JP2001283785A - 誘電体バリヤ放電ランプおよび誘電体バリヤ放電ランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光のちらつきを防止する。 【解決手段】 紫外線透過性の材料からなり、内部にエ
キシマ生成ガスを封入する管状の気密容器１を設け、こ
の気密容器１の内周面に沿って螺旋形状を有する内部電
極２を配置し、気密容器１の外周に外部電極４を装着す
る。これにより、内部電極２と外部電極４との間の距離
が短くなり、内部電極２の軸方向の放電分布が均一化し
て発光のちらつきがない均一な発光状態が確保される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体バリヤ放電
ランプおよびこれを用いた誘電体バリヤ放電ランプ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】キセノンなどの希ガスあるいはキセノン
またはクリプトンなどの希ガスおよび塩素などの混合ガ
スを無電極放電させて、固有の単色に近い放射を発生さ
せるエキシマ放電ランプは、例えば、 ・B.Gellert and U.Kogelschatz “Generation of Exci
mer Emission in Dielectric Barrier Discharges” Ap
plied Physics B 52, 14-21 ・特開平６−３１０１０４号公報 ・特開平７−２７２６９２号公報 ・特開平７−２２０６８７号公報 等の文献に記載されて従来から知られている。

【０００３】図７は、従来の誘電体バリヤ放電ランプを
例示する正面図である。

【０００４】図７において、１０１は円筒形の気密容
器、１０２は導電性を有する外部電極、１０３は導電性
を有する内部電極、１０４は封止部、１０５は高周波発
生回路である。気密容器１０１の内部には、キセノンな
どの紫外線を発光する物質が封入されている。

【０００５】気密容器１０１は、石英等によって形成さ
れている。

【０００６】外部電極１０２は、気密容器１０１の外周
面に螺旋状に巻回されて装着されている。このような外
部電極１０２の他の形態としては、例えば、メッシュ状
のものが用いられる（図８参照）。

【０００７】内部電極１０３は、例えば、コイル状、棒
状、線状、板状等の形状を有する導電性部材であり、封
止部１０４に固定された外部リード線１０６に接続して
いる。

【０００８】高周波発生回路１０５は、外部電極１０２
と内部電極１０３との間に電圧を印加して、誘電体バリ
ヤ放電に必要な電気エネルギーを供給する。

【０００９】このような構造のものは、高周波発生回路
１０５によって外部電極１０２と内部電極１０３との間
に電圧を印加することによってこれらの外部電極１０２
と内部電極１０３との間に誘電体バリヤ放電を生じさせ
る。この誘電体バリヤ放電は、いわゆる無声放電であ
り、外部電極１０２と内部電極１０３との間の誘電体部
分を放電電流はパルス状に流れる。図９および図１０
は、このような誘電体バリヤ放電が生じている状態を模
式的に示している。このようなパルス状の電流は、高速
の電子流を持ち、気密容器１０１の内部に封入されたキ
セノンなどの紫外線を出す物質を一時的に分子状態（エ
キシマ状態）に結合する。そして、キセノンなどの紫外
線を出す物質は、分子状態から原子の基底状態に戻る際
に、再吸収の少ない紫外線を効率よく放出する。これ
が、誘電体バリヤ放電ランプの発光原理である。

【００１０】なお、図８に例示するように外部電極１０
２としてメッシュ構造のものが用いられる場合には、大
面積にわたって安定的に放電が生起し、安定放電時には
メッシュの交点近傍で発光が観測される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】〔発光のちらつき〕図
７および図８に例示する誘電体バリヤ放電ランプでは、
外部電極１０２と内部電極１０３との間の誘電体部分の
距離が長く、始動後の発光時にはその間に陽光柱が発生
する。この陽光柱は、内部電極１０３が直線状であるこ
とから内部電極１０３が陰極サイクルになる場合の陰極
部位が定まらないことにより、必ずしも管長方向に均一
に発生するとは限らない。その結果、内部電極１０３の
軸方向の放電分布が不均一になり、発光のちらつきが生
じてしまうという問題がある。

【００１２】〔始動電圧、維持電圧〕また、図７および
図８に例示する誘電体バリヤ放電ランプでは、外部電極
１０２と内部電極１０３との間の誘電体部分の距離が長
いため、始動電圧および維持電圧がどうしても高くなっ
てしまうという問題がある。

【００１３】〔発光効率〕図７に例示するようなワイヤ
状の外部電極１０２を有する誘電体バリヤ放電ランプの
場合、外部電極１０２はある程度の密着性をもって気密
容器１０１に接していなければならない。気密容器１０
１と外部電極１０２との間に非接触部分である浮きが多
いと、発光効率の低下を招く。その反面、気密容器１０
１に対して１００パーセントの接触率を持って外部電極
１０２を巻回しなければならないとすると、誘電体バリ
ヤ放電ランプの製造の困難性を招いてしまう。これに対
し、従来、気密容器１０１と外部電極１０２との間の密
着率に関して、何らの研究開発がなされていない。

【００１４】また、誘電体バリヤ放電ランプは、その発
光が継続することによって発熱し、これが発光効率を低
下させる原因となっている。

【００１５】〔排気チップ〕気密容器１０１には、内部
にキセノンなどのガスを導入する必要から、その外周面
から突出する排気チップが生成されてしまう。このよう
な排気チップは、気密容器１０１に対するガスの導入方
法の如何等によって、必ず生成されるというわけではな
いが、排気チップが生成されてしまうようなガス導入手
法が一般にはとられる。ところが、この部分に図７に例
示するワイヤ状の外部電極１０２や図８に例示するメッ
シュ状の外部電極がかかるとすると、誘電体である気密
容器１０１の管厚の厚さからこの部分の発光効率が低下
し、不均一な発光が生じてしまうという問題がある。

