JP3289628B2 - 冷陰極型放電ランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は冷陰極型放電ランプ
に関する。特に、光殺菌装置の紫外線光源として利用さ
れる冷陰極型放電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から紫外線によって殺菌を行う光殺
菌装置の紫外線光源として、冷陰極型放電ランプが知ら
れている。そして、冷陰極型放電ランプは、フィラメン
トを用いていないので、長寿命化を達成できるという利
点がある。

【０００３】このような従来の冷陰極型放電ランプを図
４，５を用いて説明する。発光管１は管状であり紫外線
を良好に透過する石英ガラスからなる。そして、その両
端に圧着封止部１１が形成され、金属箔２が埋設されて
いる。電極５の一端部は前記金属箔２の一端側に接続さ
れており、この金属箔２の他端側には圧着封止部１１か
ら外部に突出する外部リード棒４が接続されている。

【０００４】発光管１内には、水銀が０．１３８ｍｇと
希ガスとしてアルゴンが１５．９６Ｋｐａ封入されてい
る。そして、始動電圧９００Ｖ，４７ｋＨｚの交流高周
波電源で点灯され、ランプ点灯時ランプ電圧２３０Ｖ，
ランプ電流２３ｍＡである。また、ランプ点灯時に冷陰
極型放電ランプから５０ｍｍ離れたところでの紫外線放
射強度は、１．１０ｍＷ／ｃｍ² である。

【０００５】図５は、図４における電極の説明図であ
り、図５（イ）は側面図、図５（ロ）は正面図である。
電極５は、直径０．５ｍｍのモリブデン製の線を２つ折
りにした芯線部材５１と、この芯線部材５１に巻回され
た直径０．４ｍｍのモリブデン製のコイル部材５２とか
らなる。このコイル部材５２は、芯線部材５１の熱を放
出するための冷却手段であると共に、コイル部材５２と
芯線部材５１との間に放出された電子がそれぞれの部材
に衝突することによってより一層電子を発生させるホロ
ー効果を奏するためのものである。

【０００６】そして、図４に示す従来の冷陰極型放電ラ
ンプの有効発光長Ｌ２は、９０ｍｍである。なお、有効
発光長とは、放電に寄与する電子が大量にかつ顕著に存
在する領域のことであり、一方の電極５のコイル部材５
２の発光管中心部側端部から他方の電極５のコイル部材
５２の発光管中心部側端部との距離のことである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】最近では、このような
冷陰極型放電ランプから放射される紫外線を用いて、浴
槽内の浴水を循環浄化する２４時間風呂が開発がされて
いる。この装置は、浴水の殺菌処理のため紫外線放射強
度が大きいことが要求されている。

【０００８】そして、紫外線放射強度を大きくするため
には、従来、ランプの入力電力を大きくして、紫外線放
射強度を大きくする対策がとられていた。この場合、入
力電力が大きくなることにともない、電極の温度が高く
なり、電極の消耗が激しく、短時間で発光管が黒化して
寿命末期となる、という問題があった。

【０００９】一方、上記の従来の冷陰極型放電ランプを
詳しく分析してみると、電極前方の空間において放電が
効率良く行われていないことが判明した。以下、図６を
用いて詳細に説明する。従来の冷陰極型放電ランプの電
極５は、電極５の先端部分、および、芯線部材５１とコ
イル部材５２とが対向している部分に放電の起点が集中
し、図中破線矢印で示すように電極５の先端部から一定
角度の範囲内の空間においてのみ放電現象が起こる。な
お、ここで言う放電の起点とは、電極における電子が放
出される部分のことを言う。このため、図中、斜線で示
した電極前方の空間において放電現象が起こらず、この
空間に存在している水銀原子が励起されず、よって、紫
外線の放射が効率良く行われれていないことが判明し
た。

【００１０】本発明は、以上のような事情に基づいてな
されたものであって、電極構造を改良することにより、
紫外線放射強度が大きい冷陰極型放電ランプを提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の冷陰極型放電ランプは、両端に封
止部が形成された発光管内に対向配置された一対の電極
を有する冷陰極型放電ランプにおいて、前記電極は、発
光管の管軸方向に伸びる直線部と、前記直線部の先端側
に巻回された第１コイル部と、前記発光管の内周面と同
心状であるとともに内部に放電の起点が発生しホロー効
果を奏するような空間を有する円筒状の第２コイル部
と、前記第１コイル部と前記第２コイル部を連結するた
めの連結部とを有し、前記第２コイル部は、前記直線部
の先端部より封止部側に設けられていることを特徴とす
る。

