JP2006012681A - Excimer lamp - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、誘電体材料を介在させて放電してエキシマ発光するエキシマランプに関するものであり、特に、放電空間内に内部電極を有するエキシマランプに係わるものである。 The present invention relates to an excimer lamp that discharges through a dielectric material and emits excimer light, and particularly relates to an excimer lamp having an internal electrode in a discharge space.
この発明に関連した技術としては、例えば、特開平2−7353号があり、そこには、放電容器にエキシマ分子を形成する放電用ガスを充填し、誘電体を介して放電することにより放電容器内の放電用ガスにエキシマ分子を生成せしめ、このエキシマ分子から放射される紫外光を取り出すエキシマランプが開示されている。 As a technique related to the present invention, for example, there is JP-A-2-7353, in which a discharge gas for forming excimer molecules is filled in a discharge vessel and discharged through a dielectric. An excimer lamp is disclosed in which excimer molecules are generated in an internal discharge gas and ultraviolet light emitted from the excimer molecules is extracted.
このエキシマランプは、従来の低圧水銀放電ランプや高圧放電ランプにはない、単一波長の紫外光を強く放射するなどの特徴を有することも知られている。エキシマランプを使った発光装置としては、上記公報以外にも、例えば、特許第2854255号、特開2002−168999号等に開示されている。 This excimer lamp is also known to have characteristics such as strong emission of ultraviolet light having a single wavelength, which is not found in conventional low-pressure mercury discharge lamps or high-pressure discharge lamps. In addition to the above publications, light emitting devices using excimer lamps are disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2854255, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-168999, and the like.
上記特許第2854255号、特開2002−168999号に開示されたエキシマランプ(誘電体バリア放電ランプ)は、円筒状内側管の外側に同じく円筒状外側管が同軸的に配置された二重円筒型の構造をしており、外側管の外面に外側電極が配置され、内側管の内部に内部電極が配置されて、外側管と内側管の間に形成される空間を放電空間とするものである。 The excimer lamp (dielectric barrier discharge lamp) disclosed in Japanese Patent No. 2854255 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-168999 is a double-cylindrical type in which a cylindrical outer tube is also coaxially disposed outside a cylindrical inner tube. The outer electrode is arranged on the outer surface of the outer tube, the inner electrode is arranged inside the inner tube, and the space formed between the outer tube and the inner tube is used as the discharge space. .
図7に上記従来のエキシマランプの概略構成を示す。(a)は全体の横断面図を示し、(b)は(a)のA−A断面図を示す。
エキシマランプ60は全体形状が円筒状であり合成石英ガラスから構成される。放電ランプ60は外側管61と内側管62が同軸に配置して二重円筒管を構成するとともに、両端を閉じたことから外側管61と内側管62の間に放電空間Sが形成される。放電空間Sには誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成するとともに、このエキシマ分子から真空紫外光を放射する放電用ガス、例えばキセノンガスが封入される。
外側管61の外面には一方の電極である網状外側電極63が設けられ、内側管62の内部に他方の電極である内部電極64が設けられる。
外側電極63と内部電極64の間には、図示略の交流電源が接続され、これにより放電空間にエキシマ分子が形成されて紫外光を発光する。放電用ガスは、発光波長に応じて選択されるが、例えば、キセノンガスを使った場合は波長172nmの光を放射する。
FIG. 7 shows a schematic configuration of the conventional excimer lamp. (A) shows the whole cross-sectional view, (b) shows the AA cross-sectional view of (a).
