JP6314771B2

JP6314771B2 - 紫外線ランプ

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Publication number: JP6314771B2
Application number: JP2014196031A
Authority: JP
Inventors: 弘喜日野; 純藤岡; 亮彦田内
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2018-04-25
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Description

本発明の実施形態は、紫外線ランプに関する。

例えば、蛍光体が陽光柱や水銀ガスに触れる位置から離間して設けられた二重管構造の蛍光ランプが開示されている。

特開平１０−１１２２８６号公報

本発明の実施形態は、長手方向断面における周方向の照度分布の不均一を抑制した紫外線ランプを提供する。

本発明の実施形態によれば、内径が１３〜１７ｍｍで、内部に放電空間が設けられるように両端が封止された内管と、放電空間の両端に設けられた一対の電極と、放電空間に封入された水銀を含むアマルガムと、両端から延びて形成されたフレア部と、を有し、第１の紫外光を放射する発光管と；発光管と空間を介して設けられ、フレア部と接続され、第１の紫外光が照射され、第１の紫外光よりも波長の長い第２の紫外光を放出する蛍光体層と、を有する外管と；を備え、単位長さあたりのランプ入力密度が０．５〜４Ｗ／ｃｍである。

本発明の実施形態によれば、長手方向断面における周方向の照度分布の不均一を抑制した紫外線ランプを提供できる。

図１（ａ）、図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る紫外線ランプを例示する模式図である。図２は、第１の実施形態に係る紫外線ランプを例示する模式的断面図である。図３は、第１の実施形態に係る紫外線ランプの従来例に係る紫外線ランプを例示する模式図である。図４は、第１の実施形態に係る紫外線ランプおよび従来例に係る紫外線ランプの照度分布を示す図である。図５は、第２の実施形態に係る紫外線ランプを例示する模式図である。図６は、第３の実施形態に係る紫外線ランプを例示する模式図である。

以下で説明する実施形態に係る紫外線ランプ１１０、１２０、１３０は、内径が１３〜１７ｍｍで、内部に放電空間１２が設けられるように両端が封止された内管１１と、放電空間１２の両端に設けられた一対の電極１６ａ、１６ｂと、放電空間１２に封入された水銀を含むアマルガム１３と、両端から延びて形成されたフレア部１５ａ、１５ａ、１５ｂ、１５ｂと、を有し、第１の紫外光を放射する発光管１０と；発光管１０と空間３０を介して設けられ、フレア部１５ａ、１５ａ、１５ｂ、１５ｂと接続され、第１の紫外光が照射され、第１の紫外光よりも波長の長い第２の紫外光を放出する蛍光体層２０と、を有する外管２１と；と備え、単位長さあたりのランプ入力密度が０．５〜４Ｗ／ｃｍである。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線ランプ１１０、１２０、１３０は、アマルガム１３における水銀の封入量が０．０３〜３ｗｔ％である。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線ランプ１１０、１２０、１３０は、アマルガム１３に、チタン、インジウム、スズ、ビスマス、亜鉛のいずれか一を含む。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線ランプ１１０、１２０、１３０は、空間３０に封入されるガスが、ネオン、アルゴン、窒素のいずれか、または二種以上の混合ガスが９７．１ｋＰａ以上封入される。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）、図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る紫外線ランプを例示する模式図である。図１（ａ）は、紫外線ランプ１１０を例示している。図１（ｂ）は、図１（ａ）の破線部Ａを拡大して例示している。また、図２は、図１（ａ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。

図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２に表したように、本実施形態に係る紫外線ランプ１１０は、発光管１０と、蛍光体層２０と、を含む。

本実施形態では、発光管１０として、熱陰極放電ランプを用いた実施形態を例示している。

この例で、発光管１０は、内管１１を含む。内管１１の内部に、放電空間１２が設けられる。放電空間１２には、例えば、水銀の合金であるアマルガム１３や希ガス（図示しない）が封入される。

