JP2005347025A - 誘電体バリア放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 紫外遮蔽体を設けた誘電体バリア放電ランプの異常放電に伴う弊害を防止することを目的とする。
【解決手段】 誘電体バリア放電ランプ１は、放電管３によって形成された放電空間５内に、誘電体バリア放電用のガスが充填されたものである。放電管３の上下外表面には一対の電極７が設けられ、これら電極７にリード線９が接続されている。リード線９は、電極７間に交流電圧を印加する電源装置に接続されている。ガラスブロック１５の内側表面（放電空間５側の表面）には、絶縁性の紫外線遮蔽体１９が形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、誘電体バリア放電ランプに関する。

誘電体バリア放電ランプは、誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成し、このエキシマ分子から紫外線を放射するものである。
誘電体バリア放電ランプには、ガラス管の端部を、端板で封口したものがあるが、このランプでは、端板は、軸方向に照射される強い紫外線に常に晒されているから、損傷を受けやすい。

すなわち、図７に示す誘電体バリア放電ランプ１００の模式図を用いて説明すると、放電管１０３内のエキシマ分子１０５から、放射された紫外線（図中、矢印で示す）のうち径方向のもの（図中、上下方向のもの）は、側壁１０３Ａから外部に放射されるが、軸方向の紫外線（図中、左右方向のもの）は、側壁１０３Ａから外部に放射されずに端板１０３Ｂに当たることとなる。この端板１０３Ｂに当たる紫外線には、端板近傍のエキシマ分子１０５Ａから放射されたもののみならず、端板１０３Ｂから離れたエキシマ分子１０５Ｂ〜１０５Ｄからも放射されたものも含まれる。このように、端板１０３Ｂは、この端板１０３Ｂから離れた位置のエキシマ分子１０５Ｂ〜１０５Ｄからの紫外線にも、晒されるため損傷しやすいのである（なお、図７中、符号１０７は電極、１０９はセラミック製の口金、１１１はリード線、１１３は放電管１０３を口金１０９に固定するための接着剤、１１５は半田等の接合部、１１７は放電管１０３に風を当てることで冷却するための冷却孔である）。

そこで、端板１０３Ｂの放電空間側の表面に酸化亜鉛（ＺｎＯ）の紫外線遮蔽膜１２１を形成し、紫外線が端板１０３Ｂに照射されるのを防止するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−９７５９７公報（第１図）

しかしながら、この酸化亜鉛の紫外線遮蔽膜は、半導体的特性を有するため、点灯中（酸化亜鉛の紫外線遮蔽膜に高電圧が印加される状態）に、膜内を電流が流れ、膜上及びその近傍で異常放電（スパーク放電）が発生する場合があった。そして、この異常放電によって、紫外線遮蔽膜の脱落、電流の局所集中による電極の劣化、異常放電近傍での紫外線強度の低下という問題があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、紫外線によるガラス等の劣化を防止しつつ、異常放電に伴う上記弊害を防止することを目的とする。

本発明者らは、上記弊害を防止するため種々の金属酸化物をコーティングして評価試験を実施した。その結果、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化セリウム等は、紫外線カット効果は優れているが異常放電が発生しやすい。一方、酸化イットリウム（イットリア（Ｙ_２Ｏ_３））、酸化ジルコニウム等の絶縁性の紫外線遮蔽体は紫外線カット効果が優れ、かつ、異常放電が発生しないことを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。

すなわち、請求項１の発明は、筒状の側壁部と、この側壁部の両端の開口を塞ぐ端壁部とからなる放電管によって囲まれた放電空間内に誘電体バリア放電用のガスが充填されるとともに、前記側壁部の外表面に一対の電極が設けられ、前記側壁部から紫外線を取り出す誘電体バリア放電ランプであって、前記端壁部の前記放電空間側の表面に絶縁性の紫外線遮蔽体を形成したことを特徴とする誘電体バリア放電ランプである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記紫外線遮蔽体は、前記放電管の放電空間側で、前記側壁部と端壁部との接合部を覆うように形成されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記紫外線遮蔽体は、前記電極の端部と重なるように、前記側壁部の前記放電空間側の表面まで延設されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、外管部と内管部が同軸で配置された二重管とされ、前記外管部と前記内管部は、それらの両端にて端壁部によって接合されて放電管とされ、この放電管によって囲まれた放電空間内に誘電体バリア放電用のガスが充填され、前記外管部から紫外線を取り出す誘電体バリア放電ランプであって、前記端壁部の前記放電空間側の表面に絶縁性の紫外線遮蔽体を形成したことを特徴とする。

