JP3737139B2 - 低圧水銀放電灯、低圧水銀放電灯の製造方法、低圧水銀放電灯回路、および紫外線照射装置 - Google Patents
低圧水銀放電灯、低圧水銀放電灯の製造方法、低圧水銀放電灯回路、および紫外線照射装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は長寿命化など図られた紫外線照射型の低圧水銀放電灯、この低圧水銀放電灯の製造方法、さらに、その低圧水銀放電灯の利用形態に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紫外線照射型の低圧水銀放電灯は、たとえば上下水道の殺菌処理、産業廃水の殺菌・有機物の分解処理、レジストの硬化線源などとして、広く実用に供されている。また、この種の低圧水銀放電灯については、高出力化および長寿命化なども要求されている。つまり、被処理体の大型化もしくは処理能力の大容量化や、処理施設のメンテナンス問題から、前記低圧水銀放電灯の高出力化および長寿命化が望まれている。
【０００３】
ところで、紫外線照射型の低圧水銀放電灯は、一般的に紫外線を透過する（遠紫外線の透過率が高い）発光管内の両端部に BaO系エミッタを被着した放電電極を封装するとともに、Hgおよび希ガスが封入した構成を成している。そして、この低圧水銀放電灯は、放電電極に塗布（被着）されているエミッタからの放射により、封入されている水銀を励起し、所要の紫外線を発生させて放射する形態を採っている。また、この低圧水銀放電灯は、たとえば通常の殺菌用として利用する場合、ランプ電流が 0.5 A以下で、放電電極間距離 1cm当たりの入力も 1 W以下に過ぎず、１灯当たりの入力が高々 100 W程度である。したがって、前記有機物の分解処理もしくは上下水道の殺菌能力の向上などを図るため、ランプ電流 5〜10 A、放電電極間距離入力 5 W／cm以上の低圧水銀放電灯も開発されている。なお、これらの低圧水銀放電灯では、放電電極に被着した BaO系エミッタ量が、蛍光ランプのエミッタ量を基準としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高出力化した紫外線照射型の低圧水銀放電灯の場合は、実用上次のような不都合な問題がある。すなわち、ランプ電流 5〜10 A、放電電極間距離入力 5 W／cm以上の低圧水銀放電灯は、初期状態においての高出力化を達成し得ても、2000〜3000時間の点灯，紫外線放射によって、不点灯現象が起こるという問題がある。このように、所望の高出力を高々2000〜3000時間程度しか維持（保持）し得ないことは、点灯・動作2000〜3000時間ごとに、低圧水銀放電灯の着脱・交換を要することを意味し、この種の低圧水銀放電灯を紫外線源として利用する処理施設、もしくは処理装置の保全管理（メンテナンス）が煩雑化することになる。そして、この紫外線源の保全管理の問題は、前記処理施設、もしくは処理装置の無人化（省力化）ないし自動化などの推進に対して、由々しい問題といえる。
【０００５】
本発明は、上記事情に対処してなされたもので、高出力化および長寿命化を図った低圧水銀放電灯、また高出力化および長寿命化を図った低圧水銀放電灯が容易に得られる製造方法、さらに高出力化および長寿命化を図った低圧水銀放電灯を効果的に利用する低圧水銀放電灯回路、および紫外線照射装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る低圧水銀放電灯は、紫外線を透過する発光管内の両端部に BaO系エミッタを被着した放電電極を封装するとともに、Hgおよび希ガスが封入され、かつランプ電流5〜10 Aで点灯される低圧水銀放電灯であって、前記発光管の一方の端部に封装された前記放電電極は第１の主電極と第１の補助電極とを備え、前記発光管の他方の端部に封装された前記放電電極は前記第１の補助電極との間に放電を発生させるための第２の主電極と前記放電と交互に前記第１の主電極との間に放電を発生させるための第２の補助電極とを備え、かつ前記放電電極のそれぞれに被着した BaO系エミッタの被着量 D（mg）は、ランプ電流 IAとしたとき、10× I A＋10≦ D≦ 120に設定されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る低圧水銀放電灯の製造方法は、紫外線を透過する発光管内の両端部にBaCO3 系エミッタ素材を被着した放電電極を封装し、前記BaCO3 系エミッタ素材を活性化する工程を具備するランプ電流 5〜10 Aで点灯される低圧水銀放電灯の製造方法であって、前記発光管の一方の端部に封装された前記放電電極は第１の主電極と第１の補助電極とを備え、前記発光管の他方の端部に封装された前記放電電極は前記第１の補助電極との間に放電を発生させるための第２の主電極と前記放電と交互に前記第１の主電極との間に放電を発生させるための第２の補助電極とを備え、かつ前記放電電極のそれぞれに被着させるBaCO3 系エミッタ素材の塗布量 D′（mg）は、ランプ電流 I Aとしたとき、10× I A＋20≦ D′≦ 