この例で、内管１１は、直管である。内管１１は、放電空間１２を気密に保つ。内管１１は、紫外線を透過する材料で構成されており、例えば石英ガラスで構成されている。

アマルガム１３は、水銀を含む合金であり、アマルガム１３の一部が溶融することで放電空間１２へ水銀を放出する。アマルガム１３は、例えば、水銀−スズ−インジウム−チタンの４元素系であり、水銀が０．３ｗｔ％、スズが１．２ｗｔ％、インジウムが９１．６ｗｔ％、チタンが６．９ｗｔ％である。アマルガム１３の封入量は、例えば、０．０５〜１０ｇである。アマルガム１３は、第１の電極１６ａから放電空間１２側へ離間して配置されている。なお、アマルガム１３の組成は上記に限定されず、例えば、水銀に、チタン、インジウム、ビスマス、スズ、亜鉛のいずれか、または二種以上の合金で設けられてもよいし、組成比が上記と異なっていてもよい。

希ガスは、紫外線ランプ１１０に封入されたアマルガム１３を構成する水銀が放電により発光するとき、水銀を励起させるために用いられる。希ガスは、水銀の準安定電圧よりもわずかに低い希ガス（アルゴン）を添加しランプの始動電圧を低下させること（ペニング効果）により水銀を励起させ放電を開始し、放電の始動時に放電を促進させ、放電開始後に放電維持に寄与する。希ガスの圧力は、例えば、０．１３２〜１３．２ｋＰａ（０．１〜１０ｔｏｒｒ）である。また、希ガスは、ネオン、アルゴン、クリプトンのいずれか一種、または二種以上の混合ガスでよい。

内管１１は、一端に設けられた封止部１４ａと、他端に設けられた封止部１４ｂと、を有する。封止部１４ａには、封止部１４ａから延びてフレア部１５ａ、１５ａが設けられる。また、封止部１４ｂには、封止部１４ｂから延びてフレア部１５ｂ、１５ｂが設けられる。また、封止部１４ａには、第１電極１６ａが、その一部分が埋設して設けられる。また、封止部１４ｂには、第２電極１６ｂが、その一部分が埋設して設けられる。

封止部１４ａ、１４ｂには、内管１１と同一の材料が用いられる。

フレア部１５ａ、１５ａ、１５ｂ、１５ｂは、封止部１４ａ、１４ｂから延びて形成される。フレア部１５ａ、１５ａ、１５ｂ、１５ｂは、封止部１４と同一の材料、すなわち、内管１１と同一の材料が用いられている。

第１電極１６ａは、例えば、フィラメント１７ａ、リード線１８ａ、１８ａ、金属箔１９ａ、１９ａを含む。

フィラメント１７ａは、例えば、コイルを三重巻にした、いわゆるトリプルコイルである。フィラメント１７ａには、例えば、タングステンが用いられる。また、電子放射性をよくするために、フィラメント１７ａのコイルの隙間には、エミッタ（図示しない）が塗布されている。エミッタには、例えば、カルシウム、バリウム、ジルコニウム及びストロンチウムの少なくともいずれかの炭酸塩などが用いられる。

リード線１８ａ、１８ａは、一端でフィラメント１７ａを保持して接続され、他端が金属箔１９ａと接続される。リード線１８ａ、１８ａには、例えば、モリブデン棒が用いられる。

金属箔１９ａ、１９ａは、封止部１４ａに埋設され、封止部１４ａが封止されることにより、内管１１の内部を気密に保つ。金属箔１９ａ、１９ａの一端には、リード線１８ａ、１８ａが接続され、金属箔１９ａ、１９ａの他端には、後述する外部リード線３１ａ、３１ａが接続される。金属箔１９ａ、１９ａにより、内管１１の内部と外部との電気的接続を得る。金属箔１９ａ、１９ａの線膨張係数は、例えば、内管１１の線膨張係数と実質的に等しい。金属箔１９ａ、１９ａには、例えば、モリブデンが用いられる。

