JP2008146906A

JP2008146906A - 紫外線発生装置

Info

Publication number: JP2008146906A
Application number: JP2006330332A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kobayashi; 伸次小林; Masanori Hatano; 昌紀波多野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2008-06-26

Abstract

【課題】エキシマランプを適用することにより、安全性が高く、しかも高効率で紫外線を発生できる紫外線発生装置を提供する。
【解決手段】紫外線を透過可能な誘電体による容器１内に、エキシマ分子を形成するヘリウム、アルゴン、クリプトンおよびキセノンのいずれか一つ以上の希ガスと、フッ素、ヨウ素、塩素及び臭素のいずれか一つ以上のハロゲンとの混合気体を主成分とする放電ガス４を充填する。そして、この容器の周囲に互いに離間して配置された一対の電極２間に、電源３から交流電圧またはパルス電圧を印加し、誘電体容器１内部に放電を起こさせて紫外線光を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エキシマ分子を形成するヘリウム、アルゴン、クリプトン及びキセノン等の希ガスと、フッ素、ヨウ素、塩素及び臭素などのハロゲンの混合気体を主成分とする放電ガスを媒体とした放電により紫外線光を発生させる紫外線発生装置に関する。

従来から上下水道の殺菌・消毒・脱色、工業用水の脱臭・脱色、あるいはパルプの漂白、さらには医療機器の殺菌等を行うために紫外線が用いられている。このような紫外線を生成する光源として、紫外線発生効率の高さから主に水銀ランプが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１５６３５２号公報

このような水銀ランプを用いる装置では、水銀ランプ破損時の水銀の漏洩などを考えると、環境面に重大な影響を与えることから、特に、水道設備における水処理装置への適用は困難であった。しかし、水銀ランプ以外の装置では、紫外線発生効率、ランプ寿命が短く実用化が困難であった。

このような、水銀ランプに代る紫外線光源としてエキシマランプが近年用いられるようになった。エキシマランプでは、キセノン、クリプトン、アルゴンを励起媒質とした場合、それぞれ、１７２nm、１４６nm、１２６nmの波長の紫外線が得られる。

本発明の目的は、エキシマランプを適用することにより、安全性が高く、しかも高効率で紫外線を発生できる紫外線発生装置を提供することにある。

本発明による紫外線発生装置は、紫外線を透過可能な誘電体による容器と、この容器の周囲に互いに離間して配置された一対の電極と、前記一対の電極間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源と、前記誘電体容器内部に充填された、エキシマ分子を形成するヘリウム、アルゴン、クリプトンおよびキセノンのいずれか一つ以上の希ガスと、フッ素、ヨウ素、塩素及び臭素のいずれか一つ以上のハロゲンとの混合気体を主成分とする放電ガスとを備え、前記一対の電極間に交流電圧もしくはパルス電圧を印加することにより、前記誘電体容器内部に放電を起こさせて紫外線光を発生させることを特徴とする。

本発明では、紫外線が透過可能な誘電体による容器は、放電ガスとの接触部分に、ハロゲンガスもしくはハロゲンを含む化合物による劣化を防止するためのコーティングが施してあるとよい。

この場合、コーティングの材質として、紫外線を透過するアルミナ、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いるとよい。

また、本発明では、容器を構成する紫外線が透過可能な誘電体として石英ガラスを用い、その放電ガス接触部分が、紫外線を透過する材質であるアルミナ、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかによる、ハロゲンガスもしくはハロゲンを含む化合物による劣化を防止するためのコーティングを施すとよい。

また、本発明では、容器を構成する紫外線が透過可能な誘電体として、ハロゲンを含む化合物のフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）を用いてもよい。

この場合、紫外線が透過可能な誘電体による容器は、その放電ガス接触部分が、ハロゲンガスもしくはハロゲンを含む化合物が誘電体に吸着され、エキシマを生成するガス成分不足による紫外線出力低下を防止するためのコーティングが施されているとよい。

この場合のコーティングとして、紫外線を透過する材質であるアルミナ又は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いるとよい。