【００１６】また、特に図７に例示するワイヤ状の外部
電極１０２の場合には、この部分にかかると、その部分
で気密容器１０１との間に滑りが生じ、緩んでしまうこ
とがあるという問題がある。

【００１７】〔発光の均一性〕紫外線を出す物質として
一般に用いられているキセノンは、原子数が多く重い。
このため、気密容器１０１の内部ではキセノンを主体と
するガスの対流が生じにくく、これを原因として気密容
器１０１の管長方向に発光むらが生じやすいという問題
がある。

【００１８】〔殺菌ランプとしての用途〕誘電体バリヤ
放電ランプの用途としては、殺菌ランプへの適用が従来
から行なわれている。これは、誘電体バリヤ放電ランプ
における発光物質であるキセノンの波長が１７２ｎｍ程
度であり、この波長領域に酸素の吸収ピークがあるため
にオゾンの生成が促され、こうして生成されたオゾンに
よって被洗浄物の表面に付着する有機物が分解されてそ
の殺菌がなされるからである。

【００１９】これに対し、誘電体バリヤ放電ランプは、
その発光が継続することによって発熱する。これに対
し、誘電体バリヤ放電ランプを殺菌ランプとして用いる
場合、被殺菌物によっては熱に弱いものがある。ところ
が、誘電体バリヤ放電ランプはその発光が継続すること
によって発熱するため、被殺菌物に対して損傷を与えて
しまうことがあるという問題がある。

【００２０】〔メッシュ電極特有の問題〕また、図８に
例示するような外部電極１０２がメッシュ状のものは、
気密容器１０１の表面上において外部電極１０２が占め
る割合がどうしても多いため、外部電極１０２が光の進
路を妨げ、気密容器１０１の表面における発光強度が弱
くなってしまうという問題がある。

【００２１】〔螺旋巻き電極特有の問題〕このような問
題は、図７に例示するような外部電極１０２であったと
しても、その巻回ピッチが狭すぎる場合には同様に生ず
る問題である。

【００２２】その反面、図７に例示するような外部電極
１０２を有する誘電体バリヤ放電ランプでは、外部電極
１０２の巻回ピッチが広すぎる場合には外部電極１０２
と内部電極１０３との間の電圧降下が発生し、紫外線変
換効率が悪くなってしまうという問題がある。加えて、
外部電極１０２の巻回ピッチが広すぎて外部電極１０２
と内部電極１０３との間の電圧降下が発生する場合に
は、内部電極１０３の軸方向の放電分布が不均一にな
り、その結果、発光のちらつきが生じてしまうという問
題もある。

【００２３】本発明の目的は、発光のちらつきを防止す
ることである。

【００２４】本発明の別の目的は、始動電圧および維持
電圧を低く抑えることである。

【００２５】本発明の別の目的は、管長方向に発光むら
がない均一な発光を得ることである。

【００２６】本発明の別の目的は、発光効率を向上させ
ることである。

【００２７】本発明の別の目的は、機械的強度を向上さ
せることである。

【００２８】本発明の別の目的は、発熱量を少なくし、
殺菌ランプとして用いる場合に被殺菌物に対する熱の影
響を低減することである。

【００２９】本発明の別の目的は、発光強度を向上させ
ることである。

【００３０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の誘電体バ
リヤ放電ランプの発明は、紫外線透過性の材料からなる
管状の気密容器と；気密容器の内周面に沿って配置され
た螺旋形状を有する内部電極と；気密容器内に封入した
エキシマ生成ガスと；気密容器の外周に装着された外部
電極と；を具備していることを特徴とする。

【００３１】したがって、外部電極と内部電極との間に
電圧が印加されると、両電極間に誘電体バリヤ放電が生
ずる。これにより、気密容器に封入されたエキシマ生成
ガスが一時的に分子状態（エキシマ状態）に結合し、こ
のような分子状態から原子の基底状態に戻る際に再吸収
の少ない紫外線を効率よく放出するため、誘電体バリヤ
放電ランプが発光する。放出される紫外線の波長域は、
気密容器に封入するエキシマ生成ガスの種類に依存し、
例えば、キセノンが多く封入される場合には、１７２ｎ
ｍの波長の紫外線が放出される。

【００３２】また、内部電極と外部電極とは、気密容器
を介して対面し、共に、気密容器に接触状態に維持され
る。このため、ランプ始動後の発光時、内部電極と外部
電極との間に陽光柱はほとんど発生しない。そこで、内
部電極の軸方向の放電分布が均一になり、発光のちらつ
きが生じない均一な発光が得られる。また、外部電極と
内部電極との間の誘電体部分の距離が短いため、低い始
動電圧および維持電圧でも良好に点灯および発光する。

【００３３】請求項２記載の誘電体バリヤ放電ランプの
発明は、紫外線透過性の材料からなる管状の気密容器
と；気密容器の内部に封装した内部電極と；気密容器内
に封入したエキシマ生成ガスと；０．３ｍｍ以下のワイ
ヤ径を有し、気密容器の外周に０．５ｍｍ以上１．３ｍ
ｍ以下のピッチで螺旋状に巻回して装着されたワイヤ状
の外部電極と；を具備していることを特徴とする。

【００３４】したがって、外部電極と内部電極との間に
電圧が印加されると、両電極間に誘電体バリヤ放電が生
ずる。これにより、気密容器に封入されたエキシマ生成
ガスが一時的に分子状態（エキシマ状態）に結合し、こ
のような分子状態から原子の基底状態に戻る際に再吸収
の少ない紫外線を効率よく放出し、誘電体バリヤ放電ラ
ンプが発光する。放出される紫外線の波長域は、気密容
器に封入するエキシマ生成ガスの種類に依存し、例え
ば、キセノンが多く封入される場合には、１７２ｎｍの
波長の紫外線が放出される。

