JP6186677B2 - 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、発光管の内部に配置された内部電極と、当該発光管の外表面に配置された外部電極とを備えてなるエキシマランプに関する。

最近、エキシマランプとしては、簡便な構造を有すると共に小型のものが求められている。
ここに、エキシマランプを小型化するためには、ランプを長手方向において短尺化する必要がある。

簡便な構造を有するエキシマランプの或る種のものとしては、図４に示すように、内部に発光ガスが充填された長尺な発光管４１と、発光管４１の外表面に配置された外部電極５４と、発光管４１の内部に配置された内部電極５１とを備えてなるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このエキシマランプ４０において、発光管４１は、管状の発光部４２および当該発光部４２の両端に連設された封止部４３，４３を有しており、発光部４２の外表面には排気管残部（チップ管）４４が形成されている。封止部４３，４３の各々には、内部電極５１の端部が伸びており、また、外部リード５７が、内部電極５１に金属箔５６を介して接続されると共に封止部４３の外端面から管軸方向外方に突出して伸びるように設けられている。また、外部電極５４は、筒状の形態を有する網状の電極形成部材よりなるものであり、発光部４２における直管状の発光空間包囲部分４２Ａの外周面の全域に密着した状態で配置されている。
このようなエキシマランプ４０においては、外部電極５４は、１つの網目の間隙に排気管残部４４が貫通されることによって位置決めされている。また、例えば凹状反射面を有するランプ支持体を備えた装置において、当該ランプ支持体によって支持される場合においては、当該凹状反射面により、直接または導電体を介して外部電極５４が発光管４１の外表面に押し当てられた状態とされることによっても位置決めがなされる。

このような簡便な構造のエキシマランプを小型化することを検討したところ、以下のような問題が生じることが明らかとなった。
発光管が石英ガラスで構成されており、また当該発光管に外部電極を押し当てる、例えば凹状反射面または導電体などの部材（以下、「押し当て部材」ともいう。）が金属で構成されていることから、エキシマランプの点灯時においては、発光管および押し当て部材は共に加熱されて熱膨張することとなる。しかしながら、発光管を構成する石英ガラスと、押し当て部材を構成する金属とが熱膨張係数が異なるものであるため、この熱膨張係数の違いに起因して、エキシマランプが点灯と消灯を繰り返すことに伴って加熱と冷却が繰り返されることにより、外部電極を構成する電極形成部材に発光管の長手方向（管軸方向）に対する位置ずれが生じることがある。
このような外部電極を構成する電極形成部材の位置ずれは、エキシマランプが極めて長尺なものである場合には軽微な問題である。しかしながら、短尺化が図られたエキシマランプは、長尺なエキシマランプに比して有効照射領域が小さいため、電極形成部材に位置ずれが生じることによって放電領域が小さくなって有効照射領域が小さくなることは大きな問題となる。

而して、外部電極を構成する電極形成部材の位置ずれの発生を防止するために、電極形成部材の端部を発光管に固定することを検討したが、封止部に固定する場合および発光部に固定する場合のいずれの場合においても弊害が生じる、という問題がある。
具体的には、電極形成部材の端部を封止部に固定する場合には、封止部において、電極形成部材と外部リードとが接近した状態となるため、電極形成部材と外部リードとが短絡、すなわち外部電極と外部リードとが短絡するおそれがある、という問題がある。
一方、電極形成部材の端部を発光管における発光部に固定する場合には、例えば発光管の発光空間包囲部分の外表面に位置する電極形成部材の両端部に、金属素線を巻付けることなどによって固定がなされる。そのため、金属素線が巻付けられた電極形成部材の端部領域においては、放電を生じさせることはできるものの、放電によって生じた光が遮光されてしまうため、有効照射領域が小さくなってしまう、という問題がある。

