JP2012009372A

JP2012009372A - 紫外線放電ランプおよびその駆動方法

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Publication number: JP2012009372A
Application number: JP2010145976A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Nagahara; 敏行永原; Shinya Omori; 信哉大森
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2012-01-12

Abstract

【課題】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、時間の経過に伴う紫外線出力の低下を抑える。
【解決手段】ガラス管１に紫外線を透過する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１の内壁には、少なくともアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）および／またはイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の金属酸化物膜８が形成されており、前記ガラス管１の内径φは、２．０〜６．０ｍｍの範囲である。
【選択図】図４

Description

本発明は、紫外線放電ランプおよびその駆動方法に関する。

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。

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。

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３万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。

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（図３））、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。

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。

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。

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。

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、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３の他に、さらに、Ｎａ_２Ｏなどを含んでいる。

特表２００４−５０７０３９号公報

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（佐藤、弓削、田屋、玉谷、寺島：「蛍光体の帯電傾向と蛍光ランプの黒化現象」照明学会誌７６−１０（１９９２）５３６−５４２）。

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。

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。

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。

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、時間の経過に伴う紫外線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その駆動方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ガラス管に紫外線を透過する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は、少なくともアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）および／またはイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の金属酸化物膜が形成されており、前記ガラス管の内径φは、２．０〜６．０ｍｍの範囲であることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、ガラス管に紫外線を透過する硼珪酸ガラスを用いた紫外線放電ランプの駆動方法であって、前記硼珪酸ガラスのガラス管の内壁には、少なくともアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）および／またはイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の金属酸化物膜が形成されており、ガラス管内壁の円周に対するランプ電流の比率（管壁負荷）を、０．４ｍＡ／ｍｍ以上で１．１ｍＡ／ｍｍ未満にすることを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、ガラス管に紫外線を透過する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は、少なくともアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）および／またはイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の金属酸化物膜が形成されており、前記ガラス管の内径φは、２．０〜６．０ｍｍの範囲であるので、ガラス管の内壁への酸化水銀などの付着、沈着を低減し、時間の経過に伴う紫外線出力の低下を抑えることができるとともに、消費電力が少なくて済む（紫外線放射効率が良い）紫外線放電ランプを提供できる。

また、請求項２記載の発明によれば、ガラス管に紫外線を透過する硼珪酸ガラスを用いた紫外線放電ランプの駆動方法であって、前記硼珪酸ガラスのガラス管の内壁には、少なくともアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）および／またはイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の金属酸化物膜が形成されており、ガラス管内壁の円周に対するランプ電流の比率（管壁負荷）を、０．４ｍＡ／ｍｍ以上で１．１ｍＡ／ｍｍ未満にするので、水銀蒸気圧の上昇を抑え、ガラス管の内壁への酸化水銀などの付着、沈着を低減し、時間の経過に伴う紫外線出力の低下を抑えることができる。

ガラス管に石英ガラスを用いた紫外線放電ランプの例を示す図である。本発明の紫外線放電ランプの構成例を示す図である。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と、ガラス管に石英ガラスを用いた紫外線放電ランプとの、全体のランプ長に対する発光長比を示す図である。図２の紫外線放電ランプのガラス管の部分の詳細縦断面図である。本発明の紫外線放電ランプ駆動システムの構成例を示す図である。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比較結果を示す図である。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比較結果を示す図である。ランプ電流（Ｉ_Ｌ）をランプ軸と垂直な断面円周（Ｃ）で割った値（管壁負荷）に対する紫外線放射照度維持率の寿命判定結果を示す図である。管壁負荷（Ｉ_Ｌ／Ｃ）に対する水銀蒸気圧と３万時間後の紫外線放射照度維持率の関係を示す図である。管壁負荷（Ｉ_Ｌ／Ｃ）に対する紫外線透過を阻害する物質の生産量の関係を示す図である。電極とガラス管の内壁との隙間ｄを示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明は、ガラス管に紫外線を透過する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、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３の他に、さらに、Ｎａ_２Ｏ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。

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。なお、以下では、紫外線放電ランプが冷陰極型の低圧水銀ランプであるとして説明する。

図２を参照すると、本発明の紫外線放電ランプ（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）金属酸化物膜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。また、電極２は、カップまたはスリーブ形状のものとなっている。

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。

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２５４ｎｍ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。