また、本発明では、紫外線を透過可能な誘電体による容器の周囲に互いに離間して配置された一対の電極には、ハロゲンガスもしくはハロゲンを含む化合物による劣化を防止するためのコーティングが施されているとよい。

また、本発明では、放電媒体として用いられる放電ガスとして、常温において気体ではないハロゲンであるヨウ素又は臭素を充填するため、ハロゲン化合物のガス体であるヨウ化水素（ＨＩ）又は臭化水素（ＨＢｒ）を、容器内に充填するとよい。

また、本発明では、放電媒体として用いられる放電ガスとして、取り扱いに注意を要するハロゲンであるフッ素及び塩素臭素などを充填するため、取り扱いの容易なハロゲン化合物のガス体である六フッ化硫黄（ＳＦ_６）又は塩化水素（ＨＣｌ）を、容器内に充填するとよい。

また、本発明では、放電媒体として用いられる放電ガスにハロゲンを充填するため、金属ハロゲン化合物もしくはハロゲン化樹脂を容器内に封入するとよい。

この場合、金属ハロゲン化合物は、金属塩化物、金属臭化物及び金属ヨウ化物のいずれかとする。

本発明によれば、安全性が高く、高効率で紫外線を発生できるなど、紫外線発生装置の性能を飛躍的に向上させることが可能となる。

以下、本発明による紫外線発生装置の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は紫外線発生装置の構成を示している。図１において、１は放電管として機能する容器で、紫外線を透過可能な誘電体により、例えば、円筒状に形成されている。２は一対の電極で、この容器１の周囲（図の例では両端部）に、互いに離間して配置されている。３は電源で、一対の電極２間に交流電圧またはパルス電圧を印加する。前記誘電体製の容器１内部には放電ガス４が充填されている。この放電ガスは、エキシマ分子を形成するヘリウム、アルゴン、クリプトン及びキセノンのいずれか一つ以上の希ガスと、フッ素、ヨウ素、塩素及び臭素のいずれか一つ以上のハロゲンとの混合気体を主成分とする。

このように構成された紫外線発生装置は、一対の電極２間に交流電圧もしくはパルス電圧を印加することにより、誘電体製の容器１内部に放電を起こさせて紫外線光５を発生させることを特徴とする。

前記容器１は、紫外線が透過可能な誘電体によるが、その放電ガス４との接触部分には、ハロゲンガスもしくはハロゲンを含む化合物による劣化を防止するためのコーティングが施してある。このコーティングの材質としては、紫外線を透過するアルミナ、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いるとよい。例えば、容器１を構成する紫外線が透過可能な誘電体として石英ガラスを用いた場合、その放電ガス４との接触部分は、紫外線を透過する材質であるアルミナ、サファイア（いずれもＡｌ_２Ｏ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかによるコーティングを施す。このようにコーティングすることにより、放電ガス中のハロゲンガスもしくはハロゲンを含む化合物による劣化を防止することができる。

また、容器１を構成する紫外線が透過可能な誘電体としては、ハロゲンを含む化合物のフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）を用いてもよい。この場合も、紫外線が透過可能な誘電体による容器１の放電ガス４との接触部分には、紫外線を透過する材質であるアルミナ、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等を用いてコーティングするとよい。このようにコーティングすることにより、放電ガス４中のハロゲンガスもしくはハロゲンを含む化合物が誘電体に吸着され、エキシマを生成するガス成分不足による紫外線出力低下を防止することができる。

また、前記一対の電極２は、紫外線を透過可能な誘電体による容器１の周囲に互いに離間して配置されているが、その表面にも、放電ガス４中のハロゲンガスもしくはハロゲンを含む化合物による劣化を防止するためのコーティングを施しておくとよい。

また、前述のように容器１内には放電媒体として用いられる放電ガス４が充填される。この放電ガス４中のハロゲンとしてヨウ素又は臭素を充填する場合、これらヨウ素又は臭素は、常温において気体ではないため、そのままでは充填が難しい。そこで、ハロゲン化合物のガス体であるヨウ化水素（ＨＩ）又は臭化水素（ＨＢｒ）を、容器内に充填する。

