(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスから構成された第１の管状容器にエキシマ放電を生じるガスを封入した第１の放電セルと、第１の放電セルの内部に設けられた第１の内部電極と、ガラスから構成された第２の管状容器にエキシマ放電を生じるガスを封入した第２の放電セルと、第２の放電セルの内部に設けられた第２の内部電極とを備え、第１の放電セルと第２の放電セルとが各々の管軸方向が平行となる向きで当接された空気清浄に用いられるエキシマ放電ユニットにおいて、
第１の内部電極と第２の内部電極の間に交流電圧を印加することにより、波長２３０ｎｍ以下のエキシマ発光を放射するとともに、
第１の放電セル又は第２の放電セルの少なくとも一方の放電容器の外表面上に形成された光触媒層に、波長２３０ｎｍ以下のエキシマ光が照射されることで浄化処理を行うことを特徴する空気清浄に用いられるエキシマ放電ユニット。
【請求項２】
前記エキシマ放電ユニットは、
第１の管状容器と第２の管状容器が当接する領域には前記光触媒層が形成されていない非成膜領域を有することを特徴とする請求項１に記載のエキシマ放電ユニット。
【請求項３】
第１の管状容器および第２の管状容器は、管軸に直交する断面が円形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のエキシマ放電ユニット。
【請求項４】
第１の管状容器および第２の管状容器は、管軸に直交する断面が矩形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のエキシマ放電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、誘電体バリア放電により深紫外光、又は真空紫外光を照射するエキシマランプに関し、特に、光触媒作用により浄化処理を行う空気清浄に用いられるエキシマランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光触媒作用による空気清浄機の開発が行われている。例えば、酸化チタン光触媒は、紫外光を吸収したときに触媒作用により空気中の酸素と水分からＯＨラジカル等を発生させる。これらのＯＨラジカル等が強い酸化力により空気中の有機化合物を分解して空気清浄機能等を発揮する。
従来から、光触媒を紫外線ランプである励起光源とセットにした空気清浄機が知られている。紫外線ランプは主に水銀を封入したものや、それに蛍光体を塗布したものであり、近年の環境規制などを考慮すると現在は励起光源として水銀ランプが使用できる状況ではない。そのため水銀フリーな励起光源が求められている。
【０００３】
例えば特許文献１には、この種の作用をなすエキシマランプが開示されている。図５に示すように、従来のエキシマランプ５には円筒状の放電容器５１の内部に一方の電極（内部電極）５２が配置されており、放電容器５１の外周には導電性メッシュに光触媒を担持させた波板状の外部電極５３が線接触するように配置されている。この従来例の発明においては、導電性メッシュに光触媒を担持させることにより、光の利用効率が高いとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７０５５９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の構造の外部電極は、その構造や材料に起因して製造工程が複雑であり、製造費用の観点から経済的ではない。また、外部電極をチタンのような金属で構成するとＯＨラジカル等の強い酸化力によって腐食してしまい長期にわたっての使用には耐えられないおそれがあった。
以上の点から、本発明は光触媒励起用の光源としては筒状の放電容器の外部に電極を設けない形態のエキシマランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、ガラスから構成された第１の管状容器にエキシマ放電を生じるガスを封入した第１の放電セルと、第１の放電セルの内部に設けられた第１の内部電極と、ガラスから構成された第２の管状容器にエキシマ放電を生じるガスを封入した第２の放電セルと、第２の放電セルの内部に設けられた第２の内部電極とを備え、第１の放電セルと第２の放電セルとが各々の管軸方向が平行となる向きで当接されたエキシマ放電ユニットにおいて、第１の放電セル又は第２の放電セルの少なくとも一方の放電容器の外表面上に光触媒層が形成されていることを特徴とする。
また、本発明は、第１の内部電極と第２の内部電極の間に交流電圧を印加することにより、波長２３０ｎｍ以下のエキシマ発光を放射するものでもよい。
また、本発明は、前記エキシマ放電ユニットは、第１の管状容器と第２の管状容器が当接する領域には前記光触媒層が形成されていない非成膜領域を有していてもよい。
