JPH04303448A - 紫外線照射装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紫外線光化学反応用の
光源等に使用される紫外線照射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】紫外線光源を用いた光化学反応装置は種
々の分野に採用されており、例えば光ＣＶＤ（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ　　Ｖａｐｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法
によるＳｉ薄膜の合成、レジストの光硬化および光アッ
シングあるいは光洗浄等を始めとする半導体製造関連な
どにおいて広く普及し、かつその応用分野の伸びも著し
い。 また、水の浄化、減菌処理や食肉の殺菌処理などにおい
ても短波長の紫外線を照射する技術の研究および開発が
急速に進みつつある。

【０００３】これらの分野においては、紫外線を効率よ
く照射する光源の開発が望まれており、このため、低圧
水銀紫外線放電灯が用いられている。

【０００４】低圧水銀放電灯は、紫外線を透過する石英
ガラス等からなる発光管の両端に電極を封装するととも
に、この発光管内に水銀および希ガスを封入し、この水
銀主体の蒸気を低圧状態で放電させて水銀の共鳴線１８
５ｎｍのおよび２５４ｎｍを主体とする紫外線領域の光
を効率よく放射するようになっている。

【０００５】ところが、最近において益々光化学反応に
よる有機化学化合物の分解能力の向上が求められている
。

【０００６】有機化学結合物の分解をする場合、波長域
が２５４ｎｍの紫外線よりも、１８５ｎｍの紫外線、い
わゆる真空紫外線と呼ばれている２００ｎｍ以下の紫外
線が高性能な光化学反応を促すものとして知られている
。これは２００ｎｍ以下の真空紫外線は、酸素を分解し
てオゾンを生成する能力に優れているためである。した
がって、この種の光化学反応用光源としては、１８５ｎ
ｍの紫外線をより一層強く放射する紫外線照射装置が望
まれる。

【０００７】しかしながら、１８５ｎｍの紫外線を強く
放射するランプは未だ実用化には至っていない。前記低
圧水銀放電灯の場合は、１８５ｎｍの紫外線も放射する
が、むしろ２５４ｎｍの紫外線の方が強い傾向にある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】また、特開昭６２−２
７２４４号公報には、１８５ｎｍの紫外線と２５４ｎｍ
の紫外線の強度比を変化させるようにした低圧水銀放電
灯が提案されている。このものは、２５４ｎｍの紫外線
の放射がランプの最冷部温度により決定される水銀蒸気
圧によって敏感に増減するのに対し、１８５ｎｍの紫外
線はランプの最冷部温度にそれ程影響を受けないという
特性を利用したものであり、ランプの最冷部温度を比較
的高くして２５４ｎｍの紫外線強度を大幅に抑え、これ
により１８５ｎｍの紫外線強度の割合を高めようとする
ものである。

【０００９】しかしながらこのものは、ランプの最冷部
温度を高くすると２５４ｎｍの紫外線強度が大幅に抑え
られるが、この際１８５ｎｍの紫外線強度も低下する傾
向にあり、１８５ｎｍの紫外線強度の絶対値が増加する
ものではない。

【００１０】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするのは、２００ｎｍ以下の真空
紫外線領域の照射強度が高く、光化学反応用光源に有効
な紫外線照射装置を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、点灯回路装置
から放電灯に供給される電力を矩形波電力とし、しかも
発光管の単位長さ当りの電力を１．５Ｗ／ｃｍ以上の高
い電力としたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明者等は、発光管の放電路に流れる電流の
電流波形を矩形波にし、しかも発光管の単位長さ当りの
電力を１．５Ｗ／ｃｍ以上とすれば、１８５ｎｍの紫外
線放射量を増大できることを尽き止めた。