第２電極１６ｂ（第１電極１６ａと左右対称であるため、図示しない）には、第１電極１６ａと同様の構成が適用される。すなわち、第２電極１６ｂは、フィラメント１７ｂ、リード線１８ｂ、１８ｂ、金属箔１９ｂ、１９ｂ、を含む。

このように、発光管１０は、放電空間１２を含み、水銀輝線を含む第１の紫外光を放射する。第１の紫外光は、２５３．７ｎｍの水銀輝線を含む。

蛍光体層２０は、内管１１の外側に設けられる。この例では、放電空間１２と蛍光体層２０との間に、内管１１の壁部が設けられることで、放電空間１２と蛍光体層２０とは、互いに離隔される。この例では、蛍光体層２０と、内管１１と、の間に、更に空間３０が設けられる。空間３０には不活性ガス（例えばネオンガス、アルゴンガス、窒素ガス）が充填されている。

この例では、内管１１の周りに、外管２１が設けられている。外管２１の内壁に、蛍光体層２０が設けられている。外管２１には、例えば、オゾンレス石英が用いられる。

蛍光体層２０には、発光管１０から放射された第１の紫外光が照射される。すなわち、蛍光体層２０は、２５３．７ｎｍの水銀輝線の少なくとも一部を吸収する。蛍光体層２０は、第１の紫外光とは異なる第２の紫外光を放出する。第２の紫外光の波長は、第１の紫外光の波長よりも長い。第２の紫外光の波長（ピーク波長）は、例えば、２８０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。すなわち、第２の紫外光は、例えば、紫外線である。この例では、第２の紫外光は、外管２１を通過して、外部に放出される。この例では、紫外線の透過率が高い石英を外管２１に用いることで、外管２１における、紫外線の吸収が抑制できるため、第２の紫外光の照度は高い。なお、第２の紫外光は、第１の紫外光のように単一波長の紫外光である必要はなく、例えば、３６０ｎｍにピークを有する、２８０〜４００ｎｍのブロードな分光分布を有していてもよい。

また、図１（ｂ）には、本実施形態に係る内管１１と、外管２１との接続様式、および外管２１の封止を例示している。

図１（ｂ）に表したように、紫外線ランプ１１０において、外管２１は、外管封止部２１ｃ、２１ｄを有している。外管封止部２１ｃ、２１ｄは、内管１１の封止部１４ａ、１４ｂから延びて形成されたフレア部１５ａ、１５ａ、１５ｂ、１５ｂと、外管２１とが封止されることにより形成される。

空間３０にはネオンガス、アルゴンガス、窒素ガスのいずれか、または二種以上の混合ガスが９７．１ｋＰａ以上封入される。なお、空間３０に封入されるガスは、熱伝導率が０．０１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましい。

外部リード線３１ａ、３１ａは、外管２１内に設けられた内管１１に、紫外線ランプ１１０の外部から電力を供給する。外部リード線３１ａ、３１ａの一端は、金属箔１９ａ、１９ａと接続される。外部リード線３１ａ、３１ａの他端は、外管２１の外側に露出している。外部リード線３１ａ、３１ａには、例えば、モリブデンが用いられる。

このように、本実施形態に係る紫外線ランプ１１０は、２重管構造を有する。２重管構造においては、内管となる発光管１０の外側に外管２１が設けられる。発光管１０の放電空間以外の位置に、蛍光体層２０が設けられる。そして、内管１１の周囲は、例えば、ネオンガスなどで密閉される。

紫外線ランプは、例えば、液晶パネルの製造工程において用いられる。製造工程中の硬化工程において、紫外線ランプから出射する光（例えば紫外線）が、加工体に照射される。この光の照度は、例えば１ｍＪ以上１０，０００ｍＪ以下であり、光の波長（例えば、ピーク波長）は、例えば、３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。このような紫外線を、液晶パネルに含まれる部材となる材料、例えば紫外線硬化樹脂や重合開始剤に照射して、材料を硬化させたり、分子を重合させたりすることで、液晶パネルが製造される。

