JP2013171660A - 外部電極型放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】封入ガスのガス圧を高く設定することで発光出力を高めても低電圧での放電始動が可能であり、それにより電源の大型化及び重量化が抑制されると共に外部放射ノイズも低減され、電圧・電流の制御系の複雑化も抑制され、且つ製造工程の複雑化を招くことのない放電ランプを提供することにある。
【解決手段】両端閉塞の筒状のガラス管２の内部に仕切りを設けて該仕切り３により第１放電室４と第１放電室４よりも容積が大きい第２放電室５の２つの放電空間に分離し、ガラス管２の外面の互いに対向する位置に該ガラス管２の管軸に沿うように一対の外部電極６、７を延設した。第１放電室４内及び前記第２放電室５内の夫々には個別のガスパラメータの封入ガスを封入した。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部電極型放電ランプに関するものであり、詳しくは、外部電極を用いた誘電体バリア放電ランプに関する。

従来、この種の放電ランプとしては、例えば図８あるいは図９に示すような構造のものが開示されている。

図８で示す放電ランプ８７は、筒状の管状部材８０の一方の端部に光取り出し用の窓部材８１、他方の端部に閉塞部材８２を設けて発光管８３が形成され、発光管８３内の密閉空間（放電空間）８４に放電ガスとしてアルゴン（Ａｒ）と六フッ化イオウ（ＳＦ_６）の混合ガスが３０ｋＰａの圧力で封入されている。発光管８３は、外面の互いに対向する位置に該発光管８３の管軸に沿う一対の外部電極８５、８６が延設されている。

そして、一対の外部電極８５、８６間に高電圧を印加することにより、発光管８３を介して外部電極８５、８６間に放電が発生し、放電空間８４内の放電ガスがエキシマ発光して紫外線を放射する。エキシマ発光による紫外線は窓部材８１を透過して外部に照射される（特許文献１参照。）。

一方、図９で示す放電ランプ９３は、ランプバルブ９０と始動補助用バルブ９１が一体に形成され、ランプバルブ９０内には所定量の水銀、希ガス及び金属ハロゲン化合物が封入されると共に、始動補助用バルブ９１内には所定量の水銀及び希ガスが封入されている。ランプバルブ９０には外周壁に沿って励起コイル９２が巻回されている。

そして、励起コイル９２に高周波電流を通電することにより、まず、ハロゲン物質が封入されていないために絶縁破壊電圧が比較的低く且つ励起コイル９２で生じる電界中の電界強度の強い領域に位置する始動補助用バルブ９１内に放電が生じて水銀から紫外線が放射される。すると、その紫外線がランプバルブ９０内に照射されて封入ガスを励起・電離して放電が容易な状態となり、励起コイル９２による誘導電界によって容易にランプバルブ９０内に放電を生じることができる（特許文献１参照。）。

特開２０１０−２７２６８号公報 特公平７−９３１２７号公報

ところで、図８の放電ランプ８７は、発光出力を高めるためには発光管８３内のガス圧を高く設定する必要があるが、それにより放電始動電圧が上昇する。その結果、高電圧電源に用いるトランス等の回路部品が大型化し、回路も複雑化し、高周波ノイズも強くなる。特に、発光管８３の管径が小さい場合は、外部電極８５、８６間に発生する沿面放電によって非発光或いは回路破損等の不具合が生じる恐れがある。

一方、放電始動後の安定放電状態におけるランプ電圧は放電始動電圧よりも低くなる。そのため、放電始動電圧が高いほど放電始動電圧と放電安定状態におけるランプ電圧との電圧差が大きくなる。よって、放電開始時には放電空間８４内の絶縁破壊に必要な高電圧を印加し、放電始動後には直ちに放電安定状態を維持するためのランプ電圧に調整する必要がある。

