JP5640998B2 - エキシマランプ - Google Patents

Description

本発明は、エキシマランプに関し、更に詳しくは、発光管内に一対の電極が配置されてなるエキシマランプに関する。

従来、例えば水中に含まれる有機物の分解処理（ＴＯＣ分解処理）あるいは水中に含まれる菌を消滅させるためのいわゆる殺菌処理などを行うための水処理装置の光源としては、低圧水銀ランプが極めて広く用いられている。
しかしながら、低圧水銀ランプを水処理装置の光源として用いる場合においては、当該低圧水銀ランプが処理対象である水の中に配置されることが多くあり、そのような使用条件下では、低圧水銀ランプが発光物質として水銀を含み、良好な点灯状態を得るためには動作時に水銀が所定の蒸気圧に達する必要があることから、その発光特性が水の温度に大きく影響されることとなる。特に、水の温度が極めて低温である場合には水銀が十分に蒸発しないことに起因して十分な発光が得られなくなる、という問題がある。

このような事情から、近年においては、水処理装置の光源を構成する光源ランプとして、発光物質として水銀を用いない、いわゆる水銀レスのランプが注目されており、例えば発光物質としてキセノンを用いたランプが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
具体的に、特許文献１には、水処理装置の光源ランプとして、石英ガラスなどの透光性を有する誘電体材料よりなる発光管の外表面に電極（外部電極）が配設されてなるランプ構造を有する放電ランプが開示されている。
しかしながら、発光管の外表面に電極（外部電極）が配設されてなる構成の放電ランプにおいては、高電圧が印加される電極が外部に位置し、露出された状態とされているため、その使用環境条件によっては種々の問題がある。
具体的には、発光管の外表面に電極（外部電極）が配設されてなる構成の放電ランプを水処理装置の光源として用い、処理対象である水の中に配置した場合においては、外部電極と水とが接触することとなるため、電極に腐食が生じるおそれがある。外部電極に腐食が生じた場合には、外部電極自体が損耗することによって放電に悪影響を及ぼすだけではなく、腐食した外部電極の表面から脱落した腐食生成物が処理対象である水に混入してしまうという問題も生じる。さらには、外部電極が発光管の外部に露出しているために漏電あるいは感電などが生じるおそれがあり、十分な安全性を得ることができない、という問題もある。
これらの問題は、水処理装置の光源として用いる場合に限って生じるものではなく、例えば空気殺菌装置などの光源として用いた場合においても、空気中には水蒸気が存在することから同様に生じるものである。

このような問題を解決するためには、一対の電極を発光管の内部に配置することが考えられる。
水銀レスのランプの或る種のものとしては、発光管内に発光用ガスが充填されていると共に、一対の電極が配置されてなる構成のエキシマランプが提案されている（例えば、特許文献２および特許文献３参照。）。
しかしながら、一対の電極が発光管内に配置された構成のエキシマランプにおいては、通常、一対の電極が発光用ガスの充填されている空間を介在した状態で大きく離間して配置されていることから、絶縁破壊を生じさせるための大きな始動電圧が必要とされるため、良好な始動性が得られない、という問題がある。

特開２００１−１５０７８号公報 特開２００６−０２４５６４号公報 特開２００６−２０２６０３号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、一対の電極が発光管内に配設されてなる構成を有し、優れた始動性を有するエキシマランプを提供することにある。

本発明のエキシマランプは、発光用ガスが充填された発光管の内部に第一電極および第二電極が収容されてなるエキシマランプにおいて、
前記発光管の内部に当該発光管の管軸方向に伸びるように配置された誘電体材料からなる筒管を備えており、
前記第一電極は、前記筒管の内部に当該筒管の管軸方向に伸びるように配置され、
前記第二電極は、前記筒管の管軸に沿って伸びるように配置されており、
前記第二電極の少なくとも一部が筒管の外表面に密着しており、この密着領域において、前記第一電極が前記筒管の内表面に接した状態で設けられており、筒管の管壁を介して前記第一電極と当該第二電極とが少なくとも一箇所において対向していることを特徴とする。

前記第二電極は、前記密着領域以外の領域において前記筒管の外表面と離間しており、この密着領域以外の領域において当該第二電極と当該筒管の外表面との間に介在される空間によってエキシマ放電空間が形成されていることが好ましい。

