JP7139808B2

JP7139808B2 - バリア放電ランプ

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Publication number: JP7139808B2
Application number: JP2018171413A
Authority: JP
Inventors: 啓資矢内; 純藤岡; 祥平前田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2022-09-21
Anticipated expiration: 2038-09-13
Also published as: TWI809175B; KR20200031035A; CN210516668U; JP2020043026A; TW202011450A

Description

本発明の実施形態は、バリア放電ランプに関する。

従来、基板の洗浄や改質を目的として使用されるバリア放電ランプが知られている。バリア放電ランプは、誘電体である発光管の内部に配置された螺旋状の内部電極と発光管の外部に配置された外部電極とを交流電源に接続することで発生する誘電体バリア放電により、発光管の内部に収容されたガスに応じた特定の波長を有する紫外光を放射する。

特開２０１３－２１１１６４号公報

上記のようなバリア放電ランプにおいては、例えば内部電極の寸法等により、発光効率の低下が発生する場合があった。

本発明が解決しようとする課題は、発光効率の低下を抑制することができるバリア放電ランプを提供することである。

実施形態のバリア放電ランプは、円筒状の発光管と、内部電極と、反射膜とを具備する。発光管は、ガスが封入され、紫外光を透過する。内部電極は、発光管の内部に配置され、螺旋状の導体が発光管の管軸方向に延在する。反射膜は、発光管の内面に設けられ、紫外光を発光管の内部へ反射する。バリア放電ランプは、発光管の内部に設けられる内部電極と発光管の外面側に設けられる外部電極との間でバリア放電を行う。内部電極は、線径をφ、管軸方向の間隔をＰとしたとき、Ｐ／φが１０．０以上８０．０ｍｍ以下である。

本発明によれば、発光管の割れを抑制することができる。

実施形態に係るバリア放電ランプを示す平面図である。図１のＡ－Ａ’断面図である。評価試験の結果を示す図である。

以下に説明する実施形態に係るバリア放電ランプ１は、円筒状の発光管２と、内部電極３と、反射膜４とを具備する。発光管２は、ガスが封入され、紫外光を透過する。内部電極３は、発光管２の内部に配置され、螺旋状の導体が発光管２の管軸方向に延在する。反射膜４は、発光管２の内面２ａに設けられ、紫外光を発光管２の内部へ反射する。バリア放電ランプ１は、発光管２の内部に設けられる内部電極３と発光管２の外面２ｂ側に設けられる外部電極７との間でバリア放電を行う。内部電極３は、線径をφ、管軸方向の間隔をＰとしたとき、Ｐ／φが１０．０以上８０．０ｍｍ以下である。

また、以下に説明する実施形態に係るバリア放電ランプ１は、円筒状の発光管２と、内部電極３と、反射膜４とを具備する。発光管２は、ガスが封入され、紫外光を透過する。内部電極３は、発光管２の内部に配置され、螺旋状の導体が発光管２の管軸方向に延在する。反射膜４は、発光管２の内面２ａに設けられ、紫外光を発光管２の内部へ反射する。バリア放電ランプ１は、発光管２の内部に設けられる内部電極３と発光管２の外面２ｂ側に設けられる外部電極７との間でバリア放電を行う。内部電極３は、線径φが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、管軸方向の間隔Ｐが１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。

また、以下に説明する実施形態に係る内部電極３はコイル部３ａを有し、コイル部３ａのコイル外径をＣとしたとき、Ｃ／φが２５．０以上９０．０以下である。

また、以下に説明する実施形態に係るコイル部３ａの外面３ａ１と発光管２の内面２ａとの間隔が３ｍｍ以下である。

また、以下に説明する実施形態に係る反射膜４の管軸方向の長さＬ４は、コイル部３ａの管軸方向の長さＬ３以上である。

また、以下に説明する実施形態に係るバリア放電ランプ１は、円筒状の発光管２と、内部電極３と、反射膜４と、外部電極７とを具備する。発光管２は、ガスが封入され、紫外光を透過する。内部電極３は、発光管２の内部に配置され、螺旋状の導体が発光管２の管軸方向に延在する。反射膜４は、発光管２の内面２ａに設けられ、紫外光を発光管２の内部へ反射する。外部電極７は、反射膜４が設けられた内面２ａに対応する発光管２の外面２ｂ側に設けられる。内部電極３は、線径をφ、管軸方向の間隔をＰとしたとき、Ｐ／φが１０．０以上８０．０ｍｍ以下である。

