(57)【要約】【課題】長さ２０〜３０ｃｍの放電管で変換効率が２０〜３０％であってもＵＶＣ放射光パワー密度が格段に高い長寿命ＵＶＣ放射光源を実現できて、組み込む装置の小型化を可能にすると共にメンテナンスが容易でコスト的に有利な二重管式マイクロ波放電ランプを提供する。【解決手段】バッファガスと微量の水銀が封入される空間を有して同軸状に配置された石英管からなる外管及び内管と、内管の開口端に配設された整合素子を介して内管内部に挿入されると共にマイクロ波発振源に接続された棒状のアンテナと、外管の外周側を覆うように配設された所定の放射光透過率を有する金属メッシュ体と、を備える。前記金属メッシュ体は、網目状金属メッシュで形成されるかもしくは金属細線を平行に配置した細線状金属メッシュで形成され、その放射光透過率が８０％以上に設定される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッファガスと微量の水銀が封入される空間を有して同軸状に配置された石英管からなる外管及び内管と、一端が前記内管の開口端に配設された同軸コネクタ等に支持されて内管内部に挿入されると共にマイクロ波発振源に接続された棒状もしくはパイプ状のアンテナと、前記外管の外周側を覆うように配設された所定の放射光透過率を有する金属メッシュ体と、を備えることを特徴とする二重管式マイクロ波放電ランプ。
【請求項２】
前記同軸コネクタ等に前記内管内部に冷却媒体を供給可能な冷却媒体供給部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の二重管式マイクロ波放電ランプ。
【請求項３】
前記金属メッシュ体は、網目状金属メッシュで形成されるかもしくは複数本の金属細線を平行に配置した細線状金属メッシュで形成され、その放射光透過率が８０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の二重管式マイクロ波放電ランプ。
【請求項４】
前記外管に水銀リザーバが設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の二重管式マイクロ波放電ランプ。
【請求項５】
前記水銀リザーバは、前記外管の外周面もしくは底面に切り離し可能に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の二重管式マイクロ波放電ランプ。
【請求項６】
前記外管及び内管が、先端が閉塞された石英管内に挿入され、該石英管が入水口と排水口を有する容器に気密状態で内蔵されていることを特徴とする請求項１または３に記載の二重管式マイクロ波放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外管と内管との間に空間を形成すると共に内管内部にアンテナを挿入して、アンテナにマイクロ波発振源からマイクロ波を供給することにより、空間内の放電ガスを励起して放電させる二重管式マイクロ波放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低圧水銀ランプ等の放電ランプは、殺菌効果の強いＵＶＣ放射光源として、浄水装置や滅菌装置等に広く利用されている。この放電ランプは、円筒形状に形成された放電管の両端にエミッタを塗布したタングステンフィラメントが電極として配置され、放電管内にはバッファガスとしてのアルゴンガスと共に微量の水銀が封入されている。そして、前記電極にＡＣやＤＣ電力を供給することにより、放電管が所定の放電をするようになっている。