【００１２】ここで言う、電極の直線部の先端側とは、
発光管の両端に形成された封止部から発光管内に伸び出
した直線部の端部側のことである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の冷陰極型放電ラン
プを説明する。図１は、本発明の冷陰極型放電ランプの
説明図である。発光管１は管状であり紫外線を良好に透
過する石英ガラスからなる。そして、その両端に圧着封
止部１１が形成され、モリブデン製の金属箔２が埋設さ
れている。発光管１内の両端には電極３が配置され、こ
の電極３の一端部は前記金属箔２の一端側に接続され、
この金属箔２の他端側には圧着封止部１１から外部に突
出する外部リード棒４が接続されている。この冷陰極型
放電ランプは、外部リード棒４の封止部１１から突出し
た部分を除いて全長１５２ｍｍ、外径１０ｍｍである。

【００１４】発光管１内には、水銀０．１３８ｍｇと希
ガスとしてアルゴンが１５．９６Ｋｐａ封入されてい
る。そして、始動電圧８１０Ｖ，４７ｋＨｚの交流高周
波電源で点灯され、ランプ点灯時ランプ電圧２００Ｖ，
ランプ電流２３ｍＡである。また、ランプ点灯時にこの
冷陰極型放電ランプから５０ｍｍ離れたところでの紫外
線放射強度は、１．３２ｍＷ／ｃｍ² である。

【００１５】図２は、図１における電極の説明図であ
り、図２（イ）は側面図、図２（ロ）は正面図である。
電極３は、直径０．８ｍｍのタングステン製の管軸方向
に伸びる直線部３ａと、この直線部３ａの先端側に直径
０．４ｍｍのタングステン製の素線を５ターン巻回して
カシメ等によって固定された第１コイル部３ｂと、この
第１コイル部３ｂから発光管１の内周面に向かう連結部
３ｃと、この連結部３ｃに続く発光管１の内周面と同心
状であり直線部３ａの先端部３ａａより封止部側の位置
で２０ターン円筒状に巻回して形成された第２コイル部
３ｄよりなる。なお、図２の電極３は、第１コイル部３
ｂと連結部３ｃと第２コイル部３ｄが１本のタングステ
ン素線で一体形成されているが、それぞれを別体で作成
し、溶接等によって接合しても良く、タングステン素線
に替えてモリブデン素線を用いても良い。

【００１６】そして、図１に示されているように、電極
３の直線部３ａの先端部３ａａがお互いに対向するよう
に配置されており、第２コイル部３ｄの先端部３ｄｄに
よって形成される平面が発光管１の管軸とほぼ垂直にな
っている。

【００１７】次に、この冷陰極型放電ランプの放電現象
について図３を用いて説明する。図３（イ）は斜視図で
あり、図３（ロ）は側面図である。始めに、それぞれの
電極３の直線部３ａの先端部３ａａ間で絶縁破壊が起こ
り放電が開始される。その後、瞬時に、第１コイル部３
ｂに放電の起点が形成され、この放電の起点から電子が
放出される。詳細に説明すると、第１コイル部３ｂが５
ターン巻回されてコイル状になっているので、隣り合う
コイル部材との間に放出された電子が、それぞれ隣り合
うコイル部材に衝突することによって、より一層多くの
電子を発生するホロー効果をもたらし、この発生した多
くの電子の一部が対向する電極３と反対側に形成されて
いる第２コイル部３ｄの方向に進む。なお、本実施例に
おいて、第１コイル部３ｂは５ターン巻回されている
が、１ターン以上であれば良く、５ターン前後であれば
上記のような効果が顕著に現れる。

【００１８】そして、第２コイル部３ｄの方向に進んだ
電子が、先端部３ｄｄから隣り合うコイル部材が接触す
るように密に大径に円筒状に２０ターン巻回して形成さ
れた第２コイル部材３ｄの内部に進入し、その内部に衝
突する。この結果、第２コイル部３ｄの内部にも放電の
起点が発生する。つまり、第１コイル部３ｂは、第２コ
イル部３ｄからの電子放出の要因をつくるものである。
さらに、第２コイル部３ｄの内部の放電の起点から放出
された電子は、その内部であって隣り合うコイル部材や
対向する位置に存在するコイル部材等不特定な部分に衝
突することになり、より一層多くの電子を発生させるこ
とになる。所謂、ホロー効果を奏し電子倍増作用が起こ
る。よって、図中破線矢印で示すように電極３前方のほ
ぼ全ての空間において放電現象が起こる。従って、電極
３前方の全ての空間に存在している水銀原子が励起され
て放電効率を上げることができ、よって、紫外線を効率
良く放射することができる。なお、本実施例において、
第２コイル部３ｂは２０ターン巻回されているが、２タ
ーン以上であれば良く、２０ターン前後であれば上記の
ような効果が顕著に現れる。