特開２００１−８４９６６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、管状の発光管の内部に配置された内部電極と、当該発光管の外表面に配置された外部電極とを備えてなる簡便な構成を有し、外部電極が発光管に固定された状態であっても、外部電極と外部リードとが短絡することがなく、有効照射領域が小さくなることが抑制されたエキシマランプを提供することにある。
本発明の他の目的は、簡便な構造を有する小型の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、石英ガラスからなり、内部に発光ガスが充填され、管状の発光部および当該発光部の両端に連設された一対の封止部を有する発光管と、当該発光管の外表面に管軸方向に伸びるように配設された外部電極と、当該発光管の内部に管軸方向に伸びるように配設された内部電極とを備えたエキシマランプにおいて、
前記一対の封止部の一方の封止部には、当該一方の封止部内に前記内部電極の一方の端部が伸びており、当該前記内部電極に電気的に接続されると共に当該一方の封止部の外端部から管軸方向外方に突出して伸びる外部リードが設けられており、前記一対の封止部の他方の封止部には、外部リードが設けられておらず、
前記外部電極は、前記他方の封止部の外端部に、一部分が係合されることによって前記発光管の外表面に密着した状態に固定された電極形成部材よりなり、
前記他方の封止部は、ピンチシール部であり、
前記発光部に排気管残部が形成されていないことを特徴とする。

本発明のエキシマランプによれば、外部電極を構成する外部電極形成部材が、外部リードが設けられていない他方の封止部の外端部に係合されることによって発光管の外表面に密着した状態で固定されていることから、いかなる使用条件においても、外部電極形成部材に発光管の長手方向（管軸方向）に対する位置ずれが生じることがなく、外部電極が発光管に固定された状態とされており、よって放電領域が小さくなることがない。しかも、外部電極形成部材が発光管に固定されることに起因して、外部電極と外部リードとが短絡することを防止することができると共に、有効照射領域が小さくなることを抑制することができる。
このように、本発明のエキシマランプにおいては、外部電極形成部材に発光管の長手方向（管軸方向）に対する位置ずれが生じることに起因して放電領域が小さくなることを防止することができるため、管状の発光管の内部に配置された内部電極と、当該発光管の外表面に配置された外部電極とを備えてなる簡便な構成において、点灯と消灯を繰り返すことに起因して放電領域が減少し、それに伴って有効照射領域が減少するという弊害を伴わずにランプを長手方向において短尺化し、小型化を図ることができる。

本発明のエキシマランプの構成の一例の概略を示す説明用斜視図である。 図１のエキシマランプにおける、図１の上下方向の断面を示す説明用断面図である。 図２のエキシマランプにおける、図２の紙面に垂直な方向の断面を示す説明用断面図である。 従来のエキシマランプの構成の一例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。
図１は、本発明のエキシマランプの構成の一例の概略を示す説明用斜視図であり、図２は、図１のエキシマランプにおける、図１の上下方向の断面を示す説明用断面図であり、図３は、図２のエキシマランプにおける、図２の紙面に垂直な方向の断面を示す説明用断面図である。
このエキシマランプ１０は、石英ガラスよりなり、円管状の発光部１２と、当該発光部１２の両端の各々に連設された一対の封止部１３，１６を有する発光管１１を備えてなる棒状のものである。この発光部１２は、直管状の発光空間包囲部分１２Ａと、この発光空間包囲部分１２Ａの両端の各々に連続する縮径部分１２Ｂ，１２Ｃとを有しており、この縮径部分１２Ｂ，１２Ｃには封止部１３，１６が連続している。また、発光空間包囲部分１２Ａの外表面には、排気管残部（チップ管）１９が形成されている。
発光管１１の内部には、発光ガスが充填されていると共に、内部電極２０が管軸方向に伸びるように配置されている。また、発光管１１の外表面には、管軸方向に伸びるように外部電極３０が配置されている。
そして、発光管１１において、一対の封止部は、各々、ピンチシール法によって形成された扁平状の形状を有するものである。一方（図１〜図３における左方）の封止部（以下、「第１封止部」ともいう。）１３には、当該第１封止部１３の外端部における外端面１４Ａから外方に突出して伸びる、例えばモリブデンからなる外部リード２９が設けられている。また、他方（図１〜図３における右方）の封止部（以下、「第２封止部」ともいう。）１６には、外部リードが設けられていない。
この図の例において、第１封止部１３は、例えばモリブデンからなる金属箔２８が気密に埋設されてなる箔シール構造を有している。