前記第二電極は、前記密着領域以外の領域の少なくとも一部において、前記発光管の内表面に接触していることが好ましい。

本発明のエキシマランプにおいては、発光管の内部において、一対の電極を構成する第一電極が誘電体材料よりなる筒管の内部に配設され、また第二電極が少なくとも一部が筒管の外表面に密着した状態で配設されていることから、第一電極と第二電極とを、第二電極における筒管の外表面に密着した密着領域において絶縁空間を殆ど介在させることなく対向させることができるため、この密着領域において絶縁破壊を生じさせるために必要とされる絶縁破壊電圧を小さくすることができる。
従って、本発明のエキシマランプによれば、密着領域において絶縁破壊を生じさせることにより第一電極と第二電極との間で放電を開始させることができ、しかも密着領域においては絶縁破壊を生じさせるために大きな絶縁破壊電圧が必要とされないことから、第一電極と第二電極との間に放電を生じさせるために大きな始動電圧が必要とされず、よって優れた始動性を得ることができる。

本発明のエキシマランプにおいては、第二電極を密着領域以外の領域において、筒管の外表面と離間させ、第二電極と筒管の外表面との間に介在される空間によってエキシマ放電空間を形成することにより、その密着領域以外の領域においてエキシマ放電空間の厚みを大きくする、すなわち第一電極と第二電極とを大きく離間した状態とすることができるため、良好な始動性を損なうことなく大きな放射強度を得ることができる。

本発明のエキシマランプにおいては、第二電極における密着領域以外の領域の一部を発光管の内表面に接触させることにより、この第二電極において発光管の内表面に接触している部分に位置決め・保持作用が得られることから、第二電極を発光管内の発光空間における所期の配置位置に所期の状態で保持することができる。

本発明のエキシマランプの構成の一例の概要を示す説明図である。 図１のエキシマランプの要部を示す説明用断面図であり、（ａ）は第二電極における密着領域を示す説明用断面図であり、（ｂ）は第二電極における密着領域以外の領域を示す説明用断面図である。 本発明のエキシマランプの構成の他の例の概要を示す説明図である。 本発明のエキシマランプの構成の更に他の例の概要を示す説明図である。 本発明のエキシマランプの構成のまた更に他の例の概要を示す説明図である。 本発明のエキシマランプの構成のまた更に他の例の概要を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明のエキシマランプは、誘電体バリア放電を利用して放射光を得る構成のもの、具体的には、誘電体バリア放電によって生成されるエキシマから放出される光を放射する構成、あるいはエキシマから放出される光を励起光として蛍光体に照射し、その蛍光体が励起することによって得られる光を放射する構成の放電ランプである。

図１は、本発明のエキシマランプの構成の一例の概要を示す説明図である。
このエキシマランプ１０は、両端の各々に封止部１１Ａ，１１Ｂを有する概略円管状の発光管１１を備えてなるものである。
この発光管１１の気密な内部には、誘電体材料よりなる筒管１５が、発光管１１の管軸方向（図１における左右方向）に伸びるよう配設されており、当該筒管１５の内部には、第一電極２１が筒管１５の管軸方向に伸びるように配設されている。また、発光管１１の内部においては、発光管１１の内表面と、筒管１５の外表面とによって囲繞されてなる発光空間Ｓに発光用ガスが充填されている。この発光空間Ｓには第二電極２５が筒管１５の中心軸（管軸）に沿って伸びるように配設されており、これにより、エキシマランプ１０を構成する一対の電極、具体的には第一電極２１と、第二電極２５とは、発光管１１内において互いに対向するよう配置されている。
この図の例において、発光管１１における封止部１１Ａ，１１Ｂは、モリブデンからなる導電箔１６Ａ，１６Ｂが、ピンチシールまたはシュリンクシールによって気密に埋設されてなる箔シール構造を有している。

筒管１５は、一端（図１における右端）が閉塞され、他端（図１における左端）が気密封止されており、その内部に第一電極２１を配置するための気密空間を有する概略円管状のものである。
この筒管１５において、気密封止されてなる他端は、発光管１１における他方の封止部１１Ｂの内端（図１における右端）と一体に連結されている。
ここに、筒管１５の他端を発光管１１における他方の封止部１１Ｂの内端と一体に連結させるための手法としては、例えば、先ず、一端が閉塞され、他端に箔シール構造を有する気密封止部がピンチシールによって形成されており、その内部に第一電極２１が配設されてなる筒管電極組立体を作製する。次いで、得られた筒管電極組立体を発光管形成用管材内に挿入し、この発光管形成用管材における筒管電極組立体の気密封止部が位置する部分に対して加熱しながら外部から圧力を加えることによってピンチする方法が挙げられる。

