JP2007311259A

JP2007311259A - 紫外線低圧水銀ランプ

Info

Publication number: JP2007311259A
Application number: JP2006140764A
Authority: JP
Inventors: Fumio Suzuki; 史生鈴木; Yoshihisa Shibata; 好久柴田; Hiroki Takahashi; 広樹高橋; Masanobu Inoue; 雅伸井上
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-11-29

Abstract

【課題】発光管内面へのゾル・ゲル法による塗布工程が可能な集光型形状の発光管形状を有する紫外線低圧水銀ランプを提供することを目的とする。
【解決手段】直管形の発光管を多角柱状内の空間領域内に複数回屈曲させ、さらに発光管内面に金属酸化物層が形成されている紫外線低圧水銀ランプにおいて、該発光管が構成する直管部分は前記多角柱の底面に直交する方向の辺上に配置した事を特徴とする。また、前記多角柱は偶数角柱であり、発光管端部の両電極部は前記多角柱の対向した辺上に配置することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線を利用して殺菌及び紫外線酸化分解、オゾン洗浄・改質に使用される低圧水銀ランプに関する。

従来から紫外線ランプは、そのエネルギーの高さ・特有の波長の発光・光の特徴である直進性から電気エネルギーを遠隔的に物体にエネルギーを移すことが出来る。つまり光化学反応を自由に操ることを可能とするため、様々な分野へ応用されていることは周知の通りである。

低圧水銀ランプはその主な発光波長である１８５ｎｍ、２５４ｎｍの紫外線の発光効率が電力に対し１５〜３５％くらいであり、非常に優れている。特に２５４ｎｍの波長はＤＮＡに作用し、遺伝子のチミン−チミン配列を変化させ強制的に突然変異を起こさせ生存維持を不能とすることにより殺菌さらしめる特徴のある波長域であり、その最も効率良く作用する２６０ｎｍ波長に極近いことから別名殺菌線とも呼ばれる。真空紫外域である１８５ｎｍも同時に発光するため、紫外線酸化分解、オゾン洗浄・改質として利用されている。近年は半導体・液晶カラーフィルター・パネル製造業にオゾン洗浄としての利用が急増している。

低圧水銀ランプの主な構造と動作は次のようなものである。発光管はガラス管の両端にリード線を介して電極を封着し、そのガラス管内には水銀と希ガスを封入している。そして両電極間に電圧を印可することによって放電させ、水銀に励起エネルギーを与えて発光させる。発光スペクトルは励起エネルギーに相当する波長の紫外線（主に２５４ｎｍと１８５ｎｍ）が得られる。

紫外線低圧水銀ランプは殺菌用途として様々な製品が既に造られている。図４に示すように、タンク９内に液体１０を溜め、その液体及びタンク内を殺菌することが知られている。特にタンク内の紫外線殺菌の方法として２種類に大別される。液自体を直接殺菌するための浸漬型と図４に示すような液面・タンク内表面を殺菌するダウンライト型の２通りの方法がある。

浸漬型はランプ形状が主に直管で片側が試験管状に封止された石英ジャケットに挿入され、タンクの横もしくは上部から液中に挿入される形態となっている。またダウンライト型はタンクのサイズにより異なるが一般的に産業用タンクの高さは１０ｍ程あり、直径は幅３ｍ程ある。そのため、上記２５４ｎｍの光が隅々まで広範囲に有効に届くためにランプ形状が図６に示すようなコンパクトで集光型のスパイラル形状が一般的であり、このようなコンパクトなランプを図４の１１に示すように上部よりダウンライトとして使用する。

産業用タンクの具体的用途として、マンションなどの貯水タンクの水は勿論、砂糖製造工程の液糖や醤油などの調味料の広範囲な大量の液状製品の製造・備蓄に使用されている。低圧水銀ランプの特徴として２５４ｎｍの発光効率は優れているが高出力化するとランプ表面の温度が高くなりタンク内の液を焦がす危険性があるため負荷は出来るだけ小さくする必要がある。また、上記タンクのサイズが大きいことから光量を増すため発光管を長くし且つコンパクト化した結果としてスパイラル形状が一般的な発光管形状となった。

上記分野のタンクは、その高さが１０ｍほどあるものもあり、そのダウンライト型殺菌ランプ１１はタンク９の上部に設置される。ランプ不点時等で高所でのランプ交換作業の危険性を少なくするためにも、交換頻度を少なくし、ランプ寿命の長期化が望まれている。