なお、二重管式放電ランプとして、例えば特許文献１が公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７３５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような放電ランプにあっては、電力をＵＶＣ放射光パワーに変換する効率（以下、ＵＶＣ放射光変換効率と称する）が、一般に、点灯電力が低いほど、またランプ長が長いほど増加し、ランプ長を１ｍ程度にすると前記変換効率が５０％になるというデータが公表されている。しかし、放電管の単位長さあたりのＵＶＣ光放射パワー（以下、ＵＶＣ放射光パワー密度と称する）が低いこと、及びランプ寿命が長いものでも数１０００時間であること等から、放電ランプを例えば浄水装置に使用した場合に、装置自体が大型化すると共に点灯不良を起こした放電ランプの取り替えも面倒となり、コスト的に不利であるという課題を有している。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、例えば長さ２０〜３０ｃｍの放電管で変換効率２０〜３０％であるがＵＶＣ放射光パワー密度が従来品よりも格段に高い長寿命ＵＶＣ放射光源を実現して、組み込む装置の小型化を可能にすると共にメンテナンスが容易でコスト的に有利な二重管式マイクロ波放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、バッファガスと微量の水銀が封入される空間を有して同軸状に配置された石英管からなる外管及び内管と、一端が前記内管の開口端に配設された同軸コネクタ等に支持されて内管内部に挿入されると共にマイクロ波発振源に接続された棒状もしくはパイプ状のアンテナと、前記外管の外周側を覆うように配設された所定の放射光透過率を有する金属メッシュ体と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、前記同軸コネクタ等に前記内管内部に冷却媒体を供給可能な冷却媒体供給部が設けられていることを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、前記金属メッシュ体が、網目状金属メッシュで形成されるかもしくは複数本の金属細線を平行に配置した細線状金属メッシュで形成され、その放射光透過率が８０％以上であることを特徴とする。
【０００８】
さらに、請求項４に記載の発明は、前記外管に水銀リザーバが設けられていることを特徴とする。このとき、前記水銀リザーバは、請求項５に記載の発明のように、前記外管の外周面もしくは底面に切り離し可能に設けられていることが好ましい。また、請求項６に記載の発明は、前記外管及び内管が、先端が閉塞された石英管内に挿入され、該石英管が入水口と排水口を有する容器に気密状態で内蔵されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、内管内部にマイクロ波発振源に接続された棒状もしくはパイプ状のアンテナが挿入されると共に、外管の外周側を覆うように所定の放射光透過率を有する金属メッシュ体が配置されているため、アンテナと金属メッシュ体により同軸管構造のマイクロ波伝送線路を形成できて、アンテナからランプ外部へのマイクロ波電力の漏洩が抑制されると共に、放電プラズマがアンテナに触れることがなく無電極放電ランプとして動作する。また、低圧水銀放電モードとなるように二重管の管壁温度を冷却で下げることにより、例えば長さが２０〜３０ｃｍの二重放電管で変換効率２０〜３０％であるがＵＶＣ放射光パワー密度が従来品よりも格段に高い長寿命ＵＶＣ放射光源を実現して、このＵＶＣ放射光源を組み込む装置の小型化を可能にすると共にそのメンテナンスを容易に行うこと等ができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、アンテナとマイクロ波発振源とを電気的に接続する同軸コネクタ等に、内管内部に冷却媒体を供給可能な冷却媒体供給部が設けられているため、例えば冷却媒体供給部から内管内に冷却空気を供給することにより、内管内部のアンテナを冷却できて、外管の冷却との併用により、低圧水銀放電モードの点灯を実現できる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、金属メッシュ体が網目状金属メッシュで形成されるかもしくは複数本の金属細線を平行に配置した細線状金属メッシュで形成され、その放射光透過率が８０％以上であるため、アンテナに供給されるマイクロ波の二重放電管外部への漏洩を略完全に抑制しつつ、所望のＵＶＣ放射光を容易に得ることができる。
