(57)【要約】【課題】  ＯＨラジカル発光を用いた紫外線ランプの発光強度の増大を図る。【解決手段】  一対の電極を具備し、透光性を有する放電容器の内部にＯＨラジカル源と希ガスが封入され、ＯＨラジカル発光を利用した紫外線ランプにおいて、一対の電極は、一方の電極が放電容器の外部又は内部の周面上に配置され、他方の電極が該一方の電極との間に少なくとも一枚の誘電体を有すると共に放電空間を挟んで配置されてなり、希ガスを２９．３〜９９．８ｋＰａの封入圧で充填したことを特徴とする。特に、希ガスを４６．６〜６６．５ｋＰａの封入圧で充填するのがよく、更に希ガスはアルゴンであるのがよい。ＯＨラジカル源は、生成されるＯＨラジカル源を４．３０×１０−８〜１．０８×１０−６ｍｏｌ／ｃｍ３の割合で封入するのがよく、特にＯＨラジカル源はＨ２Ｏよりなる場合はＨ２Ｏを４．３０×１０−８〜１．０８×１０−６ｍｏｌ／ｃｍ３の割合とする。【選択図】      図１
2007042368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極を具備し、透光性を有する放電容器の内部にＯＨラジカル源と希ガスが封入され、ＯＨラジカル発光を利用した紫外線ランプにおいて、
前記一対の電極は、一方の電極が放電容器の外部又は内部の周面上に配置され、他方の電極が該一方の電極との間に少なくとも一枚の誘電体を有すると共に放電空間を挟んで配置されてなり、
前記希ガスを２９．３〜９９．８ｋＰａの封入圧で充填したことを特徴とする紫外線ランプ。
【請求項２】
請求項１記載の紫外線ランプにおいて、前記希ガスを４６．６〜６６．５ｋＰａの封入圧で充填したことを特徴とする紫外線ランプ。
【請求項３】
前記希ガスは、アルゴン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４】
前記ＯＨラジカル源は、生成されるＯＨラジカルが４．３０×１０−８〜１．０８×１０−６ｍｏｌ／ｃｍ３の割合で封入されてい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５】
前記ＯＨラジカル源はＨ２Ｏよりなり、４．３０×１０−８〜１．０８×１０−６ｍｏｌ／ｃｍ３の割合で封入されていることを特徴とする請求項１記載の紫外線ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線を放射するランプに関するものであり、例えば、一般照明用、工業用途用の紫外線ランプに関し、例えば殺菌用、治療用紫外線ランプなどに利用される紫外線ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線光源のランプとしては、水銀を用いたものが知られている。このような水銀を使用した紫外線ランプは大きな発光強度を得ることができることから、工業的に広く利用されている。而して近時では、環境の問題から環境負荷の少ない紫外線ランプが望まれており、水銀を使用しない紫外線ランプについて模索されている。
水銀を使用しない紫外線ランプとして、ＯＨラジカル発光を利用したランプがある。かかるＯＨラジカルは３０８．９ｎｍをピークにした発光を有しており、環境負荷の少ない紫外線光源であるため、水銀による紫外線ランプに代わる光源として期待されている。しかし、その発光強度はきわめて弱いものであり、発光強度の増加が必要である。
【０００３】
従来、ＯＨラジカル発光に関しては、特許文献１（特表平１１−５１５１３４号公報）が知られている。この公報に記載の技術によれば、ＯＨラジカル源の量を１０−１１〜１０−７ｍｏｌ／ｃｍ３（０．０００１８〜１．８Ｔｏｒｒ；０．０２３９４〜２３９．４Ｐａ）の範囲にすることにより、有効な発光が得られるとしている。なおこのランプは、放電容器内部に一対の電極が対向配置されたものであり、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）及びクリプトン（Ｋｒ）等の適宜の不活性ガスをバッファガスとして封入したものである。この文献に記載の実施例には、アルゴンを３８５７Ｐａ封入したもの、ヘリウムを２６６０Ｐａしたもの、ネオンを２８６Ｐａ封入したものについて開示されている。
【０００４】
しかしながら、この紫外線ランプにおけるＯＨラジカルの発光は非常に弱いものであり、更なる発光強度の向上が望まれる。