＜請求項１の発明＞
本手段の構成によれば、紫外線遮蔽体は絶縁性であるから、この遮蔽体内を電流が流れない。従って、遮蔽体上及びその近傍で異常放電（スパーク放電）が発生するおそれがない。
よって、異常放電による紫外線遮蔽体や、電極の劣化、及び異常放電近傍でのＵＶ強度の低下が防止される。また、異常放電が発生しないため、電圧が安定し、ランプの放電も安定化する。

＜請求項２の発明＞
一般に、放電管の側壁部と端壁部の接合部分では、接合の際の熱によりガラスの構造欠陥（Ｓｉ−Ｏ結合の構造欠陥）が生じやすい。この構造欠陥は、紫外線により助長されて、クラックとなり、放電管からガスがリークする可能性がある。
本手段の構成によれば、紫外線遮蔽体は、放電空間側で、側壁部と端壁部の接合部分を覆うように形成されているから、接合部分に紫外線が照射されず、紫外線による構造欠陥の助長、ひいてはクラックの発生を防止することができる。

＜請求項３の発明＞
本手段の構成によれば、紫外線遮蔽体は電極の端部と重なっているから、紫外線遮蔽体と電極端部の隙間から紫外線が漏れない。よって、紫外線遮蔽体と電極端部の隙間から漏れた紫外線によるリード線の樹脂被膜の劣化や、放電管及びリード線を口金に固定するための樹脂接着剤の劣化を防止することができる。

＜請求項４の発明＞
本手段の構成によれば、紫外線遮蔽体は絶縁性であるから、この遮蔽体内を電流が流れない。従って、遮蔽体上及びその近傍で異常放電（スパーク放電）が発生するおそれがない。
よって、異常放電による紫外線遮蔽体や、電極の劣化及び異常放電近傍でのＵＶ強度の低下が防止される。また、異常放電が発生しないため、電圧が安定し、ランプの放電も安定化する。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態を図１〜２を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態の説明においては、上下方向については図１を基準とし、前後方向（軸方向）については、図１の右側を前方とする。

本実施形態の誘電体バリア放電ランプ１は、放電管３によって形成された放電空間５内に、誘電体バリア放電用のガスが充填されたものである。放電管３の外表面には一対の電極７Ａ，７Ｂが設けられ、これら電極７Ａ，７Ｂにリード線９が接続されている。さらにリード線９を保持するセラミック製の口金１１が放電管３の端部付近に取り付けられている。リード線９は、電極７Ａ，７Ｂ間に交流電圧を印加する電源装置に接続されている。

ガスとしては、例えば、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、等の希ガス、フッ素（Ｆ_２）、塩素（Ｃｌ_２）等のハロゲンガスが使用される。誘電体バリア放電ランプ１は、ガスの種類によって、異なる波長（１７２ｎｍ、２２２ｎｍ、３０８ｎｍ等の波長）のエキシマ光を発光させることができる。例えば、電子部品の洗浄、すなわち、電子部品に付着した有機化合物の分解には、１７２ｎｍを中心波長とするエキシマ光が用いられ、この場合には、キセノン（Ｘｅ）含有するガスが使用される。なお、ガスの封入圧力は特に限定されないが、通常、１０〜８０ＫＰａ程度の圧力で封入される。

放電管３は、詳細には、放電管本体１３の両端部に、ガラスブロック１５（端壁部）を溶融接合したものである。
放電管本体１３は、合成石英製の扁平な長角筒である。
放電管３の下外表面には、格子状のアルミニウムからなる第１電極７Ａが蒸着形成され、上外表面には、同じくアルミニウムからなるベタ状の第２電極７Ｂが形成されている。そして電極７Ａ，７Ｂの厚みは０．１〜１μｍ程度が好ましい。両電極７Ａ，７Ｂは、放電管本体１３の外表面のみならず、ガラスブロック１５の外表面まで延設されている。

