JP2011216419A - Ultraviolet discharge lamp, and sterilization device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、紫外線放電ランプおよび殺菌装置に関する。 The present invention relates to an ultraviolet discharge lamp and a sterilizer.
紫外線（ＵＶ）放電ランプは、殺菌や滅菌、空気清浄、脱臭、水処理、精密部品の表面の洗浄、ゴム等樹脂の改質、半導体のエッチングレジストなどの灰化などに使用されており、紫外線放電ランプには、蛍光体を利用したものと、蛍光体の無いものとがある。蛍光体を利用したものはＵＶ−Ｂ、ＵＶ−Ａと呼ばれる２８０ｎｍより長波長の波長（例えば３６５ｎｍ）を利用して光触媒を使った空気清浄などに応用されている。しかし、殺菌、脱臭能力としては２８０ｎｍより短波長のＵＶ−Ｃと呼ばれる紫外線（２５４ｎｍ付近、１８５ｎｍ付近の波長の紫外線）が有効であり、蛍光体の無いものが適している。以下に蛍光体の無い紫外線放電ランプについて説明する。 Ultraviolet (UV) discharge lamps are used for sterilization, sterilization, air purification, deodorization, water treatment, cleaning of the surface of precision parts, resin modification such as rubber, ashing of semiconductor etching resists, etc. There are two types of discharge lamps using phosphors and those without phosphors. Those using phosphors are applied to air cleaning using a photocatalyst using a wavelength longer than 280 nm (for example, 365 nm) called UV-B or UV-A. However, as sterilizing and deodorizing ability, ultraviolet rays called UV-C having a wavelength shorter than 280 nm (ultraviolet rays having a wavelength of around 254 nm and around 185 nm) are effective, and those having no phosphor are suitable. An ultraviolet discharge lamp without a phosphor will be described below.
紫外線放電ランプでは、ランプ内の水銀によって紫外線（２５４ｎｍ付近、１８５ｎｍ付近の波長の紫外線）が放射される。ここで、波長２５４ｎｍ付近の放射（殺菌線）は主に殺菌に用いられ、波長１８５ｎｍ付近の放射（オゾン線）によって生成されるオゾンは脱臭作用を有している。ただし、オゾンが多いと人体に悪影響があるため、余剰のオゾンは最終的には除去する必要がある。例えばオゾンによる脱臭機能を有する空気清浄器やエアコン等の用途では、殺菌線の２５４ｎｍ放射は多く必要であるのに対して、石英ガラスの１８５ｎｍの放射に対する透過率は高すぎるため、オゾン生成は過多になることが多い。 In the ultraviolet discharge lamp, ultraviolet rays (ultraviolet rays having a wavelength of around 254 nm and around 185 nm) are radiated by mercury in the lamp. Here, radiation near the wavelength of 254 nm (sterilization line) is mainly used for sterilization, and ozone generated by radiation near the wavelength of 185 nm (ozone radiation) has a deodorizing action. However, since excessive ozone has an adverse effect on the human body, it is necessary to finally remove excess ozone. For example, in applications such as air purifiers and air conditioners that have a deodorizing function with ozone, 254 nm radiation of sterilization lines is necessary, but the transmittance of quartz glass to 185 nm radiation is too high, so ozone generation is excessive. Often becomes.
紫外線放電ランプには熱陰極型の低圧水銀ランプが多く用いられているが、例えば、家庭用のエアコンに装着する場合には長寿命（例えば５万時間点灯後における紫外線放射照度の維持率が初期の放射照度の５０％以上）が要求され、このような長寿命の放電ランプには冷陰極型の低圧水銀ランプが用いられる。なお、紫外線放射照度の維持率とは、{(ある時間経過した時の放射照度)／(初期の放射照度)}×１００％である。 Hot-cathode low-pressure mercury lamps are often used as ultraviolet discharge lamps. For example, when installed in a home air conditioner, the life expectancy of the ultraviolet irradiance after lighting for 50,000 hours is initial. Therefore, a cold cathode type low pressure mercury lamp is used for such a long-life discharge lamp. The maintenance rate of the ultraviolet irradiance is {(irradiance when a certain time has passed) / (initial irradiance)} × 100%.
このように、紫外線放電ランプは、２５４ｎｍ付近、１８５ｎｍ付近の波長のスペクトルを発生させて、上記の効果をもたらすが、これらの波長を透過する石英ガラスは高価であるという問題がある。加えて、石英ガラスの熱膨張係数に近い金属材料がないため、単純なステム封止、ビード封止、ボタン封止という封止方法は適用できず、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属を極めて薄い箔状にしてピンチ封止（プレス圧着）する必要がある。図１には、ガラス管に石英ガラスを用いた紫外線放電ランプ１１０の例が示されている。図１において、符号１０１は石英ガラスのガラス管、符号１０２は電極、符号１０３はリード線、符号１０４はモリブデン箔、符号１０５はピンチ封止部（ピンチシール）である。このように、紫外線放電ランプに石英ガラスのガラス管１０１を用いる場合には、ピンチ封止部１０５を設ける必要があることから、ランプ長に対する封止部分の割合が大きくなり（紫外線放電ランプの発光長Ｌ２が短くなり）、紫外線（ＵＶ）の放射量が少なくなるという問題もある。また、構造が複雑なため加工費も高くなってしまう。
As described above, the ultraviolet discharge lamp generates a spectrum having wavelengths near 254 nm and 185 nm and brings about the above effect. However, there is a problem that quartz glass that transmits these wavelengths is expensive. In addition, since there is no metal material close to the thermal expansion coefficient of quartz glass, simple sealing methods such as stem sealing, bead sealing, and button sealing cannot be applied. Refractory metals such as molybdenum (Mo) are extremely difficult to apply. It is necessary to form a thin foil and pinch seal (press-bond). FIG. 1 shows an example of an
紫外線放電ランプのガラス管に、石英ガラスのかわりに軟質ガラスを使うことも考えられるが、軟質ガラスは、不純物が多いため、紫外線（ＵＶ）、特に波長１８５ｎｍ付近の放射をほとんど透過しないという問題がある。 Although it is conceivable to use soft glass instead of quartz glass for the glass tube of the ultraviolet discharge lamp, since soft glass contains many impurities, there is a problem that it hardly transmits ultraviolet rays (UV), particularly radiation at a wavelength around 185 nm. is there.
