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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-06
(45)【発行日】2024-11-14
(54)【発明の名称】低圧放電ランプ、および紫外線照射装置
(51)【国際特許分類】
H01J 61/28 20060101AFI20241107BHJP
H01J 61/52 20060101ALI20241107BHJP
【ＦＩ】
H01J61/28 L
H01J61/52 L
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2021062654
(22)【出願日】2021-04-01
(65)【公開番号】P2022158039
(43)【公開日】2022-10-14
【審査請求日】2024-02-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000003757
【氏名又は名称】東芝ライテック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100146592
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 浩
(74)【代理人】
【氏名又は名称】白井 達哲
(74)【代理人】
【識別番号】100176751
【弁理士】
【氏名又は名称】星野 耕平
(72)【発明者】
【氏名】山田 一輝
(72)【発明者】
【氏名】松本 卓馬
(72)【発明者】
【氏名】峯山 智行
【審査官】右▲高▼ 孝幸
(56)【参考文献】
【文献】特開平０８－１４８１２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－２６０５４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２１５７７２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ６１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
希ガスと水銀、または、前記希ガスとアマルガム、が封入された放電空間を有するバルブと；前記バルブの両側の端部のそれぞれに設けられた電極部と；
を具備し、
前記電極部のそれぞれは、
前記バルブの内部に設けられ、一方の端部が前記バルブの端部に溶着されたステムと；
前記ステムの、溶着側とは反対側の端部に設けられた電極と；
を有し、
前記水銀の一部、または、前記アマルガムの一部が、
前記ステムの溶着側の端部の周辺から外部に向けて突出する第１の捕捉空間、および、
前記ステムの側面と、前記バルブの内壁との間に設けられた第２の捕捉空間、の少なくともいずれかに捕捉され、
前記バルブは、発光管と、前記発光管の両側の端部のそれぞれに設けられた封止管と、を有し、
前記封止管の、前記発光管側とは反対側の端部には、前記ステムが溶着され、
前記発光管の内径は、前記封止管の内径よりも小さい低圧放電ランプ。
【請求項2】
前記バルブの外部に設けられた温度制御部をさらに具備した請求項１記載の低圧放電ランプ。
【請求項3】
前記バルブの内壁には、電子放出物質を含む膜が設けられている請求項１または２に記載の低圧放電ランプ。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか１つに記載の低圧放電ランプを具備した紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、低圧放電ランプ、および紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
紫外線を照射する低圧放電ランプがある。この様な低圧放電ランプは、例えば、半導体デバイスの製造に用いられる超純水の生成、有機材料の表面改質や洗浄などに用いられている。
【0003】
一般的に、低圧放電ランプの発光管の内部空間には、水銀と、アルゴンなどの希ガスと、が封入される。この様な低圧放電ランプは、低圧水銀ランプとも称される。低圧放電ランプにおいては、発光管の最冷部の温度が約４０℃の時に紫外線の出力が最大になる。例えば、低圧放電ランプの周囲温度が低温（例えば、０℃）となった場合には、最冷部の温度が低くなり過ぎる場合がある。この様な場合には、発光管の内部において水銀が十分に蒸気化されず、紫外線の出力が低下する。逆に、低圧放電ランプの周囲温度が高温（例えば、５０℃）となった場合には、最冷部の温度が高くなり過ぎる場合がある。この様な場合には、発光管の内部において水銀が過剰に蒸気化して、水銀の自己吸収作用により紫外線の出力が低下する。
【0004】
