高輝度放電ランプ用管球材料の 熱処理および点灯による構造変化
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高輝度放電ランプ用管球材料の 熱処理および点灯による構造変化. 分子科学講座 田中宏志. ・紫外線 ・熱 ・薬品. シリカガラス. ほぼ 100 ％ SiO ₂ からなる非晶質材料. 特性. ・光をよく通す ( 真空紫外～近赤外） ・耐久性に優れている. シリカガラスの種類. ・溶融石英ガラス. ・金属不純物の有無 ・ OH 基の有無 ・光学的均質性. 製法. ・電気溶融法 ・プラズマ溶融法 ・酸水素火炎溶融法. ・合成シリカガラス. 製法. ・直接法 ・スート法 ・プラズマ法 ・ゾル - ゲル法. 用途により使い分け. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
高輝度放電ランプ用管球材料の熱処理および点灯による構造変化
分子科学講座 田中宏志
シリカガラスほぼ 100 ％ SiO₂ からなる非晶質材料
特性・光をよく通す ( 真空紫外～近赤外）
・耐久性に優れている・紫外線
・熱
・薬品
シリカガラスの種類・溶融石英ガラス 製法 ・電気溶融法
・プラズマ溶融法
・酸水素火炎溶融法
・合成シリカガラス製法 ・直接法
・スート法
・プラズマ法
・ゾル - ゲル法
・金属不純物の有無
・ OH 基の有無
・光学的均質性
用途により使い分け
OH 基と仮想温度・ OH 基
・仮想温度， TF
・ Si-OH 基の形でシリカガラス中に存在
・熱処理などにより OH 基が増減する。
・仮想温度とはガラスの構造が凍結したと考えられる温度
・長時間高温で加熱後、急冷したガラスを測定することにより， 構造の仮想温度依存性を求められる← 本研究では，代用特性 ( 赤外吸収ピーク位置 ) から
測定
HID ( 高輝度放電）ランプ
特徴・ランプ１灯あたりの光束が大きい
・電球やハロゲン電球に比べ発光効率に優れる
用途 プロジェクター
リソグラフィー
自動車
High Intensity Discharge Lamp
ランプ管球
ショートアーク水銀ランプ（リソグラフィー用）
80
mm
90 mm
Measured Area
Hydrogen-Oxygen
Flame
Measured Area
27
mm
34
mm
研究の背景HID ランプの使用が増加
管球使用にともなう構造変化の知見がない
熱処理に伴うデータをとる
測定方法サンプル
・厚さ約 0.5mm
・幅 1.5mm ～ 3.6mm
測定器
・日本分光製 FT/IR-600Plus
フーリエ変換赤外分光光度計
+IRT-30 型赤外顕微鏡
アパーチャー 30μm□
測定項目
・ OH 濃度
・仮想温度
測定機器の写真
3400 3500 3600 3700 38000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
ES
Wavenumver (cm-1)
Abs
orba
nce
OH 濃度の測定方法
3400 ～ 3800cm-1 付近の赤外吸収スペクトル
・ OH 濃度の計算 1000
cm
1ppmOH A
t
t : サンプルの厚みＡ : ピーク位置高さ
3400 3500 3600 3700 38000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
ES
Wavenumver (cm-1)
Abs
orba
nce
A
仮想温度の測定方法
2220 2240 2260 2280 2300
0.23
0.24
0.25
Wavenumver (cm-1)A
bsor
banc
e
ES
2220 ～ 2300cm-1 付近の赤外吸収スペクトル
・仮想温度の計算
fT
Kcm21.43809cm64.2228ν
11
：仮想温度
ν ：ピーク位置の波数T f
参考文献
A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids, 185, 191 (1985)
実験の種類
１ . HID ランプ用管球の熱処理２ . HID ランプの点灯による 構造変化
３ . HID ランプに封入したシリカ ガラスの構造変化
１ . HID ランプ用管球の熱処理・熱処理条件
サンプル 熱処理条件 A 未処理 B 900℃ ， 5h C 1050℃ ， 5h D 1050℃ ， 10h E 1150℃ ， 5h F 1200℃ ， 10h G 合成，未処理
１ .OH 濃度の測定結果
位置 ㎛
A B C D E F G
処理温度( )℃
未処理 900 1050 1050 1150 1200 合成，
処理時間 (h) 5
5
10 5 10 未処理
15 760 176 592 578 203 192 1187
25 980 248 412 no 253 261 887
45 740 nd nd nd nd nd 327
100 nd nd
（単位：ppm ）
nd ：測定限界以下 no ：測定なし
１ . 仮想温度の測定結果
0 500 1000 15001000
1200
1400
1600
1800
2000
Distance From Outside (m)
Fic
tive
Tem
pera
ture
(K
)
C
B
D
A
E
F
G
ABCDEFG
B (5h)
C (5 h), D (10 h)
E (10 h)F (10 h)
A: 未処理
G (合成未処理)
２ .HID ランプの点灯使用サンプル
点灯時間の違う HID ランプ ( 小型 1cm ）
点灯時間
１２
10 分 2000 時間
２ .OH 濃度の測定結果
0 500 1000 15000
50
100
150
Distance From inside (m)
OH
con
t. (p
pm)
点灯2000h
点灯10分間
２ . 仮想温度の測定結果
0 500 1000 1500
1000
1200
1400
1600
1800
Distance From inside (m)
Fict
ive
Tem
prat
ure
TF (
K)
点灯10分間約1450K
点灯2000h約1250K
３ .HID ランプに封入したシリカガラス
・使用したランプ管球
・サンプル試料名 材質 製造方法 OH 量（ｐｐ
ｍ）ED-A 合成石英ガラス スート法 80
N 有水溶融石英ガラス
火炎溶融 100~200
HR 無水溶融石英ガラス
電気溶融
ES 合成シリカガラス 直接法 700~1500
ショートアーク水銀ランプ（ 10cm ）
片面を酸水素火炎処理
３ .OH 濃度の測定結果
0 1000 2000 30000
100
200
300
OH
con
t. (p
pm)
Distance From Surface (m)
ED-A(70ppm)
0 1000 2000 30000
100
200
OH
con
t. (p
pm)
Distance From Surface (m)
HR(10ppm)
0 1000 2000 30000
100
200
OH
con
t. (
ppm
)
Distance From Surface (m)
N(110ppm)
0 1000 2000 30000
1000
2000
OH
con
t. (p
pm)
Distance From Surface (m)
ES(1000ppm)
３．仮想温度の測定結果
0 1000 2000 30001100
1200
1300
1400
1500
Fict
ive
Tem
prat
ure
TF (
K)
Distance From Surface(m)
ES1200～1300K
0 1000 2000 30001100
1200
1300
1400
1500
Fict
ive
Tem
prat
ure
TF (
K)
Distance From Surface(m)
ED-A1300～1400K
0 1000 2000 30001100
1200
1300
1400
1500
Fict
ive
Tem
prat
ure
TF (
K)
Distance From Surface(m)
HR1350～1450K
0 1000 2000 30001100
1200
1300
1400
1500
Fict
ive
Tem
prat
ure
TF (
K)
Distance From Surface(m)
N1350～1450K
まとめ・ HID ランプの熱処理による構造変化
・ HID ランプの点灯による構造変化
・ OH基の除去には限界がある
・長い間点灯すると内側に OH基が入り込む
・シリカガラスの種類によって構造変化の様子が違う
今後の課題・構造変化に対する点灯時間依存性の把握