JP2004281090A - Dielectric barrier discharge lamp device and ultraviolet irradiation device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体バリヤ放電ランプ装置およびこれを用いた紫外線照射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
キセノンなどの希ガスあるいはキセノンまたはクリプトンなどの希ガスおよび塩素などの混合ガスを無声放電させて、固有の単色に近い放射を発生させるエキシマ放電ランプすなわち誘電体バリヤ放電ランプは、数多くの文献に記載されて従来から知られている。誘電体バリヤ放電は、いわゆる無声放電によりパルス状の電流が流れる。このパルス状の電流は、高速の電子流を持ち、かつ休止期間が多いため、キセノンなどの紫外線を出す物質を一時的に分子状態(エキシマ状態)に結合し、基底状態に戻るときに再吸収の少ない紫外線を効率よく放出する。
【0003】
誘電体バリヤ放電ランプとして、細長い管状の気密容器を用いて誘電体バリヤ放電を行う誘電体バリヤ放電ランプが知られている(特許文献1参照。)。
【0004】
また、光透過性で、細長い管状で、誘電体バリヤ放電の第一の誘電体を兼ねた放電容器の外面に光透過性の外部電極と、内側に長さLと直径Dの比L/Dが30以上の金属棒または金属パイプからなる内側電極とを備えた構造も提案されている(特許文献2参照。)。
【0005】
さらに、張力の作用化で内部電極を配設したり、内部電極に位置規制子すなわちアンカーを装着したりした構成とすることによって、内部電極の垂下を抑制した誘電体バリヤ放電ランプも本発明者らにより開発されている(特許文献3参照。)。特許文献3によれば、アンカーを導電性金属により構成することにより、アンカーが内部電極の一部としても作用するので、内外電極間の距離が小さくなり、始動性が向上する。
【0006】
特許文献1ないし3に示されているような細長い気密容器、気密容器内の軸方向に延在する内部電極および密容器内に封入されたエキシマ生成ガスを備えた発光管を形成し、冷却機能を有するとともに気密容器の外面の一部が嵌合するように凹窪させた灯体に、上記発光管を圧接し、かつ、両者間に外部電極を介在させることにより、気密容器の外面に外部電極を密着させて管軸方向に沿って一様な誘電体バリア放電を生起させるとともに、発光管から発生する熱を速やかに放散させて発光効率を高い状態に維持することができる。
【0007】
【特許文献1】
特開平11−111235号公報
【特許文献2】
特開平7−272692号公報
【特許文献3】
特開2001−084966号公報
【発明が解決しようとする課題】
ところが、細長い発光管の外面に対する外部電極の密接が発光管の管軸方向に沿って一様に得にくいことが分かった。そのため、エキシマ放電の管軸方向に沿った分布が不均一になるという不都合を生じる。特に発光管の全長が1000mmを超えるような長尺になると、その傾向が顕著になる。
【0008】
調査の結果、外部電極が気密容器の管軸方向に沿って外面に対して一様に密接していないのが主な原因であることが分かった。
【0009】
また、石英ガラスのような紫外線透過性の材料からなる細長い気密容器を真っ直ぐに形成するのが比較的困難で、気密容器の曲がりが発光管の外面に対する外部電極の密接が発光管の管軸方向に沿って一様に得にくい原因の一つをなしていることも分かった。
【0010】
本発明は、発光管の外面の管軸方向に沿って外部電極が一様に密接して管軸方向に沿ったエキシマ放電の分布が均一になる誘電体バリヤ放電ランプ装置およびこれを用いた紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を達成するための手段】
請求項1の発明の誘電体バリヤ放電ランプ装置は、発光管の発光管の両端の少なくとも一端にばね力を作用させて発光管を支持することにより、発光管と気密容器の外面に着脱可能に添接された外部電極とを相互に圧接させる支持手段を具備していることにより特徴付けられている。
【0012】
本発明の誘電体バリヤ放電ランプ装置は、発光管および外部電極を備えた誘電体バリヤ放電ランプと、外部電極を気密容器の外面に圧接させる支持手段とを具備している。
【0013】
<支持手段について> 支持手段は、発光管の気密容器の両端を支持することにより、気密容器と、その外面に添設された外部電極とを、ばね力を作用させて相互に圧接させるための手段である。ばね力は、少なくとも気密容器の一端に、好適には両端に作用させるように構成される。ばね力を作用させるための具体的な手段は、特段限定されないが、例えばばねを介して気密容器を支持することができる。また、気密容器の支持する支持部と、この支持部と並列的にばね力を作用させるばね部とを備えた支持手段を用いることも許容される。
【0014】
ばねを介して気密容器を支持する支持手段の場合、支持手段は、その固定部と気密容器との間にばねを介在させている。ばねは、板状、棒状などなしたばね材を種々の構造、形状に加工して用いることができる。ばね力を作用させる支持手段を気密容器の一端に配設しながら、気密容器の全長にわたりばね力を作用させて外部電極を気密容器の外面に圧接する場合、気密容器の一端をヒンジからなる支持手段で固定部に回動可能に取付け、他端をばね力を作用させる支持手段によって固定部に取付けることができる。
【0015】
外部電極を気密容器の外面に圧接するために、固定部として気密容器の長手方向に沿って延在する剛性を備えた灯体を配設することができる。そうすれば、灯体に対して気密容器を押し付けることができ、そのときに灯体と気密容器の間に外部電極を挟持させることができるので、外部電極を気密容器の外面に密接させるのに都合がよい。このような態様においては、外部電極を柔軟な部材により形成することができ、紫外線反射性の高い部材を用いて比較的安価な外部電極を得やすくする。また、灯体に適当な冷却手段を配設することにより、外部電極を経由して気密容器の熱を取り除いて、紫外線放射効率を高い状態に保持するのに効果的である。冷却手段として冷却媒体、例えば水などを灯体の内部に通流させることができる。
【0016】
<外部電極について> 外部電極は、誘電体バリヤ放電ランプの発光管に対してその気密容器の外面に着脱可能に添設される。そして、気密容器の内部に封装された内部電極との間に気密容器の壁面を誘電体とする誘電体バリア放電を気密容器の内部に生起させるように作用する。なお、外部電極は、発光管の気密容器の外面に対して、例えば発光管のみの交換などのために、着脱可能に構成するのが一般的である。しかしながら、要すれば、外部電極は、気密容器の外面に着脱不能に添設されているのであってもよい。
【0017】
また、外部電極は、内部電極にほぼ正対するような管軸方向の長さを有している。これにより、発光管の管軸方向に沿って誘電体バリア放電を生起させることができる。なお、外部電極の管軸に直交する方向の幅は、一般的には気密容器の管軸を中心とする角度で約60〜300°程度の範囲内であるのがよい。したがって、外部電極が配設されないで発光管の気密容器が外部に露出される部分が約300〜60°の程度の範囲で形成されることになり、気密容器の壁面を透過した紫外線を上記露出部分から外部へ、しかも、発光管の管軸方向に沿った比較的長い距離にわたり、照射して種々の目的のために利用することができる。しかし、誘電体バリア放電によりなるべく多量の紫外線を放射させるとともに、放射された紫外線を好ましい角度で照射するために、外部電極の管軸に直交する方向の幅は、好適には約90〜240°程度の範囲内であるのがよい。また、外部電極の着脱に対する高い容易性と支持手段によるばね力の作用下で気密容器の外面に対する強い圧接を得るためには、240°以下程度の範囲内であるのがよい。したがって、外部電極の着脱性と紫外線の放射性とをともに満足するためには、60〜240°程度の範囲が最適である。
【0018】
さらに、外部電極は、気密容器の外面に着脱可能に添設されるならば、薄くてフレキシブルな導電性の金属の箔、板または金属線などであってもよいし、肉厚の剛性体であってもよい。上記のいずれであっても、外部電極の気密容器に面する内面は、紫外線に対する反射率が高ければ、反射手段として作用するので、外部に取り出し得る紫外線量を多くするのに効果的である。紫外線反射率が高い材質としては、例えば高純度アルミニウムまたは銀などを用いることができる。外部電極が剛性体からなる場合、灯体としても機能するものを用いるこができる。
【0019】
さらにまた、外部電極は、連続した面状またはメッシュ状のいずれの状態をなしていてもよい。なお、メッシュ状とは、多数の単位メッシュ部分が気密容器の軸方向にそれぞれ空隙を介して配設され、かつ、単位メッシュ部分が気密容器の内壁面に接近し、さらに気密容器の軸方向に互いに空間的に離間しているが、導電的に接続している状態をいう。また、単位メッシュ部分は、周方向に対して連続していてもよいし、分断していてもよい。したがって、この単位メッシュ部分は、具体的には例えば網目状などをなしていることが許容される。
【0020】
