特開 2024-89043 エキシマランプ及びその製造方法、並びに紫外線照射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024089043

(43)【公開日】2024-07-03

(54)【発明の名称】エキシマランプ及びその製造方法、並びに紫外線照射装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 61/35 20060101AFI20240626BHJP

   H01J 65/00 20060101ALI20240626BHJP

   H01J 61/30 20060101ALI20240626BHJP

   H01J 9/24 20060101ALI20240626BHJP

   H01J 61/12 20060101ALI20240626BHJP

【ＦＩ】

H01J61/35 F

H01J65/00 B

H01J61/30 N

H01J9/24 C

H01J61/12 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022204148

(22)【出願日】2022-12-21

(71)【出願人】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100179833

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 将尚

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 一樹

(72)【発明者】

【氏名】十川 博行

(72)【発明者】

【氏名】吉池 勝大

(72)【発明者】

【氏名】阿部 友則

【テーマコード（参考）】

5C043

【Ｆターム（参考）】

5C043AA07

5C043BB01

5C043CC16

5C043DD36

5C043EA16

5C043EB11

5C043EB15

5C043EC02

(57)【要約】

【課題】安価で且つランプ寿命を延ばすことを可能としたホウ珪酸ガラスを用いたエキシマランプ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】放電ガスＧが封入された放電管２を備え、放電管２は、ホウ珪酸ガラスからなり、放電ガスＧは、ＫｒＣｌからなり、放電管２の内面に塩素を含む塩素含有層４が設けられている。塩素含有層４は、ホウ珪酸ガラスと塩素とを反応させた層からなる。塩素含有層４を形成する際は、濃度が３５～３７質量％の塩酸溶液を用いて、この塩酸溶液中にホウ珪酸ガラスの放電管２を浸漬し、ホウ珪酸ガラスと塩素溶液中の塩素とを反応させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

放電ガスが封入された放電管を備え、
前記放電管は、ホウ珪酸ガラスからなり、
前記放電ガスは、ＫｒＣｌからなり、
前記放電管の内面に塩素を含む塩素含有層が設けられていることを特徴とするエキシマランプ。

【請求項2】

前記塩素含有層は、前記ホウ珪酸ガラスと前記塩素とを反応させて塩素により終端した層からなることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。

【請求項3】

前記塩素含有層の厚みは、１００～５００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。

【請求項4】

請求項１～３の何れか一項に記載のエキシマランプを備えることを特徴とする紫外線照射装置。

【請求項5】

放電ガスが封入された放電管を備えたエキシマランプの製造方法であって、
前記放電管として、ホウ珪酸ガラスを用い、
前記放電ガスとして、ＫｒＣｌを用い、
前記放電管の内面に塩素を含む塩素含有層を形成することを特徴とするエキシマランプの製造方法。

【請求項6】

前記塩素含有層を形成する際に、前記ホウ珪酸ガラスと前記塩素とを反応させることを特徴とする請求項５に記載のエキシマランプの製造方法。

【請求項7】

前記塩素含有層を形成する際に、塩酸溶液を用いることを特徴とする請求項６に記載のエキシマランプの製造方法。

【請求項8】

前記塩酸溶液の濃度を３５～３７質量％とすることを特徴とする請求項７に記載のエキシマランプの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エキシマランプ及びその製造方法、並びに紫外線照射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＣＯＶＩＤ－１９を始めとした感染症が世界中で流行しており、感染症の対策が非常に重要になる。その中でも除菌やウイルスの不活性化の需要が高まっており、特に紫外線による除菌やウイルスの不活性化が注目されている。

【0003】

例えば、放電ガスにＫｒＣｌを用いたエキシマランプは、ピーク波長が２２２ｎｍの紫外線（ＵＶＣ）を励起させるため、２５４～２９０ｎｍの他のＵＶＣによりも人体に対する許容可能暴露量が多く、人体が介在する環境での除菌やウイルスの不活性化などに用いられている。

【0004】

一方、紫外線照射装置の光源として使用されているエキシマランプには、寿命があり、一定サイクルでランプ交換が必要になる。このため、信頼性とランニングコストとの観点から、ランプ寿命を延ばす必要がある（例えば、下記特許文献１，２を参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３１１６６３４号公報

【特許文献2】特開２０１１－２１６４１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述したエキシマランプでは、放電ガス中の塩素が放電管のガラスと反応して、紫外線の照度が減少することがわかっている。

