JP4873394B2

JP4873394B2 - 放電灯

Info

Publication number: JP4873394B2
Application number: JP2001167251A
Authority: JP
Inventors: 章光八田; 卓住友
Original assignee: Kochi University of Technology
Current assignee: Kochi University of Technology
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: JP2002358924A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は紫外線光源としての放電灯に関し、特には放電ガスとして放電管内に一酸化炭素を封入して、主として紫外領域での放電発光を利用する放電灯に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から紫外線は蛍光灯，インキのＵＶ硬化，オゾン生成，殺菌，リソグラフィー等の各種工業分野で広く利用されているが、最も一般的な紫外線光源は水銀灯である。この水銀灯は硬質ガラスでなる低圧放電管内に水銀を封入しておき、この放電管の両端に設けた電極間に商用周波数の電界を印加して水銀気体中で放電させることにより、２５４ｎｍ，１８５ｎｍなどの水銀原子発光放電を行わせている。
【０００３】
４００ｎｍ以下の紫外線光源には低圧水銀灯及び高圧水銀灯が広く用いられており、高分子光反応を利用したインキのＵＶキュア等工業的な利用がはかられている。また、紫外線が蛍光体を励起して可視光に変換した光源が蛍光灯であり、紫外線を直接利用することによって前記ＵＶインキ硬化，オゾン生成，殺菌その他の工業用途に応用することが可能である。最近では従来の水銀灯に代えて希ガスのエキシマ発光を利用した紫外線光源も市販されており、希ガスの種類を変更することによって幅広い紫外波長領域から所望の波長を持つ放電特性を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の水銀灯に用いられている水銀は常温下では液体であるため、放電管の内部に予めキセノン（Ｘｅ）などの希ガスを封入しておき、点灯初期に先ず希ガスを放電させ、この放電により発生する熱で水銀を気化して水銀の気体を得て、この水銀の気体中で電極間に電界を印加して放電させることにより水銀原子発光放電を行っている。従って水銀灯が安定した放電状態に達するまでには１０分以上の時間を必要とするという課題がある。上記に対処して放電を不要とする時間帯でも水銀灯を点灯したまま維持する手段も用いられているが、照明用の水銀灯などの電気消費量が大きくなって省エネルギーの観点からも好ましくないという問題点がある。
【０００５】
更に、水銀灯を工業利用する場合、必ずしも常時点灯している必要のないケースが多い。例えば数秒から数分おきに搬送ライン上を搬送されるサンプルに紫外線を照射すればよい場合等である。しかしながら、かかる場合においてもサンプルとサンプルのインターバルの間に水銀灯を消してしまうと、次のサンプルが搬送されてきてもすぐには紫外線量が安定しないために、常時点灯しているのが実情である。したがってスイッチＯＮしてすぐに光出力が安定する紫外光源が提供されれば、サンプルとサンプルのインターバルの間はスイッチをＯＦＦしておくことが可能となり、省電力が達成されることとなる。
【０００６】
また、水銀灯の点灯中に周囲の温度によって水銀の気化量が変化するケースもあり、それに伴って水銀灯から発せられる紫外線放射特性も変化してしまい、水銀灯を紫外線光源として高度な精度が要求される工業用途に応用する際に不具合が生じるという問題がある。また、地球環境保護の観点から人体に有害な水銀の継続的な大量利用は好ましくないという問題もある。
【０００７】
上記水銀灯に代えて利用されている希ガスのエキシマ発光を利用した紫外線光源としての希ガスエキシマランプは、スイッチＯＮしてすぐに光出力が安定するという利点を有している。しかしながら、水銀灯のように放電管両端の電極間に商用周波数の電界を印加するだけでは強いエキシマ発光が得られないため、高周波電界を印加する誘電体バリア放電などを利用する必要がある。そのために光源システムとしての価格がきわめて高くなってしまい、採算的な面から高付加価値を持つ工業製品の製造に適用する以外には使用されておらず、汎用性が乏しいという難点がある。
【０００８】
そこで本発明は上記の問題点を解決して、点灯を短時間で安定させるとともに紫外線放射特性の変化をなくして紫外線光源として高度な工業用途に適用する際の汎用性を高め、しかも電気消費量が低減されて省エネルギーと地球環境保護の観点から好ましい放電灯を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、放電管内に一酸化炭素及び／又は一酸化炭素を含む気体を封入して、該一酸化炭素及び／又は一酸化炭素を含む気体を放電させた際に放射される放電発光、特に紫外領域の放電発光を利用した放電灯を提供する。
【００１０】