<本発明の作用について> 本発明においては、以上説明した構成を具備していることにより、気密容器の内部に封装された内部電極と、気密容器の外面に着脱可能に添設された外部電極との間に電圧、好適には高周波電圧を印加すると、気密容器の内部にエキシマ生成ガスのエキシマ放電が生起する。外部電極は、支持手段により気密容器の外面にばね力の作用下で圧接されているので、気密容器の外面と外部電極との間に空隙が形成されにくくなり、したがって気密容器の管軸方向に沿って均一なエキシマ放電が形成される。
【0021】
<気密容器について>
紫外線透過性の材料からなる気密容器は、一般的には合成石英ガラスを用いて製作することができる。しかし、本発明は利用しようとする波長の真空紫外線に対して紫外線透過性であればどのような材料で構成してもよい。
【0022】
気密容器は、紫外線出力を多くするには、外径を12mm以上にするのがよい。また、放電開始電圧を低くするには内径を25mm以下にするのがよい。さらに、肉厚を2mm以下、好適には0.3〜1mm程度にすることができる。これに対して、気密容器の長さは、全く制限されないのであって、所要の紫外線照射長さに応じて任意の長さ、たとえば1m程度にすることができる。特に本発明によれば、支持手段により外部電極を気密容器の間軸方向に均一に圧接しやすくなるので、1m以上の長さであってもよい。
【0023】
気密容器の内部を排気してからエキシマ生成ガスを封入するための手段として、排気管を気密容器に接続するのが一般的である。本発明においては、排気管を接続する場合、気密容器のどの部分に接続してもよいが、側面に接続することにより、排気管の接続作業および排気・封入作業が容易になる。なお、排気管を介して排気したら、エキシマ生成ガスを排気管から気密容器内に封入し、排気管をチップオフすることにより、排気チップオフ部が形成される。
【0024】
また、気密容器は、管状であれば真っ直ぐな直管だけでなく、多少湾曲していてもよい。実際上、細長い管を形成する際に多少の湾曲が形成されやすく、例えば全長約1200mmに対して最大1mm程度以下の湾曲が形成され得る。しかし、この程度の湾曲は、ほぼ直管であるとして許容されるし、また本発明によれが、外部電極を圧接させることが可能である。気密容器が上記のように湾曲している場合、円弧状に湾曲している場合、円弧の背の部分を外部電極に対向するように配置するのがよい。また、円弧の側面の部分を外部電極に対向するように配置してもよい。したがって、上記の中間の任意の角度範囲内で外部電極が対向するように両者の配置を管理することによって、外部電極の気密容器の外面に対する良好な圧接を得ることができる。なお、管の断面形状は、円形が一般的であるが、要すれば楕円形、四角形など所望の断面形状を採用することができる。
【0025】
<内部電極について>
内部電極は、どのような構成であってもよい。例えば、多数の単位メッシュ部分が気密容器の軸方向にそれぞれ空隙を介して配設されたメッシュ状をなしていたり、既述の従来技術におけるような種々の構成の内部電極を任意所望により採用したりすることが許容される。しかし、内部電極がメッシュ状をなしていることにより、紫外線発生量を相対的に多くすることができるので、好適である。なお、「多数の単位メッシュ部分が気密容器の軸方向にそれぞれ空隙を介して配設されたメッシュ状をなしている」とは、単位メッシュ部分が気密容器の内壁面に接近し、かつ、気密容器の軸方向に互いに空間的に離間しているが、導電的に接続している状態をいう。なお、単位メッシュ部分は、周方向に対して連続していてもよいし、分断していてもよい。したがって、この単位メッシュ部分は、具体的にはたとえばリング状(前者の態様)、スパイラル状またはコイル状(後者の態様)、あるいは網目状などをなしていることが許容される。なお、網目状の場合には、その網目の構成によって前者または後者の属する。
【0026】
単位メッシュ部分がリング状をなしている場合には、気密容器の軸方向に延在する連結部分を備えていることによって、多数の単位メッシュ部分を所定のピッチで連結し、かつ、導電的に接続することができる。なお、連結部分を気密容器の中心軸に沿って延在するように構成することにより、内部電極の全体が多数のリングアンカー(単位メッシュ部分に相当する。)を備えた複写用ハロゲン電球のフィラメントのような形態を呈し、製造設備を流用することができて製造が容易になる。しかし、要すれば、気密容器の中心軸を外してメッシュ状部分のリングの部分に連結部分を直接接続した構成を採用してもよい。なお、連結部分は、単線の直線状でもよいし、また外径が気密容器の内径に対して20%以下のコイル状をなしていてもよい。また、連結部分を適当な値の張力、好適には2kg以上の張力が中心軸方向に作用している状態で封装することができる。張力を作用させるには、内部電極をコイル状に形成すると好都合である。コイル状でなくても、連結部分に中心軸方向の張力を作用させることができる。連結部分がどのような形状であっても、その両端側で気密容器の両端部に封着することにより、連結部分に張力を作用させやすくなる。しかし、要すれば、連結部分を気密容器の片側にのみその一端で封着し、他端を気密容器の他端側に適当な手段たとえばアンカーワイヤによって封止部に固定することにより、連結部分に張力を作用させることもできる。
【0027】
これに対して、単位メッシュ部分がスパイラル状や網目状をなしている場合には、そのスパイラルや網目の部分が連結部分としても機能して、多数の単位メッシュ部分が互いに機械的および導電的に連結する。しかし、スパイラル状や網目状の単位メッシュ部分に単一または複数の棒状体からなる連結部分を溶接するなどによって、より一層内部電極の保形性を付与することができる。あるいは棒状体の連結部分に代えて巻枠を用いてスパイラル状や網目状の単位メッシュ部分を形成すると、保形性が良好になる。なお、巻枠は、絶縁性および導電性のいずれであってもよい。メッシュ状部分に対して、上述のいずれかの構成を採用すれば、内部電極の全体に形状の安定性を付与して、その取扱いを容易にすることができる。
【0028】
また、内部電極は、その単位メッシュ部分の軸方向に対するピッチP(m)が後述するエキシマ生成ガスの圧力p(Pa)との積p・Pが所定の範囲に入っているように構成される。
【0029】
さらに、本発明においては、後述するようにエキシマ生成ガスの封入圧を高くしてランプ効率を向上させる場合であっても、単位メッシュ部分と気密容器の内壁面との間の距離を3mm以下にすることができる。上記距離が3mm以下であれば、ある条件下で放電維持電圧を1000V以下に抑えることができる。
【0030】
さらに、内部電極を構成する材料は、特段限定されないが、たとえばタングステン、モリブデンおよびニッケルなどの耐火性の金属を用いればよいが、タングステンやニッケルは、仕事関数が相対的に小さく、電子放出しやすいから、始動電圧を低下させるのに効果的である。
【0031】
さらにまた、内部電極を石英ガラスからなる気密容器の端部に封着するには、石英ガラスにコンパクトに封着する場合に多用されている封着金属箔を用いる封着構造を採用することができる。また、石英ガラスをピンチシールすることにより、封着金属箔を気密にシールすることができる。
【0032】
<エキシマ生成ガスについて>
エキシマ生成ガスは、キセノン、クリプトン、アルゴンまたはヘリウムなどの希ガスの一種または複数種の混合あるいは希ガスおよびフッ素、塩素、臭素またはヨウ素などのハロゲンの混合ガスたとえばXeCl、KrClなどを用いることができる。また、エキシマ生成ガスに加えてエキシマを生成しないガスたとえばネオンなどを混合して用いることもできる。
【0033】
さらに、エキシマ生成ガスの圧力を20000Pa以上にすることができる。圧力が大きくなるに伴いランプ効率が向上して紫外線出力は増大する。ただし、ランプ効率は圧力の増加に対して飽和傾向を示す。
【0034】
<その他の構成について>
本発明の必須構成要素ではないが、所望により以下の構成を選択的に付加することができる。
1 (ランプソケットについて) 誘電体バリヤ放電ランプへの通電を容易にするために、気密容器の両端に適当な形状および構造のランプソケットを装着することができる。そして、ランプソケットを介して支持手段により発光管を支持することができる。
2 (灯体について) 灯体は、支持手段に関して既述したように外部電極を気密容器との間に挟持するように配設される。
【0035】
請求項2の発明の紫外線照射装置は、請求項1記載の誘電体バリヤ放電ランプ装置と;誘電体バリヤ放電ランプ装置を配設した紫外線照射装置本体と;誘電体バリヤ放電ランプ装置を点灯する高周波点灯回路と;を具備していることを特徴としている。
【0036】
本発明において、「紫外線照射装置」とは、誘電体バリヤ放電ランプ装置から発生する紫外線を利用するあらゆる装置を意味する。たとえば、半導体ステッパー、光洗浄装置、光硬化装置および光乾燥装置などである。また、「紫外線照射装置本体」とは、紫外線照射装置から誘電体バリヤ放電ランプ装置および高周波発生手段を除外した残余の部分を意味する。
【0037】
また、誘電体バリヤ放電ランプ装置は、必要に応じて1ないし複数本を使用することができる。
【0038】