発光管１１において、外部リードが設けられていない第２封止部１６の外端部の幅Ｗ２は、発光部１２の発光空間包囲部分１２Ａの外径よりも大きいことが好ましい。
この図の例において、第１封止部１３は、第２封止部１６と同様に、外端部の幅Ｗ１が発光空間包囲部分１２Ａの外径よりも大きいものとされている。

内部電極２０は、例えばタングステンなどの耐熱性を有する金属よりなり、素線がコイル状に巻回されてなるコイル状部分２１と、当該コイル状部分２１の両端に設けられた直線状部分２２Ａ，２２Ｂとを有するコイル状の電極（以下、「コイル状電極」ともいう。）からなるものである。
この内部電極２０は、発光管１１の内部において、発光管１１の中心軸（管軸）上に位置するように配置されている。すなわち、内部電極２０は、当該内部電極２０を構成するコイル状電極の中心軸が発光管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。

また、内部電極２０は、一方の直線状部分２２Ａの一端（図１〜図３における左方）が第１封止部１３内に伸びていると共に、他方の直線状部分２２Ｂの他端（図１および図２における右端）が第２封止部１６内に伸びており、これにより、コイル状部分２１が発光管１１の内部空間に位置された状態で支持されている。
そして、第１封止部１３内に伸びる直線状部分２２Ａの一端は、当該第１封止部１３内に埋設された金属箔２８に接続されている。また金属箔２８には、その一端（図１〜図３における左端）に外部リード２９が接続されている。このようにして、内部電極２０は、金属箔２８を介して外部リード２９と電気的に接続されている。

外部電極３０は、例えば導電体材料よりなり、筒状の形態を有する網状の外部電極形成部材（以下、「メッシュ状電極部材」ともいう。）からなるものである。
この外部電極３０を構成するメッシュ状電極部材は、発光管１１の外表面に密接した状態で発光空間包囲部分１２Ａ、縮径部分１２Ｃおよび第２封止部１６の外周面の全域にわたって管軸方向に伸びるように配設されている。また、メッシュ状電極部材は、当該メッシュ状電極部材と外部リード２９との短絡、すなわち外部電極３０と外部リード２９との短絡を防止する観点から、外部リード２９が設けられている第１封止部１３の外表面には配設されていない。
このように、メッシュ状電極部材は、他端部分３２が第２封止部１６の外表面に位置されており、また、一端部分３１が発光部１２の発光空間包囲部分１２Ａに位置されている。
この図の例において、メッシュ状電極部材は、一端部分３１に係る一端（図１〜図３における左端）が発光部１２の発光空間包囲部分１２Ａの第１封止部１３側の端部に位置されており、他端部分３２に係る他端（図１〜図３における右端）が第２封止部１６の外端面１７Ａに位置されている。また、このメッシュ状電極部材によって構成される外部電極３０は接地されている。

また、エキシマランプ１０においては、メッシュ状電極部材は、発光管１１の管壁および発光管１１の内部空間を介して内部電極２０のコイル状部分２１と対向する部分（以下、「対向部分」ともいう。）において、コイル状部分２１との間にエキシマ放電が生じるものである。

