(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キセノンエキシマ分子を生成する放電用ガスが充填された放電空間（Ｙｇ）を内包し、管体の両端が気密封止された形状を有し、前記放電空間（Ｙｇ）に接する面の少なくとも一部に、放電を生じ易くする易放電物質層（Ｙｏ）が形成されているランプバルブ（Ｙｔ）の、前記放電空間（Ｙｇ）に放電を誘起せしめ、前記ランプバルブ（Ｙｔ）の管軸方向に放電電流を流すための一対の外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）を有し、内部電極を有さず、前記した放電によって前記放電空間（Ｙｇ）においてＵＶ光を発生するエキシマランプ（Ｙ）と、
前記エキシマランプ（Ｙ）に高電圧交流を印加するために、前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）が接続される２次側巻線（Ｌｓ）を備えたトランス（Ｔｆ）を有するインバータ（Ｕｉ）と、
を具備するエキシマランプ光源装置であって、
前記インバータ（Ｕｉ）は、
前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）の一方が近接または接する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の部分に対向する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の内面の部分の近傍から、前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）の他方が近接または接する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の部分に対向する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の内面の部分の近傍に至る、１本の線状の放電路からなる形態を有する放電である狭義収縮放電
を生じる電力よりも小さい電力を前記エキシマランプ（Ｙ）に供給することにより、狭義収縮放電ではない放電状態で前記エキシマランプ（Ｙ）を点灯させることを特徴とするエキシマランプ光源装置。
【請求項２】
前記ランプバルブ（Ｙｔ）の外面に沿って測った、前記した一対の外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）それぞれの間の距離の最小値である電極間距離（Ｌｅ）の値は、前記電極間距離（Ｌｅ）に応じて決まる前記狭義収縮放電を生ずる電力の最小値が、前記電極間距離（Ｌｅ）を増加させたときに増加する、または増加が飽和する、前記電極間距離（Ｌｅ）の領域の中から選ばれた値であることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ光源装置。
【請求項３】
通常稼働時のランプ投入電力値に対する狭義収縮放電を生じる電力値の比が、１０５％から１２０％であることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ光源装置。
【請求項４】
キセノンエキシマ分子を生成する放電用ガスが充填された放電空間（Ｙｇ）を内包し、管体の両端が気密封止された形状を有し、前記放電空間（Ｙｇ）に接する面の少なくとも一部に、放電を生じ易くする易放電物質層（Ｙｏ）が形成されているランプバルブ（Ｙｔ）の、前記放電空間（Ｙｇ）に放電を誘起せしめ、前記ランプバルブ（Ｙｔ）の管軸方向に放電電流を流すための一対の外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）を有し、内部電極を有さず、前記した放電によって前記放電空間（Ｙｇ）においてＵＶ光を発生するエキシマランプ（Ｙ）と、
前記エキシマランプ（Ｙ）に高電圧交流を印加するために、前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）が接続される２次側巻線（Ｌｓ）を備えたトランス（Ｔｆ）を有するインバータ（Ｕｉ）と、
を具備するエキシマランプ光源装置におけるエキシマランプ点灯方法であって、
前記インバータ（Ｕｉ）は、
前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）の一方が近接または接する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の部分に対向する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の内面の部分の近傍から、前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）の他方が近接または接する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の部分に対向する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の内面の部分の近傍に至る、１本の線状の放電路からなる形態を有する放電である狭義収縮放電
を生じる電力よりも小さい電力を前記エキシマランプ（Ｙ）に供給することにより、狭義収縮放電ではない放電状態で前記エキシマランプ（Ｙ）を点灯させることを特徴とするエキシマランプ点灯方法。
【請求項５】
通常稼働時のランプ投入電力値に対する狭義収縮放電を生じる電力値の比が、１０５％から１２０％であることを特徴とする請求項４に記載のエキシマランプ点灯方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ＵＶオゾン洗浄、ＵＶオゾン脱臭、ＵＶ表面改質、ＵＶ硬化、ＵＶ殺菌などの分野において利用可能なＵＶ(紫外域の)光を発生して、もしくは発生したＵＶ光を他の波長に変換して、それを照射する装置を構成する際に好適な光源であるエキシマランプと、それを点灯するインバータからなるエキシマランプ光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エキシマランプ光源装置に関しては、例えば、本発明の出願人による特許第２８５４２５０号や特許第３２９６２８４号、特許第３３５３６８４号、特許第３３５５９７６号、特許第３５２１７３１号の公報などに記載されているように、エキシマランプを強力に駆動して、極限までの高効率のＵＶ発光を得るための技術開発が行われて来たが、その動機は、主として工場などで使用できる業務用の装置での応用を念頭に置いていた。
因みに、管状のエキシマランプの場合、特許第３３５５９７６号の図１の（ａ）や（ｃ）に記載のように、管軸に直角の方向（つまり管の直径方向や半径方向）に電流を流すものが主流である。【０００３】
一方、これらとは対照的に、一般家庭などにおいて、例えばＵＶ殺菌やＵＶ脱臭などに用いるＵＶ光源は、比較的小規模な光源装置であって、そのため極限までの高効率は求められないが、代わりに可及的低コストで実現することが要求される場合があり、このような用途に対しては、先に挙げた文献に記載のような技術は、必ずしも最適とは言えなかった。【０００４】
エキシマランプのような外部電極を用いるランプの場合、最も低コストでの実現が可能なランプは、単なる円筒状のガラスの管体に対し、放電媒質を充填した上で、両方の管端を気密封止してランプバルブとし、封止した両方の管端部付近にリング状、またはキャップ状の導体からなる外部電極を設け、ガラス管の管軸方向に放電電流を流す形式のもの（以降、「管軸方向に放電電流を流す形式」とは、この形式を指す）である。
この形式のランプが低コストである理由は、ランプバルブの構造が単純だからである。そのため、この形式のランプが、以前より極めて多数提案されている。
一例を挙げれば、特開２００３−１００４８２号、特開２００４−０２２２０９号、特開２００４−０７９２７０号、特開２００４−１４６３５１号、特開２００４−１７９０５９号、特開２００５−０１１７１０号、特開２００５−２６７９０８号、特開２００６−０１９１００号、特開２００６−０８５９８３号、特開２００７−０５３１１７号等々の各公報に記載の技術があるが、この形式のものは、ほとんど全て、放電媒質として実質的に水銀を含むものばかりである（水銀を含まないものを排除していないものもあるが、実施例には水銀を含むものばかりが掲載されている）。【０００５】
この形式のランプが水銀ランプばかりである事には理由があり、それは、ガラス管の管軸方向に放電電流を流すものの場合は、管軸に直角の方向に流すものよりも、放電経路が長くなりがちであるため、水銀蒸気を含ませることにより電流を流れ易くすることができる（ペニング効果）からこそ、必要な印加電圧の高さを実用範囲に収められるからである。
しかし、有害な水銀を含む光源を、前記したような家庭用の、例えば食品や飲料、衣料などを扱う機器に使用することは適当ではない。【０００６】
