JP2003168394A - 誘電体バリヤエキシマランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部電極として網状電極を使用した場合に顕
著に観測される多数の空隙による不要な放電を少なく
し、かつ、螺旋状電極を使用した場合において顕著に観
測される誘電体バリヤ放電の揺らぎ現象を少なくした誘
電体バリヤエキシマランプを提供する。 【解決手段】 本発明の誘電体バリヤエキシマランプの
外部電極は、外筒管の外周面の長手方向に沿って、一方
の端部から他方の端部に向けて螺旋状に巻いた第１の螺
旋状素線と、前記他方の端部から前記一方の端部に向け
て、かつ、前記第１の螺旋状素線と編みこむことなく交
差接触させて螺旋状に巻いた第２の螺旋状状素線とを有
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、光化学反
応用の紫外線光源として使用される放電ランプの一種
で、誘電体バリヤ放電によりエキシマ分子を形成し、こ
のエキシマ分子から放射されるエキシマ光を利用した誘
電体バリヤエキシマランプの外部電極の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この誘電体バリヤエキシマランプは、例
えば、特開平０２−７３５３号公報に、光透過性の誘電
体からなる放電室（放電容器）にエキシマ分子を形成す
るための放電用ガスを封入し、この放電室の内外の側面
にそれぞれ内部電極と光透過性の外部電極を配設して、
両電極間に電圧を印加することにより、誘電体バリヤ放
電（別名、無声放電、又はオゾナイザ放電ということも
ある）を起こしてエキシマ分子を形成し、このエキシマ
分子から放射される光を放電室から外部に取り出す高出
力放射器（誘電体バリヤエキシマランプ）が記載されて
いる。

【０００３】そして、この放電室は、誘電体バリヤ放電
の誘電体を兼ねており、その外側面が前記エキシマ分子
から放射される光に対して光透過性であり、その外側面
に外部電極として光透過性である網状電極（線網）と、
その内側面に内部電極として金属電極とが設けられてい
る。

【０００４】外部電極として網状電極の代わりに、螺旋
状電極を設けた従来技術が特開平６−３１０１０４号公
報に記載されおり、同公報によれば、螺旋状電極を構成
する素線同士が交差することなく、螺旋状電極の直近す
る素線間の距離を１．２ｍｍから２７ｍｍの間に選定す
ることにより、発光効率を約１０％程度向上させた誘電
体バリヤ放電ランプを提供することができる、としてい
る。

【０００５】この螺旋状電極を設けた誘電体バリヤエキ
シマランプの具体的構成例を、その断面を示す図５及び
その外観を示す図６を参照して、説明すると、ランプ１
は、全長４００ｍｍの合成石英ガラスからなる２重管の
両端部を閉じて形成した内筒管２（内径ｄ＝１７ｍｍ）
及び外筒管３（外径Ｄ＝３０ｍｍ）と、この内筒管２及
び外筒管３によって形成され、そこに放電用ガス（例：
キセノン）を封入したリング状の放電空間４と、内筒管
２の内周面に配置された螺旋状の内部電極５と、外筒管
３の外周面に配置された螺旋状の外部電極６と、内部電
極５及び外部電極６に高周波高電圧（例：２５０ｋＨｚ
／８ｋＶ）を印加するＲＦ電源とを備えている。なお、
符号８は、螺旋状の外部電極６の両端部を固定するため
の金属バンドである。

【０００６】本例の誘電体バリヤエキシマランプは、内
部電極５と外部電極６との間にＲＦ電源により電圧を印
加して、そのエネルギによって放電空間４内に封入され
た放電用ガス（例：キセノン）を励起、結合させ、その
励起状態のガス分子が基底状態に戻る過程でガス特有の
波長（例：１７２ｎｍ）の紫外線が、外筒管３と光透過
性の螺旋状外部電極６を通して、外部に向けて放射す
る。

【０００７】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、外部電
極として、網状電極を使用した場合、網状であるが故
に、金属素線を互に編んだ箇所を有し、この編んだ箇所
は放電容器（誘電体）の外表面上に、少なくとも金属素
線の太さ分だけ空隙を生じ、更に、この編んだ箇所が多
数存在することから、多数の空隙の存在が原因して、本
来の誘電体バリヤ放電以外に不要な放電を発生させる。
この不要な放電の発生は誘電体バリヤ放電ランプの発光
効率を低減させ、また、スパッタリング現象を誘発させ
る原因となる。このスパッタリング現象を誘発させた場
合、放電容器（誘電体）の外表面の光透過性を劣化さ
せ、外部電極を構成する金属素線の表面を劣化させる。

