JP5266417B2 - 誘電体バリア放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、同軸二重管構造の放電容器、即ち、内管が外管の内部に同軸的に配置されてなる放電容器を備えた誘電体バリア放電ランプに関する。内管と外管とは両側端面において互いに気密結合され、そのようにして気密放電容器を形成している。即ち、その放電容器で密閉された放電空間は内管と外管との間を延びている。

この形式の放電ランプは典型的に、内管の内部に配置された第１電極と、外管の外側面に配置された第２電極とを有している。従って、両電極は放電容器の外側に位置している。即ち、これは両側誘電体阻止放電に関係している。以下において単純化するために折に触れて内側電極あるいは内部電極および外側電極あるいは外部電極を問題とするとき、その呼称は単に同軸二重管構造に関する当該電極の空間的配置を意味し、即ち、当該電極が内管の内部ないし外管の外側面に配置されていることを意味する。一方では、内側電極は内管の壁に固く接し、即ち、たるみなしに密着していなければならず、他方では、内部電極はできるだけ容易に組み立てられねばならない。

この形式のランプは、特にプロセス技術におけるＵＶ（紫外線）照射、例えば表面洗浄、表面活性化、光分解、オゾン発生、飲料水浄化、金属化およびＵＶ塗料硬化に利用される。この関係において呼称「照射器」あるいは「ＵＶ照射器」がよく使われている。

特許文献１で同軸二重管構造の照射器が知られている。そこでは内部電極は螺旋状金属線として形成されている。もっとも、その内部電極の形態は内管に比較的小さな面積率でしか接触しないという欠点がある。また、その螺旋状金属線は大きなオーム抵抗と誘導抵抗とを有する比較的長い導体帯に相当し、このためにエネルギ供給性が悪い。

特許文献２にも同軸二重管構造の照射器が開示されている。その管状内部電極は長手軸線方向に延びる直線的な連続スリットを有している。変形例として、互いに間隔を隔てられた２つの半円管体から成る管状内部電極が開示されている。いずれの場合も、内管の長手方向における直径の変動並びに波形およびほかの円周方向における凹凸（起伏）が相殺されないという欠点がある。

独国特許出願公開第４２２２１３０号明細書 欧州特許出願公開第０７０３６０３号明細書

本発明の課題は、内部電極を改善した同軸二重管構造の誘電体バリア放電ランプを提供することにある。

この課題は、外管および内管を有する放電容器と、内管の内部に配置された第１電極と、少なくとも１つの他の電極とを備え、内管が外管の内部に同軸的に配置され、内管と外管とが互いに気密に結合され、内管と外管との間に、放電媒体を封入された放電空間が形成されている誘電体バリア放電ランプにおいて、第１電極が管として形成され、該管に、その管の長手軸線に関して局所的にあるいは少なくとも部分的に軸線方向および方位方向の方向成分を有する少なくとも１つのスリットが設けられていることによって解決される。

また本発明の課題は、外管および内管を有する放電容器と、内管の内部に配置された第１電極と、少なくとも１つの他の電極とを備え、内管が外管の内部に同軸的に配置され、内管と外管とが互いに気密に結合され、内管と外管との間に、放電媒体を封入された放電空間が形成されている誘電体バリア放電ランプ（１）において、第１電極が電極管として形成され、該電極管に、２つ以上の軸線方向スリットが電極管の全長にわたって設けられていることによっても解決される。

特に有利な実施態様は次の通りである。
・複数のスリットのうちの少なくとも一部が長手方向において相互に重なり合い、その重なり長さが、内管の半径をＲ（ｍｍ）で表したとき、特に０．２・Ｒと８・Ｒとの間にあり、特に好適には１・Ｒと４・Ｒとの間にある（請求項２）。
・複数のスリットのうちの少なくとも幾つかが電極管の円周の異なった箇所に配置されている（請求項３）。
・スリットが直線状をしている（請求項４）。
・スリットが三角形状をしている（請求項５）。
・スリットが矩形状あるいはＵ形状をしている（請求項６）。
・スリットが蛇行状をし、特に正弦波状や蛇行線状をしている（請求項７）。
・スリットが放電管の長手軸線に対して平行に配置されている（請求項８）。
・スリットが放電管の長手軸線に対して傾斜して配置されている（請求項９）。
・一部のスリットが放電管の長手軸線に対して平行に配置され、それらの縦スリットが横スリットによって互いに接続されている（請求項１０）。