一方、エキシマランプにおいては、放電用ガスとして、希ガス、あるいは希ガスとハロゲンの混合ガスが用いられ、水銀を含まないようにすることができるため、用途に見合うランプバルブとしての必要な長さを有して、印加電圧を実用的な範囲に抑えながら、前記した管軸方向に放電電流を流す形式のランプを実現しようとするならば、充填するガス圧を非常に低くする必要があり、そうするとＵＶ発光の効率が低下してしまう問題がある。
しかし、前記したように、極限までの高効率を求めない家庭用などの比較的小型の、すなわちランプバルブの長さが比較的短くできる機器での使用を前提とすれば、管軸方向に放電電流を流す形式のエキシマランプにも実用性を見出すことができる。【０００７】
そこで、本発明の発明者らは、前記した特開２００５−２６７９０８号公報に記載のもののようなランプバルブ構造を有する、管軸方向に放電電流を流す形式のエキシマランプ（ただし、特開２００５−２６７９０８号公報に記載の蛍光体膜や酸化マグネシウム膜、水銀は含まず）を、予備試験用ランプとして作成した。
その構成は、本発明のエキシマランプ光源装置の技術に関連する概念の概略図である図１４のようである。
作成したエキシマランプ（Ｙ’）は、ランプバルブ（Ｙｔ’）と、その両端の気密封止部（Ｙｓ’）によって囲まれた放電空間（Ｙｇ’）に、適当な圧力でキセノンガスを充填し、帯状金属板を巻くことによって形成した外部電極（Ｙｅ１’，Ｙｅ２’）を配置して構成した。
ただし、特許第３１４９７８０号公報に記載のように、ランプバルブの内面の一部に導電性物質を配設することにより、放電を開始させるための印加電圧を下げることが可能との知見に基づき、ランプバルブの一方の端部の内面に、易放電物質層としてのカーボンペースト膜形成領域を設けた。
なお、図１４においては、描画要素が重なって視認し難くなることを避けるため、カーボンペースト膜形成領域の図示は省略してある。【０００８】
そして、前記外部電極（Ｙｅ１’，Ｙｅ２’）に高電圧交流を発生するインバータを接続して前記予備試験用ランプを点灯し、発生するＵＶ光の強度を測定したところ、期待した実用強度に遥かに及ばず、ランプへの投入電力に対するＵＶ発光効率が著しく低いことが判明した。
その原因を探るべく、前記予備試験用ランプの放電状態を観察すると、当初の予想では、図１４の（ａ）に記載したような、ランプバルブ内の放電空間における、リング状の２箇所の外部電極で囲まれる空間と、その間に位置する体積全体で均一的に生じる放電である拡散放電（Ｇｄ’）が生じると考えていたものが、図１４の（ｂ）に記載したような、細い線状の放電である狭義収縮放電（Ｇｓ’）が生じていた。ただし、この用語「狭義収縮放電」については後述する。
このランプは、ＵＶ応用を目的としたものであり、一般照明の用途のものではないため、線状の狭義収縮放電（Ｇｓ’）が生じること自体には問題は無い。
しかし、この狭義収縮放電（Ｇｓ’）と、ＵＶ発光効率が著しく低いことに因果関係があるなら、狭義収縮放電（Ｇｓ’）の発生を回避して、拡散放電（Ｇｄ’）を確実に発生させ得るようにしなければならない。【０００９】
因みに、前記狭義収縮放電（Ｇｓ’）の放電路の形状は様々で、曲がりくねった形状の場合もあれば、直線に近い形状の場合もあったが、主として１本の輝線として視認された。
なお、狭義収縮放電が生じているときでも、前記ランプバルブ（Ｙｔ’）の内側領域のうち、前記外部電極（Ｙｅ１’，Ｙｅ２’）によって外側が取り巻かれている部分空間には拡散放電が生じていた。
また、どこからどこまでが狭義収縮放電（Ｇｓ’）の放電路であるかの境界点が必ずしも明確な訳ではないが、前記狭義収縮放電（Ｇｓ’）の端部は、前記外部電極（Ｙｅ１’，Ｙｅ２’）によって外側が取り巻かれている部分に対向する前記ランプバルブ（Ｙｔ’）の内面に、ほぼ接しているように見えた。
このとき、両極の前記外部電極（Ｙｅ１’，Ｙｅ２’）の間における前記放電空間（Ｙｇ’）では、狭義収縮放電（Ｇｓ’）の放電路は、前記ランプバルブ（Ｙｔ’）の内面に接していないことが多く、よって狭義収縮放電（Ｇｓ’）は沿面放電によるものではない。【００１０】
ここで、用語「狭義収縮放電」について説明する。
後述する先行技術文献の多くにおいても、「収縮放電」という表現が現れるが、ここで述べている細い線状の放電とは特徴が相違する。
そのため、混乱を避ける目的で、ここで述べている細い線状の放電を、それらと区別して、狭義収縮放電と呼ぶことにした。
本明細書においては、「狭義収縮放電」とは、すなわち、
管体の両端が気密封止されたランプバルブにおける、放電空間に接する面に易放電物質層が形成され、内部電極を有さず、一対の外部電極を有する管軸方向に放電電流を流す形式のエキシマランプにおいて、主として、外部電極の一方が近接または接するランプバルブの部分に対向するランプバルブの内面の部分の近傍から、外部電極の他方が近接または接するランプバルブの部分に対向するランプバルブの内面の部分の近傍に至る、１本の線状の放電路からなる形態を有する放電
を指すものと定義する。【００１１】
ここで、「主として」と表記した理由は、いま述べた１本の線状の放電路からなる形態を有する放電以外にも、非常に稀ではあるが、外部電極対向内面部（前記した、外部電極が近接または接するランプバルブの部分に対向するランプバルブの内面の部分の近傍、を以降このように略記する）の一方から他方に、複数本の線状の放電路からなる形態を有する放電となる場合、あるいは、外部電極対向内面部の一方のうちの離れた２箇所から線状の放電路が放電空間に延び、途中から２本の線状の放電路が１本に合流して、全体としてＹ字状となる場合、さらには、外部電極対向内面部の一方から放電空間の途中の箇所まで線状の放電路が現れ、その箇所から他方の外部電極対向内面部までは拡散放電となる場合、などがあるからである。
本発明では、このような稀に現れる形態の線状の放電路を有するものをも含めて狭義収縮放電と称する。【００１２】
エキシマランプにおける収縮放電に言及した文献として、ＷＯ２００５／０５７６１１号、特開２００５−１７４６３２号、特開２００６−３５１５４１号、特開２００８−２４３５２１号、特開２００８−２６２８０５号公報には、内部電極と外部電極を有する誘電体バリア放電蛍光ランプで、キセノンなどの希ガスを放電媒質とするものが記載されているが、内部電極の近傍で収縮放電が発生することを容認した上で、その位置が時間的に変化することに起因して生ずる、（照明用蛍光ランプとして有害な）ランプの明るさのチラツキを防止するために、収縮放電を固定する技術の提案がなされている。【００１３】
特開２００６−０７９８３０号公報には、内部電極と外部電極を有する誘電体バリア放電蛍光ランプで、キセノンなどの希ガスを放電媒質とするものが記載されているが、電極を複数個の分割することにより、収縮放電の発生を抑制する技術の提案がなされている。【００１４】
ＷＯ２００８／０３８５２７号公報には、内部電極と外部電極を有する誘電体バリア放電蛍光ランプで、キセノンを主体とした希ガスを放電媒質とするものが記載されているが、この文献には、印加電圧を高くすると、内部電極の近傍で収縮放電状態となる旨の記述がある。【００１５】
特開２００５−３２７６５９号公報には、内部電極と外部電極を有する誘電体バリア放電蛍光ランプで、キセノンを主体とした希ガスを放電媒質とするものが記載されているが、この文献には、電流が多いほど収縮放電は発生しやすくなる旨の記述がある。【００１６】
特開２００６−３３８８９７号公報には、内部電極と外部電極を有する誘電体バリア放電蛍光ランプで、キセノンを主体とした希ガスを放電媒質とするものが記載されているが、この文献には、印加電圧を高くすると内部電極付近で収縮放電状態へと遷移する旨、およびインバータの動作周波数は低いほど内部電極近傍での収縮放電が発生しにくくなる旨の記述がある。【００１７】
特開２０００−２２３０７９号公報には、管状のランプバルブの長手方向に延びる一対の帯状の外部電極を有する、または、管状のランプバルブの中心軸に位置する線状の内部電極と帯状の外部電極を有する、管軸方向に放電電流を流す形式ではなく、電流を管軸に直角の方向に流す形式の誘電体バリア放電蛍光ランプで、キセノンを主体とした希ガスを放電媒質とするものが記載されているが、この文献には、キセノンガスのガス圧を高くすると放電が収縮する現象が生じ、この収縮によってひげ状の放電が無数に発生する旨の記述がある。【００１８】
特開２０１４−０３０７６３号公報には、管状のランプバルブの長手方向に延びる一対の帯状の外部電極を有し、管軸方向に放電電流を流す形式ではなく、電流を管軸に直角の方向に流す形式の、キセノンとヨウ素を放電媒質とするエキシマランプが記載されているが、この文献では、ヨウ素分圧を一定としてキセノン分圧を上げてゆくとき、１２ｋＶよりも低い低圧領域では拡散放電が生じたが、それよりも高くすると複数のフィラメント放電が発生する旨の記述がある。【００１９】
以上において挙げたエキシマランプにおける収縮放電に言及した文献は、内部電極と外部電極を有する形式のランプに対するものが大部分であり、収縮放電の発生位置について記載のあるものは、全て内部電極付近で発生するとされており、また、収縮放電の本数に関する情報は無く、したがって、内部電極を有さない前記エキシマランプ（Ｙ’）における、本数が主として１本のみである狭義収縮放電（Ｇｓ’）には該当しない。
