JP2008537842A - 二重管構造の誘電体バリヤ放電ランプ - Google Patents

Abstract

本発明は、同軸二重管構成の誘電体バリヤ放電ランプ（１）に関する。内管（３）の内部に内部電極（６）が配置され、この電極は柔軟な導電性ブラシとして構成されている。ブラシ状電極（６）は比較的簡単に製造することができ、柔軟性のゆえに良好に内管（３）に導入可能である。

Description

本発明は、同軸二重管構成の放電管、すなわち、内管が外管の内部に同軸に配置されている放電管を備えた誘電体バリヤ放電ランプから出発する。内管と外管はそれらの両端部で互いに結合され、こうして気密な放電管を形成する。つまり放電管によって取り囲まれた放電空間は内管と外管との間を延びている。

この種の放電ランプは代表的には、内管の内部に配置される第１電極と、外管の外面に配置される第２電極とを有する。従って両電極は放電管の外側にある。この場合には両側誘電体妨害放電が形成される。以下では簡略化のため時として内部電極または内電極と外部電極または外電極とに言及するとき、この関係が以下では、同軸二重管構成に関して当該電極の空間的配置、すなわち内管の内部もしくは外管の外面に関係しているだけである。

この形式のランプは特にプロセス技術での紫外照射、例えば表面浄化、表面活性化、光分解、オゾン発生、飲料水浄化、メタライジング、紫外硬化用に応用される。これに関連して放射器または紫外放射器の名称も一般的である。

例えば石英ガラスからなる２つの管を同軸に配置すると、長さのきわめて長いランプを構成することが可能となる。長いランプは高出力にとって重要である。というのも、ランプ内に最大に入力可能な電力は長さに伴って増加するからである。しかしながら、例えば１ｍを超える長いランプと内管直径の小さいランプとにおいて内部電極を取付けると問題が生じる。一方で内部電極は内管の壁に強固に、すなわち垂れ下がることなく当接しなければならず、他方で極力容易に取付けることができなければならない。放電管が例えばＵ形状に曲げられる場合、問題はさらに厳しくなる。

［従来技術］
冒頭で述べた誘電体バリヤ放電ランプは独国特許出願公開第１９６１３５０２号明細書に述べられている。この誘電体バリヤ放電ランプは、閉鎖された放電空間を有しこの放電空間が互いに同軸に配置された２つの石英ガラス管の間に環状隙間として構成されているエキシマー放射器である。放電空間は放電条件のもとでエキシマーを形成する封入ガスを含んでいる。外側石英ガラス管の壁の外面に網状の外電極が設けられており、内部電極は内側石英ガラス管の壁の内面に当接する螺旋線材によって形成される。隣接電極との間隔が比較的大きいので高電界強度の領域は空間的に小さな領域に集中し、放射器表面に高い電界強度勾配が生じる。これにより、螺旋線材の領域で容易に線条放電を形成することがある。電極間に高電圧を印加すると放電空間の封入ガス中にいわゆるエキシマーが形成され、エキシマーは化学組成に応じてコヒーレントの、但し実質的に単色の紫外線を放出する。しかし公知のエキシマー放射器では螺旋線材の態様の内電極は非常に容易には取付けることができない。

放射発生は、欧州特許第７３３２６６号明細書に述べられたような電気点灯方式を適切に選択することによって、適切な電極配置と合せて、一層効率的なものにすることができる。内導体（カソード側）に負の高電圧を印加するとΔに類似した放電パターンが生じ、その先端はカソード側にある。閉じた電極面を内導体内に取付けることによって、ほぼ拡散発光する放電が得られる。

欧州特許出願公開第７６７４８４号明細書により公知の誘電体バリヤ放電ランプの実施形態において、内電極は、放射器軸線の方向に延びる長手スリットを備えた金属管として構成されている。内部電極を取付けるためにスリット付き金属管が多少曲げられ、次に内管に導入される。これにより、内管の壁に内部電極が強固に当接し、放電空間内に多数形成される線条放電がほぼ均一に分布する。しかしながら線条放電はランプ軸線を垂直に向けた場合長手スリットに沿って遊動する傾向がある。

