JP2006073233A - 無電極バルブの製造方法、無電極バルブおよび殺菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を複雑にすることなく、短時間に大量に無電極バルブを製造することができ、ガラス材料の無駄を減らし、発光管の信頼性を確保できる無電極バルブの製造方法、無電極バルブおよび殺菌装置を提供する。
【解決手段】略直管状であって先端２が閉じられかつ先端から所定間隔ごとに細径の絞り部３を形成したガラスバルブ１を用いた無電極バルブの製造方法であって、ガラスバルブ１の後端側からガラスバルブ１内を真空排気しかつ希ガスを封入する工程と、ガラスバルブ１の後端４側から先端２に最も近い絞り部３よりも先端２側に水銀アマルガム９を供給する材料供給工程と、先端２に最も近い絞り部３を閉じるように溶着するとともに切断する分離工程とを含み、材料供給工程および分離工程を繰り返すものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無電極バルブの製造方法、その製造方法で作製した無電極バルブ、およびその無電極バルブを搭載した殺菌装置に関するものである。

従来、マイクロ波発生装置を用いて、紫外線を発生させるための無電極バルブにマイクロ波を照射して紫外線を発生させ、その紫外線を被照射物に照射することで、殺菌を行う技術は知られている（例えば特許文献１参照）。このような従来例の無電極バルブの製造方法は一般的に次のようなものである。

すなわち、図１４（ａ）に示すようなガラスバルブ１００を予め作製する。このガラスバルブ１００は無電極バルブ１０１になる部分とそれよりも径の小さな排気管１０２から構成される。このガラスバルブ１００に水銀または水銀を放出させるための材料１０３を封入し真空系に接続する（図１４（ｂ））。接続部１０４はガスケットやパッキン、Ｏリングなどにより外部から気密に保たれる。真空系には真空排気するための真空ポンプ（図示せず）、ガラスバルブに封入する希ガスのボンベ、ガス圧を計測するための測定器（図示せず）などが接続管１０５で接続されている。このような構成で真空ポンプを動作させ、所定の真空度に到達するまでガラスバルブ内部を排気する。排気が完了すると、所定の希ガスを所定量封入する。次に図１４（ｃ）に示すようにガスバーナ１０６により排気管１０２の付根部分を溶着させ、さらに切断する。この一連の工程により無電極バルブ１個が分離され完成する。ただし、場合によっては複数個のガラスバルブを並列に接続排気できるような構成の真空系にしておくことで、一連の工程で複数個作製することが可能になるが、真空系が大型になる。

別の従来例（例えば特許文献２参照）は、無電極バルブを製造する方法において、図１５に示すように、一端がプレスシール（１１１）された例えば内径3．5mmの石英管１１０を排気装置（図示せず）に取付け、管全体の焼成脱ガスを行う。次に所定圧のアルゴンを導入し、次いで所定量の水銀１１３を滴下導入して発光部１１２が規定の長さになる寸法で最初にプレスシールした側と反対側をプレスシール（１１４）する。引き続きこの状態を保ったまま上記所定量の水銀１１３を滴下、封入し、発光部１１５が規定の長さになる寸法でプレスシール（１１６）する。以上の工程を繰り返し、発光部１１２、１１５、１１７とプレスシール部１１４、１１６、１１８により構成された複数個の無電極バルブが直列につながったものを作成し、プレスシール部１１４、１１６、１１８等をカッターで切断することで、個々の無電極バルブを形成する。

しかし、このような製造方法では次のような問題がある。プレスシールするには石英管１１０を軟化点1600℃を超える温度にまで加熱する必要があり、石英管１１０内は減圧されているために、このような温度になると石英管１１０がへこみ変形する。また石英管が十分溶ける前にプレスシールを行うと、石英管１１０が割れたり、発光部１１２、１１５、１１７がリークしたりする。

また、プレスシール部１１１、１１４、１１６等は押しつぶした石英が横に広がり、もとの石英管外径よりも大きくなり、多くの仕様用途において形状が不都合であるため、後加工で石英管を削る必要があり、そのため製造プロセスが複雑になる。さらに、上記のようにプレスシール部１１１、１１４、１１６等は1600℃以上にする必要があり、滴下した水銀１１３も相当な温度にまで過熱されるので、通常、そのほとんどが蒸発してしまう。蒸発しないように強制冷却しようとすると装置が大掛かりなものになる。
特開2001−145688 実開昭58−169655号