150に設定されることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る低圧水銀放電灯回路は、電源側コイルと、前記電源側コイルに対応するコイル部を備え、低圧水銀放電灯の両端に封装された主電極間を電気的に接続する第１の配線回路と、前記電源側コイルに対応するコイル部を備え主電極に電気的に接続する第２の配線回路と、前記第２の配線回路および第１の配線回路をダイオードを介して電気的に接続する第３の配線回路とを具備して成り、前記低圧水銀放電灯はランプ電流 5〜10 Aで点灯され、かつ一方の端部に封装された放電電極は第１の主電極と第１の補助電極とを備え、発光管の他方の端部に封装された放電電極は前記第１の補助電極との間に放電を発生させるための第２の主電極と前記放電と交互に前記第１の主電極との間に放電を発生させるための第２の補助電極とを備え、前記放電電極のぞれぞれに被着した BaO系エミッタの被着量 D（mg）は、ランプ電流 I Aとしたとき、10× I A＋10≦ D≦ 120に設定されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る紫外線照射装置は、紫外線を放射する低圧水銀放電灯と、前記低圧水銀放電灯に沿って配置され、放射する紫外線を所要の方向へ反射する反射鏡と、前記低圧水銀放電灯に隣接して配置され、放電電極に所要の放電電流を供給する電源部と、前記低圧水銀放電灯に隣接して配置され放電に伴う発熱を放熱する放熱手段とを具備して成り、前記低圧水銀放電灯はランプ電流 5〜10 Aで点灯され、かつ一方の端部に封装された放電電極は第１の主電極と第１の補助電極とを備え、発光管の他方の端部に封装された放電電極は前記第１の補助電極との間に放電を発生させるための第２の主電極と前記放電と交互に前記第１の主電極との間に放電を発生させるための第２の補助電極とを備え、前記放電電極のそれぞれに被着した BaO系エミッタの被着量 D（mg）は、ランプ電流 I Aとしたとき、10× I A＋10≦ D≦ 120に設定されていることを特徴とする。
【００１１】
上記の各発明は、次のような知見に基づいてなされたものである。すなわち、紫外線放射型の低圧水銀放電灯について、高出力化（ランプ電流アップ）に伴う寿命低下と BaO系エミッター量との関係を鋭意、検討，実験した結果、
(a)ランプ電流 I A、各放電電極のエミッター被着量 D（mg）としたとき、下式
10× I A＋10≦ D≦ 120、
好ましくは、10/3× I A＋260/3 ≦ D′≦25/3× I A＋110/3
を満足する範囲内に選択，設定した場合、所要の高出力化および長寿命化を確実に達成し得ること、
(b)さらに、活性化前のBaCO3 系エミッタ素材の塗布量 D′（mg）を、ランプ電流 I Aとしたとき、下式
10× I A＋20≦ D′≦ 150、
を満足する範囲内に選択，設定した場合、所要の高出力化および長寿命化が確実に達成されることを、
それぞれ確認して、本発明を達成するに至ったものである。
【００１２】
本発明において、 BaO系エミッターは、少なくとも30重量％の BaOを含み、さらに CaO， SrO， ZnO2 などの混在が可能なものであり、またBaCO3 系エミッタ素材も、前記BaCO3 を必須成分とする炭酸塩などである。
【００１３】
さらに、本発明に係る低圧水銀放電灯においては、放電電極を主電極およびコイル型の補助電極で構成し、一方の主電極と他方の補助電極間、他方の主電極と一方の補助電極間でそれぞれ交互に放電を起こさせると、さらに効率の向上など図られる。なお、この場合、少なくとも一方の放電電極を主電極およびコイル型の補助電極で構成した形でもよい。
【００１４】
【作用】
本発明に係る低圧水銀放電灯は、 BaO系エミッター量が、その低圧水銀放電灯の入力（ランプ電流）と適正に関連付けられて各放電電極に被着してあるため、ランプ電流を 5 A以上に設定し、高出力化を図った場合、エミッターの枯渇に伴うランプ不点灯現象が大幅に改善され、8500〜 10000時間の点灯が可能となる。また、本発明に係る低圧水銀放電灯の製造方法の場合は、前記適正量の活性化された BaO系エミッターが、各放電電極に被着されるように、BaCO3 系エミッタ素材を、前記各放電電極に塗布，被着するため、前記のような高出力，長寿命の低圧水銀ランプを歩留まりよく得ることが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明に係る低圧水銀放電灯回路の場合は、放電電極間の放電が交互に切り換えられる。つまり、一方の主電極と他方の補助電極との間の放電、および他方の主電極と一方の補助電極との間の放電が交互に発生るので、前記低圧水銀放電灯の高出力，長寿命性などより効果的に利用されることになる。
【００１６】
さらにまた、本発明に係る紫外線照射装置の場合は、主要部を成す低圧水銀放電灯の高出力，長寿命性など、より効果的な処理が可能になるとともに、紫外線線源たる低圧水銀放電灯の保守，管理の簡略化なども可能となる。
【００１７】
【実施例】
以下図１〜図４を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１８】
実施例１
