JP2019061818A - 放電ランプおよび紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保持部材の断線を抑制する放電ランプおよび保持部材の断線を抑制する放電ランプを搭載する紫外線照射装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、放電ランプは、両端に電極を有する発光管と、電極に電力を供給する配線と、発光管の外部に設けられ、電極の他方に電力を供給する外部配線と、発光管の外部に設けられ、外部配線を保持する保持部材と、を有し、紫外線を放出する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、放電ランプに関する。

例えば、半導体製造分野において、半導体製品を洗浄する超純水や、被処理物である有機化合物の表面改質、被処理物の洗浄の光源として用いられる低圧放電ランプが開示されている。また、水処理分野において、被処理物である水の殺菌の光源として用いられる、低圧放電ランプが開示されている。特に、放電ランプに電力を供給する口金が放電ランプの片側のみに設けられる、いわゆる片側給電タイプの低圧放電ランプが開示されている。

特開２００７−２２０５４９号公報 特開２００８−０８４６１０号公報

従来より、片側給電タイプの低圧放電ランプは、一方の側の電極へ電力を供給するため、発光管の外部表面上に外部配線が設けられる。外部配線を保持するため、耐紫外線や耐オゾン性の樹脂材質からなる保持部材にて外部配線を保持している。しかしながら、放電ランプ点灯時に放電ランプから発せられる紫外線やオゾンに長時間暴露されることで、保持部材が劣化し、放電ランプから外れる、いわゆる保持部材の断線が発生することがあった。また、放電ランプの外部に沿って設けられる外部配線は放電ランプ点灯時に放電ランプから発生する熱により膨張し、外部配線が放電ランプの周辺へ接触し、外部配線の断線、放電ランプの不点灯に繋がることがある。特に、外部配線を保持する保持部材が断線することで、外部配線の断線や放電ランプの不点灯が顕著である。

本発明の実施形態は、保持部材の断線を抑制する放電ランプおよび保持部材の断線を抑制する放電ランプを搭載する紫外線照射装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、両端に電極を有する発光管と、電極に電力を供給するピンと、発光管の外部に設けられ、一端がピンと電気的に接続され、他端がピンの設けられる側と反対側の電極と電気的に接続される外部配線と、発光管の外部に設けられ、外部配線を保持する保持部材と、を有し、紫外線を放出する。

本発明の実施形態によれば、保持部材の断線を抑制する放電ランプおよび保持部材の断線を抑制する放電ランプを搭載する紫外線照射装置を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る放電ランプ１および紫外線照射装置１００を例示する模式図である。 図２は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の一点鎖線Ａ−Ａ矢視の断面図である。 図３は、第１の実施形態に係る放電ランプ１において、保持部材５０の違いによる点灯時間と検討結果を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の変形例を示す図である。 図５は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の変形例において、保持部材５０の違いによる点灯時間と判定結果を示す図である。

以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１は、両端に電極１４，１４を有する発光管１０と、電極１４，１４に電力を供給するピン２２，２２と、発光管１０の外部に設けられ、一端がピン２２，２２と電気的に接続され、他端がピン２２，２２の設けられる側と反対側の電極１４と電気的に接続される外部配線４０，４０と、発光管１０の外部に設けられ、外部配線４０，４０を保持する保持部材５０と、を有し、紫外線を放出する。

本実施形態によれば、保持部材５０の断線を抑制することができる。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１において、保持部材５０は金属を含む。

本実施形態によれば、保持部材５０の断線を抑制することができる。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１において、外部配線４０および保持部材５０の間に、空隙５２を有する。

本実施形態によれば、保持部材５０の断線を更に抑制することができる。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１において、外部配線４０および保持部材５０の間に、絶縁物５４を有する。

本実施形態によれば、保持部材５０の断線を更に抑制することができる。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１において、外部配線４０を保持する保持部材５０の外部配線４０と対向する面に絶縁物５４を有する。

本実施形態によれば、保持部材５０の断線を更に抑制することができる。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１００は、放電ランプ１を搭載する。

本実施形態によれば、保持部材５０の断線を抑制する放電ランプ１を搭載する紫外線照射装置１００を得ることができる。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）

第１の実施形態に係る放電ランプについて、図１を用いて説明する。図１は、紫外線照射装置１００に搭載された放電ランプ１を例示している。

図１に示したように、本実施形態に係る紫外線照射装置１００は、放電ランプ１が、絶縁性のソケット１１０により保持されることで設けられる。放電ランプ１は、発光管１０と、発光管１０の外部に設けられる外部配線４０と、外部配線４０を保持する保持部材５０とを有する。

発光管１０は、直管状に形成され、内部に放電空間１２を有する。また、発光管１０の両端には不図示の封止部が形成されることで、放電空間１２を気密に保つ。発光管１０は、紫外線や可視光線を透過する材料で構成されており、例えば石英ガラスで構成される。発光管１０は、外径が１９ｍｍ、全長が１５５４ｍｍである。

放電空間１２には、発光管１０の外部より電力が印加されることで、放電空間１２の両端、すなわち、発光管１０の両端に設けられた一対の電極１４，１４から熱電子が放出されることで、放電空間１２に封入された封入金属１６が励起され、発光する。放電空間１２は、例えば内径が１４ｍｍ、発光長が１４７４ｍｍで構成される。

