JP6831202B2

JP6831202B2 - 放電ランプ

Info

Publication number: JP6831202B2
Application number: JP2016190908A
Authority: JP
Inventors: 小林　剛; 剛小林; 芹澤　和泉; 和泉芹澤
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2021-02-17
Anticipated expiration: 2036-09-29
Also published as: JP2018055966A

Description

本発明は、誘電体バリア放電、あるいは容量結合型高周波放電によって放電発光するエキシマランプ、外部電極型蛍光ランプなどの無電極型放電ランプに関し、特に、被照射物が配設された容器の開口部で支持された状態で点灯させる放電ランプに関する。

エキシマランプの放電容器を構成する内管と外管の管体に、紫外線を阻止する遮光部を設けることで、ファイバー効果による結合部への紫外線の集中を抑制して、結合部におけるマイクロクラックの発生を防止するエキシマランプがある（特許文献１参照）。

また、内側管に内径が拡径されている拡径部（遮光部）を設けて、この拡径部が外側管の端部に接合させて放電空間を形成して、内側管から延びる延長管部の外表面上に配置された有機物材料（継手のＯリング）への真空紫外線の照射を防止（遮光）できる誘電体バリア放電ランプ装置がある（特許文献２参照）。

このように放電容器の一部に遮光部を設けると、放電容器内の放電によって発生する高エネルギーの紫外線により遮光部が劣化（脆化）するので、遮光部を起点として放電容器が破損するおそれがあり、放電ランプの信頼性を高めることができないという問題があった。

特開２００２−３５２７７４号公報特開２００１−２８３７８４号公報

上記問題点に鑑みて、この発明が解決しようとする課題は、遮光部を起点とした放電容器の破損を防ぎ、信頼性が高い放電ランプを提供することである。

放電用ガスが封入された放電部と、放電部に連設され、支持部材により支持される非放電部とを有し、非放電部には、放電部から支持部材により支持される部分までの間の少なくとも一部に遮光部を設けたことにより、ファイバー効果により伝わった紫外線が支持部材に照射されたり、開口部から密閉容器の外部へ紫外線が放出したりすることを防ぐ放電ランプを提供することができる。

更に、放電部は、内側管と外側管とが少なくとも一端で溶着して形成され、非放電部は、内側管または外側管により形成した延伸部であることにより、別部材を封止部に溶着させることなく遮光部を設けた放電ランプを提供することができる。

放電部は、内側管と外側管とが少なくとも一端で溶着して形成され、非放電部は、内側管および外側管とは別部材を溶着して形成した延伸部であることにより、開口部の内径や断面形状に応じて延伸部の外径や断面形状を選択できるので、設計の自由度を増すことができる。

遮光部は、非放電部で支持される側に向けて延伸部の内径または外径を拡径した拡径部であることにより、延伸部をファイバー効果で伝わる紫外線を減衰させる（管壁外部へ放出させる）遮光部としての機能を有する放電ランプを提供することができる。

遮光部は、内側管の内周面側に配設した内側電極と電気的に接続され、延伸部の内周面と溶着した給電線であることにより、内側管延伸部をファイバー効果で伝わる紫外線の一部は、引出線により遮られて（吸収や散乱などにより）減衰させる遮光部としての機能を有する放電ランプを提供することができる。

延伸部において密閉シールされることにより、ファイバー効果により伝わった紫外線が支持部材に照射されたり、紫外線が密閉容器の開口部から外部へ放出したりすることを防ぐことができ、遮光部を起点とした放電容器が破損することを防ぐことができる。

更に、放電部の外側管は、径方向の肉厚が０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ、内径が５ｍｍ〜２０ｍｍであることにより、ファイバー効果により伝わる紫外線が、延伸部の形状による影響を受けやすく、遮光（吸収や散乱など）の効果が大きい。

本発明によれば、遮光部を起点とした放電容器の破損を防ぐことができるので、信頼性が高い放電ランプを提供することができる。

第１の実施形態である放電ランプを用いた照射装置の概略的断面図である。第２の実施形態である放電ランプを用いた照射装置の概略的断面図である。

（実施形態１）
図１は、第１の実施形態である放電ランプを用いた照射装置の概略的断面図である。

図１に記載の照射装置は、放電ランプ１により紫外線を照射される被照射体Ｍを内部に配設した密閉容器５０により構成される。

エキシマランプである放電ランプ１は、放電空間Ｓに封入した放電用ガスを放電させることで紫外線を放射する放電部Ｌ１と、密閉容器５０の開口部５１において支持部材（密閉シール部材）５２により密閉シール（支持）される非放電部Ｌ２とからなる。