前者の従来例は、無電極バルブを短時間で大量に製造することができない上、排気管と
して使ったガラスが無駄になってしまう。

後者の従来例は、石英管が変形するため所望の形状が得られなかったり、石英管の割れやリークが生じ発光部１１２、１１５等の信頼性が確保できなかったり、製造工程が複雑になったりする課題がある。

したがって、本発明の目的は、製造工程を複雑にすることなく、短時間に大量に無電極バルブを製造することができ、ガラス材料の無駄を減らし、発光管の信頼性を確保できる無電極バルブの製造方法、無電極バルブおよび殺菌装置を提供することである。

本発明の無電極バルブの製造方法は、略直管状であって先端が閉じられかつ先端から所定間隔ごとに細径の絞り部を形成したガラスバルブを用いた無電極バルブの製造方法であって、前記ガラスバルブの後端側から前記ガラスバルブ内を真空排気しかつ希ガスを封入する工程と、前記希ガスが封入された前記ガラスバルブの後端側から前記先端に最も近い絞り部よりも前記先端側に水銀または水銀を放出する材料を供給する材料供給工程と、前記先端に最も近い前記絞り部を閉じるように溶着するとともに切断して無電極バルブを分離形成する分離工程とを含み、前記材料供給工程および前記分離工程を繰り返すことを特徴とするものである。

上記構成において、前記絞り部のガラス厚みが、前記絞り部以外のガラス厚みに比べて同じか薄いものである。

上記構成において、前記絞り部を溶着し切断する際、前記先端を前記ガラスバルブからその軸方向に離れる方向に所定距離引くと同時に、前記絞り部に当てて溶着切断するための炎を前記所定距離の約２分の１移動するものである。

上記構成において、前記ガラスバルブの前記先端を前記後端よりも下方に位置し、前記ガラスバルブの前記後端に真空系との接続部および前記水銀または前記材料の供給部が接続され、前記水銀または前記材料を自重で前記ガラスバルブの先端に供給させる。

上記構成において、前記供給部内に前記材料が収納され前記供給部外に前記供給部から接近離間可能に磁石を設け、前記磁石により前記供給部内の前記材料を吸引保持している。

上記構成において、前記ガラスバルブに供給された前記材料を外部から磁石で吸引保持し、前記磁石を前記ガラスバルブに沿って移動させることにより、前記材料を前記ガラスバルブの前記先端に供給する。

本発明の無電極バルブは、両端が溶着分離されることにより軸方向に突出した突出部をもつ筒状のガラスバルブを備え、前記ガラスバルブ内に希ガスが封入されるとともに水銀または水銀を放出する材料を有するものである。

本発明の殺菌装置は、上記製造方法により製造された無電極バルブまたは上記無電極バルブを搭載したものである。

本発明の無電極バルブの製造方法によれば、ガラスバルブに希ガスを封入した状態で水銀または水銀を放出する材料を封入しながら、複数の絞り部を順次溶断分離することにより、無電極バルブを形成するため、製造工程を複雑にすることなく、比較的短時間に大量に無電極バルブを製造することができ、またガラス材料の無駄を減らし、発光管の信頼性を確保できる。

前記絞り部のガラス厚みが、前記絞り部以外のガラス厚みに比べて同じか薄いと、短時間で絞り部を溶着切断することが可能となり、比較的短時間に大量の無電極バルブを作製することができる。

前記絞り部を溶着し切断する際、前記先端を前記ガラスバルブからその軸方向に離れる方向に所定距離引くと同時に、前記絞り部に当てて溶着切断するための炎を前記所定距離の約２分の１移動すると、形状ばらつきの小さい無電極バルブを作製することができる。

また水銀や材料を重力により落下させることにより、所定量の水銀または水銀を放出させる材料を効率よく封入することが可能となる。

水銀を放出させるための材料が供給部内に配置され、大気側に磁石が配置され磁石の磁力により供給部内の材料が保持されていて、磁石の磁力が水銀を放出させるための材料に及ぼす磁力を弱めることにより、重力で水銀を放出させるための材料をガラスバルブ内に封入することができるように構成すると、さらに効率よく水銀等を封入することが可能となる。

