(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
封止管の端部に設けられる放電管用電極であって、前記封止管内部に配置された放電部材と、当該放電部材の両端に接合され電圧を印加可能に電気的に接続された電流導通部とを備え、前記放電部材の両端に接合された電流導通部同士を、ソケット内で前記放電部材の両端部から等距離の位置で接合し、これを電源と電気的導通を可能としてなることを特徴とする放電管用電極。
【請求項２】
前記放電部材は封止管内部に突出するステムに形成されたらせん溝部に両端部を巻きつけて接合されてなることを特徴とする請求項１に記載の放電管用電極。
【請求項３】
前記放電部材の両端から等距離の位置で接合される電流導通部同士はスパイラルに巻いてスポット溶接してなることを特徴とする請求項１に記載の放電管用電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電管用電極に関し、特に紫外線照射によって被処理水中のＴＯＣの低減や殺菌を行うのに好適なインスタントスタート用の放電管用電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水の汚濁の程度を表す代表的な指標であるＴＯＣ（全有機炭素）の低減や水の殺菌には、主波長が１８５ｎｍ（１×１０-9）域の紫外線を照射する低圧水銀放電管が用いられている。この種の低圧水銀放電管は、石英ガラス管内部に過剰量の水銀と電極昇華抑制のために、数Ｔｏｒｒ圧の不活性ガスを封入したものであり、電極から熱電子を放出し、管内部の不活性ガスをイオン化させるとともに、水銀の蒸気化に伴い水銀原子が励起され紫外光を放出する。この紫外光を利用して有機物の分解や殺菌を行うものである。
【０００３】
従来の放電管用電極を用いたインスタントスタート用低圧水銀放電管の構成を図５に示す。同図に示されるように、低圧水銀放電管は、紫外線を透過する石英ガラスで形成された発光管１の両端に一対の電極２ａ、２ｂを対向配置し、これら電極２ａ、２ｂに交流電圧を印加して水銀とアルゴン等の不活性ガスを封入した発光管１内部に放電を起こし、水銀を蒸気化して紫外線を発生させる構成となっている。
【０００４】
電極２ａ、２ｂは、図４に示されるように、ピンチシール３により発光管１の端部が封止されるとともに、二枚のモリブデン箔４が埋設されている。二枚のモリブデン箔４の一端部にはそれぞれピンチシール３内を貫通して二本の内部ステム軸５が接続されており、この内部ステム軸５はピンチシール３の上部から発光管１の内部に突出して配置されている。そして突出した二本の内側ステム軸５の先端にはタングステンなどの高融点材質で形成され希土類からなる電子放射物が塗布されたフィラメント６（二重巻付）の端部がそれぞれスポット接点溶接されて接続されている。
【０００５】
一方、モリブデン箔４の他端部にはピンチシール３を貫通して二本の外部ステム軸７ａ、７ｂが発光管１の端部から突出するように接続されている。一方の外部ステム軸７ａには、その端部にニッケルリード線８が接続され、このニッケルリード線８がソケット９の内部ピンにピンスポット接合される。これによりフィラメント６は、ニッケルリード線８、外部ステム軸７ａ、モリブデン箔４および内部ステム軸５を介して外部と電気的に連通した構成となっている。また、他方の外部ステム軸７ｂは、ソケット内の絶縁体内部に電気的接続を持たない開放された状態で保持される。
【０００６】
上記のように構成された電極２ａ、２ｂに高電圧（８００〜１０００Ｖ）を印加することにより発光管１内部を放電状態とし紫外線を発生させる。すなわち、電極２ａ、２ｂに交流電圧を印加するとニッケルリード線８、外部ステム軸７ａ、モリブデン箔４および内部ステム軸５を介してフィラメント６に電流が流れる。電流が流れることによりフィラメント６が熱せられると、フィラメント６に塗布された電子放射物から電子が放出される。放出された電子はマイナスの電荷を持つため、印加電圧により加速されて陽極へ向かう。このとき、陽極に向かう行程において、電子が放電熱によって蒸気化された水銀蒸気と衝突し、これにより水銀原子が励起される。そして、水銀原子が励起状態から基底状態に戻る際に放出する光エネルギーが紫外線であり、これにより発光管１が紫外線発光する。