【００１３】この理由は定かではないが、以下の理由が
推測される。すなわち、従来の点灯回路装置は、チョ−
クコイル安定器などのようなリアクトル素子を用いて商
用電源を適当に昇降圧制御するようにしており、ランプ
には正弦波の電流が供給されていた。このような正弦波
の電流は、サイクルが変化する期間に電流値の低い領域
と高い領域が存在し、低電流が流れる期間には励起され
た水銀原子量が少なくなると考えられ、逆にこれと位相
が９０°ずれた電流値が高い領域では電流が過剰となり
、やはり出力が低下する。この現象は電流値の振幅が大
きい単位長さ当りの入力が１．５Ｗ／ｃｍ以上の低圧水
銀ランプには特に顕著である。

【００１４】これに対して矩形波電流を供給するとサイ
クルが変化する期間で電流値の低い領域と高い領域は発
生がなく、サイクルが変化しても常に一定レベルの電流
が供給されるから励起される水銀原子量を所定量以上に
保つようになり、これにより１８５ｎｍおよび２４５ｎ
ｍの紫外線放射強度が高くなるものと考えられる。

【００１５】

【実施例】以下本発明について、図面に示す一実施例に
もとづき説明する。

【００１６】図１において１は低圧水銀放電灯であり、
この放電灯１は内径２４．５ｍｍ、全長１４００ｍｍの
Ｕ字形に屈曲された合成石英からなる発光管２を備えて
いる。

【００１７】発光管２の端部にはそれぞれ陽極３と陰極
４が封装されており、各陽極３は陰極４よりも放電空間
の前方に配置されている。なお、陽極３は円形コイルま
たは円筒あるいは環状板により形成されている。ここで
一方の陽極３と他方の陽極３との離間距離は１０３０ｍ
ｍ、一方の陽極３と他方の陰極４との距離は１０５０ｍ
ｍに設定されている。

【００１８】この発光管２には、例えば２０ｍｇの水銀
と、０．０５〜０．８ｔｏｒｒのアルゴンガスが封入さ
れている。

【００１９】この低圧水銀放電灯１は、点灯回路装置１
０を介して交流電源１１に接続されている。点灯回路装
置１０は整流平滑回路１２、パワーＦＥＴ（電界効果ト
ランジスタ）を含む矩形波インバータ回路１３を備えて
いる。なお、矩形波インバータ回路１３には、周波数調
整用および電流調整用の可変抵抗器１４、１５が設けら
れている。このような点灯回路装置１０は、図２に示す
矩形波の電流を放電灯１に供給する。

【００２０】交流電源１１は、たとえば２００Ｖの商用
電源であり、この電源１１には上記整流平滑回路１２、
矩形波インバータ回路１３の外に、ヒータトランス１６
、１６が接続されている。ヒータトランス１６、１６は
それぞれ陰極４、４に接続され、したがってこれら陰極
４、４は常に発熱して熱電子を放出する熱陰極となって
いるこのような実施例における低圧水銀放電灯は定格入
力５００Ｗの高周波電力が供給され、発光管２の単位長
さ当り１．５Ｗ／ｃｍ以上、つまり４．８Ｗ／ｃｍの電
力が供給され、放電電流は７アンペアとなるようにして
点灯される。

【００２１】このような紫外線照射装置の作用について
説明する。

【００２２】ランプ１を点灯回路装置１０を通じて電源
１１に接続して点灯させた場合、陰極４、４はヒータト
ランス１６、１６を介して交流電源１１に接続されてい
るので、これら陰極４、４が常に発熱して熱電子を放出
し熱陰極となる。

【００２３】そして、整流平滑回路１２および矩形波イ
ンバータ回路１３の作用により、電源の正弦波は図２に
示される矩形波に変換され、この矩形波は周波数調整用
および電流調整用の可変抵抗器１４、１５により調整さ
れて各陽極３および陰極４間に与えられる。

【００２４】このため、低圧水銀放電灯１は、一端側の
陽極３と他端側の陰極４との間に矩形波の半波整流電流
が流され、これらの間で放電が生じ、次に一端側の陰極
４と他端側の陽極３との間に逆の矩形波の半波整流電流
が流され、これらの間で放電が発生する。このように極
性の反転毎に各陽極３と陰極４が交互に放電を繰り返し
て点灯を継続する。

