JP7132540B2 - エキシマランプ - Google Patents

Description

この発明は、扁平な矩形断面形状を有する放電容器を備えたエキシマランプに関し、特に、放電容器の外面に電極が設けられたエキシマランプに係わるものである。

エキシマランプは、紫外線、特に波長の短い紫外線を放射することができるため、半導体製造工程や液晶製造工程、オゾン発生装置などに利用されている。
特開２０１３－１４９５４６号公報（特許文献１）にはそのようなエキシマランプの例が開示されている。
図７、図８（Ａ）（Ｂ）にかかるエキシマランプ２１が示されており、図において、放電容器２２は、互いに対向して平行に伸びる矩形状の一対の平面部２３、２３と、この平面部２３の長手方向の側縁部に沿って形成された一対の側面部２４、２４を備えて構成されていて、全体が偏平な矩形断面形状をなし、該放電容器２２の平面部２３、２３の外表面上にはそれぞれ外部電極２５、２５が設けられている。また、その端部には、ベタ状電極２６、２６が設けられている。

この放電容器２２は、例えば波長２００ｎｍ以下の紫外線の透過性に優れた材料、例えば、合成石英ガラスなどのシリカガラス、サファイアガラスなどが用いられる。
そして、前記放電容器２２の内部には、使用される光の波長により、発光ガスとして、キセノンガス、クリプトンガスなどの希ガス、または、これらと塩素などのハロゲンガスとの混合ガスが封入される。
放電容器２２の外部電極２５、２５間に高周波電圧が印加されると、放電容器２２の平面部２３及び放電空間Ｓを挟んで放電が生起され、内部の放電ガスが励起されて紫外線が放射される。

この種エキシマランプに封入する放電ガスとしては、例えば、キセノンガスでは１７２ｎｍの紫外線が得られ、また、塩素を封入したエキシマランプは、クリプトンとの組み合わせでは波長２２２ｎｍの紫外線が得られ、キセノンとの組み合わせで波長３０８ｎｍの紫外線が得られる。これらの波長の紫外線を放射する他の紫外線放射ランプと比較すると、エキシマランプは投入電力に対する紫外線の発光効率が高いという利点があり、さまざま用途に用いられている。

そして、この従来技術においては、図７に示すように、外部電極２５、２５の端部にはベタ状電極２６、２６が設けられていて、外部電極２５、２５間の放電を補助するために、放電容器２２の内面に始動補助電極２７、２７が、このベタ状電極２６、２６と重なるように設けられている。
こうすることで、外部電極２５、２５に高周波電圧が供給されると、前記始動補助電極２７、２７により容易に点灯が開始される。そして、外部電極２５、２５間で放電が開始され、前記放電容器２２内全体に放電が生成され、これにより、エキシマ分子が形成されると共にこのエキシマ分子から真空紫外光が放射される。

ところで、この始動補助電極２７は、放電容器２２の内面に、誘電体材料のペーストを塗布し、これを乾燥し焼成したものである。
また、ハロゲンガス入りのエキシマランプの場合、化学的反応性の強いハロゲンガスが前記始動補助電極７の材料と反応し、これに吸収されるという問題がある。このため、短時間でハロゲンガスが消失し、点灯後早い段階で、所望の波長の光が減衰してしまうという現象が生じる。
これを防ぐために、上記従来技術においては、図８（Ｂ）に示すように、前記始動補助電極２７の表面をシリカ膜等の不活性層２８で覆って実用的な寿命時間を確保するようにしているが、前記始動補助電極２７の表面に不活性膜２８を塗布・乾燥するという煩雑な工程が必要になっている。

特開２０１３－１４９５４６号公報

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、一対の平面部と一対の側面部とからなる、偏平な矩形断面形状の放電容器の前記平面部のそれぞれの外表面に一対の外部電極が配置されてなるエキシマランプにおいて、放電容器の内部に始動補助電極を設けることなく、ハロゲンガス入りの放電ガスを封入した場合でも、ハロゲンガスの吸収による消失を起こすことなく、良好な始動性を確保することができるエキシマランプの構造を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明では、前記平面部の少なくとも一端部が圧潰されて前記ピンチシール部が形成されていて、前記外部電極から前記ピンチシール部まで延びる始動補助電極が設けられていることを特徴とする。
また、前記ピンチシール部の内部に、前記放電容器内の放電空間に連通する微小空隙を形成したことを特徴とする。
また、前記放電容器には、ハロゲンガスを含む希ガスが封入されていることを特徴とする。