管全長が約2.8m，管外径約30mmのＵ字型石英ガラス管を用意し、このＵ字型石英ガラス管の両端部に、それぞれ所要量のBaCO3 系エミッタ素材を塗布した放電電極および排気管を封着したマウントを装着した。その後、前記放電電極に通電して、塗布したBaCO3 系エミッタ素材を活性化する一方、排気管を介してＵ字型石英ガラス管内を排気し、所要量の水銀およびNeなどの希ガス（He，Ar，Xeなどでもよい）を封入してから、排気管を封止して低圧水銀放電灯を製造した。
【００１９】
図１は前記によって構成した低圧水銀放電灯の構成例を側面的に示したもので、１はＵ字型石英ガラス管、２は主電極2aおよび補助電極2bからなる放電電極、３はリード線で、3aは主電極2aのリード線、3bは補助電極2bのリード線である。また、４は接続端子、1aは封入され蒸気化した水銀のうち過剰分を凝縮する最冷部をそれぞれ示す。
【００２０】
なお、この低圧水銀放電灯の製造においては、放電電極として W製の主電極および W製の補助電極とで構成されたランプ電流 4 A， 5 A， 6 A， 7 A， 8 A， 9 Aもしくは10 Aのものを用い、さらに、前記各放電電極に塗布したBaCO3 系エミッタ素材量を、50mg，60mg，80mg，90mg， 100mg， 110mg， 120mg， 140mgもしくは 150mgにそれぞれ選択した。
【００２１】
また、前記選択，塗布したBaCO3 系エミッタ素材量（mg）と活性化後の BaO系エミッタ量（mg）との関係を、別途製造した低圧水銀放電灯を分解して、当初の放電電極重量との差から、それぞれ求めたところ次表に示すごとくであった。
（以下余白）
上記構成の各低圧水銀放電灯について、所定のランプ電流を連続的に通電し、対応する出力での点灯寿命をそれぞれ評価したところ、図２に示すような結果が認められた。すなわち、各放電電極に塗布，被着したBaCO3 系エミッタ素材量（mg）と、連続的な通電 10000時間後での点灯もしくは不点灯とは、活性化前のBaCO3 系エミッタ素材の塗布量 D′（mg）を、ランプ電流 I Aとしたとき、下式
10× I A＋20≦ D′≦ 150、
また、活性化後の BaO系エミッタの被着量 D（mg）を、ランプ電流 I Aとしたとき、下式
10× I A＋10≦ D≦ 120、
好ましくは、10/3× I A＋260/3 ≦ D′≦25/3× I A＋110/3
に示される領域内に、それぞれ選択，設定したとき、所要の高出力化および長寿命化を確実に達成されることが確認された。ここで、各放電電極に対する活性化前のBaCO3 系エミッタ素材の塗布量 D′（mg）が、
10× I A＋20（mg）未満の場合は、連続的な点灯8500時間で不点灯が生じるので、 D′≧10× I A＋20（mg）に選択，設定する必要がある。一方、各放電電極に対する活性化前のBaCO3 系エミッタ素材の塗布量 D′（mg）が増すに従って、長寿命化に有効であるが、 150mgを超えるとBaCO3 系エミッタ素材が発光管内に持ち込む不純ガスの影響によって、特性の低下傾向が認められる。つまり、BaCO3 系エミッタ素材は、排気時に活性化通電，ボンバード（封止前Arガスなど 1〜 2トール封入して点灯し、活性化後になお残留している不純ガスを排気，除去する工程）によっても、BaCO3 系エミッタ素材が持ち込む不純ガスを十分に除去し得ないので、 D′≦ 150（mg）に選択，設定する必要がある。
【００２２】
実施例２
この実施例は、本発明に係る低圧水銀放電灯回路である。すなわち、前記実施例１の構成を採る本発明の低圧水銀放電灯を紫外線の発生源として利用する低圧水銀放電灯回路であり、図３に主要部の構成例を示すごとく構成されている。図３において、５はたとえば 200 Vの電源側コイル、６は前記電源側コイル５に対応するコイル部6aを備え低圧水銀放電灯７の両端に封装された主放電極2a間を電気的に接続する第１の配線回路、８，８′は前記電源側コイル５に対応するコイル部8a，8a′を備え主放電極2aに電気的に接続する第２の配線回路、９，９′は前記第２の配線回路８，８′および第１の配線回路６をダイオード9a，9b′を介して電気的に接続する第３の配線回路である。そして、前記低圧水銀放電灯７は、ランプ電流 5〜10 Aで点灯され、かつ両端部に封装された各放電電極の BaO系エミッタ被着量 D（mg）が、ランプ電流 I Aとしたとき、10× I A＋10≦ D≦ 120と設定されたものである。
【００２３】
上記構成の低圧水銀放電灯回路の場合は、ダイオード9aを備えた第３の配線回路９による第２の配線回路８と第１の配線回路６との接続、ダイオード9a′を備えた第３の配線回路９′による第２の配線回路８′と第１の配線回路６との接続によって、交互に所要のランプ電流が流れる。つまり、放電電極２間の放電は、一方の主電極2aと他方の補助電極2bとの間と、他方の主電極2aと一方の補助電極2bとの間で交互に発生るので、前記低圧水銀放電灯の高出力，長寿命性などより効果的に利用されることになる。
【００２４】
実施例３