その結果、電源の高電圧化に伴って電源の大型化及び重量化が避けられず、ランプ電圧・電流の制御系の複雑化に伴って電源の製造コストが高騰する。

また、図９の放電ランプ９３は、ランプバルブ９０と始動補助用バルブ９１の一体化形状が複雑な形状を呈しており、成形工程も複雑になって製造コストが高騰する。更に、ランプバルブ９０のガス封入工程と始動補助用バルブ９１のガス封入工程を夫々異なる排気設備で行う必要があり、このようなガス封入工程の複雑化も製造コストの高騰の要因となる。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、封入ガスのガス圧を高く設定することで発光出力を高めても低電圧での放電始動が可能であり、それにより電源の大型化及び重量化が抑制されると共に外部放射ノイズも低減され、電圧・電流の制御系の複雑化も抑制され、且つ製造工程の複雑化を招くことのない放電ランプを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、両端閉塞の筒状のガラス管と、前記ガラス管の内部を第１放電室と前記第１放電室よりも容積が大きい第２放電室の２つの放電空間に分離する仕切りと、前記ガラス管の外面の互いに対向する位置に該ガラス管の管軸に沿うように延設された一対の外部電極と、前記第１放電室内及び前記第２放電室内の夫々に個別のガスパラメータで封入された封入ガスと、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、両端閉塞の筒状のガラス管と、前記ガラス管の内部を第１放電室と前記第１放電室よりも容積が大きい第２放電室の２つの放電空間に分離する仕切りと、前記ガラス管の前記第１放電室を覆う領域の外面の互いに対向する位置に該ガラス管の管軸に沿うように延設された一対の第１外部電極と、前記ガラス管の前記第２放電室を覆う領域の外面の互いに対向する位置に該ガラス管の管軸に沿うように延設された一対の第２外部電極と、前記第１放電室内及び前記第２放電室内の夫々に個別のガスパラメータで封入された封入ガスと、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２において、前記仕切りには、該仕切りを気密に貫通して第１放電室内及び第２放電室内の夫々に一端部及び他端部が突出する金属リード線が設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、前記第１放電室及び前記第２放電室には少なくともキセノンガスが封入され、前記キセノンガスの分圧は前記第１放電室よりも前記第２放電室の方が高いことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項２〜請求項４のいずれかにおいて、前記第１外部電極に正弦波の高周波電圧を印加して前記第１放電室に放電を生じさせ、前記第２外部電極に矩形波の高周波電圧を印加して前記第２放電室に放電を生じさせることを特徴とするものである。

本発明の外部電極型放電ランプは、両端閉塞の筒状のガラス管の内部に仕切りを設けて該仕切りにより第１放電室と第１放電室よりも容積が大きい第２放電室の２つの放電空間に分離し、ガラス管の外面の互いに対向する位置に該ガラス管の管軸に沿うように一対の外部電極を延設した。第１放電室内及び前記第２放電室内の夫々には個別のガスパラメータの封入ガスを封入した。

そのため、第１放電室の放電により誘導される第２放電室の放電始動の電圧が、該第１放電室を設けないときの放電始動電圧よりも大幅に低下すると共に第２放電室の放電始動電圧と放電安定状態におけるランプ電圧との電圧差が小さくなった。

その結果、電源に用いるトランス等の回路部品の小型化、軽量化が実現できて電源も小型化、軽量化が図られ、電圧・電流制御回路も簡素化できて、電源による高周波ノイズも低減した。

実施形態１の縦断面説明図である。 図１のＡ−Ａ断面説明図である。 実施形態２の縦断面説明図である。 実施形態３の縦断面説明図である。 実施形態４の縦断面説明図である。 実施形態５の縦断面説明図である。 実施形態６の縦断面説明図である。 従来例の説明図である。 同じく、従来例の説明図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図７を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明の外部電極型放電ランプに係わる実施形態１の縦断面説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面説明図である。

本実施形態の外部電極型放電ランプ（以下、「放電ランプ」と略称する）１は、ほう珪酸ガラスからなる筒状のガラス管２の両端を同じほう珪酸ガラスで閉塞し、ガラス管２内に同じほう珪酸ガラスによる仕切り３を設けて夫々気密空間からなる第１放電室４及び第２放電室５の２つの放電室を設けている。