本発明によれば、放電容器の少なくとも一端部にピンチシール部が形成されていて、該放電容器の外面に設けた外部電極から該ピンチシール部まで伸びる始動補助電極が設けられているので、当該始動補助電極間の離間距離が外部電極間の離間距離よりも小さくなる。そのため、前記始動補助電極もしくは前記外部電極の間に電圧を印加すると、等電位線がピンチシール部に向かうにつれて稠密になり、電界の強度が高くなる。これにより、放電開始時に始動補助電極間で最初に放電が生じやすくなり、これが外部電極間に及んでランプの始動が容易になる。

本発明のエキシマランプの全体平面図（Ａ）、側断面図（Ｂ）、左側面図（Ｃ）、Ｄ－Ｄ断面図（Ｄ）。 図１の要部斜視図。 外部電極（ベタ状電極）にリード線が接続された状態の要部斜視図（Ａ）、部分側面図（Ｂ）。 始動補助外部電極にリード線が接続された状態の要部斜視図（Ａ）、部分側面図（Ｂ）。 本発明のエキシマランプの部分拡大断面図。 本発明の他の実施例の部分拡大断面図。 従来のエキシマランプの斜視図。 図７のＡ－Ａ断面図（Ａ）、Ｂ－Ｂ断面図（Ｂ）。

図１（Ａ）～（Ｄ）には、本発明のエキシマランプ1が示されていて、特に図１（Ｂ）及び図１（Ｄ）で分かるように、エキシマランプ１は、一対の矩形状の平面部３、３と、その長手方向の側縁部に沿った一対の側面部４、４とからなる、偏平な矩形断面形状の放電容器２を有する。この放電容器２の平面部３、３の外表面上には一対の外部電極５、５が設けられている。そして放電容器２の内部の放電空間Ｓには、放電ガスとして希ガスと塩素ガスが封入されている。希ガスは、クリプトン、キセノンなどから選択される。
前記外部電極５、５は、放電容器２の平面部３、３の外表面上に、例えば金などの金属ペーストによる塗布または転写紙を貼り付けることで形成することができる。かかる外部電極５は、少なくとも一方の電極が光透過部を具備するよう、例えば網状に形成されており、光透過部を介して放電空間Ｓで生成された紫外線が放出されることになる。なお、この実施例では、両方の外部電極５、５ともに網状に形成されたものが示されている。
そして、前記外部電極５、５の一端部にはいわゆるベタ状電極６、６が形成されている。

図１（Ｂ）に示されるように、前記放電容器２は、その少なくとも一端部において、ピンチシール部７を有している。このピンチシール部７は、放電容器２の端部を加熱軟化し、これを押圧・圧潰することで成形される。
なお、図１（Ａ）（Ｂ）においては、このピンチシール部７は放電容器２の両端部に形成されたものが図示されているが、どちらか一端部であってもよい。
そして、図２にも示されるように、前記外部電極５の一方の端部のベタ状電極６には始動補助電極８が接続され、この始動補助電極８放電容器２の外表面に沿う形でピンチシール部７まで延びている。
この始動補助電極８は、印刷により形成してもよく、また、ディスペンサで導電ペーストを塗布して形成してもよい。或いは、金属の網線により形成することもできる。
こうすることで、一対の始動補助電極８、８はピンチシール部７を介して対向配置される。
これにより、始動補助電極８、８間の離間距離は、放電容器２の平面部３、３に設けられた外部電極３、３間の離間距離よりも小さくなる。

図３および図４には、外部電極３に給電するリード線１０の接続構造が示されていて、図３には、リード線１０がベタ状電極６にガラスハンダ１１などにより溶接接続されている構造が示されていて、図４には、リード線１０が、ピンチシール部８上で始動補助電極８に溶接接続されている構造が示されている。

図５には本発明のエキシマランプ１の一端部の拡大断面図が示されていて、放電容器２の端部にピンチシール部７を有することで、放電容器２は、一対の平面部３、３がピンチシール部７にかけて徐々に厚さ、即ち、平面部３、３の外表面間の距離Ｌ１が減少していく構造となる。そのため、平面部３、３の内表面間の距離もピンチシール部７にかけて徐々に小さくなり、当該部位における始動補助電極８、８間の離間距離Ｌ２は、平面部３における外部電極５間の離間距離Ｌ１よりも小さくなり、始動補助電極８、８間での放電が生じ易くなる。
つまり、外部電極５、５間に電圧が印加されると、放電容器２内の放電空間Ｓにおける等電位線Ａがピンチシール部７に向かうにつれて稠密になり、電界の強度が高くなる。このため、放電開始時にこの始動補助電極８、８間における放電容器２内で最初に放電が生じ易くなり、ランプの始動が容易になるものである。

