JP2000357491A - 低圧水銀蒸気放電灯およびそれを使用した紫外線照射装置 - Google Patents
低圧水銀蒸気放電灯およびそれを使用した紫外線照射装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アマルガムを用いた低圧水銀蒸気放電灯にお
いて、放電開始電圧を低くすることと、紫外線光量の立
上がり時間を速くする。 【解決手段】 発光長が４０ｃｍ以上で且つ発光長の単
位長さ当たりの入力密度が０．９Ｗ／ｃｍ以上の、発光
金属として少なくとも水銀を含み、始動用希ガスを封入
してなる放電灯において、水銀は他の金属とのアマルガ
ム状態（１３）で備えると共に、放電灯のガラス内表面
に極微量の水銀をトラップする薄膜（１２）を形成す
る。薄膜（１２）は、例えばＡｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇ、
Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆの中から選ばれた金属の少なくとも１種
類以上の酸化物を主成分とする。アマルガム（１３）
は、放電灯のガラス内表面の放電空間側の一箇所以上に
固着する。
いて、放電開始電圧を低くすることと、紫外線光量の立
上がり時間を速くする。 【解決手段】 発光長が４０ｃｍ以上で且つ発光長の単
位長さ当たりの入力密度が０．９Ｗ／ｃｍ以上の、発光
金属として少なくとも水銀を含み、始動用希ガスを封入
してなる放電灯において、水銀は他の金属とのアマルガ
ム状態（１３）で備えると共に、放電灯のガラス内表面
に極微量の水銀をトラップする薄膜（１２）を形成す
る。薄膜（１２）は、例えばＡｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇ、
Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆの中から選ばれた金属の少なくとも１種
類以上の酸化物を主成分とする。アマルガム（１３）
は、放電灯のガラス内表面の放電空間側の一箇所以上に
固着する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、紫外線による水の
浄化処理などに使用される、比較的電力密度が高く発光
長が長い低圧水銀蒸気放電灯に関し、また、それを使用
した紫外線照射装置に関する。
浄化処理などに使用される、比較的電力密度が高く発光
長が長い低圧水銀蒸気放電灯に関し、また、それを使用
した紫外線照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】短波長域の紫外線は殺菌や有害有機物の
分解などに利用されており、１８５nmや２５４nmなどの
紫外線発生源として低圧水銀蒸気放電灯が知られてい
る。一般に低圧水銀蒸気放電灯には過剰の水銀と共にア
ルゴン（Ａｒ）などの希ガスが封入されており、水銀蒸
気圧（蒸発量）は放電灯内の最冷部温度（最も冷たい部
位の温度）に依存して変化する。また、紫外線の放射効
率は水銀蒸気圧と密接な関係にあって、例えば２５４nm
の紫外線は４０℃の蒸気圧約６×１０-3ｔｏｒｒで最も
放射効率が高く、７０℃では蒸気圧が約５×１０-2ｔｏ
ｒｒまで上昇し、効率は２０％以上低下する。従って、
通常は動作中の温度が４０℃付近になるように設計され
ている。しかし、近年は処理能力を高める目的から放電
灯の高密度が図られており、この場合は４０℃を超えて
しまうので、水銀をアマルガムの状態で封入する方法が
採られている。アマルガムというのは、水銀を例えばビ
スマス（Ｂｉ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）な
どの金属と合金化して放電灯内に設置することによっ
て、高温動作中における水銀蒸気圧を抑制する方法であ
る。一例として、インジウム−ビスマスアマルガムの蒸
気圧曲線を水銀（純水銀）の蒸気圧曲線と比較すると図
５のようになる。
分解などに利用されており、１８５nmや２５４nmなどの
紫外線発生源として低圧水銀蒸気放電灯が知られてい
る。一般に低圧水銀蒸気放電灯には過剰の水銀と共にア
ルゴン（Ａｒ）などの希ガスが封入されており、水銀蒸
気圧（蒸発量）は放電灯内の最冷部温度（最も冷たい部
位の温度）に依存して変化する。また、紫外線の放射効
率は水銀蒸気圧と密接な関係にあって、例えば２５４nm
の紫外線は４０℃の蒸気圧約６×１０-3ｔｏｒｒで最も
放射効率が高く、７０℃では蒸気圧が約５×１０-2ｔｏ
ｒｒまで上昇し、効率は２０％以上低下する。従って、
通常は動作中の温度が４０℃付近になるように設計され
ている。しかし、近年は処理能力を高める目的から放電
灯の高密度が図られており、この場合は４０℃を超えて
しまうので、水銀をアマルガムの状態で封入する方法が
採られている。アマルガムというのは、水銀を例えばビ
スマス（Ｂｉ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）な
どの金属と合金化して放電灯内に設置することによっ
て、高温動作中における水銀蒸気圧を抑制する方法であ
る。一例として、インジウム−ビスマスアマルガムの蒸
気圧曲線を水銀（純水銀）の蒸気圧曲線と比較すると図
５のようになる。
【０００３】図４に従来技術の低圧水銀蒸気放電灯の一
例を示す。図４で１は石英ガラス製の発光管バルブで、
両端はガラスステム２ａ、２ｂで機密に閉塞されてい
る。４はビスマス−スズアマルガムでガラスステム２ａ
上に係止されている。２１ａ、２１ｂは一対のフィラメ
ントで、放電をスムースに行わせる目的で酸化バリウム
（ＢａＯ）系の熱電子放射性物質が塗布されている。フ
ィラメント２１ａ、２１ｂはそれぞれ、ガラスステム２
ａ、２ｂ上に保持され、リードワイヤー２２ａ，２２
ｂ，２２ｃ，２２ｄを介して、口金３ａ、３ｂの端子３
１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと電気的に通じている。
また、バルブ内には他に適量のアルゴン（Ａｒ）ガスが
封入されている。かかる放電灯を所定の電源に接続して
電力を投じるとフィラメント２１ａ、２１ｂ間で放電
し、放電熱によって水銀蒸気が増加すると共に蒸発した
水銀原子が励起されて紫外線を発することになる。
