CN105593969A - 准分子灯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供准分子灯，该准分子灯防止由于内侧电极与内管之间的热膨胀系数之差而引起内管破损。准分子灯(10)具备：由电介质构成的发光管(20)，其具有底筒状的内管(50)、以及与该内管(50)之间形成密闭的放电空间(60)的外管(40)，且在上述放电空间(60)内封入有放电气体；外侧电极(30)，其被配置于所述发光管(20)的外管(40)的外周面侧；以及内侧电极(31)，其被插入配置于所述内管(50)内，在该准分子灯(10)中，在所述内管(50)的内周面与内侧电极(31)的外周面之间形成有以下截面积的缓冲空间(70)：该截面积使得在所述内侧电极(31)由于电介质势垒放电而热膨胀时抑制该内侧电极(31)向内管(50)施加应力，且考虑所述放电空间(60)的大小和放电电压的大小来确保该放电空间(60)中的电介质势垒放电。

Description

准分子灯及其制造方法

技术领域

本发明涉及通过电介质势垒放电或电容耦合型高频放电进行放电发光的准分子灯及其制造方法。

背景技术

在准分子灯中，由石英、陶瓷等使准分子光透过的电介质形成具有密闭的放电空间的发光管，并在该放电空间内封入有氙气等稀有气体或将稀有气体和卤素气体混合而得到的混合气体作为放电气体。若在被配置于放电空间的内外的内部电极与外部电极之间施加几kV的高电压，则在放电空间中产生电介质势垒放电或电容耦合型高频放电(以下称为电介质势垒放电)，且向发光管外部放射准分子光(例如参照专利文献1)。

大型的准分子灯在发光管、电极的形状和构造上具有较大的自由度。另一方面，在本申请人正在开发的小型的准分子灯中，发光管的直径为8～20(mm)左右，且由有底筒状的内管以及与该内管之间形成密闭的放电空间的外管构成发光管，并在放电空间内封入有放电气体。而且，通过在被配置于发光管的外管的外周面侧的外侧电极与被插入配置于内管内的内侧电极之间施加高电压(以下称为施加电压)，在放电空间中产生电介质势垒放电。这样的构造的准分子灯具有如下优点：因为由外管以及有底筒状的内管构成发光管，所以发光管的制造变得容易，并且，因为内侧电极为被插入于内管内的棒状(柱状)，所以电极的制作以及电极与灯之间的固定变得容易。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-275242号公报

专利文献2：日本特开2013-69533号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，在准分子灯中，当在电极之间施加了施加电压而在放电空间中产生电介质势垒放电(准分子灯点亮)时，电极被加热(或过热)。特别是，在如上所述的内侧电极为棒状(例如圆柱状)的情况下，由于被加热的内侧电极的热膨胀而向内管施加径向的应力，内管有可能因该应力的影响而发生形变并破损。本申请人申请的专利文献2提出了为了在内侧电极与内管之间产生电晕放电而在该内侧电极与内管之间确保空间的方案，却完全没有意识到两者的接触所造成的问题。

本发明基于与以上的准分子灯、特别是小型的准分子灯相关的问题意识，目的在于获得一种小型准分子灯及其制造方法，该小型准分子灯不会由于内侧电极与内管之间的热膨胀系数之差而引起内管破损，并且能够高效地放射紫外线。

用于解决问题的手段

本发明为一种准分子灯，该准分子灯具备：由电介质构成的发光管，其具有有底筒状的内管、以及与该内管之间形成密闭的放电空间的外管，且在上述放电空间内封入有放电气体；外侧电极，其被配置于所述发光管的外管的外周面侧；以及内侧电极，其被插入配置于所述内管内，通过在所述外侧电极与内侧电极之间施加放电电压，在所述放电空间中产生电介质势垒放电或电容耦合型高频放电，该准分子灯的特征在于，在所述内管的内周面与内侧电极的外周面之间形成有以下截面积的缓冲空间：该截面积使得在所述内侧电极由于所述电介质势垒放电或电容耦合型高频放电而热膨胀时，抑制该内侧电极向内管施加应力，且考虑所述放电空间的大小和所述放电电压的大小来确保该放电空间中的电介质势垒放电或电容耦合型高频放电。