【０００５】
上記と同様、ＯＨ発光に関する技術については、非特許文献１に、O Motretによって報告されている。この文献には、不活性ガスとしてアルゴンを用い、ガスフロー状態（圧力としては大気圧近傍）とした場合の発光強度について記載されている。この文献には、アルゴンガスが大気圧近傍の場合、ＯＨラジカル源の一種であるＨ２Ｏの量が１８２Ｐａのときに発光強度が高くなることを示している。
【特許文献１】特表平１１−５１５１３４号公報
【非特許文献１】J.Phys D:Appl. Phys.33 (2000) 1493-1498  O. Motret
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＯＨラジカルの発光を強くするには、ＯＨラジカルの生成量を多くする必要がある。本発明者らの研究の結果、ＯＨラジカル源の量を最適化した状態で放電させたとしても、特許文献１記載の技術のように不活性ガスの封入圧が数ｋＰａレベルの場合、効率良くＯＨラジカルを生成することができないことが判明した。
不活性ガスの封入圧を大気圧（１０１ｋＰａ）近傍にすると、比較的高い発光強度を得ることができるが、その場合、放電電圧が高くなると共に、不点灯を生ずるなど、他の問題も発生するため、ランプとしては実用に供し難くなる。
【０００７】
このように、既存の技術ではＯＨラジカル源の封入量を適正化しても、高い発光強度が得られる紫外線ランプを実現することは困難であった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ＯＨラジカル発光を用いた紫外線ランプの発光強度の増大を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る紫外線ランプは、一対の電極を具備し、透光性を有する放電容器の内部にＯＨラジカル源と希ガスが封入され、ＯＨラジカル発光を利用した紫外線ランプにおいて、前記一対の電極は、一方の電極が放電容器の外部又は内部の周面上に配置され、他方の電極が該一方の電極との間に少なくとも一枚の誘電体を有するとともに放電空間を挟んで配置されてなり、前記希ガスを２９．３〜９９．８ｋＰａの封入圧で充填したことを特徴とする
また、希ガスを４６．６〜６６．５ｋＰａの封入圧で充填するのがよい。
【０００９】
また、前記希ガスは、アルゴンであるのがよい。
【００１０】
また、前記ＯＨラジカル源は、生成されるＯＨラジカルが４．３０×１０−８〜１．０８×１０−６ｍｏｌ／ｃｍ３の割合で封入されているのがよい。
また。前記ＯＨラジカル源はＨ２Ｏよりなり、４．３０×１０−８〜１．０８×１０−６ｍｏｌ／ｃｍ３の割合で封入されているのがよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＯＨ基ラジカル発光を利用した紫外線ランプにおいて、発光強度を高めることができ、実使用可能性を高め、水銀を使用しない、環境配慮型の紫外線ランプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、下記構成に限定されるものではない。
【００１３】
紫外線ランプ１０は、透光性のある誘電体の石英ガラスよりなる円筒状の外管２１と、この外管２１内においてその筒軸に沿って配置された、当該外管２１の内径より小さい外径を有する透光性のある誘電体の石英ガラスよりなる円筒状の内管２２とを有し、外管２１と内管２２との間の両端部が、石英ガラスよりなる封止部材２３によって接合されることによって円筒状の放電空間が形成されてなる二重管構造を有する放電容器２０を備えており、この放電容器２０の外管２１には、その外周面２１Ａに密接して、例えば金網などの導電性材料よりなる網状の一方の電極２４が設けられていると共に、内管２２には、その内周面２２Ａに密接して、例えば断面円弧状のアルミニウム板よりなる他方の電極２５が設けられてなる。
【００１４】
この図の例においては、紫外線ランプ本体２０における一方の電極２４および他方の電極２５は、高周波電源よりなる電源装置１１に接続されている。電源装置１１の周波数、十数ｋＨｚ程度から、数ＭＨｚ及至数ＧＨｚとして点灯させると、一対の電極２４，２５の間に誘電体を介在させた放電が発生し、紫外線ランプ１０から紫外線が放射される。
【００１５】