ここで、熱陰極紫外線ランプ１１０の内管１１は、その内径が１３〜１７ｍｍであることが望ましい。これは、単位長さあたりのランプ入力密度（Ｗ／ｃｍ）を０．５〜４の範囲で発光管１０を点灯させるときに、内管１１の内径が１３〜１７ｍｍの範囲にあると、水銀の蒸気圧を、所望の範囲におさめることができ、紫外線の発光強度を適切に保つことができるためである。

また、熱陰極紫外線ランプ１１０の単位長さあたりの入力密度（Ｗ／ｃｍ）は、０．５〜４の範囲であることが望ましい。単位長さあたりの入力密度が０．５Ｗ／ｃｍを下回ると、紫外線照度が低下するため、好ましくない。一方、単位長さあたりの入力密度が４Ｗ／ｃｍを上回ると、発光管１０を点灯させたときに発光管１０内に生じる陽光柱（図示しない）からの輻射熱が多くなり、中に封入する水銀の蒸気圧のコントロールが困難となるため、好ましくない。よって、単位長さあたりの入力密度は、０．５〜４Ｗ／ｃｍであることが望ましい。なお、ここでいう「単位長さあたりのランプ入力密度（Ｗ／ｃｍ）とは、熱陰極紫外線ランプ１１０に投入されるランプ電力（Ｗ）を、熱陰極紫外線ランプ１１０における第１の電極１４ａから第２の電極１４ｂまでの長さ、すなわち、電極間距離（ｃｍ）で除した値である。

また、水銀は、アマルガムとして封入されることが望ましい。本実施形態に係る紫外線ランプを提供するために、ランプ入力密度が０．５〜４Ｗ／ｃｍの条件を満たすよう水銀単体を封入しようとしても、発光管に電力を供給した際に形成される陽光柱からの輻射熱の影響で、水銀の蒸気圧が所望の範囲を大幅に上回ってしまい、水銀の蒸気圧を制御することが困難である。そのため、水銀単体よりも蒸気圧を下げることが可能なアマルガムで存在することが望ましい。

ここで、一般照明に用いられる蛍光ランプと同じように、発光管の放電空間内に蛍光体層を設ける参考例と比較する。本実施形態の紫外線ランプと、参考例の紫外線ランプとを１Ａで点灯したときにおいては、蛍光体層の特性が劣化し易いことが分かった。その理由は、本実施形態と参考例との適切な電流値が異なるためである。参考例の適切な電流値は０．８Ａ程度である。一方、本実施形態の適切な電流値は１〜４Ａである。電流値が上昇すれば、放電空間の温度が上昇するため例えば、加えられる温度により蛍光体劣化する。また、放電空間の温度が上昇するため、励起状態の水銀または希ガス元素が蛍光体へより衝突しやすくなり蛍光体が劣化し、蛍光体における変換効率が低下する。これらの要因により、参考例においては、照度が低下し、照度の維持が困難である。

このような紫外線を出射する紫外線ランプとして、一般照明用途の熱陰極蛍光ランプに用いられる、バルブ内面に塗布される蛍光体を、２８０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長範囲で発光する蛍光体（ＵＶ蛍光体）に変更する構成がある。しかしながら、この構成においては、蛍光体が一般照明用の蛍光体に比べて劣化し易いことが、発明者の検討により判明した。

本実施形態においては、発光管１０の放電空間１２と、蛍光体層２０と、を離間させる。これにより、蛍光体層２０における劣化が抑制でき、照度の維持率が高い。

また、発明者が種々の検討を行った結果、内管１１を、封止部１４ａ、１４ｂより延びて形成したフレア部１５ａ、１５ａ、１５ｂ、１５ｂを介して外管２１と封止することにより、周方向の照度分布の不均一を抑制できることが判明した。その理由として、内管１１と外管２１との封止を、フレア部１５ａ、１５ａ、１５ｂ、１５ｂを介して行うことにより、内管１１と外管２１の長手方向中心軸の偏心を抑制することができるためである。

