JPH04345744A - 低圧水銀蒸気放電灯 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば紫外線化学反応
用の光源等に使用される低圧水銀蒸気放電灯に関する。

【０００２】

【従来の技術】紫外線を透過する石英ガラス等からなる
円筒状の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、上記電極への通
電によりこの発光管内で放電を発生させ、水銀原子を電
離および励起させることにより、この水銀の共鳴線１８
５ｎｍおよび２５４ｎｍを主体とする紫外線を放射する
ようにした低圧水銀蒸気放電灯は、光化学反応装置等の
紫外線光源として使用されている。

【０００３】すなわち、上記低圧水銀蒸気放電灯は、例
えば光ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ　　Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）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ると
する半導体製造関連などにおいて欠くことのできない紫
外線光源であり、また水の浄化、滅菌処理や食品の殺菌
処理などにおいても短波長の紫外線を照射する光源とし
て広く普及している。ところで最近では、上記光化学処
理の高速処理化が要請されつつあり、低圧水銀蒸気放電
灯から放射される紫外線出力の向上が要求されている。

【０００４】紫外線出力を向上させる手段として、発光
管の単位内表面積当りの入力を０．３Ｗ／ｃｍ２　以上
の高負荷点灯させた上、発光管の断面形状を例えば略楕
円形若しくは略方形等の非円形形状に形成させて、内部
に封入した水銀蒸気層の光学的厚みを減少させ、その結
果水銀蒸気による紫外線の自己吸収を抑制することが考
えられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に断面形状を例えば略楕円形若しくは略方形等の非円形
形状に形成させた発光管の電流密度を増大させていくと
、従来多用されていた円筒状の発光管に比べて、その発
光管の機械的強度が乏しいため、発光管管璧の温度の上
昇等に伴って、発光管の破損が発生する不具合があった
。

【０００６】また一方、発光管の機械的強度を向上させ
るために、ガラス肉厚を厚くすると、ガラスに吸収され
る紫外線量が増大するため、放射紫外線強度の低下をも
たらす支障があった。

【０００７】本発明はこのような事情にもとづいてなさ
れたもので、その目的とするところは、発光管の機械的
強度を低下させることなしに、紫外線強度を著しく向上
できる低圧水銀蒸気放電灯を提供しようとするものであ
る。

【０００８】［発明の構成］

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の低圧水銀蒸気放電灯は、ガラスよりなる発
光管の両端部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、単位内表面積当りの入力
が０．３Ｗ／ｃｍ２　以上で点灯される低圧水銀蒸気放
電灯であって、発光管の発光部断面を略楕円形若しくは
略方形に形成すると共に、発光部断面の短辺方向の内寸
法をＬ１、長辺方向の内寸法をＬ２、短辺方向及び長辺
方向の発光管管璧で成す角の最小角度をＡとした場合、
前記発光管のガラス肉厚Ｔが、 Ｔ＝ｋ×（Ｌ１＋Ｌ２）１／２　÷（１−Ｃｏｓ　　Ａ
　　）ｋ＝０．１５〜０．４５ を満足することを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明の低圧水銀蒸気放電灯によれば、発光管
の内部応力が集中する発光部断面の短辺方向及び長辺方
向の発光管管璧で成す最小角及び、発光管の断面周囲長
さに応じて発光管のガラス肉厚を適正化したため、発光
管の機械的強度を低下させずに紫外線強度を著しく向上
できるものである。

【００１１】

【実施例】以下、本発明について、図面を用いて詳細に
説明する。

【００１２】図１は、本件発明に係る低圧水銀蒸気放電
灯の一実施例を示す概略図であり、同図に図示するよう
に、略Ｕ字形に屈曲された発光管１の両端部には、ステ
ム２が封着されており、このステム２には、それぞれ陽
極３、熱陰極４が支持されている。各陽極３は熱陰極４
よりも放電空間の前方に配置されており、この陽極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
いるとともに、熱陰極４はフィラメントコイルにより形
成されている。

【００１３】ここで、上記のように発光管１の両端部に
陽極３および陰極４を各々封装すれば、放電電流を増大
させた場合に、陰極４は小形にして放熱による損失を低
減でき、また一方、陽極３は大形にして放熱を促進する
ことができる。

【００１４】また、上記発光管１は断面が非円形、例え
ば図２に示すように略偏平四角な形状をなしており、短
辺Ｘと長辺Ｙとの比Ｘ／Ｙは０．２〜０．８程度に形成
されている。短辺Ｘと長辺Ｙとの比が０．２の場合には
、発光管内部に発生する放電が不均一になる虞があるた
め好ましくなく、また一方、０．８を越える場合には、
実質的な紫外線の照射方向の水銀上記の光学的厚みの低
下が少ないために、水銀による自己吸収が増えて好まし
くないものである。

【００１５】尚、本実施例においては、短辺Ｘが１５ｍ
ｍ、長辺Ｙが３０ｍｍでこの発光管の断面積は約４．５
ｃｍ２　程度とされている。

【００１６】この発光管１内部には、点灯中における蒸
気圧で０．５〜１３Ｐａの水銀と、常温状態の分圧で１
３〜２６７Ｐａのアルゴン等の希ガスを封入してある。

【００１７】以上のように構成された低圧水銀蒸気放電
灯は点灯回路装置１０を介して交流電源に接続されてい
る。この点灯回路装置１０は例えば昇圧トランス１１お
よびヒータトランス１２を有し、上記昇圧トランス１１
はランプの陽極３に接続されているとともに、ヒータト
ランス１２はそれぞれ熱陰極４に接続されている。この
ため、熱陰極４は常に発熱して熱電子を放出するように
なっている。

