JPH0721989A - 放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 有効発光部における黒化防止用金属酸化物膜
の機能消失を防止し、黒化による照度低下と均整度の低
下を改善した放電灯を提供する。 【構成】 発光管１の有効発光部となる領域以外の位置
に排気管２を設け、有効発光部となる領域にのみアルミ
ナ膜３を形成し、発光管１の両端にタングステンフィラ
メント４ａ，４ｂと陽極８ａ，８ｂとからなる電極を設
け、発光管１を排気したのち、アルゴンガスと水銀を封
入添加し、排気管２をチップオフして、有効発光部以外
にチップオフ部９を備えた発光管を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、放電灯に関し、特に
紫外線を放射する殺菌用低圧水銀放電灯に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、放電灯においては、石英ガラス
等からなる発光管の保護や黒化防止などの目的のため
に、例えば特開平３−７７２５８号などに開示されてい
るように、発光管の内表面に、Al₂ Ｏ₃ ，TiＯ₂ ，SiＯ
₂ などの金属酸化物からなる保護膜を形成することが行
われている。

【０００３】また、一方、包装材料の殺菌や、水の殺菌
などには、電極間距離を比較的長い１ｍ程度とした254
nmの紫外線（殺菌線）を放射する低圧水銀放電灯が用い
られている。この放電灯の発光管には殺菌線の透過率特
性のよい石英ガラスが用いられており、そして石英ガラ
スの加工性と製造コストの観点から、発光管の電極部分
の溶封はステム式よりも、ピンチシールで行うのが一般
的であり、排気管は発光管の電極間の中央付近に設置
し、ピンチシールで発光管を溶封したのち、排気してチ
ップオフされるようになっている。

【０００４】ところで、このような構成の低圧水銀放電
灯において、発光管に保護膜を設けない場合、発光管の
黒化が生じるが、その黒化部を詳細に検討したところ、
発光管の黒化現象は次のような過程で起こることが判明
した。

【０００５】すなわち、低圧水銀放電灯は、図７におい
て発光管に対応させて示す動作電圧分布をもっている。
なお図７において、101 は石英ガラスからなる長さ約１
ｍの発光管で、102 は発光管101 の両端に配置されたタ
ングステンフィラメントと陽極とからなる電極である。
発光管中に封入された水銀は、フィラメントから放出さ
れた熱電子より、衝突によってエネルギーを受け取り励
起する。励起した大部分の水銀原子は、そのエネルギー
を波長185 nmや254 nmの光として放出するが、ごく一部
の水銀原子は電離エネルギーを得てイオン化し、発光管
101 の電界中で加速されて発光管101 を構成している石
英ガラスの中にイオンの状態で侵入し、石英ガラスの表
層に分散固定され、そのため石英ガラスよりなる発光管
101 は黒褐色に変色することが判った。そして、発光管
内の水銀蒸気から放射された光は、石英ガラス中に固定
された水銀により吸収され、そのエネルギーは熱エネル
ギーとして石英ガラス中に発散されてしまうため、石英
ガラスの透過率が見掛け上低下し、黒化した放電灯の放
射効率は低下するようになる。

【０００６】また黒化した発光管をよく観察すると、石
英ガラスの着色黒化は両端に配置されている電極102 か
ら約20mm程度の発光管の内側部分より発生しており、図
７に示した陽光柱の発生端と一致する。電極102 から数
mm〜10数mmの部位は、負グロー領域及びファラデー暗部
と呼ばれ、電位はほぼ一定であるため電位差はなく、し
たがってイオンの加速は行われず水銀イオンの石英ガラ
スへの侵入は起こりにくく、黒化は発生しない。なお、
発光管の管径，ランプ電圧，水銀蒸気圧によって放電灯
の動作条件が異なるため、前記負グロー領域及びファラ
デー暗部の領域の長さは放電灯の種類によって異なる。

【０００７】低圧水銀放電灯においては、陽光柱以外の
領域では紫外線の効率的な放射は行われず、また交流点
灯の半サイクル毎に、図７に示した動作電圧分布は左右
反転するため、低圧水銀放電灯においては、通常、電極
間距離から両端の負グロー領域及びファラデー暗部を除
いた領域を、有効発光部と呼び、その長さを有効発光長
と称して殺菌の用途に利用している。したがって、黒化
防止のために設ける保護膜は、前記有効発光部に設けれ
ばよいことになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、低圧水銀放
電灯において、水銀イオンの侵入による発光管の黒化等
を防止するため、図８に示すように、発光管101 の有効
発光部の内面に金属酸化物膜103 をゾル−ゲル法などで
形成した場合、排気管の接続、ピンチシールによる発光
管の溶封、排気後の排気管のチップオフなどの発光管10
1 の熱加工時に、金属酸化物膜103 は発光管101 を構成
している石英ガラスの中に溶け込んで、その機能を失っ
たり、あるいは蒸散して不透明な結晶粒の膜を生じたり
する。図８においては、排気管のチップオフ部104 の周
囲の金属酸化物膜103 が熱加工により蒸散し失われてい
る態様を示している。

