JPH07220689A - 誘電体バリヤ放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 光出力が安定で、放射輝度の高く、高効率
で、高安全性の誘電体バリヤ放電ランプを提供する。 【構成】 外形が概略円筒状である外側管１０と内側管
９とを同軸に配置することによって形成した中空円筒状
の放電空間を有する放電容器８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、該
外側管の外面の少なくとも一部および該内側管の外面の
少なくとも一部に該誘電体バリヤ放電用の電極１１，１
２を設け、該放電容器の少なくとも一端に光取り出し窓
４１を設けた誘電体バリヤ放電ランプにおいて、該光取
り出し窓を概略円盤状にし、かつ、該内側管の少なくと
も該光取り出し窓に直近した一端を気密に閉鎖するよう
に構成する。

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ー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月再販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おり、該放電容器は円筒
状であり、該放電容器の少なくとも一部は該誘電体バリ
ヤ放電の誘電体を兼ねており、該誘電体の少なくとも一
部は該エキシマ分子から放射される光に対して光透過性
であり、該光透過性誘電体の少なくとも一部に導電性網
状電極が設けられた誘電体バリヤ放電ランプ構造が記載
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を有する誘電体バリヤ放電
ランプ装置について、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を有する
ため、誘電体バリヤ放電ランプの光取りだし窓に垂直な
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、光出力の安定
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、光出
力が安定で、放射輝度の高く、高効率で、高安定性の誘
電体バリヤ放電ランプ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、外
形が概略円筒状である外側管と内側管とを同軸に配置す
ることによって形成した中空円筒状の放電空間を有する
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、該外側管の外壁の少なく
とも一部および該内側管の外壁の少なくとも一部に該誘
電体バリヤ放電用の電極を設け、該放電容器の少なくと
も一端に光取り出し窓を設けた誘電体バリヤ放電ランプ
において、該光取り出し窓を概略円盤状に構成し、か
つ、該内側管の少なくとも一端を気密を閉鎖するように
構成することによって達成される。また、該内側管の該
光取り出し窓に直近した端部を気密に閉鎖し、該閉鎖部
の放電空間と反対側の表面に該内側管に設けられた該電
極に電気的に接続された電極を設けること、あるいは、
該光取り出し窓の外面に光透過性の電極を設けること、
さらには、該光取り出し窓に直近して設けられた該閉鎖
部と該光取り出し窓の隙間において、該光取り出し窓に
直近して設けられた該閉鎖部と該光取り出し窓の最短距
離Ｘを、該中空円筒状の放電空間の放電ギャップＬの５
０％から１５０％の間に構成する事によって、上記本発
明の目的はより一層達成できる。

【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
りだし窓を有する誘電体バリヤ放電ランプの光出力の安
定性および発光効率について詳細に検討した結果、光出
力の時間的なゆらぎおよび発光効率が、光取りだし窓近
傍の電極の構成によって大幅に変わることを実験的に発
見した。以下、従来の誘電体バリヤ放電ランプの概略図
を図４に示す。放電容器８は石英ガラス製で、内側管
９、外側管１０を同軸に配置して中空円筒状にしたもの
である。外側管１０の外面および内側管９の外面にはア
ルミニウムの蒸着によって形成した光反射膜を兼ねた誘
電体バリヤ放電用の電極１２，１１が設けられている。
放電容器８の一端部には、合成石英ガラスから成る環状
の光取り出し窓４１が、外側管１０および内側管９に溶
着して設けられている。放電容器８の放電空間１５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１１，１２
に電圧を印加すると、マイクロプラズマ２０ａ，２０
ｂ，２０ｃ，２０ｄが安定に発生する。また、同時に、
光取り出し窓４１の表面に沿って沿面放電プラズマ７が
不規則に発生する。このために、光出力が不安定にな
る。さらに、光取り出し窓４１から得られる放射輝度に
対しては、マイクロプラズマ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，
２０ｄの陽光柱の他に、誘電体９，１０の内面に発生し
ている沿面放電状プラズマ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２
１ｄからの放射光が大きく寄与しており、従って、該内
側管９に近接した光取りだし窓４１の縁部分４１ａの透
過率が小さくなると、発光効率が極端に低下する事が判
明した。上記の問題は、外形が概略円筒状である外側管
と内側管とを同軸に配置することによって形成した中空
円筒状の放電空間を有する放電容器に、つまり断面形状
が円形の容器に、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、該外側管の外壁の少
なくとも一部および該内側管の外壁の少なくとも一部に
該誘電体バリヤ放電用の電極を設け、該放電容器の少な
くとも一端部に光取り出し窓を設けた構成の、すなわ
ち、放電路に平行して設けられた光取りだし窓を有する
構成の誘電体バリヤ放電ランプに固有のものである。
尚、断面形状が、扁平なランプにおいても同様な現象が
観察される。

