JPH02284344A - 水冷低圧ガス放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は低圧ガスまたは水銀蒸気放電灯に関し、特にそ
のような低圧ガスまたは水銀蒸気放電灯を冷却する装置
および方法に関する。

［従来の技術］ 光化学気相付着（フォトＣＶＤ　）は、各種の基体上に
薄層の付着を光化学的にさせるために放射線を使用する
。この技術は、付着が実行されることができる温度が比
較的低いために特に普及される。

フォト（、ＶＤは、選択された材料の薄膜をプラスチッ
ク、金属、ガラスおよび複合材料のような各種の異なっ
た基体上に付着するのに使用されることができる。この
処理は、通常の熱気相付着技術において要求される高温
に対して耐性がないプラスチックのような多数の基体を
取扱うのに特によく適している。

１８０　ｎｍ　（ナノメータ）乃至２Ｂ０ｎｍの波長領
域の紫外線（ＵＶ）は、光化学反応を増加するために多
数のフォトＣＶＤ処理において普通に使用される。

このＵＶ放射線は、要求される波長領域において放射線
を与えることができる非常に安く最も適当で有効な光源
であるので、低圧水銀蒸気放電灯によって典型的に与え
られる。

水銀蒸気は、１８５ｎｍおよび２５４ｎｍに放射ライン
を有する。これらの放射ラインは、温度がほぼ６０℃乃
至７０℃以下に保たれている間、水銀蒸気内の電気アー
クによって発生された光エネルギの大きい割合を持って
いる。高温で、エネルギ的な波長より短い蒸気放射にお
ける長い波長に変化する。

これらの低いエネルギ放射は、多数のフォトＣＶＤ作用
に対して適当ではない。したがって、水銀蒸気放電灯の
温度が７０℃以下に保たれることは重要である。

［発明の解決すべき課題］ 低圧水銀灯の冷却は、熱の実質的な量が低電力密度動作
間でさえ発生されるので多数の問題を有する。この問題
は、電力密度が多数のフォトＣＶＤ処理で要求される程
度まで増加されるとき付加的に熱が発生されるために、
大きく拡大される。

通常の低圧水銀蒸気放電灯は、第２図の１０に示されて
いる。ランプｌＯは、石英から通常作られる円形管１２
を具備する。管１２は、約２０乃至５００　ミリバール
の最大の圧力を生成するために、十分な水銀蒸気で満た
されている。電極Ｉ４およびＩＢは、蒸気を通して所望
のＵＶ放電を生成するために電流およびアークを与える
。分割素子１８は、全体の管の長さを増加することなく
アーク長を増加するために、一般に管内に配置される。

幾つかの異なった冷却装置は、第１図において示されて
いるようなランプを冷却するために使用される。例えば
、強制空気冷却はよく使用され、低電力密度動作に十分
な冷却を与える。残念ながら強制空気冷却は、高電力密
度で動作される冷却水銀蒸気放電灯に対しては一般に十
分ではない。

水冷または幾つかのその他の液体冷却は、通常高電力ラ
ンプを十分に低温に保つために必要とされる。ランプ管
を完全に取囲む水ジャケットは十分な冷却を与える。し
かしながら水は、フォトＣＶＤ処理で必要とされる高エ
ネルギ波長を吸収する。

例えば第２図の２０で示されているように電極室を取囲
む液体冷却ジャケットを設け、１９でジャケットに水を
入れ２１で出すことが試みられている。

しかしながら水ジャケットは、ランプの反対の端部で水
銀蒸気の十分な冷却を与えない。さらにランプ■０のベ
ースの回りの水ジャケット２０の使用は、ただでさえ大
きいランプの一番大きい部分をさらに大きくする。

上記から明らかなように、高エネルギＵＶ光またはその
他の放射線を発生するランプの能力に悪影響を及ぼすこ
と無く最適の冷却を与えるために、低圧水銀蒸気または
ガス放電灯の冷却装置を改良することが必要である。

［課題解決のための手段］ 本発明にしたがって、高エネルギ密度で最大の放射線の
放射を与えるためのランプを可能にする有効で簡単な液
体冷却装置を具備する低圧ガスまたは水銀蒸気放電灯が
提供される。

