JPH07326322A - 低圧水銀ランプおよびこれを用いた紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】陽極の耐振性を高めるとともに、陽極温度を低
下させ、黒化を防止することができる低圧水銀ランプお
よびこれを用いた紫外線照射装置を提供しようとするも
のである。 【構成】水銀および希ガスが封入された発光管２の両端
にそれぞれ筒形陽極３および陰極４を封装し、半サイク
ル毎に発光管の一端の陽極と他端の陰極との間、および
発光管の一端の陰極と他端の陽極との間で交互に放電さ
れる低圧水銀ランプにおいて、上記筒形陽極にホルダー
１０を取付け、このホルダーを発光管の管壁に支持させ
たことを特徴とする。 【作用】筒形陽極がホルダーを介して発光管の管壁に支
持されるので、筒形陽極の耐振性が向上する。また、陽
極の熱がホルダーを介して発光管へ伝えられ、この発光
管から放出されるので、陽極温度を下げることができ、
黒化を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低圧水銀ランプおよび
これを光源として用いた紫外線照射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、各種気体や液体の浄化、または有
機物の分解等に紫外線（ＵＶ）を照射する方法が採用さ
れており、例えば上下水の浄化処理や殺菌処理の分野で
は、浄化・殺菌しようとする水に紫外線照射ランプから
紫外線を照射する手段が用いられている。この紫外線照
射用の光源としては、低圧水銀ランプが知られている。

【０００３】低圧水銀ランプは、発光管バルブの両端に
電極を封装してあるとともに、内部に所定量の水銀とア
ルゴン等の希ガスを封入した構造をなしており、発光管
を構成するバルブ材料が遠紫外線の透過性に優れた石英
ガラスを用いている点、およびけい光体被膜を備えてい
ない点で、一般照明用けい光ランプとは若干の構造上で
の差があるが、その他の点では一般照明用けい光ランプ
と同様な構造をなしており、かつ同様な放電・点灯作用
を奏する。

【０００４】このような低圧水銀ランプは、放電により
発光管内の水銀原子が電離および励起され、この時に水
銀共鳴線である１８５nmおよび２５４nmの紫外線を放射
し、この紫外線が発光管の管壁を透過して外部に放出さ
れるようになっている。

【０００５】ところで、このような低圧水銀ランプは、
開発初期のランプの場合、ランプ電流が０．５Ａ以下で
あり、電極間距離の１cm当りの入力は１Ｗ以下であり、
ランプ１灯当りの全入力もせいぜい１００Ｗ程度の低ワ
ットであったが、最近では水の殺菌能力や有機物の分解
能力の向上が望まれ、紫外線出力の大きな低圧水銀ラン
プが要求されるようになってきた。このような要請に応
えるため、各ランプメーカではランプ電流を上げて高出
力化したランプの開発、研究を進めており、この結果、
最近ではランプ電流が１Ａ以上、例えば５〜１０Ａ以上
の低圧水銀ランプも実現されるようになってきた。

【０００６】しかしながら、このような大電流を流す
と、これに比例して陽極モード側の電極に突入する電子
量が増加するため、電極の温度が上がり過ぎ、電極を構
成しているタングステンや電子放射物質が蒸発して飛散
し、電極の寿命が短くなるとともに、飛散物質が管壁に
付着して早期黒化を発生し、紫外線の放出維持率が極度
に低下するという問題が生じる。

【０００７】これを回避するため、電極を、陽極と陰極
との分離構造にし、つまり発光管の両端部にそれぞれ陽
極と陰極とを配置し、交流の半サイクルで発光管の一端
側の陽極と他端側の陰極とで放電し、次の半サイクルで
一端側の陰極と他端側の陽極とで放電するように、交互
放電を行わせる構造が採用されている。このようにすれ
ば、陽極と陰極が分離されているから、陽極として熱容
量の大きな電極で構成することができ、電極温度の上昇
が抑制されるので、陽極に突入する電子量を増やすこと
ができ、にも拘らず電極を構成しているタングステンの
蒸発、飛散を防止することができる。よって、電極寿命
を長くすることができ、管壁の黒化を防止し、紫外線の
放出維持率を高くすることができる利点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な高出力形紫外線照射用低圧水銀ランプの陽極は、熱容
量を大きくするために、大型にならざるを得ず、重量も
大きくなる。例えば、最近の陽極は、熱容量を大きくす
るため円筒体または円筒形コイルにより構成されてお
り、この円筒形陽極よりも発光管の端部側に位置して陰
極を設置し、陰極から放出された電子が円筒形陽極を挿
通して対向側の陽極に飛び込む構造が採用されている。