この実施例は、本発明に係る紫外線照射装置である。すなわち、前記実施例１の構成を採る本発明の低圧水銀放電灯を紫外線の発生源として利用する紫外線照射装置であり、図４に主要部の構成例を示すごとく構成されている。図４において、10は点灯ボックス、７は前記点灯ボックス10内に装着された低圧水銀放電灯、11は前記低圧水銀放電灯７の放射紫外線を所要の方向に集中させる反射鏡、12は前記点灯ボックス10内に装着された低圧水銀放電灯７に、電源端子13を介して安定した電圧を印加するための安定器であり、前記電源端子13および安定器12などで電源部を成している。また、14は前記低圧水銀放電灯７の最冷部1aをたとえば40℃程度に保持するための冷却治具、15はヒートパイプ、16はフィンであり、これらは、低圧水銀放電灯７の放電に伴う発熱を放熱する放熱手段を成している。さらに、17は前記低圧水銀放電灯７の紫外線放射面側に配置され、被処理体18を搬送する搬送系である。そして、前記低圧水銀放電灯７はランプ電流 5〜10 Aで点灯され、かつ両端部に封装された各放電電極２の BaO系エミッタ被着量 D（mg）が、ランプ電流 I Aとしたとき、10× I A＋10≦ D≦ 120と設定されている。
【００２５】
このように構成された紫外線照射装置の場合は、主要部をなす低圧水銀放電灯の高出力，長寿命性などより、効果的な処理が可能になるとともに、紫外線線源たる低圧水銀放電灯の保守，管理の簡略化なども可能となる。
【００２６】
上記では、一定の形状を成す石英ガラス管を発光管した低圧水銀放電灯の構成例、製造方法例、さらにその低圧水銀放電灯の応用例について、それぞれ説明したが、本発明はこれらの例示に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採り得る。
【００２７】
【発明の効果】
上記説明から分かるように、本発明によれば、各放電電極に被着した BaO系エミッター量が、その低圧水銀ランプの入力（ランプ電流）と適正に関連付けられているため、ランプ電流を 5 A以上に設定し、高出力化を図った場合、エミッターの枯渇に伴うランプ不点灯現象が大幅に改善され、8500〜 10000時間の点灯が可能となる。また、各放電電極に適正量の活性化された BaO系エミッターを被着し、高出力，長寿命性を呈する低圧水銀放電灯を歩留まりよく得ることも可能である。
【００２８】
さらに、このような低圧水銀放電灯を利用した低圧水銀放電灯回路の場合は、一方の主電極と他方の補助電極との間の放電、および他方の主電極と一方の補助電極との間の放電を交互に発生させることも可能なので、前記低圧水銀放電灯の高出力，長寿命性などより効果的に利用されることになる。また、紫外線照射装置の場合は、紫外線の放射線源主要部をなす低圧水銀放電灯の高出力，長寿命性などによって、より効果的な処理が可能になるとともに、紫外線線源たる低圧水銀放電灯の保守，管理の簡略化なども可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る低圧水銀放電灯の要部構成例を示す側面図。
【図２】本発明に係る低圧水銀放電灯が具備する放電電極に対するBaCO3 系エミッター素材（活性化前）の塗布量とランプ電流の関係例を示す特性図。
【図３】本発明に係る低圧水銀放電灯を応用した低圧水銀放電灯回路の一例を示す回路図。
【図４】本発明に係る低圧水銀放電灯を応用した紫外線照射装置の要部構成例を示す側面図。
【符号の説明】
１…Ｕ字型石英ガラス管 1a…最冷部 ２…放電電極 2a…主電極 2b…補助電極 ３…リード線 3a…主電極リード線 3b…補助電極リード線 ４…接続端子 ５…電源側コイル ６…第１の配線回路 6a…第１の配線回路のコイル部 ７…低圧水銀放電灯 ８，８′…第２の配線回路 8a，8a′…第２の配線回路のコイル部 ９，９′…第３の配線回路 9a，9a′…第３の配線回路のダイオード 10…点灯ボックス 11…反射鏡 12…安定器 13…電源端子 14…冷却治具 15…ヒートパイプ 16…フィン 17…搬送系 18…被処理体
【産業上の利用分野】
本発明は長寿命化など図られた紫外線照射型の低圧水銀放電灯、この低圧水銀放電灯の製造方法、さらに、その低圧水銀放電灯の利用形態に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紫外線照射型の低圧水銀放電灯は、たとえば上下水道の殺菌処理、産業廃水の殺菌・有機物の分解処理、レジストの硬化線源などとして、広く実用に供されている。また、この種の低圧水銀放電灯については、高出力化および長寿命化なども要求されている。つまり、被処理体の大型化もしくは処理能力の大容量化や、処理施設のメンテナンス問題から、前記低圧水銀放電灯の高出力化および長寿命化が望まれている。
【０００３】
ところで、紫外線照射型の低圧水銀放電灯は、一般的に紫外線を透過する（遠紫外線の透過率が高い）発光管内の両端部に BaO系エミッタを被着した放電電極を封装するとともに、Hgおよび希ガスが封入した構成を成している。そして、この低圧水銀放電灯は、放電電極に塗布（被着）されているエミッタからの放射により、封入されている水銀を励起し、所要の紫外線を発生させて放射する形態を採っている。また、この低圧水銀放電灯は、たとえば通常の殺菌用として利用する場合、ランプ電流が 0.5 A以下で、放電電極間距離 1cm当たりの入力も 1 W以下に過ぎず、１灯当たりの入力が高々 100 W程度である。したがって、前記有機物の分解処理もしくは上下水道の殺菌能力の向上などを図るため、ランプ電流 5〜10 A、放電電極間距離入力 5 W／cm以上の低圧水銀放電灯も開発されている。