(57)【要約】【課題】放電の安定性を向上させることができる放電ランプおよび紫外線照射装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係る放電ランプは、発光管と、一対の電極とを具備する。一対の電極は、一端が発光管の内部に設けられる電極軸と、電極軸の一端側に巻回されて設けられるコイルとを有する。また、放電ランプに、電力が供給され一対の電極間で放電が生起された場合に、電極軸の断面積に対する電流の割合を示す電流密度が１.９１Ａ／ｍｍ２以上、３．６７Ａ／ｍｍ２以下を満たす。【選択図】図１
2019160682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管と；
前記発光管の内部に設けられる一対の電極と；を具備する放電ランプであって、
前記電極は、一端が前記発光管の内部に設けられる電極軸と、前記電極軸の一端側に巻回されて設けられるコイルとを有し、
前記放電ランプに電力が供給され前記一対の電極間で放電が生起された場合に、前記電極軸の断面積に対する電流の割合を示す電流密度が１.９１Ａ／ｍｍ２以上、３．６７Ａ／ｍｍ２以下を満たす
放電ランプ。 
【請求項２】
前記放電に伴う前記電極の最高温度は、
２５００Ｋ以上、３６００Ｋ以下である
請求項１に記載の放電ランプ。 
【請求項３】
前記放電ランプの点灯周波数は、
１ｋＨｚ以上、２００ｋＨｚ以下である
請求項１または２に記載の放電ランプ。 
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の放電ランプと；
前記放電ランプに電力を供給する点灯装置と；
を具備する紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、放電ランプおよび紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、大型船舶におけるバラスト水処理用の殺菌用光源として高電圧の放電ランプが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５９７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、放電ランプへの投入電力が増加傾向にある。投入電力が増加すると、電極の温度が高くなることで発光管の黒化が促進され、紫外線照度が低下することで必要とするランプ寿命を満たせないおそれがある。また、電極を大きく、具体的には電極軸を太くして電極温度を下げた場合には、アークスポット形成が不安定になり、チラつきが発生するおそれがある。更に、放電ランプを高周波点灯させた場合は、電極表面上のアークスポット移動が容易となる。このように、紫外線照度維持率と放電の安定性を向上させる点で改善の余地があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、紫外線照度維持率と放電の安定性を向上させることができる放電ランプおよび紫外線照射装置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】
【０００６】
実施形態に係る放電ランプは、発光管と、電極とを具備する。前記電極は、前記発光管の内部に設けられる。前記電極は、一端が発光管の内部に設けられる電極軸と、電極軸の一端側に巻きつけられて設けられるコイルとを有する。放電ランプに電力が供給された場合に、当該電極軸の断面積に対する前記電流の割合を示す電流密度が１.９１Ａ／ｍｍ２以上、３．６７Ａ／ｍｍ２以下を満たす。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、紫外線照度維持率と放電の安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る放電ランプを示す図である。
【図２】実施形態に係る電極軸径、電極軸断面積、電流および放電ランプの諸特性の関係を示す図である。
