JP2020107467A - バリア放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】均斉度の悪化を抑制しランプ電圧の上昇を抑制するバリア放電ランプを提供する。【解決手段】バリア放電ランプ１は、発光管１０および発光管の外部に設けられる外部電極５０との間で誘電体バリア放電を行う。バリア放電ランプは、発光管と、内部電極２０と、金属箔２４と、アウターリード３０と、を具備する。発光管は、両端に封止部１８が設けられることにより封止される放電空間１２を有し、外部に平坦面および平坦面に対向する出射面１６を有する。内部電極は、放電空間に、発光管の平坦面側に設けられる。金属箔は、一端が内部電極と接続され、封止部に埋設される。アウターリードは、一端が金属箔の他端と接続される。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、バリア放電ランプに関する。

紫外線を放出する光源として、例えば、液晶製造工程での洗浄や、プラスチックなどの表面改質などに用いる放電ランプが用いられている。紫外線を放出する放電ランプには、ランプ内に誘電媒体と内部電極とを具備し、ランプ外面に外部電極を設けた、バリア放電ランプが特許文献１や２に開示されている。

特開２００３−１９７１５２号公報 特開２０１２-１２８９６２号公報

特許文献１に記載のバリア放電ランプは、発光管が管状である。バリア放電ランプが管状では、紫外線を照射する被照射エリアの紫外線照度の均一性、いわゆる均斉度を高く保つのが難しく、またバリア放電ランプが管状であることから、照射される光量の消失分が大きい。

また、特許文献２に記載のバリア放電ランプでは、ガラス容器の任意の面と、任意の面に対向する面に電極を設ける構造を採用している。しかしながら、当該構成では、放電空間を誘電体であるガラス２枚で挟んだ構造であることから、ランプ電圧が高くなるという問題がある。
本発明の実施形態は、均斉度の悪化を抑制しランプ電圧の上昇を抑制するバリア放電ランプを提供する。

本発明の実施形態によれば、バリア放電ランプは、発光管および発光管の外部に設けられる外部電極との間で誘電体バリア放電を行う。バリア放電ランプは、発光管と、内部電極と、金属箔と、アウターリードと、を具備する。発光管は、両端に封止部が設けられることにより封止される放電空間を有し、外部に平坦面および平坦面に対向する出射面を有する。内部電極は、放電空間に、発光管の平坦面側に設けられる。金属箔は、一端が内部電極と接続され、封止部に埋設される。アウターリードは、一端が金属箔の他端と接続される。

本発明の実施形態によれば、均斉度の悪化を抑制しランプ電圧の上昇を抑制するバリア放電ランプを提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係るバリア放電ランプ１を例示する模式図である。 図２は、第１の実施形態に係るバリア放電ランプ１の断面図である。 図３は、第１の実施形態に係るバリア放電ランプ１および従来例の照度分布を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係るバリア放電ランプ１および従来例のランプ本数および積算光量を示す図である。

以下で説明する実施形態に係るバリア放電ランプ１は、発光管１０および発光管１０の外部に設けられる外部電極５０との間で誘電体バリア放電を行う。バリア放電ランプ１は、発光管１０と、内部電極２０と、金属箔２４と、アウターリード３０と、を具備する。発光管１０は、両端に封止部１８，１８が設けられることにより封止される放電空間１２を有し、外部に平坦面１４および平坦面１４に対向する出射面１６とを有する。内部電極２０は、放電空間１２に発光管１０の平坦面１４側に設けられる。金属箔２４は、一端が内部電極２０と接続され、封止部１８に埋設される。アウターリード３０は、一端が金属箔２６の他端と接続される。
本実施形態によれば、均斉度の悪化を抑制しランプ電圧の上昇を抑制するバリア放電ランプ１を提供することができる。

また、以下で説明する実施形態に係るバリア放電ランプ１において、放電空間１２に、内部電極２０を、発光管１０の平坦面側１４に保持する保持部材２２が設けられる。
本実施形態によれば、均斉度の悪化を抑制しランプ電圧の上昇を抑制するバリア放電ランプを提供することができる。
また、以下で説明する実施形態に係るバリア放電ランプ１において、保持部材２２は、発光管１０が延びる方向の断面に沿って設けられる。
本実施形態によれば、均斉度の悪化を抑制しランプ電圧の上昇を抑制するバリア放電ランプを提供することができる。
また、以下で説明する実施形態に係るバリア放電ランプ１において、外部電極２０は、発光管１０の平坦面１４に沿って設けられる。
本実施形態によれば、均斉度の悪化を抑制しランプ電圧の上昇を抑制するバリア放電ランプを提供することができる。