仕切り３の形成は、ガラス管２自体を加熱溶融して仕切り３を形成する方法、あるいはガラス管２内に挿入しガラスビードをガラス２管と共に加熱融着して仕切り３を形成する方法があるが、ガラスビードを用いた方がガラス管のへこみが少なく、加工性も良好である。

第１放電室４と第２放電室５は夫々容積が異なり、第１放電室４が第２放電室５よりもかなり小さい。第１放電室４及び第２放電室５には封入ガスが気密封入されており、封入ガスはキセノンもしくはキセノンにネオン、アルゴン、ヘリウム等のバッファガスを混合した混合ガスが用いられる。場合によっては、更にヨウ素、臭素、塩素などのハロゲンガスが封入されることもある。

第１放電室４と第２放電室５は容積の違いだけではなく、第２放電室５と比較して容積が小さい第１放電室４が第２放電室５よりも放電始動電圧が低くなるように、夫々の放電室４、５内の封入ガスのガスパラメータ（封入ガスの種類やガス圧等）が設定される。具体的には、第２放電室５のガス圧が第１放電室４のガス圧よりも高く設定されている。

また、第２放電室５内の封入ガスのガスパラメータは、放電発光で放射される紫外線の線量が第１放電室４の放電発光で放射される紫外線量よりも多くなるように設定されている。

そこで、本実施形態１を含む後述する全ての実施形態において、第１放電室４を少なくともキセノンガスを封入して分圧を５０Ｔｏｒｒとし、第２放電室５を同じく少なくともキセノンガスを封入して分圧を２００Ｔｏｒｒとした。

ガラス管２には、外面の互いに対向する位置に該ガラス管２の管軸に沿う一対の外部電極６、７が延設されている。

そして、外部電極６、７間に外部電源から６００Ｖ程度の高周波高電圧を印加すると、まず、誘電体のガラス管２及び放電始動電圧の低い第１放電室４を介して外部電極６、７間で放電が開始され、第１放電室４内に封入された放電ガスがエキシマ発光して紫外線を放射する。

この紫外線は、第１放電室４と第２放電室５を気密に仕切る仕切り３を透過して第２放電室５内に照射される。そこで、第１放電室４から紫外線が照射された状態で外部電極６、７間の印加電圧を上げると、第２放電室５内の封入ガスが第１放電室４からの紫外線のエネルギーによって励起・電離されているため、第１放電室４を設けないときの放電始動電圧よりも低い電圧で誘電体のガラス管２及び第２放電室５を介して外部電極６、７間で放電が開始され、第２放電室５内に封入された放電ガスがエキシマ発光して紫外線を放射する。

この場合、第２放電室５の放電始動電圧は１ｋＶ程度であり、従来の、第１放電室４を設けないときの放電始動電圧１、８ｋＶに対して約８００Ｖ（約４４．４％）低下したことになる。つまり、従来の放電ランプよりも放電始動電圧が大幅に下がると共に放電始動電圧と放電安定状態におけるランプ電圧との電圧差が小さくなった。その結果、電源の低電圧化に伴うトランスの小型化等の回路部品の小型化、軽量化が実現できて電源も小型化、軽量化が図られ、電圧・電流制御回路も簡素化できて、高周波の電源ノイズも低減した。

図３は放電ランプに係わる実施形態２の説明図である。本実施形態は上記実施形態１に対して、ほう珪酸ガラスからなる仕切り３を気密に貫通して第１放電室４内及び第２放電室５内の夫々に一端部８ａ及び他端部８ｂを突出する金属リード線８を設けたことが異なる。

金属リード線８は、仕切り３が本実施形態のようにほう珪酸ガラスのような硬質ガラスからなる場合はコバール線等が用いられ、ソーダ石灰ガラスのような軟質ガラスからなる場合はジュメット線が用いられ、仕切り３と金属リード線８の互いの熱膨張特性の整合性を図ることにより、仕切り３と金属リード線８の気密性を確保することができる。

