JP6107789B2 - エキシマ放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、二重管構造のエキシマ放電ランプに関する。

紫外線による殺菌、脱臭、有機汚染物除去などに使用されるエキシマ放電ランプの一例として、例えば特許文献１には、外側管と内側管とを有する二重管構造のエキシマ放電ランプが開示されている。

図４は、従来の二重管構造のエキシマ放電ランプの構成の一例を示す断面図である。このエキシマ放電ランプは、合成石英ガラスなどの誘電体よりなる二重管構造の放電容器１を有し、その内部に形成される放電空間Ｓにエキシマ分子を形成する放電用ガスが充填されてなる。
具体的に説明すると、放電容器１は、有底円筒状の外側管２と、当該外側管２の内径より小さい外径の有底円筒状の内側管３とを有する。外側管２と内側管３とは、外側管２内に、内側管３が、当該外側管２の管軸に沿って、かつ、外側管２の底部（図４において左端部）と内側管３の底部（図４において左端部）とが同方向に位置する状態に、配置されている。そして、外側管２の底部と内側管３の底部とが間隙を介在する状態で、当該外側管２の開口縁が内側管３の他端側領域（図４において右端側領域）に気密に接合されて、中空円筒状の放電空間Ｓが形成されている。
放電容器１における外側管２の外周面には、例えば金属メッシュよりなる円筒状の外側電極７が当該外側管２の外周面に密接して配置されている。また、放電容器１における内側管３の内部には、例えば金属コイルからなる内側電極８が配置されている。
なお、図４において、６は排気管残部であり、９Ａ，９Ｂはキャップであり、Ｅは給電装置である。
このエキシマ放電ランプにおいては、外側管２の円筒状の外周面が光取り出し窓として機能する。

このような二重管構造のエキシマ放電ランプの放電容器１は、図５に示されるように作製される。
具体的には、まず、内側管３となる円筒管３ａ（図５（ａ）参照）の一端部（図５において左端部）を封止すると共に、円環状の鍔部３ｂを円筒管３ａの他端側領域に溶着する（図５（ｂ）参照）。具体的には、円筒管３ａの外径と同じ内径を有すると共に後述する外側管２となる円筒管２ａの内径と同じ外径を有する円環状の鍔部３ｂを、当該円筒管３ａを鍔部３ｂ内に挿入した状態において加熱することにより、当該鍔部３ｂが溶着される。
一方、別途、外側管２となる円筒管２ａの一端部（図５において左端部）に円筒状の排気管６ａを気密に溶着する（図５（ｃ）参照）。
そして、外側管２となる円筒管２ａ内に、内側管３となる円筒管３ａを同軸状に挿入し、鍔部３ｂと外側管２となる円筒管２ａの一端（図５において右端）の開口縁とを加熱することによって気密に溶着する。さらに、排気管６ａから放電用ガスを入れた後当該排気管６ａの一端部（図５において右端部）を気密に封止することによって、排気管残部６が形成されると共に放電空間Ｓを有する放電容器１が作製される（図５（ｄ）参照）。

しかしながら、このようなエキシマ放電ランプの放電容器１は、外側管２となる円筒管２ａと内側管３となる円筒管３ａに形成された鍔部３ｂとを加熱して溶着するときに、酸水素バーナーなどによって合成石英ガラスの作業温度（約２０００℃）に加熱する。このとき、酸水素バーナーの火勢によっては伝導や輻射によって内側管３となる円筒管３ａの温度が上昇し、内側管３が外側管２の軸方向に対して偏心して溶着されてしまうことがある。
内側管３が外側管２の軸方向に対して偏心した状態で溶着されると、放電空間Ｓにおける電極間距離の不均一が大きく生じ、ランプ点灯時に放電のムラが発生されてエキシマ発光の偏りが生じ、その結果、得られる照度分布の均一性が低くなってしまう、という問題がある。