【００１８】前記点灯回路装置１０は、たとえば商用電
源を低圧水銀蒸気放電灯に対して入力電力が５００Ｗを
供給するようになっており、これにより、低圧水銀蒸気
放電灯は放電中７Ａの放電電流が流れ、単位内表面積当
りの入力が０．３Ｗ／ｃｍ２　以上となるように設定し
てあり、この場合の発光管の管璧温度は、１００〜１５
０℃に達するものである。

【００１９】ここで、発明者らは、以上のように構成さ
れた低圧水銀蒸気放電灯の発光管１を構成するガラス材
料の肉厚と発光管の断面形状とを種々変化させて発光管
の破損状況及び紫外線強度について観察したところ、図
３に示す通りの結果が得られた。

【００２０】発光管の断面形状については、短辺方向及
び長辺方向の発光管管璧で成す最小角、即ち、発光管の
断面形状が大きく変化する部分に応力が集中することを
配慮し、また、その応力の大きさは発光管の断面周囲長
さに大きく依存するという知見に基づき、図４に図示す
るような３種類の断面形状（同図（ａ）に示す放電灯の
最小角度Ａは９０度、（ｂ）は１００度若しくは８０度
、（ｃ）は７０度若しくは６０度）を有した発光管を多
数作成して、発光管の短辺方向の内寸法及び長辺方向の
内寸法、及び肉厚を種々変化させて実験を行ったもので
ある。

【００２１】また、同図中、「丸印」が記入してあるも
のは良好な特性が得られたものであり、「破損」と記し
てあるものは、点灯中に発光管が破損したもの、あるい
は、ガラス中に微小なクラックが発生していたことを意
味し、また、「低下」と記してあるものは、放射紫外線
強度の低減が顕著であることを意味する。

【００２２】この実験結果から、発光管の破損が発生及
び、紫外線強度の低下は、本発明者らの知見と一致し、
発光部断面の短辺方向の内寸法Ｌ１、長辺方向の内寸法
Ｌ２、短辺方向及び長辺方向の発光管管璧で成す角の最
小角度Ａ、及び、発光管のガラス肉厚Ｔに相関があるこ
とが確認され、肉厚Ｔが、 ０．１５×（Ｌ１＋Ｌ２）１／２　÷（１−Ｃｏｓ　　
Ａ　　）以上であれば、発光管の破損は発生せず、また
、０．４５×（Ｌ１＋Ｌ２）１／２　÷（１−Ｃｏｓ　
　Ａ　　）以下であれば、紫外線強度の低下は誘発され
ないことを見出だした。

【００２３】尚、上記の構成を満足する低圧水銀蒸気放
電灯を７Ａの放電電流（電流密度は１．６Ａ／ｃｍ２）
で点灯させた場合と、同一肉厚の円筒形状に形成された
発光管を使用した従来の低圧水銀蒸気放電灯を同一条件
で点灯させた場合に、本実施例の放電灯の２５４ｎｍに
おける紫外線強度は従来のものに比べて約１５％以上も
向上することを確認している。

【００２４】さらに、放電電流を２０Ａ（電流密度は４
．４Ａ／ｃｍ２）に増加させた場合のその強度は、本実
施例のものが、放電電流７Ａの場合の約２倍の紫外線強
度が得られたのに対し、従来の放電灯は、放電電流７Ａ
で点灯したときの放射強度の約６０％に低下した。

【００２５】以上の実施例においては、発光管の両端部
にそれぞれ陽極と陰極を封装したものについて説明して
いるが、一対の電極を発光管の両端部に封装した発光管
についても、本実施例と同様な効果があるものである。

【００２６】さらにまた、上記実施例においては、発光
管がＵ字形状を呈するものについて詳述しているが、直
管形状の発光管の他、他の形状に発光管を形成しても良
い。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明によれば、
発光管の内部応力が集中する発光部断面の短辺方向及び
長辺方向の発光管管璧で成す最小角、及び、発光管の断
面周囲長さに応じて発光管のガラス肉厚を適正化したた
め、発光管の機械的強度を低下させることなしに、紫外
線強度を著しく向上できる低圧水銀蒸気放電灯を提供で
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る低圧水銀蒸気放電灯の一実施例を
示す概略図。

【図２】図１に示した低圧水銀蒸気放電灯の発光管の断
面形状を示す概略図

【図３】実施例中に説明した実験についてその結果を示
す図面。

【図４】実施例中に説明した実験において使用した発光
管の断面形状を示す概略図。

【符号の説明】 １・・・・発光管　　　　　　　　　　　　２・・・・
ステム　　　　　　　　　　　　３・・・陽極 ４・・・・陰極　　　　　　　　　　　　　　１０・・
・点灯回路装置１１・・・昇圧トランス　　　　　　１
２・・・ヒータトランス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラスよりなる発光管の両端部に電極を封
   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、単位内表面積当りの入力が０．３Ｗ／ｃｍ２　以
   上で点灯される低圧水銀蒸気放電灯であって、前記発光
   管の発光部断面を略楕円形若しくは略方形に形成すると
   共に、前記発光部断面の短辺方向の内寸法をＬ１、長辺
   方向の内寸法をＬ２、前記短辺方向及び長辺方向の発光
   管管璧で成す角の最小角度をＡとした場合、前記発光管
   のガラス肉厚Ｔが、 Ｔ＝ｋ×（Ｌ１＋Ｌ２）１／２　÷（１−Ｃｏｓ　　Ａ
   　　）ｋ＝０．１５〜０．４５ を満足することを特徴とする低圧水銀蒸気放電灯。