また、磁力を活用することで比較的単純な構造で供給部内をガラスバルブと同一真空系にし、気密性を保つことができる。

さらに水銀を放出させるための材料を磁力で保持したままガラスバルブ内の所定の位置に移動させることができるようにすると、より確実に水銀を放出させる材料をガラスバルブ内に移動させることが可能となる。

本発明の無電極バルブによれば、上記製造方法を用いることで比較的安価な信頼性の高い無電極バルブを得ることができる。

本発明の殺菌装置によれば、上記無電極バルブを搭載することにより比較的安価な信頼性の高いものを得ることができる。

本発明の第１の実施の形態を図１から図３により説明する。図１に示すような例えば石英製のガラスバルブ１を予め作製する。このガラスバルブ１は図４（ａ）に示すように例えば外径８mm、内径６mm、長さ400mmの直管状のものを用意し、先端２を閉じ、先端２から例えば15mmおきに径の小さな絞り部３を作製したものである。絞り部３では例えば外径4mm、内径3mmになっている。絞り部３の作製の方法は、例えば直管状のガラスバルブ１を軸周りに回転させ、絞り部３を作製したい部位にバーナの炎を照射する。ガラスバルブ１の絞り部３は高温になり軟化する。バーナーのガスの噴出圧力により絞り部３の径は次第に小さくなる。このときガラスバルブ１は軸周りに回転させているため、均一に径が小さくなる。場合によってはガラスバルブ１を軸方向に引いたり押したりして絞り部３の形状やガラス厚さをコントロールし所望の形状にする。ここでは絞り部３のガラス厚みが絞り部３以外の部分のガラス厚みに比べて同じか薄くなるようにコントロールする。例えば絞り部３を形成するときにガラスバルブ１を軸方向に引っ張り、肉厚を薄くし、つぎに形状を整えるため、少し押し戻す制御をして加工する。この場合、絞り部３のガラス管肉厚は絞っていない部分に比べ同じか薄くなっている。これにより絞り部３を切断するときは早くきれいに溶着切断することができる。なお先端２はバーナにより溶着して気密に閉じておく。またガラスバルブ１を有効に利用するため、絞り部３の長さは絞っていない部分よりも短く形成する。

つぎに、開放した側の後端４を真空系６に接続部５を介して接続する。接続部５はガスケット、パッキン、Ｏリングなどにより外部から気密に保たれる。真空系６には真空排気するための真空ポンプ（図示せず）、ガラスバルブ１に封入する少なくとも１種の希ガスのボンベ、並びにガス圧を計測するための測定器（図示せず）などが接続されている。

この場合、ガラスバルブ１の閉じた先端２は接続部５に対し下方に配置されている。例えば、ガラスバルブ１の軸と重力の方向が略一致している。水銀アマルガム９を貯蔵した供給部７が接続部５と同構成の接続部８により真空系６に接続されている。供給部７はガラスバルブ１よりも上方に配置されている。供給部７にはガラスバルブ１に所定量の水銀アマルガム９を供給部７から取りだし、ガラスバルブ１側に導入するための開閉量制御手段であるコック１０が配置されている。コック１０を回すことで水銀アマルガム９を必要数落下させることができる。

このような構成で真空ポンプを動作させ、所定の真空度に到達するまでガラスバルブ１の内部を排気する。排気が完了すると、図２に示すように少なくとも１種の所定の希ガスをガラスバルブ１内に所定量封入する。ここではアルゴンを約10Torr封入する。次にコック１０を操作することで所定量の水銀アマルガム９をガラスバルブ１内に導く。供給部７はガラスバルブ１の上方に配置されているため、水銀アマルガム９は重力によりガラスバルブ１の閉じた先端２にまで到達する。