なお、これらの低圧水銀放電灯では、放電電極に被着した BaO系エミッタ量が、蛍光ランプのエミッタ量を基準としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高出力化した紫外線照射型の低圧水銀放電灯の場合は、実用上次のような不都合な問題がある。すなわち、ランプ電流 5〜10 A、放電電極間距離入力 5 W／cm以上の低圧水銀放電灯は、初期状態においての高出力化を達成し得ても、2000〜3000時間の点灯，紫外線放射によって、不点灯現象が起こるという問題がある。このように、所望の高出力を高々2000〜3000時間程度しか維持（保持）し得ないことは、点灯・動作2000〜3000時間ごとに、低圧水銀放電灯の着脱・交換を要することを意味し、この種の低圧水銀放電灯を紫外線源として利用する処理施設、もしくは処理装置の保全管理（メンテナンス）が煩雑化することになる。そして、この紫外線源の保全管理の問題は、前記処理施設、もしくは処理装置の無人化（省力化）ないし自動化などの推進に対して、由々しい問題といえる。
【０００５】
本発明は、上記事情に対処してなされたもので、高出力化および長寿命化を図った低圧水銀放電灯、また高出力化および長寿命化を図った低圧水銀放電灯が容易に得られる製造方法、さらに高出力化および長寿命化を図った低圧水銀放電灯を効果的に利用する低圧水銀放電灯回路、および紫外線照射装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る低圧水銀放電灯は、紫外線を透過する発光管内の両端部に BaO系エミッタを被着した放電電極を封装するとともに、Hgおよび希ガスが封入され、かつランプ電流5〜10 Aで点灯される低圧水銀放電灯であって、前記発光管の一方の端部に封装された前記放電電極は第１の主電極と第１の補助電極とを備え、前記発光管の他方の端部に封装された前記放電電極は前記第１の補助電極との間に放電を発生させるための第２の主電極と前記放電と交互に前記第１の主電極との間に放電を発生させるための第２の補助電極とを備え、かつ前記放電電極のそれぞれに被着した BaO系エミッタの被着量 D（mg）は、ランプ電流 IAとしたとき、10× I A＋10≦ D≦ 120に設定されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る低圧水銀放電灯の製造方法は、紫外線を透過する発光管内の両端部にBaCO3 系エミッタ素材を被着した放電電極を封装し、前記BaCO3 系エミッタ素材を活性化する工程を具備するランプ電流 5〜10 Aで点灯される低圧水銀放電灯の製造方法であって、前記発光管の一方の端部に封装された前記放電電極は第１の主電極と第１の補助電極とを備え、前記発光管の他方の端部に封装された前記放電電極は前記第１の補助電極との間に放電を発生させるための第２の主電極と前記放電と交互に前記第１の主電極との間に放電を発生させるための第２の補助電極とを備え、かつ前記放電電極のそれぞれに被着させるBaCO3 系エミッタ素材の塗布量 D′（mg）は、ランプ電流 I Aとしたとき、10× I A＋20≦ D′≦ 150に設定されることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る低圧水銀放電灯回路は、電源側コイルと、前記電源側コイルに対応するコイル部を備え、低圧水銀放電灯の両端に封装された主電極間を電気的に接続する第１の配線回路と、前記電源側コイルに対応するコイル部を備え主電極に電気的に接続する第２の配線回路と、前記第２の配線回路および第１の配線回路をダイオードを介して電気的に接続する第３の配線回路とを具備して成り、前記低圧水銀放電灯はランプ電流 5〜10 Aで点灯され、かつ一方の端部に封装された放電電極は第１の主電極と第１の補助電極とを備え、発光管の他方の端部に封装された放電電極は前記第１の補助電極との間に放電を発生させるための第２の主電極と前記放電と交互に前記第１の主電極との間に放電を発生させるための第２の補助電極とを備え、前記放電電極のぞれぞれに被着した BaO系エミッタの被着量 D（mg）は、ランプ電流 I Aとしたとき、10× I A＋10≦ D≦ 120に設定されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る紫外線照射装置は、紫外線を放射する低圧水銀放電灯と、前記低圧水銀放電灯に沿って配置され、放射する紫外線を所要の方向へ反射する反射鏡と、前記低圧水銀放電灯に隣接して配置され、放電電極に所要の放電電流を供給する電源部と、前記低圧水銀放電灯に隣接して配置され放電に伴う発熱を放熱する放熱手段とを具備して成り、前記低圧水銀放電灯はランプ電流 5〜10 Aで点灯され、かつ一方の端部に封装された放電電極は第１の主電極と第１の補助電極とを備え、発光管の他方の端部に封装された放電電極は前記第１の補助電極との間に放電を発生させるための第２の主電極と前記放電と交互に前記第１の主電極との間に放電を発生させるための第２の補助電極とを備え、前記放電電極のそれぞれに被着した BaO系エミッタの被着量 D（mg）は、ランプ電流 I Aとしたとき、10× I A＋10≦ D≦ 120に設定されていることを特徴とする。
