JP3677525B2

JP3677525B2 - 無電極放電ランプ装置

Info

Publication number: JP3677525B2
Application number: JP23371997A
Authority: JP
Inventors: 一郎横関; 博大西
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: JPH1173927A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直管形の無電極放電ランプを備えた無電極放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来の無電極放電ランプ装置を示す一部切欠正面図である。
【０００３】
図において、１０１は無電極放電ランプ、１０２は誘導コイル、１０３はホルダ、１０４はスペーサ、１０５は第１の接続板、１０６は第２の接続板である。
【０００４】
無電極放電ランプ１０１は、直管形で細長い放電容器１０１ａの内部に希ガスおよび水銀からなる放電媒体が封入され、両端に支持部１０１ｂが形成されている。
【０００５】
誘導コイル１０２は、無電極放電ランプ１０１の長手方向に沿って６個が無電極放電ランプ１０１の周囲に配設されている。誘導コイル１０２の両端から導出された一対のリード線１０２ａ、１０２ｂは、折曲されて無電極放電ランプ１０１の管軸と平行で、しかも順次管軸の回りに位置をずらして無電極放電ランプ１０１の一端部に集中している。
【０００６】
ホルダ１０３は、２つ割り構成で、無電極放電ランプ１０１の両端の支持部１０１ｂに固定されている。
【０００７】
スペーサ１０４は、フッ素樹脂製で、ホルダ１０３に固定されている。そして、ホルダ１０４の周囲にはリード線挿通孔１０４ａが等間隔で形成され、また中心部から無電極放電ランプ１０１の外側へ向けて径大凸部１０４ｂおよび径小凸部１０４ｃが同軸に形成されている。
【０００８】
第１の接続板１０５は、スペーサ１０４の径大凸部１０４ｂに装着さている。そして、第１の接続板１０５の周囲には、リード線接続部１０５ａと切欠部１０５ｂとが交互に形成されている。
【０００９】
第２の接続板１０６は、スペーサ１０４の径小凸部１０４ｃに装着されている。そして、第２の接続板１０６の周囲には第１の接続板１０５の切欠部１０５ｂに対向する接続部１０６ａが形成されている。
【００１０】
そうして、各誘導コイル１０２の一対のリード線１０２ａ、１０２ｂのうち一方１０２ａは、スペーサ１０４のリード線挿通孔１０４ａを通過して、第１の接続板１０５のリード線接続部１０５ａに接続されている。
【００１１】
また、他方のリード線１０２ｂは、第１の接続板１０５の切欠部１０５ｂを通過して、第２の接続板１０６のリード線接続部１０６ａに接続されている。
【００１２】
第１および第２の接続板１０５、１０６を図示しない高周波電源に接続すると、誘導コイル１０２が高周波磁界を発生するので、無電極放電ランプ１０１内の放電媒体が高周波磁界により励起されて無電極放電して、所期の放射が得られる。
【００１３】
上述した構造の無電極放電ランプ装置は、その取扱いを容易にするために、石英ガラスなどからなる外管（図示しない。）内に収納し、外管の両端をキャップ体によってシールする。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のこの種無電極放電ランプ装置においては、各誘導コイル１０２の無電極放電ランプ１０１に対する位置が異なるにもかかわらず、リード線１０２ａ、１０２ｂを無電極放電ランプ１０１の一端部に集中させているので、誘導コイルごとにリード線１０２ａ、１０２ｂの長さが異なる。このため、６種類の誘導コイル１０２を用意する必要があり、部品管理および組立が極めて面倒である。
【００１５】
また、組み立て方が悪かったり、作動中の温度上昇に伴う部品の膨張により、誘導コイル１０２のリード線１０２ａ、１０２ｂが隣接する誘導コイルの異なる電位の他のリード線に接触して短絡しやすいので、組立の作業性が甚だ悪かったり、装置の信頼性に問題があった。