【０００９】更に、このような熱加工を受け金属酸化物
膜の消失した石英ガラス部分は、放電灯の点灯時間に応
じて黒化が進行し、局部的な透過率の低下による紫外線
出力効率の低下や、発光管長手方向の紫外線出力の不均
一化により均斉度の低下が生じ、発光管管軸の法線と平
行にシート状の包装材料（ワーク）を流し殺菌する場合
などには、部分的な未殺菌部を生じさせてしまうという
問題点があった。

【００１０】本発明は、従来の黒化防止用の金属酸化物
膜を備えた放電灯における上記問題点を解消するために
なされたもので、有効発光部における金属酸化物膜の消
失等を防止し、黒化による照度低下と均斉度の低下を改
善できるようにした放電灯を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、両端に電極を備えた発光管の内
面に着色黒化防止用の金属酸化物膜を設け、且つ発光管
に排気管のチップオフ部を有している放電灯において、
前記排気管のチップオフ部を発光管の有効発光部以外の
部分に設けるものである。

【００１２】このように構成した放電灯においては、排
気管のチップオフ部が発光管の有効発光部以外の部分に
設けられるようにしているので、排気管のチップオフ工
程時における熱の影響を、有効発光部における金属酸化
物膜に与えないようにすることができ、それにより、発
光管の有効発光部における黒化による局部的な透過率の
低下や照度の不均一化を改善することができる。

【００１３】

【実施例】次に、実施例について説明する。図１は、本
発明に係る放電灯の実施例である低圧水銀放電灯の排気
前の発光管の断面を示す図である。図１において、１は
内径15mmの石英ガラス管からなる管入力400 Ｗ用の発光
管で、該発光管１には、後で両端部に電極が固定された
とき、電極のフィラメントの先端から約10mmで有効発光
部となる領域以外の位置に排気管２が接続され、次いで
有効発光部となる領域のみに、ゾル−ゲル法によってア
ルミナ（Al₂ Ｏ₃ ）膜３が、0.１〜１μｍの厚さで形成
される。そして、発光管１の両端には、電子放射物質、
例えばBa，Ca，Sr等の炭酸塩を塗布したタングステンフ
ィラメント４ａ，４ｂが、フィラメント支持柱５ａ，５
ｂで支持され、該支持柱５ａ，５ｂはモリブデン箔６
ａ，６ｂを介して発光管１の外部リード線７ａ，７ｂに
継線され、ピンチシールにより封じられている。またフ
ィラメント支持柱５ａ，５ｂには陽極８ａ，８ｂが溶接
されており、フィラメント４ａ，４ｂと陽極８ａ，８ｂ
とで、それぞれ電極を構成している。そして、この実施
例においては、電極間距離は840 mmとし、負グロー領域
及びファラデー暗部は電極から約20mmの部分までであ
り、したがって有効発光部は両電極から20mmずつ内側の
領域であり、有効発光長は800 mmとなっている。

【００１４】排気管２は、前記のように発光管１のいず
れか一方の有効発光部以外の部分に設けられており、ア
ルミナ膜３と電極が取り付けられた後、真空排気機に接
続され、発光管１内を真空にした後、発光管全体を加熱
して脱ガスを行い、次いで、タングステンフィラメント
４ａ，４ｂに、これに継線されているリード線７ａ，７
ｂを介して電流を流し、抵抗加熱することによって、タ
ングステンフィラメント４ａ，４ｂに塗布している前記
炭酸塩を加熱分解して炭酸ガスを放出させ、排気してタ
ングステンフィラメント４ａ，４ｂ上に電子放射物質で
あるBa，Ca，Srの酸化物を形成させる。

【００１５】次に、排気管２を通して始動用ガスである
アルゴンガスを約１torr、水銀を約200mg 封入添加した
後、排気管をチップオフする。これにより、図２に示す
ように発光管１の有効発光部以外の部分にチップオフ部
９を備えた低圧水銀灯用発光管が得られる。