筒管１５の内部に配置されている第一電極２１は、例えば金属素線がコイル状に巻回されて形成されてなるコイル状電極よりなるものである。
この第一電極２１を構成するコイル状電極は、例えばタングステンなどの電気伝導性および耐熱性を有する金属材料よりなり、筒管１５内の気密空間において、筒管１５の中心軸（管軸）上、すなわちコイル状の第一電極２１の中心軸が発光管１１の中心軸（管軸）と一致するように、筒管１５の中心軸に沿って伸びるよう配置されている。

また、第一電極２１を構成するコイル状電極は、筒管１５の内表面に接した状態、具体的には、第一電極２１に係るコイル状電極を構成するコイル状に巻回された金属素線が、筒管１５の管壁の内表面上において、筒管１５内の気密空間を取り囲むように周回しながら、筒管１１の中心軸（管軸）に沿って伸びるように、当該内表面に密着した状態で配置されている。

この第一電極２１を構成するコイル状電極には、その他端（図１における左端）に、モリブデンからなる内部リード棒１７Ｂが接続されており、この内部リード棒１７Ｂの他端（図１における左端）は、発光管１１における他方の封止部１１Ｂ内に伸びて、当該封止部１１Ｂ内に埋設された導電箔１６Ｂにスポット溶接によって接続されている。また、導電箔１６Ｂには、他端（図１における左端）が発光管１１における他方の封止部１１Ｂから外方に突出して伸びる、モリブデンからなる外部リード棒１８Ｂがスポット溶接によって接続されている。

また、筒管１５においては、その内部の気密空間が減圧状態または不活性ガスが充填された状態であることが好ましい。
筒管１５内の気密空間を減圧状態または不活性ガスが充填された状態とすることにより、当該筒管１５内の気密空間に配置される第一電極２１が酸化することを防止することができる。

筒管１５内の気密空間を減圧状態とする場合においては、内部圧力（真空度）が１０^-3Ｔｏｒｒ以下であることが好ましい。
筒管１５内の内部圧力を１０^-3Ｔｏｒｒ以下とすることにより、筒管１５の内部において放電が生じることを抑制することができ、よって筒管１５の内部において放電が生じることに起因する余計な電力消耗の発生を抑制することができる。

一方、筒管１５内の気密空間を不活性ガスが充填された状態とする場合においては、不活性ガスとして希ガスまたは窒素ガス（Ｎ₂ ）を用いることが好ましい。具体的には、アルゴンガス（Ａｒ）、ネオンガス（Ｎｅ）、クリプトンガス（Ｋｒ）、キセノンガス（Ｘｅ）または窒素ガス（Ｎ₂ ）を用いることが好ましい。
不活性ガスとして希ガスまたは窒素ガスを用いることにより、第一電極２１が酸化することを抑制することができる。

また、筒管１５内の気密空間に不活性ガスが充填された状態においては、筒管１５の内部圧力（ガス圧）は、発光空間Ｓにおける内部圧力（ガス圧）に比して同等ないし高いことが好ましい。

筒管１５を構成する誘電体材料は、発光管１１内の発光空間Ｓにおいて生じる光に対する光透過性を有さないものであってもよい。
また、図１に示されているように筒管１５の端部（図１においては筒管１５の他端）が発光管１１における封止部（図１においては他方の封止部１１Ｂ）の内端と一体に連結されている場合においては、筒管１５を構成する誘電体材料は、発光管１１を構成する材料と同等の熱膨張率を有するものであることが好ましい。
筒管１５を構成する誘電体材料として発光管１１を構成する材料と同等の熱膨張率を有するものを用いることにより、筒管１５を構成する誘電体材料と発光管１１を構成する材料との熱膨張率差に起因して筒管１５の端部が一体に連結している発光管１１における封止部に破損が生じることを防止することができる。
この図の例において、筒管１５は、発光管１１を構成する材料と同一の材料によって構成されている。

発光管１１内における発光空間Ｓに配置されている第二電極２５は、例えば金属素線よりなり、筒管１５における他端部分（図１における左端部分）の外表面に密着するようコイル状に巻回された小径部分２６Ｂと、この小径部分２６Ｂと連続し、当該筒管１５における他端部分以外の部分の外表面から離間した状態でコイル状に巻回された大径部分２６Ａとを有するコイル状電極（以下、「小径部分含有コイル状電極」ともいう。）よりなるものである。
この第二電極２５を構成する小径部分含有コイル状電極は、例えばタングステンなどの電気伝導性および耐熱性を有する材料よりなり、発光管１１の発光空間Ｓにおいて、発光管１１の中心軸（管軸）上、すなわちコイル状の第二電極２５の中心軸が発光管１１の中心軸（管軸）と一致するように、発光管１１の中心軸に沿って伸びるよう配置されている。

