(57)【要約】    【課題】  外部電極を不要にしてランプ構造の簡素化を図った誘電体バリア放電ランプ装置およびこれを備えた紫外線照射装置を提供する。    【解決手段】  誘電体バリア放電ランプ装置は、紫外線透過性の材料からなる細長い管状をなす気密容器１、気密容器内に封入したエキシマ生成ガス、気密容器内にその管軸方向のほぼ全長にわたって配設された長い内部電極２を備え、互いに密接して隣接する複数の誘電体バリヤ放電ランプ１０Ａ、１０Ｂと、複数の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極間に電圧を印加する高周波点灯回路１１とを具備し、互いに密接して隣接する複数の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極間に印加された電圧によってそれぞれ一方の誘電体バリヤ放電ランプから見て他方の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極が外部電極として機能して気密容器内に誘電体バリヤ放電が生起する。【選択図】図１
2008077909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線透過性の材料からなる細長い管状をなす気密容器、気密容器内に封入されたエキシマ生成ガス、気密容器内にその管軸方向のほぼ全長にわたって配設された長い内部電極を備え、互いに密接して隣接する複数の誘電体バリヤ放電ランプと；
複数の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極間に電圧を印加する高周波点灯回路と；
を具備し、互いに密接して隣接する複数の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極間に印加された電圧によってそれぞれ一方の誘電体バリヤ放電ランプから見て他方の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極が外部電極として機能して気密容器内に誘電体バリヤ放電が生起することを特徴とする誘電体バリヤ放電ランプ装置。
【請求項２】
紫外線照射装置本体と；
紫外線照射装置本体に配設された請求項１記載の誘電体バリヤ放電ランプ装置と；
を具備していることを特徴とする紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の誘電体バリア放電ランプを備えた誘電体バリア放電ランプ装置およびこれを用いた紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
キセノンなどの希ガスまたは希ガスのハロゲン化物などを無声放電すなわち誘電体バリア放電を行わせて、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すなわち誘電体バリア放電ランプは、数多くの文献に記載されて従来から知られている。誘電体バリア放電においては、パルス状の電流が流れる。このパルス状の電流は、高速の電子流を持ち、かつ休止期間が多いため、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）に結合させ、それが基底状態に戻るときに再吸収の少ない短波長紫外線を効率よく放出する。なお、キセノンの場合、１７２ｎｍを中心波長とする半値幅の広い分子発光を行う。波長１７２ｎｍの紫外線は、そのエネルギーが低圧水銀ランプから得られる波長１８５ｎｍや２５４ｎｍの紫外線より大きいとともに、分解したい有機化合物の結合エネルギーより大きい。このため、波長１７２ｎｍの紫外線を照射することによって、上記有機化合物の結合を切断し、分解して除去することができる。さらに、波長１７２ｎｍの紫外線照射を大気雰囲気中で行うことにより、大気中の酸素が分解して活性酸素を生成し、結合が切断された有機化合物が活性酸素と反応して、炭酸ガス（ＣＯ２）や水（Ｈ２Ｏ）などを生成させるので、有機化合物の除去が容易になる。したがって、誘電体バリア放電ランプは、紫外線光源として甚だ効果的である。
【０００３】