【０００８】また、外部電極として、螺旋状電極を使用
した場合、上記した網状電極を使用した場合に生じた空
隙を生じることはないが、金属素線が螺旋状に配置され
るが故に、誘電体バリヤ放電の揺らぎ現象が網状電極の
場合と比較して顕著に発生する。

【０００９】この誘電体バリヤ放電の揺らぎ現象は、何
故に螺旋状電極の場合に顕著に発生するかについては解
明できていないが、螺旋状電極の金属素線の真下と、放
電空間を介して、これに対向する内部電極との間で生じ
るマイクロプラズマ（このマイクロプラズマは、放電の
直径が非常に小さく、放電の持続時間が非常に短い微小
な放電プラズマであり、この放電プラズマの多数の集合
体が誘電体バリヤ放電に相当する。）が隣り合う２本の
螺旋状電極の金属素線との間において、マイクロプラズ
マの放電方向と直交し、前記隣り合う２本の螺旋状電極
の金属素線に向かう横方向に移動する現象であり、たと
え、隣り合う２本の螺旋状電極の金属素線間の距離を最
適値に選定した場合であっても、この放電の揺らぎ現象
を解消することができず、発光効率を向上させるにも限
界を来たしていた。

【００１０】したがって、本発明が解決しょうとする課
題は、外部電極として網状電極を使用した場合に顕著に
観測される多数の空隙による不要な放電を少なくし、か
つ、螺旋状電極を使用した場合において顕著に観測され
る誘電体バリヤ放電の揺らぎ現象を少なくした誘電体バ
リヤエキシマランプを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るための手段として、第１の発明は、それぞれ誘電体か
らなる内筒管及び透光性の外筒管により形成され、かつ
前記内筒管と前記外筒管によって形成された放電空間の
内部に放電用ガスが封入された放電容器と、前記内筒管
及び前記外筒管にそれぞれ配設された内部電極及び外部
電極とを備え、前記内部電極及び外部電極に電圧を印加
することにより前記放電空間内に誘電体バリヤ放電を発
生して、エキシマ光を放射する誘電体バリヤエキシマラ
ンプにおいて、前記外部電極が、前記外筒管の外周面の
長手方向に沿って、一方の端部から他方の端部に向けて
螺旋状に巻いた第１の螺旋状素線と、前記他方の端部か
ら前記一方の端部に向けて、かつ、前記第１の螺旋状素
線と編みこむことなく交差接触させて螺旋状に巻いた第
２の螺旋状状素線とを有していることを特徴とする誘電
体バリヤエキシマランプである。

【００１２】第２の発明は、上記した第１の発明の誘電
体バリヤエキシマランプにおいて、前記外部電極が、前
記放電容器の外周面の長手方向に沿って少なくとも１本
の直線状に配設した第３の直線状素線を有し、この第３
の直線状素線が前記第１の螺旋状素線と前記第２の螺旋
状素線とは編むことなく交差接触していることを特徴と
する誘電体バリヤエキシマランプである。

【００１３】ここで、上記した「誘電体」としては、合
成石英ガラス又はサファイ等が使用され、これら誘電体
物質は、放射光の波長（例：１７２ｎｍ）に対して高い
透光率（例：７０％以上）を有する透過性物質でもある
ことから、外筒管の材料として使用される。

【００１４】上記した「放電用ガス」としては、キセノ
ン、クリプトン、アルゴン、ヘリウム、ネオン等のガ
ス、又はこれらガスと弗素、塩素若しくは沃素等を混合
させた混合ガスが使用される。なお、この放電用ガスに
応じて放射光の波長が定まり、例えばキセノンガスを使
用した場合の放射光の波長は、１６０〜１９０ｎｍ（ピ
ーク波長；１７２ｎｍ）である。

【００１５】上記した「外部電極」としては、モネル、
ステンレス又はアルミニウム等の電極用の金属線が上記
した「第１の螺旋状素線」、「第２の螺旋状素線」及び
「第３の直線状素線」として使用される。