すなわち、放電媒体用いられる放電ガス４に、ヨウ素及び臭素などの常温において気体ではないハロゲンを充填する場合、その材料として、上記ＨＩ，ＨＢｒなどのガス状態であるハロゲン化合物を充填すると、放電によりプラズマ化したとき、ＫｒＩ、ＫｒＢｒ₂、ＸｅＩ、ＸｅＢｒエキシマを生成する。

このようにすると、容器１内へのヨウ素又は臭素の充填が容易となる。

また、放電媒体として用いられる放電ガス４として、取り扱いに注意を要するハロゲンであるフッ素及び塩素臭素などを充填する場合は、取り扱いの容易なハロゲン化合物のガス体、すなわち、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）又は塩化水素（ＨＣｌ）を容器内に充填する。

すなわち、取り扱いに注意を要するフッ素及び塩素臭素などを充填する場合、その材料として、上記ＳＦ_６やＨＣｌなどのハロゲン化合物のガス体を充填すると、放電によりプラズマ化したとき、ＫｒＦ、ＫｒＣｌ、ＸｅＦ、ＸｅＣｌエキシマを生成する。

このようにすると、ハロゲン化合物の取り扱いが容易となり、容器１内への充填が容易に可能となる。

さらに、放電媒体として用いられる放電ガス４にハロゲンを充填する場合、ガス体ではなく金属ハロゲン化合物もしくはハロゲン化樹脂を容器内に封入してもよい。このように金属ハロゲン化合物もしくはハロゲン化樹脂を封入すると、放電によって温度上昇することによりガス体として蒸発するので、以後、放電ガス４中のハロゲンとして使用できる。

このようにすると、放電ガス４の充填時の操作が格段に容易になる。なお、上記金属ハロゲン化合物としては、金属塩化物、金属臭化物及び金属ヨウ化物のいずれかを用いればよい。

上記構成において、電極２に対し電源３から交流電圧またはパルス電圧を印加すると、誘電体による容器１内部に充填された放電ガス４に放電を起こさせてプラズマ化し、紫外線光５を発生させる。放電ガス４には、エキシマ分子を形成する放電ガス４は、前述のように、ヘリウム、アルゴン、クリプトンおよびキセノン等の希ガスとフッ素、ヨウ素、塩素及び臭素などのハロゲンの混合気体を主成分とする。

従来の紫外線光源に近い波長２４８ｎｍを発生するためには、クリプトン（Ｋｒ）フッ素（Ｆ）のエキシマランプを用いる。この場合、放電を安定に維持するために、ＫｒやＦ以外ガスとして、複数の希ガス添加してもよい。なお、希ガスとしてヘリウム（Ｈｅ）やネオン（Ｎｅ）を添加しても良い。

また、ハロゲンガスに、複数の希ガスを添加して、多波長の紫外線を発生させてもよい。なお、フッ素（Ｆ）に、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）及びキセノン（Ｘｅ）の希ガスを添加するとＡｒＦ、ＫｒＦ及びＸｅＦエキシマを生成し、波長１９３ｎｍ、波長２４８ｎｍおよび波長３５４ｎｍの紫外線が発生する。

また、塩素（Ｃｌ）に、アルゴン（Ａｒ）とクリプトン（Ｋｒ）とキセノン（Ｘｅ）の希ガスを添加するとＡｒＣｌ、ＫｒＣｌ、ＸｅＣｌエキシマを生成し、波長１７５ｎｍ、波長２２２ｎｍ及び３０８ｎｍの紫外線が発生する。

また、前記放電ガス４に、エキシマ分子を形成する放電ガスとしてハロゲンガスフッ素、ヨウ素、塩素及び臭素を充填し、Ｆ_２、Ｂｒ_２、Ｉ₂エキシマを生成し、波長１５８ｎｍ、波長２５９ｎｍ及び３４２ｎｍの紫外線を発生させても良い。

上記エキシマ分子を形成する放電ガスとしての、ハロゲンガスフッ素、ヨウ素、塩素及び臭素に、放電を安定に維持するために、エキシマを直接生成しない複数の希ガス、例えば、ＨｅやＮｅを添加してもよい。