【0007】

具体的に、ホウ珪酸ガラスからなる放電管は、石英ガラスからなる放電管に比べて、放電ガス中の塩素がホウ珪酸ガラスに含まれるホウ素やナトリウムと反応して、紫外線の照度が減少し易い。また、石英ガラスは、ホウ珪酸ガラスよりも高価なため、製造コストが高くなる。

【0008】

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、安価で且つランプ寿命を延ばすことを可能としたホウ珪酸ガラスを用いたエキシマランプ及びその製造方法、並びに、そのようなエキシマランプを用いた紫外線照射装置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】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 放電ガスが封入された放電管を備え、
前記放電管は、ホウ珪酸ガラスからなり、
前記放電ガスは、ＫｒＣｌからなり、
前記放電管の内面に塩素を含む塩素含有層が設けられていることを特徴とするエキシマランプ。
〔２〕 前記塩素含有層は、前記ホウ珪酸ガラスと前記塩素とを反応させて塩素により終端した層からなることを特徴とする前記〔１〕に記載のエキシマランプ。
〔３〕 前記塩素含有層の厚みは、１００～５００ｎｍであることを特徴とする前記〔１〕に記載のエキシマランプ。
〔４〕 前記〔１〕～〔３〕の何れか一項に記載のエキシマランプを備えることを特徴とする紫外線照射装置。
〔５〕 放電ガスが封入された放電管を備えたエキシマランプの製造方法であって、
前記放電管として、ホウ珪酸ガラスを用い、
前記放電ガスとして、ＫｒＣｌを用い、
前記放電管の内面に塩素を含む塩素含有層を形成することを特徴とするエキシマランプの製造方法。
〔６〕 前記塩素含有層を形成する際に、前記ホウ珪酸ガラスと前記塩素とを反応させることを特徴とする前記〔５〕に記載のエキシマランプの製造方法。
〔７〕 前記塩素含有層を形成する際に、塩酸溶液を用いることを特徴とする前記〔６〕に記載のエキシマランプの製造方法。
〔８〕 前記塩酸溶液の濃度を３５～３７質量％とすることを特徴とする前記〔７〕に記載のエキシマランプの製造方法。

【発明の効果】

【0010】

以上のように、本発明によれば、安価で且つランプ寿命を延ばすことを可能としたホウ珪酸ガラスを用いたエキシマランプ及びその製造方法、並びに、そのようなエキシマランプを用いた紫外線照射装置を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係るエキシマランプを備えた紫外線照射装置の構成を示す平面図である。

【図2】図１中に示す線分Ａ－Ａによる紫外線照射装置の断面図である。

【図3】放電管の構成を示す水平断面図である。

【図4】放電管の構成を示す鉛直断面図である。

【図5】実施例１及び比較例１のＸＰＳ分析による深さ方向に対する塩素濃度を示すグラフである。

【図6】実施例１のＣｌ２ｐのピークを示すグラフである。

【図7】実施例１及び比較例１のエキシマランプの点灯時間に対する照度維持率の変化を測定したグラフである。

【図8】比較例１のエキシマランプについて、発光初期と１０００時間後の紫外線の発光スペクトルを測定したグラフである。

【図9】実施例１のエキシマランプについて、発光初期と１０００時間後の紫外線の発光スペクトルを測定したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面においては、各構成要素を模式的に示すことがあり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

【0013】

本発明の一実施形態として、例えば図１～図４に示すエキシマランプ１を備えた紫外線照射装置１００について説明する。

【0014】

なお、図１は、エキシマランプ１を備えた紫外線照射装置１００の構成を示す平面図である。図２は、図１中に示す線分Ａ－Ａによる紫外線照射装置１００の断面図である。図３は、放電管２の構成を示す水平断面図である。図４は、放電管２の構成を示す鉛直断面図である。

【0015】

本実施形態の紫外線照射装置１００は、図１及び図２に示すように、本実施形態のエキシマランプ１と、エキシマランプ１を内側に収容する筐体１０１と、筐体１０１の開口部１０１ａを閉塞するガラス基板１０２と、筐体１０１の内側からエキシマランプ１を吊り下げた状態で支持する複数（本実施形態では４つ）の支持部材１０３と、エキシマランプ１の通電を制御する通電制御部１０４とを備えている。

