JP3246666U

JP3246666U - アマルガムランプ

Info

Publication number: JP3246666U
Application number: JP2024000730U
Authority: JP
Inventors: 淳一鈴木
Original assignee: Nikka Ltd
Current assignee: Nikka Ltd
Priority date: 2024-03-11
Filing date: 2024-03-11
Publication date: 2024-05-14
Anticipated expiration: 2034-03-11

Abstract

【課題】効率良く紫外線を照射できるアマルガムランプを提供する。【解決手段】アマルガムランプ１０は、内部にアマルガム合金１８と不活性ガスを封入して両端にフィラメント電極１４ａ、１４ｂを有する円筒形状の放電管１２を備え、アマルガム合金１８はビスマスと水銀の合金をペレット状に形成してフィラメント電極１４ｂの根本付近に装着したことを特徴としている。【選択図】図１

Description

本考案は、波長２５４ｎｍを主波長とする紫外線を照射するアマルガムランプに関する。

水銀と金属ハロゲン化物を使用して光を発生させるアマルガムランプがあり、一般的に照明用の蛍光灯や殺菌用の紫外線ランプとして使用されている（例えば特許文献１に開示あり）。アマルガムランプは、ランプ内面に合金化した水銀とハロゲン化物の混合物（アマルガム）をスポット焼き付けして固着させて、特定の温度で蒸発させて、それによって発生する水銀の蒸気が電気放電によって励起される。励起された水銀の蒸気は紫外線を放出し、その後、内部の蛍光物質や反応物質によって可視光や紫外線が発生する。このようなアマルガムランプは、他の低圧ランプと同様に波長２５４ｎｍの紫外線を照射でき、放電電流が高く、出力も低圧ランプの１５Ｗ～１００Ｗと比べて１００Ｗ～５００Ｗであり、管面温度も８０度以上と高く、高電力かつ高紫外線強度が特徴のランプである。

しかしながらアマルガムランプは、エネルギー強度の平均値が３７ｍＷ／ｃｍ～４０ｍＷ／ｃｍ、紫外線強度は初期点灯時（１００時間～１０００時間）で照射強度９０％、１０００時間～９０００時間で照射強度７０％、９０００時間～１２０００時間で照射強度７０％以下となる。そして使用環境温度は常温１５度から４０度であり、水平点灯のみで垂直点灯は不可能であった。そして管内部に固着したアマルガムの電離後内部圧力のバランスが維持できず強度班が発生して経年劣化の要因となっていた。

特開２０１６－７８３２号公報

本考案が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、効率良く紫外線を照射できるアマルガムランプを提供することにある。

本考案は、上記課題を解決するための第１の手段として、内部にアマルガム合金と不活性ガスを封入して両端にフィラメント電極を有する円筒形状の放電管を備え、
前記アマルガム合金はビスマスと水銀の合金をペレット状に形成して前記フィラメント電極の根本付近に装着したことを特徴とするアマルガムランプを提供することにある。
上記第１の手段によれば、効率的に紫外線を照射でき、経年劣化が少なくメンテナンス性の良いアマルガムランプを実現できる。

本考案は、上記課題を解決するための第２の手段として、第１の手段において、前記放電管は表面を酸化ハフニウムでコーティングしていることを特徴とするアマルガムランプを提供することにある。
上記第２の手段によれば、水銀由来の紫外線波長エネルギーを増幅させることができる。

本考案は、上記課題を解決するための第３の手段として、第１又は第２の手段において、前記放電管を内包して内部にキセノンを充填した円筒形状のジャケットを有する二重構造に形成したことを特徴とするアマルガムランプを提供することにある。
上記第３の手段によれば、放電管からの発熱を少なくできる。

本考案によれば、効率的に紫外線を照射でき、経年劣化が少なくメンテナンス性の良いアマルガムランプを実現できる

本考案のアマルガムランプの説明図である。本考案のアマルガムランプ端部の部分拡大図である。本考案のアマルガムランプのジャケットの説明図である。本考案のアマルガムランプの減衰率を示すグラフである。

本考案のアマルガムランプの実施形態について、図面を参照しながら、以下詳細に説明する。

［アマルガムランプ１０］
図１は本考案のアマルガムランプの説明図である。図２は本考案のアマルガムランプ端部の部分拡大図である。図４は本考案のアマルガムランプの減衰率を示すグラフである。
本考案のアマルガムランプ１０は波長２５４ｎｍを主波長とする紫外線を照射可能なランプである。アマルガムランプ１０は、円筒形状の放電管１２の内部に不活性ガスとアマルガム合金１８を封入した低圧ランプである。本実施形態の放電管１２は材質に合成石英ガラスを用いており、軸方向の両端に一対のフィラメント電極１４ａ，１４ｂを備え、一端側に口金１６を取り付けている。本実施形態の口金１６は４ピン口金を採用し、装置の取付けスロットやソケットに差し込むことで、電気的な接続が成立して光源が動作する。

放電管１２の内部には後述するアマルガム合金１８及び不活性ガスの混合ガスを低圧力で封入している。
アマルガム合金１８は、水銀と金属元素の合金であり、本実施形態では一例として、ビスマス（Ｂｉ）と水銀の合金を用いている。この合金は密度が大きく低融点（２７１度）で有害性が少ない特徴がある。このようなアマルガム合金１８は、ペレット状に形成して放電管１２の口金１６を取り付けていない側の先端キャップのフィラメント電極１４ｂの根本付近に装着している（図２参照）。

不活性ガスは、複数の不活性ガスを混合したものであり、本実施形態では一例としてアルゴンとネオンの混合ガスを用いている。なお、アルゴンガスとネオンガスの混合比は種々の割合に設計変更できる。

