(57)【要約】【課題】絶縁性が高く、かつ耐紫外線・耐オゾン性が高い接着剤によりガラス筐体の端部とホルダとを接着する。【解決手段】ガラス筐体１の両端部とホルダ５ａ，５ｂの接着に際し、無機材料と有機材料を混合した接着剤８ａ，８ｂを用いることで、無機材料により２５４ｎｍの紫外線とオゾンに対する耐性を持たせるとともに、有機材料の混合により無機材料を単独で使用した場合に比べて絶縁性を向上させる。一例としては、無機材料のＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分としたセメントに有機材料のシリコンを混合することで接着剤８ａ，８ｂを生成する。【選択図】図２
2005100900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を透過するガラス筐体と、
前記ガラス筐体の両端内部に設けられた１対の電極と、
前記ガラス筐体の内部に４×１０３〜４×１０４Ｐａの範囲のガス圧力で封入された希ガスおよび水銀と、
前記１対の各電極に電力を供給するための前記ガラス筐体の両端から外部に延出された１対のリード線と、
前記１対のリード線を電圧源へ通じる電線に結合させた結合部が位置するガラス筐体の両端部に配置された１対のホルダと、
前記ホルダを前記ガラス筐体の端部および前記結合部に接着する無機材料と有機材料とを混合させた接着剤と、
を有することを特徴とする低圧紫外線ランプ。
【請求項２】
一方の電極が位置する部分から他方の電極が位置する部分までのガラス筐体の外面に設けられた金属導体を更に有し、
前記ガラス筐体は石英を原材料とするものであって、
前記電圧源によりガラス筐体の単位厚さあたり２００Ｖ以上の電圧が前記電線を通じて供給されることを特徴とする請求項１記載の低圧紫外線ランプ。  
【請求項３】
石英を原材料とするガラス筐体、前記ガラス筐体の両端内部に設けられた１対の電極、前記ガラス筐体の内部に４×１０３〜４×１０４Ｐａの範囲のガス圧力で封入された希ガスおよび水銀、前記１対の各電極に電力を供給するための前記ガラス筐体の両端から外部に延出された１対のリード線、前記１対のリード線を電圧源へ通じる電線に結合させた結合部が位置するガラス筐体の両端部に配置された１対のホルダ、前記ホルダを前記ガラス筐体の端部および前記結合部に接着する無機材料と有機材料とを混合させた接着剤を備えた低圧紫外線ランプと、
前記電線を通じて前記ガラス筐体の単位厚さあたり２００Ｖ以上の電圧を供給する電圧源と、
を有することを特徴とする低圧紫外線ランプの点灯回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電化製品などに組み込まれ、紫外線を照射することにより除菌あるいは殺菌を行う低圧紫外線ランプおよびその点灯回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の衛生意識の高まりとともに、空気清浄機やエアコンなどの電化製品においては、除菌機能、殺菌機能が求められるようになり、併せてオゾンによる消臭機能、殺菌機能も見直されるようになってきている。このような背景から、電化製品に安価で手軽に紫外線照射による除菌効果、殺菌効果、オゾン発生効果が得られる低圧紫外線ランプが搭載される機会が増えている。
【０００３】
低圧紫外線ランプの基本的な構成は、ガラス筐体の両端内部に電極を設け、ガラス筐体の内部に希ガスおよび水銀を封入し、各電極へ電力を供給するためのリード線をガラス筐体の外部へ延出し、各リード線と電圧源へ通じる電線との結合部を保護、被覆、固定するために、ホルダを接着剤によりガラス筐体の両端部および各結合部に接着した構成である（特許文献１参照）。
【０００４】
電極としては長寿命が求められることから冷陰極が用いられる。またガラス筐体の材料としては、紫外線の透過率が高く、ランプ点灯中における水銀の吸着による透過率の減少が少ない石英が用いられることが多い。ガラス筐体は、１８７ｎｍのオゾン生成紫外線、２５４ｎｍの殺菌紫外線を透過しなければならないことから、その内壁面には圧さ数μｍ程度の極薄い保護膜だけを塗布し、それ以外の物質は塗布しない。
【０００５】
電化製品に搭載される低圧紫外線ランプは、低い点灯電圧、高効率、省スペース化が求められるため、２０ｋ〜５０ｋＨｚの高周波数で点灯する必要がある。また、エアコン、冷蔵庫等においては、低圧紫外線ランプに結露が発生する場合がある。これらの事情から、ホルダおよび接着剤は高い絶縁性を有する必要がある。
【０００６】
従来の低圧紫外線ランプでは、ホルダにはステアタイト、アルミナ、ジルコニア等の絶縁性の高いセラミック材料が用いられていた。一方、接着剤には、安価で製造しやすく耐熱性が高いことから、ＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３を主成分としたセメントが用いられていた。
