KR20000063054A

KR20000063054A - 유전체 배리어 방전램프 장치

Info

Publication number: KR20000063054A
Application number: KR1020000016197A
Authority: KR
Inventors: 히시누마노부유키; 스기오카신지; 후쿠다사토루
Original assignee: 다나카 아키히로; 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2000-10-25
Also published as: CN1269597A; JP3458757B2; US6570301B1; TW452824B; CN1229851C; EP1041602A3; JP2000285866A; EP1041602A2

Abstract

본 발명은 유전체 배리어 방전램프를 냉각하기 위한 냉각유체의 누설을 확실히 방지할 수 있고, 유전체 배리어 방전램프를 확실하게 냉각할 수 있는 유전체 배리어 방전램프 장치를 제공하고자 하는 것이다.

외형이 대략 원통형상인 외측관(3)과 내측관(2)을 동축에 배치함으로써 형성된 중공 원통형상의 방전공간(P)을 갖는 유전체 배리어 방전램프(1)와, 그 유전체 배리어 방전램프(1)의 내측관(2)에 의해 형성된 공간에 냉각 유체가 흐르는 유전체 배리어 방전램프 장치에 있어서, 상기 내측관(2)은 방전공간(4) 바깥으로 뻗어 나와 원통형상의 연장관부(2A)를 갖고, 그 연장관부(2A)의 단부(2A1) 외주면이 냉각 유체가 흐르는 도관(11)에 접속된 결합기구(8)에 밀착 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

유전체 배리어 방전램프 장치{Dielectric barrier discharge lamp}

본 발명은 유전체 배리어 방전램프 장치에 관한 것이다.

최근, 금속, 글래스, 그 외의 재료로 이루어진 피처리체에 파장 200㎚ 이하의 진공 자외선을 조사함으로써, 그 진공 자외선 및 이에 의해 생성되는 오존의 작용에 의해 피처리체를 처리하는 기술이 실용화되고 있다. 예를 들면, 피처리체의 표면에 부착된 유기 오염물질을 제거하는 세정처리 기술이나, 피처리체의 표면에 산화막을 형성하는 산화막 형성기술이다.

이와 같은 처리를 행하기 위한 램프로서, 종래 수은의 공명선인 파장 185㎚의 진공 자외선을 방출하는 저압 수은 램프가 사용되었다. 최근에는 유전체 배리어 방전램프가 사용되고 있다. 이것은 유전체에 의해 구성된 방전용기 내에 엑시머 발광용 가스가 충전되고, 이 방전용기 내에서 유전체 배리어 방전(별명 「오조나이저 방전」 혹은 「무성방전」. 전기학회 발행 개정신판 「방전 핸드북」 평성1년 6월 재판 7쇄 발행 제263쪽 참조.)을 발생시킴으로써 엑시머광이 방출되는 것이다.

이 유전체 배리어 방전램프는 예를 들면, US4,945,290(일본국 특허공개 평1-144560호 공보)에 개시되어 있다. 거기에는 적어도 일부가 유전체인 석영 글래스에 의해 구성된 중공 원통형상의 방전공간에 엑시머 발광용 가스가 충전되는 유전체 배리어 방전램프가 기재되어 있다.

이러한 유전체 배리어 방전램프는 램프로의 입력전력(발광면적에 대한 입력전력)을 상승시키면 램프의 발광효과가 감소한다는 문제를 갖는다. 이것은 입력전력이 상승하면 램프 내의 가스 온도도 상승하기 때문에, 그 결과로서 발광효율이 저하되는 것이라고 생각할 수 있다.

그리고, 이러한 가스 온도의 상승에 의해 석영 글래스의 투과율도 감소한다라는 문제를 갖는다. 예를 들면, 파장 172㎚의 투과율은 25℃일 때에는 약 85%임에 반해, 100℃일 때에는 약 83%, 300℃일 때에는 약 73%가 된다.

또한, 램프의 온도 상승에 의해 석영 글래스의 절연 파괴전압이 저하되어 버리기 때문에, 램프 자체가 파손, 리크(leak)될 가능성도 있다.

용도에 따라서는 광출력을 높이기 위해, 입력전력을 높일 것이 요구되는 경우도 많고, 이러한 의미에서도 가스 온도, 즉 램프 자체를 냉각할 필요가 있다.

도3은 냉각기구를 구비한 종래의 유전체 배리어 방전램프 장치의 설명도이다.

방전램프(1)는 내측관(2)과 외측관(3)을 동축에 배치한 이중관 구조를 이루고, 내측관(2)과 외측관(3)의 사이에 중공 원통형상의 방전공간(4)이 형성되어 있다. 내측관(2)과 외측관(3)은 적어도 일부를 유전체로 구성한다. 예를 들면, 내측관(2) 및 외측관(3)은 파장 172㎚인 광을 투과하는 석영 글래스로 이루어진다.

