JPH0231458B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はマイクロ波放電光源装置に用いられ
る紫外線照射用無電極放電ランプ（以後単に無電
極放電ランプと略称す）に関するもので、特に近
紫外線放射効率を向上させた無電極放電ランプに
関する。

従来、写真製版用光源等の光化学反応用光源に
用いられる近紫外線光源は、一般に発光管両端に
一対の主放電々極をもつ高圧金属蒸気放電ランプ
で、近紫外線近傍の放射効率を向上させるために
ガリウムや鉄等のハロゲン化物を添加したメタル
ハライドランプが主流であつた。この種のメタル
ハライドランプはランプを点灯してから光出力が
安定状態に達するまでの時間（以下安定時間とい
う）が３分程度を要し、安定時間が長すぎるとい
う欠点をもつている。たとえば写真製版等の露光
に使用する場合、その露光時間が１分間程度また
次ぎの露光作業をするための準備時間が１分間程
度の繰返し作業のため、ランプの安定時間が長い
ため露光時間の時のみランプを点灯させるという
訳にいかず、ランプを常に点灯しておき、シヤツ
タ等を用いて、露光時間のみシヤツタを開いて露
光作業を行うという方法が採用されていた。この
ような方法は省電力の観点からも不合理なもので
安定時間の短かい、いわゆる瞬時安定形の光源が
望まれていた。また上記従来のメタルハライドラ
ンプは高負荷であり、電極の消耗による発光管内
壁の汚れ等によりランプの寿命が約1000時間で短
かいという欠点をもつている。

一方、近時本出願人は放電利用の光源装置とし
て高周波放電、特に高周波マイクロ波を用いた光
源装置を提案している。この光源装置は上記従来
の電極を有する放電ランプではランプの寿命が電
極消耗等により決定されていたのに対し、マイク
ロ波を用いた光源装置ではランプを無電極にする
ことができるため、ランプ寿命を長くすることが
できるという特長がある。また電極による熱損失
がなく、放電のインピーダンスが点灯直後と安定
状態で差が小さいため点灯直後から電力注入が容
易であり、更に放電がランプ管壁の方に偏つてい
る等のために安定時間を短縮できるという特長を
もつている。このような特長をもつているマイク
ロ波放電光源装置は第１図に示すような構成を有
している。第１図において１はマグネトロン、２
はマグネトロンアンテナ、３は導波管、４は光の
反射面を兼ねた空胴壁面５と空胴壁面５の前面に
設けられた光は透過するがマイクロ波は透過しな
いメツシユ板１１で囲われた空胴であり、６は空
胴壁面５に設けられたマイクロ波給電口、７は空
胴４内に配設された無電極放電ランプ、８はマグ
ネトロン１と無電極放電ランプを冷却するための
冷却フアン、９は冷却フアン８の冷却風をマグネ
トロンを介して導波管３内に導くための送風管
で、１０は冷却風を導波管３内に入れるための導
波管３にあけられた通風口で、１４はマグネトロ
ン１や導波管３等を覆う箱体である。

次ぎにこのマイクロ波光源装置の動作について
説明する。マグネトロン１によつて発生されたマ
イクロ波はマグネトロンアンテナ２より導波管３
内に放射される。このマイクロ波は導波管内を伝
播し給電口６を通して空胴４中に放射され、空胴
４内でマイクロ波の電磁界を形成する。このマイ
クロ波電磁界により、先ず無電極ランプ７内に封
入された始動用希ガスが放電し、ランプ壁が加熱
され、それまでランプ内壁に付着していた他の封
入金属が蒸発して金属蒸気放電主体とした放電と
なり安定状態になる。この時封入金属の種類に応
じてその金属特有の発光スペクトルをもつた発光
が生じる。この発光を光源として利用するもの
で、無電極放電ランプ７からの光を有効に利用す
るために、前述のように空胴壁５を光反射として
用い、前面は光を透過しマイクロ波は透過しない
金属メツシユ板１１で構成され、光を前方に放射
させる。一方マグネトロン１およびランプ７は冷
却の必要があるため、冷却フアン８によつてマグ
ネトロン１を冷却し、更にこの冷却風は送風管
９、送風口１０、導波管３内、給電口６を介して
空胴４内に導かれ、無電極ランプ７を冷却した後
メツシユ板１１から排出される。

この発明は上記説明のような構成、動作原理を
有するマイクロ波光源装置を主に紫外線光源装置
として用いる場合に、特に350（mm）ないし450
（mm）範囲の波長域に強い光を放射するようにし
た金属ハロゲン化物入り無電極放電ランプを提供
するものである。