【特許文献１】特開平１０−２１４５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、セメントは、乾燥時に水分を吸収しやすく、絶縁性が低下し易いという特性がある。このため、湿度が高い場合あるいは結露した場合には多量の水分を吸収してしまい、絶縁耐圧が急激に低下し、始動電圧が印加されても漏電により低圧紫外線ランプが点灯しないという問題が起こり得る。
【０００８】
この対策として、水分の吸収が少なく、絶縁性の高い有機系のシリコンを接着剤として用いることが考えられるが、有機系の接着剤は、紫外線やオゾンの影響により急激に劣化するという問題がある。
【０００９】
また、紫外線が人の皮膚に照射した場合には炎症を引き起こす原因となる場合があるため、低圧紫外線ランプは電化製品の中に完全に密閉された状態で搭載されることが一般的である。
【００１０】
ところが、低圧紫外線ランプは、このような暗所に長時間に渡って放置すると、放電に必要な初期電子が減少するため、始動電圧を印加してから電極間での放電（全路破壊放電）が開始するまでの時間が長くなり、放電遅れが生じるという問題が生じる。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、絶縁性が高く、かつ耐紫外線・耐オゾン性が高い接着剤によりホルダとガラス筐体の端部とを接着した低圧紫外線ランプを提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、放電遅れを防止し得る低圧紫外線ランプを提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、放電遅れを防止した低圧紫外線ランプを点灯させる点灯回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の本発明に係る低圧紫外線ランプは、紫外線を透過するガラス筐体と、前記ガラス筐体の両端内部に設けられた１対の電極と、前記ガラス筐体の内部に４×１０３〜４×１０４Ｐａの範囲のガス圧力で封入された希ガスおよび水銀と、前記１対の各電極に電力を供給するための前記ガラス筐体の両端から外部に延出された１対のリード線と、前記１対のリード線を電圧源へ通じる電線に結合させた結合部が位置するガラス筐体の両端部に配置された１対のホルダと、前記ホルダを前記ガラス筐体の端部および前記結合部に接着する無機材料と有機材料とを混合させた接着剤と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、無機材料と有機材料を混合した接着剤を用いたことで、無機材料により紫外線とオゾンに対する耐性を持たせるとともに、有機材料の混合により無機材料を単独で使用した場合に比べて絶縁性を向上させるようにしている。
【００１６】
第２の本発明に係る低圧紫外線ランプは、第１の低圧紫外線ランプにおいて、一方の電極が位置する部分から他方の電極が位置する部分までのガラス筐体の外面に設けられた金属導体を更に有し、前記ガラス筐体は石英を原材料とするものであって、前記電圧源によりガラス筐体の単位厚さあたり２００Ｖ以上の電圧が前記電線を通じて供給されることを特徴とする。
【００１７】
第３の本発明に係る低圧紫外線ランプの点灯回路は、石英を原材料とするガラス筐体、前記ガラス筐体の両端内部に設けられた１対の電極、前記ガラス筐体の内部に４×１０３〜４×１０４Ｐａの範囲のガス圧力で封入された希ガスおよび水銀、前記１対の各電極に電力を供給するための前記ガラス筐体の両端から外部に延出された１対のリード線、前記１対のリード線を電圧源へ通じる電線に結合させた結合部が位置するガラス筐体の両端部に配置された１対のホルダ、前記ホルダを前記ガラス筐体の端部および前記結合部に接着する無機材料と有機材料とを混合させた接着剤を備えた低圧紫外線ランプと、前記電線を通じて前記ガラス筐体の単位厚さあたり２００Ｖ以上の電圧を供給する電圧源とを有することを特徴とする。
【００１８】
第２、第３の本発明にあっては、ガラス筐体の材質を石英とし、一方の電極が位置する部分から他方の電極が位置する部分までのガラス筐体の外面に沿って金属導体を設け、電圧源によりガラス筐体の単位厚さあたり２００Ｖ以上の電圧を電極へ供給することで、ガラス筐体を介して配置された電極と金属導体との間に予備放電を発生させるとともに、この予備放電により金属導体に電流を流し、電極間の全路破壊放電を誘発するようにしている。
【発明の効果】
【００１９】
第１の本発明に係る低圧紫外線ランプによれば、絶縁性が高く、かつ耐紫外線・耐オゾン性が高い接着剤によりホルダとガラス筐体の端部とを接着することができる。