【０００９】このような円筒形陽極においては、熱容量
を大きくするために大形化しかつ重量を増すと、振動や
衝撃を受けた場合にこの陽極が振動し易くなり、耐振強
度が不足して発光管の側壁に接触したり、長期の使用に
よる疲労のために陽極を支持するリード線が変形するな
どの問題がある。

【００１０】このため、陽極の大形化に制約を受け、熱
容量を充分に増大させることができないという不具合が
あった。本発明はこのような事情にもとづきなされたも
ので、第１の目的は、陽極の耐振性を高めて大形化を可
能にし、熱容量の大容量化を実現でき、結果として陽極
の寿命を長くし、黒化を防止することができる低圧水銀
ランプおよびこれを用いた紫外線照射装置を提供しよう
とするものである。

【００１１】また、本発明の第２の目的は、陽極の熱を
逃がすことにより、陽極の温度上昇を防止し、結果とし
て陽極の寿命を長くし、黒化を防止することができる低
圧水銀ランプおよびこれを用いた紫外線照射装置を提供
しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は第１の
目的を達成するため、水銀および希ガスが封入された発
光管の両端にそれぞれ陽極および陰極が封装され、上記
陽極は筒形をなしているとともに、上記陰極は上記筒形
陽極よりも発光管の端部側に配置されており、半サイク
ル毎に発光管の一端の陽極と他端の陰極との間、および
発光管の一端の陰極と他端の陽極との間で交互に放電さ
れる低圧水銀ランプにおいて、上記筒形陽極にホルダー
を取付け、このホルダーを発光管の管壁に支持させたこ
とを特徴とする。

【００１３】請求項２の発明は、上記ホルダーは上記筒
形陽極の熱を発光管の管壁に伝達する伝熱作用を奏する
ことを特徴とする。請求項３の発明は第２の目的を達成
するため、水銀および希ガスが封入された発光管の両端
にそれぞれ陽極および陰極が封装され、上記陽極は筒形
をなしているとともに、上記陰極は上記筒形陽極よりも
発光管の端部側に配置されており、半サイクル毎に発光
管の一端の陽極と他端の陰極との間、および発光管の一
端の陰極と他端の陽極との間で交互に放電される低圧水
銀ランプにおいて、上記筒形陽極に放熱部材を設けたこ
とを特徴とする。

【００１４】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３に記載の筒形陽極が、筒形コイルにより構成されてい
ることを特徴とする。請求項５の発明は、請求項１ない
し請求項４のいずれか１に記載の低圧水銀ランプを光源
として用いたことを特徴とする紫外線照射装置である。

【００１５】

【作用】請求項１の発明によれば、筒形陽極にホルダー
を取付け、このホルダーを発光管の管壁に支持させたの
で、筒形陽極の耐振性が向上する。したがって、陽極を
大形にすることができ、熱容量を増大させることができ
る。よって、陽極の温度上昇を抑制することができ、陽
極に突入する電子量を増やすことができ、陽極物質の蒸
発、飛散を防止することができ、結果として、電極寿命
を長くすることができ、管壁の黒化を防止し、紫外線の
放出維持率を高くすることができる。

【００１６】請求項２の発明によれば、筒形陽極の熱
を、ホルダーを通じて発光管の管壁に逃がすことがで
き、よって陽極の温度上昇を抑制することができ、陽極
に突入する電子量を増やすことができ、陽極物質の蒸
発、飛散を防止することができ、結果として、電極寿命
を長くすることができ、管壁の黒化を防止し、紫外線の
放出維持率を高くすることができる。しかも、この場
合、ホルダーは陽極の支持機能と放熱機能を兼用する。