【００１６】
さらに、隣接する誘導コイル１０２間に領域Ａで示すように間隔の大きな部分ができてしまい、この部分の放電空間の輝度が低下する。このため、所望の電力が投入できない。直管形の無電極放電ランプを光化学処理装置の放射源として使用する場合には、放電空間の輝度を均一にして、所要の電力を投入することが重要である。
【００１７】
本発明は、誘導コイルが変形しにくて、しかも部品の製造および組立が容易な無電極放電ランプ装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の無電極放電ランプは、直管形の無電極放電ランプと；無電極放電ランプから離間した位置において互いに絶縁された状態で無電極放電ランプの長手方向に沿って延在する少なくとも一対の導電性部材からなる誘導コイル支持バーと；無電極放電ランプの周囲に巻回されるとともに一端が一方の誘導コイル支持バーに接続され、他端が他方の誘導コイル支持バーに接続されている誘導コイルと；を具備していることを特徴としている。
【００１９】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００２０】
無電極放電ランプについて
直管形の無電極放電ランプは、直管形の放電容器とその内部に封入した放電媒体を含む。放電容器は、溶融石英などで製作した気密容器を排気してなり、放電によって発生した放射を外部に透過する。放電媒体は、得ようとする放射によって異なるが、光化学処理に用いるために紫外線を発生させる場合には、たとえば水銀およびアルゴンのような希ガスを用いることができる。
【００２１】
また、放電容器は、両端を封止した円筒状をなしているか、横断面がドーナッツ状をなしている構造のものを用いることができる。
【００２２】
さらに、無電極放電ランプの管軸方向の長さは、無電極放電の場合、始動性に影響しないので、所望の放射出力量に応じて任意に設定することができる。
【００２３】
さらにまた、無電極放電ランプの作動中の放電媒体たとえば水銀の蒸気圧を清適値に維持するために、放電容器の一端から細管を突出して形成することができる。
【００２４】
誘導コイル支持バーについて
誘導コイル支持バーは、誘導コイルを機械的に支持するとともに、高周波電力を供給する。しかも、無電極放電ランプの長手方向に沿って延在するため、十分な剛性を有していることが要求されると同時に、十分低い電気抵抗を有していなければならない。
【００２５】
そこで、誘導コイル支持バーとして、銅の角棒または平板を用いるとよい。平板を用いる場合には、その平面が放射を遮らないように平面を放射方向と平行に位置させることが望ましい。
【００２６】
また、本発明は、誘導コイル支持バーを無電極放電ランプから離間した位置において互いに絶縁された状態で無電極放電ランプの長手方向に沿って延在させるための手段は問わない。
【００２７】
しかし、誘導コイル支持バーを無電極放電ランプに対して、直接または間接的に固定することにより、無電極放電ランプ装置としての取扱いが容易になるので、好ましい。
【００２８】
誘導コイル支持バーは、少なくとも一対用いるが、必要に応じて複数対を用いてもよい。
【００２９】
誘導コイルについて
誘導コイルは、無放電放電ランプの長さに応じて１個または複数個を用いることができる。
【００３０】
誘導コイルを誘導コイル支持バーに接続する手段は問わないが、たとえばスポット溶接、ねじ止めなどの手段を用いることができる。ねじ止めの場合、誘導コイル支持バーにリード線の先端を挿入するリード線挿通孔を形成するとともに、リード線挿通孔の中間に横方向から押しねじを配設して、リード線挿通孔に挿通したリード線を押しねじで固着するように構成することができる。
【００３１】
誘導コイルを複数用いる場合であっても、全ての誘導コイルに同一構造のものを使用することができる。
【００３２】
作用について
