JP2019204627A - 光透過性材料およびランプ - Google Patents

Abstract

【課題】表面に汚染物質が付着することが抑制され、汚染物質が付着した場合でも容易に除去することが可能な光透過性材料、およびこの光透過性材料よりなる発光管を備えたランプを提供する。【解決手段】本発明の光透過性材料は、ガラス基体の表面に、ナノシリカ粒子による表層が形成されてなることを特徴とする。前記ナノシリカ粒子は、平均粒径が１００ｎｍ未満のものであることが好ましい。本発明のランプは、前記光透過性材料よりなる発光管を備えてなり、前記表層が、前記発光管の外表面に形成されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、光透過性材料およびこの光透過性材料よりなる発光管を備えたランプに関する。

従来、有害物質を含むガスを処理する方法としては、紫外線を利用する方法が知られている。
例えば特許文献１には、被処理ガスが流通するハウジンク内に、波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を放射する紫外線ランプが配置されてなるガス処理装置が開示されている。このガス処理装置においては、被処理ガス中に含まれる酸素に真空紫外線が照射されることにより、オゾンや酸素ラジカルなどの活性種が発生し、この活性種によって、被処理ガス中に含まれる有害物質が分解される。
また、特許文献２には、被処理ガスが流通する容器内に、光触媒部および紫外線ランプが配置されてなるガス処理装置が開示されている。このガス処理装置においては、光触媒部に紫外線が照射されることにより、光触媒が活性化され、活性化された光触媒によって、被処理ガス中に含まれる有害物質が分解される。

しかしながら、このようなガス処理装置においては、紫外線ランプの発光管の外表面に被処理ガスが接触するため、当該発光管の外表面に、被処理ガス中に含まれる塵埃、水溶性または油溶性の有機物質や、紫外線または光触媒による分解生成物などの汚染物質が付着する。その結果、紫外線ランプから放射される紫外線が発光管の外表面において遮蔽され、これにより、被処理ガスや光触媒に照射される紫外線の照度が低下する、という問題がある。また、このような汚染物質が発光管の外表面に付着すると、当該汚染物質を容易に除去することが困難であり、紫外線ランプのメンテナンスが非常に煩雑である、という問題がある。

また、特許文献３には、被処理ガスが流通するケーシングと、このケーシング内に設けられた筒状の紫外線透過窓部材と、この紫外線透過窓部材に収容された紫外線ランプとを有するガス処理装置が開示されている。このガス処理装置においては、紫外線透過窓部材によって、紫外線ランプが被処理ガスの流路から隔離されているため、紫外線ランプの発光管の外表面に被処理ガスが接触することがなく、従って、紫外線ランプの発光管の外表面に汚染物質が付着することが回避される。
しかしながら、紫外線透過窓部材の外表面に被処理ガスが接触するため、当該外表面には汚染物質等が付着する結果、被処理ガスや光触媒に照射される紫外線の照度が低下する、という問題がある。

更に、ガス処理装置に用いられる紫外線ランプに限られず、塵埃や汚染物質が付着しやすい環境下で使用されるランプにおいては、発光管の外表面に汚染物質が付着することによって、光の照度が低下する、という問題がある。

特開２０１２−２０７５３６号公報 特開２０１１−１４７８７４号公報 特開２００１−１７０４５３号公報

本発明の目的は、表面に汚染物質が付着することが抑制され、汚染物質が付着した場合でも容易に除去することが可能な光透過性材料を提供することにある。
本発明の他の目的は、発光管の表面に汚染物質が付着することが抑制され、当該発光管の外表面に汚染物質が付着した場合でも容易に除去することが可能なランプを提供することにある。

本発明の光透過性材料は、ガラス基体の表面に、ナノシリカ粒子による表層が形成されてなることを特徴とする。

本発明の光透過性材料においては、前記ナノシリカ粒子は、平均粒径が１００ｎｍ未満のものであることが好ましい。
また、前記ガラス基体が紫外線透過性を有するものであることが好ましい。
また、前記ガラス基体がシリカガラスよりなることが好ましい。
このような光透過性材料においては、前記ナノシリカ粒子は、平均粒径が５０ｎｍ以下のものであることが好ましい。

本発明のランプは、上記の光透過性材料よりなる発光管を備えてなり、前記表層が、前記発光管の外表面に形成されていることを特徴とする。

本発明のランプにおいては、紫外線を放射するものであることが好ましい。
また、波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を放射するエキシマ放電ランプとして構成されていることが好ましい。

本発明の光透過性材料によれば、表面にナノシリカ粒子による表層が形成されているため、表面に汚染物質が付着することが抑制され、汚染物質が付着した場合でも容易に除去することができる。
また、本発明のランプによれば、発光管の表面にナノシリカ粒子による表層が形成されているため、当該発光管の表面に汚染物質が付着することが抑制され、当該発光管の外表面に汚染物質が付着した場合でも容易に除去することができる。

