JP2012195091A - 放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】夫々エキシマ発光を行う複数の放電管で構成する放電ランプにおいて、単純な構造で放電効率の高効率化及び放射量の増加が可能となると共に、簡素化された製造工程で製造コストを低減することが可能な放電ランプを実現することにある。
【解決手段】複数のエキシマ放電管を、柱状の第一電極の周りに該第一電極に面接触した状態で且つ第一電極に平行に並設し、複数のエキシマ放電管を一括して環状に包み込んで該複数のエキシマ放電管の夫々と面接触するように網状、或いはメッシュ状の第二電極を設けた構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、放電ランプに関するものであり、詳しくは、夫々エキシマ光を放射する複数のエキシマ放電管で構成する放電ランプに関する。

従来、この種の放電ランプ（エキシマランプ）８０としては、図１３に示すように、円柱状アース電極８１の周りに該アース電極８１に接するように環状に且つ互いに接するように複数（８本）の放電管８２〜８９を配置し、夫々の放電管８２〜８９の管壁中に管軸方向に延びる帯状電極９０〜９７を埋設すると共に、放電空間１００〜１０７に放電中にエキシマ分子を生成する放電ガスを封入した構成とするものが開示されている。

そして、アース電極８１と各放電管８２〜８９の電極９０〜９７との間に数ｋＶの高電圧を印加することにより、各放電管８２〜８９の放電空間１００〜１０７に誘電体バリア放電が発生し、該放電空間１００〜１０７から外部に向けてエキシマ光が放射される（例えば、特許文献１参照。）。

また、他の放電ランプ（エキシマ放電ランプ）１１０として、図１４に示すように、夫々キセノンガスが封入され且つ導体１１１、１１２が貫通して配設された放電容器１１３、１１４を有する複数（２本）のエキシマ放電ユニット１１５、１１６を、アルミナ等の高誘電率材料からなるスペーサを間に介在させて互いに近接配置した構成のものも開示されている。

そして、エキシマ放電ユニット１１５、１１６の夫々の導体１１１、１１２間に、周波数２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ、電圧（Ｖｐ−ｐ）５ｋＶ〜１５ｋＶの高周波の電圧を印加することにより、放電容器１１３、１１４及びスペーサからなる誘電体を介して導体１１１、１１２間でエキシマ放電を生じ、放電柱１２０が形成されるものである（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−２１８７２９号公報 特開２００５−３５３３８６号公報

ところで、特許文献１で開示された構成のエキシマランプ８０は、製造工程において夫々の放電管８２〜８９の管壁中に帯状電極９０〜９７を埋設する工程が必要となり、設備投資が増大すると共に生産効率の低下を招く。

また、帯状電極９０〜９７を管壁内に埋設する際の加熱工程において、帯状電極９０〜９７を熱による酸化から保護しながら工程を進める必要があり、工程管理上その保護条件の設定が難しい。また、帯状電極９０〜９７を埋設した後の冷却後に加熱工程時のひずみが残り、その応力によって放電管が破損する恐れもある。

また、互いに近接配置された放電管８２〜８９同士は線接触の状態にあり、これは電極幅が著しく狭いことを意味している。そのため、各放電管８２〜８９に対する印加電圧が低いと発光効率の低下を招くことになる。したがってこの場合、家電製品としては不適である。

また、エキシマランプ８０を構成する放電管８２〜８９の数が増えるに伴って外部電源に接続するために引出線の本数が多くなり、使用時の引出線の結線工数の増加やエキシマランプ８０としての簡素化された構造を損なうことになる。

更に、各放電管８２〜８９は内管とそれを覆う筒状同軸外管を溶着して一体化した二重管構造であり、複雑な製造工程を設ける必要がある。

一方、特許文献１で開示された構成のエキシマ放電ランプ１１０は、エキシマ放電ランプ１１０を構成する各エキシマ放電ユニット１１５、１１６の発光出力を高めるために単に放電管の管径を太くすると、放電管の両端部の気密封止にフレアステム等の特別の封止部材を用いる必要が生じ、エキシマ放電ユニット１１５、１１６の構成が複雑化する。その結果、製造工程の複雑化と共に部品点数の増加により製造コストの上昇を招くことになる。