The
A net-like
An AC power supply (not shown) is connected between the
ところで、この構造のエキシマランプには、(1)内側管、外側管という2つの石英ガラス管を二重円筒型とするので放電容器全体が大きくなり、また、内側管は端部で溶着支持されているため重力の影響を受けて破損しやすい、(2)2つの石英ガラス管を両端部で接合させるための製造工程が必要となり、この製造工程は複雑かつ煩雑である、(3)内側管は冷却可能な外側管に比べて高温となり、熱膨張による大きな負荷がかかり、特に、外側管との接合部に応力が集中して破損しやすく、ランプが長尺化するほどその影響は深刻である、という問題がある。 By the way, in the excimer lamp having this structure, (1) the two quartz glass tubes, the inner tube and the outer tube, are formed in a double cylindrical shape, so that the whole discharge vessel becomes large, and the inner tube is supported by welding at the end. (2) A manufacturing process for joining two quartz glass tubes at both ends is necessary, and this manufacturing process is complicated and cumbersome. (3) Inner tube The temperature is higher than that of the outer tube that can be cooled, and a large load is applied due to thermal expansion.In particular, stress concentrates on the joint with the outer tube and is easily damaged, and the effect becomes more serious as the lamp becomes longer. There is a problem that there is.
また、二重円筒型ではなく、例えば、特許3506055号に示されるように、内部電極が放電空間内に延在する構造を有したエキシマランプも存在する。この構造は放電容器が1つの円筒体からなり、二重円筒型のものにおける内側管に相当するものが存在しないため、上記問題点のいくつかは解決できる。
しかしながら、該構造のエキシマランプにおいては、内部電極が放電空間内に露出しており電極が放電空間に直接作用するため、(1)電極から生成される放電の空間分布が不均一になりやすい、(2)電極への給電極性に留意しないとアーク状の放電が生成されてしまいエキシマ光が効率良く生成されない、(3)アーク状の放電が形成されると、その部分が赤熱して電極が焼き切れる、(4)内電極金属がスパッタして、放電容器の光取り出し部を汚染する、等の別の問題がある。
However, in the excimer lamp having such a structure, since the internal electrode is exposed in the discharge space and the electrode directly acts on the discharge space, (1) the spatial distribution of the discharge generated from the electrode tends to be uneven. (2) If attention is not paid to the polarity of the power supplied to the electrode, an arc-shaped discharge is generated and excimer light is not generated efficiently. (3) When an arc-shaped discharge is formed, the portion becomes red hot and There are other problems such as burnout, (4) the inner electrode metal spatters and contaminates the light extraction portion of the discharge vessel.
この発明が解決しようとする課題は、ニ重円筒型エキシマランプのもつ構造の複雑さをなくし、放電空間内に内部電極が直接露出した構造のエキシマランプのもつ放電の不具合などをなくした、放電空間内の内部電極を端部が開放された誘電体によって覆った新規の構造を有するエキシマランプを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to eliminate the complexity of the structure of the double cylindrical excimer lamp, and to eliminate the discharge defects of the excimer lamp having the structure in which the internal electrode is directly exposed in the discharge space. An object of the present invention is to provide an excimer lamp having a novel structure in which an internal electrode in a space is covered with a dielectric having an open end.
この発明は、放電用ガスが封入された放電容器と、該放電容器の内部に長手方向に延在し放電容器の端部において気密に封止された内部電極と、放電容器の外面に配置された外側電極とからなるエキシマランプにおいて、前記内部電極は、少なくとも外側電極との間で放電を行う部位の外表面が、少なくとも一端が放電空間内で開放された誘電体材料からなる内側管によって覆われるとともに、該内側管は対応する外側電極の端部を長手方向に超えて延在し、その端部には、前記内側管から突出した内部電極と外側電極との間での不所望の沿面放電を防止する沿面放電防止手段を有することを特徴とする。 The present invention includes a discharge vessel filled with a discharge gas, an internal electrode extending in the longitudinal direction inside the discharge vessel and hermetically sealed at an end of the discharge vessel, and an outer surface of the discharge vessel. In the excimer lamp comprising the outer electrode, the outer surface of the inner electrode is covered with an inner tube made of a dielectric material having at least one end opened in the discharge space. And the inner tube extends longitudinally beyond the end of the corresponding outer electrode, where the end has an undesirable creepage between the inner electrode and the outer electrode protruding from the inner tube. It has a creeping discharge preventing means for preventing discharge.