誘電体バリア放電ランプとして、細長い管状の気密容器を用いて誘電体バリア放電を行う誘電体バリア放電ランプが知られている（特許文献１参照。）。特許文献１に記載されている誘電体バリア放電ランプは、細長い気密容器、この気密容器内の軸方向に延在する内部電極および気密容器内に封入されたエキシマ生成ガスを備えた発光管を形成し、冷却機能を有するとともに気密容器の外面の一部が嵌合するように凹窪させたアルミニウム製の灯体を外部電極として気密容器の外面に当接して、気密容器の管軸方向に沿って一様な誘電体バリア放電を生起させるとともに、発光管から発生する熱を速やかに放散させて発光効率を高い状態に維持するように構成されている。また、外部電極と気密容器とを互いに密接させるために、両者を圧接するように構成している。
【０００４】
上述した従来のこの種の誘電体バリア放電ランプを用いて紫外線照射を行う場合、被照射物の大面積化に伴ってさらに長尺な誘電体バリア放電ランプが開発され、その有効長が１ｍを超えるものが用いられるようになった。このような長尺の誘電体バリア放電ランプを用いると、例えば大面積液晶基板のアッシング、感光性樹脂の硬化および殺菌など多様な工業的応用が可能になる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１９７１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載された誘電体バリア放電ランプは、気密容器を誘電体とする誘電体バリア放電を生起させるために、内部電極との間に高周波電圧を印加する外部電極を気密容器の外面に密接して配設する必要がある。外部電極を省略できればランプ構造が大幅に簡素化される。
【０００７】
本発明は、外部電極を不要にしてランプ構造の簡素化を図った誘電体バリア放電ランプ装置およびこれを備えた紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の誘電体バリア放電ランプ装置は、紫外線透過性の材料からなる細長い管状をなす気密容器、気密容器内に封入されたエキシマ生成ガス、気密容器内にその管軸方向のほぼ全長にわたって配設された長い内部電極を備え、互いに密接して隣接する複数の誘電体バリヤ放電ランプと；複数の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極間に電圧を印加する高周波点灯回路と；を具備し、互いに密接して隣接する複数の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極間に印加された電圧によってそれぞれ一方の誘電体バリヤ放電ランプから見て他方の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極が外部電極として機能して気密容器内に誘電体バリヤ放電が生起することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、隣接する複数の誘電体バリア放電ランプの他方の内部電極が一方の誘電体バリア放電ランプの外部電極として作用するので、別設の外部電極を省略して、ランプ構造の簡素化を図った誘電体バリア放電ランプ装置およびこれを備えた紫外線照射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００１１】
図１ないし図３は、本発明の誘電体バリア放電ランプ装置を実施するための第１の形態を示し、図１は誘電体バリア放電ランプ装置の回路ブロック図、図２は隣接する複数の誘電体バリア放電ランプの概略断面図、図３は単一の誘電体バリア放電ランプを示す一部切欠正面図である。
【００１２】
本形態において、誘電体バリア放電ランプ装置は、複数、例えば一対の誘電体バリア放電ランプ１０および高周波点灯回路ＨＦＣを備えている
＜誘電体バリア放電ランプ１０について＞    誘電体バリア放電ランプ１０は、気密容器１、エキシマ形成ガスおよび内部電極を具備している。また、付随的な構造として、給電部３Ａ、３Ｂを備えている。なお、気密容器１、エキシマ形成ガス、内部電極２および給電部３Ａ、３Ｂは、予め組み立てられて一体化されている。
【００１３】
（気密容器１について）    気密容器１は、紫外線透過性の材料からなり、細長い放電空間１ａが内部に形成されている。紫外線透過性の材料としては、一般的に合成石英ガラスを用いて製作される。しかし、本発明においては、利用しようとする波長の紫外線に対して透過性を有していればどのような材料で構成してもよい。