内管１１から放出された第１の紫外線は内管１１長手方向断面において周方向に一様に分布し、外管２１に設けられた蛍光体層２０に照射される。このとき、内管１１が偏心して外管２１に封止されていると、内管１１から放出された第１の紫外線が内管１１長手方向断面において周方向に一様に分布していても、蛍光体層２０に照射される第１の紫外線の分布が一様でなくなる。このため、蛍光体層２０から放出される第２の紫外線も長手方向断面における周方向の照度分布が一様でなくなる。このため、紫外線ランプ１１０の長手方向断面における周方向の照度分布が一様でなくなる。

一方、内管１１と外管２１とを、内管１１の封止部１４ａ、１４ｂより延びて形成されたフレア部１５ａ、１５ａ、１５ｂ、１５ｂを介して封止することで、内管１１と外管２１の長手方向中心軸の偏心を抑制することができ、上記不具合を抑制することができる。

また、アマルガム１３は、特に水銀−スズ−インジウム−チタンのアマルガムにおける水銀の重量％（ｗｔ％）は０．０３〜３．０の範囲であることが望ましく、特に０．３ｗｔ％が最もよい。水銀−スズ−インジウム−チタンのアマルガムにおいて水銀が０．３ｗｔ％であると最も紫外線照度が高く、０．０３〜３ｗｔ％の範囲では０．５ｗｔ％のときの紫外線照度と比較して９０％の相対照度値が得られるためである。なお、ランプ内管に含まれるアマルガムの組成は、例えば熱陰極紫外線ランプを液体窒素で冷却し、十分な時間を経た後に破壊しアマルガムを取り出し、アマルガムを硝酸に溶かして、アマルガムが溶けた硝酸溶液をＩＣＰ（発光分光分析装置）にて定量分析を行うことで、決定することができる。アマルガムにおける水銀の封入量を０．０３〜３ｗｔ％とすることで、更に紫外線ランプの長手方向断面における周方向の照度分布の不均一を抑制することができる。

アマルガム１３は、図１（ａ）に表したように、紫外線ランプ１１０において、発光管１０の内管１１に設けている。また、アマルガム１３は、内管１１と化学的な相互作用により結合している。これは、アマルガム１３中に含まれるチタンが影響している。アマルガム１３中に含まれるチタンは、内管１１を構成する石英ガラス（ＳｉＯ_２）と化学的に相互作用しやすいため、化学的に弱く結合している。つまり、アマルガム１３は、内管１１と接合している。一般に、熱陰極ランプにおいて、アマルガム１３は最冷部に設けられることが多いが、本実施形態のような二重管の熱陰極ランプでは、外管の中に設ける内管に最冷部を意図して設けることは困難である。内管より枝分かれして最冷部を設けると、外管との封止が困難となる。また、一重管にアマルガム１３を設けるときと異なり、二重管の内管にアマルガム１３を設けると、内管は外部からの温度の影響を受けにくくなり、局所的に内管の一部を冷却することが困難となる。よって、最冷部を意図的に設けることが困難である。また、内管と相互作用しやすいチタンなどの金属をアマルガム１３に入れないと、アマルガム１３は内管で自由に移動することができ、特に移動の衝撃などによりアマルガム１３が分散する。アマルガム１３が分散すると、ランプ点灯時に水銀蒸気圧の差異による紫外線強度がばらつくため、好ましくない。よって、アマルガム１３には内管と相互しやすいチタンなどを封入することが好ましい。また、アマルガム１３におけるチタンの重量％（ｗｔ％）は、１〜１０ｗｔ％であることが望ましい。アマルガム１３におけるチタンの重量％が１．０を下回ると、アマルガム１３が内管１１と結合する力が弱まり、アマルガム１３が自由に移動してしまうためである。一方、アマルガム１３におけるチタンの重量が１０を上回ると、アマルガム１３自体の融点が高くなるため、水銀蒸気が放電空間１２へ放出される量が少なくなり、水銀蒸気圧が低下し、紫外線照度が低下してしまうためである。なお、アマルガム１３に含まれる金属はチタンに限定されず、内管１２の石英ガラスと弱い相互作用をする金属元素であればどのようなものでもよく、例えば、アルミニウムやケイ素でもよい。アマルガム１３に含まれる金属がアルミニウムの場合はアマルガム１３における重量％（ｗｔ％）が０．５〜３の範囲であることが望ましく、ケイ素の場合はアマルガム１３における重量％（ｗｔ％）が２〜１２の範囲であることが望ましい。

