JP2013118072A - 紫外線放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】如何なる使用環境においても、良好な点灯状態を得ることができると共に、電極に腐食が生じることがなく、高い安全性の得られる紫外線放電ランプを提供することにある。
【解決手段】紫外線放電ランプは、希ガスが封入された石英ガラス製の発光管を有する紫外線放電ランプにおいて、前記発光管の内部空間に配置された、発光管の管軸方向に伸びる中心電極と、当該発光管の管壁の内部に埋設された、発光管の管軸方向に伸びる周辺電極とを備えており、前記中心電極と前記周辺電極との間において生じる誘電体バリア放電によって発光することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線放電ランプに関し、更に詳しくは、円筒状発光管の内部空間に配置された電極と、当該円筒状発光管に埋設された電極との間において発生する、いわゆる誘電体バリア放電により発光する紫外線放電ランプに関する。

従来、水中に含まれる有機物の分解（ＴＯＣ分解）を行うための水処理装置においては、例えば特許文献１に開示されているように、光源として、低圧水銀ランプが広く用いられている。
また、水中に含まれる菌を消滅させるためのいわゆる殺菌用の水処理装置においても、例えば特許文献２に開示されているように、光源として、低圧水銀ランプが極めて広く用いられている。

しかしながら、低圧水銀ランプを水処理装置の光源として用いる場合においては、処理対象である水の中に配置されることが多くあり、そのような使用条件下では、低圧水銀ランプが発光物質として水銀を含み、良好な点灯状態を得るためには動作時に水銀が所定の蒸気圧に達する必要があることから、その発光特性が水の温度に大きく影響されることとなる。特に、水の温度が極めて低温である場合には水銀が十分に蒸発しないことに起因して十分な発光が得られなくなる、という問題がある。

このような事情から、近年においては、水処理装置の光源を構成する光源ランプとして、発光物質として水銀を用いない、いわゆる水銀レスのランプが注目されており、例えば発光物質としてキセノンを用いたランプが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
具体的に、特許文献３には、水処理装置の光源ランプとして、石英ガラスなどの透光性を有する誘電体材料よりなる発光管の外表面に電極（外部電極）が配設され、また、当該発光管の内表面には蛍光体層が形成されてなるランプ構造を有し、短波長紫外線を放射する放電ランプを用いることが開示されている。

しかしながら、発光管の外表面に電極（外部電極）が配設されてなる構成の放電ランプ（以下、「外部電極型放電ランプ」ともいう。）を水処理装置の光源として用い、処理対象である水の中に配置した場合においては、外部電極と水とが接触することとなるため、電極に腐食が生じるおそれがある。外部電極に腐食が生じた場合には、外部電極自体が損耗することによって放電に悪影響を及ぼすだけではなく、腐食した外部電極の表面から脱落した腐食生成物が処理対象である水に混入してしまうという問題も生じる。さらには、外部電極が発光管の外部に露出しているために漏電あるいは感電などが生じるおそれがあり、十分な安全性を得ることができない、という問題もある。
これらの問題は、水処理装置の光源として用いる場合に限って生じるものではなく、例えば空気殺菌装置などの光源として用いた場合においても、空気中には水蒸気が存在することから同様に生じるものである。

また、外部電極型放電ランプの或る種のものにおいては、外表面に電極（外部電極）が配設されている発光管が外套管内に配置されており、このような構成の外部電極型放電ランプにおいては、水中に配置された場合であっても外部電極が水と接触することはないものの、外套管内に空気が存在する場合には、発光管と外部電極との間の間隙に微小放電が生じることによってオゾンが発生する可能性があることから、それに起因して電極の腐食などの弊害が生じる、という問題がある。

特開２００８−２６００１７号公報 特開平２−２２２７６５号公報 特開２００１−１５０７８号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、如何なる使用環境においても、良好な点灯状態を得ることができると共に、電極に腐食が生じることがなく、高い安全性の得られる紫外線放電ランプを提供することにある。

本発明の紫外線放電ランプは、希ガスが封入された石英ガラス製の発光管を有する紫外線放電ランプにおいて、
前記発光管の内部空間に配置された、発光管の管軸方向に伸びる中心電極と、当該発光管の管壁の内部に埋設された、発光管の管軸方向に伸びる周辺電極とを備えており、
前記中心電極と前記周辺電極との間において生じる誘電体バリア放電によって発光することを特徴とする。

本発明の紫外線放電ランプにおいては、前記発光管の内表面に、前記誘電体バリア放電により生じる光を励起光として受けて紫外線を放射する蛍光体を含有する蛍光体層が形成されていることが好ましい。
このような構成の本発明の紫外線放電ランプにおいては、前記蛍光体は、波長３００ｎｍ以下の光を放射するものであることが好ましい。

