JPH10275601A - 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】放電容器を始動しやすい構造にして始動時の印
加電圧を低減することができる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を提供
する。 【解決手段】放電容器の大部分が第１の放電路長の部分
であるが一部は第１の放電路長の部分より短い第２の放
電路長の部分であり、第１および第２の放電路長の部分
を挟んで放電容器の外側に一対の電極を配設した。放電
容器にはエキシマ分子を形成し得る放電媒体を封入して
いる。一対の電極間に比較的低い電圧を印加しても、ま
ず第２の放電路長の部分において放電媒体の絶縁破壊が
起こり、放電の火種ができる。放電の火種ができると、
引き続いて放電が放電容器内の全体に広がり誘電体バリ
ヤ放電ランプは点灯する。

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】近時、紫外線光源として誘電体バリヤ放
電を利用した誘電体バリヤ放電ランプが種々提案されて
いる。この放電ランプは、紫外線透過性の放電容器内に
エキシマ分子を形成し得る放電媒体を封入して、放電容
器の壁を誘電体として一方はメッシュ状である一対の電
極を放電容器の外面に配設し、電極間に高電圧を印加し
て放電させるものである。

【０００３】この放電は、放電容器を通して行われるか
ら、その形態はいわゆる無声放電といわれる多条放電で
あり、放電電流はパルス状に流れる。このパルス状の放
電電流は高速の電子流を伴い、かつ休止期間が長いの
で、放電媒体を多量に励起し、かつ励起された物質が一
時的にエキシマ状態に結合する。そして、エキシマ状態
から、基底状態に戻る際に再吸収の少ない放射を高効率
で放射する。この多条放電放電は、メッシュ電極のメッ
シュの交点近傍において発光が観測される。

【０００４】したがって、誘電体バリヤ放電ランプにお
いて、一方の電極にメッシュ電極を用いる理由は、大面
積にわたって安定した放電を発生させるためである。ま
た、メッシュ電極を通過して放射を外部に導出させるこ
とができる。

【０００５】この種の放電ランプの一例として、特開平
６−３１０１０２号公報には、メッシュを構成する導電
性素線の太さと各メッシュの面積を規定することによっ
て、光出力を安定させるとともに、光の取り出し効率を
高くする構成が提案されている。また、その実施態様と
して、リング状のゲッターを放電容器の外側管に設けた
突起部によって定置することが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように誘電体バ
リヤ放電ランプは、優れた特性を有するが、放電容器を
誘電体とする放電であるため、数ＫＶの高電圧を印加す
る必要があった。特に始動時にはさらに高い電圧を印加
しなければならない。

【０００７】また、封入する放電媒体によっては、不純
ガスが混入しやすい関係で、確実な始動のためには、定
格点灯電圧の１．２〜１．５倍程度の高電圧を印加する
必要があった。

【０００８】本発明は、放電容器を始動しやすい構造に
して始動時の印加電圧を低減することができる誘電体バ
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
ンプ装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明の誘電体
バリヤ放電ランプは、少なくとも一部が放射透過性であ
るとともに、内部の放電空間の大部分が第１の放電路長
の部分であるが一部は第１の放電路長の部分より短い第
２の放電路長の部分である放電容器と；放電容器内に封
入されたエキシマ分子を形成し得る放電媒体と；放電容
器の第１および第２の放電路長の部分を挟んで放電容器
の外側に配設された一対の電極と；を具備していること
を特徴としている。

【００１０】本発明および以下の各発明において、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。

【００１１】まず、放電容器について説明する。

【００１２】放電容器は、少なくとも電極に対向する部
分が誘電体として作用するとともに、内部に放電媒体を
封入しておく気密性を備える。さらに、放電によって発
生した放射のうち、所望の波長域の波長を含む放射を導
出する機能を少なくとも一部が備えていればよく、特定
の材質に限定されない。しかし、一般的には石英ガラス
にて放電容器を形成するのが適当である。

【００１３】また、放電容器は、その外側に一対の電極
を配設して誘電体バリヤ放電を生起させることができれ
ば、特定の形状、構造に限定されない。しかし、一般的
には円筒状をなすものが実際的である。