本発明の主要な考えは、内部電極用に設けられた管のスリットをその管の円周ないし外周面に適当に分布させ、従来技術のように直線的軸線方向スリットに限定しないことにある。このために、その管には、本発明に基づいて、（管の外周面を円筒座標として見たとき）局所的にあるいは少なくとも部分的に長手軸線方向（軸線方向）および方位方向の方向成分を有するスリットが設けられている。その方位成分によって、円周方向においても内管の局所的凹凸への良好な適合が得られる。これによって、ランプの放電容器の内管と管状内部電極との良好な接触が得られ、同時に機械的安定性が向上する。

唯一のスリットが存在する場合、そのスリットが連続して延びていると好ましい。複数のスリットが存在する場合、たかだか１つのスリットが連続スリットにされ、残りのスリットが不連続スリットにされ、これによって、管状内部電極が複数の個別部片に破壊されて、その使用がほとんど不可能となることはない。

第１の実施態様において、スリットは螺旋状をしている。換言すれば、スリットは管状内部電極の長手軸線の周りを螺旋状に形成されてねじれている。従来における内部電極の直線的スリットに比べて本発明に基づいて長くされたスリットによって、内部電極は良好に局所的に変形でき、内管の凹凸および波形に合わせることができる。さらに、螺旋状スリットによって、直線的スリットに比べて均質な電界が発生される。これによっておよび内部電極と内管との改良された接触によって、放電空間への良好なエネルギ供給が達成され、最終的に放射効率が増大する。螺旋状スリットのターン数は電極の長さ、内部電極用に利用される管の壁厚並びにその管直径に関係する。内部電極の長さをＬ（ｍ）で表し、内部電極の壁厚をｄ（ｍｍ）で表したとき、螺旋状スリットのターン数が１・Ｌ・ｄと１００・Ｌ・ｄとの間にあり、特に５・Ｌ・ｄと５０・Ｌ・ｄとの間にあると有利である。即ち、内部電極の管特性が保たれねばならないことを提示している。つまり内部電極がスパイラルテープとして形成されているとき、そのスパイラルテープは事情によっては内管の全長にわたって完全に接触せず、組立時に内管内における緩みに応じて二・三箇所でしか、殊に内管の前方端および後方端においてしか接触しないという欠点がある。

上述した実施態様の変形例において、スリットは三角形状、矩形状あるいはＵ形状、蛇行状、特に正弦波状や蛇行線状をしている。

他の有利な実施態様において、管状内部電極は２つ以上の不連続スリットを有している。好適には、それらのスリットは（円周方向に見て）相互に重なり合っている。その重なり長さは、内管の半径をＲ（ｍｍ）で表したとき、特に０．２・Ｒと８・Ｒとの間にあり、特に好適には、１・Ｒと４・Ｒとの間にある。不連続スリットによって、内部電極は外部影響に対して機械的に安定される。これは例えばランプの輸送時に利点を有し、さもなければ輸送時に内部電極の変位や変形が生じてしまう。また、例えばランプの製造時あるいは内部電極の交換時、内部電極の取扱いが簡単になる。この実施態様において、スリットについて多くの種々の形態が適用され、例えば三角形状、矩形状あるいはＵ形状、蛇行状特に正弦波状や蛇行線状にすることもできる。さらに、軸線方向に対して傾斜して延びる直線的スリットも適している。内部電極の長手軸線に対して平行に配置された縦スリットと内部電極の長手軸線に対して垂直に配置された横スリットとが互いに接続されていることが特に有利である。好適には、そのように接続されたスリットは全長にわたって見て管円周の周りを一回りで延びている。このようにして、内管の小さな凹凸にも内部電極の柔軟な適合が達成される。