本発明の紫外線放電ランプにおいては、前記周辺電極は、前記発光管の外部に配置された給電用電極との誘導結合により給電されることが好ましい。

本発明の紫外線放電ランプにおいては、誘電体バリア放電を利用して放射光を得る構成を有し、しかも誘電体バリア放電を得るための一対の電極を構成する一方の電極、具体的には中心電極が発光管の内部空間に配設され、他方の電極、具体的には周辺電極が発光管の管壁の内部に埋設されている。このことから、発光物質として水銀を用いる必要がないため、発光特性が使用環境の温度によって大きく変化することがなく、使用環境によらずに安定した点灯状態が得られる。また、一対の電極のいずれもが発光管の外部に露出した状態とされておらず、使用環境に応じて発光管の外部に存在する気体あるいは液体などに電極が接触することがないため、例えば、感電あるいは漏電が生じる、電極に腐食が生じる、または空気の存在下において発光管と電極との間の間隙に微小放電が生じることによってオゾンが発生するなどの電極が発光管の外部に露出した状態とされていることに起因する弊害が生じることがない。さらに、発光管の管壁の内部における周辺電極の埋設位置に拘わらず、当該周辺電極と中心電極とが確実に対向した状態となることから、発光管の内部空間内において安定した放電が得られる。
従って、本発明の紫外線放電ランプによれば、如何なる使用環境においても、良好な点灯状態を得ることができると共に、電極に腐食が生じることがなく、高い安全性を得ることができる。

本発明の紫外線放電ランプの構成の一例を、当該紫外線放電ランプの一端側にソケットが装着された状態で示す説明用断面図である。 （ａ）は図１のＡ−Ａ線断面を示す拡大断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面を示す拡大断面図である。 紫外線放電ランプにおいて一対の電極が発光管の管壁の内部に配置された状態を示す説明用断面図である。 本発明の紫外線放電ランプを光源として備えてなる水処理装置の構成の一例を示す説明用断面図である。 本発明の紫外線放電ランプの構成の他の例を示す説明用断面図である。 （ａ）は図５のＡ−Ａ線断面を示す拡大断面図、（ｂ）は図５のＢ−Ｂ線断面を示す拡大断面図である。 図５の本発明の紫外線放電ランプを構成する帯状電極よりなる周辺電極の複数の配置位置の他の例を示す説明用断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の紫外線放電ランプは、誘電体バリア放電を利用して放射光として紫外線を得る構成のものである。

図１は、本発明の紫外線放電ランプの構成の一例を、当該紫外線放電ランプの一端側にソケットが装着された状態で示す説明用断面図であり、図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線断面を示す拡大断面図、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線断面を示す拡大断面図である。
この紫外線放電ランプ１０は、透光性を有する誘電体材料である石英ガラスよりなり、一端（図１における右端）に封止部１１ａが形成され、他端（図１における左端）が閉塞されており、その気密な内部空間内に発光空間Ｓを有する概略円管状の発光管１１を備えてなるものである。この発光管１１の発光空間Ｓには、希ガスが封入されると共に、例えばタングステン素線がコイル状に巻回されて形成されてなるコイル状電極（以下、「中心電極用コイル状体」ともいう。）１３よりなる中心電極が、発光管１１の中心軸（管軸）に沿って伸びるよう配設されており、また発光管１１の管壁の内部には、例えばモリブデン素線が発光空間Ｓを取り囲むように螺旋状に巻回されて形成されてなる螺旋状電極（以下、「周辺電極用螺旋状体」ともいう。）１７よりなる周辺電極が、発光管１１の中心軸（管軸）に沿って伸びるよう埋設されている。
また、紫外線放電ランプ１０には、封止部１１ａが形成されている一端側に、セラミックス製のソケット３０が装着されており、このソケット３０には、後述する給電機構を構成するソケット側端子３５が設けられている。また、ソケット３０が装着される放電ランプ１０の一端側部分には、ソケット３０におけるソケット側端子３５と共に給電機構を構成するランプ側端子２５が設けられている。
この図の例において、ランプ側端子２５は、例えばモリブデン素線が、発光管１１における一端側部分の外表面に螺旋状に巻回されて形成されてなるものである。なお、このランプ側端子２５は、図１に示されているように発光管１１における一端部分の外表面に配設されることに限定されず、発光管１１における一端側部分の管壁の内部に埋設されていてもよい。

中心電極を構成する中心電極用コイル状体１３は、発光管１１の発光空間Ｓにおいて、発光管１１の中心軸（管軸）上、すなわち中心電極用コイル状体１３の中心軸が発光管１１の中心軸（管軸）と一致するように、当該中心軸に沿って伸びるよう配置されている。
この中心電極用コイル状体１３には、その一端１３ａにモリブデンからなる内部リード棒１４が接続されており、この内部リード棒１４の一端（図１における右端）は、発光管１１の封止部１１ａに伸びて、当該封止部１１ａ内に埋設されたモリブデンからなる金属箔１６に接続されている。また、金属箔１６には、一端（図１における右端）が封止部１１ａから外方に突出して伸びる、モリブデンからなる外部リード棒１５が接続されており、この外部リード棒１５は、ニッケル素線からなる接続部材２６を介してランプ側端子２５に電気的に接続されている。
この図の例において、中心電極用コイル状体１３の他端１３ｂにはリング形状のサポータ２９が取り付けられている。このサポータ２９は、中心電極用コイル状体１３を発光空間Ｓにおける所期の配置位置に保持する、位置決め・保持機能を有すると共に、紫外線放電ランプ１０の点灯始動時においては補助電極としても機能するものである。具体的に、サポータ２９が設けられている場合には、紫外線放電ランプ１０の始動時にはサポータ２９が始動の種となり、まず、サポータ２９の周囲において放電が生じ、その後、発光管１１の発光空間Ｓにおける発光管１１の管軸方向の全域において放電が発生することとなる。