また、金属リード線８は、第１放電室４と第２放電室５を電気的に結合する働きを有しており、第１放電室４が放電状態にあるとき、一端部８ａが第１放電室４内の放電路中に配置されてなる金属リード線８の他端部８ｂが第２放電室５の補助（中間）電極として作用する。

そのため、第１放電室４から紫外線が照射された状態で外部電極６、７間の印加電圧を上げると、第２放電室５内には第１放電室４から仕切り３を気密に貫通した金属リード線８からなる補助電極が配置されているため、第１放電室４を設けないときの放電始動電圧よりも低い電圧で誘電体のガラス管２及び第２放電室５を介して外部電極６、７間で放電が開始され、第２放電室５内に封入された放電ガスがエキシマ発光して紫外線を放射する。

この場合、第２放電室５の放電始動電圧は、上記実施形態１の始動開始電圧よりも更に低下して０．８７ｋＶとなった。つまり、従来の、第１放電室４を設けないときの放電始動電圧１、８ｋＶに対して約９３０Ｖ（約５１．６％）低下したことになる。つまり、実施形態１以上に、従来の放電ランプよりも放電始動電圧が大幅に下がると共に放電始動電圧と放電安定状態におけるランプ電圧との電圧差が小さくなった。その結果、実施形態１以上に、電源の低電圧化に伴うトランスの小型化等の回路部品の小型化、軽量化が実現できて電源も小型化、軽量化が図られ、電圧・電流制御回路も簡素化できて、高周波の電源ノイズも低減した。

図４は放電ランプ１に係わる実施形態３の説明図である。本実施形態は上記実施形態１に対して、第１放電室４及び第２放電室５の夫々の内部状態を異にしている。

具体的には、第１放電室４内及び第２放電室５内には希ガスとバッファガスのみが印加されており、同時に、第１放電室４の内壁全周に亘ってアルミナあるいは水酸化セシウムを塗布して第１塗布層１２を形成することにより放電の暗黒始動性を高めて始動電圧の低電圧化を図り、第２放電室５の内壁全周に亘って蛍光体を塗布して第２塗布層１３を形成することにより殺菌線（ＵＶ−Ｃ）あるいは可視光を照射するようにしている。

この場合、ガラス管２は軟質ガラス又は硬質ガラスが用いられる。また、特に、第１放電室４の内壁に水酸化セシウムが塗布される場合は、セシウムの活性化が蛍光体に及ぼす悪影響を、第１放電室４と第２放電室５の間に設けられた仕切り３が阻止する役割を果たす。

なお、仕切り３は、上記実施形態２のように該仕切り３を気密に貫通して第１放電室４内及び第２放電室５内の夫々に一端部８ａ及び他端部８ｂを突出する金属リード線８を設けてもよいし、図４の本実施形態のように設けなくてもよい。但し、金属リード線８を設けた方が第２放電室５の始動電圧を低くすることができる。

図５は放電ランプ１に係わる実施形態４の説明図である。本実施形態は上記実施形態２に対して、外部電極６、７の夫々の延設状態を異にしている。

具体的には、ガラス管２の、第１放電室４を覆う領域の外面の互いに対向する位置に該ガラス管２の管軸に沿う一対の外部電極６ａ、７ａが延設され、第２放電室５を覆う領域の外面の互いに対向する位置に該ガラス管２の管軸に沿う一対の外部電極６ｂ、７ｂが延設されている。なお、外部電極６ａと６ｂ、外部電極７ａと７ｂは、夫々離れて設けられている。

これにより、第１放電室４における始動用の放電と第２放電室５における発光用の放電を、個別の電源で夫々最適な放電パラメータに対応した適宜な電圧を印加することにより行うことができる。

例えば、図６に示すように、第１放電室４に放電を発生させる第１電源１０と第２放電室５に放電を発生させる第２電源１１の２つの電源を備え、第１電源１０及び第２電源１１はいずれも矩形の高周波電圧を出力する。

