放电灯及紫外线照射装置的制作方法

本实用新型的实施方式涉及一种放电灯及紫外线照射装置。

背景技术：

以往，例如已知有一种高电压的放电灯作为大型船舶中的压载水处理用的杀菌用光源。

专利文献1：日本特开2009-259790号公报

近年来，放电灯的投入电力呈增加趋势。若投入电力的增加，则电极的温度会升高，由此发光管的黑化得到促进，会导致紫外线照度下降，有可能会无法满足所需的灯寿命。并且，若加大电极(具体而言加粗电极轴)以降低电极温度，则电弧斑点的形成变得不稳定，有可能会产生闪烁。而且，在高频点亮放电灯的情况下，电极表面上的电弧斑点的移动变得容易。如此，在提高紫外线照度维持率和提高放电稳定性方面存在改进的空间。

技术实现要素：

本实用新型要解决的问题在于提供一种能够提高紫外线照度维持率和放电的稳定性的放电灯及紫外线照射装置。

实施方式所涉及的放电灯具备发光管及电极。所述电极设置在所述发光管的内部。所述电极具有：电极轴，其一端设置在发光管的内部；线圈，其以缠绕在电极轴的一端侧的方式设置。在放电灯得到供电的情况下，电流密度(电流密度表示电流与该电极轴的截面积之比)满足1.91A/mm²以上且3.67A/mm²以下。

根据本实用新型，能够提高紫外线照度维持率和放电的稳定性。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的放电灯的图。

图2是表示实施方式所涉及的电极轴直径、电极轴截面积、电流以及放电灯的各种特性之间的关系的图。

图3是表示实施方式所涉及的照度维持率与点亮时间之间的关系的图。

图中：1-放电灯、2-发光管、2a-密封部、3-电极、4-灯头部件、5-引线、6-导线、7-金属箔、31-电极轴、32-线圈、100-点灯装置。

具体实施方式

以下说明的实施方式所涉及的放电灯1具备发光管2及一对电极3。一对电极3设置在发光管2的内部。电极3具有：电极轴31及线圈32。电极轴31的一端设置在发光管2的内部。线圈32以缠绕在电极轴31的一端侧的方式设置。在电力供给到放电灯1从而在一对电极3、3之间产生了放电的情况下，电流密度(电流密度表示电流与电极轴31的截面积之比)满足1.91A/mm²以上且3.67A/mm²以下。

并且，在以下说明的实施方式所涉及的放电灯1中，基于放电的电极3的最高温度为2500K以上且3600K以下。

并且，以下说明的实施方式所涉及的放电灯1的点灯频率为1kHz以上且200kHz以下。

并且，以下说明的紫外线照射装置具备放电灯1及点灯装置100。点灯装置100向放电灯1供电。

以下，参照附图对实施方式所涉及的放电灯及紫外线照射装置进行说明。在实施方式中，对同一部位标注相同的符号，并省略重复说明。

(实施方式)

首先，参照图1对实施方式所涉及的放电灯1的结构例进行说明。图1是实施方式所涉及的放电灯1的剖视图。

图1所示的放电灯1例如用作大型船舶等的压载水处理用的杀菌用光源。另外，放电灯1并不只限于压载水处理用的杀菌用光源，例如也可以是在半导体曝光工序、紫外线固化型油墨或紫外线固化涂料的干燥工序、紫外线固化型树脂的固化工序等需要通过紫外线进行光化学反应的工序中使用的光源。

并且，放电灯1例如为水银灯或金属卤化物灯等所谓的高强度气体放电灯(HID：High Intensity Discharge lamp)。如图1所示，实施方式所涉及的放电灯1具备发光管2、电极3、灯头部件4及引线5。

发光管2由具有透光性的石英玻璃形成为圆筒状，在其内部具有空间，在该空间内设置有后述的一对电极3的一端。所述空间内封入有氩气及氙气等惰性气体、以及汞。并且，在所述空间内除了封入有惰性气体或汞之外，还可以封入有铁、锡、碘等金属卤化物。

并且，在发光管2的两端部例如形成有圆柱状的密封部2a。密封部2a中埋设并密封有电极3(电极轴31)的另一端的一部分、导线6的一部分以及金属箔7。导线6将后述的引线5与金属箔7电连接。金属箔7由钼等形成。

