JPH11283578A

JPH11283578A - 放電ランプおよび放電ランプ装置

Info

Publication number: JPH11283578A
Application number: JP8169998A
Authority: JP
Inventors: Kunio Yuasa; 邦夫湯浅
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】紫外線の光量を確保できるとともに印加電圧
を低下できるエキシマ放電ランプを提供する。【解決手段】放電ランプ１は、石英ガラス製の容器２
を有する。この容器２は、内径Ｌ2 の円筒状の外管３
と、外径Ｌ1 の円筒状の内管４とを備えた二重管構造と
する。内管４の外径Ｌ1 と外管３の内径Ｌ2 との差を５
mm以下とする。外管３と内管４との間に放電空間５を気
密に形成し、キセノンを封入する。外管３の外周面と内
管４と内周面とに電極７，８を配置する。電極７，８に
電源を接続し、放電ランプ装置を構成する。電源から高
周波電圧を印加すると、誘電体バリア放電により、紫外
光を効率よく放射できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紫外線を発光する
放電ランプおよび放電ランプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の放電ランプとしては、た
とえば特公平８−２１３６９号公報に記載の構成が知ら
れている。そして、この構成は、いわゆる誘電体バリア
放電を用いるもので、紫外光を透過する電気絶縁体であ
る石英製のガラス容器内にキセノン（Ｘｅ）などの紫外
線を発光する物質を封入し、ガラス容器の外部にメッシ
ュ状の電極を配設し、ガラス容器自体を誘電体として、
電極に高電圧を印加して放電させている。また、放電は
ガラス容器を介しての放電のため、いわゆる無声放電と
なり、パルス状の電流が流れる。そして、このパルス状
の電流は、高速の電子流を持ち、休止区間が多いため、
キセノンなどの紫外線を出す物質を多量に励起し、励起
された物質が一時的にエキシマ状態の分子状態に結合
し、基底状態に戻るときに再吸収の少ない紫外光を効率
良く放出する。また、メッシュ状の電極を用いるため、
大面積に安定的に放電を生ぜしめ、安定放電時には、電
極の各メッシュの交点付近で発光が観測されるようにな
っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
公平８−２１３６９号公報に記載の構成では、誘電体と
なるガラス容器を介して放電するため、数ｋＶの電圧を
印加する必要があるとともに、発光量を増加させたり、
長尺のランプを製作する時には高電圧を印加しなければ
ならず、高電圧を生み出す高周波トランスか大形化し、
あるいは製作が困難になる問題を有している。

【０００４】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、高電圧を印加することなく光量を確保できる放電
ランプおよび放電ランプ装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の放電ラン
プは、外径Ｌ1 の誘電体の内管およびこの内管を内包す
る誘電体の内径Ｌ2 の外管を備え、これら内管の外径Ｌ
1 と外管の内径Ｌ2 とは、Ｌ１＞＝Ｌ２−５mmの関係を
満たし、これら内管と外管との間に紫外線発光源の希ガ
スを封入した放電空間を形成した容器と；内管の内側お
よび外管の外側に配置され高周波電圧が印加される対を
なす電極と；を具備しているものである。

【０００６】そして、この構成では、電極に高周波電圧
を印加することにより、誘電体となる容器を介して放電
され、高速の電子流を持ち休止区間が多いパルス状の電
流が流れるため、紫外線を出す物質を多量に励起し、励
起された物質が一時的にエキシマ状態の分子状態に結合
し、基底状態に戻るときに再吸収の少ない紫外光を効率
良く放出する。そして、内管の外径Ｌ1 と外管の内径Ｌ
2 との差を５mm以下とすることにより、内管および外管
の近傍における密度の高い反応を利用して、紫外線の光
量を確保しつつ、印加電圧の低下が可能になる。

【０００７】請求項２記載の放電ランプは、第１の誘電
体と；この第１の誘電体に２．５mm以下の離間寸法で対
向する第２の誘電体と；これら第１の誘電体と第２の誘
電体との間に形成され、紫外線発光源となる希ガスが封
入された放電空間と；それぞれ第１の誘電体および第２
の誘電体の放電空間外に配置され高周波電圧が印加され
る対をなす電極と；を具備しているものである。

