JP2018142476A

JP2018142476A - 放電ランプ

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Publication number: JP2018142476A
Application number: JP2017036712A
Authority: JP
Inventors: 芹澤　和泉; Izumi Serizawa; 和泉芹澤
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: JP6831268B2

Abstract

【課題】放電ランプにおいて、オゾンと励起状態酸素を効果的に生成し、対象物に作用させる。【解決手段】二重管構造の発光管１１を備えた放電ランプ１０において、発光管１１の表面（内側管５０の外表面５０Ｓと外側管２０の内表面２０Ｉ）に対し、波長１７２ｎｍの紫外線を受けて波長２５０ｎｍの蛍光を発する蛍光体Ｃが、表面全体に渡って略均一の厚さで薄く塗布されている。その結果、発光管１１の放射面となる外側管２０の外表面２０Ｓ全体から波長１７２ｎｍ、２５０ｎｍの紫外線両方がランプ外へ放射される。【選択図】図１

Description

本発明は、エキシマランプなどの放電ランプに関し、特に、オゾンなどの活性酸素を生成する放電ランプの構成に関する。

エキシマランプ、外部電極型蛍光ランプなどでは、発光管（放電管）の放電空間内に希ガスなどを封入する一方、発光管の外表面などに電極対を配置する。電極間に電圧を印加させることで誘電体バリア放電あるいは容量結合型高周波放電が生じ、放電容器からランプ外に向けて紫外線を放射する。

酸素（Ｏ_２）への紫外線吸収によって生じるオゾン（Ｏ_３）は、殺菌能力（酸化力）が高い活性酸素の一種であり、脱臭装置、除菌／殺菌装置などの光源としてエキシマランプを使用することができる。さらに、オゾンに特定波長域の紫外線を照射すると、一重項酸素原子（Ｏ）など、励起状態の原子状あるいは分子状酸素（以下、励起状態酸素という）が生成される。励起状態酸素は非常に高い酸化促進機能を備え、脱臭、除菌、殺菌、さらには基板洗浄、表面改質などにも利用可能である。

例えば水の殺菌、除菌などを行う水処理装置において、１２０〜１９０ｎｍの波長域の紫外線を放射する第１ランプと、２００〜２４０ｎｍの波長域の紫外線を放射する第２ランプが、水の流入出可能な容器内に配置される。これによって、オゾンとともにより酸化力の優れた活性酸素原子が生成される（特許文献１参照）。

特開平６−２１０２８６号公報

２つのランプを用いてオゾンおよび励起状態酸素を生成する場合、２つのランプを容器に収納したユニット構造となり、ランプの構成が複雑化する。また、放電容器内に２つのランプを容器内に配置する構成であるため、オゾンおよび励起状態酸素を、所望する量あるいは所望する領域において効果的に生成することが難しい。

したがって、簡易な構成によって、オゾンと励起状態酸素を効果的に生成し、対象物に作用させるランプの構成が求められる。

本発明の放電ランプは、例えばエキシマランプとして適用可能であり、放電ガスが封入されていて放電空間を形成する発光管と、発光管を介在させて対向配置される一対の電極とを備える。発光管は単管、あるいは二重管構造が可能であり、それら発光管構造に応じて一対の電極が発光管外表面、管内壁などに設置される。

さらに本発明の放電ランプは、放電空間に露出する発光管表面の少なくとも一部に塗布された蛍光体を備える。そして放電ランプは、酸素の光吸収波長域に応じた波長域を有する第１紫外線を発光管外部へ放射し、第１紫外線の照射によって蛍光体が励起することで、オゾンの光吸収波長域に応じた波長域を有する第２紫外線を、蛍光体から発光管外部へ放射する。

第１紫外線と第２紫外線が発光管の同じ放射面領域から放射されるように、蛍光体を発光管表面に塗布することが可能である。例えば、第１紫外線の少なくとも一部は、蛍光体を透過して発光管外部へ放射する。

あるいは、第１紫外線と第２紫外線が、異なる放射面領域からそれぞれ放射されるように、蛍光体を発光管表面に形成することが可能である。例えば、第１紫外線の少なくとも一部が、蛍光体を透過しないで放電空間に露出する発光管表面を透過して発光管外部へ放射される。この場合、放射面領域が、軸方向に沿って二分された構成にすることができる。あるいは、蛍光体が、第１紫外線を透過させる厚さをもつ第１紫外線透過部分と、第１紫外線を透過させない厚さのある第２紫外線透過部分によって構成される。

本発明の他の態様における放電ランプは、放電ガスが封入されて放電空間を形成する発光管と、発光管を介在させて対向配置される一対の電極とを備え、酸素の光吸収波長域に応じた波長域を有する第１紫外線を発光管外部へ放射し、オゾンの光吸収波長域に応じた波長域を有する第２紫外線を発光管外部へ放射する。