本発明は、ランプ管の全体長に延在し放電室と冷却室と
にランプ管を分離するランプ管の内部に配置される壁を
有するランプ管を具備する流体冷却低圧ガスまたは水銀
蒸気放電灯に基づく。冷却用の入口と出口は、低圧ガス
または水銀灯の動作中に放電室で発生される熱を除去す
るために、冷却流体が冷却室を通過できるように設けら
れる。

電極は、水銀蒸気を介してアークを生成するために設け
られる。

冷却室を放電室から分離する中央壁は、熱の効果的な伝
達のために大きい表面領域を設ける。本発明は、使用さ
れる放射線を放射するランプのほとんどの部分のランプ
管とそのガスの中身を冷却状態に保つために、冷却装置
を利用する。しかしながら本発明は、基体に達するＵＶ
放射線を阻止するような水の仕切を生成しない。代りに
、１８０　’以上の範囲で高エネルギ放射を与える。こ
れは、既知の空冷放電灯のＵＶエネルギ密度の少なくと
も３倍の放射をする電力密度でランプに動作させること
を可能にする。これは、本発明に従うフォトＣＶＤ付着
速度を空気冷却灯に従う速度の３倍以上にさせる。

冷却装置が任意の形状の管に容易に適合するので、本発
明によって各種の形状が利用されることができる。した
がって、ランプ管が直線であるか折返し型であるかに関
係なく、冷却室は最大の冷却効果を与える。さらに、３
（ｉｏ　”の範囲の放射線が必要とされるとき、多数の
ランプ実施例は内方または外方のどちらかへ３６０９の
放射線を与えることが可能である。

本発明の上記、および多数のその他の特徴および伴う利
点は、添付図面の関連において考えるとき以下の詳細な
説明を参照にすることによってより理解され、明らかに
なるであろう。

［実施例］ 本発明に従ったガスまたは水銀蒸気放電灯の第１の好ま
しい実施例は、第１図において２２で示されている。説
明を容易にするために、以下の説明は水銀蒸気放電灯に
向ける。しかしながら、本発明は水銀蒸気放電灯に限定
されるわけではなく、むしろ電流またはアークが特定の
波長の放射を与えるためにガスを通して通過される任意
のガス放電灯を含むものである。ガスまたは水銀蒸気放
電灯２２は、直線であることが好ましいランプ管２４を
含む。ランプ管２４の外周は円形であることが好ましい
が、正方形、長方形または三角形を含む任意の形態とす
ることができる。第１図および第３図に示されているよ
うに、壁２Ｂは水銀蒸気放電室２８および分離冷却室３
０内へ管２４を分割する。この壁２Ｂは第３図に示され
ているようにランプ管２４の中央に配置されることが好
ましいが、水銀蒸気放電室２８および冷却室３０が等し
い大きさではないような中央ではない位置に配置される
こともまた可能である。さらにランプ管２４は石英で形
成されることが好ましいが、Ｕｖ透明ガラスのような低
圧水銀蒸気放電灯において使用するのに適当であるその
他の材料から形成されることもできる。任意的にランプ
管２４は、その他のガスさらに水銀蒸気と適合し、放電
灯において使用可能な材料で形成される。

好ましい実施例において壁２６は・石英から形成される
か、または壁２Ｂを含む材料が熱伝導性および電気絶縁
性である限りランプ管２４と同じ材料で形成されること
が好ましい。壁２４は、管の材料と適合する真空密セラ
ミックのようなその他の熱伝導性、電気絶縁性材料から
形成されることができる。

壁２６は、所望ならば放電室２８から冷却室３０までの
熱伝達を増加するために熱伝導性粒子に含浸されること
ができる。任意の適当な材料は、ランプ管の材料および
水銀蒸気またはその他の使用されるガスに適合する限り
において使用されることが可能である。

