低圧紫外線ランプ
【課題】電極の消耗が有意に抑制され、寿命を向上することが可能な低圧紫外線ランプを提供する。
【解決手段】内部空間に希ガスおよび水銀が封入された管状のガラスバルブと、該ガラスバルブの内部空間に、相互に対向して配置された一組の電極部とを有する低圧紫外線ランプであって、前記電極部は、導電性マイエナイト化合物を有することを特徴とする低圧紫外線ランプ。
【解決手段】内部空間に希ガスおよび水銀が封入された管状のガラスバルブと、該ガラスバルブの内部空間に、相互に対向して配置された一組の電極部とを有する低圧紫外線ランプであって、前記電極部は、導電性マイエナイト化合物を有することを特徴とする低圧紫外線ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除菌または殺菌等に使用される低圧紫外線ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の衛生意識の高まりとともに、空気清浄機またはエアコンなどの電化製品には、除菌機能、殺菌機能、消臭機能、および／またはオゾン発生機能等が要求されるようになってきている。
【０００３】
低圧紫外線ランプは、外部に向かって紫外線を照射させることができ、そのような除菌効果、殺菌効果、消臭効果、および／またはオゾン発生効果を得ることができる。このため、低圧紫外線ランプは、近年、空気清浄機またはエアコンなどの電化製品に広く使用されるようになってきている。
【０００４】
一般に、低圧紫外線ランプは、内部空間を有する紫外線透過性のガラスバルブ（石英ガラス管）と、この内部空間に配置された一組の電極とで構成され、内部空間には、アルゴンガスのような希ガスおよび水銀が充填される。
【０００５】
各電極には、電圧印加用のリード線が電気的に接続されている。なお、ガラスバルブの内部空間から、これらのリード線を外部に気密状態で導出するため、ガラスバルブの両端には、アタッチメント（端部組立体）が設置されている。
【０００６】
アタッチメントは、通常、セラミック材料で構成されたホルダと、該ホルダとガラスバルブを結合するための接着剤とで構成される。
【０００７】
なお、特許文献１には、アタッチメント内の接着剤として、絶縁性が高く、紫外線やオゾンに対する耐性が高い接着剤を使用することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１００９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的な低圧紫外線ランプにおいて、電極は、タングステン製のコイルで構成される。
【００１０】
しかしながら、このようなタングステン製のコイルは、放電時のスパッタリングに対する耐性があまり良好ではないという問題がある。すなわち、従来の低圧紫外線ランプでは、スパッタリングにより、電極は、比較的短時間で消耗してしまう。また、スパッタリング現象によって電極から飛散した飛散物がガラスバルブに付着すると、ガラスバルブが黒化してしまう。このため、従来の低圧紫外線ランプは、寿命が比較的短いという問題がある。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、本発明では、電極の消耗が有意に抑制され、寿命を向上することが可能な低圧紫外線ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、内部空間に希ガスおよび水銀が封入された管状のガラスバルブと、該ガラスバルブの内部空間に、相互に対向して配置された一組の電極部とを有する低圧紫外線ランプであって、
前記電極部は、導電性マイエナイト化合物を有することを特徴とする低圧紫外線ランプが提供される。
【００１３】
ここで、本発明による低圧紫外線ランプにおいて、少なくとも一方の電極部は、カップ状の電極を有しても良い。
【００１４】
また、前記カップ状の電極は、少なくともカップの内表面に、導電性マイエナイト化合物の層を有しても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、電極の消耗が有意に抑制され、寿命を向上することが可能な低圧紫外線ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の低圧紫外線ランプの概略的な構成図である。
【図２】従来の低圧紫外線ランプの電極部分の概略的な拡大断面図である。
【図３】本発明による低圧紫外線ランプの電極部分の概略的な拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の構成を説明する。
【００１８】
まず、本発明による低圧紫外線ランプの特徴をより良く理解するため、従来の低圧紫外線ランプの構成について、簡単に説明する。
【００１９】
図１および図２には、従来の低圧紫外線ランプの概略的な構成を示す。図１は、従来の低圧紫外線ランプの概略的な全体構成図であり、図２は、従来の低圧紫外線ランプの電極部の概略的な拡大断面図である。
【００２０】
図１に示すように、従来の低圧紫外線ランプ１０は、紫外線透過性の管状のガラスバルブ２０と、このガラスバルブ２０の両端に設けられた一組の電極部３０ａ、３０ｂと、ガラスバルブ２０の両端に設けられたアタッチメント部（端部組立体部）８０ａ、８０ｂとを有する。
【００２１】
ガラスバルブ２０は、通常、石英ガラスで構成される。ガラスバルブ２０は、内部空間２６を有し、この内部空間２６には、アルゴンのような希ガスと、水銀とが充填される。