【００１７】請求項３の発明によれば、筒形陽極に放熱
部材を取付けたから、陽極の温度上昇を抑制することが
でき、陽極に突入する電子量を増やすことができ、陽極
物質の蒸発、飛散を防止することができ、結果として、
電極寿命を長くすることができ、管壁の黒化を防止し、
紫外線の放出維持率を高くすることができる。

【００１８】請求項４の発明によれば、筒形陽極は筒形
コイルにより構成したから、単なる筒形のものに比べて
表面積が大きくなり、放熱面積が大きいので陽極の温度
上昇を抑制することができる。請求項５の発明によれ
ば、低圧水銀ランプから放出される紫外線出力を大きく
することができ、紫外線照射能力が向上する。

【００１９】

【実施例】以下本発明について、図１ないし図３に示す
第１の実施例にもとづき説明する。 この実施例は、低
圧水銀ランプ１を水の浄化装置としての紫外線照射装置
の光源に用いた例を示し、図２において、符号２５は浄
化槽、２０はこの浄化槽２５に浸漬された外管である。
外管２０は遠紫外線を透過する石英ガラスにより構成さ
れており、上端開口部がカバー２１により閉止されてい
る。そして、この外管２０内には紫外線照射光源として
の低圧水銀ランプ１が収容されている。

【００２０】上記低圧水銀ランプ１について説明する。
符号２は通常の石英または合成石英ガラスからなる発光
管バルブであり、この発光管２は石英ガラスチューブを
Ｕ字形に加工して形成されており、両端部には電極が封
装されている。電極は陽極３と陰極４を分離した構造で
あり、Ｕ字形をなす発光管２の両端部にそれぞれ陽極
３，３および陰極４，４が配置されている。

【００２１】陽極３は、図１に示す通り、円筒形をなし
ており、本実施例ではタングステンワイヤを密着コイル
に巻回して成形された円筒形コイルにより構成されてい
る。このような円筒コイル形陽極３は、コイル中心線が
発光管２の管軸とほぼ一致するようにして発光管２の端
部に設置されている。この円筒コイル形陽極３の一端は
内部リード線５に接続されており、この内部リード線５
は、発光管２の端部を閉封したステム７を機密に貫通し
て外部リード線８に接続されている。

【００２２】一方、陰極４はコイルフィラメントからな
り、上記陽極３よりも発光管２の端部側、つまりステム
寄りに位置してコイル中心線が発光管２の管軸とほぼ一
致するように配置されている。この陰極４の両端はそれ
ぞれ内部リード線６、６に接続されており、これら内部
リード線６、６は、ステム７を機密に貫通して外部リー
ド線９、９に接続されている。

【００２３】なお、外部リード線８、９、９は、浄化槽
２５の外に設けられた点灯回路装置２２を介して商用電
源２３に接続されており、上記点灯回路装置２２は、上
記商用電源２３から送られる交流電流による半サイクル
毎に、上記陽極３，３および陰極４，４間で交互に放電
を繰り返すように、電流経路を切り換え制御する。

【００２４】このような構成の電極分離構造において、
上記円筒コイル形陽極３には放熱板を兼用したホルダー
１０が取付けられている。このホルダー１０は、耐熱性
金属、例えばモリブデン、タングステン、もしくはステ
ンレスなどからなり、本実施例では一対のモリブデン製
帯板１１、１１を上記円筒コイル形陽極３の外面に巻き
付けて相互に溶接し、これによりこれらモリブデン製帯
板１１、１１を陽極３に係止させてある。そして、これ
ら一対のモリブデン製帯板１１、１１の端部は延長され
ており、これら延長端部１１ａ、１１ａは弾性変形可能
になっており、発光管２の内面に弾接している。

【００２５】このため、円筒コイル形陽極３は一対のモ
リブデン製帯板１１、１１からなるホルダー１０を介し
て発光管２の側壁に支持されている。つまり、円筒コイ
ル形陽極３は上記ホルダー１０を介して発光管２に支持
されることにより、円筒コイル形陽極３の中心線が発光
管２の管軸とほぼ一致するように配置されている。