【００１４】
また、気密容器１は、複数の誘電体バリア放電ランプ１０を管軸方向に沿って互いに隣接して並列に配置して使用するために、隣接方向には直線性に優れた直管であるのが好ましいが、多少湾曲していても差し支えない。実際上、細長い管を形成する際に多少の湾曲が生じやすく、例えば全長約１２００ｍｍに対して最大１ｍｍ程度以下の湾曲が形成され得る。しかし、この程度の湾曲は許容される。なお、隣接方向に対して直角な方向においては、隣接関係にある複数の誘電体バリア放電ランプ１０が同一形状である限り湾曲していてもよい。また、気密容器１は、内部に筒状の放電空間が形成される２重管構造であってもよい。
【００１５】
（エキシマ生成ガスについて）    エキシマ生成ガスとしては、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）またはヘリウム（Ｈｅ）などの希ガスの一種または複数種の混合あるいは希ガスハロゲン化物、例えばＸｅＣｌ、ＫｒＣｌなどを用いることができる。なお、希ガスハロゲン化物を封入する場合、希ガスとフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）またはヨウ素（Ｉ）などのハロゲンを封入して、気密容器１の内部でハロゲン化物が生成さしれるようにてもよい。また、エキシマ生成ガスに加えてエキシマを生成しないガス、例えばネオン（Ｎｅ）などを混合することも場合によっては許容される。
【００１６】
（内部電極２について）    内部電極２は、隣接する誘電体バリア放電ランプ１０の内部電極２と対向するように配設されることで、内部電極２を内包する気密容器１の壁面を挟んで隣接する誘電体バリア放電ランプ１０の外部電極として作用する。しかし、内部電極２は、気密容器１の放電空間１ａ内に露出するように封入されている態様および例えば気密容器１の内側において放電空間１ａの外部に配設された態様のいずれでもよい。後者の態様の場合、例えば気密容器１が２重管構造であり、内部電極２は、気密容器１の中心軸側に形成された筒状の壁面に沿って配設される。したがって、本発明において、内部電極２とは、気密容器１を外部から見た場合に相対的に気密容器１の内側に配設される電極であることを意味すると理解すべきである。
【００１７】
以上の説明から理解できるように、本発明において、内部電極２は、気密容器１の内部に、その管軸方向のほぼ全長すなわちランプの有効長の全体にわたって誘電体バリア放電を生起するように配設された電極、好ましくは管軸方向に長い電極であれば、その余はどのような構成であってもよい。
【００１８】
図２および図３に示す内部電極２の好適な構成例について説明する。すなわち、この内部電極２は、多数の独立したメッシュ状部分２ｂが気密容器１の軸方向に分散配置され、かつ、周囲にそれぞれ空隙を介して配設された構成のメッシュ状をなしているとともに、連結部分２ａを介して接続して一体化された構造となっていて、気密容器１の内部に挿入された状態で配設される構成を備えている。このような内部電極２を用いることにより、紫外線発生量を相対的に多くすることができる。なお、メッシュ状部分２ｂは、周方向に対して連続していてもよいし、分断していてもよい。
【００１９】
したがって、本発明において、内部電極２がメッシュ状をなしている場合、そのメッシュ状部分２ｂは、具体的には例えばリング状、スパイラル状またはコイル状あるいは網目状などをなしていることが許容される。なお、図２および図３に示すように、図示形態においては、リング状のメッシュ状部分２ｂが管軸方向に複数分散しており、各メッシュ状部分２ｂを気密容器１の中心軸に位置するコイル状に巻回して形成された連結部２ａが所定の間隔で連結している。
【００２０】
次に、内部電極２が石英ガラスからなる気密容器１の内部に配設される場合の支持構造および給電構造について説明する。内部電極２を気密容器１内に封着するには、図３に示すように、封着金属箔１ｂ１を用いた封着構造を採用することができる。すなわち、内部電極２の連結部分２ａの両端を引き延ばして形成された直線状の端部２ｃを封着金属箔１ｂ１に溶接などにより接続して、内部電極２を気密容器１内に挿入してから、端部の石英ガラスを加熱して軟化状態にして封着金属箔１ｂ１の上からピンチシールする。そうすれば、気密容器１の端部に封止部１ｂが形成されて内部電極２が所定の位置に支持される。