また、前記沿面放電防止手段が、沿面距離延長手段であることを特徴とする。
更には、前記沿面放電防止手段が、内側管の端部近傍の外表面に蓄積される電荷を減少させる電荷減少手段であることを特徴とする。
Further, the creeping discharge preventing means is creeping distance extending means.
Furthermore, the creeping discharge preventing means is charge reducing means for reducing charges accumulated on the outer surface near the end of the inner tube.
本発明のエキシマランプは、内部電極の外周に誘電体材料からなる内側管が設けられているので、内部電極と外側電極との間に2つの誘電体が介在していることになるため、放電空間に放電が均一に形成されやすい。また、給電極性に関わらずアーク状放電が生成されることがないので、エキシマ光の生成効率が高い上に、電極が焼き切れるという不具合を生じることがない。
加えて、内側管の端部に沿面放電防止手段が設けられているので、前記内側管から突出した内部電極と外側電極との間での不所望の沿面放電が防止され、内側管内の内部電極と外側電極との間での安定した放電が得られる。
In the excimer lamp of the present invention, since the inner tube made of a dielectric material is provided on the outer periphery of the inner electrode, two dielectrics are interposed between the inner electrode and the outer electrode. A discharge is easily formed in the space. In addition, since arc-like discharge is not generated regardless of the power supply polarity, the excimer light generation efficiency is high and the problem that the electrode burns out does not occur.
In addition, since the creeping discharge preventing means is provided at the end of the inner tube, undesired creeping discharge between the inner electrode protruding from the inner tube and the outer electrode is prevented, and the inner electrode in the inner tube is prevented. And a stable discharge between the outer electrode and the outer electrode.
以下、図1〜6を用いて本発明のエキシマランプの実施例について説明する。 Examples of the excimer lamp of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1(a)は、本発明のエキシマランプを長手方向に切断して得た側断面図である。図1(b)は、図1(a)の横断面、図2はその要部Aの拡大図である。
エキシマランプ1は、誘電体材料、例えば、合成石英ガラスからなる放電容器2を有し、該放電容器2は全体が管状の発光部21と、その両端の発光部21を気密に封止する封止部22とを備え、その発光部21内には発光空間Sが形成されており、放電ガスが充填されている。
放電容器2の内部には、コイル状の内部電極3が放電容器2の管軸Xに沿うように配置され、放電容器2の外表面には外側電極4が配設されている。内部電極3の両端の内部リード6は、ピンチシールされた封止部22に埋設された金属箔7の一端にそれぞれ接続されており、該金属箔7の他端には封止部22から外方に延在するように外部リード8が接続されている。
FIG. 1A is a side sectional view obtained by cutting the excimer lamp of the present invention in the longitudinal direction. 1B is a cross-sectional view of FIG. 1A, and FIG. 2 is an enlarged view of a main part A thereof.
The excimer lamp 1 has a
Inside the
内部電極3の外周には、これを覆うように誘電体材料からなる内側管5が設けられている。該内側管5は放電空間S内でその両端が開放されており、少なくとも、内部電極3の前記外側電極4との間で放電を行う部位に覆われており、軸方向で外側電極4を超えて延在している。
該内側管5は、図示しない支持体により発光部21に支持されるものでもよいし、または、同様に図示しない支持体により内部電極3に支持されるものであってもよい。
そして、発光部21の内部に形成される放電空間Sには、誘電体材料を介在する放電によってエキシマ分子を形成するための放電用ガスとして、例えばキセノンガスが封入されている。
An
The
The discharge space S formed inside the
なお、内部電極3はコイル状のものを示したが、これに限られず、ロッド状、棒状のものであってもよい。ただ、内部電極3としてコイル状電極を採用すると、軸方向での膨張に対してバッファ機能があり、石英ガラスからなる放電容器2との熱膨張差を吸収して、封止部22におけるクラックの発生を防止できるという利点がある。
また、外側電極4についても、図示の例では、半円筒体形状で例示されているが、これに限られず、円筒状の透光性電極、例えば、網状電極などであってもよいことは勿論である。
また、封止部22の構造は、ピンチシールに限定されるものではなく、その他の箔シール、即ち、シュリンクシール構造でもよいし、いわゆる段継ぎシールを採用することもできる。段継ぎシールの利点は、ガラスと電極の接合性が良くなることであり、封止部におけるガス漏れやクラックの発生をより確実に防止できる。
In addition, although the
Further, the outer electrode 4 is also exemplified in a semi-cylindrical shape in the illustrated example, but is not limited thereto, and may be a cylindrical translucent electrode such as a mesh electrode. It is.