【００２２】
次に、図２を参照して、電極部３０ａおよびアタッチメント部８０ａについて説明する。なお、図には示さないが、他方の電極部３０ｂおよびアタッチメント部８０ｂについても同様に構成される。
【００２３】
図２に示すように、電極部３０ａは、コイル状のタングステンで構成された主電極３５ａと、この主電極３５ａの一端３６ａに電気的に接続されたモリブデン箔４０ａと、リード部５０ａとで構成される。
【００２４】
リード部５０ａは、低圧紫外線ランプ１０の外部から、主電極３５ａに電力を供給する役割を有する。
【００２５】
リード部５０ａは、第１リード線５２ａと、黄銅片結合部５５ａと、第２リード線５７ａとを有する。第１リード線５２ａは、一端がモリブデン箔４０ａと接続される。第１リード線５２ａの他端は、黄銅片結合部５５ａによって、第２リード線５７ａの一端と結合される。第２リード線５７ａの他端は、ガラスバルブ２０の外部、および後述するアタッチメント部８０ａのホルダ８２ａの外部まで導出される。これにより、ガラスバルブ２０の外部から、主電極３５ａに電圧等を印加することができる。
【００２６】
アタッチメント部８０ａは、ガラスバルブ２０の端部から、リード部５０ａの第２リード線５７ａを気密状態で導出する役割を有する。また、アタッチメント部８０ａは、電極部３０ａをガラスバルブ２０の内部空間２６の所定の位置に固定する役割を有する。
【００２７】
アタッチメント部８０ａは、ホルダ８２ａおよび接着剤８４ａを有する。
【００２８】
ホルダ８２ａは、電極部３０ａの第１リード線５２ａ、黄銅片結合部５５ａ、および第２リード線５７が内部に配置され、第２リード線５７がアタッチメント部８０ａの外部に導通されるように構成される。
【００２９】
接着剤８４ａは、ガラスバルブ２０の端部とホルダ８２ａを結合する役割を有する。すなわち、ホルダ８２ａの開放端から、ガラスバルブの端部に向かって接着剤８４ａを注入することにより、電極部３０ａのモリブデン箔４０ａの少なくとも一部〜第１リード線５２ａ〜黄銅片結合部５５ａ〜第２リード線５７の一部を、ガラスバルブ２０の端部およびホルダ８２ａの内部に封止することができる。
【００３０】
このように構成された従来の低圧紫外線ランプ１０の作動の際には、電極部３０ａ、３０ｂのリード部の第２リード線５７ａ、５７ｂを介して、主電極に交流電圧が印加される。これにより、両主電極間に放電が生じ、内部空間に充填された希ガスがイオン化する。次に、イオン化した希ガスが陰極に衝突すると、２次電子が放出され、この２次電子によって水銀が励起される。また、励起された水銀が基底状態に戻る際に紫外線が生じるため、この紫外線をガラスバルブ２０を介して外部に照射することができる。
【００３１】
紫外線の照射波長は、例えば、約１８０ｎｍ〜約３８０ｎｍの範囲である。
【００３２】
ここで、従来の低圧紫外線ランプ１０では、放電の際に二次電子を放出する役割を担う
主電極として、タングステン製のコイルが使用されている。
【００３３】
しかしながら、このようなタングステン製のコイルは、放電時のスパッタリングに対する耐性があまり良好ではないという問題がある。すなわち、従来の低圧紫外線ランプ１０では、スパッタリングにより、主電極は、比較的短時間で消耗してしまう。また、スパッタリング現象によって主電極から飛散した飛散物がガラスバルブ２０に付着すると、ガラスバルブ２０が黒化してしまう。このため、従来の低圧紫外線ランプ１０は、寿命が比較的短いという問題がある。
【００３４】
これに対して、本発明では、主電極部分が導電性マイエナイト化合物を含むという特徴を有する。
【００３５】
ここで、「マイエナイト化合物」とは、ケージ（籠）構造を有する１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３（以下「Ｃ１２Ａ７」ともいう）およびＣ１２Ａ７と同等の結晶構造を有する化合物（同型化合物）の総称である。
【００３６】
また、本願において、「導電性マイエナイト化合物」とは、ケージ中に含まれる「フリー酸素イオン」の一部もしくは全てが電子で置換された、電子密度が１．０×１０１８ｃｍ−３以上のマイエナイト化合物を表す。全てのフリー酸素イオンが電子で置換されたときの電子密度は、２．３×１０２１ｃｍ−３である。
【００３７】
なお、一般に、導電性マイエナイト化合物の電子密度は、マイエナイト化合物の電子密度により、２つの方法で測定される。電子密度は、１．０×１０１８〜３．０×１０２０ｃｍ−３未満の場合、導電性マイエナイト化合物粉末の拡散反射を測定し、クベルカムンク変換させた吸収スペクトルの２．８ｅＶ（波長４４３ｎｍ）の吸光度（クベルカムンク変換値）から算出される。この方法は、電子密度とクベルカムンク変換値が比例関係になることを利用している。以下、検量線の作成方法について説明する。
【００３８】
電子密度の異なる試料を４点作成しておき、それぞれの試料の電子密度を、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）のシグナル強度から求めておく。ＥＳＲで測定できる電子密度は、１．０×１０１４〜１．０×１０１９ｃｍ−３程度である。クベルカムンク値とＥＳＲで求めた電子密度をそれぞれ対数でプロットすると比例関係となり、これを検量線とした。すなわち、この方法では、電子密度が１．０×１０１９〜３．０×１０２０ｃｍ−３では検量線を外挿した値である。
【００３９】