第二電極２５を構成する小径部分含有コイル状電極の小径部分２６Ｂは、筒管１５の外径と適合した内径（コイル内径）を有しており、これにより、小径部分２６Ｂは、当該小径部分２６Ｂを構成するコイル状に巻回された金属素線が、筒管１５の外表面上において、当該筒管１５を取り囲むように周回しながら、図２（ａ）に示すように、筒管１５の外表面に密着した状態で配置されている。
そして、筒管１５の管壁１５Ａの外表面に密着した小径部分２６Ｂによっては、第二電極２５の長さ方向（図１における左右方向）に伸びる密着領域が形成されており、この密着領域においては、図２（ａ）に示すように、筒管１５の管壁１５Ａを介して第一電極２１と第二電極２５とが少なくとも一箇所において対向している。
具体的には、第二電極２５における密着領域が位置されている筒管１５の他端部分には、その内部に第一電極２１の他端部分（図１における左端部分）が位置されており、しかも、その筒管１５の他端部分に位置されている第一電極２１に係るコイル状電極を構成する金属素線と、第二電極２５に係る小径部分含有コイル状電極の小径部分２６Ｂを構成する金属素線とが、少なくとも一箇所において筒管１５の管壁１５Ａを介して交差している。

また、第二電極２５を構成する小径部分含有コイル状電極の大径部分２６Ａは、筒管１５の外径よりも大径の内径（コイル内径）を有しており、これにより、大径部分２６Ａは、当該大径部分２６Ａを構成するコイル状に巻回された金属素線が、筒管１５の周辺領域において、当該筒管１５を取り囲むように周回し、図２（ｂ）に示すように、筒管１５の外表面と発光空間Ｓを介して離間した状態、すなわち第一電極２１との間に筒管１５の管壁１５Ａと発光空間Ｓとが介在した状態で配置されている。
このようにして、第二電極２５を構成する小径部分含有コイル状電極には、密着領域以外の領域、具体的には大径部分２６Ａによって形成される領域において、第二電極２５と筒管１５の外表面との間に介在されている空間によって誘電体バリア放電を生じさせるためのエキシマ放電空間が形成されている。ここで、第二電極２５の大径部分２６Ａと筒管１５の外表面との間の離間距離は、構成上許される範囲で、できる限り大きいことが好ましく、第二電極２５と大径部分２６Ａとの離間距離が大きくなるに従って誘電体バリア放電からの発光を増やすことができる。

また、第二電極２５を構成する小径部分含有コイル状電極の大径部分２６Ａにおけるコイルピッチは、第一電極２１を構成するコイル状電極におけるコイルピッチよりも大きいことが好ましい。
第二電極２５に係る大径部分２６Ａのコイルピッチを第一電極２１に係るコイルピッチよりも大きくする、すなわち第一電極２１に係るコイルピッチを第二電極２５に係る大径部分２６Ａのコイルピッチよりも小さくすることにより、第二電極２５に係るコイルピッチをできるだけ大きくすることによって発光管１１内で生じる光が当該第二電極２５に遮られることを抑制しつつ、第一電極２１に係るコイルピッチを小さくすることによって第一電極２１と第二電極２５との間の電気容量を大きくし、よってエキシマランプ１０に大きな放射強度を得ることができる。
ここに、第一電極２１を構成するコイル状電極および第二電極２５を構成する小径部分含有コイル状電極の大径部分２６Ｂのコイルピッチの具体的な一例としては、第一電極２１に係るコイルピッチが２ｍｍ、第二電極２５に係るコイルピッチが１０ｍｍである。

この第二電極２５を構成する小径部分含有コイル状電極には、その一端（図１における右端）に、モリブデンからなる内部リード棒１７Ａが接続されており、この内部リード棒１７Ａの一端（図１における右端）は、発光管１１における一方の封止部１１Ａ内に伸びて、当該封止部１１Ａ内に埋設された導電箔１６Ａにスポット溶接によって接続されている。また、導電箔１６Ａには、一端（図１における右端）が発光管１１における一方の封止部１１Ａから外方に突出して伸びる、モリブデンからなる外部リード棒１８Ａがスポット溶接によって接続されている。

発光管１１を構成する材料としては、発光管１１内の発光空間Ｓにおいて生じる光、具体的には、発光空間Ｓにおけるエキシマ放電空間において誘電体バリア放電によって生成されるエキシマから放出される光、あるいはエキシマから放出される光が励起光として蛍光体に照射され、その蛍光体が励起することによって得られる光を透過するものであれば、種々のものを用いることができる。
発光管１１を構成する材料の具体的としては、発光空間Ｓにおいて生じる光が紫外線である場合には、例えば溶融石英ガラスや合成石英ガラスが挙げられる。