前記マイクロ波放電光源装置の動作について述
べてあるように、無電極放電ランプにおいてもラ
ンプ内に封入した金属を蒸気化し、励起して発光
させることは電極を有する放電ランプの場合と変
わりはない。しかし電極を有する従来放電ランプ
であるメタルハライドランプは発光がランプ両端
の電極を結ぶ軸上に集中しているのに対しマイク
ロ波電磁界によつて励起する無電極放電ランプは
ランプ内蒸気圧が高圧であつても発光がランプ壁
近傍まで広がつている。このようなことから従来
の電極を有するメタルハライドランプにおける発
光機構は主に熱励起であり、封入金属ハロゲン化
物の金属の励起準位と遷位確率とに応じたスペク
トルを放射するのに対し、高周波、特にマイクロ
波の電磁界内で点灯する無電極放電ランプにおい
ては放電内の電子がマイクロ波の電磁界、すなわ
ち非常に速い交番電磁よりエネルギーを得て、放
電内の種々の原子を電離および励起するので発光
機構が熱励起から外れていると考えられる。この
ため電極を有する従来のメタルハライドランプの
場合と比較して同一種類の封入物をランプ内に封
入する際でも発光の振舞いが変わつてくる。たと
えば従来の電極を有するメタルハライドランプに
おいてジスプロシウムのような希土類金属のハロ
ゲン化物を用いると可視光域全域に多数の輝線ス
ペクトルが得られるのに対し、無電極放電ランプ
では近紫外線とその近傍に強いスペクトルを放射
する。

この発明は紫外線光源として使用でき得る発光
金属として希土類元素を用いた無電極放電ランプ
についていろいろな検討の結果うまれたものでそ
の発明の構成はマイクロ波電磁界内で点灯する球
形の無電極放電ランプにおいて、ランプ内容積に
対し0.5×10^-5グラム原子／cm³ないし5.5×10^-5グ
ラム原子／cm³の水銀と、1.5×10^-7グラム原子／
cm³ないし6.2×10^-6グラム原子／cm³のハロゲンと、
ジスプロシウム、ホルミウム、ツリウムおよびス
カンジウムのうち１種以上を0.5×10^-7グラム原
子／cm³ないし6.0×10^-7グラム原子／cm³と、始動
用希ガスを封入したことを特徴とするものであ
る。

以下、図面を用いてこの発明の詳細を説明す
る。第２図は無電極放電ランプの実施例の１つで
あり、断面図を示す。この無電極放電ランプ７は
透光性石英で形成された球形であり、両端に同材
質の棒状突出部１３，１４が設けてある。第１図
の空胴４内に適当なランプ支持部材（図示せず）
を設けて、この突出部１３，１４を支持してラン
プを配置する。ランプ内には水銀、希ガスおよび
鉄のハロゲン化物が封入される。適正封入量を求
めるために種々の検討を行なつた。その結果を以
下に示す。この検討の際用いたマイクロ波放電光
装置はマグネトロン１のマイクロ波周波数が2450
（ＭHz）でマイクロ波出力が700（Ｗ）のものであ
り、空胴壁面５は略半球形をしたアルミニウム材
で形成され、壁面は反射面をなしている。また前
面の金属メツシユ板１１は光透過率が85％エツチ
ング法で作られたステンレス製のメツシユ板であ
る。

第３図は内径30（mm）、肉厚0.5（mm）、内容積が
約14.1（cm³）の球形の無電極放電ランプで、ラン
プ内に始動用希ガスとしてアルゴンガスを100
（torr）とバツフアガスとして水銀を100（mg）を
封入し、これを一定とし、ジスプロシウム対ヨウ
化水銀（HgI₂）の比がグラム分子比１対1.5にな
るようヨウ化水銀を封入することにし、ジスプロ
シウム封入量を変化させた時の355（mm）ないし
425（mm）の波長域に放射される光出力を相対値で
示すものである。同図より明らかなようにジスプ
ロシウム封入量を増加してゆくと光出力は最初急
激に増大し、封入量が0.25×10^-6グラム原子／cm³
程度で最大値を示し、それ以降はまた減少する。
これによりジスプロシウム封入量は0.05×10^-6グ
ラム原子／cm³ないし、0.6×10^-6グラム原子／cm³
が適量であり、この範囲よりも多くても少なくて
も顕著な光出力の向上が見られない。

