JPH0554865A - 低圧水銀蒸気放電灯および光照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】高負荷点灯される低圧水銀蒸気放電灯を強制冷
却させながら点灯した場合であっても、水銀蒸気圧の変
動を低減できる低圧水銀蒸気放電灯と、光出力の変動が
少ない光照射装置を提供する。 【構成】ガラスよりなる発光管１の両端部に電極３，４
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電力が０．３Ｗ／ｃ
ｍ2 以上で点灯されるものであって、発光管内に封入す
る水銀量Ｍ(mg)と、電極間距離Ｌ(cm)は、０．１≦Ｍ／
Ｌ≦１なる関係を満足する低圧水銀蒸気放電灯、及びそ
の冷却手段５〜７を備える。 【効果】水銀量を電極間距離との関係において適正化し
たため、強制冷却状態の使用においても、冷却部分以外
の発光管管璧に過剰の水銀が溜ることが防止でき、水銀
蒸気圧の変動を低減できる。

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およびそれ
を用いた光照射装置に関する。

【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 Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）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電力を０．３Ｗ／ｃｍ2 以
上と高負荷状態で点灯させるものがあるが、このように
した場合、発光管の管璧温度が上昇する結果、発光管内
に封入した水銀の蒸気圧が、通常の低圧水銀ランプの適
正な水銀蒸気圧の範囲（０．５〜１３Ｐａ）から外れて
しまう。

【０００５】そのため、上記のように高負荷点灯される
低圧水銀蒸気放電灯は、発光管の一部を強制的に３５〜
４５℃程度に冷却して水銀蒸気圧を適正化している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に発光管を強制冷却した場合、過剰に封入した水銀が冷
却部分の発光管管璧に全て凝固しなければ、発光管点灯
中に水銀蒸気圧が変動して、ランプ電圧の低下や紫外線
出力の低下、ランプの点灯が安定になるまでの時間が長
くなる等の不具合があった。

【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、高負荷点灯され
る低圧水銀蒸気放電灯を強制冷却させながら点灯した場
合であっても、水銀蒸気圧の変動を低減できる低圧水銀
蒸気放電灯と、光出力の変動が少ない光照射装置を提供
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、請求項１記載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
の入力電力が０．３Ｗ／ｃｍ2 以上で点灯されるもので
あって、発光管内に封入する水銀量Ｍ(mg)と、電極間距
離Ｌ(cm)は、０．１≦Ｍ／Ｌ≦１なる関係を満足するこ
とを特徴とし、請求項２記載の光照射装置は、水銀およ
び希ガスが封入され、単位内表面積当り０．３Ｗ／ｃｍ
2 以上の入力電力で点灯される低圧水銀蒸気放電灯と、
低圧水銀蒸気放電灯を冷却する冷却手段を備えたもので
あって、低圧水銀蒸気放電灯は、封入水銀量Ｍ(mg)と、
電極間距離Ｌ(cm)の関係が、０．１≦Ｍ／Ｌ≦１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、高負荷
点灯される発光管に封入する水銀量を電極間距離との関
係において適正化したため、強制冷却状態の使用におい
ても、冷却部分以外の発光管管璧に過剰の水銀が溜るこ
とが防止でき、水銀蒸気圧の変動を低減できる。

【００１１】また、本発明の光照射装置によれば、水銀
蒸気圧の変動が少ないこの低圧水銀蒸気放電灯を光源と
して用いているため、光出力の変動が少ない光照射装置
を提供できる。

【００１２】

【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。

【００１３】図１は、本件発明に係る低圧水銀蒸気放電
灯Ａ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。

【００１４】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。

【００１５】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いる。

【００１６】尚、本実施例においては、発光管断面の短
辺方向の内寸法を１．５ｃｍ、長辺方向の内寸法を３．
０ｃｍ、この発光管の断面積は約４．５ｃｍ2程度とさ
れている。

【００１７】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。

【００１８】以上のように構成された低圧水銀蒸気放電
灯Ａ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１
１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。

【００１９】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
ある。

【００２０】また、発光管１の端部は、冷却フィン５が
形成された冷却ブロック６に接触しており、この冷却フ
ィン５は、ファン７により空冷される構造となってい
る。したがって、冷却ブロック６に接触している発光管
管璧の温度は、他の部分の管璧温度が高負荷点灯に起因
して約１００〜１５０℃に達するのに対し、約３５〜４
５℃程度に強制冷却されているものである。

