JP2004349181A

JP2004349181A - 誘電体バリヤ放電ランプ装置および紫外線照射装置

Info

Publication number: JP2004349181A
Application number: JP2003146916A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Tauchi; 亮彦田内; Tetsuo Yamada; 哲夫山田; Kazuhiro Shiraishi; 和寛白石; Kazuhiko Yoshikawa; 和彦吉川
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】気密容器の撓みや熱ストレスによる不都合が生じないように改良された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。
【解決手段】誘電体バリヤ放電ランプ装置は、気密容器、内部電極、給電導体、エキシマ生成ガス、外部電極を具えた誘電体バリヤ放電ランプＥＸＬと、誘電体バリア放電ランプの給電導体が導出されている一端部を包囲して当該端部を機械的に保護するとともに給電導体と絶縁関係に保持された第１のランプ口金Ｂ１と、誘電体バリア放電ランプの他端部を包囲して当該端部を機械的に保護するとともに外部電極に接続する導電体部分を備えた第２のランプ口金Ｂ２と、第１のランプ口金を固定的に支持する第１のランプ口金支持手段ＢＳ１と第２のランプ口金を誘電体バリア放電ランプの管軸方向に移動可能に支持するとともに第２の口金の導電体部分に電気的に接続した第２のランプ口金支持手段ＢＳ２とを具備している。
【選択図】図１

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すなわち誘電体バリア放電を行わせて、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。誘電体バリヤ放電においては、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、しかも、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、上述の細長い気密容器を備えた誘電体バリア放電ランプは、気密容器の長尺化および高出力化に伴ってランプの撓みおよび点灯による熱ストレスが大きくなるために、外部電極が所要の程度に気密容器の外面に密接しなくなったり、灯体による冷却が所要に行われなくなったりしやくすくなる。外部電極が所要の程度に気密容器の外面に密接しなくなると、放電電流が低減して所要の点灯電力が投入されなくなる。また、灯体による冷却が所要に行われなくなると、温度上昇によって発光効率が低下する。さらに、ランプの撓みおよび点灯による熱ストレスが甚だしいときには、気密容器が熱ストレスのために破壊したりすることもある。
【０００８】
本発明は、気密容器の撓みや熱ストレスによる不都合が生じないように改良された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一般的な目的とする。
【０００９】
また、本発明は、気密容器の撓みや熱ストレスに対してフリーになるように誘電体バリヤ放電ランプを支持することにより、上述の不都合が生じないように改良された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具体的な目的とする。
【００１０】
【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、紫外線透過性の材料からなる細長い管状をなす気密容器、気密容器内に封装された内部電極、内部電極に接続して気密容器の一端から外部へ導出された給電導体、気密容器内に封入されたエキシマ生成ガス、および気密容器の外面に配設され内部電極との協働によって気密容器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を具えた誘電体バリヤ放電ランプと；誘電体バリア放電ランプの両端部に装着された第１および第２のランプ口金と；誘電体バリア放電ランプを第１および第２のランプ口金を支持することにより誘電体バリア放電ランプを支持する第１および第２のランプ口金支持手段とを具備するものにおいて、前記第１のランプ口金は、誘電体バリア放電ランプの給電導体が導出されている一端部を包囲して当該端部を機械的に保護するとともに給電導体と絶縁関係に保持され；第２のランプ口金は、バリア放電ランプの他端部を包囲して当該端部を機械的に保護するとともに外部電極に接続する導電体部分を備え；第１のランプ口金支持手段は、第１のランプ口金を固定的に支持し；第２のランプ口金支持手段は、第２のランプ口金を誘電体バリア放電ランプの管軸方向に移動可能に支持するとともに第２の口金の導電体部分に電気的に接続している；ことにより特徴付けられている。
【００１１】