放電部Ｌ１は、それぞれ石英ガラスなどの誘電材料から成る有底筒状の内側管１１と外側管１２とを封止部３１にて溶着することで形成される。非放電部Ｌ２は、封止部３１よりも開口部５１側に延伸させた内側管延伸部２１により形成される。

上記の放電部Ｌ１に対して、内側管１１の内部に配設した内側電極４１と、外側管１２の外周面上に配設した外側電極４２と、内側電極４１と電気的に接続された引出線４３と給電線４４と、外側電極４２と電気的に接続された外側給電線（図示せず）とを設けて、交流高電圧電源（図示せず）に電気的に接続して、放電ランプ１に電力が供給される。

本実施形態においては、内側管１１の内部に内側電極４１を配設し、外側管１２の外周面上に外側電極４２を配設したが、外側管１２の外周面上に更に被覆管を設けて放電ランプの外部（密閉容器内）との間を絶縁しても良い。また、内側電極４１を配設しないで、外側管１２の外周面上（上記被覆管の内周面との間）に放電空間Ｓを挟んで対向する一対の電極を配設してもよい。このときは、上記被覆管を外側管の外周面と溶着させることで、両電極の間を電気的に絶縁するとよい。

内側電極４１と外側電極４２との間に高周波高電圧が印加されると、誘電体（内側管１１と外側管１２）を介して、内側電極４１と外側電極４２とが対向しているランプ軸方向範囲（有効発光領域）の放電空間Ｓにて放電が生じる。

放電が生じると、所定スペクトルのエキシマ光が放射される。例えば、放電用ガスがＸｅガスでは１７２ｎｍ、Ａｒガスでは１２６ｎｍ、Ｋｒガスでは１４６ｎｍ、ＡｒＢｒガスでは１６５ｎｍ、ＡｒＦガスでは１９３ｎｍ、ＫｒＣｌガスでは２２２ｎｍ、ＸｅＩガスでは２５３ｎｍ、ＸｅＣｌガスでは３０８ｎｍ、ＸｅＢｒガスでは２８３ｎｍ、ＫｒＢｒガスでは２０７ｎｍの波長を含む紫外線が放射される。

放電によって生じた紫外線は、外側管１２を透過して、放電ランプ１の外部（密閉容器内）に放出され、減圧状態とした密閉容器５０内に配設した被照射物Ｍに対して紫外線が照射される。

本実施形態においては、密閉容器５０内を減圧状態としたが、密閉容器５０内は、酸素や希ガスなどの気体を封入してもよいし、液体を封入してもよい。また、固体である被照射物Ｍに対して紫外線を照射したが、気体や液体に対して紫外線照射を行ってもよい。例えば、液体である被照射物を満たした容器内（水槽）は、外部に対して密閉する必要なく（即ち、鉛直方向上側は大気に解放されている）、水槽の側面に設けた開口部に放電ランプを挿入して、この開口部から被照射物が漏出しないように密閉シールしてもよい。

放電によって生じた紫外線の一部は、外側管１２の管壁内（管壁の境界面）での反射を繰り返すことによるファイバー効果（通信回路に用いる光ファイバーと同様の原理による効果）により伝わったり、封止部３１や内側管延伸部２１にも照射されたりするが、内側管延伸部２１の少なくとも一部が遮光部としての機能を有するので、ファイバー効果により伝わった紫外線が支持部材５２に照射されたり、開口部５１から密閉容器５０の外部へ紫外線が放出したりすることを防ぐことができる。

本実施形態で用いた放電ランプ１の外側管１２は、内径が５ｍｍ〜２０ｍｍ、肉厚が０．８ｍｍ〜１．５ｍｍである。このような形状の放電ランプ１を開口部５１で支持するためには、延伸部の外径が小さく（曲率が大きく）なり、内径に対する肉厚の割合が大きくなるで、ファイバー効果により伝わる紫外線が、延伸部の形状による影響を受けやすく、遮光（吸収や散乱など）の効果が大きい。以下で、本実施形態における遮光部について説明をする。

少なくとも封止部３１付近の内側管延伸部２１において、引出線４３の一部が内側管延伸部２１に溶着して一体となるように埋め込まれていることで、内側管延伸部２１をファイバー効果で伝わる紫外線の一部は、引出線４３により遮られて（吸収や散乱などにより）減衰する。即ち、封止部３１から支持部材５２までの間の少なくとも一部で、引出線４３と溶着した内側管延伸部２１の一部が、遮光部としての機能を有する。このような機能を得るためには、引出線４３の外周面が鏡面状態とはならないようにするとよい。