【００１４】さらに、放電容器は、内部に形成される放
電路が安定点灯に寄与する第１の放電路長の部分と、少
なくとも始動時に寄与する第２の放電路長の部分とを備
えている。そして、第２の放電路長の部分は、第１の放
電路長の部分より短ければ、その位置、形状およびサイ
ズなどが特定の構成であることを要求されない。第２の
放電路長の部分は、始動時に印加すべき電圧の値を左右
するので、所望の電圧を印加できるように適当な放電路
長に設定するものとする。

【００１５】さらにまた、放電容器の内面に放電媒体に
対する保護膜を形成してもよい。たとえば、放電媒体の
成分に後述するように塩素を含む場合に、ＭｇＦ₂膜を
形成すると、塩素による放電容器の損傷を低減すること
ができる。

【００１６】さらにまた、放電媒体は放電によって紫外
線を発生するが、可視光を放射させたい場合には、放電
容器の内面側に紫外線によって励起される蛍光体の層を
形成することができる。なお、蛍光体の層を放電容器の
内面側に形成するとは、放電容器の内面に直接蛍光体層
を形成すること、および保護層などを介して蛍光体層を
形成することを含む意味である。

【００１７】次に、放電媒体について説明する。

【００１８】放電媒体は、エキシマ分子を形成し得るも
のであれば、特定の媒体に限定されない。たとえば、キ
セノン、アルゴン、ヘリウムなどの希ガスやＸｅＣｌ、
ＫｒＣｌ、ＡｒＣｌなどの希ガスハロゲン化物などを用
いることができる。希ガスハロゲン化物の場合、希ガス
とハロゲンとをそれぞれ単体で放電容器に封入してもよ
い。

【００１９】電極について説明する。

【００２０】電極を通じて放射を導出する場合には導出
側の電極をメッシュ構造にすることができる。メッシュ
は、金網体、パンチング金属板などによって得ることが
できる。

【００２１】したがって、電極を通じて放射を導出する
必要がない場合には、メッシュである必要がない。しか
し、このような場合においても、メッシュ電極を用いて
も差し支えない。

【００２２】放電容器の第２の放電路長の部分において
も、電極を当該部分に配設するものとする。なお、既述
の従来技術における放電容器の突起部は、専らゲッター
を定置するためにのみ機能するものである。この突起部
には、電極が配設されていないから、始動性向上の作用
は期待できない。

【００２３】本発明の作用について説明する。

【００２４】一対の電極間に電圧を印加すると、第２の
放電路長の部分において放電媒体の絶縁破壊が起こり、
放電の火種ができる。放電の火種ができると、引き続い
て放電が放電容器内の全体に広がり、誘電体バリヤ放電
ランプは点灯する。

【００２５】本発明においては、放電容器の第２の放電
路長の部分で放電が開始するから、印加電圧を低くする
ことができる。

【００２６】図１は、J.M.Meek、J.D.Craggs共著、John
Wiley & Sons社発行の「Electrical Breakdown of gas
es」の図6.10から引用したグラフである。

【００２７】図において、横軸はガスの圧力と電極間隔
との積p₀d(torr cm)を、縦軸はブレークダウン電圧Ｖ_S
（Ｖ）を、それぞれ示す。

【００２８】この図１は、ガス圧が十分に高い条件下で
は、同じガス圧でも電極間距離が短くなれば、ブレーク
ダウン電圧が減少することを示している。本発明が成立
することは、この図１によっても理解することができ
る。

【００２９】なお、第２の放電路長の部分は、第１の放
電路長の部分に対して若干光量が多くなるが、第２の放
電路長の部分は全体に対する極く一部でよいので、影響
を少なくすることができる。

【００３０】本発明においては、上述のように始動電圧
が低下するので、始動時に印加する電圧を安定点灯時に
印加する電圧と同じ値にすることができる。しかし、本
発明は安定点灯時の印加電圧よりいくらか高い電圧を印
加することも許容する。この場合においても、従来より
明らかに低い電圧で済む。

【００３１】請求項２の発明の誘電体バリヤ放電ランプ
は、請求項１記載の誘電体バリヤ放電ランプにおいて、
放電容器は、内管、内管の外側に間隔を形成して位置す
る外管、ならびに内管および外管の両端を接続する接続
部からなることを特徴としている。