Further, the structure of the sealing
図2に詳細が示されているように、内側管5の端部近傍には、ラッパ上に漸次その径が拡大する拡径部51が形成されている。該拡径部51は沿面放電防止手段として機能するものであり、外側電極4の端部から内部電極3に至る沿面距離を大きくするためのものである。それ故、その拡径部51は外側電極4を超えて延在して封止部22側に設けられるが、その設ける位置や大きさは、外側電極4と、内部電極3の内側管5に覆われない部位31との間で不所望の沿面放電が発生しないように選択される。
図示の例では、沿面距離Lは、発光部21の内周面において外側電極4の端部Eに相当する位置Aから内側管5のEに相当する位置Bに至るまでの距離L1と、Bから拡径部51の端部Cに至るまでの拡径部51の外表面に沿った距離L2と、Cから内部電極3への最短距離の位置Dに至るまでの距離L3の合計(L=L1+L2+L3)になる。従って、全長が同じであり拡径部を有しない構造のものに比して、CからDに至るまでの距離L3分が加算されていることにより沿面距離を伸ばすことができる。
なお、前記拡径部51は、図示のラッパ状に限られず、テーパー状や階段状の拡径部であっても良く、要は、直管状のものに比して距離が加算される構造であればその他の構造であっても良い。
As shown in detail in FIG. 2, in the vicinity of the end portion of the
In the example shown in the figure, the creeping distance L is a distance L1 from a position A corresponding to the end E of the outer electrode 4 to a position B corresponding to E of the
The
内部電極3と外側電極4には図示略の高周波電源が接続され、両電極間で誘電体材料である放電容器2及び内側管5を介在させて誘電体バリア放電が発生し、エキシマ発光が生じる。
A high-frequency power supply (not shown) is connected to the
本発明のエキシマランプにおいては、内側管5が封止部22まで伸びて、封止部22に埋設されることは好ましくない。内側管5が封止部22に埋設されていると、背景技術で説明した二重円筒型構造のエキシマランプと同様の問題を生じるからである。
In the excimer lamp of the present invention, it is not preferable that the
以上のように、図1、2に示す構造のエキシマランプによると、内側管の端部に拡径部が形成されていることが最大の特徴であり、その利点を以下に説明する。
本発明のエキシマランプは、内側管が上記のような理由により封止部には埋設されておらず、内部電極の端部付近が内側管に覆われることなく放電用ガスに直接曝される構造である。このため、外側電極の端部と内部電極の内側管に覆われていない部位との間に距離(沿面距離という)を十分に確保しないと、両者の間で不所望な沿面放電が生じてしまい、これにより、内外電極間での放電の安定性が失われる、という不具合が生じる。このような沿面放電は、詳細には、内側管から突出した内部電極に向かって内側管の外側電極の端部に対応する箇所から発生するものと考えられる。
これを防止すべく沿面距離を十分にとるために、単に内側管の長さを外側電極に対して大きくしようとすると、内側管に覆われた内部電極と外側電極との間の有効な放電形成部分の長さに比べて放電容器の全長が長くなってしまい、換言すれば、ランプ全長に対して放電形成部分の占める割合が少なくなるため好ましくない。
これに対し、内側管5の端部に拡径部51を形成した本発明のエキシマランプの構造によると、拡径部51の存在により沿面距離が伸びることになるため、放電形成部分を過剰に短くすることなく十分な沿面距離を確保することができ、不所望な沿面放電の発生を確実に防止することができる。
As described above, according to the excimer lamp having the structure shown in FIGS. 1 and 2, the greatest feature is that the diameter-enlarged portion is formed at the end of the inner tube, and the advantages thereof will be described below.