本发明的准分子灯在优选的一个实施方式中，所述内管的和底部相反侧的端部、与被插入于该内管的所述内侧电极之间的间隙被保持部密封，且在所述内管的底部内表面与所述内侧电极的前端部之间形成有与所述缓冲空间连通的轴端空间。

优选为，所述缓冲空间的与发光管轴线垂直的方向的截面积处于下述式的范围内，

0.05×G≤H≤0.1932×V×J

其中，H表示缓冲空间的截面积(mm²)，G表示内侧电极的截面积(mm²)，V表示施加电压(kV)，J表示放电空间的截面积(mm²)。

能够使所述内管的底部与外管彼此接触。

具体而言，本发明的准分子灯优选适用于所述外管的外径为8mm～20mm且所述外侧电极与内侧电极之间的施加电压为2kV～8kV的准分子灯中。

本发明在准分子灯的制造方法的方式中，特征在于，包括以下步骤：准备至少一端部敞开的由电介质构成的筒状的外管坯件；准备由电介质构成的有底筒状的内管坯件；将所述内管坯件以其底部为前方而从所述外管坯件的所述一端敞开部插入；在所述外管坯件与内管坯件之间形成放电空间，在该放电空间内封入放电气体且密闭该放电空间；以及在所述内管坯件内插入配置内侧电极，且在所述外管坯件的外周面配置外侧电极，其中所述内侧电极的外径使得在该内侧电极与该内管坯件的内周面之间形成缓冲空间。

在制造方法的优选的一个方式中，还包括以下步骤：将所述内管坯件的和底部相反侧的端部与内侧电极之间的间隙密封。

发明效果

根据本发明，在小型准分子灯中，不会由于内侧电极的热膨胀而引起发光管破损，并且能够保证放电空间中的电介质势垒放电的产生来高效地放射紫外线。

附图说明

图1是示出本发明的准分子灯的第1实施方式的、经过准分子灯的轴线的剖视图。

图2是沿图1的II-II线的剖视图。

图3是图1的III部放大剖视图。

图4是示出本发明的准分子灯的第2实施方式的、与图1对应的剖视图。

图5是沿图4的V-V线的剖视图。

图6的(A)至(D)是示出本发明的准分子灯的制造方法的一个实施方式的剖视图。

图7是示出本发明的准分子灯的缓冲空间的截面积、放电空间的截面积、施加电压以及紫外线放射量之间的关系的实验结果的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。专利文献2所记载的准分子灯是在内侧电极的周围导入大气、而在该内侧电极与发光管之间产生电晕放电的臭氧生成用的灯，但本实施方式不生成臭氧，抑制了仅有效利用由电介质势垒放电而产生的紫外线的紫外线放射用灯的破损。

图1至图3示出本发明的小型准分子灯10的第1实施方式。

小型准分子灯10是具备由石英玻璃、陶瓷等透光性的电介质构成的发光管20、外侧电极30以及柱状的内侧电极31的放电灯，其被设置于进行紫外线照射等的装置。本实施方式的发光管20(外管40)的直径为8～20(mm)。

发光管20在外管40与被配置于外管40内的内管50之间具有密闭空间(以下称为放电空间)60。在本实施方式中，外管40及内管50均呈一端(图1的右端)被封闭的具有底部42和底部52的有底筒状管形状(截面为大约U字形状)，该底部42与底部52接触。外管40的另一端部41与内管50的外周部一体地连接(熔融粘接)，在外管40与外管50之间构成截面为油炸圈饼(doughnut)状的放电空间60。在该放电空间60中，封入有Xe等稀有气体或稀有气体和卤素气体的混合气体作为放电气体。此外，内管50的底部52和外管40的底部42也可以不接触。