発光管１１内の発光空間Ｓに封入される発光用ガスとしては、例えばキセノンガス（Ｘｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）、クリプトンガス（Ｋｒ）などの誘電体バリア放電によってエキシマを形成する放電媒質としての作用を有する希ガスが用いられる。
また、放電媒質としては、希ガスと共に必要に応じて、フッ素ガス（Ｆ）、塩素ガス（Ｃｌ）、沃素ガス（Ｉ）および臭素ガス（Ｂｒ）などのハロゲンガスが用いられる。

ここに、放電媒質として発光管１１内の発光空間Ｓに封入される希ガス、および必要に応じて封入されるハロゲンガスの種類は、エキシマランプ１０において放射させることが必要とされる光の波長に応じて適宜に選択される。すなわち、エキシマランプ１０が、誘電体バリア放電によって生成されるエキシマから放出される光を放射する場合、およびエキシマから放出される光を励起光として蛍光体に照射し、その蛍光体が励起することによって得られる光を放射する場合のいずれの場合においても、誘電体バリア放電によって生成されるエキシマから放出される光として必要とされる波長の光に応じて適宜に選択される。
誘電体バリア放電によって生成されるエキシマから放出される光の波長の具体例としては、放電媒質としてキセノンガスを封入した場合には波長１７２ｎｍの光が得られる。

エキシマランプ１０において、発光管１１には、図１に示されているように、その管壁の内表面における第一電極２１および第二電極２５が配置されている領域に、誘電体バリア放電によって生成されるエキシマから放出される光を励起光として受けることによって紫外線を放射する蛍光体を含有する蛍光体層３１が設けられていてもよい。
発光管１１の管壁の内表面に蛍光体層３１が設けられていることにより、誘電体バリア放電によって生成されるエキシマから放出される比較的短波長の光を長波長の光に変換することができる。
すなわち、発光管１１の管壁の内表面に蛍光体層３１が形成されてなる構成のエキシマランプ１０は、誘電体バリア放電によって蛍光体層３１を構成する蛍光体を励起させるための比較的短波長の光（以下、「短波長光」ともいう。）を得、この短波長光を、蛍光体層３１を構成する蛍光体に照射することによって蛍光体を励起させ、所期の波長領域の光、具体的には短波長光よりも長波長側の光に変換し、このようにして得られた光を、蛍光体層３１および発光管１１透過させることによって放射するものである。

蛍光体層３１を構成する蛍光体としては、誘電体バリア放電によって生成されるエキシマから放出される光を励起光として受けることによって光を放射する公知のものを、エキシマランプ１０の使用用途などに応じて適宜に用いることができる。

蛍光体層３１においては、蛍光体が発光管１１を構成する材料（例えば、溶融石英ガラス）との接着性が小さいものである場合には、蛍光体層３１に発光管１１に対する高い接着性を得るために、蛍光体層３１と発光管１１との間に、結着剤を用いることが好ましい。
結着剤としては、例えば軟質ガラス粉末および硬質ガラス粉末などが挙げられる。

このような構成のエキシマランプ１０の仕様の一例としては、発光管１１は、外径１６ｍｍ、内径１４ｍｍおよび全長１８０ｍｍであり、また、筒管１５は、外径４ｍｍ、内径２ｍｍおよび全長１５０ｍｍであり、導電箔１６Ａ，１６Ｂは、モリブデン箔である。
第一電極２１を構成するコイル状電極は、素線径０．３６ｍｍのタングステン素線よりなり、外径（コイル外径）２ｍｍ、コイルピッチ４．７ｍｍおよび全長１３０ｍｍである。
また、第二電極２５を構成する小径部分含有コイル状電極は、素線径０．３６ｍｍのタングステン素線よりなり、内径（コイル内径）１２ｍｍ、コイルピッチ１０ｍｍおよび全長（大径部分の全長）１５０ｍｍの大径部分２６Ａと、内径（コイル内径）４ｍｍ、コイルピッチ０．５ｍｍおよび全長（小径部分の全長）５ｍｍの小径部分２６Ｂとを有するものである。
また、発光管１１の発光空間Ｓには放電媒質としてキセノンガスおよびネオンガスが４０ｋＰａの圧力で封入され、筒管１５の気密空間には窒素ガスが５０ｋＰａの圧力で封入され、第一電極２１と第二電極２５との間には、矩形波、定格周波数６５ｋＨｚ、定格電圧３．５ｋＶ_p-p の条件で交流電力が供給される。