【００１１】
上記の各発明は、次のような知見に基づいてなされたものである。すなわち、紫外線放射型の低圧水銀放電灯について、高出力化（ランプ電流アップ）に伴う寿命低下と BaO系エミッター量との関係を鋭意、検討，実験した結果、
(a)ランプ電流 I A、各放電電極のエミッター被着量 D（mg）としたとき、下式
10× I A＋10≦ D≦ 120、
好ましくは、10/3× I A＋260/3 ≦ D′≦25/3× I A＋110/3
を満足する範囲内に選択，設定した場合、所要の高出力化および長寿命化を確実に達成し得ること、
(b)さらに、活性化前のBaCO3 系エミッタ素材の塗布量 D′（mg）を、ランプ電流 I Aとしたとき、下式
10× I A＋20≦ D′≦ 150、
を満足する範囲内に選択，設定した場合、所要の高出力化および長寿命化が確実に達成されることを、
それぞれ確認して、本発明を達成するに至ったものである。
【００１２】
本発明において、 BaO系エミッターは、少なくとも30重量％の BaOを含み、さらに CaO， SrO， ZnO2 などの混在が可能なものであり、またBaCO3 系エミッタ素材も、前記BaCO3 を必須成分とする炭酸塩などである。
【００１３】
さらに、本発明に係る低圧水銀放電灯においては、放電電極を主電極およびコイル型の補助電極で構成し、一方の主電極と他方の補助電極間、他方の主電極と一方の補助電極間でそれぞれ交互に放電を起こさせると、さらに効率の向上など図られる。なお、この場合、少なくとも一方の放電電極を主電極およびコイル型の補助電極で構成した形でもよい。
【００１４】
【作用】
本発明に係る低圧水銀放電灯は、 BaO系エミッター量が、その低圧水銀放電灯の入力（ランプ電流）と適正に関連付けられて各放電電極に被着してあるため、ランプ電流を 5 A以上に設定し、高出力化を図った場合、エミッターの枯渇に伴うランプ不点灯現象が大幅に改善され、8500〜 10000時間の点灯が可能となる。また、本発明に係る低圧水銀放電灯の製造方法の場合は、前記適正量の活性化された BaO系エミッターが、各放電電極に被着されるように、BaCO3 系エミッタ素材を、前記各放電電極に塗布，被着するため、前記のような高出力，長寿命の低圧水銀ランプを歩留まりよく得ることが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明に係る低圧水銀放電灯回路の場合は、放電電極間の放電が交互に切り換えられる。つまり、一方の主電極と他方の補助電極との間の放電、および他方の主電極と一方の補助電極との間の放電が交互に発生るので、前記低圧水銀放電灯の高出力，長寿命性などより効果的に利用されることになる。
【００１６】
さらにまた、本発明に係る紫外線照射装置の場合は、主要部を成す低圧水銀放電灯の高出力，長寿命性など、より効果的な処理が可能になるとともに、紫外線線源たる低圧水銀放電灯の保守，管理の簡略化なども可能となる。
【００１７】
【実施例】
以下図１〜図４を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１８】
実施例１
管全長が約2.8m，管外径約30mmのＵ字型石英ガラス管を用意し、このＵ字型石英ガラス管の両端部に、それぞれ所要量のBaCO3 系エミッタ素材を塗布した放電電極および排気管を封着したマウントを装着した。その後、前記放電電極に通電して、塗布したBaCO3 系エミッタ素材を活性化する一方、排気管を介してＵ字型石英ガラス管内を排気し、所要量の水銀およびNeなどの希ガス（He，Ar，Xeなどでもよい）を封入してから、排気管を封止して低圧水銀放電灯を製造した。
【００１９】
図１は前記によって構成した低圧水銀放電灯の構成例を側面的に示したもので、１はＵ字型石英ガラス管、２は主電極2aおよび補助電極2bからなる放電電極、３はリード線で、3aは主電極2aのリード線、3bは補助電極2bのリード線である。また、４は接続端子、1aは封入され蒸気化した水銀のうち過剰分を凝縮する最冷部をそれぞれ示す。
【００２０】
なお、この低圧水銀放電灯の製造においては、放電電極として W製の主電極および W製の補助電極とで構成されたランプ電流 4 A， 5 A， 6 A， 7 A， 8 A， 9 Aもしくは10 Aのものを用い、さらに、前記各放電電極に塗布したBaCO3 系エミッタ素材量を、50mg，60mg，80mg，90mg， 100mg， 110mg， 120mg， 140mgもしくは 150mgにそれぞれ選択した。
【００２１】
また、前記選択，塗布したBaCO3 系エミッタ素材量（mg）と活性化後の BaO系エミッタ量（mg）との関係を、別途製造した低圧水銀放電灯を分解して、当初の放電電極重量との差から、それぞれ求めたところ次表に示すごとくであった。
（以下余白）
10× I A＋20≦ D′≦ 150、
また、活性化後の BaO系エミッタの被着量 D（mg）を、ランプ電流 I Aとしたとき、下式
10× I A＋10≦ D≦ 120、
好ましくは、10/3× I A＋260/3 ≦ D′≦25/3× I A＋110/3
に示される領域内に、それぞれ選択，設定したとき、所要の高出力化および長寿命化を確実に達成されることが確認された。ここで、各放電電極に対する活性化前のBaCO3 系エミッタ素材の塗布量 D′（mg）が、