図６に他の実施例は示されていて、この実施例では、放電容器２のピンチシール部７の内部に、放電空間Ｓに連通し、所定の領域Ｌにまで延びる微小空隙Ｂを形成したものである。このような空隙Ｂは、ピンチシールに使用するピンチャーの形状、バーナーの加熱条件、ピンチャーの押圧条件などを調整することで形成することができる。
こうすることで、当該微小空隙Ｂ内で最初の放電が一層生じやすくなり、この始動放電を基として外部電極３、３間での放電が形成されて、ランプの始動が更に容易になる。

以下、本発明の効果を実証するために、いくつかの実験例を作成して放電開始電圧を測定した。
実験例の放電容器は扁平な矩形断面形状であり、合成石英製である。この放電容器の両端部を酸水素バーナーで加熱軟化後に、ピンチャーで押圧圧潰して封止した。
放電容器の寸法は、幅３６ｍｍ、全長３５０ｍｍ、厚さ１４．２ｍｍ、肉厚１．６ｍｍ、放電ギャップ１１ｍｍである。この放電容器を真空排気した後、キセノンガスを１５ｋＰａ封入した。
また、放電容器の平面部上の外部電極は、金ペーストを使用して印刷により格子状パターンを形成し、焼成した。

この放電容器に始動補助電極を設けた。
＜実験例１＞
始動補助電極を金ペーストにより形成したものであり、外部電極の端部に設けたベタ状電極から、ピンチシール部まで、幅５ｍｍで塗布し、外部電極とともに一緒に焼結した。
このピンチシール部上で、始動補助電極に給電用のリード線をハンダ付けした。（図４参照）
＜実験例２＞
始動補助電極をＳＵＳ製の網線により形成。格子状の外部電極を焼成後、ＳＵＳ製の網線の一端をベタ状電極にガラスハンダによりハンダ付け。網線を、ベタ状電極から放電容器の外表面に沿わせ、放電容器とピンチシール部との境界部において網線をガラスハンダによるハンダ付けして固定。
そして、ピンチシール部上で網線製の始動補助電極に給電用のリード線をハンダ付けした。
＜実験例３＞
図６の構造に基づくもので、ピンチシール部の内部に幅０．３ｍｍ、深さ３ｍｍの微小空隙を形成。
始動補助電極は、実験例１と同様で、ピンチシール部上で始動補助電極に給電用のリード線をハンダ付け。
＜比較例＞
始動補助電極は設けず、外部電極のベタ状電極に給電用リード線をハンダ付け。

リード線を点灯電源に接続し、徐々に電圧を上げていき、放電が開始する電圧（放電開始電圧）を測定した。

上記表のように、外部電極からピンチシール部まで延在する始動補助電極を設けたもの（実験例１～３）は、始動補助電極を設けない比較例に比べて放電開始電圧が下がっていて、ランプの始動が容易になっていることが分かる。

以上のように、本発明では、偏平な矩形断面形状の放電容器の平面部の端部にピンチシール部が形成されていて、前記平面部に設けられた外部電極から前記ピンチシール部まで延びるように始動補助電極が設けられているので、当該始動補助電極間の離間距離が、前記外部電極間の離間距離よりも小さくなり、始動時に当該部位における放電空間内で放電が生じ易くなって、ランプの始動性が向上するものである。

１ ：エキシマランプ
２ ：放電容器
３ ：平面部
４ ：側面部
５ ：外部電極
６ ：ベタ状電極
７ ：ピンチシール部
８ ：始動補助電極
１０：リード線
１１：ハンダ
Ｓ ：放電空間
Ａ ：等電位線
Ｂ ：微小空隙
Ｌ１：外部電極間の離間距離
Ｌ２：始動補助電極管の離間距離

Claims (3)

1. 一対の平面部と一対の側面部とからなる、偏平な矩形断面形状の放電容器の前記平面部のそれぞれの外表面に一対の外部電極が配置されてなるエキシマランプにおいて、
   前記平面部の少なくとも一端部が圧潰されてピンチシール部が形成されていて、
   前記外部電極から前記ピンチシール部まで延びる始動補助電極が設けられ、
   前記始動補助電極は、前記ピンチシール部より幅が狭い形状であることを特徴とするエキシマランプ。
2. 前記ピンチシール部の内部に、前記放電容器内の放電空間に連通する微小空隙を形成したことを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
3. 前記放電容器には、ハロゲンガスを含む希ガスが封入されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のエキシマランプ。
   

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