【００２６】そして、上記ホルダー１０は一対のモリブ
デン製帯板１１、１１の熱伝導作用により、発光管２の
管壁と熱的に連結されていることになり、よってこの陽
極３の熱は上記ホルダー１０を通じて発光管２の管壁に
伝えられるようになっており、発光管２の管壁から熱放
出されるようになっている。

【００２７】なお、上記発光管２内には、所定量の水銀
と、アルゴンなどの希ガスが封入されている。このよう
な構成の低圧水銀ランプ１は、これを点灯すると、点灯
回路装置２２の切り換え作用により、交流電流の半サイ
クル毎に、陽極３，３および陰極４，４間で交互に放電
を繰り返す。つまり、交流の半サイクルでは、発光管２
の一端側の陽極３と他端側の陰極４とで放電し、次の半
サイクルでは一端側の陰極４と他端側の陽極３とで放電
し、よって、このような交互放電を繰り返す。

【００２８】このような放電により、発光管２内の水銀
原子が電離および励起され、水銀共鳴線である１８５nm
および２５４nmの紫外線を放射する。この紫外線は発光
管２を透過し、かつ外管２０の管壁を透過して外部に放
出される。よって、浄化槽２５内の水を紫外線により浄
化、殺菌する。

【００２９】上記ランプ１の陽極３は、円筒形をなして
いるからフィラメントコイルで構成する場合に比べて熱
容量を大きくすることができる。特に、陽極３を円筒形
コイルにより構成すると、陽極自身の表面積が大きくな
り、放熱面積が増える。

【００３０】よって、熱容量が増え、かつ表面積が大き
くなって放熱面積が増えることから、陽極３の温度上昇
が抑制され、陽極に突入する電子量を増やすことがで
き、つまりランプ電流を増やして紫外線出力を高くする
ことができる。

【００３１】なお、陽極３を円筒形状にし、この陽極３
の背部、つまり発光管２の端部側に位置して陰極４を配
置すれば、一端側の陰極３から放出される電子をこれに
近接する同極性をなす陽極３の中空内部を通じて対向す
る他端側の陽極３に向けて放出させることができ、対向
する陽極３側では、陰極４よりも前方に位置する陽極で
電子を受けることができ、その背面側の陰極３に電子が
飛び込むのを低減することができる。

【００３２】そして、本実施例の円筒コイル形陽極３
は、一対のモリブデン製帯板１１、１１からなるホルダ
ー１０を介して発光管２の側壁に支持されているから、
陽極３を単に内部リード線５のみで支持する場合に比べ
て機械的支持強度が高くなり、よって耐振強度が向上す
る。このことから、陽極３を大熱容量化するために、大
形化して大重量にしても、支持強度が高くなることか
ら、内部リード線５に負担をかけず、支持の信頼性が向
上することになる。

【００３３】ゆえに、陽極３の熱容量を増して温度上昇
を抑制することができ、陽極３に突入する電子量を増や
すことができ、ランプ電流を大きくして紫外線出力の増
大を可能にする。そして、陽極物質の蒸発、飛散を防止
することができ、結果として、電極寿命を長くすること
ができ、管壁の黒化を防止し、紫外線の放出維持率を高
くすることができる。

【００３４】また、上記ホルダー１０は熱伝導作用を奏
するので、円筒コイル形陽極３の熱を発光管２の管壁に
逃がすことができ、よって陽極３の温度上昇を抑制する
ことができる。

【００３５】このことも、陽極３に突入する電子量を増
やすことができる理由となり、ランプ電流を大きくして
紫外線出力の増大を可能にする。また、陽極３の温度上
昇が抑制されるから、陽極物質の蒸発、飛散を防止する
ことができ、電極寿命を長くすることができるととも
に、管壁の黒化を防止し、紫外線の放出維持率を高くす
ることができる。

【００３６】しかも、本実施例の場合、ホルダー１０は
陽極３の支持機能と放熱機能を兼用するから、両者の機
能を簡単な構造で実現することができ、互いに機能が相
乗的作用を生じ、ゆえに紫外線出力の増大を可能にし、
電極寿命を長くすることができ、管壁の黒化を防止し、
紫外線の放出維持率を高くすることができることにな
る。

