(57)【要約】【課題】石英ガラスからなる発光管と、該発光管の内面上に塗布された紫外光を放射する蛍光体層とを備えた蛍光ランプにおいて、波長２００〜２６０ｎｍの紫外光、とりわけ２３０ｎｍ以下の紫外光を効率よく放射する蛍光ランプを提供することである。【解決手段】前記蛍光体層は、Ｌｉ（Ｙ，Ｐｒ）ＰＯ蛍光体を備え、該Ｌｉ（Ｙ，Ｐｒ）ＰＯ蛍光体は、一般式がＬｉ（Ｙ１−ｘ，Ｐｒｘ）Ｐ４Ｏ１２で表されるものであり、該一般式におけるｘが０．０１〜０．０７の範囲であることを特徴とする。【選択図】  図１
2014127245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスからなり、内部にキセノンを含む放電ガスが封入された発光管と、
少なくとも一方の電極が当該電極と放電用ガスとの間に誘電体材料が介在するよう配置されてなる一対の電極と、
前記放電ガスの放電で発生した光を励起光として光を放射する蛍光体層とを備えた蛍光ランプにおいて、
前記蛍光体層は、Ｌｉ（Ｙ，Ｐｒ）ＰＯ蛍光体を備え、
該Ｌｉ（Ｙ，Ｐｒ）ＰＯ蛍光体は、一般式がＬｉ（Ｙ１−ｘ，Ｐｒｘ）Ｐ４Ｏ１２で表されるものであり、該一般式におけるｘが０．０１〜０．０７の範囲であることを特徴とする蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紫外領域の光を放射する蛍光ランプに関するものであり、特に、波長２００〜２５０ｎｍ近傍の、とりわけ波長２３０ｎｍ以下の発光を得る蛍光ランプに係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
紫外線は、さまざまな処理対象物の改質や、または光化学反応を利用した処理によって物質を製造する際に利用されている。
例えば、紫外線による水処理用途などの殺菌処理工程、接着剤などの樹脂の硬化処理、或いは、プリント基板などの露光処理では、主に波長２００ｎｍ台の紫外線が利用されている。
また近時、半導体の製造工程における低誘電率膜（ｌｏｗ−ｋ膜）の機械的強度を向上させるプロセスにおいても、前記波長帯の紫外線が利用されており、かかる波長２００ｎｍ台の紫外線の利用範囲は拡大してきている。
【０００３】
上記技術分野のうち、水処理用途においては、従来、菌などを処理する際、波長２５０ｎｍ付近の紫外光が用いられている。菌などを処理するためには、菌の感度が重要であり、菌が分解する波長領域の紫外線（菌が死滅する紫外線の波長領域）を効率よく放射できる光源の開発が要求されている。
【０００４】
図６は、一般的に殺菌の効果を確認するために用いられる大腸菌ファージＭＳ２の殺菌効果と、紫外線の波長との関係を示した図である。同図を参照すると、波長約２３０ｎｍ以下の波長域において感度が極めて高いことがわかる。
【０００５】
ところで、波長２００ｎｍ台の波長域の紫外光を放射するランプとしては、発光管の内部に水銀が封入されたロングアークタイプの高圧水銀ランプが知られている。しかしながら、高圧水銀ランプは、発光管の内部に水銀を封入したものであって、特性は水銀の蒸発の状態に依存するため、ランプを使用する周囲温度条件によって、立ち上がりが遅いことや、発光特性が安定しないといった問題がある。また、高圧水銀ランプは主に水銀の共鳴線として代表的な波長２５０〜３２０ｎｍの範囲の光を放射するものであって、水処理に必要な波長２３０ｎｍ以下の光出力が十分ではないといった問題がある。
このような従来の高圧水銀ランプに替わる光源として、本出願人は先に特開２０１１−１７５８２３号公報（特許文献１）に開示される蛍光ランプを提案している。
【０００６】