周辺電極を構成する周辺電極用螺旋状体１７は、発光管１１の管壁の内部における、当該発光管１１のソケット３０が装着されている一端部分以外の領域に、発光空間Ｓを取り囲むように周回しながら、発光管１１の中心軸（管軸）に沿って伸びるよう配置されており、発光管１１の管壁の内部に完全に埋設、すなわちその全体が発光管１１の管壁の内部に埋設されている。
周辺電極用螺旋状体１７の材質としては、例えばモリブデンまたはタングステンを用いることができ、好ましくはモリブデンを用いる。
この周辺電極用螺旋状体１７には、その一端１７ａにニッケル素線からなる接続部材１８が接続されており、この接続部材１８の先端（図１における右端）は、発光管１１の管壁の内部から外部に導出され、ランプ側端子２５に電気的に接続されている。

ここに、発光管１１の管壁の内部に周辺電極用螺旋状体１７を埋め込む方法の一例としては、例えば周辺電極用螺旋状体１７と、周辺電極用螺旋状体１７の外径（コイル径）と略同一の外径を有する発光管形成用ガラス管（以下、「発光管用内側ガラス管」ともいう。）と、周辺電極用螺旋状体１７の外径（コイル径）よりも僅かに大径の内径を有する発光管形成用ガラス管（以下、「発光管用外側ガラス管」ともいう。）とを用意し、発光管用内側ガラス管の外表面に、周辺電極用螺旋状体１７を巻き付ける。次いで、周辺電極用螺旋状体１７を巻き付けた状態の発光管用内側ガラス管を、発光管用外側ガラス管内に挿入し、得られた発光管用内側ガラス管、周辺電極用螺旋状体１７および発光管用外側ガラス管の筒状組立体の一方の端部を閉塞した後、排気を行うことによって内部の圧力を１０^-1Ｐａ以下の減圧状態とし、当該筒状組立体に対して外部から酸水素バーナーを用いて加熱を行うことにより、発光管用外側ガラス管を加熱収縮させて周辺電極用螺旋状体１７を介して発光管用内側ガラス管と密着させ、以て、発光管用内側ガラス管と発光管用外側ガラス管とが一体となることによって形成された発光管材料の管壁内に電極用螺旋状体１７を埋め込むことができる。そして、この管壁内に電極用螺旋状体１７が埋め込まれた発光管材料を用い、当該発光管材料の内部に中心電極用コイル状体１３および必要に応じてゲッタを配置すると共に希ガスなどの封入物を封入し、発光管材料の他方の端部に封止部を形成することにより、発光管１１の管壁の内部に周辺電極用螺旋状体１７を埋め込まれてなる構成の紫外線放電ランプ１０が作製される。

発光管１１の発光空間Ｓに封入される希ガスとしては、例えばキセノンガス（Ｘｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）、クリプトンガス（Ｋｒ）などの誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成する放電媒質としての作用を有するものが用いられる。
また、放電媒質としては、希ガスと共に必要に応じて、フッ素ガス（Ｆ）、塩素ガス（Ｃｌ）、沃素ガス（Ｉ）および臭素ガス（Ｂｒ）などのハロゲンガスが用いられる。

ここに、放電媒質として発光管１１の発光空間Ｓに封入される希ガス、および必要に応じて封入されるハロゲンガスの種類は、紫外線放電ランプ１０において放射させることが必要とされる光の波長に応じて適宜に選択される。すなわち、放電媒質の種類は、誘電体バリア放電によって生成されるエキシマ分子から放出される光を放射する場合、およびエキシマ分子から放出される光を励起光として蛍光体に照射し、その蛍光体が励起することによって得られる光を放射する場合のいずれの場合においても、誘電体バリア放電によって生成されるエキシマ分子から放出される光として必要とされる波長の光に応じて適宜に選択される。
誘電体バリア放電によって生成されるエキシマ分子から放出される光の波長の具体例としては、放電媒質としてキセノンガスを封入した場合には波長１７２ｎｍの光が得られ、放電媒質としてアルゴンガスと塩素ガスとの混合ガスを封入した場合には波長１７５ｎｍの光が得られ、放電媒質としてクリプトンガスと沃素ガスとの混合ガスを封入した場合には波長１９１ｎｍの光が得られ、放電媒質としてアルゴンガスとフッ素ガスとの混合ガスを封入した場合には波長１９３ｎｍの光が得られ、放電媒質としてクリプトンガスと臭素ガスとの混合ガスを封入した場合には波長２０７ｎｍの光が得られ、放電媒質としてクリプトンガスと塩素ガスとの混合ガスを封入した場合には波長２２２ｎｍの光が得られる。