【０００８】そして、この構成では、電極に高周波電圧
を印加することにより、誘電体を介して放電され、高速
の電子流を持ち休止区間が多いパルス状の電流が流れる
ため、紫外線を出す物質を多量に励起し、励起された物
質が一時的にエキシマ状態の分子状態に結合し、基底状
態に戻るときに再吸収の少ない紫外光を効率良く放出す
る。そして、誘電体を２．５mm以下の離間寸法で対向さ
せることにより、誘電体の近傍における密度の高い反応
を利用して、紫外線の光量を確保しつつ、印加電圧の低
下が可能になる。

【０００９】請求項３記載の放電ランプ装置は、請求項
１または２記載の放電ランプと；電極に接続される電源
と；を備えたものである。

【００１０】そして、この構成では、印加電圧の低下が
可能になるため、電源の小形化が可能になる。

【００１１】請求項４記載の放電ランプ装置は、請求項
３記載の放電ランプ装置において、点灯周波数は、１Ｍ
Ｈｚ以下であるものである。

【００１２】そして、この構成では、電子の冷却が可能
になり、分子の再結合確率が向上するため、エキシマ量
が増加して出力が向上し、効率が高まる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の放電ランプおよび
放電ランプ装置の一実施の形態を図面を参照して説明す
る。

【００１４】図１は本発明の放電ランプの一実施の形態
を示す断面図、図２は放電ランプを備えた放電ランプ装
置の構成図である。

【００１５】そして、これら図１および図２に示すよう
に、放電ランプ１は、電気絶縁体であり少なくとも一部
は紫外線を透過する物質である石英ガラス製の容器２を
有している。そして、この容器２は、二重管構造で、内
径（Ｌ2 ）２８mm、肉厚１mmの円筒状の外管３と、この
外管３に同軸状に内包された外径（Ｌ1 ）２６mm、肉厚
１mmの円筒状の内管４を有している。そして、これら外
管３および内管４の両端は封着されて気密に放電空間５
が形成され、この放電空間５に、紫外線の発光源すなわ
ちエキシマ生成ガスとなる希ガスのキセノン（Ｘｅ）が
１３０００Ｐａ以上、好適には４００００Ｐａの圧力で
封入されてている。なお、外管３および内管４は、例え
ば、全長２００mmとなっている。

【００１６】また、容器２の外管３の外周面すなわち放
電空間５とは反対側の面には、円筒状でメッシュ状の電
極７が形成され、内管４の内周面すなわち放電空間５と
は反対側の面には、円筒状で反射板を兼ねたアルミニウ
ム製の電極８が形成されている。

【００１７】さらに、電極７および電極８間には、高周
波発生手段である電源９が接続され、放電ランプ装置10
が構成されている。また、電源９は、点灯周波数４０ｋ
Ｈｚで入力電力は３０Ｗで一定となっている。そして、
この放電ランプ装置10は、例えば、インク硬化、半導体
の付着物のアッシング用の灰化装置、浄水装置あるいは
殺菌用の紫外線などを照射する処理装置本体に収容され
て用いられる。

【００１８】そして、この放電ランプ１は、電源９から
電極７，８に高周波電圧を印加することにより、いわゆ
る誘電体バリア放電により、誘電体となる石英ガラス製
の容器２の外管３および内管４を介して放電させ、高速
の電子流を持ち休止区間が多いパルス状の電流が流し
て、紫外線を出す物質を多量に励起し、励起された物質
を一時的にエキシマ状態の分子状態に結合させ、基底状
態に戻るときに再吸収の少ない紫外光を効率良く放出さ
せて、紫外光を効率よく放射でき、紫外光用放電ラン
プ、特に、エキシマ放電ランプの特性を向上できる。

【００１９】さらに、本実施の形態では、内管４の外径
Ｌ1 〔mm〕と、外管３の内径Ｌ2 〔mm〕について、Ｌ１
＞＝Ｌ２−５〔mm〕の条件を満たし、内管４および外管
３のランプ管壁近傍における密度の高い反応を利用し
て、エキシマランプの紫外線の光量を確保しつつ、印加
電圧を低下させることができる。すなわち、高電圧を印
加することなく高効率で紫外線を出力でき、光量を十分
に大きくできる。

