JP2017004702A - エキシマランプ - Google Patents

Abstract

【課題】放電容器を介在させて配置された一対の電極を有するエキシマランプにおいて、始動補助のための紫外光が放電容器内の放電空間の全体に一様に照射されるようにして、円滑な始動補助ができるようにした構造を提供する。【解決手段】放電容器１が、外部発光管２と、その内部に挿通されて管軸方向に延在する内部発光管３とからなり、外部発光管２の外周には外部電極４が設けられとともに、内部発光管３内には管軸方向に延びる内部電極５が挿通され、外部発光管２と内部発光管３の間に形成される外部放電空間Ｓ１内には、発光ガスが封入されており、内部発光管３の内部放電空間Ｓ２内には、外部放電空間Ｓ１内の発光ガスよりも始動電圧の低い発光ガスが封入されていて、内部発光管３の少なくとも一端部は、外部発光管２から外部へ露出する露出部１０を有している。【選択図】図１

Description

この発明は、エキシマランプに関するものであり、特に、外側管と内側管とを同軸上に配置した二重円筒型放電容器を有し、始動補助機能を有するエキシマランプに係わるものである。

従来、殺菌、脱臭、有機汚染物除去等に使用される紫外線光源として使用されるエキシマランプが知られている。
近年、この種のエキシマランプには高出力化が一層求められてきており、そのため、放電ギャップ長の増大と封入ガス圧力が増加して、これに伴い放電開始電圧や、通常点灯時の入力電圧が増大化している。このため、ランプの点灯装置に含まれる昇圧トランスにその性能を求める要求が強くなってきている。

このような高出力のエキシマランプを確実に点灯させるために、エキシマランプの放電開始電圧よりも低い放電開始電圧で放電する始動補助機能を備えたエキシマランプが提案されている。
特開２０１３−１７１６６０号公報（特許文献１）に開示されたものは、主放電室に隣接して始動放電室を形成し、この始動放電室で生成された紫外光を主放電室内の放電ガスに照射することで、主放電室での放電を容易にせんとするものである。

図４にその概略構造が示されていて、発光管２１を仕切り２２により始動放電室２３と、これよりも容積の大きい主放電室２４とに分離し、発光管２１の外面に対向する一対の外部電極２５，２６を設けてある。
そして、始動放電室２３に封入する放電ガスは、主放電室２４内の放電ガスよりも低い放電電圧で放電が容易に発生するように、ガスの種類や封入分圧を調整してある。
こうすることで、外部電極２５，２６間に電圧を印加したとき、始動放電室２３内で低い放電開始電圧で容易に放電が開始され、そこで生成された紫外光が仕切り２２を介して主放電室２４に照射されて、該主放電室２４での放電が容易になることを期待しているものである。

ところが、このような構造では、始動放電室２３で生成された紫外光は、仕切り２２を経て主放電室２４にその側面から放射されるものであるため、該主放電室２４内の放電ガス全体に一様に照射されることがなく、主放電室２４内では仕切り２２に近い領域から放電が起こり、これが主放電室２４の全体領域に及んでいくという時間経過が生じ、始動補助機能が十分なものとはいえないうえに、主放電室２４内での放電が一様にならないという不具合がある。

また、同じ誘電体バリア放電を利用する透光性セラミックスからなる発光管を用いたエキシマランプにおいて、発光管の近傍に紫外光を放射する点灯補助光源（ＵＶセル）を配置したものが、特開２０１１−１５４８６２号公報（特許文献２）に開示されている。
図５にその構造が示されていて、透光性セラミックスからなる発光管３１は、両端を金属キャップ３２，３３によって封止されて、内部の発光空間Ｓに希ガスなどの放電ガスが封入されている。発光管３１の外面には一対の外部電極３４，３５が配置され、該外部電極間の放電により放電ガスがエキシマ発光する。
そして、希ガスが封入されたＵＶセル４０が発光管３１に近接して、電極３４，３５間の放電方向に沿うように配置されている。
始動時には、このＵＶセル４０内に生成された紫外光が発光管３１内に照射されて、外部電極３４，３５間の放電の始動補助をするものである。

この特許文献２のものでも、始動補助を行うＵＶセルからの紫外光は、発光管内の放電ガスに対して一部にのみ照射されるのみであって、放電ガスの全体に一様に照射されるものではなく、放電空間全体の発光の均一性がもたらされないという不具合を有するものであって、その意味では前記特許文献１のものと同様である。
更に、この特許文献２のものでは、点灯補助光源として波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を利用する場合は、発光管と点灯補助用光源の間で大気に吸収されやすく、十分に放電空間内へ光を照射することが困難となるという問題もある。

