JP2012064382A

JP2012064382A - 外部電極型ランプ及びこれを用いた照射装置

Info

Publication number: JP2012064382A
Application number: JP2010206468A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Nozaki; 仁史野崎
Original assignee: NEC Lighting Ltd
Current assignee: Hotalux Ltd
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-03-29

Abstract

【課題】内部電極型ランプと同等の点灯性を有する外部電極型ランプ及びこれを用いた照射装置を提供する。
【解決手段】外部電極型ランプ１及びこれを用いた照射装置において、外部電極型ランプ１は、内部に放電媒体５が封入された円筒形状の放電容器２と、放電容器２の外面に設置された少なくとも一対の円筒形状の外部電極３と、放電容器２の少なくとも一方の端部の内面に形成された円筒形状の内部電極４と、を備え、内部電極４は、外部電極３と放電容器２を介して対向している。
【選択図】図１

Description

本発明は外部電極型ランプ及びこれを用いた照射装置に関する。

上下水道の殺菌、消毒、医療機器の殺菌等を行うために、紫外線ランプが用いられている。この種の紫外線ランプとしては、通常、放電空間内に金属電極を備える内部電極型ランプが使用される。しかし、内部電極型ランプは、放電量が増加すると電極の金属が蒸発し電極自身が消耗してしまう。また、蒸発した金属が放電容器の内壁に付着し、紫外線発生量が低下する。

この問題が発生しない紫外線ランプとして、電極を外部に備える外部電極型ランプが知られている。例えば特許文献１には、放電容器の外周に円筒状の電極を備える紫外線ランプを備えた紫外線発生装置が開示されている。

特開２０００−７７０３１号公報

外部電極型ランプは、外部に電極を有するため、電極が消耗する虞がない。その反面、内部電極型ランプに比べ、始動の際に点灯するまでに時間がかかる等、点灯性（点灯性能）が低いという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、内部電極型ランプと同等の点灯性を有する、外部電極型ランプ及びこれを用いた照射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る外部電極型ランプは、
内部に放電媒体が封入された放電容器と、
前記放電容器の外面に設置された少なくとも一対の外部電極と、
前記放電容器の少なくとも一方の端部の内面に形成され、前記外部電極と前記放電容器を介して対向する内部電極と、を備える、
ことを特徴とする。

本発明の第２の観点に係る照射装置は、
本発明の第１の観点に係る外部電極型ランプを備え、所定領域に光を照射する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、内部電極型ランプと同等の点灯性を有する外部電極型ランプ及びこれを用いた照射装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る外部電極型ランプを示す簡略構成図である。本発明の一実施形態に係る外部電極型ランプの端部を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る外部電極型ランプの図２ＡにおけるＡＡ断面図である。本発明の一実施形態の変形例に係る外部電極型ランプの端部を示す断面図である。本発明の一実施形態の変形例に係る外部電極型ランプの端部を示す断面図である。本発明の一実施形態の変形例に係る外部電極型ランプを示す断面図である。本発明の外部電極型ランプを用いた照射装置を示す断面図である。本発明の外部電極型ランプを用いた照射装置を示す断面図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態に係る外部電極型ランプについて、紫外線ランプを例に図面を参照して説明する。

本実施の形態に係る紫外線ランプ１は、図１及び図２Ａ、図２Ｂに断面で示すように、放電容器２、一対の外部電極３、一対の内部電極４から構成されている。

放電容器２は直管形のガラス管から形成されている。このガラス管は、石英ガラス等の透紫外線性の材料から構成された直管形の密閉容器であり、その内径は２mmから８mm程度に設定されている。

放電容器２の内部の気密空間には放電ガス５が封入されている。放電ガス５としては、例えば、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトンやキセノン等の希ガスと水銀ガスを混合したものが用いられている。封入圧力は、1torr(133.3Pa)から500torr(66.65kPa)程度に設定されている。

外部電極３は、ステンレス、ニッケル、金、白金、またはこれらで被覆された金属等の腐食しにくい耐腐食性導電性材料から構成され、放電容器２の両端部の外面に円筒状に形成されている。外部電極３は、耐腐食材料を、ペースト状にして放電容器２の外面に塗布すること、放電容器２の外面に蒸着すること、金網状にして放電容器２の外面に、巻きつけること等で形成されている。

内部電極４は、放電容器２の両端部内面に設けられており、外部電極３に放電容器２を介して対向し、対向する外部電極３に容量結合している。内部電極４は、アルカリ金属やアルカリ土類金属、そしてその化合物、金属酸化物等の仕事関数の低い、望ましくは、仕事関数が2.0eV程度以下の材料から構成されている。内部電極４は、電子放射性物質を塗布する等の放電容易化処理を施した金属から構成されてもよい。それらの金属をペースト塗布等することによって円筒状に形成されている。内部電極４の長さは、外部電極３の長さと同等、もしくはそれ以上に設定されている。