내측관(2)의 내면에는 대략 원통형상의 전극(5)이 밀착 배치된다. 이 내측전극(5)은 알루미늄판을 굽혀서 만든 반원통을 2개 조합한 것이다.

외측관(3)의 외면에는 광을 투과하는 외측 전극(6)이 배치되어 있다. 이 외측 전극(6)은 자외선을 투과하도록 망형상 전극으로 구성되어 있다.

내측 전극(5)과 외측 전극(6)을 도시하지 않은 교류 전원에 접속된다.

방전 공간(4)에는 방전용 가스로서 희가스 혹은 희가스와 할로겐의 혼합 가스가 봉입된다.

유전체 배리어 방전램프(1)의 축방향의 단부(1A, 1B)에는 이 단부(1A, 1B)에 접촉하도록 관통구멍(7A)을 갖는 링형상 개스킷(7)이 배치되어 있다. 관통구멍(7A)의 직경은 내측관(2)에 의해 형성된 내부공간(P)의 직경과 거의 동일한 지름을 갖는다.

결합기구(8)는 내부에 상기한 개스킷(7)을 갖고 있고, 이 결합기구(8)를 회전시킴으로써 개스킷(7)을 유전체 배리어 방전램프(1)의 단부(1A, 1B)로 가압하여, 개스킷(7)과 단부(1A, 1B)를 밀착시킨다.

그리고, 결합기구(8)의 내부는 개스킷(7)의 관통구멍(7A)으로 연통하는 관통구멍(8A)이 형성되어 있다.

결합기구(8)는 O링(10)을 통하여 케이싱(9)에 지지되어 있다. 이 케이싱(9)은 내부에 관통구멍(8A)으로 연통하는 냉각 유체용의 유통구멍(9A)이 형성되어 있다.

즉, 내측관(2)에 의해 형성된 내부공간(P)은 개스킷(7)의 관통구멍(7A)과, 결합기구(8)의 관통구멍(8A)과, 케이싱(9)의 유통구멍(9A)으로 연통한 구조로 되어 있다. 도3에 화살표로 나타낸 바와 같이, 케이싱(9)의 한쪽의 유통구멍(9A)으로부터 송출된 냉각유체는 관통구멍 8A와 관통구멍 7A를 통과하고 내측관(2)에 의해 형성된 내부공간(P)으로 흘러 들어가서 유전체 배리어 방전램프(1)를 내측관(2)으로부터 냉각한다.

그러나, 유전체 배리어 방전램프(1)는 방전공간(4)을 형성하기 위해 내측관(2) 및 외측관(3)을 단부에서 용착하는 구조이다. 이 때문에, 개스킷(7)과 대향하는 단부(1A, 1B)에 요철이 발생하게 되어 이 부분의 평활도가 낮아진다. 즉, 개스킷(7)을 단부(1A, 1B)로 가압하여 밀착시킬 때, 가압력이 약하면 개스킷(7)과 단부(1A, 1B)와의 사이에 극간이 생기는 경우가 있고, 이 극간으로부터 냉각 유체가 누출될 우려가 있다. 그리고, 냉각유체가 누출되면 유전체 배리어 방전램프(1)를 냉각할 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 유전체 배리어 방전램프(1)로부터는 진공 자외선이 방사되고, 개스킷(7)에는 이 진공 자외선이 직접 조사되기 때문에, 진공 자외선에 의해 개스킷(7)이 열화된다는 문제가 있었다.

또한, 개스킷(7)의 열화가 진행되면, 개스킷(7)과 단부(1A, 1B)와의 사이에 극간이 발생하고, 이 극간으로부터 냉각 유체가 누출될 우려가 있다. 냉각 유체가 누출되면 유전체 배리어 방전램프(1)를 냉각할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 유전체 배리어 방전램프를 냉각하기 위한 냉각 유체의 누출을 확실하게 방지할 수 있고, 유전체 배리어 방전램프를 확실하게 냉각할 수 있는 유전체 배리어 방전램프 장치를 제공하고자 하는 것이다.

도1은 본 발명의 유전체 배리어 방전램프 장치의 설명도,

도2는 본 발명의 유전체 배리어 방전램프 장치에서의 결합기구의 확대 설명도,

도3은 종래의 유전체 배리어 방전램프 장치의 설명도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 유전체 배리어 방전램프 2 : 내측관

2A : 연장관부 3 : 외측관

4 : 방전공간 5 : 내측전극

6 : 외측전극 7 : 개스킷(gasket)

8 : 결합기구 81 : 바디

84 : 캡 너트(cap nut) 82 : O링

83 : 페룰(ferrule) 9 : 케이싱

10 : O링 11 : 도관

상기 과제를 해결하기 위해, 외형이 대략 원통형상인 외측관과 내측관을 동축에 배치함으로써 형성된 중공 원통상의 방전 공간을 갖는 유전체 배리어 방전램프와, 그 유전체 배리어 방전램프의 내측관에 의해 형성된 공간에 냉각 유체가 흐르는 유전체 배리어 방전램프 장치에 있어서, 상기 내측관은 방전 공간 바깥으로 뻗어 나와서 원통형상의 연장관부를 갖고, 그 연장관부의 단부 외주면이 냉각 유체가 흐르는 도관에 접속된 결합기구에 밀착 지지되어 있는 것윽 특징으로 한다.