【００２０】
第２の本発明に係る低圧紫外線ランプおよび第３の本発明に係る点灯回路によれば、低圧紫外線ランプを暗所に長時間放置した場合でも放電遅れを大幅に改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２２】
［第１の実施の形態］
図１の側面図および図２の平面図に示すように、第１の実施の形態における低圧紫外線ランプは、紫外線を透過するガラス筐体１と、ガラス筐体１の両端内部に設けられた１対の電極２ａ，２ｂ（以下、適宜「電極２」と総称する。他の部材についても同様）と、ガラス筐体１の内部に４×１０３〜４×１０４Ｐａの範囲のガス圧力で封入された希ガスおよび水銀と、ガラス筐体の両端部に配置された１対のホルダ５ａ，５ｂを備え、ガラス筐体１の両端部とホルダ５ａ，５ｂとを無機材料および有機材料を混合した接着剤８ａ，８ｂにより接着した構成である。なお、ガラス筐体１の側壁面に設けられている排気管部１０は、水銀および希ガスを内部に封入するためのものである。
【００２３】
より具体的な構成について、図３の軸方向拡大透視図および図４の径方向拡大断面図を用いて説明する。電極２ｂは、タングステン棒６ｂを巻き付けてホロカソード状とした構成であり、そのタングステン棒６ｂの端部はモリブデン箔３ｂの一方の端辺に接続され、モリブデン箔３ｂの他方の端辺にはリード線７ｂが接続される。電極２ｂは、冷陰極として用いられる。モリブデン箔３ｂは、ガラス筐体１の端部を封止した封止部２４によって固定される。リード線７ｂは、電極２ｂに電力を供給するためのものであり、ガラス筐体１の端部から外部へ延出される。リード線７ｂには、電圧源へ通じる電線４ｂの芯線が黄銅片９ｂにより圧接される。ホルダ５ｂは、ガラス筐体１の端部に接着剤８ｂにより接着される。接着剤８ｂはリード線７ｂと電線４ｂとの接合部を覆うように注入され、この接着剤８ｂによりガラス筐体１、ホルダ５ｂ、リード線７ｂと電線４ｂの接合部が固定される。なお、電極２ａ近傍の構成も電極２ｂ近傍のものと同様である。
【００２４】
一例として、本低圧紫外線ランプでは、ガラス筐体１の材質を石英とし、ガラス筐体１の外径は６ｍｍ、肉厚は０．９ｍｍ、電極２ａ，２ｂ間の距離は１５０ｍｍとする。リード線７ａ，７ｂの材質には、タングステン、モリブデン等を用いる。ホルダ５ａ，５ｂの材質は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２のうちの少なくとも１つを主成分としたセラミックスとする。ここでは、マグネシア・シリカを主成分としたステアタイト製のホルダを用いる。希ガスとしてアルゴンを用い、封入ガス圧力は１×１０４Ｐａとする。
【００２５】
なお、低圧紫外線ランプとして効率的に紫外線が得られる封入ガス圧力は４×１０３〜４×１０４Ｐａの範囲である。これにより、１８７ｎｍのオゾン生成紫外線、２５４ｎｍの殺菌紫外線が効率的に得られる。
【００２６】
接着剤８ａ，８ｂとしては、無機材料によるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分としたセメントに有機材料のシリコンを混合したものを用いる。これにより、無機材料による２５４ｎｍの紫外線とオゾンに対する高耐性、セメントの安価、製造容易、高耐熱性といった利点を残しつつ、シリコンにより撥水性を持たせられるので、セメントが水分を吸収することがなく、セメントの絶縁耐圧を向上させることができる。
【００２７】
接着剤８ａ，８ｂにおけるシリコンの含有比率は１〜５％とする。これは、シリコンの含有量がこの規定値より多い場合にはセメントの焼成時に水分の蒸発が妨げられ、セメントが硬化しなくなるからであり、また、シリコンの含有量がこの規定値より低い場合には絶縁性が低下するからである。
【００２８】
発明者らは、本低圧紫外線ランプの効果を確認するために、次に示す実施例のセメントと比較例の有機材料を混合しないセメントを使用した低圧紫外線ランプをそれぞれ複数本製作し、低圧紫外線ランプを結露させたときのホルダ５の耐圧試験を行った。
【００２９】
実施例のセメント成分
Ａｌ２Ｏ３：６７ｗｔ％、ＳｉＯ２：２７ｗｔ％、シリコン：２ｗｔ％、残成分（主として水分）４ｗｔ％
比較例のセメント成分
Ａｌ２Ｏ３：６８ｗｔ％、ＳｉＯ２：２８ｗｔ％、残成分（主として水分）４ｗｔ％
実施例と比較例の双方について、低圧紫外線ランプの端部とホルダ５との間にセメントをリード線７と電線４の芯線との結合部を覆うように注入し、１５０℃の温度で１分間程度過熱し焼成した。続いて、低圧紫外線ランプを−１０℃の環境下に１時間放置した後、周囲温度３０℃、湿度９０ＲＨ％以上の環境に３０秒間放置することで、低圧紫外線ランプ全体を結露させた。ホルダ５の外面の中心部にニッケル線を巻き付け、このニッケル線と長さ３００ｍｍの電線４の端部との間の絶縁抵抗を測定するとともに、印加電圧を２．１ｋＶｒｍｓ、周波数を５０ｋＨｚとしたときの漏れ電流を測定した。そして、これらの測定値を用いてホルダ５の絶縁抵抗を計算した。