独国特許発明第１９８５６４２８号明細書では内部電極として金属帯材が螺旋状に組み込まれている。そのことの利点として、線条放電が均一に分布し、垂直に組み込まれる場合でも空間的に固定されている。内部電極の作製がいまなおごく簡単ではないのが欠点である。さらに、金属螺旋帯材の場合にも、放電がほぼ独占的に起きる限定された領域が現れる。

別の可能性は内管の内部に導電性被膜を被着することにある。この方法も、長い乾燥および焼付け時間が必要となるので真に費用を要する。

［発明の表示］
本発明の課題は、改良された内部電極を有する同軸二重管構成の誘電体バリヤ放電ランプを提供することである。

この課題は、
外管と内管とを含む放電管を備え、内管が外管の内部に配置され、内管と外管とが互いに気密に結合され、これにより内管と外管との間に、放電媒体を封入された放電空間が形成され、
第１電極と少なくとも１つの他の電極とを備え、第１電極が内管の内部に配置されている誘電体バリヤ放電ランプにおいて、
第１電極が導電性ブラシとして構成されていることによって解決される。

特に有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

冒頭に述べた誘電体バリヤ放電ランプから出発して、本発明によれば内部電極が導電性ブラシとして構成され、このブラシは例えば、撚り線とも呼ばれる互いに撚られた２本の金属線に、細い金属糸、編組線または剛毛を織り込むことによって形成されている。撚り線は軸線方向に延び、剛毛束内の編組線は半径方向で内管の内壁の方向に延び、先端で内管に接触している。代替的に、編組線は軸線方向の縦長支持体内にも半径方向で入れておくことができる。いずれにしても、内部電極としての本発明に係る導電性ブラシにより放射器内面に個別電極を非常に密にかつ均一に被着することが達成される。均一な放電パターンは多数の可能な放電点のゆえに維持される。しかしさらに、点弧電圧もしくは点灯電圧を減少させる局所電界上昇が僅かであるという利点が得られる。

好ましい１つの実施態様において、内部電極は円形ブラシとして構成されている。円形ブラシ電極は例えば導電性材料からなる細い糸（剛毛）で構成することができ、これらの糸は２つ又はそれ以上の螺旋状に巻回された支持線（撚り線）に織り込まれている。撚り線の少なくとも１つは導電性である。剛毛は撚り線に対して実質的に垂直に向けられており、剛毛束内で撚り線を中心に螺旋状に巻かれている。確実な接触を保証するために、円形ブラシの外径は内管の内径よりも僅かに大きい。内管の内径と比較して弛緩状態時のブラシの大きな外径によって剛毛もしくは細い金属線の当接が、有利にはそれらの先端だけでなく、保証されている。弛緩状態時の直径はブラシを組み込んでいないときに生じる。外径とは、ブラシの長手軸線に垂直な横断面の最大直径である。前記の如くに剛毛が僅かに当接することによって、望ましくない過度な局所電界強度上昇の作用も減少する。内部電極の螺旋形状は線条放電の望ましくない遊動を、放電ランプの空間的向きにかかわりなく非常に効率的に防止する。円形ブラシの有利な弾性変形性は内管内での取付けを容易とする。さらに、このように構成された内部電極は曲がった内管にも適している。

有利には、弛緩状態のとき剛毛束の内部での剛毛の間隔は０．０１ｍｍ〜１ｍｍである。隣接する剛毛の間の隙間を小さく選択すればするほど、すなわち剛毛の密度の増加に伴って、放電は一層均一となる。しかし剛毛間隔が密になるのに伴ってブラシの変形性が低下し、そのことで取付けが困難になる。好ましくは、間隔は０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍである。

０．００５ｍｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍの直径を有する剛毛が特に有効であることが判明した。

弾性変形性に関して好ましいものとして０．２ｍｍ〜２ｍｍの太さを有する撚り線が判明した。

撚り線の材料としても剛毛の材料としても有利には特殊鋼が適している。

本発明によりブラシとして構成された内部電極は曲がった内管を有する放電ランプ用に特に好適である。本発明に係る内部電極はその可撓性のゆえに内管の曲がりに整合することができる。曲がりは屈曲としても連続的湾曲としても実施することができる。内管の円形、半円形、バナナ形またはＵ形湾曲を例として挙げることができよう。

