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JPH04345743A - Low-pressure mercury-vapor discharge lamp - Google Patents

Low-pressure mercury-vapor discharge lamp

Info

Publication number
JPH04345743A
JPH04345743A JP11773391A JP11773391A JPH04345743A JP H04345743 A JPH04345743 A JP H04345743A JP 11773391 A JP11773391 A JP 11773391A JP 11773391 A JP11773391 A JP 11773391A JP H04345743 A JPH04345743 A JP H04345743A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
low
discharge lamp
arc tube
vapor discharge
pressure mercury
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11773391A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nanao Murase
村瀬七生
Yasuki Mori
森泰樹
Akihiro Yonezawa
米沢昭弘
Kazuhiko Yoshikawa
吉川和彦
Shinichi Oshima
大島進一
Kenji Araki
荒木建次
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Lighting and Technology Corp
Original Assignee
Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Lighting and Technology Corp filed Critical Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority to JP11773391A priority Critical patent/JPH04345743A/en
Publication of JPH04345743A publication Critical patent/JPH04345743A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a low-pressure mercury-vapor discharge lamp capable of restraining the blackening of a glass wall produced when input electric power is increased. CONSTITUTION:This discharge lamp is a low-pressure mercury-vapor discharge lamp, in which electrodes 3 and 4 are sealedly mounted on both the end parts of a light emitting tube 1 and also mercury and a rare gas are sealed in the light emitting tube, and which is lit by an input to a unit inner surface area of 0.3W/cm<2> or more. The light emitting tube is composed of a glass material having a volume resistivity at 150 deg.C of 1X10<15>OMEGA.cm or more, and moreover its luminous part cross section is formed in a noncircular shape. Composing the light emitting tube with the glass material having a volume resistivity of 1X10<15>(OMEGA.cm) or more, which is considered to effect a crystal condition, causes preventing blackening due to the diffusion of mercury into a glass inside, resulting in restraining the lowering of ultraviolet ray output.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low-pressure mercury vapor discharge lamp used, for example, as a light source for ultraviolet chemical reactions.

【0002】0002

【従来の技術】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、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185nm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。
[Prior Art] Electrodes are sealed at both ends of an arc tube made of quartz glass or the like that transmits ultraviolet rays, and mercury and rare gas are sealed inside the arc tube, and when the electrodes are energized, a discharge is generated within the arc tube. A low-pressure mercury vapor discharge lamp, which ionizes and excites mercury atoms to emit ultraviolet light mainly in the mercury resonance lines of 185 nm and 254 nm, is used as an ultraviolet light source for photochemical reaction devices, etc. .

【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。
[0003] That is, the above-mentioned low-pressure mercury vapor discharge lamp is, for example, a photo-CVD (Chemical Vapor Depth)
It is an indispensable ultraviolet light source for semiconductor manufacturing, including the synthesis of Si thin films using the photoposition method, photocuring of resists, photoashing, and photocleaning, as well as for water purification, sterilization, and food sterilization. It is also widely used as a light source that irradiates short wavelength ultraviolet rays. Recently, there has been a demand for faster photochemical processing, and there is a demand for an improvement in the output of ultraviolet rays emitted from low-pressure mercury vapor discharge lamps.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な低圧水銀蒸気放電灯から放射される紫外線出力を向上
させるため、入力電力を増大していくと、発光管を形成
するガラス壁が黒化し、その黒化が点灯時間に伴って進
行して紫外線出力が大幅に低下する現象があった。
[Problems to be Solved by the Invention] By the way, when the input power is increased in order to improve the ultraviolet output emitted from the above-mentioned low-pressure mercury vapor discharge lamp, the glass wall forming the arc tube becomes black. There was a phenomenon in which the blackening progressed as the lighting time increased, resulting in a significant drop in ultraviolet output.