放電容器２０における放電空間内には、放電によって発光するＯＨラジカル源であるＨ２Ｏ、及び、希ガスが所定の封入圧で充填されている。希ガスは単体で封入してもよいし種々の希ガスの混合ガスとして封入してもよい。
【００１６】
ＯＨラジカル源としては、上記のＨ２Ｏの封入量は、放電によりＯＨ基に解離した状態、すなわち、ＯＨラジカルの量として４．３０×１０−８〜１．０８×１０−６ｍｏｌ／ｃｍ３となるよう封入される。
【００１７】
希ガスは、この紫外線ランプ２０においては、ＯＨラジカル源に対してエネルギーを供給する媒体としての役割を果たす。ランプ点灯状態においてＯＨラジカルを多数生成させるには、効率よくＯＨラジカル源に対してエネルギーを供給する必要があり、希ガスの封入圧としては、２９．３〜９９．８ｋＰａであり、好ましくは３４．６〜９３．１ｋＰａ、さらに好ましくは、４６．６〜６６．５ｋＰａである。
希ガスの封入圧が、２９．３ｋＰａよりも小さい場合には、ＯＨラジカル源に対してエネルギーを供給する媒体が少ないため、ＯＨラジカルの生成量が少なく、高い発光強度を得ることができなくなる。
希ガスの封入圧を２９．３〜９９．８ｋＰａにすることによって発光強度を従来以上に強めることができ、なかでも３４．６〜９３．１ｋＰａとするとよりさらに高い効率が得られる。特に、４６．６〜６６．５ｋＰａである場合には最高位の発光強度を実現することができる。
一方、希ガスの封入圧を９９．８ｋＰａを超えて大きくすると、希ガスからのエネルギーの供給が低下してしまい、ＯＨラジカルの生成量が少なくなって、発光強度が低下する。また、大気圧に近付くため、放電電圧が高くなると共に、不点灯を生ずるなど、他の問題が発生し易くなる。
【００１８】
放電容器２０内に封入する希ガスとしてはアルゴン（Ａｒ）が好ましく、その他にヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）及びクリプトン（Ｋｒ）などから選択可能である。
【００１９】
以上のように、本発明によれば、ＯＨラジカル源へのエネルギー供給媒体として、希ガスを適正な封入圧で封入したので、ＯＨラジカル発光を利用した紫外線ランプの発光強度を高めることができるようになる。
【００２０】
〔実験例〕
先に図１で示した構成の紫外線ランプを、図２で示す手順により製作した。図２（ａ）〜（ｃ）は、この紫外線ランプにおける放電容器の製作工程を説明する図である。
まず、外管２１、内管２２及び封止部材２３を用いて円筒状の空間が形成された放電容器構成用のガラス体２０Ａを成形し、当該ガラス体２０の管軸方向における一方の端部に排気用のガラス管３０Ａを、他方の端部に内部に水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）の粉末が充填されたＯＨラジカル源導入用の有底ガラス管３１Ａを融着して取り付けた。水酸化マグネシウムは、加熱によりＯＨラジカル源となるＨ２Ｏを解離する物質であり、Ｈ２Ｏを放電容器内に微小モル量封入する場合に好適に使用できる物質である。この他に例えば水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）などを用いることができる。
【００２１】
このようなガラス体２０Ａを多数製作し、排気管３０Ａを通じてガラス体２０Ａ内部を排気したのち、希ガスとしてアルゴン（単体）を２９．３ｋＰａ〜１０１．１ｋＰａの範囲で様々に変化させて封入し、ガラス管３０Ａを封止した。なお封入圧は、具体的には２９．３ｋＰａ、４６．６ｋＰａ、６６．５ｋＰａ、９３．１ｋＰａ、９９．８ｋＰａ、１０１．１ｋＰａの５種類に設定した。図２（ｂ）（ｃ）中の符号３０は排気用ガラス管の残部である。
続いて有底ガラス管３１Ａの底部をヒーターを用いて１６０℃、３０ｍｉｎ間加熱し、物質中のＨ２Ｏを解離させてガラス体２０Ａ内に導入した。しかる後、有底ガラス管３１Ａの不要部分をチップオフした。同図（ｃ）において符号３１はガラス管残部である。
【００２２】
このようにして、内部にアルゴンガスとＨ２Ｏが封入された、全長１５０ｍｍ、外管外径φ２６ｍｍ、内管内径φ１６ｍｍの石英ガラスからなる放電容器２０を得た。
そして、図１に示す構成に従って外管２２の外周面上に沿って光透過性を有する網状の一方の電極２４を配設し、内管の内周面上に断面円弧状のアルミニウム板からなる他方の電極２５を配設して一対の電極を構成し、実施例に係るランプを製作した。なお、電極の長さは１１０ｍｍであった。