さらに、誘電体バリヤ放電ランプ装置を点灯するためには、高周波点灯回路を用いる。高周波点灯回路は、高周波発生手段を含み、高周波電圧を発生して誘電体バリヤ放電ランプ装置に、その点灯に必要な高周波電力を供給する。なお、「高周波」とは、10kHz以上の周波数をいう。しかし、好適には100kHz〜2MHzである。また、高周波点灯回路は、誘電体バリヤ放電ランプ装置の安定点灯時に1500V程度以下、好適には700〜1000Vの高周波電圧を印加するのが好ましい。さらに、誘電体バリヤ放電ランプ装置の始動電圧は、2〜2.3kVp−pであり、高周波点灯回路の二次開放電圧を始動電圧まで高めることにより容易に始動させることができる。この場合、高周波発生手段として並列インバータを主体として構成すると、高い昇圧比を容易に得ることができるので好適である。そして、高周波出力波形が正弦波なので、誘電体バリヤ放電ランプ装置を点灯する際にノイズ発生が少なくなる。しかし、要すれば、高周波発生手段とは別に始動用パルス電圧発生手段を併用することもできる。さらにまた、誘電体バリヤ放電ランプ装置と高周波点灯回路とは近接位置に配置するのが好ましいが、要すれば互いに離間した位置に配置することもできる。誘電体バリヤ放電ランプ装置は、一般の放電ランプと異なり限流手段を直列に接続する必要がない。しかし、ランプ電流を所定値に調節するために、適当な値のインピーダンスを直列に接続して点灯することは、必要に応じてなすことができる。また、誘電体バリヤ放電ランプ装置を高周波点灯回路に接続するに際して、外部電極を接地すると、ノイズ発生が少なくなる。
【0039】
内部電極がメッシュ状をなす構成で、かつ、陽極であって、外部電極が陰極のときの誘電体バリヤ放電においては、内部電極の単位メッシュ部分の近傍からの紫外線放射が多く、隣接する単位メッシュ部分の中間からの紫外線放射が少なくなる。したがって、単位メッシュ部分のピッチが大きいと、気密容器の軸方向における紫外線照度の均整度が悪くなるとともに、紫外線照度も低下することが分かった。なお、内部電極および外部電極の位相が逆の場合には、上述のようにはならない。内部電極の単位メッシュ部分のピッチを4mm以下であれば、単位メッシュ部分の間の紫外線照度が低くなる谷間の部分がそれぞれの単位メッシュ部分によって生じる紫外線強度の強い領域により埋められるため、その結果気密容器の軸方向の紫外線照度の均整度が著しく向上するとともに、紫外線照度が向上する。
【0040】
また、パルス点灯により強いアフターグロー発光が発生するので、紫外線照度向上に貢献する。
【0041】
高周波点灯回路は、パルス電圧を出力するのであれば、その余の構成を問わないが、たとえば矩形波出力のインバータを用いることにより、矩形波のパルスを得ることができる。しかし、正弦波出力のインバータを用いて正弦波のパルスを得る構成であってもよい。
【0042】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0043】
図1ないし図は、本発明の誘電体バリヤ放電ランプ装置における第1の実施の形態を示し、図1は一部切欠正面図および左右側面図、図2は発光管の正面図、図3は拡大要部中央断面正面図、図4は非給電端側のランプソケットおよび支持手段の拡大要部断面正面図、図5は図4のV−V´線に沿う断面図、図6は灯体の拡大縦断面図、図7は同じく右側面図である。各図において、誘電体バリヤ放電ランプ装置EXLは、発光管LT、外部電極OE、給電端側のランプソケットLS1、第1の支持手段SS1、非給電端側のランプソケットLS2および第2の支持手段SS2を具備して構成されている。また、誘電体バリヤ放電ランプ装置EXLは、灯体CBと組み合わされて誘電体バリヤ放電ランプ装置ユニットEUを構成している。なお、図中、STは、電圧側電源端子台である。以下、各構成要素について説明する。
【0044】
<発光管LTについて> 発光管LTは、図2に示すように、気密容器1、内部電極2および一対の導入線3、4からなる。
【0045】
気密容器1は、その全長が約1200mmで、紫外線透過性の材料からなり、細長い円筒状の中空部1aおよび中空部1aの両端に形成された封止部1bを備えている。封止部1bは、内部にモリブデン箔1b1が埋設されたピンチシール構造である。
【0046】
気密容器1の中空部1aの内部にはエキシマ生成ガスが封入されている。
【0047】
内部電極2は、連結部2a、多数の単位メッシュ部分2bおよび両端直線部2cからなる。連結部2aは、金属細線を巻回してなるコイル2aを主体として構成されている。単位メッシュ部分2bは、連結部2aに一定ピッチで多数配設したリング状部分からなる。両端直線部2cは、連結部2aの両端を引き延ばして形成されている。そして、内部電極2は、約2kgの張力を作用させた状態で、気密容器1の両端に形成された封止部1bのモリブデン箔1b1の一端に両端直線部2cを溶接している。内部電極2の連結部2aは、気密容器1内に装架された状態で張力の作用によって引き延ばされている。
【0048】
一対の導入線3、4は、その内端が気密容器1の両端に形成された封止部1bに埋設されたモリブデン箔1b1に溶接され、基端が封止部1bから外部へ露出している。ただし、導入線4は、非給電側となるので、気密容器1を封止後に外部露出部が切断されて短寸になっている。なお、必要に応じて耐熱性絶縁体を塗布して導入線4の切断後の露出部を隠蔽することができる。
【0049】
<外部電極OEについて> 外部電極OEは、主として図3に示すように、電極主部11、補強リング部12およびパッキン13を備えている。そして、電極主部11は、横断面が約220°の開口角をなすように高純度アルミニウム板を成形してほぼ円弧状に湾曲した樋状体からなり、発光管LTの気密容器1の内部電極2に対向する領域のほぼ全長にわたって、気密容器1の外面に嵌合されている。補強リング部12は、導電性金属からなり、一端が電極主部11の端部に上側から重なり、他端側が後述する給電端側のランプソケットLS1の開口内に挿入されている。パッキン13は、補強リング部12と気密容器1の対面する外面との間に介在して、給電端側のランプソケットLSIの内部に対して防水、防湿的にシールする。
【0050】
<給電端側のランプソケットLS1について> 給電端側のランプソケットLS1は、主として図3に示すように、発光管LTの内部電極2に対して給電を行う機能を有していて、ソケット筒体14、締付リング部15、ワイヤハーネス16、絶縁ディスク17および絶縁保護部18からなる。ソケット筒体14は、有底筒状をなしていて、発光管LTの給電側の端部を包持する。そして、底部の中央に小さな開口を備えている。締付リング部15は、ソケット筒体14の開口部に導電的および機械的に固着され、外部電極OEの補強リング部12およびパッキン13を介して発光管LTの給電側の端部を締め付けてソケット筒体14に固定する。
【0051】
ワイヤハーネス16は、発光管LTから導出されている導入線3と、後述する取付・端子装置23との間を電気的に接続している。絶縁ディスク17は、中央に比較的小さな開口を有するセラミックス円盤からなり、ソケット筒体14の底部から上記開口を経由して導入されるワイヤハーネス16をソケット筒体14から絶縁的に保護する。絶縁保護部18は、セラミックス筒状体からなり、ソケット筒体14内に導入されるワイヤハーネス16を内部に挿通することにより、固定しながら絶縁的に保持する。
【0052】
<第1の支持手段SS1について> 第1の支持手段SS1は、主として図3に示すように、ばね力を介して給電端側のランプソケットLS1を支持している。そして、絶縁継ぎ手19、板ばね20、第1のアーム21、第2のアーム22、取付・端子装置23およびからなる。
【0053】
絶縁継ぎ手19は、その一端が第2のアーム22の先端に固定され、他端から結合板19aが突出している。なお、結合板19aは、第2のアーム22に対して絶縁されている。
【0054】
板ばね20は、全体としてL字状をなしていて、中間部に湾曲したばね力付与部20aが形成されている。また、板ばね20の一端は、絶縁継ぎ手19および第2のアーム22を介して給電端側のランプソケットLS1のソケット筒体14に絶縁的に接続している。さらに、板ばね20の他端は、取付・端子装置23に固定されている。
【0055】
第1のアーム21は、その基端がソケット筒体14の後端部に溶接されており、給電端側のランプソケットLS1の絶縁保護部18をソケット筒体14に固定している。
【0056】
第2のアーム22は、主として図2に示すように、その基端が給電端側のランプソケットLS1のソケット筒体14の前端部に溶接されている。
【0057】
取付・端子装置23は、ソケット筒体15から離間した位置においてソケット筒体15に結合しているとともに、発光管LTおよび外部電極OEを給電側のランプソケットLS1および第1の支持手段SS1を介してばね力を付与して固定するためにも機能する。そして、取付・端子金具23a、ボルト・ナット23bおよび取付ねじ23cを備えている。取付・端子金具23aは、その一端がボルト・ナット23bにより板ばね20およびワイヤハーネス16に接続している。また、他端が取付ねじ23cにより電圧側電源端子台Tに例えば図示のように垂下状態で取付けられる。ボルト・ナット23bは、給電端側のランプソケットLS1を介して誘電体バリヤ放電ランプ装置EXLの給電端を支持するとともに、端子金具としても機能するもので、その板面が誘電体バリヤ放電ランプ装置EXLとほぼ平行に延在している。ボルト・ナット23bは、ワイヤハーネス16の他端を取付・端子金具23aに板ばね20と一緒に機械的および電気的に接続している。
【0058】