電子密度は、３．０×１０２０〜２．３×１０２１ｃｍ−３の場合、導電性マイエナイト化合物粉末の拡散反射を測定し、クベルカムンク変換させた吸収スペクトルのピークの波長（エネルギー）から換算される。関係式は下記の式を用いた：
ｎ＝（−（Ｅｓｐ−２．８３）／０．１９９）０．７８２
ここで、ｎは電子密度（ｃｍ−３）、Ｅｓｐはクベルカムンク変換した吸収スペクトルのピークのエネルギー（ｅＶ）を示す。
【００４０】
また、本発明において、導電性マイエナイト化合物は、カルシウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）および酸素（Ｏ）からなるＣ１２Ａ７結晶構造を有している限り、カルシウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）および酸素（Ｏ）の中から選ばれた少なくとも１種の原子の一部が、他の原子や原子団に置換されていても良い。例えば、カルシウム（Ｃａ）の一部は、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、セリウム（Ｃｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）および銅（Ｃｕ）からなる群から選択される１以上の原子で置換されていても良い。また、アルミニウム（Ａｌ）の一部は、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、ヨーロピウム（Ｅｕ）、イットリビウム（Ｙｂ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）およびテリビウム（Ｔｂ）からなる群から選択される１以上の原子で置換されても良い。また、ケージの骨格の酸素は、窒素（Ｎ）などで置換されていても良い。
【００４１】
導電性マイエナイト化合物は、金属ニッケルおよびタングステンなど、通常の電極構成材料に比べて、スパッタリングに対する耐性が高いという特徴を有する。
【００４２】
このため、本発明による低圧紫外線ランプでは、放電の際の主電極の消耗が有意に抑制される。また、これにより、本発明による低圧紫外線ランプでは、ガラスバルブの黒化が有意に抑制される。従って、本発明による低圧紫外線ランプでは、従来に比べて寿命を向上させることができる。
【００４３】
（本発明による低圧紫外線ランプの構成）
以下、図面を参照して、本発明による低圧紫外線ランプの構成について詳しく説明する。ただし、電極部を除く他の部分は、図１に示した従来の低圧紫外線ランプ１０の構成とほほ同様であるため、ここでは、電極部の構成についてのみ説明する。また、従来の低圧紫外線ランプ１０と同じ構成部材については、図１および図２に示した参照符号を引用する。
【００４４】
図３には、本発明による低圧紫外線ランプの電極部分の概略的な拡大断面図を示す。
【００４５】
図３に示すように、本発明による低圧紫外線ランプの電極部１３０は、電極カップ１３１と、モリブデン箔１４０と、リード部（図示されていない）とで構成される。
【００４６】
電極カップ１３１は、カップ部１３２および延伸部１３６を有し、延伸部１３６の先端は、モリブデン箔１４０と電気的に結合される。モリブデン箔１４０の他端（図示されていない）には、リード部が電気的に結合される。ただし、リード部の構成は、従来のリード部（例えば図２のリード部５０ａ）と同様であるため、ここではこれ以上説明しない。
【００４７】
電極部１３０は、従来の構成と同様、アタッチメント部の接着剤８４ａによって、ガラスバルブ２０の端部に固定、配置される。従って、図３において、モリブデン箔１４０の少なくとも一部は、接着剤８４ａによって封止されている。
【００４８】
ここで、電極カップ１３１は、少なくともカップ部１３２の内面に、導電性マイエナイト化合物の層１３５を有する。導電性マイエナイト化合物の層１３５は、カップ部１３２の全表面に形成されていても良い。あるいは、カップ部１３２自身が導電性マイエナイト化合物で構成されても良い。
【００４９】
前述のように、導電性マイエナイト化合物は、スパッタに対する耐性が高いという特徴を有する。
【００５０】
このため、電極カップ１３１のカップ部１３２の少なくとも内表面に、導電性マイエナイト化合物の層１３５を設置することにより、放電の間の電極部１３０のスパッタリングに対する耐性が向上し、電極部１３０、さらには低圧紫外線ランプの寿命が向上する。また、ガラスバルブ２０の黒化の問題を有意に軽減することができる。
【００５１】
（本発明による低圧紫外線ランプの各部材の仕様について）
以上、本発明による低圧紫外線ランプの特徴について説明した。ここで、各構成部材の仕様について、簡単に説明する。
【００５２】
（ガラスバルブ２０）
本発明による低圧紫外線ランプに使用されるガラスバルブには、紫外線を透過する特性を有する限り、いかなるガラスバルブを選定しても良い。
【００５３】
通常の場合、ガラスバルブには、石英製のものが使用される。
【００５４】
ガラスバルブの内部空間に充填される希ガスの圧力は、通常、４×１０３Ｐａ〜４×１０４の範囲である。
【００５５】
（電極部１３０）
電極カップ１３１の材質は、特に限られない。電極カップ１３１は、例えば、ニッケルおよび／またはモリブデン等の金属で構成される。あるいは、電極カップ１３１は、導電性マイエナイト化合物で構成されても良い。
【００５６】
電極カップ１３１が導電性マイエナイト化合物で構成されない場合、電極カップ１３１のカップ部１３２に設置される導電性マイエナイト化合物の層１３５の厚さは、特に限られない。層１３５の厚さは、例えば、５０μｍ〜１００μｍの範囲であっても良い。
