JP2012195071A - エキシマランプ - Google Patents
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Abstract
照射される紫外線を有効に利用して、光触媒の処理効率を向上させることができるだけでなく、放電ガスとしてキセノンガスを用いた場合でも点灯性の良好なエキシマランプを提供する。
【解決手段】
放電ガスが気密に封入される放電管(2)に形成された放電空間(3)の少なくとも一部が円筒空間に形成されると共に、その中心側に配される中心電極(4A)と外周側に配される周面電極(4B)とを備え、周面電極(4B)は、多数の微細透孔(13)が形成された導電性メッシュ(14)に光触媒となるアナターゼ型酸化チタン(16)を担持させた多孔質光触媒シート(11)を巻回して、放電管(2)の外表面に設けた。
【選択図】図3
Description
このため、紫外線ランプなどにより紫外線を照射することが行われているが、一般の紫外線ランプは水銀を用いるため、環境負荷が大きい。
また、近年では、紫外線LEDも開発されているが、高価であるだけでなく、十分な光強度が得られないという問題があった。
これによれば、照射された紫外線が透明電極を透過して光触媒層に照射されるから、光触媒が活性化され、これに触れる空気を脱臭・殺菌することができるとされている。
しかしながら、透明電極は一般に紫外光に対して透過率が低く、特に代表的な透明電極であるスズ添加酸化インジウム膜(ITO)は可視光に対しては透明でも、光触媒を活性化させるUVB(280〜315nm)領域の紫外光に対しては不透明であるため、透明電極の表面に光触媒を形成しても、決して、特許文献1に記載されたような効果を得ることはできない。
周面電極は、導電性メッシュに光触媒となるアナターゼ型酸化チタンを担持させた多孔質光触媒シートからなるので、その内側に担持されている光触媒が放電管から照射された紫外線により励起されると共に、メッシュの微細透孔の周辺に担持された光触媒が当該透孔を透過する紫外線により励起され、微細流路を透過した紫外線がその外側開口部で回折現象を起こすので多孔質光触媒シートの外側に担持されている光触媒も励起される。
したがって、放電管から照射された紫外線は、周面電極に遮られるものも、微細流路を透過するものも、そのほとんどが周面電極に担持された光触媒を励起することとなるので、光の利用効率が極めて高く、しかも、周面電極に担持されているほとんどの光触媒が励起される。
したがって、本発明に係るエキシマランプを水や空気などの被処理流体の流路中に配することにより、被処理流体が周面電極の表面に接触する際に、紫外線励起された光触媒に接触して浄化処理される。
この場合、被処理流体がその隙間を流通することによっても浄化処理されるので、浄化処理効率が向上する。
中心電極4Aは、その両端縁6a,6bがナイフエッジのように尖って形成された帯板状に形成されて、誘電体である石英ガラス7で覆われて放電管2の中心に配されて成る。
また、周面電極4Bは、一方向に沿って連続する波状の起伏が形成された多孔質光触媒シート11で形成され、その起伏が放電管2の外表面に線接触するように巻回されて設けられており、放電管2の周面には、周面電極4Bと間に、その管軸方向に沿って延びるトンネル状の隙間8…が形成されている。
まず、チタンシート12に微細流路13を形成するエッチング処理を行う。
エッチング処理は、純チタンを圧延して形成したチタンシート12の表裏両面にフォトレジスト剤17を塗布する塗布工程(図5(a))と、レジスト剤17の上から非周期的パターンが形成されたマスキングフィルム18、18を重ねて露光する露光工程(図5(b))と、露光後、レジスト剤の感光していない部分を洗浄し、感光した部分をチタンシート12の表面に残す洗浄工程(図5(c))と、レジスト剤17で非周期網目パターンがマスキングされたチタンシート12をエッチング液に浸漬し、表裏両面からチタンシート12の厚さの半分まで浸食させることにより表裏を貫通する多数の微細流路13…を形成する浸漬工程(図5(d))からなる。
その結果、図4に示すように、チタンシート12の厚さ方向に複雑なラビリンス状の微細流路が形成され、単純なメッシュ構造よりも比表面積が著しく大きくなる。
なお、チタンメッシュ14の空隙率(エッチング処理後の重量/エッチング処理前の重量)は20%程度である。