【００３５】また、本発明では、気密容器の表面上にお
いて外部電極が占める割合が適正化される。これによ
り、外部電極の巻回ピッチが密に過ぎることにより生ず
る問題、つまり、外部電極が光の進路を妨げて気密容器
の表面における発光強度が弱くなってしまうということ
が防止される。また、外部電極の巻回ピッチが疎に過ぎ
ることによる問題、つまり、外部電極と内部電極との間
の電圧降下が発生し、紫外線変換効率が悪くなってしま
うということ、および、内部電極の軸方向の放電分布が
不均一になって発光のちらつきが生じてしまうというこ
とが防止される。

【００３６】請求項３記載の発明は、請求項２記載の誘
電体バリヤ放電ランプにおいて、気密容器はその外周面
に排気チップを備え、外部電極はその排気チップから外
れた位置で気密容器の外周に巻回されていることを特徴
とする。

【００３７】気密容器の内部を排気してからエキシマ生
成ガスを内部に封入するための手段として、排気管を気
密容器の周面に接続する。そして、排気管を介して排気
したら、エキシマ生成ガスを排気管から気密容器内に封
入してから、排気管をチップオフすることにより、排気
チップが形成される。このように、排気チップを気密容
器の周面に備えることにより、排気管の接続作業および
排気・封入作業が容易になる。

【００３８】その反面、排気チップの部分は気密容器の
管厚が厚くなっている。このため、もしも排気チップの
部分に外部電極がかかってしまうとすると、誘電体であ
る気密容器の管厚の厚さからこの部分の発光効率が低下
し、不均一な発光が生じてしまうという問題がある。そ
こで、本発明では、外部電極を排気チップから外れた位
置で気密容器の外周に巻回するという構成により、この
ような問題を解決している。また、外部電極が排気チッ
プの部分にかかってしまうと、外部電極が緩みやすくな
り、機械的強度が低下するという問題もある。外部電極
を排気チップから外れた位置で気密容器の外周に巻回す
るという構成を有する本発明は、このような問題をも解
決している。

【００３９】請求項４記載の発明は、請求項２または３
記載の誘電体バリヤ放電ランプにおいて、外部電極は、
その長さの７０パーセント以上の部分が気密容器の外周
面に接触していることを特徴とする。

【００４０】したがって、気密容器と外部電極との間に
非接触部分である浮きの量が適正化される。つまり、本
発明のように外部電極の７０パーセント以上の部分が気
密容器の外周面に接触しているとすると、気密容器に対
する外部電極の浮きに基づく発光効率の低下が生じな
い。そして、本発明では、外部電極の３０パーセント未
満の部分では気密容器に対する浮きが許容されることか
ら、誘電体バリヤ放電ランプの製造の容易化が図られ
る。

【００４１】請求項５記載の発明は、請求項２ないし４
のいずれか一記載の誘電体バリヤ放電ランプにおいて、
互いの管壁間に不活性ガス用の流路となる隙間を開けて
気密容器を収納する管状の外管をさらに有し、外管は流
路に不活性ガスを導くための流入口を有することを特徴
とする。

【００４２】ここで、不活性ガスとしては、例えば窒素
が用いられる。

【００４３】したがって、流入口から気密容器と外管と
の間に形成される流路に不活性ガス等の冷却媒体を導く
ことができ、これにより、発光により温度が上昇しよう
とする気密容器の温度を下げることが可能となる。よっ
て、発光が継続した場合の温度上昇が抑制され、発光効
率が高く維持される。

【００４４】また、殺菌ランプに適用する場合には、外
管と気密容器との間に形成される流路に不活性ガスを導
くことにより温度上昇が抑制されることから、熱に弱い
被殺菌物に対して損傷を与えにくくなる。

【００４５】請求項６記載の発明は、請求項２ないし５
のいずれか一記載の誘電体バリヤ放電ランプにおいて、
エキシマ生成ガスは、全圧３００ｔｏｒｒ以上に規定さ
れた、７０パーセント以上のキセノンとキセノンよりも
比重が小さな不活性ガスとの混合ガスであることを特徴
とする。

【００４６】したがって、エキシマ生成ガスには、キセ
ノンよりも比重が小さな不活性ガスが混合されているた
め、気密容器の内部でエキシマ生成ガスの対流が生じや
すくなり、エキシマ生成ガスの対流が生じにくいことを
原因とする気密容器の管長方向の発光むらや立ち上がり
時間のばらつきが防止される。

【００４７】請求項７記載の誘電体バリヤ放電ランプ装
置の発明は、請求項１ないし６のいずれか一記載の誘電
体バリヤ放電ランプと；誘電体バリヤ放電ランプの内部
電極と外部電極との間に高周波電圧を印加する高周波発
生回路と；を具備していることを特徴とする。

【００４８】したがって、高周波発生回路は、内部電極
と外部電極との間に電圧を印加することによって両電極
間に誘電体バリヤ放電を生じさせる。これにより、気密
容器に封入されたエキシマ生成ガスが一時的に分子状態
（エキシマ状態）に結合し、このような分子状態から原
子の基底状態に戻る際に再吸収の少ない紫外線を効率よ
く放出し、誘電体バリヤ放電ランプが発光する。放出さ
れる紫外線の波長域は、気密容器に封入するエキシマ生
成ガスの種類に依存し、例えば、キセノンが多く封入さ
れる場合には、１７２ｎｍの波長の紫外線が放出され
る。発光した誘電体バリヤ放電ランプは、請求項１ない
し６のいずれか一記載の発明の作用効果を奏する。