【００２１】
（給電部３Ａ、３Ｂについて）    給電部３Ａ、３Ｂは、内部電極２に対して誘電体バリア放電に必要な電流を供給するための給電端を構成するものである。そして、給電部３Ａ、３Ｂは、それぞれ棒状をなしていて、内端が気密容器１の両端に形成された封止部１ｂに埋設されたモリブデン箔１ｂ１に溶接され、基端が気密容器１の両端に形成された封止部１ｂから外部の管軸方向へ突出している。また、給電部３Ａ、３Ｂは、後述する高周波点灯回路ＨＦＣの出力端される。なお、給電部３Ａ、３Ｂいずれか一方または両方を高周波点灯回路ＨＦＣに接続することができる。
【００２２】
（複数の誘電体バリア放電ランプ１０の隣接態様について）    複数の誘電体バリア放電ランプ１０は、図２に示すようにそれぞれの気密容器１、１が密接するように隣接される。この場合、それぞれの内部電極２のメッシュ状部分２ｂが互いに正対してもよいし、しなくてもよい。なお、給電部３Ａ、３Ｂが扁平で、その幅が気密容器１の主要部の外径より大きくなっている場合には、図３に示す給電部３Ａ、３Ｂの扁平面が概ね対向するように配置すれば気密容器１、１の密接の邪魔になることはない。
【００２３】
本発明において、誘電体バリア放電ランプの数は、複数であればよく、２灯に限定されるものではない。例えば、３灯の場合には１灯を共有して２灯の組を２つ作る。そして、それぞれの組を高周波点灯回路に接続する。したがって、この場合には高周波点灯回路１１を２つ用いる。
【００２４】
＜高周波点灯回路１１について＞    高周波点灯回路１１は、隣接する複数の誘電体バリア放電ランプ１０の一方（以下、１０Ａとする。）の内部電極２と他方（以下、１０Ｂとする。）の内部電極２との間に高周波電圧を印加して、両誘電体バリア放電ランプ１０Ａ、１０Ｂを同時に付勢して点灯する。なお、本発明において、上述から理解できるように高周波点灯回路１１の数は１つまたは複数用いられる。
【００２５】
本形態において、高周波点灯回路１１は、例えば整流化直流電源ＲＤＣ、電源スイッチＳＷおよびインバータＩＮＶを主体として構成されており、その高周波出力は、その一端がコンデンサＣ１を介して一方の誘電体バリア放電ランプ１０Ａの内部電極２に、他方が直接他方の誘電体バリア放電ランプ１０Ｂの内部電極２に、それぞれ印加される。なお、コンデンサＣ１は、高周波点灯回路１１から供給されるランプ電流を調整する目的で接続することができるが、必須構成要素ではない。
【００２６】
整流化直流電源ＲＤＣは、交流電源ＡＣから供給される交流電圧を整流して直流電圧を出力する。なお、所望により平滑化回路を付加することができる。
【００２７】
電源スイッチＳＷは、誘電体バリア放電ランプ１０Ａ、１０Ｂを点滅するための手段であり、その挿入部位は特段限定されないが、図示形態においては整流化直流電源ＲＤＣとインバータＩＮＶとの間に挿入されている。
【００２８】
インバータＩＮＶは、直流電圧を高周波交流電圧に変換する手段であり、回路形式などは特段限定されないが、例えば並列インバータにより構成される。
【００２９】
高周波点灯回路１１の出力端は、図１に示すようにその一方がコンデンサＣ１を介して誘電体バリア放電ランプ１０Ａの内部電極２に接続される。他方の出力端は、誘電体バリア放電ランプ１０Ｂの内部電極２に接続される。
【００３０】
＜誘電体バリア放電ランプ装置の動作＞    本形態の誘電体バリア放電ランプ装置においては、高周波点灯回路１１の電源スイッチＳＷを投入すると、インバータＩＮＶが作動して高周波電圧が発生する。そして、高周波点灯回路１１から出力される高周波電圧は、隣接する複数の誘電体バリア放電ランプ１０Ａ、１０Ｂのそれぞれの内部電極２、２の間に印加される。その結果、図１において誘電体バリア放電ランプ１０Ａでは誘電体バリア放電ランプ１０Ｂの内部電極２が外部電極として作用してその気密容器１の内部に誘電体バリア放電が生起する。また、同様に図１において誘電体バリア放電ランプ１０Ｂでは誘電体バリア放電ランプ１０Ａの内部電極２が外部電極として作用してその気密容器１の内部に誘電体バリア放電が生起する。
【００３１】