また、以下に説明する実施形態に係るバリア放電ランプ１は、円筒状の発光管２と、内部電極３と、反射膜４と、外部電極７とを具備する。発光管２は、ガスが封入され、紫外光を透過する。内部電極３は、発光管２の内部に配置され、螺旋状の導体が発光管２の管軸方向に延在する。反射膜４は、発光管２の内面２ａに設けられ、紫外光を発光管２の内部へ反射する。外部電極７は、反射膜４が設けられた内面２ａに対応する発光管２の外面２ｂ側に設けられる。内部電極３は、線径φが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、管軸方向の間隔Ｐが１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づき説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明が開示する技術を限定するものではない。

［実施形態］
図１は、実施形態に係るバリア放電ランプを示す平面図であり、図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。図１および図２に示すように、実施形態に係るバリア放電ランプ１は、発光管２、内部電極３、反射膜４、口金５、リード線６を有する。また、バリア放電ランプ１は、バリア放電ランプ１の外面側に設けられる外部電極７との間でバリア放電を行う。なお、本実施形態ではバリア放電ランプ１の外面側に外部電極７を有する構成としているが、バリア放電ランプ１と外部電極７とが組み合わされた形態、より具体的には発光管２と外部電極８とが組み合された形態を「バリア放電ランプ」と称してもよい。

なお、説明を分かりやすくするために、図１および図２には、照射方向を正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。また、図１では外部電極７の図示を省略している。

発光管２は、紫外光を透過する円筒状の部材である。発光管２の材料としては、例えば波長２００ｎｍ以下の真空紫外線透過率が高い合成石英が例示される。また、発光管２は、管軸方向（Ｘ軸方向）の両端がステム構造を有する封着部材で保持され、気密に封着されている。発光管２は、紫外線照射に伴う応力割れを抑制する観点から、例えば外径Ｄを３０ｍｍ以上とすることができる。また、発光管２は、例えば管軸方向の長さを７５０ｍｍとすることができる。

また、発光管２の内部にはガスが封入されている。ガスは、例えば８０～２００ｋＰａのキセノンガスである。なお、ガスは、例えば、クリプトン、キセノン、アルゴン、ネオン等のうち１種類、または複数種組み合わせたガスを含んで構成することができる。さらに、ガスは、必要に応じて、例えばハロゲンガスを含んでもよい。発光管２は、封入されたガスの種類に応じた特定のピーク波長を有する紫外光（エキシマ光）を発することができる。

内部電極３は、発光管２の内部に配置される。内部電極３は、螺旋状の導体であるコイル部３ａが発光管２の管軸方向に延在している。内部電極３は、例えばタングステンを含む材料で形成される。具体的には、内部電極３は、全成分のうち５０％以上の成分がタングステンである。特に、タングステンにカリウムなどを添加したドープタングステンを内部電極３として適用すると、より高い寸法安定性を有することができる。

ここで、内部電極３は、線径φと、管軸方向の間隔Ｐとの関係をＰ／φで表すと、Ｐ／φが１０．０以上８０．０以下とすることができ、例えば３７．５である。Ｐ／φが１０未満であると、内部電極３自身が、発光管２から放射される紫外光の影となる、いわゆる遮光が発生するため、好ましくない。一方、Ｐ／φが８０．０超過であると、管軸方向の間隔Ｐがより広くなることを示唆する。つまり、内部電極３と外部電極７とが対向する箇所において電界が集中し、内部電極３が赤熱してしまう。内部電極３が赤熱することで、誘電体バリア放電からグロー放電やアーク放電に移行し、誘電体バリア放電で発生したエキシマ分子が熱解離を起こすことから、紫外光の照度が低下する。このため、Ｐ／φが８０．０超過となることは好ましくない。よって、Ｐ／φが１０．０以上８０．０以下、より好ましくは１５．０～４０．０であることが望ましい。

また、内部電極３の線径φは、例えば、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることができ、より具体的には、例えば、０．８ｍｍである。内部電極３の線径φを０．５ｍｍ未満とすると、内部電極３に印加される電力により、内部電極３が赤熱し、誘電体バリア放電からグロー放電やアーク放電に移行し、誘電体バリア放電で発生したエキシマ分子が熱解離を起こすことから、紫外光の照度が低下する。このため、内部電極３の線径φが０．５ｍｍ未満であることは好ましくない。一方、内部電極３の線径φを１．０ｍｍ超過とすると、内部電極３自身が、発光管２から放射される紫外光の影となる、いわゆる遮光が発生するため、好ましくない。以上のことから、内部電極３の線径φは、例えば、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることができる。

また、内部電極３は、例えば、管軸方向の間隔Ｐを、例えば１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。間隔Ｐを１０ｍｍ未満とすると、内部電極３自身が、発光管２から放射される紫外光の影となる、いわゆる遮光が発生するため、好ましくない。一方、間隔Ｐを５０ｍｍ超過とすると、内部電極３と外部電極とが対向する箇所において電界が集中し、内部電極３が赤熱してしまう。内部電極３が赤熱することで、誘電体バリア放電からグロー放電やアーク放電に移行し、誘電体バリア放電で発生したエキシマ分子が熱解離を起こすことから、紫外光の照度が低下する。このため、間隔Ｐを４０ｍｍ超過とすることは好ましくない。以上のことから、内部電極３の管軸方向の間隔Ｐを１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることにより、紫外光を安定して放射することができる。