【０００６】外形が概略円筒状である外側管と内側管と
を同軸に配置することによって形成した中空円筒状の放
電空間を有する放電容器に、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、該外側管
の外面の少なくとも一部および該内側管の外面の少なく
とも一部に該誘電体バリヤ放電用の電極を設け、該放電
容器の少なくとも一端部に光取り出し窓を設けた誘電体
バリヤ放電ランプにおいて、該光取り出し窓を概略円盤
状に構成し、かつ、該内側管の少なくとも該光取り出し
窓に直近した一端部を気密に閉鎖するように構成する
と、該内側管と該光取り出し窓を接続する必要がないの
で、該内側管と該光取り出し窓の接続加工、例えば溶
着、接着などに伴う該光取り出し窓の透過率の低下が少
なく、特に、沿面放電状プラズマ２１ａ，２１ｂ，２１
ｃ，２１ｄからの放射光が特に通過する場所である該光
取り出し窓の該内側管近傍部分の透過率低下が少なく、
従って光の取り出し効率が高く、高効率の誘電体バリヤ
放電ランプが得られる。また、従来の図４に示す様な構
成のランプにおいては、電極１２、誘電体１０、光取り
出し窓４１、誘電体９、電極１１の経路で、光取り出し
窓４１の内面に沿面放電が生じるが、本発明の特徴ある
構成では、光取り出し窓４１付近において、光取り出し
窓４１と誘電体９が放電空間を介して離間しているた
め、上記した沿面放電が発生せず、従って光出力の安定
した誘電体バリヤ放電ランプが得られる。さらに、高放
射輝度を得るためには、該光取り出し窓４１の直前で安
定に放電させる事が必要であるが、そのためには、例え
ば図２において、電極の端部１１０，１２０を光取り出
し窓４１に接近させる必要がある。しかし、図４のよう
な従来の構成では、電極１２、光取り出し窓４１の外
面、電極１１の経路で、光取り出し窓４１の外面に沿面
放電が生じる。一方、本発明の特徴ある構成では、光取
り出し窓４１の付近において、電極１２と電極１１は光
取り出し窓４１に遮られて連続表面を形成していないの
で、電極１２を光取り出し窓４１に接近させても光取り
出し窓４１の外面に沿面放電が発生せず、従って、光出
力が安定で、安全性の高い誘電体バリヤ放電ランプが得
られる。

【０００７】該内側管の該光取り出し窓に直近した端部
を気密に閉鎖して閉鎖部を形成し、該閉鎖部の外面に該
内側管の外面に設けられた誘電体バリヤ放電用の電極に
電気的に接続された先端電極を設けると、該閉鎖部と外
光取り出し窓の間に存在する空間で放電が発生し、より
高効率の誘電体バリヤ放電ランプが得られる。また、該
光取り出し窓の外面に光透過性の電極を設けると、該閉
鎖部と該光取り出し窓の間に存在する空間での放電がよ
り強く、かつ安定に発生するので、より高輝度で、安定
な誘電体バリヤ放電ランプが得られる。さらに、該光取
り出し窓に直近して設けられた該閉鎖部と該光取り出し
窓の隙間において、該光取り出し窓に直近して設けられ
た該閉鎖部と該光取り出し窓の最短距離Ｘを、該中空円
筒状の放電空間の放電ギャップＬの５０％から１５０％
の間に構成すると、閉鎖部と外光取り出し窓の間に存在
する空間での放電がより強く、かつ安定に発生するの
で、より高効率で、安定な誘電体バリヤ放電ランプが得
られる。