【００３２】本発明によれば、放電容器の放電空間は円
筒状になる。この放電容器は、誘電体バリヤ放電ランプ
において、コンパクトな構造である。

【００３３】内管および外管は、一般的にはそれぞれ円
筒体を用いるが、本発明はこれに限定するものではな
く、必要に応じて楕円筒体などの非円筒体を用いること
ができる。

【００３４】第２の放電路長の部分は、放電容器の任意
の位置に形成することができる。たとえば、放電容器の
軸方向の一端部において、内管側または外管側に形成す
ることができる。また、第２の放電路長の部分は、放電
容器の軸方向の全長にわたって形成してもよい。

【００３５】一対の電極の一方をメッシュ電極にする場
合、内管および外管のいずれの側の電極をメッシュ電極
にしてもよい。

【００３６】請求項３の発明の誘電体バリヤ放電ランプ
は、請求項２記載の誘電体バリヤ放電ランプにおいて、
放電容器は、内管の一部が拡径していて第２の放電路長
の部分を形成していることを特徴としている。

【００３７】本発明において、第２の放電路長の部分
は、内管の軸方向の任意の位置に形成することができ
る。たとえば軸方向の端部ないし中間部のいずれでもよ
い。

【００３８】また、要すれば、第２の放電路長の部分を
２箇所以上形成することもできる。なお、拡径とは内管
の放電容器の内面側になる外径部分を大きくしてあるこ
とをいう。

【００３９】そうして、本発明においては、第２の放電
路長の部分を内管の一部を拡径することによって形成す
るので、内管の成形が比較的容易であるとともに、第２
の放電路長の部分へ電極を配設するのも容易である。

【００４０】請求項４の発明の誘電体バリヤ放電ランプ
は、請求項２記載の誘電体バリヤ放電ランプにおいて、
放電容器は、内管が外管に対して偏心していることによ
って第２の放電路長の部分を形成していることを特徴と
している。

【００４１】本発明によれば、放電容器を形成するにあ
たり、内管を相対的に偏心させるだけでよいから、内管
および外管を格別加工しなくても第２の放電路長の部分
を容易に形成することができ、放電容器の構造が簡単で
ある。

【００４２】請求項５の発明の誘電体バリヤ放電ランプ
は、請求項１または２記載の誘電体バリヤ放電ランプに
おいて、放電容器は、一部が陥没していることによって
第２の放電路長の部分を形成していることを特徴として
いる。

【００４３】本発明においては、第２の放電路長を形成
する部分を任意の大きさたとえば最少にすることができ
る。

【００４４】請求項６の発明の誘電体バリヤ放電ランプ
装置は、請求項１ないし５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一対の電
極に接続された高周波電源と；を具備していることを特
徴としている。

【００４５】本発明は、請求項１ないし５の特徴および
作用を有する誘電体バリヤ放電ランプ装置である。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００４７】図２は、本発明の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の第１の実施形態を
示す縦断面的概念図である。

【００４８】図３は、同じく誘電体バリヤ放電ランプの
横断面図である。

【００４９】各図において、１は誘電体バリヤ放電ラン
プ、２は高周波電源である。

【００５０】誘電体バリヤ放電ランプ１は、放電容器１
ａおよび一対の電極１ｂ１、１ｂ２から構成されてい
る。

【００５１】まず、放電容器について説明する。

【００５２】放電容器１ａは、石英ガラスからなり、第
１の放電路長の部分１ａ１および第２の放電路長の部分
１ａ２を備えている。第１の放電路長の部分１ａ１は、
内管１ａ_I、内管１ａ_Iの外側に間隔をおいて同心的に配
設された外管１ａ_Oおよび内管１ａ_Iと外管１ａ_Oとを気
密に接続する接続部１ａ_Jによって構成されている。ま
た、第２の放電路長を形成する部分１ａ２は、内管１ａ
_Iの一端部に形成された拡径部１ａ_L、外管１ａ_Oおよび
拡径部１ａ_Lと外管１ａ_Oとを接続する接続部１ａ_Jによ
って構成されている。

【００５３】放電容器１ａのサイズは、以下のとおりで
ある。

【００５４】放電容器１ａの全長は２００ｍｍ、外管１
ａ_Oの外径は３０ｍｍ，内管１ａ_Iの内径は１８ｍｍ、拡
径部１ａ_Lの内径は２２ｍｍ、外管１ａ_Oおよび内管１ａ
_Iの肉厚はともに１ｍｍである。