紫外線放電ランプ１０において、発光管１１には、図１および図２に示されているように、その内表面における少なくとも中心電極（中心電極用コイル状体１３）または周辺電極（周辺電極用螺旋状体１７）が配置されている領域全域に、誘電体バリア放電によって生成されるエキシマ分子から放出される光を励起光として受けることによって紫外線を放射する蛍光体を含有する蛍光体層２１が設けられていることが好ましい。
発光管１１の内表面に蛍光体層２１が設けられていることにより、誘電体バリア放電によって生成されるエキシマ分子から放出される比較的短波長の光を長波長の光に変換することができる。
すなわち、発光管１１の内表面に蛍光体層２１が形成されてなる構成の紫外線放電ランプ１０は、誘電体バリア放電によって蛍光体層２１を構成する蛍光体を励起させるための比較的短波長の光（以下、「短波長側紫外線」ともいう。）を得、この短波長側紫外線を蛍光体層２１を構成する蛍光体に照射することによって蛍光体を励起させ、所期の波長領域の光、具体的には短波長側紫外線よりも長波長側の光（紫外線）に変換し、このようにして得られた光を、蛍光体層２１および発光管１１透過させることによって放射するものである。

蛍光体層２１を構成する蛍光体としては、誘電体バリア放電によって生成されるエキシマ分子から放出される光を励起光として受けることによって波長３００ｎｍ以下の紫外線を放射するものが好ましい。
蛍光体の具体例としては、例えばプラセオジム付活リン酸ランタン（励起によって波長２３０ｎｍ付近の領域の光を放射）、ネオジウム付活リン酸ランタン（励起によって波長１８４ｎｍ付近の領域の光を放射）、ネオジウム付活リン酸イットリウム(励起によって波長１９０ｎｍ付近の光を放射)およびプラセオジウム付活イットリウムアルミニウムホウ酸塩（励起によって波長２５０ｎｍ付近の光を放射）などが用いられる。

蛍光体層２１においては、蛍光体が発光管１１を構成する石英ガラスとの接着性が小さいものであることから、蛍光体層１２に発光管１１に対する高い接着性を得るために、結着剤を用いることが好ましい。
結着剤としては、例えば軟質ガラス粉末および硬質ガラス粉末などが挙げられる。

また、発光管１１の内部空間には、図１に示されているように、ゲッタ２７が設けられていてもよい。
ゲッタ２７は、少なくとも発光空間Ｓにおいて紫外線の作用などによって発光管１１などから発生する酸素を吸収できる物質であればよく、ゲッタ２７の材質としては、例えばジルコニウム（Ｚｒ）−アルミニウム（Ａｌ）合金、ジルコニウム（Ｚｒ）−鉄（Ｆｅ）合金、ジルコニウム（Ｚｒ）−アルミニウム（Ａｌ）−鉄（Ｆｅ）合金などが挙げられる。
この図の例において、ゲッタ２７は、発光管１１の他端側部分（図１における右端側部分）に設けられた、連通路２８ａを介して発光空間Ｓに連通するゲッタ収容空間２８に収容されている。また、ゲッタ収容空間２８と発光空間Ｓとの間に設けられている連通路２８ａは、ゲッタ２７の外径（最小外径）よりも小さい内径を有しており、これにより、ゲッタ２７は特段の保持機構が設けられていなくてもゲッタ収容空間２８の中に保持され、発光空間Ｓに移動されることがない。

ソケット３０は、紫外線放電ランプ１０の一端側部分を差し込むことのできるよう、その全体形状が凹状のものであり、紫外線放電ランプ１０の一端側部分を挿入するための円柱状のランプ収容空間を有するランプ収容部３１と、当該ランプ収容部３１を囲むように設けられた、ソケット側端子３５を収容するための端子収容空間を有する端子収容部３３とよりなるソケット本体を備えている。このソケット本体における端子収容部３３には、ソケット側端子３５が配設されている。

ソケット３０において、ソケット側端子３５は、例えば銅素線が、ランプ収容空間と端子収容空間とを区画する隔壁３２の端子収容空間を臨む外表面に螺旋状に巻回されて形成されてなるものであり、ランプ収容部３１に紫外線放電ランプ１０が挿入された状態において、当該放電ランプ１０におけるランプ側端子２５と対向するように配置されている。
ソケット側端子３５には、その一端３５ａに銅素線からなる接続部材３６ａが接続されており、また他端３５ｂには銅素線からなる接続部材３６ｂが接続されており、これらの接続部材３６ａ，３６ｂは、高周波交流電源（図示せず）に接続されている。

このようにして、紫外線放電ランプ１０を構成する中心電極（中心電極用コイル状体１３）および周辺電極（周辺電極用螺旋状体１７）に接続されたランプ側端子２５と、高周波交流電源に接続されたソケット側端子３５とが、図２（ｂ）に示されているように、放電ランプ１０の発光管１１の管軸を中心として略同心円状に位置されることにより、紫外線放電ランプ１０に対して誘導結合によって電力を供給する給電機構が形成されている。すなわち、紫外線放電ランプ１０を構成する周辺電極には、当該周辺電極と、発光管１１の外部に設けられたソケット側端子３５よりなる給電用電極との誘導結合、具体的には、周辺電極に電気的に接続されたランプ側端子２５と、ソケット側端子３５との誘導結合により給電が行われる。
このような誘導結合により給電を行う構成の給電機構は、通電部材（具体的には、ランプ側端子２５およびソケット側端子３５）が外部に露出された状態とされていないことから、安全性において利点を有する。