更に、内側管延伸部２１は、封止部３１から支持部材５２までの間で、放電部Ｌ１側から開口部５１側に向かって内径が拡径していることで、内側管延伸部２１をファイバー効果で伝わる紫外線を減衰させる（管壁外部へ放出させる）ことができる。即ち、内側管延伸部２１の拡径部２３が、遮光部としての機能を有する。従来技術のように放電部の一部として内側管の内径を拡径したときに比べて、拡径部（遮光部）の劣化による放電容器（放電部）の破損を防ぐことができる。

拡径部２３は、内側管延伸部２１の内径だけでなく、併せて外径も拡径させても良い。例えば、内側管１１の外径に合わせて封止部３１側の外側管延伸部の外径は小さくして、開口部５１の内径に合わせて支持部材５２側の外側管延伸部の外径を大きくしてもよい。

また、内側管１１とは径方向断面形状が異なる別部材を封止部３１に溶着することで内側管延伸部２１としてもよく、封止部３１と溶着する部分によって、ファイバー効果で伝わる紫外線を減衰させる（管壁外部へ放出させる）こともできる。このように、開口部５１の内径や断面形状に応じて内側管延伸部２１の外径や断面形状を選択できるので、設計の自由度を増すことができる。

また、内側管延伸部２１には、放電部Ｌ１の外側管１２（内側管１１）よりも放電によって生じた紫外線の波長に対する透過率が低い材料を用いるとよい。例えば、紫外線を吸収または散乱する遮光材を分散させた不透明石英ガラスまたはバイコールガラスやオゾンレスガラスなどを用いることで、遮光材としての機能を有することができる。

このように、放電ランプの少なくとも封止部から支持部材により密閉シール（支持）される部分までの間の内側管延伸部に、引出線や拡径部等による遮光部を設けることにより、ファイバー効果により伝わった紫外線が支持部材に照射されたり、紫外線が密閉容器の開口部から外部へ放出したりすることを防ぐことができ、遮光部を起点とした放電容器が破損することを防ぐことができる。

（実施形態２）
図２は、第２の実施形態である放電ランプを用いた照射装置の概略的断面図である。

図２に記載の照射装置は、放電ランプ１０１により紫外線を照射される被照射体Ｍを内部に配設した密閉容器１５０により構成される。以下、実施形態１と共通する内容については省略する。

エキシマランプである放電ランプ１０１は、放電空間Ｓに封入した放電用ガスを放電させて紫外線を放射する放電部Ｌ１と、密閉容器１５０の開口部１５１において支持部材（密閉シール部材）１５２により密閉シール（支持）される非放電部Ｌ２とからなる。

放電部Ｌ１は、それぞれ石英ガラスなどの誘電材料から成る有底筒状の内側管１１１と外側管１１２とを封止部１３１にて溶着することで形成される。非放電部Ｌ２は、封止部１３１よりも開口部１５１側に延伸させた内側管延伸部１２１と外側管延伸部１２２とにより形成される。

本実施形態においては、放電用ガス（Ｘｅガス）から放射される１７２ｎｍの波長を含む紫外線に対して高い透過率を有する石英ガラス管を外側管１１２に用いた。それに対して、外側管延伸部１２２は波長１７２ｎｍに対して低い（１０％以下の）透過率を有する石英ガラス管を用いることで、遮光部としての機能を有する。

上記の放電部Ｌ１に対して、実施形態１と同様に、内側管１１１の内部に配設した内側電極１４１と、外側管１１２の外周面上に配設した外側電極１４２と、引出線１４３、給電線１４４と外側給電線（図示せず）とを設けて、交流高電圧電源（図示せず）に電気的に接続されており、放電ランプ１０１に電力が供給される。

実施形態１と同様に、外側管１１２の外周面上に更に被覆管を設けて放電ランプの外部（密閉容器内）との間を絶縁しても良い。また、内側電極１４１を配設しないで、外側管１１２の外周面上（上記被覆管の内周面との間）に放電空間Ｓを挟んで対向する一対の電極を配設してもよい。

内側電極１４１と外側電極１４２との間に高周波高電圧が印加されると、誘電体（内側管１１１と外側管１１２）を介して、内側電極１４１と外側電極１４２とが対向しているランプ軸方向範囲（有効発光領域）の放電空間Ｓにて放電が生じる。

放電が生じると、所定スペクトルのエキシマ光が放射される。放電によって生じた紫外線は、外側管１１２を透過して、放電ランプ１０１の外部（密閉容器１５０内）に放出され、減圧状態とした密閉容器１５０内に配設した被照射物Ｍに対して紫外線が照射される。