例を示す。図４で１は石英ガラス製の発光管バルブで、
両端はガラスステム２ａ、２ｂで機密に閉塞されてい
る。４はビスマス−スズアマルガムでガラスステム２ａ
上に係止されている。２１ａ、２１ｂは一対のフィラメ
ントで、放電をスムースに行わせる目的で酸化バリウム
（ＢａＯ）系の熱電子放射性物質が塗布されている。フ
ィラメント２１ａ、２１ｂはそれぞれ、ガラスステム２
ａ、２ｂ上に保持され、リードワイヤー２２ａ，２２
ｂ，２２ｃ，２２ｄを介して、口金３ａ、３ｂの端子３
１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと電気的に通じている。
また、バルブ内には他に適量のアルゴン（Ａｒ）ガスが
封入されている。かかる放電灯を所定の電源に接続して
電力を投じるとフィラメント２１ａ、２１ｂ間で放電
し、放電熱によって水銀蒸気が増加すると共に蒸発した
水銀原子が励起されて紫外線を発することになる。
【０００４】ところで、アマルガムを封入した放電灯は
高温動作中における水銀蒸気圧を抑制することで高い紫
外線放射効率を確保するという大きな効能があるが、高
温動作中のみならず点灯前の低温時にも水銀蒸気圧が抑
制されるので、それに伴う欠点も存在する。ひとつは、
放電開始電圧が高く、始動しにくいという不利を生じる
ことである。通常、点灯前の放電灯バルブ内の温度は雰
囲気温度とほぼ同等であり、例えば雰囲気温度が常温２
０℃の場合、通常の水銀を封入した放電灯においては
１．２×１０-3ｔｏｒｒ程度の水銀蒸気圧が存在し、こ
の水銀蒸気圧とアルゴンガスによるペニング効果によっ
て放電開始電圧が大幅に低下してスムースに放電開始す
る。これに対して、アマルガムを封入した放電灯では点
灯前の水銀蒸気圧が水銀の場合の１／１０以下に抑制さ
れ、ペニング効果が薄れるために放電開始電圧が高い状
態になるものである。従って、アマルガムを封入した放
電灯を始動させるためには従来よりも高い電圧を印加す
る必要がある。
高温動作中における水銀蒸気圧を抑制することで高い紫
外線放射効率を確保するという大きな効能があるが、高
温動作中のみならず点灯前の低温時にも水銀蒸気圧が抑
制されるので、それに伴う欠点も存在する。ひとつは、
放電開始電圧が高く、始動しにくいという不利を生じる
ことである。通常、点灯前の放電灯バルブ内の温度は雰
囲気温度とほぼ同等であり、例えば雰囲気温度が常温２
０℃の場合、通常の水銀を封入した放電灯においては
１．２×１０-3ｔｏｒｒ程度の水銀蒸気圧が存在し、こ
の水銀蒸気圧とアルゴンガスによるペニング効果によっ
て放電開始電圧が大幅に低下してスムースに放電開始す
る。これに対して、アマルガムを封入した放電灯では点
灯前の水銀蒸気圧が水銀の場合の１／１０以下に抑制さ
れ、ペニング効果が薄れるために放電開始電圧が高い状
態になるものである。従って、アマルガムを封入した放
電灯を始動させるためには従来よりも高い電圧を印加す
る必要がある。
【０００５】もうひとつの欠点は、紫外線光量の立上が
りが遅いことである。これはもともと放電灯内の水銀蒸
気が少ないことから点灯直後の紫外線発光が少ないこと
に加え、水銀蒸気が少ないことによって点灯直後の放電
灯入力が低いこと、点灯直後の放電灯入力が低いことに
よって放電熱が少ないため放電灯が温まりにくいこと、
放電灯が温まりにくいことからアマルガムからの水銀蒸
発が一層遅くなることなど、相乗的な要因が挙げられ
る。
りが遅いことである。これはもともと放電灯内の水銀蒸
気が少ないことから点灯直後の紫外線発光が少ないこと
に加え、水銀蒸気が少ないことによって点灯直後の放電
灯入力が低いこと、点灯直後の放電灯入力が低いことに
よって放電熱が少ないため放電灯が温まりにくいこと、
放電灯が温まりにくいことからアマルガムからの水銀蒸
発が一層遅くなることなど、相乗的な要因が挙げられ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】これらの欠点は、水銀
をアマルガム状態で封入した放電灯であっても、その発
光長（フィラメント間の長さ）が比較的短い放電灯であ
れば、比較的低い放電開始電圧で始動し、水銀蒸気の放
電管内に満たされる時間が速いので、実用上の障害は少
ない。また、入力密度が低い放電灯においては、敢えて
水銀をアマルガム状態で封入する絶対的必然性がないの
で、そもそも、上記のような欠点の存在すら問題にされ
ることはない。これに対して、紫外線による浄化処理分
野で要求されるような長尺・高密度の放電灯にとって
は、上記の欠点は大きな問題となる。すなわち、近年、
紫外線による浄化処理分野では一層の処理能力向上が求
められており、より高密度化と共に大容量化を目的に発
光長が長い放電灯が必要になっている。そのような発光
長が長い放電灯においては、放電開始電圧が発光長に比
例して高まり、また、発光長の長さが水銀蒸気が全体に
行き渡るまでのタイムラグが延びる要因にもなるため、
上記のような欠点は解決されるべき重要な問題となって
くる。また、そのような放電灯においては、入力密度が
１Ｗ／ｃｍ前後を超えるような高密度のものが用いられ
ており、その種の高密度の放電灯にあっては点灯動作中
の温度が遥かに高くなってくるが故に水銀蒸気圧を一層
抑制したアマルガムを採用せざるを得なく、そうすると
更に放電開始電圧が高くなり、紫外線光量の立上がりも
遅くなる。
をアマルガム状態で封入した放電灯であっても、その発
光長（フィラメント間の長さ）が比較的短い放電灯であ
れば、比較的低い放電開始電圧で始動し、水銀蒸気の放
電管内に満たされる時間が速いので、実用上の障害は少
ない。また、入力密度が低い放電灯においては、敢えて
水銀をアマルガム状態で封入する絶対的必然性がないの
で、そもそも、上記のような欠点の存在すら問題にされ
ることはない。これに対して、紫外線による浄化処理分
野で要求されるような長尺・高密度の放電灯にとって
は、上記の欠点は大きな問題となる。すなわち、近年、
紫外線による浄化処理分野では一層の処理能力向上が求
められており、より高密度化と共に大容量化を目的に発
光長が長い放電灯が必要になっている。そのような発光
長が長い放電灯においては、放電開始電圧が発光長に比
例して高まり、また、発光長の長さが水銀蒸気が全体に
行き渡るまでのタイムラグが延びる要因にもなるため、
上記のような欠点は解決されるべき重要な問題となって