【0005】この理由については明確ではないものの、
入力電力を増大させた場合には、電極間で発生するアー
クがガラス壁に近付くことになり、その結果発光管内に
封入した水銀イオンがガラス内に拡散して、黒化を来す
ものと推察される。
[0005] Although the reason for this is not clear,
It is assumed that when the input power is increased, the arc generated between the electrodes approaches the glass wall, and as a result, the mercury ions sealed in the arc tube diffuse into the glass, causing blackening. be done.

【0006】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、入力電力を増大
した場合に生ずるガラス壁の黒化を抑制できる低圧水銀
蒸気放電灯を提供しようとするものである。
The present invention was made based on the above circumstances, and its purpose is to provide a low-pressure mercury vapor discharge lamp that can suppress the blackening of the glass wall that occurs when input power is increased. It is something to do.

【0007】[発明の構成][Configuration of the invention]

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本請求項1記載の低圧水銀蒸気放電灯は、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 以上で点灯されるものであって、発光管
は、150℃における体積抵抗率が1×1015(Ω・
cm)以上のガラス材料で構成されていることを特徴と
するものである。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the low-pressure mercury vapor discharge lamp according to claim 1 has electrodes sealed at both ends of the arc tube, and mercury and a rare gas inside the arc tube. is enclosed, and the input per unit internal surface area is 0.
The arc tube is lit at 3 W/cm2 or more, and the volume resistivity at 150°C is 1 x 1015 (Ω・
cm) or more.

【0009】また、本請求項2記載の低圧水銀蒸気放電
灯は、発光管の両端部にそれぞれ陽極と陰極を封装する
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
灯されるものであって、発光管の発光部断面を非円形に
形成すると共に、150℃における体積抵抗率が1×1
015(Ω・cm)以上のガラス材料で構成することを
特徴とするものである。
The low-pressure mercury vapor discharge lamp according to claim 2 further includes an anode and a cathode sealed at both ends of the arc tube, and mercury and a rare gas sealed in the arc tube,
The light is turned on when the input per unit internal surface area is 0.3 W/cm2 or more, and the cross section of the light emitting part of the arc tube is formed into a non-circular shape, and the volume resistivity at 150°C is 1 x 1.
It is characterized by being made of a glass material with a resistance of 0.015 (Ω·cm) or more.

【0010】0010

【作用】本請求項1記載および本請求項2記載の発明に
よれば、ガラスの結晶構造に影響を及ぼすと推察される
体積抵抗率が150℃において1×1015(Ω・cm
)以上のガラス材料で発光管を構成しているため、ガラ
ス内部に水銀が拡散することを低減でき、よって、ガラ
ス壁の黒化を抑制できるものと考えられる。
[Function] According to the invention as claimed in claim 1 and claim 2, the volume resistivity, which is estimated to have an effect on the crystal structure of glass, is 1×1015 (Ωcm) at 150°C.
) Since the arc tube is made of the above glass materials, it is thought that it is possible to reduce the diffusion of mercury inside the glass, thereby suppressing the blackening of the glass wall.

【0011】[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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained in detail below with reference to the drawings.

【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。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the low-pressure mercury vapor discharge lamp according to the present invention. , a stem 2 is sealed, and an anode 3 and a hot cathode 4 are supported on the stem 2, respectively. Each anode 3 is a hot cathode 4
The anode 3 is formed of a circular coil, cylinder, or annular plate, and the hot cathode 4 is formed of a filament coil.

【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。
[0013] If the anode 3 and cathode 4 are respectively sealed at both ends of the arc tube 1 as described above, when the discharge current is increased, the cathode 4 can be made smaller to reduce loss due to heat radiation. On the other hand, the anode 3 can be made large to promote heat dissipation.

【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。本実施例では、短辺Xが15mm、長辺Y
が30mmでこの発光管の断面積は約4.5cm2 程
度とされている。
The arc tube 1 has a non-circular cross section, for example, a substantially flat square shape as shown in FIG. 2, and the ratio X/Y of the short side X to the long side Y is 0.2 to 0.2. It is formed to be about 0.8. In this example, the short side X is 15 mm, and the long side Y
is 30 mm, and the cross-sectional area of this arc tube is approximately 4.5 cm2.

