JPH09274893A

JPH09274893A - 誘電体バリア放電ランプ

Info

Publication number: JPH09274893A
Application number: JP10647496A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoku Aiura; 良徳相浦; Nobuyoshi Hishinuma; 宣是菱沼; Hiromitsu Matsuno; 博光松野
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1996-04-04
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】安全で安価にランプ自身を冷却することがで
きる誘電体バリア放電ンランプ提供すること。【解決手段】一対の電極（５、６）と誘電体（２、３）
によって誘電体バリア放電を発生させ、かかる電極間の
放電用ガスかエキシマ分子を形成することで紫外光を発
生させる誘電体バリア放電ランプにおいて、前記電極
（５、６）のうち少なくとも一方の電極５には、ヒート
パイプ２０の一部２１が近接配置され、このヒートパイ
プ２０の他の部分２３は、前記一部が近接配置する電極
５とは離れた位置において冷却手段２４にさらされるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は誘電体バリア放電
ランプに関する。特に、光化学反応などの紫外線光源と
して使われる誘電体バリア放電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】誘電体バリア放電は、例えば、特開平２
−７３５３号等に開示される。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
ア放電によってエキシマ分子を作り、このエキシマ分子
から放射される光を取り出す放射器、すなわち、誘電体
バリア放電ランプについて記載されている。ここで、誘
電体バリア放電は、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刷発行台２６３ページ参照）と
も称される。この誘電体バリア放電ランプは、従来の低
圧水銀ランプや高圧アーク放電ランプにない種々の特
徴、例えば、中心波長１７２ｎｍという短波長の光を放
射するなど、を有している。

【０００３】しかし、このような利点を有する一方で、
従来の誘電体バリア放電ランプは、ランプへの入力電力
（発光面積に対する入力電力）を上昇させるとランプの
発光効率が減少するという問題を有する。これは、入力
電力が上昇するとランプ内のガス温度も上昇するので、
その結果として、発光効率が低下するものと考えられ
る。さらに、かかるガス温度の上昇によって、石英ガラ
スの透過率も減少するという問題を有する。例えば、波
長１７２ｎｍの透過率は２５℃のときには約８５％であ
るのに対し、１００℃のときは約８３％、３００℃のと
きは約７３％となる。また、点灯時間に対するかかる透
過率の減衰率も温度が高い方が大きいため、早く光出力
を低下させてしまうという問題もある。また、ランプの
温度上昇によって石英ガラスの絶縁破壊電圧が低下して
しまうのでランプ自身が破損、リークする可能性もあ
る。用途によっては、光出力を上げるために、入力電力
を高くすることが要求される場合も多く、このような意
味からもガス温度、すなわちランプ自身の温度上昇は深
刻な問題といえる。

【０００４】従来、このようなランプ自身の温度上昇の
問題に対して、ランプ内部に冷却手段を設けることが提
案されている。例えば、特開平４−３０１３５７号に
は、ランプの内部に冷却水を流す構造が開示されてい
る。しかし、冷却水を流す方法では、ランプの高温化を
幾分抑えることはできるが、誘電体バリア放電ランプ
は、一般に外表面に電極が貼付されるので、冷却水と電
極が接触することになり、電極材料が冷却水の中に溶け
出して冷却水の導電度が上昇させ、さらには高電圧リー
クを導いていた。この対策として、イオン交換器やフィ
ルター、イオン交換樹脂などを使って冷却水のイオン濃
度を低く押さえ、高電圧がリークしないようにすること
もできるが、このような作業は、メンテナンス作業が煩
雑でその費用も高価になってしまう。