また、本発明は、第１の管状容器および第２の管状容器は、管軸に直交する断面が円形状であってもよい。
また、本発明は、第１の管状容器および第２の管状容器は、管軸に直交する断面が矩形状であってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、エキシマ放電を発生させるための電極が管状容器の外部に存在しないので、これらの電極が真空紫外光によって生じるＯＨラジカル等に曝されることがなく、電極が腐食することがない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一の実施形態であるエキシマ放電ユニットの管軸方向に沿った断面図による概略構成図である。
【図２】図２は、エキシマ放電ユニットを管軸に対して垂直な平面で切断した概略断面図である。
【図３】本発明の第二の実施形態であるエキシマ放電ユニットの管軸方向に垂直な平面で切断した概略断面図を示している。
【図４】本発明の第三の実施形態であるエキシマ放電ユニットの管軸方向に垂直な平面で切断した概略断面図を示している。
【図５】従来例にかかるエキシマ放電ユニットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態であるエキシマ放電ユニットの管軸方向に沿った断面図による概略構成図である。
エキシマ放電ユニット１は、第１の放電セル１０と第２の放電セル２０の一対の放電セルから構成されている。第１の放電セル１０は、第１の管状容器１１の内部に第１の内部電極１２を有しており、第２の放電セル２０は第２の管状容器２１の内部に第２の内部電極２２を有している。すなわち、管状容器の外部には電極が存在しないエキシマ放電ユニットとなっている。
【００１０】
第１の管状容器１１及び第２の管状容器２１の内部に封入されるエキシマ放電を生ぜしめるガスとは、例えばキセノンガス（Ｘｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）、クリプトンガス（Ｋｒ）などの希ガスが挙げられる。また、希ガスと共に必要に応じて、フッ素ガス（Ｆ）、塩素ガス（ＣＩ）、ヨウ素ガス（１）、臭素ガス（Ｂｒ）などのハロゲンガスを用いることもできる。
例えば、発光ガスとしてキセノンガスを用いた場合には波長１７２ｎｍの真空紫外光が得られ、発光ガスとしてアルゴンガスと塩素ガスとの混合ガスを用いた場合には波長１７５ｎｍの真空紫外光が得られ、発光ガスとしてクリプトンガスとヨウ素ガスとの混合ガスを用いた場合には波長１９１ｎｍの真空紫外光が得られ、発光ガスとしてアルゴンガスとフッ素ガスとの混合ガスを用いた場合には波長１９３ｎｍの真空紫外光が得られ、発光ガスとしてクリプトンガスと臭素ガスとの混合ガスを用いた場合には波長２０７ｎｍの真空紫外光が得られ、発光ガスとしてクリプトンガスと塩素ガスとの混合ガスを用いた場合には波長２２２ｎｍの真空紫外光が得られる。
したがって、本発明にかかるエキシマ放電ユニットでは、波長２３０ｎｍ以下のエキシマ光を放射するために、上記の希ガス、又は、希ガスとハロゲンガスの混合ガスが封入される。
【００１１】
エキシマ放電を生ぜしめるガスのガス圧は、低圧であることが好ましく、例えば静圧で１０ｋＰａ〜４５ｋＰａとされる。
【００１２】
第１の管状容器１１および第２の管状容器２１を構成する材料としては、誘電体としての性質、紫外光を透過する性質が必要であるため、ガラスが採用される。具体的には例えば波長２３０ｎｍ〜１６０ｎｍの透過率が良好である石英ガラスが好適に採用される。
【００１３】
第１の内部電極１２および第２の内部電極２２には、例えばタングステンなどの金属素線が用いられる。タングステンやモリブデンなどの金属素線をコイル状にしてもよいし、直線状にしてもよい。内部電極が配置される空間には発光ガスが充填されており、電極の腐食が生じることはない。
【００１４】
内部電極１２、２２は通常、何等かの手段により封止されて外部と導通する構造となっている。ここでは封止方法の一例としてピンチシールを用いて説明する。いわゆるピンチシールは、ガラス製の管状容器の端部をバーナー等によって加熱して圧力を加え、金属箔およびこれと接続された内部リードともに潰して封じるものである。もちろん封止部の構造についてはこの構造に限定されるものではないが、簡便に製造することができる。
図１に示すように、内部電極１２、２２はその一端部、すなわち内部電極と電気回路的に同電位となる一端部が、管状容器１１、２１の管軸方向の端部に設けられた封止部１１１、２１１に埋設されるとともに、金属箔１４１、２４１などの導電部材と溶接等によって電気的に接続されている。
金属箔のうち、内部電極が接続された金属箔１４１、２４１の他端側にはこの管状容器の外部に導出される外部リード１２２、２２２が接続されている。このような構造をとることにより、ガラス製の管状容器１１、２２の外部から内部へ電力を投入することができる。
【００１５】
