(57)【要約】【課題】紫外線発生量を自由に可変にすることができ、また紫外線発生効率を高く維持できる紫外線発生装置を提供する。【解決手段】紫外線を透過可能で、ガス状の励起媒質が封入された誘電体容器１の周囲に一対の電極２，２を配置し、これら電極２，２間にパルス電圧を印加する電源装置３を備え、電極２，２間にパルス電圧を印加することにより誘電体容器１内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置で、電極２，２間に印加されるパルス電圧のピーク値変化により紫外線発生量を変化可能とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を透過可能で、ガス状の励起媒質が封入された誘電体容器の周囲に一対の電極もしくは複数対の電極を配置し、これら電極間にパルス電圧を印加する電源装置を備え、前記電極対間にパルス電圧を印加することにより前記誘電体容器内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置であって、
前記電源装置は、前記電極対間に印加されるパルス電圧のピーク値を変化可能に構成され、前記パルス電圧のピーク値変化により紫外線発生量を変化可能としたことを特徴とする紫外線発生装置。
【請求項２】
紫外線を透過可能で、ガス状の励起媒質が封入された誘電体容器の周囲に一対の電極もしくは複数対の電極を配置し、これら電極間にパルス電圧を印加する電源装置を備え、前記電極対間にパルス電圧を印加することにより前記誘電体容器内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置であって、
前記電源装置は、前記電極対間に印加されるパルス電圧を繰り返し出力可能で、その繰り返し周波数を変化可能に構成されており、この繰り返し周波数を変化させることにより紫外線発生量を変化可能としたことを特徴とする紫外線発生装置。
【請求項３】
電源装置は、パルス幅が０．１ｎｓｅｃ以上で２０ｎｓｅｃ未満のパルス電圧を出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の紫外線発生装置。
【請求項４】
電源装置は、出力パルス電圧の立ち上がりが５ｎｓｅｃ以下となるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の紫外線発生装置。
【請求項５】
電源装置は、パルス電圧の、繰り返し出力間隔が２０ｎｓｅｃ以上に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の紫外線発生装置。
【請求項６】
一対の電極と電源装置を接続する電線の線間の静電容量が、前記電極対間の静電容量よりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の紫外線発生装置。
【請求項７】
電源装置のパルス電圧出力部分が、一対の電極の一方と一体に構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の紫外線発生装置。
【請求項８】
パルス電圧出力部分が、電源装置のパルス整形回路を構成する直流電源回路及びスイッチング素子のうちの、前記スイッチング素子であることを特徴とする請求項７に記載の紫外線発生装置。
【請求項９】
パルス電圧出力部分が、パルス整形回路から出力されるパルス電圧の昇圧用パルストランスであることを特徴とする請求項７に記載の紫外線発生装置。
【請求項１０】
前記電源装置の出力部と前記一対の電極の一方の電極との間に複数のコンデンサを並列接続し、前記電極上の電圧分布を均等化したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の紫外線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バリア放電もしくは沿面放電により、キセノン等の希ガスと酸素、ハロゲンガス等との混合ガスによる励起媒質から紫外線光を発生させる紫外線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から上下水道の殺菌・消毒・脱色、工業用水の脱臭・脱色、あるいはパルプの漂白、さらには医療機器の殺菌等を行うために紫外線が用いられている（例えば、特許文献１参照）。このような紫外線を生成する光源として、水銀ランプやエキシマランプがある。低圧の水銀ランプは、波長２５４nm、１８５nmの紫外線を発生させる。また、エキシマランプでは、キセノン、クリプトン、アルゴンを励起媒質とした場合、それぞれ、１７２nm、１４６nm、１２６nmの波長の紫外線が得られる。さらに、混合ガスのエキシマランプでは、クリプトンとフッ素、クリプトンと塩化水素を励起媒質とした場合、それぞれ、２４８nm、２２２nmの波長の紫外線が得られる。