本発明の他の態様における活性酸素の生成方法は、放電ガスが封入される発光管を介在させて対向して一対の電極を配置し、放電空間に露出する発光管表面の少なくとも一部に蛍光体を形成し、一対の電極に対して電圧を印加することによって、酸素の光吸収波長域に応じた波長域を有する第１紫外線を発光管外部へ放射し、第１紫外線照射によって蛍光体を励起させることによって、オゾンの光吸収波長域に応じた波長域を有する第２紫外線を、蛍光体から発光管外部へ放射させ、第１紫外線によってオゾンを生成し、第２紫外線によって励起状態酸素を生成する。

本発明の他の態様における反応生成方法は、発光管を介在させて対向配置される一対の電極に対して電圧を印加することによって、発光管外部へ放射される第１紫外線を照射することで生成された第１生成物に対し、発光管外部へ放射される第２紫外線を照射することで第２生成物を生成することを特徴とする。

本発明によれば、放電ランプにおいて、オゾンと励起状態酸素を効果的に生成し、対象物に作用させることができる。

第１の実施形態である放電ランプの概略的断面図である。第２の実施形態における放電ランプの概略的断面図である。第３の実施形態における放電ランプの概略的断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、第１の実施形態である放電ランプの概略的断面図である。

放電ランプ１０は、ここでは、発光管（放電管）１１と、内側電極３０と、外側電極４０とを備えたエキシマランプであり、除菌、殺菌、脱臭用の光源として使用可能である。発光管１１は、石英ガラスなどの誘電材料から成る有底筒状の外側管２０と内側管５０とを備えた二重管構造の放電管であり、封止部５３において一体として溶着することで放電空間Ｓを形成する。放電空間Ｓ内には、キセノンガスなどの希ガス、あるいはこれらの混合ガスが放電ガスとして封入されている。放電ガスの封入圧は、例えば５ｋＰａ〜１５０ｋＰａに定められる。

発光管１１の表面には、蛍光体膜Ｃ（膜）が略表面全体に渡って塗布されている。詳細に説明すると、外側管２０の内表面（外側管２０の円筒状部分の内周面）２０Ｉと、内側管５０の外表面（内側管５０の円筒状部分の外周面）５０Ｓには、蛍光体Ｃが膜状となって塗布されている。また、蛍光体Ｃは、外側管２０の内表面２０Ｉに塗布された蛍光体Ｃ１と、内側管５０の外表面５０Ｓに塗布された蛍光体Ｃ２から成り、略均一の厚さを有する。

蛍光体Ｃの塗布については、例えば、外側管２０の両端部などに蛍光体導入管を設け、粘度のある蛍光体液に一方の導入管を入れ、他方の導入管から吸い上げ、排出する。これによって、蛍光体Ｃを発光管１１の表面に塗布することができる。あるいは、外側管２０の内表面２０Ｉ、内側管５０の外表面５０Ｓにあらかじめ蛍光体Ｃを塗布してから二重管構造の発光管１１を成形してもよい。

内側管５０の内部には、放電ランプ１０の軸方向に沿って延びる金属箔からなる帯状の内側電極３０が配置されている。内側電極３０は、放電空間Ｓに露出せずに誘電体である内側管５０に覆われている。内側電極３０の端部に接続される給電線７０は、外部に設置された電源部（図示せず）と接続しており、給電線７０を介して放電ランプ１０に電力が供給される。

外側電極４０は、放電空間Ｓから放射する光を透過するように網状や螺旋状の導電性部材により構成され、放電空間Ｓに露出せず、内側電極３０と径方向で対向するように誘電体である外側管２０の外表面２０Ｓに沿って軸方向に配設されている。

内側電極３０、外側電極４０の極性は、それぞれ陽極、陰極に定められ、誘電体である発光管１１を介在して対向配置されている。放電ランプ１０に数ｋＶの電圧が印加されると、内側電極３０と外側電極４０との間で誘電体バリア放電が生じ、波長１７２ｎｍの紫外線がエキシマ光として放射される。蛍光体Ｃの膜の厚さは、波長１７２ｎｍの紫外線が透過できる厚さであり、波長１７２ｎｍの紫外線の少なくとも一部は、蛍光体Ｃを透過してランプ外へ放射される。

空気中の酸素（Ｏ_２）は、１００ｎｍ〜２４０ｎｍの波長域で光吸収スペクトルをもつ。そのため、ランプ外の酸素（Ｏ_２）は、放電ランプ１０から放射された波長１７２ｎｍの紫外線（第１紫外線）を吸収し、２つの酸素原子（Ｏ）の光分解を経てオゾン分子（Ｏ_３）（第１生成物）が生成される。

