JP3147592B2 - 誘電体バリヤ放電ランプとそれを使用した処理方法 - Google Patents

誘電体バリヤ放電ランプとそれを使用した処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、光化学反応用
の紫外線光源として使用される放電ランプの一種で、誘
電体バリヤ放電によってエキシマ分子を形成し、該エキ
シマ分子から放射される光を利用するいわゆる誘電体バ
リヤ放電ランプの改良と、該誘電体バリヤ放電ランプを
使用した処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】本発明に関連した技術としては、例え
ば、日本国公開特許公報平2─7353号があり、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、誘電体バリヤ放電(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月再版7刷発行第263ページ参照)に
よってエキシマ分子を形成せしめ、該エキシマ分子から
放射される光を取り出す放射器、すなわち誘電体バリヤ
放電ランプについて記載されている。また、該誘電体バ
リヤ放電の放電路に平行して設けられた光取りだし窓部
材を有する誘電体バリヤ放電ランプ装置については、米
国特許第2943225号に記載されている。
【0003】上記のような誘電体バリヤ放電ランプは、
従来の低圧水銀放電ランプや高圧アーク放電ランプには
無い種々の特長を有しているため有用である。さらに、
放電路に平行して設けられた光取りだし窓部材を有する
ため、誘電体バリヤ放電ランプの光取りだし窓部材に垂
直な方向の寸法を大きくすることによって、放射輝度を
増大させることが出来るという特長も有している。しか
し、上記のような誘電体バリヤ放電ランプは、光出力の
安定性および光の取り出し効率が必ずしも十分ではない
という問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、光出
力が安定で、放射輝度の高い誘電体バリヤ放電ランプを
提供することであり、さらに、該誘電体バリヤ放電ラン
プを使用した処理方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、放
電容器に誘電体バリヤ放電によってエキシマ分子を形成
する放電用ガスが充填され、該放電容器の一部は該誘電
体バリヤ放電の誘電体を兼ねており、該誘電体バリヤ放
電の放電路に平行して設けられた光取りだし窓部材を有
する誘電体バリヤ放電ランプにおいて、該光取りだし窓
部材の放電路に平行な長さHが該誘電体バリヤ放電の放
電路長Lを越えるように構成することによって達成でき
る。
【0006】
【作用】誘電体バリヤ放電は、該「放電ハンドブック」
に記載されているように、プラズマの直径が非常に小さ
く、かつ、放電の持続時間が非常に短い微小な放電プラ
ズマ(以後これをマイクロプラズマと記す)の多数の集
まりである。我々は、放電路に平行して設けられた光取
りだし窓を有する誘電体バリヤ放電ランプの光出力の安
定性および発光効率について詳細に検討した結果、光出
力の時間的なゆらぎおよび発光効率が光取りだし窓部材
の構成によって大幅に変わることを実験的に発見した。
【0007】以下、図2の概略図を使用して説明する。
すなわち、誘電体2,3、側板6、放電路に平行に設け
られた光取りだし窓部材1からなる放電容器に、誘電体
バリヤ放電によってエキシマ分子を形成する放電用ガス
を充填し、交流電源22によって電極4,5に電圧を印
加すると、マイクロプラズマ20a,20b,20c,
20dが安定に発生する。また、同時に、光取り出し窓
部材1の表面に沿って沿面放電プラズマ7が不規則に発
生する。このために、光出力が不安定になる。さらに、
光取り出し窓部材1から得られる放射輝度に対しては、
マイクロプラズマ20a,20b,20c,20dの陽
光柱の他に、誘電体2,3の表面に発生している沿面放
電状プラズマ21a,21b,21c,21dからの放
射光が大きく寄与しており、従って、該光取りだし窓部
材の放電路に平行な長さが該誘電体バリヤ放電の放電路
長よりも小さくなると、発光効率が極端に低下する事が
判明した。
【0008】図3に示したように、該誘電体バリヤ放電
の放電路に平行して設けられた光取りだし窓部材1を有
する誘電体バリヤ放電ランプにおいて、該光取りだし窓
部材1の放電路に平行な長さHが該誘電体バリヤ放電の
放電路長Lを越えるように構成すると、窪み23が形成
され、その結果、沿面放電の放電路長が長くなり、か
つ、窪み23を形成する管壁部分には誘電体バリヤ放電
