JP2014154274A

JP2014154274A - エキシマランプ

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Publication number: JP2014154274A
Application number: JP2013021258A
Authority: JP
Inventors: Atsuya Asayama; 淳哉朝山; Kenji Yano; 賢二谷野; Koji Tagawa; 幸治田川
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2014-08-25
Anticipated expiration: 2033-02-06
Also published as: JP5888256B2; CN103972040A; CN103972040B

Abstract

【課題】本発明は、放電容器の内部でエキシマ放電を誘起し紫外線を放射するエキシマランプにおいて、オゾンの発生を抑えつつ殺菌に有用な紫外光を放射でき、従来よりも優れた始動特性を発揮することが可能なランプ構造を提供することを課題としている。
【解決手段】長尺の放電容器と、その一方の端部から突出して形成されるチップ部と、その他方の端部に形成される封止部とを備え、前記放電容器の内部に配置された内部電極と前記放電容器の外部に配置された外部電極を一対の電極とし、前記放電容器内にエキシマ発光ガスが封入されており、前記放電容器の内壁には紫外線を発光する蛍光体が設けられており、前記内部電極は前記放電容器の管軸方向に沿って延びており、その一端が前記チップ部内に導入され、他端は前記封止部に埋設されており、前記外部電極は前記放電容器から前記チップ部まで延設されていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

この発明は、放電容器の内部でエキシマ放電を誘起し紫外線を放射するエキシマランプに関し、特に、放電容器の外壁面に外部電極が配置され、放電容器の内部に内部電極が配置されてなるエキシマランプに関する。

冷蔵庫などに食品を長期間入れておくと、食品が腐食してガスが発生し冷蔵庫内で菌の繁殖、異臭、他の食品への悪影響を及ぼす可能性がある。そのために、冷蔵庫内で繁殖した菌を殺菌する手段として紫外線ランプがしばしば用いられている。
この紫外線ランプには、従来低圧水銀ランプが多用されているが、水銀ランプは低温環境下では発光効率が低く、光量も悪化してしまう。そこで代替光源としてエキシマランプが注目されている。

エキシマランプは、主に波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を放射する光源として多様な用途に用いられている。例えば、液晶表示パネルのガラス基板の光洗浄として、真空紫外光を放射するエキシマランプを備えた紫外線照射装置が知られている（特許文献１）。
図５に示すように、上記の紫外線照射装置９には長尺のエキシマランプ９０が設けられる。エキシマランプ９０は、内部に放電空間を形成する略直管状の放電容器９１を備えており、放電容器内９１には内部電極９１２が放電容器内をその管軸に沿って延びるよう配設されている。また放電容器９１の外部には、メッシュ状の外部電極９１１が放電容器９１の外周面に配設されている。また、放電容器９１には排気管残部９２（以下、チップ部と称す）が形成されている。

特開２００５−３０２５５１号公報

波長２００ｎｍ以下の真空紫外光は大気中にオゾンを発生させてしまう。そのため、冷蔵庫内の殺菌用光源としてエキシマランプを用いる際は、オゾンの発生を抑えつつ殺菌に有用な紫外光を放射する必要がある。また、上記用途にあたっては電源装置の小型化や省電力化が進んでおり、庫内の殺菌用光源に関してもより低い始動電圧で点灯可能なランプが望まれている。

この発明が解決しようとする課題は、オゾンの発生を抑えつつ殺菌に有用な紫外光を放射でき、従来よりも優れた始動特性を発揮することが可能なランプ構造を提供することである。

本発明の第一の態様に係るエキシマランプは、長尺の放電容器と、その一方の端部から突出して形成されるチップ部と、その他方の端部に形成される封止部とを備え、前記放電容器の内部に配置された内部電極と前記放電容器の外部に配置された外部電極を一対の電極とし、前記放電容器内にエキシマ発光ガスが封入されており、前記放電容器の内壁には紫外線を発光する蛍光体が設けられており、前記内部電極は前記放電容器の管軸方向に沿って延びており、その一端が前記チップ部内に導入され、他端は前記封止部に埋設されており、前記外部電極は前記放電容器から前記チップ部まで延設されることを特徴としている。

上記はさらに、前記外部電極が、前記チップ部の壁面に金属素線を密巻きして形成されている特徴を備えていても良い。

上記はさらに、前記内部電極の一端から前記内部電極の断面よりも狭小な断面形状を有する突起部が形成され、前記突起部は前記チップ部の内部に配置されている特徴を備えていても良い。

