JPH07142037A

JPH07142037A - 誘電体バリヤ放電ランプ

Info

Publication number: JPH07142037A
Application number: JP30712493A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Matsuno; 博光松野; Tatsumi Hiramoto; 立躬平本; Ryushi Igarashi; 龍志五十嵐; Nobuyoshi Hishinuma; 宣是菱沼; Yasuo Onishi; 安夫大西; Kunio Kasagi; 邦雄笠木
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1993-11-15
Filing date: 1993-11-15
Publication date: 1995-06-02
Anticipated expiration: 2015-03-27
Also published as: JP3025403B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】発光効率が高く、放電も安定である長寿命の
誘電体バリヤ放電ランプを提供する。【構成】少なくとも誘電体バリヤ放電を行うための電
極４，５と、キセノンガスを充填した放電容器１と、該
誘電体バリヤ放電によって発生したキセノンエキシマ分
子から放射される光を取り出す窓部材を有する誘電体バ
リヤ放電ランプにおいて、ボルトで表した放電維持電圧
をＶ、ｃｍで表した放電ギャップ長をｄ、キロパスカル
で表したキセノンガスの圧力をｐとした時、（Ｖ／ｄ）
／ｐの値が２０〜７０の範囲になるように構成する。ま
た、該放電容器内と導通したゲッタ収容室１０を設け
る。

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、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ー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月再販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、放電用ガス
としてキセノンガスを使用し、キセノンエキシマ分子か
ら放射される光を利用することも記載されている。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。しかし、上記のような誘電体バ
リヤ放電ランプは、発光効率が必ずしも十分ではなく、
従来の誘電体バリヤ放電キセノンエキシマランプの発光
効率は５〜１０％といわれ、また放電も必ずしも十分に
安定ではなく、さらに寿命が短いという問題があった。

【０００３】

【本発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、発
光効率が高く、放電も安定である長寿命の誘電体バリヤ
放電ランプ、特に誘電体バリヤ放電キセノンエキシマラ
ンプを提供することである。

【０００４】

【問題を解決するための手段】上記本発明の課題は、誘
電体バリヤ放電を行うための電極と、キセノンガスを充
填した放電容器と、該誘電体バリヤ放電によって発生し
たキセノンエキシマ分子から放射される光を取り出す窓
部材を有する誘電体バリヤ放電ランプにおいて、ボルト
で表した放電維持電圧をＶ、ｃｍで表した放電ギャップ
長をｄ、キロパスカルで表したキセノンガスの圧力をｐ
とした時、（Ｖ／ｄ）／ｐの値を２０から７０の範囲内
に規定することによって解決される。さらに、該放電容
器内と導通したゲッタを収納したゲッタ収容室を設ける
ことによって、本発明の課題はより効果的に解決でき
る。

【０００５】

【作用】我々は、誘電体バリヤ放電を行うための電極
と、キセノンガスを充填した放電容器と、該誘電体バリ
ヤ放電によって発生したキセノンエキシマ分子から放射
される光を取り出す窓部材を有する誘電体バリヤ放電ラ
ンプにおいて、放電ギャップ長ｄ（ｃｍ）とキセノンガ
スの圧力ｐ（キロパスカル）を種々に変えて、発光効率
と放電の安定性を調べた。なお、本発明に置ける放電ギ
ャップ長ｄは、放電空間構造が電極ー誘電体ー放電空間
ー誘電体ー電極の場合は、放電空間を挟む誘電体内表面
間の距離であり、放電空間構造が電極ー誘電体ー放電空
間ー電極の場合は、放電空間を挟む誘電体内表面と対向
する電極内表面間の距離である。また、キセノンガスの
圧力ｐは２５℃における値である。

【０００６】発光効率を支配する最も大きな因子は放電
プラズマ中の電子のエネルギーであると考えられる。こ
こでＶ／ｄをＥと置き替え、Ｅ／ｐを換算電界と呼ぶが
電子のエネルギーは換算電界Ｅ／ｐに強く依存する。し
たがって、結局発光効率はＥ／ｐに依存する。換算電界
Ｅ／ｐと発光効率の関係を、図２に示す。換算電界Ｅ／
ｐを求めるための放電維持電圧Ｖは、電気学会オゾナイ
ザ専門委員会編、コロナ社発行「オゾナイザーハンドブ
ック」１９６０年発行第１１２ページに記載されてい
る、印加電圧とランプを流れる電流の積分値、即ち電荷
量（記号Ｑ）のリサジュ図の測定から求めた。図３に、
横軸に印加電圧をとり、縦軸に電荷量をとったリサジュ
図の一例を示す。直線ＡＢと直線ＣＤが平行、直線ＢＣ
と直線ＡＤが平行な二等辺四辺形が得られ、直線ＡＢと
直線ＣＤ間の電圧差の二分の一が放電維持電圧Ｖに相当
する。直線ＡＢおよび直線ＣＤが直線からややずれて曲
線状になることも有ったが、この場合はこれらの曲線を
直線で近似した。