くる。また、そのような放電灯においては、入力密度が
１Ｗ／ｃｍ前後を超えるような高密度のものが用いられ
ており、その種の高密度の放電灯にあっては点灯動作中
の温度が遥かに高くなってくるが故に水銀蒸気圧を一層
抑制したアマルガムを採用せざるを得なく、そうすると
更に放電開始電圧が高くなり、紫外線光量の立上がりも
遅くなる。
【０００７】従来技術の発想からは、この種の長尺・高
密度の放電灯を放電開始させるためには更に過大な電圧
を印加することになるが、紫外線による殺菌や有害有機
物分解技術は水の浄化処理など水を扱う用途に使用され
る場合が多く、高温多湿の雰囲気での過大な電圧印加は
関連機器の絶縁破壊事故に繋がるため好ましくない。ま
た、紫外線光量の立上がりが遅いことが原因で、処理不
十分のまま源水が流出することは環境上、避けなければ
ならないことである。
密度の放電灯を放電開始させるためには更に過大な電圧
を印加することになるが、紫外線による殺菌や有害有機
物分解技術は水の浄化処理など水を扱う用途に使用され
る場合が多く、高温多湿の雰囲気での過大な電圧印加は
関連機器の絶縁破壊事故に繋がるため好ましくない。ま
た、紫外線光量の立上がりが遅いことが原因で、処理不
十分のまま源水が流出することは環境上、避けなければ
ならないことである。
【０００８】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、過大な電圧を印加せずとも点灯可能なように放電開
始電圧の低く、且つ紫外線光量の立上がりのはやい、高
密度で発光長の長い低圧水銀蒸気放電灯を提供しようと
するものであり、また、かかる低圧水銀蒸気放電灯を使
用した紫外線照射装置を提供しようとするものである。
で、過大な電圧を印加せずとも点灯可能なように放電開
始電圧の低く、且つ紫外線光量の立上がりのはやい、高
密度で発光長の長い低圧水銀蒸気放電灯を提供しようと
するものであり、また、かかる低圧水銀蒸気放電灯を使
用した紫外線照射装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る低圧水銀蒸
気放電灯は、発光長が４０ｃｍ以上で且つ発光長の単位
長さ当たりの入力密度が０．９Ｗ／ｃｍ以上の、発光金
属として少なくとも水銀を含み、始動用希ガスを封入し
てなる放電灯において、水銀は他の金属とのアマルガム
状態で備えると共に、放電灯のガラス内表面に極微量の
水銀をトラップする薄膜を形成したことを特徴としてい
る。これにより、点灯動作中はアマルガム温度に応じた
適度な水銀が蒸発し、高い紫外線発光効率に寄与する。
その一方で、消灯すると一部の水銀蒸気はアマルガム部
に戻るが、放電灯のガラス内表面に極微量の水銀をトラ
ップする薄膜が形成されているためにその付近の水銀蒸
気は水銀のままガラス内表面の薄膜に取り込まれる。よ
って、次の点灯開始時にはガラス内表面の薄膜に取り込
まれた水銀粒からの水銀蒸気が存在するため、低い放電
開始電圧が確保される。併せて、点灯開始時における水
銀蒸気の存在により、紫外線光量の立上がりも速い放電
灯が達成できる。従って、上記従来技術の欠点を改善す
ることができる。
気放電灯は、発光長が４０ｃｍ以上で且つ発光長の単位
長さ当たりの入力密度が０．９Ｗ／ｃｍ以上の、発光金
属として少なくとも水銀を含み、始動用希ガスを封入し
てなる放電灯において、水銀は他の金属とのアマルガム
状態で備えると共に、放電灯のガラス内表面に極微量の
水銀をトラップする薄膜を形成したことを特徴としてい
る。これにより、点灯動作中はアマルガム温度に応じた
適度な水銀が蒸発し、高い紫外線発光効率に寄与する。
その一方で、消灯すると一部の水銀蒸気はアマルガム部
に戻るが、放電灯のガラス内表面に極微量の水銀をトラ
ップする薄膜が形成されているためにその付近の水銀蒸
気は水銀のままガラス内表面の薄膜に取り込まれる。よ
って、次の点灯開始時にはガラス内表面の薄膜に取り込
まれた水銀粒からの水銀蒸気が存在するため、低い放電
開始電圧が確保される。併せて、点灯開始時における水
銀蒸気の存在により、紫外線光量の立上がりも速い放電
灯が達成できる。従って、上記従来技術の欠点を改善す
ることができる。
【００１０】特に、発光長が４０ｃｍ以上の放電灯にお
いては、従来技術によれば放電開始電圧が１０００Ｖを
超えることとなり、そうすると、電気設備技術基準で定
められているように一段と厳しい安全性が求められるた
め、高価な施設にならざるを得なかったが、本発明によ
れば、放電開始電圧をそれよりもはるかに低くすること
ができるので、そのような問題がなくなる。よって、本
発明は、発光長が４０ｃｍ以上の放電灯において大きな
利点をもたらす。また、入力密度が０．９Ｗ／ｃｍ以上
になると、水銀をアマルガム状態で封入しないと雰囲気
温度が１０℃前後の低温下で点灯しても適正な最冷温度
の確保が難しいため、水銀をアマルガム状態で封入せざ
るを得ない。そうすると、上述したような解決されるべ
き課題が発生する。よって、本発明は、発光長の単位長
さ当たりの入力密度が０．９Ｗ／ｃｍ以上の放電灯にお
いて、重大な欠点を有利に解決することができるので、
大きな利点をもたらす。
いては、従来技術によれば放電開始電圧が１０００Ｖを
超えることとなり、そうすると、電気設備技術基準で定
められているように一段と厳しい安全性が求められるた
め、高価な施設にならざるを得なかったが、本発明によ
れば、放電開始電圧をそれよりもはるかに低くすること
ができるので、そのような問題がなくなる。よって、本
発明は、発光長が４０ｃｍ以上の放電灯において大きな
利点をもたらす。また、入力密度が０．９Ｗ／ｃｍ以上
になると、水銀をアマルガム状態で封入しないと雰囲気
温度が１０℃前後の低温下で点灯しても適正な最冷温度
の確保が難しいため、水銀をアマルガム状態で封入せざ
るを得ない。そうすると、上述したような解決されるべ
き課題が発生する。よって、本発明は、発光長の単位長
さ当たりの入力密度が０．９Ｗ／ｃｍ以上の放電灯にお
いて、重大な欠点を有利に解決することができるので、
大きな利点をもたらす。
【００１１】本発明の好ましい実施態様は、上記低圧水
銀蒸気放電灯において、極微量の水銀をトラップする薄
膜は、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、カルシ
ウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、イットリウム
（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）の
中から選ばれた金属の少なくとも１種類以上の酸化物を
主成分とすることである。これらの金属酸化物は、耐熱
に優れ化学的に安定であるため水銀をトラップする薄膜
として有効に作用する。また、上記低圧水銀蒸気放電灯
において、ガラス内表面の放電空間側の一箇所以上の箇
所にアマルガムを固着するとよい。このようにアマルガ
ムを放電空間側の内表面に固着することで、アマルガム
が放電空間に直接さらされることとなり、点灯後比較的
速やかに温度が上昇して、アマルガムからの水銀蒸気の
促進、つまりは紫外線光量の立上がりを一層促進させる
ことができる。更に、本発明に係る紫外線照射装置は、
上記低圧水銀蒸気放電灯を紫外線光量源としたことを特
徴としている。上記のように、本発明に係る低圧水銀蒸
気放電灯は、放電開始電圧が低く且つ紫外線光量の立上
がりが速く、しかも高密度・長尺（入力密度０．９Ｗ／
ｃｍ以上、発光長４０ｃｍ以上）であるため、かかる放
電灯を使用することで、極めて高性能で信頼性の高い紫
外線照射装置を提供することができる。
銀蒸気放電灯において、極微量の水銀をトラップする薄
膜は、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、カルシ
ウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、イットリウム
（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）の
中から選ばれた金属の少なくとも１種類以上の酸化物を
主成分とすることである。これらの金属酸化物は、耐熱
に優れ化学的に安定であるため水銀をトラップする薄膜
として有効に作用する。また、上記低圧水銀蒸気放電灯
において、ガラス内表面の放電空間側の一箇所以上の箇
所にアマルガムを固着するとよい。このようにアマルガ
ムを放電空間側の内表面に固着することで、アマルガム
が放電空間に直接さらされることとなり、点灯後比較的
速やかに温度が上昇して、アマルガムからの水銀蒸気の
促進、つまりは紫外線光量の立上がりを一層促進させる
ことができる。更に、本発明に係る紫外線照射装置は、
上記低圧水銀蒸気放電灯を紫外線光量源としたことを特
徴としている。上記のように、本発明に係る低圧水銀蒸
気放電灯は、放電開始電圧が低く且つ紫外線光量の立上
がりが速く、しかも高密度・長尺（入力密度０．９Ｗ／
ｃｍ以上、発光長４０ｃｍ以上）であるため、かかる放
電灯を使用することで、極めて高性能で信頼性の高い紫
外線照射装置を提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明しよう。図１は本発明に係る
低圧水銀蒸気放電灯Ｌの一実施例を示すもので、図で左
側の端部のみ断面図にてその内部構造を図示している
が、他端も同様の内部構造からなる。放電灯Ｌは、発光
管部１とその両端のガラスステム部２ａ，２ｂおよび口
金部３ａ，３ｂとからなっている。発光管部１は、一例
として内径２２mm、肉厚１mmの石英ガラス製の発光管バ
ルブ１１によって構成されており、該発光管バルブ１１
のガラス内表面には極微量の水銀をトラップするための
薄膜１２が形成されている。薄膜１２は、例えば酸化ア
ルミニウムのような耐熱に優れ化学的に安定した物質か
らなり、極微量の水銀を物理的にトラップしうるよう
に、微細な凹凸又は皺若しくは襞又は微粉末凝結体を成
すものである。発光管バルブ１１内において、その両端
には例えば１５０ｃｍの間隔で酸化バリウム系のエミッ
ターを塗布した一対のフィラメント２１ａ，２１ｂが配
置してある。また、セラミック製の口金３ａ及び３ｂに
はそれぞれ一対の電気端子３１ａ，３１ｂ及び３１ｃ，
３１ｄが備えられている。
の実施の形態を詳細に説明しよう。図１は本発明に係る
低圧水銀蒸気放電灯Ｌの一実施例を示すもので、図で左
側の端部のみ断面図にてその内部構造を図示している
が、他端も同様の内部構造からなる。放電灯Ｌは、発光
管部１とその両端のガラスステム部２ａ，２ｂおよび口
金部３ａ，３ｂとからなっている。発光管部１は、一例
として内径２２mm、肉厚１mmの石英ガラス製の発光管バ
ルブ１１によって構成されており、該発光管バルブ１１
のガラス内表面には極微量の水銀をトラップするための
薄膜１２が形成されている。薄膜１２は、例えば酸化ア
ルミニウムのような耐熱に優れ化学的に安定した物質か
らなり、極微量の水銀を物理的にトラップしうるよう
に、微細な凹凸又は皺若しくは襞又は微粉末凝結体を成
すものである。発光管バルブ１１内において、その両端
には例えば１５０ｃｍの間隔で酸化バリウム系のエミッ
ターを塗布した一対のフィラメント２１ａ，２１ｂが配
置してある。また、セラミック製の口金３ａ及び３ｂに
はそれぞれ一対の電気端子３１ａ，３１ｂ及び３１ｃ，
３１ｄが備えられている。
【００１３】断面図で示した発光管部１の左端の構造に
ついて説明すると、フィラメント２１ａは石英製ガラス
ステム２ａから出ているインナーリード２２ａ，２２ｂ
によってそれぞれ保持されている。石英ガラスステム２
ａは、フレア部２６ａとモリブデン箔２４ａ，２４ｂに
よって気密を保持しつつ、且つインナーリード２２ａ，
２２ｂ、モリブデン箔２４ａ，２４ｂ、アウターリード
２５ａ，２５ｂを介して、フィラメント２１ａと電気端
子３１ａ，３１ｂを電気的に接続する役割を担ってい
る。１３はアマルガムで、フィラメント２１ａから放電
空間側に約１５ｃｍ位離れた箇所において、発光管バル
ブ１１の内表面に固着されている。発光管部１の右端の
構造も、上記左端の構造と同様である。また、更なるア
マルガム１３が、もう一方のフィラメント２１ｂから放
電空間側に約１５ｃｍ位離れた箇所において、発光管バ
ルブ１１の内表面に固着されていてもよい。要するに、
アマルガム１３は発光管バルブ１１の内表面における放
電空間側の一箇所以上の箇所に設けられていればよい。
ついて説明すると、フィラメント２１ａは石英製ガラス
ステム２ａから出ているインナーリード２２ａ，２２ｂ
によってそれぞれ保持されている。石英ガラスステム２
ａは、フレア部２６ａとモリブデン箔２４ａ，２４ｂに