【００５７】
電極カップ１３１を導電性マイエナイト化合物で構成する場合、以下の方法が使用されても良い。
【００５８】
例えば、酸化カルシウム（ＣａＯ）および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を、モル比換算で１２：７となるように秤量、混合し、この混合粉末を、大気中、１３５０℃まで加熱して白色塊体を得る。これを、アルミナ製スタンプミル等で大きさが約５ｍｍ程度に粉砕後、さらに、アルミナ製自動乳鉢など粗粉砕して白色粒子にする。さらに、ジルコニアボールと粉砕溶媒としてのイソプロピルアルコールを、ジルコニア製容器に入れ、ボールミル粉砕処理した後、乾燥することによってイソプロピルアルコールを除去し、マイエナイト化合物の微粉末を得る。
【００５９】
得られた粉末は、有機物などのバインダーと混合し、射出成型など一般的なセラミックス方法でカップ形状に成形する。成形体は、大気中１０００℃でバインダーを除去後、蓋付カーボン容器内に該カーボン容器と触れないように設置し、雰囲気調整ができる電気炉で還元熱処理する。例えば、窒素雰囲気下で、３００℃／時間の昇温速度で１２５０〜１３００℃の範囲で６〜１２時間加熱保持した後、３００℃／時間の降温速度で室温まで冷却させることにより、カップ形状の導電性マイエナイト化合物焼結体を製造することができる。
【００６０】
また、電極カップ１３１のカップ部１３２に、導電性マイエナイト化合物の層１３５を設置する場合、その方法は特に限られない。例えば、導電性マイエナイト化合物の層１３５は、以下の方法により、電極カップ１３１のカップ部１３２に形成しても良い。
【００６１】
電極カップ１３１のカップ部１３２に、導電性マイエナイト化合物粉末のペーストをディスペンサにより注入し、余分なペーストを除去した後、８０℃で２時間保持することでペースト中の有機溶剤を乾燥し、導電性マイエナイト化合物粉末の乾燥膜付電極を作製する。なお、導電性マイエナイト化合物粉末は、たとえば国際公開第２００６／１９６７４号に示されているような、非導電性マイエナイト化合物を蓋付きカーボン容器中に入れて、１３００℃で熱処理する方法により、調製することができる。
【００６２】
次に、前記導電性マイエナイト化合物粉末の乾燥膜付電極を、蓋付カーボン容器内に、該カーボン容器と触れないようにして設置し、雰囲気調整ができる電気炉で還元熱処理する。還元熱処理の前に、例えば１０-4Ｐａの真空下で、５００℃まで１５分で昇温し、５００℃で３０分保持して、バインダーを除去しても良い。その後、さらに１３００℃まで２４分で昇温し、１３００℃で３０分温度保持して熱処理を施し、室温まで急冷却させることで、電極の１３５ａのカップ内に、導電性マイエナイト化合物の層１３５を形成できる。
【００６３】
第１および第２のリード線（５２ａ、５７ａ、５７ｂ）の材質は、導電性を有するものである限り、特に限られない。通常の場合、第１および第２のリード線は、モリブデンおよび／またはタングステンで構成される。
【００６４】
なお、本発明による低圧紫外線ランプにおいて照射される紫外線の波長は、低圧紫外線ランプの用途によって、適宜選択することができる。例えば、本発明による低圧紫外線ランプを殺菌用に使用する場合、照射紫外線の波長は、２５４ｎｍであっても良い。また、本発明による低圧紫外線ランプをオゾン発生装置として使用する場合、照射紫外線の波長は、１８７ｎｍであっても良い。
【００６５】
以上、図１〜図３を用いて、本発明による低圧紫外線ランプの特徴について説明した。しかしながら、これらの記載は、単なる一例に過ぎないことは当業者には明らかである。例えば、本発明において、電極部のリード部５０ａは、単一のリード線で構成されても良い。また、アタッチメント部８０ａ、８０ｂは、図２に示したホルダ８２ａとは別の構成のホルダを有しても良い。
【００６６】
すなわち、図面および上記記載は、本発明の一実施例を示すためのみに使用されており、本発明を限定するものと解してはならない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、除菌または殺菌等に使用される低圧紫外線ランプ等に利用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 従来の低圧紫外線ランプ
２０ ガラスバルブ
２６ 内部空間
３０ａ、３０ｂ 電極部
３５ａ 主電極
３６ａ 主電極の一端
４０ａ モリブデン箔
５０ａ リード部
５２ａ 第１リード線
５５ａ 黄銅片結合部
５７ａ、５７ｂ 第２リード線
８０ａ、８０ｂ アタッチメント部
８２ａ ホルダ
８４ａ 接着剤
１３０ 本発明による低圧紫外線ランプの電極部
１３１ 電極カップ
１３２ カップ部
１３５ 導電性マイエナイト化合物の層
１３６ 延伸部
１４０ モリブデン箔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除菌または殺菌等に使用される低圧紫外線ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の衛生意識の高まりとともに、空気清浄機またはエアコンなどの電化製品には、除菌機能、殺菌機能、消臭機能、および／またはオゾン発生機能等が要求されるようになってきている。
【０００３】