【００４９】ここで、本発明の誘電体バリヤ放電ランプ
装置は、例えば、紫外線照射装置に適用化能である。
「紫外線照射装置」とは、誘電体バリヤ放電ランプから
発生する紫外線を利用するあらゆる装置を意味する。例
えば、半導体ステッパー、光洗浄装置、光硬化装置およ
び光乾燥装置などである。

【００５０】次いで、本発明において、特に指定しない
限り、用語の定義および技術的意味は次による。

【００５１】〔気密容器〕紫外線透過性の材料からなる
気密容器は、一般的には石英ガラスを用いて製作するこ
とができる。しかし、本発明では紫外線透過性を有すれ
ばどのような材料で気密容器を構成してもよい。

【００５２】また、気密容器は、管状であれば直管だけ
でなく、湾曲していてもよい。

【００５３】〔内部電極〕内部電極は、ニッケル、タン
グステン、モリブデンなどの耐熱性の金属、あるいは、
ステンレス、チタン等の金属からなり、内部電極に特徴
を有する請求項１記載の発明を除き、内部電極は、棒
状、線状または板状などをなしていて、気密容器の内部
に封装されているが、少なくとも一端が気密容器の端部
に封着されている。内部電極の他端は気密容器の内部に
適当な手段によって固定して支持されていればよい。し
かし、内部電極の他端も一端と同様に気密容器の端部に
封着すると、内部電極の気密容器に対する固定が容易か
つ確実になる。材料面からいうと、タングステンは関数
が相対的に小さいので電子が放射しやすく始動電圧を下
げるのに効果的である。

【００５４】請求項１記載の発明における内部電極とし
ては、例えば直径１ｍｍのものが用いられ、その巻回ピ
ッチは５ｍｍ程度が良好である。

【００５５】また、内部電極を石英ガラスからなる気密
容器の端部に封着するには、石英ガラスにコンパクトに
封着する場合に多用されている封着金属箔を用いる封着
構造を採用することができる。また、石英ガラスをピン
チシールすることにより、封着金属箔を気密にシールす
ることができる。

【００５６】さらに、内部電極を通電加熱するように構
成することにより、電子の発生が促進され、ランプ電流
が増加するとともに、放電開始電圧および放電維持電圧
も低減することが分かった。通電加熱に適合させるため
には、内部電極を例えばタングステンフィラメントをコ
イル状に形成するのがよい。この場合、フィラメント加
熱電源を用いて内部電極を加熱する。

【００５７】さらにまた、内部電極の表面には、必要に
応じて誘電体層を形成することができる。誘電体層を形
成することにより、内部電極の近傍の電界強度を大きく
して紫外線放出を増加させることができる。

【００５８】さらにまた、請求項２ないし６記載の発明
では、内部電極は、製造時における内部電極および気密
容器の熱膨張率の差を吸収しきれないために、長めに製
作するので弛みやすい。また、点灯中に高温になった場
合にも熱膨張して弛む。内部電極が弛むと、設計どおり
の特性が出なくなってしまう。

【００５９】そこで、内部電極が弛まないようにするた
めに、たとえ細くても中間部を支持する支持手段を用い
ることもできる。

【００６０】なお、支持手段として支持ワイヤを内部電
極の中間部に係合させ、支持ワイヤの基端を排気チップ
に溶着して固定することができる。

【００６１】〔エキシマ生成ガス〕エキシマ生成ガスと
しては、キセノン、クリプトンまたはアルゴンなどの希
ガス単体または希ガスおよびフッ素、塩素、臭素または
よう素などのハロゲンの混合ガスなどを用いることがで
きる。このようなエキシマ生成ガスの封入圧力は、紫外
線出力と始動性とに影響を与える。エキシマ生成ガスの
封入圧力としては、例えば、１０〜７０ｋＰａ程度が適
当である。

【００６２】〔外部電極〕外部電極は、内部電極との間
で誘電体バリヤ放電を発生させるために作用するが、誘
電体バリヤ放電によって生成したエキシマから放出され
た紫外線を外部に導出するため、および紫外線放出を増
加するために、メッシュ構造が従来から採用されてい
る。本発明においては、請求項１記載の発明において、
外部電極をメッシュ構造に形成するのが好適である。

【００６３】外部電極のメッシュ構造を排気チップに係
止するには、板状に展開したメッシュ構造体を気密容器
の側面に巻き付けて、メッシュ部を排気チップに圧入さ
せ、両端を突き合わせるか、重ね合わせてから、メッシ
ュ構造体の端部のメッシュ部に針金を通して縛り付ける
か、コ字状などに折曲した機械的係止具を用いて固着す
ればよい。また、予めメッシュ構造体を気密容器より径
大の円筒状に形成して、その内部に気密容器を挿入し、
メッシュ構造体の両端を掴んで引っ張ってメッシュ構造
体を縮径させて、メッシュ部を排気チップに係止させな
がら気密容器の外側に密着させることもできる。

【００６４】これに対し、請求項２ないし６記載の発明
では、外部電極は、０．３ｍｍ以下のワイヤ径を有する
ワイヤ状に形成され、気密容器の外周に０．５ｍｍ以上
１．３ｍｍ以下のピッチで螺旋状に巻回して装着されて
いる。このような外部電極は、適当な金属、例えばステ
ンレス鋼、ニッケル、銀、金やプラチナなどを用いて形
成することができる。

【００６５】以上、本発明に適用可能な材料や物質、寸
法や製造方法等を述べたが、これらの限定は本発明を適
用する場合の一例に過ぎず、本発明の解釈に際しては、
上記材料、物質、寸法および製造方法等に限定されない
ことはいうまでもない。