よって気密を保持しつつ、且つインナーリード２２ａ，
２２ｂ、モリブデン箔２４ａ，２４ｂ、アウターリード
２５ａ，２５ｂを介して、フィラメント２１ａと電気端
子３１ａ，３１ｂを電気的に接続する役割を担ってい
る。１３はアマルガムで、フィラメント２１ａから放電
空間側に約１５ｃｍ位離れた箇所において、発光管バル
ブ１１の内表面に固着されている。発光管部１の右端の
構造も、上記左端の構造と同様である。また、更なるア
マルガム１３が、もう一方のフィラメント２１ｂから放
電空間側に約１５ｃｍ位離れた箇所において、発光管バ
ルブ１１の内表面に固着されていてもよい。要するに、
アマルガム１３は発光管バルブ１１の内表面における放
電空間側の一箇所以上の箇所に設けられていればよい。
【００１４】発光管バルブ１１の管内には始動用希ガス
例えば１ｔｏｒｒのアルゴンガスを封入してある。な
お、アマルガム１３は、９０〜１００℃の高温下でも高
い紫外線放射効率を維持できるように、図４に示したア
マルガムよりも水銀の蒸気圧が抑制されるインジウムア
マルガムを採用するとよい。また、微量の水銀をトラッ
プするための酸化アルミニウムの薄膜１２は、両端にフ
ィラメントやガラスステムを封じる前の素管の段階で予
め形成したもので、例えば酸化アルミニウムの微粉末を
結着剤と共に酢酸ブチルで懸濁した溶液を塗布し乾燥
後、酸化雰囲気で加熱処理することで容易に形成するこ
とができる。このように薄膜１２を形成することで、発
光管バルブ１１の内面に、極めて表面積の大きい微粉末
が存在しているので、微粉末の間に水銀を取り込み易い
ものとなり、有利である。
例えば１ｔｏｒｒのアルゴンガスを封入してある。な
お、アマルガム１３は、９０〜１００℃の高温下でも高
い紫外線放射効率を維持できるように、図４に示したア
マルガムよりも水銀の蒸気圧が抑制されるインジウムア
マルガムを採用するとよい。また、微量の水銀をトラッ
プするための酸化アルミニウムの薄膜１２は、両端にフ
ィラメントやガラスステムを封じる前の素管の段階で予
め形成したもので、例えば酸化アルミニウムの微粉末を
結着剤と共に酢酸ブチルで懸濁した溶液を塗布し乾燥
後、酸化雰囲気で加熱処理することで容易に形成するこ
とができる。このように薄膜１２を形成することで、発
光管バルブ１１の内面に、極めて表面積の大きい微粉末
が存在しているので、微粉末の間に水銀を取り込み易い
ものとなり、有利である。
【００１５】次に本発明の実験例について説明する。上
記構成からなる放電灯Ｌを所定の電源に接続し３００Ｗ
の入力で点灯したところ、酸化アルミニウムの薄膜１２
にトラップされた水銀蒸気によって低い電圧で点灯する
と共に紫外線出力の速い立上がりを示し、入力の３０％
強が２５４nmの紫外線として放射した。また、上記構成
からなる放電灯Ｌを１２灯搭載して、紫外線照射殺菌装
置を構成し、この殺菌装置で流水の殺菌処理実験を行っ
たところ、連続的に１日当たり５千トンという極めて大
量の処理が可能であった。また、上記実験に先立って本
発明実施例の放電灯Ｌを従来技術による放電灯と比較し
て放電開始電圧と紫外線立上がり特性を評価したとこ
ろ、両方の特性とも本発明実施例の放電灯Ｌの方が格段
に改良されていることが確認された。
記構成からなる放電灯Ｌを所定の電源に接続し３００Ｗ
の入力で点灯したところ、酸化アルミニウムの薄膜１２
にトラップされた水銀蒸気によって低い電圧で点灯する
と共に紫外線出力の速い立上がりを示し、入力の３０％
強が２５４nmの紫外線として放射した。また、上記構成
からなる放電灯Ｌを１２灯搭載して、紫外線照射殺菌装
置を構成し、この殺菌装置で流水の殺菌処理実験を行っ
たところ、連続的に１日当たり５千トンという極めて大
量の処理が可能であった。また、上記実験に先立って本
発明実施例の放電灯Ｌを従来技術による放電灯と比較し
て放電開始電圧と紫外線立上がり特性を評価したとこ
ろ、両方の特性とも本発明実施例の放電灯Ｌの方が格段
に改良されていることが確認された。
【００１６】本発明による実施例の放電灯と従来技術に
よる放電灯（水銀をトラップする薄膜が形成されていな
い以外は本発明実施例と同じ放電灯）をそれぞれ１００
本試作し放電開始電圧と紫外線立上がり特性を評価した
ところ、図２と図３の結果を得た。図２は２０℃の恒温
槽内で評価した放電開始電圧を１００Ｖ毎にヒストグラ
ムに表したもので、本発明の放電灯Ｌは従来技術の放電
灯に比較して放電開始電圧が大幅に低下すること明らか
である。図３は紫外線立上がり時間の５分毎のヒストグ
ラムである。これは実際の用途に則してスチール製フラ
ンジに装着した石英ガラス製水冷冷却外管内に放電灯を
挿入して点灯して評価した。スチール製フランジにはほ
ぼ中心部に石英ガラス窓が開けてあり、この窓から２５
４nmメーターで紫外線出力を測定し安定点灯時の９０％
に到達する時間を評価した。図から明らかなように、本
発明の放電灯Ｌは従来技術の放電灯に比較して、立上が
り時間が大幅に短縮されていると共に立上がり時間のば
らつきが少ない。
よる放電灯（水銀をトラップする薄膜が形成されていな
い以外は本発明実施例と同じ放電灯）をそれぞれ１００
本試作し放電開始電圧と紫外線立上がり特性を評価した
ところ、図２と図３の結果を得た。図２は２０℃の恒温
槽内で評価した放電開始電圧を１００Ｖ毎にヒストグラ
ムに表したもので、本発明の放電灯Ｌは従来技術の放電
灯に比較して放電開始電圧が大幅に低下すること明らか
である。図３は紫外線立上がり時間の５分毎のヒストグ
ラムである。これは実際の用途に則してスチール製フラ
ンジに装着した石英ガラス製水冷冷却外管内に放電灯を
挿入して点灯して評価した。スチール製フランジにはほ
ぼ中心部に石英ガラス窓が開けてあり、この窓から２５
４nmメーターで紫外線出力を測定し安定点灯時の９０％
に到達する時間を評価した。図から明らかなように、本
発明の放電灯Ｌは従来技術の放電灯に比較して、立上が
り時間が大幅に短縮されていると共に立上がり時間のば
らつきが少ない。
【００１７】次に、上記実施例の変形例について説明す
る。上記実施例では水銀をトラップする薄膜１２として
酸化アルミニウムの微粉末を例に述べたが、酸化アルミ
ニウム（Ａｌ）に限らず、、ケイ素（Ｓｉ）、カルシウ
ム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、イットリウム