低圧紫外線ランプは、外部に向かって紫外線を照射させることができ、そのような除菌効果、殺菌効果、消臭効果、および／またはオゾン発生効果を得ることができる。このため、低圧紫外線ランプは、近年、空気清浄機またはエアコンなどの電化製品に広く使用されるようになってきている。
【０００４】
一般に、低圧紫外線ランプは、内部空間を有する紫外線透過性のガラスバルブ（石英ガラス管）と、この内部空間に配置された一組の電極とで構成され、内部空間には、アルゴンガスのような希ガスおよび水銀が充填される。
【０００５】
各電極には、電圧印加用のリード線が電気的に接続されている。なお、ガラスバルブの内部空間から、これらのリード線を外部に気密状態で導出するため、ガラスバルブの両端には、アタッチメント（端部組立体）が設置されている。
【０００６】
アタッチメントは、通常、セラミック材料で構成されたホルダと、該ホルダとガラスバルブを結合するための接着剤とで構成される。
【０００７】
なお、特許文献１には、アタッチメント内の接着剤として、絶縁性が高く、紫外線やオゾンに対する耐性が高い接着剤を使用することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１００９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的な低圧紫外線ランプにおいて、電極は、タングステン製のコイルで構成される。
【００１０】
しかしながら、このようなタングステン製のコイルは、放電時のスパッタリングに対する耐性があまり良好ではないという問題がある。すなわち、従来の低圧紫外線ランプでは、スパッタリングにより、電極は、比較的短時間で消耗してしまう。また、スパッタリング現象によって電極から飛散した飛散物がガラスバルブに付着すると、ガラスバルブが黒化してしまう。このため、従来の低圧紫外線ランプは、寿命が比較的短いという問題がある。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、本発明では、電極の消耗が有意に抑制され、寿命を向上することが可能な低圧紫外線ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、内部空間に希ガスおよび水銀が封入された管状のガラスバルブと、該ガラスバルブの内部空間に、相互に対向して配置された一組の電極部とを有する低圧紫外線ランプであって、
前記電極部は、導電性マイエナイト化合物を有することを特徴とする低圧紫外線ランプが提供される。
【００１３】
ここで、本発明による低圧紫外線ランプにおいて、少なくとも一方の電極部は、カップ状の電極を有しても良い。
【００１４】
また、前記カップ状の電極は、少なくともカップの内表面に、導電性マイエナイト化合物の層を有しても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、電極の消耗が有意に抑制され、寿命を向上することが可能な低圧紫外線ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の低圧紫外線ランプの概略的な構成図である。
【図２】従来の低圧紫外線ランプの電極部分の概略的な拡大断面図である。
【図３】本発明による低圧紫外線ランプの電極部分の概略的な拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の構成を説明する。
【００１８】
まず、本発明による低圧紫外線ランプの特徴をより良く理解するため、従来の低圧紫外線ランプの構成について、簡単に説明する。
【００１９】
図１および図２には、従来の低圧紫外線ランプの概略的な構成を示す。図１は、従来の低圧紫外線ランプの概略的な全体構成図であり、図２は、従来の低圧紫外線ランプの電極部の概略的な拡大断面図である。
【００２０】
図１に示すように、従来の低圧紫外線ランプ１０は、紫外線透過性の管状のガラスバルブ２０と、このガラスバルブ２０の両端に設けられた一組の電極部３０ａ、３０ｂと、ガラスバルブ２０の両端に設けられたアタッチメント部（端部組立体部）８０ａ、８０ｂとを有する。
【００２１】
ガラスバルブ２０は、通常、石英ガラスで構成される。ガラスバルブ２０は、内部空間２６を有し、この内部空間２６には、アルゴンのような希ガスと、水銀とが充填される。
【００２２】
次に、図２を参照して、電極部３０ａおよびアタッチメント部８０ａについて説明する。なお、図には示さないが、他方の電極部３０ｂおよびアタッチメント部８０ｂについても同様に構成される。
【００２３】
図２に示すように、電極部３０ａは、コイル状のタングステンで構成された主電極３５ａと、この主電極３５ａの一端３６ａに電気的に接続されたモリブデン箔４０ａと、リード部５０ａとで構成される。
【００２４】
リード部５０ａは、低圧紫外線ランプ１０の外部から、主電極３５ａに電力を供給する役割を有する。
【００２５】
リード部５０ａは、第１リード線５２ａと、黄銅片結合部５５ａと、第２リード線５７ａとを有する。第１リード線５２ａは、一端がモリブデン箔４０ａと接続される。第１リード線５２ａの他端は、黄銅片結合部５５ａによって、第２リード線５７ａの一端と結合される。第２リード線５７ａの他端は、ガラスバルブ２０の外部、および後述するアタッチメント部８０ａのホルダ８２ａの外部まで導出される。これにより、ガラスバルブ２０の外部から、主電極３５ａに電圧等を印加することができる。
【００２６】
