紫外線ランプの特性と種類

2020/06/23

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1.紫外線ランプとは

1-1 ランプ構造

DNLの紫外線ランプは、水銀放電を利用した石英ガラス製低圧水銀放電ランプです。ランプは、放電によって発生する水銀の共鳴線（波長254nmと185nmの紫外線）を効率よく透過するガラス管、その両端に取り付けた電極および口金から構成されます。さらに、ランプ内に微量の水銀と希ガスが封入されています。（図1）

（図1）紫外線ランプの構造

1-2 発光原理

ガラス管内の両端に取り付けられた電極に高電圧を印加すること管内の電子が電界によって加速され、管内の希ガスと衝突してこれを電離します。電離になってなだれのように生じた陽イオンは、電界で十分加速されると陰極から二次電子をたたき出して放電を開始します。放電によって生成した二次電子は水銀原子と衝突して水銀原子を励起し、励起された水銀原子が光としてエネルギーを放出する際に、紫外線が放射されます。

2.紫外線ランプの特性

紫外線ランプの特性は、周囲温度、点灯時間、点滅頻度によって変化します。
特に、殺菌線出力は、周囲温度や点灯時間によって変化します。

2-1 周囲温度特性

波長254nmの紫外線の発光効率は、ランプ内の水銀蒸気圧によって変化します。一般的に、発光効率が最大となる水銀蒸気圧は約0.8Pa（パスカル）で、これよりも水銀蒸気圧が高くても低くても殺菌線出力は低下します。（図2）
また、ランプ内の水銀蒸気圧は、ランプ周囲温度に依存する管壁温度で決定されます。低圧水銀ランプの場合、最冷点の最適温度は、約40℃となります。石英ガラス製ランプ（SGL）、紫外線透過ガラス製ランプ（GL）も最冷点の最適温度は約40℃となります。最冷点の温度が40℃を超える場合、SGL-1000Nのように水銀蒸気圧を抑制する手段を施したランプもあります。
アマルガムランプ（SGH）は、水銀と特殊な金属の合金（アマルガム）が封入されているため、周囲温度特性に優れています。

2-2 維持率特性

殺菌出力は、ランプ点灯時間が経過するにつれて低下します（図3）。点灯するにつれて、石英ガラス管内への水銀の侵入および石英ガラス管内表面での酸化水銀膜の形成により石英管の着色が発生し、これらが殺菌線出力を強く吸収するために石英ガラス管の透過率を著しく低下させます。

2-3 点滅頻度ー残存率

紫外線ランプの寿命（不点寿命）は、点滅頻度に大きく影響を受けます。例えば、1時間に10回の点滅頻度の使用状況では、ランプの残存率は15%に減少します（図4）。また、電源電圧の変動にも影響を受けます。

3.定格寿命について

紫外線ランプの寿命は、使用条件によって異なります。DNLでは、定格寿命は、JIS C 7601に準拠し、2時間45分点灯ー15分消灯の点滅サイクルで試験したランプの残存率が50%となる時間と定義しております。ランプ残存率とは、寿命試験において試験ランプの半数が寿命となる時間を表します。
この定格寿命は、製品の寿命の平均値であり、製造上のばらつきにより定格寿命よりも短い時間で寿命になるものもあれば、定格寿命以上の時間が経過しても寿命に達しないものもあります。また、ランプ寿命は。点滅頻度以外にも、周囲温度、電源電圧、ランプと安定器との組み合わせによっても異なります。

4.紫外線ランプの種類

4-1 石英ガラス製ランプ（SGL）

DNLでは、以下2種類の石英ガラスを使用しています。

1）天然石英ガラス
天然石英ガラスには、185nmの紫外線を約50%透過するオゾン発生タイプと200nm以下の波長をカットするオゾンレスタイプがあります。オゾン発生タイプを使用したランプは、185nmの紫外線を発生します。放射された185nmの紫外線は、空気中の酸素によって吸収されオゾンが発生します。このランプは、オゾン発生ランプと呼ばれ、発生するオゾンと185nmの紫外線と同時放射される254nmの紫外線を利用して、有機物や光酸化等の目的で使用されます。

2）合成石英ガラス
約170nmまでの波長に対して非常に高い透過特性をもった石英ガラスで、185nmの紫外線を天然石英ガラスよりも効率よく放射します（オゾンも生成されます）。この石英ガラスを用いたランプは、特に半導体産業でのドライ洗浄等の特殊用途で使用されます。（特注対応）

4-2 アマルガムランプ（SGH）

一般に石英ガラス製低圧水銀放電ランプは、石英ガラス管内に水銀と希ガスを封入しますが。水銀と特殊な金属の合金であるアマルガムを封入することにより。広い温度領域での紫外線出力低下を改善することができます。出力波長は。一般的な石英ガラス製低圧水銀放電ランプと同様に185nmと254nmです。

アマルガムランプ（SGH）

4-3 紫外線透過ガラス製ランプ（GL）

一般にGLランプと呼ばれ、コストパフォーマンスに優れています。高出力を要求されない用途に適しています。

紫外線透過ガラス製ランプ（GL）

5.紫外線殺菌の優れた特長

・光による物理的殺菌であり、薬品殺菌と比較して二次汚染の心配が少ない。
・熱やEOG、放射線などによるものと比較して、取り扱いが簡単で危険が少ない。
・処理物質の物性の劣化が少ない。

SGLシリーズ、SGHシリーズ

殺菌線透過率の優れた、高純度の石英ガラスを用いた低圧水銀ランプです。その放射エネルギーは、波長253.7nmが90%以上を占めます。（殺菌効果が最大となる波長は260nmです。）
・殺菌力が強い。殺菌効果は殺菌線出力の大きいことが最も重要で、紫外線ランプSGL・SGHシリーズは、用途別に高出力標準タイプを揃えています。
・用途が広い。種々の用途（水・空気・食品・医療など）に使用できます。
SGL・SGHシリーズはこれらの優れた特長を生かして、食品・医療・漁業・電子産業・公害防止産業など、幅広い分野に応用できる信頼性の高い、石英ガラス製紫外線ランプです。