第１図において３１および３２で示されている電極は、
水銀蒸気またはその他のガスを介して紫外線またはその
他の特別な放射線を生成する電気アークを生じるための
手段として設けられる通常の電極である。ＲＦ誘導、容
量性放電、またはマイクロ波手段を含む電気アークを与
えるその他の手段も使用されることができる。ガスまた
は蒸気の型式さらにその放電室２８で使用される濃度と
圧力は臨界的なものではなく、ガス放電灯において通常
使用され°る任意の蒸気およびガスでよい。

ランプ管２４は、冷却入口３Ｇを通して冷却室３０に入
る冷却流体３４によって冷却される。冷却流体３４は、
冷却室３０の冷却する全体長を通過し、冷却出口３Ｂを
通って出る。冷却室３０を移動する液体は、高電力装置
が得られるようにランプ２２の動作中に発生された熱を
除去し、一方温度は特別な波長または波長領域で放射を
最大にすることができる程度に保たれる。

好ましい冷却流体は水であるが、しかしながらオイル、
フレオンまたは熱交換および冷却目的のために通常使用
されるその他の既知の液体またはガスのような、その他
の通常の冷却流体もまた使用されることができる。

装置の第２の好ましい実施例は、第４図において３９に
示されている。ランプ管４０は、ランプによって占めら
れた空間を実質的に増加することなく、アーク長を増加
するために蛇行した形状をしている。ランプ管４０は、
第１図および第３図において示されているランプ管２４
と同じ手段で冷却室および放電室に分割される。冷却流
体入口４８は、ランプ管４０の冷却室側に冷却流体を導
入するために設けられる。冷却流体は管４０の全体長を
通過し、出口５０を通して除去される。これは、冷却流
体が蛇行した形状の管４０の全体長上で熱を交換し除去
するために、特に効果的な熱除去機器を提供する。

結果として、均一な熱除去が実行され、ランプ管２４の
別々の部分の局所化された過熱は回避される。

通常の電極４７および４９は、よく知られているように
放電室内の水銀蒸気またはその他のガスを介して電気ア
ークを生成するために設けられる。

本発明の第３の好ましい典型的な実施例は、第６図にお
いて全体を５１で示されている。ランプ５１は、４個の
分離したランプ素子５２から構成される。

個々のランプ素子５２の側面図および断面図は、それぞ
れ第５図および第７図に示されている。

各ランプ素子５２はランプ管５４を具備する。中央壁５
５は、冷却室６０と放電室Ｂ２にランプ管５４を分離す
るための前の実施例と同様の方法において設けられる。

冷却流体入口５Ｂは、冷却室ＢＯ内に冷却流体を導入す
るために設けられる。冷却流体は蛇行した形状のランプ
管５４の全体長を通過し、出口５８を通して出る。通常
の電極５７および５９は、放電室６２内の電気アークを
生成するために設けられる。実施例の全てにおいて、電
極および電極を収容する室は冷却装置から分離され、水
銀蒸気またはガスが配置される放電室にのみ接続される
ことを注意すべきである。

第６図において４個の個々のランプ素子５２は、放電室
６２が円形ランプ配列の外周に配列されるように、円形
パターンで配列される。この配列は、個々のランプが単
独で使用されるとき不可能である３６０　”紫外線発光
を与える。

さらに第６図において示されている実施例において、個
々のランプ素子５２は、放電室６２がランプ周囲の内側
に全て配置されるような形態にすることもできる。この
特別な配置は、ランプ周囲の全ての配置から均一な内方
放射をさせることを可能にする。この配置は、限定され
たランプ周囲内の単一の位置の材料の高電力密度放射を
与えることが所望される管状のりアクタおよびその他の
手段においてフォトＣＶＤによく適している。円形ラン
プ配置は第６図に示されているけれども、四角形配列、
６角形配列およびその他の多角形配列のようなその他の
配置も可能である。さらに所望ならば、ランプ周囲から
外部および内部の両者の放射が所望であるならば個々の
素子５２の配向は交互にされることが可能である。