特許文献１に記載の技術は、蛍光体層に（Ｌａ，Ｐｒ）ＰＯ系蛍光体を備えるものであり、一般式が（Ｌａ１−ｘ，Ｐｒｘ）ＰＯ４で表され、かつ、前記ｘの値が０．０２〜０．０４の範囲であることを特徴としている。この蛍光体の特性では、特に波長２００〜２６０ｎｍ範囲、とりわけ波長２２０〜２５０ｎｍの範囲の紫外線を効率よく放射することから、低誘電率膜（ｌｏｗ−ｋ膜）の処理に関する技術分野においては最適な光源といえる。
しかしながら、水処理技術で殺菌に有効とされる波長２３０ｎｍ以下（２００〜２３０ｎｍ）の領域の紫外線については放射が少なく、かかる技術分野においてはあまり実用的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１７５８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みて、波長２３０ｎｍ以下の紫外線を、効率よく放射することができる新規な蛍光ランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明に係る蛍光ランプは、石英ガラスからなり、内部にキセノンを含む放電ガスが封入された発光管と、少なくとも一方の電極が当該電極と放電用ガスとの間に誘電体材料が介在するよう配置されてなる一対の電極と、前記放電ガスの放電で発生した光を励起光として光を放射する蛍光体層とを備えた蛍光ランプにおいて、前記蛍光体層は、Ｌｉ（Ｙ，Ｐｒ）ＰＯ蛍光体を備え、該Ｌｉ（Ｙ，Ｐｒ）ＰＯ蛍光体は、一般式がＬｉ（Ｙ１−ｘ，Ｐｒｘ）Ｐ４Ｏ１２で表されるものであり、該一般式におけるｘが０．０１〜０．０７の範囲であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る蛍光ランプによれば、２３０ｎｍ以下の発光スペクトルを効率よく発光するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る蛍光ランプの断面図。
【図２】図１のＢ部の拡大断面図。
【図３】本発明の他の実施例の断面図。
【図４】本発明の蛍光ランプの発光スペクトルグラフ。
【図５】本発明の蛍光ランプと従来技術の蛍光ランプのスペクトルグラフ。
【図６】大腸菌ファージＭＳ２の殺菌効果と紫外線の波長の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の１実施形態に係る蛍光ランプの断面図であり、（Ａ）は軸方向断面図、（Ｂ）は径方向断面図である。また、図２は図１（Ａ）の拡大断面図である。
図１に示されるように、本発明の蛍光ランプ１においては、石英ガラスからなる発光管２の外周面上に、発光管２の長さ方向に添って一対の外部電極３、４が対向配置されている。該電極３、４は発光管２内に封入された放電ガスを挟んで配置されており、すなわち、この例においては両方の電極３、４が各々電極と放電用ガスとの間に、発光管２で構成された誘電体材料が介在した状態となって配置されている。
これら外部電極３、４は、管軸方向に伸びる概略帯状であって、例えば、銀（Ａｇ）とフリットガラスを混合した銀ペーストや、金（Ａｕ）とフリットガラスを混合した金ペーストなどの導電膜より形成されている。無論このような外部電極のみからなる構成に限定されず、少なくとも一方の電極が、該電極と放電ガスの間に誘電体の層を介在した状態であれば、一方もしくは両方の電極が発光管内部に配置されていてもかまわない。
前記外部電極３、４は、各々端部にリード線Ｗ１、Ｗ２が接続されており、該リード線Ｗ１、Ｗ２を介して高周波電圧を発生する電源９に接続されている。
【００１３】