以下、本発明の誘電体バリヤ放電ランプ装置を特徴的な構成要素を最初に説明し、次にその他の構成要素について説明する。
【００１２】
＜第１のランプ口金について＞第１のランプ口金は、誘電体バリア放電ランプの後述する給電導体が導出されている方の一端部を包囲して当該端部を機械的に保護する。また、第１のランプ口金は、上記給電導体に対して絶縁関係に保持されている。以上の条件を満足すれば、第１のランプ口金は、導電物質および絶縁物質のいずれで形成されていてもよい。さらに、第１のランプ口金は、所望により誘電体バリア放電ランプの気密容器の外面に添接された外部電極の端部を誘電体バリア放電ランプの一端部を包囲するのと同時に包囲することができる。この構成において、第１のランプ口金の少なくとも一部を導電物質により形成して、外部電極に第１のランプ口金を導通させ、外部電極に対する給電に寄与させることができる。
【００１３】
＜第２のランプ口金について＞第２のランプ口金は、誘電体バリア放電ランプの他端部を包囲して当該端部を機械的に保護する。また、第２のランプ口金は、誘電体バリア放電ランプの外部電極に接続する導電体部分を備えている。以上の条件を満足すれば、第２のランプ口金は、導電物質および絶縁物質のいずれで形成されていてもよい。しかし、導電物質で形成することにより、外部電極との接続が容易になり、構造も簡単になる。
【００１４】
＜第１のランプ口金支持手段について＞第１のランプ口金支持手段は、第１のランプ口金を固定的に支持する。これにより、誘電体バリア放電ランプの一端部を支持する。
【００１５】
＜第２のランプ口金支持手段について＞第２のランプ口金支持手段は、第２のランプ口金を誘電体バリア放電ランプの管軸方向に移動可能に支持するとともに第２の口金の導電体部分に電気的に接続している。上記の移動可能な態様は、予定される撓みや熱ストレスによる伸縮に応じて所定範囲内において移動可能であればよい。第２のランプ口金支持手段と第２の口金の導電体部分とが電気的に接続している関係は、第２のランプ口金が第２のランプ口金支持手段に対して相対的に誘電体バリア放電ランプの管軸方向に移動する際にも、持続していなければならない。
【００１６】
第２のランプ口金支持手段についての上記構成のうち、第２のランプ口金を誘電体バリア放電ランプの管軸方向に移動可能に支持するための具体的な構成は、本発明において特段限定されない。例えば、誘電体バリア放電ランプの他端側を緩く支持することにより、上記の条件を満足することができる。ただし、誘電体バリア放電ランプが負所望に脱落したり、位置ずれを生じたりしない程度である必要がある。このためには、ばね力を作用させながら第２のランプ口金を支持すればよい。ばね力を作用させる手段としては、例えば第１の摺接機構を配設することができる。
【００１７】
また、第２のランプ口金支持手段についての前記構成のうち、第２のランプ口金支持手段と第２の口金の前記導電体部分とが電気的に接続している関係が、第２のランプ口金が第２のランプ口金支持手段に対して相対的に誘電体バリア放電ランプの管軸方向に移動する際にも持続している条件を満足するための具体的な構成は、本発明において特段限定されない。例えば、第２のランプ口金支持手段および第２のランプ口金の間に第２の摺接機構を配設することにより実現することができる。第２の摺接機構としては既知の各種構成を適宜採用することができる。
【００１８】
さらに、第２の摺接機構は、外部電極に向かって圧接力が誘電体バリア放電ランプに作用するように摺接する構成であれば、次に示す格別の作用を奏するので、有益である。すなわち、この種の細長い気密容器を備えた誘電体バリア放電ランプは、紫外線反射性の灯体の内面に当接され、灯体内に通流する冷媒により冷却されながら点灯するように構成されるのが一般的である。外部電極が薄い金属板を気密容器の外表面に接触させるように配置される構成の場合、当該外部電極は、上記灯体の内面と気密容器との間に介在するので、両者間に第２の摺接機構が圧接力を付与することになる。そのため、外部電極が気密容器の外面に密接して、所定の作動を行うことができる。以上の結果、誘電体バリア放電ランプは、常に所定の発光効率で点灯する。
【００１９】
さらにまた、本発明においては、前述の第１の摺接機構と第２の摺接機構とを単一の摺接機構で兼ねることができる。しかし、要すれば、別に配設できるのはいうまでもない。
【００２０】
＜誘電体バリヤ放電ランプについて＞誘電体バリヤ放電ランプは、気密容器、内部電極、エキシマ生成ガスおよび外部電極を備えている。
【００２１】
（気密容器について）気密容器は、紫外線透過性の材料からなり、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】