特開２０１３−１７１６６０号公報 特開２０１１−１５４８６２号公報

この発明が解決しようとする課題は、放電容器を介在させて配置された一対の電極を有するエキシマランプにおいて、始動補助のための紫外光が放電容器内の放電空間の全体に一様に照射されるようにして、円滑な始動補助ができるようにした構造を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係るエキシマランプにおいては、前記放電容器は、外部発光管と、該外部発光管内の内部に挿通されて管軸方向に延在する内部発光管とからなり、前記外部発光管の外周には外部電極が設けられるとともに、前記内部発光管内には管軸方向に延びる内部電極が挿通され、前記外部発光管と前記内部発光管の間に形成される外部放電空間内には、発光ガスが封入されており、前記内部発光管の内部放電空間内には、前記外部放電空間内の発光ガスよりも始動電圧の低い発光ガスが封入されていて、前記内部発光管の少なくとも一端部は、前記外部発光管から外部へ露出する露出部を有していることを特徴とする。

また、前記外部放電空間内の発光ガスが、希ガスとハロゲンガスを含むガスであり、前記内部放電空間内の発光ガスが、前記外部放電空間内の発光ガスよりも始動電圧の低い不活性ガスであるであることを特徴とする。
また、前記内部放電空間に封入された発光ガスの封入圧が、前記外部放電空間に封入された発光ガスの封入圧より低いことを特徴とする。
また、前記内部発光管の両端部が、前記外部発光管から外部へ露出する露出部を有していることを特徴とする。

また、前記外部電極は、前記内部発光管の露出部にまで延設されていることを特徴とする。
また、前記内部発光管は波長２００ｎｍ以下を透過するガラス材料で構成されており、前記外部発光管は、波長２００ｎｍ以下を透過しないガラス材料で構成されていることを特徴とする。

本発明のエキシマランプによれば、外部発光管と内部発光管とからなる二重管構造を持つ放電容器の内部発光管内を始動補助用の内部放電空間とし、外部発光管の内部を主放電用の外部放電空間とし、前記内部放電空間内に封入する発光ガスを前記外部放電空間内に封入する発光ガスよりも始動電圧の低いガスとしたので、内部放電空間での低電圧での始動補助放電により発生した紫外光を、外部放電空間内の発光ガスに照射することで、該外部放電空間内での放電を低電圧で始動することができる。

そして、前記内部発光管の端部を外部発光管から外部に露出させたことにより、内部発光管が大気により冷却されて放熱し温度上昇が抑制されて、該内部発光管からの紫外光の紫外線照度が高い水準に保たれて、外部放電空間内の発光ガスに照射される。これにより、外部放電空間での低電圧での放電が達成できる。
更には、前記内部発光管が外部発光管内に管軸方向に延在することで、該外部発光管内の発光ガスが効果的に冷却されるので、外部放電空間内での低電圧での放電がより確実なものとなる。

また、外部発光管内を軸方向に延在する内部発光管内には、内部電極が管軸方向に延びて挿通されていることで、内部発光管内に発生する紫外光は、外部放電空間の軸方向の全領域に亘って一様に放射されるので、全領域に亘って均一な発光が得られる。
更には、内部発光管の両端部に露出部を形成することで、該内部発光管の冷却、ひいては外部放電空間内の発光ガスの冷却がより効果的なものとなる。

本発明のエキシマランプの断面図。 他の実施例の断面図。 更に他の実施例の断面図。 従来技術の断面図。 他の従来技術の断面図。

図１に本発明のエキシマランプの構造が示されている。
エキシマランプにおける放電容器１は、外部発光管２と、その内部に挿通されて管軸方向に延在する内部発光管３とから構成される。外部発光管２は、一端部において内部発光管３に溶着されており、この外部発光管２の外周には外部電極４が設けられ、一方、内部発光管３内には内部電極５が、管軸方向に延びるように挿通されている。この内部発光管３の一端部は封止部６により封止されて、内部電極５に金属箔７を介して接続された外部リード８が外部に導出されている。
前記内部発光管３は、外部発光管２の溶着された一端部から他端部側の近傍にまで延びており、また、内部電極５も、内部発光管３内を封止部６とは反対側の端部にまで延びている。

こうして、外部発光管２の内部で、内部発光管３との間には外部放電空間Ｓ１が形成され、内部発光管３の内部には内部放電空間Ｓ２が形成される。
そして、前記内部発光管３には、その封止部６側の一端部が前記外部発光管２から外部に露出する露出部１０が形成されていて、外部発光管２の外周に設けられた外部電極４は、内部発光管３の露出部１０にまで及ぶように延在されて設けられている。こうすることで、外部電極４と内部電極５との距離が小さくなり、内部放電空間Ｓ２内での放電が容易になる。