【００１２】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし３に記載の発明の効果に加え、外管に水銀リザーバが設けられているため、水銀リザーバに水銀を溜めることで放電管の発熱を強く受けることなく、外管と内管との間の空間内の水銀蒸気圧を所定圧として、例えば放電管の空冷が不要となり高いＵＶＣ放射光パワー密度を維持することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え、水銀リザーバが外管の外周面もしくは底面に切り離し可能に設けられているため、水銀リザーバから放電管の空間内に封入される水銀量が定まったところで、水銀リザーバを切り離すことができて、二重放電管をコンパクトにして使い勝手に優れた放電ランプを得ることができる。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明によれば、請求項１または３に記載の発明の効果に加え、外管及び内管が先端が閉塞された石英管内に挿入され、この石英管が入水口と排水口を有する容器に気密状態で内蔵されているため、入水口と排水口を介して容器内に水を循環させること等により水を殺菌できて、放電ランプを浄水装置等に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係わる二重管式マイクロ波放電ランプの第１の実施形態を示す概念図
【図２】同その二重放電管の実施例を示す正面図
【図３】同図２のＡ−Ａ線断面図
【図４】同二重放電管の変形例を示す図３と同様の断面図
【図５】同二重放電管の他の変形例を示す図３と同様の断面図
【図６】同図５のＢ部の拡大図
【図７】同図５のＣ部の拡大図
【図８】同マイクロ波入射電力とＵＶＣ放射光変換効率及びＵＶＣ放射光パワーの関係を示す図
【図９】同他のマイクロ波入射電力とＵＶＣ放射光パワーの関係を示す図
【図１０】同他のマイクロ波入射電力とＵＶＣ放射光変換効率の関係を示す図
【図１１】同他の入射電力とＵＶＣ放射光パワー、ＵＶＣ放射光パワー密度及びＵＶＣ放射光処理量の関係を示す図
【図１２】本発明に係わる二重管式マイクロ波放電ランプの第２の実施形態を示す図１と同様の概念図
【図１３】同その変形例を示す概念図
【図１４】同他の変形例を示す概念図
【図１５】本発明に係わる二重管式マイクロ波放電ランプの第３の実施形態を示す概念図
【図１６】同その具体的な実施例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明の二重管式マイクロ波放電ランプの第１の実施形態を示している。図１の概念図に示すように、二重管式マイクロ波放電ランプ１（以下、放電ランプ１という）は、二重放電管２を形成する石英管からなる内管２ａ及び外管２ｂと、内管２ａの開口部から内管２ａ内部に挿入された棒状のアンテナ３と、外管２ｂの外周を覆うように配設された金属メッシュ体４を備えている。
【００１７】
そして、前記アンテナ３は、内管２ａの開口部に配設した同軸コネクタ５及び該同軸コネクタ５に接続された同軸ケーブル６を介して、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振するマイクロ波発振源としてのマイクロ波発振器７に電気的に接続されている。このとき、前記同軸コネクタ５としては、整合素子（スラグチューナ）付きの同軸コネクタが使用される。