そして、メッシュ状電極部材の他端部分３２は、第２封止部１６の外端部に係合されることによって発光管１１に固定されている。
具体的には、メッシュ状電極部材の他端部分３２が、第２封止部１６の外端面１７Ａに係る稜１８に係合されることにより、当該メッシュ状電極部材が、他端部分３２において発光管１１に固定されている。
ここに、「封止部の外端面に係る稜」とは、封止部の外端面と、当該外端面に連続する封止部の周面とにより形成される稜である。
この図の例において、第２封止部１６の外端面１７Ａに係る稜１８は、第２封止部１６の外端面１７Ａと、当該外端面１７Ａに連続する側面１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅによって構成される第２封止部１６の周面とにより形成されている。また、稜１８においては、当該稜１８の全域にわたってメッシュ状電極部材が係合された状態とされている。

また、メッシュ状電極部材は、当該メッシュ状電極部材を発光管１１に確実に固定するために、他端部分３２以外の部分が発光部１２に固定されていることが好ましい。
メッシュ状電極部材を発光部１２に固定するための手法としては、例えばメッシュ状電極部材を構成する導電体材料と同一の材質などの導電体材料素線（以下、「電極固定用素線」ともいう。）を当該メッシュ状電極部材に接続し、その電極固定用素線を、発光空間包囲部分１２Ａの外表面に直接的に、あるいはメッシュ状電極部材を介して巻付ける方法が挙げられる。
この電極固定用素線は、メッシュ状電極部材と電気的に接続されており、外部電極形成部材の構成部材とされるものである。
ここに、電極固定用素線は、メッシュ状電極部材と別個のものであってもよく、またはメッシュ状電極部材の構成素線に連続するもの、すなわちメッシュ状電極部材と一体のものであってもよい。

電極固定用素線が巻付けられることによって形成される巻付け部３５は、図１〜図３に示されているように、メッシュ状電極部材の一端部分３１に位置されることが好ましい。また、巻付け部３５は、発光部１２の外表面においては、発光空間包囲部分１２Ａの第１封止部１３側の端部に位置されることが好ましい。
巻付け部３５が、メッシュ状電極部材の一端部分３１に位置されて、発光空間包囲部分１２Ａの第１封止部１３側の端部に位置されることにより、放電領域Ｄにおいて、巻付け部３５が第１封止部１３側の端部に位置されることとなる。そのため、発光管１１内でエキシマ放電によって生じた光が巻付け部３５によって遮光されることに起因して有効照射領域Ｉが若干小さくなるものの、光照射面において照度ムラが生じる、という問題が生じることがない。
この図の例においては、放電領域Ｄは、外部電極３０を構成する巻付け部３５およびメッシュ状電極部材の対向部分と、内部電極２０を構成するコイル状電極のコイル状部分２１とが対向している領域によって形成されている。

発光管１１の内部に封入される発光ガスとしては、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）などのエキシマ放電によってエキシマ分子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、全長が１７０ｍｍであり、また発光管１１における発光部１２は、発光空間包囲部分１２Ａの外径が１６ｍｍおよび発光空間包囲部分１２Ａの内径が１４ｍｍである。
発光管１１における第１封止部１３は、管軸方向の長さが１５ｍｍであり、外端部の幅Ｗ１が１７ｍｍである。
発光管１１における第２封止部１６は、管軸方向の長さが１５ｍｍであり、外端部の幅Ｗ２が１７ｍｍである。
また、内部電極２０を構成するコイル状電極は、素線径が０．３ｍｍ、コイル状部分２１の外径（コイル外径）が１．４ｍｍ、コイルピッチが１．８ｍｍおよびコイル状部分２１の長さが１１５ｍｍである。
そして、放電領域Ｄは、発光管１１の管軸方向の長さが１１５ｍｍとされ、有効照射領域Ｉは、発光管１１の管軸方向の長さが１１３ｍｍとされる。
また、発光管１１の内部空間には放電媒質としてキセノンガスが２０ｋＰａの圧力で封入され、また内部電極２０と外部電極３０との間には、動作周波数７０ｋＨｚ、出力電圧３．５ｋＶの条件で交流電力が供給される。

