JP3170953B2 - 誘電体バリヤ放電ランプ - Google Patents

誘電体バリヤ放電ランプ

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JP3170953B2 JP11926193A JP11926193A JP3170953B2 JP 3170953 B2 JP3170953 B2 JP 3170953B2 JP 11926193 A JP11926193 A JP 11926193A JP 11926193 A JP11926193 A JP 11926193A JP 3170953 B2 JP3170953 B2 JP 3170953B2
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龍志 五十嵐
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安夫 大西
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、光化学反応用
の紫外線光源として使用される放電ランプの一種で、誘
電体バリヤ放電によってエキシマ分子を形成し、該エキ
シマ分子から放射される光を利用するいわゆる誘電体バ
リヤ放電ランプの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】本発明に関連した技術としては、例え
ば、日本国公開特許公報平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、誘電体バリヤ放電(別名オゾナイザ放電あるい
は無声放電。電気学会発行改訂新版「放電ハンドブッ
ク」平成1年6月再版7刷発行第263ページ参照)に
よってエキシマ分子を形成せしめ、該エキシマ分子から
放射される光を取り出す放射器、すなわち誘電体バリヤ
放電ランプについて記載されており、該放電容器は円筒
状であり、該放電容器の少なくとも一部は該誘電体バリ
ヤ放電の誘電体を兼ねており、該誘電体の少なくとも一
部は該エキシマ分子から放射される光に対して光透過性
であり、該光透過性誘電体の少なくとも一部に導電性網
状電極が設けられた誘電体バリヤ放電ランプ構造が記載
されている。上記のような誘電体バリヤ放電ランプは、
従来の低圧水銀放電ランプや高圧アーク放電ランプには
無い種々の特長を有しているため有用である。しかし、
上記のような誘電体バリヤ放電ランプは、発光効率が必
ずしも十分ではないという問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、発光
効率が高い円筒状誘電体バリヤ放電ランプを提供するこ
とである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、電
極を、導電性網状電極の代わりに、導電性螺旋状電極と
し、該導電性螺旋状電極の直近する素線間の距離を1.
2から27ミリメートルの間に構成することによって達
成できる。
【0005】
【作用】誘電体バリヤ放電は、該「放電ハンドブック」
に記載されているように、放電の直径が非常に小さく、
かつ、放電の持続時間が非常に短い微小な放電プラズマ
(以後これをマイクロプラズマと記す)の多数の集まり
である。我々は、光取り出し窓である概略円筒状の光透
過性誘電体に導電性螺旋状電極を設けた構造の誘電体バ
リヤ放電ランプにおいては、光出力の安定性、すなわち
光出力の時間的なゆらぎ、および発光効率は、該導電性
螺旋状電極の直近する素線間の距離によって変化するこ
とを実験的に発見した。
【0006】光出力の時間的なゆらぎおよび発光効率が
該導電性螺旋状電極の直近する素線間の距離によって変
化する機構は、必ずしも明確では無いが、以下のようで
あると推測される。以下、放電容器が同軸中空円筒状で
ある誘電体バリヤ放電ランプの部分断面図である図2
と、図3の概略図を使用して説明する。すなわち、概略
円筒状の放電容器に誘電体バリヤ放電によってエキシマ
分子を形成する放電用ガスが充填され、該放電容器の少
なくとも一部は該誘電体バリヤ放電の誘電体を兼ねてお
り、該誘電体の少なくとも一部は該エキシマ分子から放
射される光に対して光透過性であり、該概略円筒状の光
透過性誘電体の少なくとも一部に導電性螺旋状電極が
触し、かつ電極を構成する素線同士が交差することなく
設けられた誘電体バリヤ放電ランプにおいて、該導電性
螺旋状電極の直近する素線間の距離aを1.2から27
ミリメートルの間にある様に構成すると、以下の形態の
放電が発生する。