【００３０】
図５の表に示すように、比較例のセメントを使用した低圧紫外線ランプでは結露時におけるホルダ５の絶縁抵抗値が平均０．６５ＭΩであったのに対し、実施例のセメントを使用した低圧紫外線ランプでは結露時におけるホルダ５の絶縁抵抗値は平均７０ＭΩであった。また、乾燥時におけるホルダ５の絶縁抵抗値を測定すると７０ＭΩであった。この結果から、実施例のセメントを使用した場合には、結露の有無に関係なくホルダ５について同じ絶縁抵抗値が得られることが確認された。
【００３１】
したがって、本実施の形態によれば、無機材料と有機材料を混合した接着剤を用いたことで、無機材料により２５４ｎｍの紫外線とオゾンに対する耐性を持たせるとともに、無機材料を単独で使用した場合に比べて絶縁性を向上させることができる。
【００３２】
本実施の形態によれば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分としたセメントに有機材料のシリコンを混合したことで、セメントの安価、製造容易、高耐熱性といった利点を残しつつ、有機材料のシリコンによる撥水性を持たせることができるので、セメントが水分を吸収することがなく、絶縁耐圧を向上させることができる。
【００３３】
本実施の形態によれば、セメントの成分を、Ａｌ２Ｏ３：６７ｗｔ％、ＳｉＯ２：２７ｗｔ％、シリコン：２ｗｔ％、残成分（主として水分）４ｗｔ％とした場合には、シリコンを混合しなかった比較例に対して、絶縁耐圧を大幅に向上させることができる。また、上記成分の場合には、結露の有無に関係なくホルダ５について同じ絶縁抵抗値を得ることができる。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、直管型のガラス筐体１を用いることとしたが、これに限られるものではない。例えば、図６に平面図、図７に側面図を示すようなＵ字型のガラス筐体１１に対しても、その両端部とホルダ５ａ，５ｂとを接着する接着剤に本実施の形態のものを適用することができる。
【００３５】
また、本実施の形態においては、ホルダ５ａ，５ｂの材質をセラミックスとしたが、これに限られるものではなく、例えば、フッ素樹脂製のホルダを用いるようにしてもよい。
【００３６】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態においては、暗所に長時間放置した場合に発生する放電遅れを改善した低圧紫外線ランプについて説明する。
【００３７】
発明者らは、放電遅れを改善するために、いくつかの実験を行った。その結果、以下の事実が明らかになった。
【００３８】
（１）図８は、第１実施形態の低圧紫外線ランプ１００本を４８時間暗所に放置した後、周波数３０ｋＨｚで７００Ｖｒｍｓの始動電圧を電極２ａ，２ｂに印加して放電遅れ時間を測定し、放電遅れ時間毎に本数をまとめたグラフである。１０秒以内に放電を開始したものは僅か１５本に過ぎず、放電遅れ時間は最大で２７５秒にもなった。
【００３９】
（２）図９は、第１実施形態の低圧紫外線ランプ１００本に定格電流の３倍の電流を流して電極２のタングステンを飛散させ、ガラス筐体１の内壁面に金属蒸着膜（黒化部）を生成した低圧紫外線ランプについて、上記（１）と同様に電圧を印加して放電遅れ時間を測定し、放電遅れ時間毎に本数をまとめたグラフである。黒化部を生成したのは、電圧の印加時に電極２と黒化部との間に予備放電を発生させて初期電子を供給し、放電遅れを改善しようと試みたものである。この場合、放電遅れ時間は全体としては短縮される傾向がみられるものの、電極２と黒化部との間に予備放電が発生しても、両端の電極間の主放電（全路破壊放電）にまで進展しない場合もあり、放電遅れ時間は最大で３２０秒となった。よって、黒化部の生成は、放電遅れの完全な対策とはならない。
【００４０】
（３）低圧紫外線ランプを暗所に４８時間放置した後、１０００Ｌｘの光のもとで始動電圧を印加した場合、放電開始まで１分程度もかかるものがあった。これは、光により初期電子の供給が十分であったとしても、全路破壊放電の開始を阻害する不純ガスの影響があるためと考えられる。
【００４１】
以上のことから、低圧紫外線ランプの放電遅れは、暗所に長時間放置したことによる初期電子の減少が主原因ではなく、初期電子が存在していたとしても両電極間の全路破壊放電を阻害する不純ガスによる影響があり、これが放電遅れを助長させているものと推測できる。
【００４２】