また、以下で説明する実施形態に係るバリア放電ランプ１は、発光管１０および発光管１０の外部に設けられる外部電極５０との間で誘電体バリア放電を行う。バリア放電ランプ１は、発光管１０と、内部電極２０と、金属箔２４と、アウターリード３０と、外部電極５０とを有する。発光管１０は、両端に封止部１８，１８が設けられることにより封止される放電空間１２を有し、外部に平坦面１４と平坦面１４に対向する出射面１６とを有する。内部電極２０は、放電空間１２に、発光管１０の平坦面１４側に設けられる。金属箔２４は、一端が内部電極２０と接続され、封止部１８，１８に埋設される。アウターリード３０は、一端が金属箔２４の他端と接続される。外部電極５０は、発光管１０の平坦面１４に沿って設けられる。
本実施形態によれば、均斉度の悪化を抑制しランプ電圧の上昇を抑制するバリア放電ランプを提供することができる。
（第１の実施形態）

第１の実施形態に係るバリア放電ランプについて、図１および図２を用いて説明する。図１は、バリア放電ランプ１を示す模式図であり、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。なお、図１では、外部電極５０を省略している。

図１および図２に示したように、本実施形態に係るバリア放電ランプ１は、発光管１０と、内部電極２０を有する。バリア放電ランプ１は、内部電極２０および発光管１０の外部に設けられる外部電極５０との間で誘電体バリア放電を行うバリア放電ランプである。なお、本実施形態ではバリア放電ランプ１の外部に外部電極５０を有する構成としているが、バリア放電ランプ１、より具体的には発光管１０と外部電極５０とが組み合された形態を「バリア放電ランプ」と称してもよい。

発光管１０は、長手方向の断面が矩形状に形成され、内部に放電空間１２を有する。また、発光管１０は、平坦面１４および出射面１６を有する。また、発光管１０の両端には封止部１８，１８が形成されることで、放電空間１２を気密に保つ。発光管１０は、紫外線を透過する材料で構成されており、例えば合成石英ガラスで構成される。発光管１０は、断面の長手方向が７０［ｍｍ］、短手方向が１７．５［ｍｍ］、長手方向の長さが７３０［ｍｍ］、ガラスの厚みが１．０［ｍｍ］である。

放電空間１２には、封止部１８，１８の外部より高周波の電力が印加されることで、放電空間１２内に設けられる内部電極２０と外部電極５０との間で、誘電体である発光管１０を介して誘電体バリア放電が生起されて発光し、出射面１６より光が出射される。放電空間１２には、ガスが封入されている。ガスは、例えば９３．３［ｋＰａ］±１．３［ｋＰａ］のキセノンガスである。なお、ガスは、例えば、クリプトン、キセノン、アルゴン、ネオン等のうち１種類、または複数種組み合わせたガスを含んで構成することができる。さらに、ガスは、必要に応じて、例えばハロゲンガスを含んでもよい。発光管１０は、封入されたガスの種類に応じた特定のピーク波長を有する紫外光（エキシマ光）を発することができる。
平坦面１４は、後述する外部電極５０と対向する。なおここでいう「平坦」とは、例えば発光管１０の他の部位と比べて平坦であれば、湾曲していてもよい。
出射面１６は、平坦面１４に対向して設けられる。出射面１６は、平坦面１４と同じように平坦であってもよいし、平坦面１４よりも湾曲していてもよい。

封止部１８，１８は、放電空間１２の両端に形成される。封止部１８，１８は、発光管１０と同じ石英ガラスで構成される。封止部１８，１８は、後述する内部電極２０、金属箔２４およびアウターリード３０を所望の位置に設けた後に、不図示のガスバーナーなどの溶融手段により溶融して、不図示のピンチャーなどの成形手段によりピンチして封止する、いわゆるピンチシールにより形成される。なお、封止部１８，１８には、発光管１０と異なる石英ガラスなどで構成されても良い。また、封止部１８，１８は、不図示の減圧手段により放電空間１２を減圧したあとで不図示のガスバーナーなどの溶融手段により溶融して成形する、いわゆるシュリンクシールにより形成されてもよい。

内部電極２０は、放電空間１２に設けられる。内部電極２０は、長手方向の一端および他端の一部が封止部１８に埋設される。内部電極２０は、線状の導体が発光管１０の長手方向に延びて設けられる。内部電極２０は、例えばタングステンを含む材料、より具体的には、全成分のうち５０［％］以上の成分がタングステンである材料で構成される。特に、タングステンにカリウムなどを添加したドープタングステンを内部電極２０として適用すると、より高い寸法安定性を有することができる。内部電極２０は、例えば、線径Ｄを０．８［ｍｍ］とし、発光管１０の内壁に接触して設けることができる。