【0016】

本実施形態のエキシマランプ１は、図１～図４に示すように、放電ガスＧが封入された放電管２と、放電管２を外側から挟み込む一対の電極３とを備えている。

【0017】

放電管２は、例えば放電ガスＧとしてＫｒＣｌを封入したホウ珪酸ガラス製の円筒管からなる。ＫｒＣｌは、電圧を印加して放電により励起され、基底状態に戻るときにピーク波長が２２２ｎｍの紫外線を発光する。

【0018】

放電管２の内面には、塩素を含む塩素含有層４が設けられている。塩素含有層４は、上述した放電管２を形成するホウ珪酸ガラスと塩素とを反応させた層からなる。塩素含有層４は、上述した放電ガスＧ中の塩素が放電管２のホウ珪酸ガラスに含まれるホウ素やナトリウムと反応するのを抑制する。

【0019】

塩素含有層４を形成する際は、濃度が３５～３７質量％の塩酸（ＨＣｌ）溶液を用いて、この塩酸溶液中にホウ珪酸ガラスの放電管２を浸漬し、ホウ珪酸ガラスと塩酸溶液中の塩素とを反応させる。

【0020】

これにより、ホウ珪酸ガラス中のホウ素やナトリウムが塩酸溶液中の塩素と反応する、又は、ガラス表面の未結合手が塩素により終端されることで、放電管２の内面に塩素含有層４を形成することが可能である。

【0021】

また、塩素含有層４の厚みは、１００～５００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは、３００～５００ｎｍである。

【0022】

塩素含有層４の厚みが１００ｎｍ未満であると、上述した放電ガスＧ中の塩素が放電管２のホウ珪酸ガラスと反応する可能性があるため、塩素含有層４の厚みが不十分となる。

【0023】

一方、塩素含有層４の厚みが５００ｎｍ超えると、上述した放電ガスＧ中の塩素が放電管２のホウ珪酸ガラスと反応するのを抑制する効果に変化がなく、それ以上の厚みは不要となる。

【0024】

一対の電極３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの導電金属からなり、互いに対称な形状を有して、放電管２を挟んだ幅方向の両側に互いに対向して配置されている。

【0025】

また、一対の電極３は、放電管２の軸線方向（長さ方向）に延在しながら、互いに対向する側（内側）の面が放電管２の外周面に沿って凹状に湾曲した形状を有している。

【0026】

これにより、一対の電極３は、放電管２の外周面に沿って放電管２を挟み込みながら、放電管２の両端部分を除く中央部分を保持している。

【0027】

筐体１０１は、例えば下面に開口部１０１ａを有して、例えば方形箱状に形成されたアルミニウム等からなる。ガラス基板１０２は、紫外線に対して透過率が高い石英ガラスからなり、開口部１０１ａを閉塞した状態で筐体１０１に取り付けられている。したがって、エキシマランプ１は、筐体１０１及びガラス基板１０２により密閉された空間Ｋに配置されている。

【0028】

なお、本実施形態の紫外線照射装置１００では、持ち運び可能とするため、筐体１０１の上部に取手（図示せず。）が取り付けられた構成としてもよい。

【0029】

複数の支持部材１０３は、例えばセラミック等の絶縁体からなり、互いに同じ長さで棒状に形成されている。複数の支持部材１０３は、一対の電極３の長さ方向の両端にそれぞれ取り付けられている。

【0030】

これにより、エキシマランプ１は、これら複数の支持部材１０３を介して筐体１０１の内側に設けられた天板１０１ｂから吊り下げられた状態で支持されている。また、筐体１０１は、複数の支持部材１０３を介して一対の電極３とは電気的に絶縁されている。

【0031】

通電制御部１０４は、筐体１０１の天板１０１ｂの上に配置された通電回路基板からなり、一対の配線ケーブル１０５を介して一対の電極３と電気的に接続されている。

【0032】

以上のような構成を有する本実施形態のエキシマランプ１を備えた紫外線照射装置１００では、外部電源（図示せず。）から通電制御部１０４に電力が供給される。また、エキシマランプ１の点灯時には、通電制御部１０４を介して一対の電極３の間に高周波高電圧が印加される。

