JPH0785839A

JPH0785839A - ２重管形放電灯およびこれを用いた光化学反応装置

Info

Publication number: JPH0785839A
Application number: JP22692793A
Authority: JP
Inventors: Nanao Murase; 七生村瀬; Akihiro Yonezawa; 昭弘米沢; Yoshinori Sunazaka; 義則砂坂; Keisuke Kuga; 圭介空閑; Koji Nakano; 浩二中野
Original assignee: NIPPON PHOTO SCI KK; Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: NIPPON PHOTO SCI KK; Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1993-09-13
Filing date: 1993-09-13
Publication date: 1995-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】発光管を交換できるランプであって、紫外線の
減衰や発光管の失透および金属部材の酸化を防止して長
寿命になる２重管形放電灯およびこれを用いた光化学反
応装置を提供する。【構成】外管１内に発光管５を脱着可能に収容した２重
管形放電灯において、上記外管の内部をガス置換して、
窒素を含む不活性ガスの雰囲気に保った。【作用】外管の内部が不活性ガスの雰囲気に保たれるか
ら、金属部材の酸化や発光管の失透が防止され、またオ
ゾンの発生もなくて紫外線の減衰も防止されるようにな
り、ランプ寿命が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光管が点灯不能にな
った場合、外管を再使用して発光管を交換するようにし
た２重管形放電灯およびこれを光源として使用した光化
学反応装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に高圧金属蒸気放電灯は、電極を封
装してなる発光管を外管内に収容して２重管構造をなし
ており、外管内を真空または窒素を含む不活性ガスの雰
囲気に保ち、上記発光管を外管内に組み込んで一体化し
てある。したがって、発光管の寿命が尽きた場合、また
は何等かの理由で不点灯状態に陥った場合は、発光管と
一緒に外管も廃棄するようになっていた。

【０００３】しかしながら、光化学反応などの光源とし
て使用される紫外線放射用水銀灯などは１０ｋＷ〜２０
ｋＷレベルの大電力になり、石英からなる外管の長さが
数１０cmから数ｍにも及ぶことがある。このような放電
灯はランプ全体に占める外管のコストが５０％以上にも
達し、よって発光管が不点灯となった場合に外管を廃棄
処理するときわめて不経済である。

【０００４】このため、最近では発光管が不点灯になっ
た場合は、発光管のみを新規な発光管と交換し、外管は
そのまま使用する省資源対策が採用されている。このよ
うな構造の二重管形放電灯は、発光管マウントが外管に
対し着脱可能に取着される構造になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の場合、不
点灯になった発光管を交換して外管をそのまま使用する
場合、発光管を取り巻く周囲雰囲気、つまり外管内の雰
囲気は発光管を交換する場合に外気が侵入するから空気
の雰囲気になってしまう。このような空気中で発光管を
点灯させた場合は、発光管の封止部に封着されている金
属箔導体が酸化して早期にリークを生じたり、発光管を
機械的に支持しているサポート部材や発光管に電力を供
給するリード線などが酸素の存在する雰囲気にさらされ
るため早期に酸化し、短寿命になり易い。

【０００６】また、発光管の周囲に酸素の存在する層が
あると、発光管の点灯に伴い大量のオゾンが発生し、紫
外線がオゾンに吸収されて減衰するため紫外線出力が低
下する不具合もある。

【０００７】さらに、発光管を交換する場合、作業者が
発光管を含むマウント部材の表面に直接触れることがあ
り、マウント部材の表面に不純物が付着して汚染され、
この汚染状態で空気雰囲気に収容されて点灯された場
合、発光管の石英バルブが失透したり、金属部材が酸化
し易い欠点もある。

【０００８】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするところは、発光管を交換でき
るランプであって、紫外線の減衰や発光管の失透および
金属部材の酸化を防止して長寿命になる２重管形放電灯
およびこれを用いた光化学反応装置を提供しようとする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、外管内に発光管を脱着可能に収容した２重管
形放電灯において、上記外管の内部をガス置換して、窒
素を含む不活性ガスの雰囲気に保ったことを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】本発明によれば、外管の内部がガス置換されて
不活性ガスの雰囲気に保たれるから、金属部材の酸化や
発光管の失透が防止され、またオゾンの発生もなくて紫
外線の減衰も防止される。

【００１１】

【実施例】以下本発明について、図面に示す一実施例に
もとづき説明する。図面は光化学反応用光源として用い
られる大出力の紫外線放出用高圧水銀放電灯の例を示
し、図において１は外管であり、この外管１は石英ガラ
スからなり、上端が開口されるとともに下端が閉塞され
ている。この外管１は光化学反応槽２に浸漬され、上端
の開口部が光化学反応槽２のフランジ３部に支承されて
いる。上記外管１内には発光管５が収容されている。発
光管５は石英ガラスからなるバルブの両端に封止部６、
６を形成するとともに、これら封止部６、６に電極７、
７を封装して構成されており、この発光管５内には所定
量の水銀と始動用の希ガスが封入されている。