本発明に係るランプの一例における構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の光透過性材料は、ガラス基体の表面にナノシリカ粒子による表層が形成されてなるものである。
本発明の光透過性材料において、ナノシリカ粒子による表層は、ガラス基体の表面全面にわたって形成されていることは必要ではなく、ガラス基体の表面において防汚性が要求される一部の領域のみに形成されていてもよい。

本発明の光透過性材料において、ガラス基体の形態は特に限定されず、例えば板状のもの、管状のもの、二重管状のもの、中空の箱状のものなど、光透過性材料の用途に応じて種々の形態を採用することができる。
ガラス基体を構成するガラスとしては、目的とする波長の光に対して透過性を有するものであれば特に限定されないが、紫外線に対して透過性を有する光透過性材料を構成する場合には、石英ガラス（溶融石英ガラス）、シリカガラス（合成石英ガラス）、サファイアガラス、フッ化マグネシウムガラスなどを用いることが好ましく、また、波長２００ｎｍ以下の真空紫外線に対して透過性を有する光透過性材料を構成する場合には、シリカガラス、サファイアガラス、フッ化マグネシウムガラスなどを用いることが好ましい。
ガラス基体の肉厚は、目的とする波長の光を透過し得るものであれば特に限定されないが、例えば０．５〜２ｍｍである。

表層を構成するナノシリカ粒子としては、平均粒子径が１００ｎｍ未満のものを用いることが好ましい。また、ナノシリカ粒子の平均粒子径の下限値は特に限定されないが、製造上の観点から、平均粒子径が５ｎｍ以上のナノシリカ粒子が好ましい。
また、波長２００ｎｍ以下の真空紫外線に対して透過性を有する光透過性材料を構成する場合には、ナノシリカ粒子は、平均粒子径が５０ｎｍ以下のものであることが好ましく、より好ましくは３０ｎｍ以下、更に好ましくは２０ｎｍ以下である。
ナノシリカ粒子の平均粒子径が過大である場合には、目的とする波長の光に対する透過性が低下する虞がある。

ガラス基体の表面に表層を形成する方法としては、ガラス基体の表面にナノシリカ粒子を圧接する乾式法、ナノシリカ粒子が分散されてなる分散液をガラス基体の表面に塗布して乾燥する湿式法を利用することができる。

乾式法の具体例としては、例えばボールミルのように、ガラス基体およびナノシリカ粒子を円筒状の容器に入れ、この容器を筒軸が水平となる姿勢で配置し、当該筒軸を中心軸として回転させることにより、ガラス基体の表面にナノシリカ粒子を圧接する方法、ローラによってガラス基体の表面にナノシリカ粒子を圧接する方法などが上げられる。

湿式法において、分散液を調製するための液状の分散媒としては、例えばイソプロピルアルコール、メチルアルコール、エチレングリコール、エチレングリコールモノｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジメチルアセトアミドなどの親水性有機溶媒、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサン、酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トルエンなどの疎水性有機溶媒を用いることができる。
分散液中のナノシリカ粒子の割合は、例えば１５〜５０質量％である。
また、ガラス基体の表面に分散液を塗布する方法としては、ディップ法、スプレーコート法、インクジェットプリンタによって塗布する方法、スクリーン印刷法などを利用することができる。

このような光透過性材料によれば、表面にナノシリカ粒子による表層が形成されているため、表面に汚染物質が付着することが抑制され、汚染物質が付着した場合でも容易に除去することができる。

本発明の光透過性材料は、防汚性が要求される種々の用途に用いることができ、例えばランプの発光管、ランプを保護する外套管、ランプからの光を透過する光透過窓部材として用いることができる。

図１は、本発明に係るランプの一例における構成を示す説明図である。
このランプは、波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を放射するエキシマ放電ランプであり、上述の光透過性材料よりなる発光管１０を有する。具体的には、発光管１０は、当該発光管１０を構成する管状のガラス基体の外表面に、ナノシリカ粒子による表層が形成されて構成されている。

図示の例の発光管１０は、円管状の発光部１１と、この発光部１１の一端に縮径部１２を介して連続する封止部１３とを有する。発光管１０の他端には、ランプの製造過程において発光管１０内を排気するための排気経路の残部であるチップ部１５が形成されている。
封止部１３は、金属箔１８を埋設して気密封止したいわゆる箔封止構造であって、例えば、発光管１０を構成する発光管形成材料の端部を加熱してピンチャーで圧潰することにより形成されている（ピンチシール構造）。