また、アマルガム１３に、インジウム、スズ、ビスマス、亜鉛のいずれか一を含むことにより、アマルガム１３に含まれる水銀の蒸気圧を制御することができるため、紫外線ランプの長手方向断面における周方向の照度分布の不均一を抑制することができる。

また、空間３０にはネオンガス、アルゴンガス、窒素ガスのいずれか、または二種以上の混合ガスが９７．１ｋＰａ以上封入される。なお、空間３０に封入されるガスは、熱伝導率が０．０１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましい。空間３０に封入されるガスの熱伝導率が０．０１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であると、発光管１０から放出される熱が空間３０内にこもってしまい、発光管１０の温度が過剰に上昇する。発光管１０の温度が過剰に上昇すると、発光管１０の内部に封入されたアマルガム１３から放出される水銀の蒸気圧が過剰に上昇してしまい、水銀自身による紫外線の自己吸収が生じるため、照度が低下してしまう。このため、空間３０に封入されるガスの熱伝導率は、０．０１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましい。ただし、空間３０に封入されるガスの熱伝導率が０．０１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であっても、例えば、ヘリウムのように、原子半径の小さなものは、ガスが発光管１０に侵入するため、好ましくない。そのため、空間３０に封入されるガスは、ネオン、アルゴン、窒素のいずれか、または二種以上の混合ガスが充填されていることが望ましい。また、空間３０に封入されるガスの圧力は、９７．１ｋＰａ（７３０ｔｏｒｒ）以上であることが望ましい。空間３０に封入されるガスの圧力が９７．１ｋＰａ未満であると、発光管１０から放出される熱が空間３０内にこもってしまい、発光管１０の温度が過剰に上昇する。発光管１０の温度が過剰に上昇すると、発光管１０の内部に封入されたアマルガム１３から放出される水銀の蒸気圧が過剰に上昇してしまい、水銀自身による紫外線の自己吸収が生じるため、照度が低下してしまう。このため、空間３０に封入されるガスの圧力は、９７．１ｋＰａ（７３０ｔｏｒｒ）以上であることが望ましい。なお、好ましくは、空間３０に封入されるガスがネオンの場合は９７．１ｋＰａ（７３０ｔｏｒｒ）以上１１１ｋＰａ（８３３ｔｏｒｒ）以下、アルゴンの場合は９７．１ｋＰａ（７３０ｔｏｒｒ）以上１１１ｋＰａ（８３３ｔｏｒｒ）以下、窒素の場合は９９．８ｋＰａ（７５０ｔｏｒｒ）以上１１１ｋＰａ（８３３ｔｏｒｒ）以下であることが望ましい。空間３０にネオンガス、アルゴンガス、窒素ガスのいずれか、または二種以上の混合ガスが９７．１ｋＰａ（７３０ｔｏｒｒ）以上封入されることで、紫外線ランプの長手方向断面における周方向の照度分布の不均一を抑制した紫外線ランプを提供することができる。

本実施形態によれば、長手方向断面における周方向の照度分布の不均一を抑制した紫外線ランプを提供することができる。

さらに、一般照明用途の熱陰極蛍光ランプにおいては、ランプの管の材料として、例えば、ソーダ石灰ガラスまたはいわゆる鉛フリーの軟質ガラスが用いられる。これらの材料における３００ｎｍの波長の光に対する透過率は低い。このため、一般照明用途の熱陰極蛍光ランプに用いられる蛍光体をＵＶ蛍光体に変更する構成においては、得られる紫外線の照度が低い。照度が低いと、例えば、上記の製造工程において硬化のための時間が長くなり、生産性が低い。