また、気密容器は、紫外線出力を多くするには、その外径を１２ｍｍ以上にするのがよい。また、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管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。本発明においては、排気管を気密容器の一方の端部近傍であって、かつ、灯体から外部へ露出する部位の側面に接続する。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。排気を気密容器の一端側に形成した排気管を経由して排気すると、特に気密容器が１ｍ以上のように長い場合、充分な排気をするのに多少時間が長くなる傾向がある。そこで、要すれば、気密容器の両端近傍に一対の排気管を形成して、同時に排気を行うように構成してもよい。したがって、この場合には、一対の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。なお、気密容器が上記のように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】
（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気密容器、エキシマ形成ガスおよび内部電極を備えている発光管に対してその気密容器の外面に配設される。配設の態様は、着脱可能な態様および着脱不能な態様のいずれであってもよい。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。
【００３５】
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。そうすれば、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。
【００３６】
さらに、外部電極は、気密容器の外面に着脱可能に配設される場合、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白金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。
【００３７】
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。
【００３８】
＜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、誘電体バリア放電ランプの内部電極と外部電極との間に所要の高周波のパルス電圧または交流電圧を印加することにより誘電体バリア放電が気密容器の内部に発生して短波長の紫外線が発生する。上記の放電電圧は、内部電極に対しては給電導体を介して印加され、また外部電極に対しては少なくとも第２のランプ口金支持手段および第２の口金を経由して印加される。所望により、第１のランプ口金支持手段および第１の口金をも経由して上記と並列的に、すなわち外部電極の両端から上記電圧が印加されるように構成することがきるのは前述のとおりである。
【００３９】
また、誘電体バリア放電ランプは、消灯時の冷却状態から点灯して温度上昇すると、気密容器が熱膨張して伸長する。このとき、一端部に配設された第１のランプ口金と第１のランプ口金支持手段との間が固定関係にあるが、第２のランプ口金と第２のランプ口金支持手段との間が相対的に移動可能になっているので、伸長に応じて第２のランプ口金が第２のランプ口金支持手段に対して位置がずれる。しかし、位置ずれを生じても、第２のランプ口金の導電体部分と第２のランプ口金支持手段との間の電気的な接続は持続されているので、内部電極と外部電極との間の誘電体バリア放電は、継続している。
【００４０】
したがって、本発明によれば、誘電体バリア放電ランプの気密容器が長尺であったり、出力が高かったりするために、点滅に伴い誘電体バリア放電ランプが撓もうとしたり熱ストレスが生じたとしても、第２のランプ口金と第２のランプ口金支持手段の間で自動的にそれらが吸収されて、所定の点灯姿勢で点灯を持続する。その結果、ランプが破壊したり、冷却条件が悪化して発光効率が低下したりするようなことが抑制される。
【００４１】
さらに、第２のランプ口金支持手段が第２のランプ口金の導電体部分に対する前述した第２の摺接機構を配設している場合には、常時外部電極に向かって圧接力が誘電体バリア放電ランプに作用するように摺接するので、後述する灯体による冷却を良好に持続することができる。
【００４２】
次に、本発明の必須構成要素ではないが、所望により灯体を選択的に付加することができる。
【００４３】
すなわち、灯体は、そこに誘電体バリア放電ランプが熱伝導状態に添接されるように配設される。そして、誘電体バリア放電ランプの点灯により発生する熱を除去する手段として利用することができる。このような灯体の作用を強調するために、灯体を強制的に冷却することができる。例えば、灯体の内部に冷却媒体、例えば水を通流させるように構成することができる。または、灯体の外面を凹凸を形状して放熱しやすい構造にしたり、および／または強制的に空気を通過させるファン装置を用いたりするなど、既知の冷却手段を適宜用いることができる。
【００４４】
また、灯体に誘電体バリア放電ランプを添接することにより、誘電体バリア放電ランプを支持しやすくなる。そのために、要すれば、後述する支持手段を用いることができる。