【0015】この発光管1内部には、0.5〜13Pa
の水銀と13〜267Paのアルゴン等の希ガスを封入
してある。
[0015] Inside this arc tube 1, a pressure of 0.5 to 13 Pa is applied.
of mercury and a rare gas such as argon of 13 to 267 Pa are sealed.

【0016】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。
The low pressure mercury vapor discharge lamp constructed as described above is connected to an AC power source via the lighting circuit device 10. This lighting circuit device 10 includes, for example, a step-up transformer 11 and a heater transformer 12.
are connected to the anode 3 of the lamp, and the heater transformers 12 are connected to the hot cathode 4, respectively. Therefore, the hot cathode 4 always generates heat and emits thermoelectrons.

【0017】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。
The lighting circuit device 10 is configured to supply, for example, an input power of 500 W from a commercial power source to a low-pressure mercury vapor discharge lamp, so that the low-pressure mercury vapor discharge lamp has a discharge current of 7 A during discharge. is set so that the input per unit internal surface area is 0.3 W/cm2 or more, and the tube wall temperature of the arc tube in this case is 100 to 15
It reaches 0°C.

【0018】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
料を種々変化させて発光管の黒化現象を調査したところ
、従来の低圧水銀蒸気放電灯で多用されていた150℃
における体積抵抗率が1×1011(Ω・cm)、1×
1014(Ω・cm)のガラス材料で形成した発光管は
寿命中の黒化が著しいのに対し、150℃における体積
抵抗率が1×1015(Ω・cm)および1×1018
(Ω・cm)の石英ガラス材料で形成した発光管は寿命
中の黒化が殆ど発生しなかったことを見出だした.この
理由は、現時点で完全に究明していないものの、前述の
ように単位内表面積当りの入力電力が0.3W/cm2
 以上で点灯させた場合には、大きなエネルギーを有し
た水銀イオンが管璧付近に多数存在することになり、上
述の体積抵抗率が低いガラスは、ガラス内部への水銀の
拡散が顕著になるためと推察される。つまり、ガラスの
電気伝導は、一般にイオン伝導に起因するものであり、
ガラス内部のアルカリ含有率が増加すれば、その体積抵
抗率が低下する。一方、アルカリ含有率の増加は、ガラ
ス中の非架橋酸素の原子の増加を来すため、ガラス結晶
の網状構造が緩まることを意味するため、体積抵抗率が
小さいものは、水銀イオンの拡散を促進することに起因
するものと推察される。
Here, the inventors investigated the blackening phenomenon of the arc tube by variously changing the glass material constituting the arc tube 1 of the low-pressure mercury vapor discharge lamp constructed as described above, and found that 150℃, which was often used in low-pressure mercury vapor discharge lamps.
The volume resistivity at is 1×1011 (Ω・cm), 1×
1014 (Ω・cm) glass material has a significant blackening during its life, whereas the volume resistivity at 150°C is 1×1015 (Ω・cm) and 1×1018
It was found that arc tubes made of quartz glass material with a diameter of (Ω・cm) exhibited almost no blackening during their lifetime. Although the reason for this has not been completely investigated at present, as mentioned above, the input power per unit internal surface area is 0.3 W/cm2.
When the light is turned on under the above conditions, a large number of mercury ions with high energy will be present near the tube wall, and the above-mentioned glass with a low volume resistivity will noticeably diffuse mercury into the interior of the glass. It is assumed that. In other words, electrical conduction in glass is generally caused by ionic conduction,
As the alkali content inside the glass increases, its volume resistivity decreases. On the other hand, an increase in the alkali content causes an increase in the number of non-bridging oxygen atoms in the glass, which means that the network structure of the glass crystal becomes loose. It is assumed that this is due to the promotion of

【0019】以上の実験結果より、発光管を形成するガ
ラス材料の体積抵抗率が150℃において1×1015
(Ω・cm)以上であれば、単位内表面積当りの入力を
0.3W/cm2 以上としても、水銀のガラス内部へ
の拡散に起因する黒化が防止できるものである。
From the above experimental results, the volume resistivity of the glass material forming the arc tube is 1×1015 at 150°C.
(Ω·cm) or more, it is possible to prevent blackening caused by diffusion of mercury into the glass even if the input per unit internal surface area is 0.3 W/cm 2 or more.