特開平７−２２０６８９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、内側管が外側管の軸方向に対して偏心することが抑止され、高い均一性を有する照度分布を得ることができる二重管構造のエキシマ放電ランプを提供することにある。

本発明のエキシマ放電ランプは、外側管と、当該外側管と同軸状に配置された内側管とを有し、当該外側管と内側管との間に放電空間が形成された、誘電体よりなる二重管構造の放電容器を有し、前記放電容器を介して一方の電極と他方の電極とが対向して設けられてなるエキシマ放電ランプであって、
外側管の一端に、軸方向外方に伸び、一端が封止され、内部が当該外側管の内部に連通する、当該外側管の内径よりもその内径が小さい中空管が形成され、
内側管の一端に、前記中空管の内部に挿入される凸部が形成されてなり、
前記外側管の一端に形成された中空管は、その外径が当該外側管の内径より小さいものであり、
前記内側管の凸部が、内部が当該内側管の内部に連通する中空管からなり、
前記内側管の中空管の内部に、前記一方の電極を形成する内側電極形成部材の一端部が挿入されると共に、
前記外側管の一端に形成された中空管の外周面に、前記他方の電極を形成する外側電極形成部材の一部が配置されていることを特徴とする。

本発明のエキシマ放電ランプは、内側管の一端に設けられた凸部が、外側管の一端に設けられた、当該外側管の内径よりもその内径が小さい中空管の内部に挿入されており、これにより、内側管が外側管の軸方向に対して偏心することが抑止されている。従って、放電空間における電極間距離の不均一が小さく抑制されるので、ランプ点灯時の放電ムラの発生が抑制されてエキシマ発光の偏りが生じることが抑制され、その結果、高い均一性を有する照度分布を得ることができる。

また、本発明のエキシマ放電ランプは、内側管の凸部を構成する中空管の内部に内側電極形成部材の一端部が挿入されると共に外側管の一端に設けられた中空管の外周面に外側電極形成部材の一部が配置された、局所的電極近接部を有するものとして構成することができる。このような構成のエキシマ放電ランプによれば、局所的電極近接部における外側電極および内側電極の電位的な近接によって放電が生じやすくなるため、放電容器の有効発光長を犠牲にすることなしに、始動性を向上させることができる。

本発明のエキシマ放電ランプの構成の一例を示す断面図である。 図１のエキシマ放電ランプの放電容器を形成する方法を示す説明図である。 本発明のエキシマ放電ランプの使用例を示す模式図である。 従来の二重管構造のエキシマ放電ランプの構成の一例を示す断面図である。 図４のエキシマ放電ランプの放電容器を形成する方法を示す説明図である。

図１は、本発明のエキシマ放電ランプの構成の一例を示す断面図である。
このエキシマ放電ランプ１０は、誘電体よりなる二重管構造の放電容器１１を有する。具体的に説明すると、放電容器１１は、光透過性の有底円筒状の外側管１２と、当該外側管１２の内径より小さい外径の有底円筒状の内側管１３とを有する。外側管１２と内側管１３とは、外側管１２内に、内側管１３が、当該外側管１２の管軸に沿って、かつ、外側管１２の底部（図１において左端部）と内側管１３の底部（図１において左端部）とが同方向に位置する状態に、配置されている。そして、外側管１２の底部と内側管１３の底部とが間隙を介在する状態で、当該外側管１２の開口縁が内側管１３の他端側領域（図１において右端側領域）に気密に接合されて、中空円筒状の放電空間Ｓが形成されている。
放電容器１１における外側管１２の外周面には外側電極１７が当該外側管１２の外周面に密接して配置されている。また、放電容器１１における内側管１３の内部には内側電極１８が配置されている。
なお、図１において、１９Ａ，１９Ｂはキャップであり、Ｅは給電装置である。
このエキシマ放電ランプ１０においては、外側管１２の円筒状の外周面が光取り出し窓として機能する。
放電空間Ｓの厚み（外側管１２の内周面と内側管１３の外周面との距離）は、例えば４〜２０ｍｍである。
放電容器１１を構成する誘電体材料としては、例えば合成石英ガラスを用いることができる。