【００４５】
さらに、灯体に誘電体バリア放電ランプを添接することにより、所望により外部電極を気密容器と灯体との間に挟持して、外部電極を気密容器の外面に圧接させやすくなる。このために、後述する支持手段を用いることができる。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
【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。
【００５４】
図１ないし図４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は誘電体バリヤ放電ランプ装置および灯体の一部切欠一部断面正面図、図２は誘電体バリヤ放電ランプ装置および第１のランプソケット支持手段の正面図および右側図部、図３は誘電体バリヤ放電ランプならびに第１および第２のランプソケットの関係を示す一部切欠中央断面正面図、図４は発光管の一部切欠正面図である。
【００５５】
各図において、誘電体バリヤ放電ランプ装置ＥＵは、誘電体バリヤ放電ランプＥＸＬ、第１および第２のランプ口金Ｂ１、Ｂ２ならびに第１および第２のランプ口金支持手段ＢＳ１、ＢＳ２からなる。誘電体バリヤ放電ランプ装置ＥＵは、灯体ＬＢの下面に接触状態で支持されている。なお、誘電体バリヤ放電ランプ装置ＥＵは、第１および第２のランプ口金支持手段ＢＳ１、ＢＳ２を除いたときの全長が１１１５ｍｍ、有効発光長が９５０ｍｍである。以下、各構成要素について説明する。
【００５６】
＜誘電体バリヤ放電ランプＥＸＬ＞本実施の形態において、誘電体バリヤ放電ランプＥＸＬは、発光管ＬＴおよび外部電極ＯＥからなる。
【００５７】
（発光管ＬＴについて）発光管ＬＴは、主として図３および図４に示すように、気密容器１、エキシマ形成ガス、内部電極２および一対の導入線３、４からなる。
【００５８】
気密容器１は、紫外線透過性の材料からなり、外径が１７．５ｍｍ、内径１５．５ｍｍの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。なお、中空部１ａには、図示しない排気チップオフ部を側面から突出して形成することができる。
【００５９】
気密容器１の中空部１ａの内部にはエキシマ生成ガスとしてキセノンが封入されている。
【００６０】
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、線径０．２６ｍｍのタングステン線からなる金属細線を巻回してなる外径１．２ｍｍのコイル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に例えば１５ｍｍ間隔の一定ピッチで多数配設したリング状アンカーからなる。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。
【００６１】
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。
【００６２】
（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１８０°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となる第１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、第１のランプ口金ＢＩの内部に対して防水、防湿的にシールする。
【００６３】
＜第１のランプ口金Ｂ１＞第１のランプ口金Ｂ１は、主として図３および図１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、口金筒体１４、締付リング部１５、ワイヤハーネス１６、支持アーム１７、絶縁体１８および取付・端子部１９からなる。
【００６４】
口金筒体１４は、有底筒状をなしていて、発光管ＬＴの給電側の一端部を包囲して当該端部を機械的に保護する。そして、底部の中央に小さな開口１４ａを有している。締付リング部１５は、口金筒体１４の開口部に固着され、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の一端部を締め付けて口金筒体１４に固定する。なお、図１においては、締付リング部１５の図示を省略している。
【００６５】
ワイヤハーネス１６は、一端が発光管ＬＴから導出されている導入線３に接続して口金筒体１４の底部に形成された開口１４ａから外部へ導出されて後述する取付・端子装置１９電気的に接続している。支持アーム１７は、口金筒体１４の開口端近傍に固着されている。絶縁体１８は、支持アーム１７と取付・端子装置１９との間を機械的に接続するとともに電気的に絶縁している。取付・端子装置１９は、細長い導電板１９ａ、端子ねじ１９ｂおよび取付孔１９ｃを備え、細長い導電板１９ａの一端が絶縁体１８に取り付けられている。端子ねじ１９ｂは、細長い導電板１９ａにねじ込まれていて、ワイヤハーネス１６の他端および図示しない電源側端子を接続する。取付孔１９ｃは、細長い導電板１９ａの他端側に形成され、後述する第１のランプ口金支持手段ＢＳ１による第１のランプ口金Ｂ１の支持のために機能する。