【００６６】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図１
ないし図３に基づいて説明する。

【００６７】図１は外部電極の一部を断面にして示す誘
電体バリヤ放電ランプの正面図、図２はその縦断側面
図、図３は誘電体バリヤ放電ランプの軸方向位置とＵＶ
強度との関係を示すグラフである。

【００６８】図１および図２において、１は気密容器、
２は内部電極、３は外部リード線、４は外部電極であ
る。

【００６９】気密容器１は、石英ガラスからなり、外径
１２ｍｍで内径１０ｍｍの細長い円筒状の中空部１ａ、
中空部１ａの両端に形成された封止部１ｂおよび中空部
１ａの周面に形成された排気チップ１ｃを備えていて、
全長３００ｍｍである。

【００７０】封止部１ｂは、内部にモリブデン箔１１が
埋設されたピンチシール構造である。

【００７１】排気チップ１ｃは、先端が尖るように形成
されていることが好ましい。

【００７２】気密容器１の中空部１ａの内部にはエキシ
マ生成ガスとしてキセノンが封入されている。

【００７３】内部電極２としては、ワイヤ状のものが用
いられ、このような内部電極２は、気密容器１の内周面
に沿って配置された螺旋形状を有する。この内部電極２
は、例えば直径１ｍｍのものが用いられ、その巻回ピッ
チは５ｍｍ程度に設定されている。また、内部電極２の
巻き径は、その最大径が気密容器１の内径の１０ｍｍに
合せて１０ｍｍに設定されている。そして、このような
内部電極２は、その両端が気密容器１の両端に形成され
た封止部１ｂに支持されているとともに、モリブデン箔
１１の一端に溶接されている。

【００７４】モリブデン箔１１の他端には外部リード線
３が溶接されている。

【００７５】外部電極４は、メッシュ構造体を筒状に成
形して気密容器１の外面を全周にわたって包囲するとと
もに、排気チップ１ｃに係止されている。

【００７６】また、外部電極４のメッシュ構造は、線径
０．１ｍｍのステンレス鋼線（＃３０４）で編組したメ
リヤス編組構造によって構成されている。メッシュ間隔
は、縦２．８ｍｍ、横３ｍｍである。

【００７７】さらに、外部電極４を気密容器１に装着す
るには、メリヤス編組構造体を直径２０ｍｍの筒体に形
成し、気密容器１を筒体の内部に挿入してから、筒体の
両端を掴んで両端方向に引っ張る。すると、筒体は、引
き延ばされてメッシュが変形しながら縮径する。排気チ
ップ１ｃは、筒体を引っ張る過程でメッシュ部分を押し
拡げて食い込み、外部電極４を貫通して外部に突出す
る。筒体は、排気チップ１ｃが貫通した部分から変形し
て気密容器１に密着し、形状が安定した後に順次両端方
向に伸びていくため、メッシュは菱形に変形するもの
の、形状が安定して気密容器１に密着した状態を維持す
る。外部電極４は、排気チップ１ｃが貫通しているた
め、気密容器１に固定され、不用意に脱落するようなこ
とはなくなる。

【００７８】こうして、誘電体バリヤ放電ランプ５１が
形成される。こうして形成された誘電体バリヤ放電ラン
プ５１は、高周波発生回路５に接続され、この高周波発
生回路５に付勢されて点灯する。高周波発生回路５は、
直流電源を入力電源とする高周波インバータを主体とし
て構成され、その高周波出力は誘電体バリヤ放電ランプ
５１の内部電極２および外部電極４の間に印加される。
このような高周波発生回路５と誘電体バリヤ放電ランプ
５１とによって誘電体バリヤ放電ランプ装置が構成され
る。

【００７９】このような構成において、外部電極４と内
部電極２との間に電圧が印加されると、両電極２，３間
に誘電体バリヤ放電が生ずる。これにより、気密容器１
に封入されたエキシマ生成ガスが一時的に分子状態（エ
キシマ状態）に結合し、このような分子状態から原子の
基底状態に戻る際に再吸収の少ない紫外線を効率よく放
出し、誘電体バリヤ放電ランプ５１が発光する。放出さ
れる紫外線の波長域は、気密容器１に封入するエキシマ
生成ガスの種類に依存し、例えば、キセノンが多く封入
される場合には、１７２ｎｍの波長の紫外線が放出され
る。

【００８０】また、内部電極２と外部電極４とは、気密
容器１を介して対面し、共に、気密容器１に接触状態に
維持される。このため、ランプ始動後の発光時、内部電
極２と外部電極４との間に陽光柱はほとんど発生しな
い。そこで、内部電極２の軸方向の放電分布が均一にな
り、発光のちらつきが生じない均一な発光が得られる。

【００８１】図３は、誘電体バリヤ放電ランプ５１の軸
方向位置とＵＶ強度との関係を示すグラフである。この
グラフは、外部電極４の巻回ピッチを本実施の形態のよ
うに５ｍｍに設定した場合と２０ｍｍに設定した場合と
を示している。外部電極４の巻回ピッチを５ｍｍに設定
した場合には、誘電体バリヤ放電ランプ５１の軸方向位
置におけるＵＶ強度に変動がほとんど見られない。これ
に対し、外部電極４の巻回ピッチを２０ｍｍに設定した
場合には、誘電体バリヤ放電ランプ５１の軸方向の位置
におけるＵＶ強度が変動する。つまり、このような現象
は、誘電体バリヤ放電ランプ５１において、発光のちら
つきとして現れる。