도1은 본 발명의 유전체 배리어 방전램프 장치의 설명도이다.

유전체 배리어 방전램프(1)는 파장 172㎚인 광을 투과하는 유전체인 석영 글래스로 이루어진 내측관(2)과 외측관(3)을 동축에 배치한 이중관 구조를 이룬다. 그리고, 내측관(2)과 외측관(3)이 단부를 용착함으로써 중공 원통형상의 방전공간(4)이 형성되어 있다.

수치의 예를 들면, 내측관(2)에 의해 형성된 내부공간(P)의 지름은 12∼15㎜, 내측관(2)의 두께는 1㎜이고, 외측관(3)의 외지름은 24∼27㎜, 외측관(3)의 두께는 1㎜이다.

또한, 방전공간(4)의 길이방향의 길이는 260㎜이고, 이 방전공간(4) 내에 희가스로서 크세논이 3K∼5㎪ 봉입되어 있다.

내측관(2)의 일부는 내측관(2)과 외측관(3)에 의해 형성된 방전공간(4)으로부터 외부로 뻗어 나와 원통형상의 연장관부(2A)를 형성하고 있다. 즉, 연장관부(2A)의 중공공관(2P)은 내부공간(P)에 연통되어 있다.

또한, 연장관부(2A)는 내측관(2)의 일부에 의해 형성되어 있는데, 유전체 배리어 방전램프(1)의 축방향의 단부 1A 혹은 1B에 내부공간(P)으로 연통하는 중공공간을 갖도록 내측관(2)과는 별체로 용착 형성하여도 좋다.

내측관(2)의 내면에는 대략 원통형상의 전극(5)이 밀착 배치된다. 이 내측전극(5)은 예를 들면, 두께 0.5㎜의 알루미늄판을 굽혀 만든 반원통을 2개 조합한 것이다. 외측관(3)의 외면에는 광을 투과하는 외측전극(6)이 배치되어 있다. 이 외측전극(6)은 자외선을 투과하도록 망형상 전극으로 구성되어 있다.

내측전극(5)과 외측전극(6)은 도시하지 않은 교류전원에 접속된다.

연장관부(2A)의 단부(2A1)에는 냉각유체가 흐르는 도관(11)에 접속된 결합기구(8)가 장착되어 있고, 구체적으로는 단부(2A1)의 외주면을 결합기구(8)에 의해 밀착 지지한 것이다.

또한, 도1에 있어서는 다른쪽의 연장관부(2A)에 장착된 결합기구(8)는 생략하고 있다.

또한, 여기서 말하는 도관(11)이라는 것은 도시하지는 않았지만, 유전체 배리어 방전램프(1)를 수용하는 케이싱의 일부가 돌출한 것, 혹은 케이싱 내에 배설된 냉각 유체용의 유입관과 유출관을 일컫는다.

도2는 연장관부(2A)와 결합기구(8)의 관계를 설명하는 일부 확대 단면도이다.

결합기구(8)는 스텐레스제의 바디(81)와 플루오르 수지로 이루어진 O링(82)과, 철-니켈 합금제의 페룰(83) 및 스텐레스제의 캡 너트(84)로 이루어진 것이다. 이 결합기구(8)에 의해 냉각유체가 흘러 들어가는 도관(11)과 연장관부(2A)를 이은 것이다.

연장관(2A)과 결합기구(8)와의 접속방법은 캡 너트(84)를 미리 연장관부(2A)에 끼워 삽입하고, 그 후 캡 너트(84)의 전방에 위치하도폭 페룰(83)를 연장관부(2A)에 끼워 삽입한다. 또한, 페룰(83)의 전방에 위치함과 아울러 연장관부(2A)의 외주면의 전역에 접촉하도록 O링(82)을 끼워 넣고, 그 후 연장관부(2A)의 단부(2A1)에 한쪽의 단부에 도관(11)이 접속된 바디(81)를 끼워 넣는다. 이 상태에서, 캡 너트(84)를 바디(81)로 밀면서 회전시킴으로써, 캡 너트(84)의 나사 홈과 바디(81)의 나사 홈이 나사결합한다. 그리고, O링(82)이 변형하여 바디(81)와 페룰(83)와의 사이에서 밀착되고, 연장관부(2A)의 단부(2A1) 외주면을 기밀하게 유지할 수 있다.

