JP2006202603A

JP2006202603A - エキシマランプ

Info

Publication number: JP2006202603A
Application number: JP2005012775A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nakamura; 勝中村
Original assignee: Quark Systems Co Ltd
Current assignee: Quark Systems Co Ltd
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】二つの電極間の放電によって生じるエキシマ光を遮られることなく外部に放出することができ、エキシマ光の放出効率を向上したエキシマランプを提供する。
【解決手段】光透過性に優れた誘電体からなる外側管と、放電容器の内部に平行に配置された二本の円筒管と、二本の円筒管の内部に配された二つの電極と、放電容器の内部に充填された放電用の放電用ガスと、を有するエキシマランプにおいて、二つの電極の間に高周波電圧が印加されることによりエキシマが形成され、エキシマ光が外部へ放出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、エキシマランプの技術分野に係り、特に、放電容器の内部に配置した二つの電極の間で高周波放電を起こさせるエキシマランプの技術分野に関する。

従来の放電ランプとして、中空二重円筒管構造を有し、外部管の外側に配された外部電極と内部管の内側に配された内部電極との間で放電を起こさせる放電ランプが知られていた（例えば、特許文献１参照）。

また、放電容器内部にＵ字型形状の管を配し、放電容器の外側に配された外部電極とＵ字型形状の管の内側に配された内部電極との間で放電を起こさせる放電ランプも知られていた（例えば、特許文献２参照）。
特開平０３−２０１３５８号公報特開平１１−１９１３９６号公報

しかしながら、上記従来の放電ランプでは放電により外部電極に接している外部管が熱を有するため、熱応力の影響により割れ等が生じ、エキシマランプの寿命が短くなる傾向があった。

また、放電により生じるエキシマ光が外部へ放出される際に外部電極が障害となって放出の効率が低下するため、外部電極を網状金属線で形成するなどして放出の開口部を広くする様々な工夫が従来からなされていた。

本発明は、かかる従来技術の有する課題を解決するべくなされたものであって、その目的は、長寿命化を図ったエキシマランプを提供すること、エキシマ光の放出効率を向上したエキシマランプを提供することにある。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

第１の発明に係るエキシマランプ（１）は、誘電体からなる放電容器（２）と、放電容器（２）の内部に平行に配置された二本の円筒管（３，４）と、二本の円筒管（３，４）の内部に配された二つの電極（５，６）と、放電容器（２）の内部に充填された放電用の封入ガス（８）と、を有するエキシマランプ（１）において、二つの電極（３，４）の間に高周波電圧が印加されることによりエキシマが形成されることを特徴とする。

第１の発明に係るエキシマランプによれば、電極（５，６）を有する二本の円筒菅（３，４）が放電容器（２）の内部に平行に配されて、高周波電圧の印加による放電によってエキシマが形成され、エキシマ光が遮られることなくエキシマランプ（１）の外部へ放出される。よって、エキシマ光の放出効率を向上することができる。

第２の発明に係るエキシマランプ（２１）は、誘電体からなる放電容器（２）と、誘電体（２４）でコーティングされ、かつ、放電容器の内側に平行に配置された二つの電極（２２，２３）と、放電容器の内部に充填された放電用の封入ガス（８）と、を有するエキシマランプ（２１）において、二つの電極（２２，２３）の間に高周波電圧が印加されることによりエキシマが形成されることを特徴とする。

第２の発明に係るエキシマランプ（２１）によれば、誘電体（２４）でコーティングされ、かつ、放電容器の内側に平行に配置された二つの電極（２２，２３）が放電容器（２）の内部に平行に配されて、高周波電圧の印加による放電によってエキシマが形成され、エキシマ光が遮られることなくエキシマランプ（２１）の外部へ放出される。よって、エキシマ光の放出効率を向上することができる。

第３の発明に係るエキシマランプ（３１）は、誘電体からなる放電容器（２）と、放電容器の内側に配置されたＵ字型形状のＵ字管（３２）と、Ｕ字管（３２）の内側であって、Ｕ字管（３２）の二つの直管部分（３２ａ，３２ｂ）に配された二つの電極（５，６）と、放電容器の内部に充填された放電用の封入ガス（８）と、を有するエキシマランプ（３１）において、二つの電極（５，６）の間に高周波電圧が印加されることによりエキシマが形成されることを特徴とする。