【００８２】また、本実施の形態では、外部電極４と内
部電極２との間の誘電体部分の距離が短いため、低い始
動電圧および維持電圧でも良好に点灯および発光する。

【００８３】本発明の第２の実施の形態を図４および図
５に基づいて説明する。図４は誘電体バリヤ放電ランプ
５１の縦断正面図、図５はその縦断側面図である。

【００８４】図４および図５において、１は気密容器、
２は内部電極、３は外部リード線、４は外部電極であ
る。

【００８５】気密容器１は、石英ガラスからなり、外径
１２ｍｍで細長い円筒状の中空部１ａ、中空部１ａの両
端に形成された封止部１ｂおよび中空部１ａの周面に形
成された排気チップ１ｃを備えていて、全長３００ｍｍ
である。

【００８６】封止部１ｂは、内部にモリブデン箔１１が
埋設されたピンチシール構造である。

【００８７】排気チップ１ｃは、先端が尖るように形成
されていることが好ましい。

【００８８】気密容器１の中空部１ａの内部にはエキシ
マ生成ガスとしてキセノンが多く封入されている。より
詳しくは、このエキシマ生成ガスは、全圧３００ｔｏｒ
ｒ以上に規定されている。そして、このようなエキシマ
生成ガスは、７０パーセント以上のキセノンとキセノン
よりも比重が小さな不活性ガス、例えば、アルゴンまた
はネオン等との混合ガスである。

【００８９】内部電極２は、タングステン棒からなり、
両端が気密容器１の両端に形成された封止部１ｂに支持
されているとともに、モリブデン箔１１の一端に溶接さ
れている。

【００９０】モリブデン箔１１の他端には外部リード線
３が溶接されている。

【００９１】外部電極４は、０．３ｍｍ以下のワイヤ径
を有し、気密容器の外周に０．５ｍｍ以上１．３ｍｍ以
下のピッチで螺旋状に巻回して装着されたワイヤ状のも
のである。このような外部電極４は、排気チップ１ｃか
ら外れた位置で気密容器１の外周に巻回されている。ま
た、外部電極４は、その長さの７０パーセント以上の部
分が気密容器１の外周面に接触している。

【００９２】こうして、誘電体バリヤ放電ランプ５１が
形成される。こうして形成された誘電体バリヤ放電ラン
プ５１は、高周波発生回路５に接続され、この高周波発
生回路５に付勢されて点灯する。高周波発生回路５は、
直流電源を入力電源とする高周波インバータを主体とし
て構成され、その高周波出力は誘電体バリヤ放電ランプ
５１の内部電極２および外部電極４の間に印加される。

【００９３】このような構成において、外部電極４と内
部電極２との間に電圧が印加されると、両電極２，３間
に誘電体バリヤ放電が生ずる。これにより、気密容器１
に封入されたエキシマ生成ガスが一時的に分子状態（エ
キシマ状態）に結合し、このような分子状態から原子の
基底状態に戻る際に再吸収の少ない紫外線を効率よく放
出し、誘電体バリヤ放電ランプ５１が発光する。放出さ
れる紫外線の波長域は、気密容器１に封入するエキシマ
生成ガスの種類に依存し、例えば、キセノンが多く封入
される場合には、１７２ｎｍの波長の紫外線が放出され
る。

【００９４】また、本実施の形態では、外部電極４は、
０．３ｍｍ以下のワイヤ径を有し、気密容器１の外周に
０．５ｍｍ以上１．３ｍｍ以下のピッチで螺旋状に巻回
して装着されていることから、気密容器１の表面上にお
いて外部電極４が占める割合が適正化される。これによ
り、外部電極４の巻回ピッチが密に過ぎることにより生
ずる問題、つまり、外部電極４が光の進路を妨げて気密
容器１の表面における発光強度が弱くなってしまうとい
うことが防止される。また、外部電極４の巻回ピッチが
疎に過ぎることによる問題、つまり、外部電極４と内部
電極２との間の電圧降下が発生し、紫外線変換効率が悪
くなってしまうということ、および、内部電極２の軸方
向の放電分布が不均一になって発光のちらつきが生じて
しまうということが防止される。

【００９５】また、外部電極４は、排気チップ１ｃから
外れた位置で気密容器１の外周に巻回されていることか
ら、本実施の形態における誘電体バリヤ放電ランプ５１
では外部電極４が排気チップ１ｃにかかることによる発
光効率の低下が確実に防止される。また、外部電極４が
排気チップ１ｃの部分にかかることによる外部電極４の
緩みも生じにくく、これによる機械的強度の低下が回避
される。

【００９６】また、誘電体バリヤ放電ランプ５１におい
ては、外部電極４は、その長さの７０パーセント以上の
部分が気密容器１の外周面に接触している。これによ
り、気密容器１と外部電極４との間の浮きの量が適正化
される。つまり、本実施の形態のように外部電極４の７
０パーセント以上の部分が気密容器１の外周面に接触し
ているとすると、気密容器１に対する外部電極４の浮き
に基づく発光効率の低下が生じない。しかも、外部電極
４の３０パーセント未満の部分では気密容器１に対する
浮きが許容されることから、誘電体バリヤ放電ランプ５
１の製造の容易化が図られる。

【００９７】さらにまた、本実施の形態では、エキシマ
生成ガスとして、７０パーセント以上のキセノンに、キ
セノンよりも比重が小さなアルゴンまたはネオン等の不
活性ガスが混合している。したがって、気密容器１の内
部でエキシマ生成ガスの対流が生じやすくなり、エキシ
マ生成ガスの対流が生じにくいことを原因とする気密容
器１の管長方向の発光むらが防止される。