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。

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（波長１８５ｎｍ、波長２５４ｎｍの出力が低下してしまう）という問題があり（なお、この問題は、ガラス管１の材質が石英ガラス、軟質ガラスの場合も、硼珪酸ガラスと同様に起こる）、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、波長１８５ｎｍ、波長２５４ｎｍを透過する金属酸化物膜８として例えば酸化アルミニウム（アルミナ；Ａｌ_２Ｏ_３）を形成し、これによって、ガラス管１と水銀とが反応せず（水銀酸化物を付着させず）、波長１８５ｎｍ、波長２５４ｎｍを透過するランプを提供できる。なお、波長２５４ｎｍのみを用いる場合（波長１８５ｎｍを用いない場合）には、金属酸化物膜８としては、波長１８５ｎｍを通さない金属酸化物膜、例えば酸化イットリウム（イットリア；Ｙ_２Ｏ_３）を形成する。また、酸化アルミニウム（アルミナ；Ａｌ_２Ｏ_３）と酸化イットリウム（イットリア；Ｙ_２Ｏ_３））とを混合して用いることにより、波長１８５ｎｍと波長２５４ｎｍの出力比率を調整することができる。

このように、本発明では、ガラス管１に紫外線を透過する硼珪酸ガラスを用いた紫外線放電ランプ１０であって、硼珪酸ガラスのガラス管１の内壁には、少なくともアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）および／またはイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の金属酸化物膜８が形成されていることにより、後述のようにガラス管１の内径φが２．０ｍｍ以上であることと協働して、ガラス管１の内壁への酸化水銀などの付着、沈着を低減し、時間の経過に伴う紫外線出力の低下を抑えることができる。さらには、酸化アルミニウム（アルミナ；Ａｌ_２Ｏ_３）と酸化イットリウム（イットリア；Ｙ_２Ｏ_３））とを混合して用い、これらの量を調整することにより、波長１８５ｎｍと波長２５４ｎｍの出力比率を調整することができる。

また、本発明では、図４に示すようにガラス管１の内径φが２．０〜６．０ｍｍの範囲であることにより、ガラス管１の内壁への酸化水銀などの付着、沈着を低減し、時間の経過に伴う紫外線出力の低下を抑えることができるとともに、消費電力が少なくて済む（紫外線放射効率が良い）紫外線放電ランプを提供できる。

すなわち、ガラス管１の内径φが２．０ｍｍ以下の場合には、ガラス管１の内壁の表面積が小さくなり、ガラス管１の内壁に酸化水銀などが高密度に付着するため、紫外線放射照度の維持率が早期に悪くなってしまう（ランプの寿命が短くなってしまう）という問題が生じる。また、ガラス管１の内径φが２．０ｍｍ以下の場合には、電極径（直径）は１．０ｍｍ程度以下になり、カップ電極の製造が難しく高価になるという問題も生じる。このように、ランプの寿命と電極の寸法上との問題から、ガラス管１の内径φは２．０ｍｍ以上であるのが好ましい。

また、ガラス管１の内径φが６．０ｍｍ以上になると（ガラス管１の内径φが大きくなると）、ランプ内の温度が上がりにくくなり、加える電力に対して発光に寄与する水銀の蒸気圧が下がり、紫外線放射効率が悪くなる（同じ紫外線放射照度を得るには消費電力が多く必要になる）という問題が生じる。従って、紫外線放射効率が良い（消費電力が少なくて済む）紫外線放電ランプを提供するため、ガラス管１の内径φは６．０ｍｍ以下であるのが好ましい。

また、図５は、本発明の紫外線放電ランプ駆動システムの構成例を示す図であり、この紫外線放電ランプ駆動システムでは、電流制限機能を有する点灯装置１１から、ランプ１０（の電極）にランプ電流を供給して、ランプ１０を点灯させるようになっている。

このような紫外線放電ランプ駆動システムにおいて、ガラス管１内壁の円周に対するランプ電流の比率（管壁負荷）は、０．４ｍＡ／ｍｍ以上で１．１ｍＡ／ｍｍ未満であるのが良い。これにより、水銀蒸気圧の上昇を抑え、ガラス管の内壁への酸化水銀などの付着、沈着を低減し、時間の経過に伴う紫外線出力の低下を抑えることができる。

本願の発明者は、紫外線透過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を比較した。

図６、図７は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比較結果を示す図である。なお、硼珪酸ガラス製の紫外線放電ランプ、石英ガラス製の紫外線放電ランプの両者共、ランプの内壁に金属酸化物膜８としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）がコーティングされている。