一方、蛍光体Ｃ（第２紫外線放射部）は、波長１７２ｎｍの紫外線を受けると、波長２５０ｎｍの蛍光（第２紫外線）を発し、これによって波長２５０ｎｍの紫外線が蛍光体Ｃからランプ外へ放射される。オゾン分子（Ｏ_３）は、２００〜３００ｎｍの波長域で光吸収スペクトルもっている。そのため、波長１７２ｎｍの紫外線照射によって生じたオゾン（Ｏ_３）は、ランプ外へ放射された波長２５０ｎｍの紫外線を吸収する。

その結果、ランプ外では、基底状態よりもエネルギーが高い励起状態の一重項酸素原子、一重項酸素分子などの励起状態酸素（第２生成物）が生成される。励起状態酸素は、非常に高活性な状態にある活性酸素であり、脱臭、漂白、殺菌、表面酸化などの作用を対象物に対して行うことができる。

このように本実施形態では、二重管構造の発光管１１を備えた放電ランプ１０において、発光管１１の表面（内側管５０の外表面５０Ｓと外側管２０の内表面２０Ｉ）に対し、波長１７２ｎｍの紫外線を受けて波長２５０ｎｍの蛍光を発する蛍光体Ｃが、表面全体に渡って略均一の厚さで薄く塗布されている。その結果、発光管１１の放射面となる外側管２０の外表面２０Ｓ全体から波長１７２ｎｍ、２５０ｎｍの紫外線がともに放射される。同じ放射面領域から２つの紫外線が放射されることで、オゾンと励起状態酸素の両方を活性酸素として生成することができる。

なお、放電ランプは、波長１７２ｎｍ以外の紫外線を放射してもよく、酸素（Ｏ_２）の光吸収スペクトルの範囲（およそ１００ｎｍ〜２４０ｎｍの波長域）にある紫外線であればよい。また、蛍光体Ｃにおいても、放電による紫外線によって励起し、放電による紫外線よりも波長が長く、オゾン（Ｏ_３）の光吸収スペクトルの範囲（およそ２００〜３００ｎｍの波長域）にある紫外線を放射するように構成すればよい。また、外側管２０の内表面２０Ｉあるいは内側管５０の外表面５０Ｓいずれか一方について、蛍光体を塗布しない構成にすることも可能である。

次に、図２を用いて、第２の実施形態である放電ランプについて説明する。第２の実施形態では、波長１７２ｎｍの紫外線と波長２５０ｎｍの紫外線が、異なる放射面領域から放射される。それ以外については、第１の実施形態と実質的に同じである。

図２は、第２の実施形態における放電ランプの概略的断面図である。

蛍光体Ｃ’は、外側管２０の左側半分の外表面（放射面領域）２０Ａに対向する表面領域にだけ塗布されており、外側管２０の右半分の外表面２０Ｂに対向する表面領域には塗布されていない。蛍光体Ｃ’は、外側管２０の内表面２０Ｉに塗布された蛍光体Ｃ’１と、内側管５０の外表面５０Ｓに塗布された蛍光体Ｃ’２から構成される。

また蛍光体Ｃ’は、第１の実施形態のような薄膜状ではなく、波長１７２ｎｍの紫外線が透過しない厚さを有する。そのため、波長１７２ｎｍの紫外線が放射面領域２０Ｂからランプ外へ放射する一方、波長２５０ｎｍの紫外線は、放射面領域２０Ａからランプ外へ放射する。

このように波長１７２ｎｍの紫外線、波長２５０ｎｍの紫外線を、選択的に放射面領域を分けて放射することにより、オゾンと励起状態酸素の生成量のバランスを調整することが可能となる。ここでは、発光管１１の放射面領域を軸方向に沿って略二等分しているが、蛍光体Ｃ’の塗布された軸方向長さを調整することで、その割合を調整することができる。例えば、蛍光液面から吸い上げる方法では、吸い上げる高さを調整することで、蛍光体Ｃの軸方向に沿った塗布範囲を調整することができる。

次に、図３を用いて、第３の実施形態である放電ランプについて説明する。第３の実施形態では、波長１７２ｎｍの紫外線を放射する放射面領域と、波長２５０ｎｍの紫外線を放射する放射面領域が複数に分かれている。

図３は、第３の実施形態である放電ランプの概略的断面図である。

蛍光体Ｃ”は、第１の実施形態と同様、発光管１１内において全体的に塗布されている。一方で蛍光体Ｃ”は、その厚みが一定ではなく、薄い膜状部分（薄部分）ＣＡ、ＣＢと、それよりも厚みのある部分（厚部分）Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３から構成されている。薄部分ＣＡ、ＣＢと厚部分Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、軸方向に沿って交互に形成されている。