また、特許文献１と同様に、近接配置されたエキシマ放電ユニット１１５、１１６同士は線接触の状態にあり、これに係わる特許文献１と同様の問題点を有している。更に、特許文献１と同様に、エキシマ放電管ユニット１１５、１１６の数が増えるに伴って外部電源に接続するために引出線の本数が多くなり、これに係わる特許文献１と同様の問題点を有している。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、夫々エキシマ発光を行う複数の放電管で構成する放電ランプにおいて、単純な構造で放電効率の高効率化及び放射量の増加が可能となると共に、簡素化された製造工程で製造コストを低減することが可能な放電ランプを実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、 表面を金属面とする柱状の第一電極と、前記第一電極の周りに環状に、該第一電極に面接触した状態で且つ前記第一電極に平行に並設された複数のエキシマ放電管と、前記複数のエキシマ放電管の前記第一電極と反対側に位置し、前記複数のエキシマ放電管を一括して環状に包み込んで該複数のエキシマ放電管の夫々と面接触するように配置された金属製の網状、或いはメッシュ状の第二電極とを備え前記第一電極と前記第二電極との間に電圧を印加することにより、前記複数のエキシマ放電管の夫々が放電してエキシマ光を放射することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記複数のエキシマ放電管は、夫々発光スペクトル等の特性の異なるエキシマ光を放射する複数種のエキシマ放電管の組み合わせからなることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２において、前記複数のエキシマ放電管は、その全て又はその一部のエキシマ放電管の内面に蛍光体が塗布されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、前記第二電極の上から部分的に該第二電極を紐状或いは帯状の拘束部材で締め付けるか、又は前記第二電極全体を光を透過する部材で覆って締め付けたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記第一電極には、該第一電極の長手方向に沿う貫通孔が設けられており、該貫通孔を介して前記複数のエキシマ放電管を冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の放電ランプは、複数のエキシマ放電管を、柱状の第一電極の周りに該第一電極に面接触した状態で且つ第一電極に平行に並設し、複数のエキシマ放電管を一括して環状に包み込んで該複数のエキシマ放電管の夫々と面接触するように網状、或いはメッシュ状の第二電極を設けた構成とした。

その結果、各エキシマ放電管に対する電圧が面状の電極で印加されることになり、エキシマ放電による紫外線の放射効率が高められて多くの紫外線照射量を得ることができた。

また、第一電極、第二電極及び複数のエキシマ放電管の一体化による放電ランプの形成が簡単にできるようになり、製造工程の簡素化によって製造コストの低減を図ることができるようになった。

本発明に係わる実施形態の放電ランプを構成する放電管の説明図である。 実施形態の放電ランプの説明図である。 実施形態の放電ランプを構成する第一電極の説明図である。 放電ランプを利用した紫外線殺菌装置の説明図である。 紫外線殺菌装置を構成する放電ランプの説明図である。 第一電極に係わる他の構成図である。 放電ランプに係わる拘束部材の説明図である。 放電ランプに係わる透明部材の説明図である。 第二電極の説明図である。 口金の説明図である。 口金に放電管を取り付けた説明図である。 口金を用いた放電ランプの説明図である。 従来例の説明図である。 同じく、従来例の説明図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１２を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

本発明の放電ランプは、エキシマ放電によりエキシマ光を放射するエキシマ放電管（以下、放電管と略称する）を複数本束ねて一対の外部電極と共に一体化し、外部電極に電圧を印加することにより全ての放電管を一斉に放電させて所望のエキシマ光を得るものである。