そこで、放電ランプ１の放電発光に際しては、まず第１電源１０から出力された第１放電室４の最適始動電圧を第１放電室４を覆う外部電極６ａ、７ａ間に印加して第１放電室４内を放電状態とし、その後、第２電源１１から出力された第２放電室５の最適始動電圧を第２放電室５を覆う外部電極６ｂ、７ｂ間に印加して第２放電室５内を放電状態とする。 そして、第２放電室５内が放電状態になった時点で外部電極６ａ、７ａ間への電圧印加を停止して第１放電室４内の放電を停止させる。

これにより、放電ランプ１の放電発光時には第１電源１０からは電力供給は行われておらず、低消費電力化を図りながら第１放電室４の始動性の向上と第２放電室５の放射強度の向上を実現することができる。

なお、仕切り３は、図６の本実施形態のように該仕切り３を気密に貫通して第１放電室４内及び第２放電室５内の夫々に一端部８ａ及び他端部８ｂを突出する金属リード線８を設けてもよいし、図１あるいは図４のように設けなくてもよい。但し、金属リード線８を設けた方が第２放電室５の始動電圧を低くすることができる。

図７は放電ランプ１に係わる実施形態６の説明図である。本実施形態は上記実施形態５に対して、印加電圧の波形を異にしている。

具体的には、上記実施形態５では、第１放電室４に放電を発生させる第１電源１０と第２放電室５に放電を発生する第２電源１１の２つの電源を、いずれも矩形の高周波電圧を出力する電源とした。それに対し、本実施形態においては第１放電室４に放電を発生させる第１電源１０を正弦波の高周波を出力する電源とした。

これにより、第２電源１１ほど高電圧を必要としない第１電源１１の出力電圧を正弦波とすることにより、第１放電室４の放電時における第１電源１０からの高周波ノイズが低減され、周辺機器への悪影響が抑制される。

一方、第２電源１１は、矩形の高周波電圧を出力する電源として高出力で第２放電室５内の放電を発生させる。但し、上述したように、第２放電室５の放電始動電圧は１ｋＶ程度であり、従来の、第１放電室４を設けないときの放電始動電圧１、８ｋＶに対して大幅に低下している。そのため、第２放電室５の最適な放電パラメータに対応した適宜な電圧を高周波ノイズが低減された状態で容易に印加することが可能となる。

その結果、第１電源１０を正弦波電源とすることにより電源トランスの安価化、小型・軽量化及び低ノイズ化が可能となり、第２電源１１についても、矩形波或いはパルス電源ではあるが、第１放電室４を設けない従来の放電ランプよりも大幅に低い放電始動電圧に対応できればよいため、電源トランスの安価化、小型・軽量化及び低ノイズ化か可能となる。

また、電源における配置スペースや電源の重量及び価格の多くの部分を占めるトランスを安価化及び小型・軽量化できることにより、電源自体の安価化及び小型・軽量化が実現できる。

以上説明したように、本発明の放電ランプは、一本のガラス管内を気密に仕切ることにより放電始動用の第１放電室と放電発光用の第２放電室の２つの放電室を形成した。その結果、簡素な製造工程により低コストで製造可能な放電ランプを提供することが可能となった。

また、第１放電室及び第２放電室について、夫々の放電室内に封入される封入ガスを放電始動及び放電発光に最適なガスパラメータに設定した。特に、第１放電室及び第２放電室の夫々に封入するキセノンガスの分圧を第１放電室よりも第２放電室の方を高く設定した。そのため、第１放電室の放電により誘導される第２放電室の放電始動の電圧が、該第１放電室を設けないときの放電始動電圧よりも大幅に低下すると共に第２放電室の放電始動電圧と放電安定状態におけるランプ電圧との電圧差が小さくなった。

その結果、電源に用いるトランス等の回路部品の小型化、軽量化が実現できて電源も小型化、軽量化が図られ、電圧・電流制御回路も簡素化できて、高周波の電源ノイズも低減した。また封入ガスを最適なパラメータに設定することにより、特に、第２放電室の放電発光で放射される紫外線の放射強度を高めることができた。