管状内部電極は例えば金属薄板で作られる。有利な実施態様において、その金属薄板に複数の穴が開けられている。その穴模様として特に円形穴が適しているが、矩形穴や菱形穴なども適している。その結果、壁厚が同じ場合、穴が開けられていない形態に比べて内部電極の高い柔軟性が生ずる。これによって、特に非常に小さな寸法で凹凸が存在する場合も、内部電極を内管に良好に合わせることができる。穴開き内部電極の他の利点は、放電容器の内管からの放熱が向上することにある。これは最終的にランプの寿命を長くする。内部電極の全表面積に関する穴無し面積部分は典型的には０．１〜０．９５の範囲、好適には、０．３〜０．７の範囲にある。穴の最大内法幅は１〜１０ｍｍの範囲にあり、それ以外では放射効率を低下させる局所的な電界歪みが生ずる。

以下において図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。なお各図において同一要素あるいは機能同一要素には同一符号が付されている。

本発明に基づく誘電体バリア放電ランプの縦断面図。 図１における誘電体バリア放電ランプの横断面図。 図１のランプの内部電極を含む内管の側面図。 連続スリット付き内部電極を含む内管の実施例の側面図。 連続スリット付き内部電極の異なった実施例の側面図。 連続スリット付き内部電極の異なった実施例の側面図。 不連続スリット付き内部電極を含む内管の実施例の側面図。 不連続スリット付き内部電極を含む内管の異なった実施例の側面図。 不連続スリット付き内部電極を含む内管の異なった実施例の側面図。 不連続スリット付き内部電極を含む内管の異なった実施例の側面図。 不連続スリット付き内部電極を含む内管の異なった実施例の側面図。 不連続スリット付き内部電極を含む内管の異なった実施例の側面図。

図１ａと図１ｂはそれぞれ本発明に基づく誘電体バリア放電ランプ１の第１実施例を縦断面図と横断面図で概略的に示している。放電ランプ１の細長い放電容器は外管２および内管３から同軸二重管構造で構成され、同軸二重管構造が放電容器の長手軸線を決定している。外管２および内管３の典型的長さは用途に応じて約１０〜２５０ｃｍである。外管２は直径４０ｍｍ、壁厚２ｍｍである。内管３は直径１６ｍｍ、壁厚１ｍｍである。外管２および内管３はＵＶ線（紫外線）が透過する石英ガラスから成っている。さらに、放電容器の両側端面は、細長い円環状放電空間４が形成されるように閉じられている。このために、放電容器はその両側端部にそれぞれ適当に成形された環状容器部位５を有している。またその一方の容器部位５に吸引管（図示せず）が取り付けられ、この吸引管によって放電空間４がまず排気され、続いてキセノンを１５ｋＰａで封入される。外管２の壁の外側面に、ランプ１の外部電極を形成する金網６が張りめぐらされている。内管３の内部に、即ち、放電容器によって密封された放電空間４の外側に、ランプの内部電極を形成するスリット付き金属管７が配置されている。内部電極７は厚さ０．１ｍｍの金属薄板、好適にはＶＡ板から成っている。スリット８が内部電極７の長さＬ（ここでは０．５ｍ）に沿って一ターン（一回転）、即ち３６０°ねじられている。従って図１ａの縦断面図では、金属管７の全長にわたって長手方向に延びて設けられたスリットは半分の長さしか示されていない。

次に、内部電極７を含めて内管３を概略側面図で示す図２を参照して説明する。ここでは理解を容易にするために、外部電極付き外管は示されていない。この図において、原理的に管状内部電極７の長手軸線の周りに螺旋状に形成されている、もっともここでは、内部電極７の全長Ｌに関して一ターンだけねじられている連続スリット８が明らかに理解できる。ここでは、そのスリット８が内部電極７の長手軸線に対して平行に延びる直線的スリットより長いことが重要である。これによって、内部電極７は局所的に良好に変形でき、従って、石英管に典型的に局所的凹凸が存在する場合でも、内管３の内側壁に密着させることができる。さらに、螺旋状スリット８によって、直線的スリットに比べて均質な電界が発生される。これによって、および内部電極７と内管３との改善された接触によって、放電空間４内への良好なエネルギ供給が達成され（図１ａ参照）、最終的に放射効率の増大が達成される。