本発明に係る内部電極は簡単な取付けを、内管内面の均一な装着と結び付け、従って放電管内部での均一な放電と結び付ける。さらに本発明に係る内部電極は簡単に製造することができる。

少なくとも１つの他の電極は代表的には外管の外面に配置されている。なかんずく網状電極も条帯状もしくは線状電極も外電極として考慮に値する。指向性放射のために、本発明に係るランプの裏面に、すなわち光放射用に設けられた側面とは反対側の側面に、有利にはアルミニウム製の反射体を設けておくことができ、この反射体は同時に接地電極として機能することができる。代替的に、本発明に係るランプは例えばアルミニウム製の金属ブロック内に埋め込むこともでき、複数のランプを並べて埋め込むこともできる。この変形例では金属ブロックが外電極として、好ましくは接地電位で機能する。付加的に、冷却部を接続することができる。

［図面の説明］
以下において実施例に基づいて本発明が詳しく説明される。
図１ａは円形ブラシ状内部電極を有する本発明に係る放電ランプを側面図で示す。
図１ｂは図１ａの実施例の横断面図を示す。
図２はセグメント化された内部電極を有する本発明に係る放電ランプを側面図で示す。
図３ａは半円形ブラシ状の内部電極を有する本発明に係る放電ランプを側面図で示す。
図３ｂは図３ａの実施例の横断面図を示す。
図４は円形ブラシ状内部電極を有する本発明に係るＵ形放電ランプを側面図で示す。

［発明の優れた実施形態］
図１ａおよび図１ｂは本発明に係る誘電体バリヤ放電ランプ１の第１実施例を概略側面図および概略横断面図で示す。ランプ１の縦長放電管は外管２と内管３とから同軸二重管構成に構成され、こうして外管と内管は放電管の長手軸線を規定する。２０Ｗの消費電力用に設計された誘電体バリヤ放電ランプ１の長さは２０ｃｍである。外管２は４０ｍｍの直径および１ｍｍの壁厚を有する。内管３は１１ｍｍの直径および１．２ｍｍの壁厚を有する。両管２，３は紫外線透過性石英ガラスからなる。さらに放電管は両端面を閉鎖されて、環状隙間状の縦長放電空間４を形成されている。このために放電管は両端部に、それぞれ適切に成形された環状放電管区域５を有する。さらに、放電管区域５の１つに排気管（図示せず）が継ぎ足されており、この排気管により放電空間４が先ず排出され、引き続き１５ｋＰａキセノンを封入される。外管２の壁の外面に放電管の長手軸線と平行に合計８個の均一に分布した幅１ｍｍの直線状外電極５が配置されている。内管３の内部に、すなわち放電管によって取り囲まれた放電空間４の同様に外側に、円形ブラシ状内部電極６が配置されている。内部電極６は軸線方向の支持要素７（ここでは簡略して図示されている）と多数の剛毛８とからなる。支持要素７は、それぞれ直径１ｍｍの互いに撚られた２本の特殊鋼線（撚り線）で形成されている（図示せず）。支持要素７のこれら両撚り線に、支持要素７の全長に沿って螺旋状に、それぞれ直径０．０６ｍｍの多数の特殊鋼線が束にされて織り込まれており、支持要素７に対して半径方向に向き、剛毛８として機能する。

図２は他の実施例を示し、図１ａおよび図１ｂと同じ部品には同じ符号が付けてある。図２に概略的に示された誘電体バリヤ放電ランプ９は、図１ａおよび図１ｂに示されたランプとは、図２では内部電極が５つのセグメント１０〜１４に細分されている点で相違している。セグメント１０，１２，１４の内部では支持要素７は周面全体にわたって、半径方向に延びる剛毛８を備えている。これらのセグメント１０，１２，１４は、剛毛のないセグメント１１，１３と交互に位置している。それゆえに、点灯時にランプ９は有利にはセグメント１０，１２，１４の部分領域において放射するのに対して、セグメント１１、１３では放電が生じない。