【００１８】
前記内管２ａと外管２ｂは同軸状に配置されてこれらの間に密閉した空間８が形成され、この空間８内にはバッファガスとしてのアルゴンガスやキセノンガスが封入されると共に、低圧水銀放電モードで動作する微量の水銀が封入されている。また、前記金属メッシュ体４は略円筒形状に形成されて外管２ｂの外周面全域を同軸状に覆うように配設されている。
【００１９】
また、前記アンテナ３は、所定長さの金属棒で形成され、その先端が内管２ａの底面近傍に位置し、基端部は前記同軸コネクタ５に支持（接続）されている。なお、アンテナ３としては、金属棒に限らず、例えば金属パイプあるいは数本の金属線を円筒状に束ねて、マイクロ波が内管２ａの表面に均等となるような分布構造を持たせても良い。
【００２０】
図２及び図３は、前記放電ランプ１の二重放電管２の具体的な実施例を示している。以下、図１の概念図と同一部位には同一符号を付して説明する。以下の各実施形態及び変形例等においても同様である。二重放電管２の前記内管２ａは、一端側が開口し先端側（底面側）が閉塞された有底円筒形状に形成され、前記外管２ｂは底面を有すると共に一端側が内管２ａの開口端の外周面に一体化されている。これにより、内管２ａと外管２ｂの外周面間及び両底面間に一定幅の密封状態の前記空間８が形成されている。
【００２１】
また、前記外管２ｂの外周面には、前記金属メッシュ体４としての網目状金属メッシュ４ａが、外管２ｂの外周面に例えば巻き付けられることで、全体形状が略円筒形状を呈しかつ外管２ｂや内管２ａ（アンテナ３）に対して同軸状に配置されている。この網目状金属メッシュ４ａは、その上端部が金属リング９等により同軸コネクタ５に固定支持され、その下端部は開口している。
【００２２】
そして、前記網目状金属メッシュ４ａの固定は、放電ランプ１の外径（二重放電管２の外径）が同軸コネクタ５の外径（例えば２０ｍｍ）より大きい場合には、先ず金属リング９を同軸コネクタ５に嵌め込むと共にこの金属リング９に網目状金属メッシュ４ａの上端を嵌め込み、さらに網目状金属メッシュ４ａが外れないようにリング状の止め金やナットで同軸コネクタ５に固定する。また、放電ランプ１の外径が同軸コネクタ５の外径より小さい場合には、円筒状の網目状金属メッシュ４ａを同軸コネクタ５に取り付けて止め金やナットで固定する。なお、前記網目状金属メッシュ４ａは、その放射光透過率が８０％以上に設定されている。
【００２３】
また、前記内管２ａの開口部に取り付けられる同軸コネクタ５は、整合素子（スラグチューナ）が一体化されており、例えば内管２ａ内に連通する軸方向の孔を有する金属製の本体部５ａと、この本体部５ａの基端側に固定されたケーブル接続部５ｂ等を有している。なお、この実施例の場合、図３に示す二重放電管２の各寸法は、Ｌ１＝２００ｍｍ、Ｌ２＝１９０ｍｍ、ｔ＝５ｍｍ、φ１＝３２ｍｍ、φ２＝１８ｍｍに設定されている。
【００２４】
このように構成された放電ランプ１は、前述したように空間８内に例えばアルゴンガスと点灯時に低圧水銀放電モードとするために微量（μｇ〜ｎｇ）の水銀を封入して、前記同軸コネクタ５とマイクロ波発振器７を同軸ケーブル６で接続する。この状態でマイクロ波発振器７を作動させて、マイクロ波を同軸ケーブル６と同軸コネクタ５を介してアンテナ３に供給すると、空間８内の封入ガスがマイクロ波電界により電離してプラズマが形成される。このプラズマからの放射光スペクトルは、封入ガス種とその圧力およびマイクロ波入射電力により強く依存する。例えば、およそ１ｋＰａのアルゴンに微量（μｇ〜ｎｇ）の水銀を封入すると、殺菌作用の強いＵＶＣ放射光低圧水銀ランプが実現する。
【００２５】
