JP4561448B2 - 誘電体バリア放電ランプ及び紫外線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体バリア放電ランプ及び紫外線照射装置に関する。

従来から、特開２０００−２６０３９６公報（特許文献１）で開示されているように、図９のような方形箱形の放電容器１０３を用いた誘電体バリア放電ランプ１００が知られている。

この従来の誘電体バリア放電ランプの放電管１０３の上外面にはベタ電極１０５が、また、下外面にはメッシュ電極１０７がそれぞれ配置されている。紫外線（図９中矢印で示す）は、メッシュ電極１０７の網目の隙間から放射される。この紫外線が被処理物１０９（液晶表示装置に用いられるガラス基板等）の表面に照射されることによって、被処理物１０９表面の有機物が分解する。これによって、被処理物１０９が洗浄される。
特開２０００−２６０３９６公報

誘電体バリア放電ランプ１００が放射する紫外線の強度は、使用に伴う劣化によって、徐々に低下する。そのため、誘電体バリア放電ランプ１００の交換時期を把握するために、紫外線強度を測定する必要がある。

しかし、従来の誘電体バリア放電ランプにおいては、ベタ電極１０５側から紫外線が放射されない。そのため、紫外線強度を測定することができなかった。メッシュ電極１０７側で紫外線強度を測定することもできるにも思われるが、メッシュ電極１０７側には被処理物１０９が配されるため、紫外線強度測定用のセンサの受光部を配置することは困難であった。

そこで、本発明は、上記事情に基づいて完成された。すなわち、本発明は、ベタ電極側において、紫外線強度を測定することができる誘電体バリア放電ランプ及び紫外線照射装置を提供することを目的としている。

請求項１の発明の誘電体バリア放電ランプは、放電管の外面に第１電極及び第２電極を備えた誘電体バリア放電ランプにおいて、前記第１電極は、メッシュ状の導電体により形成され、前記第２電極は、ベタ状の導電体により形成されるとともに、その一部領域は導電体を欠いた透光窓とされ、前記透光窓には、メッシュ状の導電体が配されており、この導電体は、前記透光窓周りのベタ状の前記導電体と電気的に接続されていることを特徴としている。

なお、ここでいう「ベタ状の電極」とは、紫外線を透過しない金属導電体によって、膜状に形成された電極を意味する。また、穴が無いことによって、紫外線が漏れない電極を意味する。ただし、極めて小さいために、実質的に紫外線強度を測定することができない程度の穴が空いている電極は、「ベタ状の電極」に含むものとする。

請求項２の発明の紫外線照射装置は、請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ、及び前記透光窓から照射される紫外線の強度を測定するセンサを備えたことを特徴としている。

請求項３の発明の誘電体バリア放電ランプは、放電管を備えた誘電体バリア放電ランプにおいて、前記放電管の外面には、第１電極及び第２電極が備えられ、前記第２電極は、透光窓を有する膜状導電体であり、前記透光窓には、前記第２電極と電気的に接続された導電体が配されていることを特徴としている。

請求項４の発明の誘電体バリア放電ランプは、請求項３に記載の誘電体バリア放電ランプにおいて、第２電極と電気的に接続された導電体が、メッシュ状、ストライプ状、放射状、又は渦巻き状であることを特徴としている。

請求項５の発明の誘電体バリア放電ランプは、請求項３又は請求項４に記載の誘電体バリア放電ランプにおいて、第１電極は、メッシュ状の導電体により形成されていることを特徴としている。

請求項６の発明の紫外線照射装置は、請求項３から５のいずれかに記載の誘電体バリア放電ランプ、及び前記透光窓から照射される紫外線の強度を測定するセンサを備えたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、第２電極は、ベタ状の電極であるから、第２電極側から紫外線がもれない。そのため、第２電極側に配される部材（例えば、電源コードの樹脂被覆）の劣化が抑制される。さらに、第２電極の一部領域は導電体を欠いた紫外線が透過する透光窓とされているので、この透光窓から放射された紫外線により、紫外線強度が測定されることとなる。
第２電極に、紫外線が透過するための透光窓（図６の符号４０参照）が設けられたとすれば、この部分では放電を生じない。このため、透光窓と対向する第１電極側の位置（図６の位置Ｂ参照）では、放射される紫外線の強度が、その他の部分（図６の位置Ｃ，位置Ｄ参照）より小さくなる。また、紫外線強度の測定誤差が大きくなる。
しかし、本願発明においては、透光窓には、メッシュ状の導電体が配されており、且つ、この導電体は、透光窓周りの導電体と電気的に接続されている。したがって、透光窓部分においても放電が生じる。そのため、透光窓と対向する第１電極側の位置（図７の位置Ｂ参照）でも、紫外線強度がその他の部分（図７の位置Ｃ，位置Ｄ参照）とほぼ同じになる。また、透光窓部分でも放電が生じるから、透光窓から放射される紫外線の強度の低下が抑制され、測定誤差が抑えられる。