<非給電端側のランプソケットLS2について> 非給電端側のランプソケットLS2は、主として図4に示すように、概略給電端のランプソケットLS1に構造が類似しているが、内部電極2に対する給電は行われないで、かつ、外部電極OEを接地するように構成されていて、ソケット筒体30、締付リング部31および絶縁ディスク32からなる。
【0059】
ソケット筒体30は、有底筒状をなしていて、発光管LTの非給電側の端部を包持する。
【0060】
締付リング部31は、図5に示すように、2つ割り構造になっていて、一対の締付けねじ31aをねじ込むことによって、外部電極の補強リング部およびパッキン(いずれも図示しない。)をソケット筒体30の開口部に導電的および機械的に接続するとともに、発光管LTの非給電側の端部を締め付けて防水、防湿的にソケット筒体30に固定する。
【0061】
絶縁ディスク32は、ソケット筒体30の底部内面に配設され、発光管LTの内部電極2に接続する導入線4を接地されるソケット筒体30から絶縁的に保護する。
【0062】
<第2の支持手段SS2について> 第2の支持手段SS2は、主として図4に示すように、ばね力を介して給電端側のランプソケットLS2を支持している。そして、取付・端子装置35、板ばね36およびアーム37からなる。
【0063】
取付・端子装置35は、取付・端子金具35a、ねじ35bおよび取付ねじ35cを備えている。取付・端子金具35aは、非給電端側のランプソケットLS2を介して誘電体バリヤ放電ランプ装置EXLの外部電極OEを図示しない接地電源端子台に電気的に接続すると同時に、誘電体バリヤ放電ランプ装置EXLの非給電端を支持するもので、その板面が誘電体バリヤ放電ランプ装置EXLとほぼ平行に延在している。ねじ35bは、板ばね36を取付・端子金具35aの一端に接続する。取付ねじ35cは、取付・端子金具35aの他端を図示しない接地電源端子台に機械的および電気的に取付ける。
【0064】
板ばね36は、全体としてL字状をなしていて、中間部に湾曲したばね力付与部36aが形成されている。板ばね36の一端は、アーム37を介して非給電端側のランプソケットLS2のソケット筒体30に接続している。板ばね36の他端は、端子ねじ35bにより取付・端子金具35aに固定されている。アーム37は、その基端がソケット筒体30の前端部に溶接されている。
【0065】
アーム37は、基端がソケット筒体30に溶接され、先端が板ばね36に接続している。
【0066】
<誘電体バリヤ放電ランプ装置ユニットEUについて> 誘電体バリヤ放電ランプ装置ユニットEUは、誘電体バリヤ放電ランプ装置EXLと灯体CBとが組み合わされることによって構成されている。
【0067】
灯体CBは、図6および図7に示すように、発光管LTに沿って細長くて、下面に気密容器1の約半分が埋設される程度の断面半円形の凹窪部40が形成されているとともに、内部に中空な冷却媒体流通路41が形成されている。冷却媒体流通路41は、灯体CBの一端側に配設された流入口41aから流入して、他端側に配設された流出口(図示しない。)から流出するように構成されている。また、灯体CBは、その長さが発光管LTの有効発光長に対向する長さを有している。
【0068】
<動作について> 誘電体バリヤ放電ランプ装置EXLは、その上半部が誘電体バリヤ放電ランプ装置ユニットEUの灯体CBの凹窪部40内に埋設された状態で第1および第2の支持手段SS1、SS2によって電圧側電源端子台STと図示を省略している接地側電源端子台とにばね力を介して取付けられる。したがって、外部電極OEは、灯体CBの凹窪部40の内面と気密容器1の外面との間に強く挟持されるために、外部電極OEは管軸方向の全体にわたって気密容器1の主として上半部の外面に一様に圧接される。その結果、気密容器1の内部に管軸方向に沿って一様な誘電体バリア放電が発生するので、誘電体バリヤ放電ランプ装置EXLから得られる紫外線強度の均整度が誘電体バリヤ放電ランプ装置EXLの全長にわたって向上する。
【0069】
以下、図8および図9を参照して本発明の誘電体バリヤ放電ランプ装置の他の実施の形態について説明する。なお、各図において、図1ないし図7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。
【0070】
図8は、本発明の誘電体バリヤ放電ランプ装置における第2の実施の形態を示す概念的断面図である。本実施の形態は、気密容器1が僅かに湾曲している場合に好適な一構成である。なお、図は、その理解を容易にするために、湾曲を誇張している。
【0071】
すなわち、気密容器1が図中実線で示すように僅かに弓なりに湾曲している場合に、その円弧の背であるところの湾曲の外面側が灯体CBに当接するように管理して誘電体バリア放電ランプ装置EXLを製作している。
【0072】
そうして、誘電体バリア放電ランプ装置EXLの両端を灯体CB側へ押し付けて装着すれば、気密容器の湾曲が弾性的に変形する。したがって、誘電体バリア放電ランプ装置EXLは、その全長にわたり図中点線で示されているように真っ直ぐに矯正されるとともに、外部電極が気密容器1の外面に圧接されるので、管軸方向の有効発光部の全長にわたって紫外線発生の均整度が向上する。
【0073】
図9は、本発明の誘電体バリヤ放電ランプ装置における第3の実施の形態を示す概念的底面図である。本実施の形態は、気密容器1が僅かに湾曲している場合に好適な他の構成である。なお、図は、図の理解を容易にするために、湾曲を誇張している。
【0074】
すなわち、気密容器1が図中実線で示されるように僅かに弓なりに湾曲している場合に、その円弧の部分を横向きにして、灯体CBに当接するように管理して誘電体バリア放電ランプ装置EXLを製作している。
【0075】
そうして、誘電体バリア放電ランプ装置EXLの両端を灯体CB側へ押し付けて装着すれば、誘電体バリア放電ランプ装置EXLは、その全長にわたり灯体CBに対して真っ直ぐの状態で外部電極が気密容器1の外面に圧接されるので、管軸方向の有効発光部の全長にわたって紫外線発生の均整度が向上する。
【0076】
図10ないし図12は、本発明の紫外線照射装置の一実施の形態としての紫外線洗浄装置を示し、図10は正面断面図、図11は底面図、図12は図11のXII−XII´線に沿う断面図である。各図において、図1ないし図7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。紫外線照射装置UVWは、紫外線照射装置本体51、点灯回路52および複数の誘電体バリヤ放電ランプ装置ユニットEUを具備している。
【0077】
紫外線照射装置本体51は、全体として箱状をなし、内部が上下に紫外線照射室51aと電源室51bとに区分されている。紫外線照射室51aと電源室51bとは、一端が蝶番51cによって開閉可能に構成されている。
【0078】
紫外線照射室51aには、後述するように複数の誘電体バリヤ放電ランプ装置ユニットEUが並列配置されている。また、紫外線照射室51aは、ワークの洗浄装置の搬送手段の上部に固定的に配設されるとともに、下面が開放されていて、下面の下を通過するワーク(図示しない。)に紫外線を照射するようになっている。なお、図11において、斜線を施した部位は、紫外線有効照射領域を示している。
【0079】
電源室51bは、その内部に点灯回路52および図示を省略している制御回路を収納しており、蝶番51cを回動中心として図10において上方へ回動可能になっている。なお、51b1は、電源室51bの回動時に把持するためのハンドル、51b2は、紫外線照射装置本体51または電源室51bを運搬する際のハンドル、51b3は電源配線のプロテクタである。
【0080】
点灯回路52は、電源室51b内に収納され、電源配線のプロテクタ51b3を経由して電源室51b内に導入された電源を変換して高周波電圧を発生して、複数の誘電体バリヤ放電ランプ装置ユニットEXのそれぞれの誘電体バリヤ放電ランプ装置に給電する。
【0081】
複数の誘電体バリヤ放電ランプ装置ユニットEXは、紫外線照射室51a内に互いに隣接状態で配置されている。しかし、製造の容易のため、およびメンテナンスのために、所要の誘電体バリヤ放電ランプ装置ユニットEXごとに着脱可能になっている。
【0082】
また、灯体CBの冷却媒体流通路に冷却水を通流させるために、その流入口には冷却水を供給するための配管を結合し、流出口には排水のための配管を結合している。
【0083】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、気密容器内にその軸方向に沿って封装された内部電極および気密容器内に封入されたエキシマ生成ガスを備えた発光管の気密容器の外面に添接され、内部電極との協働によって発光管内に誘電体バリア放電を生起するように作用する外部電極と、発光管の両端の少なくとも一端にばね力を作用させて発光管を支持することにより気密容器および外部電極を相互に圧接させる支持手段とを具備していることにより、発光管の外面の管軸方向に沿って外部電極が一様に密接して管軸方向に沿ったエキシマ放電の分布が均一になる誘電体バリヤ放電ランプ装置を提供することができる。
【0084】