【００６６】
＜第１のランプ口金支持手段ＢＳ１＞第１のランプ口金支持手段ＢＳ１は、図１に示すように、第１のランプ口金Ｂ１を支持する手段であり、支持台２１、絶縁スリーブ２２および取付ねじ２３からなる。
【００６７】
支持台２１は、一端が直角に屈曲して灯体取付部２１ａを形成し、他端に絶縁スリーブ取付部２１ｂが形成されている。そして、灯体取付部２１ａが後述する灯体ＬＢに固着されて、絶縁スリーブ取付部２１ｂが灯体ＬＢの一端部から起立している。絶縁スリーブ２２は、一端が支持台２１の絶縁スリーブ取付部２１ｂに固着されて誘電体バリア放電ランプＥＸＬの管軸方向の外側へ突出している。取付ねじ２３は、第１の口金Ｂ１の取付・端子装置１９を取り付けている。
【００６８】
そうして、第１のランプ口金支持手段ＢＳ１は、第１のランプ口金Ｂ１を支持アーム１７、絶縁体１８、取付ねじ２３、絶縁スリーブ２２および支持台２１を介して誘電体バリア放電ランプＥＸＬの一端部を機械的に支持する。また、内部電極２に接続するワイヤハーネス１６を端子ねじ１９ｂを経由して図示しない高周波電源の高圧側出力端に接続する。
【００６９】
＜第２のランプ口金Ｂ２＞第２のランプ口金Ｂ２は、主として図３に示すように、概略給電端のランプ口金Ｂ１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が、外部電極ＯＥを接地するように構成されていて、口金筒体３０および締付リング部３１からなる。
【００７０】
口金筒体３０は、導電性金属からなり、有底筒状をなしていて、発光管ＬＴの非給電側の端部を包囲して機械的に保護する。締付リング部３１は、締付けねじ（図示しない。）を締め付けることにより、外部電極ＯＥの補強リング部１２およびパッキン１３を口金筒体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、防湿的に口金筒体３０に固定する。なお、図１においては、締付リング部３１の図示を省略している。
【００７１】
＜第２のランプ口金支持手段ＢＳ２＞第２のランプ口金支持手段ＢＳ２は、図１に示すように、支持台４１および摺接機構４２を備えていて、第２のランプ口金Ｂ２を管軸方向に移動可能に支持する。なお、第２のランプ口金支持手段ＢＳ２は、図１において断面にして示している。
【００７２】
支持台４１は、基端４１ａが後述する灯体ＬＢの上に固着され、先端部が灯体ＬＢから管軸方向に延在し、先端部の下部に第２のランプ口金Ｂ２を受容する口金受容部４１ｂが形成されている。摺接機構４２は、板ばねからなり、基端４１ａが支持台４１に固定されて口金受容部４１ｂと協働して口金支持部４２ａを構成している。また、上記板ばねの先端部には摺接部４２ｂが形成されている。摺接部４２ｂは、第２のランプ口金Ｂ１の口金筒体３０の下面に摺接して、第２のランプ口金Ｂ１を灯体ＬＢの下面に当接する方向に押圧力を作用させる。
【００７３】
そうして、第２のランプ口金支持体ＢＳ２は、その口金受容部４１ｂが第２のランプ口金Ｂ２を管軸方向に移動可能に支持する。また、摺接機構４２が第２のランプ口金Ｂ１を第２のランプ口金支持体ＢＳ２に対して移動の有無にかかわらず電気接続状態を常時維持する。さらに加えて、摺接機構４２は、第２のランプ口金Ｂ１を第２のランプ口金支持体ＢＳ２の上部へ押し付けることにより、誘電体バリア放電ランプＥＸＬの外部電極ＯＥを灯体ＬＢの下面に当接させる。
【００７４】
＜灯体ＣＢについて＞灯体ＣＢは、誘電体バリヤ放電ランプＥＸＬを支持する手段であり、図１における紙面に直角な断面において、下面が横断面半球状の凹形をなしていて、その凹形の部分に下方から誘電体バリヤ放電ランプＥＸＬが圧接状態で支持している。また、灯体ＣＢは、その内部が中空になっていて、冷媒、例えば水が流通するように構成されている。冷媒の流通は、例えば灯体ＣＢの長手方向の一端から他端に向かって行われる。
【００７５】
さらに、灯体ＣＢの下面に誘電体バリヤ放電ランプＥＸＬを支持するために、第１および第２のランプ口金支持体ＢＳ１、ＢＳ２を両端部の所定の位置に装着している。すなわち、灯体ＣＢの図１における右側の一端部の上面に第１のランプ口金支持体ＢＳ１の支持台２１の取付部２１ａを取り付けている。これにより、誘電体バリヤ放電ランプＥＸＬの一端部が灯体ＣＢに支持されている。また、図１における左側の他端部の上面に第２のランプ口金支持体ＢＳ２の支持台４１の基端４１ａを取り付けている。これにより、誘電体バリヤ放電ランプＥＸＬの他端部が管軸方向に移動可能に灯体ＣＢに支持されている。
【００７６】
図５は、本発明の誘電体バリヤ放電ランプ装置における第２の実施の形態を示誘電体バリヤ放電ランプ装置および灯体の一部切欠一部断面正面図である。図において、図１ないし図４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。