즉, 내부공간(P)으로 연통한 연장관부(2A)의 평활도가 높은 외주면을 결합기구(8)에 의해 밀착 지지하는 구조이기 때문에, 유전체 배리어 방전램프(1)를 냉각하기 위해 냉각유체의 누출을 확실히 방지할 수 있고, 유전체 배리어 방전램프(1)를 확실히 냉각할 수 있다.

또한, 플루오르 수지제의 O링(82)은 스텐레스제의 캡 너트(84)와 철-니켈제의 페룰(83)와 스텐레스제의 바디(81)로 둘러싸인다. 그렇기 때문에, 이 O링(82)에는 직접 진공 자외선이 조사되지 않고, 진공 자외선에 의한 O링(82)의 열화를 방지할 수 있다. 그리고, 장시간에 걸쳐 유전체 배리어 방전램프(1)를 냉각하기 때문에 냉각유체의 누출을 방지할 수 있다.

또한, 도1에 도시한 바와 같이, 결합기구(8)는 결합기구(8)에 가장 가까운 단부(1A)로부터 L로 나타낸 바와 같이 10㎜ 공간을 두고 연장관부(2A)의 단부에 배치되어 있다.

이와 같이, 결합기구(8)가 결합기구(8)에 가장 가까운 방전공간(4)을 형성하고 있는 단부(1A)로부터 간격을 두고 배치되어 있는 이유는 다음과 같다.

(1)결합기구(8)를 구성하고 있는 캡 너트(84)나 바디(81)는 금속부재이고, 결합기구(8)를 방전공간(4)에 가깝게 하면, 외측전극(6)과 캡 너트(84)나 바디(81)와의 사이에서 방전이 일어나고, 유전체 배리어 방전램프(1)의 부점등이나 소기의 램프 특성을 얻을 수 없게 된다.

(2)연장관부(2A)가 내측관(2)의 일부로 이루어지는 경우는 연장관부(2A)는 석영 글래스로 이루어진다. 이 석영 글래스는 진공 자외선을 투과하는 성질을 갖고 있고, 방전공간(4)에서 발생한 진공자외선이 단부(1A)로 이어지는 연장관부(2A)의 부재 내부를 통하게 된다. 그리고, 연장관부(2A)의 단부(2A1)의 외주면에 밀착되어 있는 O링(82)에 약간의 진공 자외선이 조사되어 O링(82)이 열화된다.

(3)결합기구(8)를 구성하고 있는 캡 너트(84)와 바디(81)와 페룰(83)는 기계적으로 감합되어 있기 때문에 각각의 부재사이에서 약간 극간이 생기는 경우가 있다. 그리고, 이 극간을 통하여 진공 자외선이 돌아 들어오고, O링(82)에 약간의 진공 자외선이 조사되는 O링이 열화한다.

이와 같은 이유로 결합기구(8)가 결합기구(8)에 가장 가까운 유전체 배리어 방전램프(1)의 방전공간(4)을 형성하고 있는 단부(1A)로부터 어떤 일정한 간격을 두고 배치되어 있다.

구체적으로는 방전 공간(4)을 형성하고 있는 단부(1A)와 결합기구(8)와의 최단거리가 유전체 배리어 방전램프의 입력전력과의 관계에 있어서, 0.2㎜/W 이상일 필요가 있다.

0.2㎜/W 이하인 경우, 방전공간(4)을 형성하고 있는 단부(1A)와 결합기구(8)가 너무 접근하게 되어 상술한 문제가 발생할 우려가 높다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 유전체 배리어 방전램프 장치에 의하면, 외형이 대략 원통형상인 외측관과 내측관을 동축에 배치함으로써 형성된 중공 원통형상의 방전공간을 갖는 유전체 배리어 방전램프의 내측관이 방전공간 바깥으로 뻗어 나와서 연장관부가 되고, 이 연장관부의 단부 외주면이 냉각 유체가 흐르는 도관에 접속된 결합기구에 밀착 지지되어 있기 때문에, 유전체 배리어 방전램프를 냉각하기 위해 냉각 유체의 누출을 확실하게 방지할 수 있고, 유전체 배리어 방전램프를 확실하게 냉각할 수 있다.

Claims

외형이 대략 원통형상인 외측관과 내측관을 동축에 배치함으로써 형성된 중공 원통형상의 방전공간을 갖는 유전체 배리어 방전램프와, 그 유전체 배리어 방전램프의 내측관에 의해 형성된 공간에 냉각유체가 흐르는 구조의 유전체 배리어 방전램프 장치에 있어서,

상기 내측관은 방전공간 바깥으로 뻗어 나오는 원통형상의 연장관부를 갖고,

그 연장관부의 단부 외주면이 냉각유체가 흐르는 도관에 접속된 결합기구에 밀착 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전램프 장치.