発明者らは、一方の電極２ａが位置する部分から他方の電極２ｂが位置する部分までのガラス筐体１の外面に金属導体を設けることで、始動電圧を印加したときに電極２ａ，２ｂとこれらの近傍に位置する金属導体との間に予備放電を発生させるとともに、予備放電によって金属導体に電流が流れると、これが両電極間の全路破壊放電を誘発して瞬時に放電を開始できることを見出した。以下、本実施の形態の低圧紫外線ランプについて具体的に説明する。
【００４３】
図１０に示すように、本低圧紫外線ランプでは、電極２ａが位置する部分から電極２ｂが位置する部分までのガラス筐体１の外面に金属導体１２が巻き付けられる。電線４ａ，４ｂはそれぞれ電圧源１３に接続されており、電圧源１３からの電圧を電極２ａ，２ｂに供給するようになっている。なお、その他、図１と同一物には同一の符号を付すものとし、ここでは重複した説明は省略する。
【００４４】
図１１は、１６本の本低圧紫外線ランプについて放電遅れ時間を測定した結果を示す表である。各部の寸法、材質は、基本的には第１の実施の形態で説明したものと同様とした。ただし、水銀と希ガスのアルゴンは、１×１０４Ｐａのガス圧力で封入した。また、金属導体１２としては、外径０．３ｍｍのニッケル線を用いた。金属導体１２の材質としてニッケルを用いたのは、耐紫外線・耐オゾン性が高いことによるものである。金属導体１２は、電極２ａのホルダ５ａ側の端部から電極２ｂのホルダ５ｂ側の端部までを含むように、ガラス筐体１の外面に巻き付けた。また、印加電圧は、予備放電の発生が可能な電圧であることが必要であり、ガラス筐体１の材質が石英である場合には、ガラス筐体１の単位厚さあたり２００Ｖ以上となる電圧とする必要がある。本低圧紫外線ランプでは、印加電圧を２００（Ｖrms／ｍｍ）とした。
【００４５】
図１１の表に示すように、１６本中１５本が測定限界の１０ｍ秒以下で始動することが確認された。また、残りの１本についても３１ｍ秒という極めて短時間で始動することが確認された。
【００４６】
したがって、本実施の形態によれば、ガラス筐体１の材質を石英とし、電極２ａが位置する部分から電極２ｂが位置する部分までのガラス筐体１の外面に沿って金属導体１２を設け、電圧源１３によりガラス筐体１の単位厚さあたり２００Ｖ以上の電圧を電線４ａ，４ｂを通じて電極２ａ，２ｂへ供給することで、ガラス筐体１を介して電極２ａ，２ｂと金属導体１２との間に予備放電を発生させるとともに、予備放電によって金属導体に流れる電流によって瞬時に電極２ａ，２ｂ間の全路破壊放電を誘発することができ、暗所に長時間放置したときの放電遅れを大幅に改善することができる。
【００４７】
本実施の形態によれば、金属導体１２をガラス筐体１の外面に巻き付けるようにしたことで、金属導体１２のガラス筐体１への密着性を高めることができ、全路破壊放電を誘発し易くすることができる。
【００４８】
なお、本実施の形態においては、金属導体１２をガラス筐体の外面に巻き付けることとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、図１２の側面図に示すように、金属導体１４をガラス筐体１の外面に沿って直線状に設けるようにしてもよい。この場合にも、放電遅れを大幅に改善することができる。
【００４９】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態においては、電極２ａ，２ｂ近傍のガラス筐体１の内壁面に黒化部を設けた低圧紫外線ランプについて説明する。
【００５０】
図１３の側面図に示すように、本低圧紫外線ランプは、電極２ａ，２ｂに定格以上の電流を流すことにより、電極材のタングステンを電極近傍のガラス筐体１の内壁面に飛散蒸着させ、強制的に黒化部２１を生成した構成である。その他、図１と同一物には同一の符号を付すこととし、ここでは重複した説明は省略する。
【００５１】
本低圧紫外線ランプは、電極２近傍のガラス筐体１の内壁面に黒化部２１を生成したことで、電圧印加時に電極２と黒化部２１との間にマイクロ放電を発生させ、このマイクロ放電により電極２ａ，２ｂ間での全路破壊放電を開始させる補助的役割を果たし、これによって放電遅れを改善し、始動特性を向上させるものである。図１４の拡大図に示すように、電極２の管軸方向の長さをＬ、黒化部２１の管軸方向の長さをＳとすると、マイクロ放電を効率的に発生させる長さＳとしては、０．２Ｌ以上Ｌ未満とすることが望ましい。
【００５２】
以下、黒化部２１を設けたことによる効果を確認するために行った実験について説明する。各部の寸法や材質は、第１の実施の形態で説明したものと基本的には同様とした。但し、本低圧紫外線ランプでは、電極２ａ，２ｂを構成するタングステン棒６の外径は２．２ｍｍ、電極の長さＬは５．０ｍｍ、タングステン棒の巻数（ターン数）は９とした。また、ガラス筐体１の内部に封入される水銀は約１０ｍｇとした。