ランプからの放射光が照射されにくいので、沿面放電7
が発生しにくくなる。さらに、該光取りだし窓部材1の
放電路に平行な長さHが該誘電体バリヤ放電の放電路長
Lを越えるように構成することにより、誘電体2,3の
表面に発生している沿面放電状プラズマ21a,21
b,21c,21dからの放射光を効率よく取り出すこ
とが出来、従って高効率が得られる。HをLで割った値
を1.2以上にすると、光放射の安定化および効率改善
の効果がよりいっそう発揮される。
【0009】本発明の該誘電体バリヤ放電ランプを使用
すると、本発明の該誘電体バリヤ放電ランプは高輝度の
帯状の照射面を形成できるので、線状の被処理物を該帯
状の照射面に一致させて配置することにより、線状物の
処理を高速で、高効率で行うことが出来る。ここで言う
処理は、光を利用した洗浄、エッチング、表面改質、塗
料の硬化および消毒殺菌などである。
【0010】光を利用して処理を行う場合、光の利用効
率などから、被処理物と光源を出来るだけ接近させるこ
とが望ましい。平板状の被処理物の表面を処理する場
合、平面状の発光面を有するような大きな発光面の光源
を使用すると、被処理物の表面と光源との距離を光源の
発光表面全体に渡って一定に保つことは一般的に困難で
あり、すなわち、平面と平面間の距離を一定にすること
は一般的に困難であり、従って、被処理物の表面におけ
る照射量が不均一になり、均一な処理が不可能である。
本発明の該誘電体バリヤ放電ランプの光取り出し窓部材
は幅の狭い帯状をしており、高輝度の帯状の照射面を形
成できるので、本発明の該誘電体バリヤ放電ランプを使
用した場合には、平面と帯間の距離を一定に保てばよ
く、被処理物の表面の帯状の部分を均一に照射すること
が出来る。本発明の該誘電体バリヤ放電ランプを使用
し、平板状の被処理物あるいは該誘電体バリヤ放電ラン
プを窓部材の巾方向に相対的に移動させることにより、
平板状の被処理物の表面を均一に処理できる。特に、被
処理物がフィルム状で広い面積に渡って平らな平面を保
つのが困難な場合には、本発明の誘電体バリヤ放電ラン
プの使用が一層有利になる。
【0011】
【実施例】本発明の第1の実施例である同軸円筒形誘電
体バリヤ放電ランプの概略図を図1に示す。放電容器8
は全長約300mmの石英ガラス製で外径24mmの内
側管9、内径約34mmの外側管10を同軸に配置して
中空円筒状にしたものである。外側管10の外面および
内側管9の内径部側の表面にはアルミニウムの蒸着によ
って形成した光反射膜を兼ねた電極11,12が設けら
れている。放電容器8の一端には、合成石英ガラスから
成る環状の光取り出し窓部材1が、外側管10および内
側管9に溶着して設けられている。光取り出し窓部材1
の放電路に平行な長さHの値を、該誘電体バリヤ放電の
放電路長L、すなわち、外側管10の内面と内側管9の
外径部側の表面との距離Lの値5mmを越えるように
6.5mmとした。放電容器8の他端の外面には、光反
射膜13が設けられている。放電用ガスとして放電空間
15に400Torrのキセノンを封入し、電源22に
よって電極11,12に電圧を印加した結果、安定な誘
電体バリヤ放電が発生し、かつ、発光効率も20%改善
された。
【0012】本発明の第2の実施例の概略図を図4に示
す。長辺250mm、短辺80mmの長方形合成石英ガ
ラス板2枚を誘電体2,3とし、該誘電体2,3の内部
側の表面間の距離を8mmにして対向させ、周辺部に光
取り出し窓部材1と側板6をもうけて放電容器を形成し
た。光取り出し窓部材1は、誘電体2,3の一つの長辺
部に設けられ、放電路に平行な長さHを、該誘電体バリ
ヤ放電の放電路長L、すなわち、誘電体2,3の内表面
間の距離8mmを越えるように10mmとした。誘電体
2,3の内表面には、MgF2 とLaF3 を交互に25
層積層して172nmの紫外線を反射する多層誘電体反
射膜14を設けた。また、光取り出し窓部材1と対向す
る側板6の放電路に平行な長さも、該誘電体バリヤ放電
の放電路長Lを越えるように10mmとした。側板6の
外側に設けた反射膜13による光の反射量は、上記の側
板6のHの値をLの値より大きく構成することによって
増大した。放電用ガスとしてキセノンを300Torr
封入し、電源22によって電極4,5に電圧を印加した
結果、安定な誘電体バリヤ放電が発生し、光出力は十分
に安定であり、発光効率も25%改善された。
【0013】本発明の第3の実施例は本発明の誘電体バ
リヤ放電ランプを使用した洗浄方法で、概略図を図5に
示す。実施例2に示した平板状の誘電体バリヤ放電ラン
プと同一の誘電体バリヤ放電ランプ51の光取り出し窓
部材と平行して、被洗浄物である光ファイバー50が酸
素を含む雰囲気中に設置されている。52は光反射板で