次に図３に示すようにガスバーナ１１によりガラスバルブ１の先端２から最も近い絞り部３を溶着させて閉じ、さらに切断する。このとき、絞り部３の径は他の部分に比べ小さく、また、ガラス厚さは絞っていない部分に比べて薄くなるように構成するのが好ましい。従って熱容量も小さいため、ガスバーナ１１により非常に短時間で溶融し、またガラスバルブ１内は減圧されていることから収縮し、溶着して閉じ、かつ切断分離される。この場合、絞り部３が短時間で溶着されることから、予め封入した水銀アマルガム９は比較的低温に保たれ水銀はほとんど蒸発しない。この溶着切断の工程では、切断されるバルブをガラスバルブ１の軸方向で切断されるガラスバルブ１の先端２側がガラスバルブ１から離れる方向に所定距離移動し、同時に溶着切断するための炎の位置が所定距離の約２分の１移動させられる。このようなコントロールを行うことにより切断した側とされた側のガラス端部形状がほぼ同じになり、次工程で作製するガラスバルブ１の先端２として使用することが可能となる。例えば溶着するときにガラスバルブ１を約３ｍｍ軸方向に引っ張り、同時にバーナ１１も軸方向に約１．５ｍｍ動かし、特にバーナ１１の位置が常に絞り部３のセンタにくるように制御することで、切り離した部分ときり離された部分が同じ形状になる。このようにして、１つの無電極バルブ１６が形成される。

次に、再び図２に示すようにコック１０を操作して所定量の水銀アマルガム９を新たにガラスバルブ１の先端２となった部位に封入し、再び図３に示すようにその先端２に最も近い絞り部３をバーナで溶着、切断する。この図２と図３の工程を絞り部３がなくなるまで繰り返す。

なお、ガラスバルブ１を複数本並列に真空系６に接続してもよい。その場合には、それぞれのガラスバルブ１に水銀アマルガム９を導入するための供給部７の移動装置が必要になる。

測定の結果、１度の排気、希ガス封入工程で64個の無電極バルブを作製しても性能上の問題はなかった。

本発明の第２の実施の形態を図５から図７により説明する。すなわち、第１の実施の形態においてガラスバルブ１内に封入するものが水銀アマルガム９ではなく、磁気吸引できる水銀ディスペンサ１２（例えばサエスゲッターズ製St505）である。供給部７は一端が閉じられたガラス管により形成され、真空系６にガラスバルブ１よりも上方に接続され、内部空間はガラスバルブ１内と連通する空間になっている。そして供給部７内すなわち真空系６に通じる内部側に水銀ディスペンサ１２が配置され、大気側に磁石１３が配置され、磁石１３の磁力線により水銀ディスペンサ１２が吸引保持されている。磁石１３は複数個配置されておりそれぞれの磁石１３に保持される水銀ディスペンサ１２の量は、無電極バルブ１個に封入すべき所定の量である。それ以外の構成は第１の実施の形態と同様である。

このような構成において、まず図５に示すように真空系６にガラスバルブ１をセットし、真空ポンプを動作させ、所定の真空度に到達するまでガラスバルブ１の内部を排気する。排気が完了すると、所定の希ガスを所定量封入する。ここではアルゴンを約10Torr封入する。

次に図６に示すように１つの磁石１３を水銀ディスペンサ１２に作用する磁力が弱まる方向すなわち供給部７に接近離間する方向に移動させると、水銀ディスペンサ１２が重力により落下しガラスバルブ１の閉じた先端２にまで到達する。次に図７に示すようにガスバーナによりガラスバルブ１の先端２から最も近い絞り部３を溶着し、さらに切断し、無電極バルブ１６を得る。次に、再び図６に示すように次の磁石１３を移動させ所定量の水銀ディスペンサ１２をガラスバルブ１の新たに先端２となった部位に封入し、図７に示すようにバーナでその先端２に最も近い絞り部３を溶着し、切断する。そして絞り部３がなくなるまで図６および図７の工程を繰り返す。このように供給部７をガラス管とし、外部磁石１３で材料を保持することで、単純な構造で気密性を保持でき、また、供給部７の真空度もガラスバルブ１内と同等にできる、すなわち排気速度を短縮できる無電極バルブの製造方法を提供できる。

本発明の第３の実施の形態を図８により説明する。第２の実施の形態において供給部７の付いたガラスバルブ１の複数を、接続部５、８を介して真空系６に接続する位置で相互に連通管１５により接続し、１つの連通管１５を真空系６の真空ポンプやガスボンベ等に接続している。このように、複数の供給部７付ガラスバルブ１をパラレルにセットすると、さらに多量に無電極バルブを作成することができる。