【００３７】図３は点灯時間と紫外線出力維持率との関
係を調べた特性図であり、この図より、図１に示すホル
ダー１０を取付けた陽極を用いた低圧水銀ランプの場合
は特性ａで示す通り、ホルダー１０を備えない陽極を用
いた低圧水銀ランプの場合の特性ｂに比べて、紫外線出
力維持率が向上することが確認されている。

【００３８】上記のような低圧水銀ランプ１を光源とし
て用いた紫外線照射装置であれば、紫外線出力が大きく
なり、紫外線照射能力が向上するから、上下水の浄化処
理能力や殺菌処理能力が高くなり、しかも寿命が長くな
る。

【００３９】なお、上記実施例では、ホルダー１０が一
対のモリブデン製帯板１１、１１により形成されている
場合を説明したが、ホルダーの構造はこれに限らない。
例えば、図４に第２の実施例として示すホルダー３０を
用いてもよい。このホルダー３０はモリブデン等の耐熱
性金属ワイヤにより渦巻きリング形に形成されており、
円筒コイル形陽極３の外周に巻き付けられた内側リング
３１と、発光管２の内面に弾接された外側リング３２と
が連続して構成されている。

【００４０】このような構造であっても、円筒コイル形
陽極３はホルダー３０を介して発光管２の管壁に支持さ
れるから、単に内部リード線５のみで支持する場合に比
べて機械的支持強度が高くなり、よって耐振強度が向上
する。このことから、陽極３を大熱容量化するために、
大形化して大重量にしても、支持強度が高くなることか
ら、内部リード線５に負担をかけず、支持の信頼性が向
上することになる。

【００４１】また、この場合も、内側リング３１と外側
リング３２は互いに連続して構成されているので、陽極
３の熱がこのホルダー３０を通じて発光管２の管壁に伝
わるようになり、陽極３の温度上昇が抑制される。

【００４２】ゆえに、陽極３の熱容量を増して温度上昇
を抑制することができ、陽極３に突入する電子量を増や
すことができ、ランプ電流を大きくして紫外線出力の増
大を可能にする。そして、陽極物質の蒸発、飛散を防止
することができ、結果として、電極寿命を長くすること
ができ、管壁の黒化を防止し、紫外線の放出維持率を高
くすることができる。

【００４３】なお、上記各実施例では、ホルダー１０、
３０が陽極３の支持機能と放熱機能を兼用する場合につ
いて説明したが、本発明はこれら機能を別個に有する場
合であってもよい。

【００４４】すなわち、ホルダー１０、３０が陽極３の
支持機能のみであっても、陽極３の大形、大重量化が可
能であるから陽極３の熱容量を増して温度上昇を抑制す
ることができ、また陽極３に放熱機能のみを奏する放熱
部材を取付けた場合でも、陽極３の熱容量を増して温度
上昇を抑制することができる。

【００４５】陽極３に放熱部材を取付けた例を、図５の
第３の実施例として示す。すなわち、陽極３には熱伝導
性に優れた金属、例えばモリブデン等からなる放熱部材
４０が取付けられており、この放熱部材４０は円筒コイ
ル形陽極３の外周に巻き付けられた放熱リング４１と、
このリング４１に放射状に設けられた複数の放熱フィン
４２…を備えている。

【００４６】このような構成の場合でも、陽極３の熱が
放熱部材４０を通じて放電空間に放出されるから、陽極
３の温度上昇が抑制され、よって陽極３に突入する電子
量を増やすことができ、ランプ電流を大きくして紫外線
出力を増大させることができる。