【００２０】また、印加電圧の低下が可能になるため、
電源９を小形化できるとともに、電源９の製作を容易に
して、製造コストを低減できる。

【００２１】さらに、点灯周波数を１ＭＨｚ以下とする
ことにより、電子の冷却が可能になり、分子の再結合確
率が向上するため、エキシマ量を増加して出力を向上さ
せ、効率を高めることができる。

【００２２】次に、図面を参照して、本発明に関する基
礎実験の実験結果およびこの基礎実験の実験結果に基く
比較試験の試験結果を説明する。

【００２３】図３は放電ランプの基礎実験用の実験装置
の構成図、図４は放電ランプの基礎実験用の放電ランプ
の構成図、図５は放電ランプの基礎実験の結果を示すグ
ラフである。

【００２４】基礎実験は、放電路のどの部分が最も紫外
線を生成しているかを調査するもので、図３は、調査に
用いた実験系の略平面図であり、図４は、この実験系に
配置された実験用のランプ21を示している。すなわち、
ランプ21は、内寸約１０mm×１０mm×５０mmの直方体状
のランプ本体22を備え、このランプ本体22の内側の放電
空間には、キセノンガスが４００００Ｐａ封入されたエ
キシマランプとなっている。そして、このランプ本体22
の外側には、一対の電極23，24が備えられ、これら電極
23，24が電源25に接続されている。そして、これら電極
23，24により、一直線状に規制された放電路26を生成
し、この放電路26の線分の中でどの部分が最も紫外線を
生成しているのかを調査する。

【００２５】そして、この調査は、紫外線を出す源にな
るキセノン１ｓレベル（準位）の密度を半導体レーザ31
を用いたいわゆる吸収法で測定した。そして、この半導
体レーザ31のレーザ光は、２ｐ６レベルから１ｓ４レベ
ルの遷移に対応した８２８nmに調整されており、レーザ
光に対して相対的に移動可能に備えられたランプ21を通
ったレーザ光はビームスプリッタ33で反射された後にフ
ォトダイオード34に到達し、強度が測定される。さら
に、レーザ光をランプ21に到達する手前でビームスプリ
ッタ36により分岐し、図示しない電源により直流で放電
している低圧のキセノンランプ37あるいは低圧アルゴン
（Ａｒ）ランプを通過させてフォトダイオードに到達さ
せて吸収波長を測定することにより、半導体レーザ31の
レーザ光の波長が確認されている。

【００２６】このようして、ランプ21の放電路26上の各
位置の強度を測定した結果を図５のグラフに示す。そし
て、ｘ軸（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、片方のランプ壁から
の距離〔mm〕を表し、ｙ軸（Ｔｉｍｅ）は、時間応答
〔ｍｓｅｃ〕を表し、ｚ軸は、キセノン（Ｘｅ）の１ｓ
４レベルの密度の値である。そして、このグラフより、
キセノンダイマーを生成する源となるキセノンの１ｓ４
レベルは、両方のランプ壁の極めて近傍でしか生成され
ず、放電空間の真ん中付近ではどの時間においても殆ど
生成されていないことが判明した。

【００２７】次に、この基礎実験の結果を踏まえ、最適
なランプ構成を実現するため、以下の条件の二重管を製
作し、皮革試験を実施した。すなわち、外管３の内径Ｌ
2 を２８mmに固定し、内管４の外径Ｌ1 をそれぞれ２０
mm，２２mm，２４mm，２６mmとしたものを製作した。ま
た、外管３および内管４のガラス肉厚は１mm、封入ガス
は、キセノンガスを４００００Ｐａで一定とした。そし
て、これらのランプを点灯周波数４０ｋＨｚで点灯し、
紫外線強度と始動電圧とを測定した結果を以下の表１に
示す。

【００２８】

【表１】なお、紫外線強度（ＵＶ出力）は、内管４の外径Ｌ1 を
２０mmとした場合を１００とした相対値で示した。ま
た、この紫外線強度は、１７２nmにも一部感度がある１
８５nm光用ＵＶ測定装置（株式会社トプコン製）をラン
プに密着させ、窒素雰囲気中で測定した。