このようなエキシマランプ１０においては、発光管１１の内部において、一対の電極を構成する第一電極２１が、誘電体材料よりなる筒管１５内の気密空間に配設され、また第二電極２５が、第一電極２１と対向するように発光空間Ｓに配設されていることから、高周波交流電源から高周波交流電力が供給されることにより、筒管１５を構成する誘電体材料を介して発光空間Ｓにおけるエキシマ放電空間において誘電体バリア放電が生じる。そして、誘電体バリア放電によってエキシマが形成され、そのエキシマから放出される光（例えば、真空紫外光）によって蛍光体層３１を構成する蛍光体が励起されて当該光（例えば、真空紫外光）よりも長波長側の光（例えば、波長１９０〜４００ｎｍの光）が蛍光体層３１および発光管１１を透過して放射される。

而して、エキシマランプ１０の発光空間Ｓにおいては、図２（ａ）に示されているように、第二電極２１における小径部分２６Ｂによって形成される密着領域において、第一電極２１と第二電極２５とが筒管１５の管壁１５Ａを介して対向している箇所の近傍に絶縁空間を殆ど介在することなく対向している部分（以下、「対向部分」ともいう。）が形成されている。そして、この対向部分においては、極めて僅かな絶縁空間のみしか存在しないことから、絶縁破壊を生じさせるために必要とされる絶縁破壊電圧が小さいため種火放電が生じやすく、しかも生じた種火放電により、第一電極２１と第二電極２５と間の全域にわたって放電を開始させることができる。
従って、エキシマランプ１０によれば、小さな電圧によって密着領域において種火放電を生じさせることができ、しかも、その種火放電によって第一電極２１と第二電極２５と間の全域にわたって誘電体バリア放電を生じさせることができることから、大きな始動電圧が必要とされることがなく、よって優れた始動性を得ることができる。
すなわち、エキシマランプ１０においては、筒管１５の管壁１５Ａの厚みに基づくコンデンサ容量の要する電圧と、対向部分において第二電極２５と筒管１５の外表面との間に介在されている絶縁空間の厚みに基づくパッシェン曲線による絶縁破壊電圧とが始動電圧として必要とされることから、コンデンサ結合と僅かなキャップの絶縁破壊のみで誘電体バリア放電を開始させることができる。
具体的に、エキシマランプ１０においては、小径部分含有コイル状電極よりなる第二電極２５に代えて、密着領域を有さないコイル状電極が設けられた構成のエキシマランプに比して始動電圧を２００〜５００Ｖ程低減させることができる。

また、エキシマランプ１０においては、第二電極２５が、図２（ｂ）に示されているように、大径部分２６Ａによって形成される密着領域以外の領域において、筒管１５の外表面と大きく離間しており、第二電極２５と筒管１５の外表面との間に介在される空間によって大きな厚みを有するエキシマ放電空間が形成されていることから、良好な始動性を損なうことなく大きな放射強度を得ることができる。

また、エキシマランプ１０においては、一対の電極を構成する第一電極２１および第二電極２５のいずれもが発光管１１の内部に配設されており、高電圧を印加する電極が発光管１１の外部に露出した状態とされていないことから、発光管の外表面に電極が配設されてなる構成のエキシマランプに比して大きな安全性が得られる。

また、エキシマランプ１０においては、第二電極２５を構成する小径部分含有コイル状電極が小径部分２６Ｂを有しており、この小径部分２６Ｂが第二電極２５の位置決め・保持作用を有することから、第二電極２５を発光管１１内の発光空間Ｓにおける所期の配置位置に所期の状態で保持することができるため、第一電極２１と第二電極２５との間の放電距離の均一性を高めることができる。

また、エキシマランプ１０においては、第二電極２５を構成する小径部分含有コイル状電極の大径部分２６Ａが筒管１５を取り囲むように周回していることから、誘電体バリア放電が第一電極２１の伸びる方向（図１における左右方向）において一様に、かつ第一電極２１を中心に放射状に形成されることとなり、しかも誘電体バリア放電に基づいて発光管１１内で生じる光を、発光管１１の管壁の全周において第二電極２５に係る小径部分含有コイル状電極の大径部分２６Ａを構成する金属素線間から発光管１１の外部に効率的に放射させることができるため、発光管１１の周辺領域に対して高い均一性で光を照射することができる。