10× I A＋20（mg）未満の場合は、連続的な点灯8500時間で不点灯が生じるので、 D′≧10× I A＋20（mg）に選択，設定する必要がある。一方、各放電電極に対する活性化前のBaCO3 系エミッタ素材の塗布量 D′（mg）が増すに従って、長寿命化に有効であるが、 150mgを超えるとBaCO3 系エミッタ素材が発光管内に持ち込む不純ガスの影響によって、特性の低下傾向が認められる。つまり、BaCO3 系エミッタ素材は、排気時に活性化通電，ボンバード（封止前Arガスなど 1〜 2トール封入して点灯し、活性化後になお残留している不純ガスを排気，除去する工程）によっても、BaCO3 系エミッタ素材が持ち込む不純ガスを十分に除去し得ないので、 D′≦ 150（mg）に選択，設定する必要がある。
【００２２】
実施例２
この実施例は、本発明に係る低圧水銀放電灯回路である。すなわち、前記実施例１の構成を採る本発明の低圧水銀放電灯を紫外線の発生源として利用する低圧水銀放電灯回路であり、図３に主要部の構成例を示すごとく構成されている。図３において、５はたとえば 200 Vの電源側コイル、６は前記電源側コイル５に対応するコイル部6aを備え低圧水銀放電灯７の両端に封装された主放電極2a間を電気的に接続する第１の配線回路、８，８′は前記電源側コイル５に対応するコイル部8a，8a′を備え主放電極2aに電気的に接続する第２の配線回路、９，９′は前記第２の配線回路８，８′および第１の配線回路６をダイオード9a，9b′を介して電気的に接続する第３の配線回路である。そして、前記低圧水銀放電灯７は、ランプ電流 5〜10 Aで点灯され、かつ両端部に封装された各放電電極の BaO系エミッタ被着量 D（mg）が、ランプ電流 I Aとしたとき、10× I A＋10≦ D≦ 120と設定されたものである。
【００２３】
上記構成の低圧水銀放電灯回路の場合は、ダイオード9aを備えた第３の配線回路９による第２の配線回路８と第１の配線回路６との接続、ダイオード9a′を備えた第３の配線回路９′による第２の配線回路８′と第１の配線回路６との接続によって、交互に所要のランプ電流が流れる。つまり、放電電極２間の放電は、一方の主電極2aと他方の補助電極2bとの間と、他方の主電極2aと一方の補助電極2bとの間で交互に発生るので、前記低圧水銀放電灯の高出力，長寿命性などより効果的に利用されることになる。
【００２４】
実施例３
この実施例は、本発明に係る紫外線照射装置である。すなわち、前記実施例１の構成を採る本発明の低圧水銀放電灯を紫外線の発生源として利用する紫外線照射装置であり、図４に主要部の構成例を示すごとく構成されている。図４において、10は点灯ボックス、７は前記点灯ボックス10内に装着された低圧水銀放電灯、11は前記低圧水銀放電灯７の放射紫外線を所要の方向に集中させる反射鏡、12は前記点灯ボックス10内に装着された低圧水銀放電灯７に、電源端子13を介して安定した電圧を印加するための安定器であり、前記電源端子13および安定器12などで電源部を成している。また、14は前記低圧水銀放電灯７の最冷部1aをたとえば40℃程度に保持するための冷却治具、15はヒートパイプ、16はフィンであり、これらは、低圧水銀放電灯７の放電に伴う発熱を放熱する放熱手段を成している。さらに、17は前記低圧水銀放電灯７の紫外線放射面側に配置され、被処理体18を搬送する搬送系である。そして、前記低圧水銀放電灯７はランプ電流 5〜10 Aで点灯され、かつ両端部に封装された各放電電極２の BaO系エミッタ被着量 D（mg）が、ランプ電流 I Aとしたとき、10× I A＋10≦ D≦ 120と設定されている。
【００２５】
このように構成された紫外線照射装置の場合は、主要部をなす低圧水銀放電灯の高出力，長寿命性などより、効果的な処理が可能になるとともに、紫外線線源たる低圧水銀放電灯の保守，管理の簡略化なども可能となる。
【００２６】
上記では、一定の形状を成す石英ガラス管を発光管した低圧水銀放電灯の構成例、製造方法例、さらにその低圧水銀放電灯の応用例について、それぞれ説明したが、本発明はこれらの例示に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採り得る。
【００２７】
【発明の効果】
上記説明から分かるように、本発明によれば、各放電電極に被着した BaO系エミッター量が、その低圧水銀ランプの入力（ランプ電流）と適正に関連付けられているため、ランプ電流を 5 A以上に設定し、高出力化を図った場合、エミッターの枯渇に伴うランプ不点灯現象が大幅に改善され、8500〜 10000時間の点灯が可能となる。また、各放電電極に適正量の活性化された BaO系エミッターを被着し、高出力，長寿命性を呈する低圧水銀放電灯を歩留まりよく得ることも可能である。
【００２８】
さらに、このような低圧水銀放電灯を利用した低圧水銀放電灯回路の場合は、一方の主電極と他方の補助電極との間の放電、および他方の主電極と一方の補助電極との間の放電を交互に発生させることも可能なので、前記低圧水銀放電灯の高出力，長寿命性などより効果的に利用されることになる。また、紫外線照射装置の場合は、紫外線の放射線源主要部をなす低圧水銀放電灯の高出力，長寿命性などによって、より効果的な処理が可能になるとともに、紫外線線源たる低圧水銀放電灯の保守，管理の簡略化なども可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る低圧水銀放電灯の要部構成例を示す側面図。