また、その表面を拡大観察すると、この時点では、図5(e)に示すように、概ねフラットな状態となっている。
陽極酸化処理は、リン酸浴(例えばリン酸3%水溶液)中で、陽極となるチタンシート12と陰極との間に所定電圧を印加して行われ、その結果、図5(f)に示すように、チタンシート12の表面が酸化されて陽極酸化皮膜が形成される。
このとき、酸化皮膜は、チタンシート12の表裏両面だけでなく、微細流路13の内壁面などリン酸浴に曝されている全表面に形成される。
その後、このチタンシート12を大気中で550℃、3時間加熱する加熱処理を施し、陽極酸化皮膜が加熱された酸化チタンベース15が形成される。
その表面を拡大観察すると、エッチング処理した時点でフラットだった表面に、陽極酸化処理及び加熱処理によるひび割れ19が多数出現する。
本例では、厚さ70〜150nmの皮膜を形成した。
この成形加工は、エッチング処理後、酸化チタンベースにアナターゼ型酸化チタン粒子を焼き付ける焼き付け処理の前であればよく、例えば、エッチング処理後、陽極酸化処理の前にプレス加工をしても良い。
焼付処理は、表面に酸化チタンベース15が形成されたチタンシート12を、アナターゼ型酸化チタン16を分散したスラリー中にディッピングした後、これを550℃で焼き付けることにより行い、その結果、図5(g)に示すように、チタンシート12の表裏両面及び微細流路13の内壁面に光触媒層20が形成される。
なお、酸化チタンベース15と光触媒層20は、酸化チタン同士が結合することになるので、その結合性が極めて強くなり、その結果、光触媒層20が剥がれ難くなる。
また、UV光を照射したときに光触媒層20の表面及び酸化チタンベース15との界面で乱反射/光散乱が起き、UV光を効率よく利用できる。
さらにまた、チタン箔を使用したことで光触媒シート自体を軽量に形成することができることから設計の自由度が大きくなり、耐熱性、耐薬品にも優れるため、過酷な使用条件の下でも使用に耐え得る。
周面電極4Bは、図3に示すように、放電管2に対して所定のピッチ(本例では中心角22.5°)で起伏が形成されており、0°から22.5°ピッチで線接触される。
このとき、径方向の対向位置すなわち0°と180°の位置で放電管2に線接触するとともに、その径方向上に、中心電極4Aの両端縁6a、6bが位置している。
これにより、周面電極4Bとなる多孔質光触媒シート11が放電管に線接触している部分11a、11bと、中心電極4Aの両端縁6a、6bが径方向に対向して設けられ、しかも、電極4A,4Bの最も接近した部分が線状に形成されているので、点灯時に絶縁破壊がおきやすい。
図3(b)は、エキシマランプ1に電源5から例えば20kHzの高周波電圧を電極4A,4B間に印加したときに形成される電界E及びeを示す説明図で、電極4A,4B同士の最も接近した部分、すなわち、中心電極4Aの両端縁6a、6bと、これに対向する周面電極4Bの放電管2に線接触している部分11a、11bとの間で電界Eが形成される。
しかも、双方の電極4A,4Bの対向部分はいずれも線状に形成されているので、電界Eは双方の電極4A,4Bに対して局部的に集中して形成される。
本例のように、周面電極4Bを波状に形成することにより、点灯時に大電力を印加しなくても絶縁破壊がおきやすくなり点灯性が向上するというメリットがある。
この紫外線は、放電管2の管壁を透過して、まず、周面電極4Bの内周面に照射され、周面電極4Bを形成する多孔質光触媒シート11の微細流路13を透過する。
また、微細流路13を透過した紫外線は、その外側開口部で回折現象を起こすので、多孔質光触媒シート11の外側に形成されている光触媒層20も少なからず励起されることとなる。
また、周面電極4Bに形成された光触媒層20に担持されているほとんどの光触媒が紫外線励起されるので、被処理流体が周面電極4Bに接触すれば、その光触媒作用により浄化されることとなり、浄化効率が極めて高いというメリットがある。
図7に示すエキシマランプ21は、中心電極4Aが棒状に形成され、その表面に多数の突条22…が形成されており、周面電極4Bは、実施例1と同じものを用いている。
本例では、中心電極4Aの断面が星型となるように、中心角22.5°のピッチでに16個の突条22…が、その長手方向に延設されている。