また、内部電極３のコイル部３ａのコイル外径Ｃと、線径φとの関係をＣ／φで表すと、Ｃ／φが２０．０以上９０．０以下とすることができ、例えばＣ／φが５０．５である。Ｃ／φが２０．０未満であると、内部電極３自身が、発光管２から放射される紫外光の影となる、いわゆる遮光が発生するため、好ましくない。一方、Ｃ／φが９０．０超過であると、内部電極３の管軸方向の間隔Ｐを一定に保つことが難しくなり、内部電極３の管軸方向の間隔Ｐが不均一となる可能性がある。内部電極３の管軸方向の間隔Ｐが不均一となると、発光管２の管軸方向の紫外光の照度が不均一となるため、好ましくない。よって、Ｃ／φが２０．０以上９０．０以下、より好ましくは４０．０～６０．０であることが望ましい。

また、内部電極３のコイル部３ａの外面３ａ１と発光管２の内面２ａとの間隔Ｌが３ｍｍ以下である。コイル部３ａの外面３ａ１と発光管２の内面２ａとの間隔Ｌが３ｍｍ超過となると、内部電極３、より具体的には内部電極３のコイル部３ａと外部電極７との間隔が大きくなる。コイル部３ａと外部電極７との間隔が大きくなると、発光管２の内部に印加できる電界が減少し、エキシマ分子を生成するために必要な励起エネルギーが確保できず、紫外光の照度が減少することに起因して発光効率が低下するため、好ましくない。よって、コイル部３ａの外面３ａ１と発光管２の内面２ａとの間隔Ｌが３ｍｍ以下、好ましくは２．５ｍｍ以下であることが望ましい。

反射膜４は、発光管２の内面２ａに設けられ、紫外光を発光管２の内部へ反射する。反射膜４の材料としては、例えば、シリカが例示される。また、反射膜４は、シリカに限らず、例えばアルミナなどの紫外線散乱粒子を含む材料で構成されてもよい。反射膜４は、良好な反射率を保持する観点から、例えば厚さｔが１００μｍ以上３００μｍ以下となるように形成される。なお、反射膜４は、内部電極３のコイル部３ａに接していてもよく、また離れていてもよい。

また、反射膜４は、発光管２の周方向の角度θが１８０°以上、例えば２００°以上３００°以下の範囲となるように配置される。また、反射膜４の管軸方向の長さＬ４は、内部電極３のコイル部３ａの管軸方向の長さＬ３以上となるように配置される。これにより、発光管２で発生する紫外光を効率よく被照射体に向けて照射することで発光効率の低下を抑制することができる。

外部電極７は、反射膜４が設けられた発光管２の内面２ａに対応する発光管２の外面２ｂ側に設けられる。外部電極７は、発熱したバリア放電ランプ１を放熱させる放熱ブロックを兼ねており、例えば、アルミニウム製またはステンレス製とすることができる。なお、外部電極７の内部に液体または気体の冷媒を流通させる流路を設け、放熱性をさらに高めてもよい。外部電極７と発光管２とは、互いに接していてもよく、離れていてもよいが、外部電極７と発光管２とを接触させると、放熱性を高めることができる。また、図２に示した例では、反射膜４の周方向の角度θと、外部電極７に覆われる発光管２の外面２ｂの周方向の角度とが同じとなるように図示したが、これに限らず、互いに異なっていてもよい。

リード線６は、内部電極３と電気的に接続されている。また、リード線６は、発光管２の管軸方向の両端を支持する口金５から引き出され、交流電源に接続された図示しない点灯装置を介して外部電極７と電気的に接続されており、電極間に所定の電圧を印加させて発光させることができる。点灯装置は、高電圧および高周波を出力可能なインバータを含み、交流電源からの電力をバリア放電ランプ１に供給可能に構成されている。点灯装置は、例えば周波数１２０ｋＨｚの正弦波を印加し、１ｋＷ程度のランプ電力でバリア放電ランプ１を点灯させることができる。