請求項2の発明によれば、請求項1記載の誘電体バリヤ放電ランプと、これを配設した紫外線照射装置本体と、高周波点灯回路とを具備していることにより、請求項1の効果を有する紫外線照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の誘電体バリヤ放電ランプ装置における第1の実施の形態を示す一部切欠正面図および左右側面図
【図2】同じく発光管の正面図
【図3】同じく拡大要部中央断面正面図
【図4】同じく非給電端側のランプソケットおよび支持手段の拡大要部断面正面図
【図5】同じく図4のV−V´線に沿う断面図
【図6】同じく灯体の拡大縦断面図
【図7】同じく右側面図
【図8】本発明の誘電体バリヤ放電ランプ装置における第2の実施の形態を示す概念的断面図
【図9】本発明の誘電体バリヤ放電ランプ装置における第3の実施の形態を示す概念的底面図
【図10】本発明の紫外線照射装置の一実施の形態としての紫外線洗浄装置を示す正面断面図
【図11】同じく底面図
【図12】同じく図11のXII−XII´線に沿う断面図
【符号の説明】
1…気密容器、3…導入線、12…補強リング部、13…パッキン、14…ソケット筒体、15…締付リング部、16…ワイヤハーネス、17…絶縁ディスク、18…絶縁保護部、19…絶縁継ぎ手、20…板ばね、21…第1のアーム、22…第2のアーム、23…取付・端子装置、23a…取付・端子金具、23b…ボルトナット、23c…取付ねじ、CB…灯体、LS1…給電側のランプソケット、LT…発光管、OE…外部電極、SS1…第1の支持手段、T…電圧側電源端子台[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a dielectric barrier discharge lamp device and an ultraviolet irradiation device using the same.
[0002]
[Prior art]
Excimer discharge lamps, or dielectric barrier discharge lamps, that emit a near-monochromatic radiation by silently discharging a rare gas such as xenon or a mixture of a rare gas such as xenon or krypton and chlorine, have been described in many literatures. It has been known for some time. In the dielectric barrier discharge, a pulsed current flows due to a so-called silent discharge. This pulse-shaped current has a high-speed electron flow and many pauses, so that a substance that emits ultraviolet light, such as xenon, is temporarily combined with the molecular state (excimer state) and reabsorbed when returning to the ground state. Efficiently emits less UV rays.
[0003]
2. Description of the Related Art As a dielectric barrier discharge lamp, a dielectric barrier discharge lamp that performs a dielectric barrier discharge using an elongated tubular airtight container is known (see Patent Document 1).
[0004]
Also, a light-transmitting, elongated tubular, light-transmitting external electrode is provided on the outer surface of the discharge vessel serving also as the first dielectric of the dielectric barrier discharge, and a ratio L / D of length L to diameter D is provided on the inner side. There is also proposed a structure provided with an inner electrode made of a metal rod or a metal pipe of 30 or more (see Patent Document 2).
[0005]
Furthermore, a dielectric barrier discharge lamp in which drooping of the internal electrode is suppressed by arranging the internal electrode by the action of tension or by attaching a position restrictor, ie, an anchor, to the internal electrode is also provided by the present inventor. (See Patent Document 3). According to
[0006]
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-11-111235
[Patent Document 2]
JP-A-7-272692
[Patent Document 3]
JP 2001-084966 A
[Problems to be solved by the invention]
However, it has been found that close contact of the external electrode with the outer surface of the elongated arc tube is difficult to obtain uniformly along the tube axis direction of the arc tube. Therefore, there is a disadvantage that the distribution of the excimer discharge along the tube axis direction becomes non-uniform. In particular, when the length of the arc tube exceeds 1,000 mm, the tendency becomes remarkable.
[0008]
As a result of the investigation, it was found that the main cause was that the external electrode was not uniformly in close contact with the outer surface along the tube axis direction of the airtight container.
[0009]
Further, it is relatively difficult to form an elongated airtight container made of an ultraviolet-transmissive material such as quartz glass straight, and the bending of the airtight container is caused by the close contact of the external electrode with the outer surface of the arc tube in the tube axis direction of the arc tube. Along one of the causes is difficult to obtain.
[0010]
The present invention relates to a dielectric barrier discharge lamp device in which external electrodes are uniformly intimately contacted along the tube axis direction on the outer surface of the arc tube and the distribution of excimer discharges is uniform along the tube axis direction, and ultraviolet light using the same. It is an object to provide an irradiation device.