タンク殺菌の長寿命化が実現されるとマンション・ビル・学校等の水道の貯水タンクの殺菌システムとして高所でのメンテナンス頻度の軽減による管理費の低コスト化や長寿命化による低コスト化され殺菌された安心した飲み水による健康・公衆衛生の向上が見込まれる。特に雨水を飲料水に利用している地方や外国の公衆衛生向上の一役を担うと考えられる。

近年、紫外線低圧水銀ランプは半導体・液晶産業の洗浄・改質分野で使用され改良を重ね高出力・長寿命化が大きく進み、従来の２〜３倍の寿命となっている。一つの方法として発光管の透過率低下の一因である経時的水銀固着を防ぐために発光管内面に金属酸化物層を形成する方法がある。また水銀固着を防ぐことにより水銀封入量自体の軽減化が可能となり環境負荷物質である水銀の使用量を軽減することができる。

発光管内面に金属酸化物層を形成する方法としてゾル・ゲル法による塗布方法があるが、複数の屈曲した発光管形状のゾル・ゲル法による塗布方法は以下の特許に示されている。

特許公開２０００−２８５８０２

ゾル・ゲル法は発光管にストレート部を設けることにより底面の細管から液体を一度に満たし一定のスピードで液面を降下させる必要がある。しかし、従来のダウンライト型のランプは集光のためスパイラル形状であったため、ゾル・ゲル法による液面の降下スピードを一定化することが構造上出来なかった。図６は、従来のスパイラル型の発光管形状の代表例である。（ｂ）は（ａ）を下方面から眺めた図である。構造上、ゾル・ゲル法によって塗布するために液面を一定に降下することは不可能である。また、中心のストレート部の発光管は外側部のスパイラルの発光管と発光部が重なり電力・材料的に無駄の部分が発生する。

本発明は、上記問題を解消すべく、発光管内面のゾル・ゲル法による塗布工程が可能な集光型形状の発光管形状を有する紫外線低圧水銀ランプを提供することを目的とする。

直管形の発光管を多角柱状内の空間領域内に複数回屈曲させ、さらに発光管内面に金属酸化物層が形成されている紫外線低圧水銀ランプにおいて、該発光管が構成する直管部分は前記多角柱の底面に直交する方向の辺上に配置した事を特徴とする。

上記の構成にすることにより、集光型形状の発光管形状を有する発光管であっても、ストレート部が設けられており、更にそのストレート部が平行配置のため、ゾル・ゲル法による塗布工程にて全てのストレート部の液面を一定スピードに管理することができるので膜厚の調整を可能とする。その結果、効率良く金属酸化物を塗布する事が可能になり、膜の剥離・脱落のない透過率維持の高い金属酸化物層を成形することが出来る。

また、前記多角柱は偶数角柱であり、発光管端部の両電極部は前記多角柱の対向した辺上に配置することを特徴とする。

電極を保持する石英管が近い位置にある場合のシール方法は以下の特許に示されている。

特許公開２０００−１９５４６７

しかし請求項２の構成にすることで、両電極部が離れて配置される。こうすることで、電極を発光管にシールする場合、特にピンチシールをする場合、回転するバーナーに他の電極部が当たらないため、特許文献２のように拡径して、その後所望の形状に形成する必要はなく、シール作業効率の良いピンチシールを用意にすることを特徴とする。

本発明によれば、タンクの内表面及び液面の殺菌用のダウンライト型の紫外線低圧水銀ランプにおいてスパイラル形状と同等以上に緻密に発光管をコンパクトに収納する事ができ且つ紫外線照度維持率の高く・寿命の長いランプを得ることを可能とする。寿命を長くすることで省エネルギー化となり、ランプ自体の廃棄物の軽減となり環境負荷軽減の一役を担うものである。

次に、本発明についての実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１はタンク殺菌用ダウンライト型照射装置を示し、１は紫外線低圧水銀ランプ発光管、２は石英カバー、３はタンク上部に設置させるフランジという構成である。図示しないが、電源は別配置で電線長が長くなる場合があるため低周波の電子式安定器を採用している。

図２は、本発明にかかる紫外線低圧水銀ランプを示す図である。図２において、４は本発明に掛かる紫外線低圧水銀ランプ発光管、５は遮熱板、６はランプベースの構成である。（ｂ）は（ａ）を下方面から眺めた図であり、下方面から見ると直管部が六角形の頂点に配置されているのが分かる。

