JPH06338300A - 誘電体バリヤ放電ランプとそれを使用した処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放射輝度の高い誘電体バリヤ放電ランプを提
供することであり、さらに、該誘電体バリヤ放電ランプ
を使用した処理方法を提供することである。 【構成】 放電容器に誘電体バリヤ放電によってエキシ
マ分子を形成する放電用ガスが充填され、該放電容器の
一部は該誘電体バリヤ放電の誘電体を兼ねており、該誘
電体バリヤ放電の放電路に平行して設けられた光取りだ
し窓部材を有する誘電体バリヤ放電ランプにおいて、該
光取りだし窓部材に直近し、該放電路に平行な放電容器
の管壁に光反射膜を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、光化学反応用
の紫外線光源として使用される放電ランプの一種で、誘
電体バリヤ放電によってエキシマ分子を形成し、該エキ
シマ分子から放射される光を利用するいわゆる誘電体バ
リヤ放電ランプの改良と、該誘電体バリヤ放電ランプを
使用した処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関連した技術としては、例え
ば、日本国公開特許公報平２─７３５３号があり、そこ
には、放電容器にエキシマ分子を形成する放電用ガスを
充填し、誘電体バリヤ放電（別名オゾナイザ放電あるい
は無声放電。電気学会発行改定新版「放電ハンドブッ
ク」平成１年６月再版７刷発行第２６３ページ参照）に
よってエキシマ分子を形成せしめ、該エキシマ分子から
放射される光を取り出す放射器、すなわち誘電体バリヤ
放電ランプについて記載されている。また、該誘電体バ
リヤ放電の放電路に平行して設けられた光取りだし窓部
材を有する誘電体バリヤ放電ランプ装置については、米
国特許第２９４３２２５号に記載されている。上記のよ
うな誘電体バリヤ放電ランプは、従来の低圧水銀放電ラ
ンプや高圧アーク放電ランプには無い種々の特長を有し
ているため有用である。さらに、放電路に平行して設け
られた光取りだし窓部材を有するため、誘電体バリヤ放
電ランプの光取りだし窓部材に垂直な方向の寸法を大き
くすることによって、放射輝度を増大させることが出来
るという特長も有している。しかし、上記のような誘電
体バリヤ放電ランプは、光出力の空間的な均一性および
光の取り出し効率が必ずしも十分ではないという問題が
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、放射
輝度の高い誘電体バリヤ放電ランプを提供することであ
り、さらに、該誘電体バリヤ放電ランプを使用した処理
方法を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、放
電容器に誘電体バリヤ放電によってエキシマ分子を形成
する放電用ガスが充填され、該放電容器の一部は該誘電
体バリヤ放電の誘電体を兼ねており、該誘電体バリヤ放
電の放電路に平行して設けられた光取りだし窓部材を有
する誘電体バリヤ放電ランプにおいて、該光取りだし窓
部材に直近し、該放電路に平行な放電容器の管壁に光反
射膜を設ける事によって達成できる。

【０００５】

【作用】誘電体バリヤ放電は、該「放電ハンドブック」
に記載されているように、プラズマの直径が非常に小さ
く、かつ、放電の持続時間が非常に短い微小な放電プラ
ズマ（以後これをマイクロプラズマと記す）の多数の集
まりである。我々は、放電路に平行して設けられた光取
りだし窓部材を有する誘電体バリヤ放電ランプの光出力
の空間的均一性および発光効率について詳細に検討した
結果、光出力の空間的均一性および発光効率が、該光取
りだし窓部材に直近し、該放電路に平行な放電容器の管
壁の構成によって大幅に変わることを実験的に発見し
た。

【０００６】以下、側面断面図である図２および正面図
である図１の概略図を使用して上記の現象を説明する。
すなわち、平板状の誘電体２，３、側板６、８ａ，８
ｂ、放電路に平行して設けられた光取りだし窓部材１か
らなる放電容器に、誘電体バリヤ放電によってエキシマ
分子を形成する放電用ガスを充填し、交流電源２２によ
って電極４，５に電圧を印加すると、マイクロプラズマ
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが安定に発生し、エキ
シマ分子が生成され、エキシマ光が光取り出し窓部材１
から放射される。マイクロプラズマが非常に細いこと、
および該エキシマ光の放電空間における吸収が小さいこ
とから、放電空間１０で発生したエキシマ光は側板８
ａ，８ｂまで到達しやすく、側板８ａ，８ｂに吸収され
たり、外部に漏洩することによって損失となり、発光効
率を低下させる。特に、光取り出し窓部材１の側板８
ａ，８ｂに近接した部分から放射される光は、中央部か
らの放射光よりもかなり小さくなる。即ち、光取り出し
窓部材１から放出される光の放電路に直角な方向の空間
分布は、不均一になる。なお、側板６は発光効率には影
響するが、放射光の空間分布に対してはほとんど影響し
ない。上記した現象は、放電路に平行して設けられた光
取りだし窓部材を有し、エキシマ光を利用する誘電体バ
リヤ放電ランプ独特のものであり、従来の原子の共鳴線
を利用する平板状蛍光ランプの場合には放電プラズマが
空間に均一に存在すること、放射光の放電プラズマによ
る吸収が大きいことから、側板の影響ははるかに少な
い。