これにより、電極4A,4Bの最も接近した部分が線状に形成されて対向することとなるので、点灯時に絶縁破壊がおきやすい。
しかも、双方の電極4A,4Bの対向部分はいずれも線状に形成されているので、電界Eは双方の電極4A,4Bに対して局部的に集中して形成され、したがって、点灯時に大電力を印加しなくても絶縁破壊がおきやすく点灯性が向上する。
さらに、そのような集中電界Eが、中心電極4Aから放射状に16方位に向って形成されるので、極めて点灯性に優れる。
また、中心電極4Aの表面に突条を形成する場合に限らず、多数の突起を形成しても同様である。
本例のエキシマランプ25に使用される周面電極4Bは、多孔質光触媒シート11を曲げ加工して起伏を形成すると共に、その起伏の形成方向と直交する方向に巻回した蛇腹状に形成されており、放電管2の周方向に沿って線接触されている。
本例の中心電極4Aは、通常の棒状電極を使用しているが、図1及び図3に示すようなナイフエッジを形成した帯板状の電極であっても、図7に示すように表面に突条22…を形成したものであっても、さらには、突起を形成したものであってもよい。
また、エキシマランプ25から照射される紫外線の利用効率に優れる点、周面電極4Bに形成された光触媒層20による浄化処理効率が高い点は、実施例1及び2と同様である。
この場合、中心電極4Aの両端縁6a、6bと、これに対向する周面電極4Bの放電管2に線接触している部分11a、11bとの間で集中電界Eが形成されるので、実施例1と同様点灯性に優れる。
紫外線の利用効率、光触媒層20の浄化処理効率が高いのも、実施例1と同様である。
また、周面電極4Bに形成される波状の起伏は、ピッチが一定の場合に限らず、被処理流体の状態に応じて起伏の大きさや長さを変えて、トンネル状の隙間8の大きさを変えたものでもよい。
この場合においては、多数の微細透孔を設けた周面電極4Bの非周期性海綿構造により、電界の集中が生じ、絶縁破壊がおきやすくなる。
2 放電管
3 放電空間
4A、4B 電極
11 多孔質光触媒シート
12 チタンシート
14 チタンメッシュ(導電性メッシュ)
16 アナターゼ型酸化チタン
20 光触媒層
Claims (10)
- 放電ガスが気密に封入される放電管に形成された放電空間を挟むようにその外側に一対の電極が配され、当該電極間に高周波電圧を印加することにより前記放電空間内に誘電体バリア放電を生じさせて紫外線を照射するエキシマランプにおいて、
前記放電空間の少なくとも一部が円筒空間に形成されると共に、前記一対の電極が円筒空間の中心側に配される中心電極と外周側に配される周面電極とからなり、
当該周面電極は、多数の微細透孔が形成された導電性メッシュに光触媒を担持させた多孔質光触媒シートが巻回されて、前記放電管の外表面に設けられたことを特徴とするエキシマランプ。 - 前記周面電極は、前記放電管の外表面に線接触するように前記多孔質光触媒シートが湾曲又は折曲形成されてなる請求項1記載のエキシマランプ。
- 前記多孔質光触媒シートは、一方向に沿って連続する波状の起伏が湾曲又は折曲形成されて成る請求項2記載のエキシマランプ。
- 前記導電性メッシュが、チタンシートの片面又は両面から非周期的パターンによるエッチング処理を施して表裏を貫通する多数の微細流路を形成した非周期性海綿構造を有するチタンメッシュで成る請求項1乃至3いずれか記載のエキシマランプ。
- 前記多孔質光触媒シートは、前記チタンメッシュの表面に陽極酸化皮膜による酸化チタンベースが形成され、当該酸化チタンベースにアナターゼ型酸化チタン粒子が焼き付けられて成る請求項4記載のエキシマランプ。
- 前記中心電極が誘電体で覆われて前記放電管内に配されて成る請求項1乃至4いずれか記載のエキシマランプ。
- 前記中心電極が帯板状に形成された請求項6記載のエキシマランプ。
- 前記中心電極が表面に多数の突条又は突起が形成された棒状に形成された請求項6記載のエキシマランプ。
- 前記周面電極は、前記多孔質光触媒シートが、前記起伏の形成方向に沿って巻回され、放電管の管軸方向に沿って線接触される請求項3乃至5いずれか記載のエキシマランプ。
- 前記周面電極は、前記多孔質光触媒シートが、前記起伏の形成方向と直交する方向に巻回され、放電管の周方向に沿って線接触される請求項3乃至5いずれか記載のエキシマランプ。
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