このような構成の紫外線放電ランプ１０の仕様の一例としては、発光管１１は、外径１６ｍｍ、内径１４ｍｍおよび全長１４０ｍｍであり、中心電極を構成する中心電極用コイル状体１３は、素線径０．３ｍｍ、外径（コイル径）２ｍｍ、コイルピッチ１ｍｍであり、また、周辺電極を構成する周辺電極用螺旋状体１７は、素線径０．１ｍｍ、互いに隣接する素線間距離８ｍｍである。
また、発光管１１の発光空間Ｓには放電媒質としてキセノンガスが１３ｋＰａの圧力で封入され、中心電極と周辺電極との間には、定格周波数７０ｋＨｚ、定格電圧１．７ｋＶ、定格消費電力１８Ｗの条件で交流電力が供給される。

このような紫外線放電ランプ１０においては、高周波交流電源からソケット３０を構成するソケット側端子３５に接続部材３６ａ，３６ｂを介して高周波交流電力が供給されることにより、当該ソケット側端子３５と、紫外線放電ランプ１０に設けられているランプ側端子２５との間に誘導結合が生じ、これにより紫外線放電ランプ１０に対して電力が供給される。そして、紫外線放電ランプ１０においては、発光管１１を構成する誘電体材料（石英ガラス）を介して発光空間Ｓにおいて誘電体バリア放電が生じ、誘電体バリア放電によってエキシマ分子が形成され、そのエキシマ分子から放出される光（短波長側紫外線）によって蛍光体層２１を構成する蛍光体が励起されて当該短波長側紫外線よりも長波長側の紫外線が蛍光体層２１および発光管１１を透過して放射される。
ここに、紫外線放電ランプ１０において、誘電体バリア放電は、中心電極の伸びる方向（図１における左右方向）において一様に、かつ中心電極を中心に放射状に形成される。

以上の紫外線放電ランプ１０は、誘電体バリア放電を利用して放射光を得る構成を有するものであり、発光物質として水銀を用いる必要がないため、発光特性が使用環境の温度によって大きく変化することがなく、使用環境によらずに安定した点灯状態が得られる。
また、紫外線放電ランプ１０においては、中心電極（中心電極用コイル状体１３）が発光管１１の発光空間Ｓに配設され、周辺電極（周辺電極用コイル状体１７）が発光管１１の管壁の内部に埋設されており、これらの中心電極および周辺電極のいずれもが発光管１１の外部に露出した状態とされていないことから、この中心電極および周辺電極が、使用環境に応じて発光管１１の外部に存在する気体あるいは液体などに接触することがないため、例えば、感電あるいは漏電が生じる、電極に腐食が生じる、または空気の存在下において発光管と電極との間の間隙に微小放電が生じることによってオゾンが発生するなどの誘電体バリア放電を得るための電極が発光管１１の外部に露出した状態とされていることに起因する弊害が生じることがない。
さらに、紫外線放電ランプ１０においては、中心電極が発光管１１の発光空間Ｓに配設されていることから、周辺電極が発光管１１の管壁の内部における如何なる位置に埋設されている場合であっても、中心電極と周辺電極とが確実に対向した状態となり、放電が中心電極から発光管１１の外方に向かって放射状に生じることとなることから、発光管１１の内部空間内の発光空間Ｓにおいて均一な放電が得られるため、大きな設計の自由度が得られる。そのため、周辺電極の配置位置にずれが生じた場合、すなわち周辺電極が所期の配置位置から多少ずれた位置に配置された場合であっても、良好な点灯状態を得ることができる。

ここに、誘電体バリア放電を利用して放射光として紫外線を得る構成の紫外線放電ランプにおいて、誘電体バリア放電を得るための一対の電極が発光管１１の外部に露出していない状態を得るためには、図３に示すように、一対の電極４１，４２のいずれをも発光管１１の管壁の内部に埋設することも可能である。しかしながら、このような構成の紫外線放電ランプにおいては、電極４１，４２を発光管１１の管壁の内部における所期の配置位置に埋設することが容易ではなく、その上、電極４１，４２の配置位置にずれが生じた場合には、その位置ずれが極めて小さなものであっても、発光空間Ｓ内において均一な放電が得られなくなるなどの弊害が生じ、良好な点灯状態を得ることができなくなるおそれがある。

このように、紫外線放電ランプ１０は、如何なる使用環境においても、良好な点灯状態を得ることができると共に、電極に腐食が生じることがなく、高い安全性が得られるものであることから、例えば水中に含まれる有機物の分解（ＴＯＣ分解）処理、あるいは水中に含まれる菌を消滅させるためのいわゆる殺菌処理などを行うための水処理装置の光源、また、例えば空気殺菌処理などを行うための空気処理装置の光源として好適に用いることができる。