複数の誘電体バリア放電ランプ１０Ａ、１０Ｂが点灯すると、誘電体バリア放電によってキセノンのエキシマにより１７２ｎｍを中心波長とする真空紫外光を放射する。真空紫外光は、気密容器１の壁面を透過して外部へ導出されるので、これをそれぞれの目的に応じて利用することができる。
【００３２】
図４は、本発明の誘電体バリア放電ランプ装置を実施するための第２の形態を示す回路ブロック図である。本形態は、誘電体バリア放電ランプ１０を３灯（以下、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃとする。）、高周波点灯回路１１を２つ（以下、１１Ａ、１１Ｂとする。）用いている点および高周波点灯回路１１Ａ、１１Ｂからの給電端の配置において第１の形態と相違している。
【００３３】
すなわち、高周波点灯回路１１Ａは、その出力端の一方が誘電体バリア放電ランプ１０Ａの内部電極２にコンデンサＣ１を介して接続し、他方の出力端が誘電体バリア放電ランプ１０Ａに隣接する誘電体バリア放電ランプ１０Ｂの内部電極２に直接接続する。高周波点灯回路１１Ｂは、その出力端の一方が誘電体バリア放電ランプ１０Ｃの内部電極２にコンデンサＣ２を介して接続し、他方の出力端が隣接する誘電体バリア放電ランプ１０Ｂの内部電極２に直接接続する。なお、高周波点灯回路１１Ａ、１１Ｂの他方の出力端は同電位に維持される。また、誘電体バリア放電ランプ１０の一方の給電部３Ｂは、外部に露出しないように絶縁体で被覆するか、気密容器１から露出しないようにこれを形成しないのが好ましい。
【００３４】
そうして、誘電体バリア放電ランプ１０Ａ、１０Ｂがそれぞれの内部電極２、２を互いに外部電極としても作用させて高周波点灯回路１１Ａにより点灯し、誘電体バリア放電ランプ１０Ｃ、１０Ｂがそれぞれの内部電極２、２を互いに外部電極としても作用させて高周波点灯回路１１Ｂにより点灯する。
【００３５】
その他の構成として、所望により複数の誘電体バリア放電ランプ１０から放射される紫外線をワークに対して照射する際の紫外線照度を高めたり、紫外線照度分布を均一化したりするために、反射体を配設することができる。また、誘電体バリア放電ランプ１０の点灯により発生する熱を除去するために、水冷式など所望方式の冷却装置を配設することができる。
【００３６】
図５は、本発明の紫外線照射装置を実施するための一形態としての紫外線洗浄装置を示す正面断面図である。図において、図１ないし図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。紫外線照射装置は、紫外線照射装置本体２１、高周波点灯回路１１および複数の誘電体バリア放電ランプ１０を具備している。
【００３７】
本発明において、紫外線照射装置は、誘電体バリア放電ランプ１０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、光洗浄装置、光硬化装置および光乾燥装置などである。また、紫外線照射装置本体２１は、紫外線照射装置から誘電体バリア放電ランプ装置の隣接する複数の誘電体バリア放電ランプ１０および高周波発生回路１１を除外した残余の部分により構成される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の誘電体バリア放電ランプ装置を実施するための第１の形態の回路ブロック図
【図２】同じく隣接する複数の誘電体バリア放電ランプの概略断面図
【図３】同じく発光管の支持部および給電部を示す一部切欠・断面正面図
【図４】本発明の誘電体バリア放電ランプ装置を実施するための第２の形態を示す回路ブロック図
【図５】本発明の紫外線照射装置を実施するための一形態としての紫外線洗浄装置を示す正面断面図
【符号の説明】
【００３９】
１…気密容器、１ａ…放電空間、１ｂ…封止部、１ｂ１…封着金属箔、２…内部電極、２ａ…連結部、２ｂ…メッシュ状部分、２ｃ…端部、３Ａ、３Ｂ…給電部、１０、１０Ａ、１０Ｂ…誘電体バリア放電ランプ、１１…高周波点灯回路、ＩＮＶ…インバータ、ＲＤＣ…整流化直流電源、ＳＷ…スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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