【００２１】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について、封入水銀
量が水銀凝固位置に影響するとの知見に基づき、封入水
銀量を種々変化させた発光管を製作してランプの点灯が
安定になるまでの時間を測定したところ、図３に示すと
おりの結果が得られた。

【００２２】同図に示す結果より、発光管の電極間距離
に対する封入水銀量が１mg/cm を臨界としてそれを越え
ると、安定点灯になるまでの時間が著しく長くなること
を究明した。

【００２３】これは、電極間距離に対する封入水銀量が
増大すると、点灯中蒸発する水銀量は極微量であるた
め、冷却された管璧以外の部分にも飽和水銀が凝固し易
くなり、そのため、水銀蒸気圧の変動が大きくなること
に起因して、放電が安定し難くなるものと推察される。

【００２４】また、放電灯の寿命中における紫外線放射
強度の低下率変化について、封入水銀量を種々変化させ
て測定したところ、図４に示すとおりの結果が得られ
た。

【００２５】同図に示す結果より、発光管の電極間距離
に対する封入水銀量が０．１mg/cm未満の場合には、点
灯中の水銀消耗に起因すると推測される放射強度の低下
が顕著となることが判明した。

【００２６】したがって上記の結果より、電極間距離Ｌ
(cm)に対する封入水銀量Ｍ(mg)について、０．１≦Ｍ／
Ｌ≦１なる関係を満足させれば、発光管を強制冷却した
場合においても、飽和水銀が冷却部分以外に凝固するこ
とが防止でき、水銀蒸気圧が急激に変動することが低減
できると共に、紫外線強度の著しい低下を防止できるも
のである。

【００２７】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。

【００２８】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。次に、例えば図５に示すような光照射装置について
説明する。同図に図示するように、上記実施例と同様な
低圧水銀蒸気放電灯Ａの上方には、例えばアルミニウム
等からなる反射板８が配設され、この反射板８により、
装置下方に位置する例えば半導体ウェハ等の被照射物Ｚ
に紫外線が効率的に照射されるようになっている。

【００２９】尚、低圧水銀蒸気放電灯の端部を強制冷却
するファン７が組込まれており、放電灯の管璧温度を約
３５〜４５℃程度に冷却するように構成されている。

【００３０】このような光照射装置によれば、装置内部
に組込まれたファンにより、低圧水銀蒸気放電灯が空冷
されても、この放電灯に封入された水銀量が適正化され
ているため、冷却部分以外の発光管管璧に過剰の水銀が
溜ることが防止でき、よって、紫外線強度の変動が少な
くなる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明によれば、
高負荷点灯される発光管に封入する水銀量を電極間距離
との関係において適正化したため、強制冷却状態の使用
においても、冷却部分以外の発光管管璧に過剰の水銀が
溜ることが防止でき、水銀蒸気圧の変動を低減できる低
圧水銀蒸気放電灯及び光照射装置を提供できる。

【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断面
形状を示す概略図

【図３】封入水銀量を種々変化させた場合における点灯
が安定するまでの時間についての実験結果を示す図面。

【図４】封入水銀量を種々変化させた場合における紫外
線放射強度の低下率についての実験結果を示す図面。

【図５】本発明に係る光照射装置の一実施例を示す概略
図。

【符号の説明】

Ａ・・・低圧水銀蒸気放電灯 Ｂ・・・光照射
装置 Ｚ・・・被照射物 １・・・発光管 ２・・・ステム ３
・・・陽極 ４・・・陰極 ５・・・冷却フィン ６
・・・冷却ブロック ７・・・ファン ８・・・反射板 １
０・・点灯回路装置 １１・・昇圧トランス １２・・ヒータトランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島進一 東京都港区三田１丁目４番28号 東芝ライ テツク株式会社内

Claims (2)

【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電力が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
   光管内に封入する水銀量Ｍ(mg)と、電極間距離Ｌ(cm)
   は、０．１≦Ｍ／Ｌ≦１なる関係を満足することを特徴
   とする低圧水銀蒸気放電灯。
2. 【請求項２】水銀および希ガスが封入され、単位内表面
   積当り０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の入力電力で点灯される低
   圧水銀蒸気放電灯と、前記低圧水銀蒸気放電灯を冷却す
   る冷却手段を備えた光照射装置であって、前記低圧水銀
   蒸気放電灯は、封入水銀量Ｍ(mg)と、電極間距離Ｌ(cm)
   の関係が、０．１≦Ｍ／Ｌ≦１を満足することを特徴と
   する光照射装置。