【００５３】
黒化部２１の生成に際しては、定格電流（１６ｍＡ）の数倍の電流（４０ｍＡ）を流すことで、電極２ａ，２ｂの先端部を一時的に加熱し、電極２ａ，２ｂ近傍のガラス筐体１の内壁面に電極材のタングステンを飛散蒸着させて黒化部２１を生成した。
【００５４】
実験では、黒化部の無い低圧紫外線ランプ、黒化部の有る低圧紫外線ランプ、０．７％の酸化ナトリウムを含むタングステン電極（Ｔｈ０２−Ｗ）を採用した黒化部の無い低圧紫外線ランプ、同タングステン電極（Ｔｈ０２−Ｗ）を採用した黒化部の有る低圧紫外線ランプのそれぞれについて、暗黒中に１４時間、４８時間、２００時間放置した後、始動電圧を印加してから１秒以内に点灯する確率（瞬時点灯確率）を測定した。電圧印加時の消費電力は４Ｗとした。
【００５５】
図１５は、その測定結果をまとめた表である。暗黒中に１４時間、４８時間、２００時間放置したいずれの場合についても、瞬時点灯確率は黒化部の有る殺菌ランプの方が大幅に高くなっている。特に、放置時間を２００時間とした場合には黒化部が無い低圧紫外線ランプでは瞬時点灯確率が１２％であるのに対し、黒化部の有る低圧紫外線ランプでは６８％であり、大幅に放電遅れが改善されることが確認された。また、０．７％の酸化ナトリウムを含むタングステン電極（Ｔｈ０２−Ｗ）を採用した場合についても、黒化部による放電遅れの改善が確認された。
【００５６】
したがって、本実施の形態によれば、電極近傍のガラス筐体１の内壁面に黒化部２１を設けたことで、電極２と黒化部２１との間にマイクロ放電が発生し、このマイクロ放電が電極２ａ，２ｂ間の全路破壊放電の開始を補助することになるので、放電遅れを大幅に改善することができる。
【００５７】
また、第２実施形態の低圧紫外線ランプに黒化部２１を設けた場合には、金属導体１２による補助放電に加えて、黒化部２１によるマイクロ放電が発生するので、全路破壊放電をより発生し易くすることができる。
【００５８】
なお、本実施の形態においては、直管型のガラス筐体１を用いることとしたが、これに限られるものではない。例えば、図６に平面図、図７に側面図を示したＵ字型のガラス筐体１１について電極近傍の内壁面に黒化部２１を生成するようにしてもよい。この場合にも、放電遅れを大幅に改善することができる。
【００５９】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態では、ガラス筐体１の内部に封入する水銀として水銀金属ペレットを用いた場合に、水銀金属ペレットを最適な位置に配置できるようにした低圧紫外線ランプについて説明する。
【００６０】
水銀を封入したランプにおいては水銀量の低減が求められており、水銀を一定量だけ封入する確実な手法として、液体水銀ではなく、水銀と亜鉛（Ｚｎ）などの金属との合金を球状にした水銀金属ペレットが用いられている。ところが、水銀金属ペレットは、液体水銀に比べて放電時における水銀の放出量（蒸気圧）が低く、温度の影響も受け易いという問題がある。
【００６１】
図１６は、液体水銀と水銀金属ペレットについて封入した水銀に対する水銀放出量の割合を示すグラフである。同図のグラフでは、縦軸に水銀放出量の割合（％）、横軸に加熱時間を示している。加熱する温度は、液体水銀（Ｈｇ）については８０℃、水銀金属ペレット（Ｚｎ−Ｈｇ）については６０℃、８０℃、１００℃とした。ガラス筐体１の外径は６ｍｍ、肉厚は１ｍｍ、希ガスはアルゴン、封入ガス圧力は１×１０４Ｐａとした。水銀金属ペレットとしては、ＺｎとＨｇを５０％ずつ混合したものを用いた。
【００６２】
同図のグラフから、Ｚｎ−Ｈｇの水銀金属ペレットは、液体水銀に比べて水銀放出量が低く、また、その水銀放出量は温度の影響も受け易いことが分かる。このため、水銀金属ペレットを用いる場合には、水銀の十分な放出量を得るために水銀金属ペレットを特定の温度領域に配置する必要がある。
【００６３】
ところで、低圧紫外線ランプでは、ガラス筐体１の両端内部に電極が配置されているため、ガラス筐体１の両端部が最も高温の部分となる。このため、ガラス筐体１の端部に水銀金属ペレットを配置すると、高温によって水銀成分だけでなく金属成分までも蒸発する可能性が高く、これが放電に悪影響を与えるため、ガラス筐体１の両端部は水銀金属ペレットを配置する場所としては不適切である。
【００６４】
また、図１の排気管部１０の内部に水銀金属ペレットを配置した場合には、水銀金属ペレットの温度が十分に上昇しないため、水銀の放出量が不足して十分な光量が得られないという問題がある。さらに、この場合には、排気管部１０をガラス筐体１の側壁面に封着する際に、排気管部１０が高温になるため水銀が蒸発し、このときに使用している排気装置に水銀が逃げ出して水銀の封入量が減少してしまうという問題もある。このため、排気管部１０の内部も水銀金属ペレットを配置する場所としては不適切である。