【００２５】このような放電により水銀主体の蒸気が低
圧状態で励起され、このため水銀の共鳴線１８５ｎｍお
よび２５４ｎｍを始めとする短波長紫外線領域の光を放
射するものである。

【００２６】このような紫外線照射装置においては、電
流波形が図２に示すような平坦な矩形波形となるから、
従来のようなリアクトル素子を備えた点灯装置でランプ
を点灯させる場合のような正弦波の電流は供給されなく
、サイクルの切替わる際に、電流値の低い期間が生じな
く、励起水銀原子量を多く確保することができるものと
想定される。

【００２７】上記の現象および作用は本発明者等の想定
であるが、これを実験した結果、図３に示す特性を確認
することができた。

【００２８】すなわち、図３においては、発光管の最冷
部温度と効率比の関係を示し、効率比とは、矩形波での
効率と正弦波での効率の比であり｛効率比＝（矩形波で
の効率）／（正弦波での効率）｝、効率比が１を超える
と矩形波を用いて点灯した場合が有利であることを表す
。

【００２９】この特性から、特に最冷部の温度が約５０
℃を超える場合に矩形波を用いて点灯すると、１８５ｎ
ｍの真空紫外線の強度が強くなることがわかる。

【００３０】なお、本発明は上記実施例に制約されるも
のではない。すなわち、上記実施例では、発光管の両端
部にそれぞれ陽極と陰極を封装し、一端側の陽極と他端
側の陰極との間、および一端側の陰極と他端側の陽極と
の間で交互に放電させるようにした低圧放電灯について
説明したが、本発明はこれに限らず、例えば通常の放電
灯のように一端に陰極、他端に陽極を配置した放電灯や
、両端に陽極と陰極の作用を兼用する電極を配置したラ
ンプであっても適用可能である。

【００３１】また。発光管の形状はＵ字形にしたが、直
管形やＷ字形などの屈曲形状にしてもよい。

【００３２】さらに、上記のような紫外線照射装置を構
成する場合、例えば発光管の最冷部温度を制御するため
、発光管の外表面に金属からなる冷却ブロックなどを付
設してもよく、この場合は発光管と冷却ブロックの間に
冷却ブロックよりもビッカース硬度が小さな金属板もし
くは金属シートを介挿すれば発光管バルブの破損などが
防止でき、また密着性もよくなるので熱伝導性がよくな
る。

【００３３】また、放電灯に供給する矩形波電力の周期
を、点灯始動時と安定点灯時とで変化させるようにし、
例えば安定点灯時には商用周波数に対応する周期よりも
大きく変化させれば放電灯の再点弧の回数が減少するた
め、電極の飛散を軽減することができる等の利点がある
。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、発
光管の放電路に流れる電流の電流波形を矩形波とし、し
かも発光管の単位長さ当たりの電力を１．５Ｗ／ｃｍ以
上とすることにより１８５ｎｍの紫外線放射量を増大す
ることができ、このため有機化学化合物の分解能力が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す低圧水銀放電灯および
点灯回路装置を示す構成図。

【図２】ランプに付与する電流を示す矩形波の波形図、

【図３】１８５ｎｍの紫外線放射の効率比を示す特性図
である。

【符号の説明】

１…低圧水銀放電灯、２…発光管、３…陽極、４…陰極
、１０…点灯回路装置、１１…電源、１２…整流平滑回
路、１３…矩形波インバータ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　水銀および希ガスを封入した発光管の
   両端部にそれぞれ電極を封装した低圧放電灯と、この放
   電灯を点灯させる点灯回路装置とを備えた紫外線照射装
   置において、上記点灯回路装置は上記放電灯に対して単
   位発光長当り１．５ワット（Ｗ／ｃｍ）以上の矩形波電
   力を供給することを特徴とする紫外線照射装置。