誘導コイル支持バーの一端に高周波電源を接続すると、誘導コイル支持バーを経由して誘導コイルに通電する。誘導コイルに通電すると、誘導コイルは高周波磁界を発生する。この高周波磁界は、無電極放電ランプの管軸方向に分布するので、無電極放電ランプ内の放電媒体が高周波磁界に曝される。これにより放電媒体は励起され、放電媒体内を２次電流が環状に通流して横断面から見てドーナッツ状に放電が生起する。放電により、紫外線または可視光など放電媒体によって決まる放射が行われる。そして、放射は、誘導コイルの間から外部に取り出すことができる。
【００３３】
本発明においては、誘導コイルのリード線を短くすることができるから、機械的強度を大きくすることができるとともに、組立が容易になる。
【００３４】
また、隣接する誘導コイルの間に間隔の大きな部分が形成されないから、輝度の低い部位がなくなり、すなわち輝度が均一になり、これに伴い所望の電力を投入することができる。このことは、放電領域全体の電流密度を原理的な最適値に接近させることができることを意味するので、高い発光効率を実現することができる。
【００３５】
ところで、本発明において誘導コイルを複数用いる場合に、無電極放電ランプのどの位置に配設される誘導コイルであっても同一構造にすることができるのは、無電極放電ランプの長手方向に沿って延在する誘導コイル支持バーに誘導コイルを接続する構成になっているからである。
【００３６】
請求項２の発明の無電極放電ランプ装置は、請求項１記載の無電極放電ランプ装置において、無電極放電ランプは、両端に環状体が一体に形成されるとともに環状体を介して支持されていることを特徴としている。
【００３７】
本発明においては、環状体として放電容器と同一材料たとえば溶融石英を用いて、これを放電容器の両端に溶着することができる。
【００３８】
しかし、セラミックスのような放電容器とは異なる材料からなるものであってもよい。
【００３９】
そうして、環状体を介して無電極放電ランプを支持するので、支持が容易になる。本発明は、支持手段を問わないが、たとえば絶縁材料からなるディスク状の部材を無電極放電ランプの両端の環状体に装着して、ディスク状の部材を介して支持することができる。
【００４０】
また、上記ディスク状の部材に誘導コイル支持バーを支持させることもできる。
【００４１】
請求項３の発明の無電極放電ランプ装置は、請求項１または２記載の無電極放電ランプ装置において、誘導コイル支持バーは、無電極放電ランプの周囲に分散して配設された複数対であり；誘導コイルは、複数あり、複数対の誘導コイル支持バーに分散して接続されている；ことを特徴としている。
【００４２】
誘導コイル支持バーを複数対用いる本発明の構成によれば、無電極放電ランプを複数対の誘導コイル支持バーと複数の誘導コイルとで無電極放電ランプを包囲することになり、上記３者を一体化して、バランスよく機械的強度を向上させやすい。
【００４３】
誘導コイル支持バーは、無電極放電ランプの周囲に分散して配置するのが好ましい。２対の誘導コイル支持バーを用いる場合、誘導コイルのリード線を交互に異なる誘導コイル支持バーの対に接続することにより、機械的強度がバランスよく得られる。３対以上のの誘導コイル支持バーを用いる場合にも、誘導コイルを分散して接続することができる。
【００４４】
請求項４の発明の無電極放電ランプは、請求項１ないし３のいずれか一記載の無電極放電ランプ装置において、無電極放電ランプの両端に装着された一対の絶縁性部材を具備し；誘導コイル支持バーは、その両端が一対の絶縁性部材に固定されている；ことを特徴としている。
【００４５】
本発明によれば、無電極放電ランプと誘導コイルとを無電極放電ランプの両端に装着した一対の絶縁性部材を介して一体化することができ、無電極放電ランプ装置の取扱いが容易になる。
【００４６】
また、誘導コイルの無電極放電ランプに対して位置ずれしないようになる。
【００４７】
請求項５の発明の無電極放電ランプ装置は、請求項４記載の無電極放電ランプ装置において、無電極放電ランプ、誘導コイル支持バー、誘導コイルおよび絶縁性部材を収納する放射透過性の外管と；外管の両端にシールして装着された一対のキャップ体と；を具備していることを特徴としている。
【００４８】
外管は、無電極放電ランプからの放射を透過するとともに、適度の機械的強度を備えていれば、どのような材質であってもよい。しかし、無電極放電ランプが紫外線を放射する場合には、紫外線透過性の石英ガラスを用いるのが機械的強度の点においても好適である。