また、外部電極３はリード線６を介してインバータ７に接続されており、インバータ７はリード線８を介して電源９に接続されている。
インバータ７は、電源９からリード線８を介して電力を受け、これを所定周波数の高周波交流電圧に変換し、リード線９を介して外部電極３の間に印加する。
電源９は、直流電源、商用電源等から構成され、電圧（電力）を、リード線８を介してインバータ７に印加する。

以上のように構成された紫外線ランプ１がオンされると、電源９からインバータ７に電力が供給され、インバータ７が、高周波交流電圧を外部電極３へ印加する。これにより、放電容器２に交番電界が発生する。
発生した交番電界により、放電容器２内の放電ガス５の原子が電離し、電子が遊離すると共にエネルギーを放出してプラズマ状態となり、電子が電界によって移動して電流が流れ、放電が起こる。その際、遊離した電子が放電ガス５中の水銀原子に衝突し、水銀原子を電離する。その際、水銀原子が電子のエネルギーを受け、紫外線（紫外光）を放射する。発生した紫外線は放電容器２を透過し、外部に放射される。
さらに、外部電極３と対向する内部電極４とが容量結合しているため、外部電極３に印加された交番電圧は、内部電極４間にも印加され、内部電極４間にも交番電界が発生する。この交番電界により、放電ガス５の原子がさらに電離すると共にエネルギーの放出が促され、放電が促進され、紫外線の発生も促進される。
このように、内部電極４により、放電が促進されるため、インバータ７をオンして外部電極３間に交番電界をかけた後、短時間で放電が安定して発生し、紫外線が発生する。

上記のような構成の紫外線ランプ１では、１７５ｎｍから３００ｎｍ程度の波長域の紫外線を得ることができる。発生した紫外線自体または紫外線のエネルギーが酸素に照射されることから生成されるオゾンによって、上下水道や医療機器の殺菌、除菌を行うことが可能である。

本実施形態の紫外線ランプ１は、放電容器２の外部に外部電極３が設けられているため、放電に晒されず、電極が消耗する虞がない。また、電極を封止する構造が不要であるため、放電容器２の構造を簡略化することができる。
また、放電容器２の内面の外部電極３と対応する位置に内部電極４が設けられているため、放電が促進され、点灯性を向上させることができる。

さらに、外部電極３と内部電極４とが放電容器２を挟んで対向し、コンデンサを構成している。このため、複数の紫外線ランプ１の外部電極３同士を接続し、両電極群の間に交流電圧を印加すると、１つのインバータ７で、複数の紫外線ランプ１を均等な明るさで点灯することが可能となる。

この発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
以下、本発明の変形例について、図面を参照して説明する。

上記実施の形態においては、紫外線ランプを例にこの発明を説明したが、この発明は紫外線ランプに限定されず、外部電極型の放電容器に広く適用可能である。
例えば、本願発明は、図３Ａ及び図３Ｂに断面で示す構造の外部電極型の蛍光ランプに適用することも可能である。
この蛍光ランプ１１は、図３Ａに示すように、放電容器２、一対の外部電極３、一対の内部電極４、蛍光体層１５から構成されている。なお、放電容器２、外部電極３、及び内部電極４の構造及び機能は上記実施形態と同一である。
蛍光体層１５は、放電容器２の内面に形成され、水銀原子が発生した紫外線を吸収し、可視光を発光する。

なお、図３Ｂに示すように、蛍光体層１５を、放電容器２の外周に形成することも可能である。
また、図３Ｂに示すように、蛍光体層１５を、例えば酸化チタン等の光触媒機能を有する材料の光触媒層から構成することにより、この蛍光ランプ１１を光触媒ランプとすることも可能である。

この場合、放電容器２の内部で発生した紫外線は、外部へと放射される際に、光触媒層に一部又は全部が吸収される。すると、光触媒材料が活性化され、表面に付着した汚れ（有機物）やニオイの粒子を空気中の酸素と結びつけて炭酸ガスや水に変える。

上記実施の形態においては、内部電極４を、放電容器２の両端部に配置したが、図４に示すように、一端部のみに内部電極４を配置する構成でも、効果を得ることが可能である。
また、内部電極４の位置として、放電容器２の端部から、外部電極３の先まで延在する例を示したが、放電早期に開始し且つ安定するならば、図４に例示するように、外部電極３と同一或いは短くても良い。