内部電極を有さない、外部電極のみのランプに関する情報は、管軸方向に放電電流を流す形式ではなく、電流を管軸に直角の方向に流す形式のランプに対するもののみで、しかも、「ひげ状の放電が無数に発生」、「複数のフィラメント放電が発生」、とあり、前記エキシマランプ（Ｙ’）における、本数が主として１本のみである狭義収縮放電（Ｇｓ’）には該当しない。
したがって、本発明において関心のある、外部電極のみを有し、管軸方向に放電電流を流す形式のエキシマランプにおける、前記狭義収縮放電（Ｇｓ’）に該当する収縮放電に関する情報は皆無である。
また、先述のように、外部電極のみを有し、管軸方向に放電電流を流す形式のランプの情報は、水銀を含むものばかりである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特許第２８５４２５０号公報
【特許文献２】特許第３２９６２８４号公報
【特許文献３】特許第３３５３６８４号公報
【特許文献４】特許第３３５５９７６号公報
【特許文献５】特許第３５２１７３１号公報
【特許文献６】特開２００３−１００４８２号公報
【特許文献７】特開２００４−０２２２０９号公報
【特許文献８】特開２００４−０７９２７０号公報
【特許文献９】特開２００４−１４６３５１号公報
【特許文献１０】特開２００４−１７９０５９号公報
【特許文献１１】特開２００５−０１１７１０号公報
【特許文献１２】特開２００５−２６７９０８号公報
【特許文献１３】特開２００６−０１９１００号公報
【特許文献１４】特開２００６−０８５９８３号公報
【特許文献１５】特開２００７−０５３１１７号公報
【特許文献１６】特許第３１４９７８０号公報
【特許文献１７】ＷＯ２００５／０５７６１１号公報
【特許文献１８】特開２００５−１７４６３２号公報
【特許文献１９】特開２００６−３５１５４１号公報
【特許文献２０】特開２００８−２４３５２１号公報
【特許文献２１】特開２００８−２６２８０５号公報
【特許文献２２】特開２００６−０７９８３０号公報
【特許文献２３】ＷＯ２００８／０３８５２７号公報
【特許文献２４】特開２００５−３２７６５９号公報
【特許文献２５】特開２００６−３３８８９７号公報
【特許文献２６】特開２０００−２２３０７９号公報
【特許文献２７】特開２０１４−０３０７６３号公報
【特許文献２８】特開平０９−１８０６８５号公報
【特許文献２９】特開平１１−３５４０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明が解決しようとする課題は、内部電極を有さず、管軸方向に放電電流を流す形式の、構造が単純なランプバルブを採用することにより、低コストを実現した上で、狭義収縮放電の発生を回避したエキシマランプ光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明における第１の発明のエキシマランプ光源装置は、キセノンエキシマ分子を生成する放電用ガスが充填された放電空間（Ｙｇ）を内包し、管体の両端が気密封止された形状を有し、前記放電空間（Ｙｇ）に接する面の少なくとも一部に、放電を生じ易くする易放電物質層（Ｙｏ）が形成されているランプバルブ（Ｙｔ）の、前記放電空間（Ｙｇ）に放電を誘起せしめ、前記ランプバルブ（Ｙｔ）の管軸方向に放電電流を流すための一対の外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）を有し、前記した放電によって前記放電空間（Ｙｇ）においてＵＶ光を発生するエキシマランプ（Ｙ）と、
前記エキシマランプ（Ｙ）に高電圧交流を印加するために、前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）が接続される２次側巻線（Ｌｓ）を備えたトランス（Ｔｆ）を有するインバータ（Ｕｉ）と、を具備するエキシマランプ光源装置であって、
前記インバータ（Ｕｉ）は、
狭義収縮放電である、
主として、前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）の一方が近接または接する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の部分に対向する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の内面の部分の近傍から、前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）の他方が近接または接する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の部分に対向する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の内面の部分の近傍に至る、１本の線状の放電路からなる形態を有する放電
を生じる電力よりも小さい電力を前記エキシマランプ（Ｙ）に供給することにより、狭義収縮放電ではない放電状態で前記エキシマランプ（Ｙ）を点灯させることを特徴とするものである。【００２３】
本発明における第２の発明のエキシマランプ光源装置は、前記ランプバルブ（Ｙｔ）の外面に沿って測った、前記した一対の外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）それぞれの間の距離の最小値である電極間距離（Ｌｅ）の値は、前記電極間距離（Ｌｅ）に応じて決まる前記狭義収縮放電を生ずる電力の最小値が、前記電極間距離（Ｌｅ）を増加させたときに増加する、または増加が飽和する、前記電極間距離（Ｌｅ）の領域の中から選ばれた値であることを特徴とするものである。【００２４】
本発明における第３の発明のエキシマランプ光源装置は、通常稼働時のランプ投入電力値に対する狭義収縮放電を生じる電力値の比が、１０５％から１２０％であることを特徴とするものである。【００２５】
本発明における第４の発明のエキシマランプ点灯方法は、キセノンエキシマ分子を生成する放電用ガスが充填された放電空間（Ｙｇ）を内包し、管体の両端が気密封止された形状を有し、前記放電空間（Ｙｇ）に接する面の少なくとも一部に、放電を生じ易くする易放電物質層（Ｙｏ）が形成されているランプバルブ（Ｙｔ）の、前記放電空間（Ｙｇ）に放電を誘起せしめ、前記ランプバルブ（Ｙｔ）の管軸方向に放電電流を流すための一対の外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）を有し、前記した放電によって前記放電空間（Ｙｇ）においてＵＶ光を発生するエキシマランプ（Ｙ）と、
前記エキシマランプ（Ｙ）に高電圧交流を印加するために、前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）が接続される２次側巻線（Ｌｓ）を備えたトランス（Ｔｆ）を有するインバータ（Ｕｉ）と、
を具備するエキシマランプ光源装置におけるエキシマランプ点灯方法であって、
前記インバータ（Ｕｉ）は、
狭義収縮放電である、
主として、前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）の一方が近接または接する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の部分に対向する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の内面の部分の近傍から、前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）の他方が近接または接する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の部分に対向する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の内面の部分の近傍に至る、１本の線状の放電路からなる形態を有する放電
を生じる電力よりも小さい電力を前記エキシマランプ（Ｙ）に供給することにより、狭義収縮放電ではない放電状態で前記エキシマランプ（Ｙ）を点灯させることを特徴とするものである。【００２６】
本発明における第５の発明のエキシマランプ点灯方法は、通常稼働時のランプ投入電力値に対する狭義収縮放電を生じる電力値の比が、１０５％から１２０％であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
内部電極を有さず、管軸方向に放電電流を流す形式の、構造が単純なランプバルブを採用することにより、低コストを実現した上で、狭義収縮放電の発生を回避したエキシマランプ光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のエキシマランプ光源装置の一部を簡略化して示す模式図を表す。
【図２】本発明のエキシマランプ光源装置の一部を簡略化して示す模式図を表す。