具体的に、本発明の紫外線放電ランプを水処理装置の光源として用いる場合について、図を用いて説明する。
図４は、本発明の紫外線放電ランプを光源として備えてなる水処理装置の構成の一例を示す説明用断面図である。
この水処理装置６０の光源として用いられている紫外線放電ランプ５０は、図１に係る紫外線放電ランプ１０において、発光管１１の内部にサポータ、ゲッタおよびゲッタ収容空間が設けられていないこと以外は、当該図１に係る紫外線放電ランプ１０と同様の構成を有するものであり、その一端側（図４における上方側）にはソケット３０が装着されている。
また、紫外線放電ランプ５０において放射させることが必要とされる光（紫外線）の波長は、水処理装置６０の使用用途などによっても異なるが、例えば水処理装置６０を水中に含まれる有機物の分解（ＴＯＣ分解）を行うために用いる場合には、紫外線放電ランプ５０は波長１９０ｎｍに中心波長を有する波長１８０〜２００ｎｍの光を放射光とするものであることが好ましく、また、水中に含まれる菌を消滅させるためのいわゆる殺菌用に用いる場合には、波長２５０ｎｍに中心波長を有する波長２４０〜２８０ｎｍの光放射光とするものであることが好ましい。
ここに、紫外線放電ランプ５０を水中に含まれる有機物の分解（ＴＯＣ分解）を行うために好適な光源とするためには、放電媒質としてキセノンガスを封入すると共に、蛍光体層２１を構成する蛍光体としてネオジウム付活リン酸ランタン（励起によって波長１８４ｎｍ付近の領域の光を放射）またはネオジウム付活リン酸イットリウム(励起によって波長１９０ｎｍ付近の領域の光を放射)を用いることが好ましい。また、紫外線放電ランプ５０を水中に含まれる菌を消滅させるためのいわゆる殺菌用の光源とするためには、放電媒質としてキセノンガスを封入すると共に、蛍光体層２１を構成する蛍光体としてプラセオジウム付活イットリウムアルミニウムホウ酸塩（励起によって波長２５０ｎｍ付近の領域の光を放射）またはプラセオジウム付活リン酸ランタン（励起によって波長２３０ｎｍ付近の領域の光を放射）を用いることが好ましい。

水処理装置６０は、処理対象である水に対して紫外線照射処理を行うための処理空間を有する処理槽６１と、当該処理槽６１の開口を塞ぐように設けられたランプ支持部材７１とを備え、その全体形状が円柱形状のものである。そして、処理槽６１の処理空間には、紫外線放電ランプ５０よりなる光源が、発光管１１の中心軸（管軸）が垂直となり、当該処理槽６１内に水が満たされた状態において、当該紫外線ランプ５０の少なくとも一部分が浸漬し、水と接触した状態となるように設けられている。

処理槽６１は、例えばステンレスよりなる円筒状の側壁部６２と、例えばステンレスよりなる円板状の底壁部６３とよりなり、これらがネジ部材６８ａによって固着されていると共に、Ｏリング６９ａによって気密構造が形成されている。
この処理槽６１には、側壁部６２に、処理対象である水を処理槽６１内に流入させるための流入口６２ａと、処理槽６１内において紫外線照射処理された水を当該処理槽６１から流出させるための流出口６２ｂとが形成されており、当該流入口６２ａおよび流出口６２ｂには、各々、水を流通させるための流通管（図示せず）が接続されている。
図の例においては、流出口６２ｂが流入口６２ａより上方に位置するように設けられている。

ランプ支持部材７１は、樹脂製の有底円筒状の基体７２と、当該基体７２の開口を塞ぐように装着された蓋部材７３とを備えており、その内部空間に、紫外線放電ランプ５０の給電回路（図示せず）および当該紫外線放電ランプ５０におけるソケット３０が装着されている一端側部分が当該ソケット３０と共に収容されている。
このランプ支持部材７１は、ネジ部材６８ｂによって処理槽６１に固着されており、またＯリング６９ｂによって処理槽６１とランプ支持部材７１との気密構造が形成されている。
また、ランプ支持部材７１において、紫外線放電ランプ５０は、ソケット３０が装着されている一端側部分が当該ランプ支持部材７１の内部空間に突出した状態となるように、基体７２の底部７２ａに設けられたシール部７４においてネジ部材６８ｃによって固定されており、このシール部７４においては、Ｏリング６９ｃによって気密構造が形成されている。
図の例においては、７６は、基体７２の内部空間に配置された給電回路に対するクッションである。

このような構成の水処理装置６０においては、紫外線放電ランプ５０が点灯状態とされると共に、処理槽６１の処理空間に、流通路から流入口６２ａを介して処理対象である水が供給されることにより、当該処理槽６１の処理空間において水に対して紫外線放電ランプ５０からの光（紫外線）が照射されて紫外線照射処理が行われ、紫外線照射処理された水が流出口６２ｂから流通路を介して処理槽６１の外部に排出される。

而して、水処理装置６０においては、光源として用いられている紫外線放電ランプ５０が、誘電体バリア放電を利用して放射光を得る構成を有し、従来において水処理装置の光源として用いられていた低圧水銀ランプのように発光物質として水銀を用いる必要がないものであり、発光特性が使用環境の温度によって大きく変化することがないため、処理対象である水の温度によらずに、安定した紫外線照射処理を行うことができる。
また、紫外線放電ランプ５０において、中心電極（中心電極用コイル状体１３）が発光管１１の発光空間Ｓに配設され、周辺電極（周辺電極用螺旋状体１７）が発光管１１の管壁の内部に埋設されており、これらの中心電極および周辺電極のいずれもが発光管１１の外部に露出した状態とされていないことから、この中心電極および周辺電極が、処理対象である水に接触することがない。従って、漏電あるいは感電などが生じることがなく十分な安全性が得られ、しかも中心電極および周辺電極に腐食が生じることがないことから、それに起因して処理対象である水に腐食生成物が混入し、水の純度が低下したり、電極（中心電極および周辺電極）自体の損耗変形により放電が不安定になることがないため、長期間にわたって良好な紫外線照射処理を行うことができる。
さらに、紫外線放電ランプ１０において、中心電極が発光管１１の発光空間Ｓの中心に配設されていると共に、周辺電極が発光管１１の管壁の内部に螺旋状に埋設されていることから、発光空間Ｓにおいて発光管１１の中心から外方に向かって放射状に放電が発生するため、発光管１１の外部に対して高い均一性で紫外線照射処理を行うことができる。