【０００７】
上記のような放電管のフィラメント６には、最適色温度帯があり、これは実験的に求められた値で７５０〜８００ケルビンとされている。フィラメント６の色温度がこの値より高くなると電子放射物の放出が強まり金属疲労による溶断を起こしやすくなる。また、最適色温度帯より低くなると電子放射物が放出されない状態となって、発光管１内に封入された不活性ガスのイオンがフィラメント６に衝突しやすくなる。フィラメント６に衝突するイオンの数が増加すると、衝突時の衝撃により電子放射物やフィラメント６を構成するタングステンがスパッタリングされ、タングステンなどの原子が放出される確率が高くなり、フィラメント自体が昇華して磨耗するとともに、放出されたタングステン原子が揮発性タングステン酸化物となって発光管１の内面に付着堆積する。この付着堆積したタングステン酸化物は、蒸気化した水銀イオンを吸着して管内の水銀量を減少するため、紫外線を発する水銀自体が減少し紫外線の発光強度を極端に減衰するとともに放電寿命も劣化させる。このため、フィラメント６の線径および巻き数を調節し、フィラメント６を含む電気的導通経路の冷抵抗値が最適色温度帯に合わせて適切な値に設定される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の放電管の電極の構成は、図４に示されるように、モリブデン箔４および内部ステム軸５を介してフィラメント６に接続された一方の外部ステム軸７ａはニッケルリード線８を介してソケットの内部ピンに接続され、外部と電気的導通が可能となっているが、他方の外部ステム軸７ｂはソケット内に開放されて保持され電気的に絶縁された状態となっている。このため、外部と電気的に接続されている外部ステム軸７ａが接続されている側のフィラメント６と内部ステム軸５との接合部（以下、接続端側接合部とする）と、開放されている外部ステム軸７ｂが接続されている側のフィラメント６と内部ステム軸５との接合部（以下、開放端側接合部とする）の間で色温度に違いが生じ、接続端側接合部の色温度より開放端側接合部の色温度が１５０ケルビン程度低くなる。このため、色温度の高い接続端接合部では、電子放射物の過剰放出による金属疲労による溶断が起こりやすくなるとともに、色温度の低い開放端側接合部は不活性ガスのイオン等によるスパッタリングによるタングステン酸化物等の不純物が放出されやすくなるため、放電管の性能を著しく劣化させるという問題があった。また、電圧の印加時には、フィラメント６および内部ステム軸５には高周波のエネルギーが加わるため、内部ステム軸間で共振が発生する。このため、振動によりフィラメント６と内部ステム軸５との接合部に力が加わり、切断しやすくなる。
【０００９】
本発明は上記従来技術の問題点に着目されてなされたものであり、フィラメントの色温度を均一にすることにより、フィラメントとその支持部との接合部における溶断やスパッタリングの発生を抑制し、放電管の寿命を延ばすともに、紫外線強度の増強を図ることのできる放電管用電極を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る放電管用電極は、封止管の端部に設けられる放電管用電極であって、前記封止管内部に配置された放電部材と、当該放電部材の両端に接合され電圧を印加可能に電気的に接続された電流導通部とを備え、前記放電部材の両端に接合された電流導通部同士を、ソケット内で前記放電部材の両端部から等距離の位置で接合し、これを電源と電気的導通を可能としてなることを特徴としている。
【００１１】
この場合において、前記放電部材は、封止管内部に突出するステムに形成されたらせん溝部に両端部を巻きつけて接合されるように構成すればよい。また、前記放電部材の両端から等距離の位置で接合される電流導通部同士はスパイラルに巻いてスポット溶接してなる構成とすることが望ましい。
【００１２】