第３の発明に係るエキシマランプ（３１）によれば、Ｕ字管（３２）の二つの直管部分（３２ａ，３２ｂ）の二つの電極（５，６）が放電容器（２）の内部に配されて、高周波電圧の印加による放電によってエキシマが形成され、エキシマ光が遮られることなくエキシマランプ（３１）の外部へ放出される。よって、エキシマ光の放出効率を向上することができる。

外部電極を用いずに、外側管内部に配された二つの電極間の放電によってエキシマを形成する。よって、生じたエキシマ光は遮られることなくエキシマランプの外部に放出されるので、エキシマ光の放出効率を向上することができる。

以下、本発明のエキシマランプについて図面を参照しつつ説明する。

（実施例１）
図１は、本発明のエキシマランプ１の一例を示す正面図（ａ）およびＡ−Ａ断面図（ｂ）である。

本実施例１に係るエキシマランプ１は、外側管２の内部に平行に配置された二本の円筒管３，４を有し、各々の円筒管３，４の内部には電極５，６が配されている。外側管２と二本の円筒管３，４とが形成する放電空間７には放電用ガス８が封入されており、２つの電極５，６間に高周波電圧を印加することで二本の円筒管３，４の間にエキシマ放電が生じ、外側管２の外部にエキシマ光を放出する。

外側管２：外側管２は断面が楕円の筒形状であり、両端から二本の円筒管３，４の端が出た状態で密閉され内部に密閉空間を形成している。この密閉空間には放電用ガス８が封入されて放電空間７を形成している。

外側管２は、長径方向に二本の円筒管３，４を平行に並べ、この二本の円筒管３，４の間の放電で生じるエキシマ光を効率よく被照射体（図示省略）に放出するために短径を小さくしている。

外側管２の肉厚はエキシマ光の透過率を低下させないために極力薄くすることが好ましいが、エキシマランプ１の自重に耐え得る程度の肉厚が必要であり、エキシマランプ１の長さとの関係で決定される。例えば、０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好ましい。

外側管２の長さは自重による撓みに耐え得る力や被照射体の大きさとの関係から決定される。１００〜２５００ｍｍ程度の長さが好ましい。

外側管２の材質は、放電空間７内で生じるエキシマ放電によって劣化せず、且つ、発生したエキシマ光を減衰させることなく透過させることに優れた誘電材料であればよい。放電空間７で生じるエキシマ光の波長によって外側管２の材質の劣化の程度やエキシマ光の透過率が影響を受けるので、発生するエキシマ光の波長との関係で決定されるべきものである。エキシマ光の波長は放電用ガス８の種類によって決まるので、外側管２の材質は放電用ガス８の種類によって決定される。例えば、放電用ガス８がキセノンガスの場合、エキシマ光の波長は１７２ｎｍでエキシマ光の光子エネルギは１６６ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、外側管２の材質として合成石英（ＳｉＣｌ₄）が好ましく用いられる。アルゴンガスの場合の波長は１２６ｎｍで光子エネルギは２２７ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、クリプトンガスの場合の波長は１４６ｎｍで光子エネルギは１９６ｋｃａｌ／ｍｏｌである。よって、放電用ガス８がアルゴンガスまたはクリプトンガスの場合はフッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）等フッ素系化合物が好ましく用いられる。

円筒管３，４：二本の円筒管３，４はいずれも両端が開放された円筒形状であり、上記外側管２の内部に平行に配置されている。

円筒管３，４の外径は製作上の理由から決定される。具体的には、１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下が好ましい。

円筒管３，４の肉厚は、エキシマランプ１の自重に耐え得る程度の肉厚が必要であり、エキシマランプ１の長さとの関係で決定される。例えば、０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好ましい。

円筒管３，４の長さは、円筒管３，４の自重による撓みに耐え得る力や被照射体の大きさとの関係から決定される。

円筒管３，４の材質は、放電空間７内で生じるエキシマ放電によって劣化しない誘電材料であればよい。例えば、合成石英（ＳｉＣｌ₄）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）等フッ素系化合物が好ましく用いられる。

二本の円筒管３，４の間隔は、放電用ガス８の種類や印加される高周波電圧、発光効率等により決定されるべきものであり、放電層の厚さとして、例えば、１０〜２５ｍｍが好ましい。