【００４９】
キャップ体は、遮光性のものでよく、機械加工の容易さおよび強度の点から金属板を深絞り加工したものを用いることができる。
【００５０】
キャップ体と外管との間のシールは、パッキングを用いて行うことができる。
【００５１】
そうして、本発明によれば、外管およびキャップ体によって内部に収納された無電極放電ランプ、誘導コイルおよび誘導コイル支持バーは外部に対してシールされているから、無電極放電ランプ装置の全体を被処理液中に浸漬して使用することができる。
【００５２】
よって、本発明は光化学処理用として好適である。
【００５３】
請求項６の発明の無電極放電ランプは、請求項５記載の無電極放電ランプ装置において、一方のキャップ体に配設された流体導入孔と；他方のキャップ体に配設された流体導出孔と；を具備し、外管内を流体が通流できることを特徴としている。
【００５４】
流体としては一般的には気体が用いられるが、絶縁性であれば、液体であってもよい。
【００５５】
無電極放電ランプが紫外線を放射する構成である場合に、流体として酸素または空気を外管内に流通させると、発生した紫外線により酸素からオゾンを生成することができ、紫外線殺菌にオゾン殺菌作用を加えることにより、殺菌能率を著しく向上させることができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００５７】
図１は、本発明の無電極放電ランプ装置の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【００５８】
図２は、同じく側面図である。
【００５９】
図３は、同じくキャップ体を取り外した状態の側面図である。
【００６０】
図において、１は無電極放電ランプ、２_A1、２_B1、２_A2、２_B2は２対の誘導コイル支持バー、３は誘導コイル、４は絶縁性部材、Ａ、Ｂは端子、５は外管、６はキャップ体である。
【００６１】
無電極放電ランプ１は、放電容器１ａ、環状体１ｂおよび放電媒体からなる。
【００６２】
放電容器１ａは、溶融石英ガラス製の円筒の両端を封止してなり、一端部から細管１ａ１を突出させている。この細管１ａ１は、無電極放電ランプの作動中最冷部を形成して水銀蒸気圧を最適値に維持するように作用する。
【００６３】
環状体１ｂは、石英ガラス製の環を放電容器１ａの両端に溶着したものである。
【００６４】
放電媒体は、水銀および適当圧力のアルゴンからなる。
【００６５】
２対の誘導コイル支持バー２_A1、２_B1、２_A2、２_B2は、無無電極放電ランプ１を挟んで対向している２_A1、２_B1が第１の対を構成し、２_A2、２_B2が第２の対を構成している。
【００６６】
誘導コイル３は、それぞれ約４．５ターンのものが６個無電極放電ランプ１の長手方向に沿って等間隔に配設されている。各誘導コイル３は、同一構造に形成されている。
【００６７】
図４は、図１におけるIV−IV'線に沿う断面から矢印方向に見た誘導コイルと誘導コイル支持バーとの接続を説明する略図である。
【００６８】
誘導コイル３は図１において右から１番目のものであるが、第１の対をなす誘導コイル支持バー２_A1、２_B1に接続されている。
【００６９】
図５は、図１におけるV−V'線に沿う断面から矢印方向に見た誘導コイルと誘導コイル支持バーとの接続を説明する略図である。
【００７０】
誘導コイル３は図１において右から２番目のものであるが、第２の対をなす誘導コイル支持バー２_A2、２_B2に接続されている。
【００７１】
上記以外の誘導コイルも同様に誘導コイル支持バーの第１の対２_A1、２_B1および第２の対２_A2、２_B2に交互に接続している。
【００７２】
各誘導コイルは同一極性に励磁されるので、その２_A1と２_A2、２_B1と２_B2がそれぞれ同一極性である。
【００７３】
絶縁性部材４は、フッ素樹脂製で中心に環状体１ｂを抱持する孔４ａを形成し、周縁に４個の切欠４ｂを備えて＋形をなすとともに、図３において横に２つ割りにした構造をなしていて、ねじ４ｃ、４ｃによって結合すると同時に環状体１ｂを締め付けることにより、環状体１ｂに装着される。そして、絶縁性部材４の外接円は後述する外管５の内径より若干小さくなっている。