ガラスブロック１５は、合成石英または溶融石英を切削加工したもので、全体として無空（中実）の直方体形状とされている（図２中、符号１７は、放電管本体１３とガラスブロック１５との接合部を示している）。
ガラスブロック１５の内側表面（放電空間５側の表面）には、絶縁性の紫外線遮蔽体１９が形成されている。この紫外線遮蔽体１９は、放電管本体１３との接合部１７の上も覆うように、放電管本体１３の側壁部１３Ａの内側表面まで延設されている。

絶縁性の紫外線遮蔽体１９に含まれる紫外線遮蔽成分は、絶縁性及び紫外線遮蔽性を有するものであれば特に限定されず、例えば、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）等の遷移金属酸化物（あるいは複合酸化物）等を用いることができるが、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）が好ましい。イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）は、絶縁性を有するとともに、エネルギーの大きな約２００ｎｍ以下の真空紫外線を効率よくカットするから、放電管３の端壁部のガラス、リード線９の樹脂被覆等の劣化を防止する効果が大きいからである。
また、紫外線遮蔽体１９の形状は、特に限定されず、例えば膜状とすることができる。この場合に膜の厚みは、０μｍよりも大きくかつ１０μｍ以下とすることが好ましい。この範囲を超えて厚くすると、紫外線遮蔽体１９とガラスの熱膨張率の違いにより紫外線遮蔽体１９に亀裂が入り脱落しやすくなるからである。さらに、紫外線遮蔽体１９には、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）等の紫外線遮蔽成分のほかに他の無機系の添加剤（例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等）を含有してもよい。
なお、紫外線遮蔽体１９には、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）等の絶縁性の紫外線遮蔽成分のほかに他の紫外線遮蔽成分（例えば、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化セリウム等）を含有してもよい。

以上のように本実施形態の誘電体バリア放電ランプ１が構成されているが、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を含有する紫外線遮蔽体１９は絶縁性であるから、この遮蔽体内を電流が流れない。従って、紫外線遮蔽体１９上及びその近傍で異常放電（スパーク放電）が発生するおそれがない。
よって、異常放電による紫外線遮蔽体１９や、電極７の劣化、異常放電近傍でのＵＶ強度の低下が防止される。また、異常放電しないため、電圧が安定し、ランプの放電も安定化する。

また、本実施形態の構成によれば、紫外線遮蔽体１９は、放電空間５側で、接合部１７を覆うように形成されているから、接合部１７に紫外線が照射されず、紫外線による構造欠陥の助長、ひいてはクラックの発生を防止することができる。

＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態について図３〜４を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と同じ構成については、同一の符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。
第２実施形態では、放電管３の端部の構造が第１実施形態と異なる。この実施形態では、放電管本体１３の両端を熱変形させて、端壁部１３Ｂを形成している。なお、符号２１は、放電管３を口金１１に固定するための樹脂接着剤である。

また、紫外線遮蔽体１９は、第１電極７Ａの端部のベタ部分と重なるように、側壁部１３Ａの内側表面まで延設されている。さらに、紫外線遮蔽体１９は、第２電極７Ｂ端部と重なる程度に、側壁部１３Ａの内側表面まで延設されている。

本実施形態の構成によれば、紫外線遮蔽体１９によって、端壁部１３Ｂに紫外線が当たらないから、紫外線による端壁部１３Ｂの劣化、ひいてはクラックの発生を防止することができる。
さらに、本実施形態の構成によれば、紫外線遮蔽体１９と電極７端部との間には隙間がないから、この間から紫外線が漏れない。よって、紫外線遮蔽体１９と電極７端部との隙間から漏れた紫外線による、樹脂接着剤２１及びリード線９の樹脂被覆の劣化を防止することができる。

（実施例１）
次に、本実施形態の効果を確認するために行った実験を説明する。図３及び図４の放電管３（長さ（Ｌ）約３５０ｍｍ×幅（Ｗ）約３５ｍｍ×高さ（Ｈ）約１２ｍｍ、側壁部１３Ａ及び端壁部１３Ｂの厚み約２ｍｍ）を用いた。そして、端壁部１３Ｂの内側表面（放電空間５側の表面）、及び側壁部１３Ａの端部から２５ｍｍの範囲（図４で、Ｌ_１＝２５ｍｍ）に、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）のスラリー（シーアイ化成製 超微粒子スラリー）を約５μｍ塗布し、５００℃で焼成した。さらに、放電空間５内にキセノンを封入し（４０ｋＰａ）し、その後、放電管３の外表面に第１電極７Ａ及び第２電極７Ｂ（共に幅（Ｗ）３０ｍｍ×長さ（Ｌ）３２０ｍｍ）を蒸着した。そして、この放電管３の電極７Ａ，７Ｂ間に、ピーク電圧（ランプピーク電圧）Ｖｐ＝６．５ｋＶ、周波数ｆ＝３０ｋＨｚの概略矩形波の高周波数電圧を印加して放電させた。