【００５５】したがって、第１の放電路長の部分は１ａ
１は４ｍｍ、第２の放電路長の部分は１ａ２は２ｍｍで
ある。

【００５６】放電容器１ａ内には放電媒体としてキセノ
ンを５３０００Ｐａの圧力で封入した。

【００５７】次に、電極について説明する。

【００５８】放電容器１ａの外管１ａ_Oの外面に密着し
て配設した電極１ｂ１は、ステンレス製のメッシュ電極
である。

【００５９】内管１ａ_Iの外面密着して配設した電極１
ｂ２は、アルミニウム製の板体である。アルミニウム板
体の放電容器１ａに面する表面は研磨して鏡面に形成し
ていて、放射の集光効率を高めるようになっている。そ
して、電極１ｂ１および１ｂ２は、放電容器１ａの第１
の放電路長の部分１ａ１のみでなく、第２の放電路長の
部分１ａ２にも配設している。

【００６０】高周波電源について説明する。

【００６１】高周波電源２は、４０ＫＨｚの高周波電圧
を発生し、誘電体バリヤ放電ランプ１の両電極１ｂ１、
１ｂ２に高周波電力を供給する。

【００６２】最後に、作用について説明する。

【００６３】本発明の作用を確認するために、上述した
構造の本発明の第１の実施形態の誘電体バリヤ放電ラン
プと、拡径部１ａ_Lに対向する電極部分を切除した比較
用の誘電体バリヤ放電ランプとを用意した。

【００６４】出力電圧を可変にした高周波電源をそれぞ
れの誘電体バリヤ放電ランプ１の両電極１ｂ１および１
ｂ２に接続して、誘電体バリヤ放電ランプ１に対する印
加電圧を徐々に上昇させていき、誘電体バリヤ放電ラン
プを観察した。

【００６５】その結果、比較用の誘電体バリヤ放電ラン
プは、１．８ＫＶで始動した。すなわち、始動電圧は
１．８ＫＶである。

【００６６】これに対して、本発明の第１の実施形態の
誘電体バリヤ放電ランプは、１．３３ＫＶで始動した。
すなわち、始動電圧は１．３３ＫＶであり、比較用の誘
電体バリヤ放電ランプの始動電圧の７４％であった。

【００６７】上記と同一構造の誘電体バリヤ放電ランプ
をそれぞれ５個づつ製作して同様に測定した結果、その
平均値は７２％であった。

【００６８】図４は、本発明の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の第２の実施形態を
示す縦断面的概念図である。

【００６９】図５は、同じく誘電体バリヤ放電ランプの
横断面図である。

【００７０】各図において、図２および３と同一部分に
は同一符号を付して説明は省略する。

【００７１】本実施形態は、第２の放電路長の部分の構
成が異なる。すなわち、内管１ａ_Iは径が均一である
が、外管１ａ_Oに対して偏心している。これによって、
放電容器１ａの軸方向に沿って第１の放電路長の部分１
ａ１が図において下側に、また第２の放電路長の部分１
ａ２が同じく上側に、それぞれ形成されている。

【００７２】放電容器１ａのサイズは、内管１ａ_Iの径
が全長にわたって２０ｍｍ均一である以外は、第１の実
施形態と同一サイズである。そして、第２の放電路長の
部分１ａ２の最小値は２ｍｍ、第１の放電路長の部分１
ａ２の最大値は６ｍｍである。第１の放電路長の部分１
ａ１から第２の放電路長の部分１ａ２へ連続的に放電路
長が変化している。

【００７３】本実施形態における始動電圧は、前記比較
用の誘電体バリヤ放電ランプにおける始動電圧の７３％
であった。

【００７４】本実施形態の誘電体バリヤ放電ランプの場
合、無声放電と呼ばれる多条放電が第２の放電路長の部
分１ａ２側に多く発生し、反対に第１の放電路長の部分
１ａ１の最大値の側には少ない傾向にあるが、反射鏡な
どによって積分すれば、殆ど問題にならない。

【００７５】図６は、本発明の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の第３の実施形態を
示す縦断面的概念図である。