【００１２】このような発光管５は閉塞部材１０に取着
されている。閉塞部材１０は上記外管１の開口端部を閉
塞するものであり、絶縁板、例えばガラスやセラミック
プレートにより形成されており、ねじ１１などのような
固定具またはクランプ具を介して上記フランジ部３に脱
着可能に取り付けられている。この場合、閉塞部材１０
と外管１の開口端部との間にはゴムや樹脂等からなるシ
ール材１２が挾着されるようになっており、これにより
外管１は閉塞部材１０によって気密に閉塞される。

【００１３】この閉塞部材１０には、一対のサポート１
３ａ、１３ｂおよび導電端子１４が気密に貫通されてい
る。これらサポート１３ａ、１３ｂおよび導電端子１４
はそれぞれ銅やニッケルなどのような導電体からなり、
本実施例の場合、これらサポート１３ａ、１３ｂおよび
導電端子１４は後述するが、全て中空のパイプ材により
形成されている。

【００１４】上記一対のサポート１３ａ、１３ｂは外管
１内を下方に向かって伸びており、外管１下端の閉塞端
部の近くまで延長されている。これら一対のサポート１
３ａ、１３ｂ間には、上下に離間してホルダー１５、１
５が掛け渡されている。これらホルダー１５、１５はそ
れぞれ発光管５の端部に形成した封止部６、６をクラン
プしており、したがって発光管５はこれらホルダー１
５、１５を介してサポート１３ａ、１３ｂに機械的に支
持されている。これらホルダー１５、１５はステンレス
などのような金属帯により形成されている。なお、ホル
ダー１５、１５とサポート１３ａ、１３ｂは絶縁材等に
より電気絶縁することを要しない。

【００１５】発光管５の下側の電極７は内部リード線１
６を介して一方のサポート１３ａに電気的に接続されて
いるとともに、上側の電極７は他の内部リード線１７を
介して導電端子１４に電気的に接続されている。

【００１６】上記一方のサポート１３ａは、前記したよ
うに中空のパイプ材からなり、下端が外管１の下端部の
近くで開口されているとともに、上端部は閉塞部材１０
を気密に貫通して外部に導出されており、この外部端に
は開閉弁１８が連結されている。開閉弁１８はホース１
９を介して不活性ガス供給ボンベ、例えば窒素Ｎ₂ ボン
ベに接続されている。そして、このサポート１３ａの外
部端には外部リード線２０ａが接続されており、この外
部リード線２０ａは図示しない点灯装置に電気的に接続
されている。

【００１７】また、他方のサポート１３ｂも、前記した
ように中空のパイプ材からなり、下端が外管１の下端部
の近くで開口されているとともに、上端は閉塞部材１０
を気密に貫通して外部に導出されているが、この中空パ
イプからなるサポート１３ｂはいづれかの端部が閉止さ
れている。

【００１８】さらに、導電端子１４も中空パイプからな
り、下端は外管１内の上端部に開口されているとともに
上端部は閉塞部材１０を気密に貫通して外部に導出され
ており、この外部端には開閉弁２１が連結されている。
この開閉弁２１はホース２２を介して外気に開放、また
は図示しない排気ポンプに接続されている。そして、こ
の導電端子１４の外部端には他の外部リード線２０ｂが
接続されており、この外部リード線２０ｂも図示しない
点灯装置に電気的に接続されている。

【００１９】したがって、一方のサポート１３ａは、発
光管５を機械的に支持する機能を奏するとともに、ガス
置換のための不活性ガス供給用ガスパイプを兼用し、さ
らに発光管５に電力を供給する導電部材も兼用してい
る。また、導電端子１４は発光管５に電力を供給する導
電部材の機能を奏するとともに、ガス置換のため外管１
内の空気を排気するための排気用パイプを兼用している
ものである。

【００２０】このような構成の光化学反応用光源として
用いられる紫外線放出用高圧水銀放電灯は、外管１の内
部が不活性ガスの雰囲気に保たれている。すなわち、外
管１内は後述するガス置換により、不活性ガス、例えば
窒素ガスの雰囲気に保持されている。この場合、外管１
内は不活性ガス、例えば窒素ガスＮ₂ が９５〜９９．９
％を占め、残りの５〜０．１％は酸素Ｏ₂ としてある。