これに対して、紫外線をある程度透過する硼珪酸ガラス（硬質ガラス）は、ガラス材料が石英ガラスよりも安価で、封止もビード封止やボタン封止ができるため、安価に製造することができる。また、紫外線（ＵＶ）に対して十分な透過性を有しているため、石英ガラスや軟質ガラスよりも、紫外線放電ランプのガラス管の材料に適している。 In contrast, borosilicate glass (hard glass) that transmits ultraviolet rays to some extent can be manufactured at low cost because the glass material is cheaper than quartz glass and can be sealed with beads or buttons. . Moreover, since it has sufficient permeability to ultraviolet rays (UV), it is more suitable for the material of the glass tube of the ultraviolet discharge lamp than quartz glass or soft glass.
例えば厚さ１ｍｍの合成石英ガラスの波長２５４ｎｍと波長１８５ｎｍの放射に対する透過率は両者共に９０％以上であるのに対して、紫外線透過の硼珪酸ガラスでは各々約８５％、約２０％である。波長２５４ｎｍの透過率は石英ガラスに対して遜色なく、また、波長１８５ｎｍの透過率は２５４ｎｍの透過率よりも低い値であり、オゾン生成が過多になることを抑えるので、石英ガラスよりも適している。 For example, the transmittance of radiation having a wavelength of 254 nm and a wavelength of 185 nm of synthetic quartz glass having a thickness of 1 mm is both 90% or more, whereas that of ultraviolet transmissive borosilicate glass is about 85% and about 20%, respectively. The transmittance at a wavelength of 254 nm is comparable to that of quartz glass, and the transmittance at a wavelength of 185 nm is lower than the transmittance of 254 nm, which suppresses excessive ozone generation. Yes.
なお、ガラス管の材料に硼珪酸ガラスを使用していると認められる従来技術としては、特許文献１に記載のような、０．５ｍｍガラスの厚さで、波長に対する透過率を規定したガラスを用いたＵＶフラッシュランプが知られている。また、硼珪酸ガラスは、一般に、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３の他に、さらに、Ｎａ２Ｏなどを含んでいる。 In addition, as a prior art recognized that borosilicate glass is used as the material of the glass tube, a glass having a thickness of 0.5 mm glass and a transmittance with respect to a wavelength as described in Patent Document 1 is used. The UV flash lamp used is known. In addition, borosilicate glass generally contains Na 2 O in addition to SiO 2 and B 2 O 3 .
ところで、蛍光ランプでは時間の経過と共に光出力が低下することが知られており、蛍光体とランプ内の酸化水銀が正と負に対電して引き合うことが、蛍光体への水銀付着、光出力低下を早めることが示唆されている（照明学会論文 １９９２年 「蛍光体の帯電傾向と蛍光ランプの黒化現象」）。 By the way, it is known that the light output decreases with time in a fluorescent lamp, and the fact that the phosphor and mercury oxide in the lamp are attracted positively and negatively attracts each other. It has been suggested that the output decrease is accelerated (Illumination Society Paper 1992 “Phosphor tendency of phosphor and blackening phenomenon of fluorescent lamp”).
紫外線放電ランプにおいては、水銀の発光スペクトルをそのまま利用するため、蛍光体を塗布しない。しかし、点灯時間の経過とともに、以下のような現象（黒化現象）が起こり、紫外線（ＵＶ）の透過が低下してしまう。 In the ultraviolet discharge lamp, since the emission spectrum of mercury is used as it is, no phosphor is applied. However, as the lighting time elapses, the following phenomenon (blackening phenomenon) occurs, and the transmission of ultraviolet rays (UV) decreases.
すなわち、第１の現象（黒化メカニズム）として、ランプ内の不純物と水銀との生成物（主に酸化水銀）がランプ内壁表面に付着し、紫外線（ＵＶ）の透過を阻害し、また、同時に付着した水銀化合物の水銀イオンがガラス内に浸透し、ガラスが着色し、紫外線（ＵＶ）の透過を阻害するという問題があった。なお、この原因も、上述した蛍光ランプにおける光出力の低下の場合と同様と推定される。 That is, as a first phenomenon (blackening mechanism), the product of impurities and mercury (mainly mercury oxide) in the lamp adheres to the surface of the inner wall of the lamp, impedes the transmission of ultraviolet rays (UV), and at the same time There was a problem that mercury ions of the adhering mercury compound penetrated into the glass, the glass was colored, and the transmission of ultraviolet rays (UV) was hindered. This cause is also presumed to be the same as in the case of a decrease in light output in the fluorescent lamp described above.
また、第２の現象（黒化メカニズム）として、ランプ内の水銀と、ガラス成分からランプ内壁表面に析出したＮａとがアマルガムを形成し、アマルガムがランプ内壁表面に沈着して、紫外線（ＵＶ）の透過を阻害するという問題があった。特に、Ｎａを含むガラス、例えば紫外線を透過する硼珪酸ガラスをガラス管に用いる場合には、この現象を避ける必要がある。 Further, as a second phenomenon (blackening mechanism), mercury in the lamp and Na deposited from the glass component on the surface of the inner wall of the lamp form amalgam, and the amalgam is deposited on the inner surface of the lamp, and ultraviolet (UV) There was a problem of inhibiting the permeation of. In particular, when glass containing Na, for example, borosilicate glass that transmits ultraviolet rays is used for the glass tube, this phenomenon needs to be avoided.