かかる放電灯によれば、放電管内に一酸化炭素及び／又は一酸化炭素を含む気体を封入して放電させると、放電開始直後に一酸化炭素が放電分解されて内壁とか電極に炭素皮膜が堆積するが、分解される酸素によって炭素皮膜がエッチングされて特性が安定し、その後は放電開始後の数秒以内で放電特性が安定する。よって、スイッチＯＮしてすぐに光出力が安定する紫外光源を得ることができ、常時点灯をしておく必要がなく、必要に応じてＯＮ／ＯＦＦ操作を行うことができる紫外線光源としての放電灯を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明にかかる放電灯の具体的な実施形態を説明する。本発明では放電中の一酸化炭素分子とか一酸化炭素イオンから多くの紫外線が放射される現象に着目して、放電管内に一酸化炭素及び／又は一酸化炭素を含む気体を封入しておき、該一酸化炭素及び／又は一酸化炭素を含む気体を放電させた際に放射される放電発光、特に紫外領域での放電発光を利用した放電灯を得たことが特徴となっている。
【００１２】
本発明の具体的な実施形態を説明すると、先ず硬質ガラスでなる低圧放電管内の両端に配置した電極間距離を２０ｃｍ，放電管の内径２ｃｍとし、この放電管内に一酸化炭素を１３３Ｐａ（パスカル）封入した。得られた放電管の両電極間に商用周波数の電界を印加して放電させた。初回の放電においては放電開始直後に一酸化炭素が放電分解され、放電管の内壁とか電極に僅かに炭素皮膜が堆積するが、同時に分解される酸素によって炭素皮膜のエッチング現象が起きて３０分程度で特性が安定する。２回目以降の放電では、放電開始後の数秒以内で放電特性が安定する。
【００１３】
図１はあらかじめ３０分以上の放電を行った放電管に商用周波数の電界を印加し放電開始直後に測定した、供給電力２．４ワットの場合の放電発光スペクトルを示す。図１のように一酸化炭素を放電させると、波長２００ｎｍから４００ｎｍの紫外線領域に一酸化炭素分子の３rd Positive（２８３〜３７０ｎｍ）や５B bands（２６７〜３８３ｎｍ）からの紫外線の放射、一酸化炭素イオン（２１９ｎｍ，２３０ｎｍ）からの紫外線の放射を確認することができ、紫外線域の光源として有用である。
【００１４】
上記の実施形態では放電管内に一酸化炭素のみを封入した例について説明したが、本発明は上記に限定されるものではなく、放電管内に一酸化炭素を含む気体を封入してもよく、更には一酸化炭素を含む気体，例えばアルゴン（Ａｒ）とかキセノン（Ｘｅ）などの希ガスとともに一酸化炭素を封入しても良い。
【００１５】
前記放電管内に一酸化炭素を１．３３ｋＰａ封入し、放電管内に電極が不要なマイクロ波（ＭＷ：２５０Ｗ）などの高周波電界を印加して放電させた場合にも、初回の放電においては３０分程度で特性が安定し、２回目以降の放電では放電開始後の数秒以内で特性が安定する。図２はあらかじめ３０分以上の放電を行った放電管にマイクロ波電界を印加して放電開始直後に測定した場合の発光スペクトルを示す。波長２００ｎｍから４００ｎｍの紫外線領域において強い発光が観測され、紫外光源として有用である。従って本発明にかかる放電灯に印加する電界は、放電管の両端に電極を設けて、該電極間に電界を印加してもよいし、或いはマイクロ波電界等の放電管内に電極を設ける必要のない高周波電界を印加してもよく、印加する電界に限定はない。
【００１６】
本発明によれば、放電管内に一酸化炭素及び／又は一酸化炭素を含む気体を封入したことにより、一酸化炭素分子及び一酸化炭素イオンから多数の紫外線が放射されるが、この一酸化炭素は常温で気体であるから水銀を封入した場合に較べて放電灯の安定時間が短く、周囲温度による放電特性の変化は生じない。更にエキシマ発光のように高価な高周波電界システムを用いずとも点灯可能で、安価な商用周波数で点灯可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば放電管内に一酸化炭素及び／又は一酸化炭素を含む気体を封入して、該一酸化炭素及び／又は一酸化炭素を含む気体を放電させた際に放射される放電発光、特に紫外領域の放電発光を利用した放電灯が得られる。初回の放電中に一酸化炭素が放電分解されて内壁とか電極に炭素皮膜が堆積しても同時に分解される酸素によって該炭素皮膜がエッチングされて３０分程度で放電特性が安定し、２回目以降は短時間で放電が安定し、点灯時に商用周波数又は高周波の電界如何を問わず幅広い波長領域での紫外線放射を可能として安定した点灯特性が得られる。
【００１８】
また、放電管内に常温で気体の一酸化炭素を封入したことにより、周囲温度による放電特性の変化が生じることがなくなり、点灯後の安定時間も短縮されるので省エネルギー効果も高く、紫外線光源として高度な精度が要求される工業用途にも広く適用することができるとともに人体に有害な水銀を用いていないので、地球環境保護の観点からも有益な放電灯が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一酸化炭素を封入した放電管に商用周波数の電界を印加した場合の放電発光スペクトル図。
【図２】一酸化炭素を封入した放電管に高周波電界を印加した場合の放電発光スペクトル図。