一对电极3以彼此相向的方式设置在发光管2的两端。电极3具有电极轴31及线圈32。

电极轴31例如是含有钨的金属部件，电极轴31的一端配置在发光管2的空间内，另一端与金属箔7连接并且埋设在密封部2a中。并且，在电极轴31的另一端套有用于保持电极轴31的保持管8。

线圈32缠绕在发光管2内的电极轴31的一端侧。并且，线圈32以使电极轴31的一端暴露的状态缠绕在电极轴31上。由此，若对一对电极3供电，则在电极轴31的端部彼此之间产生放电。

灯头部件4例如形成为有底圆筒状，并且，例如通过向灯头部件4的内部填充粘接部件，从而使灯头部件4与发光管2的密封部2a接合在一起。引线5连接灯头部件4的外部和内部。具体而言，引线5的配置在灯头部件4的内部的一端例如经由通过焊接而形成的连接部4a与导线6连接，并且其另一端与点灯装置100连接。

点灯装置100向放电灯1供电，具体而言，点灯装置100向一对电极3供电。具体而言，点灯装置100与未图示的电源连接，并将所述电源所供给的交流电流经由引线5供给至放电灯1的电极3。

因此，未图示的紫外线照射装置包括：放电灯1、用于向放电灯供电的点灯装置100。

通过从点灯装置100供给过来的交流电力，放电灯1的电极3的极性按照一定周期转换。即，从点灯装置100供给到放电灯1的交流电力的频率成为放电灯1的点灯频率。例如，放电灯1的点灯频率为1kHz以上且200kHz以下。

然而，近年来，放电灯的投入电力呈增加趋势。若投入电力增加，则电极轴的温度会升高，由此发光管的黑化得到促进，会导致紫外线照度下降，有可能会无法满足所需的灯寿命。

尤其，在船舶等中，放电灯的更换频率取决于船舶的检修时机，因此要求长期保证放电灯的质量。而且，若加粗电极轴以降低电极温度，则电弧斑点的形成变得不稳定，有可能会产生闪烁。而且，在高频点亮放电灯的情况下，基于集肤效应，电极表面的电流密度会随着放电灯的点灯频率的增高而增大，因此电极表面的温度会升高，电极表面上的电弧斑点的移动变得容易。如此，在提高紫外线照度维持率和提高放电稳定性方面存在改进的空间。

对此，在实施方式所涉及的放电灯1中，以使电流密度(电流密度表示电流与电极轴31的截面积之比)满足1.91A/mm²以上且3.67A/mm²以下的方式设计电极3。以下，参照图2及图3对放电灯1进行详细说明。

首先，参照图2中(a)及(b)，对电极轴直径、电极轴截面积及各种电流的组合中的放电灯1的黑化和闪烁的实验结果进行说明。

图2中(a)是表示实施方式所涉及的电极轴直径、电极轴截面积、电流及放电灯的黑化之间的关系的图。图2中(b)是表示实施方式所涉及的电极轴直径、电极轴截面积、电流及放电灯中产生的闪烁之间的关系的图。另外，这里的电极轴截面积是指电极轴31的与其延伸方向垂直的平面上的截面的面积，若将电极轴截面积设为S且将电极轴31的半径设为r，则S＝πr²。并且，黑化是指：随着放电引起的温度升高，构成电极31的物质(主要为钨)飞散而附着到发光管2的现象。

图2中(a)示出了用三个等级对点亮5000小时后的放电灯1的黑化状态进行评价的结果。“○”表示几乎没有黑化的状态，“△”表示一部分黑化的状态，“×”表示显著黑化的状态。

并且，图2中(b)示出了用三个等级对放电灯1的闪烁状态进行评价的结果。“○”表示几乎没有产生闪烁的状态，“△”表示产生少许闪烁的状态，“×”表示频繁产生闪烁的状态。并且，以下说明的电流密度可以通过电流(A)/电极轴截面积(mm²)来计算出。

如图2中(a)及(b)所示，当电极轴直径为1.5mm而电极轴截面积为1.77mm²时，在电流为3A～9A的范围内，得到了放电灯1没有产生黑化且没有产生闪烁的良好结果。另外，此时的电流密度成为1.70～5.09。

并且，当电极轴直径为2.0mm而电极轴截面积为3.14mm²时，在电流为6A～12A的范围内，得到了放电灯1没有产生黑化且没有产生闪烁的良好结果。另外，此时的电流密度成为1.91～3.82。