そこで、発光管に冷却装置を設ける技術が提案されている。冷却装置が設けられていれば、低圧放電ランプの周囲温度が変化しても、発光管の最冷部の温度が適切な範囲となるようにすることができる。ところが、低圧放電ランプの輸送などの際に、低圧放電ランプに振動が加わると、発光管の内部にある水銀が、冷却装置が設けられている位置（最冷部の位置）から移動してしまう場合がある。この場合、発光管の内部に封入されている水銀は、発光管の高温部分から低温部分へ移動する性質を有している。そのため、低圧放電ランプを点灯させれば、冷却装置が設けられている位置から移動した水銀が、冷却装置が設けられている位置に戻ってくる。しかしながら、低圧放電ランプの始動後、水銀が冷却装置が設けられている位置に戻り、集積するまでには、比較的長い予備点灯時間が必要となる。
そこで、始動性の向上を図ることができる技術の開発が望まれていた。
そこで、始動性の向上を図ることができる技術の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００９－２６６７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、始動性の向上を図ることができる低圧放電ランプ、および紫外線照射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態に係る低圧放電ランプは、希ガスと水銀、または、前記希ガスとアマルガム、が封入された放電空間を有するバルブと；前記バルブの両側の端部のそれぞれに設けられた電極部と；を具備している。前記電極部のそれぞれは、前記バルブの内部に設けられ、一方の端部が前記バルブの端部に溶着されたステムと；前記ステムの、溶着側とは反対側の端部に設けられた電極と；を有している。前記水銀の一部、または、前記アマルガムの一部が、前記ステムの溶着側の端部の周辺から外部に向けて突出する第１の捕捉空間、および、前記ステムの側面と、前記バルブの内壁との間に設けられた第２の捕捉空間、の少なくともいずれかに捕捉されている。前記バルブは、発光管と、前記発光管の両側の端部のそれぞれに設けられた封止管と、を有している。前記封止管の、前記発光管側とは反対側の端部には、前記ステムが溶着されている。前記発光管の内径は、前記封止管の内径よりも小さい。
【発明の効果】
【0008】
本発明の実施形態によれば、始動性の向上を図ることができる低圧放電ランプ、および紫外線照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本実施形態に係る低圧放電ランプを例示するための模式図である。
【図2】封止管の端部の近傍を例示するための模式断面図である。
【図3】温度制御部を例示するための模式断面図である。
【図4】他の実施形態に係る捕捉部を例示するための模式断面図である。
【図5】（ａ）、（ｂ）は、他の実施形態に係る捕捉部を例示するための模式断面図である。
【図6】捕捉空間の効果を例示するためのグラフである。
【図7】照度維持率に対する電子放出物質を含む膜の効果を例示するためのグラフである。
【図8】本実施の形態に係る紫外線照射装置を例示するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（低圧放電ランプ１）
図１は、本実施形態に係る低圧放電ランプ１を例示するための模式図である。
図１に示すように、低圧放電ランプ１は、例えば、バルブ２、電極部３、温度制御部４、および捕捉部５を有する。
（低圧放電ランプ１）
図１は、本実施形態に係る低圧放電ランプ１を例示するための模式図である。
図１に示すように、低圧放電ランプ１は、例えば、バルブ２、電極部３、温度制御部４、および捕捉部５を有する。
【0011】
バルブ２は、例えば、発光管２０、および封止管２１を有する。
発光管２０は、例えば、略Ｍ字状を呈する円筒管とすることができる。なお、発光管２０の形状は、低圧放電ランプ１の用途などに応じて適宜変更することができる。例えば、発光管２０は、略Ｕ字状や略直線状を呈するものであってもよい。発光管２０は、紫外線を透過する材料から形成される。発光管２０の材料は、例えば、石英ガラス、ソーダライムガラスなどとすることができる。石英ガラスを用いれば紫外線の透過率を向上させることができる。ソーダライムガラスを用いれば、低コスト化を図ることができる。
発光管２０は、例えば、略Ｍ字状を呈する円筒管とすることができる。なお、発光管２０の形状は、低圧放電ランプ１の用途などに応じて適宜変更することができる。例えば、発光管２０は、略Ｕ字状や略直線状を呈するものであってもよい。発光管２０は、紫外線を透過する材料から形成される。発光管２０の材料は、例えば、石英ガラス、ソーダライムガラスなどとすることができる。石英ガラスを用いれば紫外線の透過率を向上させることができる。ソーダライムガラスを用いれば、低コスト化を図ることができる。
【0012】
封止管２１は、発光管２０の両側の端部のそれぞれに設けられている。封止管２１は、例えば、略直線状を呈する円筒管とすることができる。封止管２１の材料は、発光管２０の材料と同じとすることができる。発光管２０と封止管２１は、一体に形成することができる。
【0013】