本発明にしたがった第５図に示されているような水銀蒸
気ランプ素子によって達成されるＵＶ強度の測定は、ニ
ューシャーシー州のニューアークのＣａｎｒａｄ　ｌｌ
ａｎｏｖｌａ社の特別な型式６８ＢＡ　４５の低圧力、
空冷の、ヘアピン形状の水銀灯と比較された。

両方のＵＶランプは、ＵＶ光フォトメータから６．５ｃ
■の水平な部分に配置される。この８．５ｃ層は、平坦
なフォトＣＶＤ室の光源と基体の間の典型的な距離であ
る。ＵＶフォトメータは、カルフォルニア州サンガブリ
エルの旧ｔｒａｖｉｏｌｅｔ　ＰｒｏｄｕｃｔｓのＵｖ
ｘ型である。ＵＶフォトメータは、通常の水銀感度フォ
トＣＶＤ処理のために必要である２５３７オンゲストロ
ームの波長に同調された。

従来技術に相当するハノバイアランプによって、フォト
メータで得られる最大電力密度は４．８４　ｍＶ／ｅ１
２である。本発明の水冷放電灯によって、得られれる最
大電力密度は１３．０５　ｍＶ／ｃＩｍ”である。これ
から認められるような本発明のランプ素子は、使用可能
なＵＶエネルギ密度において通常のパノバイアランブの
２．７倍の有効の増加が得られる。

本発明のランプ素子によって与えられた増加されたＵＶ
エネルギ密度は、光化学反応のための増加されたエネル
ギおよび増加された付着速度を達成する。

したがって、本発明の開示された典型的な実施例は単な
る例示的なものであって、その他の各種応用および修正
が当業者によって、特許請求の範囲でのみ限定される本
発明の技術的範囲において達成可能であることを注意す
べきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例の水冷低圧ガスまたは
水銀放電灯の側面図である。 第２図は、従来の水銀放電灯の側面図である。 第３図は、第２図の■−■平面における本発明の実施例
の水冷低圧ガスまたは水銀灯の端部断面図である。 第４図は、本発明の第２の実施例の水冷低圧ガスまたは
水銀灯の側面図である。 第５図は、本発明の第３の実施例の水冷低圧ガスまたは
水銀灯の１つのランプ素子の側面図である。 第６図は、本発明の第３の実施例の水冷低圧ガスまたは
水銀灯の正面図である。 第７図は、第５図の■−■平面における本発明の第３の
実施例の水冷低圧ガスまたは水銀灯の１つのランプ素子
の底部の断面図である。 ２２・・・水銀蒸気放電灯、２４・・・ランプ管、２６
・・・壁、２８・・・放電室、３０・・・冷却室、３１
．３２・・・電極、３４・・・冷却流体、３６・・・冷
却人口、３８・・・冷却出口。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）放射線源を設けるためにガス放電室を具備する型
   の流体冷却低圧ガス放電灯において、放電室と、それか
   ら分離された冷却室とにランプ管を分割する前記ランプ
   管の長手方向に延在する中央に配置された壁を具備する
   ランプ管と、電気アークが前記放電室を通過するとき、
   放射線の発生を与えるための前記放電室で十分な量のガ
   スと、 前記放電室を通る電気アークを生成させる手段と、 前記低圧ガス放電灯の動作中に発生される熱を除去する
   ために、前記冷却室を通って冷却流体を流す冷却手段と
   を具備する放電灯。
2. （２）前記ランプ管が石英で形成される請求項１記載の
   放電灯。
3. （３）前記ランプ管が円形である請求項２記載の放電灯
   。
4. （４）前記ランプ管長が直線である請求項３記載の放電
   灯。
5. （５）前記ランプ管が蛇行した形状である請求項３記載
   の放電灯。
6. （６）前記ガスが水銀蒸気から成り、前記放射線が紫外
   線から成る請求項１記載の放電灯。
7. （７）前記冷却流体が、水、オイル、フレオンから成る
   群から選択された液体である請求項１記載の放電灯。
8. （８）前記冷却流体がガスである請求項１記載の放電灯
   。
9. （９）多角形のランプ周囲を設けるために配置された請
   求項１にしたがった複数のガス放電灯を具備する流体冷
   却低圧ガス放電灯装置。