Claims

放電管内に一酸化炭素を封入して、該一酸化炭素を放電させた際に放射される放電発光を利用する放電灯であって、前記放電発光は、分子状態とイオン状態の一酸化炭素から放射される複数の波長の紫外線を含むことを特徴とする放電灯。
放電管内に一酸化炭素を含む気体を封入して、該一酸化炭素を含む気体を放電させた際に放射される放電発光を利用する放電灯であって、前記放電発光は、分子状態とイオン状態の一酸化炭素から放射される複数の波長の紫外線を含むことを特徴とする放電灯。
放電管内に一酸化炭素及び／又は一酸化炭素を含む気体を封入して、該一酸化炭素及び／又は一酸化炭素を含む気体を放電させた際に放射される紫外領域の放電発光を利用する放電灯であって、前記放電発光は、分子状態とイオン状態の一酸化炭素から放射される複数の波長の紫外線を含むことを特徴とする放電灯。
前記一酸化炭素は、３０分以上の連続点灯による安定化処理が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯。
請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯を点灯するための光源装置であって、約１３３Ｐａの前記一酸化炭素が封入された前記放電管の両端の電極に商用周波数の電界を印加する放電励起手段を備えることを特徴とする光源装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯を点灯するための光源装置であって、約１．３３ｋＰａの前記一酸化炭素が封入された無電極の前記放電管に外部から高周波電界を印加する放電励起手段を備えることを特徴とする光源装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯を製造するための方法であって、前記一酸化炭素を前記放電管に封入後に放電を開始して、放電により前記一酸化炭素を酸素と炭素とに分解し、発光管の内壁に炭素被膜を堆積させ、同時に、前記炭素被膜を前記酸素でエッチングすることを３０分以上継続することにより、放電特性を安定化させる安定化処理を施すことを特徴とする放電灯製造方法。