バルブ２の寸法には特に限定はない。例えば、バルブ２の外径は、１４ｍｍ～３８ｍｍ程度とすることができる。例えば、バルブ２の肉厚は、０．５ｍｍ～２．０ｍｍ程度とすることができる。例えば、バルブ２の発光長（バルブ２の一方の端部から、他方の端部までの距離）は、１８００ｍｍ程度とすることができる。
【0014】
この場合、図１に示すように、発光管２０の内径Ｂは、封止管２１の内径Ａよりも小さくすることができる。例えば、封止管２１の内径Ａを２６ｍｍとし、発光管２０の内径Ｂ２０ｍｍとすることができる。発光管２０の内径Ｂが、封止管２１の内径Ａよりも小さければ、ランプ電流の上昇を抑制することができるので、発光効率の向上を図ることができる。
【0015】
また、発光管２０の内径Ｂが、封止管２１の内径Ａよりも小さくなっていれば、最冷部（温度制御部４）の近傍にある水銀またはアマルガムが発光管２０の内部に移動するのを抑制することができる。
なお、水銀またはアマルガムの移動に関する詳細は後述する。
なお、水銀またはアマルガムの移動に関する詳細は後述する。
【0016】
バルブ２の内部空間は、放電空間となる。放電空間には、例えば、希ガスと水銀、または、希ガスとアマルガム、が封入される。アマルガムは、例えば、水銀と、ビスマス、インジウム、錫などの金属と、の合金である。水銀またはアマルガムの封入量は、例えば、１ｍｇ～３００ｍｇ程度とすることができる。
【0017】
希ガスは、例えば、アルゴン、または、アルゴンとクリプトンの混合ガスとすることができる。放電空間における２５℃の希ガスの圧力（封入圧力）は、例えば、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）以上、１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）以下とすることができる。すなわち、低圧放電ランプ１は、低圧水銀ランプである。なお、放電空間における２５℃の希ガスの圧力（封入圧力）は、気体の標準状態（ＳＡＴＰ（Standard Ambient Temperature and Pressure）：温度２５℃、１ｂａｒ）により求めることができる。
【0018】
アルゴンとクリプトンの混合ガスとする場合は、混合ガスにおけるクリプトンの分圧比を、１０％以上、９０％以下とすることが好ましい。クリプトンの分圧比が、１０％未満になると、アルゴンが枯渇した際に特性変動が大きくなるおそれがある。クリプトンの分圧比が、９０％より大きくなるとフィラメントコイル３０ａの消耗（スパッタリング）が進み、フィラメントコイル３０ａの寿命が短くなるおそれがある。
【0019】
電極部３は、一対設けられる。電極部３は、バルブ２の両側の端部のそれぞれに設けられている。電極部３は、例えば、封止管２１の、発光管２０側とは反対側の端部に設けられている。
【0020】
【0021】
電極（主電極３０、および補助電極３１）は、ステム３２の、溶着側とは反対側の端部に設けられている。
主電極３０は、例えば、フィラメントコイル３０ａ、および２つのリード３０ｂを有する。
フィラメントコイル３０ａは、封止管２１の内部に設けられている。フィラメントコイル３０ａは、例えば、線状部材を螺旋状に巻いたものとすることができる。線状部材は、例えば、タングステンや、レニューム・タングステン合金などを含む。なお、フィラメントコイル３０ａは、例えば、線状部材を巻回したコイルを二重巻にした、いわゆるダブルフィラメントコイルとすることもできるし、三重巻にした、いわゆるトリプルフィラメントコイルとすることもできる。
主電極３０は、例えば、フィラメントコイル３０ａ、および２つのリード３０ｂを有する。
フィラメントコイル３０ａは、封止管２１の内部に設けられている。フィラメントコイル３０ａは、例えば、線状部材を螺旋状に巻いたものとすることができる。線状部材は、例えば、タングステンや、レニューム・タングステン合金などを含む。なお、フィラメントコイル３０ａは、例えば、線状部材を巻回したコイルを二重巻にした、いわゆるダブルフィラメントコイルとすることもできるし、三重巻にした、いわゆるトリプルフィラメントコイルとすることもできる。
【0022】
一方のリード３０ｂは、フィラメントコイル３０ａの一方の端部と、１つのアウターリード３３とを電気的に接続する。他方のリード３０ｂは、フィラメントコイル３０ａの他方の端部と、他のアウターリード３３とを電気的に接続する。リード３０ｂは、例えば、タングステンや、レニューム・タングステン合金などを含む線状部材とすることができる。
【0023】
補助電極３１は、封止管２１の内部に設けられている。補助電極３１は、フィラメントコイル３０ａの、アウターリード３３側とは反対側に設けられている。補助電極３１は、フィラメントコイル３０ａと離隔させて設けることができる。補助電極３１は、例えば、略円筒状を呈している。補助電極３１は、例えば、線状部材を巻回して形成された密着コイルとすることができる。線状部材は、例えば、タングステンや、レニューム・タングステン合金などを含む。
【0024】
補助電極３１は、リード３１ａを介して、主電極３０に接続されていないアウターリード３３と電気的に接続されている。リード３１ａは、例えば、タングステンや、レニューム・タングステン合金などを含む線状部材とすることができる。