本発明の第４の実施の形態を説明する。すなわち、第１の実施の形態から第３の実施の形態において、ガラスバルブ１や供給部２に振動を与えることができる振動発生装置（図示せず）を付加したものである。水銀アマルガム９もしくは水銀ディスペンサ１２を落下させた際に振動を与えることにより、例えば絞り部３に引っ掛かかることなく、より確実に水銀アマルガム９あるいは水銀ディスペンサ１２をガラスバルブ１内の先端２に導入することが可能となる。したがって振動発生装置はガラスバルブ１等に適切な振動が与えられるものであれば公知の手段を適用することができる。

本発明の第５の実施の形態を図９から図１１により説明する。すなわち、第２から第４の実施の形態において、ガラスバルブ１に磁石１７を配置し、ガラスバルブ１に沿って移動可能に構成した。このような構成において、まず真空ポンプを動作させ、所定の真空度に到達するまでガラスバルブ１の内部を排気する。排気が完了すると、所定の希ガスを所定量封入する。ここではアルゴンを約10Torr封入する。次に図１０に示すように磁石１７を水銀ディスペンサ１２に作用する磁力が弱まる方向に離すと、水銀ディスペンサ１２が重力により落下しガラスバルブ１の後端寄りの外壁近傍に設置した磁石１７の磁力により水銀ディスペンサ１２が保持される。その後、磁石１７をガラスバルブ１に沿って閉じた先端２の方向に移動させると、図１１に示す吸引保持された水銀ディスペンサ１２が先端２にまで到達する。次にガスバーナによりガラスバルブ１の先端２から最も近い絞り部３を溶着させ、さらに切断する。このようにガラスバルブ１の近傍に配置した磁石１７を水銀ディスペンサ１２を保持したままガラスバルブ１に沿って移動させることにより、より確実にガラスバルブ１に水銀ディスペンサ１２を封入でき、信頼性の高い無電極バルブの製造方法が提供できる。また、供給部７から磁石１７によりガラスバルブ１に移動させれば、重力を利用する必要がないので例えばガラスバルブ１を水平に配置したり、閉じた先端２を供給部７より上方に配置したりすることも可能である。バーナの炎の形状によりガラスバルブ１を水平に配置した方が溶着、切断を短時間で行うことも可能になる。また、重力に依存させないようにするとガラスバルブ１の内部に異物や不純物が混入することを防ぐ効果もある。

本発明の第６の実施の形態を図１２により説明する。第１の実施の形態から第５の実施の形態により作製した無電極バルブ１６を示すもので、気密な石英製のガラスバルブ１ａ内に希ガスと水銀ディスペンサ１２が封入されている。ガラスバルブ１ａは最初にガラスバルブ１から切断されたものである場合、一端はガラスバルブ１の先端１を閉じた構造の形が残り、他端は第１の実施の形態において説明した方法により、絞り部３を溶着により密封するとともに切断し、その切断した形が残る。２回目以降の無電極バルブ１６は両端がガラスバルブ１を絞り部３で溶着切断した形、すなわち両端に溶着切断の際に軸方向に先細形に突出する突出部１６ａ、１６ｂが形成された形となる。このように構成された無電極バルブ１６に外部から例えば電子レンジを使ってマイクロ波を照射することにより無電極バルブ１６の内部の水銀が放電し励起発光する。この励起発光は水銀の発光である254nmを含み、この発光は石英のガラスバルブ１を透過し外部に照射される。

本発明の第７の実施の形態を図１３により説明する。すなわち、第６の実施の形態で示した無電極バルブ１６が搭載された殺菌装置１８が被照射体１９に接続されている。殺菌装置１８はマイクロ波を透過する椀状の本体内の中央に無電極バルブ１６を保持する保持体２０を設け、周囲に雌ねじ２１を設けている。被照射体１９は例えば哺乳びんであり、口部２２の外周の雄ねじ２３に雌ねじ２１を螺合して殺菌装置１８を被照射体１９に取付け、口部２２の中央に無電極バルブ１６を配置している。第６の実施の形態で示したように殺菌装置１８に外部からマイクロ波Ｍを照射し透過することにより無電極バルブ１６が殺菌に効果のある254nmの紫外線Ｎを放出する。この紫外線Ｎは被照射体１９の内壁面に照射され、効率よく殺菌を行う。