【００６５】
発明者らは、水銀金属ペレットの配置場所を検討したところ、水銀の十分な放出量が得られ、かつ水銀金属ペレットの金属成分が蒸発しない場所として、ガラス筐体１の中央内部が適切であることを見出した。以下、本実施の形態の低圧紫外線ランプについて具体的に説明する。
【００６６】
図１７の側面図に示すように、本低圧紫外線ランプは、基本的には第１実施形態のものと同様の構成であるが、排気管部２２をガラス筐体１の中央部の側壁面に設け、この排気管部２２によって水銀金属ペレット２３をガラス筐体１の中央内部に位置させるようにした構成である。なお、図１７では、ホルダ５ａ，５ｂ、電線４ａ，４ｂは省略してある。その他、図１と同一物には同一の符号を付すこととし、ここでは重複した説明は省略する。
【００６７】
本実施の形態では、一例として、水銀金属ぺレット２３は球状とし、排気管部２２は水銀金属ペレット２３の外径よりも幅が狭い凹状とする。このような構成とすることで、水銀金属ペレット２３が排気管部２２の凹上部に嵌るにようにして、水銀金属ペレット２３をガラス筐体１の中央内部に安定的に位置させる。
【００６８】
ただし、水銀金属ペレット２３は、ガラス筐体１の中央内部に固定されてはいないので、水銀金属ペレット２３が転がって電極２に接触すると、水銀金属ペレット２３の金属成分が蒸発することになるため、水銀金属ペレット２３が少なくとも電極２に接触し続けないようにする必要がある。
【００６９】
そこで、本実施の形態においては、排気管部２２を鉛直下方向に向けた状態で、低圧紫外線ランプを水平に配置する。このように配置することで、水銀金属ペレット２３が電極２に近づくと、電極近傍は高温であることから水銀蒸気が急激に噴出し、その圧力で水銀金属ペレット２３はガラス筐体１の中央部に押し返されるので、水銀金属ペレット２３をガラス筐体１の中央部に位置させることができる。
【００７０】
したがって、本実施の形態によれば、ガラス筐体１の中央部の側壁面に排気管部２２を設けるとともに、排気管部２２を鉛直下方向に向けた状態でガラス筐体１を水平に配置したことで、水銀金属ペレット２３をガラス筐体１の中央内部に安定して位置させることができる。
【００７１】
本実施の形態によれば、水銀金属ペレット２３を球状にするとともに、排気管部２２を水銀金属ペレット２３の外径よりも幅が狭い凹状にしたことで、水銀金属ペレット２３をガラス筐体１の中央内部に安定的に位置させ易くすることができる。
【００７２】
［第５の実施の形態］
本実施の形態では、電極の形状をランプの発光効率が向上する形状とした低圧紫外線ランプについて説明する。
【００７３】
前記各実施の形態では、電極２は、図１８の側面図に示すようにタングステン棒６を密着するように巻き付けたホロカソード形状とした。しかし、このような形状の場合には、図１９の拡大断面図に示すように、タングステン棒同士が接触した部分からは、放電時に電子が放出されない傾向がある。また、電極全体としては、図１８のタングステン棒６を巻き付けた内側上部からのみ電子が放出され、内側下部あるいは外側からは電子が放出されない傾向もある。
【００７４】
このように、タングステン棒６をホロカソード形状に巻き付けた場合には、電極２を構成する部分のタングステン棒６の全表面積に対して、放電時に電子を放出する部分の面積が減少するため、陰極降下電圧が上がり、ランプの発光効率が低下することになる。
【００７５】
そこで、本実施の形態では、タングステン棒６を密着させず間隔を空けて巻き付けることで電極を構成する。以下、本低圧紫外線ランプについて具体的に説明する。
【００７６】
本低圧紫外線ランプの基本的な構成は図１のものと同様であるが、本低圧紫外線ランプでは、図１の電極２に代えて図２０の側面図に示す電極２５を用いた構成である。その他、図１と同一物には同一の符号を付すこととし、ここでは重複した説明は省略する。
【００７７】
図２０に示すように、電極２５は、タングステン棒同士が接触しないように間隔を空けてタングステン棒６を巻き付けた構成である。このような構成とすることで、放電時に電子を放出する実効的な電極表面積を拡大させる。タングステン棒同士の間隔は、タングステン棒同士が接触しないようにするため、タングステン棒６の直径の２０％以上とすることが望ましい。
【００７８】
また、電極２５における電流密度は、０．０４Ａ／ｃｍ２以下とする。これは、電極間の放電がグロー放電となるために必要な条件である。すなわち、電流密度がこの値を超えると電極２５が冷陰極から熱陰極に変わってしまうので、これを防止するための条件である。
【００７９】
次に、本低圧紫外線ランプの効果を確認するために行った実験について説明する。
【００８０】