【００７４】
端子Ａ、Ｂは、絶縁性部材４の外面に固定されている。高周波電源（図示しない。）の一方の極を端子Ａに接続し、他方の極を端子Ｂに接続する。前記誘導コイル支持バー２_A1と２_A2は端子Ａに接続され、２_B1と２_B2は端子Ｂに接続される。
そして、誘導コイル支持バーはそれぞれ端子ＡまたはＢに接続するため、絶縁性部材４の周縁に形成された切欠部４ｂを通過して端子側へ折曲されている。
【００７５】
そうして、無電極放電ランプ１、誘導コイル支持バー２_A1、２_B1、２_A2、２_B2および誘導コイル３は一体化されている。
【００７６】
外管５は、円筒状の石英ガラス製で両端が開放されるとともに、両端近傍の外周に凸条５ａが形成されている。
【００７７】
キャップ体６は、皿状のキャップ本体６ａ、リング体６ｂからなり、その一対が外管５の両端に装着される。る。
【００７８】
キャップ本体６ａは、ステンレススチール製で、閉止可能な流体通流孔６ａ１を備えている。流体通流孔６ａ１は、一方が流体流入孔となり、他方が流体流出孔となる。
【００７９】
リング体６ｂは、一端が外管５の凸条５ａの係止され、他端が複数のボルト６ｃによってキャップ本体６ａの開口端に固着されている。その際に、外管５の端面とキャップ体との間にパッキング７が介挿され外管５内を外部に対してシールする。
【００８０】
前記の一体化された無電極放電ランプ１、誘導コイル支持バー２_A1、２_B1、２_A2、２_B2および誘導コイル３は、外管５内に収納されている。
【００８１】
なお、図示していないが、一方のキャップ体６には、高周波電源の導入部がシール手段を介して形成されている。
【００８２】
そうして、無電極放電ランプ１から放射された紫外線は、誘導コイル３および誘導コイル支持バー２_A1、２_B1、２_A2、２_B2の間から外管５を透過して外部に導出される。
【００８３】
キャップ体６に配設した流体通流孔６ａ１を介して外管５内に酸素または空気を通流させると、オゾンを発生させることができる。発生したオゾンを紫外線とともに、殺菌などに作用させることができる。また、オゾンを別に取り出して紫外線とは異なる用途に利用してもよい。外管５内を流体を通流させることにより、無電極放電ランプを冷却することもできる。
【００８４】
図６は、本発明の無電極放電ランプ装置の第２の実施形態を示す一部断面正面図である。
【００８５】
図７は、同じく側面図である。
【００８６】
図８は、同じくキャップ体を取り外した状態の側面図である。
【００８７】
図において、図１ないし図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００８８】
本実施形態は、１対の誘導コイル支持バー２_A、２_Bを用いている点で異なる。
【００８９】
すなわち、１対の誘導コイル支持バー２_A、２_Bは、図６の下部において比較的接近して配設されており、全ての誘導コイル３は誘導コイル支持バー２_A、２_Bに接続されている。
【００９０】
誘導コイル支持バー２_A、２_Bは、絶縁性部材４’の周縁の片側に固定されている端子Ａ、Ｂに接続されている。これにより無電極放電ランプ１、誘導コイル３および誘導コイル支持バー２_A、２_Bは一体化されるが、絶縁性部材４’の他側が動きやすいので、位置決め棒８を固定してキャップ体６’の内面に当接させている。
【００９１】
キャップ体６’の周囲に４個の開口６ａ２を形成しているが、これらは必要に応じて閉止することができるように構成される。なお、開口６ａ２は流体通流および電源導入用として用いることができる。
【００９２】
【発明の効果】
請求項１ないし６の各発明によれば、直管形の無電極放電ランプの長手方向に沿って対をなす誘導コイル支持バーを延在させ、誘導コイルを誘導コイル支持バーに接続したことにより、誘導コイルが変形しにくいから、装置の信頼性が向上し、誘導コイルの製造および組立が容易であるとともに、誘導コイルを複数用いる場合には誘導コイル間の間隔をなるべく狭くして均一な輝度を得る無電極放電ランプ装置を提供することができる。