本発明においては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明の紫外線放電ランプは、中心電極が発光管の内部空間において当該発光管の管軸に沿って配設され、周辺電極が発光管の管壁の内部に当該発光管の管軸に沿って埋設されていれば、中心電極および周辺電極は如何なる形状のものであってもよく、また中心電極と周辺電極との形状の組み合わせも如何なるものであってもよい。
ここに、中心電極の具体例としては、図１および図４に係るコイル状電極の他、金属棒よりなる棒状電極（図５参照）などが挙げられる。また、周辺電極の具体例としては、図１に係る金属素線が発光管の管軸に沿って螺旋状に配設されてなる構成の螺旋状電極の他、金属箔よりなる帯状電極（図５参照）、金属素線が発光管の管軸に沿って直線状に配設されてなる構成の線状電極、網状電極、シームレスの網状電極（特許第２７７５６９７号公報参照）などが挙げられる。さらに、中心電極と周辺電極との組合せの具体例としては、図１に示されているようなコイル状電極を中心電極とし、螺旋状電極を周辺電極とする組合せの他、コイル状電極を中心電極とし、帯状電極を周辺電極とする組合せ、棒状電極を中心電極とし、螺旋状電極を周辺電極とする組合せ、棒状電極を中心電極とし、帯状状電極を周辺電極とする組合せ（図５参照）などが挙げられる。

また、中心電極は、発光管の発光空間において露出された状態となるように配設する形態に限定されず、例えば石英ガラスなどの誘電体材料からなる部材で覆うことなどにより、中心電極が発光空間に露出されることのないような形態とすることもできる。

また、発光管の内部には、図１に示されているようにゲッタが設けられていてもよく、図５に示されているようにゲッタが設けられていなくてもよい。また、サポータが設けられていても設けられていなくてもよい。
ここに、特に中心電極が小径なものである場合、あるいは長尺なものである場合などにおいては、図１に示されているようにサポータを設けることが好ましい。

また、給電機構は、後述するように（図５参照）、中心電極に電気的に接続された外部リード棒と、周辺電極に電気的に接続された外部リード棒とに直接通電する構成のものであってもよく、また、周辺電極が高周波交流電源に接続されると共に中心電極が接地されることにより、紫外線放電ランプに対して容量結合によって電力を供給する構成のものであってもよい。
ここに、給電機構が容量結合によって電力を供給する構成のものである場合には、誘導結合によって電力を供給する構成の給電機構に比して紫外線放電ランプに高い発光効率が得られる。

また、本発明の紫外線放電ランプを水処理装置の光源として用いる場合においては、図４に示したように紫外線放電ランプが処理対象に接触した状態となるように配設する形態に限定されず、例えば紫外線放電ランプを透光性材料からなる保護カバー（外套管）で覆うことなどにより、紫外線放電ランプが処理対象に接触することのないような形態で用いることもできる。

具体的に、本発明の他の実施の形態について、図を用いて説明する。
図５は、本発明の紫外線放電ランプの構成の他の例を示す説明用断面図であり、図６（ａ）は、図５のＡ−Ａ線断面を示す拡大断面図、図６（ｂ）は、図５のＢ−Ｂ線断面を示す拡大断面図である。
この紫外線放電ランプ８０は、図１に係る紫外線放電ランプ１０において、異なる形状の中心電極および周辺電極が設けられていると共に、異なる構成の給電機構が設けられており、また、発光管１１の内部にサポータ、ゲッタおよびゲッタ収容空間が設けられていないこと以外は、当該図１に係る紫外線放電ランプ１０と同様の構成を有するものである。

紫外線放電ランプ８０において、中心電極は、例えばタングステンよりなる金属棒によって構成されてなる棒状電極（以下、「中心電極用棒状体」ともいう。）８１よりなるものである。
この中心電極を構成する中心電極用棒状体８１には、その一端（図５における右端）にモリブデンからなる内部リード棒１４が接続されており、この内部リード棒１４の一端（図１における右端）は、発光管１１の封止部１１ａに伸びて、当該封止部１１ａ内に埋設されたモリブデンからなる金属箔１６に接続されている。また、金属箔１６には、一端（図５における右端）が封止部１１ａから外方に突出して伸びる、モリブデンからなる外部リード棒１５が接続されている。