本発明の態様に係るエキシマランプは、放電容器の内壁に紫外線を発光する蛍光体が設けられており、エキシマ放電によって発生する波長２００ｎｍ以下の真空紫外光は蛍光体に吸収され、殺菌に有用な紫外光が放射される。つまり、蛍光体によって真空紫外光の波長が変換され、オゾンの発生なく殺菌に有用な紫外光が放射でき、冷蔵庫内の殺菌が可能となる。
また、放電容器の一方の端部にはチップ部が形成されている。内部電極の一端はチップ部内に導入される。また外部電極は放電容器からチップ部まで延設されている。これにより、チップ部では内部電極と外部電極の離間距離が非常に狭くなり、チップ部では電極間の始動電圧が低下する。そのため、チップ部内では従来よりも低い電圧で初期放電を起こすことができ、ランプの始動特性を向上させることが可能である。また、内部電極の一端は電界集中しやすく、チップ部内での初期放電が容易となり、ランプの始動特性がより向上する。

さらに、前記外部電極は前記チップ部の壁面に金属素線を密巻きして形成することにより、ランプの始動特性をより向上させることができる。

さらに、内部電極の一端には前記内部電極の断面よりも狭小な断面形状を有する突起部を形成し、前記突起部が前記チップ部の内部に配置されることにより、前記突起部では電界集中がより大きくなって、ランプの始動特性がより向上する。

（ａ）本発明に係る実施態様を示す外観図、（ｂ）本発明に係る実施態様の長手方向の断面図。本発明に係る外部電極の実施態様を示す概念図。本発明に係る内部電極の実施態様を示す概念図。本発明に係るアンカー部の外観図。従来の紫外線照射装置の概要を表す断面図。

本発明に係るエキシマランプの実施態様を図１に示す。図１に記載のエキシマランプは、長尺の放電容器１を備え、その内部にエキシマ発光ガスが封入されている。放電容器の部材には種々の透光性ガラス部材を用いることができる。好適には、真空紫外光の吸収率が高い部材が用いられる。例えば、ソーダ石灰ガラス、オゾンレス石英ガラス、溶融石英ガラス等を用いることができ、蛍光体の発光波長に応じて適宜部材が選定される。上記構成により、エキシマ放電によって発生する真空紫外光を好適に遮光でき、ランプの周囲にオゾンを発生させることがない。また放電容器内１には長手方向に沿って延びる内部電極１２が設けられている。図１（ｂ）に示すように、内部電極１２は、その主要部分が螺旋状に巻いて形成されたコイル電極とすることができる。また、放電容器１の外部には外部電極１１が設けられている。外部電極は、例えば、導電性を有する複数本の金属細線で形成することができる。より好適には、複数本の金属細線を網目に交差させてメッシュ状に形成し設けることができる。上記構成により、内部電極１２と外部電極１１が一対の電極となって電極間にエキシマ放電が誘起される。

放電容器１の内部にはエキシマ発光ガスとして希ガスが封入されている。例えば、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）の何れかの希ガスを封入する、又は、それらの複数の希ガスを適宜組合せていてもよい。

放電容器１の内壁には蛍光体１３が設けられている。この蛍光体１３は、上記のエキシマ発光ガスによって放射される波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を吸収し、より長波長域の紫外光を発光する。そのため、真空紫外光より長波長域の紫外光が放電容器から放射され、大気中にオゾンは発生しない。本発明に適用される蛍光体１３としては、例えば、ＹＰＯ_４：Ｎｄ、ＬｉＹＰ_４Ｏ_１２：Ｐｒ、ＬａＰＯ_４：Ｐｒ、ＬａＰＯ_４：Ｐｒ、ＹＡｌ_３Ｂ_４Ｏ_１２：Ｐｒ、ＹＡｌ_３Ｂ_４Ｏ_１２：Ｂｉ、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ、ＬａＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９：Ｃｅ、等が挙げられる。
また、蛍光体の選定により、用途に応じて殺菌効果の優れた紫外光を放射させることができる。例えば、ＬａＰＯ_４：Ｐｒの蛍光体は、大腸菌や黄色ぶどう球菌等の殺菌効果の優れたピーク波長２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの光を発光する。対象とする菌に応じて蛍光体を適宜選択し、より好ましい実施態様とすることができる。