電極５，６：電極５，６は、円筒管３，４の内径よりわずかに小さい外径の金属棒である。

電極５，６の材質は、良好な金属導電性を有し且つ放電率が高くなる材質、加工し易い材質が好ましい。具体的には、ステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金が使用される。他の金属としては、銅、酸化銅、またはそれらの合金、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム、その他の金属等の中から良好な金属導電性を有し、かつ、放電率が高いものから選定されてもよい。

放電用ガス８：上述したように、放電用ガス８の種類によって発光するエキシマ光の波長が決定するので、入手したいエキシマ光の波長、光子エネルギによって放電用ガス８の種類が決定される。エキシマ光を得るためには、キセノンガス、アルゴンガス又はクリプトンガスといった希ガス、或いは、キセノンガス、アルゴンガス又はクリプトンガスのうちのいずれか一つのガスとハロゲンガスとの混合ガスが好ましく用いられる。

また、安定した放電を確保するために放電用ガス８の封入圧が決定される。例えば、５ｋＰａ以上１５０ｋＰａ以下の封入圧が好ましい。

以上の構成を有するエキシマランプ１が給電ケーブル９，１０を介して電源装置１１に接続され二つの電極５，６の間に高周波電圧が印加されると、放電空間７内で放電が生じエキシマ光が外部に放出される。

このとき、印加される高周波電圧は、放電用ガス８が放電するに足るだけの電圧であれば足りるが、安定した放電を確保するために、例えば、１ＭＨｚ乃至３ＭＨｚの周波数で１ｋＶ乃至５０ｋＶの電圧が好ましい。

ここで、例えば、本実施の形態におけるエキシマランプ１は本発明に係るエキシマランプを、外側管２は本発明に係る放電容器を、円筒管３，４は本発明に係る円筒管を、電極５，６は本発明に係る電極を、放電用ガス８は本発明に係る封入ガスを、それぞれ構成する。

この実施例１は以下の効果を有する。

外部電極を用いないので、二つの電極５，６の間の放電によって生じるエキシマ光は遮られることなく、外部に放出される。よって、良好な発光効率を得ることができる。

外側管２は断面が楕円であり、長径方向に二本の円筒管３，４を配置して短径を小さくできるので、放電層で生じるエキシマ光を効率よく被照射体に放出ことができる。

なお、本発明は、上記実施例１に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。

外側管２は断面が楕円の筒形状に限定されるわけではなく、図２（ａ）に示すように断面が円であってもよい。製作性が向上する。更に、図２（ｂ）に示すように断面が長円であっても良く、また、図２（ｃ）に示すように長方形の四隅を丸めた形状であっても良い。外側管に対してエキシマ光が垂直に通過するのでエキシマ光の透過率の低下を抑えることができる。

図１では電源装置１１から供給される高周波電圧は二つの電極５，６の同じ端から供給されているが、図３に示すように異なる側の端から供給されるように配置しても良い。放電が電源装置１１に接続している箇所の側に偏ることがなく、エキシマランプ１の全長にわたって均一な放電密度を実現できる。

上記実施例１では、二本の円筒管３，４は外側管２よりも長く、外側管２の両端から円筒管３，４が出た状態であるが、これに限定されることなく、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、円筒管の一端が外側管の内部にあり、他端が外側管から出た状態であってもよい。

二本の円筒管３，４には窒素ガス等の冷却用ガスを流しても良い。放電によって生じる熱を冷却用ガスのよって取り去ることでエキシマランプの寿命を長くすることが可能である。

電極５，６は、上記した金属丸棒の他に、断面が円形の金属線若しくは正方形又は長方形の金属線（角線又は矩形線）をつるまきばね様に曲げた形状として円筒管３，４の内壁に密着して配しても、上記実施例１と同様に電極としての機能を果たす。電極を軽くできるのでランプ自体の軽量化を図ることができる。円筒管３，４内に冷却用ガスを流すときはつるまきばね様に曲げた金属線は、熱交換のためリードが大きいほうが好ましい。電極が円筒管３，４に密着して配されたとき、電極は円筒管３，４を内側から押すこととなるので、この押す力が円筒管３，４を破壊しない程度になるよう金属線の線径は小さいことが好ましい。この押す力は金属線の材質、熱処理による金属線の特性等と密接に関係するので、線径を一概に規定することは困難であるが、例えば、０．２ｍｍ乃至１．５ｍｍが好ましい。角線又は矩形線の場合、断面が円形の金属線に比して二つの円筒管４との接触面積を大きくでき、放電を効率よく行うことができる。角線の場合、対辺は０．１〜０．５ｍｍが好ましく、矩形線の場合、厚さ０．１〜０．５ｍｍで幅０．３〜１．５ｍｍが好ましい。