【図３】実施形態に係る照度維持率と点灯時間との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１は、発光管２と、一対の電極３とを具備する。一対の電極３は、発光管２の内部に設けられる。電極３は、電極軸３１と、コイル３２とを有する。電極軸３１は、一端が発光管２の内部に設けられる。コイル３２は、電極軸３１の一端側に巻きつけられて設けられる。放電ランプ１に、電力が供給され一対の電極３，３間で放電が生起された場合に、電極軸３１の断面積に対する電流の割合を示す電流密度が１.９１Ａ／ｍｍ２以上、３．６７Ａ／ｍｍ２以下を満たす。
【００１０】
また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１において、放電に伴う電極３の最高温度は、２５００Ｋ以上、３６００Ｋ以下である。
【００１１】
また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１の点灯周波数は、１ｋＨｚ以上、２００ｋＨｚ以下である。
【００１２】
また、以下で説明する紫外線照射装置は、放電ランプ１と、点灯装置１００と、を具備する。点灯装置１００は、放電ランプ１に電力を供給する。
【００１３】
以下、図面を参照して、実施形態に係る放電ランプおよび紫外線照射装置について説明する。実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
【００１４】
（実施形態）
まず、図１を用いて、実施形態に係る放電ランプ１の構成例について説明する。図１は、実施形態に係る放電ランプ１の断面図である。
【００１５】
図１に示した放電ランプ１は、例えば、大型船舶等のバラスト水処理用の殺菌用光源として用いられる。なお、放電ランプ１は、バラスト水処理用の殺菌用光源に限定されるものではなく、例えば、半導体の露光工程や、紫外線硬化型インクや紫外線硬化塗料の乾燥工程、紫外線硬化型樹脂の硬化工程等の紫外線による光化学反応を必要とする工程で用いられる光源であってもよい。
【００１６】
また、放電ランプ１は、例えば、水銀ランプやメタルハライドランプといった、いわゆる高輝度放電ランプ（ＨＩＤ：High  Intensity  Discharge  lamp）である。図１に示すように、実施形態に係る放電ランプ１は、発光管２と、電極３と、口金部材４と、リード線５とを含んで構成されている。
【００１７】
発光管２は、透過光性を有する石英ガラスによって円筒状に形成されており、内部には、後述の一対の電極３の一端が設けられる空間を有する。かかる空間には、アルゴンやキセノン等の希ガス、水銀が封入される。また、かかる空間には、希ガスや水銀に加えて、鉄、錫、ヨウ素等の金属ハロゲン化物が封入されていてもよい。
【００１８】
また、発光管２の両端部には、例えば、円柱状の封止部２ａが形成される。封止部２ａは、電極３（電極軸３１）の他端の一部、導線６の一部および金属箔７を埋設して封止している。導線６は、後述するリード線５と金属箔７とを電気的に接続する。金属箔７は、モリブデン等で構成される。
【００１９】
一対の電極３は、発光管２の両端に互いに対向して設けられる。電極３は、電極軸３１と、コイル３２とを有する。
【００２０】
電極軸３１は、例えばタングステンを含む金属部材であり、一端が発光管２の空間内に配置され、他端が金属箔７に接続されるとともに封止部２ａに埋設されている。また、電極軸３１の他端には、電極軸３１を保持するホールディングチューブ８が挿通される。
【００２１】
コイル３２は、発光管２内の電極軸３１の一端側に巻回される。また、コイル３２は、電極軸３１の一端を露出した状態で電極軸３１に巻かれる。これにより、一対の電極３間に電力が供給されたときに、電極軸３１の一端同士で放電が生起される。
【００２２】
口金部材４は、例えば有底円筒状に形成されており、例えば内部に接着部材が充填されることで、発光管２の封止部２ａに接合される。リード線５は、口金部材４の外部と内部とを接続する。具体的には、リード線５は、口金部材４の外部に配置された一端が、例えば、溶接により形成された接続部４ａを介して導線６に接続されるとともに、他端が点灯装置１００に接続される。
【００２３】
点灯装置１００は、放電ランプ１、具体的には一対の電極３間に電力を供給する。具体的には、点灯装置１００は、図示しない電源に接続されており、かかる電源から供給される交流電流を、リード線５を介して放電ランプ１の電極３へ供給する。
【００２４】