【特許文献１】特開２００４−４９９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような紫外線光源では、紫外線発生量を自由に可変することが困難であった。また、紫外線発生効率を高くすることが難しいという問題点もあった。
【０００４】
本発明の目的は、紫外線発生量を自由に可変にすることができ、また紫外線発生効率を高く維持できる紫外線発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の紫外線発生装置は、紫外線を透過可能で、ガス状の励起媒質が封入された誘電体容器の周囲に一対の電極もしくは複数対の電極を配置し、これら電極間にパルス電圧を印加する電源装置を備え、前記電極対間にパルス電圧を印加することにより前記誘電体容器内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置であって、前記電源装置は、前記電極対間に印加されるパルス電圧のピーク値を変化可能に構成され、前記パルス電圧のピーク値変化により紫外線発生量を変化可能としたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の紫外線発生装置では、電源装置は、前記電極対間に印加されるパルス電圧を繰り返し出力可能で、その繰り返し周波数を変化可能に構成され、この繰り返し周波数を変化させることにより紫外線発生量を変化可能としてもよい。
【０００７】
また、本発明の紫外線発生装置では、電源装置は、パルス幅が０．１ｎｓｅｃ以上で２０ｎｓｅｃ未満のパルス電圧を出力する。
【０００８】
また、本発明の紫外線発生装置では、電源装置は、出力パルス電圧の立ち上がりが５ｎｓｅｃ以下となるように設定されている。
【０００９】
また、本発明の紫外線発生装置では、電源装置は、パルス電圧の、繰り返し出力間隔が２０ｎｓｅｃ以上に設定されている。
【００１０】
また、本発明の紫外線発生装置では、一対の電極と電源装置を接続する電線の線間の静電容量が、前記一対の電極間の静電容量よりも小さい。
【００１１】
また、本発明の紫外線発生装置では、電源装置の、少なくともパルス電圧出力部分が、前記一対の電極一方と一体に構成されているとよい。
【００１２】
また、本発明の紫外線発生装置では、パルス電圧出力部分が、直流電源回路及びスイッチング素子で構成されるパルス整形回路のうちの、前記スイッチング素子のみでもよい。
【００１３】
また、本発明の紫外線発生装置では、パルス電圧出力部分が、パルス整形回路から出力されるパルス電圧の昇圧用パルストランスでもよい。
【００１４】
さらに、本発明の紫外線発生装置では、電源装置の出力部と前記一対の電極の一方の電極との間に複数のコンデンサを並列接続し、前記電極上の電圧分布を均等化するとよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、誘電体容器の周囲に配置された一対の電極対間にパルス電圧を印加して誘電体容器内部に放電を起こさせ、内部に封入された励起媒質から紫外線を発生させる際、前記パルス電圧を適切な状態に制御することにより、紫外線発生量を変化させたり、或いは、紫外線発生効率を高く維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明による紫外線発生装置の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図１はこの実施の形態を表す概念図である。図１において、１は誘電体容器で、紫外線を透過可能な材質で作られ、その周囲には一対の電極２，２が対向配置されている。また、この誘電体容器１内には、ガス状の励起媒質、例えば、キセノン、クリプトン、アルゴンなどの各ガスや、キセノンと臭素、キセノンとヨウ素、クリプトンとフッ素、クリプトンと塩化水素などの混合ガスなどが封入されている。３は電源装置で、同軸ケーブル等の給電線４を介して上記一対の電極２，２に接続し、これら一対の電極２，２間にパルス電圧を印加する。この紫外線発生装置では、電源装置３により給電線４を介して電極２，２間にパルス電圧を印加することにより、誘電体容器１内部に放電を起こさせ、励起媒質を励起させて紫外線光５を発生させるものである。