本発明は、ガラス管に硼珪酸ガラスを用いた紫外線放電ランプにおいて、ガラス管の内壁への酸化水銀およびアマルガムの付着、沈着を低減し、時間の経過に伴う光出力の低下を抑えることの可能な紫外線放電ランプおよび殺菌装置を提供することを目的としている。 The present invention can reduce adhesion and deposition of mercury oxide and amalgam on the inner wall of a glass tube in an ultraviolet discharge lamp using borosilicate glass as a glass tube, and can suppress a decrease in light output with time. It is an object to provide an ultraviolet discharge lamp and a sterilizer.
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ガラス管に硼珪酸ガラスを用いた紫外線放電ランプであって、前記硼珪酸ガラスのガラス管の内壁に、前記硼珪酸ガラス側から順に、第１の金属酸化物膜としてシリカ、第２の金属酸化物膜として帯電傾向がシリカよりも酸化水銀（ＨｇＯ）に近い金属酸化物膜が形成されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an ultraviolet discharge lamp using borosilicate glass for a glass tube, and is arranged in order from the borosilicate glass side on the inner wall of the glass tube of the borosilicate glass. The first metal oxide film is formed of silica, and the second metal oxide film is characterized in that a metal oxide film having a charging tendency closer to mercury oxide (HgO) than silica is formed.
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の紫外線放電ランプにおいて、前記第２の金属酸化物膜は、アルミナまたはイットリアであることを特徴としている。
The invention according to
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の紫外線放電ランプにおいて、前記紫外線放電ランプは、冷陰極型の低圧水銀ランプであることを特徴としている。
The invention described in claim 3 is the ultraviolet discharge lamp according to
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の紫外線放電ランプが用いられていることを特徴とする殺菌装置である。 A fourth aspect of the present invention is a sterilization apparatus using the ultraviolet discharge lamp according to any one of the first to third aspects.
請求項１乃至請求項３記載の発明によれば、ガラス管に硼珪酸ガラスを用いた紫外線放電ランプであって、前記硼珪酸ガラスのガラス管の内壁に、前記硼珪酸ガラス側から順に、第１の金属酸化物膜としてシリカ、第２の金属酸化物膜として帯電傾向がシリカよりも酸化水銀（ＨｇＯ）に近い金属酸化物膜が形成されているので、ガラス管の内壁への酸化水銀およびアマルガムの付着、沈着を低減し、時間の経過に伴う光出力の低下を抑えることができる。 According to the first to third aspects of the present invention, there is provided an ultraviolet discharge lamp using borosilicate glass for the glass tube, and the inner wall of the glass tube of the borosilicate glass is arranged in order from the borosilicate glass side. Since the metal oxide film of 1 is formed as a metal oxide film and the second metal oxide film is formed of a metal oxide film whose charging tendency is closer to that of mercury oxide (HgO) than silica, mercury oxide on the inner wall of the glass tube and Amalgam adhesion and deposition can be reduced, and a decrease in light output over time can be suppressed.
また、請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の紫外線放電ランプが用いられていることを特徴とする殺菌装置であるので、長寿命かつ時間の経過に伴う紫外線出力の低下を抑えた殺菌装置を提供できる。 According to the invention described in claim 4, since the ultraviolet discharge lamp according to any one of claims 1 to 3 is used, the sterilizer is characterized in that it has a long life and a long time. Thus, it is possible to provide a sterilization apparatus that suppresses a decrease in ultraviolet output with the passage of time.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明は、ガラス管に硼珪酸ガラスを用いた紫外線放電ランプ（より具体的には、例えば冷陰極型の低圧水銀ランプ）に関するものである。ここで、硼珪酸ガラスは、前述したように、一般に、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３の他に、さらに、Ｎａ２Ｏなどを含んでおり、波長２５４ｎｍ、波長１８５ｎｍの放射に対する透過率が、各々、約８５％、約２０％となっている。 The present invention relates to an ultraviolet discharge lamp (more specifically, for example, a cold cathode type low-pressure mercury lamp) using borosilicate glass for a glass tube. Here, as described above, the borosilicate glass generally contains Na 2 O and the like in addition to SiO 2 and B 2 O 3 , and has transmittances for radiation of wavelength 254 nm and wavelength 185 nm, respectively. About 85% and about 20%.
ところで、前述したように、ガラス管に硼珪酸ガラスを用いた紫外線放電ランプでは、点灯時間の経過とともに、第１、第２の現象（黒化現象）が起こり（すなわち、ガラス管の内壁に酸化水銀、アマルガムが付着、沈着し）、紫外線（ＵＶ）の透過が低下してしまうという問題があった。具体的には、例えば５，０００時間の点灯による結果からの５０，０００時間後の寿命予測では、波長１８５ｎｍの放射照度の維持率が初期の放射照度の５０％以下になってしまうという問題（短寿命であるという問題）があった。 By the way, as described above, in the ultraviolet discharge lamp using borosilicate glass for the glass tube, the first and second phenomena (blackening phenomenon) occur as the lighting time elapses (that is, oxidation occurs on the inner wall of the glass tube). Mercury and amalgam adhered and deposited), and there was a problem that transmission of ultraviolet rays (UV) was lowered. Specifically, for example, in the life prediction after 50,000 hours from the result of lighting for 5,000 hours, the problem is that the maintenance ratio of the irradiance with a wavelength of 185 nm is 50% or less of the initial irradiance ( There was a problem of short life).