【0025】
また、補助電極３１と、封止管２１の内壁との間には、ホルダ３１ｂを設けることができる。ホルダ３１ｂは、封止管２１の内部において、補助電極３１を保持する機能と、補助電極３１において発生した熱を封止管２１に逃がす機能とを有する。例えば、ホルダ３１ｂは、金属から形成された板バネ材とすることができる。ホルダ３１ｂは、例えば、モリブデン、タングステン、ステンレスなどの金属から形成することができる。ホルダ３１ｂにより保持された補助電極３１の中心線は、封止管２１の管軸とほぼ重なるようになっている。
【0026】
ステム３２は、封止管２１の、発光管２０側とは反対側の端部に溶着されている。すなわち、ステム３２は、封止管２１の内部に設けられ、一方の端部が封止管２１の端部に溶着されている。ステム３２の内部には、３つのアウターリード３３が封止されている。ステム３２は、主電極３０および補助電極３１を保持するとともに、バルブ２の内部空間（放電空間）を気密となるように封止する。ステム３２の材料は、例えば、封止管２１の材料と同じとすることができる。
【0027】
アウターリード３３の、封止管２１（ステム３２）から露出している端部には、例えば、低圧放電ランプ１の外部に設けられている電源などが電気的に接続される。また、アウターリード３３の端部には、端子、コネクタ、口金などを設けることができる。アウターリード３３は、例えば、タングステンや、レニューム・タングステン合金などを含む線状部材とすることができる。
【0028】
温度制御部４は、バルブ２（封止管２１）の外部に設けられている。温度制御部４は、封止管２１の端部の近傍に設けられている。温度制御部４は、例えば、補助電極３１と対向する位置に設けることができる。温度制御部４は、バルブ２を保持するとともに、バルブ２に最冷部となる部分を形成する。なお、最冷部は、低圧放電ランプ１の点灯中において、バルブ２の、最も温度が低くなる部分である。最冷部が設けられていれば、水銀またはアマルガムを含む蒸気の一部を凝縮して、水銀またはアマルガムにすることができる。
【0029】
図３は、温度制御部４を例示するための模式断面図である。
なお、図３は、図１における温度制御部４のＣ－Ｃ線方向の模式断面図である。
図３に示すように、温度制御部４は、例えば、第１のブロック４０、第２のブロック４１、および固定部４２を有する。
なお、図３は、図１における温度制御部４のＣ－Ｃ線方向の模式断面図である。
図３に示すように、温度制御部４は、例えば、第１のブロック４０、第２のブロック４１、および固定部４２を有する。
【0030】
図３に示すように、第１のブロック４０は、一方の面に開口する凹部４０ａを有する。凹部４０ａに内部には、封止管２１の端部の近傍が設けられる。第１のブロック４０は、封止管２１と接触している。例えば、封止管２１の外壁の一部は、凹部４０ａの側面および底面に接触している。第１のブロック４０は、バルブ２を保持するとともに、バルブ２の内部において発生した熱を第２のブロック４１に伝える。そのため、第１のブロック４０は、金属などの熱伝導率の高い材料から形成されている。第１のブロック４０は、例えば、ステンレス、アルミニウム合金、銅合金などから形成することができる。
【0031】
第２のブロック４１は、第１のブロック４０の、バルブ２が設けられる側とは反対側に設けられている。第２のブロック４１は、第１のブロック４０の温度、ひいては、バルブ２の、最冷部となる部分の温度を制御する。第２のブロック４１は、金属などの熱伝導率の高い材料から形成される。第２のブロック４１は、例えば、ステンレス、アルミニウム合金、銅合金などから形成することができる。
【0032】
また、図３に示すように、第２のブロック４１の内部には、冷媒を流すための孔４１ａを設けることができる。第２のブロック４１の内部に冷媒を流せば、第１のブロック４０の温度、ひいては、バルブ２の、最冷部となる部分の温度を制御するのが容易となる。例えば、冷媒の流量、流速、温度などを制御することで、バルブ２の、最冷部となる部分の温度を制御することができる。冷媒の種類には特に限定がない。例えば、冷媒は、水などとすることができる。
【0033】
なお、第１のブロック４０と第２のブロック４１が別々に設けられる場合を例示したが、第１のブロック４０と第２のブロック４１を一体に設けることもできる。
また、第２のブロック４１の内部に水などの冷媒を流す場合を例示したが、ファンなどを設けて、第１のブロック４０を冷却することもできる。すなわち、温度制御部４は、液冷式の温度制御部であってもよいし、空冷式の温度制御部であってもよい。
また、第２のブロック４１の内部に水などの冷媒を流す場合を例示したが、ファンなどを設けて、第１のブロック４０を冷却することもできる。すなわち、温度制御部４は、液冷式の温度制御部であってもよいし、空冷式の温度制御部であってもよい。
【0034】
固定部４２は、第１のブロック４０と協働して、ランプ２を保持する。例えば、固定部４２と第１のブロック４０との間に、ランプ２を挟み込むことができる。固定部４２は、例えば、金属バンドなどとすることができる。固定部４２は、例えば、ネジなどの締結部材を用いて、第１のブロック４０に固定することができる。