より具体的には、封止管の両端に相対向する一対の電極を形成してなる放電管の放電管用電極であって、前記封止管内部に配置され、封止管内に電子を放出する放電部材と、当該放電部材の両端に接合され、電圧を印加する電圧印加部とを電気的に接続する電流導通部と、を備え、前記放電部材は、前記電流導通部に設けられたらせん状の溝部に両端部を巻きつけて接合されるとともに、前記電流導通部は、前記放電部材の両端部から等距離の位置で接合され、前記放電部材を含む回路が形成されてなる構成とした。
【００１３】
上記構成によれば、放電部材の両端部が、電流導通部に設けられたらせん状に溝部に巻きつけられて接合されている。このような構成とすることにより、放電部材が電流導通部に面接合され、放電部材の接合部が電流導通部に均一に接触する。これにより接合部において電流の流れが阻害されることが防止されるため、電流密度が均一となり、予め最適色温度帯の維持に適する値に計算された冷抵抗値が検出される。これにより放電部材と電流導通部の接合部で局所的に抵抗が高くなることによる溶断および色温度の変化を防止することが可能である。
【００１４】
また、電流導通部が放電部材の両端部から等距離の位置で接合され、放電部材と電流導通部で構成される回路が放電部材の両側で電気的に対称となる回路として構成されるため、回路の左右で抵抗の均一性が保たれ、放電部材における色温度が均一される。このため放電部材全体で最適色温度帯を維持することが可能である。これにより、放電部材の色温度が最適色温度帯から外れることにより起こる溶断やスパッタリングを防止することができる。これにより放電寿命の減少を防ぎ、放電管の性能劣化を防ぐことが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る放電管用電極の具体的実施形態を、図面を参照しつつ、詳細に説明する
図２に本実施形態に係る放電管用電極を用いた低圧水銀放電管の構成図を示す。放電管の基本的構成は、従来のものと同一であり、同図に示されるように、紫外線を透過する石英ガラスで形成された発光管１０の両端に一対の電極２０ａ、２０ｂを封装し、電極２０ａ、２０ｂに交流電圧を印加して水銀とアルゴン等の不活性ガスを封入した発光管１０内部に放電を起こし、水銀を蒸気化して紫外線を発生させる構成となっている。
【００１６】
図１に本実施形態に係る放電管用電極の構成図を示す。図１に示すように、電極２０ａ、２０ｂは、放電部材であるフィラメント６と、このフィラメント６と電圧印加部である内部ピンを接続する電流導通部２２により構成されている。電気導通部２２は、発光管１の端部を封止するピンチシール３に埋設された二枚のモリブデン箔４と、タンタル材等の高融点物質により形成され、二枚のモリブデン箔４の端部にそれぞれ接続されるとともに、ピンチシール３内を貫通して発光管内部に突出して配置された一対の内部ステム軸５および発光管１の外部に突出して設けられた外部ステム軸７と、外部ステム軸７と内部ピンを接続するニッケルリード線８により構成されている。
【００１７】
ピンチシール３の上部から発光管１の内部に突出して配置された二本の内部ステム軸５の上端部にはタングステン材等の高融点物質により形成されるフィラメント６の両端部が接合されている。フィラメント６は、線径と巻き数を調節することにより、電極に電圧を印加した際に、色温度が最適色温度帯（７００〜８００ケルビン）になるように冷抵抗値が設定されている。フィラメント６と内部ステム軸５との接合部は、図３（ａ）に示すように、フィラメント６の端部６ａを内部ステム軸５にらせん状に巻きつけられて接合されている。すなわち、内部ステム軸５の上端部には図３（ａ）に示すように、らせん状に精密に切削された溝部が設けられており、フィラメント６の端部６ａはこの溝に合わせて内部ステム軸５に巻きつけられ面接合されている。これにより、フィラメント６の両端が内部ステム軸５に均一に接触するため、接合部において電流の流れが阻害されることが防止され、電流密度が均一となり、予め最適色温度帯の維持に適する値に計算された冷抵抗値が検出される構成となっている。これによりフィラメント６と内部ステム軸５の接合部で局所的に抵抗が高くなることによる溶断を防ぐとともに、色温度が変化することを防止することが可能である。なお、フィラメント６と内部ステム軸５の接合部は、水素ガスによりアニールされ、タングステン材やタンタル材等の高融点物質の不純物を除去し、酸化を抑制することで、放電開始時に発光管内に酸化性イオンが放出されるのを防止している。