このエキシマランプ１０においては、内部電極２０に対して、外部リード２９および金属箔２８を介して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、この内部電極２０と、接地されている外部電極３０との電位差が周期的に生じることによって発光管１１の内部空間においてエキシマ放電が生じる。そして、エキシマ放電によってエキシマ分子が形成され、そのエキシマ分子から放出される光が発光管１１を透過し、外部電極３０を構成するメッシュ状電極部材の網目の間隙を介して放射される。

而して、エキシマランプ１０においては、外部電極３０を構成するメッシュ状電極部材が、一端部分３１および他端部分３２において発光管１１に固定されていることから、例えばメッシュ状電極部材が発光管１１を構成する石英ガラスと異なる熱膨張係数の材質の部材によって発光管１１の外表面に押し当てられた状態とされる使用条件で用いた場合であっても、メッシュ状電極部材に発光管１１の長手方向（管軸方向）に対する位置ずれが生じることがなく、外部電極３０が発光管１１に固定された状態とされる。従って、いかなる使用条件においても、放電領域Ｄが小さくなることがない。
しかも、メッシュ状電極部材は、他端部分３２が、外部リードが設けられていない第２封止部１６の外端部に係合されることによって発光管１１に固定され、また一端部分３１が、発光空間包囲部分１２Ａの第１封止部１３側の端部に巻付け部３５が形成されることによって固定されていることから、メッシュ状電極部材と第１封止部１３に設けられている外部リード２９とが短絡することがない。また、放電領域Ｄにおいて、エキシマ放電によって生じた光が、第１封止部１３側の端部では巻付け部３５によって遮光されてしまうものの、第２封止部１６側の端部では遮光されることがないため、図４に示されているような発光管の発光空間包囲部分の外表面に位置するメッシュ状電極部材の両端部に、巻付け部が形成されて固定がなされ、放電領域の両端部で遮光が生じる場合に比して、有効照射領域Ｉが大きなものとなる。すなわち、外部電極３０を構成するメッシュ状電極部材が発光管１１に固定されることに起因して有効照射領域Ｉが小さくなることを抑制することができる。
このように、エキシマランプ１０においては、外部電極３０と外部リード２９との短絡を防止すると共に有効照射領域Ｉが小さくなることを抑制しつつ、外部電極３０を発光管１１に固定された状態とし、外部電極３０を構成するメッシュ状電極部材に発光管１１の長手方向（管軸方向）に対する位置ずれが生じることに起因して放電領域Ｄが小さくなることを防止することができる。そのため、管状の発光管１１の内部に配置された内部電極２０と、当該発光管１１の外表面に配置された外部電極３０とを備えてなる簡便な構成において、点灯と消灯を繰り返すことに起因して放電領域Ｄが減少し、それに伴って有効照射領域Ｉが減少するという弊害を伴わずにランプを長手方向において短尺化し、小型化を図ることができる。
従って、本発明によれば、簡便な構造を有する小型のエキシマランプを得ることができる。

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、発光管は、図１〜図３に示したように一対の封止部の両方がピンチシール法によって形成されてなる構成のものの他、下記の（１）〜（３）のいずれの構成を有するものであってもよい。
下記の（１）〜（３）の構成のエキシマランプにおいては、一方の封止部および他方の封止部の少なくとも一方がシュリンクシール法によって形成されてなるものであることから、発光空間包囲部分の外表面に排気管残部を形成することなく封止部を形成することができるため、当該発光空間包囲部分の外表面に配置される外部電極と、発光管の内部に配置される内部電極との間の離間距離（放電距離）を発光管の管軸方向において均一にすることができる。よって、得られるエキシマランプにおいては、発光管の管軸方向において均一な照度分布を得ることができる。

（１）一対の封止部のうちの外部リードが設けられる封止部がピンチシール法によって形成され、外部リードが設けられない封止部がシュリンクシール法によって形成されてなる構成
（２）一対の封止部のうちの外部リードが設けられる封止部がシュリンクシール法によって形成され、外部リードが設けられない封止部がピンチシール法によって形成されてなる構成
（３）一対の封止部の両方がシュリンクシール法によって形成されてなる構成