【図３】本発明のエキシマランプ光源装置に関連する実験データを表す。
【図４】本発明のエキシマランプ光源装置に関連する実験データを表す。
【図５】本発明のエキシマランプ光源装置に関連する実験データを表す。
【図６】本発明のエキシマランプ光源装置に関連する実験データを表す。
【図７】本発明のエキシマランプ光源装置に関連する実験データを表す。
【図８】本発明のエキシマランプ光源装置の技術に関連する概念の概略図を表す。
【図９】本発明のエキシマランプ光源装置を簡略化して示す模式図を表す。
【図１０】本発明のエキシマランプ光源装置を簡略化して示す模式図を表す。
【図１１】本発明のエキシマランプ光源装置を簡略化して示す模式図を表す。
【図１２】本発明のエキシマランプ光源装置を簡略化して示す模式図を表す。
【図１３】本発明のエキシマランプ光源装置を簡略化して示す模式図を表す。
【図１４】本発明のエキシマランプ光源装置の技術に関連する概念の概略図を表す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明のエキシマランプ光源装置の一部を簡略化して示す模式図を表す図１を参照して、そのエキシマランプ（Ｙ）の構成について説明する。
本図のエキシマランプ（Ｙ）は、ランプバルブ（Ｙｔ）が、円筒形の管体を基本として作成される場合を想定して例示している。
同図の（ａ）は、前記ランプバルブ（Ｙｔ）の軸が紙面に垂直である場合の断面を表し、同図の（ｂ）は、前記ランプバルブ（Ｙｔ）の軸が紙面に含まれる場合の断面を表す。
ただし、本発明は、前者の断面形状が円形のものに限定されない。
前記エキシマランプ（Ｙ）の前記ランプバルブ（Ｙｔ）は、放電空間（Ｙｇ）を内包するよう、管体の両端が気密封止部（Ｙｓ）によって閉じられて構成され、前記放電空間（Ｙｇ）には、キセノンエキシマ分子を生成する放電用ガスが充填される。
なお、前記気密封止部（Ｙｓ）は、軸に垂直な平面形状を呈するものを例示したが、例えば半球状に、外側に向かって膨れた形状を呈するようにしても構わない。
【００３０】
前記ランプバルブ（Ｙｔ）の外面には、軸方向に離間して、一対の外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）が設けられる。
本図では、金属板を輪状に巻いて前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）を構成する場合を例示したが、金属線を１回以上巻回したり、銀ペーストなどの金属ペーストを塗布し焼成して固体化したり、金属蒸着膜によって構成してもよい。
また、前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）は、本図の（ａ）のような、軸に垂直な断面において、円形などの閉じた図形になるものに限定されず、例えば、Ｃ字状を呈するものでも構わない。
さらに、前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）の一方または両方が、前記気密封止部（Ｙｓ）の外面の一部や全部を覆うようにしてもよい。
【００３１】
また、本発明のエキシマランプ光源装置は、後述する図９，図１０，図１１，図１２，図１３に記載のような、高電圧交流を発生するインバータ（Ｕｉ）を具備しており、該インバータ（Ｕｉ）のトランス（Ｔｆ）の２次側巻線（Ｌｓ）が、前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）に接続されることにより、前記ランプバルブ（Ｙｔ）の前記放電空間（Ｙｇ）に放電が誘起され、前記ランプバルブ（Ｙｔ）の管軸方向に放電電流が流れ、前記放電空間（Ｙｇ）においてＵＶ光を発生することができる。
なお、図１には、前記インバータ（Ｕｉ）を接続するために前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）に設けられる場合がある、リード線等の電気的接続部材は、図示を省略してある。
【００３２】
また、前記放電空間（Ｙｇ）に接する面の少なくとも一部には、放電を生じ易くする易放電物質層（Ｙｏ）が形成されている。
ここで、易放電物質（または易電子放出物質）としては、特許第３１４９７８０号公報に記載のように、前記したカーボンや金属、酸化錫、酸化インジウム等の導電性物質を利用可能である。
さらに、特開平０９−１８０６８５号や特開平１１−３５４０７９号公報に記載のように、前記ランプバルブを構成する管体の仕事関数より小さい仕事関数を有する物質、例えば酸化マグネシウム(ＭｇＯ)や酸化ランタン(Ｌａ2Ｏ3)、酸化セリウム(ＣｅＯ2)、酸化イットリウム(Ｙ2Ｏ3)、酸化ジルコニウム(ＺｒＯ2)、ホウ化ランタン(ＬａＢ6)よりなる群から選ばれた金属化合物なども利用可能である。
【００３３】
図１では、外面に前記外部電極（Ｙｅ１）が接している前記ランプバルブ（Ｙｔ）の部分の内面の一部分に前記易放電物質層（Ｙｏ）が形成されるものを描いてある。
同様に、本発明のエキシマランプ光源装置の一部を簡略化して示す模式図を表す図２の（ａ）に示すように、軸回りの３６０度に対応する前記ランプバルブ（Ｙｔ）の内面に前記易放電物質層（Ｙｏ）が形成されるようにしてもよく、この場合、外面に前記外部電極（Ｙｅ１）が接していない前記ランプバルブ（Ｙｔ）の部分の内面にまで前記易放電物質層（Ｙｏ）が形成されるようにしてもよい。
また、図２の（ｂ）に示すように、前記気密封止部（Ｙｓ）の内面側にまで前記易放電物質層（Ｙｏ）が形成されるようにしてもよい。
さらに、図１，図２では、前記外部電極（Ｙｅ１）のある側に前記易放電物質層（Ｙｏ）が形成されるものを例示したが、前記外部電極（Ｙｅ２）のある側にも前記易放電物質層（Ｙｏ）が形成されるようにしてもよい。
【００３４】
先に、図１４を参照して、予備試験用ランプに関する点灯実験について述べたが、以下において、さらなる点灯実験を行った結果について述べる。
実験に供した前記エキシマランプ（Ｙ）の緒元および実験条件は以下の通り。
［実験条件１］
ランプバルブ：合成石英管，外径１０ｍｍ，厚さ０．５ｍｍ，カーボン塗布
電極間距離（Ｌｅ）：２０ｍｍ
放電ガス，圧力：Ｎｅ／Ｘｅ＝７０％／３０％， １２ｋＰａ(全圧)
周波数：１６ 〜 ４５ｋＨｚ
ＰＰランプ電圧：３．３， ３．９， ４．５ｋＶ
１周期エネルギー：１２， １５， １８μＪ
インバータ：フライバック方式
なお、ここに記載した「カーボン塗布」とは、図１に示したような形状を有する前記易放電物質層（Ｙｏ）として、カーボンペースト膜形成領域を設けたことを示す。
ただし、上記条件に記載のＰＰランプ電圧とは、ランプ印加電圧のピーク・ピーク値を指し、以降この略称を用いる。
ランプ点灯のためのインバータ（Ｕｉ）は、後述する上記方式のものを使用し、ランプ印加電圧における、放電に関わる部分のパルスの波形、すなわちＰＰランプ電圧を不変に保ったまま、インバータの動作周波数、すなわちパルス発生頻度を変化させることにより、ランプへの投入電力 Ｐ を変化させながら、ランプ点灯始動の試行実験を行い、１回の点灯始動で拡散放電が生じる確率 Ψ(ｐ) を測定することを、上記３種類のＰＰランプ電圧に対して実施した。
ただし、前記インバータ（Ｕｉ）は、点灯初期においてＰＰランプ電圧を徐々に上昇させるような、所謂ソフトスタート的な制御を特に行わない、単純な構造のものであり、したがって、点灯初期の短時間のうちに所期のＰＰランプ電圧が実現されている。
【００３５】
なお、ＰＰランプ電圧を不変に保つとは、１個のパルス波形によってランプに投入されるエネルギーを不変に保つことを意味するが、上記条件に記載の１周期エネルギーは、上記３種類のＰＰランプ電圧それぞれに対応する１個のパルス波形によってランプに投入されるエネルギーを表す。
前記した実験条件における１周期エネルギーは、前記した放電ガス，圧力に対する前記したＰＰランプ電圧の全てにおいて拡散放電が生じる周波数である規定周波数３０ｋＨｚの下で、ＶＱリサージュ法（オゾナイザハンドブック  コロナ社 （昭和３５年）ｐ．２３２  あるいは、電気学会技術報告  第８３０号、（２００１年）ｐ．７１  を参照）によって測定した。
そして、この１周期エネルギーの値に、点灯時の実際の周波数の値を乗じた値により、ランプ投入電力を算出することができる。
【００３６】
実験の結果を、横軸にランプ投入電力 Ｐ 、縦軸に拡散放電の発生確率 Ψ(ｐ) をとって、本発明のエキシマランプ光源装置に関連する実験データを表す図３に示す。
図からは、直ちに、ランプ投入電力が高いほど拡散放電の発生確率が低下することが指摘できる。
【００３７】
ここで注意すべき点は、横軸のランプ投入電力 Ｐ は、前記した、規定周波数３０ｋＨｚにおける拡散放電時の１周期エネルギーの値に、点灯時の実際の周波数の値を乗じた値によって表記した事である。
そのため、この計算によって求めたランプ投入電力は、その点灯条件で拡散放電が生じている場合には、実際にランプに投入されている電力に等しいが、狭義収縮放電が生じている場合には、実際にランプに投入されている電力に等しいとは限らない。