【0035】
ここで、最冷部においては、水銀またはアマルガムを含む蒸気の一部が凝縮して水銀またはアマルガムとなる。この場合、最冷部の温度が約４０℃の時に、低圧放電ランプ１から照射される紫外線の出力が最大になる。例えば、低圧放電ランプ１の周囲温度が低温（例えば、０℃）となった場合には、最冷部の温度が低くなり過ぎる場合がある。この様な場合には、バルブ２の内部において水銀またはアマルガムが十分に蒸気化されず、紫外線の出力が低下する。逆に、低圧放電ランプ１の周囲温度が高温（例えば、５０℃）となった場合には、最冷部の温度が高くなり過ぎる場合がある。この様な場合には、バルブ２の内部において水銀またはアマルガムが過剰に蒸気化して、水銀またはアマルガムの自己吸収作用により紫外線の出力が低下する。
【0036】
本実施の形態に係る低圧放電ランプ１には、冷媒が流通する第２のブロック４１が設けられている。そのため、低圧放電ランプ１の周囲温度が変化した際には、冷媒の流量、流速、温度などを制御することで、最冷部の温度が最適な範囲となるようにすることができる。
【0037】
最冷部においては、水銀またはアマルガムを含む蒸気の一部が凝縮するので、最冷部の近傍に水銀またはアマルガムが生じることになる。
ところが、低圧放電ランプ１の輸送などの際に、低圧放電ランプ１に振動が加わると、最冷部の近傍にある水銀またはアマルガムが発光管２０側に移動してしまう場合がある。この場合、バルブ２の内部に封入されている水銀またはアマルガムは、バルブ２の高温部分から低温部分へ移動する性質を有している。そのため、低圧放電ランプ１を点灯させれば、最冷部の位置から移動した水銀またはアマルガムが、最冷部の位置に戻ってくる。しかしながら、低圧放電ランプ１の始動後、水銀またはアマルガムが最冷部の位置に戻り、集積するまでには、比較的長い予備点灯時間が必要となる。
ところが、低圧放電ランプ１の輸送などの際に、低圧放電ランプ１に振動が加わると、最冷部の近傍にある水銀またはアマルガムが発光管２０側に移動してしまう場合がある。この場合、バルブ２の内部に封入されている水銀またはアマルガムは、バルブ２の高温部分から低温部分へ移動する性質を有している。そのため、低圧放電ランプ１を点灯させれば、最冷部の位置から移動した水銀またはアマルガムが、最冷部の位置に戻ってくる。しかしながら、低圧放電ランプ１の始動後、水銀またはアマルガムが最冷部の位置に戻り、集積するまでには、比較的長い予備点灯時間が必要となる。
【0038】
また、発光管２０の形状が略Ｍ字状や略Ｕ字状となっていると、発光管２０の内部に移動した水銀またはアマルガムが、最冷部の位置に戻り、集積するまでにはさらに時間を要する場合がある。
【0039】
そこで、本実施形態に係る低圧放電ランプ１には、捕捉部５が設けられている。
捕捉部５は、最冷部（温度制御部４）の近傍に設けられ、水銀またはアマルガムを捕捉する捕捉空間５ａ（第１の捕捉空間の一例に相当する）を有する。
例えば、図１および図２に示すように、捕捉部５は、封止管２１の端部に設けることができる。捕捉部５は、例えば、封止管２１の端部から、封止管２１の管軸方向に突出する凹状の捕捉空間５ａを有する。例えば、捕捉部５は、ステム３２の、溶着側の端部の周辺から外部に向けて突出する捕捉空間５ａを有する。捕捉空間５ａは、水銀またはアマルガムを捕捉する空間となる。
捕捉部５は、最冷部（温度制御部４）の近傍に設けられ、水銀またはアマルガムを捕捉する捕捉空間５ａ（第１の捕捉空間の一例に相当する）を有する。
例えば、図１および図２に示すように、捕捉部５は、封止管２１の端部に設けることができる。捕捉部５は、例えば、封止管２１の端部から、封止管２１の管軸方向に突出する凹状の捕捉空間５ａを有する。例えば、捕捉部５は、ステム３２の、溶着側の端部の周辺から外部に向けて突出する捕捉空間５ａを有する。捕捉空間５ａは、水銀またはアマルガムを捕捉する空間となる。
【0040】
捕捉空間５ａが設けられていれば、捕捉空間５ａの内部にある水銀またはアマルガムが、振動により移動するのを抑制することができる。すなわち、低圧放電ランプ１に振動が加わったとしても、最冷部の近傍に設けられた捕捉空間５ａから、水銀またはアマルガムが発光管２０の内部に移動するのを抑制することができる。
【0041】
水銀またはアマルガムが、最冷部の近傍に留まっていれば、低圧放電ランプ１の始動後に、水銀またはアマルガムが最冷部の位置に戻る時間を短縮することができる。すなわち、予備点灯時間を大幅に短くするか、無くすことができる。
【0042】
図４は、他の実施形態に係る捕捉部１５を例示するための模式断面図である。
図４に示すように、捕捉部１５は、例えば、ステム３２の、溶着側とは反対側の端部に設けることができる。捕捉部１５は、板状を呈し、ステム３２の側面と、封止管２１の内壁との間の空間に突出している。捕捉部１５は、例えば、ステンレスやタングステンなどの金属から形成することができる。