【００１８】
従来の紫外線光源では、紫外線発生量を自由に可変することが困難であった。そこで、この実施の形態の紫外線発生装置では、電極２，２間に印加されるパルス電圧のピーク値を変化させて紫外線発生量を自由に変化させるように構成した。
【００１９】
ここで、電極２，２間に印加されるパルス電圧を出力する電源装置３は、商用の交流電源から高圧直流電圧を得る高圧直流電源回路と、この高圧直流電圧をスイッチングしてパルス状に波形整形するスイッチング素子とで構成されるパルス整形回路を有する。したがって、このパルス整形回路の設定により、任意のピーク値に変化可能なパルス電圧を出力することができる。このため、前記パルス電圧のピーク値変化により紫外線発生量を変化可能とした。
【００２０】
図２は電極２，２間に印加される電圧値と放電電力との関係を示している。図から明らかなように、電極２，２間に印加される電圧値がある一定電圧を超えると放電を開始し、電圧を上昇するに従って放電入力も増加する。したがって、電極２，２間に印加されるパルス電圧のピーク電圧を変化させて、放電入力を制御することにより、誘電体容器１からの紫外線発生量を変化させることができる。
【００２１】
紫外線発生量を変化させる手法は、上述のように、パルス電圧のピーク値を変化させるだけではなく、電極２，２間に印加されるパルスの繰り返し周波数を変化させて紫外線発生量を変化させるようにしてもよい。ここで、電極２，２間に印加されるパルスの電圧波形は図２で示すとおりである。図示のように、パルスはパルス間隔： ΔＴ（パルス繰り返し周波数でもある）で繰り返し出力され、電極２，２間に印加されるので、この繰り返し周波数を変化させることにより放電入力を制御し、紫外線発生量を変化させることができる。
【００２２】
ここで、誘電体容器１内で紫外線が発生するのは、周知のように次の原理による。すなわち、誘電体容器１内で放電が生じると、放電プラズマは高エネルギーの電子を包含しており、かつ瞬時に消滅するという特徴を持っている。この放電プラズマにより励起媒質の原子が励起され、瞬間的にエキシマ状態となり、このエキシマ状態から元の状態（基底状態）に戻るとき、エキシマ特有のスペクトルを発光する。発光スペクトルは励起媒質により決定され、キセノンの場合は１７２ｎｍの紫外線光となる。
【００２３】
このように、エキシマの自然放出の平均寿命は極めて短く、約１０ｎｓｅｃ程度であり、放電を起こさせて紫外線光を発生させる上記原理から、電極２，２に印加するパルス電圧を最適に設定しないと、紫外線発生効率を高く維持できない。例えば、パルス幅が広いと紫外線光の発光に寄与しない励起レベルへの励起が増大し、紫外線発生効率が下がった。また、パルス幅の立ち上がりが遅いと、やはり紫外線光の発光に寄与しない励起レベルへの励起が増大し紫外線発生効率が下がった。さらに、パルスの繰り返し間隔（前述のΔＴ）が短すぎると、基底準位まで下がり紫外線光を放出する前に再励起される確立が増えるため紫外線発生効率が下がった。
【００２４】
これらに対し、この実施の形態ではパルス電圧の状態を次のように設定することで、紫外線光の発生効率を高く維持している。
【００２５】
電極２，２間に印加されるパルス電圧のパルス幅は、０．１ｎｓｅｃ以上で２０ｎｓｅｃ未満にする。すなわち、図３に示すように、パルス電圧のパルスの半値全幅（ＦＷＨＭ）を２０ｎｓｅｃ未満に設定する。このようにパルス幅を設定すると、紫外線光の発光に寄与しない励起レベルへの励起が減少するので、紫外線発生効率が向上する。
【００２６】
また、電極２，２間に印加されるパルス電圧の立ち上がりは、５ｎｓｅｃ以下にする。すなわち、図３に示すように、パルス電圧の立ち上がり（ピークの１０−９０％）ΔＶが、５ｎｓｅｃ以下になるように設定する。このようにパルス電圧の立上りΔＶを設定すると、やはり紫外線光の発光に寄与しない励起レベルへの励起が減少するので、紫外線発生効率が向上する。
