(57)【要約】【課題】  合成石英素材インゴットを原料とする石英ガラス管の２００ｎｍ以下の波長の紫外線透過率の低下を抑制すること。【解決手段】  合成石英素材のインゴットを軟化温度〜２１５０℃、好ましくは１８００〜２１５０℃、より好ましくは１９００〜２１５０℃で加熱することにより加工して石英ガラス管を成形する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長２００ｎｍの透過率が８０〜９０％、好ましくは８０〜８９％、より好ましくは８０〜８８％である石英ガラス管。
【請求項２】
請求項１に記載の石英ガラス管を用いてなる紫外線ランプ。
【請求項３】
合成石英素材のインゴットを軟化温度以上〜２１５０℃以下、好ましくは１８００〜２１５０℃、より好ましくは１９００〜２１５０℃で加熱することにより加工して成形する石英ガラス管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成石英素材を原料とする紫外線高透過性の石英ガラス管に係り、特にその製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長２００ｎｍ以下の紫外線を利用する技術としては、水中のＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃａｒｂｏｎ）を紫外線により酸化分解して超純水を製造する方法や、被処理水中にオゾンを添加して紫外線を照射することによりダイオキシン類などの難分解性有機物を分解する促進酸化処理方法、酸素に紫外線を照射してオゾンを発生させ、さらにオゾンを紫外線により分解するときに発生する活性酸素が物質の表面の有機物に作用し、これを気化して洗浄することを利用して液晶用ガラスの表面を洗浄する方法などが知られている。
【０００３】
このような用途に用いられる紫外線ランプは、水銀及び希ガスを封入した発光管の両端部に放電電極を設けて形成される（例えば、特許文献１）。
【０００４】
ところで、紫外線ランプに用いられる発光管としては、紫外線吸収の原因となる金属不純物が少ない合成石英ガラス管が用いられる。合成石英ガラス管は、ＭＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＯＣＶＤ法等の製造方法により合成石英素材のインゴットを形成して得られる（例えば、特許文献２）。
【０００５】
また、合成石英ガラス管の製造方法としては、合成石英素材のインゴットを所定の温度に加熱して安定溶融させたものを管状に引き抜く方法が知られている。（例えば、非特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−３０３４４８号公報
【特許文献２】特開２０００−２４７６４９号公報
【非特許文献１】ガラスハンドブック、（株）朝倉書店、昭和５４年６月２０日発行、Ｐ．４４１〜４４３
【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、非特許文献１に記載の技術においては、インゴットを所定の温度に加熱するための坩堝などの容器や、加熱して溶融された合成石英ガラスが流れる流路などにおいて、それらを構成する組成物（例えば、坩堝などの容器においてはカルシアを主成分とするセラミック）が合成石英ガラスに不純物として混入することが考えられる。
【０００８】
合成石英ガラスに不純物が混入すると、紫外線の波長によってはガラス管の透過率が低下するおそれがある。
【０００９】
本発明は、合成石英素材インゴットを原料とする石英ガラス管の２００ｎｍ以下の波長の紫外線透過率の低下を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
課題を解決するため、本発明者らは、合成石英素材インゴットを加熱して溶融させて成形した合成石英ガラス管について、２００ｎｍ以下の波長の紫外線透過率について実験を試みた。表１に示すように、加熱温度が高くなるにつれ透過率が低下することを知見した。すなわち、坩堝などの容器の組成物が不純物として合成石英ガラスに混入し、溶融温度が高いほど混入率が増加するものと推察できる。したがって、合成石英ガラス管を成形するにあたり、紫外線透過率を考慮すると、できるだけ低い温度で行うことが望ましいことが判明した。しかし、低い温度では溶融合成石英ガラスの流動性が低下し、加工性が低下する。
【００１１】
そこで、本発明の石英ガラス管は、合成石英素材を原料とした石英ガラスの加工性、実用上要求される透過率を考慮して、波長２００ｎｍの透過率が８０〜９０％、好ましくは８０〜８９％、より好ましくは８０〜８８％とすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の合成石英ガラス管（高透過性石英ガラス管と称する）を製造する方法としては、合成石英素材のインゴットを軟化温度以上〜２１５０℃以下で加熱溶融し、加工して石英ガラス管を成形する。このとき、加工性を考慮すると、好ましくは１８００〜２１５０℃、より好ましくは１９００〜２１５０℃で加熱することが望ましい。
【００１３】
この場合、加熱溶融温度が１８００℃より低くなると、溶融した石英（石英融液）の流動性が低下し、加工性が悪くなるため、安定した管成形加工が困難となり、成形加工歩留りも、従来の方法（加熱溶融温度：２２００〜２４００℃）の場合の７０％以下となり、甚だ実用性に欠ける。加熱溶融温度が １８００℃以上になると、流動性が向上すると共に加工性も良くなり、成形加工歩留りが向上してくる。加熱溶融温度を１９００℃以上にすると、更に加工性が良くなり、加工歩留りが従来の方法（加熱溶融温度：２２００〜２４００℃）の場合の８５％以上となる。ただし、加熱溶融温度が２１５０℃をこえると、成形加工歩留りは良くなるが、図１に明らかなように、波長２００ｎｍにおける透過率が８０％を下回り、紫外線ランプを製作した場合、所望の紫外放射出力を得ることができなくなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、合成石英素材を原料とする石英ガラス管の２００ｎｍ以下の波長の紫外線透過率の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
【００１６】