本願の発明者は、当初、上記第１の現象である酸化水銀のガラスへの付着を減らすために、ランプ内壁のガラスの表面に紫外線（ＵＶ）を透過する金属酸化物膜を形成し、酸化水銀の付着を抑制することを考えた。その金属酸化物選定の条件は、紫外線（ＵＶ）を透過すること、酸化水銀と帯電傾向が近いこと、ＮａとＨｇを触れさせないことであるが、ガラス管に紫外線透過の硼珪酸ガラスを用いる場合には、単一種類の金属酸化物で全ての条件を満足させるものは無いことがわかった。 The inventor of the present application initially formed a metal oxide film that transmits ultraviolet rays (UV) on the glass surface of the lamp inner wall in order to reduce adhesion of mercury oxide to the glass, which is the first phenomenon, and oxidized the film. We thought to suppress the adhesion of mercury. The conditions for selecting the metal oxide are that it transmits ultraviolet light (UV), has a tendency to be charged similar to mercury oxide, and does not allow Na and Hg to come into contact with it, but uses ultraviolet transmissive borosilicate glass for the glass tube. It has been found that there is no single metal oxide that satisfies all the conditions.
すなわち、紫外線透過の硼珪酸ガラスを用いる場合、波長１８５ｎｍの放射の透過率が波長２５４ｎｍの放射の透過率に比べて低いため、酸化アルミニウム（アルミナ；Ａｌ２Ｏ３）や酸化イットリウム（イットリア；Ｙ２Ｏ３）のように酸化水銀を付着させないが紫外線（ＵＶ）透過のあまり良くない金属酸化物膜をガラス管の内壁に形成させるときには、紫外線（ＵＶ）透過を確保するために金属酸化物膜の膜厚を薄くする必要があるが、このときにはガラス生地が露出する部分が出てきてしまい、その部分に酸化水銀、アマルガムが付着して、その部分の紫外線（ＵＶ）透過率の減少は他の部分よりも早くなってしまう。 That is, in the case of using ultraviolet transmissive borosilicate glass, the transmittance of radiation at a wavelength of 185 nm is lower than the transmittance of radiation at a wavelength of 254 nm, so that aluminum oxide (alumina; Al 2 O 3 ) or yttrium oxide (yttria; Y When a metal oxide film that does not attach mercury oxide but does not transmit ultraviolet rays (UV) as much as 2 O 3 ) is formed on the inner wall of the glass tube, the metal oxide film is used to ensure ultraviolet (UV) transmission. It is necessary to reduce the film thickness of the glass, but at this time, a portion where the glass fabric is exposed comes out, and mercury oxide and amalgam adhere to the portion, and the decrease in ultraviolet (UV) transmittance of the portion is other than that. It will be faster than the part.
また、ガラス管の内壁に、紫外線（ＵＶ）透過の良い二酸化珪素（シリカ；ＳｉＯ２）をある程度の厚さでコーティングするとアマルガムの生成を抑えることはできるが、上記第１の現象と同様の現象である酸化水銀のシリカへの付着が生じ、酸化水銀のシリカへの付着による紫外線（ＵＶ）透過の低下を避けることができない。 In addition, if the inner wall of the glass tube is coated with silicon dioxide (silica; SiO 2 ) having a good ultraviolet (UV) transmission with a certain thickness, the formation of amalgam can be suppressed, but the same phenomenon as the first phenomenon described above. As a result, adhesion of mercury oxide to silica occurs, and reduction in ultraviolet (UV) transmission due to adhesion of mercury oxide to silica cannot be avoided.
このように、ガラス管に紫外線透過の硼珪酸ガラスを用いる場合には、単一種類の金属酸化物だけをガラス管の内壁に形成させることによっては、紫外線（ＵＶ）透過の低下を回避することができないことがわかった。 In this way, when using borosilicate glass that transmits ultraviolet light for the glass tube, by forming only a single type of metal oxide on the inner wall of the glass tube, a decrease in ultraviolet (UV) transmission can be avoided. I knew that I couldn't.
本発明は、本願の発明者のこのような知見に基づいてなされたものであり、ガラス管に紫外線透過の硼珪酸ガラスを用いる場合に、後述のように、２種類の金属酸化物膜をガラス管の内壁に形成することによって、紫外線（ＵＶ）透過の低下を回避することを意図している。 The present invention has been made on the basis of such knowledge of the inventor of the present application. When ultraviolet transmissive borosilicate glass is used for a glass tube, as described later, two kinds of metal oxide films are made of glass. By forming on the inner wall of the tube, it is intended to avoid a decrease in ultraviolet (UV) transmission.
図２は本発明の紫外線放電ランプ（例えば冷陰極型の低圧水銀ランプ）の構成例を示す図（概略図）である。 FIG. 2 is a diagram (schematic diagram) showing a configuration example of an ultraviolet discharge lamp (for example, a cold cathode type low-pressure mercury lamp) of the present invention.
図２を参照すると、本発明の紫外線放電ランプ（例えば冷陰極型の低圧水銀ランプ）１０は、紫外線透過の硼珪酸ガラスを用いたガラス管１と、ガラス管１内に配置された一対の電極２とリード線３とを有し、ガラス管１内には、不活性ガス、水銀（Ｈｇ）が封入されており、ガラス管１の内壁には、後述のように（図４に図２のガラス管１の部分について詳細に示すように）２種類の金属酸化物膜７、８が形成されている。なお、図２の例では、ガラス管１は、これが紫外線透過の硼珪酸ガラスであることから、ビード封止（ビードシール）されている。図２において、符号６はビード封止部である。
Referring to FIG. 2, an ultraviolet discharge lamp (for example, a cold cathode type low-pressure mercury lamp) 10 according to the present invention includes a glass tube 1 using borosilicate glass that transmits ultraviolet rays and a pair of electrodes disposed in the glass tube 1. 2 and lead wire 3, and an inert gas, mercury (Hg), is enclosed in the glass tube 1, and the inner wall of the glass tube 1 is formed as described later (FIG. Two types of metal oxide films 7 and 8 are formed (as shown in detail for the glass tube 1 portion). In the example of FIG. 2, the glass tube 1 is bead-sealed because it is a borosilicate glass that transmits ultraviolet light. In FIG. 2, the code |
本発明の紫外線放電ランプ１０は、ガラス管１に紫外線透過の硼珪酸ガラス（石英ガラスに比べて安価なガラス）を用いているので、ガラス管に石英ガラスを用いる紫外線放電ランプに比べて安価な紫外線放電ランプを提供できる。 Since the ultraviolet discharge lamp 10 of the present invention uses ultraviolet transmissive borosilicate glass (a glass less expensive than quartz glass) for the glass tube 1, it is less expensive than an ultraviolet discharge lamp using quartz glass for the glass tube. An ultraviolet discharge lamp can be provided.