本発明の第１の実施の形態の正面図である。 水銀アマルガムをガラスバルブの先端に挿入した状態の正面図である。 ガラスバルブを溶断分離して無電極バルブを作成した状態の一部破断正面図である。 （ａ）はガラスバルブの絞り部を形成する前の正面図であり、（ｂ）は絞り部を形成した正面図である。 本発明の第２の実施の形態の正面図である。 水銀ディスペンサをガラスバルブに挿入した状態の正面図である。 ガラスバルブを溶断分離して無電極バルブを作成した状態の一部破断正面図である。 本発明の第３の実施の形態の部分正面図である。 本発明の第５の実施の形態の正面図である。 水銀ディスペンサをガラスバルブの途中まで挿入した状態の正面図である。 水銀ディスペンサをガラスバルブの先端に挿入した状態の正面図である。 第６の実施の形態のガラスバルブを溶断分離して製造された無電極バルブの正面図である。 第７の実施の形態の無電極バルブを用いた殺菌装置の断面図である。 第１の従来例を示し、（ａ）はガラスバルブの正面図、（ｂ）は水銀を放出する材料を挿入した状態の正面図、（ｃ）は接続部を溶着切断した状態の正面図である。 第２の従来例の説明図である。

符号の説明

１ ガラスバルブ
２ 先端
３ 絞り部
４ 後端
６ 真空系
７ 供給部
９ 水銀アマルガム
１２ 水銀ディスペンサ
１３ 磁石
１６ 無電極バルブ
１７ 磁石

Claims (8)

1. 略直管状であって先端が閉じられかつ先端から所定間隔ごとに細径の絞り部を形成したガラスバルブを用いた無電極バルブの製造方法であって、前記ガラスバルブの後端側から前記ガラスバルブ内を真空排気しかつ希ガスを封入する工程と、前記希ガスが封入された前記ガラスバルブの後端側から前記先端に最も近い絞り部よりも前記先端側に水銀または水銀を放出する材料を供給する材料供給工程と、前記先端に最も近い前記絞り部を閉じるように溶着するとともに切断して無電極バルブを分離形成する分離工程とを含み、前記材料供給工程および前記分離工程を繰り返すことを特徴とする無電極バルブの製造方法。
2. 前記絞り部のガラス厚みが、前記絞り部以外のガラス厚みに比べて同じか薄い請求項１記載の無電極バルブの製造方法。
3. 前記絞り部を溶着し切断する際、前記先端を前記ガラスバルブからその軸方向に離れる方向に所定距離引くと同時に、前記絞り部に当てて溶着切断するための炎を前記所定距離の約２分の１移動する請求項１または請求項２記載の無電極バルブの製造方法。
4. 前記ガラスバルブの前記先端を前記後端よりも下方に位置し、前記ガラスバルブの前記後端に真空系との接続部および前記水銀または前記材料の供給部が接続され、前記水銀または前記材料を自重で前記ガラスバルブの先端に供給させる請求項１、請求項２または請求項３記載の無電極バルブの製造方法。
5. 前記供給部内に前記材料が収納され前記供給部外に前記供給部から接近離間可能に磁石を設け、前記磁石により前記供給部内の前記材料を吸引保持した請求項４記載の無電極バルブの製造方法。
6. 前記ガラスバルブに供給された前記材料を外部から磁石で吸引保持し、前記磁石を前記ガラスバルブに沿って移動させることにより、前記材料を前記ガラスバルブの前記先端に供給する請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５記載の無電極バルブの製造方法。
7. 両端が溶着分離されることにより軸方向に突出した突出部をもつ筒状のガラスバルブを備え、前記ガラスバルブ内に希ガスが封入されるとともに水銀または水銀を放出する材料を有する無電極バルブ。
8. 請求項１から請求項６記載のいずれか１の無電極バルブの製造方法により製造された無電極バルブまたは請求項７記載の無電極バルブを搭載した殺菌装置。
   
   

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