【００２７】
さらに、パルスの繰り返し間隔ΔＴは２０ｎｓｅｃ以上にする。すなわち、前述したように、パルスの繰り返し間隔ΔＴを変化させて紫外線放電量を変化させることが可能である。しかし、繰り返し間隔ΔＴが２０ｎｓｅｃより短いと、前述のように基底準位まで下がるので紫外線発生効率が下がる。したがって、パルスの繰り返し間隔ΔＴは２０ｎｓｅｃ以上になるように設定し、紫外線発生効率を高く維持する。
【００２８】
これらの数値は、電源装置３により任意の値に設定できる。また、これらの数値は、誘電体容器１に封入された励起媒質により異なるが、上述した範囲に設定すればどのような励起媒質に対しても所期の性能が得られることを実験により確認している。
【００２９】
次に、装置構成上の発明内容を説明する。
【００３０】
電極２，２とパルス電源装置３とを接続する給電線４の線間の静電容量（キャパシタンス）が、電極２，２間の静電容量（キャパシタンス）よりも大きいと、電線４の静電容量に応じた電荷量も供給する必要があり、電源装置３の容量を大きくする必要ある。そこで、この実施の形態では、給電線４の線間の静電容量（キャパシタンス）が、放電部である電極２，２間の静電容量（キャパシタンス）よりも小さくなるように、給電線４の長さを設定する。このように構成することにより、電源装置３の容量を低減できる。
【００３１】
給電線４の線間の静電容量（キャパシタンス）を低減させるために、図４で示すように、電源装置３を一方の電極２の背面に配置して、電源装置３のパルス電圧出力部分を、一方の電極２と一体に構成してもよい。
【００３２】
また、電源装置３は、前述のように、高圧直流電源回路とスイッチング素子とで構成されるパルス整形回路を有しているので、図５で示すように、高圧直流電源回路３ａとスイッチング素子３ｂとを分離し、パルス出力部であるスイッチング素子３ｂのみを一方の電極２と一体に構成してもよい。
【００３３】
さらに、直流電源回路３ａとスイッチング素子３ｂとからなるパルス整形回路３ｃとして比較的安価なものを用いると、出力パルス電圧が低くなるため、パルス電圧の昇圧用パルストランス８を用いてパルス出力する。そこで、図６で示すように、このパルストランス８を一方の電極２と一体に構成してもよい。
【００３４】
このように構成することによっても、給電線４による線間静電容量を低く抑えることができ、電源装置３の容量を低減できる。
【００３５】
また、前述のように、電極２，２間には、立ち上がりの早いパルスを供給するため、給電点付近のピーク電圧が高くなり、放電が不均一になる場合がある。そこで、図７で示すように、電源装置３の出力部であるパルス整形回路３ｃと、一方の電極２との間に複数のコンデンサ９を並列接続し、電極２上の電圧分布を均等化した。このように、複数のコンデンサ９を並列接続して電極２上の電圧分布を均等化することにより、均一な放電を維持することができる。
【００３６】
これらの結果、紫外線発生量を変化させたり、或いは、紫外線発生効率を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による紫外線発生装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】同上一実施の形態における電極間電圧と放電入力との関係を示す特性図である。
【図３】同上一実施の形態において電極間に印加されるパルスの波形を説明する波形図である。
【図４】本発明における電極と電源装置との接続関係を一体化した構成例を示す図である。
【図５】本発明の電源装置を構成するスイッチングのみを電極と一体的に接続した構成例を示す図である。
【図６】本発明の電源装置を構成するパルストランスのみを電極と一体的に接続した構成例を示す図である。
【図７】本発明における電極に対し複数のコンデンサを並列接続した構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    誘電体容器
２    放電用の電極
３    電源装置
４    給電線
５    紫外線光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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