図６には、オゾン量を一定にしたときの波長２５４ｎｍの紫外線放射照度が示されている。図６から、オゾン量を一定にした場合、硼珪酸ガラス製の紫外線放電ランプは石英ガラス製の紫外線放電ランプに比べて、波長２５４ｎｍの紫外線放射照度が約１．５倍になることがわかる。

また、図７には紫外線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いる。図７から、硼珪酸ガラス製の紫外線放電ランプは石英ガラス製の紫外線放電ランプに比べて、ランプ電力は約０．７倍になり、省電力であることがわかる。また、硼珪酸ガラス製の紫外線放電ランプは、オゾン量は過多ではなく適切なレベルであり、オゾン除去のための追加コストも少なくすることができる。

図６、図７の例は、１８５ｎｍと２５４ｎｍ（脱臭と殺菌）付近の紫外線を放射する紫外線放電ランプの例であったが、２５４ｎｍ（殺菌）を主に利用するランプにおいては、コーティング材料にイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を用いることができる。また、前述したように、要求される紫外線出力仕様によっては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を混合したコーティング材料を用いることもできる。

硼珪酸ガラス製の紫外線放電ランプの場合、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）のように紫外線透過があまり良くない金属酸化物膜８を形成させるときには、紫外線透過を確保するために金属酸化物膜８の膜厚を薄くしなければならず、紫外線透過を長時間維持することは困難である。しかし、本発明では、可視光を放射する冷陰極ランプで高効率、長寿命を得るために使用されるランプ径よりもランプ径（ランプ内径）を大きくして、ランプ軸と垂直な断面円周に対するランプ電流値（管壁負荷）を小さくすることにより、紫外線透過を確保することができる。

本願の発明者は、ランプ電流（Ｉ_Ｌ）をランプ軸と垂直な断面円周（Ｃ）で割った値（管壁負荷）に対する紫外線放射照度維持率の寿命を実験により調べた。図８には、ランプ電流（Ｉ_Ｌ）をランプ軸と垂直な断面円周（Ｃ）で割った値（管壁負荷）に対する紫外線放射照度維持率の寿命判定結果が示されている。図８に示すように、本願の発明者による実験によれば、ランプ軸と垂直な断面円周に対するランプ電流の比率（管壁負荷）が０．４ｍＡ／ｍｍ以上で１．１ｍＡ／ｍｍ未満では、長寿命（３万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）であったが、１．１ｍＡ／ｍｍ以上では短寿命（３万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％以下）であった。

ランプ軸と垂直な断面円周に対するランプ電流値（管壁負荷）を０．４ｍＡ／ｍｍ以上で１．１ｍＡ／ｍｍ未満のように小さくすることは、ランプ内壁に照射される紫外線の放射照度を小さくすることである。

ランプ軸と垂直な断面円周に対するランプ電流値（管壁負荷）を０．４ｍＡ／ｍｍ以上で１．１ｍＡ／ｍｍ未満のように小さくすることによって、紫外線放射照度の維持率（例えば５０％以上）を長時間確保できる理由は、次の２点のどちらか、または両方と推定される。すなわち、第１の点として、前述の第１の現象の原因物質である水銀酸化物の生成が紫外線放射照度に対して依存性があること、また、第２の点として、第２の現象そのものが紫外線の放射照度に依存していることである。

管壁負荷（Ｉ_Ｌ／Ｃ）に対する水銀蒸気圧と３万時間後の紫外線放射照度維持率の関係を調べたところ、図９のようになり、管壁負荷（Ｉ_Ｌ／Ｃ）が１．１ｍＡ／ｍｍ以上になると紫外線放射照度が急峻に低下し、管壁負荷（Ｉ_Ｌ／Ｃ）が１．１ｍＡ／ｍｍでは紫外線放射照度維持率が５０％を下回ることが分かった。したがって、図８に示した様に管壁負荷を１．１ｍＡ／ｍｍ未満に設定するのが妥当である。

また、管壁負荷（Ｉ_Ｌ／Ｃ）が０．４ｍＡ／ｍｍ以下だと効率が悪いため、管壁負荷（Ｉ_Ｌ／Ｃ）は０．４ｍＡ／ｍｍ以上にした。

図１０には、管壁負荷（Ｉ_Ｌ／Ｃ）に対する紫外線透過を阻害する物質の生産量の関係が示されている。図１０に示すように、酸化水銀の生成量は管壁負荷を上げると比例的に増加すると考えられる。これに対して、ナトリウムアマルガムの生成量は、紫外線の放射量にも依存するため、上に凸のカーブになると考えられる。紫外線の透過を阻害するこの２つの物質の生成量の合計は、アマルガム生成量の依存性が比較的大きいため、管壁負荷（Ｉ_Ｌ／Ｃ）が１．１ｍＡ／ｍｍのところを境に低電流密度側では直線的に増加し、高電流密度側では傾きが小さくなると推定される。その結果として紫外線放射照度維持率も管壁負荷（Ｉ_Ｌ／Ｃ）が１．１ｍＡ／ｍｍのところを境に傾向が大きく変わっていると考えられる。