このようなエキシマランプ１０は、誘電体バリア放電を利用して放射光を得るものであることから使用環境によらずに安定した点灯状態が得られ、しかも、一対の電極が発光管１１の外部に露出した状態とされておらず、よって一対の電極が使用環境に応じて発光管１１の外部に存在する気体あるいは液体などに接触することがなくて高い安全性が得られるものであるため、水処理装置、空気殺菌装置、液晶基板用光洗浄装置または光硬化装置などの種々の装置の光源として好適に用いることができる。

本発明においては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第二電極は、図３および図４に示すように、複数の小径部分２６Ｂを有し、これらの複数の小径部分２６Ｂにより、第一電極２１と第二電極２５とが筒管１５の管壁１５Ａを介して対向されてなる箇所を有する密着領域が形成されてなるものであってもよい。
この図３および図４に係るエキシマランプは、第二電極２５が複数の小径部分２６Ｂを有し、この複数の小径部分２６Ｂによって密着領域が形成されてなるものであること以外は、図１に係るエキシマランプ１０と同様の構成を有するものである。
このように複数の小径部分２６Ｂによって密着領域が形成されてなる構成の第二電極２５を有するエキシマランプにおいては、第二電極２５において小径部分２６Ｂに位置決め・保持作用が得られることから、小径部分２６Ｂが多くなるほど第二電極２５を発光管１１内の発光空間Ｓにおける所期の配置位置に所期の状態で確実に保持することができるため、第一電極２１と第二電極２５との間の放電距離の均一性を高めることができる。

また、第二電極は、密着領域以外の領域の少なくとも一部において、前記発光管の内表面に接触しているものであってもよい。
具体的には、密着領域以外の領域全域が発光管の内表面に接触していてもよく、また、図５に示すように、一箇所あるいは数箇所（図５においては二箇所）において発光管１１の内表面に接触していてもよい。
ここに、「発光管の内表面」とは、発光管の管壁の内表面、あるいは、図５に示すように発光管１１の管壁の内表面に蛍光体層３１が設けられている場合には、蛍光体層３１が設けられている領域の蛍光体層３１の表面を示す。
この図５に係るエキシマランプは、第二電極２５が、大径部分２６Ａにおいて形成される領域の一部２７が発光管１１の内表面に接触しているものであること以外は、図１に係るエキシマランプ１０と同様の構成を有するものである。
このように密着領域以外の領域の少なくとも一部が発光管の内表面に接触している構成の第二電極を有するエキシマランプにおいては、第二電極において発光管の内表面に接触している部分に位置決め・保持作用が得られることから、第二電極を発光管内の発光空間における所期の配置位置に所期の状態で保持することができる。また、特に第二電極における密着領域以外の領域全域が発光管の内表面に接触している場合には、第一電極と第二電極とが大きく離間した状態となってエキシマ放電空間の厚みが大きくなることから、大きな放射強度を得ることができる。

更に、第二電極２５は、図６に示すように、長さ方向の全域にわたって筒管１５の管壁の外表面に密着するように配設されており、その長さ方向の全域に第一電極２１と第二電極２５とが筒管１５の管壁１５Ａを介して対向されてなる対向箇所を有する密着領域が形成されてなるものであってもよい。
この図６に係るエキシマランプは、第二電極２５の長さ方向の全域に密着領域が形成されてなるものであること以外は、図１に係るエキシマランプ１０と同様の構成を有するものである。
ここに、このような構成の第二電極を有するエキシマランプにおいては、筒管１５の外表面に沿って生じる放電を利用することによって光を得ることができる。
このように長さ方向の全域によって密着領域が形成されてなる構成の第二電極を有するエキシマランプにおいては、第一電極２１と第二電極２５との間の全域にわたって大きな絶縁空間が存在することがないため、極めて高い始動性が得られ、また、第二電極２５を発光管１１内の発光空間Ｓにおける所期の配置位置に所期の状態で確実に保持することができることから、第一電極２１と第二電極２５との間の放電距離の均一性を高めることができる。

また、筒管の内部に配設される第一電極は、筒管上におけるコンデンサ容量を大きくすると共に、電極材料と筒管材料との熱膨張率差に起因して筒管に破損が生じることを抑制する観点からはコイル状であることが好ましいが、筒管内の気密空間に、筒管の管軸に沿って伸び、第二電極と、当該第二電極における密着領域の少なくとも一箇所で筒管の管壁を介して対向するように配設することができれば種々の形状のものを用いることができる。
ここに、コイル状の電極の具体例としては、図１に係る金属素線がコイル状に巻回されて形成されてなる構成の線体コイル状電極の他、例えば金属帯板状体がコイル状に巻回されて形成されてなる構成の帯体コイル状電極が挙げられる。
また、筒管内に配設されるコイル状以外の形状を有する電極の具体例としては、例えば金属箔が筒管の管壁の内表面を覆うように設けられてなる構成の帯状電極、蒸着膜が筒管の管壁の内表面を覆うように設けられてなる構成の膜状電極、筒管の内径に適合した外径を有する金属棒が筒管内に挿入されてなる構成の棒状電極などが挙げられる。