【００７７】
本実施の形態は、第２のランプ口金支持体ＢＳ２の構造が異なる。すなわち、支持台４１の口金受容部４１ｂがリング状をなしている。また、摺接機構４２は、その基端４１ａが口金受容部４１ｂにねじ止めされている。なお、図中、符号４５は灯体ＣＢの他端に第２のランプ口金支持体ＢＳ２の支持台４１の基端４１ａを取り付けるための取付台である。
【００７８】
図６ないし図８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６は正面断面図、図７は底面図、図８は図９のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ´線に沿う断面図である。各図において、図１ないし図５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。
【００７９】
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。
【００８０】
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７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。
【００８１】
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６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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、誘電体バリア放電ランプの給電導体が導出されている一端部を包囲して当該端部を機械的に保護するとともに給電導体と絶縁関係に保持された第１のランプ口金と、誘電体バリア放電ランプの他端部を包囲して当該端部を機械的に保護するとともに外部電極に接続する導電体部分を備えた第２のランプ口金と、第１のランプ口金を固定的に支持する第１のランプ口金支持手段と、第２のランプ口金を誘電体バリア放電ランプの管軸方向に移動可能に支持するとともに第２の口金の導電体部分に電気的に接続した第２のランプ口金支持手段とを具備していることにより、気密容器の撓みや熱ストレスによる不都合が生じない誘電体バリヤ放電ランプ照明装置を提供することができる。
【００８６】
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誘電体バリヤ放電ランプ装置および灯体の一部切欠一部断面正面図
【図２】同じく誘電体バリヤ放電ランプ装置および第１のランプソケット支持手段の正面図および右側図部
【図３】同じく誘電体バリヤ放電ランプならびに第１および第２のランプソケットの関係を示す一部切欠中央断面正面図
【図４】同じく発光管の一部切欠正面図
【図５】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誘電体バリヤ放電ランプ装置および灯体の一部切欠一部断面正面図
【図６】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７】同じく底面図
【図８】同じく図７のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ´線に沿う断面図
【符号の説明】
１…気密容器、４２ｂ…摺接機構、Ｂ１…第１のランプ口金、Ｂ２…第２のランプ口金、ＢＳ１…第１のランプ口金支持手段、ＢＳ２…第２のランプ口金支持手段、ＣＢ…灯体、ＥＸＬ…誘電体バリア放電ランプ、ＬＴ…発光管、ＯＥ…外部電極

Claims

紫外線透過性の材料からなる細長い管状をなす気密容器、気密容器内に封装された内部電極、内部電極に接続して気密容器の一端から外部へ導出された給電導体、気密容器内に封入されたエキシマ生成ガス、および気密容器の外面に配設され内部電極との協働によって気密容器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を具えた誘電体バリヤ放電ランプと；
誘電体バリア放電ランプの給電導体が導出されている一端部を包囲して当該端部を機械的に保護するとともに給電導体と絶縁関係に保持された第１のランプ口金と；
誘電体バリア放電ランプの他端部を包囲して当該端部を機械的に保護するとともに外部電極に接続する導電体部分を備えた第２のランプ口金と；
第１のランプ口金を固定的に支持する第１のランプ口金支持手段と；
第２のランプ口金を誘電体バリア放電ランプの管軸方向に移動可能に支持するとともに第２の口金の導電体部分に電気的に接続した第２のランプ口金支持手段と；
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。
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。