実際、前記した実験条件１のなかの、次の一つの条件
周波数：３３ｋＨｚ
ＰＰランプ電圧：３．９ｋＶ
においては、拡散放電または狭義収縮放電の何れかが確率的に生じるが、ＶＱリサージュ法による、拡散放電時および狭義収縮放電時それぞれにおけるランプ投入電力の測定結果は次のようになった。
ランプ投入電力：拡散放電時 ０．４７Ｗ， 狭義収縮放電時 ０．３４Ｗ
すなわち、インバータが全く同じ動作を行っていても、狭義収縮放電が生じた場合は、拡散放電が生じている状態よりも、実際のランプ投入電力が小さくなるのである。
因みに、狭義収縮放電の状態では、発生するＵＶ光の強度が期待した実用強度に遥かに及ばない旨を先に述べたが、その主要因は、ランプ投入電力の低下にあるのではなく、ランプへの投入電力に対するＵＶ発光効率の著しい低下にある。
【００３８】
また、拡散放電と狭義収縮放電の関係の理解を深めるため、次のような実験を行った。
ＰＰランプ電圧を一定に保ちながら、拡散放電が生じている状態から、周波数を徐々に上げることにより電力を徐々に増して行くと、ある周波数以上では狭義収縮放電となるが、拡散放電から狭義収縮放電に遷移した周波数、すなわち狭義収縮放電遷移周波数を記録しておき、次に、狭義収縮放電が生じている状態から、周波数を徐々に下げることにより電力を徐々に減じて行くと、ある周波数以下では拡散放電となるが、狭義収縮放電から拡散放電に遷移した周波数、すなわち拡散放電回復周波数を記録して比較すると、拡散放電回復周波数の方が狭義収縮放電遷移周波数よりも有意に低いことが判かった。
すなわち、拡散放電と狭義収縮放電との間の移行には、ヒステリシスが伴うことが判明した。
【００３９】
つまり、図３を得た実験において、点灯初期から狭義収縮放電が生じたように見える場合でも、放電開始直後の短時間は、拡散放電が生じており、その期間にランプに投入される電力、すなわち狭義収縮放電発生直前電力が、狭義収縮放電を生じる電力値、詳しく言うと、拡散放電から狭義収縮放電への遷移を生じせしめる電力値、すなわち狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ に達し、その結果、狭義収縮放電が生じたものと理解できる。
したがって、図３の横軸のランプ投入電力 Ｐ は、いま述べた狭義収縮放電発生直前電力を含む、広義の拡散放電時のランプ投入電力を表す、と解釈することにより、定常放電状態の電力が小さい狭義収縮放電に陥る場合も含めて図３は正しいグラフである、と言うことができる。
【００４０】
なお、先に、狭義収縮放電となる場合も、放電開始直後の短時間は、拡散放電が生じており、その後、ランプ投入電力が小さい狭義収縮放電が生じた旨を述べたが、本当に放電開始直後の短時間は、拡散放電が生じているなら、ランプ電圧とランプ電流の波形をオシロスコープで観察すれば、それが判るはず、と考えるかも知れないが、実際それを試行したところ、それを確認することはできなかった。
理由は、同じ点灯条件で拡散放電または狭義収縮放電の何れかが確率的に生じる場合の観測で、拡散放電時と狭義収縮放電時とでは、ランプ電圧とランプ電流のピーク・ピーク値には差異がほとんど見られないため、ランプ電圧とランプ電流の包絡線波形が見える条件の観測では、拡散放電と狭義収縮放電との波形的区別ができないからである。
ランプ電圧波形とランプ電流波形の位相差情報を、同様に波形として表示させる観測を実施すれば、それを確認できると考えられるが、未実施である。
【００４１】
また、図からは、直ちに、１周期エネルギー、すなわちＰＰランプ電圧を高くするほど、拡散放電の発生確率を高くし易いことが指摘できる。
前記したように、先行技術文献のＷＯ２００８／０３８５２７号公報および特開２００６−３３８８９７号公報に、印加電圧を高くすると内部電極の近傍で収縮放電状態となる旨の記述があるが、本実験結果は、それとは逆の傾向を示しており、そもそも本実験のランプは内部電極を有さないため、この文献に記載されている収縮放電と、いまの関心事である狭義収縮放電とは、物理現象が相違するものであることが判る。
【００４２】
ここで、この図に関して補足しておく。
一つの１周期エネルギーに注目すると、ランプ投入電力の低い条件から高い条件に変化するに従って、拡散放電の発生確率が１００％であったものが、０％へ、直線的に変化しているように描いてあるが、これは、正確な変化の様子が、実際に直線的であることを意味するものではなく、実験的に拡散放電の発生確率が１００％となるランプ投入電力の上限値が存在し、それよりもランプ投入電力を高くして行くと、拡散放電の発生確率が低下して行き、やがて０％になるものと理解されたい。
実際、この実験では、拡散放電の発生確率が、１００％となるランプ投入電力値、および０％となるランプ投入電力値の確定に注力した。
それらの値の中間のランプ投入電力値では、５回程度の点灯の試行を行ったが、同じ値でランプ点灯始動の試行を行っても、拡散放電が生じるか否かは、全く確率的であった。
なお、１００％から０％への変化の様子を正確に測定しなかった理由は、正確な測定のためには、非常に多数回のランプ点灯始動の試行が必要であるが、仮に、それを正確に測定できたとしても、実用上の利益が無いからである。
【００４３】
ところで、本発明のエキシマランプ光源装置の前記エキシマランプ（Ｙ）のような外部電極型放電ランプの場合、ランプ投入電力は、１周期の電圧波形のうちの、最高電圧と最低電圧との差、すなわちＰＰランプ電圧と、周波数とに、ほぼ独立に、正相関的に依存し、特に周波数に関して言えば、ランプ投入電力は、周波数に比例する。
図３は、前記したように、あるＰＰランプ電圧に注目して、それを不変に保ったまま、周波数を変化させることにより、ランプ投入電力 Ｐ を変化させた時の拡散放電の発生確率 Ψ(ｐ) への影響をグラフ化したものである。
逆に、ある周波数に注目して、それを不変に保ったまま、ＰＰランプ電圧を変化させることにより、ランプ投入電力 Ｐ を変化させた時の拡散放電の発生確率 Ψ(ｐ) への影響は、この図からは判らない。
【００４４】
そのため、実際にそれをグラフ化したものを、本発明のエキシマランプ光源装置に関連する実験データを表す図４に示す。
図３と図４とは、作成に用いた元データは同じであるが、図４の作成に際しては、ランプ投入電力によらず、拡散放電の発生確率が、全て１００％、または全て０％である周波数のデータは除外してある。
図４からもランプ投入電力が高いほど拡散放電の発生確率が低下することが指摘できる。
なお、先述のように、１００％から０％への変化の様子の正確な測定のためには、非常に多数回のランプ点灯始動の試行が必要であるが、実際には少数回の試行しか行っていないため、本図からは、ランプ投入電力 Ｐ の増加に対し、拡散放電の発生確率 Ψ(ｐ) が右下がりになる事が確認できた、と理解するに止めておくべきである。
【００４５】
以下において、さらなる点灯実験を行った結果について述べる。
実験に供した前記エキシマランプ（Ｙ）の緒元および実験条件は以下の通り。
［実験条件２］
ランプバルブ：合成石英管，外径１０ｍｍ，厚さ０．５ｍｍ，カーボン塗布
電極間距離（Ｌｅ）：２０ｍｍ
放電ガス：Ｎｅ／Ｘｅ＝７０％／３０％
ガス圧力：８．０， １１， １２， １３ｋＰａ(全圧)
周波数：２０ 〜 ４５ｋＨｚ
ＰＰランプ電圧：３．９ｋＶ
インバータ：フライバック方式
ランプ点灯のためのインバータ（Ｕｉ）は、先と同様に、後述する上記方式のものを使用し、ランプ印加電圧における、放電に関わる部分のパルスの波形、すなわちＰＰランプ電圧を不変に保ったまま、インバータの動作周波数、すなわちパルス発生頻度を変化させることにより、ランプへの投入電力 Ｐ を変化させながら、ランプ点灯始動の試行実験を行い、１回の点灯始動で拡散放電が生じる確率 Ψ(ｐ) を測定することを、上記４種類のガス圧力に対して実施した。
【００４６】
実験の結果を、本発明のエキシマランプ光源装置に関連する実験データを表す図５に示す。
先と同様に、本図においても、横軸のランプ投入電力 Ｐ は、ある規定周波数における拡散放電時の１周期エネルギーの値に、点灯時の実際の周波数の値を乗じた値によって表記している。
図からは、直ちに、ランプ投入電力が高いほど拡散放電の発生確率が低下することが指摘できる点は先と同様であるが、さらに、ガス圧力を高くするほど、拡散放電の発生確率を高くし易いことが指摘できる。
前記したように、先行技術文献の特開２０００−２２３０７９号公報に、キセノンガスのガス圧を高くすると放電が収縮する旨の記述があるが、本実験結果は、それとは逆の傾向を示しており、この文献に記載されている収縮放電と、いまの関心事である狭義収縮放電とは、物理現象が相違するものであることが判る。
【００４７】
以下において、さらなる点灯実験を行った結果について述べる。
実験に供した前記エキシマランプ（Ｙ）の緒元および実験条件は以下の通り。
［実験条件３］
ランプバルブ：合成石英管，外径１０ｍｍ，厚さ０．５ｍｍ，カーボン塗布
電極間距離（Ｌｅ）：２０ｍｍ
放電ガス，圧力：Ｘｅ１００％， ３．３， ６．７ｋＰａ
周波数：１６ 〜 ５３ｋＨｚ