【００１６】本発明の課題である、外部電極として網状
電極を使用した場合に顕著に観測される空隙による多数
の不要な放電を低減させ、かつ螺旋状電極を使用した場
合において顕著に観測される放電の揺らぎ現象を低減さ
せるために、これら第１、第２の螺旋状素線及び第３の
直線状素線のそれぞれの径については、光の透過性及び
放電によるこれら素線の耐性等を考慮して、例えば、
０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度が好ましく、第１、第２
の螺旋状素線のピッチ（素線間の距離）については、光
の透過性及び放電の揺らぎ現象の低減等を考慮して、そ
の線径に対して数倍〜１０数倍程度であって、例えば、
１ｍｍ〜２０ｍｍ程度が好ましい。

【００１７】そして、均一な放電の分布を形成して、放
電の揺らぎ現象を一層低減させるために、第１の螺旋状
素線及び第２の螺旋状素線のそれぞれのピッチを上記し
た好ましい範囲内にあって、同一の値に選定することが
好ましい。

【００１８】上記した「内部電極」としては、公知の反
射機能を備えたアルミニウム等の金属蒸着膜や、網状電
極又は螺旋状電極等が使用可能であり、特に限定させな
い。

【００１９】上記した「第３の直線状素線」の数は、少
なくとも１本であれば良いが、好ましくは３〜６本程度
とし、更に好ましくは、外筒管の外周面に均等に配列す
ることになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態であ
る誘電体バリヤエキシマランプ１０の外観を示す斜視図
である。ここで、ランプ１０は、その外部電極７を除く
基本的構成が図５に示したランプ１と同一であって、図
１に示されていない内筒管、放電空間及び電源について
は、それぞれ図５に示した内筒管２、放電空間４及びＲ
Ｆ電源と同一のものであることから、それらの実施の形
態については、図５の関連記載をもって、その説明に代
える。

【００２１】外部電極７として、第１の螺旋状素線７ａ
（線材：モネル、線径：０．１ｍｍφ）と第２の螺旋状
素線７ｂ（同上）とが、共にピッチを１．５ｍｍにし
て、互に逆向きにして、それぞれ外筒管３の外周面上に
螺旋状に巻かれている。

【００２２】すなわち、第１の螺旋状素線７ａは、図２
に示すように、図面上、左側端部から右側端部に向けて
ピッチを１．５ｍｍにして螺旋状に外筒管３の外周面上
に巻かれ、そして、第２の螺旋状素線７ｂが、図３に示
すように、上記した第１の螺旋状素線７ａの右側端部か
ら向きを逆にして、上記したように螺旋状に巻かれた第
１の螺旋状素線７ａの上に、この第１の螺旋状素線７ａ
と編むことなく、１ピッチ毎に２箇所で交差接触させて
左側端部に向けて同じピッチ（１．５ｍｍ）で螺旋状に
巻かれている。

【００２３】そして、このように構成された誘電体バリ
ヤエキシマランプ１０は、内部電極５と外部電極７との
間に、２５０ｋＨｚ／８ｋｖの電圧を印加することによ
り、１７２ｎｍのピーク波長の紫外線を放射する

【００２４】このような第１の螺旋状素線７ａと第２の
螺旋状素線７ｂとにより外部電極７を構成していること
から、まず、この外部電極７の各素線７ａ、７ｂによっ
て区画される各領域が外筒管３の外表面上に均一に分布
され、その結果、従来の螺旋状電極（図５、図６に示す
螺旋状電極６）を使用した場合に顕著に観測された「放
電の揺らぎ現象」を低減させることができる。

【００２５】次に、本実施の形態の外部電極７を有する
誘電体バリヤエキシマランプ１０と、この外部電極７の
みを従来の網状電極（正方形の網目のピッチを１．５ｍ
ｍとする）に変更し、その他の構成を同一にした誘電体
バリヤエキシマランプとを比較した場合、外部電極の素
線が交差接触する箇所の数は、本実施の形態の外部電極
７では４００個、従来の外部電極（網状電極）では１
２，５９４個となり、約３．２％にまで大幅に減少させ
ることから、従来の空隙による多数の不要な放電を大幅
に低減させ、前述した「放電の揺らぎ現象」の低減と相
まって、誘電体バリヤエキシマランプ１０の発光効率を
向上させることができる。