アタッチメント部８０ａは、ガラスバルブ２０の端部から、リード部５０ａの第２リード線５７ａを気密状態で導出する役割を有する。また、アタッチメント部８０ａは、電極部３０ａをガラスバルブ２０の内部空間２６の所定の位置に固定する役割を有する。
【００２７】
アタッチメント部８０ａは、ホルダ８２ａおよび接着剤８４ａを有する。
【００２８】
ホルダ８２ａは、電極部３０ａの第１リード線５２ａ、黄銅片結合部５５ａ、および第２リード線５７が内部に配置され、第２リード線５７がアタッチメント部８０ａの外部に導通されるように構成される。
【００２９】
接着剤８４ａは、ガラスバルブ２０の端部とホルダ８２ａを結合する役割を有する。すなわち、ホルダ８２ａの開放端から、ガラスバルブの端部に向かって接着剤８４ａを注入することにより、電極部３０ａのモリブデン箔４０ａの少なくとも一部〜第１リード線５２ａ〜黄銅片結合部５５ａ〜第２リード線５７の一部を、ガラスバルブ２０の端部およびホルダ８２ａの内部に封止することができる。
【００３０】
このように構成された従来の低圧紫外線ランプ１０の作動の際には、電極部３０ａ、３０ｂのリード部の第２リード線５７ａ、５７ｂを介して、主電極に交流電圧が印加される。これにより、両主電極間に放電が生じ、内部空間に充填された希ガスがイオン化する。次に、イオン化した希ガスが陰極に衝突すると、２次電子が放出され、この２次電子によって水銀が励起される。また、励起された水銀が基底状態に戻る際に紫外線が生じるため、この紫外線をガラスバルブ２０を介して外部に照射することができる。
【００３１】
紫外線の照射波長は、例えば、約１８０ｎｍ〜約３８０ｎｍの範囲である。
【００３２】
ここで、従来の低圧紫外線ランプ１０では、放電の際に二次電子を放出する役割を担う
主電極として、タングステン製のコイルが使用されている。
【００３３】
しかしながら、このようなタングステン製のコイルは、放電時のスパッタリングに対する耐性があまり良好ではないという問題がある。すなわち、従来の低圧紫外線ランプ１０では、スパッタリングにより、主電極は、比較的短時間で消耗してしまう。また、スパッタリング現象によって主電極から飛散した飛散物がガラスバルブ２０に付着すると、ガラスバルブ２０が黒化してしまう。このため、従来の低圧紫外線ランプ１０は、寿命が比較的短いという問題がある。
【００３４】
これに対して、本発明では、主電極部分が導電性マイエナイト化合物を含むという特徴を有する。
【００３５】
ここで、「マイエナイト化合物」とは、ケージ（籠）構造を有する１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３（以下「Ｃ１２Ａ７」ともいう）およびＣ１２Ａ７と同等の結晶構造を有する化合物（同型化合物）の総称である。
【００３６】
また、本願において、「導電性マイエナイト化合物」とは、ケージ中に含まれる「フリー酸素イオン」の一部もしくは全てが電子で置換された、電子密度が１．０×１０１８ｃｍ−３以上のマイエナイト化合物を表す。全てのフリー酸素イオンが電子で置換されたときの電子密度は、２．３×１０２１ｃｍ−３である。
【００３７】
なお、一般に、導電性マイエナイト化合物の電子密度は、マイエナイト化合物の電子密度により、２つの方法で測定される。電子密度は、１．０×１０１８〜３．０×１０２０ｃｍ−３未満の場合、導電性マイエナイト化合物粉末の拡散反射を測定し、クベルカムンク変換させた吸収スペクトルの２．８ｅＶ（波長４４３ｎｍ）の吸光度（クベルカムンク変換値）から算出される。この方法は、電子密度とクベルカムンク変換値が比例関係になることを利用している。以下、検量線の作成方法について説明する。
【００３８】
電子密度の異なる試料を４点作成しておき、それぞれの試料の電子密度を、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）のシグナル強度から求めておく。ＥＳＲで測定できる電子密度は、１．０×１０１４〜１．０×１０１９ｃｍ−３程度である。クベルカムンク値とＥＳＲで求めた電子密度をそれぞれ対数でプロットすると比例関係となり、これを検量線とした。すなわち、この方法では、電子密度が１．０×１０１９〜３．０×１０２０ｃｍ−３では検量線を外挿した値である。
【００３９】
電子密度は、３．０×１０２０〜２．３×１０２１ｃｍ−３の場合、導電性マイエナイト化合物粉末の拡散反射を測定し、クベルカムンク変換させた吸収スペクトルのピークの波長（エネルギー）から換算される。関係式は下記の式を用いた：
ｎ＝（−（Ｅｓｐ−２．８３）／０．１９９）０．７８２
ここで、ｎは電子密度（ｃｍ−３）、Ｅｓｐはクベルカムンク変換した吸収スペクトルのピークのエネルギー（ｅＶ）を示す。
【００４０】
また、本発明において、導電性マイエナイト化合物は、カルシウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）および酸素（Ｏ）からなるＣ１２Ａ７結晶構造を有している限り、カルシウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）および酸素（Ｏ）の中から選ばれた少なくとも１種の原子の一部が、他の原子や原子団に置換されていても良い。例えば、カルシウム（Ｃａ）の一部は、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、セリウム（Ｃｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）および銅（Ｃｕ）からなる群から選択される１以上の原子で置換されていても良い。また、アルミニウム（Ａｌ）の一部は、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、ヨーロピウム（Ｅｕ）、イットリビウム（Ｙｂ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）およびテリビウム（Ｔｂ）からなる群から選択される１以上の原子で置換されても良い。また、ケージの骨格の酸素は、窒素（Ｎ）などで置換されていても良い。