【００１８】
発光管１の端部から突出するように接続された二本の外部ステム軸７の端部にはニッケルリード線８が接続されている。このニッケルリード線８は、二本の外部ステム軸の端部から等距離の位置で互いに接合されている。このように距離が均等な位置で両者を接合することにより、両者間の抵抗を等しくしている。これにより、フィラメント６両端における色温度を等しくすることができる。なお、二本のニッケルリード線８の接合部は図３（ｂ）に示すように二本のニッケルリード線８に別のニッケル線２４を巻きつけて接合するスパイラルスポット溶接を用いて接合されており、接合強度の増強が図られている。そして、ニッケルリード線８はソケット９の内部ピンにスポット接合され、図示しない電源との電気的導通を可能にしている。
【００１９】
次に上記のように構成された放電管用電極の動作について説明する。
まず、放電管の両端部に形成された電極２０ａ、２０ｂに交流電圧を印加することにより、図示しない電源に接続されたソケット９の内部ピンを介してニッケルリード線８、外部ステム軸７、モリブデン箔４、内部ステム軸５およびフィラメント６により構成された回路に電流が流れる。この回路は、フィラメント６の両側が電気的に対称となる回路として構成されているため、回路の左右で抵抗の均一性が保たれている。そのため、フィラメント６の両端における電流密度が均一化され、フィラメント６の両端の色温度が均等になる。これにより、フィラメント６全体で色温度を最適色温度帯で維持することができる。このため、部分的に最適色温度帯より色温度が高くなってフィラメント６が溶断することを防ぐとともに、色温度の低下に起因する不活性ガスイオンによるフィラメント６に対するスパッタリングが防止されるため、不純物の放出が抑制され紫外線強度の増強が図られる。
【００２０】
また、フィラメント６と内部ステム軸５は、フィラメント６の端部を内部ステム軸にらせん状に切削された溝部に巻きつけられて面接合されている。これによりフィラメント６と内部ステム軸５との電気的な接合を確保することができる。特に、この個所は放電時に高温（８００〜１２００℃）となることによってスポット溶接やハンダ付けができないので、実施形態構成を採ることにより、電流の抵抗となることがなく、電流密度が均一となり、予め最適色温度帯の維持に適する値に計算された冷抵抗値が検出される。これによりフィラメント６と内部ステム軸５の接合部で局所的に抵抗が高くなることによる溶断を防ぐとともに、色温度が変化することを防いでいる。また、らせん状に巻きつけて面接合しているため、上下左右いずれの方向の振動にも強くなっており、電圧の印加時の内部ステム軸間での共振による振動による接合部の切断が抑制される。
【００２１】
回路に電流が流れることによりフィラメント６が熱せられ、フィラメント６に塗布された電子放射物から電子が放出される。陰極側のフィラメント６から放出された電子は、マイナスの電荷を持つため、印加電圧により加速されて陽極へ向かう。このとき、陽極に向かう行程において、電子が放電熱によって蒸気化された水銀蒸気と衝突し、これにより水銀原子が励起される。そして、水銀原子が励起状態から基底状態に戻る際に放出する光エネルギーとして紫外光を発し、これにより発光管１が紫外線発光する。
【００２２】