【００２６】また、従来、不要な放電の発生に付随して
誘発されたスパッタリング現象の発生を抑圧させること
ができ、従来観測された合成石英ガラスからなる外筒管
３の外表面にススが付着されることが少なくなり、光透
過性を良好に維持し、また、外部電極の素線７ａ、７ｂ
の劣化を防ぐことができる。

【００２７】第４図は本発明の第２の実施の形態である
誘電体バリヤエキシマランプ２０の外観を示す斜視図で
ある。この誘電体バリヤエキシマランプ２０は、外部電
極９の構成要素として、第１の螺旋状素線９ａ及び第２
の螺旋状素線９ｂの他に、第３の直線状素線９ｃを備え
ている。

【００２８】そして、このランプ２０の外部電極９は、
第１の実施形態のランプ１０の外部電極７と対比して、
外筒管３の外周面の長手方向に沿って、図面上、左側端
部から右側端部に向けて、外筒管３の外周面に９０度毎
に均等配置した４本の第３の直線状素線９ｃ（線材：モ
ネル、線径：０．１ｍｍ）を直線状に配設した事項のみ
が相違し、第１の螺旋状素線９ａ及び第２の螺旋状素線
９ｂについては、それぞれ、第１の実施の形態の外部電
極７の第１の螺旋状素線７ａ及び第２の螺旋状素線７ｂ
と同様に、上記した第３の直線状素線９ｃの上に配設さ
れる。

【００２９】このような第３の直線状素線９ｃを加えた
外部電極９を有する誘電体バリヤエキシマランプ２０
は、第１の実施の形態による誘電体バリヤエキシマラン
プの作用効果に加えて、電極素線への放電の集中を避け
ることができ、外部電極９が配設された全表面に亘って
放電を一層安定させることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の誘電体バ
リヤエキシマランプによれば、外部電極として網状電極
を使用した場合に顕著に観測される空隙による多数の不
要な放電を低減させ、また、螺旋状電極を使用した場合
に顕著に観測される放電の揺らぎ現象を低減させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる誘電体バリ
ヤエキシマランプの外観を示す斜視図である。

【図２】第１の実施の形態に係る誘電体バリヤエキシマ
ランプの第１の螺旋状素線７ａの巻き方を示す斜視図で
ある。

【図３】第１の実施の形態に係る誘電体バリヤエキシマ
ランプの第２の螺旋状素線７ｂの巻き方を示す斜視図で
ある。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る誘電体バリヤ
エキシマランプの外観を示す斜視図である。

【図５】従来の誘電体バリヤエキシマランプの断面を示
す図である。

【図６】従来の誘電体バリヤエキシマランプの螺旋状電
極を示す斜視図である。

【符号の説明】

１， １０，２０・・・・・誘電体バリヤエキシマラン
プ ２・・・・・内筒管 ３・・・・・外筒管 ４・・・・・放電空間 ５・・・・・内部電極 ６，７，９・・・・・外部電極 ７ａ，９ａ・・・・・第１の螺旋状素線 ７ｂ，９ｂ・・・・・第２の螺旋状素線 ９ｃ・・・・・・第３の直線状素線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ誘電体からなる内筒管及び透光
   性の外筒管により形成され、かつ前記内筒管と前記外筒
   管によって形成された放電空間の内部に放電用ガスが封
   入された放電容器と、前記内筒管及び前記外筒管にそれ
   ぞれ配設された内部電極及び外部電極とを備え、前記内
   部電極及び外部電極に電圧を印加することにより前記放
   電空間内に誘電体バリヤ放電を発生して、エキシマ光を
   放射する誘電体バリヤエキシマランプにおいて、 前記外部電極が、前記外筒管の外周面の長手方向に沿っ
   て、一方の端部から他方の端部に向けて螺旋状に巻いた
   第１の螺旋状素線と、前記他方の端部から前記一方の端
   部に向けて、かつ、前記第１の螺旋状素線と編みこむこ
   となく交差接触させて螺旋状に巻いた第２の螺旋状状素
   線とを有していることを特徴とする誘電体バリヤエキシ
   マランプ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の誘電体バリヤエキシマ
   ランプにおいて、前記外部電極が、前記放電容器の外周
   面の長手方向に沿って少なくとも１本の直線状に配設し
   た第３の直線状素線を有し、この第３の直線状素線が前
   記第１の螺旋状素線と前記第２の螺旋状素線とは編むこ
   となく交差接触していることを特徴とする誘電体バリヤ
   エキシマランプ。