【0007】すなわち、電極として使用する導電性素線
4に直近したマイクロプラズマ20a,20b,20
c,20dは安定に発生するが、直近する素線間の距離
が比較的大きいために直近する素線間の中央部の誘電体
表面区域に充電された電荷は、直近する導電性素線4に
接する誘電体表面を通して放電されにくく、したがっ
て、直近する素線間の中央部に直近したマイクロプラズ
マ21a,21b,21cは直接的には発生しにくい。
直近する素線間の中央部の誘電体表面区域に充電された
電荷は、導電性素線4に直近したマイクロプラズマ20
a,20b,20c,20dの誘電体3の表面に接して
いる部分の電荷が誘電体3の表面に沿って直近する素線
間の中央部に進展していくことにより、すなわち沿面放
電状の放電によって、放電される。この時、マイクロプ
ラズマ20a,20b,20c,20dも、該沿面放電
状の放電よりやや遅れて、直近する素線間の中央部に移
動する。したがって、該沿面放電状の放電は勿論、マイ
クロプラズマ20a,20b,20c,20dから放射
される光も導電性素線4に吸収されることが少なくな
り、その結果、高効率が得られる。沿面放電状の放電の
進展や、マイクロプラズマ20a,20b,20c,2
0dの中央部への移動することによって、光出力は揺ら
ぐが、平均出力は一定であり、実用的には問題がない。
更に、該円筒状放電容器が石英ガラスのようなガラスで
構成されているときは、該導電性螺旋状電極の直近する
素線間の距離aを1.2から27ミリメートルの間にあ
る様に構成すると、該円筒状放電容器への金属線の巻き
つけ作業が容易になるという利点が生じる。
【0008】導電性螺旋状電極の直近する素線間の距
離、すなわち図3におけるaが1.2ミリメートル未満
である場合には、以下の様な形態の誘電体バリヤ放電が
発生する。すなわち、安定に発生する導電性素線4に直
近したマイクロプラズマ20a,20b,20c,20
dに加えて、直近する素線間の距離が比較的小さいため
に、やや不安定ではあるが直近する素線間の中央部に直
近したマイクロプラズマ21a,21b,21cも同時
に発生する。しかし、導電性素線4に直近したマイクロ
プラズマ20a,20b,20c,20dの占める割合
が比較的大きく、導電性素線4に吸収される光の割合が
比較的大きくなり、従って効率はあまり改善されない。
【0009】該導電性螺旋状電極網の直近する素線間の
距離、すなわち図3におけるaが27ミリメートルを超
える場合には、以下の様な形態の誘電体バリヤ放電が発
生する。すなわち、導電性素線に直近したマイクロプラ
ズマ20a,20b,20c,20dは安定に発生する
が、直近する素線間の距離が大きいために直近する素線
間の中央部の誘電体表面に充電された電荷は、直近する
導電性素線4に接した誘電体表面を通してより以上放電
されにくく、したがって、素線間の中央部に直近したマ
イクロプラズマ21a,21b,21cは直接的には発
生しにくい。素線間の中央部誘電体表面に充電された電
荷は、導電性素線4に直近したマイクロプラズマ20
a,20b,20c,20dの誘電体3の表面に接して
いる部分の電荷が誘電体3の表面に沿って素線間の中央
部に進展していくことにより、すなわち沿面放電状の放
電によって、放電される。この時、マイクロプラズマ2
0a,20b,20c,20dも、該沿面放電状の放電
よりやや遅れて、直近する素線間の中央部に移動する。
直近する素線間の距離が大きいため、この時の沿面放電
状の放電、およびマイクロプラズマ20a,20b,2
0c,20dの直径が大きくなり、かつ放電持続時間も
長くなり、その結果、エキシマ分子の生成効率が減少
し、発光効率が低下してしまう。
【0010】該導電性素線は、その断面が円形でも矩形
でもよいし、スクリーン印刷、スパッタリング等によっ
て形成した薄膜状でも良い。また、上記の効果は、該導
電性螺旋状電極の直近する素線間の距離が4から15ミ
リメートルの間にある様に螺旋を構成すると、更に最適
になる。
【0011】
【実施例】本発明の第1の実施例である同軸円筒形誘電
体バリヤ放電ランプの概略図を図1に示す。放電容器1
は全長約300mmの石英ガラス製で、外径D1 が24
mmの内側管2、内径D2 が約34mmの外側管3を同
軸に配置して中空円筒状にしたものである。外側管3は
誘電体バリヤ放電の誘電体バリヤと光取り出し窓を兼任
しており、外面には光が透過できるように、金属線から
なる導電性素線4が螺旋状に巻き付けられている。電極
の一方は前記の素線4であり、素線4の直径は0.2m
mの一本のステンレス線であり、直近する素線間の距離