【００７６】図において、図１と同一部分には同一符号
を付して説明は省略する。

【００７７】本実施形態は、第２の放電路長の部分の構
成が異なる。すなわち、第２の放電路長の部分１ａ２
は、内管１ａ_Iの一部に陥没部１ａ_Rを形成することによ
って形成されている。

【００７８】以上の各実施形態において、第２の放電路
長の部分１ａ２の距離を第１の放電路長の部分１ａ１の
それに対して変化させて始動電圧に与える影響について
実験をした結果、いずれの実施形態においても距離が１
／２になると概ね７５％、３／４になると概ね８８％で
あった。

【００７９】さらに、第２の放電路長の部分の軸方向の
長さについて実験したところ、軸方向の長さは始動電圧
にあまり影響しないで、１ｍｍ以上あれば十分であるこ
とが分かった。

【００８０】

【発明の効果】請求項１ないし５の各発明によれば、所
定の第１の放電路長の部分より短い第２の放電路長の部
分を放電容器に形成したことにより、印加電圧が低くて
も始動する誘電体バリヤ放電ランプを提供することがで
きる。

【００８１】請求項２の発明によれば、加えて放電容器
が内管と内管の外側に間隔をおいて位置する外管とを接
続部によって接続して構成されていることにより、コン
パクトな放電容器を備えた誘電体バリヤ放電ランプを提
供することができる。

【００８２】請求項３の発明によれば、加えて内管の一
部が拡径して第２の放電路長の部分を形成していること
により、第１の放電路長の部分が一定でありながら第２
の放電路長の部分を形成した誘電体バリヤ放電ランプを
提供することができる。

【００８３】請求項４の発明によれば、加えて外管に対
して内管を偏心させて第２の放電路長の部分を形成して
いることにより、放電容器の構造が簡単な誘電体バリヤ
放電ランプを提供することができる。

【００８４】請求項５の発明によれば、加えて放電容器
の一部を陥没させて第２の放電路長の部分を形成してい
ることにより、第２の放電路長の部分が任意の大きさた
とえば最少な誘電体バリヤ放電ランプを提供することが
できる。

【００８５】請求項６の発明によれば、請求項１ないし
５記載の効果を有する誘電体バリヤ放電ランプ装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】J.M.Meek、J.D.Craggs共著、John Wiley & Son
s社発行の「Electrical Breakdown of gases」の図6.10
から引用したグラフ

【図２】本発明の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の第１の実施形態を示す縦断面的
概念図

【図３】同じく誘電体バリヤ放電ランプの横断面図

【図４】本発明の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の第２の実施形態を示す縦断面的
概念図

【図５】同じく誘電体バリヤ放電ランプの横断面図

【図６】本発明の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の第３の実施形態を示す縦断面的
概念図

【符号の説明】

１…誘電体バリヤ放電ランプ １ａ…放電容器 １ａ１…第１の放電路長の部分 １ａ２…第２の放電路長の部分 １ａ_I…内管 １ａ_J…接続部 １ａ_L…拡径部 １ａ_O…外管 １ｂ１…電極 １ｂ２…電極 ２…高周波電源

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一部が放射透過性であるととも
   に、内部の放電空間の大部分が第１の放電路長の部分で
   あるが一部は第１の放電路長の部分より短い第２の放電
   路長の部分である放電容器と；放電容器内に封入された
   エキシマ分子を形成し得る放電媒体と；放電容器の第１
   および第２の放電路長の部分を挟んで放電容器の外側に
   配設された一対の電極と；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】放電容器は、内管、内管の外側に間隔を形
   成して位置する外管、ならびに内管および外管の両端を
   接続する接続部からなることを特徴とする請求項１記載
   の誘電体バリヤ放電ランプ。
3. 【請求項３】放電容器は、内管の一部が拡径していて第
   ２の放電路長の部分を形成し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】放電容器は、内管が外管に対して偏心して
   いることによって第２の放電路長の部分を形成している
   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。
5. 【請求項５】放電容器は、一部が陥没していることによ
   って第２の放電路長の部分を形成していることを特徴と
   する請求項１または２記載の誘電体バリヤ放電ランプ。
6. 【請求項６】請求項１ないし５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一対
   の電極に接続された高周波電源と；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。