【００９３】
請求項２の発明によれば、加えて無電極放電ランプの両端に環状体を一体に形成して、この環状体を介して無電極放電ランプを支持したことにより、無電極放電ランプの支持が容易な無電極放電ランプ装置を提供することができる。
【００９４】
請求項３の発明によれば、加えて誘導コイル支持バーを複数対用いたことにより、無電極放電ランプ、誘導コイルおよび誘導コイル支持バーを機械的に一体化して取扱いを容易にした無電極放電ランプ装置を提供することができる。
【００９５】
請求項４の発明によれば、加えて無電極放電ランプの両端に装着された絶縁性部材に誘導コイル支持バーを固定したことにより、誘導コイル支持バーの固定が簡単に、しかも確実に固定できる無電極放電ランプ装置を提供することができる。
【００９６】
請求項５の発明によれば、加えて無電極放電ランプ、誘導コイル、誘導コイル支持バーおよび絶縁性部材を外管内に収納したことにより、たとえば被処理液中に浸漬しての使用が可能な無電極放電ランプ装置を提供することができる。
請求項６の発明によれば、加えて外管の両端に装着されたキャップ体に流体導入孔および流体導出孔を配設したことにより、必要に応じてオゾンをも発生させる無電極放電ランプ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無電極放電ランプ装置の第１の実施形態を示す縦断面図
【図２】同じく側面図
【図３】同じくキャップ体を取り外した状態の側面図
【図４】図１におけるIV−IV'線に沿う断面から矢印方向に見た誘導コイルと誘導コイル支持バーとの接続を説明する略図
【図５】図１におけるV−V'線に沿う断面から矢印方向に見た誘導コイルと誘導コイル支持バーとの接続を説明する略図
【図６】本発明の無電極放電ランプ装置の第２の実施形態を示す一部断面正面図
【図７】同じく側面図
【図８】同じくキャップ体を取り外した状態の側面図
【図９】従来の無電極放電ランプ装置を示す一部切欠正面図
【符号の説明】
１…無電極放電ランプ
１ａ…放電容器
１ａ１…細管
１ｂ…環状体
２_A2…誘導コイル支持バー
２_B2…誘導コイル支持バー
３…誘導コイル
４…絶縁性部材
４ａ…孔
４ｂ…切欠
５…外管
５ａ…凸条
６…キャップ体
６ａ…キャップ本体
６ａ１…流体通流孔
６ｂ…リング体
６ｃ…ボルト
７…パッキング
Ａ…端子
Ｂ…端子

Claims

直管形の無電極放電ランプと；
無電極放電ランプから離間した位置において互いに絶縁された状態で無電極放電ランプの長手方向に沿って延在する少なくとも一対の導電性部材からなる誘導コイル支持バーと；
無電極放電ランプの周囲に巻回されるとともに一端が一方の誘導コイル支持バーに接続され、他端が他方の誘導コイル支持バーに接続されている誘導コイルと；
を具備していることを特徴とする無電極放電ランプ装置。
無電極放電ランプは、両端に環状体が一体に形成されるとともに環状体を介して支持されていることを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ装置。
誘導コイル支持バーは、無電極放電ランプの周囲に分散して配設された複数対であり；
誘導コイルは、複数あり、複数対の誘導コイル支持バーに分散して接続されている；
ことを特徴とする請求項１または２記載の無電極放電ランプ装置。
無電極放電ランプの両端に装着された一対の絶縁性部材を具備し；
誘導コイル支持バーは、その両端が一対の絶縁性部材に固定されている；
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の無電極放電ランプ装置。
無電極放電ランプ、誘導コイル支持バー、誘導コイルおよび絶縁性部材を収納する放射透過性の外管と；
外管の両端にシールして装着された一対のキャップ体と；
を具備していることを特徴とする請求項４記載の無電極放電ランプ装置。
一方のキャップ体に配設された流体導入孔と；
他方のキャップ体に配設された流体導出孔と；
を具備し、外管内を流体が通流できることを特徴とする請求項５記載の無電極放電ランプ装置。