在图示的例子中，外管40以及内管50如图2那样截面呈同心圆形状，但只要是能够在两者之间形成密闭的放电空间60的形状，也可以是椭圆形状等非圆形的截面。

外侧电极30是沿外管40的外周面而进行配置的，其例如呈带状、膜状或线状等，以使从放电空间放出的准分子光透过或反射到外部。该外侧电极30与外管40的外周面既可以紧贴，也可以具有一定的距离。另外，外侧电极30被设置于外管40的外周面的至少一部分即可。

内侧电极31例如呈直径为0.7～4.0(mm)的范围的圆柱状。另一方面，由图3可知，在内管50的底部52的内侧，内侧电极31被同轴状地配置于内管50内。在图示的实施方式中，在内管50形成有朝向前端逐渐缩径的锥面50T，圆柱状的内侧电极31的前端外周缘31R与该锥面50T抵接，从而内侧电极31被同轴状地配置于内管50内。内管50的与底部52相反侧的端部和内侧电极31借助被插入于两者之间的环状的空间内的保持部80而作为一体来被保持，在内侧电极31的外周面32与内管50的内周面51之间形成有与内管50同心状的缓冲空间70。另外，在内侧电极31的前端部与内管50的底部52之间形成有与该缓冲空间70连通的轴端空间71。保持部80可由粘接剂、收缩管构成。此外，也可以配置成，不依赖于内侧电极31的前端外周缘31R与锥面50T之间的抵接关系，而借助保持部80将内侧电极31和内管50配置成同轴。

外侧电极30及内侧电极31连接于交流电源部81。当通过交流电源部81在外侧电极30与内侧电极31之间施加了几kV的高频高电压作为施加电压时，在均为电介质的外管40与内管50之间产生电介质势垒放电。在放电空间60中封入有稀有气体或稀有气体和卤素的混合气体作为放电气体，因此，通过电介质势垒放电，在放电空间60内产生紫外光、即与稀有气体及卤素相应的波长的光。其结果为，从发光管20放射紫外光。此外，本实施方式不需要臭氧的生成、以及与此相伴的臭氧的放出。因此，例如能够通过由保持部80密闭缓冲空间70，防止在缓冲空间70中产生的臭氧的放出。另外，例如封入惰性气体等，以使在密闭的缓冲空间70内不存在氧气，来防止臭氧的发生。

关于缓冲空间70的大小(截面积)，如下那样确定。

首先，在该缓冲空间70的大小为零(即，内侧电极31与内管50的内周面51紧贴)时，内管50(即发光管20)有可能破损。在准分子灯点亮时，存在内侧电极31的温度上升至几百度的情况，在内侧电极31的外径与内管50的内径大致相同而内侧电极31的外周面32与内管50的内周面51紧贴时，由于内侧电极31的热膨胀而向内管50施加径向的应力。可推测为，该应力集中到例如内管50的底部52，其结果成为准分子灯破损的主要原因之一。例如，当内侧电极31由柱状的金属构成且发光管20由石英玻璃构成时，在两者的线膨胀系数中，内侧电极31的线膨胀系数较大。

在本实施方式中，将缓冲空间70的最小截面积(缓冲空间截面积下限值：Hmin)确定为，不会使由于内侧电极31的热膨胀而引起的这样的应力集中发生在内管50中。本发明者们根据经验发现了如下情况：在施加电压为2～8(kV)的范围内，根据灯径向截面中的缓冲空间70的截面积H与内侧电极31的截面积G之间的关系，能够确定不会使内管50的破损发生的缓冲空间的截面积的下限。具体而言，获知了如下情况：在施加电压为2～8(kV)的情况下，通过以下的式(1)可求出缓冲空间截面积下限值(Hmin)。