【０００５】また、冷却水以外の冷却手段として、冷却
風などをランプに直接吹きつける方法が考えられる。し
かし、冷却風などの気体を使った冷却は、冷却水を使っ
た冷却に比べて冷却効果は不十分なものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、安全で安
価にランプ自身を冷却することができる誘電体バリア放
電ランプを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の誘電体バリア
放電ランプは、一対の電極と誘電体によって誘電体バリ
ア放電を発生させ、かかる電極間の放電用ガスからエキ
シマ分子を形成することで紫外光を発生させるもので以
下の特徴を有する。すなわち、前記電極のうち少なくと
も一方の電極には、ヒートパイプの一部が近接配置さ
れ、前記ヒートパイプの他の部分が、前記一部が近接配
置する電極とは離れた位置において冷却手段にさられる
ことを特徴とする。さらに、ヒートパイプは石英ガラス
よりなることを特徴とする。さらに、ヒートパイプの一
部が近接配置した電極は、紫外線を透過するとともに、
前記ヒートパイプも当該紫外線を透過することを特徴と
する。さらに、ヒートパイプは傾斜されて、凝結した液
体が重力によって、電極近傍まで流れることを特徴とす
る。さらに、具体的には、少なくとも一部が誘電体であ
る内側管と外側管が同軸配置し、この内側管と外側管の
間で放電空間を形成するとともに、当該内側管と外側管
の各々は放電空間と反対の壁面において各々電極を有
し、前記各々の電極と誘電体によって誘電体バリア放電
を発生させ、前記放電空間に充填された放電用ガスから
エキシマ分子を形成することで紫外光を発生させる誘電
体バリア放電ランプにおいて、前記内側管の内部空間に
はヒートパイプが挿入されて、内側管の壁面に設けられ
た前記電極と当該ヒートパイプの一部が近接配置され、
前記ヒートパイプの他の部分が、前記一部が近接配置す
る電極とは離れた位置において冷却手段にさられること
を特徴とする。

【０００８】

【実施例】図１に本発明の誘電体バリア放電ランプを示
す。放電ランプ１は内側管２と外側管３を同軸に配置し
た二重管構造をなし、内側管２と外側管３の間に放電空
間４が形成される。内側管２と外側管３は、少なくとも
一部を誘電体で構成する。例えば、波長１７２ｎｍの光
を透過する石英ガラスよりなる。数値例を上げると内側
管２は、外径14.0mm、肉厚１mmであり、外側管３は、内
径24.5mm、肉厚１mmである。そして、内側管２、外側管
３はともに、長さ 300mmでありランプ１の全長もほぼ 3
00mmとなる。

【０００９】内側管２の内面には略円筒状の電極５が密
着配置される。この内側電極５は、例えば、厚さ0.5 mm
のアルミニウム板を曲げて作った半円筒を２個組み合わ
せたものである。外側管３の外面には光を透過する外側
電極６が配置される。この外側電極６は、紫外線を透過
する透明電極や網状電極で構成される。内側電極５と外
側電極６は図示略の交流電源に接続される。放電空間４
には、放電用ガスとして希ガス（キセノン、アルゴン、
クリプトンなど）、もしくは、希ガスとハロゲン（塩
素、臭素、沃素、フッ素）の混合ガスが封入される。

【００１０】図２に誘電体バリア放電ランプ１にヒート
パイプ２０を挿入した状態を示す。内側管２の内側空間
にヒートパイプ２０が挿入され、内側電極５と接触した
状態になっている。ヒートパイプ２０は内部に少量の液
体が封入され、この液体の蒸発によって、ヒートパイプ
２０の一端から熱を吸収するとともに、かかる蒸気の凝
縮によってヒートパイプ２０の他端で熱を放出する、い
わゆる熱輸送の機能を持つもので、その内部に液体を密
封した動作管が配置される。ヒートパイプ２０に封入さ
れた液体は、脱イオン水、エチルアルコールが適用され
る。これらは絶縁流体であり、後述する高圧リークを防
止するという利点を有する。そして、ヒートパイプ２０
は、かかる機能上その長手方向に吸熱部分２１、断熱部
分２２、放熱部分２３で構成される。吸熱部分２１は、
ヒートパイプ全体のうち内側管２の内側空間に挿入され
ている部分を意味し、誘電体バリア放電ランプからの熱
を吸収する部分である。放熱部分２３は、この蒸発した
動作液を凝縮する部分であり、かかる凝縮を促進するた
めに放熱部分２３の周囲には冷却手段２４が施される。
断熱部分２２は、吸熱部分２１と放熱部分２３の間をい
い、熱の吸収、放出が実質的に行われない領域をいう。
ヒートパイプ２０の数値例をあげると、外径10.5mm、厚
さ1.0mm の石英管であって、吸熱部分２１の長さが 280
mm、断熱部分２２の長さが40mm、放熱部分２３の長さが
50mmである。