放電空間１２の両端には、電極１４，１４が設けられる。電極１４，１４は、フィラメントである。電極１４，１４は、不図示の放電ランプ１の外部から電力を供給する電源により電力が供給されることで、放電空間１２内に熱電子を放出する。電極１４，１４は、例えば、タングステンからなるコイルを３重に巻回した、いわゆるトリプルコイルである。電極１４，１４は、例えば、電極１４，１４から熱電子を放出しやすくするため、電極１４，１４であるフィラメントを構成するコイルの隙間やコイルの表面に、電子放射性物質であるバリウムやストロンチウムを設けてもよい。

放電空間１２には、封入金属１６や不図示の希ガスが封入される。封入金属１６は、放電空間１２内で放電が生起されることにより蒸発して発光に寄与する。封入金属１６は、例えば、水銀を含む。水銀は、例えば１３ｍｇ封入される。なお、封入金属１６は水銀のみで構成されるものではなく、水銀に種々の金属を含む、いわゆるアマルガムであってもよい。封入金属１６は、例えば、水銀以外に、インジウムが１００ｍｇ含まれる。希ガスは、例えばネオンとアルゴンの混合ガスが２６６Ｐａ封入される。なお、希ガスは、アルゴン、クリプトン、キセノンなどのいずれか一種、または二種以上の混合ガスでよい。

不図示の封止部は、放電空間１２の両端に形成される。封止部は、発光管１０と同じ石英ガラスで構成される。封止部は、電極１４，１４を所望の位置に設けた後に、不図示のガスバーナーなどの溶融手段により溶融して、図示しないピンチャーなどの成形手段によりピンチして封止する、いわゆるピンチシールにより形成される。なお、封止部は、発光管１０と異なる石英ガラスなどで構成されても良い。また、封止部は、不図示の減圧手段により放電空間１２を減圧したあとで図示しないガスバーナーなどの溶融手段により溶融して成形する、いわゆるシュリンクシールにより形成されてもよい。

第１口金２０は、発光管１０の一方の端部に設けられる。第１口金２０は、発光管１０の不図示の封止部の一方が挿入される。第１口金２０には、発光管１０の両端に設けられる電極１４，１４と電気的な接続を設けるため、ピン２２が貫通して設けられる。第１口金２０は、例えば、セラミックにより構成される。

ピン２２は、第１口金２０に貫通して設けられる。本実施形態において、ピン２２は、４本設けられる。なお、ピン２２の本数は限定されない。ピン２２のうち、２本は一方の電極１４と電気的に接続される。ピン２２のうち、残り２本は外部配線４０を介して他方の電極１４と電気的に接続される。ピン２２はこのように、一方が電極１４，１４と接続され、他方が不図示のソケットと電気的に接続される。ピン２２は、例えば、黄銅により構成される。

第２口金３０は、発光管１０の他方の端部に設けられる。第２口金３０は、発光管１０の不図示の封止部の他方が挿入される。第２口金３０には、第１口金２０と異なり、ピン２２が設けられていない。第２口金３０は、例えば、セラミックにより構成される。

外部配線４０は、発光管１０の外部に、発光管１０の延びる方向に設けられる。外部配線４０は、一端が第１口金２０に設けられるピン２２と電気的に接続され、他方が他方の電極１４と接続されることで、ピン２２と他方の電極１４と電気的に接続される。外部配線４０は、例えば、スズがメッキされた軟銅線がテトラフルオロカーボンにより覆われた導線により構成される。

保持部材５０は、発光管１０の外部に設けられ、外部配線４０を保持する。保持部材５０は、発光管１０、外部配線４０を取り囲んで設けられる。

ここで、保持部材５０について、図２を用いて更に詳しく説明する。

保持部材５０は、金属を含むことが望ましく、具体的には金属で構成されることが望ましい。保持部材５０は、発光管１０が点灯して紫外線を放出することで、紫外線や、紫外線が空気中の酸素に照射されることにより発生するオゾンに晒される環境となる。このため、保持部材５０は、耐紫外線、耐オゾンの性質を有する材質で構成されることが望ましく、特に金属であることがよい。保持部材５０を発光管１０の延びる方向に複数設けることで、外部配線４０の自重による外部配線４０のたるみ等による外部配線４０の損傷を抑制することができる。

また、保持部材５０は、外部配線４０との間に、空隙５２を有していることが望ましい。空隙５２を有すると、放電ランプ１の点灯時に放電ランプ１から発せられる熱により保持部材５０が高温になる。保持部材５０が高温になると、近接する外部配線４０の被覆が溶融し、外部配線４０と保持部材５０との間で短絡が発生し、放電ランプ１の他方の電極１４に電力が供給されなくなるため、ランプが点灯しなくなる可能性がある。このため、外部配線４０と保持部材５０との間に空隙５２を設けることが望ましい。