[0011]
[Means for achieving the object]
The dielectric barrier discharge lamp device according to the first aspect of the present invention detachably attaches to the outer surface of the arc tube and the airtight container by supporting the arc tube by applying a spring force to at least one end of both ends of the arc tube. It is characterized by having a supporting means for pressing the external electrodes in contact with each other.
[0012]
The dielectric barrier discharge lamp device of the present invention includes a dielectric barrier discharge lamp having an arc tube and an external electrode, and support means for pressing the external electrode against the outer surface of the hermetic container.
[0013]
<Regarding Supporting Means> The supporting means supports the both ends of the hermetic container of the arc tube and presses the hermetic container and the external electrode attached to the outer surface of the hermetic container to each other by applying a spring force. Means. The spring force is configured to act on at least one end, preferably both ends, of the airtight container. The specific means for applying the spring force is not particularly limited. For example, the airtight container can be supported via a spring. Further, it is permissible to use a supporting means provided with a supporting portion for supporting the airtight container and a spring portion for applying a spring force in parallel with the supporting portion.
[0014]
In the case of supporting means for supporting the airtight container via a spring, the supporting means has a spring interposed between the fixing portion and the airtight container. As the spring, a plate-shaped or rod-shaped spring material can be processed into various structures and shapes and used. In the case where the external electrode is pressed against the outer surface of the airtight container by applying the spring force over the entire length of the airtight container while disposing the support means for applying the spring force at one end of the airtight container, one end of the airtight container is formed of a hinge. The other end can be rotatably attached to the fixed portion, and the other end can be attached to the fixed portion by a support means for applying a spring force.
[0015]
In order to press the external electrode against the outer surface of the hermetic container, a lamp having rigidity extending along the longitudinal direction of the hermetic container can be provided as a fixing portion. Then, the airtight container can be pressed against the lamp body, and at that time, the external electrode can be sandwiched between the lamp body and the airtight container, so that the external electrode can be in close contact with the outer surface of the airtight container. convenient. In such an embodiment, the external electrode can be formed of a flexible member, and a relatively inexpensive external electrode can be easily obtained by using a member having high ultraviolet reflectivity. Further, by disposing an appropriate cooling means in the lamp body, it is effective to remove the heat of the airtight container via the external electrode and to keep the ultraviolet radiation efficiency high. As a cooling means, a cooling medium, for example, water or the like can be passed through the inside of the lamp body.
[0016]
<Regarding External Electrode> The external electrode is detachably attached to the outer surface of the hermetic container with respect to the arc tube of the dielectric barrier discharge lamp. And it acts so as to cause a dielectric barrier discharge having the wall surface of the hermetic container as a dielectric between the internal electrode sealed inside the hermetic container and the inside of the hermetic container. The external electrode is generally configured to be detachable from the outer surface of the airtight container of the arc tube, for example, to replace only the arc tube. However, if necessary, the external electrode may be irremovably attached to the outer surface of the airtight container.
[0017]
Further, the external electrode has a length in the tube axis direction substantially opposite to the internal electrode. Thereby, a dielectric barrier discharge can be generated along the tube axis direction of the arc tube. The width of the external electrode in the direction perpendicular to the tube axis is generally preferably in the range of about 60 to 300 ° at an angle centered on the tube axis of the airtight container. Therefore, the portion where the airtight container of the arc tube is exposed to the outside without the external electrode is formed in the range of about 300 to 60 °, and the ultraviolet light transmitted through the wall surface of the airtight container is exposed to the light. It can be illuminated from the part to the outside and over a relatively long distance along the tube axis of the arc tube and used for various purposes. However, in order to emit as much ultraviolet rays as possible by the dielectric barrier discharge and irradiate the emitted ultraviolet rays at a preferable angle, the width of the external electrode in the direction perpendicular to the tube axis is preferably about 90 to 240 °. It is better to be within the range. Further, in order to obtain high easiness in attaching and detaching the external electrode and strong pressure contact with the outer surface of the hermetic container under the action of the spring force of the supporting means, the angle is preferably within a range of about 240 ° or less. Therefore, in order to satisfy both the detachability of the external electrode and the ultraviolet radiation, the range of about 60 to 240 ° is optimal.
[0018]
Furthermore, if the external electrode is detachably attached to the outer surface of the airtight container, it may be a thin and flexible conductive metal foil, plate or metal wire, or a thick rigid body. There may be. In any of the above cases, if the inner surface of the external electrode facing the airtight container has a high reflectance with respect to ultraviolet rays, it acts as a reflection means, so that it is effective to increase the amount of ultraviolet rays that can be extracted outside. As a material having a high ultraviolet reflectance, for example, high-purity aluminum or silver can be used. When the external electrode is made of a rigid body, a material that also functions as a lamp can be used.
[0019]
Furthermore, the external electrode may be in any of a continuous planar state and a mesh state. In the mesh shape, a number of unit mesh portions are arranged in the axial direction of the hermetic container through respective gaps, and the unit mesh portions approach the inner wall surface of the hermetic container, and further in the axial direction of the hermetic container. A state in which they are spatially separated from each other but are conductively connected. Further, the unit mesh portion may be continuous in the circumferential direction or may be divided. Therefore, specifically, the unit mesh portion is allowed to have a mesh shape, for example.
[0020]
<Regarding the Operation of the Present Invention> In the present invention, the internal electrode sealed inside the hermetic container and the external electrode detachably attached to the outer surface of the hermetic container by having the above-described configuration are provided. When a voltage, preferably a high frequency voltage, is applied between the excimer gas and the gas, an excimer discharge of the excimer generated gas occurs in the hermetic container. Since the external electrode is pressed against the outer surface of the hermetic container by the support means under the action of the spring force, a gap is less likely to be formed between the outer surface of the hermetic container and the external electrode, and therefore, in the tube axis direction of the hermetic container. Along, a uniform excimer discharge is formed.
[0021]
<About airtight containers>
An airtight container made of a material that transmits ultraviolet light can be generally manufactured using synthetic quartz glass. However, the present invention may be made of any material as long as it is transparent to vacuum ultraviolet light of the wavelength to be used.
[0022]
The outer diameter of the hermetic container is preferably 12 mm or more in order to increase the ultraviolet output. In order to lower the discharge starting voltage, the inner diameter is preferably set to 25 mm or less. Further, the thickness can be set to 2 mm or less, preferably about 0.3 to 1 mm. On the other hand, the length of the airtight container is not limited at all, and can be set to an arbitrary length, for example, about 1 m, depending on a required ultraviolet irradiation length. In particular, according to the present invention, the external electrode can be easily pressed uniformly in the axial direction between the airtight containers by the support means, so that the length may be 1 m or more.
[0023]
As a means for exhausting the inside of the airtight container and then filling the excimer generated gas, an exhaust pipe is generally connected to the airtight container. In the present invention, when the exhaust pipe is connected, the exhaust pipe may be connected to any part of the airtight container, but by connecting the exhaust pipe to the side surface, the connection work of the exhaust pipe and the exhaust / sealing work become easy. When the exhaust gas is exhausted through the exhaust pipe, the excimer product gas is sealed in the airtight container from the exhaust pipe, and the exhaust pipe is chipped off, thereby forming an exhaust chip-off portion.
[0024]
In addition, the airtight container may be not only a straight straight tube but also slightly curved as long as it is tubular. In practice, when forming an elongated tube, a slight curve is likely to be formed, for example, a curve having a maximum length of about 1 mm or less can be formed for a total length of about 1200 mm. However, this degree of curvature is acceptable as a substantially straight tube, and according to the present invention, it is possible to press the external electrodes against one another. When the airtight container is curved as described above, or when it is curved in an arc shape, it is preferable to arrange the back portion of the arc so as to face the external electrode. Further, the side surface portion of the arc may be arranged so as to face the external electrode. Therefore, by controlling the arrangement of the external electrodes so that the external electrodes face each other within an arbitrary angle range in the middle, a good pressure contact between the external electrodes and the outer surface of the airtight container can be obtained. The cross-sectional shape of the tube is generally a circle, but a desired cross-sectional shape such as an ellipse or a square can be used if necessary.