図３は、本発明にかかる紫外線低圧水銀ランプの発光管形状を側面の３方向（ａ）１，（ａ）２，（ａ）３より示している。またそれぞれを下方向から見た様子を（ｂ）１，（ｂ）２，（ｂ）３として示している。ゾル・ゲル法によって発光管内壁に金属酸化物を均一に塗布するため、長尺状の紫外線低圧ランプを複数回屈曲させ、発光管の直管部は図３のように六角柱の底面に対して直行する側の辺上に配置する。

このようにして形成した紫外線ランプの図３における上側屈曲部に空気抜き用の通気管８ａを設け、下側屈曲部には注入管８ｂを設けている。この注入管８ｂより発光管の内部全体にコーティング溶液を、ポンプを用いて注入する。このとき、通気管８ａが空気抜き口となり屈曲した発光管の内部上面まで液面を上昇する事ができる。

発光管の内部全体にコーティング溶液が注入されると、ポンプを逆転し、コーティング溶液を下側の各注入管８ｂより一定のスピードで排出する。コーティング溶液の排出するスピードが同一であると、発光管内面に均一に金属酸化膜の層を形成する事ができる。この時スパイラル形状であると、コーティング溶液の排出するスピードが異なると、発光管内面において、コーティング溶液の付着量が異なり、金属酸化膜の層の厚さが不均一になる。本発明では直管部が全て平行であるため、コーティング溶液の排出するスピードは全て同一になり、金属酸化膜の層の厚さは均一になる。

コーティング溶液が排出されると、発光管の内面に塗布されたコーティング溶液を焼成することにより、発光管の内面に金属酸化物層を形成する。

その後、発光管内に水銀および発光ガスを封入し、発光管の両端に電極を封着する。電極の封着はピンチシールで行うため、電極を封着する周辺にスペースを必要とし、発光管両端にある電極部は隣り合わせると封着加工が非常に困難になる。そのため、本発明の請求項２に掛かる代表例として６角柱を図３の通りに屈曲させることで電極がシールされる発光管が対面となりピンチシールを可能とさせる。

次に本発明による効果を証明する具体的な例を以下に示す。
図５は、本発明品と従来品の点灯テストを行った結果を示している。本発明の紫外線低圧水銀ランプは熱陰極方式で、発光管はオゾンレス石英よりなり、図３のように発光管を成形し、ストレート部分を６本設けている。その発光管の外径はφ１８ｍｍ、肉厚は１ｍｍで構成されている。この発光管に水銀２０ｍｇ、バッファガスとしてＡｒを２．５Ｔｏｒｒ封入している。また従来の紫外線低圧水銀ランプは発光管の外径や肉厚は本発明と同じであるが、図６のようにスパイラル形状としている。

２５４ｎｍ照度維持率は従来品の８０００Ｈで５０％、１２０００Ｈで４０％であったのに対し本発明品は８０００Ｈで７５％、１２０００Ｈで７０％であり、２５４ｎｍ照度維持率改善を実現させた。これより長寿命となりメンテナンス頻度の減少、ランプ廃棄量の減少により、環境負荷の軽減の一役を担うことが出来る。

本発明のタンク殺菌用ダウンライト型照射装置の概略図を示す図である。本発明のダウンライト型タンク殺菌用紫外線低圧水銀ランプを示す図である。本発明の発光管形状を示す図を側面の３方向から見た図である。（六角柱型）タンク殺菌の全体の様子を示す図である。本発明品と従来品の２５４ｎｍ照度維持率曲線を示す図である。従来のスパイラル型の発光管形状を示す図である。

符号の説明

１紫外線低圧水銀ランプ発光管
２石英カバー
３フランジ
４紫外線低圧水銀ランプ発光管
５遮熱板
６金属ベース
７紫外線低圧水銀ランプ発光管
８ａ通気管
８ｂ注入管
９タンク
１０液体
１１ダウンライト型紫外線低圧水銀ランプ
１２紫外線低圧水銀ランプ発光管

Claims

直管形の発光管を多角柱状内の空間領域内に複数回屈曲させ、さらに発光管内面に金属酸化物層が形成されている紫外線低圧水銀ランプにおいて、該発光管が構成する直管部分は前記多角柱の底面に直交する方向の辺上に配置した事を特徴とする紫外線低圧水銀ランプ。
前記多角柱は偶数角柱であり、発光管端部の両電極部は前記多角柱の対向した辺上に配置することを特徴とする請求項１記載の紫外線低圧水銀ランプ。