また、第１放電室及び第２放電室の夫々に個別に放電電圧印加電極を設け、個別の電源によって夫々の放電室に放電が発生するようにした。その結果、第１放電室における始動用の放電と第２放電室における発光用の放電を、個別の電源で夫々最適な放電パラメータに対応した適宜な電圧を印加することにより行うことができるようになった。

特に、第１放電室を正弦波の高周波電圧で放電させ、第２放電室を矩形波の高周波電圧で放電させることにより、第１放電室の放電時における第１電源からの高周波ノイズが低減され、同時に、第２放電室の放電発光で放射される紫外線の放射強度を高めることができた。

更に、第１放電室と第２放電室を分離する仕切りに、該仕切りを気密に貫通して第１放電室内及び第２放電内の夫々に突出する金属リード線を設けた。その結果、第２放電室の放電始動電圧が金属リード線を設けないときの始動開始電圧よりも更に低下し、金属リード線を設けないときよりも電源に用いるトランス等の回路部品の小型化、軽量化が実現できて電源も小型化、軽量化が図られ、電圧・電流制御回路も簡素化できた。

なお、放電ランプの外部に紫外線を放出させたくない場合においては、ガラス管は紫外線を透過しないガラスを用い、仕切りに用いるガラスは紫外線を透過するガラスを用いることで、放電ランプ外部に紫外線を放射することなく、始動性を向上させることができる。また、放電ランプの外部に紫外線を放出させる場合においては、ガラス管には紫外線透過性の軟質ガラス又は硬質ガラスを用いる。なお、実施形態１〜６ではガラス管及び仕切りにほう珪酸ガラスを用いたが、ほう珪酸ガラスの代わりに石英ガラスを用いてもよい。

１… 外部電極型放電ランプ
２… ガラス管
３… 仕切り
４… 第１放電室
５… 第２放電室
６… 外部電極
７… 外部電極
８… 金属リード線
８ａ… 一端部
８ｂ… 他端部
１０… 第１電源
１１… 第２電源
１２… 第１塗布層
１３… 第２塗布層

Claims (5)

1. 両端閉塞の筒状のガラス管と、
   前記ガラス管の内部を第１放電室と前記第１放電室よりも容積が大きい第２放電室の２つの放電空間に分離する仕切りと、
   前記ガラス管の外面の互いに対向する位置に該ガラス管の管軸に沿うように延設された一対の外部電極と、
   前記第１放電室内及び前記第２放電室内の夫々に個別のガスパラメータで封入された封入ガスと、を備えたことを特徴とする外部電極型放電ランプ。
2. 両端閉塞の筒状のガラス管と、
   前記ガラス管の内部を第１放電室と前記第１放電室よりも容積が大きい第２放電室の２つの放電空間に分離する仕切りと、
   前記ガラス管の前記第１放電室を覆う領域の外面の互いに対向する位置に該ガラス管の管軸に沿うように延設された一対の第１外部電極と、
   前記ガラス管の前記第２放電室を覆う領域の外面の互いに対向する位置に該ガラス管の管軸に沿うように延設された一対の第２外部電極と、
   前記第１放電室内及び前記第２放電室内の夫々に個別のガスパラメータで封入された封入ガスと、を備えたことを特徴とする外部電極型放電ランプ。
3. 前記仕切りには、該仕切りを気密に貫通して第１放電室内及び第２放電室内の夫々に一端部及び他端部が突出する金属リード線が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の外部電極型放電ランプ。
4. 前記第１放電室及び前記第２放電室には少なくともキセノンガスが封入され、前記キセノンガスの分圧は前記第１放電室よりも前記第２放電室の方が高いことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の外部電極型放電ランプ。
5. 前記第１外部電極に正弦波の高周波電圧を印加して前記第１放電室に放電を生じさせ、前記第２外部電極に矩形波の高周波電圧を印加して前記第２放電室に放電を生じさせることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の外部電極型放電ランプ。

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