（比較例１）
イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）のスラリーの代わりに、ＺｎＯのスラリーを塗布したこと以外は、実施例１同様にして誘電体バリヤ放電ランプ１を形成し、実施例１と同様の条件で放電させた。

（比較例２）
イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）のスラリーの代わりに、ＴｉＯ_２のスラリーを塗布したこと以外は、実施例１同様にして誘電体バリヤ放電ランプ１を形成し、実施例１と同様の条件で放電させた。

（結果）
実施例１では、スパーク状の異常放電は観測されなかったが、比較例１では、電極７Ａ，７Ｂの端部（ＺｎＯ膜と電極７が重なる部分）及びその近傍でスパーク状の異常放電が観測された。また、比較例２では、電極７Ａ，７Ｂの端部（ＴｉＯ_２膜と電極７が重なる部分）及びその近傍でスパーク状の異常放電が観測された。
なお、実施例１のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）のスラリーの代わりに、酸化ジルコニウムのスラリーを用いて同様の実験を行ったところ、スパーク状の異常放電は観察されなかった。
また、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の粒子径を、粒径０．００５〜３．０μｍの範囲で種々変化させて実験を行ったところ、粒径０．００５〜１．０μｍ、より好ましくは、０．００８〜０．１μｍの範囲のものを使用すると、緻密な膜が形成され、ランプを長時間点灯させても膜がガラスから剥がれることはなかった。一方、１．０μｍより大きな粒径のものを使用すると、膜がガラスから剥がれ易い傾向にあることが判明した。

＜第３実施形態＞
次に本発明の第３実施形態について図５〜６を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と同じ構成については、同一の符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。
第３実施形態では、放電管３は、円筒形の外管部３Ａと内管部３Ｂが同軸で配置された二重管構造とされ、外管部３Ａと内管部３Ｂは、それらの両端にて端壁部３Ｃによって接合されて放電管３とされている点が第１実施形態と異なる。

＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、さらに、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

第１実施形態の概略断面図 第１実施形態の一部拡大概略断面図 第２実施形態の概略断面図 第２実施形態の一部拡大概略断面図 第３実施形態の概略断面図 第３実施形態の一部拡大概略断面図 従来例の断面図

符号の説明

１…誘電体バリア放電ランプ
３…放電管
５…放電空間
７…電極
９…リード線
１１…口金
１３…放電管本体
１３Ａ…側壁部
１５…ガラスブロック（端壁部）
１７…接合部
１９…紫外線遮蔽体

Claims (4)

1. 筒状の側壁部と、この側壁部の両端の開口を塞ぐ端壁部とからなる放電管によって囲まれた放電空間内に誘電体バリア放電用のガスが充填されるとともに、前記側壁部の外表面に一対の電極が設けられ、前記側壁部から紫外線を取り出す誘電体バリア放電ランプであって、
   前記端壁部の前記放電空間側の表面に絶縁性の紫外線遮蔽体を形成したことを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
2. 前記紫外線遮蔽体は、前記放電管の放電空間側で、前記側壁部と端壁部との接合部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ。
3. 前記紫外線遮蔽体は、前記電極の端部と重なるように、前記側壁部の前記放電空間側の表面まで延設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘電体バリア放電ランプ。
4. 外管部と内管部が同軸で配置された二重管とされ、前記外管部と前記内管部は、それらの両端にて端壁部によって接合されて放電管とされ、この放電管によって囲まれた放電空間内に誘電体バリア放電用のガスが充填され、前記外管部から紫外線を取り出す誘電体バリア放電ランプであって、
   前記端壁部の前記放電空間側の表面に絶縁性の紫外線遮蔽体を形成したことを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。

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