上記紫外線ランプの一方と他方の電極２４，２５を電源装置１１に接続して周波数１５ｋＨｚ、ランプ電圧２〜６ｋＶで点灯した。
【００２３】
図３は、ＯＨラジカル源（Ｈ２Ｏ）の割合に対する発光強度の変化を示した図である。同図において横軸はＯＨラジカル源であるＨ２Ｏの割合であり、単位はｍｏｌ／ｃｍ３であってここでは対数軸を用いて示している。縦軸は発光強度であり任意強度で示している。
曲線Ａは、アルゴンガスの封入圧：２９．３ｋＰａ、曲線Ｂは、アルゴンガスの封入圧：４６．６ｋＰａ、曲線Ｃは、アルゴンガスの封入圧：６６．５ｋＰａ、曲線Ｄは、アルゴンガスの封入圧：９３．１ｋＰａ、曲線Ｅは、アルゴンガスの封入圧：９９．８ｋＰａ、曲線Ｆは、アルゴンガスの封入圧：１０１．１ｋＰａの発光強度変化である。
従来技術に係る曲線Ｆの発光強度が最も低く、アルゴンガスの封入圧が低くなるに従い順次発光強度が増大する傾向を示していることがわかった。この実験例においては曲線Ｂ（４６．６ｋＰａ）において最大強度が得られた。さらにアルゴンガス封入圧が低い曲線Ａ（アルゴンガスの封入量２９．３ｋＰａ）では、発光強度は低下する方向に転じてピーク値よりも下方に位置するが、曲線Ｆに比較して上方に位置し、高い発光強度が得られることが確認できた。
【００２４】
また、図３からわかるように、それぞれの封入圧のときＯＨラジカル源が約７．５２×１０−８ｍｏｌｍｏｌ／ｃｍ３（１８６Ｐａ）のときピークを持つような発光特性を持つ。この結果をもとに、各圧力のときのピーク値を１．０として規格化したものを図４に示す。
図４から、アルゴンガスの封入圧による依存性は少なく、各曲線とも発光強度が最大となるＨ２Ｏ封入量はほぼ同じ値であり近似した特性を有していることがわかる。同図において、半値幅は、４．３０×１０−８〜１．０８×１０−６ｍｏｌ／ｃｍ３（１０６〜２６６０Ｐａ）であり、放電容器内にＨ２Ｏをこのような割合で充填することによって、高い発光強度が得られることがわかる。
【００２５】
本実験例においては、ＯＨラジカル源としてＨ２Ｏを用いているため、ＯＨラジカルのモル量はＨ２Ｏのモル量と等しい。従って、放電容器の内部に充填されるＯＨラジカルのモル量は、Ｈ２Ｏと同じく４．３０×１０−８〜１．０８×１０−６ｍｏｌ／ｃｍ３であるのがよい。
このことを換言すると、ＯＨラジカル源としてＨ２Ｏを用いた場合、放電容器中のＯＨラジカルのモル量はＨ２Ｏのモル量と等しいので、Ｈ２Ｏのモル量を定量することで算定することができる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記内容に限定されるものではない。放電容器内に封入されるガスは、アルゴン以外にも他の希ガスを用いることも可能である。放電容器形状は、円筒状のガラス管の両端部を封止したのみの、簡単な構成のものでもよい。
また、電極については、放電容器の外部に電極を配置したが、一方の電極と他方の電極との間に誘電体を介在させた場合には放電容器内に配置してもよい。例えば、一対の電極のうち一方を放電容器内部に配置した構造としてもよい。一対の電極の両方を放電容器内部に配置した場合は、少なくとも一方の電極に対して、放電空間に露出する表面上に誘電体を被覆すれば誘電体を介在させた放電が形成されるようになる。
点灯条件は、電極や放電容器形態に合わせて適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る紫外線ランプの一例を示す斜視図である。
【図２】実験例に係る紫外線ランプの製造構成を説明する図である。
【図３】ＯＨラジカル源に対する発光強度の変化を示す図である。
【図４】図３の曲線を各曲線のピーク値を１として規格化して示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０    紫外線ランプ
１１    電源装置
２０    放電容器
２１    外管
２１Ａ  外管外周面
２２    内管
２２Ａ  内管内周面
２３    封止部材
２４    一方の電極
２５    他方の電極
【図１】
2007042368.tif 000003
【図２】
2007042368.tif 000004
【図３】
2007042368.tif 000005
【図４】
2007042368.tif 000006