内部電極２０には、発光管１０の平坦面１４側に内部電極２０を保持する保持部材２２が設けられる。保持部材２２は、発光管１０の内壁に沿うように形成される。保持部材２２は、一端が内部電極２０に数回巻きつけられ、他端が発光管１０の平坦面１６と対向する内壁の略境界の位置に到達するように設けられる。保持部材２２は、例えば内部電極２０と同じ材料で構成されてもよく、異なる材料で構成されてもよい。なお、保持部材２２の他端の位置は上記に限定されず、例えば発光管１０の平坦面１６と対向する内壁の境界にまたがって設けられてもよく、また発光管１０の平坦面１６と対向する内壁の境界よりも外部電極５０側に設けられてもよい。

金属箔２４は、封止部１８に埋設されることで、放電空間１２を気密に保つ。金属箔２４は、一端が内部電極２０と接続され、他端が後述するアウターリード３０と接続される。金属箔２４は、例えば、モリブデンにより構成される。

アウターリード３０は、一端が金属箔２４と接続され、他端が不図示の点灯回路に接続される。アウターリード３０は、発光管１０の内部に設けられた内部電極２０と電気的に接続されている。アウターリード３０は、例えば、モリブデンにより構成される。なお、本実施形態では封止部１８，１８の両方に、内部電極２０の一部、金属箔２４とアウターリード３０の一部が埋設される構成となっているが、誘電体バリア放電が安定して維持できるのであれば、一方の封止部１８の内部に内部電極２０の一部、アウターリード３０の一部が埋設されていない、金属箔２４のみが埋設されていてもよいし、一方の封止部１８の内部に内部電極２０の一部、金属箔２４、アウターリード３０の一部のすべてが埋設されていない構成であってもよい。

外部電極５０は、発光管１０の平坦面１４側に設けられる。外部電極５０は、発熱したバリア放電ランプ１を放熱させる放熱ブロックを兼ねており、例えば、アルミニウム製またはステンレス製とすることができる。なお、外部電極５０の内部に液体または気体の冷媒を流通させる流路を設け、放熱性をさらに高めてもよい。外部電極５０と発光管１０とは、互いに接していてもよく、離れていてもよいが、外部電極５０と発光管１０とを接触させると、放熱性を高めることができる。

ここで、従来のバリア放電ランプについて説明する。従来のバリア放電ランプでは、発光管が円筒形状であった。このため、紫外線を照射する被照射エリアの均斉度を高く保つのが困難であり、またランプから照射される紫外線光の消失分が大きかった。また、他の従来のバリア放電ランプでは、ガラス容器の任意の面と、任意の面に対向する面に電極を設ける構造を採用している。しかしながら、当該構成では、放電空間を誘電体であるガラス２枚で挟んだ構造であることから、ランプ電圧が高くなるという問題がある。

そこで、実施形態に係るバリア放電ランプ１は、発光管１０の平坦面１４側に内部電極２０を有し、発光管１０の外部、具体的には発光管１０の平坦面１４側の外部に外部電極５０を有する。つまり、実施形態に係るバリア放電ランプ１では、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、平坦面１４側の内部電極２０と外部電極５０との間で誘電体バリア放電を行う。これにより、発光管１０が円筒の場合に比べて、内部電極２０と外部電極５０とが略平行に設けられることから、誘電体バリア放電が略均一に生じることができ、結果均斉度の悪化を抑制することができる。また、内部電極２０と外部電極５０との間には誘電体である発光管１０を構成する石英ガラスのみが設けられることにより、放電空間を誘電体であるガラス２枚で挟んだ構造の場合に比べて放電距離が十分短くすることができることから、ランプ電圧を下げることができ、結果ランプ電圧の上昇を抑制することが可能となる。

また、内部電極２０が平坦面１４側に保持される保持部材が設けられることで、内部電極２０と外部電極５０との間の間隔を略均一に保つことができることから、誘電体バリア放電が略均一に生じることができ、結果均斉度の悪化を抑制することができる。

また、保持部材２２は、発光管１０が延びる方向の断面に沿って設けられることで、内部電極２０をより確実に放電空間１２に保持できることから、内部電極２０と外部電極５０との間の間隔を略均一に保つことができ、誘電体バリア放電が略均一に生じることができ、結果均斉度の悪化を抑制することができる。

また、外部電極５０は、発光管１０の平坦面１４に沿って設けられることで、内部電極２０と外部電極５０との間の間隔を略均一に保つことができ、誘電体バリア放電が略均一に生じることができ、結果均斉度の悪化を抑制することができる。

なお、本実施形態で、バリア放電ランプ１の構成は上記に限定されない。例えば、発光管１０の平坦面１４側の内壁には、エキシマ光が出射面１６からより効率よく出射されるように、例えばアルミナなどで構成される反射膜が形成されていてもよい。
ここで、バリア放電ランプ１において、発光管１０の形状および本数による比較を行った。評価条件は以下のとおりである。