図１では１つの管状容器１１、２１につきその両端に封止部１１１、１１２、２１１、２１２を形成しているが、封止部を形成する箇所は１か所でも構わない。これはワイヤー状もしくはコイル状である内部電極を物理的に保持するために、便宜的に管状容器の他端側にも封止部を設けて同様のピンチシール構造とし、内部電極を懸架しているだけである。
２つの放電セルの固定については、管状容器の端部をソケット等の部材に挿入することで可能である。
【００１６】
図２は、エキシマ放電ユニットを管軸に対して垂直な平面で切断した概略断面図である。この図は図１のＡ−Ａ´線断面図となっている。
第１の放電セル１０と第２の放電セル２０とは、第１の管状容器１１の外面と第２の管状容器２１の外面とが当接する状態で配置されている。ただし厳密には後述する光触媒による箔膜層を挟んでいる。
前述のように、第１の内部電極１２は第１の管状容器１１の内部に中空に形成された放電空間内に配置されており、第２の内部電極２２も同様に第２の管状容器２１の内部に配置されている。
【００１７】
管状容器１１、２１の外表面には光触媒層１３、２３が形成されている。光触媒材料は、代表的には二酸化チタン（ＴｉＯ２）である。
その他に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）、酸化タングステン（Ｗ３Ｏ）などの金属酸化物、又は硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミニウム（ＣｄＳ）、硫化水銀（ＨｇＳ）などの金属硫化物、さらにはセレン化カドミニウム（ＣｄＳｅ）などの金属セレン化物であり、これらの光触媒材料に金属を添加して特性を付加したものも用いることができる。
光触媒層を形成する方法としては、粉末をペーストとして焼成することもできるが、バインダーが含まれていない方が望ましい。ゾルゲル法、スパッタ法、などを採用することができ、ガラス製管状容器の外面上に形成するにあたっては密着度を良好とする観点から溶射法によって形成することが特に望ましい。
光触媒層は、管状容器１１、２１の少なくともいずれか１つに設けられていても機能を発揮するので、片方のみに形成してもよい。
【００１８】
なお、第１の管状容器１１と第２の管状容器１２の間には、所定の誘電率及び厚みで設定された誘電体をスペーサーとして配置してもよい。これは物理的間隔を調整する役割の他、容量結合して第１の内部電極１２と第２の内部電極２２の間のインピーダンスを調整する役割を果たすことができる。スペーサーの材料としてはガラスやセラミックが採用される。
【００１９】
図１に示すように、第１の放電セル１０と、第２の放電セル２０はそれぞれが交流電源３０に接続されており、所定の交流電圧を印加することで、各放電セルの内部にエキシマ放電が発生する。このエキシマ放電は肉眼では図２に示すように第１の内部電極から第２の内部電極の方向へ向かって第１の管状容器の内面まで、第２の内部電極から第１の内部電極へ向かって第２の管状容器の内面まで放電柱Ｐが観測される。すなわち、一対のセルがガラス製管状容器の管壁によって容量結合されたものとして誘電体バリア放電をしており、管状容器の外部には電極が存在しない。
【００２０】
印加する交流電圧は例えば周波数が５〜１００ｋＨｚの、印加電圧が１ｋＶ〜２０ｋＶの高周波電圧である。特に図示しないが既知のエキシマランプ用交流電源によって供給可能である。
【００２１】
本発明の空気清浄作用について説明する。エキシマ放電ユニット１に交流電圧を印加するとエキシマ放電が発生し、波長２３０ｎｍ以下の深紫外光、真空紫外光が発生する。これらの真空紫外光は、可視光と比較して高いエネルギーを有しており、光触媒の励起光として優れているが、清浄の対象となる空気、すなわち酸素を含む雰囲気中では著しく減衰するという性質を有する。
すなわち、現在、光触媒として最も普及している材料である二酸化チタンにとっては、励起光としては可視光よりも紫外光が有利であるが、その取扱いが難しいということになる。
【００２２】
しかし、本発明ではエキシマ放電により発生した真空紫外光は減衰することなく光触媒層へ到達することができる。すなわち、真空紫外光は、まず希ガス等が密閉され酸素が基本的に存在しない管状容器１１、２１の内部空間を伝搬し、その後石英ガラスなどの管状容器１１、２１を構成する材料に到達する。そして、管状容器１１、２１の内部を伝搬して外部に放出されるが、光触媒層１３、１３が管状容器の外面に直接的に形成されているので、ほとんど酸素に触れることなく光触媒層１３、１３に到達するというわけである。
なお、エネルギーとしては低下してしまうが、個々の光触媒の励起エネルギーに調整する目的で、真空紫外光を長波長側、例えば波長４００ｎｍ付近、にシフトさせる蛍光体層を管状容器の外面と光触媒層との間、又は管状容器の内壁面に形成することもできる。
【００２３】