また、図３（ａ），（ｂ）には、ガラス管に紫外線透過の硼珪酸ガラスを用いている本発明の紫外線放電ランプ１０と、ガラス管に石英ガラスを用いた紫外線放電ランプ１１０との、全体のランプ長Ｌに対する発光長比が示されている。すなわち、図３（ａ）には、ガラス管に紫外線透過の硼珪酸ガラスを用いている本発明の紫外線放電ランプ１０の全体のランプ長Ｌに対する発光長Ｌ１が示されており、図３（ｂ）には、ガラス管に石英ガラスを用いた紫外線放電ランプ１１０の全体のランプ長Ｌ（ガラス管に紫外線透過の硼珪酸ガラスを用いている本発明の紫外線放電ランプ１０の全体のランプ長Ｌと同じランプ長）に対する発光長Ｌ２が示されている。図３（ａ）と図３（ｂ）とを比べればわかるように、ガラス管に紫外線透過の硼珪酸ガラスを用いている本発明の紫外線放電ランプ１０では、ビード封止（ビードシール）やボタンステム等の安価で簡単な構造を用いることができるので、ガラス管に紫外線透過の硼珪酸ガラスを用いている本発明の紫外線放電ランプ１０の全体のランプ長Ｌに対する発光長Ｌ１を、ガラス管に石英ガラスを用いた紫外線放電ランプ１１０の全体のランプ長Ｌに対する発光長Ｌ２に比べて長くすることができ、これにより、全体のランプ長Ｌが同じである場合、ガラス管に紫外線透過の硼珪酸ガラスを用いている本発明の紫外線放電ランプ１０では、ガラス管に石英ガラスを用いた紫外線放電ランプ１１０に比べて、紫外線の放射量（波長２５４ｎｍｍ、波長１８５ｎｍの放射量）を多くすることができる。なお、ガラス管に紫外線透過の硼珪酸ガラスを用いている本発明の紫外線放電ランプ１０は、ガラス管に石英ガラスを用いた紫外線放電ランプ１１０に比べて、波長１８５ｎｍの放射に対する透過率は低いが、波長１８５ｎｍの放射に対する透過率が低いことによって、波長２５４ｎｍｍの放射量に対して実用的な波長１８５ｎｍの放射量に近づけることができる。
FIGS. 3A and 3B show an ultraviolet discharge lamp 10 of the present invention using ultraviolet transmissive borosilicate glass for the glass tube and an
このように、ガラス管に紫外線透過の硼珪酸ガラスを用いている本発明の紫外線放電ランプ１０は、ガラス管に石英ガラスを用いた紫外線放電ランプ１１０に比べて、いくつかの利点を有している。
Thus, the ultraviolet discharge lamp 10 of the present invention using ultraviolet transmissive borosilicate glass for the glass tube has several advantages over the
ところで、前述のように、ガラス管に硼珪酸ガラスを用いた紫外線放電ランプでは、点灯時間の経過とともに、第１、第２の現象（黒化現象）が起こり（すなわち、ガラス管の内壁に酸化水銀、アマルガムが付着、沈着し）、紫外線（ＵＶ）の透過が低下してしまうという問題があり、これを回避するため、本発明では、図４に図２のガラス管１の部分について詳細に示すように、硼珪酸ガラスのガラス管１の内壁に、硼珪酸ガラスのガラス管１側から順に、第１の金属酸化物膜７として二酸化珪素（シリカ；ＳｉＯ２）、第２の金属酸化物膜８として帯電傾向がシリカよりも酸化水銀（ＨｇＯ）に近い金属酸化物膜（すなわち、酸化水銀（ＨｇＯ）に近い帯電傾向によって酸化水銀（ＨｇＯ）を静電気的に反発させて、水銀酸化物を付着させない金属酸化物膜）を形成している。この第２の金属酸化物膜８としては、具体的には、酸化アルミニウム（アルミナ；Ａｌ２Ｏ３）または酸化イットリウム（イットリア；Ｙ２Ｏ３）が形成される。 As described above, in the ultraviolet discharge lamp using borosilicate glass for the glass tube, the first and second phenomena (blackening phenomenon) occur as the lighting time elapses (that is, oxidation occurs on the inner wall of the glass tube). In order to avoid this problem, in the present invention, the portion of the glass tube 1 in FIG. 2 is described in detail in order to avoid this problem. As shown, on the inner wall of the glass tube 1 of borosilicate glass, silicon dioxide (silica; SiO 2 ), second metal oxide as the first metal oxide film 7 in order from the glass tube 1 side of the borosilicate glass. As the film 8, a metal oxide film whose charging tendency is closer to mercury oxide (HgO) than silica (that is, mercury oxide (HgO) is electrostatically repelled by a charging tendency closer to mercury oxide (HgO), thereby Adhesion Forming a metal oxide film) that do not. Specifically, as the second metal oxide film 8, aluminum oxide (alumina; Al 2 O 3 ) or yttrium oxide (yttria; Y 2 O 3 ) is formed.
上記第１の金属酸化物膜７としてのシリカは、紫外線（ＵＶ）透過率の良い物質であり、かつ、硼珪酸ガラスのようにＮａなどを含んでいないので、シリカがガラス管１の内壁に形成されることでアマルガムの形成を阻止することができる。すなわち、シリカがガラス管１の内壁に形成されることで、前述した第２の現象であるアマルガムが生成されるのを防止できる。 Silica as the first metal oxide film 7 is a substance having a good ultraviolet (UV) transmittance, and does not contain Na or the like like borosilicate glass. Therefore, silica is present on the inner wall of the glass tube 1. Formation of amalgam can be prevented by being formed. That is, by forming silica on the inner wall of the glass tube 1, it is possible to prevent the amalgam that is the second phenomenon described above from being generated.