【００１６】次に、このように構成された発光管からな
る低圧水銀放電灯を実際に殺菌ランプ装置として使用す
る場合には、図３の（Ａ）及びその断面を表す図３の
（Ｂ）に示すように、発光管１は石英ガラス製の外管11
内に間隔をおいて収納され、外管11の両端には、発光管
冷却用の純水の出入口となる継手12ａ，12ｂが接続さ
れ、発光管１と外管11との間隙部には、ポンプ，クーラ
ー，ヒーター等で構成される水制御装置（図示せず）に
より約40℃の温度に調整された純水が流されるようにな
っている。

【００１７】更に、発光管１を収納した外管11は、発光
管１からの放射光を有効に利用するための反射板13を備
え発光管の有効発光部以外はマスクするように窓部14を
設けた点灯ボックス15内に配置され、包装材料などのワ
ーク16に窓部14を対向させてセットされるようになって
いる。なお発光管１の中心からワーク16の表面までの距
離は、通常数mm〜数十mm程度である。

【００１８】図４は、発光管全体から放射される紫外線
の出力維持率の動程を示す図で、曲線ａは本発明による
発光管の特性であり、曲線ｂは従来の発光管の特性を示
している。図４からわかるように、本発明によるものと
従来のものとは、2000時間の点灯で維持率は数％の差し
かみられない。これは、本発明により改善される黒化防
止用金属酸化物膜部分の面積が、有効発光部全体の面積
に対する比率が数％であるからである。

【００１９】一方、図５は、発光部中央部における紫外
線照度の維持率動程を示す図であり、曲線ａは本発明に
よる発光管の動程を示し、曲線ｂは従来のものの動程を
示している。この図５からわかるように、2000時間点灯
時における紫外線照度維持率は、本発明によるものが90
％であるのに対し、従来のものは大幅に低下し60％にな
っている。これは、従来の発光管はチップオフ部が中央
部に設けられていて、該チップオフ部の形成時の印加熱
により、チップオフ部の近傍の金属酸化物膜による黒化
防止機能が失われ、そのため発光管中央部が部分的に黒
化し、透過率が局部的に低下する現象のためである。

【００２０】このような発光管の中央部において局部的
に透過率を低下させた従来の発光管における管軸方向の
紫外線照度分布を図６の実線で示す。低圧水銀放電灯が
包装材料の表面殺菌に利用される場合、ワークはなるべ
く高い紫外線照度を得るため、発光管から近距離で使用
される。そのため、図６に示すような照度むらがある
と、ワークに未殺菌部を生じさせたり、紫外線照度の低
い部分で十分な紫外線量を得るためにワークを移動させ
る速度を低下させなければならなくなり、相対的に放電
灯の寿命を短縮化してしまう。

【００２１】これに対し、本発明による放電灯において
は、有効発光部における金属酸化物膜は、排気管のチッ
プオフ部形成時の印加熱の影響を受けないため、管軸方
向の紫外線照度分布は、図６において点線で示すよう
に、均整度がよくなり、それにより放電灯の寿命特性の
改善効果は著しく大きい。

【００２２】なお、上記実施例においては、本発明を低
圧水銀放電灯に適用したものを示したが、本発明は、こ
れに限らず、黒化防止用金属酸化物膜を用いた他の同様
なタイプの放電灯にも勿論適用できるものであり、同様
な作用効果が得られる。

【００２３】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、有効発光部における黒化防止用金
属酸化物膜の機能消失等が防止され、黒化による照度低
下と均整度の低下を阻止した長寿命の放電灯を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放電灯の実施例の排気前の発光管
の断面を示す図である。

【図２】図１に示した発光管の完成した態様を示す断面
図である。

【図３】図１に示した発光管を用いた殺菌ランプ装置の
構成例を示す平面図及び断面図である。

【図４】発光管全体から放射される紫外線の出力維持率
動程を示す図である。

【図５】発光管中央部における紫外線照度維持率動程を
示す図である。

【図６】発光管の管軸方向の紫外線照度分布を示す図で
ある。

【図７】一般の低圧水銀放電灯の動作電圧分布を示す図
である。

【図８】従来の低圧水銀放電灯の発光管の構成例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１ 発光管 ２ 排気管 ３ アルミナ膜 ４ａ，４ｂ タングステンフィラメント ５ａ，５ｂ フィラメント支持柱 ６ａ，６ｂ モリブデン箔 ７ａ，７ｂ リード線 ８ａ，８ｂ 陽極 ９ チップオフ部 11 外管 12ａ，12ｂ 継手 13 反射板 14 窓部 15 点灯ボックス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端に電極を備えた発光管の内面に着色
   黒化防止用の金属酸化物膜を設け、且つ発光管に排気管
   のチップオフ部を有している放電灯において、前記排気
   管のチップオフ部を発光管の有効発光部以外の部分に設
   けたことを特徴とする放電灯。