放電管１２は表面にハフニウム（Ｈｆ）をコーティングしている。放電管１２は外表面に酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）をスプレー噴霧などにより塗布して乾燥させる。酸化ケイ素はアンカーとしての役割を果たし、後述する金属酸化物の塗布を容易に形成し易くすることができる。次に金属酸化物の遷移元素である酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）をスプレー噴霧によって酸化ケイ素被膜上に塗布して乾燥させる。酸化イットリウムの被膜層は、３００ｎｍ～４３０ｎｍの波長域の紫外線を吸収し増幅する。そしてそれ以外の波長域の紫外線を透過させない。さらに酸化イットリウムの被膜層の上に遷移元素である酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）をスプレー噴霧によって塗布して乾燥させている。酸化ハフニウムの被膜層は、３００ｎｍ～６００ｎｍ波長域の紫外線を吸収し増幅させる。そしてそれ以外の波長域の紫外線を透過させない。このように金属酸化物の多層被膜は一層ごとに積層し、異なる遷移元素同士が互いに混合しないように形成している。
このような構成のアマルガムランプ１０によれば、水銀由来の紫外線波長エネルギーを増幅させることができる。

従来のインジウムを含むアマルガム合金は放電管の内部にあらかじめ合金焼結した状態で高温分離が必要なため、放電すると水蒸気が水平に比べて温度斑が発生する中央部分で蒸気圧が減衰する状態から準共鳴発光、共鳴発光に必要な水蒸気圧に斑が発生していた。しかし本考案のようにフィラメント電極付近にビスマスを含むアマルガム合金を設けると低温度蒸気圧水銀が容易に形成できる環境のため蒸気圧に斑の発生がなくなり、紫外線共鳴、準共鳴発光紫外線を照射できる。このため低温環境でも紫外線照射強度を維持することができる。さらに点灯は水平点灯の他にも垂直点灯させることができる。

図３は本考案のアマルガムランプのジャケットの説明図である。アマルガムランプ１０Ａは、内部に不活性ガスが充填された放電管１２と、放電管１２を内包して内部にキセノン（Ｘｅ）が充填されたジャケット２０を有する二重構造である。放電管１２は筒状の石英ガラス本体の両端にフィラメント電極１４ａ，１４ｂを備え、内部に不活性ガスを充填している。ジャケット２０は、放電管１２を覆い、換言すると内部に備え、内部にキセノンを充填している、またジャケット２０は一端から放電管１２のフィラメント電極１４ａに接続する電極が外部に露出している。ジャケットに充填するガスは不活性ガスである窒素ガスを使用するのが一般的である。一般に紫外線透過率は混合ガス＜Ｎ_２＜キセノンの順である。この順位は電離性順位、原子量順位、電極劣化率保護の順位となる。高融点レアメタル仕様の電極劣化を保護することは電極飛散防止短時間で基底状態に遷移することである。換言すると冷却グレードである。このような構成のアマルガムランプ１０Ａは、ジャケット２０内にキセノンを充填したことにより放電管１２からの発熱を少なくできる。

［作用］
上記構成による本考案のアマルガムランプ１０，１０Ａは、一対のフィラメント電極１４ａ，１４ｂ間に電圧を印加すると、フィラメント電極１４ａ，１４ｂが加熱されることで不活性ガスが放電加熱する。そしてフィラメントが高温にさらされることにより短時間かつ容易にアマルガム合金１８のペレットが溶融する。そして放電電子がアマルガム合金１８を提起して、低圧放電ランプと同様に、波長２５４ｎｍを主波長とする紫外線を発光する。
図４は本考案のアマルガムランプの減衰率を示すグラフである。実線は本考案のアマルガムランプであり、点線はインジウムを含むアマルガム合金を用いた従来のアマルガムランプである。本考案のアマルガム合金に含まれるビスマスはインジウムと比べて融点が高い。インジウムを含むアマルガム合金は融点が低いので水銀とインジウムが分離した後、インジウムが励起状態となる。水銀は放電管内部の電子温度が水銀励起状態になるまでに時間差が生じてしまいフィラメント電極の経年劣化に伴い飛散したタングステンと合金化して水銀蒸気圧に変化が発生することになる。従って紫外線強度が時間経過に伴って低下してしまう。一方本考案のアマルガムランプは高融点のビスマスを含むアマルガム合金を用いているため、波長２５４ｎｍの紫外線は、エネルギー平均値が１７００ｍＷ／ｃｍ以上であり、初期点灯から１００～１６０００時間までは照射強度９０％以上であり、減衰率はわずか１０％ほどである（図４参照）。

このような本考案によれば、効率的に紫外線を照射でき、経年劣化が少なくメンテナンス性の良いアマルガムランプを実現できる。
以上、本考案の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本考案は、上記実施形態に何ら制限されることなく、本考案の主旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
また、本考案は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。

１０，１０Ａアマルガムランプ
１２放電管
１４ａ，１４ｂフィラメント電極
１６口金
１８アマルガム合金
２０ジャケット

Claims

内部にアマルガム合金と不活性ガスを封入して両端にフィラメント電極を有する円筒形状の放電管を備え、
前記アマルガム合金はビスマスと水銀の合金をペレット状に形成して前記フィラメント電極の根本付近に装着したことを特徴とするアマルガムランプ。
請求項１に記載されたアマルガムランプであって、
前記放電管は表面を酸化ハフニウムでコーティングしていることを特徴とするアマルガムランプ。
請求項１又は請求項２に記載されたアマルガムランプであって、
前記放電管を内包して内部にキセノンを充填した円筒形状のジャケットを有する二重構造に形成したことを特徴とするアマルガムランプ。