【０００７】少なくとも放電容器に誘電体バリヤ放電に
よってエキシマ分子を形成する放電用ガスが充填され、
該放電容器の一部は該誘電体バリヤ放電の誘電体を兼ね
ており、該誘電体バリヤ放電の放電路に平行して設けら
れた光取りだし窓部材を有する誘電体バリヤ放電ランプ
において、該光取りだし窓部材に直近し、該放電路に平
行な放電容器の管壁に光反射膜１１ａ，１１ｂを設ける
と、該光取りだし窓部材に直近し、該放電路に平行な放
電容器の管壁における光の損失が減少し、その結果、光
出力の空間的な均一性が良好で、光の取り出し効率が高
い、すなわち発光効率が十分である誘電体バリヤ放電ラ
ンプが得られる。

【０００８】図３に示したように、該誘電体バリヤ放電
の放電路に平行して設けられた光取りだし窓部材１を有
する誘電体バリヤ放電ランプにおいて、該光取りだし窓
部材１の放電路に平行な長さＨが該誘電体バリヤ放電の
放電路長Ｌを越えるように構成すると、窪み２３が形成
され、その結果、沿面放電の放電路長が長くなり、か
つ、窪み２３を形成する管壁部分には誘電体バリヤ放電
ランプからの放射光が照射されにくいので、光取りだし
窓部材１の内面に沿った不規則に発生する沿面放電が発
生しにくくなり、光出力の時間的なゆらぎが改善され
る。さらに、該光取りだし窓部材１の放電路に平行な長
さＨが該誘電体バリヤ放電の放電路長Ｌを越えるように
構成することにより、誘電体２，３の表面に発生してい
る沿面放電状プラズマ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ
からの放射光を効率よく取り出すことが出来、従って高
効率が得られる。従って、少なくとも放電容器に誘電体
バリヤ放電によってエキシマ分子を形成する放電用ガス
が充填され、該放電容器の一部は該誘電体バリヤ放電の
誘電体を兼ねており、該誘電体バリヤ放電の放電路に平
行して設けられた光取りだし窓部材を有する誘電体バリ
ヤ放電ランプにおいて、該光取りだし窓部材に直近し、
該放電路に平行な放電容器の管壁に光反射膜１１ａ，１
１ｂを設け、該光取りだし窓部材１の放電路に平行な長
さＨが該誘電体バリヤ放電の放電路長Ｌを越えるように
構成すると、光出力が時間的に安定であり、空間的に均
一で、かつ高効率である誘電体バリヤ放電ランプを得る
ことが出来る。なお、ＨをＬで割った値を１．２以上に
すると、光放射の安定化および効率改善の効果がいっそ
う発揮される。

【０００９】本発明の該誘電体バリヤ放電ランプを使用
すると、本発明の該誘電体バリヤ放電ランプは高輝度の
帯状の照射面を形成できるので、線状の被処理物を該帯
状の照射面に一致させて配置することにより、線状物の
処理を高速で、高効率で行うことが出来る。ここで言う
処理は、光を利用した洗浄、エッチング、表面改質、塗
料の硬化および消毒殺菌などである。