放電容器１は、紫外光を透過する材料で構成され、例えば、溶融石英ガラスや合成石英ガラスなどを用いることができる。また、内部発光管３からは波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を含めた紫外光が放射されて外部放電空間Ｓ１内に照射されるが、この波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を外部に照射させたくない場合は、外部発光管４は酸化金属（例えば酸化チタン）をドープした石英管（いわゆるオゾンレス管）で構成させることができる。尚、石英管にドープする金属の種類やガラスの厚みは、透過させない光の波長域に合わせて適宜設定されるものである。
こうすることで、ランプ外部でのオゾンの発生を未然に防止することができる。

前記外部発光管２と前記内部発光管３の間に形成される外部放電空間Ｓ１は、主放電空間として機能し、その内部には、希ガスとハロゲンガスなどを含む発光ガスが封入されている。一方、前記内部発光管３の内部放電空間Ｓ２は始動補助放電空間として機能し、その内部には、前記外部放電空間Ｓ１内の発光ガスよりも始動電圧の低い不活性ガスからなる発光ガスが封入されている。
前記外部放電空間Ｓ１に封入される発光ガスは、キセノン、アルゴン、ネオン、クリプトンなどの希ガス、またはこれらの混合ガスと、フッ素、塩素、臭素などのハロゲンガス、またはこれらの混合ガスとで構成されている。その具体的な組み合わせ例としては、Ｘｅ＋Ｃｌ、Ｘｅ＋Ｂｒ、Ｋｒ＋Ｃｌ、Ｋｒ＋Ｂｒ、Ａｒ＋Ｆ、Ｘｅ＋Ａｒ＋Ｃｌ、Ｋｒ＋Ａｒ＋Ｃｌ 等である。

外部放電空間Ｓ１にハロゲンガスが含まれていると点灯始動性が低下する。これは、ハロゲンガスは電子親和力の高い物質であるため、初期放電の種となる電子がハロゲンガスに吸収されてしまい、初期放電の発生が困難となるためである。
本発明によれば、外部発光管２内に内部発光管３が設けられており、当該内部発光管３が始動補助光源として機能するように、内部発光管３内の内部放電空間Ｓ２内には、前記外部発光管２内の外部放電空間Ｓ１の発光ガスよりも始動開始電圧の低い発光ガスが封入されていて、この内部放電空間Ｓ２での放電により生成される紫外光により、外部放電空間Ｓ１内の放電の始動性を高めるものである。

この内部放電空間Ｓ２内に封入される発光ガスは、キセノン、アルゴン、ネオンなどの希ガス、またはこれらの混合ガスである。その具体的な組み合わせ例としては、Ｘｅ、Ｘｅ＋Ｎｅなどである。尚、この発光ガスには水銀が含まれていてもよい。発光ガスとして水銀を封入すると１８５ｎｍの光が発せられ、外部放電空間Ｓ１での始動を補助する光源として十分使うことができる。
また、この内部放電空間Ｓ２へのガスの封入圧は、外部放電空間Ｓ１と同等であっても構わないが、より低い封入圧に設定されていることが好ましい。これにより、内部放電空間Ｓ２での始動性をより向上させることができる。例えば、外部放電空間Ｓ１のガスの封入圧は５〜３０ｋＰａに対して、内部放電空間Ｓ２のガスの封入圧は、５〜２０ｋＰａとすることが好ましい。

本発明においては、図１の構成とすることにより、内部発光管３の熱は露出部１０により放熱されて冷却され、この内部発光管３が冷却されることにより、内部放電空間Ｓ２内の発光ガスが冷却されて放電が容易となり効果的な紫外光の生成がなされて、始動補助効果が向上するとともに、この内部発光管３から放射される紫外光の紫外線照度を高い水準に維持できる。
また、同時に外部放電空間Ｓ１内の発光ガスが冷却され、低電圧での放電がなされて発光効率が向上する。
しかも、内部発光管３が外部発光管２内を軸方向に延在し、かつ、内部電極５が内部発光管３内を軸方向に延在することで、外部放電空間Ｓ１内の発光ガスの冷却が効果的になり、加えて、外部放電空間Ｓ１に一様に紫外光が照射されて軸方向で一様な主放電が生成される。

図２には他の実施例が示されていて、前述の図１に示す実施例では、内部発光管３の露出部１０は、封止部６側の一端部に形成されていたが、この実施例では、内部発光管３が、外部発光管２を貫通していて、この外部発光管２はその両端部において前記内部発光管３に溶着されており、該内部発光管２には、封止部６とは反対側の端部においても外部発光管２から外部に露出する露出部１１が形成されている。
つまり、内部発光管３の両端部において露出部１０，１１が形成されているものである。
このような構成とすることで、内部発光管３の両端部の露出部１０，１１からの放熱効果がより向上して冷却効果が向上する。
なおこの場合も、外部電極４は、内部発光管３の両端部の露出部１０，１１にまで延設されている。