（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）又はハフニウム（Ｈｆ）
の酸化物であってもよい。また、アルミニウム、ケイ
素、カルシウム、マグネシウム、イットリウム、ジルコ
ニウム及びハフニウムの中から選ばれた金属の少なくと
も１種類以上の酸化物を主成分とするものであれば、上
記同様の効果（水銀をトラップする効果）をもたらすこ
とができるので、利用可能である。この薄膜１２は、発
光管バルブ１１のガラス内表面の全面に形成してもよい
し、一部分に形成することでもよい。また、アマルガム
１３は、発光管バルブ１１のガラス内表面の放電空間側
であれば一箇所以上の任意の箇所に設けてよく、また、
その設け型も、ガラス内表面に直接固着するようにして
もよいし、あるいはガラス内表面に形成した薄膜１２上
に固着するようにしてもよい。また、上記実施例では発
光長が１５０ｃｍの例を示したが、これに限らず、発光
長が４０ｃｍ以上で且つ発光長の単位長さ当たりの入力
密度が０．９Ｗ／ｃｍ以上のものであれば、本発明の範
囲に含まれる。
る。上記実施例では水銀をトラップする薄膜１２として
酸化アルミニウムの微粉末を例に述べたが、酸化アルミ
ニウム（Ａｌ）に限らず、、ケイ素（Ｓｉ）、カルシウ
ム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、イットリウム
（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）又はハフニウム（Ｈｆ）
の酸化物であってもよい。また、アルミニウム、ケイ
素、カルシウム、マグネシウム、イットリウム、ジルコ
ニウム及びハフニウムの中から選ばれた金属の少なくと
も１種類以上の酸化物を主成分とするものであれば、上
記同様の効果（水銀をトラップする効果）をもたらすこ
とができるので、利用可能である。この薄膜１２は、発
光管バルブ１１のガラス内表面の全面に形成してもよい
し、一部分に形成することでもよい。また、アマルガム
１３は、発光管バルブ１１のガラス内表面の放電空間側
であれば一箇所以上の任意の箇所に設けてよく、また、
その設け型も、ガラス内表面に直接固着するようにして
もよいし、あるいはガラス内表面に形成した薄膜１２上
に固着するようにしてもよい。また、上記実施例では発
光長が１５０ｃｍの例を示したが、これに限らず、発光
長が４０ｃｍ以上で且つ発光長の単位長さ当たりの入力
密度が０．９Ｗ／ｃｍ以上のものであれば、本発明の範
囲に含まれる。
【００１８】更に、本発明は、フィラメントを有しない
いいわゆる無電極放電灯においても適用することができ
る。また、本発明は、ネオン−アルゴン封入した放電灯
においても適用可能である。すなわち、単に放電開始電
圧のみを下げる目的ならば多少寿命特性は犠牲になる
が、ネオン−アルゴン（Ｎｅ−Ａｒ）の混合ガスを封入
することでペニング効果をもたらすことが可能である
が、それだけでは紫外線の立上がり特性の改善には役立
たない。そこで、その種のネオン−アルゴン封入した放
電灯においても、本発明を適用し、アマルガムを設置す
ると共に発光管バルブのガラス内表面に極微量の水銀を
トラップするための薄膜を設けるようにすれば、紫外線
の立上がり特性を改善することができるものであり、そ
のように構成したネオン−アルゴン封入の低圧水銀蒸気
放電灯も本発明の範囲に含まれる。
いいわゆる無電極放電灯においても適用することができ
る。また、本発明は、ネオン−アルゴン封入した放電灯
においても適用可能である。すなわち、単に放電開始電
圧のみを下げる目的ならば多少寿命特性は犠牲になる
が、ネオン−アルゴン（Ｎｅ−Ａｒ）の混合ガスを封入
することでペニング効果をもたらすことが可能である
が、それだけでは紫外線の立上がり特性の改善には役立
たない。そこで、その種のネオン−アルゴン封入した放
電灯においても、本発明を適用し、アマルガムを設置す
ると共に発光管バルブのガラス内表面に極微量の水銀を
トラップするための薄膜を設けるようにすれば、紫外線
の立上がり特性を改善することができるものであり、そ
のように構成したネオン−アルゴン封入の低圧水銀蒸気
放電灯も本発明の範囲に含まれる。
【００１９】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、低圧水銀
蒸気放電灯において、水銀は他の金属とのアマルガム状
態で備えると共に、放電灯のガラス内表面に極微量の水
銀をトラップする薄膜を形成したので、点灯動作中はア
マルガム温度に応じた適度な水銀が蒸発し、高い紫外線
発光効率に寄与する一方で、消灯すると一部の水銀蒸気
はアマルガム部に戻るが、放電灯のガラス内表面に極微
量の水銀をトラップする薄膜が形成されているためにそ
の付近の水銀蒸気は水銀のままガラス内表面に取り込ま
れることにより、次の点灯開始時にはガラス内表面に取
り込まれた水銀粒からの水銀蒸気が存在することで低い
放電開始電圧を確保することができ、併せて、点灯開始
時における水銀蒸気の存在により、紫外線光量の立上が
りも速かにすることができる、という種々の優れた効果
を奏する。
蒸気放電灯において、水銀は他の金属とのアマルガム状
態で備えると共に、放電灯のガラス内表面に極微量の水
銀をトラップする薄膜を形成したので、点灯動作中はア
マルガム温度に応じた適度な水銀が蒸発し、高い紫外線
発光効率に寄与する一方で、消灯すると一部の水銀蒸気
はアマルガム部に戻るが、放電灯のガラス内表面に極微
量の水銀をトラップする薄膜が形成されているためにそ
の付近の水銀蒸気は水銀のままガラス内表面に取り込ま
れることにより、次の点灯開始時にはガラス内表面に取
り込まれた水銀粒からの水銀蒸気が存在することで低い
放電開始電圧を確保することができ、併せて、点灯開始
時における水銀蒸気の存在により、紫外線光量の立上が
りも速かにすることができる、という種々の優れた効果
を奏する。
【００２０】また、特に発光長が４０ｃｍ以上の放電灯
において本発明を適用することにより、放電開始電圧が
低くすることができることで、設備費の大きな削減を期
待することができ、有利である。また、特に入力密度が
０．９Ｗ／ｃｍ以上の放電灯において本発明を適用する
ことにより、水銀をアマルガム状態で封入した場合に不
可避であった上述の各欠点を除去し、放電開始電圧が低
く、かつ、紫外線立上がりの速い放電灯を達成できるの