【0020】以上の実施例においては、アークと管璧と
が近接し易く、そのため水銀のガラス内部への拡散に起
因する黒化が顕著となる発光管断面を非円形状に形成し
た発光管について説明しているが、例えば発光管断面を
円形形状にした場合には、アークと管璧とが相対的に離
間することになるため、一層黒化が防止できるものであ
る。
In the above embodiments, the arc tube has a non-circular cross section, where the arc and the tube wall are likely to come close to each other, and blackening due to the diffusion of mercury into the glass becomes noticeable. As described above, for example, when the arc tube has a circular cross section, the arc and the tube wall are relatively separated, so that blackening can be further prevented.

【0021】また、上記実施例においては、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ことを確
認している。
[0021]Also, in the above embodiment, an arc tube in which an anode and a cathode are sealed at both ends of the arc tube is explained, but the present invention also applies to an arc tube in which a pair of electrodes are sealed at both ends of the arc tube. It has been confirmed that the same effect as in the example is obtained.

【0022】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。
Furthermore, in the above embodiments, the arc tube has a U-shape, but the arc tube may be formed in other shapes other than the straight arc tube. .

【0023】[0023]

【発明の効果】以上の説明のように、本発明によれば、
結晶状態に影響すると思われる体積抵抗率が1×101
5(Ω・cm)以上のガラス材料で発光管を構成したた
め、水銀のガラス内部への拡散に起因する黒化が防止で
き、よって紫外線出力の低下が抑制できる低圧水銀蒸気
放電灯を提供できた。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention,
The volume resistivity, which is thought to affect the crystalline state, is 1×101
Since the arc tube is made of a glass material with a resistance of 5 (Ω cm) or more, it is possible to prevent blackening caused by the diffusion of mercury into the interior of the glass, thereby providing a low-pressure mercury vapor discharge lamp that can suppress a decrease in ultraviolet output. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【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。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a low-pressure mercury vapor discharge lamp according to the present invention.

【図2】図1中のI−I線の断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line II in FIG. 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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
1... Arc tube 2...
Stem 3...Anode 4...Cathode 10...
・Lighting circuit device 11...Step-up transformer 1
2... Heater transformer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】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、前記発光管は、150℃
における体積抵抗率が1×1015Ω・cm以上のガラ
ス材料で構成されていることを特徴とする低圧水銀蒸気
放電灯。
[Claim 1] A low-pressure mercury vapor discharge device in which electrodes are sealed at both ends of an arc tube, and mercury and rare gas are sealed inside the arc tube, and the lamp is lit at an input of 0.3 W/cm2 or more per unit internal surface area. It is an electric light, and the arc tube has a temperature of 150°C.
A low-pressure mercury vapor discharge lamp characterized in that it is made of a glass material having a volume resistivity of 1×10 15 Ω·cm or more.
【請求項2】発光管の両端部にそれぞれ陽極と陰極を封
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
管の発光部断面を非円形に形成すると共に、150℃に
おける体積抵抗率が1×1015Ω・cm以上のガラス
材料で構成することを特徴とする低圧水銀蒸気放電灯。
[Claim 2] A low-pressure lamp in which an anode and a cathode are sealed at both ends of the arc tube, and mercury and a rare gas are sealed in the arc tube, and the lamp is lit at an input per unit internal surface area of 0.3 W/cm2 or more. A low-pressure mercury vapor discharge lamp, characterized in that the light emitting portion of the arc tube has a non-circular cross section and is made of a glass material having a volume resistivity of 1×10 15 Ω·cm or more at 150° C. discharge lamp.
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