特に、前記放電ランプ１の場合、略円筒形状の網目状金属メッシュ４ａを外管２ｂの外周面に配置していることから、網目状金属メッシュ４ａとアンテナ３を同軸状として同軸管構造のマイクロ波伝送線路を形成できる。その結果、マイクロ波入射電力のアンテナ３からの無駄な放射が抑制され、網目状金属メッシュ４ａとアンテナ３間のマイクロ波電界が強くなって放電がし易くなる。また同時に、網目状金属メッシュ４ａにより、外部放射が無くなることから、マイクロ波の漏洩を完全に近い状態まで抑制できることになる。
【００２６】
ところで、ＵＶＣ放射光低圧水銀ランプにおいては、殺菌効果のあるＵＶＣ放射光が、第１励起準位の水銀原子が脱励起するときに放射される。これは水銀原子の共鳴光であることから、基底準位の水銀原子を容易に吸収する性質があり、自己吸収と呼ばれている。水銀ランプは放電時に生成される第１励起準位の水銀原子が、自己吸収を受けずに放電管の外部に放射されることが重要となる。ＵＶＣ放射光を強く放射する水銀ランプは自己吸収が少ないことが必要であるので、必然的に低圧水銀での点灯になることから、低圧水銀モードと呼ばれている。
【００２７】
また、水銀ランプは点灯中にランプ壁温度が上昇するので、ランプ内の水銀蒸気圧が上昇し、水銀蒸気圧が高くなりすぎると自己吸収が顕著に生じて、ＵＶＣ放射光は減衰する。以上のことを考慮すると、効率の良いＵＶＣ放射光低圧水銀ランプの点灯には水銀蒸気圧の最適化が重要であることが判る。このような事情から、ときにはランプ壁温度の冷却等の処理が必要になる場合がある。
【００２８】
図４は、このような冷却構造を付加した前記二重放電管２の変形例を示している。この変形例の二重放電管２は、前記同軸コネクタ５の本体部５ａの周壁に冷却媒体供給部としての冷却ガス供給口５ｃを設け、この冷却ガス供給口５ｃに接続した冷却ガス供給管１０から、本体部５ａ内の前記孔を介して二重放電管２の内管２ａ内部に冷却ガス（冷却空気を含む）を供給可能に構成する。
【００２９】
これにより、図４の矢印イに示すように、冷却ガス供給管１０から冷却ガス供給口５ｃを介して内管２ａ内に冷却ガスが供給され、このガスが内管２ａの開口端部から二重放電管２の外部に排出、すなわち冷却ガスが内管２ａ内を流通（循環）してアンテナ３が冷却される。この構成によれば、アンテナ３の冷却でマイクロ波供給時のアンテナ３の発熱を抑えることができると共に、放電プラズマからの発熱で加熱された内管２ａ内壁を同時に冷却することができる。その結果、マイクロ波の供給による二重放電管２の管壁の温度上昇を抑え、水銀蒸気圧の上昇を抑制できて、二重放電管２の管壁温度を例えば４０〜５０℃に容易に安定維持でき、低圧水銀放電を効率的に行うことが可能になる。
【００３０】
図５〜図７は、前記二重放電管２の他の変形例を示している。この変形例の特徴は、前記金属メッシュ体４を前記網目状金属メッシュ４ａではなく、二重放電管２の軸に沿って平行に配置した複数本の金属細線４ｂ１からなる細線状金属メッシュ４ｂで形成した点にある。すなわち外管２ｂの外周面に、その長手方向（軸方向）に沿って所定径の金属細線４ｂ１を平行に配置することにより、外管２ｂの外周面を各金属細線４ｂ１で略円筒状に覆い、各金属細線４ｂ１の同軸コネクタ５側を、前記網目状金属メッシュ４ａ１と同様に金属リング９等で固定支持する。また、金属細線４ｂ１の下端部を外管２ｂの外形より絞って金属リング１１で連結することにより、細線状金属メッシュ４ｂの開口端の直径を小さく設定する。なお、この細線状金属メッシュ４ｂは、その放電光透過率が例えば９０％以上に設計することができる。
【００３１】
この変形例の場合、略円筒形状の細線状金属メッシュ４ｂの直径を任意に調整（例えば大きく）することができて、金属メッシュ体４の放電光透過率を例えば網目状金属メッシュ４ａに対して少なくとも１０％以上高めることができ、前記ＵＶＣ放射光変換効率を一層向上させることが可能になる。なお、この変形例の場合、金属細線４ｂ１の直径や断面形状を適宜に変更して放電光透過率を９０％以上としても良い。
【００３２】