請求項２の発明によれば、請求項１の効果を有する紫外線照射装置を提供することができる。

請求項３の発明によれば、第２電極は、膜状導電体の電極であるから、第２電極側から紫外線がもれない。そのため、第２電極側に配される部材（例えば、電源コードの樹脂被覆）の劣化が抑制される。さらに、第２電極の一部領域は導電体を欠いた紫外線が透過する透光窓とされているので、この透光窓から放射された紫外線により、紫外線強度が測定されることとなる。
第２電極に、紫外線が透過するための透光窓（図６の符号４０参照）が設けられたとすれば、この部分では放電を生じない。このため、透光窓と対向する第１電極側の位置（図６の位置Ｂ参照）では、放射される紫外線の強度が、その他の部分（図６の位置Ｃ，位置Ｄ参照）より小さくなる。また、紫外線強度の測定誤差が大きくなる。
しかし、本願発明においては、透光窓には、前記第２電極と電気的に接続された導電体が配されている。したがって、透光窓部分においても放電が生じる。そのため、透光窓と対向する第１電極側の位置（図７の位置Ｂ参照）でも、紫外線強度がその他の部分（図７の位置Ｃ，位置Ｄ参照）とほぼ同じになる。また、透光窓部分でも放電が生じるから、透光窓から放射される紫外線の強度の低下が抑制され、測定誤差が抑えられる。

請求項４の発明によれば、請求項３に記載の誘電体バリア放電ランプにおいて、第２電極と電気的に接続された導電体が、メッシュ状、ストライプ状、放射状、又は渦巻き状であるから、透光窓部分では満遍なく放電が発生し、この部分から放射される紫外線強度の分布もより均一なものとなる。

請求項５の発明によれば、請求項３又は４に記載の誘電体バリア放電ランプにおいて、第１電極は、メッシュ状の導電体により形成されているので、被照射物に向けて放射される紫外線の強度分布はより均一なものとなる。

請求項６の発明によれば、請求項３から５のいずれかに記載の誘電体バリア放電ランプの効果を有する紫外線照射装置を提供することができる。

本発明の一実施形態を図１から図７を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、上下方向については図１を基準とする。また、前後方向については、図１の右側を前方とする。

本実施形態の誘電体バリア放電ランプ１は、放電管３によって形成された放電空間５内に、誘電体バリア放電用のガスが充填されたものである。放電管３の外表面には互いに対向する一対の電極７Ａ，７Ｂが設けられている。これらの電極７Ａ，７Ｂには、リード線９が接続されている。電極７Ａはメッシュ状である。電極７Ｂはベタ状である。ベタ状の電極７Ｂの一部は透光窓４０を有する。透光窓４０にはメッシュ状の導電体４３が配されている。電極７Ａはアース，電極７Ｂは交流電圧を印加する電源装置（図示せず）に接続されている。

誘電体バリア放電用ガスとしては、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）、及びクリプトン（Ｋｒ）、等の希ガス、並びにフッ素（Ｆ_２）、塩素（Ｃｌ_２）等のハロゲンガス等が使用される。誘電体バリア放電ランプ１は、ガスの種類によって、異なる波長（１７２ｎｍ、２２２ｎｍ、３０８ｎｍ等の波長）のエキシマ光を発光する。例えば、電子部品の洗浄、すなわち、電子部品に付着した有機化合物を分解するためには、１７２ｎｍを中心波長とするエキシマ光が用いられる。したがって、この場合には、キセノン（Ｘｅ）を含有するガスが使用される。なお、ガスの封入圧力は特に限定されないが、通常、１０〜６０ＫＰａ程度の圧力で封入される。

放電管３は、合成石英製の扁平な長角筒の両端を閉じたものである。放電管３の下外面には、網目状（メッシュ状）のクロム／ニッケル膜（導電体に相当）である第１電極７Ａが蒸着形成されている。また、放電管３の上外面には、クロム／ニッケル膜（導電体に相当）である第２電極７Ｂが形成されている。なお、第１電極７Ａ及び第２電極７Ｂの膜厚は、ともに０．１〜１００μｍが好ましい。

第２電極７Ｂは、ベタ状の金属膜により形成され、その一部領域はベタ状の金属膜を欠いた紫外線強度測定用の透光窓４０とされている。この構造は、後に詳述する。

両電極７Ａ，７Ｂは、放電管３の両端付近まで形成されている。第１電極７Ａの前端部には、ベタ部７Ｃが形成されており、ベタ部７Ｃから前方に延びる矩形状の延設部７Ｄが設けられている。なお、第２電極７Ｂにも、第１電極７Ａの場合と同様の延設部７Ｄが形成されている。