図３ａおよび図３ｂは他の実施例を概略側面図および概略横断面図で示す。ここでも図１ａおよび図１ｂと同じ部品には同じ符号が付けてある。図３ａおよび図３ｂに概略的に示された誘電体バリヤ放電ランプ９は、図１ａおよび図１ｂに示されたランプとは、図３ａおよび図３ｂでは内部電極が単に半円筒状に半径方向剛毛８を備えている点でのみ相違している。さらに、外管２の壁の外面は半殻状にアルミニウム製外電極１６を備えており、この外電極１６は外管２の全長に沿って延びている。外電極１６は、半円形ブラシ状内部電極に直接向き合うように向いている。そのことから放射の優先方向が生じる。外電極１６は例えば蒸着し、貼付け、または差し込んでおくことができる。さらに、外電極はランプを部分的に埋め込んだ金属ブロックによって形成することもできる。

図４に概略的に示された実施例では放電管、従って内管１７および外管１８がＵ形に曲げられている。本発明に係る柔軟な内部電極６は問題なくこの曲がりに追従することができる。さらに、内部電極６は支持要素および剛毛の柔軟性のゆえに比較的問題なく内管に導入可能である。

円形ブラシ状内部電極を有する本発明に係る放電ランプを示す側面図 図１ａの実施例の横断面図 セグメント化された内部電極を有する本発明に係る放電ランプを示す側面図 半円形ブラシ状の内部電極を有する本発明に係る放電ランプを示す側面図 図３ａの実施例の横断面図 円形ブラシ状内部電極を有する本発明に係るＵ形放電ランプを示す側面図

符号の説明

１ ランプ
２ 外管
３ 内管
４ 放電空間
５ 放電管区域
６ 電極
７ 支持要素
８ 剛毛
９ 誘電体バリヤ放電ランプ
１０乃至１４ セグメント
１６ 外部電極
１７ 内管
１８ 外管

Claims (15)

1. 外管（２）と内管（３）とを含む放電管を備え、内管（３）が外管（２）の内部に配置され、内管（３）と外管（２）とが互いに気密に結合され、これにより内管と外管との間に、放電媒体を封入された放電空間（４）が形成され、
   第１電極（６）と少なくとも１つの他の電極（５）とを備え、第１電極（６）が内管（３）の内部に配置されている誘電体バリヤ放電ランプ（１）において、
   第１電極（６）が導電性ブラシとして構成されていることを特徴とする誘電体バリヤ放電ランプ。
2. ブラシ状第１電極（６）が縦長の支持要素（７）とこれに対して実質的に半径方向に配置された剛毛（８）とを有し、剛毛が実質的に内管（３）の壁まで延びている請求項１記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
3. 支持要素（７）および剛毛（８）が柔軟な材料からなる請求項１または２記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
4. 柔軟な材料が金属、好ましくは特殊鋼である請求項３記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
5. 支持要素（７）が少なくとも一部に、周面全体に、円形ブラシとして形成された剛毛を備えている請求項１乃至４の１つに記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
6. 分解状態のとき円形ブラシ状電極（６）の直径が放電管の内管（３）の内径よりも大きい請求項５記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
7. 各剛毛（８）が線材からなる請求項１乃至６の１つに記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
8. 剛毛線の直径が０．００５ｍｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍである請求項７記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
9. 分解状態のときブラシ状電極の隣接する剛毛線の相互の平均間隔が０．０１ｍｍ〜１ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍである請求項７記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
10. 支持要素が少なくとも２つの互いに撚られた撚り線からなる請求項１乃至９の１つに記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
11. 各撚り線の直径が０．２ｍｍ〜２ｍｍである請求項１０記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
12. 少なくとも１つの他の電極（５）が外管（２）の外面に配置されている請求項１乃至１１の１つに記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
13. 少なくとも１つの他の電極（５）が網状、または条帯状もしくは線状である請求項１２記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
14. 他の電極として機能する金属ブロック内に少なくとも部分的に埋め込まれている請求項１乃至１１の１つに記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
15. 放電管が曲げられている請求項１乃至１４の１つに記載の誘電体バリヤ放電ランプ。

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