放電容器１の一方の端部にはチップ部２が設けられ、他方の端部には封止部３が設けられている。チップ部２は、ランプの製造過程において放電容器内１を排気するための排気経路の残部である。特に、放電容器内１に蛍光体１３を設ける場合は内部に不純ガスが持ち込まれやすいため、ランプ製造過程において排気処理を行う必要性が高く、放電容器１には排気残部としてチップ部２が形成される。チップ部２は、例えば、排気経路として放電容器１の端部に細管を設け、この細管を介して排気を行い、排気後に細管の開口端部をチップオフすることで放電容器１の端部に形成される。尚、上記のチップ部２は、放電容器１の端部に細管を設けるのではなく、放電容器１の端部を直接チップオフすることによっても形成される。この場合、図１に示すチップ部２とは多少形状が異なるが、何れも放電容器１の端部から突出した形状であって、放電容器１よりも外径が小さく、放電容器１とチップ部２の内部空間は連通している。

さらに好ましい形態として、チップ部２は放電容器１の管軸の延長線上に配置される。これはランプの構造上、放電容器１の中央付近に内部電極１２を配置させやすくするためである。放電容器１の他方の端部には封止部３が形成される。封止手段は特に限定しないが、例えば、図１は金属箔３１を埋設して気密封止したいわゆる箔封止の構造である。封止部内３では、金属箔３１と内部電極１２が電気的に接続されている。

内部電極１２の一端は、チップ部内２まで延設しチップ部２の内部に導入される。また、外部電極１１は放電容器１の外表面に設けられ、またチップ部２の壁面にまで延設されている。つまり、内部電極１２と外部電極１１は、それぞれ放電容器１からチップ部２にわたって設けられている。チップ部２は放電容器１よりも外径が小さいため、チップ部２では内部電極１２と外部電極１１の離間距離が非常に狭くなる。そのため内部電極１２と外部電極１１の間の始動電圧は小さくなり、チップ部２では比較的低い電圧で初期放電が発生する。チップ部２の内部で発生した初期放電はランプ点灯のトリガーとなり、ランプ全域に亘ってエキシマ放電が誘起される。以上により、ランプの始動特性が向上する。尚、内部電極１２の一端はチップ部２の内壁に当接されるが、チップ部２の壁内には封入させない。

また、内部電極１２の一端は電界が集中しやすい。内部電極１２の一端で電界が集中すると、その周囲の電位障壁が押し下げられ、放電空間内に電子が放出されやすくなる。つまり、内部電極１２の一端の周囲では放電が起こりやすい。図１（ｂ）に示すとおり、本発明に係る実施態様では、内部電極１２の一端がチップ部２の内部に導入されるため、チップ部２の内部で初期放電を起こしやすい。以上の構成により、ランプの始動特性が向上する。

本発明に係る外部電極１１にはいくつかの実施形態がある。例えば、図１に示す実施態様に、図２（ａ）〜（ｃ）に示す外部電極１１の構成をそれぞれ適用することができる。
図２（ａ）に示す実施形態は、外部電極１１ａ、１１ｂが放電容器１の全長に亘って設けられ、チップ部２の壁面まで延設している。好適には、外部電極１１ｂはチップ部２の壁面に当接される。外部電極１１ａ、１１ｂは導電性を有する複数本の金属細線で形成され、各々の金属細線は網目状に交差している。この構成により、蛍光体１３から放射される殺菌用の光は、外部電極１１ａ、１１ｂの網目の隙間からランプの外方へ放出される。またチップ部２では、内部電極１２ａの一端１２ｂと外部電極１１ｂの離間距離が非常に狭くなるため、比較的低い電圧で初期放電を引き起こし、従来よりもランプの始動特性を向上させることができる。

図２（ｂ）は、チップ部２の外壁面に設けられた外部電極１１ｂが、その各々の素線を密集して形成される。好適には、外部電極１１ｂはチップ部２の壁面に当接し、隙間なく密集して形成されている。チップ部２の外壁面に外部電極１１ｂを隙間なく密集させることで、チップ部内２では従来よりも低い電圧で初期放電を引き起こすことができ、ランプの始動特性をさらに向上させることができる。またチップ部２は、蛍光体１３からの光が外部電極１１ｂに完全に遮光される形態であっても構わない。また図２（ａ）の構成に加えて別体の金属細線を用意し、前記別体の金属細線を外部電極１１ｂの上からチップ部２に巻きつける形態であってもよい。

図２（ｃ）は、外部電極１１ｂが放電容器１の一方の端部を覆って設けられた実施態様である。また上記と同様、図２（ｃ）の構成に加えて別体の金属細線を用意し、チップ部２とその周囲の外部電極１１ｂの上から、当該金属細線を密に巻きつける構成であっても良い。上記構成により、チップ部２において、内部電極の一端１２ｂと外部電極１１ｂの離間距離が狭められるため、従来よりもランプの始動特性を向上させることができる。
また、図２（ｄ）に示すとおり、チップ部２の外径が漸次的に収縮する形状であっても、放電容器１の端部を覆った外部電極１１ｂを形成させることが可能である。上記同様、チップ部２において、内部電極１２ａと外部電極１１ｂの離間距離が狭められるため、従来よりもランプの始動特性を向上させることができる。