発光管２は、波長２００ｎｍ域の紫外線に対して透過性の高い石英ガラスからなる。石英ガラスとしては、溶融石英ガラス、合成石英ガラスのいずれでも使用可能である。ただし、紫外線による劣化を低減するためにＯＨ基濃度が１００ｐｐｍ以上である石英ガラスを使用することが望ましい。
この発光管２は、内部に放電ガスが封入されており、この放電ガスは少なくともキセノンを含むものであって、例えば、キセノンのみ、或いは、キセノンと他の希ガスの混合ガスからなる。
【００１４】
図２に詳細が示されるように、前記発光管２の内面には、ガラス層５がほぼ全域に広がるように形成されている。そして、このガラス層５の内表面上に積層されるように蛍光体層６が形成されている。
ガラス層５は、発光管２を構成する石英ガラスに対して蛍光体層６を付着させるためのものであり、そのガラスの特性として好ましくは、軟化点が蛍光体における適正な焼成温度（４００〜９００℃）範囲にあるものであり、具体的に材質を述べると軟質ガラスや硬質ガラスである。特に好ましくは、耐熱衝撃性の良好な硬質ガラスである。
このような、蛍光体層６を発光管２に結着させるためのガラス層に関する技術に関しては、特開２０１０−５６００７号公報にその詳細が開示されている。
【００１５】
上記したように、ガラス層５が発光管２の内面上に形成されていることにより、ガラス層５上に積層形成される蛍光体層６が、発光管２に強固に保持され、蛍光体層６の剥離や脱落のない信頼性の高い蛍光ランプを提供することができるようになる。
しかも、発光管２の材質として紫外線透過率が高い石英ガラスを使用しているため、波長２００ｎｍ台（好ましくは波長２００〜２６０ｎｍ、中でも望ましくは波長２３０ｎｍ以下）の紫外光の透過率が良好で紫外光の放射効率が高い蛍光ランプとすることができる。
【００１６】
蛍光体層６を構成する蛍光体は、キセノンガスのエキシマ発光により放射された１４６ｎｍや１７２ｎｍ等の真空紫外光が蛍光体に照射され、これにより励起されて、所定の波長領域の紫外線を放射するものである。
本発明における蛍光体は、波長２００ｎｍ台の蛍光を放射するものであり、下記の一般式で表されるものである。
Ｌｉ（Ｙ１−ｘ，Ｐｒｘ）Ｐ４Ｏ１２
ただし、ｘ＝０．０１〜０．０７
【００１７】
上記蛍光体を用いることにより、波長２３０ｎｍ以下の範囲の紫外線の発光特性を最大とし、効率が極めて良好な蛍光ランプを提供することができる。
【００１８】
本発明において、ランプの構造に関しては種々の変更が可能であり、図３にそのいくつかが例示されている。
図３（Ａ）において、蛍光体層６の円周状の一部が取り去られていて、当該部分は光取り出し用のアパーチャ１０となっている。このような構成により、発光管２の内部で発生した２００〜２６０ｎｍの紫外光は、蛍光体層６表面の反射によりアパーチャ部分に導かれて、該アパーチャ１０から効率よく紫外光が放射されるようになる。
【００１９】
また、図３（Ｂ）には、発光管２の内面に紫外線反射膜７を形成し、その円周状の一部を切り欠いてアパーチャ１０を形成して、該紫外線反射膜７の上にガラス層５と蛍光体層６を積層形成したものである。
前記紫外線反射膜７は、ピロリン酸カルシウム（Ｃａ２Ｐ２Ｏ７）、リン酸カルシウム（Ｃａ３（ＰＯ４）２）、ピロリン酸マグネシウム（Ｍｇ２Ｐ２Ｏ７）、及び、Ｂａ−Ｎａ−Ｓｉ−Ｏのいずれかを含むものであり、これらの総量が膜の中に５０％を超える範囲で含まれていることが望ましい。
これによれば、発光管２内で生成された紫外線は、該発光管内で紫外線反射膜７によって反射されつつ、アパーチャ１０部分の蛍光体層６、ガラス層５をこの順に透過して発光管２の外部に指向性をもって放射される。
【００２０】