ある。誘電体バリヤ放電ランプ51の光取り出し窓部材
から波長172nmとその付近の紫外線が帯状に放射さ
れ、光ファイバー50の表面に集中して照射される。そ
の結果、光ファイバー50の表面付近で活性な酸素原子
が生成され、通常の機構によって光ファイバー50の表
面が洗浄される。本発明の誘電体バリヤ放電ランプの照
射面が直帯状であること、高輝度の紫外線が得られるこ
とから、高い光利用率で、高速で洗浄を行うことが出来
る。
【0014】本発明の第4の実施例は、第2の実施例に
おける構造の誘電体バリヤ放電ランプの放電ガスをキセ
ノンと塩素の混合ガスにし、光ファイバー50の表面に
光硬化性の樹脂をコーティングし、該光硬化性の樹脂の
硬化を行うものである。キセノンと塩素からなるエキシ
マ分子から放射された302nmとその付近の紫外線
が、光ファイバー50の表面の光硬化性樹脂に高輝度で
照射され、光硬化性樹脂は効率よく硬化される。第3,
4の実施例においては一個の誘電体バリヤ放電ランプを
使用したが、複数個の誘電体バリヤ放電ランプを使用し
て異なった方向から紫外線を照射することにより、円周
方向の均一性が改善され、かつ、高速で処理することが
出来る。
【0015】本発明の第5の実施例である表面改質方法
の概略図を図6に示す。実施例2に示した平板状の誘電
体バリヤ放電ランプと同一の誘電体バリヤ放電ランプ5
1の光取り出し窓部材1と平行して、ローラ61が設け
られており、被表面改質物であるポリエチレンフィルム
62が酸素を含む雰囲気中に設置されている。誘電体バ
リヤ放電ランプ51の光取り出し窓部材から、ローラ6
1に密着しているポリエチレンフィルム62の表面に波
長172nmとその付近の紫外線が集中して照射され
る。その結果、ポリエチレンフィルムの表面が通常の機
構によって改質される。本発明の誘電体バリヤ放電ラン
プの照射面が直帯状であることからポリエチレンフィル
ムの表面と誘電体バリヤ放電ランプとの距離を一定にし
やすいこと、高輝度の紫外線が得られることから、均一
に、かつ、高速で表面改質を行うことが出来る。
【0016】
【発明の効果】上記したように、本発明によれば、高効
率で、かつ光出力が安定である誘電体バリヤ放電ランプ
を提供できる。さらに、本発明の誘電体バリヤ放電ラン
プを使用することにより、平板状、フィルム状および帯
状の被処理物を、均一で高速に処理することが可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の誘電体バリヤ放電ランプの実施例の説
明図である。
【図2】マイクロプラズマの説明図である。
【図3】窓部材の説明図である。
【図4】本発明の誘電体バリヤ放電ランプの他の実施例
の説明図である。
【図5】本発明の誘電体バリヤ放電ランプを使用した洗
浄方法の説明図である。
【図6】本発明の誘電体バリヤ放電ランプを使用した表
面改質方法の説明図である。
【符号の説明】
1 光取り出し窓部材 2,3,9,10 誘電体 4,5,11,12 電極 13 光反射膜 50 光ファイバー 51 誘電体バリヤ放電ランプ 52 光反射板 62 ポリエチレンフィルム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−288061(JP,A) 特開 平2−158049(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 65/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】放電容器に誘電体バリヤ放電によってエキ
    シマ分子を形成する放電用ガスが充填され、該放電容器
    の一部は該誘電体バリヤ放電の誘電体を兼ねており、該
    誘電体バリヤ放電の放電路に平行して設けられた光取り
    だし窓部材を有する誘電体バリヤ放電ランプにおいて、
    該光取りだし窓部材の放電路に平行な長さHが該誘電体
    バリヤ放電の放電路長Lを越える事を特徴とする誘電体
    バリヤ放電ランプ。
  2. 【請求項2】放電容器が平板状であることを特徴とした
    請求項1に記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の誘電体バリヤ放電ランプ
    を使用したことを特徴とする線状物の処理方法。
  4. 【請求項4】請求項2に記載の誘電体バリヤ放電ランプ
    を使用したことを特徴とする平板状物の処理方法。
  5. 【請求項5】請求項2に記載の誘電体バリヤ放電ランプ
    を使用したことを特徴とするフィルム状物の処理方法。
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