【0033】

これにより、エキシマランプ１は、放電管２内で放電を開始し、放電ガスＧの励起により発生した紫外線を外部へと照射する。

【0034】

紫外線は、ガラス基板１０２を透過して照射対象物に向けて照射される。本実施形態の紫外線照射装置１００は、例えば除菌やウイルスの不活性化などに好適に用いられる。

【0035】

ところで、本実施形態のエキシマランプ１では、放電管２の内面に、上述した塩素含有層４が設けられている。

【0036】

これにより、放電時に放電ガスＧ中の塩素が放電管２のホウ珪酸ガラスと反応するのを抑制し、紫外線の照度を長時間維持することができ、ランプ寿命を延ばすことが可能である。

【0037】

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【0038】

例えば、上記実施形態では、塩素含有層４を形成する際に、上述した塩酸溶液中にホウ珪酸ガラスの放電管２を浸漬する方法を採用しているが、放電管２のホウ珪酸ガラスと塩素とを反応さてホウ珪酸ガラスを塩素で終端させる方法であればよく、それ以外の方法を採用することも可能である。

【実施例0039】

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

【0040】

本実施例では、実施例１として、全長２２０ｍｍ、外径１０ｍｍ、内径８ｍｍ、厚み１ｍｍのホウ珪酸ガラスからなる円筒のガラス管を準備し、濃度が３５～３７質量％の塩酸溶液を用いて、この塩酸溶液中にガラス管を１５分間浸漬した。

【0041】

このガラス管について、内面から深さ方向に対するＸＰＳ分析を実施した。また、比較例１として、未浸漬のガラス管についても同様に、内面から深さ方向に対するＸＰＳ分析を実施した。その結果を図５及び図６に示す。

【0042】

なお、図５は、実施例１及び比較例１のＸＰＳ分析による内面からの深さに対する塩素濃度を示すグラフである。一方、図６は、実施例１のＣｌ２ｐのピークを示すグラフである。

【0043】

図５及び図６に示すように、実施例１では、４５０ｎｍ以上の深さにおいても塩素が検出された。

【0044】

次に、実施例１及び比較例１のガラス管に、ＫｒＣｌの放電ガスＧを封入し、それぞれの放電管を作製した後、エキシマランプとして、１０００時間の連続点灯を行い、その照度維持率を測定した。その測定結果を図７に示す。

【0045】

なお、図７は、実施例１及び比較例１のエキシマランプの点灯時間に対する照度維持率の変化を測定したグラフである。

【0046】

図７に示すように、比較例１のエキシマランプは、１０００時間後の照度維持率が約６０％であったのに対して、実施例１のエキシマランプは、１０００時間後の照度維持率が約８０％であった。

【0047】

これにより、実施例１のエキシマランプは、比較例１のエキシマランプに比べて、照度維持率が約２０％向上したことがわかる。

【0048】

次に、実施例１及び比較例１のエキシマランプについて、発光初期と１０００時間後の紫外線の発光スペクトルをそれぞれ測定した。その結果を図８及び図９に示す。

【0049】

なお、図８は、比較例１のエキシマランプについて、発光初期と１０００時間後の紫外線の発光スペクトルを測定したグラフである。図９は、実施例１のエキシマランプについて、発光初期と１０００時間後の紫外線の発光スペクトルを測定したグラフである。

【0050】

図８及び図９に示すように、実施例１及び比較例１の発光スペクトルは、Ｋｒ２Ｃｌのエキシマ発光に起因する波長３００～４００ｎｍのブロードなスペクトルである。

【0051】

また、図９に示す実施例１の発光スペクトルは、図８に示す比較例１の発光スペクトルに比べて、時間経過に対するＫｒ２Ｃｌの発光強度の増加が少ないことがわかる。

【0052】

したがって、ガラス管の塩酸浸漬により塩素含有層を形成することによって、放電ガスＧ中の塩素濃度の低下が低く抑えられることがわかった。

【0053】

以上のように、本発明によれば、安価で且つランプ寿命を延ばすことを可能としたホウ珪酸ガラスを用いたエキシマランプ及びその製造方法、並びに、そのようなエキシマランプを用いた紫外線照射装置を提供することが可能である。

【符号の説明】

【0054】

１…エキシマランプ ２…放電管 ３…電極 ４…塩素含有層 １００…紫外線照射装置 １０１…筐体 １０２…ガラス基板 １０３…支持部材 １０４…通電制御部 １０５…配線ケーブル Ｇ…放電ガス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】