図３に更に他の実施例が示されていて、内部発光管３が外部発光管２を貫通して、その両端部において封止部６ａ，６ｂが形成され、内部電極５に接続された金属箔７ａ，７ｂを介して外部リード８ａ，８ｂがそれぞれ封止部６ａ，６ｂから導出されている。
この実施例においても、内部発光管３の両端部が外部発光管２から外部に露出して露出部１０，１１が形成されている。
このような構成とすることで、内部電極５は、その両端部において封止部６ａ，６ｂに安定的に支持されることになるので、重力や衝撃などによる変位量が少なくて済む。
また、内部電極５に両端の外部リード７ａ，７ｂから給電する構成とすることで、内部電極５の軸方向での電位差がなくなり、外部電極４との間での放電が軸方向で均一で安定したものとなる。

図１に基づく実施例の一具体例は以下のとおりである。
外部発光管：合成石英ガラス、外径１６ｍｍ、内径１４ｍｍ、全長１５０ｍｍ
発光ガスとして、クリプトン（Ｋｒ）と塩素ガス（Ｃｌ）を封入
封入ガス圧 １４．７ｋＰａ
内部発光管：合成石英ガラス、外径１０ｍｍ、内径８ｍｍ、全長２００ｍｍ、
露出部の長さ１０ｍｍ
発光ガスとして、キセノンガス（Ｘｅ）を封入
封入ガス圧 １３．３ｋＰａ

以上説明したように、本発明のエキシマランプは、放電容器を、外周に外部電極が設けられた外部発光管と、内部に管軸方向に延びる内部電極が挿通された内部発光管とから構成し、前記内部発光管の内部放電空間内には、前記外部発光管と前記内部発光管の間に形成される外部放電空間内に封入された発光ガスよりも始動電圧の低い発光ガスが封入されていて、しかも、前記内部発光管の少なくとも一端部が、前記外部発光管から外部へ露出する露出部を有していることにより、前記内部発光空間での放電が低い電圧で開始され、この放電により生成される紫外光が、外部発光空間に軸方向で一様に照射されて、該外部発光空間での放電の始動補助がなされて低電圧での放電が的確になされる。
そして、内部発光管の端部が外部発光管から外部へ露出する露出部を有していることにより、該内部発光管の冷却が効果的に行われるので、紫外線照度の高い紫外光を外部放電空間に照射できるとともに、該外部放電空間内の発光ガスも冷却されるので、この外部放電空間での放電がより低電圧で確実に達成される。

１ 放電容器
２ 外部発光管
３ 内部発光管
４ 外部電極
５ 内部電極
６ 封止部
６ａ，６ｂ 封止部
７ 金属箔
７ａ，７ｂ 金属箔
８ 外部リード
８ａ，８ｂ 外部リード
１０，１１ 露出部
Ｓ１ 外部放電空間
Ｓ２ 内部放電空間

Claims (6)

1. 放電容器を介在させて配置された一対の電極を有するエキシマランプにおいて、
   前記放電容器は、外部発光管と、該外部発光管内の内部に挿通されて管軸方向に延在する内部発光管とからなり、
   前記外部発光管の外周には外部電極が設けられるとともに、前記内部発光管内には管軸方向に延びる内部電極が挿通され、
   前記外部発光管と前記内部発光管の間に形成される外部放電空間内には、発光ガスが封入されており、前記内部発光管の内部放電空間内には、前記外部放電空間内の発光ガスよりも始動電圧の低い発光ガスが封入されていて、
   前記内部発光管の少なくとも一端部は、前記外部発光管から外部へ露出する露出部を有していることを特徴とするエキシマランプ。
2. 前記外部放電空間内の発光ガスが、希ガスとハロゲンガスを含むガスであり、
   前記内部放電空間内の発光ガスが、前記外部放電空間内の発光ガスよりも始動電圧の低い不活性ガスであるであることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
3. 前記内部放電空間に封入された発光ガスの封入圧が、前記外部放電空間に封入された発光ガスの封入圧より低いことを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
4. 前記内部発光管の両端部が、前記外部発光管から外部へ露出する露出部を有していることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
5. 前記外部電極は、前記内部発光管の露出部にまで延設されていることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
6. 前記内部発光管は波長２００ｎｍ以下を透過するガラス材料で構成されており、
   前記外部発光管は、波長２００ｎｍ以下を透過しないガラス材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
   
   
   

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