図８〜図１０は、前記実施形態におけるマイクロ波入射電力に対するＵＶＣ放射光パワー及びＵＶＣ放射光変換効率の実験結果を示している。このうち、図８は、二重放電管２の外径φ１が３２ｍｍ、長さＬ１が３０ｃｍの場合で、前記冷却構造を付加した場合と冷却構造がない場合を示している。また、図９及び図１０は、二重放電管２の外径φ１が１０ｍｍで長さＬ１が１５ｃｍの場合の、マイクロ波入射電力に対するＵＶＣ放射光パワー及びＵＶＣ放射光変換効率の関係で、二重放電管２の空間８内の圧力が１３３Ｐａ、２６６Ｐａ、６６５Ｐａ、１３３０Ｐａの場合を示している。
【００３３】
また、図１１（ａ）〜（ｃ）は、外径が３２ｍｍと１０ｍｍで長さが２０ｃｍと１５ｃｍの二種類の本願発明に係わる二重放電管２と、外径が３２ｍｍで長さが１ｍの放電管（比較例１）及び外径が１５ｍｍで長さが２１ｃｍの放電管（比較例２）との、入力（入射電力）に対するＵＶＣ放射光パワー、ＵＶＣ放射光パワー密度及びＵＶＣ放射光処理量を示している。なお、二種類の二重放電管２はマイクロ波入力で、比較例１及び比較例２はＡＣ／ＤＣ入力である。この図１１からも、二種類の二重放電管２によるＵＶＣ放射光パワー密度とＵＶＣ放射光処理量が、比較例１、２に対してけた違いに大きいことが判る。この理由は、本願発明の二重放電管２を低圧水銀放電モードで点灯した場合、変換効率は２０〜３０％と高くはないが、大きなＵＶＣ放射光パワー密度が得られることにある。
【００３４】
このように前記実施形態の放電ランプ１によれば、内管２ａと外管２ｂ間の空間８内にバッファガスと微量の水銀が封入される二重放電管２の内管２ａ内部に、マイクロ波発振器７に接続された棒状のアンテナ３が挿入されると共に、二重放電管２の外管２ｂの外周を覆うように所定の放射光透過率を有する金属メッシュ体４が配置されているため、放電ランプ１の放電光がアンテナ３に触れることがなく無電極放電ランプとして動作し、例えば長さＬ１が２０〜３０ｃｍの二重放電管２でＵＶＣ放射光変換効率が２０〜３０％であっても、ＵＶＣ放射光パワー密度が従来品よりも格段に高い長寿命の放電ランプ１を実現でき、この放電ランプ１を組み込む装置の小型化を可能にすると共に装置のメンテナンスを容易に行うこと等ができる。
【００３５】
また、金属メッシュ体４が網目状金属メッシュ４ａもしくは細線状金属メッシュ４ｂで形成され、その放射光透過率が８０％以上であるため、アンテナ３に供給されるマイクロ波の二重放電管２外部への漏洩を抑制しつつ、所望の放射光を容易に得ることができる。また、アンテナ３とマイクロ波発振器７とを電気的に接続する同軸コネクタ５に、二重放電管２の内管２ａ内部に冷却ガスを供給可能な冷却ガス供給部５ｃを設けるようにすれば、例えば冷却ガス供給部５ｃから内管２ａ内に冷却ガスを供給して内管２ａ内部のアンテナ３を冷却でき、アンテナ３等の発熱を抑えることができると共に、放電プラズマからの発熱で加熱された内管２ａ内壁を同時に冷却することができる。その結果、外管の冷却効果が効果的となり、二重管ランプ壁温度を低下させることができ、放電管内部の水銀蒸気圧を低圧水銀放電モードに適した値に維持することができる。
【００３６】
さらに、放電ランプ１がアンテナ３の励起により放電する構成であるため、一対の電極を必要としない無電極構造とすることができて、放電ランプ１自体の寿命を延ばすことができると共に一層のコンパクト化を図ることができる。
【００３７】
図１２〜図１４は、本発明に係わる放電ランプ１の第２の実施形態を示している。この実施形態の放電ランプ１の特徴は、二重放電管２の外管２ｂの外側に水銀リザーバ１３（水銀溜まり）を設けた点にある。すなわち、図１２に示す放電ランプ１は、二重放電管２の外管２ｂの外周面に石英管１４を介して水銀リザーバ１３を配設する。このとき、二重放電管２の形状が前記図３に示す各寸法の場合、石英管１４は、例えば外径φ３が１５ｍｍ、長さＬ３が５０ｍｍで、水銀リザーバ１３は、高さｈが２０ｍｍ、直径φ４が６０ｍｍに設定されている。