【００１１】冷却手段２４はその内部にヒートパイプ２
０が挿入された冷却管からなり、冷却管入口２５から冷
却水を流し、ヒートパイプ２０の側面を沿って冷却水が
流れ、冷却管出口２６から排水される。このような構造
により、冷却手段２４はヒートパイプ２０を効果的に冷
却することができる。つまり、誘電体バリア放電ランプ
に対して直接、冷却水や冷却風を接触させることなく効
果的にランプの冷却をすることができる。

【００１２】このような構造の誘電体バリア放電ランプ
において、放電空間４には放電用ガスとして33ｋPaのキ
セノンガスを封入し、単位長さ１cmあたり入力電力が約
１Ｗで点灯させた。そして、本発明のヒートパイプを使
った冷却を行わない場合には約３００℃であった内側管
の温度が、本発明のヒートパイプを使った冷却によって
約１００℃まで低下することが確認された。そしてま
た、同じ入力電力密度であれば、冷却していない場合の
光出力に比べて２０％増の光出力を得ることができた。
このとき放電の様子はチラツキもなく良好であった。

【００１３】図３に冷却手段としてヒートシンク３０を
使った状態を示す。ヒートシンク３０は冷却管の場合と
同様にヒートパイプ２０の放熱部分に接続され、冷却水
をその周囲に流すことでヒートパイプ２０を冷却するこ
とができ、また、冷却風を吹き付けることで冷却するこ
ともできる。また、ヒートシンク３０は、前記冷却管に
比べてヒートパイプ２０に対して取り外し容易という利
点を有する。

【００１４】図４に他の実施例を示す。一端が誘電体バ
リア放電ランプ１に挿入されたヒートパイプ２０は、そ
の長手方向で曲がり傾斜をもつ構造となっている。この
ような構造により、放熱部分２３で凝縮した動作液はか
かる傾斜に沿って重力により吸熱部分２１に戻るので効
率良く冷却することができる。ヒートパイプ２０を曲げ
る形態については、図示のものに限られず、種々のもの
が適用できる。

【００１５】前述の誘電体バリア放電ランプを使い、単
位長１cmあたり入力電力が約 1.2Ｗで点灯させたとこ
ろ、波長１７２nmに最大値を有する１６０nmから１９０
nmの範囲の真空紫外光が放射された。具体的には、かか
る範囲の光出力は、冷却手段を設けない場合に放射効率
は約 6.2％程度であるのに対し、途中で曲げたヒートパ
イプ２０を使った場合は約 8.3％と増加した。これは、
動作液であるエチルアルコールが放熱部分で凝縮し、そ
の自重により効率良く吸熱部分に戻っていることによ
り、効率良く冷却されているためといえる。

【００１６】また、ヒートパイプを曲げることで、例え
ば、交流電源やトランス、その他の部材との位置関係を
考慮することができ装置全体を小型なものにできる。特
に、誘電体バリア放電ランプを点灯させるトランスは、
通常のトランスより大型なので効果的である。また、か
かるトランスをランプに接近させることも可能になり両
者を結ぶ電気供給線が短くなるので、そこから発生する
電磁ノイズを低減することもできる。

【００１７】本発明では、ヒートパイプの中には絶縁性
のウイックを入れることもできる。このような構造によ
り、冷却効果を向上できるとともに、高電圧リークを減
少することもできる。

【００１８】本発明は、ヒートパイプが内側電極を冷却
する構造に限られるものではなく、外側電極に密着する
ことでかかる電極を冷却することも可能である。実施例
では、外側電極が網状電極であって放射光を透過するも
のであったが、内側電極を透光性にする構造であって構
わないからである。さらに、放射光を透過する電極であ
っても、その一部にヒートパイプを接触させる構造や、
ヒートパイプ自身が透光性であれば、かかる電極にヒー
トパイプを接触させることは可能である。そして、内側
電極と外側電極の両方にヒートパイプを接触させること
も可能であり、電極以外の部分にヒートパイプを接触さ
せることもできる。

【００１９】本発明では、ヒートパイプが内側電極等に
密着するものに限られず、冷却効果を持つことができれ
ば、内側電極等に近接配置するもので十分である。

【００２０】本発明では、内側管の内部にヒートパイプ
を挿入して、内側電極を冷却する構造とした場合、内側
電極への電力供給線は、ヒートパイプを挿入している端
部と反対側の端部において接続することができる。この
ような構造により、ヒートパイプを内側電極に略密着さ
せても電力供給線を通すための専用の隙間などを設ける
必要がないからである。