［評価試験］
バリア放電ランプの試作品を用いて点灯試験を行い、内部電極の管軸方向の間隔Ｐ、線径φ、Ｐ／φの変化による発光効率について評価した。図３に結果をそれぞれ示す。なお、電力［Ｗ］はオシロスコープＴＤＳ３０１２Ｂ（テクトロニクス社製）、電圧プローブはＰ３０００（テクトロニクス社製）、電流はＡ６３０３（テクトロニクス社製）を用いた。ＵＶ照度［ｍＷ／ｃｍ^２］は照度計本体ＵＩＴ－２５０（ウシオ電機社製）に照度計ヘッドとしてＶＵＶ－Ｓ１７２（ウシオ電機社製）を接続し、バリア放電ランプに照度計ヘッドを接触させて紫外線照度を測定した。また、バリア放電ランプの特性を表すため、照度を電力で除した値を発光効率とした。なお、内部電極の状態は、発光効率が０．５０以上であること、内部電極が赤熱していないことを判断基準とし、○：良好、△：内部電極に問題はないが発光効率が０．５０以下、×：内部電極が赤熱してしまい問題あり、と判定した。図３に示すように、Ｐ／φが１０．０以上８０．０以下、線径φが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、管軸方向の間隔Ｐが１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であれば、いずれも○：良好、と判断できる。これらの結果より、発光効率の低下を抑制する条件が確認された。

上述したように、実施形態に係るバリア放電ランプ１は、円筒状の発光管２と、内部電極３と、反射膜４とを具備する。発光管２は、ガスが封入され、紫外光を透過する。内部電極３は、発光管２の内部に配置され、螺旋状の導体が発光管２の管軸方向に延在する。反射膜４は、発光管２の内面２ａに設けられ、紫外光を発光管２の内部へ反射する。バリア放電ランプ１は、発光管２の内部に設けられる内部電極３と発光管２の近傍である外面２ｂ側に設けられる外部電極７との間でバリア放電を行う。内部電極３は、線径をφ、管軸方向の間隔をＰとしたとき、Ｐ／φが１０．０以上８０．０以下である。これにより、バリア放電ランプ１の発光効率の低下を抑制することができる。

また、実施形態に係るバリア放電ランプ１は、円筒状の発光管２と、内部電極３と、反射膜４とを具備する。発光管２は、ガスが封入され、紫外光を透過する。内部電極３は、発光管２の内部に配置され、螺旋状の導体が発光管２の管軸方向に延在する。反射膜４は、発光管２の内面２ａに設けられ、紫外光を発光管２の内部へ反射する。発光管２は、発光管２の内部に設けられる内部電極３と発光管２の近傍である外面２ｂ側に設けられる外部電極７との間でバリア放電を行う。内部電極３は、線径φが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、管軸方向の間隔Ｐが１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。これにより、バリア放電ランプ１の発光効率の低下を抑制することができる。

また、実施形態に係るバリア放電ランプ１は、内部電極３がコイル部３ａを有し、コイル部３ａのコイル外径をＣとしたとき、Ｃ／φが２５．０以上９０．０以下である。これにより、バリア放電ランプ１の発光効率の低下を抑制することができる。

また、実施形態に係るコイル部３ａの外面３ａ１と発光管２の内面２ａとの間隔Ｌが３ｍｍ以下である。これにより、バリア放電ランプ１の発光効率の低下を抑制することができる。

また、実施形態に係る反射膜４の管軸方向の長さＬ４は、内部電極３のコイル部３ａの管軸方向の長さＬ３以上である。これにより、バリア放電ランプ１の発光効率の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１バリア放電ランプ
２発光管
３内部電極
４反射膜
７外部電極

Claims

ガスが封入され、紫外光を透過する円筒状の発光管と；
前記発光管の内部に配置され、螺旋状の導体が前記発光管の管軸方向に延在する内部電極と；
前記発光管の内面に設けられ、前記紫外光を前記発光管の内部へ反射する反射膜と；
を具備し、前記発光管の内部に設けられる前記内部電極と前記発光管の外面側に設けられる外部電極との間でバリア放電を行うバリア放電ランプであって、
前記内部電極は、線径φが０．８ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、前記管軸方向の間隔Ｐが１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である、バリア放電ランプ。
ガスが封入され、紫外光を透過する円筒状の発光管と；
前記発光管の内部に配置され、螺旋状の導体が前記発光管の管軸方向に延在する内部電極と；
前記発光管の内面に設けられ、前記紫外光を前記発光管の内部へ反射する反射膜と；
前記反射膜が設けられた前記内面に対応する前記発光管の外面側に設けられる外部電極と；
を具備し、
前記内部電極は、線径φが０．８ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、前記管軸方向の間隔Ｐが１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である、バリア放電ランプ。
前記内部電極はコイル部を有し、前記コイル部のコイル外径をＣとしたとき、Ｃ／φが２５．０以上９０．０以下である、請求項１または２に記載のバリア放電ランプ。
前記内部電極が有するコイル部の外面と前記発光管の内面との間隔が３ｍｍ以下である、請求項１～３のいずれか１つに記載のバリア放電ランプ。
前記反射膜の前記管軸方向の長さは、前記内部電極が有するコイル部の前記管軸方向の長さ以上である、請求項１～４のいずれか１つに記載のバリア放電ランプ。