放電によって生じた紫外線の一部は外側管１１２の管壁内部をファイバー効果により伝わったり、封止部１３１や内側管延伸部１２１にも照射されたりするが、内側管延伸部１２１と外側管延伸部１２２の少なくとも一部が遮光部としての機能を有するので、ファイバー効果により伝わった紫外線が支持部材に照射されたり、開口部から密閉容器の外部へ紫外線が放出したりすることを防ぐことができる。以下で、本実施形態における遮光部について説明をする。

外側管延伸部１２２は、封止部１３１から支持部材１５２までの間で、放電部Ｌ１側から開口部１５１側に向かって内径と外径が拡径していることで、外側管延伸部１２２をファイバー効果で伝わる紫外線を減衰させる（管壁外部へ放出させる）ことができる。即ち、外側管延伸部１２２の拡径部１２４が、遮光部としての機能を有する。従来技術のように放電部の一部として内径が拡径することによる遮光部を設けたときに比べて、遮光部（拡径部）の劣化による放電容器（放電部）の破損を防ぐことができる。

また、外側管延伸部１２２の放電部Ｌ１側（封止部１３１と溶着する部分）の肉厚（管の径方向の厚さ）を厚くして、開口部１５１側に向かって薄くした拡径部とすることによって、ファイバー効果で伝わる紫外線を減衰させる（管壁外部へ放出させる）させてもよい。なお、遮光部である拡径部１２４は、封止部１３１と溶着する部分以外でもよく、放電部Ｌ１（封止部１３１）よりも支持部材１５２側に設ければよい。

本実施形態においては、外側管延伸部１２２は、外側管１１２とは別部材を封止部１３１において溶着して延伸させているので、外側管１１２とは断面形状が異なる別部材を封止部１３１に溶着することで外側管延伸部１２２としてもよい。このときは、開口部１５１の断面形状に応じて外側管延伸部１２２の断面形状を選択できるので、設計の自由度を増すことができる。例えば、外径が大きい放電ランプに対しても、開口部の内径を小さくすることができる。

また、放電部Ｌ１よりも長い外側管１１２が封止部１３１を通って開口部１５１側まで延伸しても良いし、延伸した途中で別部材を溶着して延伸させても良い。例えば、段継ガラス管を介して外側管延伸部を金属管等に接続するときには、段継ガラスが紫外線により劣化することを防ぐために、遮光部を設ける。

内側管延伸部１２１は、放電部Ｌ１よりも長い内側管１１１が封止部１３１を通って開口部１５１側まで延伸しているが、内側管１１１とは別部材を溶着して延伸させても良い。

更に、外側管延伸部１２２に対して、実施形態１における遮光部を設ける方法の少なくとも１つの方法により遮光部を形成してもよい。また、内側管延伸部１２１に対しても同様に遮光部（拡径部１２３）を形成してもよい。

このように、放電ランプの少なくとも封止部から支持部材により密閉シール（支持）される部分までの間の外側管延伸部に、拡径部等による遮光部を設けることにより、ファイバー効果により伝わった紫外線が支持部材に照射されたり、紫外線が密閉容器の開口部から外部へ放出したりすることを防ぐことができ、遮光部を起点とした放電容器が破損することを防ぐことができる。

１、１０１放電ランプ
１１、１１１内側管
１２、１１２外側管
２１、１２１内側管延伸部
１２２外側管延伸部
２３、１２３、１２４拡径部
３１、１３１封止部
４１、１４１内側電極
４２、１４２外側電極
４３、１４３引出線
４４、１４４給電線
５０、１５０密閉容器
５１、１５１開口部
５２、１５２支持部材
Ｌ１放電部
Ｌ２非放電部
Ｍ被照射体
Ｓ放電空間

Claims

放電用ガスが封入され、
内側管と外側管とが少なくとも一端の封止部にて溶着することで形成された放電部と、
前記放電部に連設され、前記封止部よりも支持部材により支持される側のランプ軸方向に延伸させた延伸部により形成される非放電部とを有し、
前記非放電部には、
前記延伸部の少なくとも一部であって、前記封止部から前記支持部材により支持される部分までのランプ軸方向範囲の間に、遮光部を設け、
前記遮光部は、
前記延伸部の内径または外径を、前記延伸部で支持される側に向けて拡径した拡径部であることを特徴とする放電ランプ。
前記延伸部は、
前記内側管または前記外側管を、ランプ軸方向の前記封止部よりも前記支持部材により支持される部分側に延伸させて形成したことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
前記延伸部は、
前記内側管および前記外側管とは別部材を前記封止部に溶着して形成したことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
前記延伸部が密閉容器の開口部において前記支持部材により支持された状態で点灯される放電ランプであって、
前記密閉容器の外部に対して、前記支持部材により密閉シールされることを特徴とする請求項２または３に記載の放電ランプ。