外側管１２の底部には、軸方向外方に伸び、一端（図１において左端）が閉塞された有底円筒状を有すると共に、他端の開口縁が外側管１２の底部に気密に溶着されてその内部が当該外側管１２の内部に連通する中空管（以下、「外側中空管」ともいう。）１６が形成されている。
この外側中空管１６としては、外側管１２と比較してその内径および外径の各々が小さいものであることが好ましく、排気管残部として形成された中空管を用いることができる。

また、内側管１３の底部には、外側管１２の外側中空管１６の内部に挿入される凸部が形成されている。
具体的には、凸部は、一端（図１において左端）が閉塞された有底円筒状を有し、内側管１３の軸方向外方に伸びると共に、他端の開口縁が内側管１３の底部に気密に溶着されてその内部が当該内側管１３の内部に連通する中空管（以下、「内側中空管」ともいう。）１５からなる。

放電容器１１の寸法の一例を挙げると、外側管１２は、外径が１８．５ｍｍ、内径が１６．５ｍｍであり、内側管１３は、外径が８ｍｍ、内径が６ｍｍであり、有効発光長が８０ｍｍであり、外側中空管１６は、外径が６．１５ｍｍ、内径が４．１５ｍｍ、長さが１５ｍｍであり、内側中空管１５は、外径が３ｍｍ、内径が１ｍｍ、長さが１２ｍｍである。

放電容器１１における内側管１３の内部には、例えば金属コイルからなる内側電極１８が軸方向に伸び、かつ、この内側電極１８を形成する内側電極形成部材の一端部（図１において左端部）が内側中空管１５の内部に挿入された状態で、配置されている。

放電容器１１における外側管１２の外周面には、例えば金属メッシュよりなる円筒状の外側電極１７が当該外側管１２の外周面に密接して配置されている。
外側電極１７は、この外側電極１７を形成する外側電極形成部材の一部が、外側中空管１６の外周面における内側電極１８に対向する位置まで延長して設けられ、これにより、局所的電極近接部が形成されている。

放電容器１１内における放電空間Ｓには、放電用ガスが封入されている。放電用ガスとしては、キセノンガス、アルゴンと塩素との混合ガスなどを用いることができる。放電用ガスの封入圧は、放電空間Ｓの厚みによって異なるが、例えば１００〜３００Ｔｏｒｒとすることができる。

このような二重管構造のエキシマ放電ランプ１０の放電容器１１は、図２に示されるように作製される。
具体的には、まず、内側管１３となる円筒管１３ａ（図２（ａ）参照）の一端（図２において左端）に有底円筒状の内側中空管１５を気密に溶着すると共に、円環状の鍔部１３ｂを円筒管１３ａの他端側領域に溶着する（図２（ｂ）参照）。具体的には、円筒管１３ａの外径と同じ内径を有すると共に後述する外側管１２となる円筒管１２ａの内径と同じ外径を有する円環状の鍔部１３ｂを、当該円筒管１３ａを鍔部１３ｂ内に挿入した状態において加熱することにより、当該鍔部１３ｂが溶着される。
一方、別途、外側管１２となる円筒管１２ａの一端部（図２において左端部）に円筒状の排気管１６ａを気密に溶着する（図２（ｃ）参照）。
そして、外側管１２となる円筒管１２ａ内に、内側管１３となる円筒管１３ａを、内側中空管１５が排気管１６ａ内に挿入されるよう、同軸状に挿入した状態で、鍔部１３ｂと外側管１２となる円筒管１２ａの一端（図２において右端）の開口縁とを加熱することによって気密に溶着する。さらに、排気管１６ａから放電用ガスを入れた後、当該排気管１６ａの一端部（図２において右端部）を気密に封止することによって、排気管残部である外側中空管１６が形成されると共に放電空間Ｓを有する放電容器１１が作製される（図２（ｄ）参照）。
以上のように、外側管１２となる円筒管１２ａと内側管１３となる円筒管１３ａの鍔部１３ｂとを加熱し、溶着するときに、内側中空管１５は外側中空管１６の内部に挿入された状態とされる。これにより、内側管１３となる円筒管１３ａが外側管１２となる円筒管１２ａの軸方向に対して偏心する力が作用した場合にも、内側中空管１５が外側中空管１６の内壁に接触して保持されるので、内側管１３が外側管１２に対して大きく偏心することを防止することができる。