The excimer lamp of the present invention has a structure in which the inner tube is not embedded in the sealing portion for the reasons described above, and the end portion of the inner electrode is directly exposed to the discharge gas without being covered by the inner tube. It is. For this reason, unless a sufficient distance (referred to as creepage distance) is secured between the end portion of the outer electrode and the portion not covered by the inner tube of the inner electrode, an undesirable creeping discharge occurs between them. This causes a problem that the stability of discharge between the inner and outer electrodes is lost. More specifically, such creeping discharge is considered to occur from a location corresponding to the end of the outer electrode of the inner tube toward the inner electrode protruding from the inner tube.
To make the creepage distance sufficient to prevent this, simply trying to increase the length of the inner tube relative to the outer electrode, effective discharge formation between the inner and outer electrodes covered by the inner tube The total length of the discharge vessel becomes longer than the length of the portion, in other words, the proportion of the discharge forming portion with respect to the total length of the lamp decreases, which is not preferable.
On the other hand, according to the structure of the excimer lamp of the present invention in which the
図1に示すエキシマランプ1の数値例を以下に示す。
放電容器2は、全長(封止部22を含む)が220mm〜2820mmであって、例えば1620mmであり、発光部21の全長が100mm〜2700mmであって、例えば1500mmであり、外径が10mm〜50mmであって、例えば16mmであり、内径が8mm〜48mmであって、例えば14mmである。
内部電極3は、全長が190mm〜2790mmであって、例えば1590mmであり、外径が1mm〜40mmであって、例えば3mmであり、ピッチが0.5mm〜10mmであって、例えば2mmである。
内側管5は、全長が170mm〜2770mmであって、例えば1570mmであり、外径が2mm〜42mmであって、例えば4mmであり、内径が1mm〜40mmであって、例えば3mmである。拡径部51の最大外径は、4mm〜46mmであって、例えば12mmである。その他、外側電極4の全長が100mm〜2700mmであって、例えば1500mmである。
沿面距離Lは、3mm〜150mmであって、例えば80mmである。
Numerical examples of the excimer lamp 1 shown in FIG.
The
The
The
The creepage distance L is 3 mm to 150 mm, for example, 80 mm.
図3は、他の沿面距離延長手段を示すものであり、図において、外側電極4端よりも外方に位置する内側管5の端部近傍に、非導電性材料からなる仕切板10を設けたものである。該仕切板10は、石英ガラスやセラミックスなどの非導電性材料からなる別部材を内側管5に溶着してもいし、内側管5自体を膨出させて形成してもよい。
FIG. 3 shows another creeping distance extending means. In the drawing, a
図3に示すエキシマランプ1によると、沿面距離Lには各仕切部材10の高さHに相当する距離が仕切部材10の個数に対応して加算されることになる。従って、ランプ全長に対する放電形成部分の占める割合を減らすことなく沿面距離Lが伸びるので、外側電極4から内側管5に覆われない内部電極3への沿面放電の発生を良好に防止することができる。
According to the excimer lamp 1 shown in FIG. 3, a distance corresponding to the height H of each
図3に示す実施例2に関して、図1、2の実施例1と異なる部分の数値例を示す。仕切部材10は、外径が7mm〜47mmであって、例えば13mmである。内径が2mm〜42mmであって、例えば4mmである。厚み(管軸X方向)が1mm〜10mmであって、例えば3mmである。沿面距離Lは、仕切部材10が2つ設けられている場合において3mm〜150mmであって、例えば80mmである。
With respect to the second embodiment shown in FIG. 3, numerical examples of portions different from the first embodiment shown in FIGS. The
図4〜図6に示す実施例は、沿面放電防止手段として、内側管5の端部外表面に生じる電荷量を減少させる電荷減少手段を採用した場合である。