【００４７】さらに、本発明の低圧水銀ランプは、水の
浄化、殺菌用の紫外線照射装置の光源に用いることに限
らず、その他、物質表面の洗浄、灰化などの技術分野、
または気体や水以外の液体の浄化、殺菌などの分野で用
いられる紫外線照射装置の光源として用いることもでき
る。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、筒形陽極にホルダーを取付け、このホルダーを発
光管の管壁に支持させたので、筒形陽極の耐振性が向上
する。したがって、陽極を大形にすることができ、熱容
量を増大させることができる。よって、陽極の温度上昇
を抑制することができ、陽極に突入する電子量を増やす
ことができ、陽極物質の蒸発、飛散を防止することがで
き、結果として、電極寿命を長くすることができ、管壁
の黒化を防止し、紫外線の放出維持率を高くすることが
できる。

【００４９】請求項２の発明によれば、筒形陽極の熱
を、ホルダーを通じて発光管の管壁に逃がすことがで
き、よって陽極の温度上昇を抑制することができ、陽極
に突入する電子量を増やすことができ、陽極物質の蒸
発、飛散を防止することができ、結果として、電極寿命
を長くすることができ、管壁の黒化を防止し、紫外線の
放出維持率を高くすることができる。しかも、この場
合、ホルダーは陽極の支持機能と放熱機能を兼用する。

【００５０】請求項３の発明によれば、筒形陽極に放熱
板を取付けたから、陽極の温度上昇を抑制することがで
き、陽極に突入する電子量を増やすことができ、陽極物
質の蒸発、飛散を防止することができ、結果として、電
極寿命を長くすることができ、管壁の黒化を防止し、紫
外線の放出維持率を高くすることができる。

【００５１】請求項４の発明によれば、、筒形陽極は筒
形コイルにより構成したから、単なる筒形のものに比べ
て表面積が大きくなり、放熱面積が大きいので陽極の温
度上昇を抑制することができる。請求項５の発明によれ
ば、低圧水銀ランプから放出される紫外線出力を大きく
することができ、紫外線照射能力が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る低圧水銀ランプの
陽極構造を示し、（Ａ）図は発光管端部の縦断面図、
（Ｂ）図はその横断面図。

【図２】上記低圧水銀ランプを用いた水浄化用紫外線照
射装置の概略的構成を示す断面図。

【図３】点灯時間と紫外線出力維持率との関係を示す特
性図。

【図４】本発明の第２の実施例に係る低圧水銀ランプの
陽極構造を示す横断面図。

【図５】本発明の第３の実施例に係る低圧水銀ランプの
陽極構造を示す横断面図。

【符号の説明】 １…低圧水銀ランプ ２発光管 ３…円筒コイル形陽極 ４…陰極 １０…ホルダー １１…モリブデン帯
板 ２０…外管 ３０…ホルダー ３１…内側リング ３２…外側リング ４０…放熱部材 ４１…放熱リング ４２…放熱フィン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水銀および希ガスが封入された発光管の
   両端にそれぞれ陽極および陰極が封装され、上記陽極は
   筒形をなしているとともに、上記陰極は上記筒形陽極よ
   りも発光管の端部側に配置されており、半サイクル毎に
   発光管の一端の陽極と他端の陰極との間、および発光管
   の一端の陰極と他端の陽極との間で交互に放電される低
   圧水銀ランプにおいて、 上記筒形陽極にホルダーを取付け、このホルダーを発光
   管の管壁に支持させたことを特徴とする低圧水銀ラン
   プ。
2. 【請求項２】 上記ホルダーは上記筒形陽極の熱を発光
   管の管壁に伝達する伝熱作用を奏することを特徴とする
   請求項１に記載の低圧水銀ランプ。
3. 【請求項３】 水銀および希ガスが封入された発光管の
   両端にそれぞれ陽極および陰極が封装され、上記陽極は
   筒形をなしているとともに、上記陰極は上記筒形陽極よ
   りも発光管の端部側に配置されており、半サイクル毎に
   発光管の一端の陽極と他端の陰極との間、および発光管
   の一端の陰極と他端の陽極との間で交互に放電される低
   圧水銀ランプにおいて、 上記筒形陽極に放熱部材を設けたことを特徴とする低圧
   水銀ランプ。
4. 【請求項４】 上記筒形陽極は、筒形コイルにより構成
   されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の
   いずれか１に記載の低圧水銀ランプ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１に
   記載の低圧水銀ランプを光源として用いたことを特徴と
   する紫外線照射装置。