【００３８】
そして、この放電ランプ１の場合、水銀リザーバ１３内に微量の水銀を封入した状態で水銀リザーバ１３の温度を例えば２５〜３０℃に制御することにより、二重放電管２の発熱の影響を受けることなく、水銀リザーバ１３内の水銀を石英管１４を介して二重放電管２の空間８内に供給することができるようになっている。また、この場合の水銀蒸気圧は、主として水銀リザーバ１３の温度と二重放電管２の壁面温度との差で定まるが、二重放電管２の壁面温度が、空間８内の水銀蒸気圧には強く影響されないため、二重放電管２の前記冷却構造を不要としつつ高いＵＶＣ放射光変換効率を維持することができる。
【００３９】
この水銀リザーバ１３を有する放電ランプ１の場合、水銀リサーバ１３の温度と二重放電管２の温度を制御することにより、二重放電管２に水銀リザーバ１３の水銀を低圧水銀放電の条件よりも多く移しておく。その後、水銀リザーバ１３の温度を室温に維持した状態で、二重放電管２をマイクロ波放電すると、ランプ壁が上昇して水銀蒸気圧が高まり、水銀は低温側の水銀リザーバ１３に移動し、二重放電管２内部の水銀蒸気圧が徐々に低下する。
【００４０】
そして、水銀蒸気圧が所定の閾値以下になると、これまでの中圧水銀放電であったものが低圧水銀放電にモードに変化する。この条件で二重放電管２をマイクロ波放電すれば、ＵＶＣ放射光変換効率は２０〜３０％であるが、ＵＶＣ放射光パワー密度の高い低圧水銀ランプを実現できることになる。なお、水銀リザーバ１３の温度は、必要に応じて例えばその外側に巻き付けた図示しないリボンヒータ等の適宜の温度制御手段により制御するようにすれば良い。
【００４１】
図１３は、図１２に示す放電ランプ１の変形例を示し、前記水銀リザーバ１３を二重放電管２の底面外側に軸方向の石英管１４を介して配設したものである。この構成においても、図１２に示す放電ランプ１と同様の作用効果が得られると共に、水銀リザーバ１３が二重放電管２の軸方向に配置されるため、二重放電管２の外周面側に突出する部分がなくなり、放電ランプ１の外形形状のコンパクト化を図ることができる。
【００４２】
また、図１４に示す放電ランプ１は、図１３に示す前記石英管１４の長手方向の略中間部に内径が２ｍｍ程度となるように絞った小径部１４ａを設け、二重放電管２のＵＶＣ放射光パワーが最大になった時点で、例えばガスバーナで小径部１４ａを加熱溶融させてシュリンクシールしつつ、石英管１４と水銀リザーバ１３を切り離すようにしたものである。
【００４３】
ところで、ＵＶＣ放射光低圧水銀ランプの開発で難しい点は、ランプに封入する水銀量の最適化である。水銀量はランプ容量に依存するが、ｎｇ〜μｇのオーダの微量である。このような微量の水銀をランプ封入することが困難なため、微量の水銀を含むアマルガムが使われる。また、解析的には水銀封入量を算出することも困難である。しかし、図１４に示す放電ランプ１の場合、二重放電管に水銀リザーバ１３を取り付けて点灯し、低圧水銀放電モードが生じた時点で、水銀リザーバ１３を小径部１４ａで切り離すことで解決できる。すなわち、ＵＶＣ放射光が最大となる時点で水銀リザーバ１３を切り離せば、容易に低圧水銀放電モードで動作するＵＶＣ発光ランプが得られる。
【００４４】
また、この変形例の放電ランプ１においても、図１３に示す放電ランプ１と同様の作用効果が得られると共に、水銀リザーバ１３を切り離すことで、二重放電管２を一層コンパクトにして使い勝手に優れた放電ランプ１を得ることができる。なお、石英管１４に切り離し可能な小径部１４ａを設ける構成は、図１２に示す放電ランプ１の石英管１４にも適用できることは言うまでもないし、小径部１４ａの形状や切り離し方法も、石英管１４の切り離し端面をシールできる適宜の構成を採用することができる。
【００４５】
