JPH0546052B2 - - Google Patents

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（フオト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。フオトCVDは、選択された材料の薄膜をプ
ラスチツク、金属、ガラスおよび複合材料のよう
な各種の異なつ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
プラスチツ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。

180nm（ナノメータ）乃至260nmの波長領域の
紫外線（UV）は、光化学反応を増加するために
多数のフオト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
灯によつ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
電気アークによつて発生された光エネルギの大き
い割合を持つている。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、多数のフオト
CVD作用に対して適当ではない。したがつて、
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オト
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１０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１４およ
び１６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１
８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。

幾つかの異なつた冷却装置は、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ツトは十分
な冷却を与える。しかしながら水は、フオト
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ヤケツトを設け、１９でジ
ヤケツトに水を入れ２１で出すことが試みられて
いる。しかしながら水ジヤケツトは、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１０のベースの回りの水ジヤケツト２
０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］ 本発明にしたがつて、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、本発明に従うフオ
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、本発明によつて各種の形状が利用されること
ができる。したがつて、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、360°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360°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つてよ
り理解され、明らかになるであろう。

［実施例］ 本発明に従つ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２６は水銀
蒸気放電室２８および分離冷却室３０内へ管２４
を分割する。この壁２６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２６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ツクのようなその他
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３６を通して冷却室
３０に入る冷却流体３４によつて冷却される。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３８を通つて出る。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
によつ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ている。

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５５は、冷却室６０と放電室６２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５６は、冷却室６０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５
８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リアクタおよびその他の
手段においてフオト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。

本発明にしたがつた第５図に示されているよう
な水銀蒸気ランプ素子によつて達成されるUV強
度の測定は、ニユージヤージー州のニユーアーク
のCanrad Hanovia社の特別な型式688 Ａ 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光フオトメータ
から6.5cmの水平な部分に配置される。この6.5cm
は、平坦なフオトCVD室の光源と基体の間の典
型的な距離である。UVフオトメータは、カルフ
オルニア州サンガブリエルのUltraviolet
ProductsのUVX型である。UVフオトメータは、
通常の水銀感度フオトCVD処理のために必要で
ある2537オング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つて
フオトメータで得られる最大電力密度は
4.84mW／cm²である。本発明の水冷放電灯によつ
て、得られれる最大電力密度は13.05mW／cm²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
常のハノバイアランプの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つて与えられた
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。

したがつて、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つて、その他の各種
応用および修正が当業者によつて、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…
…冷却入口、３８……冷却出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、前記冷却室を通つて冷却流体を
   流す冷却手段とを具備する放電灯。 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 前記ランプ管が円形である請求項２記載の放
   電灯。 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 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 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 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 前記冷却流体がガスである請求項１記載の放
   電灯。 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にしたがつ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。