このように本実施形態によれば、フィラメント６の端部が内部ステム軸５にらせん状に切削された溝部を介して面接合されている。これにより、フィラメント６の両端が内部ステム軸５に均一に接触するため、予め最適色温度帯の維持に適する値に計算された冷抵抗値を検出し、設定された電流密度が均一化されるため、フィラメント６の両端で色温度に差が生じることがない。また、電極を構成する回路において、フィラメント６の両側が対称となる回路として構成されているため、回路の左右で抵抗の均一性が保たれ、フィラメント６における色温度を均一にすることができる。このためフィラメント６全体で最適色温度帯を維持することが可能である。これにより、フィラメント６の色温度が最適色温度帯より高くなることにより起こる、電子放射物の放出による溶断を防止することができる。また、最適色温度帯より低くなり、フィラメント６に衝突する不活性ガスイオンの増加によるスパッタリングによって電子放射物やフィラメント６を構成するタングステンが不純物となって発光管内に放出され、蒸気化した水銀イオンを吸着して管内の水銀量を減少し、紫外線を発する水銀自体が減少することによる紫外線の発光強度の減衰を防ぐことができる。さらに、フィラメント自体が昇華して磨耗をすることを抑制できる。これにより放電寿命の減少を防ぎ、放電管の性能劣化を防ぐことが可能である。
【００２３】
本実施形態によれば、封止管の両端に相対向する一対の電極を形成してなる放電管の放電管用電極であって、前記封止管内部に配置され、封止管内に電子を放出する放電部材と、当該放電部材の両端に接合され、電圧を印加する電圧印加部とを電気的に接続する電流導通部と、を備え、前記放電部材は、前記電流導通部に設けられたらせん状の溝部に両端部を巻きつけて接合されるとともに、前記電流導通部は、前記放電部材の両端部から等距離の位置で接合され、前記放電部材を含む回路が形成されているため、放電部材が電流導通部に面接合され、放電部材の接合部が電流導通部に均一に接触し、接合部において電流の流れが阻害されず電流密度が均一となるため、予め最適色温度帯の維持に適する値に計算された冷抵抗値が検出される。これにより放電部材と電流導通部の接合部で局所的に抵抗が高くなることによる溶断および色温度の変化を防止することが可能である。また、電流導通部が放電部材の両端部から等距離の位置で接合され、放電部材と電流導通部で構成される回路が放電部材の両側で電気的に対称となる回路として構成されているため、回路の左右で抵抗の均一性が保たれ、放電部材における色温度が均一される。このため放電部材全体で最適色温度帯を維持することが可能である。これにより、放電部材の色温度が最適色温度帯から外れることにより起こる溶断やスパッタリングを防止することができる。これにより放電寿命の減少を防ぎ、放電管の性能劣化を防ぐことが可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、封止管の端部に設けられる放電管用電極であって、前記封止管内部に配置された放電部材と、当該放電部材の両端に接合され電圧を印加可能に電気的に接続された電流導通部とを備え、前記放電部材の両端に接合された電流導通部同士を、封止部内で前記放電部材の両端部から等距離の位置で接合し、これを電源と電気的導通を可能とした構成としたので、フィラメントの色温度を均一にすることにより、フィラメントとその支持部との接合部における溶断やスパッタリングの発生を抑制し、放電管の寿命を延ばすともに、紫外線強度の増強を図ることができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る放電管用電極の構成図である。
【図２】  本発明の実施形態に係る放電管用電極を用いた低圧水銀放電管の構成図である。
【図３】  本発明の実施形態に係る放電管用電極における（ａ）フィラメントの端部と内部ステム軸との接合部の説明図、（ｂ）ニッケルリード線の接合部の説明図である。
【図４】  従来の放電管用電極の構成図である。
【図５】  従来の放電管用電極を用いた低圧水銀放電管の構成図である。
【符号の説明】
１………発光管、２ａ、２ｂ………電極、３………ピンチシール、４………モリブデン箔、５………内部ステム軸、６………フィラメント、６ａ………端部、７、７ａ、７ｂ………外部ステム軸、８………ニッケルリード線、９………ソケット、１０………発光管、２０ａ、２０ｂ………電極、２２………電流導通部、２４………ニッケル線。
【図１】
0004420422.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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