で、有利である。
において本発明を適用することにより、放電開始電圧が
低くすることができることで、設備費の大きな削減を期
待することができ、有利である。また、特に入力密度が
０．９Ｗ／ｃｍ以上の放電灯において本発明を適用する
ことにより、水銀をアマルガム状態で封入した場合に不
可避であった上述の各欠点を除去し、放電開始電圧が低
く、かつ、紫外線立上がりの速い放電灯を達成できるの
で、有利である。
【００２１】更に本発明によれば、かかる低圧水銀蒸気
放電灯を使用して紫外線照射装置を構成することによ
り、放電開始電圧が低く且つ紫外線光量の立上がりが速
く、しかも高密度・長尺（入力密度０．９Ｗ／ｃｍ以
上、発光長４０ｃｍ以上）であるため、極めて高性能で
信頼性の高い紫外線照射装置を提供することができる、
という優れた効果を奏する。
放電灯を使用して紫外線照射装置を構成することによ
り、放電開始電圧が低く且つ紫外線光量の立上がりが速
く、しかも高密度・長尺（入力密度０．９Ｗ／ｃｍ以
上、発光長４０ｃｍ以上）であるため、極めて高性能で
信頼性の高い紫外線照射装置を提供することができる、
という優れた効果を奏する。
【図１】 本発明に係る低圧水銀蒸気放電灯の一実施例
を示す一部断面側面図。
を示す一部断面側面図。
【図２】 同実施例に係る放電灯について実測した始動
電圧分布を、従前の放電灯について実測した始動電圧分
布と対比して示すグラフ。
電圧分布を、従前の放電灯について実測した始動電圧分
布と対比して示すグラフ。
【図３】 同実施例に係る放電灯について実測した紫外
線立上がり時間分布を、従前の放電灯について実測した
紫外線立上がり時間分布と対比して示すグラフ。
線立上がり時間分布を、従前の放電灯について実測した
紫外線立上がり時間分布と対比して示すグラフ。
【図４】 従来の低圧水銀蒸気放電灯の一実施例を示す
一部断面側面図。
一部断面側面図。
【図５】 インジウム−ビスマスアマルガムの蒸気圧曲
線を水銀（純水銀）の蒸気圧曲線と対比して示すグラ
フ。
線を水銀（純水銀）の蒸気圧曲線と対比して示すグラ
フ。
Ｌ 放電灯 １ 発光管部 ２ａ，２ｂ ガラスステム部 ３ａ，３ｂ 口金部 １１ ガラス製発光管バルブ １２ 水銀トラップ用の薄膜 １３ アマルガム ２１ａ，２１ｂ フィラメント ２２ａ，２２ｂ インナーリード ２４ａ，２４ｂ モリブデン箔 ２５ａ，２５ｂ アウターリード ２６ａ フレア部 ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ 電気端子
Claims (4)
- 【請求項１】 発光長が４０ｃｍ以上で且つ発光長の単
位長さ当たりの入力密度が０．９Ｗ／ｃｍ以上の、発光
金属として少なくとも水銀を含み、始動用希ガスを封入
してなる放電灯において、水銀は他の金属とのアマルガ
ム状態で備えると共に、放電灯のガラス内表面に極微量
の水銀をトラップする薄膜を形成したことを特徴とする
低圧水銀蒸気放電灯。 - 【請求項２】 極微量の水銀をトラップする薄膜は、ア
ルミニウム、ケイ素、カルシウム、マグネシウム、イッ
トリウム、ジルコニウム及びハフニウムの中から選ばれ
た金属の少なくとも１種類以上の酸化物を主成分とする
ことを特徴とする請求項１に記載の低圧水銀蒸気放電
灯。 - 【請求項３】 放電灯のガラス内表面の放電空間側の一
箇所以上の箇所にアマルガムを固着したことを特徴とす
る請求項１又は２に記載の低圧水銀蒸気放電灯。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の低圧
水銀蒸気放電灯を紫外線発光源としたことを特徴とする
紫外線照射装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16565699A JP4025462B2 (ja) | 1999-06-11 | 1999-06-11 | 低圧水銀蒸気放電灯およびそれを使用した紫外線照射装置 |
| EP00112254A EP1061553B1 (en) | 1999-06-11 | 2000-06-07 | Low pressure mercury vapour discharge lamp and ultraviolet-ray irradiating apparatus and method using the same |
| DE60022266T DE60022266T2 (de) | 1999-06-11 | 2000-06-07 | Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe und UV-Strahlen bestrahlende Einrichtung und Verfahren, die diese benützen |
| US09/589,786 US6538378B1 (en) | 1999-06-11 | 2000-06-08 | Low-pressure mercury vapor discharge lamp and ultraviolet-ray irradiating apparatus and method using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16565699A JP4025462B2 (ja) | 1999-06-11 | 1999-06-11 | 低圧水銀蒸気放電灯およびそれを使用した紫外線照射装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000357491A true JP2000357491A (ja) | 2000-12-26 |
| JP2000357491A5 JP2000357491A5 (ja) | 2005-06-30 |
| JP4025462B2 JP4025462B2 (ja) | 2007-12-19 |
Family
ID=15816515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16565699A Expired - Lifetime JP4025462B2 (ja) | 1999-06-11 | 1999-06-11 | 低圧水銀蒸気放電灯およびそれを使用した紫外線照射装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6538378B1 (ja) |