并且，当电极轴直径为2.5mm而电极轴截面积为4.91mm²时，在电流为9A～18A的范围内，得到了放电灯1没有产生黑化且没有产生闪烁的良好结果。另外，此时的电流密度成为1.83～3.67。

接下来，参照图2中(c)，对实施方式所涉及的电极轴的最高温度进行说明。图2中(c)是表示实施方式所涉及的电极轴直径、电极轴截面积、电流最佳范围、电流密度范围及最高温度之间的关系的图。

电流最佳范围是在图2中(a)及(b)的结果中均为“○”时的电流的范围。电流密度范围是电流最佳范围中的电流密度的范围。最高温度是用红外热像仪(thermotracer)(制造商：InfraTec，型号：ImageIR 8300，放射率：0.3(金属))测量的放电灯1点亮时的电极3的温度(最高温度点：电弧斑点)。

如图2中(c)所示，在电极轴直径为1.5mm而电极轴截面积为1.77mm²时，若流有电流最佳范围3A～9A中的电流，则电流密度范围成为1.70～5.09，最高温度成为2300K～3900K。

并且，在电极轴直径为2.0mm而电极轴截面积为3.14mm²时，若流有电流最佳范围6A～12A中的电流，则电流密度范围成为1.91～3.82，最高温度成为2500K～3700K。

并且，在电极轴直径为2.5mm而电极轴截面积为4.91mm²时，若流有电流最佳范围9A～18A中的电流，则电流密度范围成为1.83～3.67，最高温度成为2400K～3600K。

而且，在将放电灯1用作上述压载水处理用的杀菌用光源的情况下，若最高温度低于2500K，则可能会导致杀菌不够充分，若温度超过3600K，则可能会导致灯寿命下降。

即，在实施方式所涉及的放电灯1中，电极轴31的电流密度优选落入1.91～3.67的范围内。因此，根据实施方式所涉及的放电灯1，能够防止放电引起的黑化及闪烁，从而能够提高放电的稳定性。

而且，通过将实施方式所涉及的放电灯1的最高温度设为2500K以上且3600K以下，能够防止放电灯1的杀菌不够充分，同时能够延长使用寿命。

接下来，参照图3对放电灯1的照度维持率与点亮时间之间的关系进行说明。图3是表示实施方式所涉及的照度维持率与点亮时间之间的关系的图。

在图3中，纵轴表示254nm波长的照度维持率，横轴表示放电灯1的点亮时间。在图3中，放电灯1在电极轴直径为2.0mm、电极轴截面积为3.14mm²、电流为10A、电流密度为3.18A/mm²的状态下进行放电。

并且，在图3中还示出了以往例的放电灯在电极轴直径为1.5mm、电极轴截面积为1.77mm²、电流为10A、电流密度为5.65A/mm²的状态下进行放电的结果作为比较对象。即，图3所示的“实施例”满足1.91～3.67的电流密度范围，“以往例”则不满足1.91～3.67的电流密度范围。

如图3所示，在“以往例”中，点亮5000小时后，254nm照度维持率下降65％。即，在“以往例”中，点亮5000小时后，未能满足所要求的灯寿命。

另一方面，在“实施例”中，点亮5000小时后，254nm照度维持率维持在80％以上。即，在“实施例”中，点亮5000小时后，能够满足所要求的灯寿命。

如此，在实施方式所涉及的放电灯1中，由于电极轴31的电流密度满足1.91～3.67的范围，因此能够实现点亮时间为5000小时以上的灯寿命。

如上所述，实施方式所涉及的放电灯1具备发光管2及电极轴31。电极轴31在发光管2内进行放电。并且，在规定值的电流供给到电极轴31的情况下，电流密度(电流密度表示电流与电极轴31的截面积之比)满足1.91A/mm²以上且3.67A/mm²以下。由此，能够提高放电灯1的放电的稳定性。

以上，对本实用新型的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式只是举例说明，并没有限定实用新型范围的意图。这些实施方式能够以其它各种方式实施，在不脱离本实用新型宗旨的范围内，可进行各种省略、置换、变更等。这些实施方式或其变形均属于本实用新型的范围或宗旨内，并且也包含在技术方案中记载的实用新型及其等同的范围内。