このようにして、図示しない紫外線照射装置は、放電ランプ１と、放電ランプに電力を供給する点灯装置１００とを有して構成される。
【００２５】
放電ランプ１は、点灯装置１００から供給される交流電力により一定の周期で電極３の極性が切り替わることとなる。つまり、点灯装置１００から放電ランプ１に供給される交流電力の周波数が、放電ランプ１における点灯周波数となる。例えば、放電ランプ１の点灯周波数は、１ｋＨｚ以上、２００ｋＨｚである。
【００２６】
ところで、近年、放電ランプへの投入電力が増加傾向にある。投入電力が増加すると、電極軸の温度が高くなることで発光管の黒化が促進され、紫外線照度が低下することで、必要とするランプ寿命を満たせないおそれがある。
【００２７】
特に、船舶等では、放電ランプの交換頻度が船舶の検査タイミングに限られるため、長期保証が要求される。また、仮に、電極軸を太くして電極温度を下げた場合には、アークスポット形成が不安定になり、チラつきが発生するおそれがある。更に、放電ランプを高周波点灯させた場合は、表皮効果により、放電ランプの点灯周波数が高くなるほど電極表面の電流密度が高くなるため、電極表面温度が上昇し、電極表面上のアークスポット移動が容易となる。このように、紫外線照度維持率と放電の安定性を向上させる点で改善の余地があった。
【００２８】
そこで、実施形態に係る放電ランプ１では、電極軸３１の断面積に対する電流の割合を示す電流密度が１．９１Ａ／ｍｍ２以上、３．６７Ａ／ｍｍ２以下を満たすように電極３を設計することとした。以下、図２および図３を用いて放電ランプ１の詳細について説明する。
【００２９】
まず、図２（ａ）および図２（ｂ）を用いて、電極軸径、電極軸断面積および電流それぞれの組み合わせにおける放電ランプ１の黒化およびチラつきの実験結果について説明する。
【００３０】
図２Ａは、実施形態に係る電極軸径、電極軸断面積、電流および放電ランプの黒化の関係を示す図である。図２Ｂは、実施形態に係る電極軸径、電極軸断面積、電流および放電ランプのチラつき発生の関係を示す図である。なお、ここでいう電極軸断面積とは、電極軸３１が延びる方向に垂直な平面で見たときの断面であり、電極軸断面積をＳ、電極軸３１の半径をｒとすると、Ｓ＝πｒ２で表される。また、黒化とは、放電による温度上昇に伴って電極３１を構成する物質（主としてタングステン）が飛散して発光管２に付着して起こる現象である。
【００３１】
図２（ａ）では、点灯５０００時間後の放電ランプ１の黒化状態を３段階で評価した結果を示している。「○」は、ほとんど黒化していない状態を示し、「△」は、一部黒化した状態を示し、「×」は、著しく黒化した状態を示す。
【００３２】
また、図２（ｂ）では、放電ランプ１のチラつきの状態を３段階で評価した結果を示している。「○」は、ほとんどチラつきが発生していない状態を示し、「△」は、一部チラつきが発生した状態を示し、「×」は、頻繁にチラつきが発生した状態を示す。また、以下で説明する電流密度は、電流（Ａ）／電極断面積（ｍｍ２）によって算出される。
【００３３】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、電極軸径が１．５ｍｍ、電極断面積が１．７７ｍｍ２の場合には、電流３Ａ〜９Ａまでの範囲において、放電ランプ１の黒化が無く、チラつきも無い良好な結果が得られる。なお、かかる場合の電流密度は、１．７０〜５．０９となる。
【００３４】
また、電極軸径が２．０ｍｍ、電極断面積が３．１４ｍｍ２の場合には、電流６Ａ〜１２Ａまでの範囲において、放電ランプ１の黒化が無く、チラつきも無い良好な結果が得られる。なお、かかる場合の電流密度は、１．９１〜３．８２となる。
【００３５】
また、電極軸径が２．５ｍｍ、電極断面積が４．９１ｍｍ２の場合には、電流９Ａ〜１８Ａまでの範囲において、放電ランプ１の黒化が無く、チラつきも無い良好な結果が得られる。なお、かかる場合の電流密度は、１．８３〜３．６７となる。
【００３６】
次に、図２（ｃ）を用いて、実施形態に係る電極軸における最高温度について説明する。図２（ｃ）は、実施形態に係る電極軸径、電極軸断面積、電流最適範囲、電流密度範囲および最高温度の関係を示す図である。
【００３７】