【００２１】このような構成の紫外線放出用高圧水銀放
電灯について作用を説明する。図示しない点灯装置から
外部リード線２０ａ、２０ｂに電力を供給すると、発光
管５の電極７、７間に電圧が加えられるので発光管５が
点灯する。よって、発光管５の水銀蒸気が発光し、紫外
線を放出する。この紫外線は外管１を透過して光化学反
応槽２内の反応液を照射し、よって反応液の光化学反応
を促す。このような点灯使用により発光管５のランプ寿
命が尽きた場合、または発光管５が何等かの理由で不点
灯になった場合は、この発光管５を交換する。すなわ
ち、ねじ１１を外して閉塞部材１０を外管１から取り外
すと、サポート１３ａ、１３ｂを介して支持されている
発光管５も外管１の外に引き出される。つまり、閉塞部
材１０、サポート１３ａ、１３ｂ、導電端子１４、およ
びサポート１３ａ、１３ｂに支持されている発光管５か
らなる発光管マウントが外管１から取り出される。よっ
て、新規な発光管マウントを外管１に収容するか、また
は上記取り出された発光管マウントのうち発光管５のみ
を取り換えて再び発光管マウントを外管１に収容する。
そして、閉塞部材１０を外管１の開口端に被着し、この
閉塞部材１０をねじ１１によりフランジ部３に固定する
ことにより外管１は閉塞部材１０により、シール材１２
を介して気密に閉塞される。

【００２２】この状態で、外管１の空気を置換する。つ
まり、開閉弁１８を開いて窒素ガスボンベから外管１内
に窒素ガスを供給するとともに、開閉弁２１を開いて外
管１内の空気を逃がす。この状態においては、パイプ構
造の一方のサポート１３ａを通じて窒素ガスが外管１内
に圧送されるとともに、パイプ構造の導電端子１４を通
じて外管１内の空気が排気される。そして、パイプ構造
の一方のサポート１３ａの先端は、外管１の下側閉塞端
部の近傍に開口されているので、供給される窒素ガスは
外管１の下端部に放出される。窒素ガスは空気よりも比
重が大きいので外管１内は下部から窒素で満たされ、上
部に押上られた空気は上部に開口しているパイプ構造の
導電端子１４を通じて外管１の外に放出される。このよ
うなガス置換を所定時間続けると、外管１内は大半が窒
素ガスで占められ、わずかに空気、特に酸素が残存する
ようになる。ここで、外管１内のガス雰囲気が、窒素ガ
スＮ₂ ９５〜９９．９％、酸素５〜０．１％となった状
態でガス置換を終える。

【００２３】この状態で発光管５を点灯して再使用す
る。したがって、上記のようなガス置換された紫外線放
出用高圧水銀放電灯によれば、外管１内が窒素ガスＮ₂
９５〜９９．９％、酸素５〜０．１％の不活性雰囲気に
ガス置換されているので、発光管５の封止部６に封着さ
れている図示しない金属箔導体が酸化するのが防止さ
れ、発光管５のリークが防止されるとともに、金属材料
からなるサポート１３ａ、１３ｂ、ホルダー１５、１
５、内部リード線１６、１７などの酸化も防止される。

【００２４】さらに、発光管５の周囲は、酸素が極めて
少ないのでオゾンの発生が防止され、よって発光管５か
ら放出される紫外線がオゾンに吸収されて減衰すること
がなくなり、紫外線出力の低下を防止することができ
る。

【００２５】なお、外管１内に若干酸素を残したので、
汚染の浄化がなされる。すなわち、発光管５を交換する
場合に、作業者が発光管５を含むマウント部材の表面に
直接触れることによりこれらの表面に不純物、特に有機
物を付着させて汚染することがあるが、このような汚染
物質は酸素と反応することにより浄化される。よって外
管１内に若干酸素が残存していれば、発光管の失透を防
止し、光束維持率および寿命特性を高くすることができ
る。

【００２６】このような不活性ガスの条件について、本
発明者らが調べた実験の結果を説明する。すなわち、図
２は外管内における窒素ガスと酸素との混合割合と、１
００００時間点灯後におけるランプの点灯率（残存率）
を測定したものであり、各ランプは２０灯づつ点灯させ
たときの良品数を割合で示した。

【００２７】図２より、窒素ガスＮ₂ を９５〜９９．９
％、酸素を５〜０．１％の割合に規制すれば、ランプの
残存率を高くできることを確認できた。窒素ガスＮ₂ が
９５％以下（酸素が５％を越える）になると、発光管の
リークや金属部材の酸化が進み、またオゾン発生による
紫外線（２５７nm）の減衰が大きくなり、寿命特性およ
び紫外線出力が低下し、結局残存率が低下する。また、
窒素ガスＮ₂ が９９．９％以上（酸素が０．１％未満）
になると、酸素による浄化作用が低下し、光束維持率お
よび寿命特性が低下することになる。

【００２８】なお、不活性ガスとしては窒素の外に、ア
ルゴンやクリプトン等であってもよく、またこれらの混
合ガスであってもよく、これらの場合も９５〜９９．９
％の比率であればよい。