発光管１０の両端部の各々には、例えば無機絶縁性のセラミックス（例えばアルミナ）等からなる筒状のベース部材４０，４１が設けられている。ベース部材４０，４１は、例えば無機接着剤により発光管１０に対して固定されている。ベース部材４０，４１の外周面には、周方向の全周にわたって延びる溝部４２が形成されている。

発光管１０の内部には、エキシマを生成するための発光ガスが封入されていると共に、内側電極２０が発光管１０の管軸に沿って伸びるよう配置されている。
発光ガスとしては、例えばキセノンガス（Ｘｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）、クリプトンガス（Ｋｒ）などのエキシマ放電によってエキシマ分子を生成する放電媒質としての作用を有する希ガスが用いられる。また、放電媒質としては、希ガスと共に必要に応じて、フッ素ガス（Ｆ）、塩素ガス（Ｃｌ）、沃素ガス（Ｉ）および臭素ガス（Ｂｒ）などのハロゲンガスが封入されていてもよい。

内側電極２０は、例えばタングステンなどの耐熱性を有する金属よりなり、金属素線がコイル状に巻回されてなるコイル状部分２１と、当該コイル状部分２１の両端に設けられた略直線状に伸びるリード部分２２，２３とを有する。この内側電極２０は、コイル状部分２１の中心軸が発光管１０の管軸と一致する状態で配置されており、他方のリード部分２３の他端部がチップ部１５内に位置され、一方のリード部分２２の一端部が封止部１３に埋設された金属箔１８の他端部に電気的に接続されている。
金属箔１８の一端部には、封止部１３の外端から管軸方向外方に突出して延びる外部リード２５の他端部が電気的に接続されている。このようにして、内側電極２０は、金属箔１８を介して外部リード２５と電気的に接続されている。

発光管１０の外表面には、網状の外側電極３０が発光管１０の管軸方向に沿って延びるよう配設されている。外側電極３０は、一方のベース部材４０を貫通して延びる配線３５を介して図示しない電源に接続されており、例えば接地電極として機能する。
この例における外側電極３０は、例えば、導電性を有する複数本の金属素線を筒状の形態をなすよう編んで形成された網状の電極形成部材（以下、「網状電極形成部材」ともいう。）３１により構成されている。網状電極形成部材３１を構成する金属素線の素線径は、例えばφ０．０１〜φ１．０ｍｍである。

このようなランプにおいては、図示しない電源によって高周波高電圧が内側電極２０と外側電極３０との間に印加されることにより、発光管１０の内部空間においてエキシマ放電が生じる。そして、エキシマ放電によってエキシマ分子が生成され、そのエキシマ分子から放出される真空紫外光が発光管１０を透過し、外側電極３０を構成する網状電極形成部材３１の網目の間隙を介して放射される。

上記のランプによれば、発光管１０の表面にナノシリカ粒子による表層が形成されているため、当該発光管１０の表面に汚染物質が付着することが抑制される。従って、発光管１０の外表面に対する汚染物質の付着による照度の低下を抑制することができる。また、発光管１０の表面に汚染物質が付着しにくいため、発光管１０の外表面を洗浄する頻度が小さく、しかも、発光管１０の外表面に汚染物質が付着した場合でも容易に除去することができる。

本発明のランプは、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明のランプは、エキシマ放電ランプに限定されず、低圧水銀ランプ等の放電ランプ、ハロゲンランプ、その他の種々のランプとして構成することができる。

〈実施例１〉
図１の構成に従い、下記の仕様のエキシマ放電ランプを作製した。
発光管（１０）：
ガラス基体の材質＝シリカガラス
表層の材質＝平均粒子径が１０ｎｍのナノシリカ粒子
発光部（１１）の外径＝１６ｍｍ
発光部（１１）の内径＝１４ｍｍ
発光部（１１）の長さ＝１３０ｍｍ
内側電極（２０）：
材質＝タングステン
素線径＝０．３ｍｍ
外側電極（３０）：
材質＝ステンレス（ＳＵＳ３０４）
素線径＝０．２ｍｍ
封入ガス：
ガス種：キセノンガス
封入圧：２０ｋＰａ
定格電圧：４ｋＶ

以上において、発光管における表層は、以下のようにして形成した。
内径が９０ｍｍ、長さが１５０ｍｍの円筒状の容器内に、発光管を構成するガラス基体と、平均粒子径が１０ｎｍのナノシリカ粒子１ｇを入れ、この容器を筒軸が水平となる姿勢で配置し、筒軸を中心軸として２００ｒｐｍで１０分間回転させることにより、ガラス基体の表面にナノシリカ粒子を圧接することにより、ガラス基体の外表面に表層を形成した。
また、得られた発光管の外表面について、原子間力顕微鏡（キーエンス社製、品番：ＶＮ−８０１０）によって表面解析し、その表面粗さＲａを測定したところ、５ｎｍであった。