【００９８】本発明の第３の実施の形態を図６に基づい
て説明する。

【００９９】図６は、誘電体バリヤ放電ランプ５１の縦
断正面図である。

【０１００】本実施の形態において、誘電体バリヤ放電
ランプは、前述した実施の形態において紹介した誘電体
バリヤ放電ランプ５１が外管５２に収納された２重管構
造となっている。外管５２に収納されている誘電体バリ
ヤ放電ランプ５１は、前述した第１の実施の形態として
紹介した誘電体バリヤ放電ランプ５１であっても、第２
の実施の形態として紹介した誘電体バリヤ放電ランプ５
１であっても良い。そこで、これらの第１または第２の
実施の形態として紹介した誘電体バリヤ放電ランプ５１
と同一部分は同一符号で示し説明も省略する。

【０１０１】外管５２としては、直管パイプ状の石英ガ
ラスから構成される部材であり、直径１２ｍｍの誘電体
バリヤ放電ランプ５１における気密容器１の外周面との
間に所定の隙間を開けて誘電体バリヤ放電ランプ５１を
収容し得る大きさのものが用いられている。

【０１０２】そして、外管５２の両端には、誘電体バリ
ヤ放電ランプ５１を収容した状態で外管５２を気密に封
止する一対の栓体５３が溶着されている。これらの栓体
５３には、外管５２と誘電体バリヤ放電ランプ５１との
間の気密空間内に不活性ガス、例えば窒素ガスを導き入
れるための流入口５４と、この流入口５４を外管５２と
誘電体バリヤ放電ランプ５１との間の気密空間内に連通
させるための連通孔５５とが形成されている。そこで、
流入口５４から連通孔５５を介して外管５２と誘電体バ
リヤ放電ランプ５１との間の気密空間内に導かれた窒素
ガスは、誘電体バリヤ放電ランプ５１における気密容器
１の外壁と外管５２の内壁との間に形成される不活性ガ
ス流通用の流路５６に導かれる。

【０１０３】次いで、誘電体バリヤ放電ランプ５１の両
端から延出する外部リード線３を例えば高周波発生回路
５に接続するための構造を説明する。一対の栓体５３に
は、それぞれ、その両端面を貫通する第２の外部リード
線５７が封止されている。これらの第２の外部リード線
５７は、第２のモリブデン箔５８を介して誘電体バリヤ
放電ランプ５１の両端から延出する外部リード線３に接
続している。

【０１０４】なお、流入口５４から誘電体バリヤ放電ラ
ンプ５１における気密容器１の外壁と外管５２の内壁と
の間に形成される不活性ガス流通用の流路５６に導き入
れられた窒素ガスは、外管５２に形成された図示しない
排出口から外部に排出される。

【０１０５】このような構成において、二重管構造を有
する本実施の形態の誘電体バリヤ放電ランプ５１では、
誘電体バリヤ放電ランプ５１がその発光によって発熱す
る。これに対し、本実施の形態の誘電体バリヤ放電ラン
プでは、流入口５４から連通孔５５を介して気密容器１
と外管５２との間に形成される流路５６に窒素ガス等の
冷却媒体を導き入れることが可能である。これにより、
発光により温度が上昇しようとする気密容器１の温度を
下げることが可能となり、発光が継続した場合の温度上
昇が抑制されて発光効率が高く維持される。

【０１０６】また、本実施の形態の誘電体バリヤ放電ラ
ンプを殺菌ランプに適用する場合には、外管５２と気密
容器１との間に形成される流路５６に導かれた窒素ガス
等の冷却媒体によって温度上昇が抑制されることから、
熱に弱い被殺菌物に対して損傷を与えにくくなる。

【０１０７】

【発明の効果】請求項１記載の誘電体バリヤ放電ランプ
の発明は、紫外線透過性の材料からなる管状の気密容器
と；気密容器の内周面に沿って配置された螺旋形状を有
する内部電極と；気密容器内に封入したエキシマ生成ガ
スと；気密容器の外周に装着された外部電極と；を具備
しているので、内部電極の軸方向の放電分布を均一に
し、発光のちらつきが生じない均一な発光を得ることが
できる。また、外部電極と内部電極との間の誘電体部分
の距離が短いため、低い始動電圧および維持電圧でも良
好に点灯および発光させることができる。

【０１０８】請求項２記載の誘電体バリヤ放電ランプの
発明は、紫外線透過性の材料からなる管状の気密容器
と；気密容器の内部に封装した内部電極と；気密容器内
に封入したエキシマ生成ガスと；０．３ｍｍ以下のワイ
ヤ径を有し、気密容器の外周に０．５ｍｍ以上１．３ｍ
ｍ以下のピッチで螺旋状に巻回して装着されたワイヤ状
の外部電極と；を具備しているので、気密容器の表面上
において外部電極が占める割合を適正化することがで
き、これにより、外部電極の巻回ピッチが密に過ぎるこ
とにより生ずる問題、つまり、外部電極が光の進路を妨
げて気密容器の表面における発光強度が弱くなってしま
うということを防止することができ、また、外部電極の
巻回ピッチが疎に過ぎることによる問題、つまり、外部
電極と内部電極との間の電圧降下が発生し、紫外線変換
効率が悪くなってしまうということ、および、内部電極
の軸方向の放電分布が不均一になって発光のちらつきが
生じてしまうということを防止することができる。

【０１０９】請求項３記載の発明は、請求項２記載の誘
電体バリヤ放電ランプにおいて、気密容器はその外周面
に排気チップを備え、外部電極はその排気チップから外
れた位置で気密容器の外周に巻回されているので、排気
チップの存在に影響されない均一な発光を得ることがで
き、また、排気チップ部分での外部電極の緩みを防止し
て機械的強度を向上させることができる。