(1)Hmin＝0.05×G

其中，Hmin表示缓冲空间截面积的下限值(mm²)，G表示内侧电极的截面积(mm²)。

另一方面，按照内侧电极31的截面积、放电空间60的截面积以及在外侧电极30与内侧电极31之间施加的施加电压，将缓冲空间70的最大截面积(缓冲空间截面积上限值；Hmax)设为确保放电空间60中的电介质势垒放电的产生的截面积。换言之，该最大截面积是抑制由于存在缓冲空间70而导致的放电空间60中的电介质势垒放电的减少(与其相伴的紫外线放射量的减少)的截面积。准分子灯在其发光原理上，当内侧电极31的外周面32未与内管50的内周面51接触时，径向静电电容变小而电场也变弱。若电场变弱，则电介质势垒放电减少而紫外线的放射量也减少。另外，在施加了施加电压时，在内侧电极31与内管50之间产生明显的不均匀电场而也有时在缓冲空间70中产生流光电晕放电。若产生流光电晕放电，则放电空间60中的电介质势垒放电受到阻碍而导致紫外线的放射量减少。

本发明人们根据经验发现了如下情况：紫外线的放射量的减少量根据产生电介质势垒放电的放电空间的大小、阻碍电介质势垒放电的主要原因的缓冲空间的大小以及施加电压的大小而发生变化，并且，在施加电压V为2～8(kV)时，通过以下的式(2)可求出未明显地减少放电空间60中的电介质势垒放电的缓冲空间70的截面积的最大值(缓冲空间截面积上限值Hmax)。

(2)Hmax＝0.1932×V×J

其中，Hmax表示缓冲空间截面积上限值(mm²)，J表示放电空间的截面积(mm²)，V表示施加电压(kV)。

再有，在图1至图3的实施方式中，在内侧电极31的前端部与内管50的底部52之间形成有端部空间71。在这样形成端部空间71时，能够抑制内管底部52受到的由于内侧电极31的热膨胀而产生的轴向的应力。此外，灯径向的应力容易集中的内管底部52通过具有端部空间71来能够对灯径向的应力也具有耐性，从而与缓冲空间70配合而能够更进一步防止内管的破损。不过，也可以是将端部空间71省略(使内侧电极31与内管底部52紧贴)的方式，或者相反地，也可以是使内侧电极31的前端部与内管50的底部52完全地分离的方式。

图4、图5示出本发明的小型准分子灯10的第2实施方式。

在本实施方式中，内管50的轴线和柱状的内侧电极31的轴线不一致，内侧电极31被配置成偏向于内管50的内径内的一方。即，内侧电极31的外周面32与内管50的内周面51的一部分53接触，内管50的内周面51与内侧电极31的外周面32之间的缓冲空间70并没有与内管50(内侧电极31)形成为同轴状。另外，内侧电极31的前端部不与内管50的底部52接触。

在点亮了该第2实施方式的小型准分子灯10时，与内侧电极31接触的内表面53受到由于内侧电极31的热膨胀而产生的应力的影响，且内侧电极31由于热膨胀而向具有缓冲空间70的方向移动。具有缓冲性(弹性)的保持部80使该内侧电极31能够进行移动。从而，即使内侧电极31与内表面53接触，只要具有规定的截面积的缓冲空间即可。另外，在图4、图5的实施方式中，内侧电极31的轴线与内管50的轴线平行，但即使不平行，只要在两者之间形成缓冲空间70即可。

这样，即使内侧电极31的轴线与内管50的轴线不一致，对放电发光也不会产生实质性的不良影响。即，在内侧电极31的轴线与内管50的轴线不一致时，内侧电极31与外侧电极30之间的距离在灯周向上不均匀，而径向静电电容也沿周向不均匀。通常，在静电电容相对大的部分中，电场相对变强，因此产生电介质势垒放电。因此，在静电电容相对小的其他电极部分中蓄积的电荷向产生该电介质势垒放电的电极间部分移动。其结果为，在放电空间60内的特定的空间区域中产生电介质势垒放电。紫外线放射以该放电发生部位为中心进行发光，通过施加电压的施加而在电极间整体中蓄积的电荷直接有效利用于电介质势垒放电中，因此能够获得具有光强度的紫外光。这样的准分子灯即使在供给电力小的情况下，通过确定其放射方向，也能够以充分的强度进行发光。