【００１０】光を利用して処理を行う場合、光の利用効
率などから、被処理物と光源を出来るだけ接近させるこ
とが望ましい。平板状の被処理物の表面を処理する場
合、平面状の発光面を有するような大きな発光面の光源
を使用すると、被処理物の表面と光源との距離を光源の
発光表面全体に渡って一定に保つことは一般的に困難で
あり、すなわち、平面と平面間の距離を一定にすること
は一般的に困難であり、従って、被処理物の表面におけ
る照射量が不均一になり、均一な処理が不可能である。
本発明の該誘電体バリヤ放電ランプの光取り出し窓部材
は幅の狭い帯状をしており、高輝度の帯状の照射面を形
成できるので、本発明の該誘電体バリヤ放電ランプを使
用した場合には、平面と帯間の距離を一定に保てばよ
く、被処理物の表面の帯状の部分を均一に照射すること
が出来る。本発明の該誘電体バリヤ放電ランプを使用
し、平板状の被処理物あるいは該誘電体バリヤ放電ラン
プを窓部材の巾方向に相対的に移動させることにより、
平板状の被処理物の表面を均一に処理できる。特に、被
処理物がフィルム状で広い面積に渡って平らな平面を保
つのが困難な場合には、本発明の誘電体バリヤ放電ラン
プの使用が一層有利になる。

【００１１】

【実施例】本発明の第１の実施例である平板状誘電体バ
リヤ放電ランプを前記の図１，図２，図３を用いて説明
する。長辺２５０ｍｍ、短辺７０ｍｍの長方形合成石英
ガラス板２枚を誘電体２，３とし、該誘電体２，３の内
部の表面間の距離を７ｍｍにして対向させ、周辺部に光
取り出し窓部材１と側板８ａ，８ｂと、側板６をもうけ
て放電容器を形成した。光取り出し窓部材１は、誘電体
２，３の一つの長辺部に設けられ、放電路に平行な長さ
Ｈは、該誘電体バリヤ放電の放電路長Ｌ、すなわち、誘
電体２，３の内表面間の距離と同一の７ｍｍとした。側
板８ａ，８ｂおよび６の外側に、蒸着によってアルミニ
ウムからなる光反射膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃを設け
た。放電用ガスとしてキセノンを３００Ｔｏｒｒ封入
し、電源２２によって光反射板を兼ねたアルミニウムか
らなる電極４，５に電圧を印加した結果、安定な誘電体
バリヤ放電が発生し、キセノンのエキシマ分子から１７
２ｎｍとその付近の紫外線が放射された。側板８ａ，８
ｂに反射膜１１ａ，１１ｂを設けることにより、光出力
の空間的な均一性が良好で、発光効率が１５％改善され
た高効率の誘電体バリヤ放電ランプが得られた。

【００１２】本発明の第２の実施例である円弧状誘電体
バリヤ放電ランプの正面図を図４に示す。外径７０ｍｍ
および外径４０ｍｍの石英ガラス管を縦割りにした誘電
体４１，４２と、弧状の光取り出し窓部材４３，側板４
４，４５および図示していないが弧状の側板６をもうけ
て放電容器を形成した。側板４４，４５の内表面には、
ＭｇＦ₂ とＬａＦ₃ 交互に２５層積層して１７２ｎｍの
紫外線を反射する多層誘電体反射膜４６，４７が設けら
れている。さらに、誘電体４１，４２の内表面にも、図
示していないが同様の多層誘電体反射膜が設けられてい
る。放電用ガスとしてキセノンを４００Ｔｏｒｒ封入
し、誘電体４１，４２の外表面に設けられた電極４８，
４９に交流電圧を印加すると、安定な誘電体バリヤ放電
が発生し、キセノンのエキシマ分子から１７２ｎｍとそ
の付近の紫外線が放射された。側板４４，４５に反射膜
４６，４７を設けることにより、光出力の空間的な均一
性が良好で、高効率の誘電体バリヤ放電ランプが得られ
た。側板４４，４５に設けた光反射膜を電気絶縁物とす
ることにより、沿面放電が発生しにくくなるという利点
が生じた。

【００１３】本発明の第３の実施例は、第１の実施例で
ある平板状誘電体バリヤ放電ランプにおいて、光取り出
し窓部材１の放電路に平行な長さＨを、該誘電体バリヤ
放電の放電路長Ｌの７ｍｍよりも大きな１０ｍｍとした
ものである。この実施例においては、光出力の空間的な
均一性と、高効率に加えて、窓部材近傍における沿面放
電の抑制によって光出力の安定化が達成できた。

【００１４】本発明の第４の実施例は本発明の誘電体バ
リヤ放電ランプを使用した洗浄方法で、概略図を図５に
示す。実施例１に示した平板状の誘電体バリヤ放電ラン
プと同一の誘電体バリヤ放電ランプ５１の光取り出し窓
部材１と平行して、被洗浄物である光ファイバー５０が
酸素を含む雰囲気中に設置されている。５２は光反射板
である。誘電体バリヤ放電ランプ５１の光取り出し窓部
材１から帯状の波長１７２ｎｍとその付近の紫外線が放
射され、光ファイバー５０の表面に集中して照射され
る。その結果、光ファイバー５０の表面付近で活性な酸
素原子が生成され、通常の機構によって光ファイバー５
０の表面が洗浄される。本発明の誘電体バリヤ放電ラン
プの照射面が直帯状であること、高輝度の紫外線が得ら
れることから、高い光利用率で、高速で洗浄を行うこと
が出来る。