図１５及び図１６は、本発明に係わる放電ランプ１の第３の実施形態を示している。この実施形態の放電ランプ１の特徴は、図２及び図３に示す二重放電管２を、石英管１５内に挿入し、水中に浸漬可能に構成した点にある。すなわち、図１５の概念図に示すように、二重放電管２を入水口１６ａと排水口１６ｂを有する水タンク等の容器１６内に気密状態で配設し、容器１６内を循環する水を殺菌する。
【００４６】
具体的には、図１６に示すように、二重放電管２を一端が開口した石英管１５内に挿入し、この石英管１５を入水口１６ａと排水口１６ｂを有する容器１６内に内蔵する。このとき、石英管１５の開口端を容器１６に設けた取付孔１６ｃにシール状態で取り付けることにより、二重放電管２が容器１６内に気密状態で内蔵され、放電ランプ１から石英管１５を介して容器１６内に放射される放射光で水が殺菌（浄化）されることになる。
【００４７】
この実施形態の放電ランプ１においても、前記実施形態と同様の作用効果が得られる他に、二重放電管２が挿入された石英管１５が容器１６内に密封状態で内蔵されているため、ＵＶＣ放射光の放射に悪影響を与えることなく二重放電管２を水中に簡単に浸漬状態とすることができて、放電ランプ１を例えば浄水装置の浄水用として好適に使用することができる。
【００４８】
なお、前記各実施形態においては、マイクロ波発振器７と二重放電管２の接続に整合素子付きの同軸コネクタ５を使用したが、本発明はこれに限定されず、例えば図１の二点鎖線で示すように、整合素子１７（スラグチューナー）を同軸コネクタ５とは別体として、マイクロ波発振器７と同軸コネクタ５間に接続配置しても良い。
【００４９】
また、前記各実施形態においては、マイクロ波発振源として固体マイクロ波発振器７を使用し、同軸ケーブル６と同軸コネクタ５を介してアンテナに接続したが、例えばマイクロ波発振源としてマグネトロンを使用し、このマグネトロンのマイクロ波を矩形導波管及び整合素子を介してアンテナに給電することも勿論可能である。さらに、前記各実施形態における、金属メッシュ体４、アンテナ３、水銀リザーバ１３の構成等は一例であって、本発明に係わる各発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜の構成を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、低圧水銀ランプ等として使用される二重管式マイクロ波放電ランプに限らず、例えば広い用途のあるサルファーランプや蛍光ランプあるいはメタルハライドランプ等にも利用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１・・・・・・・・・二重管式マイクロ波放電ランプ
２・・・・・・・・・二重放電管
２ａ・・・・・・・・内管
２ｂ・・・・・・・・外管
３・・・・・・・・・アンテナ
４・・・・・・・・・金属メッシュ体
４ａ・・・・・・・・網目状金属メッシュ
４ｂ・・・・・・・・細線状金属メッシュ
４ｂ１・・・・・・・金属細線
５・・・・・・・・・同軸コネクタ
５ａ・・・・・・・・本体部
５ｂ・・・・・・・・ケーブル接続部
５ｃ・・・・・・・・冷却ガス供給口
６・・・・・・・・・同軸ケーブル
７・・・・・・・・・マイクロ波発振器
８・・・・・・・・・空間
９、１１・・・・・・金属リング
１０・・・・・・・・冷却ガス供給管
１３・・・・・・・・水銀リザーバ
１４・・・・・・・・石英管
１４ａ・・・・・・・小径部
１５・・・・・・・・石英管
１６・・・・・・・・容器
１６ａ・・・・・・・入水口
１６ｂ・・・・・・・排水口
１７・・・・・・・・整合素子
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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