上記のエキシマ放電ランプ１０においては、給電装置Ｅによって外側電極１７と内側電極１８との間に高周波電圧が印加されると、放電容器１１の放電空間Ｓ内における、互いに対向する外側電極１７と内側電極１８との間において誘電体バリア放電が生じる。その結果、放電空間Ｓ内にエキシマが生成され、これにより、エキシマ光が外側管１２の管壁を介して放射される。

以上のようなエキシマ放電ランプ１０は、例えば水処理装置の光源として使用することができる。
例えば、図３に示されるように、処理室２２を貫通する状態に、両端が外部に開口された筒状の貫通ジャケット２５が設けられてなる水処理装置２０において、当該貫通ジャケット２５と同軸状に伸びるよう、エキシマ放電ランプ１０が挿入されて用いられる。
貫通ジャケット２５は光透過性の円筒体からなる。
なお、図３において、２１は内部に処理室２２が形成された筐体であり、２１ａは処理水が流入する水流入口であり、２１ｂは処理水が排出される水排出口である。
エキシマ放電ランプ１０に高周波電圧が印加されて放電容器１１の外側管１２の管壁を介して放射された光は、貫通ジャケット２５を介して処理室２２内に充填された処理水に照射される。このとき、本発明のエキシマ放電ランプ１０から放射される光は高い均一性の照度分布を有するので、均質な水処理を行うことができる。

このようなエキシマ放電ランプ１０は、内側管１３の一端に設けられた内側中空管１５が、外側管１２の一端に設けられた、当該外側管１２の内径よりもその内径が小さい外側中空管１６の内部に挿入されており、これにより、内側管１３が外側管１２の軸方向に対して偏心することが抑止されている。従って、放電空間Ｓにおける電極間距離の不均一が小さく抑制されるので、ランプ点灯時の放電ムラの発生が抑制されてエキシマ発光の偏りが生じることが抑制され、その結果、高い均一性を有する照度分布を得ることができる。

また、このエキシマ放電ランプ１０は、内側中空管１５の内部に内側電極形成部材の一端部が挿入されると共に外側中空管１６の外周面に外側電極形成部材の一部が配置された、局所的電極近接部を有するものとして構成されている。このような構成のエキシマ放電ランプ１０によれば、局所的電極近接部における外側電極１７および内側電極１８の電位的な近接によって放電が生じやすくなるため、放電容器１１の有効発光長を犠牲にすることなしに、始動性を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、内側電極１８および外側電極１７は、放電容器１１と別体である金属コイルや金属メッシュなどから構成されからなることに限定されない。具体的には、金属材料を放電容器１１の外側管１２の外周面や内側管１３の内周面にペースト塗布すること等によって形成した、当該放電容器１１と一体のものから構成されていてもよい。

以下に、本発明の効果を確認するための実験例を示す。

＜実験例１＞
おおよそ図１に示される形状の、外側中空管内に内側中空管が挿入され、内側中空管内に内側電極が挿入され、外側電極が内側中空管内の内側電極に対応する位置まで延伸されて設けられたエキシマ放電ランプ〔１〕を５本作製した。具体的には以下の通りである。
・外側管；材料：合成石英ガラス、外径：φ１８．５ｍｍ、内径：φ１６．５ｍｍ
・外側中空管；外径：φ６．１５ｍｍ、内径：φ４．１５ｍｍ、長さ：１５ｍｍ
・内側管；材料：合成石英ガラス、外径：φ８．０ｍｍ、内径：φ６．０ｍｍ
・内側中空管；外径：φ３．０ｍｍ、内径：φ１．０ｍｍ、長さ：１２ｍｍ
・有効発光長；８０ｍｍ
・外側電極；モネル製のワイヤーを編んだ金属メッシュ
・内側電極；内側管の内周面に貼り付けられた、１７．５ｍｍ×７５ｍｍ×ｔ０．１ｍｍのアルミニウム箔
・放電用ガス；種類：キセノンおよび塩素を含む混合ガス、封入圧：２００Ｔｏｒｒ

＜実験例２＞
実験例１において、内側電極を内側中空管内に挿入せず、また、外側電極を内側中空管に対応する位置まで延伸しない状態に設けて、局所的電極近接部を有さない構成とし、かつ、放電用ガスの封入圧を１１０Ｔｏｒｒとしたこと以外は、上記エキシマ放電ランプ〔１〕と同様の構成のエキシマ放電ランプ〔２〕を５本作製した。

以上のエキシマ放電ランプ〔１〕，〔２〕について、Ｖｐ−ｐ＝４．５ｋＶ、周波数１２６ｋＨｚのエキシマ放電ランプ用点灯電源で点灯させて始動性を確認する始動性試験を行った。

エキシマ放電ランプは、一般的に、封入圧が高くなると始動しにくくなる傾向を有する。
そして、上記の始動性試験を行った結果、局所的電極近接部を有するエキシマ放電ランプ〔１〕は、放電用ガスの封入圧が２００Ｔｏｒｒと高圧であったが、試行本数５本中５本全てが２００ｍｓｅｃ以内に点灯し、良好な始動性を有することが確認された。
これに対して、局所的電極近接部を有さないエキシマ放電ランプ〔２〕は、放電用ガスの封入圧が１１０ｔｏｒｒであっても、試行本数５本中いずれも２００ｍｓｅｃ以内に点灯せず、始動遅れが発生することが確認された。

１ 放電容器
２ 外側管
２ａ 円筒管
３ 内側管
３ａ 円筒管
３ｂ 鍔部
６ 排気管残部
６ａ 排気管
７ 外側電極
８ 内側電極
９Ａ，９Ｂ キャップ
１０ エキシマ放電ランプ
１１ 放電容器
１２ 外側管
１２ａ 円筒管
１３ 内側管
１３ａ 円筒管
１３ｂ 鍔部
１５ 内側中空管
１６ 外側中空管
１６ａ 排気管
１７ 外側電極
１８ 内側電極
１９Ａ，１９Ｂ キャップ
２０ 水処理装置
２１ 筐体
２１ａ 水流入口
２１ｂ 水排出口
２２ 処理室
２５ 貫通ジャケット
Ｅ 給電装置
Ｓ 放電空間

Claims (1)

1. 外側管と、当該外側管と同軸状に配置された内側管とを有し、当該外側管と内側管との間に放電空間が形成された、誘電体よりなる二重管構造の放電容器を有し、前記放電容器を介して一方の電極と他方の電極とが対向して設けられてなるエキシマ放電ランプであって、
   外側管の一端に、軸方向外方に伸び、一端が封止され、内部が当該外側管の内部に連通する中空管が形成され、
   内側管の一端に、前記中空管の内部に挿入される凸部が形成されてなり、
   前記外側管の一端に形成された中空管は、その外径が当該外側管の内径より小さいものであり、
   前記内側管の凸部が、内部が当該内側管の内部に連通する中空管からなり、
   前記内側管の中空管の内部に、前記一方の電極を形成する内側電極形成部材の一端部が挿入されると共に、
   前記外側管の一端に形成された中空管の外周面に、前記他方の電極を形成する外側電極形成部材の一部が配置されていることを特徴とするエキシマ放電ランプ。

Images