第４図は内径30（mm）、肉厚0.5（mm）、内容積が
14.1（cm³）の球形の石英製ランプ内に始動用希ガ
スとしてアルゴン100（torr）、発光金属としてジ
スプロシウムを0.26×10^-6グラム原子／cm³と0.39
×10^-6グラム原子／cm³のヨウ化水銀を封入しこれ
らを１定とし、水銀の封入量を変えた時の光出力
（相対値）を示す図であり、水銀封入量を増して
ゆくと最初は急激に光出力が増大し、水銀封入量
が５×10^-5グラム原子／cm³位で飽和しそれ以降は
一定となる。封入する水銀量は0.5×10^-5グラム
原子／cm³ないし5.5×10^-5グラム原子／cm³の範囲
が実用上適当である。その理由は封入水銀量が
0.5×10^-5グラム原子／cm³未満では光出力の向上
が小さく、また5.5×10^-5グラム原子／cm³を越え
ると発光に縞状のムラを呈し、揺れて不安定にな
るからである。

またヨウ素の封入量については実質的に有効な
量のヨウ化ジスプロシウム（DyI₃）を形成する
ために充分な量以上を必要とし、最大封入量では
ヨウ化水銀として封入した場合1.4mg／cm³すなわ
ち6.2×10^-6グラム原子／cm³まで封入することが
できる。その理由はヨウ素の封入量が6.2×10^-6
グラム原子／cm³を越えると点灯中ランプの発光に
ムラを生じ、放電が揺れて不安定になるからであ
る。したがつて、ヨウ素封入量は最低のヨウ化ジ
スプロシウム0.5×10^-7グラム原子／cm³を形成す
るのに必要な1.5×10^-7グラム原子／cm³ないし6.2
×10^-6グラム原子／cm³の範囲でなければならな
い。またヨウ素の量は有効なヨウ化ジスプロシウ
ムが形成されればジスプロシウムの封入量とのか
ねあいで、ジスプロシウムに対し過剰でも不足で
もかまわない。実施例１として内径30mm肉厚0.5
mm内容積14.1cm²の透光性石英のランプで同材質の
径３mm長サ10mmの突出部を両端に設けたランプ内
に0.6（mg）のジスプロシウムと４（mg）のヨウ化
水銀、118（mg）の水銀および100（torr）のアルゴ
ンガスを封入したランプとした場合、安定時の光
出力（相対値）186任意単位を得る。これは水銀
のみを封入した場合の約3.72倍である。また光出
力が安定時の80％に達するまでの時間を安定時間
とし、この安定時間は22.0（秒）であつた。

実施例２として実施例１に用いたランプを用
い。ランプ内に0.3（mg）のスカンジウムと４（mg）
のヨウ化水銀と118（mg）の水銀と100（torr）のア
ルゴンガスを封入した場合、光出力は152任意単
位となり水銀のみ3.04倍が得られ、また安定時間
は20.0（秒）であつた。

以上説明したようにこの発明の無電極放電ラン
プによれば無電極ランプの封入物として水銀およ
び始動用希ガスとしてアルゴンガスの他に特定の
金属ハロゲン化物とし、その封入量の範囲を規定
することにより、波長350（mm）ないし450（mm）範
囲に放射する光出力を増大することができ、しか
も安定時間が短かくすることができる。またラン
プが無電極であるため、働程中光出力の減衰も少
なく長寿命のランプを提供することができる。

なお以上の説明において、ジスプロシウムおよ
びスカンジウムについて説明したが発光金属とし
てホルミウム、ツリウム等の希土類金属を使用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願人が先に提案したマイクロ波放
電光源装置の断面図、第２図はこの発明に係る無
電極放電ランプの断面図、第３図〜第４図は封入
金属を変化させた時の光出力（相対値）の変化を
示す特性図である。 図中、７は無電極放電ランプ、尚、各図中同一
符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マイクロ波電磁界内で点灯される紫外線照射
   用無電極放電ランプにおいて、ランプ内容積に対
   し0.5×10^-5グラム原子／cm³ないし5.5×10^-5グラ
   ム原子／cm³の水銀と、1.5×10^-7グラム原子／cm³
   ないし6.2×10^-6グラム原子／cm³のハロゲンと、
   ジスプロシウム、ホルミウムおよびスカンジウム
   のうち１種以上の金属を総量で0.5×10^-7グラム
   原子／cm³ないし６×10^-7グラム原子／cm³と、始動
   用希ガスとを封入し、かつランプ形状が球形であ
   ることを特徴とする紫外線照射用無電極放電ラン
   プ。