また、上記紫外線ランプ１を図５Ａに示すように、紫外線非透過型の容器１６内に配置することにより、殺菌装置、除菌装置、抗ウイルス装置を構成することも可能である。
また、１又は複数本の紫外線ランプ１や光触媒ランプを、図５Ｂに示すように、空調ダクト１７内等の空気通路に配置することにより、空調ダクト１７内を通過する空気１８の殺菌、除菌、除臭等を行う装置を構成することも可能である。
その他、任意形状のスタンド等に上記紫外線ランプ、蛍光ランプ、光触媒ランプを配置することにより、殺菌、除菌、抗ウイルス、除臭、害虫や害獣の忌避装置、学習スタンド等任意の光を任意の用途に任意の位置に照射する照射装置として利用・使用可能である。

放電容器２は波長１７５ｎｍから３００ｎｍの紫外線の透過率が１０％以上であり、内部を低圧に維持できる材料であれば任意であり、石英ガラスに限定されるものではない。放電容器２の外径、長さ、厚み等を変えることで、紫外線発生量を調節することもできる。

また、放電容器２に封入するガスは、紫外線の波長や強度に応じてハロゲンガス、ヨウ素ガス、もしくはそれらの化合物を、希ガスと混合したものであってもよい。また、窒素ガスだけでもよい。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）内部に放電媒体が封入された放電容器と、前記放電容器の外面に設置された少なくとも一対の外部電極と、前記放電容器の少なくとも一方の端部の内面に形成され、前記外部電極と前記放電容器を介して対向する内部極と、を備える、ことを特徴とする外部電極型ランプ。

（付記２）前記内部電極は、直流電圧に対しては前記外部電極から絶縁されており、高周波電圧に対しては、前記外部電極と容量結合している、ことを特徴とする付記１に記載の外部電極型ランプ。

（付記３）前記内部電極は、前記放電容器の内面の両端部に設けられる、ことを特徴とする付記１または２に記載の外部電極型ランプ。

（付記４）前記内部電極は、仕事関数が2.0eV程度以下の材料から構成されている、ことを特徴とする付記１乃至３のいずれか一項に記載の外部電極型ランプ。

（付記５）前記内部電極は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはその化合物、金属酸化物である、ことを特徴とする付記４に記載の外部電極型ランプ。

（付記６）前記放電容器は、円筒形状を有し、前記外部電極は、前記放電容器の両端部に円筒形状に配置され、前記内部電極は前記放電容器の端部内面に円筒形状に形成され、前記内部電極の長さは、前記外部電極の長さと同等、もしくはそれ以上である、ことを特徴とする付記１乃至５のいずれか一項に記載の外部電極型ランプ。

（付記７）前記放電容器の外周又は内周には、蛍光体がコーティングされている、ことを特徴とする付記１乃至６のいずれか一項に記載の外部電極型ランプ。

（付記８）前記放電容器の外周には、光触媒材料がコーティングされている、ことを特徴とする付記１乃至６のいずれか一項に記載の外部電極型ランプ。

（付記９）付記１乃至８のいずれか一項に記載の外部電極型ランプを備え、所定領域に光を照射する、ことを特徴とする照射装置。

１紫外線ランプ
２放電容器
３外部電極
４内部電極
５放電ガス
７インバータ
９電源
１１蛍光ランプ
１５蛍光体層
１６容器
１７空調ダクト

Claims

内部に放電媒体が封入された放電容器と、
前記放電容器の外面に設置された少なくとも一対の外部電極と、
前記放電容器の少なくとも一方の端部の内面に形成され、前記外部電極と前記放電容器を介して対向する内部電極と、を備える、
ことを特徴とする外部電極型ランプ。
前記内部電極は、直流電圧に対しては前記外部電極から絶縁されており、高周波電圧に対しては、前記外部電極と容量結合している、
ことを特徴とする請求項１に記載の外部電極型ランプ。
前記内部電極は、前記放電容器の内面の両端部に設けられる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の外部電極型ランプ。
前記内部電極は、仕事関数が2.0eV程度以下の材料から構成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の外部電極型ランプ。
前記内部電極は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはその化合物、金属酸化物である、
ことを特徴とする請求項４に記載の外部電極型ランプ。
前記放電容器は、円筒形状を有し、
前記外部電極は、前記放電容器の両端部に円筒形状に配置され、
前記内部電極は前記放電容器の端部内面に円筒形状に形成され、
前記内部電極の長さは、前記外部電極の長さと同等、もしくはそれ以上である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の外部電極型ランプ。
前記放電容器の外周又は内周には、蛍光体がコーティングされている、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の外部電極型ランプ。
前記放電容器の外周には、光触媒材料がコーティングされている、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の外部電極型ランプ。
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の外部電極型ランプを備え、所定領域に光を照射する、
ことを特徴とする照射装置。