透光窓４０は、第２電極７Ｂの後端寄りの位置に長円形に形成されている。この透光窓４０の面積は、特に限定されないが、０．５ｃｍ^２以上であることが好ましい。０．５ｃｍ^２以上であれば、紫外線強度を測定するために十分な紫外線が透光窓４０から得られるからである。一方、図２に示すように一般的な紫外線センサの受光部５０は、直径４ｍｍ程度の概円柱形をしているため、あまりに透光窓４０の面積を大きくすると、受光部５０に受光されずに受光部５０後方に漏れる紫外線量が多くなるから２ｃｍ^２以下が好ましい。

さらに、透光窓４０部分には、メッシュ状の金属膜４３が配されており、金属膜４３は、透光窓４０周りの金属膜４５と電気的に接続されている。なお、メッシュ状の金属膜４３は、直線状の素線部を格子状に配置して形成されている。

図４に示されるメッシュ状の金属膜４３の開口寸法Ｌは特に限定されないが、３ｍｍ以下が好ましい。開口寸法Ｌが３ｍｍより大きいと、透光窓４０部分の放電密度がベタ状の金属膜４５部分と比べて低くなる傾向にあるからである。また、開口寸法Ｌが３ｍｍより大きいと、放電密度が低下するために長手方向の紫外線強度分布の均一性が損なわれるからである。

ところで、開口寸法Ｌは、放電密度を増加させるためには、できるだけ小さくする方が望ましいが、線幅Ｗを一定幅とした状態で、開口寸法Ｌを小さくしていくと、開口率が減少し、紫外線が素線部の隙間から放射されにくくなる。このため、開口寸法Ｌを小さくしつつ、かつ開口率を維持するためには、線幅Ｗも、これに伴って小さくしなければならない。しかし、線幅Ｗを小さくすることは、製造上困難である。従って、開口寸法Ｌは、１ｍｍ以上であることが好ましい。

以上のように、本願発明に関する誘電体バリア放電ランプ１が構成される。この誘電体バリア放電ランプ１の使用に際しては、紫外線強度センサの受光部５０が透光窓４０の上方位置に設置され、この受光部５０により強度測定用の紫外線が受光される。

＜実験１＞
この実験では、透光窓４０から放射される紫外線強度、及び第１電極７Ａ側から放射される紫外線の強度が、放電管３の管軸方向でどの程度ばらつくかを調べた。

放電管３としては、図５〜図７の断面図に示すような３種類が用いられた。すなわち、透光窓４０を設けない従来のタイプ１（図５）、透光窓４０を設けてあるが透光窓４０にメッシュ状の金属膜４３が配されていないタイプ２（図６）、及び透光窓４０を設け、かつ透光窓４０にメッシュ状の金属膜４３が配されているタイプ３（図７）である。そして、図５〜７で示すように、第２電極７Ｂ側では、透光窓４０の上方の位置Ａに紫外線強度センサの受光部５０が配置された。第１電極７Ａ側では、位置Ａと対向する位置Ｂ、放電管３の中央の位置Ｃ、放電管３の図５〜７の右端部寄りの位置Ｄに、それぞれ紫外線強度センサの受光部５０が配置され、各位置Ａ〜Ｄにおける紫外線強度が測定された。

なお、いずれの位置においても放電管３と紫外線強度センサの受光部５０との間隔は約４ｍｍとした。
また、上記いずれのタイプにおいても、放電管３は、約３５０ｍｍ×約４０ｍｍ×約１３ｍｍのサイズとした。封入ガスとしては、キセノンが４０ＫＰａの圧力で封入された。点灯中に電極間に印加するピーク電圧（ランプピーク電圧）Ｖｐは、６．５ｋＶとされた。また、周波数ｆは３０ｋＨｚで一定とされた。
また、タイプ２及びタイプ３において、透光窓４０は、長さＬａ＝１８ｍｍ、幅Ｗａ＝８ｍｍの長円形とされた。
タイプ３のメッシュを構成する素線部の線幅Ｗは０．４ｍｍとし、メッシュの開口寸法Ｌは２ｍｍとされた（図４参照）。

＜結果１＞
実験結果を以下の表１に示す。

タイプ２及びタイプ３では、透光窓４０が第２電極７Ｂに設けられているため、第２電極７Ｂ側のＡ位置において、紫外線強度を測定することができた。これに対して、タイプ１では、透光窓４０が第２電極７Ｂに設けられていないため、第２電極７Ｂ側のＡ位置で紫外線強度を測定することができなかった。さらに、タイプ３の場合には、Ａ位置における紫外線強度がタイプ２に比べて約４倍となり、紫外線強度測定における測定誤差を小さくできることが確認された。