また、給電機構は、エキシマランプに対して誘導結合あるいは容量結合によって電力を供給する構成のものであってもよい。
ここに、給電機構が誘導結合によって電力を供給する構成のものである場合には、通電部材を外部に露出された状態とならないように配設することができるため、安全性において利点を有する。また、給電機構が容量結合によって電力を供給する構成のものである場合には、誘導結合によって電力を供給する構成の給電機構に比してエキシマランプに高い発光効率が得られる。

以下、本発明の作用効果を確認するために行った実験例について説明する。

〔実験例１〕
先ず、図１の構成を有するエキシマランプ（以下、「エキシマランプ（１）」ともいう。）を作製した。
作製したエキシマランプ（１）において、発光管１１は、外径１８ｍｍ、内径１６ｍｍおよび全長２００ｍｍであり、また、筒管１５は、外径４ｍｍ、内径２ｍｍおよび全長１７０ｍｍであり、導電箔１６Ａ，１６Ｂは、モリブデン箔である。
また、第一電極２１を構成するコイル状電極は、素線径０．３６ｍｍのタングステン素線よりなり、外径（コイル外径）２ｍｍ、コイルピッチ４．７ｍｍおよび全長１５０ｍｍである。
また、第二電極２５を構成する小径部分含有コイル状電極は、素線径０．３６ｍｍのタングステン素線よりなり、内径（コイル内径）１４ｍｍ、コイルピッチ１０ｍｍおよび全長（大径部分の全長）１７０ｍｍの大径部分２６Ａと、内径（コイル内径）４ｍｍ、コイルピッチ０．５ｍｍおよび全長（小径部分の全長）５ｍｍの小径部分２６Ｂとを有するものである。
また、発光管１１の発光空間Ｓには放電媒質としてキセノンガスおよびネオンガスが４０ｋＰａの圧力で封入され、筒管１５の気密空間には窒素ガスが５０ｋＰａの圧力で封入され、第一電極２１と第二電極２５との間には、矩形波、定格周波数６５ｋＨｚ、定格電圧３．５ｋＶ_p-p の条件で交流電力が供給される。

次いで、エキシマランプ（１）において、小径部分含有コイル状電極よりなる第二電極２５に代えて、密着領域を有さないコイル状電極を用いたこと以外は下記の仕様を有するエキシマランプ１０と同様の構成を有するエキシマランプ（以下、「比較用エキシマランプ（１）」ともいう。）を作製した。

作製したエキシマランプ（１）および比較用エキシマランプ（１）について、始動電圧を確認したところ、エキシマランプ（１）の始動電圧は１２００Ｖであり、比較用エキシマランプ（１）の始動電圧は１６００Ｖであった。

１０ エキシマランプ
１１ 発光管
１１Ａ，１１Ｂ 封止部
１５ 筒管
１５Ａ 管壁
１６Ａ，１６Ｂ 導電箔
１７Ａ，１７Ｂ 内部リード棒
１８Ａ，１８Ｂ 外部リード棒
２１ 第一電極
２５ 第二電極
２６Ａ 大径部分
２６Ｂ 小径部分
２７ 大径部分において形成される領域の一部
３１ 蛍光体層
Ｓ 発光空間

Claims (3)

1. 発光用ガスが充填された発光管の内部に第一電極および第二電極が収容されてなるエキシマランプにおいて、
   前記発光管の内部に当該発光管の管軸方向に伸びるように配置された誘電体材料からなる筒管を備えており、
   前記第一電極は、前記筒管の内部に当該筒管の管軸方向に伸びるように配置され、
   前記第二電極は、前記筒管の管軸に沿って伸びるように配置されており、
   前記第二電極の少なくとも一部が筒管の外表面に密着しており、この密着領域において、前記第一電極が前記筒管の内表面に接した状態で設けられており、筒管の管壁を介して前記第一電極と当該第二電極とが少なくとも一箇所において対向していることを特徴とするエキシマランプ。
2. 前記第二電極は、前記密着領域以外の領域において前記筒管の外表面と離間しており、この密着領域以外の領域において当該第二電極と当該筒管の外表面との間に介在される空間によってエキシマ放電空間が形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。
3. 前記第二電極は、前記密着領域以外の領域の少なくとも一部において、前記発光管の内表面に接触していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエキシマランプ。