(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底外筒内にこれよりも小形の有底内筒を収容し、これら外筒と内筒とにより画成される空間の開口端を密閉して、この空間を放電空間部に形成した紫外線透過性を有する気密容器と；内筒の内面に被着された紫外線反射性を有する内側電極と；外筒外面の少なくとも一部に被着された外側電極と；放電空間部内に封入されたキセノンを含む放電媒体と；を具備し、前記内，外側電極には、直流に高周波を重畳した脈流が所定電圧で印加される構成であることを特徴とする紫外線ランプ。
【請求項２】
前記内側電極には、脈流の正側に歪む電位が印加され、外側電極には脈流の負側に歪む電位が印加される構成であることを特徴とする請求項１記載の紫外線ランプ。
【請求項３】
請求項１または２記載の紫外線ランプと；直流に高周波を重畳した脈流を内，外側電極に与えて安定的に点灯させる点灯回路と；を具備していることを特徴とする点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気絶縁体であるガラス等よりなる気密容器を介して放電を発生させる誘電体バリア放電によって紫外線を発生させる紫外線ランプおよびその点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の紫外線ランプの一例としては、特公平８−２１３６９号公報に掲載されたランプがある。これはキセノン（Ｘｅ）を主体とする放電媒体を封入した気密容器である紫外線透過性のガラスバルブの対向外面に、一対のメッシュ状電極をそれぞれ被着し、これら一対の電極間に高周波高電圧を印加してバルブ内に放電を発生させるものである。
【０００３】
この放電はバルブのガラス壁の電気絶縁体を通して行なわれる誘電体バリア放電、または無声放電と称されるものであり、高周波パルス状の電流が流れる。
【０００４】
このパルス状の電流は高速の電子流を有し、かつ休止区間が多いため、Ｘｅなどの紫外線を発光する物質を多量に励起し、かつ励起された物質が一時的に分子状態（エキシマ状態）に結合し、基底状態に戻る時に再吸収の少ない紫外光を効率よく放出する。メッシュ状電極を用いる理由は電極面積の拡大と放電の安定性向上のためであり、安定放電時はメッシュの各交点付近で発光が観測される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の紫外線ランプでは、希ガスからの紫外線の発光波長の多くが真空系外域にあるため、この紫外線を水処理に用いる場合には、水による紫外線の吸収が極めて多く、大量の水を処理できないという課題がある。水中での吸収はその紫外線の波長が１７２nmで数マイクロmm、１８５nmで数マイクロmm、１９４nmで１５〜２０mm程度であるが、従来の紫外線ランプでは図４の紫外線出力光のスペクトル図に示すように、特に、１９４．２３nmの紫外線出力が少ない。このために、従来の水処理では水銀輝線の約２５４nmの紫外線を主に用いている。
【０００６】
しかし、半導体洗浄用の超純水などでは、２５４nmの紫外線の光洗浄処理だけでは特に有機物の分解が不十分であるので、２００nm以下でかつ、水中でも実用上ある程度透過する紫外線が必要であり、その紫外線を放射する紫外線ランプが必要とされている。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、２００nm以下の低波長域の紫外線を効率良く発生させる紫外線ランプおよびその点灯装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、有底外筒内にこれよりも小形の有底内筒を収容し、これら外筒と内筒とにより画成される有底外筒内にこれよりも小形の有底内筒を収容し、これら外筒と内筒とにより画成される空間の開口端を密閉して、この空間を放電空間部に形成した紫外線透過性を有する気密容器と；内筒の内面に被着された紫外線反射性を有する内側電極と；外筒外面の少なくとも一部に被着された外側電極と；放電空間部内に封入されたキセノンを含む放電媒体と；を具備し、前記内，外側電極には、直流に高周波を重畳した脈流が所定電圧で印加される構成であることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、内，外側電極間に、直流に高周波（例えば４０Ｋｚ）を重畳した脈流を高電圧（例えば８ＫＶ）で印加することにより、気密容器がガラス等の電気絶縁体であっても、その脈流の高周波成分が電気絶縁体のキャパシタンスを通して誘電体バリア放電を発生させることができる。このために、放電空間部で多数の線状放電が発生して、キセノン（Ｘｅ）を励起し、例えば２００nm以下の低波長域の紫外線を大量に発生させることができる。
【００１０】
また、発生した紫外線のうち、紫外線反射性の内側電極に向けて放射されたものは、この内側電極で反射させて、外側へ放射させるので、紫外線放射効率を向上させることができる。
【００１１】
しかも、気密容器の外面、つまり外筒の外面のほぼ全面が紫外線の出光面であるので、紫外線の放射量を増大させることができる。このために、気密容器を水中に浸漬することにより大量の水を低波長域の紫外線により殺菌等の光洗浄をし、大量の水処理を行なうことができる。
【００１２】
請求項２の発明は、内側電極には、脈流の正側に歪む電位が印加され、外側電極には脈流の負側に歪む電位が印加される構成であることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、内側電極には高周波パルス状の脈流の正側に歪んだ電位を印加するので、カタフォリシス現象により気密容器内の水銀イオンを外側電極側と、この外側電極とほぼ同電位の気密容器のほぼ全外面側に偏在させることができる。
【００１４】
このために、水銀イオンの共鳴遷移による再吸収を抑制して例えば約１９４nmの紫外線の発光量を増加させることができるうえに、気密容器外面から放射される紫外線の放射量を一段と増加させることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の紫外線ランプと；直流に高周波を重畳した脈流を内，外側電極に与えて安定的に点灯させる点灯回路と；を具備していることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、請求項１または２の発明に係る紫外線ランプを具備しているので、これら発明とほぼ同様の作用効果を奏することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。なお、これらの図中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００１８】
図１は本発明の第１の実施形態に係る紫外線ランプの縦断面図である。この紫外線ランプ１は、水の殺菌等水処理に好適な紫外線ランプであり、石英ガラス等により底部を軸方向外方へドーム状に湾出するように形成した有底円筒状の外筒２内に、これとほぼ同形だが直径と軸長が小さい石英ガラス製等の有底円筒状の内筒３を同心状に収容し、これら外，内筒２，３の両開口上端により画成される環状開口端に、環状の上蓋４を固着して密閉すると共に、内筒３を外筒２に支持させ、気密容器であるバルブ５を形成している。
【００１９】
バルブ５は例えば外径が３０mm，内径が２０mmであり、外筒２の内周面と内筒３の外周面とで画成される平面形状が環状の空間を放電空間部６に形成している。放電空間部６は真空排気した後、放電媒体であるキセノン（Ｘｅ）ガスを例えば約２．５ＫＰａ、アルゴンガスを３ＫＰａ、適量の水銀をそれぞれ封入している。
【００２０】
そして、内筒３のほぼ全内周面に、例えば膜状の内側電極７を被着する一方、外筒２の少なくともドーム状底部の外面に例えば膜状の外側電極８を被着としている。
【００２１】
内側電極７はアルミニウムの蒸着等により形成被着され、紫外線を反射させる反射性を有する。一方、外側電極８は紫外線を透過させる透過性を有する。
【００２２】
そして、これら内，外側電極７，８には、被覆線のリード線９，１０によりインバータ等の点灯回路１１を電気的に接続している。点灯回路１１は図２で示すように直流成分に例えば４０Ｋｚの高周波を重畳してなる高周波パルス状の脈流１２を約８ＫＶで内，外側電極７，８に印加するものであり、内側電極７には脈流１２の正側に歪む電位が印加される。
【００２３】
そこで、このように構成された紫外線ランプ１を図１に示すように水中に浸漬した状態で点灯回路９から図２で示す脈流１２を所定の電圧（約４０ＫＨｚ，８ＫＶ）で内，外側電極７，８に印加すると、外筒２の水に接する外面が外側電極８とほぼ同電位になるので、この外面および外側電極８と内側電極７との間で電気絶縁体である外，内筒２，３のガラス壁を通して誘電体バリア放電が発生する。
【００２４】
このために、外筒２のほぼ全外面および外側電極８と内側電極７との間で、放電空間部６内で径方向に沿う多数の線状放電が発生する。
【００２５】
これら線状放電の端部は内筒３のガラス壁の内面近傍では球状に丸くなって放電し、放電は時間の経過と共に動き回って内側電極７全体に波及して生き、パルス状の高周波電流が流れる。
【００２６】
このパルス状の高周波電流は高速の電子流を有し、かつ休止区間が多いためにキセノンを励起し、かつ励起された物質が一時的に分子状態（エキシマ状態）に結合し、基底状態に戻る時に、再吸収の少ない、例えば２００nm以下の低波長域の紫外線が高効率で放出される。
【００２７】
この紫外線は外筒２のほぼ全外面と、外側電極８を透過して周囲の水中へ放射状に放射され、水の殺菌等の光洗浄作用により大量の水処理を行なうことができる。
【００２８】
また、外筒２のほぼ全外面が紫外線出力面であるうえに、内側電極７に向けて放射された紫外線が内側電極７により反射されて外筒２の外面から周囲の水中へ放射されるので、紫外線放射量を増大させることができる。
【００２９】
また、内側電極７には脈流１２の正側に歪む電位が印加されるので、カタフォリシス現象により水銀イオンが外側電極７とこれとほぼ同電位の外筒２のほぼ全内面の近傍側に偏在される。
【００３０】
このために、共鳴遷移で多い再吸収が低下するので、約１９４nmの紫外線が増加する。点灯実験によれば、内側電極７側の電位を例えば約１０％程度正側に歪ませ、水銀イオンを十分に外筒２の内面近傍側へ偏在させると、出力が約７％増加することが判明した。
【００３１】
図３は上記紫外線ランプ１の紫外線出力光のスペクトル図であり、図４で示す従来の紫外線出力光のスペクトル図に比して特に１９４．２３nmの紫外線の出力が大幅に増加していることを示している。これら図３、図４中、縦軸は１８４．９７nmの紫外線に対する１９４．２３nmの紫外線の出力を相対的に表わしている。
【００３２】
なお、上記実施形態では、紫外線ランプ１を水処理で使用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、処理する対象が約１９４nmの紫外線照射で有効なものであれば他の液体や空間やガス雰囲気中でもよい。但し、空間やガス雰囲気中の場合は外筒２のほぼ全外面に金属メッシュ状等のしかるべき電極を必要とすることは当然である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明は、内，外側電極間に、直流に高周波（例えば４０Ｋｚ）を重畳した脈流を高電圧（例えば８ＫＶ）で印加することにより、気密容器がガラス等の電気絶縁体であっても、その脈流の高周波成分が電気絶縁体のキャパシタンスを通して誘電体バリア放電を発生させることができる。このために、放電空間部で多数の線状放電が発生して、キセノン（Ｘｅ）を励起し、例えば２００nm以下の低波長域の紫外線を大量に発生させることができる。
【００３４】
また、発生した紫外線のうち、紫外線反射性の内側電極に向けて放射されたものは、この内側電極で反射させて、外側へ放射させるので、紫外線放射効率を向上させることができる。
【００３５】
しかも、気密容器の外面、つまり外筒の外面のほぼ全面が紫外線の出光面であるので、紫外線の放射量を増大させることができる。このために、気密容器を水中に浸漬することにより大量の水を低波長域の紫外線により殺菌等の光洗浄をし、大量の水処理を行なうことができる。
【００３６】
請求項２の発明によれば、内側電極には高周波パルス状の脈流の正側に歪んだ電位を印加するので、カタフォリシス現象により気密容器内の水銀イオンを外側電極側と、この外側電極とほぼ同電位の気密容器のほぼ全外面側に偏在させることができる。
【００３７】
このために、水銀イオンの共鳴遷移による再吸収を抑制して例えば約１９４nmの紫外線の発光量を増加させることができるうえに、気密容器外面から放射される紫外線の放射量を一段と増加させることができる。
【００３８】
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明に係る紫外線ランプを具備しているので、これら発明とほぼ同様の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る紫外線およびその点灯装置の全体構成図。
【図２】  図１で示す点灯回路から内，外側電極に印加される脈流の印加電圧の波形図。
【図３】  図１で示す紫外線ランプの紫外線出力光のスペクトル図。
【図４】  従来の紫外線ランプの紫外線出力光のスペクトル図。
【符号の説明】
１  紫外線ランプ
２  外筒
３  内筒
４  上蓋
５  バルブ（気密容器）
６  放電空間部
７  内側電極
８  外側電極
１１  点灯回路
１２  高周波パルス状の脈流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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