ここに、発光管において、一対の封止部として、ピンチシール法によって形成された封止部と、シュリンクシール法によって形成された封止部とを有する構成のエキシマランプは、ピンチシール法によって扁平状の封止部を形成した後、シュリンクシール法によって円柱状の封止部を形成する封止部形成工程を経ることによって製造することができる。
このような封止部形成工程を経る製造方法によれば、発光管形成材料の端部を排気管として利用することができるため、発光管における両方の封止部をシュリンクシール法によって形成する場合と同様に、発光管に排気管残部（チップ管）を形成することなく、エキシマランプを得ることができる。
ここに、封止部形成工程においては、例えば、先ず、発光管形成用材料（以下、「石英ガラス管」ともいう。）と共に、内部電極とされる電極材料および外部リードを備えてなる電極組立体を用意する。そして、石英ガラス管内における所望の位置に電極組立体を配置し、当該石英ガラス管の一方の端部を溶融状態にして圧潰することにより、ピンチシール法によって扁平状の封止部を形成する。
次いで、一方の端部に扁平状の封止部が形成された石英ガラス管の内部に他方の端部を介して発光ガスを充填する。そして、発光ガスが充填された状態において、石英ガラス管の他方の端部の外周をバーナーなどで加熱し、当該他方の端部を構成する石英ガラスを軟化状態にして縮径させることにより、シュリンクシール法によって円柱状の封止部を形成する。

また、内部電極は、一方の端部が一対の封止部の一方の封止部内に伸び、発光管の内部に管軸方向に伸びるように配設することのできるものであればよく、図１〜図３に示したコイル状の電極の他、例えば棒状の電極などの種々の形状のものを用いることができる。
また、外部リードが設けられる封止部は、図１〜図３に示したように箔シール構造を有するものであってもよく、あるいは発光管を内部電極および外部リードに直接溶着することにより当該発光管の気密封止を達成するロッドシール構造を有するものであってもよい。

１０ エキシマランプ
１１ 発光管
１２ 発光部
１２Ａ 発光空間包囲部分
１２Ｂ，１２Ｃ 縮径部分
１３ 封止部（第１封止部）
１４Ａ 外端面
１６ 封止部（第２封止部）
１７Ａ 外端面
１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ 側面
１８ 稜
１９ 排気管残部
２０ 内部電極
２１ コイル状部分
２２Ａ，２２Ｂ 直線状部分
２８ 金属箔
２９ 外部リード
３０ 外部電極
３１ 一端部分
３２ 他端部分
３５ 巻付け部
４０ エキシマランプ
４１ 発光管
４２ 発光部
４２Ａ 発光空間包囲部分
４３ 封止部
４４ 排気管残部
５１ 内部電極
５４ 外部電極
５６ 金属箔
５７ 外部リード

Claims (2)

1. 石英ガラスからなり、内部に発光ガスが充填され、管状の発光部および当該発光部の両端に連設された一対の封止部を有する発光管と、当該発光管の外表面に管軸方向に伸びるように配設された外部電極と、当該発光管の内部に管軸方向に伸びるように配設された内部電極とを備えたエキシマランプにおいて、
   前記一対の封止部の一方の封止部には、当該一方の封止部内に前記内部電極の一方の端部が伸びており、当該前記内部電極に電気的に接続されると共に当該一方の封止部の外端部から管軸方向外方に突出して伸びる外部リードが設けられており、前記一対の封止部の他方の封止部には、外部リードが設けられておらず、
   前記外部電極は、前記他方の封止部の外端部に、一部分が係合されることによって前記発光管の外表面に密着した状態に固定された電極形成部材よりなり、
   前記他方の封止部は、ピンチシール部であり、
   前記発光部に排気管残部が形成されていないことを特徴とするエキシマランプ。
2. 前記一方の封止部は、シュリンクシール部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。