JP2010061854A - 放電灯再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放電灯のガラス管内壁面の付着物を十分に除去し、放電灯を廃棄することなく再利用することができる方法を提供する。
【解決手段】放電灯の石英ガラス管の両端部近傍を切断して閉止部材３、フィラメント４及びガラス管端部２ｂよりなる分断物５をガラス管１から分離する切断工程と、この分断物５が分離されることにより両端が開放したガラス管本体部２ａに対し、純水または揮発性液体でガラス管本体部２ａの内外面を洗浄し、乾燥させる洗浄工程と、ガラス管本体部２ａを３００℃以上かつ石英ガラスが溶融するよりも低い温度で５秒間以上加熱する加熱工程と、このガラス管本体部２ａに発光金属および希ガスを封入し、フィラメント４を有した分断物５を両端に取り付ける閉止部材取付工程と、を有する放電灯再生方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光金属が内壁に蒸着などにより付着した放電灯を再生する方法に関する。

従来、波長が２６０ナノメートル以下の発光を得るための放電灯としては、例えば特許第４０２５４６２号に示されるような放電灯が広く用いられている場合がある。この放電灯のガラス管は、石英ガラスから成り、その内壁面に蛍光物質などが塗布されている。このガラス管の両端にはそれぞれ閉止部材が設けられている。この閉止部材にフィラメントが保持されている。ガラス管内には、波長が２６０ナノメートル以下の発光を得るための発光金属（例えば水銀など）および始動用の希ガスが封入されている。フィラメントに交流電圧を印加すると、発光金属がフィラメントの熱によって励起されることにより、波長が２６０ナノメートル以下の発光が得られる。

放電灯の発光が続くと、発光金属は、フィラメントや熱電子から受ける熱エネルギーによって、少量ずつ内部の管壁に蒸着等によって付着してゆき、遂には放電灯は発光しないようになる。

このように発光金属が内壁に付着した放電灯を再生させるために、放電灯の両端を切断して放電灯内に発光金属を追加封入することが考えられている。しかしながら、単に発光金属を追加するだけでは、既に内部に付着している発光金属が核となって更なる付着が促進され、粗大化した付着物にフィラメントからの熱電子が到来して放電灯の管壁の絶縁破壊が生じるおそれがある。

特開昭６２−１１６６８５には、ガラス管の両端部を切断して開放させ、この開放した一端側からガラス管内に剥離ヘッドを進入させ、ガラス管内壁面に付着した発光性材料を吸引によって除去し、この発光性材料を回収、再生することが記載されている。
特許第４０２５４６２号 特開昭６２−１１６６８５

上記特開昭６２−１１６６８５のようにガラス管内壁に付着した発光性材料を吸引によって除去する方法では、付着した発光性材料を十分には除去することができず、発光性材料がガラス管内壁に残留するため、放電灯の再生法としては不十分である。

本発明は、放電灯のガラス管内壁面の付着物を十分に除去し、放電灯を廃棄することなく再利用することができる方法を提供することを目的とするものである。

本発明（請求項１）の放電灯再生方法は、石英ガラスから成るガラス管と、このガラス管の両端部にそれぞれ設けられた閉止部材と、該閉止部材に保持されたフィラメントと、ガラス管内に封入された発光金属および希ガスとを有し、該発光金属の少なくとも一部が該ガラス管の内壁に付着している放電灯を再生させる放電灯再生方法において、該ガラス管の両端部近傍を切断して前記フィラメントを保持した前記閉止部材をガラス管から分離する切断工程と、前記閉止部材が分離されることにより両端が開放したガラス管に対し純水または揮発性液体でガラス管の内外面を洗浄し、乾燥させる洗浄工程と、ガラス管内部を３００℃以上かつ該石英ガラスが溶融する温度よりも低い温度で５秒間以上加熱する加熱工程と、前記ガラス管に発光金属および希ガスを封入し、前記フィラメントを保持した前記閉止部材を両端に取り付ける閉止部材取付工程と、を有するものである。

請求項２の放電灯再生方法は、請求項１において、前記切断工程と前記洗浄工程の間で、０．１ｗｔ％以上のフッ化水素酸水溶液、０．１ｗｔ％以上の硝酸水溶液、フッ化水素酸及び硝酸を合わせて０．１ｗｔ％以上含む水溶液のいずれかによってガラス管を洗浄することを特徴とするものである。

本発明の放電灯再生方法によれば、ガラス管の両端を切断した後、ガラス管を３００℃以上の温度に加熱するので、ガラス管内壁に付着した発光金属が酸化するか、熱により変質して導電性を失うか、蒸発するかの変化を起こす。このガラス管を洗浄すると発光金属がガラス管外に除去され、放電灯として再利用することができる。再生された放電灯は、長期間にわたって発光することができる。

なお、切断工程と洗浄工程との間で、０．１ｗｔ％以上のフッ化水素酸水溶液、０．１ｗｔ％以上の硝酸水溶液、フッ化水素酸及び硝酸を合わせて０．１ｗｔ％以上含む水溶液のいずれかによってガラス管を洗浄することにより、付着した発光金属をさらに十分に除去することができ、再生放電灯の発光特性が良好となる。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