図１及び図２は、本発明に係わる具体的な実施形態を示す説明図であり、図１は放電管の概略図、図２は図１の放電管を用いて構成した放電ランプの概略斜視図である。

図１より、放電管１は、紫外線を透過する硬質ガラスからなり、両端部を気密に封止すると共に長手方向に対して同一の管径とする円筒状のガラス管２と、ガラス管２内の気密空間に封入された封入ガス３とで構成されている。ガラス管２の内面には蛍光体４が塗布されており、封入ガス３としてはキセノンガスが用いられ該キセノンガスが１００Ｔｏｒｒの圧力で封入されている。但し、用途によっては蛍光体を塗布しない場合もある。

複数の放電管１で構成される放電ランプ１０は図２のように、中央部に柱状の第一の外部電極（以下、第一電極と略称する）５が位置し、第一電極５の周囲に該第一電極５を囲むように環状に配置された複数（本実施形態では４本）の放電管１ａ〜１ｄが位置している。

４本の放電管１ａ〜１ｄは、夫々第一電極５に平行に正方形状に並設されると共に隣接する放電管１ａ〜１ｄ同士が互いに接触した状態に配置されている。

第一電極５は、アルミニウムの無垢材からの切削加工により形成されており、図３のように、その長手方向を放電管１ａ〜１ｄの長手方向と同一方向として配置されると共に、側面５ａが各放電管１ａ〜１ｄの外側面と円弧状に面接触している。つまり、第一電極５自体の形状は、長手方向に垂直な断面形状を、各放電管１ａ〜１ｄの外径と略同一の径の円弧を、中心軸Ｘ方向を凸方向として中心軸Ｘを中心とする周方向に連続的に配置した形状となっている。

図２に戻って、第一電極５からは、該第一電極５に電気的に接続されたリード線６が引き出されており、このリード線６が放電ランプ１０の駆動時に外部電源の一方の端子（図示せず）に電気的に接続される。この第一電極５に対するリード線６の接続は、例えば、リード線６の先端に圧着された圧着端子６ａを該第一電極５にねじ止めすることにより行われる。

４本の放電管１ａ〜１ｄの第一電極５と反対側には、該放電管１ａ〜１ｄの外側を一括して環状に包み込むように且つ各放電管１ａ〜１ｄの外側面と円弧状に面接触した状態で、ニッケル線を編んだ網状の、又は、ニッケル板をエッチングしたメッシュ状の第二の外部電極（以下、第二電極と略称する）８が配置されている。

第二電極８からは、該第二電極８に電気的に接続されたリード線７が引き出されており、このリード線７が放電ランプ１０の駆動時に外部電源の他方の端子（図示せず）に電気的に接続される。この第二電極８に対するリード線７の接続は、例えば、リード線７の先端に圧着された圧着端子７ａを該第二電極８にはんだ付け或いは溶着することにより行われる。また、通常は外側に配置される第二電極が電気的に接地される。

そこで、このように構成された放電ランプ１０を点灯（駆動）するに際しては、一対のリード線６、７を外部電源に接続して該リード線６、７を介して駆動電圧を印加する。このときの駆動電圧は、周波数を６０〜８０ｋＨｚの範囲とする矩形波或いはパルス波が好ましい。なお、最適電圧値は放電管の管径により異なる。

このような駆動条件により最高の放電効率を得ることができ、発生したエキシマ光による紫外線が網状又はメッシュ状の第二電極８の網目又はメッシュ目から外部に照射される。したがって、第二電極８は紫外線の通過をできるだけ妨げないで且つ照射分布が均一になるような形状にすることが重要であり、そのためには網又はメッシュの部分の総面積を極力狭くして紫外線が通過する網目又はメッシュ目の部分の総面積を広くすると同時に、個々の網目又はメッシュ目の面積及び配置を均一にすることが好ましい。

また、各放電管１ａ〜１ｄは、放電管１ａ〜１ｄ内のガス圧が高くなると紫外線放射量は多くなるが一方で駆動電圧が高くなり、駆動装置、特に昇圧用トランスが大型化すると同時に重量が重くなる。反対にガス圧が低くなると紫外線放射量は少なくなるが駆動電圧は低くなる。そこで、放電管１ａ〜１ｄの内面に電子の放出を補助するコーティングを施し、比較的低電圧であっても比較的多くの紫外線照射量を得ることができるようにすることも有効な手段である。

発明者は、ガス圧を５０〜３００Ｔｏｒｒの範囲で変えながら紫外線放射量の変化を調べたが、ガス圧が１５０〜２５０Ｔｏｒｒの範囲において紫外線放射量が最大になることがわかった。また、放電管の外径は８ｍｍ以下が好ましいが、同一の電流で駆動した場合、外径が４〜６ｍｍの範囲のものが紫外線放射量の最高値を示した。

以上の説明のように、本発明の放電ランプ１０は、複数の放電管１ａ〜１ｄを束ねて一対の外部電極（第一電極５及び第二電極８）と共に一体化し、外部電極に電圧を印加することにより全ての放電管１ａ〜１ｄを一斉に放電させて所望の放射光を得るものであり、一対の外部電極の夫々は各放電管１ａ〜１ｄに面接触した状態に配置されている。

そのため、各放電管１ａ〜１ｄに対する電圧が面状の電極で印加されることになり、エキシマ放電による紫外線の放射効率が高められて多くの紫外線照射量を得ることができる。

また、複数の放電管１ａ〜１ｄが、中央部に位置する柱状の第一電極５と周囲を包み込むように環状に配置された網状又はメッシュ状の第二電極８とによる単純な構成によって一体化されている。放電ランプをこのような単純な構成とすることで製造工程を簡素化することができ、製造コストの低減を図ることができる。

なお、上記実施形態においては、４本の放電管１ａ〜１ｄはいずれも同一の放射特性を有するものを使用したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、異なる放射特性を有する複数の放電管を組み合わせて放電ランプを構成することもできる。

具体的には、例えば、図４に示すような殺菌装置１５に用いる場合、図５のように、キセノンガスを封入した４本の放電管１１ａ〜１１ｄのうち２本の放電管１１ａ、１１ｂの内面にＵＶ−Ｃの波長領域の２３０ｎｍに蛍光ピークを有する蛍光体１２ａを塗布し（以下、ＵＶ−Ｃ放電管と略称する）、他の２本の放電管１１ｃ、１１ｄの内面にＵＶ−Ａの波長領域の３３０ｎｍに蛍光ピークを有する蛍光体１２ｂを塗布し（以下、ＵＶ−Ａ放電管と略称する）、同一の放射特性を有する放電管同士を並べて上記実施形態と同様に第一電極５と第二電極８（図では省略）と共に一体化する構成により放電ランプ２０を形成するものである。

そして、図４に戻って、この放電ランプ２０を、反射面１３ａを紫外線に対して反射率に優れたアルミニウム面とするリフレクタ１３の該反射面１３ａ側にＵＶ−Ｃ放電管１１ａ、１１ｂが位置し、被殺菌対象物（流水）１４側にＵＶ−Ａ放電管１１ｃ、１１ｄが位置するように配置する。すると、流水殺菌用の紫外線殺菌装置１５が形成される。

このとき、被殺菌対象物（流水）１４側に位置するＵＶ−Ａ電管１１ｃ、１１ｄから直接照射される紫外線によって流水１４中の殺菌の不活性化が行われ、同時に、リフレクタ側に位置するＵＶ−Ｃ放電管１１ａ、１１ｂから照射されてリフレクタ１３で反射された紫外線によって流水１４中の殺菌の再活性化が防止される。

なお、放射特性が異なる複数の放電管の組み合わせは、上記ＵＶ−Ａ放電管とＵＶ−Ｃ放電管との組み合わせに限られるものではなく、例えば、上記ＵＶ−Ｃ放電管と１７２ｎｍの波長の真空紫外線を放射する真空紫外線放電管を組み合わせて使用し、同一の放射特性を有する放電管同士を並べて上記実施形態と同様に第一電極と第二電極と共に一体化する構成により放電ランプを形成することもできる。これにより、ＵＶ−Ａ放電管から照射される紫外線により殺菌処理が行われ、同時に、真空紫外線放電管から照射される紫外線で発生したオゾンにより殺菌処理が行われる。

この他、２種類以上の異なる放射特性を有する放電管を適宜組み合わせることにより、種々の用途に対応できる放電ランプを実現することができる。

なお、放電管の気密空間に封入される封入ガスは、上記キセノンガスの他に、アルゴン等のエキシマ放電を生じる希ガス、或いは、希ガスにハロゲン（ガス状或いはペレット状）を加えたもので構成してもよい。

また、第一電極５はその形成方法として、上記アルミニウム等の金属素材の無垢材からの切削加工の他に、上記形状に成形された樹脂部材の表面にメッキ法、蒸着法或いはスパッタ法等で、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅等の金属皮膜を形成する方法、アルミニウム以外の金属材料を上記形状に削り出す方法、或いは板金を曲げ加工する方法等が考えられる。そのうち、金属素材の無垢材から削り出す方法は、放熱効果を考慮した適宜な金属材料の選択と放熱性に対して最適化された形状により、優れた冷却性能を実現することができる。また、特にメッキ法で樹脂部材の表面に金属皮膜を形成する方法は、作業を比較的簡単に行うことができるため製造コストの低減に寄与するものである。

第一電極を金属素材の無垢材で形成する場合は図６のように、第一電極１６の中心軸Ｘに沿って貫通する貫通孔１６ａを設け、この貫通孔１６ａに放熱フィン等の放熱部材１７を装着したヒートパイプ１８を挿嵌して冷却性能を高めることもできる。このときの第一電極１６の金属素材としてはアルミニウムの他にニッケルや銅等が用いられる。第一電極１６をこのような構成とすることにより、放電ランプを構成する各放電管の放電時の温度上昇を抑制することができ、紫外線放射に係わる諸性能を良好に維持することができる。

第二電極の形成方法は、金属の線材を編んで網状にする、或いは金属の板材をエッチングしてメッシュ状にする等の方法が可能である。

複数の放電管を一括して環状に包み込むように配置した第二電極の締着方法は、網状又はメッシュ状の第二電極の互いに重なり合った部分のいくつかの箇所を溶接する方法、或いは互いの端部同士を折り重ねてその重なり合った部分を溶接する方法等が考えられる。

第二電極に対するリード線の接続方法は、リード線の先端に取り付けられた金属片をかしめて接合する方法、或いは、はんだ付けやろう付けや溶着により接合する方法等がある。

放電管１ａ〜１ｄの結束をより強固なものにするために、図７のように、第二電極８の上から更に部分的に、紐状或いは帯状の拘束部材１９で締め付けることも有効である。拘束部材１９としては、例えば、樹脂テープや樹脂バンド等が考えられる。また、図８のように、第二電極８全体を透明部材２８で覆って締め付けることも可能である。透明部材としては、作業の容易性から、例えば、紫外線に対して良好な透過性を有するテフロン（登録商標）を素材とする熱収縮チューブを用いることが最適である。これにより、耐振動性や耐衝撃性に優れた信頼性の高い放電ランプを実現することができる。

なお、第二電極２５は網状又はメッシュ状とする以外に、図９のように、金属の線材を螺旋状に巻いた形状とすることも可能である。この場合も上記同様に、放電管２６ａ〜２６ｄの結束をより強固なものにするために、紐状或いは帯状の拘束部材で締め付けることも有効である。また、第二電極２５全体を透明部材で覆って締め付けることも可能である。また、この第二電極２５に対するリード線の接続方法も、上記同様の方法で行われる。これにより、耐振動性や耐衝撃性に優れた信頼性の高い放電ランプを実現することができる。

なお、第一電極に対して複数の放電管を簡単に固定する手段として、図１０に示す口金３０が用いられることもある。この口金３０は、金属部材からなり中央に第一電極３１を有すると共に、その周りの各放電管３３ａ〜３３ｄを配置する位置に該放電管３３ａ〜３３ｄを挿嵌する放電管挿嵌孔３４ａ〜３４ｄを有している。