本実施形態に係る紫外線ランプ１１０においては、外管２１として紫外線に対する透過率が高い材料（例えば石英）を用いることで、高い照度が得られる。これにより、製造工程における生産性は高い。

なお、外管２１に用いる材料は石英に限定されない。例えば、ソーダ石灰ガラスまたはいわゆる鉛フリーの軟質ガラスを用いてもよい。要は蛍光体層２０により変換された光を透過する材料であればどのような材料を用いてもよい。

ここで、実施形態に係る紫外線ランプ１１０と、フレア部１５ａ、１５ａ、１５ｂ、１５ｂを設けずに制作した紫外線ランプ５００（外管封止部の拡大図を図３に示す）の、長手方向断面における周方向の照度分布について比較した結果を図４に示す。なお、以下に示す比較結果を得るための測定では、照度計としてＯＲＣ製紫外線照度計ＵＶ−Ｍ０３Ａを用い、紫外線ランプ１１０、５００の中心から３０ｍｍ離間した位置で、紫外線ランプ１１０、５００の鉛直上を０°と定義して時計回りに４５°ずつ測定した照度をプロットし、それぞれの紫外線ランプ１１０、５００の照度の最大値を１００%として規格化した。また、詳細な仕様は以下のとおりである。

実施形態に係る紫外線ランプ１１０：内径１７ｍｍ、内管１１の長さ：５００ｍｍ、紫外線ランプ１１０全体長さ６００ｍｍ。

従来品である紫外線ランプ５００：内径１７ｍｍ、内管５１の長さ：３００ｍｍ、内管１１と外管封止部２１の構成：外管封止部２１ｃは、外管２１と、ステム２２ｃとが封止されることにより封止され、ステム２２ｃは、封止部２４ｃと、フレア部２６ｃを有する。封止部２４ｃは、ピンチシール構造を有している。フレア部２６ｃは、外管２１とステム２２ｃとの封止部（封着部）である。外管封止部２１ｃにおいては、内管１１の内部リード線２７ａ、２７ａの端（金属箔１９ａ、１９ａと接続されていない側の端）と、外管金属箔２８ａ、２８ａと、外部リード線３１ａ、３１ａと、が設けられている。外管金属箔２８ａ、２８ａは、封止部２４ｃに埋設され、封止されることにより、外管２１の内部を気密に保つ。また、外管金属箔２８ａ、２８ａにより、外管２１の内部と外部との電気的接続を得る。外管金属箔２８ａ、２８ａには、例えば、モリブデンが用いられる。

図４から明らかである通り、フレア部１５ａ、１５ａ、１５ｂ、１５ｂを設けて制作した紫外線ランプ１１０の方が、フレア部１５ａ、１５ａ、１５ｂ、１５ｂを設けずに制作した紫外線ランプ５００よりも、長手方向断面における周方向の照度分布が一様である。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る紫外線ランプを例示する模式的断面図である。

図５に表したように、本実施形態に係る紫外線ランプ１２０においては、発光管１０の内管１１は、Ｕ字状である。すなわち、内管１１は、第１部分１１ａと、第２部分１１ｂと、第３部分１１ｃと、を含む。第１部分１１ａ及び第２部分１１ｂは、第１方向に沿って延びる。第２部分１１ｂは、第１方向に対して交差（この例では直交）する第２方向に沿って、第１部分１１ａと並ぶ。第３部分１１ｃは、第１部分１１ａの一端と、第２部分１１ｂの一端と、を接続する。この例では、第１部分１１ａの他端に、第１電極１６ａが設けられる、第２部分１１ｂの他端に、第２電極１６ｂが設けられる。