【０１１０】請求項４記載の発明は、請求項２または３
記載の誘電体バリヤ放電ランプにおいて、外部電極は、
その長さの７０パーセント以上の部分が気密容器の外周
面に接触しているので、気密容器に対する外部電極の浮
きに基づく発光効率の低下を防止することができ、ま
た、外部電極の３０パーセント未満の部分では気密容器
に対する浮きが許容されることから、誘電体バリヤ放電
ランプの製造の容易化を図ることができる。つまり、本
発明は、気密容器の外周面に対する外部電極の巻回状態
等について、どうしも両立しがたい発光効率の低下と製
造の容易化という問題に対して、解決策を与えることが
できる。

【０１１１】請求項５記載の発明は、請求項２ないし４
のいずれか一記載の誘電体バリヤ放電ランプにおいて、
互いの管壁間に不活性ガス用の流路となる隙間を開けて
気密容器を収納する管状の外管をさらに有し、外管は流
路に不活性ガスを導くための流入口を有するので、流入
口から気密容器と外管との間に形成される流路に冷却媒
体として機能する不活性ガスを導くことで、発光により
温度が上昇しようとする気密容器の温度を下げることが
できる。よって、発光が継続した場合の温度上昇を抑制
することができ、これによって発光効率を高く維持する
ことができる。また、殺菌ランプに適用する場合には、
外管と気密容器との間に形成される流路に冷却媒体とし
て機能する不活性ガスを導くことにより、温度上昇を抑
制して熱に弱い被殺菌物を保護することができる。

【０１１２】請求項６記載の発明は、請求項２ないし５
のいずれか一記載の誘電体バリヤ放電ランプにおいて、
エキシマ生成ガスは、全圧３００ｔｏｒｒ以上に規定さ
れた、７０パーセント以上のキセノンとキセノンよりも
比重が小さな不活性ガスとの混合ガスであるので、気密
容器の内部でエキシマ生成ガスの対流を生じやすくする
ことができ、したがって、エキシマ生成ガスの対流が生
じにくいことを原因とする気密容器の管長方向の発光む
らを防止することができる。

【０１１３】請求項７記載の誘電体バリヤ放電ランプ装
置の発明は、請求項１ないし６のいずれか一記載の誘電
体バリヤ放電ランプと；誘電体バリヤ放電ランプの内部
電極と外部電極との間に高周波電圧を印加する高周波発
生回路と；を具備しているので、高周波発生回路によっ
て請求項１ないし６のいずれか一記載の誘電体バリヤ放
電ランプを点灯させることができ、発光した誘電体バリ
ヤ放電ランプに請求項１ないし６のいずれか一記載の発
明の作用効果を生じさせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態として、外部電極の
一部を断面にして示す誘電体バリヤ放電ランプの正面図
である。

【図２】その縦断側面図である。

【図３】誘電体バリヤ放電ランプの軸方向位置とＵＶ強
度との関係を示すグラフである。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す誘電体バリヤ
放電ランプの縦断正面図である。

【図５】その縦断側面図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態を示す誘電体バリヤ
放電ランプの縦断正面図である。

【図７】従来の誘電体バリヤ放電ランプの一例を示す縦
断正面図である。

【図８】従来の誘電体バリヤ放電ランプの別の一例を示
す縦断正面図である。

【図９】従来の誘電体バリヤ放電ランプの発光原理を説
明するための縦断正面図である。

【図１０】その側面図である。

【符号の説明】

１ 気密容器 １ｃ 排気チップ ２ 内部電極 ４ 外部電極 ５ 高周波発生回路 ５１ 誘電体バリヤ放電ランプ ５２ 外管 ５４ 流入口 ５６ 流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田内 亮彦 東京都品川区東品川四丁目３番１号 東芝 ライテック株式会社内 (72)発明者 和田 英作 東京都品川区東品川四丁目３番１号 東芝 ライテック株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 紫外線透過性の材料からなる管状の気密
   容器と；気密容器の内周面に沿って配置された螺旋形状
   を有する内部電極と；気密容器内に封入したエキシマ生
   成ガスと；気密容器の外周に装着された外部電極と；を
   具備していることを特徴とする誘電体バリヤ放電ラン
   プ。
2. 【請求項２】 紫外線透過性の材料からなる管状の気密
   容器と；気密容器の内部に封装した内部電極と；気密容
   器内に封入したエキシマ生成ガスと；０．３ｍｍ以下の
   ワイヤ径を有し、気密容器の外周に０．５ｍｍ以上１．
   ３ｍｍ以下のピッチで螺旋状に巻回して装着されたワイ
   ヤ状の外部電極と；を具備していることを特徴とする誘
   電体バリヤ放電ランプ。
3. 【請求項３】 気密容器はその外周面に排気チップを備
   え、外部電極はその排気チップから外れた位置で気密容
   器の外周に巻回されていることを特徴とする請求項２記
   載の誘電体バリヤ放電ランプ。
4. 【請求項４】 外部電極は、その長さの７０パーセント
   以上の部分が気密容器の外周面に接触していることを特
   徴とする請求項２または３記載の誘電体バリヤ放電ラン
   プ。
5. 【請求項５】 互いの管壁間に不活性ガス用の流路とな
   る隙間を開けて気密容器を収納する管状の外管をさらに
   有し、外管は流路に不活性ガスを導くための流入口を有
   することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一記
   載の誘電体バリヤ放電ランプ。
6. 【請求項６】 エキシマ生成ガスは、全圧３００ｔｏｒ
   ｒ以上に規定された、７０パーセント以上のキセノンと
   キセノンよりも比重が小さな不活性ガスとの混合ガスで
   あることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか一記
   載の誘電体バリヤ放電ランプ。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか一記載の誘
   電体バリヤ放電ランプと；誘電体バリヤ放電ランプの内
   部電極と外部電極との間に高周波電圧を印加する高周波
   発生回路と；を具備していることを特徴とする誘電体バ
   リヤ放電ランプ装置。