【図２】本発明に係る低圧水銀放電灯が具備する放電電極に対するBaCO3 系エミッター素材（活性化前）の塗布量とランプ電流の関係例を示す特性図。
【図３】本発明に係る低圧水銀放電灯を応用した低圧水銀放電灯回路の一例を示す回路図。
【図４】本発明に係る低圧水銀放電灯を応用した紫外線照射装置の要部構成例を示す側面図。
【符号の説明】
１…Ｕ字型石英ガラス管 1a…最冷部 ２…放電電極 2a…主電極 2b…補助電極 ３…リード線 3a…主電極リード線 3b…補助電極リード線 ４…接続端子 ５…電源側コイル ６…第１の配線回路 6a…第１の配線回路のコイル部 ７…低圧水銀放電灯 ８，８′…第２の配線回路 8a，8a′…第２の配線回路のコイル部 ９，９′…第３の配線回路 9a，9a′…第３の配線回路のダイオード 10…点灯ボックス 11…反射鏡 12…安定器 13…電源端子 14…冷却治具 15…ヒートパイプ 16…フィン 17…搬送系 18…被処理体
Claims (4)
- 紫外線を透過する発光管内の両端部に BaO系エミッタを被着した放電電極を封装するとともに、Hgおよび希ガスが封入され、かつランプ電流5〜10 Aで点灯される低圧水銀放電灯であって、
前記発光管の一方の端部に封装された前記放電電極は第１の主電極と第１の補助電極とを備え、前記発光管の他方の端部に封装された前記放電電極は前記第１の補助電極との間に放電を発生させるための第２の主電極と前記放電と交互に前記第１の主電極との間に放電を発生させるための第２の補助電極とを備え、かつ前記放電電極のそれぞれに被着した BaO系エミッタの被着量 D（mg）は、ランプ電流 IAとしたとき、10× I A＋10≦ D≦ 120に設定されていることを特徴とする低圧水銀放電灯。 - 紫外線を透過する発光管内の両端部にBaCO3 系エミッタ素材を被着した放電電極を封装し、前記BaCO3 系エミッタ素材を活性化する工程を具備するランプ電流 5〜10 Aで点灯される低圧水銀放電灯の製造方法であって、
前記発光管の一方の端部に封装された前記放電電極は第１の主電極と第１の補助電極とを備え、前記発光管の他方の端部に封装された前記放電電極は前記第１の補助電極との間に放電を発生させるための第２の主電極と前記放電と交互に前記第１の主電極との間に放電を発生させるための第２の補助電極とを備え、かつ前記放電電極のそれぞれに被着させるBaCO3 系エミッタ素材の塗布量 D′（mg）は、ランプ電流 I Aとしたとき、10× I A＋20≦ D′≦ 150に設定されることを特徴とする低圧水銀放電灯の製造方法。 - 電源側コイルと、前記電源側コイルに対応するコイル部を備え、低圧水銀放電灯の両端に封装された主電極間を電気的に接続する第１の配線回路と、前記電源側コイルに対応するコイル部を備え主電極に電気的に接続する第２の配線回路と、前記第２の配線回路および第１の配線回路をダイオードを介して電気的に接続する第３の配線回路とを具備して成り、
前記低圧水銀放電灯はランプ電流 5〜10 Aで点灯され、かつ一方の端部に封装された放電電極は第１の主電極と第１の補助電極とを備え、発光管の他方の端部に封装された放電電極は前記第１の補助電極との間に放電を発生させるための第２ の主電極と前記放電と交互に前記第１の主電極との間に放電を発生させるための第２の補助電極とを備え、前記放電電極のぞれぞれに被着した BaO系エミッタの被着量 D（mg）は、ランプ電流 I Aとしたとき、10× I A＋10≦ D≦ 120に設定されていることを特徴とする低圧水銀放電灯回路。 - 紫外線を放射する低圧水銀放電灯と、前記低圧水銀放電灯に沿って配置され、放射する紫外線を所要の方向へ反射する反射鏡と、前記低圧水銀放電灯に隣接して配置され、放電電極に所要の放電電流を供給する電源部と、前記低圧水銀放電灯に隣接して配置され放電に伴う発熱を放熱する放熱手段とを具備して成り、
前記低圧水銀放電灯はランプ電流 5〜10 Aで点灯され、かつ一方の端部に封装された放電電極は第１の主電極と第１の補助電極とを備え、発光管の他方の端部に封装された放電電極は前記第１の補助電極との間に放電を発生させるための第２の主電極と前記放電と交互に前記第１の主電極との間に放電を発生させるための第２の補助電極とを備え、前記放電電極のそれぞれに被着した BaO系エミッタの被着量 D（mg）は、ランプ電流 I Aとしたとき、10× I A＋10≦ D≦ 120に設定されていることを特徴とする紫外線照射装置。
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| JP2796094A JP3737139B2 (ja) | 1994-02-25 | 1994-02-25 | 低圧水銀放電灯、低圧水銀放電灯の製造方法、低圧水銀放電灯回路、および紫外線照射装置 |
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