図３（Ｃ）には、図（Ｂ）のものにおいて、更に、蛍光体層６にもアパーチャ１０を形成した例が示されていて、紫外線は該アパーチャ１０部分でガラス層５のみを透過して効率よく発光管２の外部に放射される。
【００２１】
＜実験例＞
続いて、上記実施例の要領で蛍光体の組成を変化させて蛍光ランプを構成し、発光スペクトルを分光分布計（浜松ホトニクス社製：ミニ分光器Ｃ１００８２ＣＡＨ）により測定し、感度補正を行った。
蛍光体はプラセオジム付活リン酸リチウムイットリウムランタン系蛍光体Ｌｉ（Ｙ１−ｘ，Ｐｒｘ）Ｐ４Ｏ１２であり、ｘの値を、０．００５、０．０１、０．０３、０．０７、０．２と変えて製作したものである。
なお、いずれの蛍光体も粉末状態を２０×２０ｍｍの板上に塗布し、蛍光体に波長１７２ｎｍの紫外線を当てた反射光の蛍光ランプも、封入ガスをキセノンガスとし、２１ｋＰａ（１６０Ｔｏｒｒ）の封入圧とした。このランプにＶ０−ｐ＝１７００Ｖの矩形波電圧を印加して点灯させて、測定を行った。
また、反射光の測定には、ウシオ電機社製ＵＳＲ−４０Ｄを使用し、発光管中央からの距離２５ｍｍにおける分光測定を行った。
このとき、ランプ点灯電源への入力は、ランプ長さ１ｍ当り、１０Ｗ／ｍとした。ここで得た１ｎｍごとの光強度データを、２００〜２５０ｎｍの範囲で積算した光量を比較した。
【００２２】
上記蛍光体の発光スペクトルの例が、図４に示されている。
同図からも明瞭なように、いずれの蛍光体も、２００〜３００ｎｍ間において、良好な発光状態が得られるが、蛍光体の組成（ＹとＰｒの比）によって発光強度とピーク波長の値が大きく異なっている。
この結果、ｘの値が０．０３の場合に最も高い光量が得られた。よって、図４ではｘ＝０．０３の積算光量を１００％として換算し、各濃度での積算光量を相対値で表した。この結果、ｘが０．０１〜０．０７、より好ましくは０．０２〜０．０４の場合に、効率が良好な蛍光ランプが得られることが分かる。
【００２３】
図５に本発明の蛍光体を用いた蛍光ランプと、特許文献１に示された従来の蛍光体を用いた蛍光ランプと発光スペクトルの比較が示されている。
なお、本発明における蛍光体としては、各実施例のなかで最も低い発光強度を示すｘ＝０．０７のものを使用した蛍光ランプの発光強度が示されていて、この場合にあってもなお従来ランプよりもより短波長側である２３０ｎｍ以下の発光強度が大きいことが分かる。
【００２４】
以上のように、本発明の蛍光ランプでは、石英ガラスからなる発光管の内表面に、Ｌｉ（Ｙ，Ｐｒ）Ｐ４Ｏ１２蛍光体を備えた蛍光体層を形成し、前記蛍光体は、一般式がＬｉ（Ｙ１−ｘ，Ｐｒｘ）Ｐ４Ｏ１２で表されるものであり、前記ｘが０．０１〜０．０７であるものであるので、波長２３０ｎｍ以下の紫外線を放射すると共に、波長２００〜２６０ｎｍの範囲の紫外線の発光特性が良好な蛍光体を得ることができる。とりわけ、殺菌などの用途に必要な紫外線波長域として有効な波長２３０ｎｍ以下の範囲において発光特性が良好であり、これらの用途に好適に利用できる蛍光ランプとすることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１        蛍光ランプ
２        発光管（石英ガラス）
３、４    外部電極
５        ガラス層
６        蛍光体層
７        紫外線反射膜
１０      アパーチャ
【図１】
2014127245.tif 000003
【図２】
2014127245.tif 000004
【図３】
2014127245.tif 000005
【図４】
2014127245.tif 000006
【図５】
2014127245.tif 000007
【図６】
2014127245.tif 000008