また、帯電傾向がシリカよりも酸化水銀（ＨｇＯ）に近い金属酸化物膜である第２の金属酸化物膜８（具体的には、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ；Ａｌ２Ｏ３）または酸化イットリウム（イットリア；Ｙ２Ｏ３））は、酸化水銀（ＨｇＯ）に近い帯電傾向によって酸化水銀（ＨｇＯ）を静電気的に反発させて、水銀酸化物、すなわち酸化水銀（ＨｇＯ）が付着するのを防止できる。ここで、第２の金属酸化物膜８は、第１の金属酸化物膜７よりも紫外線（ＵＶ）の透過率が低いため、第２の金属酸化物膜８の膜厚はできるだけ薄くするのが良い。実際には、波長１８５ｎｍの放射の必要量に応じて第２の金属酸化物膜８の膜厚は適宜調整することができる。例えば、波長１８５ｎｍの放射量をより多くしたいときには、第２の金属酸化物膜８の膜厚は、できる限り薄くするのが良く、具体的には、第１の金属酸化物膜７の膜厚よりも薄くするのが良い。また、波長１８５ｎｍの放射量を差程必要としないときには、第２の金属酸化物膜８の膜厚は、第１の金属酸化物膜７の膜厚と同じ程度にすることもできる。 In addition, the second metal oxide film 8 (specifically, for example, aluminum oxide (alumina; Al 2 O 3 ) or yttrium oxide, which is a metal oxide film whose charging tendency is closer to mercury oxide (HgO) than silica. (Yttria; Y 2 O 3 ) electrostatically repels mercury oxide (HgO) due to a charging tendency close to that of mercury oxide (HgO) to prevent mercury oxide, that is, mercury oxide (HgO) from adhering. it can. Here, since the second metal oxide film 8 has lower ultraviolet (UV) transmittance than the first metal oxide film 7, the thickness of the second metal oxide film 8 is made as thin as possible. Is good. Actually, the thickness of the second metal oxide film 8 can be appropriately adjusted according to the required amount of radiation having a wavelength of 185 nm. For example, when it is desired to increase the radiation amount at a wavelength of 185 nm, the film thickness of the second metal oxide film 8 should be as thin as possible. Specifically, the film thickness of the first metal oxide film 7 It is better to make it thinner. In addition, when the amount of radiation with a wavelength of 185 nm is not so different, the film thickness of the second metal oxide film 8 can be made the same as the film thickness of the first metal oxide film 7.
本発明の原理は、より詳細には次の通りである。すなわち、第１の金属酸化物膜７であるシリカは、アマルガムの生成を防止するために硼珪酸ガラスのすぐ内壁に形成するが、第１の金属酸化物膜７であるシリカは、ガラスと同様に比較的マイナスに帯電し易く、酸化水銀はプラスに帯電し易いため、酸化水銀は第１の金属酸化物膜７であるシリカに付着しやすい。酸化水銀が第１の金属酸化物膜７であるシリカに付着しないようにするために、本発明では、第１の金属酸化物膜７であるシリカの表面に酸化水銀と帯電傾向が近い第２の金属酸化物膜８を形成する。このとき、第２の金属酸化物膜８は、第１の金属酸化物膜７よりも紫外線（ＵＶ）の透過率が低いため、第２の金属酸化物膜８をできるだけ薄く形成するのが良く、その場合、第１の金属酸化物膜７であるシリカが部分的に露出することがあるが、このときにも前述した第２の現象であるアマルガムの生成は抑えることができるので、大きな問題にはならない。 More specifically, the principle of the present invention is as follows. That is, the silica that is the first metal oxide film 7 is formed on the inner wall of the borosilicate glass in order to prevent the formation of amalgam, but the silica that is the first metal oxide film 7 is the same as the glass. Therefore, mercury oxide tends to adhere to the silica that is the first metal oxide film 7 because mercury oxide is easily charged to minus and mercury oxide is easily charged to plus. In order to prevent mercury oxide from adhering to the silica that is the first metal oxide film 7, in the present invention, the second that has a charging tendency close to that of mercury oxide on the surface of the silica that is the first metal oxide film 7. The metal oxide film 8 is formed. At this time, since the second metal oxide film 8 has a lower ultraviolet (UV) transmittance than the first metal oxide film 7, it is preferable to form the second metal oxide film 8 as thin as possible. In that case, the silica which is the first metal oxide film 7 may be partially exposed, but also at this time, the generation of amalgam as the second phenomenon described above can be suppressed, which is a big problem. It will not be.
このように、本発明によれば、ガラス管１に硼珪酸ガラスを用いた紫外線放電ランプであって、硼珪酸ガラスのガラス管１の内壁に、硼珪酸ガラス側から順に、第１の金属酸化物膜７としてシリカ、第２の金属酸化物膜８として帯電傾向がシリカよりも酸化水銀（ＨｇＯ）に近い金属酸化物膜（具体的には、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ；Ａｌ２Ｏ３）または酸化イットリウム（イットリア；Ｙ２Ｏ３））を形成するので、ガラス管の内壁への酸化水銀およびアマルガムの付着、沈着を低減し、時間の経過に伴う光出力の低下を抑えることができる。 As described above, according to the present invention, there is provided an ultraviolet discharge lamp using borosilicate glass for the glass tube 1, and the first metal oxide is sequentially formed on the inner wall of the glass tube 1 of the borosilicate glass from the borosilicate glass side. Silica as the material film 7, and metal oxide film as the second metal oxide film 8 whose charging tendency is closer to mercury oxide (HgO) than silica (specifically, for example, aluminum oxide (alumina; Al 2 O 3 )) Alternatively, since yttrium oxide (yttria; Y 2 O 3 ) is formed, it is possible to reduce adhesion and deposition of mercury oxide and amalgam on the inner wall of the glass tube, and to suppress a decrease in light output over time.