【０００７】発光効率は、換算電界Ｅ／ｐが２０より小
さい範囲では１０％よりも低下し、誘電体バリヤ放電ラ
ンプの高効率化の目的は得られなくなった。また、換算
電界Ｅ／ｐが７０を越えると、発光効率はかなり低下
し、８０を越えると、放電が不安定になり、光出力が不
安定になった。即ち、放電ギャップ長ｄとキセノンガス
の圧力ｐを調整することにより、換算電界Ｅ／ｐを２０
から７０の範囲内にすると、発光効率が１０を越え、さ
らに放電も安定である誘電体バリヤ放電ランプが得られ
る。

【０００８】我々は、誘電体バリヤ放電ランプにおいて
は、不純ガス、特に酸素、水素、一酸化炭素、水等の分
子ガスが存在すると、紫外線出力低下の割合が従来のア
ーク放電ランプやグロー放電ランプに比較し著しく大き
いことを発見した。この機構は、必ずしも明確では無い
が、以下のようであると考えられる。誘電体バリヤ放電
ランプの特長の一つとして、従来のアーク放電ランプで
は得られない波長の紫外線を高効率で発生出来ることが
ある。前記特徴ある紫外線の発生は、以下の機構によっ
ている。すなわち、まず、誘電体バリヤ放電によって従
来のアーク放電ランプには無い高エネルギープラズマが
発生する。このプラズマが種々の衝突過程を経てエキシ
マ分子を生成し、このエキシマ分子が特徴ある紫外線を
放射する。従って、放電空間に存在する不純ガス、特に
酸素、水素、一酸化炭素、水等の分子ガスは、該エキシ
マ分子を直接破壊するばかりでなく、該種々の衝突過程
にも作用して該エキシマ分子を少なくし、従って紫外線
出力を低下させる。すなわち、誘電体バリヤ放電ランプ
においては、従来のアーク放電ランプに比較し、不純ガ
スによる影響を受け易い。放電容器内にゲッタを設ける
と、点灯時間の経過に連れて放電プラズマあるいは紫外
線の作用によって放電容器、誘電体または電極などから
発生する酸素、水素、一酸化炭素、水等の不純ガスが除
去されるので、前記の影響がなく、従って光出力が減少
することが無く、その結果、発光効率が従来よりも高め
られたうえで、放電も安定で、寿命特性の優れた誘電体
バリヤ放電ランプを得ることが出来る。

【０００９】従来のアーク放電ランプにおいては、たと
えば、ジルコニウムとアルミニウムの合金からなるソリ
ッドゲッタが、放電容器に設けられたステムなどに固定
されて、放電プラズマに接して、または放電プラズマに
近接した状態で設置されたり、あるいは、放電容器の管
壁に蒸着されたバリウムなどからなる薄膜ゲッタが、放
電プラズマに接して、または放電プラズマに近接した状
態で設置されていた。本発明者等が実験的に調べた結
果、誘電体バリヤ放電ランプにおいては、上記した従来
のアークランプにおける様なゲッタの取り付け構成で
は、放電が不安定になり光出力が不安定になることを発
見した。すなわち、誘電体バリヤ放電ランプにおいて
は、放電電圧が数千ボルトと高いため、放電プラズマに
近接した状態で設置された導電性を有するゲッタと誘電
体バリヤ放電用電極との間に不規則な放電が発生し、光
出力が不安定になる。特に、放電容器の管壁に蒸着され
た金属膜のゲッタでは、放電容器の管壁と金属膜ゲッタ
間で沿面放電が生じやすく、不安定な放電が発生する割
合は著しく大きい。少なくとも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、該エキシマ分子から放射される光を取り出す窓部材
を有する誘電体バリヤ放電ランプにおいて、放電容器内
と導通しており、しかも放電プラズマが直接には進入し
ないようなゲッタ収容室を設け、該ゲッタ収容室にゲッ
タを収納すると、誘電体バリヤ放電用の電極と導電性ゲ
ッタとの間に発生する不規則な放電が無くなり、光出力
が安定で、長寿命の誘電体バリヤ放電ランプが得られ
る。

【００１０】

【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１
は全長約１５０ｍｍの石英ガラス製で、外径１４ｍｍ、
肉厚１ｍｍの内側管２、内径約２３ｍｍ、肉厚１ｍｍの
外側管３を同軸に配置して中空円筒状にしたものであ
る。内側管２、外側管３は誘電体バリヤ放電の誘電体バ
リヤと光取り出し窓部材を兼用しており、それぞれその
外面に光を透過する金属網からなる電極４，５が設けら
れている。従って、放電空間６における放電ギャップ長
ｄは０．４５ｃｍである。放電容器１の一端に、放電容
器１の管壁を延長し、間隔ｔが形成されるように円板状
の仕切り壁１１をもうけて構成したゲッタ収容室１０を
設ける。ゲッタ収容室１０にバリウム合金からなるバリ
ウムゲッタ１２を収納し、バリウムゲッタ１２を高周波
加熱してゲッタ収容室内にバリウムの薄膜を形成した。
放電空間６に放電用ガスとして３００トールのキセノン
ガスを充填して、高周波電源２０を使用して該誘電体バ
リヤ放電ランプの表面積１平方センチメートルあたりの
入力電力０．２ワットで点灯したところ、放電維持電圧
Ｖは８００Ｖになり、即ち、換算電界Ｅ／ｐは４４にな
り、キセノンのエキシマ分子から放射された１７２ｎｍ
に最大値を有する１６０ｎｍから１８０ｎｍの範囲の真
空紫外線が、１２％以上という高効率で放射された。ゲ
ッタとの間の不所望の放電もなく、また、放電も安定で
あった。さらに、長時間点灯しても発生した不純ガスが
ゲッタによって除去され、寿命特性の優れた誘電体バリ
ヤ放電ランプを得ることが出来た。寿命を初期光量の７
０％とすると、このランプは使用時間１，０００時間に
おいても約８．４％という高効率を保つ。