ここで、放電ランプ１において、保持部材５０の材質および空隙５２の有無による点灯可否について検討を行った。評価条件は以下のとおりである。

放電ランプ１（共通）：内径＝１７ｍｍ、放電空間１２の長さ＝１４７４ｍｍ、放電ランプ１の全体長さ＝１５５４ｍｍ、ランプ電圧＝１３５Ｖ、ランプ電流＝２．１Ａ、ランプ電力＝３００Ｗ（定電力）。

比較例１：保持部材５０として、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素）樹脂を設けた。

比較例２：保持部材５０として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂を設けた。

本発明１：保持部材５０として、ＳＵＳ３０４を、空隙５２が生じないように設けた。

本発明２：保持部材５０として、ＳＵＳ３０４を、空隙５２が生じるように設けた。

結果を図３に示す。図３の検討結果で、“○”は点灯可能であること、“△”は点灯可能であるが保持部材５０の劣化が見られること、“×”は保持部材５０の断線や放電ランプ１が点灯できない状態を示す。また、“−”は、当該時間よりも前に放電ランプ１が点灯できないため、評価不可能であることを示す。なお、保持部材５０の劣化、断線については、目視による視感評価による。

図３から明らかであるとおり、比較例１および比較例２では２４０時間で保持部材５０の劣化が発生するのに対し、本発明１、２では点灯時間が１０００時間でも保持部材５０の劣化はなく、点灯可能である。特に、本発明２では、点灯時間が２０００時間でも点灯可能である。以上のことから、放電ランプ１は、保持部材５０として、金属を含む構成であることが望ましく、特に外部配線４０と保持部材５０との間に空隙５２を有することが望ましいことがわかる。

以上の実施形態に基づいて説明したように、本発明によれば、保持部材５０により外部配線４０を保持することで、保持部材５０が放電ランプ１から放出される紫外線により保持部材５０の断線を抑制することができる。

また、本発明によれば、保持部材５０は金属を含むことで、保持部材５０が放電ランプ１から放出される紫外線により生じる外部配線４０の断線を抑制することができる。

また、本発明によれば、外部配線４０および保持部材５０の間に、空隙５２を有することで、外部配線４０と保持部材５０との間で短絡が発生することを抑制できる。

（本実施形態の変形例）

図４は、本実施形態の変形例を示す。図４は、第１の実施形態で、外部配線４０と保持部材５０との間に空隙５２を有する代わりに、絶縁物５４を有していることが異なる。なお、本変形例で、第１の実施形態と同様の箇所には、第１の実施形態と同じ符号を付与することで説明を省略する。

絶縁物５４は、外部配線４０の被覆が溶融したときに外部配線４０と保持部材５０との短絡を抑制する。絶縁物５４は、外部配線４０と保持部材５０の間に設けられる。絶縁物５４は、例えば、保持部材５０の外部配線４０と対向する側に、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素）が塗布されることで設けられる。

ここで、放電ランプ１において、保持部材５０に絶縁物５４を設ける場合の点灯可否について検討を行った。評価条件は以下のとおりである。

本発明３：絶縁物５４として、保持部材５０の外部配線４０と対向する側に、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素）を設けた。

本発明３以外は第１の実施形態と同様である。

結果を図５に示す。なお、図５の結果は、図３の検討結果と同じ結果の場合は同じ記号で示し、説明を省略する。

図５から明らかであるとおり、本発明３では、本発明２と同様に、点灯時間が２０００時間でも点灯可能である。以上のことから、放電ランプ１は、保持部材５０として、金属を含む構成であることが望ましいことがわかる。

以上の実施形態に基づいて説明したように、本発明によれば、外部配線４０および保持部材５０の間に、絶縁物５４を有することで、外部配線４０および保持部材５０の間に空隙５２を有する場合と同様に、外部配線４０と保持部材５０との間で短絡が発生することを抑制できる。

また、本発明によれば、外部配線４０を保持する保持部材５０の外部配線４０と対向する面に絶縁物５４を有することで、より確実に外部配線４０と保持部材５０との間で短絡が発生することを抑制できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…放電ランプ、
１０…発光管、
１２…放電空間、
１４…電極、
１６…封入金属、
２０…第１口金、
２２…ピン、
３０…第２口金、
４０…外部配線、
５０…保持部材、
１００…紫外線照射装置、
１１０…ソケット。

Claims (6)

1. 両端に電極を有する発光管と；
   前記電極に電力を供給するピンと；
   前記発光管の外部に設けられ、一端が前記ピンと電気的に接続され、他端が前記ピンの設けられる側と反対側の前記電極と電気的に接続される外部配線と；
   前記発光管の外部に設けられ、前記外部配線を保持する保持部材と；
   を有し、紫外線を放出する放電ランプ。
2. 前記保持部材は金属を含む、請求項１に記載の放電ランプ。
3. 前記外部配線および前記保持部材の間に、空隙を有する、請求項１または２に記載の放電ランプ。
4. 前記外部配線および前記保持部材の間に、絶縁物を有する、請求項１または２に記載の放電ランプ。
5. 前記外部配線を保持する前記保持部材の前記外部配線と対向する面に前記絶縁物を有する、請求項４に記載の放電ランプ。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の放電ランプを搭載する紫外線照射装置。
   

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