〈実施例２〉
ナノシリカ粒子として、平均粒子径が５０ｎｍのものを用いたこと以外は、実施例１と同様の仕様のエキシマ放電ランプを作製した。
発光管の外表面の表面粗さＲａを実施例１と同様にして測定したところ、１２．１ｎｍであった。

〈実施例３〉
発光管における表層を、以下のようにして形成したこと以外は、実施例１と同様の仕様のエキシマ放電ランプを作製した。
平均粒子径が１０ｎｍのナノシリカ粒子が３０質量％となる割合で分散されてなる分散液を、ディップ法によって発光管を構成するガラス基体の外表面に塗布し、７２時間放置して乾燥することにより、ガラス基体の外表面に表層を形成した。

〈比較例１〉
ナノシリカ粒子による表層を形成しなかったこと以外は実施例１と同様の仕様のエキシマ放電ランプを作製した。
発光管の外表面の表面粗さＲａを実施例１と同様にして測定したところ、１．７ｎｍであった。

［試験１］
実施例１、実施例２および比較例１に係るエキシマ放電ランプの各々について、放射される紫外線の照度を測定した。実施例１および実施例２に係るエキシマ放電ランプの各々による紫外線の照度について、比較例１に係るエキシマ放電ランプによる紫外線の照度を１００としたときの相対値を求めたところ、実施例１に係るエキシマ放電ランプでは９９．８であり、実施例２に係るエキシマ放電ランプでは４９．５であった。

［試験２］
実施例１、実施例２および比較例１に係るエキシマ放電ランプの各々について、粉体汚染物質（ＪＩＳ試験用粉体１１種を使用）、水溶性汚染物質（ＪＩＳ Ｌ １９１９ 表３）、油溶性汚染物質（ＪＩＳ Ｌ １９１９ 表４）を付着させた。各汚染物質の付着方法はＪＩＳ Ｌ １９１９に準拠し、汚染物質を付着した後に流水に１分間晒すことにより、各汚染物質に対する発光管の防汚性と洗浄性の評価を行った。
以上、結果を下記表１に示す。

［試験３］
１００Ｌデシケータ内に、トルエンで満たされたシャーレ（直径が約３７ｍｍ）２個と、実施例１、実施例３および比較例１に係るエキシマ放電ランプの各々を入れた。１００Ｌデシケータ内のトルエン濃度は約４０ｐｐｍを示した。その後、実施例１、実施例３および比較例１に係るエキシマ放電ランプの各々を点灯した。そして、点灯を開始してから２４時間経過後および４８時間経過後において、実施例１、実施例３および比較例１に係るエキシマ放電ランプの各々による紫外線の照度を測定し、試験前の初期の照度に対する維持率を求めた。
以上、結果を下記表２に示す。

表１の結果から明らかなように、本発明の実施例に係るエキシマ放電ランプによれば、発光管の表面に汚染物質が付着することが抑制され、発光管の外表面に汚染物質が付着した場合でも容易に除去することができることが確認された。
これに対して、比較例１に係るエキシマ放電ランプの発光管は、粉体汚染物質、水溶性汚染物質および油溶性汚染物質のいずれの汚染物質に対しても防汚性および洗浄性が低いものであった。

１０ 発光管
１１ 発光部
１２ 縮径部
１３ 封止部
１５ チップ部
１８ 金属箔
２０ 内側電極
２１ コイル状部分
２２ 一方のリード部分
２３ 他方のリード部分
２５ 外部リード
３０ 外側電極
３１ 網状電極形成部材
３５ 配線
４０ 一方のベース部材
４１ 他方のベース部材
４２ 溝部

Claims (8)

1. ガラス基体の表面に、ナノシリカ粒子による表層が形成されてなることを特徴とする光透過性材料。
2. 前記ナノシリカ粒子は、平均粒径が１００ｎｍ未満のものであることを特徴とする請求項１に記載の光透過性材料。
3. 前記ガラス基体が紫外線透過性を有するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光透過性材料。
4. 前記ガラス基体がシリカガラスよりなることを特徴とする請求項３に記載の光透過性材料。
5. 前記ナノシリカ粒子は、平均粒径が５０ｎｍ以下のものであることを特徴とする請求項４に記載の光透過性材料。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光透過性材料よりなる発光管を備えてなり、前記表層が、前記発光管の外表面に形成されていることを特徴とするランプ。
7. 紫外線を放射するものであることを特徴とする請求項６に記載のランプ。
8. 波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を放射するエキシマ放電ランプとして構成されていることを特徴とする請求項７に記載のランプ。

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