【００４１】
導電性マイエナイト化合物は、金属ニッケルおよびタングステンなど、通常の電極構成材料に比べて、スパッタリングに対する耐性が高いという特徴を有する。
【００４２】
このため、本発明による低圧紫外線ランプでは、放電の際の主電極の消耗が有意に抑制される。また、これにより、本発明による低圧紫外線ランプでは、ガラスバルブの黒化が有意に抑制される。従って、本発明による低圧紫外線ランプでは、従来に比べて寿命を向上させることができる。
【００４３】
（本発明による低圧紫外線ランプの構成）
以下、図面を参照して、本発明による低圧紫外線ランプの構成について詳しく説明する。ただし、電極部を除く他の部分は、図１に示した従来の低圧紫外線ランプ１０の構成とほほ同様であるため、ここでは、電極部の構成についてのみ説明する。また、従来の低圧紫外線ランプ１０と同じ構成部材については、図１および図２に示した参照符号を引用する。
【００４４】
図３には、本発明による低圧紫外線ランプの電極部分の概略的な拡大断面図を示す。
【００４５】
図３に示すように、本発明による低圧紫外線ランプの電極部１３０は、電極カップ１３１と、モリブデン箔１４０と、リード部（図示されていない）とで構成される。
【００４６】
電極カップ１３１は、カップ部１３２および延伸部１３６を有し、延伸部１３６の先端は、モリブデン箔１４０と電気的に結合される。モリブデン箔１４０の他端（図示されていない）には、リード部が電気的に結合される。ただし、リード部の構成は、従来のリード部（例えば図２のリード部５０ａ）と同様であるため、ここではこれ以上説明しない。
【００４７】
電極部１３０は、従来の構成と同様、アタッチメント部の接着剤８４ａによって、ガラスバルブ２０の端部に固定、配置される。従って、図３において、モリブデン箔１４０の少なくとも一部は、接着剤８４ａによって封止されている。
【００４８】
ここで、電極カップ１３１は、少なくともカップ部１３２の内面に、導電性マイエナイト化合物の層１３５を有する。導電性マイエナイト化合物の層１３５は、カップ部１３２の全表面に形成されていても良い。あるいは、カップ部１３２自身が導電性マイエナイト化合物で構成されても良い。
【００４９】
前述のように、導電性マイエナイト化合物は、スパッタに対する耐性が高いという特徴を有する。
【００５０】
このため、電極カップ１３１のカップ部１３２の少なくとも内表面に、導電性マイエナイト化合物の層１３５を設置することにより、放電の間の電極部１３０のスパッタリングに対する耐性が向上し、電極部１３０、さらには低圧紫外線ランプの寿命が向上する。また、ガラスバルブ２０の黒化の問題を有意に軽減することができる。
【００５１】
（本発明による低圧紫外線ランプの各部材の仕様について）
以上、本発明による低圧紫外線ランプの特徴について説明した。ここで、各構成部材の仕様について、簡単に説明する。
【００５２】
（ガラスバルブ２０）
本発明による低圧紫外線ランプに使用されるガラスバルブには、紫外線を透過する特性を有する限り、いかなるガラスバルブを選定しても良い。
【００５３】
通常の場合、ガラスバルブには、石英製のものが使用される。
【００５４】
ガラスバルブの内部空間に充填される希ガスの圧力は、通常、４×１０３Ｐａ〜４×１０４の範囲である。
【００５５】
（電極部１３０）
電極カップ１３１の材質は、特に限られない。電極カップ１３１は、例えば、ニッケルおよび／またはモリブデン等の金属で構成される。あるいは、電極カップ１３１は、導電性マイエナイト化合物で構成されても良い。
【００５６】
電極カップ１３１が導電性マイエナイト化合物で構成されない場合、電極カップ１３１のカップ部１３２に設置される導電性マイエナイト化合物の層１３５の厚さは、特に限られない。層１３５の厚さは、例えば、５０μｍ〜１００μｍの範囲であっても良い。
【００５７】
電極カップ１３１を導電性マイエナイト化合物で構成する場合、以下の方法が使用されても良い。
【００５８】
例えば、酸化カルシウム（ＣａＯ）および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を、モル比換算で１２：７となるように秤量、混合し、この混合粉末を、大気中、１３５０℃まで加熱して白色塊体を得る。これを、アルミナ製スタンプミル等で大きさが約５ｍｍ程度に粉砕後、さらに、アルミナ製自動乳鉢など粗粉砕して白色粒子にする。さらに、ジルコニアボールと粉砕溶媒としてのイソプロピルアルコールを、ジルコニア製容器に入れ、ボールミル粉砕処理した後、乾燥することによってイソプロピルアルコールを除去し、マイエナイト化合物の微粉末を得る。
【００５９】
得られた粉末は、有機物などのバインダーと混合し、射出成型など一般的なセラミックス方法でカップ形状に成形する。成形体は、大気中１０００℃でバインダーを除去後、蓋付カーボン容器内に該カーボン容器と触れないように設置し、雰囲気調整ができる電気炉で還元熱処理する。例えば、窒素雰囲気下で、３００℃／時間の昇温速度で１２５０〜１３００℃の範囲で６〜１２時間加熱保持した後、３００℃／時間の降温速度で室温まで冷却させることにより、カップ形状の導電性マイエナイト化合物焼結体を製造することができる。