電流最適範囲は、図２（ａ）および図２（ｂ）の結果双方において「○」となる電流の範囲を示す。電流密度範囲は、電流最適範囲における電流密度の範囲を示す。最高温度は、放電ランプ１が点灯中の電極３の温度（最高温度点：アークスポット）をサーモトレーサー（メーカ：ＩｎｆｒａＴｅｃ、型番ＩｍａｇｅＩＲ  ８３００、放射率０．３（金属））にて測定した温度を示す。
【００３８】
図２（ｃ）に示すように、電極軸径が１．５ｍｍ、電極断面積が１．７７ｍｍ２の場合において、電流最適範囲３Ａ〜９Ａで電流を流した場合、電流密度範囲が１．７０〜５．０９となり、最高温度は、２３００Ｋ〜３９００Ｋとなる。
【００３９】
また、電極軸径が２．０ｍｍ、電極断面積が３．１４ｍｍ２の場合において、電流最適範囲６Ａ〜１２Ａで電流を流した場合、電流密度範囲が１．９１〜３．８２となり、最高温度は、２５００Ｋ〜３７００Ｋとなる。
【００４０】
また、電極軸径が２．５ｍｍ、電極断面積が４．９１ｍｍ２の場合において、電流最適範囲９Ａ〜１８Ａで電流を流した場合、電流密度範囲が１．８３〜３．６７となり、最高温度は、２４００Ｋ〜３６００Ｋとなる。
【００４１】
そして、放電ランプ１を上記したバラスト水処理用の殺菌用光源として用いる場合、最高温度が２５００Ｋ未満では、殺菌不足のおそれがあり、３６００Ｋを超える温度では、ランプ寿命が低下するおそれがある。
【００４２】
つまり、実施形態に係る放電ランプ１は、電極軸３１の電流密度が１．９１〜３．６７の範囲内に収まることが好ましい。従って、実施形態に係る放電ランプ１では、放電による黒化およびチラつきを防止できるため、放電の安定性を高めることができる。
【００４３】
さらに、実施形態に係る放電ランプ１の最高温度を２５００Ｋ以上、３６００Ｋ以下とすることで、放電ランプ１による殺菌不足を防ぎつつ、長寿命化を実現できる。
【００４４】
次に、図３を用いて放電ランプ１の照度維持率と点灯時間との関係について説明する。図３は、実施形態に係る照度維持率と点灯時間との関係を示す図である。
【００４５】
図３では、２５４ｎｍの波長の照度維持率を縦軸に示し、放電ランプ１の点灯時間を横軸に示す。図３では、放電ランプ１は、電極軸径２．０ｍｍ、電極軸断面積３．１４ｍｍ２、電流１０Ａ、電流密度３．１８Ａ／ｍｍ２の状態で放電を行っていることとする。
【００４６】
また、図３では、比較対象として、従来例である放電ランプが、電極軸径１．５ｍｍ、電極軸断面積１．７７ｍｍ２、電流１０Ａ、電流密度５．６５Ａ／ｍｍ２の状態で放電を行った結果を示す。つまり、図３に示す「実施例」は、電流密度範囲１．９１〜３．６７を満たし、「従来例」は、電流密度範囲１．９１〜３．６７を満たしていないこととする。
【００４７】
図３に示すように、「従来例」は、点灯時間５０００時間後において、２５４ｎｍ照度維持率が６５％まで低下している。つまり、「従来例」は、点灯時間５０００時間後において、要求されるランプ寿命を満たしていない。
【００４８】
一方で、「実施例」は、点灯時間５０００時間後において、２５４ｎｍ照度維持率が８０％以上を維持している。つまり、「実施例」は、点灯時間５０００時間後において、要求されるランプ寿命を満たす。
【００４９】
このように、実施形態に係る放電ランプ１は、電極軸３１の電流密度が１．９１〜３．６７の範囲を満たすことで、点灯時間５０００時間以上のランプ寿命を実現することができる。
【００５０】
上述したように、実施形態に係る放電ランプ１は、発光管２と、電極軸３１とを具備する。電極軸３１は、発光管２内で放電を行う。また、電極軸３１は、所定値の電流が供給された場合に、電極軸３１の断面積に対する電流の割合を示す電流密度が１.９１Ａ／ｍｍ２以上、３．６７Ａ／ｍｍ２以下を満たす。これにより、放電ランプ１における放電の安定性を向上させることができる。
【００５１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５２】
１    放電ランプ
２    発光管
２ａ  封止部
３    電極
４    口金部材
５    リード線
６    導線
７    金属箔
３１    電極軸
３２    コイル
１００    点灯装置
【図１】
2019160682.tif 000003
【図２】
2019160682.tif 000004
【図３】
2019160682.tif 000005