［放電灯の構造］
第１図は放電灯の一般的な構成を示す側面図である。

この放電灯１は、石英ガラス製のガラス管２と、該ガラス管２の両端に設けられた閉止部材３と、該閉止部材３に保持され、ガラス管２内に配置されたフィラメント４と、該ガラス管２内に封入された発光金属及び希ガス（例えばアルゴン、キセノン）を有する。発光金属としては水銀又は水銀化合物、希土類金属元素などが用いられる。

閉止部材３は、前記特許４０２５４６２のように、カップ状の口金部と、該口金部内に配置されたガラスステムと、該ガラスステムに保持された１対のリードとを備えている。この１対のリード間にフィラメント４が架設されている。

この放電灯１を長時間使用すると、発光金属がガラス管内壁面に蒸着などによって付着し、放電灯１が発光しないようになる。

このように発光が停止したり、発光量が低下した放電灯を、次のようにして再生する。

［放電灯再生方法について］
この再生方法は、（１）ガラス管の切断工程、（２）洗浄工程、（３）切断したガラス管を加熱する加熱工程及び（４）閉止部材取付工程を有する。

（１）の切断工程では、第２図のように、ガラス管の両端近傍部を切断する。この切断はガラスカッターなどによって行うことができる。フィラメントは両端の閉止部材３から最大３０ｍｍ程度ガラス管内側に突出しているので、閉止部材３から１００ｍｍ程度の箇所を切断すればフィラメント４を傷つけることなくガラス管２を切断できる。第２図のように、この切断により、ガラス管２は本体部２ａと、２個の端部２ｂとに分断される。ガラス管端部２ｂはそれぞれ閉止部材３と一体となっており、この閉止部材３にフィラメント４が保持されている。符号５は、このガラス管端部２ｂと閉止部材３とフィラメント４とからなる分断物を示している。

その洗浄工程では、純水または揮発性液体でガラス管本体部２ａを洗浄し、乾燥させる。純水または揮発性液体によってガラス管を洗浄すれば、ウォーターマークを残すことなく付着物をガラス管内から除去することができる。揮発性液体としてはアルコール類、エーテル等の有機溶剤や二硫化炭素等の無機溶剤などを用いることができる。

洗浄液の純度としては、蒸発後の残分が再生放電灯の性能や寿命に影響を与えない程度の純度であればよく、例えば蒸発残留物が１０ｍｇ／Ｌ以下、より好ましくは１ｍｇ／Ｌ以下であればよい。

（３）の加熱工程では、開放したガラス管本体部２ａを３００℃以上に加熱する。この加熱温度は、発光金属が酸化・変成・蒸発の何れかの変化を生じさせる温度以上であって、ガラス管２が溶融しない以下の温度であれば特に限定されない。ガラス管が溶融してしまうと当然そのままの形での再生は困難となるから避けなければならない。

なお、石英ガラスの溶融温度は組成によって必ずしも一定ではない。従って本願発明では加熱温度を３００℃以上（より好ましくは５００℃以上）かつガラス管２の石英ガラスが溶融する温度未満（好ましくは１５００℃以下）とする。この加熱時間は、５秒以上とすれば発光金属の除去効果がみられるが、１分以上、特に１０〜６０分程度加熱すればより確実である。

なお、切断したガラス管端部２ｂについては、内壁面の付着物をエアブロー又はエアブラストすることにより除去するようにしてもよく、除去処理をしなくてもよい。

（４）の閉止部材取付工程では、再びガラス管に発光金属および希ガスを封入して分断物５を取り付ける。このとき希ガス雰囲気下で発光金属封入と分断物５の取り付けを行うことにより、ガラス管２内に希ガスを封入できる。この取り付ける両端部としては、（１）の切断工程で切断した分断物５が好適であるが、新品のガラス管端部２ｂに交換したものであってもよい。この分断物５は、そのガラス管端部２ｂを溶接によってガラス管本体部２ａに取り付けることができる。

［酸洗浄について］
ガラス管の切断工程（１）とガラス管の洗浄工程（２）との間で、０．１ｗｔ％以上（例えば０．１〜５ｗｔ％）のフッ化水素酸水溶液、０．１ｗｔ％以上（例えば０．１〜５ｗｔ％）の硝酸水溶液、フッ化水素酸及び硝酸を合わせて０．１ｗｔ％以上（例えば０．１〜５ｗｔ％）含む水溶液のいずれかによって洗浄し、次に純水又は揮発性液体を使って内部を洗浄することで、ガラス管内壁面の付着物が十分に除去され、再生後の発光量の回復が進み、場合によっては元の放電光の量以上の光量が得られる。

フッ化水素酸洗浄等の酸洗浄を加熱後に行ってしまうと、フッ化水素酸と石英ガラスに含まれる不純物とが結合したままガラス管内に残留し、ガラス管再生後に絶縁破壊や発光量低下などの影響が出る恐れがあるため、フッ化水素酸洗浄等の酸洗浄は必ず加熱前に行う必要がある。

［実施例１］
乾燥後発光が失われた第１図に示す紫外線殺菌用の水銀蒸気放電灯１（ガラス管２の外径１０．６ｍｍ、内径８ｍｍ、長さ１０８０ｍｍ）の両端から１００ｍｍの箇所をそれぞれガラスカッターによって切断した。このように両端部を分離した残りの約８８０ｍｍ長のガラス管本体部２ａの内外面を純水で２分間洗浄した。この洗浄はガラス管を縦にして上側から純水を流し落とすことにより行った。その後、ガラス管本体部２を乾燥器で乾燥させた。次いでガラス管本体部２ａをガスバーナーで３００℃に加熱した。この加熱は、ガスバーナーとガラス管本体部２ａとを相対的に移動させるようにして行い、ガラス管本体部２ａの全領域について１０〜３００秒にわたって７００℃に加熱した。

この加熱後、室温まで放冷した。

このガラス管２ａをアルゴンガス１００ｍｇ／Ｌと、キセノンガス２５ｍｇ／Ｌ、および水銀５０ｍｇ／Ｌを含む、１０トールの減圧空気の下に置き、切断工程で分離した分断物５を、接着剤を用いて仮付けし、放電灯の内部を真空に保ったまま取り出した。次いで、ガラス管本体部２ａと、接着剤で仮付けした分断物５のガラス管端部２ｂとをガスバーナーで１３００℃に加熱して溶着させ、再生放電灯とした。

これを発光が得られていた当時と同じ器具に再び取り付けた。その結果、紫外線量がおよそ１０％低下したものの発光が回復し、６００時間以上連続発光した。なお、この放電灯のメーカーによる想定寿命は、最短５００時間であった。

［実施例２］
実施例１において、切断後加熱前のガラス管本体部２ａについて、０．１ｗｔ％のフッ化水素酸水溶液で１分間洗浄し、その後純水で２分間内外面を洗浄した。

その他は実施例１と同様にして再生放電灯を製作した。これを発光が得られていた当時と同じ器具に再び取り付けた。その結果、発光が回復し、６００時間以上連続発光した。なお、本実施例では紫外線量の低下もなかった。

［比較例１］
実施例１において、切断工程の後、ガラス管本体部２ａの内部を洗浄も加熱もせず、直ちにアルゴンガス１００ｍｇ／Ｌと、キセノンガス２５ｍｇ／Ｌ、および水銀５０ｍｇ／Ｌを含む、１０トールの減圧空気の下に置いて分断物５を溶接したこと以外は同様にして再生放電灯を製作した。これを発光が得られていた当時と同じ器具に再び取り付けた。

その結果、ガラス内面の一部に偏在して蒸着していた発光金属に放電が集中し、発光の初期値が半分以下に低下した。また、３時間後にガラス管が絶縁破壊を起こして破損した。

［比較例２］
次に、同じ紫外線灯で同じく発光が失われたものを用意し、上記の加熱工程と洗浄工程との順番のみを変えて、まず加熱を行った後、０．１ｗｔ％フッ化水素酸水溶液による洗浄を行い、次に純水で管内を洗ってから、上記と同じ条件下で内部の封入ガスのみを復旧させた。その結果、ガラス管内面に残っていたフッ素と石英ガラス内の不純物である金属イオンとが結合したとみられる物質に放電が集中し、２０時間後に放電管が絶縁破壊を起こして破損した。

放電灯の側面図である。 ガラス管を切断した放電灯の側面図である。

符号の説明

１ 放電灯
２ ガラス管
２ａ ガラス管本体部
２ｂ ガラス管端部
３ 閉止部材
４ フィラメント
５ 分断物

Claims (2)

1. 石英ガラスから成るガラス管と、このガラス管の両端部にそれぞれ設けられた閉止部材と、該閉止部材に保持されたフィラメントと、該ガラス管内に封入された発光金属および希ガスとを有し、該発光金属の少なくとも一部が該ガラス管の内壁に付着している放電灯を再生させる放電灯再生方法において、
   該ガラス管の両端部近傍を切断して前記フィラメントを保持した前記閉止部材をガラス管から分離する切断工程と、
   前記閉止部材が分離されることにより両端が開放したガラス管に対し純水または揮発性液体でガラス管の内外面を洗浄し、乾燥させる洗浄工程と、
   ガラス管内部を３００℃以上かつ該石英ガラスが溶融する温度よりも低い温度で５秒間以上加熱する加熱工程と、
   前記ガラス管に発光金属および希ガスを封入し、前記フィラメントを保持した前記閉止部材を両端に取り付ける閉止部材取付工程と、
   を有する放電灯再生方法。
2. 請求項１において、前記切断工程と前記洗浄工程の間で、０．１ｗｔ％以上のフッ化水素酸水溶液、０．１ｗｔ％以上の硝酸水溶液、フッ化水素酸及び硝酸を合わせて０．１ｗｔ％以上含む水溶液のいずれかによってガラス管を洗浄することを特徴とする放電灯再生方法。

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