図4における実施例3においては、内側管5の端部外表面に、誘電体11を溶着等により付加的に取り付けてある。この付加誘電体11としては、内側管5と同材料のものが好ましく、内側管5が石英ガラスの場合、付加誘電体11も石英ガラスである。この場合、内側管5が、端部近傍で他の部分に比べてその肉厚が厚くなっているという見方もできる。
The embodiment shown in FIGS. 4 to 6 is a case where charge reducing means for reducing the amount of charge generated on the outer surface of the end portion of the
In Example 3 in FIG. 4, the dielectric 11 is additionally attached to the outer surface of the end portion of the
こうすることによって、内側管5の端部肉厚部11での外表面に蓄積される電荷は、内側管5の他の部分における電荷と比べて少なくなり、そのため、外側電極4の端部から、内側管5外の内部電極3への放電が伝わりにくくなり、沿面放電の防止ができるものである。
By doing so, the charge accumulated on the outer surface of the end
図5において、この実施例4は、上記実施例3と基本的な考え方は一緒であり、この実施例の場合、内部電極3に連結された内部リード6が内側管5の内部にまで延びているケースである。この実施例では、内側管5の端部に設ける付加誘電体12は内側管5の内表面に設けられている。
この実施例4における沿面放電防止に関する作用は上記実施例3と同様であるが、内部管5の外表面が平滑化する点でのみ相違する。
In FIG. 5, the basic concept of the fourth embodiment is the same as that of the third embodiment. In this embodiment, the
The effect on creeping discharge prevention in the fourth embodiment is the same as that in the third embodiment, except that the outer surface of the
図6に実施例5を示し、図6(a)は側断面図で、(b)は横断面図である。
図6において、内側管5の端部近傍には、金属リングや金属ワイヤなどの導電部材13が巻き付けられており、その他端部13aは放電容器2の内壁方向に向かって伸びているものであり、放電容器2に当接していてもよい。
この実施例においては、内側管5の端部外表面に蓄積した電荷が、導電部材13を介して他端部13aから放電容器2側に逃げるため、結果として、端部外表面に蓄積される電荷が減少する。そのため、外側電極4の端部から内側管5外の内部電極3への沿面放電が防止される。
FIG. 6 shows a fifth embodiment, where FIG. 6 (a) is a side sectional view and FIG. 6 (b) is a transverse sectional view.
In FIG. 6, a
In this embodiment, the electric charge accumulated on the outer surface of the end portion of the
1 エキシマランプ
2 放電容器
21 発光部
22 封止部
3 内部電極
4 外側電極
5 内側管
51 拡径部
6 内部リード
7 金属箔
8 外部リード
10 仕切板
11、12 付加誘電体(端部肉厚部)
13 導電部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
13 Conductive members
Claims (8)
前記内部電極は、少なくとも外側電極との間で放電を行う部位の外表面が、少なくとも一端が放電空間内で開放された誘電体材料からなる内側管によって覆われるとともに、
該内側管は対応する外側電極の端部を長手方向に超えて延在し、その端部には、前記内側管から突出した内部電極と外側電極との間での不所望の沿面放電を防止する沿面放電防止手段を有することを特徴とするエキシマランプ。 A discharge vessel filled with a discharge gas, an internal electrode extending in the longitudinal direction inside the discharge vessel and hermetically sealed at the end of the discharge vessel, and an outer electrode disposed on the outer surface of the discharge vessel In an excimer lamp consisting of
The inner electrode is covered with an inner tube made of a dielectric material at least one end of which discharges between the inner electrode and the outer electrode, and at least one end thereof is opened in the discharge space.
The inner tube extends beyond the end of the corresponding outer electrode in the longitudinal direction, and the end prevents an undesirable creeping discharge between the inner electrode and the outer electrode protruding from the inner tube. An excimer lamp having creeping discharge preventing means.
The excimer lamp according to any one of claims 1 to 7, wherein an end portion of the discharge vessel is formed by a foil seal.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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