第３部分１１ｃは、内管１１の折り曲げ部となる。このように、実施形態において、内管１１に折り曲げ部が設けられても良い。折り曲げ部の数は、１でも良く、２以上でも良い。例えば、内管１１は、Ｓ字形状や、Ｗ字形状を有しても良い。このように、内管１１に折り曲げ部を設けることにより、複数灯の紫外線ランプを用いなくても、より広範囲に紫外線を照射することが可能となる。

本実施形態においても、長手方向断面における周方向の照度分布の不均一を抑制した紫外線ランプを提供することできる。

本実施形態に係る構成は、第１の実施形態に係る紫外線ランプ及びその変形に適用しても良い。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る紫外線ランプを例示する模式図である。

図６に表したように、本実施形態に係る紫外線ランプ１３０においては、複数の発光管１０が設けられる。複数の発光管１０のそれぞれが、１つの方向に延びる形状を有している場合、複数の発光管１０のそれぞれの延びる方向は、例えば、互いに平行に設定できる。複数の発光管１０の少なくとも２つにおける伸びる方向が、互いに交差しても良い。このように、複数の発光管１０を設けることにより、紫外線ランプに用いられる発光管の光量が小さくても、発光管１０を複数用いることで、紫外線ランプとしての光量を増大することが可能となる。

本実施形態においても、長手方向断面における周方向の照度分布の不均一を抑制した紫外線ランプを提供することができる。

本実施形態に係る構成は、第１及び第２の実施形態に係る紫外線ランプ及びその変形に適用しても良い。

なお、紫外線ランプ１１０、１２０、１３０は、外管２１の一端から給電される、いわゆる片側給電の紫外線ランプであってもよい。片側給電の構造を採用することにより、紫外線ランプに電力を供給する際に、紫外線ランプの一方に電力供給手段をまとめることができ、紫外線ランプ長手方向のスペースを短くすることが可能となる。

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、紫外線ランプ及び照射装置に含まれる発光管、水銀含有部、管部、電極、蛍光体層、導電層、コバール導電層、ガラス板、筐体及び反射層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した紫外線ランプ及び照射装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての紫外線ランプ及び照射装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１０…発光管、
１１…バルブ、
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…第１、第２、第３部分、
１２…放電空間、
１３…アマルガム、
１４ａ、１４ｂ…封止部、
１５ａ、１５ｂ…フレア部、
１６ａ…第１電極、
１６ｂ…第２電極、
１７ａ、１７ｂ…フィラメント、
１８ａ、１８ｂ…内部リード線、
１９ａ、１９ｂ…金属箔、
２０…蛍光体層、
２１…外管、
２１ｃ、２１ｄ…外部封止部、
３０…空間、
３１ａ、３１ｂ…外部リード線、
１１０、１２０、１３０…紫外線ランプ

Claims

内径が１３〜１７ｍｍで、内部に放電空間が設けられるように両端が封止された内管と、前記放電空間の両端に設けられた一対の電極と、前記放電空間に封入された水銀を含むアマルガムと、前記両端から延びて形成されたフレア部と、を有し、第１の紫外光を放射する発光管と；
前記発光管と空間を介して設けられ、前記フレア部と接続され、前記第１の紫外光が照射され、前記第１の紫外光よりも波長の長い第２の紫外光を放出する蛍光体層と、を有する外管と；
を備え、単位長さあたりのランプ入力密度が０．５〜４Ｗ／ｃｍであり、
前記発光管と前記外管との間に設けられる空間にガスが封入され、前記ガスは、ネオン、アルゴン、窒素のいずれか、または二種以上の混合ガスであり、前記空間に前記ガスが９７．１ｋＰａ以上封入される紫外線ランプ。
前記アマルガムにおける前記水銀の封入量は０．０３〜３ｗｔ％である請求項１記載の紫外線ランプ。
前記アマルガムには、チタン、インジウム、スズ、ビスマス、亜鉛のいずれか一を含む請求項１または２記載の紫外線ランプ。