図３〜図５にそれぞれ、図２に示されているようにスリットが連続して延びているスリット付き内部電極７の他の実施例が示されている。詳しくは図３、図４、図５はそれぞれジグザグ状スリット９、矩形状スリット１０、蛇行線状スリット１１を示している。

図６〜図１１にそれぞれ複数の不連続スリットを備えた内部電極１２の種々の実施例が示されている。その不連続スリットによって、内部電極１２は外部影響に対して機械的に安定にされている。これは例えばランプの輸送時に有利であり、さもなければ輸送時に内部電極の変位（ずれ）や変形が生じてしまうことがある。また、例えばランプの製造時あるいは内部電極１２の交換時、内部電極１２の取扱いが簡単になる。

図６〜図９において、複数のスリットは内部電極１２の長手軸線に対して平行に、その長手軸線の方向に見て重なり合って配置されている。詳しくは図６、図７、図８、図９はそれぞれ直線的スリット１３、ジグザグ状スリット１４、矩形状スリット１５、蛇行線状スリット１６を示している。また個々のスリットは内部電極１２の全長に沿って配置されているか（図９）、少なくとも内部電極全長の大部分にわたって配置されている（図６、図７、図８）。さらにそのスリットは、好適には、内部電極１２の全周にわたって分布して配置されている。

図１０において、内部電極１２の長手軸線に対して平行に配置された複数の縦スリット１７が内部電極１２の長手軸線に対して垂直に配置された横スリット１８によって接続されている。これによって、内管における僅かな凹凸への内部電極の柔軟な適合が達成される。図１１において複数の直線的スリット１９が傾斜して、即ち、内部電極１２の長手軸線に対して非平行的に配置されている。

図２〜図１１に示された実施例の図示されていない変形例において、内部電極はそれぞれ複数の穴が開けられている。その穴模様として特に円形穴が適しているが、矩形穴や菱形穴なども適している。その結果、壁厚が同じ場合、多数の穴が開けられていない形態に比べて内部電極の高い柔軟性が生ずる。これによって、特に非常に小さな寸法で凹凸が存在する場合も、内部電極を内管に良好に密着させることができる。

１ 誘電体バリア放電ランプ
２ 外管
３ 内管
４ 放電空間
６ 外部電極
７ 内部電極
８〜９ 連続スリット
１２ 内部電極
１３〜１９ 不連続スリット

Claims (10)

1. 外管（２）および内管（３）を有する放電容器と、内管（３）の内部に配置された第１電極（７；１２）と、少なくとも１つの他の電極（６）とを備え、内管（３）が外管（２）の内部に同軸的に配置され、内管（３）と外管（２）とが互いに気密に結合され、内管（３）と外管（２）との間に、放電媒体を封入された放電空間（４）が形成されている誘電体バリア放電ランプ（１）において、
   第１電極（１２）が管として形成され、
   該電極管（１２）がその電極管（１２）の全長にわたって配置された複数のスリット（１３〜１９）を有していることを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
2. 複数のスリット（１３〜１６；１９）のうちの少なくとも一部が長手方向において相互に重なり合い、その重なり長さが、内管の半径をＲ（ｍｍ）で表したとき、０．２・Ｒと８・Ｒとの間にあることを特徴とする請求項１に記載のランプ。
3. 複数のスリット（１３〜１９）のうちの少なくとも幾つかが電極管（１２）の円周の異なった箇所に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のランプ。
4. スリット（１３）が直線状をしていることを特徴とする請求項１に記載のランプ。
5. スリット（１４）が三角形状をしていることを特徴とする請求項１に記載のランプ。
6. スリット（１５）が矩形状あるいはＵ形状をしていることを特徴とする請求項１に記載のランプ。
7. スリット（１６）が蛇行状をしていることを特徴とする請求項１に記載のランプ。
8. スリット（１３〜１７）が放電管（１２）の長手軸線に対して平行に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のランプ。
9. スリット（１９）が放電管（１２）の長手軸線に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のランプ。
10. 一部のスリット（１７）が放電管（１２）の長手軸線に対して平行に配置され、それらの縦スリット（１７）が横スリット（１８）によって互いに接続されていることを特徴とする請求項２に記載のランプ。
    
    

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