【００２９】そして、実験の結果、内管４の外径Ｌ1 を
外管３の内径Ｌ2 に近付けることにより、始動電圧を急
激に減少できるとともに、紫外線強度の低下の割合は小
さく、特に、内管４の外径Ｌ1 を外管３の内径Ｌ2 との
差を５mm以下すなわち離間寸法を２．５mm以下とした条
件で、始動電圧を十分に低減させ、電源９を小形化でき
るとともに製作を容易にして、製造コストを低減でき
る。加えて、効率を低下させることなく印加電圧を低下
できるため、放電空間５を長尺にでき、長手寸法の大き
い放電ランプ１を容易に製造できる。

【００３０】なお、表１に示す実験の結果において、内
径の小さい方が若干紫外線強度が大きくなっているが、
この理由としては、ランプ壁での多重散乱など、他の部
分での発光が回り込んでＵＶ測定装置に到達したものと
考えられる。

【００３１】なお、上記実施の形態では、紫外光を直接
放射する場合について説明したが、放電ランプ１の内部
などに蛍光体などを設け、紫外線を可視光に変化する構
成でも、同様の効果を実現できる。

【００３２】また、容器２は必ずしも二重管構造である
必要はなく、例えば、誘電体として平板状の石英ガラス
を用い、平板状の放電空間に放電することもできる。

【００３３】

【発明の効果】請求項１記載の放電ランプによれば、内
管の外径と外管の内径との差を５mm以下とすることによ
り、内管および外管の近傍における密度の高い反応を利
用して、紫外線の光量を確保しつつ、印加電圧の低下が
可能になる。

【００３４】請求項２記載の放電ランプによれば、誘電
体を２．５mm以下の離間寸法で対向させることにより、
誘電体の近傍における密度の高い反応を利用して、紫外
線の光量を確保しつつ、印加電圧を低下できる。

【００３５】請求項３記載の放電ランプ装置によれば、
請求項１または２記載の放電ランプと電極に接続される
電源とを備えたため、印加電圧の低下が可能になり、電
源を小形化できる。

【００３６】請求項４記載の放電ランプ装置によれば、
請求項３記載の効果に加え、点灯周波数を１ＭＨｚ以下
とすることにより、電子の冷却が可能になり、分子の再
結合確率が向上するため、エキシマ量を増加して出力を
向上させ、効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放電ランプの一実施の形態を示す断面
図である。

【図２】同上放電ランプを備えた放電ランプ装置の構成
図である。

【図３】同上放電ランプの基礎実験用の実験装置の構成
図である。

【図４】同上放電ランプの基礎実験用の放電ランプの構
成図である。

【図５】同上放電ランプの基礎実験の結果を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１放電ランプ２容器３外管４内管５放電空間７，８電極９電源 10 放電ランプ装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外径Ｌ1 の誘電体の内管およびこの内管
を内包する誘電体の内径Ｌ2 の外管を備え、これら内管
の外径Ｌ1 と外管の内径Ｌ2 とは、Ｌ１＞＝Ｌ２−５mm
の関係を満たし、これら内管と外管との間に紫外線発光
源の希ガスを封入した放電空間を形成した容器と；内管
の内側および外管の外側に配置され高周波電圧が印加さ
れる対をなす電極と；を具備していることを特徴とする
放電ランプ。
【請求項２】第１の誘電体と；この第１の誘電体に
２．５mm以下の離間寸法で対向する第２の誘電体と；こ
れら第１の誘電体と第２の誘電体との間に形成され、紫
外線発光源となる希ガスが封入された放電空間と；それ
ぞれ第１の誘電体および第２の誘電体の放電空間外に配
置され高周波電圧が印加される対をなす電極と；を具備
していることを特徴とする放電ランプ。
【請求項３】請求項１または２記載の放電ランプと；
電極に接続される電源と；を備えたことを特徴とする放
電ランプ装置。
【請求項４】点灯周波数は、１ＭＨｚ以下であること
を特徴とする請求項３記載の放電ランプ装置。