図４に示すように、捕捉部１５は、例えば、ステム３２の、溶着側とは反対側の端部に設けることができる。捕捉部１５は、板状を呈し、ステム３２の側面と、封止管２１の内壁との間の空間に突出している。捕捉部１５は、例えば、ステンレスやタングステンなどの金属から形成することができる。
【0043】
捕捉部１５の先端と、封止管２１の内壁との間には隙間が設けられている。捕捉部１５は、封止管２１の管軸方向に対して傾斜させることができる。捕捉部１５とステム３２の側面との間の距離は、ステム３２の溶着側の端部に近づくに従い大きくなる。捕捉部１５とステム３２の側面との間の空間が、水銀またはアマルガムを捕捉する捕捉空間１５ａ（第２の捕捉空間の一例に相当する）となる。
【0044】
捕捉空間１５ａが設けられていれば、前述した捕捉空間５ａと同様の効果を享受することができる。すなわち、低圧放電ランプ１に振動が加わったとしても、最冷部（温度制御部４）の近傍に設けられた捕捉部１５から、水銀またはアマルガムが発光管２０の内部に移動するのを抑制することができる。
【0045】
水銀またはアマルガムが、最冷部の近傍に留まっていれば、低圧放電ランプ１の始動後に、水銀またはアマルガムが最冷部の位置に戻る時間を短縮することができる。すなわち、予備点灯時間を大幅に短くするか、無くすことができる。
また、捕捉空間１５ａの体積は、捕捉空間５ａの体積よりも大きくすることができるので、水銀またはアマルガムの捕捉が容易となる。
また、捕捉空間１５ａの体積は、捕捉空間５ａの体積よりも大きくすることができるので、水銀またはアマルガムの捕捉が容易となる。
【0046】
図５（ａ）、（ｂ）は、他の実施形態に係る捕捉部２５、３５を例示するための模式断面図である。
図５（ａ）に示すように、捕捉部２５は、例えば、ステム３２の側面に設けることができる。捕捉部２５は、ステム３２の側面から封止管２１の内壁に向けて突出する凸部とすることができる。捕捉部２５は、例えば、ステム３２と一体に形成することができる。捕捉部２５と、ステム３２の溶着側の端部と、の間の空間が、水銀またはアマルガムを捕捉する捕捉空間２５ａ（第２の捕捉空間の一例に相当する）となる。
図５（ａ）に示すように、捕捉部２５は、例えば、ステム３２の側面に設けることができる。捕捉部２５は、ステム３２の側面から封止管２１の内壁に向けて突出する凸部とすることができる。捕捉部２５は、例えば、ステム３２と一体に形成することができる。捕捉部２５と、ステム３２の溶着側の端部と、の間の空間が、水銀またはアマルガムを捕捉する捕捉空間２５ａ（第２の捕捉空間の一例に相当する）となる。
【0047】
図５（ｂ）に示すように、捕捉部３５は、例えば、封止管２１の内壁に設けることができる。捕捉部３５は、封止管２１の内壁からステム３２の側面に向けて突出する凸部とすることができる。捕捉部３５は、例えば、封止管２１と一体に形成することができる。捕捉部３５と、ステム３２の溶着側の端部と、の間の空間が、水銀またはアマルガムを捕捉する捕捉空間３５ａ（第２の捕捉空間の一例に相当する）となる。
また、捕捉部２５、および捕捉部３５を設けることもできる。
また、捕捉部２５、および捕捉部３５を設けることもできる。
【0048】
捕捉空間２５ａ、３５ａが設けられていれば、前述した捕捉空間５ａと同様の効果を享受することができる。すなわち、低圧放電ランプ１に振動が加わったとしても、最冷部（温度制御部４）の近傍に設けられた捕捉部２５、３５から、水銀またはアマルガムが発光管２０の内部に移動するのを抑制することができる。
【0049】
水銀またはアマルガムが、最冷部の近傍に留まっていれば、低圧放電ランプ１の始動後に、水銀またはアマルガムが最冷部の位置に戻る時間を短縮することができる。すなわち、予備点灯時間を大幅に短くするか、無くすことができる。
また、捕捉空間２５ａ、３５ａの体積は、捕捉空間５ａの体積よりも大きくすることができるので、水銀またはアマルガムの捕捉が容易となる。
また、捕捉空間２５ａ、３５ａの体積は、捕捉空間５ａの体積よりも大きくすることができるので、水銀またはアマルガムの捕捉が容易となる。
【0050】
以上に説明した様に、低圧放電ランプ１においては、封入された水銀の一部、または、アマルガムの一部が、ステム３２の溶着側の端部の周辺から外部に向けて突出する捕捉空間５ａ、および、ステム３２の側面と、バルブ２の内壁との間に設けられた捕捉空間１５ａ、２５ａ、３５ａ、の少なくともいずれかに捕捉されている。
【0051】
図６は、捕捉空間５ａ、１５ａ、２５ａ、３５ａの効果を例示するためのグラフである。
図６中のＤ１は、捕捉空間５ａ、１５ａ、２５ａ、３５ａが設けられていない場合、すなわち、水銀またはアマルガムが、最冷部から発光管２０の内部に移動した場合である。
図６中のＤ２は、捕捉空間５ａ、１５ａ、２５ａ、３５ａが設けられた場合、すなわち、水銀またはアマルガムが、最冷部（温度制御部４）の近傍に留まっている場合である。
図６中のＤ１は、捕捉空間５ａ、１５ａ、２５ａ、３５ａが設けられていない場合、すなわち、水銀またはアマルガムが、最冷部から発光管２０の内部に移動した場合である。
図６中のＤ２は、捕捉空間５ａ、１５ａ、２５ａ、３５ａが設けられた場合、すなわち、水銀またはアマルガムが、最冷部（温度制御部４）の近傍に留まっている場合である。