【００６０】
また、電極カップ１３１のカップ部１３２に、導電性マイエナイト化合物の層１３５を設置する場合、その方法は特に限られない。例えば、導電性マイエナイト化合物の層１３５は、以下の方法により、電極カップ１３１のカップ部１３２に形成しても良い。
【００６１】
電極カップ１３１のカップ部１３２に、導電性マイエナイト化合物粉末のペーストをディスペンサにより注入し、余分なペーストを除去した後、８０℃で２時間保持することでペースト中の有機溶剤を乾燥し、導電性マイエナイト化合物粉末の乾燥膜付電極を作製する。なお、導電性マイエナイト化合物粉末は、たとえば国際公開第２００６／１９６７４号に示されているような、非導電性マイエナイト化合物を蓋付きカーボン容器中に入れて、１３００℃で熱処理する方法により、調製することができる。
【００６２】
次に、前記導電性マイエナイト化合物粉末の乾燥膜付電極を、蓋付カーボン容器内に、該カーボン容器と触れないようにして設置し、雰囲気調整ができる電気炉で還元熱処理する。還元熱処理の前に、例えば１０-4Ｐａの真空下で、５００℃まで１５分で昇温し、５００℃で３０分保持して、バインダーを除去しても良い。その後、さらに１３００℃まで２４分で昇温し、１３００℃で３０分温度保持して熱処理を施し、室温まで急冷却させることで、電極の１３５ａのカップ内に、導電性マイエナイト化合物の層１３５を形成できる。
【００６３】
第１および第２のリード線（５２ａ、５７ａ、５７ｂ）の材質は、導電性を有するものである限り、特に限られない。通常の場合、第１および第２のリード線は、モリブデンおよび／またはタングステンで構成される。
【００６４】
なお、本発明による低圧紫外線ランプにおいて照射される紫外線の波長は、低圧紫外線ランプの用途によって、適宜選択することができる。例えば、本発明による低圧紫外線ランプを殺菌用に使用する場合、照射紫外線の波長は、２５４ｎｍであっても良い。また、本発明による低圧紫外線ランプをオゾン発生装置として使用する場合、照射紫外線の波長は、１８７ｎｍであっても良い。
【００６５】
以上、図１〜図３を用いて、本発明による低圧紫外線ランプの特徴について説明した。しかしながら、これらの記載は、単なる一例に過ぎないことは当業者には明らかである。例えば、本発明において、電極部のリード部５０ａは、単一のリード線で構成されても良い。また、アタッチメント部８０ａ、８０ｂは、図２に示したホルダ８２ａとは別の構成のホルダを有しても良い。
【００６６】
すなわち、図面および上記記載は、本発明の一実施例を示すためのみに使用されており、本発明を限定するものと解してはならない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、除菌または殺菌等に使用される低圧紫外線ランプ等に利用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 従来の低圧紫外線ランプ
２０ ガラスバルブ
２６ 内部空間
３０ａ、３０ｂ 電極部
３５ａ 主電極
３６ａ 主電極の一端
４０ａ モリブデン箔
５０ａ リード部
５２ａ 第１リード線
５５ａ 黄銅片結合部
５７ａ、５７ｂ 第２リード線
８０ａ、８０ｂ アタッチメント部
８２ａ ホルダ
８４ａ 接着剤
１３０ 本発明による低圧紫外線ランプの電極部
１３１ 電極カップ
１３２ カップ部
１３５ 導電性マイエナイト化合物の層
１３６ 延伸部
１４０ モリブデン箔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間に希ガスおよび水銀が封入された管状のガラスバルブと、該ガラスバルブの内部空間に、相互に対向して配置された一組の電極部とを有する低圧紫外線ランプであって、
前記電極部は、導電性マイエナイト化合物を有することを特徴とする低圧紫外線ランプ。
【請求項２】
少なくとも一方の電極部は、カップ状の電極を有することを特徴とする請求項１に記載の低圧紫外線ランプ。
【請求項３】
前記カップ状の電極は、少なくともカップの内表面に、導電性マイエナイト化合物の層を有することを特徴とする請求項２に記載の低圧紫外線ランプ。
【請求項１】
内部空間に希ガスおよび水銀が封入された管状のガラスバルブと、該ガラスバルブの内部空間に、相互に対向して配置された一組の電極部とを有する低圧紫外線ランプであって、
前記電極部は、導電性マイエナイト化合物を有することを特徴とする低圧紫外線ランプ。
【請求項２】
少なくとも一方の電極部は、カップ状の電極を有することを特徴とする請求項１に記載の低圧紫外線ランプ。
【請求項３】
前記カップ状の電極は、少なくともカップの内表面に、導電性マイエナイト化合物の層を有することを特徴とする請求項２に記載の低圧紫外線ランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１０５５３２（Ｐ２０１３−１０５５３２Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４６６２０（Ｐ２０１１−２４６６２０）
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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