【００１９】本発明の冷陰極型放電ランプは、前述した
放電状態になるため、その有効発光長は図１においてＬ
１で示されている第２コイル部３ｄ間であり、その値
は、９０ｍｍである。

【００２０】そこで、同じ有効発光長を有する図５の電
極形状を用いた図４の冷陰極型放電ランプと比べてみる
と、図１の本発明の冷陰極型放電ランプの方が、紫外線
放射強度が大きくなる。具体的には、従来の冷陰極型放
電ランプの紫外線放射強度は、前述したように、１．１
０ｍＷ／ｃｍ² であり、本発明の冷陰極型放電ランプの
紫外線放射強度は１．３２ｍＷ／ｃｍ² であり、約２０
％も紫外線放射強度が大きくなっている。

【００２１】さらに、本発明の冷陰極型放電ランプは、
図２に示されているように、電極３の直線部３ａの先端
部３ａａが、第１コイル部３ｂを形成するために第２コ
イル部３ｄの先端部３ｄｄよりかなり突出している。一
方、従来の冷陰極型放電ランプは、図５に示されている
ように、電極５の芯線部分５１の先端が、コイル部材５
２の発光管中心部側端部から僅かながら突出している程
度である。この突出している部分の長さは、本発明の冷
陰極型放電ランプの方が、従来の冷陰極型放電ランプと
比べて、大きい。つまり、図４の従来の冷陰極型放電ラ
ンプと比べてみると、図１の本発明の冷陰極型放電ラン
プの方が、有効発光長が同じでありながら、電極間距離
が短くなり、始動電圧を低くすることができる。具体的
には、従来の冷陰極型放電ランプの始動電圧は、前述し
たように、９００Ｖであり、本発明の冷陰極型放電ラン
プの始動電圧は８１０Ｖであり、約１０％も始動電圧を
下げることができた。この結果、点灯回路装置も簡易な
ものを使用でき、低コスト化につながるものである。

【００２２】なお、電極３の連結部３ｃにおいても放電
の起点が発生し、ここからも電子が放出されている。

【００２３】

【発明の効果】本発明の冷陰極型放電ランプによれば、
ランプ入力電力を大きくすることなく、発光管内に対向
配置した電極が直線部と、この直線部に巻回された第１
コイル部と、連結部と、直線部の先端部より封止部側で
円筒状に巻回された第２コイル部とを有する電極とした
ので、第１コイル部で発生した電子が、第２コイル部か
らの電子放出の要因となり、その後、第２コイル部の内
部で電子倍増作用が発生し、この第２コイル部によって
電極前方のほぼ全ての空間において放電現象が起こり、
放電効率を上げることができ、紫外線を効率良く放射し
て紫外線放射強度が大きい冷陰極型放電ランプとなる。
そして、本発明の冷陰極型放電ランプの電極は、第１コ
イル部を形成するために第２コイル部の先端部より直線
部の先端部がかなり突出した構造であるので、有効発光
長を等しくした場合、従来の冷陰極型放電ランプと比べ
てみると、本発明の冷陰極型放電ランプの方が、電極間
距離が短くなり、始動電圧を低くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷陰極型放電ランプの説明図である。

【図２】図１における冷陰極型放電ランプの電極の拡大
図である。

【図３】本発明の冷陰極型放電ランプの放電現象を説明
する模式図である。

【図４】従来の冷陰極型放電ランプの説明図である。

【図５】図４における冷陰極型放電ランプの電極の拡大
図である。

【図６】従来の冷陰極型放電ランプの放電現象を説明す
る模式図である。

【符号の説明】

１ 発光管 １１ 封止部 ２ 金属箔 ３ 電極 ３ａ 直線部 ３ａａ 直線部の先端部 ３ｂ 第１コイル部 ３ｃ 連結部 ３ｄ 第２コイル部 ３ｄｄ 第２コイル部の先端部 ４ 外部リード棒 ５ 電極 Ｌ１ 有効発光長 Ｌ２ 有効発光長

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端に封止部が形成された発光管内に対向
   配置された一対の電極を有する冷陰極型放電ランプにお
   いて、 前記電極は、発光管の管軸方向に伸びる直線部と、 前記直線部の先端側に巻回された第１コイル部と、前記発光管の内周面と同心状であるとともに内部に放電
   の起点が発生しホロー効果を奏するような空間を有する
   円筒状の第２コイル部と、 前記第１コイル部と前記第２コイル部を連結するための
   連結部とを有し、 前記第２コイル部は、前記直線部の先端部より封止部側
   に設けられている ことを特徴とする冷陰極型放電ラン
   プ。