JPH0451450A - 低圧放電灯点灯装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、紫外線光化学反応用の紫外線照射光源等に使
用される低圧放電灯の点灯装置に関す（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（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａ
ｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｊｔｉｏｎ）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、滅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。

これらの分野においては、短波長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。

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２５４ｎ…のおよ
び１８５ｎｍを始めとする短波長紫外線領域の光を効率
よく放射するようになっている。

ところが、最近において益々低圧水銀放電灯の出力向上
が求められるようになり、超高出力タイプのランプの実
用化が試みられつつある。

超高出力タイプのランプとして、特公昭６３４９３４０
号公報に記載されているように、石英ガラス製の発光管
の両端部にそれぞれ陽極と熱陰極を別個に設け、点灯中
に熱陰極は常時発熱して熱電子を放出するとともに、一
端側の陽極と他端側の熱陰極との間、および一端側の熱
陰極と他端側の陽極との間で、交互に放電させるように
したランプが提案されている。

このようにそれぞれ陽極と熱陰極とを互いに別個に設け
た場合、熱陰極を常時加熱して大量の熱電子を放出する
ことにより放電を促し、また陽極を大形にして高速で飛
来する電子を効率よく捕獲することができる。

したがって、このような構成のランプは、電極の負担を
軽減し、電極物質の飛散による黒化を防止して紫外線透
過率の低下を抑制し、光束維持率が向上する等の利点が
ある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、最近のランプは一層紫外線出力の向上が
望まれており、単位長さ当りの入力電力が１．５Ｗ／ｃ
ｍ以上のランプの開発も進められている。

このようなランプでは、上記のように電極を陽極と陰極
に分離しても、依然として電極の負担が大きく、陰極物
質が管壁に飛散したり、陰極に保持されているエミッタ
が飛散して管壁に付着し、電極の早期損失を招き、かつ
紫外線出力の経時的劣化が進む不具合がある。

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、電極の損失を防止し、光束維持率を
高めて長寿命になる低圧放電灯点灯装置を提供しようと
するものである。

［発明の構成］ （課題を解決するだめの手段） 本発明は、発光管の両端部にそれぞれ陽極と熱陰極を封
装した低圧放電灯と、この低圧放電灯の熱陰極に点灯中
常時加熱電力を供給するとともに、上記一端側の陽極と
他端側の熱陰極との間、および一端側の熱陰極と他端側
の陽極との間で交互に放電させるように放電電力を供給
する点灯回路装置とを具備した低圧放電灯点灯装置にお
いて、上記加熱電力および放電電力はともに極性が反転
する交流電力または脈動電力とし、上記加熱電力の周波
数に対して放電電力の周波数を低くしたことを特徴とす
る。

（作　用） 本発明の構成によれば、加熱電力の周波数に対して放電
電力の周波数を低くしたので、陽極の熱電子衝撃の回数
が相対的に少なくなり、このため陽極の損耗が軽減され
、また熱陰極ではアークスポットが交互に形成されて１
箇所に集中しなくなり、このため熱陰極も損耗が少なく
なる。

（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。

図において］は低圧水銀放電灯であり、この放電灯］は
石英ガラスよりなるＵ字形に屈曲された発光管２を備え
、この発光管２は例えば、内径２４　ｍｍ％全長６７０
１１ｍの合成石英ガラス管からなる。

発光管２の端部にはそれぞれ陽極３．３および熱陰極４
．４が封装されている。

陽極３はタングステンＷにより円形コイル、円筒または
環形板の形状に構成されている。

このような熱陰極４．４はタングステンフィラメントか
らなり、上記陽極３の前端部よりも放電空間側に突出す
ることがないように、バルブ端部側に配置されている。

　なお、熱陰極４．４はバルブ軸の上に、このバルブ軸
方向に沿って配置され、図示しないエミッタを保持して
いる。

この発光管２には、例えば５０ｍｇの水銀と、０．０５
〜０　、８　ｔｏｒｒのアルゴンガスが封入されている
。

なお、５はＵ字形をなす発光管１の直線部間に介挿され
た補強部材である。

この低圧水銀放電灯１は、点灯回路装置１０を介して交
流電源１１に接続されている。交流電源１１は、たとえ
ば２００Ｖ、５０Ｈｚの商用電源であり、また、点灯回
路装置１０は放電電源発生部］２と加熱電源発生部］３
を備えている。