本発明に係る内部電極１２にはいくつかの実施形態がある。例えば、図１及び図２に示す実施態様のそれぞれに、図３に示す内部電極の構成を適用させることができる。
図３は内部電極の一端１２ｂを描写したものである。ここでいう一端とは、内部電極１２の端部であって、チップ部内２に導入される部位である。前記内部電極の一端１２ｂからは、前記内部電極１２ｂの断面よりも狭小な断面形状を有する突起部１２ｃが形成されている。この構成は、突起部１２ｃにおいてより大きな電界集中を起こし、ランプの始動特性を良好にする。
図３（ａ）は、内部電極の一端１２ｂを斜めにカットすることで、一端に鋭角な突起部１２ｃを形成したものである。また図３（ｂ）は、内部電極の一端１２ｂを潰して平坦に圧潰し、内部電極の一端１２ｂに平坦形状の突起部１２ｃを形成したものである。

内部電極１２の一部には、放電容器内１で電極を保持するためのアンカー部材１４を設けることができる。アンカー部１４は、放電容器１の内壁面に当接するリング形状の当接部１４ａと、内部電極１２を保持する保持部１４ｂが一体に形成された部位である。これにより、より好適に、内部電極１２を放電容器１の所定位置に固定することができる。

以下、本発明の作用効果を示す実験例について説明する。

〔実験例〕
まず、図２（ａ）の構成を備えるエキシマランプ（実施例１）を以下の条件により作製した。
放電容器（１）：全長２００ｍｍ、外径φ１０ｍｍ、
チップ部（２）：外径φ６ｍｍ、
外部電極（１１）：金属素線径0.2ｍｍ、
内部電極（１２）：電極の外径２ｍｍ、
蛍光体（１３）：ＬａＰＯ_４：Ｐｒ
封入ガス：Ｘｅ１３ｋPa

次に、図２（ｂ）の構成を有する外部電極であり、それ以外は実施例１と同様の構成であるエキシマランプ（実施例２）を作製した。実施例２は、外部電極を構成する素線が、チップ部の外表面では密集して設けている。

また比較のため、チップ部の外表面に外部電極が設けられてないエキシマランプ（比較例１）を作製した。放電容器、チップ部、内部電極の構成は実施例１と同様であるが、放電容器の外壁面にのみ外部電極が設けられている。

作製した実施例１、実施例２、比較例１の各々を、1ｋV以上で使用可能な、高圧正弦波インバータにて入力電圧を上げていき、点灯した際の電圧を始動電圧として計測した。尚、以下の表１は測定結果を比較例１との相対値で示したものである。

比較例１の始動電圧を１００％とした場合、実施例１の始動電圧は６８％に低下し、実施例２の始動電圧は６５％まで低下した。つまり、エキシマランプの外部電極をチップ部にまで延設することで、ランプの始動電圧を７割以下に低減させることができ、エキシマランプの始動特性が向上した。

上記記載のとおり、本発明に係るエキシマランプは、放電容器１の端部において突起形状のチップ部２を設け、内部電極１２の末端部１２ｂがチップ部２の内壁にまで延在させ、外部電極１１は放電容器だけでなくチップ部２の外表面にまで延設されている。また、内部電極１２と外部電極１１の離間距離を大幅に狭めることでき、チップ部２にて初期放電を発生させ、ランプの始動特性を大幅に向上させることができる。

１放電容器
１１外部電極
１２内部電極
１３蛍光体
１４アンカー部
２チップ部
３封止部
３１金属箔

Claims

長尺の放電容器と、その一方の端部から突出して形成されるチップ部と、その他方の端部に形成される封止部とを備え、前記放電容器の内部に配置された内部電極と前記放電容器の外部に配置された外部電極を一対の電極とし、前記放電容器内にエキシマ発光ガスが封入されたエキシマランプであって、
前記放電容器の内壁には紫外線を発光する蛍光体が設けられており、
前記内部電極は前記放電容器の管軸方向に沿って延びており、その一端が前記チップ部内に導入され、他端は前記封止部に埋設されており、
前記外部電極は、前記放電容器から前記チップ部まで延設されることを特徴とするエキシマランプ。
前記外部電極は、前記チップ部の壁面に金属素線を密巻きして形成することを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
前記内部電極の一端からは、前記内部電極の断面よりも狭小な断面形状を有する突起部が形成されており、
前記突起部は前記チップ部の内部に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のエキシマランプ。