外側管２の内壁には蛍光体膜を形成してもよく、蛍光灯とすることもできる。

外側管２の外部で被照射体が配置される側と反対側には外側管の放熱フィン等のヒートシンクを設けてもよい。この場合、放熱フィンによって外部への放熱効率が向上し、エキシマランプ１の温度上昇を更に抑えることが可能となる。更に、反射鏡を配置しても良い。照射効率の向上が図れる。

（実施例２）
図５は、本発明の実施例２に係るエキシマランプ２１の一例を示す正面図（ａ）および左側断面図（ｂ）である。なお、図５において、図１と共通する部分には同一符号を付し、それらの説明は以下においては省略する。

本実施例２に係るエキシマランプ２１では、誘電体でコーティングされた二つの電極２２，２３が外側管２の内部に配置されている点が、上記実施例１と異なっている。

電極２２，２３：二つの電極２２，２３は金属平板であって、外側管２の内部に平行に配置されている。表面の劣化を防ぐため、金属板は誘電体２４によるコーティングが施されている。

電極２２，２３の幅は印加される高周波電圧や放電密度との関係から決定される。具体的には、１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下が好ましい。長さは、エキシマランプ２１の全長において放電ができるよう、外側管２の全長よりも僅かに短い程度である。

電極２２，２３の材質は、良好な金属導電性を有し且つ放電率が高くなる材質、加工し易い材質、コーティングし易い材質が好ましい。具体的には、ステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金が使用される。他の金属としては、銅、酸化銅、またはそれらの合金、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム、その他の金属等の中から良好な金属導電性を有し、かつ、放電率が高く、弾性があるものから選定されてもよい。

電極２２，２３にコーティングされる誘電体２４の材質は、ＳｉＯ₂等エキシマ光に耐性を有するものが好ましい。使用される温度領域で電極２２，２３を構成する金属板と膨張率が近似しているものが好ましい。コーティングの手法として蒸着やスパッタリングが好ましい。誘電体２４の厚さは０．１〜２ｍｍの範囲が好ましい。

電極２２，２３の板厚は、放電による温度上昇で変形しない程度の厚さを有していれば足りる。例えば、０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好ましい。

ここで、例えば、本実施の形態におけるエキシマランプ２１は本発明に係るエキシマランプを、電極２２，２３は本発明に係る電極を、それぞれ構成する。

この実施例２に係るエキシマランプ２１は上記実施例１に係るエキシマランプ１の効果の他に以下の効果を有する。

電極２２，２３は誘電体２４によってコーティングされた金属板であるから、放電による熱応力によってコーティングに割れ等が生じても、放電空間７内の放電用ガス８が漏れ出ることはない、よって、エキシマランプ２１を長寿命化できる。

なお、本発明は、上記実施例２に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。

電極２２，２３を構成する金属板は平板に限定する必要はなく、例えば、図６（ａ）に断面を示すように湾曲した形状であっても良いし、図６（ｂ）に示すように丸棒であってもよい（図６（ａ）及び図６（ｂ）において誘電体２４の表示を省略した。）。

外側管２の外部で被照射体が配置される側と反対側には外側管の放熱フィン等のヒートシンクを設けてもよい。この場合、放熱フィンによって外部への放熱効率が向上し、エキシマランプ２１の温度上昇を更に抑えることが可能となる。更に、反射鏡を配置しても良い。照射効率の向上が図れる。

（実施例３）
図７は、本発明の実施例３に係るエキシマランプ３１の一例を示す正面図である。なお、図７において、図１と共通する部分には同一符号を付し、それらの説明は以下においては省略する。

本実施例３に係るエキシマランプ３１では、外側管２の内部に配される内側管はＵ字管３２であって、Ｕ字管３２の二つの直管部分３２ａ，３２ｂに二つの電極５，６が配された点が、上記実施例１と異なっている。