放電電源発生部１２は、昇圧トランス１４と、整流平滑
回路］５、および極性反転回路１６を備え、この極性反
転回路］６は上記ランプ］の陽極３．３に接続されてい
る。

また、この放電電源発生部１２は、降圧トランス１７と
制御用直流電流発生回路１８およびトリガ回路１９を備
えている。

したがって、トリガ回路１９から所定のタイミングで信
号を出すと極性反転回路１６が反転作動する。つまり、
上記トリガ回路１９からの指令にもとずく周期で極性反
転回路１６が作動し、その周期で極性を反転する。

このため、放電電源発生部１２は、上記昇圧トランス１
４の昇圧作用で、例えば電源の２００ｖが４５０Ｖに昇
圧され、整流平滑回路１５により整流され、かつ極性反
転回路１６の周期にもとづく周波数、例えば］、　ＯＨ
ｚ程度を発生する。

つまり、ランプ１の陽極３．３には、第２図に示すよう
な、最大電圧４５０Ｖで１０Ｈｚの矩形波の電力が供給
されるようになっている。

一方、加熱電源発生部１３は降圧トランス２０゜２０か
らなり、これら降圧トランス２０．２０は熱陰極４．４
に接続されている。これら降圧トランス２０．２０は、
２００Ｖ、５０Ｈｚの商用電源を、例えば６Ｖ、、５０
Ｈｚに変換するようになっており、したかって熱陰極４
．４にはランプ点灯中、第３図に示す６Ｖ、５０Ｈｚの
正弦波電力が常時供給されるようになっている。

なお、図示を省略したが、上記点灯回路装置１０には始
動回路が組込まれており、この始動回路は始動時に電源
電圧に所定の波高値のパルス電圧を重畳して電極に印加
するようになっている。

そして、この始動回路はランプ始動後にはランプの両極
間の電圧低下を検出して図示しないリレを働かせて点灯
回路装置］０から電気的に切離されるようになっている
。

このような実施例の構造について作用を説明する。

ランプ１を電源１］に接続して点灯させた場合、熱陰極
４．４は降圧トランス２０．２０を介して交流電源１１
に接続されているので、これら熱陰極４．４には第３図
に示ず６Ｖ、５０Ｈｚの正弦波電力が供給され、従って
熱陰極４．４は常に発熱して熱電子を放出する。

一方、陽極３．３は、放電電源発生部１２に接続されて
いるので、第２図に示すような、最大電圧４５０Ｖで１
．　ＯＨｚの矩形波の電力が供給される。

このため、低圧水銀放電灯１は、一端側の陽極３と他端
側の熱陰極４との間に矩形波の半波電圧が印加され、こ
れらの間で放電が生じ、次に一端側の熱陰極４と他端側
の陽極３との間に逆の矩形波の半波電圧が供給されるの
で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と熱陰極４が交互に放電を繰り返して点灯
を継続する。

なお、ここで入力電力は単位長当り１．５Ｗ／ｃｍ以下
である。

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２５４　
ｎｍ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。

上記実施例の構成によれば、陽極３に供給する電圧の周
波数を、熱陰極４に与える電圧の周波数より小さくした
ので、電極の損耗を防止することかできる。

すなわち、まづ、陽極３について検討する。放電空間内
においては、極性が反転する時などのように電流が零に
なる際、陽イオンおよび電子が管壁に拡散して消失する
。そして再び電流が流れる場合には放電空間内で大量の
水銀原子に電離を起させる必要がある。この時、陽極前
面には高い電界が形成され、高速の電子が陽極に飛び込
んでくる。このような電子の衝突のため陽極物質、つま
りタングステンが飛散されることから、陽極の損］−〇 傷が進行し、またこの飛散物質は管壁に付着して黒化の
原因となり、紫外線の透過率を低下させるこのような陽
極の損耗は、電界が大きい程大きく、かつ電源の極性反
転回数が多い、すなわち周波数が高い程大きくなる。