本発明に係る紫外線発生装置によれば、次の効果が生じる。

（１）水銀ランプを用いることなく、放電ガスで紫外線を高効率に発生させることが出来る。

（２）紫外線が透過可能な誘電体の放電ガス接触部分において、ハロゲンガスもしくはハロゲンを含む化合物との接触による誘電体の劣化を抑え、寿命を延ばすことができる。

（３）紫外線が透過可能な誘電体の放電ガス接触部分において、ハロゲンガスもしくはハロゲンを含む化合物が誘電体に吸着することによりエキシマを生成するガス成分が不足し、紫外線出力が低下することを抑えることができる。

（４）取り扱いに注意を要するハロゲンガスもしくはハロゲン化合物の充填を容易とする。

本発明による紫外線発生装置の一実施の形態を示す断面図である。

符号の説明

１誘電体による容器
２一対の電極
３電源
４放電ガス
５紫外線

Claims

紫外線を透過可能な誘電体による容器と、
この容器の周囲に互いに離間して配置された一対の電極と、
前記一対の電極間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源と、
前記誘電体容器内部に充填された、エキシマ分子を形成するヘリウム、アルゴン、クリプトンおよびキセノンのいずれか一つ以上の希ガスと、フッ素、ヨウ素、塩素及び臭素のいずれか一つ以上のハロゲンとの混合気体を主成分とする放電ガスとを備え、
前記一対の電極間に交流電圧もしくはパルス電圧を印加することにより、前記誘電体容器内部に放電を起こさせて紫外線光を発生させることを特徴とする紫外線発生装置。
紫外線が透過可能な誘電体による容器は、放電ガスとの接触部分に、ハロゲンガスもしくはハロゲンを含む化合物による劣化を防止するためのコーティングが施してあることを特徴とする請求項１に記載の紫外線発生装置。
コーティングの材質として、紫外線を透過するアルミナ、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いたことを特徴とする請求項２に記載の紫外線発生装置。
容器を構成する紫外線が透過可能な誘電体として石英ガラスを用い、その放電ガス接触部分が、紫外線を透過する材質であるアルミナ、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかによる、ハロゲンガスもしくはハロゲンを含む化合物による劣化を防止するためのコーティングを施したことを特徴とする請求項１に記載の紫外線発生装置。
容器を構成する紫外線が透過可能な誘電体として、ハロゲンを含む化合物のフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）を用いたことを特徴とする請求項１に記載の紫外線発生装置。
紫外線が透過可能な誘電体による容器は、その放電ガス接触部分が、ハロゲンガスもしくはハロゲンを含む化合物が誘電体に吸着され、エキシマを生成するガス成分不足による紫外線出力低下を防止するためのコーティングが施されていることを特徴とする請求項５に記載の紫外線発生装置。
コーティングとして、紫外線を透過する材質であるアルミナ又は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いたことを特徴とする請求項６に記載の紫外線発生装置。
紫外線を透過可能な誘電体による容器の周囲に互いに離間して配置された一対の電極には、ハロゲンガスもしくはハロゲンを含む化合物による劣化を防止するためのコーティングが施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の紫外線発生装置。
放電媒体として用いられる放電ガスとして、常温において気体ではないハロゲンであるヨウ素又は臭素を充填するため、ハロゲン化合物のガス体であるヨウ化水素（ＨＩ）又は臭化水素（ＨＢｒ）を、容器内に充填したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の紫外線発生装置。
放電媒体として用いられる放電ガスとして、取り扱いに注意を要するハロゲンであるフッ素及び塩素臭素などを充填するため、取り扱いの容易なハロゲン化合物のガス体である六フッ化硫黄（ＳＦ_６）又は塩化水素（ＨＣｌ）を、容器内に充填したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の紫外線発生装置
放電媒体として用いられる放電ガスにハロゲンを充填するため、金属ハロゲン化合物もしくはハロゲン化樹脂を容器内に封入したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の紫外線発生装置。
金属ハロゲン化合物は、金属塩化物、金属臭化物及び金属ヨウ化物のいずれかであることを特徴とする請求項１１に記載の紫外線発生装置。