Ｕ字管３２：先端の湾曲部分（Ｕ字部分）３２ｃから延びる二本の平行な直管部分３２ａ，３２ｂを有する形状であって円管を曲げて形成されている。先端の湾曲部分３２ｃは上記外側管２の内部空間のどこにも接触しない構造となっている。Ｕ字管３２の外径、肉厚、長さ、材質は上記実施例１の円筒管３，４と同様に決定される。

ここで、例えば、本実施の形態におけるエキシマランプ３１は本発明に係るエキシマランプを、Ｕ字管３２は本発明に係るＵ字管を、直管部分３２ａ，３２ｂは本発明に係る直管部分を、それぞれ構成する。

この実施例３に係るエキシマランプ３１は上記実施例１に係るエキシマランプ１の効果の他に以下の効果を有する。

二本の内側管に比してＵ字管製作のほうが製造コストの面で有利である。

なお、本発明は、上記実施例３に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。

Ｕ字管３２の湾曲部３２ｃに非電性材料を挿入することで直管部分３２ａ，３２ｂに配される２つの電極５，６を互いに絶縁しつつ正しい位置に保つことができる。

Ｕ字管３２の内部には冷却用ガスを流しても良い。放電によって生じる熱を冷却ガスのよって取り去ることでエキシマランプの寿命を長くすることが可能である。

外側管２の外部で被照射体が配置される側と反対側には外側管の放熱フィン等のヒートシンクを設けてもよい。この場合、放熱フィンによって外部への放熱効率が向上し、エキシマランプ３１の温度上昇を更に抑えることが可能となる。更に、反射鏡を配置しても良い。照射効率の向上が図れる。

二つの電極間の放電によって生じるエキシマ光が遮られることなく外部に放出することができ、その結果、エキシマ光の放出効率を向上したエキシマランプを提供できる。

図１は、本発明の実施例１に係るエキシマランプ１を示す正面図（ａ）およびＡ−Ａ断面図（ｂ）である。図２（ａ）乃至図２（ｃ）は、外側管の変形例を示す断面図である。図３は、電源装置１１からエキシマランプへ供給される高周波電圧の他の結線例を示す図である。図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施例１に係るエキシマランプの他の例を示す図である。図５は、本発明の実施例２に係るエキシマランプ２１を示す正面図（ａ）およびＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。図６は、本発明の実施例２に係るエキシマランプ２１の他の電極の例を示す断面図である。図７は、本発明の実施例３に係るエキシマランプ３１を示す正面図である。

符号の説明

１：エキシマランプ
２：外側管
３，４：円筒管
５，６：電極
８：放電用ガス
２１：エキシマランプ
２２，２３：電極
２４：誘電体
３１：エキシマランプ
３２：Ｕ字管
３２ａ，３２ｂ：（Ｕ字管３２の）直管部分

Claims

誘電体からなる放電容器と、
前記放電容器の内部に平行に配置された二本の円筒管と、
前記二本の円筒管の内部に配された二つの電極と、
前記放電容器の内部に充填された放電用の封入ガスと、
を有するエキシマランプにおいて、
前記二つの電極の間に高周波電圧が印加されることによりエキシマが形成されることを特徴とするエキシマランプ。
誘電体からなる放電容器と、
誘電体でコーティングされ、かつ、前記放電容器の内側に平行に配置された二つの電極と、
前記放電容器の内部に充填された放電用の封入ガスと、
を有するエキシマランプにおいて、
前記二つの電極の間に高周波電圧が印加されることによりエキシマが形成されることを特徴とするエキシマランプ。
請求項１又は２のいずれか一項に記載のエキシマランプにおいて、
前記二つの電極は同じ側の端から高周波電圧が印加されることを特徴とするエキシマランプ。
請求項１又は２のいずれか一項に記載のエキシマランプにおいて、
前記二つの電極は異なる側の端から高周波電圧が印加されることを特徴とするエキシマランプ。
誘電体からなる放電容器と、
前記放電容器の内側に配置されたＵ字型形状のＵ字管と、
前記Ｕ字管の内側であって、当該Ｕ字管の二つの直管部分に配された二つの電極と、
前記放電容器の内部に充填された放電用の封入ガスと、
を有するエキシマランプにおいて、
前記二つの電極の間に高周波電圧が印加されることによりエキシマが形成されることを特徴とするエキシマランプ。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエキシマランプにおいて、
前記放電容器の内側面には蛍光体が塗布されていることを特徴とするエキシマランプ。