電界の強さは、電流密度に左右され、紫外線出力を高く
するために入力を大きくしたランプでは電極の損傷が激
しくなる。

したがって、印加する電圧の周波数を少なくすれば、陽
極の損傷を防止することができることになる。

次に熱陰極４について検討する。

熱陰極４は、ランプ点灯中、常に熱電子を放出し、放電
を促している。

ここで、一方の陽極（３ａ）が作動している場合を考え
てみると、この時にこちら側の熱陰極（４ａ）において
は、６Ｖが印加されているもののコイル端部４　ａ　ａ
　％　４　ａ　ｂのうちバルブ端部に近い側コイル端部
４ａａが低電位となるから、放電空間内の正イオンは主
としてこちらのコイル端］］ 部４ａａに集まり、主としてここから電子が放出されて
アークスポットとなる。

このようなスポットは、局部的に温度が高くなり、陰極
物質やエミッタを飛散させ、陰極の細りを招き、またこ
れら飛散物質は管壁に１号着して黒化の原因となり、紫
外線の透過率を低下させる。

ところで、このような一方の陽極（３ａ）が作動中に、
降圧トランス２０の極性を反転させてやると、上記アー
クスポットは熱陰極（４ａ）において他方のコイル端部
４ａｂに移る。

このため、上記一方のコイル端部４ａａが集中して加熱
されることが防止される。

すなわち、熱陰極４．４に供給する電圧の周波数を、陽
極側の周波数より高くすれば、アークスポットがコイル
端部４ａａと４　ａ、　ｂの間で頻繁に入れ代わって発
生するようになり、したがって熱陰極４の損耗を軽減す
ることができる。

以」二の理由から、陽極３側は極性の反転が少ない方が
望ましく、よって反転周期を長くし、逆に熱陰極４は極
性の反転が多い方が良好となる。

なお、陽極３側に供給する放電電力の周波数を低くする
と、電圧の立上がりか遅くなり、極性反転の急激な電界
形成に間に合わず、極性反転の時に立消えする心配があ
るので、電圧の立」二かり性能に優れた矩形波または台
形波を用いることが望ましい。

第４図は、上記実施例の低圧水銀放電灯点灯装置と、従
来の放電電力と加熱電力の周波数が同じ場合との、紫外
線照射維持率（光束維持率）を調べた結果を示したもの
である。

」１記実施例の場合は、放電電力の周波数に比べて加熱
電力の周波数を５倍位に多くしであるので、陽極および
熱陰極の損傷および黒化が防止され、紫外線照射維持率
が向上し、寿命が長くなることが確認された。

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、」１記実施例では、発光管２の形状をＵ字形
したが、直管形やＷ字形などの場合でもよい。

また、電極に与える電力は極性が反転する交流電力に限
らず、脈動電力の場合でも同様の効果を奏する。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によると、加熱電力の周波数
に対して放電電力の周波数を低くしたので、陽極の熱電
子衝撃の回数が相対的に少なくなり、このため陽極の損
耗が軽減され、また熱陰極ではアークスポットが交互に
形成されて１箇所に集中しなくなり、このため熱陰極も
損耗が少なくなる。このため、電極の寿命が長くなり、
管壁の早期黒化も防止され、結局ランプ寿命が長くなる
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示］７、第１図は低圧水銀放
電灯および点灯回路装置を示す構成図、第２図は放電電
圧の波形図、第３図は加熱電圧の波形図、第４図は紫外
線照射維持率を示す特性図である。 １・・・低圧水銀放電灯、２・・・発光管、３・・・陽
極、４・・・熱陰極、 Ｂ １０・・・点灯回路装置、１］・・・電源、］２・・放
電電源発生部、１３・加熱電源発生部、１４・・・昇圧
トランス、１５・・・整流平滑回路、］６・・極性反転
回路、１７・・・降圧トランス、］８・・・制御用直流
電流発生回路、１９・・・トリガ回路、２０・・降圧ｌ
・ランス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発光管の両端部にそれぞれ陽極と熱陰極を封装した低圧
   放電灯と、この低圧放電灯の熱陰極に点灯中常時加熱電
   力を供給するとともに、上記一端側の陽極と他端側の熱
   陰極との間、および一端側の熱陰極と他端側の陽極との
   間で交互に放電させるように放電電力を供給する点灯回
   路装置とを具備した低圧放電灯点灯装置において、 上記加熱電力および放電電力はともに極性が反転する交
   流電力または脈動電力とし、上記加熱電力の周波数に対
   して放電電力の周波数を低くしたことを特徴とする低圧
   放電灯点灯装置。