ＰＰランプ電圧：３．３， ３．９， ４．５ｋＶ
インバータ：フライバック方式
ランプ点灯のためのインバータ（Ｕｉ）は、先と同様に、後述する上記方式のものを使用し、ランプ印加電圧における、放電に関わる部分のパルスの波形、すなわちＰＰランプ電圧を不変に保ったまま、インバータの動作周波数、すなわちパルス発生頻度を変化させることにより、ランプへの投入電力 Ｐ を変化させながら、ランプ点灯始動の試行実験を行い、１回の点灯始動で拡散放電が生じる確率 Ψ(ｐ) を測定することを、上記３種類のＰＰランプ電圧と２種類のガス圧力に対して実施した。
これまでに述べた実験では、放電ガスとして、バッファーガスとしてのネオンをキセノンに加えた混合ガスを用いていたが、この実験では、キセノンのみを放電ガスとして用いたランプについて調べた。
実験の結果は、図３や図５のものと同様の、ランプ投入電力が高いほど拡散放電の発生確率が低下する傾向を示した（ただし、図示を省略）。
【００４８】
以下において、さらなる点灯実験を行った結果について述べる。
実験に供した前記エキシマランプ（Ｙ）の緒元および実験条件は以下の通り。
［実験条件４］
ランプバルブ：合成石英管，外径１０ｍｍ，厚さ０．５ｍｍ，カーボン塗布
電極間距離（Ｌｅ）：２０ｍｍ
放電ガス：Ｎｅ／Ｘｅ＝７０％／３０％
ガス圧力：８．０， １２ｋＰａ(全圧)
周波数：１０ 〜 ６５ｋＨｚ
ＰＰランプ電圧：３．９ｋＶ
インバータ：プッシュプル方式
ランプ点灯のためのインバータ（Ｕｉ）は、これまでに述べた実験と相違する、後述する上記方式のものを使用し、ランプ印加電圧における、放電に関わる部分のパルスの波形、すなわちＰＰランプ電圧を不変に保ったまま、インバータの動作周波数、すなわちパルス発生頻度を変化させることにより、ランプへの投入電力 Ｐ を変化させながら、ランプ点灯始動の試行実験を行い、１回の点灯始動で拡散放電が生じる確率 Ψ(ｐ) を測定することを、上記２種類のガス圧力に対して実施した。
実験の結果は、図５のものと同様の、ランプ投入電力が高いほど拡散放電の発生確率が低下する傾向を示した（ただし、図示を省略）。
【００４９】
以上で述べた実験結果より、管体の両端が気密封止された前記ランプバルブ（Ｙｔ）における、前記放電空間（Ｙｇ）に接する面に前記易放電物質層（Ｙｏ）が形成され、内部電極を有さず、一対の外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）を有する管軸方向に放電電流を流す形式の前記エキシマランプ（Ｙ）においては、ランプ投入電力が高いほど拡散放電の発生確率が低下し、前記した狭義収縮放電が発生し易い傾向が存在することが判明した。
そして実験条件である、ＰＰランプ電圧、インバータ周波数、ガス圧力、ガス組成（主放電ガスであるキセノンとバッファーガスの混合比）、インバータ回路形式（駆動波形）、の各パラメータの変化も、ランプ投入電力と拡散放電の発生確率との関連性に多少の影響を及ぼすが、拡散放電の発生確率に対する支配的制御要因は、ランプ投入電力に相違ないことが確認できた。
前記したように、狭義収縮放電が発生している状態では、ランプへの投入電力に対するＵＶ発光効率が著しく低いため、狭義収縮放電が発生する電力よりも低い電力がランプに供給されるようにすることにより、狭義収縮放電の発生を回避して、ＵＶ発光効率の低い放電状態に陥らないようにすることができる。
【００５０】
これまでに述べた種々の点灯実験は、電極間距離（Ｌｅ）が全て２０ｍｍであった。
以下においては、複数の放電ガス条件で電極間距離（Ｌｅ）を変化させた実験について述べる。
実験に供した前記エキシマランプ（Ｙ）の緒元および実験条件は以下の通り。
［実験条件５］
ランプバルブ：合成石英管，外径１０ｍｍ，厚さ０．５ｍｍ，白金ペースト
電極間距離（Ｌｅ）：１０，１５，２０，２５，３０，３５，４０ｍｍ
放電ガス：（１）  Ｎｅ／Ｘｅ＝７０％／３０％    全圧：９．１ｋＰａ
〃  （２）      〃      ７０％／３０％      〃    １２ｋＰａ
〃  （３）      〃      ７０％／３０％      〃    １６ｋＰａ
〃  （４）      〃      ９５％／５％        〃    ４０ｋＰａ
〃  （５）      〃      ９５％／５％        〃    ５３ｋＰａ
ＰＰランプ電圧：３．９ｋＶ
インバータ：フライバック方式
本実験の前記ランプバルブ（Ｙｔ）は、先述の実験条件１〜実験条件４と同様の、図１の形態のものであるが、白金ペーストを塗布して形成した前記易放電物質層（Ｙｏ）の側の前記外部電極（Ｙｅ１）を固定し、反対側の前記外部電極（Ｙｅ２）を前記ランプバルブ（Ｙｔ）の円筒面に沿って摺動することにより、前記電極間距離（Ｌｅ）を変化させた。
ランプ点灯のためのインバータ（Ｕｉ）は、後述する上記方式のものを使用し、ランプ印加電圧における、放電に関わる部分のパルスの波形、すなわちＰＰランプ電圧を不変に保ったまま、インバータの動作周波数、すなわちパルス発生頻度が低い条件から徐々に高くして行くことを、狭義収縮放電の発生に至るまで繰り返し、その時の電力値、すなわち狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ を測定することを、上記５種類の放電ガス条件 （１），（２），（３），（４），（５）に対して実施した。
【００５１】
実験の結果を、本発明のエキシマランプ光源装置に関連する実験データを表す図６に示す。
また、この実験結果のグラフ縦軸の狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ を、放電空間の体積で除算して、単位体積あたりの電力値である狭義収縮放電発生閾電力密度値Ｄｐｔに変換した結果を、本発明のエキシマランプ光源装置に関連する実験データを表す図７に示す。
なお、放電空間の体積とは、前記電極間距離（Ｌｅ）と前記外部電極（Ｙｅ１）の幅と前記外部電極（Ｙｅ２）の幅の和に、前記ランプバルブ（Ｙｔ）の内部空間の軸に垂直な断面の断面積を乗じた値を指す。
【００５２】
図７を先に考察すると、各放電ガス条件のグラフの左端の箇所に、平坦的な部分が見られるが、このような平坦的部分については、単位体積あたりの電力値が同じであれば放電現象は変わらないであろう、とする普通の考え方からすれば理解できる。
しかし、狭義収縮放電発生閾電力密度値Ｄｐｔは、電極間距離を増すに従い、急激に低下している。
これは、管軸方向に放電電流を流す形式のエキシマランプの場合、放電電流方向（管軸方向）を長さ方向に見た、「放電空間の細長さ」の程度が、ある限界値を超えると、前記した、単位体積あたりの電力値が同じであれば放電現象は変わらないとする考え方が破綻して、狭義収縮放電状態に極めて陥り易くなることによると推測される。
【００５３】
一方、図６においては、電極間距離の最短箇所から長い方へ見て行くと、多くの放電ガス条件において、狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ は、右上がりで大きくなり、やがて極大を迎え、それを過ぎると右下がりになっている。
なお、実測した範囲の関係で、極大を迎えていない放電ガス条件もあるが、図７より、さらに電極間距離を増せば右下がりになることは明らかである。
ただし、ランプバルブの形状寸法や放電ガス条件をどのように設定すると、極大が電極間距離の如何なる箇所に現れるか、を定量的に予測することは、現時点ではできていない。
【００５４】
したがって、前記狭義収縮放電を生ずる電力の最小値についての、前記電極間距離（Ｌｅ）を変化させたときの極大値を与える前記電極間距離（Ｌｅ）の値以下の電極間距離の領域、すなわち、グラフが水平または右上がりの領域は、前記ランプバルブ（Ｙｔ）の断面積、ガス組成、ガス圧力についての規定の条件の下で、可及的多くの電力を投入したい、という要望からは、特別に有利な領域と言える。
なお、いま述べた、前記狭義収縮放電を生ずる電力の最小値についての、前記電極間距離（Ｌｅ）を変化させたときの極大値を与える前記電極間距離（Ｌｅ）の値以下の電極間距離の領域とは、極大を観察していない場合も含めて、より一般的に言い換えれば、前記狭義収縮放電を生ずる電力の最小値が、前記電極間距離（Ｌｅ）を増加させたときに増加する、または増加が飽和する、前記電極間距離（Ｌｅ）の領域、と言うことができる。
ここで、グラフの極大付近の水平領域だけでなく、その左側の右上がりの領域をも含めるのは、前記したように、極大が電極間距離の如何なる箇所に現れるかが未解明であり、よって、その位置の厳密なコントロールができないため、ランプの製造バラツキや製造後のランプの特性の変化、環境条件の変化などにより、極大位置が右や左へ多少移動することが予想され、そのような移動が生じたした場合でも、狭義収縮放電状態に陥る危険性に対して安全な領域として選択可能範囲に含めるべきだからである。
【００５５】
右上がりの領域が安全である理由について、本発明のエキシマランプ光源装置の技術に関連する概念の概略図を表す図８を参照して説明する。
