溶解度が大きく殆ど放出しないが、1000℃になると吸蔵した水素を周囲の水素平衡蒸気圧に達するまで急速に放出する。2時間の加熱で、周囲が真空なので溶解している水素は全て吐き出されると見なすことができる。これにより、時間毎の水素放出量が求まるので、時間積分すると、水素の全吸蔵量(全溶解量)が求まる。
FIG. 7 shows a schematic configuration of a hydrogen detection method.
One method for detecting hydrogen absorbed by the getter is described. A quadrupole mass spectrometer calibrated quantitatively for the quantitative detection of hydrogen is used. The detection device is composed of a vacuum sample chamber 70, a quadrupole mass spectrometer 71 that follows the vacuum sample chamber 70, a vacuum pump system 72, and a vacuum vessel 73. The vacuum sample chamber 70 is heated from outside by an electric furnace 701.
Now, the getter attached to the electrode in the lamp is taken out, the getter sample is inserted into the preliminary exhaust vacuum sample chamber 721, and heated to around 100 ° C. to remove mercury attached to the sample. Next, the sample is taken out from the preliminary exhaust vacuum sample chamber 721 and inserted into the vacuum sample chamber 70 of the hydrogen detection system. Here, the temperature of the sample is raised by the operation of the electric furnace 701 for heating. While monitoring the sample temperature, the hydrogen release amount is measured by the quadrupole mass. In the case of tantalum (Ta), the solubility of hydrogen is large up to 600 ° C. and hardly released. However, at 1000 ° C., the stored hydrogen is rapidly released until the ambient hydrogen equilibrium vapor pressure is reached. By heating for 2 hours, it can be considered that all the dissolved hydrogen is exhaled because the surroundings are vacuum. As a result, the amount of hydrogen released per hour can be obtained, and the total amount of occluded hydrogen (total dissolved amount) can be obtained by integrating over time.

また、水素量を測定する簡便な方法を述べる。試料用容器に測定対象のタンタル(Ta)を配置する。試料用容器は容積Vの分った真空排気台を有する真空容器に接続して排気する。試料用容器の内圧が10−3Pa未満になったら真空排気を停止させる。そして、電気炉などの高温加熱機で試料用容器を、例えば1000℃まで高温加熱して、真空容器内の圧力値P(Pa)を読む。これらの測定値から、気体状態方程式を用いて、タンタル(Ta)から放出された水素の全モル数nを、n≒PV/(RT)
として計算できる。ここで、Tは真空容器の温度である。
A simple method for measuring the amount of hydrogen will be described. Tantalum (Ta) to be measured is placed in the sample container. Sample container is evacuated and connected to a vacuum vessel having a vacuum evacuation stand found the volume V 2. When the internal pressure of the sample container becomes less than 10 −3 Pa, the evacuation is stopped. Then, the sample container is heated to a high temperature, for example, up to 1000 ° C. with a high-temperature heater such as an electric furnace, and the pressure value P (Pa) in the vacuum container is read. From these measurements, using the gas equation of state, the total number of moles n of hydrogen released from tantalum (Ta) is expressed as n≈PV 2 / (RT)
Can be calculated as Here, T is the temperature of the vacuum vessel.

この明細書では「放電容器」は封止部まで含めた容器、すなわち、石英ガラスを意味し、「発光部」は放電容器のうち、発光空間が存在する部分であり、発光空間も含む部分を意味する。 In this specification, “discharge vessel” means a container including a sealing portion, that is, quartz glass, and “light emitting portion” is a portion of the discharge vessel where a light emitting space exists and includes a portion including the light emitting space. means.

以上説明したように、水銀封入量を2.0〜12.0(mg/cm)、アルゴンもしくはクリプトンの封入量を1〜8気圧とすることで、波長250〜350nmの紫外線の放射量を向上できる。また、タンタルが吸蔵している水素量が、放電容器の内容積当たり水素分子換算で0.05モル/m(=3×1016個/cm)以下とすることで白濁の発生が抑制できる。 As described above, the radiation amount of ultraviolet rays having a wavelength of 250 to 350 nm can be improved by setting the mercury encapsulation amount to 2.0 to 12.0 (mg / cm 3 ) and the argon or krypton encapsulation amount to 1 to 8 atmospheres. Further, the amount of hydrogen tantalum is occluded, the internal volume of hydrogen per molecule converted at 0.05 mol / m 3 of the discharge vessel (= 3 × 10 16 atoms / cm 3) the occurrence of white turbidity by the following can be suppressed.

本発明に係るショートアーク型水銀ランプの全体構成を示す。1 shows the overall configuration of a short arc type mercury lamp according to the present invention. 本発明に係るショートアーク型水銀ランプの各部のパラメータを示す。The parameter of each part of the short arc type mercury lamp concerning the present invention is shown. 本発明の水銀量と放射量に関する評価実験の結果を表す。The result of the evaluation experiment regarding the amount of mercury and the amount of radiation of the present invention is shown. 本発明の希ガス量と放射量に関する評価実験の結果を表す。The result of the evaluation experiment regarding the rare gas amount and radiation amount of the present invention is shown. 本発明の水素量と白濁に関する評価実験の結果を表す。The result of the evaluation experiment regarding the amount of hydrogen and cloudiness of the present invention is shown. 本発明の放電容器内容積と内表面積の比率に関する評価実験の結果を表す。The result of the evaluation experiment regarding the ratio of the discharge container internal volume of this invention and an internal surface area is represented. 本発明に係る水素検出装置を示す。1 shows a hydrogen detector according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 放電容器
11 発光部
12 封止部
20 陰極
21 陰極棒
30 陽極
31 陽極棒
40 タンタル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Discharge container 11 Light emission part 12 Sealing part 20 Cathode 21 Cathode stick 30 Anode 31 Anode stick 40 Tantalum

Claims (3)

石英ガラスからなる放電容器の発光部の中に一対の電極が対向配置して、この発光部の中に水銀が2〜12(mg/cm)、少なくともアルゴン(Ar)もしくはクリプトン(Kr)が1〜8気圧封入されたショートアーク型水銀ランプにおいて、
前記電極の少なくとも一方には、タンタルが装着されるとともに、
このタンタルが吸蔵している水素量が、発光部の内容積当り水素分子換算で、3×1016個/cm以下であることを特徴とするショートアーク型水銀ランプ。
A pair of electrodes are arranged opposite to each other in a light emitting part of a discharge vessel made of quartz glass, and mercury is 2 to 12 (mg / cm 3 ), and at least argon (Ar) or krypton (Kr) is contained in the light emitting part. In a short arc type mercury lamp sealed with 1 to 8 atmospheres,
At least one of the electrodes is attached with tantalum,
A short arc type mercury lamp characterized in that the amount of hydrogen occluded by the tantalum is 3 × 10 16 pieces / cm 3 or less in terms of hydrogen molecules per inner volume of the light emitting part.
前記発光部の内容積V(cm)、発光部S(cm)とするとき、S/V≦0.8の関係を満たすことを特徴とする請求項1のショートアーク型水銀ランプ。 2. The short arc type mercury lamp according to claim 1, wherein the relationship of S / V ≦ 0.8 is satisfied when the inner volume V (cm 3 ) and the light emitting portion S (cm 2 ) of the light emitting portion are satisfied. 前記発光部は球形状であって外径をD(cm)とする時、
7.5≦D
の関係を満たすことを特徴とする請求項2のショートアーク型水銀ランプ。
When the light emitting part is spherical and the outer diameter is D (cm),
7.5 ≦ D
The short arc type mercury lamp according to claim 2, wherein:
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