| EP (1) | EP1061553B1 (ja) |
| JP (1) | JP4025462B2 (ja) |
| DE (1) | DE60022266T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO2002103749A1 (fr) * | 2001-06-14 | 2002-12-27 | Photoscience Japan Corporation | Lampe a decharge et systeme d'irradiation aux rayons ultraviolets et leur procede de fonctionnement |
| JP2003331786A (ja) * | 2002-04-08 | 2003-11-21 | General Electric Co <Ge> | 蛍光灯 |
| CN100391858C (zh) * | 2002-11-27 | 2008-06-04 | 株式会社日本光电科技 | 紫外线液体处理装置和处理方法 |
| JP2012109264A (ja) * | 2006-02-10 | 2012-06-07 | Koninkl Philips Electronics Nv | アマルガムを備えた低圧水銀蒸気放電ランプ |
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| US7153586B2 (en) * | 2003-08-01 | 2006-12-26 | Vapor Technologies, Inc. | Article with scandium compound decorative coating |
| JP4806521B2 (ja) * | 2004-07-27 | 2011-11-02 | ダイナフロー株式会社 | 除菌装置 |
| US7847484B2 (en) * | 2004-12-20 | 2010-12-07 | General Electric Company | Mercury-free and sodium-free compositions and radiation source incorporating same |
| US20070026205A1 (en) | 2005-08-01 | 2007-02-01 | Vapor Technologies Inc. | Article having patterned decorative coating |
| CN1977978B (zh) * | 2005-12-01 | 2011-07-06 | 福建新大陆环保科技有限公司 | 一种开放式水渠辐射消毒系统 |
| US7901107B2 (en) * | 2007-05-08 | 2011-03-08 | Cree, Inc. | Lighting device and lighting method |
| JP2010048582A (ja) * | 2008-08-19 | 2010-03-04 | Mitsubishi Chemical Analytech Co Ltd | 硫黄の分析方法および分析装置 |
| IT1399507B1 (it) * | 2010-04-21 | 2013-04-19 | Getters Spa | Lampada a scarica migliorata |
| HUE046633T2 (hu) * | 2016-07-08 | 2020-03-30 | Xylem Europe Gmbh | Kisnyomású UV higanylámpa amalgám bevonattal |
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| US4017735A (en) * | 1975-10-24 | 1977-04-12 | Siegel Arthur D | Ultraviolet liquid sterilizer |
| FR2538099B1 (fr) | 1982-12-15 | 1986-10-03 | France Etat | Amorce electrique a element resistif |
| WO1996006451A1 (en) * | 1994-08-25 | 1996-02-29 | Philips Electronics N.V. | Low-pressure mercury vapour discharge lamp |
| DE69505783T2 (de) * | 1994-08-25 | 1999-06-02 | Koninkl Philips Electronics Nv | Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe |
-
1999
- 1999-06-11 JP JP16565699A patent/JP4025462B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-06-07 DE DE60022266T patent/DE60022266T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-07 EP EP00112254A patent/EP1061553B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-08 US US09/589,786 patent/US6538378B1/en not_active Expired - Lifetime
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| JP4630527B2 (ja) * | 2002-04-08 | 2011-02-09 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 蛍光灯 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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