【0052】
なお、点灯試験に用いた低圧放電ランプ１の仕様は以下のとおりである。
発光管２０は、略Ｍ字状を呈する円筒管とした。発光管２０の内径は、２０ｍｍとした。封止管２１の内径は、２６ｍｍとした。発光管２０と封止管２１は、石英ガラスを用いて形成した。バルブ２の発光長は１７７０ｍｍとした。ランプ電流は４．５Ａとし、ランプ電力は１９７０Ｗとした。バルブ２の内部空間には、アルゴンと水銀を封入した。アルゴンの封入圧力は０．５Ｔｏｒｒとし、水銀の封入量は１００ｍｇとした。
発光管２０は、略Ｍ字状を呈する円筒管とした。発光管２０の内径は、２０ｍｍとした。封止管２１の内径は、２６ｍｍとした。発光管２０と封止管２１は、石英ガラスを用いて形成した。バルブ２の発光長は１７７０ｍｍとした。ランプ電流は４．５Ａとし、ランプ電力は１９７０Ｗとした。バルブ２の内部空間には、アルゴンと水銀を封入した。アルゴンの封入圧力は０．５Ｔｏｒｒとし、水銀の封入量は１００ｍｇとした。
【0053】
図６中のＤ１から分かるように、捕捉空間５ａ、１５ａ、２５ａ、３５ａが設けられていなければ、点灯初期における紫外線強度が、安定時の紫外線強度の２０％程度となる。また、紫外線強度が、安定時の紫外線強度とほぼ同等となるまでに３０分程度の時間を要する。
【0054】
これに対し、図６中のＤ２から分かるように、捕捉空間５ａ、１５ａ、２５ａ、３５ａが設けられていれば、点灯初期における紫外線強度が、安定時の紫外線強度とほぼ同等となる。すなわち、捕捉空間５ａ、１５ａ、２５ａ、３５ａが設けられていれば、点灯初期から紫外線強度の安定化を図ることができるので、予備点灯等の不要な時間を削減することができる。
【0055】
ここで、前述したように、バルブ２の内部空間には、希ガスと水銀に代えて、希ガスとアマルガムを封入することができる。アマルガムの蒸気圧は、水銀単体の蒸気圧よりも低い。そのため、低圧放電ランプ１の周囲温度が高くなった場合には、アマルガムの蒸気圧が高くなり過ぎるのを抑制することができるので、発光効率の向上、ひいては紫外線の出力の低下を抑制することができる。ところが、低圧放電ランプ１の周囲温度が低くなった場合には、アマルガムの蒸気圧が低くなりすぎて、低圧放電ランプ１の始動時にペニング効果が得られにくくなり、始動電圧が上昇するという問題がある。
【0056】
そこで、希ガスとアマルガムが、バルブ２の内部空間に封入される場合には、バルブ２の内壁に、電子放出物質を含む膜を設けることが好ましい。電子放出物質を含む膜は、少なくとも、バルブ２の内壁の、フィラメントコイル３０ａに対向する位置に設けることができる。電子放出物質を含む膜は、ランプの始動に必要な初期電子の供給源となる。そのため、電子放出物質を含む膜が設けられていれば、始動電圧の上昇を抑制することができる。また、バルブ２の内壁に、電子放出物質を含む膜が設けられていれば、点灯中にバルブ２の内壁に水銀原子が打ち込まれるのを抑制することができる。そのため、照度維持率が低下するのを抑制することができる。すなわち、バルブ２の内壁に、電子放出物質を含む膜が設けられていれば、始動電圧が上昇するのを抑制することができるとともに、ランプ寿命を長くすることができる。
【0057】
電子放出物質は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やセシウム（Ｃｓ２ＳＯ４）などの希土類金属の酸化物、アルカリ金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属の酸化物などとすることができる。
【0058】
また、バルブ２の内部空間に希ガスと水銀が封入される場合にも、バルブ２の内壁に、電子放出物質を含む膜を設けることができる。この場合にも、前述した効果を享受することができる。すなわち、バルブ２の内壁に、電子放出物質を含む膜が設けられていれば、始動電圧が上昇するのを抑制することができるとともに、ランプ寿命を長くすることができる。
【0059】
表１は、始動電圧に対する電子放出物質を含む膜の効果を例示するための表である。
なお、表１における電子放出物質を含む膜は、アルミナの膜である。
点灯試験に用いた低圧放電ランプ１の仕様は、図６において説明したものと同様である。
なお、表１における電子放出物質を含む膜は、アルミナの膜である。
点灯試験に用いた低圧放電ランプ１の仕様は、図６において説明したものと同様である。
【0060】
【表1】
表１から分かるように、バルブ２の内部空間に希ガスとアマルガムが封入される場合であっても、バルブ２の内壁に、電子放出物質を含む膜が設けられていれば、始動電圧が上昇するのを抑制することができる。
【0061】
図７は、照度維持率に対する電子放出物質を含む膜の効果を例示するためのグラフである。
図７中のＥ１は、電子放出物質を含む膜が設けられていない場合である。
図７中のＥ２は、電子放出物質を含む膜が設けられている場合である。
図７における電子放出物質を含む膜は、アルミナの膜である。
点灯試験に用いた低圧放電ランプ１の仕様は、図６において説明したものと同様である。