图6示出本发明的准分子灯的制造方法的一个实施方式。

如图6的(A)所示，由电介质构成的内管坯件50X是前端底部52封闭的有底筒状材料，同样由电介质构成的外管坯件40X是一端敞开部44敞开且在另一端部具备小直径的排气部43的筒状材料。以上的内管坯件50X以前端底部52为前方而从一端敞开部44被插入到外管坯件40X内，并使底部52位于排气部43附近。

在该状态下，将外管坯件40X的一端敞开部44加热熔融而与内管坯件50X的外周熔敷连接，来构成与外管40的一端连接部41(该图6的(B))。此外，从排气部43排出作为放电空间60的空间的空气(气体)，在该放电空间60内封入放电气体之后(将放电空间60内的空气置换成放电气体之后)，对该排气部43进行软化熔融(熔敷)来形成底部52。该底部52与内管坯件50X(内管50)的底部42接触(该图6的(C))。

接着，在内管坯件50X内插入棒状内侧电极31，使其前端部与底部42接触，并利用密封材料(保持材料)80保持底部42的相反侧的端部的内管坯件50X与内侧电极31之间的环状的间隙。此外，也可以密封缓冲空间70(该图6的(D))。内侧电极31的外径是在与内管坯件50X的内周面51之间形成上述大小(截面积)的缓冲空间70的外径。另外，在外管40的外侧配置外侧电极30(该图6的(D))。

外管坯件40X的排气部43也可以不形成为同轴筒状，而形成为孔。

在本准分子灯10中，能够通过选择封入于放电空间60的气体来改变发光波长。封入例如氩气和氟气的混合气体，能够放射波长为193nm的光。另外，为了进行外管坯件40X及内管坯件50X的玻璃的脆化保护并防止玻璃与封入气体之间的反应，也可以在外管及内管形成氧化铝膜、二氧化钛膜、氧化镁膜等保护膜。当在封入气体中包含卤素的情况下，也可以形成氟化镁膜。

[实施例]

以下，使用实施例，对满足上述(1)式的放电准分子灯10进行说明。

进行了如下实验：使准分子灯10的轴垂直截面中的缓冲空间70的截面积相对于内侧电极31的截面积变动，通过点亮来测量内管50的破损有无。对该实验的具体例进行说明。

将设内侧电极31的截面积为3.14(mm²)(半径1mm、恒定)且具有使缓冲空间70的截面积变动至0.04～0.21(mm²)的发光管20的准分子灯作为样本组1～6，设施加电压为2～8(kV)来点亮后，观察了内管50的破损有无。以下的表1是其结果。

[表1]

根据表1，对于缓冲空间70的截面积(mm²)为内侧电极31的截面积(mm²)的大约4％的样本1看到了内管50的破损，与此相对，对于该截面积比超过5％的样本2至6的内管50没有看到破损。即，可知：对于在内管50中未产生破损的缓冲空间70的截面积(mm²)与内侧电极31的截面积(mm²)之间的关系性而言，缓冲空间70的截面积(mm²)为内侧电极31的截面积(mm²)的5％以上。此外，当内侧电极70的截面积为0.38～12.5(mm²)之间时，对于缓冲空间70的截面积(mm²)与内侧电极31的截面积(mm²)之间的关系性，也导出了同样的结果。

接着，使用实施例，对满足上述(2)式的放电准分子灯进行说明。

在放电空间60的大小增大时，确保放电空间60中的紫外线的放射的缓冲空间70的截面积H的大小相对地增大。另外，即使施加电压变高，紫外线放射量也增大，因此，可推测为缓冲空间70的截面积H的大小也相对地增大。因此，进行了分别使施加电压V(kV)、缓冲空间70的截面积H(mm²)以及放电空间60的截面积J(mm²)变动的情况下的紫外线放射量的减少量测量实验。

作为实验样本，制作了使内侧电极31的截面积G恒定并分别使缓冲空间70的截面积H(mm²)、施加电压V(kV)以及放电空间60的截面积J(mm²)变动的准分子灯，且测量各个准分子灯的紫外线放射量。另外，作为各实验准分子灯的紫外线放射量的比较对象，制作了将施加电压V以及放电空间60的截面积J设为与各实验准分子灯相同、并仅将缓冲空间70的截面积H设为缓冲空间截面积下限值的比较准分子灯，测量紫外线放射量，并分别对实验准分子灯的紫外线放射量与比较准分子灯的紫外线放射量进行了比较。作为具体例，图7示出将内侧电极31的截面积G设为12.57(mm²)的情况下的实验结果。