実施例の電極２５については、タングステン棒６の直径ｄを０．３５ｍｍ、巻数（ターン数）ｎを９、タングステン棒同士の間隙をタングステン棒６の直径ｄの２倍（α＝２）とし、電極長ｈをｈ＝α×ｎ×ｄ＝６．３ｍｍとした。
【００８１】
図１８に示す比較例の電極２については、タングステン棒６の直径ｄを０．３５ｍｍ、巻数（ターン数）ｎを９、電極長ｈをｈ＝ｎ×ｄ＝３．１５ｍｍとした。
【００８２】
実施例の電極２５と、比較例の電極２のそれぞれについて、ガラス筐体１の外径を６ｍｍ、肉厚を１ｍｍ、希ガスをアルゴン、封入ガス圧力を１×１０４Ｐａとした低圧紫外線ランプを５本ずつ製作し、各低圧紫外線ランプについてランプ電流を１６ｍＡとしたときの陰極降下電圧を求めた。
【００８３】
比較例の電極を使用した低圧紫外線ランプの陰極降下電圧の平均値は７１．７Ｖ、実施例の電極を使用した低圧紫外線ランプの陰極降下電圧の平均値は６７．８Ｖであり、実施例の電極を使用した場合には比較例のものに比べて陰極降下電圧が３．９Ｖ低下することが確認された。
【００８４】
したがって、本実施の形態によれば、タングステン棒同士が接触しないように間隔を空けてタングステン棒６を巻き付けることによって電極２５を構成したことで、放電時に電子を放出する実効的な電極表面積が拡大するので、陰極降下電圧を下げることができ、もって発光効率を向上させることができる。
【００８５】
なお、電極としては、図２１に示すように、モリブデン棒３２を介してモリブデン箔３に接続されたニッケル板３１が用いられる場合がある。しかし、石英を材料とするガラス筐体１の軟化点が１６７０℃と高く、ガラス筐体１の両端を封止するときの温度が高くなるため、封止時に窒素ガス置換などの処理を行ったとしても、ニッケルの酸化を完全に抑えることができず、ニッケル板３１の酸化によって陰極電圧が上昇し、ランプの発光効率が低下することになる。
【００８６】
これに対して、本実施の形態の電極２５は、高温でも安定なタングステンで構成されているので、酸化による影響が少なく、ニッケル板３１を用いた電極よりも発光効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】第１実施形態における低圧紫外線ランプの構成を示す側面図である。
【図２】上記低圧紫外線ランプの平面図である。
【図３】上記低圧紫外線ランプの端部についてホルダを透視した拡大透視図である。
【図４】図１のＡ−Ａ部の構成を示す断面図である。
【図５】実施例と比較例の低圧紫外線ランプを結露させた場合におけるホルダの絶縁抵抗値の測定結果を示す表である。
【図６】Ｕ字型のガラス筐体を用いた低圧紫外線ランプの構成を示す平面図である。
【図７】図６の低圧紫外線ランプの側面図である。
【図８】タングステン電極を用いた低圧紫外線ランプの放電遅れ時間を示すグラフである。
【図９】タングステン電極近傍のガラス筐体内壁に黒化部を生成した場合の放電遅れ時間を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態における低圧紫外線ランプを用いた点灯回路の構成を示す図である。
【図１１】第２実施形態の低圧紫外線ランプの放電遅れ時間を示す表である。
【図１２】第２実施形態における別の低圧紫外線ランプの構成を示す側面図である。
【図１３】第３実施形態における低圧紫外線ランプの端部の構成を示す側面図である。
【図１４】第３実施形態の低圧紫外線ランプにおける黒化部を示す拡大図である。
【図１５】黒化部の有無による瞬時点灯確率の違いを示す表である。
【図１６】液体水銀と水銀金属ペレットについての水銀放出割合を示すグラフである。
【図１７】第４実施形態における低圧紫外線ランプの構成を示す側面図である。
【図１８】上記各実施の形態におけるタングステン棒を用いた電極の構成を示す側面図である。
【図１９】図１８の電極の拡大断面図である。
【図２０】第５実施形態の低圧紫外線ランプにおけるタングステン電極の構成を示す側面図である。
【図２１】ニッケル電極を用いた低圧紫外線ランプの端部の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１，１１…ガラス筐体
２ａ，２ｂ…電極
３ａ，３ｂ…モリブデン箔
４ａ，４ｂ…電線
５ａ，５ｂ…ホルダ
６ａ，６ｂ…タングステン棒
７ａ，７ｂ…リード線
８ａ，８ｂ…接着剤
９ｂ…黄銅片，１０…排気管部
１２…金属導体，１３…電圧源
１４…金属導体，２１…黒化部
２２…排気管部，２３…水銀金属ペレット
２４…封止部，２５…電極
３１…ニッケル板，３２…モリブデン棒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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