なお、第１の金属酸化物膜（シリカ）７、第２の金属酸化物膜（アルミナまたはイットリア）８は、次のように形成される。すなわち、最初に、平均粒径３０ｎｍの微細な第１の金属酸化物膜（シリカ）７の粒を、例えばアルコール等の有機物液体にニトロセルロースなどを溶かし粘度が調整された液体に、分散させたものを硼珪酸ガラスのガラス管１の内壁に塗布して、乾燥する。次いで、平均粒径３０ｎｍの微細な第２の金属酸化物膜（アルミナまたはイットリア）８を第１の金属酸化物膜（シリカ）７に塗布して、乾燥する。しかる後、封止される部分の金属酸化物を除去し、その後、焼成して、２層の膜、すなわち第１の金属酸化物膜（シリカ）７、第２の金属酸化物膜（アルミナまたはイットリア）８を形成する。または、最初に、平均粒径３０ｎｍの微細な第１の金属酸化物膜（シリカ）７の粒を、例えばアルコール等の有機物液体にニトロセルロースなどを溶かし粘度が調整された液体に、分散させたものを硼珪酸ガラスのガラス管１の内壁に塗布して乾燥後、封止部分を除去し、焼成する。次いで、平均粒径３０ｎｍの微細な第２の金属酸化物膜（アルミナまたはイットリア）８を第１の金属酸化物膜（シリカ）７に塗布して乾燥後、封止部分を除去し、２層の膜、すなわち第１の金属酸化物膜（シリカ）７、第２の金属酸化物膜（アルミナまたはイットリア）８を形成する。 The first metal oxide film (silica) 7 and the second metal oxide film (alumina or yttria) 8 are formed as follows. That is, first, the fine particles of the first metal oxide film (silica) 7 having an average particle diameter of 30 nm are dispersed in a liquid whose viscosity is adjusted by dissolving nitrocellulose or the like in an organic liquid such as alcohol. A thing is apply | coated to the inner wall of the glass tube 1 of a borosilicate glass, and it dries. Next, a fine second metal oxide film (alumina or yttria) 8 having an average particle diameter of 30 nm is applied to the first metal oxide film (silica) 7 and dried. Thereafter, the portion of the metal oxide to be sealed is removed, and then fired to form a two-layer film, that is, a first metal oxide film (silica) 7 and a second metal oxide film (alumina or Yttria) 8 is formed. Alternatively, first, fine particles of the first metal oxide film (silica) 7 having an average particle diameter of 30 nm are dispersed in a liquid whose viscosity is adjusted by dissolving nitrocellulose or the like in an organic liquid such as alcohol. A thing is apply | coated to the inner wall of the glass tube 1 of a borosilicate glass, and after drying, a sealing part is removed and it bakes. Next, a fine second metal oxide film (alumina or yttria) 8 having an average particle diameter of 30 nm is applied to the first metal oxide film (silica) 7 and dried, and then the sealing portion is removed and two layers are formed. That is, a first metal oxide film (silica) 7 and a second metal oxide film (alumina or yttria) 8 are formed.
本願の発明者は、実際に、以下のようにして、図２、図４に示すような本発明の紫外線放電ランプを作製した。 The inventor of the present application actually manufactured the ultraviolet discharge lamp of the present invention as shown in FIGS. 2 and 4 as follows.
すなわち、硼珪酸ガラスのガラス管１の内壁に、シリカとアルミナの膜、または、シリカとイットリアの膜を、０．１μｍ〜２μｍの厚さで形成した。ここで、紫外線放電ランプのガラス管１の直径は３〜６ｍｍで、ガラス管１の長さは５０ｍｍ〜５００ｍｍであり、ランプ形状、すなわちガラス管１の形状は、直管やＵ字管とした。また、ガラス管１内には、発光物質として、水銀（Ｈｇ）と純アルゴンまたはアルゴン・ネオン混合ガス（Ａｒ−Ｎｅ）を封入した。また、電極２は、材料がＮｉ、Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏで、カップかスリーブ状のものにした。
That is, a silica and alumina film or a silica and yttria film was formed on the inner wall of the glass tube 1 of borosilicate glass with a thickness of 0.1 μm to 2 μm. Here, the diameter of the glass tube 1 of the ultraviolet discharge lamp is 3 to 6 mm, the length of the glass tube 1 is 50 to 500 mm, and the lamp shape, that is, the shape of the glass tube 1 is a straight tube or a U-shaped tube. . The glass tube 1 was filled with mercury (Hg) and pure argon or argon / neon mixed gas (Ar—Ne) as a luminescent material. The
図５、図６には、上記のようにして作製した本発明の硼珪酸ガラス製の紫外線放電ランプと石英ガラス製の紫外線放電ランプの特性の比較結果が示されている。すなわち、図５には、オゾン量を一定にしたときの波長２５４ｎｍのＵＶ放射照度が示されており、オゾン量を一定にした場合、本発明の硼珪酸ガラス製の紫外線放電ランプでは、石英ガラス製の紫外線放電ランプに比べて、約１．５倍のＵＶ放射照度が得られた。また、図６には、ＵＶ放射照度を一定にしたときのオゾン量およびランプ電力が示されており、ＵＶ放射照度を一定にしたとき、本発明の硼珪酸ガラス製の紫外線放電ランプでは、石英ガラス製の紫外線放電ランプに比べて約０．７倍とオゾンの量は減少するものの、オゾンの量は必要量以上は確保できる。また、ＵＶ放射照度を一定にしたとき、本発明の硼珪酸ガラス製の紫外線放電ランプでは、石英ガラス製の紫外線放電ランプに比べてランプ電力も抑えられるので、用途によっては省電力になる。 FIGS. 5 and 6 show the comparison results of the characteristics of the ultraviolet discharge lamp made of borosilicate glass of the present invention and the ultraviolet discharge lamp made of quartz glass produced as described above. That is, FIG. 5 shows UV irradiance with a wavelength of 254 nm when the amount of ozone is constant. When the amount of ozone is constant, the ultraviolet discharge lamp made of borosilicate glass of the present invention uses quartz glass. About 1.5 times as much UV irradiance was obtained as compared with the UV discharge lamp manufactured by the manufacturer. FIG. 6 shows the amount of ozone and the lamp power when the UV irradiance is constant. When the UV irradiance is constant, the ultraviolet discharge lamp made of borosilicate glass of the present invention uses quartz. Although the amount of ozone is reduced by about 0.7 times compared to a glass ultraviolet discharge lamp, the amount of ozone can be secured more than necessary. In addition, when the UV irradiance is constant, the borosilicate glass ultraviolet discharge lamp of the present invention can reduce the lamp power as compared with the quartz glass ultraviolet discharge lamp.