【０００８】

【実施例】本発明の第一の実施例である誘電体バリヤ放
電ランプの概略図を図１に示す。中空円筒状の放電容器
８は、全長約１５０ｍｍの合成石英ガラス製で、外径１
４ｍｍの内側管９、肉厚１ｍｍで内径約２５ｍｍの外側
管１０を同軸に配置して中空円筒状の放電空間１５を形
成した構成である。外側管１０および内側管９は、誘電
体バリヤ放電の誘電体を兼用している。水酸基の含有割
合が重量で約３ｐｐｍである石英ガラス管からなる外側
管１０の一端に、水酸基の含有割合が重量で約７００ｐ
ｐｍである合成石英ガラスの円盤からなる光取り出し窓
４１を、溶着によって設けた。外側管１０と内側管９を
密閉する他端部８ａには光反射板１３を設けた。水酸基
の含有割合が約３ｐｐｍである石英ガラス管からなる内
側管１０の光取り出し窓４１に直近した一端部を気密に
閉鎖し、閉鎖部１６を形成した。また、該閉鎖部と該光
取り出し窓の最短距離Ｘを、該中空円筒状の放電空間の
放電ギャップＬと同一の５．５ｍｍにした。外側管１０
の外面にアルミニウムを蒸着するこによって、光反射板
を兼ねた電極１２を設けた。該電極１２は、光取り出し
窓４１に接するまで延長して設けられている。内側管９
の外面、および該閉鎖部の放電空間８ｂと反対側の外面
にアルミニウムを蒸着するこによって、光反射板を兼ね
た電極１１および該電極１１に電気的に接続された状態
の先端電極１７を設けた。図示していないが、該アルミ
ニウム電極を機械的に、化学的に保護するために、該ア
ルミニウム電極を窒化ほう素の保護皮膜で被覆した。放
電容器の放電空間１５に放電用ガスとしてキセノンガス
を３００Ｔｏｒｒを封入した。

【０００９】高周波高電圧の電源２２を使用して該誘電
体バリヤ放電ランプを点灯したところ、先ず第一に、該
電極１２が光取り出し窓４１に接するまで延長して設け
られているのにもかかわらず、光取り出し窓４１の内面
および外面において沿面放電が発生せず、従って、光出
力が安定であり、第二に、該先端電極１７を設けたこと
により、該閉鎖部１６と該光取り出し窓４１の間に存在
する空間８ｂで安定な放電が発生し、従って放射輝度が
増大し、第三に、光取り出し窓４１が円盤状なので、内
側管９の内面に発生したプラズマからの放射光を効率良
く取り出すことが出来た。上記の結果、波長１７２ｎｍ
に中心波長を有する真空紫外線が高効率で放射され、放
射輝度が高く、光出力が安定で、しかも安全性の高い誘
電体バリヤ放電ランプを得ることが出来た。

【００１０】本発明の第二の実施例の該誘電体バリヤ放
電ランプを、図２に示す。本実施例においては、光取り
出し窓４１の外面に、電極１２に電気的に接続された光
が通過可能な金属網電極１９を設けた。また、放電容器
８の一端部に、放電空間１５と貫通させてゲッターを収
納するゲッター室１８を設け、バリウムゲッターを収納
した。本実施例においては、該先端電極１７と該電極１
２との放電に加え、該先端電極１７と該金属網電極１９
との間でも安定な放電が発生し、従って放射輝度がさら
に増大した。さらに、該電極１２と該金属網電極１９を
アース電位にすることにより、光取り出し窓４１に接近
しても感電の危険性が無くなり、電磁雑音の放射も少な
くなり、より安定な誘電体バリヤ放電ランプが得られ
た。また、バリウムゲッターを設けたので、点灯中に発
生した不純ガスが除去されるので、長寿命の誘電体バリ
ヤ放電ランプが得られた。

【００１１】本発明の第三実施例の該誘電体バリヤ放電
ランプを、図３に示す。本実施例のように、光取り出し
窓４１の有効直径Ｄを外側管１０の内径を越えるように
構成すると、窪み２３が形成され、外側管１０の内面に
発生している沿面放電状プラズマ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。

【００１２】上記本発明の実施例の説明においては、放
電用ガスはキセノンであったが、放電用ガスとして塩素
とキセノンの混合ガス、塩素とクリプトンの混合ガスな
ど、他の放電用ガスを使用した場合にも有効であること
は自明である。