まず、本発明の一実施形態の合成石英ガラス管の製造方法について説明する。ハロゲン化珪素（例えばＳｉＣｌ４）及び水素、酸素、窒素を原料としてＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ａｘｉａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ：気相軸付け法）により合成石英素材のインゴットを製作する。次に、カルシアを主成分とするセラミック材料との坩堝を用い、合成石英素材のインゴットを所定の温度になるまで加熱溶融し、加工して管状に成形する。このときの合成石英素材の加熱溶融温度は、石英素材の加工性、実用上要求される紫外線透過率を考慮して決定する。
【００１７】
次に、本実施形態の特徴部である合成石英素材のインゴットの加熱溶融温度と波長２００ｎｍの紫外線の透過率との関係について説明する。まず、上記製造方法を用いて、加熱溶融温度１６００℃〜２６００℃までの範囲において１１通りの加熱溶融温度でそれぞれ外径１４ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの合成石英素材を原料とする石英ガラス管を作成し、長さ５０ｍｍになるように切断した。次に、作成したそれぞれの石英ガラス管の波長２００ｎｍの透過率を分光光度計（測定波長域：２００ｎｍ〜２０００ｎｍ）により測定した（表１）。また、表１のデータを用いて、図１に合成石英素材を原料とする石英ガラス管の加熱溶融温度と波長２００ｎｍの透過率との関係を示す。なお、通常、促進酸化処理方法などで主に使用される波長は１８５ｎｍであるため、１８５ｎｍの波長で測定することが望ましいが、透過率の評価に用いた市販の分光光度計は可測最短波長が２００ｎｍであるため、波長１８５ｎｍの測定はできない。しかしながら、波長１８５ｎｍと２００ｎｍの透過率はほぼ同等であるから、本実施形態においては波長２００ｎｍで評価した。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
図１及び表１に示すように、合成石英素材の加熱溶融温度が高いほど波長２００ｎｍの透過率が低下することがわかった。また、加熱溶融温度が２０００℃のときに透過率は８６％となり、それ以上加熱温度が高くなると、透過率が急速に低下していることがわかった。すなわち、坩堝の組成物が不純物として合成石英ガラスに混入したと推察できる。したがって、合成石英素材インゴットよりガラス管を成形するにあたり、紫外線透過率を考慮すると、できるだけ低い温度で行うことが望ましいことがわかった。
【００２０】
通常、実際の紫外線ランプとして用いる際の石英ガラス管の波長２００ｎｍ透過率は８０％以上であることが要求される。したがって、図１より加熱温度の上限値は２１５０℃以下が好ましいことがわかる。このとき、石英ガラスの加工性、実用上要求される透過率を考慮すると２１５０℃程度が好適であるから、加熱溶融温度は好ましくは１８００〜２１５０℃（透過率８０〜８９％）、より好ましくは１９００〜２１５０℃（透過率８０〜８８％）とする。
【００２１】
このように、合成石英素材のインゴットを加熱溶融して管状に成形する際に、加熱溶融温度を制御することにより出来上がりの石英ガラス管に不純物が混入するのを抑制することができる。その結果、出来上がりの石英ガラス管の波長２００ｎｍ以下の透過率の低下を抑制することができる。また、従来は合成石英素材インゴットの加熱溶融温度を坩堝の耐熱温度（カルシアを主成分とするセラミック材料の場合２６３０℃）に基づいて２２００〜２４００℃で加熱溶融していたことから、坩堝などの材料が出来上がりの石英ガラスに混入し、２００ｎｍ以下の波長の透過率が著しく低下していたが、本実施形態によれば、そのような問題は生じることがなく、短波長紫外域（２８０ｎｍ以下の紫外域、ＵＶ−Ｃ域）、特に波長２００ｎｍ以下の透過率の高い高透過性石英ガラス管（高透過性石英管）を製作することができる。また、この高透過性石英管を使用して低圧水銀ランプを製作することにより、水銀の共鳴放射である１８５ｎｍの出力の高い紫外線ランプを製作することができる。
【００２２】
また、高透過性石英ガラス管は低圧水銀ランプの発光管として装着することができる。なお、本実施形態の高透過性石英ガラス管は、低圧水銀ランプに限らず、例えば無極放電ランプ（特開平１０−１３４７７９号公報）など石英ガラス管を使用するランプに適宜用いることができる。
【００２３】
本実施形態の合成石英素材のインゴットはＶＡＤ法により作成されたものを用いているが、高純度石英素材である合成石英素材を製造する方法であればこれに限らず、例えば、ＭＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＯＣＶＤ法などを用いることができる。
【００２４】
また、合成石英素材を管状に成形する方法としては、引き抜きや押出しによる公知の石英ガラス管の成形方法を用いることができる。
【００２５】
また、高透過性石英ガラス管は、紫外線ランプに限らず、例えば、紫外線照射装置（特開２００７−１５５５４６号公報）の紫外線ランプを収納するランプ保護管や照度計を収納する照度計保護管に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による合成石英素材インゴットの加熱溶融温度と波長２００ｎｍの透過率との関係を示す図である。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年3月26日(2008.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この場合、加熱溶融温度が１８００℃より低くなると、溶融した石英（石英融液）の流動性が低下し、加工性が悪くなるため、安定した管成形加工が困難となり、成形加工歩留りも、従来の方法（加熱溶融温度：２２００〜２４００℃）の場合の７０％以下となる。加熱溶融温度が１８００℃以上になると、流動性が向上すると共に加工性も良くなり、成形加工歩留りが向上してくる。加熱溶融温度を１９００℃以上にすると、更に加工性が良くなり、加工歩留りが従来の方法（加熱溶融温度：２２００〜２４００℃）の場合の８５％以上となる。ただし、加熱溶融温度が２１５０℃をこえると、成形加工歩留りは良くなるが、図１に明らかなように、波長２００ｎｍにおける透過率が８０％を下回り、紫外線ランプを製作した場合、所望の紫外放射出力を得ることができなくなる。