また、タイプ３では、第１電極７Ａ側の位置Ｂ〜Ｄの紫外線強度はほぼ同じであった。タイプ２では、透光窓４０と対向する位置Ｂでは、位置Ｃ及び位置Ｄに比べて紫外線強度が小さかった。このように、タイプ３では、放電管３の管軸方向の紫外線強度がばらつかないことが分かった。これは、タイプ３では透光窓４０部分もメッシュ状の金属膜４３により放電するためと考えられる。

＜実験２＞
タイプ３の場合に関して、開口寸法Ｌを変化させた実験を行った。その他の条件は実験1の場合と同様である。

＜結果２＞
実験結果を以下の表２に示す。

この結果から、開口寸法を３ｍｍ以下とすれば、第１電極７Ａ側の位置Ｂ〜Ｄの紫外線強度は、ほぼ同じとなることが分かった。つまり、放電管３の管軸方向の紫外線強度が、ばらつかないことが分かった。

＜他の実施形態について＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
さらに、下記以外の実施形態であっても、発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、種々変更した形態が実施されうる。
（１）上記実施形態では、第１電極７Ａ及び第２電極７Ｂは、ともにクロム／ニッケル電極とされた。しかし、電極を構成する導電体は特に限定されない。例えば、第１電極７Ａ及び第２電極７Ｂには、金属のほかに、金属とセラミックとの中間の材料である「サーメット」等が用いられてもよい。
（２）上記実施形態では、透光窓４０の形状は、長円形とされている。しかし、その形状は特に限定されない。
（３）上記実施形態では、放電管本体１３を角筒とされた。しかし、その形状は特に限定されない。例えば、放電管本体１３は、丸筒の形状とされてもよい。
（４）透光窓４０の位置は特に限定されない。例えば、図８に示されるように、透光窓４０の位置は第２電極７Ｂの端部に設けられてもよい。
（５）透光窓に配された導電体の形状は、メッシュ状に限定されない。たとえば、ストライプ状、渦巻き状、放射状などの形状にしてもよい。
（６）本願発明でいう透光窓の部分は、「小さな穴が複数形成された膜状導電体」によって構成されることもできる。この場合における第２電極は、第２電極の一部に小さな穴が複数密集して形成された部分（この部分では、紫外線強度が測定されうる。そして、この部分が、透光部として機能する。）を有する膜状導電体を意味する。このような実施の形態によっても、本願発明の効果は得られる。なお、この実施の形態において、膜状導電体の小さな穴は、丸、長円、四角等どのような形状で形成されていても良い。

は、誘電体バリア放電ランプの断面図である。 は、放電管の斜視図である。 は、放電管の斜視図である。 は、透光窓の拡大平面図である。 は、放電管（タイプ１）の断面図である。 は、放電管（タイプ２）の断面図である。 は、放電管（タイプ３）の断面図である。 は、他の実施形態に関する放電管の斜視図である。 は、従来例の誘電体バリア放電ランプの斜視図である。

符号の説明

１…誘電体バリア放電ランプ
３…放電管
７…電極
７Ａ…第１電極
７Ｂ…第２電極
４０…透光窓
４３…金属膜
４５…金属膜

Claims (6)

1. 放電管の外面に第１電極及び第２電極を備えた誘電体バリア放電ランプにおいて、
   前記第１電極は、メッシュ状の導電体により形成され、
   前記第２電極は、ベタ状の導電体により形成されるとともに、その一部領域は導電体を欠いた透光窓とされ、
   前記透光窓には、メッシュ状の導電体が配されており、
   この導電体は、前記透光窓周りのベタ状の前記導電体と電気的に接続されていることを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
2. 請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ、及び前記透光窓から照射される紫外線の強度を測定するセンサを備えたことを特徴とする紫外線照射装置。
3. 放電管を備えた誘電体バリア放電ランプにおいて、
   前記放電管の外面には、第１電極及び第２電極が備えられ、
   前記第２電極は、透光窓を有する膜状導電体であり、
   前記透光窓には、前記第２電極と電気的に接続された導電体が配されていることを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
4. 前記第２電極と電気的に接続された前記導電体が、メッシュ状、ストライプ状、放射状、又は渦巻き状であることを特徴とする請求項３に記載の誘電体バリア放電ランプ。
5. 前記第１電極は、メッシュ状の導電体により形成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の誘電体バリア放電ランプ。
6. 請求項３から５のいずれかに記載の誘電体バリア放電ランプ、及び前記透光窓から照射される紫外線の強度を測定するセンサを備えたことを特徴とする紫外線照射装置。

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