【００１５】本発明の第５の実施例は、第４の実施例に
おける誘電体バリヤ放電の放電用ガスをキセノンと塩素
の混合ガスにし、光ファイバー５０の表面に光硬化性の
樹脂をコーティングし、該光硬化性の樹脂の硬化を行う
ものである。キセノンと塩素からなるエキシマ分子から
放射された３０２ｎｍとその付近の紫外線が、光ファイ
バー５０の表面の光硬化性樹脂に高輝度で照射され、光
硬化性樹脂は効率よく硬化される。第４，５の実施例に
おいては一個の誘電体バリヤ放電ランプを使用したが、
複数個の誘電体バリヤ放電ランプを使用して異なった方
向から紫外線を照射することにより、円周方向の均一性
が改善され、かつ、高速で処理することが出来る。

【００１６】本発明の第６の実施例である表面改質方法
の概略図を図６に示す。実施例３に示した平板状の誘電
体バリヤ放電ランプと同一の誘電体バリヤ放電ランプ５
１の光取り出し窓部材１と平行して、ローラ６１が設け
られており、被表面改質物であるポリエチレンフィルム
６２が酸素を含む雰囲気中に設置されている。誘電体バ
リヤ放電ランプ５１の光取り出し窓部材１から、ローラ
６１に密着しているポリエチレンフィルム６２の表面に
波長１７２ｎｍとその付近の紫外線が集中して照射され
る。その結果、ポリエチレンフィルムの表面が通常の機
構によって改質される。本発明の誘電体バリヤ放電ラン
プの照射面が直帯状であることからポリエチレンフィル
ムの表面と誘電体バリヤ放電ランプとの距離を一定にし
やすいこと、高輝度の紫外線が得られることから、均一
に、かつ、高速で表面改質を行うことが出来る。

【００１７】

【発明の効果】上記したように、本発明によれば、光出
力の空間的分布が均一で、高効率で、かつ、光出力が安
定である誘電体バリヤ放電ランプを提供できる。さら
に、本発明の誘電体バリヤ放電ランプを使用することに
より、平板状、フィルム状および帯状の被処理物を、均
一で高速に処理することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の誘電体バリヤ放電ランプの実施例の説
明図である。

【図２】マイクロプラズマの説明図である。

【図３】窓部材の説明図である。

【図４】本発明の誘電体バリヤ放電ランプの他の実施例
の説明図である。

【図５】本発明の誘電体バリヤ放電ランプを使用した洗
浄方法の説明図である。

【図６】本発明の誘電体バリヤ放電ランプを使用した表
面改質方法の説明図である。

【符号の説明】

１ 光取り出し窓部材 ２，３，４１，４２ 誘電体 ４，５，４８，４９ 電極 ６，８ａ，８ｂ 側板 １０ 放電空間 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ 光反射膜 ５０ 光ファイバー ５１ 誘電体バリヤ放電ランプ ５２ 光反射板 ６２ ポリエチレンフィルム

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電容器に誘電体バリヤ放電によってエ
   キシマ分子を形成する放電用ガスが充填され、該放電容
   器の一部は該誘電体バリヤ放電の誘電体を兼ねており、
   該誘電体バリヤ放電の放電路に平行して設けられた光取
   りだし窓部材を有する誘電体バリヤ放電ランプにおい
   て、該光取りだし窓部材に直近し、該放電路に平行な放
   電容器の管壁に光反射膜を設けた事を特徴とする誘電体
   バリヤ放電ランプ。
2. 【請求項２】 該光取りだし窓部材の放電路に平行な長
   さＨが該誘電体バリヤ放電の放電路長Ｌを越えるように
   構成したことを特長とする請求項１記載の誘電体バリヤ
   放電ランプ。
3. 【請求項３】 請求項１から２に記載の誘電体バリヤ放
   電ランプを使用したことを特徴とする線状物の処理方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１から２に記載の誘電体バリヤ放
   電ランプを使用したことを特徴とする平板状物の処理方
   法。
5. 【請求項５】 請求項１から２に記載の誘電体バリヤ放
   電ランプを使用したことを特徴とするフィルム状物の処
   理方法。