[0025]
<About internal electrodes>
The internal electrode may have any configuration. For example, a large number of unit mesh portions are formed in a mesh shape arranged with a gap in the axial direction of the airtight container, or internal electrodes having various configurations as in the above-described conventional technology are adopted as desired. Is allowed. However, since the internal electrodes are formed in a mesh shape, the amount of ultraviolet rays can be relatively increased, which is preferable. It should be noted that "a large number of unit mesh portions are in the form of a mesh arranged in the axial direction of the airtight container with a gap therebetween" means that the unit mesh portion approaches the inner wall surface of the airtight container and is airtight. It refers to a state in which they are spatially separated from each other in the axial direction of the container, but are electrically connected. The unit mesh portion may be continuous in the circumferential direction or may be divided. Therefore, specifically, the unit mesh portion is allowed to have, for example, a ring shape (former of the former), a spiral shape or a coil shape (form of the latter), or a mesh shape. In the case of a mesh, the former or the latter belongs depending on the configuration of the mesh.
[0026]
When the unit mesh portion has a ring shape, by providing a connection portion extending in the axial direction of the airtight container, a large number of unit mesh portions are connected at a predetermined pitch, and are electrically conductive. Can be connected. By forming the connecting portion so as to extend along the central axis of the airtight container, the entire inner electrode is provided with a number of ring anchors (corresponding to a unit mesh portion). And the manufacturing equipment can be diverted to facilitate the manufacturing. However, if necessary, a configuration in which the central axis of the airtight container is removed and the connecting portion is directly connected to the ring portion of the mesh portion may be adopted. The connecting portion may be a single linear shape or a coil shape having an outer diameter of 20% or less of the inner diameter of the hermetic container. Further, the connecting portion can be sealed in a state in which an appropriate value of tension, preferably 2 kg or more, acts on the central axis. In order to exert a tension, it is advantageous to form the internal electrode into a coil shape. Even if it is not a coil shape, a tension in the central axis direction can be applied to the connecting portion. Regardless of the shape of the connecting portion, sealing at both ends of the airtight container at both ends makes it easier to apply tension to the connecting portion. However, if necessary, the connecting part is sealed to only one side of the hermetic container at one end, and the other end is fixed to the sealing part by appropriate means such as an anchor wire at the other end of the hermetic container. Can also be tensioned.
[0027]
On the other hand, when the unit mesh portion has a spiral shape or a mesh shape, the spiral or mesh portion also functions as a connecting portion, and a large number of unit mesh portions are mechanically and electrically conductive with each other. connect. However, the shape retention of the internal electrode can be further imparted by welding a connection portion formed of a single or a plurality of rods to a spiral or mesh unit mesh portion. Alternatively, when a spiral or mesh-shaped unit mesh portion is formed by using a winding frame instead of the connecting portion of the rod-shaped body, shape retention is improved. The winding frame may be either insulating or conductive. If any one of the above-described configurations is employed for the mesh-like portion, shape stability can be imparted to the entire internal electrode, and handling thereof can be facilitated.
[0028]
The internal electrode is configured such that the product p · P of the pitch P (m) of the unit mesh portion with respect to the axial direction and the pressure p (Pa) of the excimer-producing gas described later falls within a predetermined range. .
[0029]
Furthermore, in the present invention, the distance between the unit mesh portion and the inner wall surface of the hermetic container is set to 3 mm or less even when the lamp efficiency is improved by increasing the filling pressure of the excimer generation gas as described later. can do. If the distance is 3 mm or less, the discharge sustaining voltage can be suppressed to 1000 V or less under certain conditions.
[0030]
Further, the material constituting the internal electrode is not particularly limited, and for example, a refractory metal such as tungsten, molybdenum and nickel may be used. Tungsten and nickel have a relatively small work function and easily emit electrons. Therefore, it is effective in lowering the starting voltage.
[0031]
Furthermore, in order to seal the internal electrode to the end of the airtight container made of quartz glass, it is possible to adopt a sealing structure using a sealing metal foil that is frequently used when sealing compactly to quartz glass. it can. Further, the sealing metal foil can be hermetically sealed by pinch sealing the quartz glass.
[0032]
<About excimer generated gas>
The excimer product gas may be a mixture of one or more rare gases such as xenon, krypton, argon or helium, or a mixed gas of a rare gas and a halogen such as fluorine, chlorine, bromine or iodine, for example, XeCl, KrCl or the like. . In addition, a gas that does not generate excimer, such as neon, may be mixed and used in addition to the excimer generating gas.
[0033]
Further, the pressure of the excimer product gas can be set to 20000 Pa or more. As the pressure increases, the lamp efficiency increases and the ultraviolet output increases. However, the lamp efficiency tends to be saturated with an increase in pressure.
[0034]
<Other configurations>
Although not an essential component of the present invention, the following components can be selectively added as desired.
1. (Regarding Lamp Socket) In order to easily supply electricity to the dielectric barrier discharge lamp, a lamp socket having an appropriate shape and structure can be attached to both ends of the hermetic container. Then, the arc tube can be supported by the supporting means via the lamp socket.
2 (Regarding the Lamp) The lamp is disposed so as to sandwich the external electrode between the lamp and the airtight container as described above with respect to the support means.
[0035]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an ultraviolet irradiating apparatus, comprising: a dielectric barrier discharge lamp apparatus according to the first aspect; an ultraviolet irradiating apparatus main body provided with the dielectric barrier discharge lamp apparatus; and a high frequency for lighting the dielectric barrier discharge lamp apparatus. And a lighting circuit.
[0036]
In the present invention, the term "ultraviolet irradiation device" means any device that utilizes ultraviolet light generated from a dielectric barrier discharge lamp device. For example, a semiconductor stepper, a light cleaning device, a light curing device, a light drying device, and the like. The “ultraviolet irradiation device main body” means the remaining portion of the ultraviolet irradiation device excluding the dielectric barrier discharge lamp device and the high-frequency generation means.
[0037]
In addition, one or a plurality of dielectric barrier discharge lamp devices can be used as necessary.
[0038]
Further, a high frequency lighting circuit is used to light the dielectric barrier discharge lamp device. The high-frequency lighting circuit includes a high-frequency generating unit, generates a high-frequency voltage, and supplies a dielectric barrier discharge lamp device with high-frequency power required for the lighting thereof. Note that “high frequency” refers to a frequency of 10 kHz or more. However, it is preferably between 100 kHz and 2 MHz. Further, it is preferable that the high frequency lighting circuit applies a high frequency voltage of about 1500 V or less, preferably 700 to 1000 V when the dielectric barrier discharge lamp device is stably operated. Further, the starting voltage of the dielectric barrier discharge lamp device is 2 to 2.3 kVp-p, and the starting can be easily performed by increasing the secondary open-circuit voltage of the high frequency lighting circuit to the starting voltage. In this case, it is preferable that the high frequency generating means is mainly composed of a parallel inverter because a high step-up ratio can be easily obtained. Since the high-frequency output waveform is a sine wave, noise is reduced when the dielectric barrier discharge lamp device is turned on. However, if necessary, a starting pulse voltage generating means may be used in addition to the high frequency generating means. Furthermore, it is preferable that the dielectric barrier discharge lamp device and the high-frequency lighting circuit are arranged at close positions, but if necessary, they can be arranged at positions separated from each other. Unlike a general discharge lamp, the dielectric barrier discharge lamp device does not need to connect current limiting means in series. However, in order to adjust the lamp current to a predetermined value, lighting by connecting an appropriate value of impedance in series can be performed as needed. In addition, when the dielectric barrier discharge lamp device is connected to the high-frequency lighting circuit, if the external electrodes are grounded, noise generation is reduced.
[0039]
In a dielectric barrier discharge in which the internal electrode is in a mesh shape and the anode is the anode and the external electrode is the cathode, a large amount of ultraviolet radiation is emitted from the vicinity of the unit mesh portion of the internal electrode, and the adjacent unit mesh UV radiation from the middle of the part is reduced. Therefore, it was found that when the pitch of the unit mesh portion was large, the uniformity of the ultraviolet illuminance in the axial direction of the airtight container was deteriorated, and the ultraviolet illuminance was also reduced. When the phases of the internal electrode and the external electrode are opposite to each other, the above does not occur. If the pitch of the unit mesh portion of the internal electrode is 4 mm or less, the valley portion where the ultraviolet illuminance between the unit mesh portions is low is filled with the region where the intensity of ultraviolet light generated by each unit mesh portion is strong, resulting in airtightness. The uniformity of the UV illuminance in the axial direction of the container is remarkably improved, and the UV illuminance is improved.