【００２９】また、上記の構成の紫外線放出用高圧水銀
放電灯は、以下の効果を奏する。つまり、発光管５が不
点灯になった場合、発光管を交換して外管１を再使用す
るから、高価な外管１を別個に準備する必要がなく、新
規と同様な性能のランプを安価に準備することができる
とともに、省資源に有効である。

【００３０】また、発光管５を機械的に支持するサポー
ト１３ａがガス置換の場合の不活性ガス供給用パイプを
兼用しているから、パイプを別に準備する場合に比べて
部品点数が少なくなり、閉塞部材１０に取り付けられる
部品も少なくなり、構造が簡素になる。この場合、サポ
ート１３ａの先端開口が外管１の閉塞端部に近いため、
比重の大きな窒素によるガス置換に有効である。

【００３１】また、発光管５に電力を供給する導電端子
１４がガス置換の場合の排気用パイプを兼用しているか
ら、この場合もパイプを別に準備する場合に比べて部品
点数が少なくなり、閉塞部材１０に取り付けられる部品
も少なくなり、構造が簡素になる。そして、この場合も
導電端子１４の開口が外管１の上端に近い位置で開口し
ているため、比重の大きな窒素により押上られた空気を
排除するのに有効である。

【００３２】さらに、一対のサポート１３ａ、１３ｂを
パイプ部材により形成したので、ワイヤにて構成する場
合に比べて機械的強度が向上し、サポートの曲りや歪み
を防止することができ、熱膨脹によるこれら変形の助長
も軽減することができる。なお、外管１を上下逆転した
姿勢で発光管を交換しかつ不活性ガスのガス置換をする
場合は、導電端子１４を不活性ガスの供給側とし、サポ
ート１３ａを排気側とすることもできる。また、本発明
は紫外線放出用水銀放電灯に限らず、一般照明用の放電
灯、例えばメタルハライドランプや高圧ナトリウムラン
プ、高圧水銀放電灯であっても実施可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、発
光管を交換可能としたランプであって、外管の内部をガ
ス置換して、窒素を含む不活性ガスの雰囲気に保つよう
にしたから、金属部材の酸化や発光管の失透が防止さ
れ、またオゾンの発生もなくて紫外線の減衰も防止され
るようになり、ランプ寿命が長くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、光化学反応装置に用
いた紫外線放出用高圧水銀放電灯の断面図。

【図２】発光管の周囲のガス雰囲気と点灯残存率との関
係を示す特性図。

【符号の説明】

１…外管５…発光管
６…封止部７…電極１０…閉塞部材１１…ねじ
１２…シール材１３ａ、１３ｂ…サポート１４…導電端子
１５…ホルダー１６、１７…内部リード線１８、２１…開閉弁２０ａ、２０ｂ…外部リード線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者砂坂義則東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ライテック株式会社内 (72)発明者空閑圭介東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ライテック株式会社内 (72)発明者中野浩二東京都新宿区西早稲田３丁目17番21号株式会社日本フォトサイエンス内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極を封装した発光管を外管内に脱着可
能に収容した２重管形放電灯において、上記外管の内部をガス置換して窒素を含む不活性ガスの
雰囲気に保ったことを特徴とする２重管形放電灯。
【請求項２】上記不活性ガス雰囲気は、窒素を含む不
活性ガスが９５〜９９．９％、残りの５〜０．１％を酸
素としたことを特徴とする請求項１に記載の２重管形放
電灯。
【請求項３】上記外管の一端開口部を脱着可能な閉塞
部材により気密に閉塞し、この閉塞部材にサポート部材
を気密に貫通するとともにこのサポート部材に上記発光
管を機械的に取着し、上記サポート部材はパイプにより
構成して外管内のガス置換を行うためのガスパイプを兼
用したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の２重管形放電灯。
【請求項４】上記サポート部材兼用のガスパイプは外
管内に不活性ガスを送り込むための供給パイプであり、
この供給パイプは外管の閉塞端部の近くまで伸びて開口
していることを特徴とする請求項３に記載の放電灯。
【請求項５】上記外管の一端開口部を脱着可能な閉塞
部材により気密に閉塞し、この閉塞部材にサポート部材
を介して上記発光管を機械的に取着するとともに、この
閉塞部材に導電端子を気密に貫通し、この導電端子に上
記発光管を電気的に接続し、この導電端子は導電性のパ
イプにより構成して外管内のガス置換を行うためのガス
パイプを兼用したことを特徴とする請求項１または請求
項２に記載の２重管形放電灯。
【請求項６】上記導電端子を兼用するガスパイプは、
外管内のガスを排気するための排気管を兼用しているこ
とを特徴とする請求項５に記載の２重管形放電灯。
【請求項７】上記請求項１ないし請求項６のいずれか
に記載の２重管形放電灯を光源として用いたことを特徴
とする光化学反応装置。