本図は、図６のなかの一つの放電ガス条件に対する電極間距離（Ｌｅ）と狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ との関係を、連続曲線として概念的に表現したもので、横軸および縦軸の量は図６と同じである。
先ず、設計時に期待した狭義収縮放電発生閾電力値は、実線で描いた閾電力曲線（Ｆ０）のようであり、そのときの極大の位置は、中央の極大位置（Ｐ０）であったとする。
【００５６】
ここで、何らかの要因により、極大の位置が電極間距離の大きい方へ移動して、右側の極大位置（Ｐ１）に移ったとする。
このような事が起きるのは、放電空間の細長さに対する許容量が増加したためであり、その結果、極大位置（Ｐ１）における放電空間の体積が増加するため、狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ も増加して、破線で描いた閾電力曲線（Ｆ１）のようになる。
このとき、元の前記閾電力曲線（Ｆ０）の前記極大位置（Ｐ０）より左側の電極間距離の領域における、前記閾電力曲線（Ｆ１）の様子は、前記閾電力曲線（Ｆ０）の様子とほとんど変化は無い。
何となれば、この電極間距離の領域は、変化の前後とも、放電空間の細長さに対する許容範囲内にあるからである。
【００５７】
次に、何らかの要因により、極大の位置が電極間距離の小さい方へ移動して、左側の極大位置（Ｐ２）に移ったとする。
このような事が起きるのは、放電空間の細長さに対する許容量が減少したためであり、その結果、極大位置（Ｐ２）における放電空間の体積が減少するため、狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ も減少して、破線で描いた閾電力曲線（Ｆ２）のようになる。
このとき、移動した前記閾電力曲線（Ｆ２）の前記極大位置（Ｐ２）近傍を除いた、それより左側の電極間距離の領域における、前記閾電力曲線（Ｆ２）の様子は、元の前記閾電力曲線（Ｆ０）の様子とほとんど変化は無い。
何となれば、この電極間距離の領域は、変化の前後とも、放電空間の細長さに対する許容範囲内にあるからである。
【００５８】
したがって、設定電極間距離を、元の前記閾電力曲線（Ｆ０）における右下がりの領域から選んだ場合は、極大位置が右へ移動する分には問題無いが、極大位置が左へ移動した場合は、狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ が減少するため、狭義収縮放電状態に陥る危険性がある。
一方、設定電極間距離を、元の前記閾電力曲線（Ｆ０）における右上がりの領域から選んだ場合は、極大位置が右へ移動しても左へ移動しても、狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ が減少しないため、狭義収縮放電状態に陥る危険性に対して安全であることが判る。
【００５９】
いま述べた安全な領域の選択指針に従うならば、前記した実験条件５に記載の放電ガス条件のランプを製品として製造するとした場合、電極間距離は、放電ガス条件（３），（５）ならば２０ｍｍ近傍またはそれ以下、（２）ならば２５ｍｍ近傍またはそれ以下、（４）ならば３０ｍｍ近傍またはそれ以下の領域を選択するのがよいことが判る。
（１）の場合は、極大の位置は、実験を行った電極間距離の範囲の外かも知れないが、少なくとも４０ｍｍ以下の領域は選択可能である。
【００６０】
なお、図３〜図５ではグラフの縦軸を拡散放電の発生確率 Ψ(ｐ) で表したように、拡散放電と狭義収縮放電の発生条件の境界近傍では、拡散放電または狭義収縮放電の何れかが確率的に生じる。
図６を得るための測定実験では、測定作業量に関する制約から、前記したように、パルス発生頻度が低い条件から徐々に高くして行くことを、狭義収縮放電の発生に至るまで繰り返し、その時の電力値、すなわち狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ を測定する仕方としたため、確率的要素は見えていないが、実際には測定バラツキが存在する。
よって、狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ の極大を与える前記電極間距離（Ｌｅ）の値に不確定性が伴うことは不可避であるため、極大値の位置を特定できない事も起こり得る。
この問題を避けるため、実測された狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ に対し、移動平均処理を施し、グラフの凹凸を均した上で極大値の位置を特定すればよい。
あるいは、実測された狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ の極大値との差異が、例えば５％以下、あるいは図３と図５において拡散放電の発生確率 Ψ(ｐ) が１００％から０％に変化するためのランプ投入電力 Ｐ の変化幅の代表値である、１０％以下である測定値は、極大値と同じと見なす（水平領域に含める）ように処理してもよい。
【００６１】
先述の点灯実験に関して述べたように、前記した狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ は、実験時のパラメータである１周期エネルギーやガス圧力によって変化する。
また当然、ランプの形状寸法やバッファーガスの種類、キセノンとの混合比などのパラメータによっても変化する。
したがって、これらのパラメータを適当に設定することにより、所期のＵＶ光強度が実現されるランプ投入電力であって、通常稼働時のランプ投入電力値、すなわち稼働時投入電力値 Ｐｗ と、狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ との関係が、狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ が稼働時投入電力値 Ｐｗ より少し大きい程度、例えば、狭義収縮放電発生閾電力値 Ｐｔ が、稼働時投入電力値 Ｐｗ の１０５％、あるいは１１０％や１２０％となるようにすることができる。
本エキシマランプ光源装置をこのように構成することにより、前記インバータ（Ｕｉ）の調整が、ランプ投入電力の過剰を生ずる方向に外れた場合には、放電形態が狭義収縮放電となり、その結果、前記エキシマランプ（Ｙ）から放射されるＵＶ光強度が低下するため、エキシマランプ光源装置としての機能は果せなくなるが、特に人体に対する過剰なＵＶ光被曝やオゾンの過剰発生が未然回避され、安全性が確保される利点がある。
【００６２】
ここで、本発明のエキシマランプ光源装置を簡略化して示す模式図である、図９，図１０，図１１，図１２，図１３を参照して、本発明のエキシマランプ光源装置を構成するために利用可能な、一例としての、各種の形式のインバータ（Ｕｉ）について説明する。
本発明のインバータ（Ｕｉ）は、前記エキシマランプ（Ｙ）において狭義収縮放電が発生する電力よりも低い電力がランプに供給されるようにする、すなわち、ランプ投入電力を設定することができる必要があるが、前記したように、外部電極型放電ランプの場合、ランプ投入電力は、１周期の電圧波形のうちの、最高電圧と最低電圧との差、すなわちＰＰランプ電圧と、周波数とに、ほぼ独立に、正相関的に依存し、特に周波数に関して言えば、ランプ投入電力は、周波数に比例するため、以降において説明するＤＣ電源（Ｍｘ）の出力電圧の設定や、トランス（Ｔｆ）の１次２次巻線の巻数比の設定、ゲート信号生成回路（Ｕｆ）のパラメータ調整などによるインバータ（Ｕｉ）動作周波数の設定により実現可能である。
当然ながら、ここで挙げなかった形式のインバータであっても、ランプ投入電力を設定することができ、エキシマランプの放電空間に所期の放電を生じせしめることが可能なものは、本発明のエキシマランプ光源装置のインバータとして利用できる。
【００６３】
図９に描かれているインバータ（Ｕｉ）は、ハーフブリッジ方式と呼ばれる形式で、トランス（Ｔｆ）の１次側巻線（Ｌｐ）を、ＦＥＴなどの２個のスイッチ素子（Ｑｕ，Ｑｖ）で交互に駆動するものである。
前記トランス（Ｔｆ）の２次側巻線（Ｌｓ）は、前記１次側巻線（Ｌｐ）に対する適当な巻数比を有しており、その両端に前記エキシマランプ（Ｙ）の前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）が接続される。
前記スイッチ素子（Ｑｕ，Ｑｖ）は直列接続され、またコンデンサ（Ｃｕ，Ｃｖ）も直列接続され、これら２個の直列接続物が並列接続されたものの両端に、ＤＣ電源（Ｍｘ）の電圧が印加される。
前記１次側巻線（Ｌｐ）の両端は、２個の前記スイッチ素子（Ｑｕ，Ｑｖ）の接続ノードと、２個の前記コンデンサ（Ｃｕ，Ｃｖ）の接続ノードとにそれぞれ接続される。
前記スイッチ素子（Ｑｕ，Ｑｖ）は、ゲート信号生成回路（Ｕｆ）によって生成された、交互にアクティブになるゲート信号（Ｓｈｕ，Ｓｈｖ）によって、ゲート駆動回路（Ｇｕ，Ｇｖ）を介して制御される。