【００１１】本発明の第２の施例である同軸円筒形誘電
体バリヤ放電ランプは、実施例１における電極４を蒸着
によって形成したアルミニウム箔に変えた構造である。
アルミニウム箔はキセノンのエキシマ分子から放射され
た１７２ｎｍに最大値を有する１６０ｎｍから１８０ｎ
ｍの範囲の真空紫外線を効率よく反射し、実施例１のラ
ンプと同様に、１，０００時間使用しても発光効率が８
％以上のものが得られる。

【００１２】本発明の第３の実施例は放電方向と直角方
向に光を取り出す構成のランプで、その概略図を図４に
示す。長辺１５０ｍｍ、短辺３０ｍｍの長方形合成石英
ガラス板２枚を誘電体１３，１４とし、該誘電体１３，
１４の内表面間の距離、即ち放電ギャップ長ｄを０．５
ｃｍにして対向させ、周辺部に光取り出し窓部材３１
と、側板３６と、図には示していないが誘電体１３，１
４の長辺部に２枚の側板を設けて放電容器を形成した。
光取り出し窓部材３１は、誘電体１３，１４の一つの短
辺部に設けられ、放電方向に平行な長さＨを、該放電ギ
ャップ長ｄの０．５ｃｍを越えるように１ｃｍとした。
このような構成によって、誘電体１３，１４の内表面の
直近で発生した光を効率よく取り出すことが出来る。誘
電体１３，１４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３７ａ，３７ｂを設けた。この反射膜は、
電極１５，１６がアルミニウム金属膜でできている場合
は不要であるが、石英ガラスが紫外線の照射を受けない
ので、不純ガス発生の防止効果もある。

【００１３】また、光取り出し窓部材３１と対向する側
板３６の放電方向に平行な長さＬも、該放電ギャップ長
ｄを越えるように１ｃｍとした。上記のような側板３６
の構成と、側板３６の外側に設けた光反射膜３８によっ
て誘電体１３，１４の内表面の直近で発生したプラズマ
からの光も良く反射されて、光取り出し窓部材３１から
放出される。放電用ガスとしてキセノンを放電空所６に
３５０Ｔｏｒｒ封入し、電源２０によって電極１５，１
６に電圧を印加した結果、換算電界Ｅ／ｐは５２にな
り、キセノンのエキシマ分子から放射された１７２ｎｍ
に最大値を有する１６０ｎｍから１８０ｎｍの範囲の真
空紫外線が１１％以上の高効率で放射され、また、１０
００時間の使用でも放電が安定で、光出力が安定もある
誘電体バリヤ放電ランプが得られた。

【００１４】上記したすべての例は、蛍光体を有うさ無
い、いわゆる誘電体バリヤ放電紫外線放射ランプであっ
たが、放電容器に蛍光体を設けたいわゆる誘電体バリヤ
放電蛍光ランプにも適用できることは自明である。

【００１５】

【発明の効果】上記したように、本発明によれば、発光
効率が高く、光出力が安定である長寿命の誘電体バリヤ
放電ランプを提供できる。

【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】発光効率の説明図である。

【図３】リサジュ図の説明図である。

【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。

【符号の説明】

１放電容器２内側管３外側管４，５透明電極１０ゲッタ収容室１１仕切り壁１２ゲッタ３１光取り出し窓３６側板３７Ａａ，３７ｂ光反射膜３８光反射膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菱沼宣是兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内 (72)発明者大西安夫兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内 (72)発明者笠木邦雄兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体バリヤ放電を行うための電極と、
キセノンガスを充填した放電容器と、該誘電体バリヤ放
電によって発生したキセノンエキシマ分子から放射され
る光を取り出す窓部材を有する誘電体バリヤ放電ランプ
において、ボルトで表した放電維持電圧をＶ、ｃｍで表
した放電ギャップ長をｄ、キロパスカルで表したキセノ
ンガスの圧力をｐとした時、（Ｖ／ｄ）／ｐの値を２０
から７０の範囲に規定したことを特徴とする誘電体バリ
ヤ放電ランプ。
【請求項２】該放電容器内と導通したゲッタ収容室を
設けた事を特徴とする請求項１に記載の誘電体バリヤ放
電ランプ。
【請求項３】該放電容器の内面に紫外線を反射する金
属沸化物の膜を形成してなることを特徴とする請求項１
に記載の誘電体バリヤ放電ランプ。