aが4mmになるように外側管3に螺旋状に巻きつけた
構成である。内側管2の内径部にはアルミニウムの蒸着
によって形成した他方の電極5が設けられている。外側
管3と内側管2の放電空間13に面した表面には、厚さ
約100nmのMgF2 からなる誘電体薄膜11と12
が設けられている。また、放電容器1の一端にアルミナ
の粉とシリカの粉の混合物を多孔質状な状態でリング状
に圧縮成形したゲッター6が設けられている。また、ゲ
ッター6は、外側管3に設けられた突起物7によって放
電空間内に移動するのを阻止されているだけで、放電容
器1に固定されていない。放電空間13に放電用ガスと
して塩素とキセノンの混合ガスを450Torr封入し
て電源14で点灯したところ、308nmとその付近の
紫外線が高効率で放射された。さらに、MgF2 からな
る誘電体薄膜によって塩素による石英ガラスの損傷が防
止され、また、ゲッターとして多孔質の酸化物を使用し
たので放電用ガスの塩素によってゲッターが侵されるこ
とがなく、したがって寿命特性の優れた誘電体バリヤ放
電ランプが得られた。この実施例では、従来の誘電体バ
リヤ放電ランプに比べて発光効率が15%程上昇した。
【0012】本発明の第2の実施例においては、第1の
実施例における素線4を、直径0.15mmのモネル線
を距離aが7ミリメートルになるように構成し、放電用
ガスを300Torrのキセノンとし、第1の実施例に
おいては一層であった内側管2の内面に設けた誘電体薄
膜12を、MgF2 とLaF3 を交互に25層積層し
て、172nmの紫外線を反射する多層誘電体反射膜と
した事を特徴とする。また、ゲッター6は金属バリウム
ゲッターである。さらに、該多層誘電体反射膜の最後の
層、すなわち放電空間13に接する層をMgF2 とし
た。この実施例においては、放電空間内で発生した17
2nmの紫外線をさらに効率よく外部に取り出せ、高効
率が得られた。また、ランプ製作時に空気に接する層を
MgF2 としたため、空気中で比較的劣化しやすいLa
3 が直接空気に接しなくなり、したがって誘電体表面
が均一になり、更に安定な品質の誘電体バリヤ放電ラン
プが得られた。この実施例では、従来の誘電体バリヤ放
電ランプに比べて発光効率が10%上昇した。
【0013】
【発明の効果】上記したように、本発明によれば、高効
率の同筒状誘電体バリヤ放電ランプを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の説明図である。
【図2】マイクロプラズマの説明図である。
【図3】導電性螺旋状素線の説明図である。
【符号の説明】
1 放電容器 2 内側管 3 外側管 4 導電性素線 5 電極 6 ゲッター 11 誘電体薄膜 12 誘電体薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 江成 克己 (56)参考文献 特開 平4−223039(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 65/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外形が概略円筒状である放電容器に誘電体
    バリヤ放電によってエキシマ分子を形成する放電用ガス
    が充填され、該放電容器の少なくとも一部は該誘電体バ
    リヤ放電の誘電体を兼ねており、該誘電体の少なくとも
    一部は該エキシマ分子から放射される光に対して光透過
    性であり、該光透過性誘電体の少なくとも一部に導電性
    螺旋状電極が接触し、かつ電極を構成する素線同士が交
    差することなく設けられた誘電体バリヤ放電ランプにお
    いて、該導電性螺旋状電極の直近する素線間の距離が
    1.2mmから27mmの間にあることを特徴とした誘
    電体バリヤ放電ランプ。
  2. 【請求項2】 該導電性螺旋状電極の直近する素線間の
    距離を、該外形が概略円筒状である放電容器の端部にお
    いて放電容器の中央部におけるよりも小さくした事を特
    徴とする請求項1に記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
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JP3418581B2 (ja) * 2000-02-07 2003-06-23 株式会社オーク製作所 誘電体バリア放電ランプ

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