【００２１】本発明では、ヒートパイプは石英ガラスで
構成することが好ましい。これは、石英ガラスが高純度
の酸化シリコンからなり安定しているので、ヒートパイ
プから動作液が溶けだすことがなく、また、動作液の絶
縁性が保たれるので高電圧のリークをいう問題も解消す
るからである。

【００２２】本発明では、内側管の内部にヒートパイプ
を挿入して内側電極を冷却する構造とした場合、内側電
極はスリットを持つ電極、穴を有する電極、螺旋電極と
することもできる。このような構造により、放電空間か
らの放射光は内側電極の隙間を通してヒートパイプの内
面に達する。そして、ヒートパイプの内面を洗浄し、表
面を改質することができる。さらに、動作液が水の場合
は水分子が分解されＯＨラジカルが生成され、その作用
によりヒートパイプの内面を洗浄することもできる。こ
のような作用により、ヒートパイプの内面の濡れ性が改
善され動作液が広がりやすくなり冷却効果を構造するこ
とができる。

【００２３】本発明は、実施例で説明したような同軸円
筒状の二重管型誘電体バリア放電ランプに限定されるも
のではなく、壁部の少なくとも一部を誘電体で構成し、
その外面に電極を貼付した全体略平板状の誘電体バリア
放電ランプにも適用されることはいうまでもない。この
ような構造の誘電体バリア放電ランプは、例えば、特開
平 1-144560 号、特開平 2-7353 号、特開平 2-158049
号等に開示される。そして、かかる構造の誘電体バリア
放電ランプでは、ヒートパイプを所望の部位に適宜密着
又は近接配置することで本発明の効果を奏することがで
きる。

【００２４】

【発明の効果】このように誘電体バリア放電ランプの少
なくとも一方の電極と電気的に絶縁されたヒートパイプ
を設けたことにより、ランプに直接、冷却水や冷却風を
接触させることはなくランプを効果的に冷却することが
できる。そして、かかる冷却手段は簡単な構造であるた
め安価に作ることができ、また、人間が高電圧に接触す
るという可能性も少なくなり安全性の高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の誘電体バリア放電を使った光源装置を
示す。

【図２】本発明に使用する誘電体バリア放電を使った放
電ランプを示す。

【図３】本発明の誘電体バリア放電を使った光源装置を
示す。

【符号の説明】

１誘電体バリア放電ランプ２内側管３外側管４放電空間５内側電極６外側電極２０ヒートパイプ２１吸熱部分２２断熱部分２３放熱部分

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【手続補正書】

【提出日】平成８年７月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】追加

【補正内容】

【図４】本発明の他の実施例を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極と誘電体によって誘電体バリア
放電を発生させ、かかる電極間の放電用ガスからエキシ
マ分子を形成することで紫外光を発生させる誘電体バリ
ア放電ランプにおいて、前記電極のうち少なくとも一方の電極には、ヒートパイ
プの一部が近接配置され、前記ヒートパイプの他の部分が、前記一部が近接配置す
る電極とは離れた位置において冷却手段にさられること
を特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
【請求項２】前記ヒートパイプは石英ガラスよりなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の誘電体バリア放電ラン
プ。
【請求項３】前記ヒートパイプの一部に近接配置した電
極は、紫外線を透過するとともに、前記ヒートパイプも
当該紫外線を透過することを特徴とする請求項１に記載
の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項４】前記ヒートパイプは傾斜されて、凝結した
液体が重力によって、電極近傍まで流れることを特徴と
する請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項５】少なくとも一部が誘電体である内側管と外
側管が同軸配置し、この内側管と外側管の間で放電空間
を形成するとともに、当該内側管と外側管の各々は放電
空間と反対の壁面において各々電極を有し、前記各々の電極と誘電体によって誘電体バリア放電を発
生させ、前記放電空間に充填された放電用ガスからエキ
シマ分子を形成することで紫外光を発生させる誘電体バ
リア放電ランプにおいて、前記内側管の内部空間にはヒートパイプが挿入されて、
内側管の壁面に設けられた前記電極と当該ヒートパイプ
の一部が近接配置され、前記ヒートパイプの他の部分が、前記一部が近接配置す
る電極とは離れた位置において冷却手段にさられること
を特徴とする誘電体バリア放電ランプ。