加えて、図１１のようにカップやスリーブ形状の金属電極２の外壁とガラス管１の内壁との隙間ｄを従来品の冷陰極蛍光ランプにおけるものに比べて広くすることにより（例えば隙間ｄの平均値を０．４ｍｍ以上にすることにより）、排気効率を上げて残存不純ガスを少なくすることができ、更に紫外線放射照度の維持率を向上させることができる。この場合、電極外側にグロー放電が起こらない範囲で用いるのが良い。例えば、電極長を調整し、カップ電極内表面積に対する電流密度を適正にすることが考えられる。

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。

すなわち、硼珪酸ガラスのガラス管１の内壁に、金属酸化物膜８としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）またはイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を、それぞれ、０．１μｍ〜２μｍ、０．０５μｍ〜１．５μｍの厚さで形成する。もしくは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を混合して用いる。なお、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の膜厚が薄いのは、波長１８５ｎｍの透過率が悪いため、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の膜厚を薄くして波長１８５ｎｍを透過させるためである。また、ランプ内径φは２．０〜６．０ｍｍで、ランプ長は５０ｍｍ〜５００ｍｍとした。また、ガラス管内壁の円周に対するランプ電流の比率（管壁負荷）を、０．４ｍＡ／ｍｍ以上で１．１ｍＡ／ｍｍ未満にした。また、電極２は、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏのカップかスリーブ形状のものとした。また、電極２とガラス管１の内壁との隙間ｄの平均値は０．５ｍｍであり、ランプ形状は、直管やＵ字管のものとした。また、ガラス管１内の発光物質は、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）とした。

このような本発明の紫外線放電ランプは、次の利点を有することがわかった。すなわち、ガラス管１に硼珪酸ガラスを使用したことにより、石英ガラスを使用する場合に比べて、安価な紫外線放電ランプを提供することができる。また、ガラス管１に硼珪酸ガラスを使用したことにより、同じランプ全長の場合、石英ガラスを使用する場合に比べて、同じ２５４ｎｍ放射量を得るための電力を少なくすることができる。また、ガラス管１に硼珪酸ガラスを使用し、ガラス管１の内壁に少なくともアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）および／またはイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の金属酸化物膜８をコーティングしたことにより、オゾン発生量をコントロールすることができ、安価な殺菌システムまたは殺菌・消臭システムを構築することができる。また、ガラス管１に硼珪酸ガラスを使用し、ガラス管１の内壁に少なくともアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）および／またはイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の金属酸化物膜８をコーティングし、ガラス管内壁の円周に対するランプ電流の比率（管壁負荷）を、０．４ｍＡ／ｍｍ以上で１．１ｍＡ／ｍｍ未満としたことにより、高い紫外線透過率を長時間維持することができる（紫外線放射照度の維持率（例えば５０％以上）を長時間確保できる）。また、電極２とガラス管１の内壁との隙間ｄを０．４ｍｍ以上としたことにより、残存不純ガスが減少し、高い紫外線透過率を長時間維持することができる（紫外線放射照度の維持率（例えば５０％以上）を長時間確保できる）。

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脱臭装置、殺菌装置など（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脱臭装置、殺菌装置などを提供できる。

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。

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
８金属酸化物膜

Claims

ガラス管に紫外線を透過する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は、少なくともアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）および／またはイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の金属酸化物膜が形成されており、前記ガラス管の内径φは、２．０〜６．０ｍｍの範囲であることを特徴とする紫外線放電ランプ。
ガラス管に紫外線を透過する硼珪酸ガラスを用いた紫外線放電ランプの駆動方法であって、前記硼珪酸ガラスのガラス管の内壁には、少なくともアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）および／またはイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の金属酸化物膜が形成されており、ガラス管内壁の円周に対するランプ電流の比率（管壁負荷）を、０．４ｍＡ／ｍｍ以上で１．１ｍＡ／ｍｍ未満にすることを特徴とする紫外線放電ランプの駆動方法。