【００１３】上記実施例のランプにおいては、得られる
光のビームの断面形状は、円形となるが、ビームの断面
形状が、方形もしくは線状に形成されるようなランプ構
造についても本発明の技術課題が存在し、かつ本発明の
技術によって当該課題が解決できる。図１を流用して、
この点について補足説明する。図１に示したランプにお
いて、放電空間１５、８ｂが、紙面に対して垂直方向へ
伸びている状態を想像すると、外側管、内側管の外形を
扁平とし、誘電体バリヤ放電用の電極も、その扁平な管
をおおうように設け、窓の形状も、矩形にすればよいこ
とが分る。つまり、本発明の技術は外形が概略扁平状で
ある外側管と内側管とを同軸的に配置することによって
形成した中空扁平状の放電空間を有する放電容器に、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、該外側管の外面の少なくとも一部および
該内側管の外面の少なくとも一部に該誘電体バリヤ放電
用の電極を設け、該放電容器の少なくとも一端部に光取
り出し窓を設けた誘電体バリヤ放電ランプにおいて、該
光取り出し窓が概略方形状であり、かつ、該内側管の少
なくとも該光取り出し窓に直近した一端部が気密に閉鎖
されている構造であることを特徴とした誘電体バリヤ放
電ランプにも適用できる。

【００１４】

【発明の効果】上記したように、本発明によれば、光出
力が安定で、放射輝度の高く、高効率で、高安定型の誘
電体バリヤ放電ランプを提供できる。

【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】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３】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４】従来の誘電体バリヤ放電ランプの説明図であ
る。

【符号の説明】

８ 放電容器 ９ 内側管 １０ 外側管 １１，１２ 電極 １５ 放電空間 １６ 閉鎖部 １７ 先端電極 １８ ゲッター室 １９ 網電極 ４１ 光取り出し窓

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平本 立躬 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内 (72)発明者 菱沼 宣是 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内 (72)発明者 朝比奈 隆 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内 (72)発明者 若畑 康彦 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外形が概略円筒状である外側管と内側管
   とを同軸に配置することによって形成した中空円筒状の
   放電空間を有する放電容器に、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、該外側
   管の外面の少なくとも一部および該内側管の外面の少な
   くとも一部に該誘電体バリヤ放電用の電極を設け、該放
   電容器の少なくとも一端部に光取り出し窓を設けた誘電
   体バリヤ放電ランプにおいて、該光取り出し窓が概略円
   盤状であり、かつ、該内側管の少なくとも該光取り出し
   窓に直近した一端部が気密に閉鎖されている構造である
   ことを特徴とした誘電体バリヤ放電ランプ。
2. 【請求項２】 内側管の、光取り出し窓に近接した方の
   端部を、該窓から離間して閉じて閉鎖部を構成したこと
   を特徴とする請求項１に記載の誘電体バリヤ放電ラン
   プ。
3. 【請求項３】 閉鎖部の外面に先端電極を設け、該先端
   電極を、内側管の外面に設けた誘電体バリヤ放電用の電
   極に接続してなることを特徴とする請求項２に記載の誘
   電体バリヤ放電ランプ。
4. 【請求項４】 該閉鎖部と該光取り出し窓の最短距離Ｘ
   を、放電空間の放電ギャップＬの５０％から１５０％の
   間に規定した事を特徴とした請求項２と請求項３に記載
   の誘電体バリヤ放電ランプ。
5. 【請求項５】 該光取り出し窓の外面に光透過性の電極
   を設けたことを特徴とした請求項１から請求項４に記載
   の誘電体バリヤ放電ランプ。
6. 【請求項６】 外形が概略扁平状である外側管と内側管
   とを同軸的に配置することによって形成した中空扁平状
   の放電空間を有する放電容器に、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、該外
   側管の外面の少なくとも一部および該内側管の外面の少
   なくとも一部に該誘電体バリヤ放電用の電極を設け、該
   放電容器の少なくとも一端部に光取り出し窓を設けた誘
   電体バリヤ放電ランプにおいて、該光取り出し窓が概略
   方形状であり、かつ、該内側管の少なくとも該光取り出
   し窓に直近した一端部が気密に閉鎖されている構造であ
   ることを特徴とした誘電体バリヤ放電ランプ。