本実施形態のバリア放電ランプ１：発光管１０の断面が矩形状で、長手方向が７０［ｍｍ］、短手方向が１７．５［ｍｍ］、長手方向の長さが７３０［ｍｍ］、ガラスの厚みが１．０［ｍｍ］のいわゆる扁平管、ガス＝９３．３［ｋＰａ］±１．３［ｋＰａ］のキセノンガス、ランプ電圧＝９．５［ｋＶ］（ピーク−ピーク値）、ランプ電流＝６００［ｍＡ］、内部電極２０＝タングステンにカリウムなどを添加したドープタングステン、線径０．８［ｍｍ］、外部電極５０としてアルミニウムブロックを用いた。

比較例のバリア放電ランプ：発光管１０の断面が円状で内径が１５．５［ｍｍ］の略円筒管、ランプ電圧＝３．８［ｋＶ］（ピーク−ピーク値）、ランプ電流＝６００［ｍＡ］、上記以外の条件は実施形態と同じ。

評価項目：本実施形態のバリア放電ランプ１を１［本］と、比較例のバリア放電ランプを４［本］、ランプ径方向に平行に並べ、ランプ下３［ｍｍ］（本実施形態では発光管１０の平坦面１４、比較例では発光管の円筒の、後述するセンサヘッドと最も近接する面）での波長１７２［ｎｍ］における照度を測定した。また、測定した照度から、積算光量を計算した。照度、積算光量とも高い方がよい。

結果を図３および図４に示す。なお、図３（ａ）（ｂ）の横軸はランプ短手方向の相対位置を示し、縦軸は規格化した１７２［ｎｍ］照度（グラフでは単に“照度”と称する）を示す。なお、照度および積算光量は、紫外線積算光量計のコントローラＣ９５３６（浜松ホトニクス株式会社製）、センサヘッドＨ９５３５−１７２（浜松ホトニクス株式会社製）を用いて測定した。規格化した１７２［ｎｍ］照度は、本実施形態および比較例それぞれの条件で、ランプ径方向相対位置が０のときの１７２［ｎｍ］照度の値を１００［％］として規格化した。参考までに、図３（ａ）（ｂ）には、本実施形態および比較例の発光管１０の長手方向に垂直な断面の図を示す。また、図４は本実施形態と比較例におけるランプ本数と積算光量の差を示す。なお、積算光量は、本実施形態の積算光量を１００［％］として規格化した。

図３（ａ）（ｂ）から明らかであるとおり、本実施形態ではランプ径方向の照度分布がより均一である。また、図４から明らかであるとおり、比較例ではランプ４本で積算光量が３３．３［％］であるところ、本実施形態のバリア放電ランプ１では１００［％］であり、ランプ本数が少なくても積算光量を増加させることができる。以上のことから、比較例に比べて本実施形態のバリア放電ランプ１の方が照度、積算光量とも良好であることが判明した。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…バリア放電ランプ
１０…発光管
１２…放電空間
１４…平坦面
１６…出射面
１８…封止部
２０…内部電極
２２…保持部材
２４…金属箔
３０…アウターリード
５０…外部電極

Claims (5)

1. 発光管および発光管の外部に設けられる外部電極との間で誘電体バリア放電を行うバリア放電ランプであって、前記バリア放電ランプは、
   両端に封止部が設けられることにより封止される放電空間を有し、外部に平坦面と前記平坦面に対向する出射面とを有する発光管と；
   前記放電空間に、前記発光管の前記平坦面側に設けられる内部電極と；
   一端が前記内部電極と接続され、前記封止部に埋設される金属箔と；
   一端が前記金属箔の他端と接続されるアウターリードと；
   を具備するバリア放電ランプ。
2. 前期放電空間に、前記内部電極を、前記発光管の前記平坦面側に保持する保持部材が設けられる
   請求項１に記載のバリア放電ランプ。
3. 前記保持部材は、前記発光管が延びる方向の断面に沿って設けられる
   請求項１または２に記載のバリア放電ランプ。
4. 前記外部電極は、前記発光管の平坦面に沿って設けられる
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のバリア放電ランプ。
5. 発光管および発光管の外部に設けられる外部電極との間で誘電体バリア放電を行うバリア放電ランプであって、前記バリア放電ランプは、
   両端に封止部が設けられることにより封止される放電空間を有し、外部に平坦面と前記平坦面に対向する出射面とを有する発光管と；
   前記放電空間に、前記発光管の前記平坦面側に設けられる内部電極と；
   一端が前記内部電極と接続され、前記封止部に埋設される金属箔と；
   一端が前記金属箔の他端と接続されるアウターリードと；
   前記発光管の平坦面に沿って設けられる外部電極と；
   を具備するバリア放電ランプ。
   

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