一方、周辺電極は、例えばモリブデンよりなる金属箔によって構成されてなる帯状電極（以下、「周辺電極用帯状体」ともいう。）８２の複数（図５においては４枚）よりなるものであり、この複数の周辺電極用帯状体８２は、各々、発光管１１の管壁の内部における発光空間Ｓを囲繞する領域に発光管１１の中心軸（管軸）に沿って伸びるよう埋設されている。また、複数の周辺電極用帯状体８２は、発光管１１の周方向に所定の間隔で互いに離間して埋設されている。
この周辺電極を構成する複数の周辺電極用帯状体８２には、その一端（図５における右端）に、発光管１１の管壁の内部における発光空間Ｓを囲繞する領域の一端部分（図５における右端部分）において周方向に伸びるように埋設された、モリブデンからなる連結用金属箔８３が接続されており、この連結用金属箔８３によって複数の周辺電極用帯状体８２が電気的に接続されている。また、連結用金属箔８３には、封止部１１ａ内に埋設されたモリブデンからなる内部リード棒８４が接続されており、この内部リード棒８４の一端（図５における右端）は、当該封止部１１ａ内に埋設されたモリブデンからなる金属箔８６接続されている。また、金属箔８６には、一端（図５における右端）が封止部１１ａから外方に突出して伸びる、モリブデンからなる外部リード棒８５が接続されている。
この図の例において、周辺電極を構成する周辺電極用帯状体８２は４枚であるが、その数は４枚に限定されるものではない。また、周辺電極を構成する複数の周辺電極用帯状体８２は、発光管１１の管壁の内部において、発光管１１の周方向に等間隔で埋設されているが、この複数の周辺電極用帯状体８２の埋設間隔は、等間隔に限定されず、例えば図７に示すように変則的であってもよい。周辺電極を構成する複数の周辺電極用帯状体８２を特定の方向に偏らせて埋設することは、周辺電極用帯状体８２を反射部材としても機能させる場合に有効である。

また、給電機構は、紫外線放電ランプ８０を構成する中心電極（中心電極用棒状体８１８１）に電気的に接続された外部リード棒１５と、周辺電極（周辺電極用帯状体８２）に電気的に接続された外部リード棒８５とが高周波交流電源（図示せず）に接続されることによって形成されている。

このような構成の紫外線放電ランプ８０の仕様の一例としては、発光管１１は、外径１８ｍｍ、内径１６ｍｍおよび全長２００ｍｍであり、中心電極を構成する中心電極用棒状体８１は、外径１ｍｍおよび全長１７０ｍｍ、であり、また、周辺電極を構成する周辺電極用帯状体８２は、厚み０．０３ｍｍ、幅２ｍｍおよび全長１７０ｍｍである。
また、発光管１１の発光空間Ｓには放電媒質としてキセノンガスが２７ｋＰａの圧力で封入され、中心電極と周辺電極との間には、定格周波数８０ｋＨｚ、定格電圧１．７ｋＶ、定格消費電力２２Ｗの条件で交流電力が供給される。

以上の紫外線放電ランプ８０においても、図１に係る紫外線放電ランプ１０と同様に、如何なる使用環境においても、良好な点灯状態を得ることができると共に、電極に腐食が生じることがなく、高い安全性を得ることができる。

１０ 紫外線放電ランプ
１１ 発光管
１１ａ 封止部
１３ コイル状電極（中心電極用コイル状体）
１３ａ 一端
１３ｂ 他端
１４ 内部リード棒
１５ 外部リード棒
１６ 金属箔
１７ 螺旋状電極（周辺電極用螺旋状体）
１７ａ 一端
１８ 接続部材
２１ 蛍光体層
２５ ランプ側端子
２６ 接続部材
２７ ゲッタ
２８ ゲッタ収容空間
２８ａ 連通路
２９ サポータ
３０ ソケット
３１ ランプ収容部
３２ 隔壁
３３ 端子収容部
３５ ソケット側端子
３５ａ 一端
３５ｂ 他端
３６ａ，３６ｂ 接続部材
４１，４２ 電極
５０ 紫外線放電ランプ
６０ 水処理装置
６１ 処理槽
６２ 側壁部
６２ａ 流入口
６２ｂ 流出口
６３ 底壁部
６８ａ，６８ｂ，６８ｃ ネジ部材
６９ａ，６９ｂ，６９ｃ Ｏリング
７１ ランプ支持部材
７２ 基体
７２ａ 底部
７３ 蓋部材
７４ シール部
７６ クッション
８０ 紫外線放電ランプ
８１ 棒状電極（中心電極用棒状体）
８２ 帯状電極（周辺電極用帯状体）
８３ 連結用金属箔
８４ 内部リード棒
８５ 外部リード棒
８６ 金属箔

Claims (4)

1. 希ガスが封入された石英ガラス製の発光管を有する紫外線放電ランプにおいて、
   前記発光管の内部空間に配置された、発光管の管軸方向に伸びる中心電極と、当該発光管の管壁の内部に埋設された、発光管の管軸方向に伸びる周辺電極とを備えており、
   前記中心電極と前記周辺電極との間において生じる誘電体バリア放電によって発光することを特徴とする紫外線放電ランプ。
2. 前記発光管の内表面に、前記誘電体バリア放電により生じる光を励起光として受けて紫外線を放射する蛍光体を含有する蛍光体層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線放電ランプ。
3. 前記蛍光体は、波長３００ｎｍ以下の光を放射するものであることを特徴とする請求項２に記載の紫外線放電ランプ。
4. 前記周辺電極は、前記発光管の外部に配置された給電用電極との誘導結合により給電される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紫外線放電ランプ。