前記ゲート信号生成回路（Ｕｆ）は、前記スイッチ素子（Ｑｕ，Ｑｖ）のそれぞれが交互にオン状態とオフ状態とを繰り返すように前記ゲート信号（Ｓｈｕ，Ｓｈｖ）を生成する。ただし、オン状態の切り替わり時には、デッドタイムと呼ばれる、前記スイッチ素子（Ｑｕ，Ｑｖ）の両方がオフ状態となる期間が挿入される。
いま述べた本図のインバータ（Ｕｉ）の構成と動作により、前記エキシマランプ（Ｙ）の前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）には高電圧交流が印加され、前記放電空間（Ｙｇ）に放電が発生する。
【００６４】
図１０に描かれているインバータ（Ｕｉ）は、フルブリッジ方式と呼ばれる形式で、トランス（Ｔｆ）の１次側巻線（Ｌｐ）を、４個のスイッチ素子（Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｕ’，Ｑｖ’）で駆動するもので、これらのスイッチ素子は、先に述べたハーフブリッジのものと同様に動作するゲート信号生成回路（Ｕｆ）からのゲート信号（Ｓｈｕ，Ｓｈｖ）によって、ゲート駆動回路（Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｕ’，Ｇｖ’）を介して制御され、前記スイッチ素子（Ｑｕ，Ｑｖ’）がオン状態のときは前記スイッチ素子（Ｑｖ，Ｑｕ’）はオフ状態となり、前記スイッチ素子（Ｑｖ，Ｑｕ’）がオン状態のときは前記スイッチ素子（Ｑｖ，Ｑｕ’）はオフ状態となるように動作する。
いま述べた本図のインバータ（Ｕｉ）の構成と動作により、前記エキシマランプ（Ｙ）の前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）には高電圧交流が印加され、前記放電空間（Ｙｇ）に放電が発生する。
【００６５】
図１１に描かれているインバータ（Ｕｉ）は、プッシュプル方式と呼ばれる形式で、トランス（Ｔｆ）の２個の１次側巻線（Ｌｐｕ，Ｌｐｖ）を、先に述べたハーフブリッジのものと同様に動作するゲート信号生成回路（Ｕｆ）からのゲート信号（Ｓｈｕ，Ｓｈｖ）によって、ゲート駆動回路（Ｇｕ，Ｇｖ）を介して制御される、２個のスイッチ素子（Ｑｕ，Ｑｖ）で交互に駆動するものである。
いま述べた本図のインバータ（Ｕｉ）の構成と動作により、前記エキシマランプ（Ｙ）の前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）には高電圧交流が印加され、前記放電空間（Ｙｇ）に放電が発生する。
【００６６】
以上で述べた図９，図１０，図１１の前記インバータ（Ｕｉ）によって前記外部電極（Ｙｅ１’，Ｙｅ２’）に印加される電圧波形は、矩形波を基本とする波形に対し、極性反転の直後のオーバーシュートや、オーバーシュート後のリンギング、次の極性反転の前のデッドタイム期間での電圧の緩和、等々の、理想概念としての矩形波からの擾乱を含む波形となる。
【００６７】
図１２に描かれているインバータ（Ｕｉ）は、フライバック方式と呼ばれる形式で、トランス（Ｔｆ）の１個の１次側巻線（Ｌｐ）を、ゲート信号生成回路（Ｕｆ）からのゲート信号（Ｓｈｕ）によって、ゲート駆動回路（Ｇｕ）を介して制御される、１個のスイッチ素子（Ｑｕ）のオン状態とオフ状態の繰り返しによって駆動するものである。
該スイッチ素子（Ｑｕ）がオン状態の期間において、前記１次側巻線（Ｌｐ）に流れる励磁電流に基づく磁気エネルギーを前記トランス（Ｔｆ）のコアに蓄積し、前記スイッチ素子（Ｑｕ）がオフ状態になったときに、蓄積した磁気エネルギーを２次側巻線（Ｌｓ）において電気エネルギーとして解放することにより、前記エキシマランプ（Ｙ）の前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）には高電圧交流が印加され、前記放電空間（Ｙｇ）に放電が発生する。
ただし、この場合の高電圧交流の波形は、前記スイッチ素子（Ｑｕ）のオフ直後に、電圧の絶対値が上昇してピークを迎え下降する、単パルス的波形となる。
前記スイッチ素子（Ｑｕ）のオン状態期間のデューティサイクル比によっては、前記した単パルス的波形に後続するリンギングが現れる場合がある。
【００６８】
図１３に描かれているインバータ（Ｕｉ）は、コレクタ共振方式（俗称でロイヤー方式）と呼ばれる形式で、トランス（Ｔｆ）の、直列接続された２個の１次側巻線（Ｌｐｕ，Ｌｐｖ）を、バイポーラトランジスタ(あるいはＦＥＴなど)の２個のスイッチ素子（Ｑｕ，Ｑｖ）で交互に駆動するものである。
前記１次側巻線（Ｌｐｕ，Ｌｐｖ）の直列接続物の両端には共振コンデンサ（Ｃｒｐ）の両端を接続して共振回路を構成し、また、前記１次側巻線（Ｌｐｕ，Ｌｐｖ）の直列接続ノードにはＤＣ電源（Ｍｘ）のプラス端子からの出力電圧を、供給電流を安定化させるためのチョークコイルを介して供給し、前記ＤＣ電源（Ｍｘ）には、電源電圧を安定化させるための平滑コンデンサ（Ｃｘ）を接続してある。
前記スイッチ素子（Ｑｕ，Ｑｖ）それぞれのベースには、ベース抵抗（Ｒｕ，Ｒｖ）を介して前記したＤＣ電源（Ｍｘ）のプラス端子からの電流供給経路を形成しておき、前記トランス（Ｔｆ）に設けた帰還巻線（Ｌｘｙ）の両端を前記スイッチ素子（Ｑｕ，Ｑｖ）それぞれのベースに接続してある。
このように回路を構成したことにより前記スイッチ素子（Ｑｕ，Ｑｖ）がオン状態とオフ状態とを交互に相補的に繰り返して、前記１次側巻線（Ｌｐｕ，Ｌｐｖ）に流れる電流を交互に反転させる自励発振を行うため、前記エキシマランプ（Ｙ）の前記外部電極（Ｙｅ１，Ｙｅ２）には高電圧交流が印加され、前記放電空間（Ｙｇ）に放電が発生する。
ただし、前記したように共振回路が構成されているため、この場合の高電圧交流の波形は、正弦波的な特徴を持つものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、ＵＶオゾン洗浄、ＵＶオゾン脱臭、ＵＶ表面改質、ＵＶ硬化、ＵＶ殺菌などの分野において利用可能なＵＶ光を発生して、もしくは発生したＵＶ光を他の波長に変換して、それを照射する装置を構成する際に好適な光源であるエキシマランプと、それを点灯するインバータからなるエキシマランプ光源装置を設計・製造する産業において利用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
Ｃｒｐ    共振コンデンサ
Ｃｕ      コンデンサ
Ｃｖ      コンデンサ
Ｃｘ      平滑コンデンサ
Ｆ０      閾電力曲線
Ｆ１      閾電力曲線
Ｆ２      閾電力曲線
Ｇｄ’    拡散放電
Ｇｓ’    狭義収縮放電
Ｇｕ      ゲート駆動回路
Ｇｕ’    ゲート駆動回路
Ｇｖ      ゲート駆動回路
Ｇｖ’    ゲート駆動回路
Ｌｅ      電極間距離
Ｌｐ      １次側巻線
Ｌｐｕ    １次側巻線
Ｌｐｖ    １次側巻線
Ｌｓ      ２次側巻線
Ｌｘｙ    帰還巻線
Ｍｘ      ＤＣ電源
Ｐ０      極大位置
Ｐ１      極大位置
Ｐ２      極大位置
Ｑｕ      スイッチ素子
Ｑｕ’    スイッチ素子
Ｑｖ      スイッチ素子
Ｑｖ’    スイッチ素子
Ｒｕ      ベース抵抗
Ｒｖ      ベース抵抗
Ｓｈｕ    ゲート信号
Ｓｈｖ    ゲート信号
Ｔｆ      トランス
Ｕｆ      ゲート信号生成回路
Ｕｉ      インバータ
Ｙ        エキシマランプ
Ｙ’      エキシマランプ
Ｙｅ１    外部電極
Ｙｅ１’  外部電極
Ｙｅ２    外部電極
Ｙｅ２’  外部電極
Ｙｇ      放電空間
Ｙｇ’    放電空間
Ｙｏ      易放電物質層
Ｙｓ      気密封止部
Ｙｓ’    気密封止部
Ｙｔ      ランプバルブ
Ｙｔ’    ランプバルブ
【要約】
管軸方向に放電電流を流す形式の、構造が単純なランプバルブを採用することにより、低コストを実現した上で、線状の放電の発生を回避したエキシマランプ光源装置を提供する。
エキシマ分子を生成する放電用ガスが充填された放電空間を内包し、管体の両端が気密封止された形状を有し、放電空間に接する面の少なくとも一部に、放電を生じ易くする易放電物質層が形成されているランプバルブの、放電空間に放電を誘起せしめ、ランプバルブの管軸方向に放電電流を流すための一対の外部電極を有し、放電によって放電空間においてＵＶ光を発生するエキシマランプと、エキシマランプに高電圧交流を印加するために、外部電極が接続される２次側巻線を備えたトランスを有するインバータと、を具備するエキシマランプ光源装置であって、インバータは、線状の放電を生じる電力よりも低い電力をエキシマランプに供給する。【図１】
0006729820.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006729820.tif 000008
【図８】
0006729820.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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