図７中のＥ１は、電子放出物質を含む膜が設けられていない場合である。
図７中のＥ２は、電子放出物質を含む膜が設けられている場合である。
図７における電子放出物質を含む膜は、アルミナの膜である。
点灯試験に用いた低圧放電ランプ１の仕様は、図６において説明したものと同様である。
【0062】
電子放出物質を含む膜が設けられていなければ、点灯時間が長くなるとともに、バルブ２の内壁に打ち込まれた水銀原子の量が多くなる。そのため、図７中のＥ１から分かるように、点灯時間が長くなるとともに、照度維持率が低下する。
【0063】
これに対し、電子放出物質を含む膜が設けられていれば、バルブ２の内壁に水銀原子が打ち込まれるのを抑制することができる。そのため、図７中のＥ２から分かるように、照度維持率が低下するのを抑制することができる。
なお、このことは、バルブ２の内部空間に希ガスと水銀が封入される場合も同様である。
なお、このことは、バルブ２の内部空間に希ガスと水銀が封入される場合も同様である。
【0064】
（紫外線照射装置１００）
図８は、本実施の形態に係る紫外線照射装置１００を例示するための模式図である。
図８に示すように、紫外線照射装置１００は、例えば、低圧放電ランプ１、およびコントローラ１０１を有する。
低圧放電ランプ１に設けられた主電極３０と補助電極３１は、アウターリード３３を介してコントローラ１０１と電気的に接続されている。
図８は、本実施の形態に係る紫外線照射装置１００を例示するための模式図である。
図８に示すように、紫外線照射装置１００は、例えば、低圧放電ランプ１、およびコントローラ１０１を有する。
低圧放電ランプ１に設けられた主電極３０と補助電極３１は、アウターリード３３を介してコントローラ１０１と電気的に接続されている。
【0065】
コントローラ１０１は、例えば、商用電源２００などに電気的に接続されている。コントローラ１０１は、例えば、点灯回路を有する。コントローラ１０１に設けられた点灯回路は、バルブ２の一方の端部側に設けられた補助電極３１と、バルブ２の他方の端部側に設けられた主電極３０との間で放電を発生させる。また、点灯回路は、バルブ２の他方の端部側に設けられた補助電極３１と、バルブ２の一方の端部側に設けられた主電極３０との間で放電を発生させる。この場合、点灯回路は、一方の補助電極３１と他方の主電極３０との間、および、他方の補助電極３１と一方の主電極３０との間において交互に放電を発生させる。例えば、ある時点においては、バルブ２の一方の端部側に設けられた補助電極３１と、バルブ２の他方の端部側に設けられた主電極３０との間で放電が発生し、他の時点においては、バルブ２の他方の端部側に設けられた補助電極３１と、バルブ２の一方の端部側に設けられた主電極３０との間で放電が発生する。点灯回路は、交互に放電が繰り返されるように、例えば、商用電源２００から供給される交流電流の半サイクル毎に、電流経路を切り換える。
【0066】
この様な放電により発生した電子が、水銀原子と衝突すると、水銀原子が電子のエネルギーを受けて、ピーク波長が２５４ｎｍ程度の紫外線が発生する。発生した紫外線は、バルブ２の外部に照射される。
【0067】
紫外線照射装置１００は、紫外線の照射が必要な処理に用いることができる。例えば、紫外線照射装置１００は、液体や気体の浄化、部材の表面の改質や浄化、ウィルスや細菌の殺菌や不活性化、有害物質を含む微粒子の分解など幅広い分野において用いることができる。
そのため、用途などに応じて、紫外線照射装置１００は、低圧放電ランプ１を収納する容器や筐体などを適宜備えることができる。
そのため、用途などに応じて、紫外線照射装置１００は、低圧放電ランプ１を収納する容器や筐体などを適宜備えることができる。
【0068】
バルブ２の発光長が長くなれば、発生する紫外線の光量が多くなる。しかしながら、単に発光長を長くすれば、紫外線照射装置１００の小型化が困難となる。低圧放電ランプ１に略Ｍ字状のバルブ２（発光管２０）が設けられていれば、紫外線の光量を増加させることができ、且つ、紫外線照射装置１００の小型化を図ることができる。
【0069】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、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、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、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。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【0070】
１ 低圧放電ランプ、２ バルブ、３ 電極部、４ 温度制御部、５ 捕捉部、５ａ 捕捉空間、１５ 捕捉部、１５ａ 捕捉空間、２０ 発光管、２１ 封止管、２５ 捕捉部、２５ａ 捕捉空間、３０ 主電極、３１ 補助電極、３２ ステム、３５ 捕捉部、３５ａ 捕捉空間、１００ 紫外線照射装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】