根据图7可知，通过式(2)可求出能够抑制紫外线放射量的减少的缓冲空间60的截面积H的最大值(缓冲空间截面积上限值；Hmax)。而且，在内侧电极31的截面积G为0.3～13(mm²)、施加电压V为2～8(kV)、放电空间60的截面积J为8.5～300.5(mm²)的范围内，对于缓冲空间截面积上限值；Hmax与内侧电极31的截面积G、施加电压V以及放电空间60的截面积J之间的关系性，也导出大致同样的结果。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供一种准分子灯，该准分子灯不会由于内侧电极与内管之间的热膨胀系数之差而引起内管破损，能够高效地放射紫外线。

标号说明

10：小型准分子灯；20：发光管；30：外侧电极；31：内侧电极；32：内侧电极外周面；40：外管；40X：外管坯件；42：外管底部；43：排气管；44：外管端部；50：内管；50X：内管坯件；51：内管内周面；52：内管底部；53：内管内周面与内侧电极外周面之间的接触部分；60：放电空间；70：缓冲空间；71：轴端空间(缓冲空间)；80：保持部；81：交流电源部。

Claims (7)

1.一种准分子灯，该准分子灯具备：

由电介质构成的发光管，其具有有底筒状的内管、以及与该内管之间形成密闭的放电空间的外管，且在上述放电空间内封入有放电气体；

外侧电极，其被配置于所述发光管的外管的外周面侧；以及

内侧电极，其被插入配置于所述内管内，

通过在所述外侧电极与内侧电极之间施加放电电压，在所述放电空间中产生电介质势垒放电或电容耦合型高频放电，

该准分子灯的特征在于，

在所述内管的内周面与内侧电极的外周面之间形成有以下截面积的缓冲空间：该截面积使得在所述内侧电极由于所述电介质势垒放电或电容耦合型高频放电而热膨胀时，抑制该内侧电极向内管施加应力，且考虑所述放电空间的大小和所述放电电压的大小来确保该放电空间中的电介质势垒放电或电容耦合型高频放电。

2.根据权利要求1所述的准分子灯，其中，

所述内管的和底部相反侧的端部、与被插入于该内管的所述内侧电极之间的间隙被保持部密封，且在所述内管的底部内表面与所述内侧电极的前端部之间形成有与所述缓冲空间连通的轴端空间。

3.根据权利要求1或2所述的准分子灯，其中，

所述缓冲空间的与发光管轴线垂直的方向的截面积处于下述式的范围内，

0.05×G≤H≤0.1932×V×J

其中，H表示缓冲空间的截面积(mm²)，G表示内侧电极的截面积(mm²)，V表示施加电压(kV)，J表示放电空间的截面积(mm²)。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的准分子灯，其中，

所述内管的底部与外管彼此接触。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的准分子灯，其中，

所述外管的外径为8mm～20mm，所述外侧电极与内侧电极之间的施加电压为2kV～8kV。

6.一种准分子灯的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

准备至少一端部敞开的由电介质构成的筒状的外管坯件；

准备由电介质构成的有底筒状的内管坯件；

将所述内管坯件以其底部为前方而从所述外管坯件的所述一端敞开部插入；

在所述外管坯件与内管坯件之间形成放电空间，在该放电空间内封入放电气体且密闭该放电空间；以及

在所述内管坯件内插入配置内侧电极，且在所述外管坯件的外周面配置外侧电极，其中所述内侧电极的外径使得在该内侧电极与该内管坯件的内周面之间形成缓冲空间。

7.根据权利要求6所述的准分子灯的制造方法，其中，

该制造方法还包括以下步骤：将所述内管坯件的和底部相反侧的端部与内侧电极之间的间隙密封。