真空紫外光が光触媒層（二酸化チタン）に到達すると、二酸化チタン中の電子が励起されて空気清浄能を発揮する。この過程は既知であるので説明は簡単にするが、二酸化チタンの周囲の雰囲気に存在する酸素分子が二酸化チタンの表面に吸着されると、還元反応及び酸化反応が生じて最終的にはＯＨラジカル（ヒドロキシルラジカル）等の活性酸素が発生する。このＯＨラジカル等の酸化力によって空気中の有機物を分解することにより空気を清浄する。
【００２４】
そして、エキシマ放電を発生させるための電極が管状容器の外部に存在しないので、これらの電極が真空紫外光によって生じるＯＨラジカル等に曝されることがなく、電極が腐食することがない。
つまり、本発明は光触媒の励起光として真空紫外光を利用するにあたり、エキシマランプを用いる。そして、その際の主な課題である放電電極の腐食、さらに付随的には真空紫外光の酸素雰囲気中での減衰という問題を解決することができる。
【００２５】
図３は、本発明の第二の実施形態であるエキシマ放電ユニットの管軸方向に垂直な平面で切断した概略断面図を示している。
本実施形態では、光触媒層の形成領域に関する事項以外は基本的に図２に示した第１の実施形態と同様であるから説明を省略する。
第１の放電セル１０の第１の管状容器１１と第２の放電セル２０の第２の管状容器２１とが直接的に当接している。そして、第１の管状容器１１と第２の管状容器２１とが直接当接している部分については、光触媒層１３が形成されていない。
【００２６】
これは、第一に、第１の管状容器１１と第２の管状容器２１とが当接する領域においては、厳密にはガラスの表面の凹凸によってμｍ単位での隙間が生じているとしても、そもそも光触媒層１３が大気に接触する面積はほとんどないことを考慮すると、この部分に光触媒層１３を形成する理由は無いからである。
第二に、わずかな厚みながら光触媒層１３が存在することによって、管状容器とは異なる誘電率の材料が異物として介在することになるから、第１の内部電極１２と第２の内部電極２２の間の電気容量が変化して、放電が不安定になったり、容器外で不所望な放電が生じたりすることを避けるためである。
第三には、光触媒層１３は溶射法等によって強固に管状容器に密着しているとしても、当接していることに起因して擦れあったりして剥離すると、他の領域まで剥離するおそれがあるからである。
このような光触媒層の非形成領域は、成膜方法にもよるが、当該箇所を予めマスクをしておいて成膜することによって設けることができる。
【００２７】
図４は、本発明の第三の実施形態であるエキシマ放電ユニットの管軸方向に垂直な平面で切断した概略断面図を示している。
本実施形態は、管状容器の形状に関する事項以外は基本的に図２に示した第１の実施形態と同様であるから説明を省略する。
この図において示すように管状容器１１、２１の形状がこの管軸方向に垂直な平面で切断した状態において矩形状である角筒型となっている。矩形の例としては長方形に限られるものではなく正方形でも良い。長方形の場合には、下記のように長辺どうしを当接する方が好ましい。
【００２８】
これは、第一に第１の管状容器１１と第２の管状容器２１とを当接させるにあたり、形状的に安定して当接させるという効果があるためである。その意味では、管状容器全体を矩形とする必要はなく、当接部分のみ平面部を設け、平面部どうしを当接させることも可能である。平面部どうしが当接していると、接触面も平面状になり放電も安定する。
第二に、管状容器に平面部を構成する部分があると、光触媒層を形成しやすいからである。強固に密着した光触媒層を曲面上に形成することは技術的に難易度が高いため、このように平面部を有していれば、従来の基板に対する光触媒層の形成技術のうちから、これを応用して製膜することができる選択肢が増加する。第三に、矩形状であれば、非成膜領域を区別して設けることが容易である。
【符号の説明】
【００２９】
１        エキシマ放電ユニット
１０      第１の放電セル
１１      第１の管状容器
１１１    封止部
１１２    封止部
１２      第１の内部電極
１２２    外部リード
１４１    金属箔
１３      光触媒層
２０      第２の放電セル
２１      第２の管状容器
２１１    封止部
２１２    封止部
１２      第１の内部電極
２２２    外部リード
２４１    金属箔
２３      光触媒層
３０      交流電源
Ｐ        放電柱
ＮＤＡ    非成膜領域
５        エキシマランプ
５１      放電容器
５２      内部電極
５３      外部電極
【図１】
0006670570.tif 000002
【図２】
0006670570.tif 000003
【図３】
0006670570.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006670570.tif 000006