本発明の硼珪酸ガラス製の紫外線放電ランプにおいて、５，０００時間の点灯試験で５０，０００時間後のＵＶ放射照度の維持率（初期のＵＶ放射照度に対する比率）を以下のように予測した。 In the ultraviolet discharge lamp made of borosilicate glass of the present invention, the maintenance rate of UV irradiance after 50,000 hours (ratio to the initial UV irradiance) was predicted as follows in the lighting test for 5,000 hours.
すなわち、第１の例として、第１の金属酸化物膜７であるシリカの膜厚を０．４μｍ、第２の金属酸化物膜８であるアルミナの膜厚を０．２μｍとして作製した紫外線放電ランプのＵＶ放射照度の維持率（初期のＵＶ放射照度に対する比率）は、波長２５４ｎｍの維持率が８４％、波長１８５ｎｍの維持率が５５％と、いずれも５０％以上となった。 That is, as a first example, an ultraviolet discharge produced by setting the film thickness of silica as the first metal oxide film 7 to 0.4 μm and the film thickness of alumina as the second metal oxide film 8 to 0.2 μm. The lamp UV irradiance maintenance ratio (ratio to the initial UV irradiance) was 84% for the wavelength 254 nm and 55% for the wavelength 185 nm, both of which were 50% or more.
また、第２の例として、第１の金属酸化物膜７であるシリカの膜厚を０．４μｍ、第２の金属酸化物膜８であるイットリアの膜厚を０．１μｍとして作製した紫外線放電ランプのＵＶ放射照度の維持率（初期のＵＶ放射照度に対する比率）は、波長２５４ｎｍの維持率が８９％、波長１８５ｎｍの維持率が７２％と、いずれも５０％以上となった。 Further, as a second example, an ultraviolet discharge produced by setting the film thickness of silica as the first metal oxide film 7 to 0.4 μm and the film thickness of yttria as the second metal oxide film 8 to 0.1 μm. The lamp UV irradiance maintenance ratio (ratio to the initial UV irradiance) was 89% for the wavelength 254 nm, and 72% for the wavelength 185 nm, both of which were 50% or more.
このように、本発明の硼珪酸ガラス製の紫外線放電ランプは、次の利点を有することがわかる。すなわち、先ず、蛍光体を利用した紫外線ランプに比べて、波長１８５ｎｍ、２５４ｎｍが透過できるので、殺菌、脱臭の効果がある。また、硼珪酸ガラスを使用しているので、コストが安価になる。また、第１の金属酸化物膜７であるシリカと第２の金属酸化物膜８とを形成することにより、長寿命で波長１８５ｎｍ、波長２５４ｎｍのＵＶ放射照度の維持率（初期のＵＶ放射照度に対する比率）が向上する（長寿命で脱臭、殺菌が出来る）という効果が得られる。また、紫外線の放射量が多くなる（同じ放射量の場合、電力を少なく出来る）という利点がある。 Thus, it can be seen that the ultraviolet discharge lamp made of borosilicate glass of the present invention has the following advantages. That is, first, compared with an ultraviolet lamp using a phosphor, since wavelengths 185 nm and 254 nm can be transmitted, there is an effect of sterilization and deodorization. Further, since borosilicate glass is used, the cost is low. In addition, by forming silica as the first metal oxide film 7 and the second metal oxide film 8, the maintenance rate of the UV irradiance having a long lifetime and a wavelength of 185 nm and a wavelength of 254 nm (initial UV irradiance) Ratio) is improved (deodorization and sterilization can be achieved with a long life). In addition, there is an advantage that the amount of radiation of ultraviolet rays increases (in the case of the same amount of radiation, power can be reduced).
上記のような利点を有しているので、本発明の紫外線放電ランプを殺菌装置（例えば、空気清浄器、エアコン、脱臭器、冷蔵庫、洗濯機、浄水器など）に用いるとき、長寿命かつ時間の経過に伴う紫外線出力の低下を抑えた殺菌装置を提供できる。 Because of the advantages as described above, when the ultraviolet discharge lamp of the present invention is used in a sterilizer (for example, an air purifier, an air conditioner, a deodorizer, a refrigerator, a washing machine, a water purifier, etc.), it has a long life and time. Thus, it is possible to provide a sterilization apparatus that suppresses a decrease in ultraviolet output with the passage of time.
本発明は、空気清浄器、エアコン、脱臭器、冷蔵庫、洗濯機、浄水器などの殺菌・脱臭に利用可能である。 The present invention can be used for sterilization and deodorization of air purifiers, air conditioners, deodorizers, refrigerators, washing machines, water purifiers, and the like.
１０ 紫外線放電ランプ
１ ガラス管
２ 電極
３ リード線
６ ビード封止部
７ 第１の金属酸化物膜
８ 第２の金属酸化物膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultraviolet discharge lamp 1
Claims (4)
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