このように蛍光体Ｃ”を発光管１１内に塗布することによって、波長１７２ｎｍの紫外線と波長２５０ｎｍの紫外線を、交互に並ぶ放射面領域から放射させることが可能となる。すなわち、薄部分ＣＡ、ＣＢから波長１７２ｎｍの紫外線がランプ外へ放射される一方、厚部分Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３から波長１７２ｎｍの紫外線は透過しないため、波長２５０ｎｍの紫外線のみが蛍光体Ｃ”からランプ外へ放射される。蛍光体Ｃ”の塗布は、例えば蛍光体液面からの吸い上げ方式において、段階的に蛍光体液面を下げる速度を変化させることによって図３のように形成することができる。蛍光体液面を下げる速度を遅くすると厚く塗布され、速度を早くすると薄く塗布される。

第１〜第３の実施形態では、２重管構造の発光管を適用しているが、単管式の発光管であってもよい。また、エキシマランプ以外の放電ランプにも適用可能である。

蛍光体は、発光管表面に塗布するような構成でなく、発光管内部に蛍光物質を含ませる構成にしてもよい。また、フォトルミネセンスを利用して、光によって励起状態にして光を放出する物質等による波長変換手段（膜）を発光管内あるいは発光管表面に形成し、オゾンが吸収する紫外線をランプ外へ放射させるように構成してもよい。さらには、オゾン、励起状態酸素以外の活性酸素を順次生成するように、放電ランプの紫外線の波長（放電ガス）および蛍光体等の波長変換手段（膜）などを選択すればよい。

１０放電ランプ
１１発光管
２０外側管
３０内側電極
４０外側電極
５０内側管
Ｃ蛍光体

Claims

放電ガスが封入されていて放電空間を形成する発光管と、
前記発光管を介在させて対向配置される一対の電極と、
前記放電空間に露出する発光管表面の少なくとも一部に塗布された蛍光体とを備え、
酸素の光吸収波長域に応じた波長域を有する第１紫外線を前記発光管外部へ放射し、
第１紫外線の照射によって前記蛍光体が励起することで、オゾンの光吸収波長域に応じた波長域を有する第２紫外線を、前記蛍光体から前記発光管外部へ放射することを特徴とする放電ランプ。
第１紫外線と第２紫外線が、前記発光管の同じ放射面領域から放射されることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
第１紫外線の少なくとも一部が、前記蛍光体を透過して前記発光管外部へ放射することを特徴とする請求項１または２に記載の放電ランプ。
第１紫外線と第２紫外線が、異なる放射面領域からそれぞれ放射されることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
第１紫外線の少なくとも一部が、前記蛍光体を透過しないで前記放電空間に露出する発光管表面を透過して前記発光管外部へ放射されることを特徴とする請求項４に記載の放電ランプ。
前記放射面領域が、軸方向に沿って二分されていることを特徴とする請求項４または５に記載の放電ランプ。
前記蛍光体が、第１紫外線を透過させる厚さをもつ第１紫外線透過部分と、第１紫外線を透過させない厚さのある第２紫外線透過部分とを有することを特徴とする請求項４に記載の放電ランプ。
放電ガスが封入されていて放電空間を形成する発光管と、
前記発光管を介在させて対向配置される一対の電極とを備え、
酸素の光吸収波長域に応じた波長域を有する第１紫外線を前記発光管外部へ放射し、
第２紫外線放射部に第１紫外線が照射されることで、オゾンの光吸収波長域に応じた波長域を有する第２紫外線を前記発光管外部へ放射することを特徴とする放電ランプ。
放電ガスが封入されていて放電空間を形成する発光管を介在させて一対の電極を対向配置し、
前記放電空間に露出する発光管表面の少なくとも一部に蛍光体を形成し、
前記一対の電極に対して電圧を印加することによって、酸素の光吸収波長域に応じた波長域を有する第１紫外線を前記発光管外部へ放射し、
第１紫外線の照射によって前記蛍光体を励起させることで、オゾンの光吸収波長域に応じた波長域を有する第２紫外線を、前記蛍光体から前記発光管外部へ放射させ、
第１紫外線によってオゾンを生成し、第２紫外線によって励起状態酸素を生成する活性酸素の生成方法。
発光管を介在させて対向配置される一対の電極に対して電圧を印加することによって、
前記発光管外部へ放射される第１紫外線を照射することで生成された第１生成物に対し、
前記発光管外部へ放射される第２紫外線を照射することで第２生成物を生成する
ことを特徴とする紫外線照射による反応生成方法。