[0040]
In addition, since strong afterglow light emission is generated by pulse lighting, it contributes to improvement in ultraviolet illuminance.
[0041]
The high-frequency lighting circuit can output a rectangular pulse by using a rectangular wave output inverter, for example, as long as it outputs a pulse voltage. However, a configuration in which a sine wave pulse is obtained using a sine wave output inverter may be employed.
[0042]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0043]
1 to 3 show a first embodiment of a dielectric barrier discharge lamp device according to the present invention. FIG. 1 is a partially cutaway front view and left and right side views, FIG. 2 is a front view of an arc tube, and FIG. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional front view of the main part of the lamp socket and the supporting means on the non-feeding end side, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV ′ of FIG. 4, and FIG. 7 is a right side view of FIG. In each of the figures, a dielectric barrier discharge lamp device EXL includes an arc tube LT, an external electrode OE, a lamp socket LS1 on a power supply end side, first support means SS1, a lamp socket LS2 on a non-power supply end side, and a second support means. SS2 is provided. Further, the dielectric barrier discharge lamp device EXL is combined with the lamp body CB to form a dielectric barrier discharge lamp device unit EU. In the figure, ST is a voltage side power supply terminal block. Hereinafter, each component will be described.
[0044]
<Regarding Arc Tube LT> As shown in FIG. 2, the arc tube LT includes an
[0045]
The
[0046]
An excimer generated gas is sealed in the hollow portion 1a of the
[0047]
The
[0048]
The inner ends of the pair of
[0049]
<Regarding External Electrode OE> The external electrode OE mainly includes an electrode main portion 11, a reinforcing
[0050]
<Regarding Power Supply End Lamp Socket LS1> The power supply end side lamp socket LS1 mainly has a function of supplying power to the
[0051]
The
[0052]
<Regarding First Support Means SS1> The first support means SS1 mainly supports the lamp socket LS1 on the power supply end side via a spring force as shown in FIG. And it consists of an insulating joint 19, a
[0053]
One end of the insulating joint 19 is fixed to the tip of the
[0054]
The
[0055]
The base end of the
[0056]
The base end of the
[0057]
The mounting /
[0058]
<Regarding the Lamp Socket LS2 on the Non-Power Feeding End Side> Although the structure of the lamp socket LS2 on the non-power feeding end side is substantially similar to the structure of the lamp socket LS1 on the power feeding end, as shown in FIG. Is not performed, and is configured so that the external electrode OE is grounded.
[0059]
The
[0060]
As shown in FIG. 5, the tightening
[0061]
The insulating
[0062]
<Regarding the Second Support Means SS2> The second support means SS2 mainly supports the lamp socket LS2 on the power supply end side via a spring force as shown in FIG. The mounting /
[0063]
The mounting /
[0064]
The
[0065]
The
[0066]
<Regarding the dielectric barrier discharge lamp device unit EU> The dielectric barrier discharge lamp device unit EU is configured by combining the dielectric barrier discharge lamp device EXL and the lamp body CB.
[0067]
As shown in FIGS. 6 and 7, the lamp body CB is elongated along the arc tube LT, and has a
[0068]
<Regarding Operation> The dielectric barrier discharge lamp device EXL has first and second support means in which the upper half thereof is embedded in the
[0069]
Hereinafter, another embodiment of the dielectric barrier discharge lamp device of the present invention will be described with reference to FIGS. In each drawing, the same parts as those in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0070]
FIG. 8 is a conceptual sectional view showing a second embodiment of the dielectric barrier discharge lamp device of the present invention. This embodiment is a preferred configuration when the
[0071]
That is, when the
[0072]
Then, if the both ends of the dielectric barrier discharge lamp device EXL are pressed against the lamp body CB and mounted, the curvature of the airtight container is elastically deformed. Accordingly, the dielectric barrier discharge lamp device EXL is straightened over its entire length as shown by the dotted line in the figure, and the external electrodes are pressed against the outer surface of the
[0073]
FIG. 9 is a conceptual bottom view showing a third embodiment of the dielectric barrier discharge lamp device of the present invention. This embodiment is another configuration suitable for the case where the
[0074]
That is, when the
[0075]
Then, when the both ends of the dielectric barrier discharge lamp device EXL are pressed against the lamp body CB side and mounted, the dielectric barrier discharge lamp device EXL has the external electrodes in a state of being straight with respect to the lamp body CB over its entire length. Since it is pressed against the outer surface of the
[0076]
10 to 12 show an ultraviolet cleaning apparatus as one embodiment of the ultraviolet irradiation apparatus of the present invention. FIG. 10 is a front sectional view, FIG. 11 is a bottom view, and FIG. 12 is a line XII-XII ′ in FIG. FIG. In each figure, the same parts as those in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The ultraviolet irradiation device UVW includes an ultraviolet irradiation device
[0077]
The ultraviolet irradiation device
[0078]
As described later, a plurality of dielectric barrier discharge lamp device units EU are arranged in the
[0079]
The
[0080]
The
[0081]
The plurality of dielectric barrier discharge lamp device units EX are arranged adjacent to each other in the
[0082]
Further, in order to allow the cooling water to flow through the cooling medium flow passage of the lamp body CB, a pipe for supplying cooling water is connected to the inlet, and a pipe for drainage is connected to the outlet. I have.
[0083]
【The invention's effect】
According to the invention of
[0084]
According to the second aspect of the present invention, the dielectric barrier discharge lamp according to the first aspect, the ultraviolet irradiation apparatus main body provided with the dielectric barrier discharge lamp, and the high-frequency lighting circuit are provided. UV irradiation device having the same can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway front view and left and right side views showing a first embodiment of a dielectric barrier discharge lamp device according to the present invention.
FIG. 2 is a front view of the arc tube.
FIG. 3 is a front view of a central section of the same enlarged part.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional front view of a main part of the lamp socket and supporting means on the non-power-feeding end side.
FIG. 5 is a sectional view taken along the line VV ′ of FIG. 4;
FIG. 6 is an enlarged vertical sectional view of the lamp body.
FIG. 7 is a right side view of the same.
FIG. 8 is a conceptual sectional view showing a second embodiment of the dielectric barrier discharge lamp device of the present invention.
FIG. 9 is a conceptual bottom view showing a third embodiment of the dielectric barrier discharge lamp device of the present invention.
FIG. 10 is a front sectional view showing an ultraviolet cleaning device as one embodiment of the ultraviolet irradiation device of the present invention.
FIG. 11 is a bottom view of the same.
FIG. 12 is a sectional view taken along the line XII-XII ′ of FIG. 11;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
気密容器の外面に添接され、内部電極との協働によって発光管内に誘電体バリア放電を生起するように作用する外部電極と;
発光管の両端の少なくとも一端にばね力を作用させて発光管を支持することにより気密容器および外部電極を相互に圧接させる支持手段と;
を具備していることを特徴とする誘電体バリヤ放電ランプ装置。An elongate tubular hermetic container made of a material that transmits ultraviolet light, an arc tube including an internal electrode sealed in the hermetic container along the axial direction thereof, and an excimer product gas enclosed in the hermetic container;
An outer electrode attached to the outer surface of the airtight container and acting to generate a dielectric barrier discharge in the arc tube in cooperation with the inner electrode;
Supporting means for applying a spring force to at least one end of both ends of the arc tube to support the arc tube and press the airtight container and the external electrode against each other;
A dielectric barrier discharge lamp device comprising:
誘電体バリヤ放電ランプを配設した紫外線照射装置本体と;
誘電体バリヤ放電ランプを点灯する高周波点灯回路と;
を具備していることを特徴とする紫外線照射装置。A dielectric barrier discharge lamp according to claim 1;
An ultraviolet irradiation device main body provided with a dielectric barrier discharge lamp;
A high frequency lighting circuit for lighting a dielectric barrier discharge lamp;
An ultraviolet irradiation device, comprising:
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