そして、図１１のように、この口金３０の各放電管挿嵌孔３４ａ〜３４ｄに夫々の放電管３３ａ〜３３ｄを挿入して嵌合することにより、口金３０に対して第一電極３１と各放電管３３ａ〜３３ｄが簡単に支持固定されると共に、第一電極３１に対する各放電管３３ａ〜３３ｄの配設を簡単に行うことができる。この状態で、図１２のように、第二電極３５によって各放電管３３ａ〜３３ｄを一括して環状に包み込んで全体を一体化することにより放電ランプ４０を簡単に組み上げることができる。

この場合、口金３０は各放電管３３ａ〜３３ｄの一方の端部側のみを支持固定しても良いし、一対の口金３０で両端部を支持するようにしてもよい。

なお、口金は各放電管挿嵌孔３４ａ〜３４ｄを設ける部分と第一電極３１とを個別に形成した後に一体化することも可能である。その場合は、各放電管挿嵌孔３４ａ〜３４ｄを設ける部分の形成部材は、各放電管３３ａ〜３３ｄが低出力で放電時の放電管温度が比較的低い場合はゴム若しくは樹脂を使用し、各放電管３３ａ〜３３ｄが高出力で放電管温度が高温になる場合はセラミックを使用することが適切である。

なお、放電ランプを構成する放電管の本数は、上述の４本に限られるものではなく、所望の放射量、大きさ等の諸条件に基づいて適宜設定される。また、放電管は内面に蛍光体を塗布される場合もあるし、塗布されない場合もある。いずれの場合も、上述の構成によって放電ランプが形成される。

１… 放電管
１ａ〜１ｄ… 放電管
２… ガラス管
３… 封入ガス
４… 蛍光体
５… 第一電極
５ａ… 側面
６… リード線
６ａ… 圧着端子
７… リード線
７ａ… 圧着端子
８… 第二電極
１０… 放電ランプ
１１ａ〜１１ｄ… 放電管
１２ａ、１２ｂ… 蛍光体
１３… リフレクタ
１３ａ… 反射面
１４… 被殺菌対象物
１５… 殺菌装置
１６… 第一電極
１６ａ… 貫通孔
１７… 放熱部材
１８… ヒートパイプ
１９… 拘束部材
２０… 放電ランプ
２５… 第二電極
２６ａ〜２６ｄ… 放電管
２７… 拘束部材
２８… 透明部材
３０… 口金
３１… 第一電極
３３ａ〜３３ｄ… 放電管
３４ａ〜３４ｄ放電管挿嵌孔
３５… 第二電極
４０… 放電ランプ

Claims (5)

1. 表面を金属面とする柱状の第一電極と、
   前記第一電極の周りに環状に、該第一電極に面接触した状態で且つ前記第一電極に平行に並設された複数のエキシマ放電管と、
   前記複数のエキシマ放電管の前記第一電極と反対側に位置し、前記複数のエキシマ放電管を一括して環状に包み込んで該複数のエキシマ放電管の夫々と面接触するように配置された金属製の網状、或いはメッシュ状の第二電極とを備え
   前記第一電極と前記第二電極との間に電圧を印加することにより、前記複数のエキシマ放電管の夫々が放電してエキシマ光を放射することを特徴とする放電ランプ。
2. 前記複数のエキシマ放電管は、夫々発光スペクトル等の特性の異なるエキシマ光を放射する複数種のエキシマ放電管の組み合わせからなることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
3. 前記複数のエキシマ放電管は、その全て又はその一部のエキシマ放電管の内面に蛍光体が塗布されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放電ランプ。
4. 前記第二電極の上から部分的に該第二電極を紐状或いは帯状の拘束部材で締め付けるか、又は前記第二電極全体を光を透過する部材で覆って締め付けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の放電ランプ。
5. 前記第一電極には、該第一電極の長手方向に沿う貫通孔が設けられており、該貫通孔を介して前記複数のエキシマ放電管を冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の蛍光ランプ。

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