(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側管と内側管が配置された二重管構造をなし、これら外側管と内側管の間に形成された放電空間の中に誘電体バリア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てなる誘電体バリア放電ランプにおいて、
前記外側管の外側に第１の電極が設けられるとともに、前記内側管の外側に第２の電極が前記放電空間に接して、前記内側管を巻き込む螺旋形状に巻かれて構成され、前記内側管の内側に冷却用流体を流すことを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
【請求項２】
前記第２の電極が、前記冷却用流体に接しないように構成されていることを特徴とする
請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線を発生するランプを含むランプ装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紫外線を発生するランプ、例えば誘電体バリア放電によってエキシマ分子を生成し、エキシマが解離するときの紫外線を放射する誘電体バリア放電ランプは、例えば、物体の表面改質や有機物分解による光洗浄などの応用のための、発生紫外線光源として利用される。
【０００３】
図７ａ、ｂに、誘電体バリア放電ランプによる従来の紫外線ランプ（９００）を示す。
ａはランプ軸を含む断面、ｂはランプ軸に垂直な面内における断面を示す。誘電体バリア放電ランプは、誘電体バリア放電によって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（９０５）があって、前記放電用ガスに放電現象を誘起せしめるための両極の電極（９０１，９０２）のうちの少なくとも一方と前記放電用ガスの間に誘電体が介在する構造を有するランプで、前記電極（９０１，９０２）に概略周期的な交流の高電圧を印加するための給電装置（Ｐｓ）が接続される。
【０００４】
本図の場合、ランプの封体を構成する、外側管（９０３）と内側管（９０４）が、両極の電極（９０１，９０２）と前記放電用ガスの間に介在する誘電体を兼ねている。外側管（９０３）と内側管（９０４）とは、封止部（９０７，９０８）にて封止されている。また、外側管（９０３）の外側には、例えば導電性を有するパターンからなる光透過性の外側電極（９０１）が配置され、内側管（９０４）の内側には、導電性を有するパイプ状の内側電極（９０２）が配置される。
【０００５】
放電用ガスとしては、発生させる紫外線の波長に応じて、キセノン、ネオン、クリプトン、アルゴンなどの希ガスや、これにフッ素、塩素、臭素などのハロゲンを混合したもの、さらに水銀その他の金属を加えたものが用いられ、また、ランプ封体の少なくとも外側管（９０３）は、発生させる紫外線の波長について光透過性の材料が用いられ、例えば溶融石英や合成石英などのガラス、サファイアなどの結晶が用いられる。
放射波長は、一例をあげれば、１２６ｎｍ、１４６ｎｍ、１７２ｎｍ、２２２ｎｍ、３０８ｎｍである。
【０００６】
給電装置（Ｐｓ）は、放電プラズマ空間（９０５）に充填される放電用ガスの種類や圧力、放電ギャップの長さ（外側管（９０３）の内面と内側管（９０４）外面の距離）外側管（９０３）と内側管（９０４）の材質と厚さ、ランプに投入する電力密度に応じた、適当なピーク電圧（例えば百ボルトから数十キロボルト）と周波数（例えば数キロヘルツから数メガヘルツ）を有する交流の電圧を発生し両極の電極（９０１，９０２）に印加する。
【０００７】
印加される電圧の波形については、正弦波や矩形波、三角波、鋸歯状波などの連続波、あるいはパルス列などを用いることができる。
【０００８】
このような誘電体バリア放電ランプを、水（純水を含む）などの液体を用いて冷却していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、新規な構造の誘電体バリア放電ランプを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の発明は、外側管と内側管が配置された二重管構造をなし、これら外側管と内側管の間に形成された放電空間の中に誘電体バリア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てなる誘電体バリア放電ランプにおいて、前記外側管の外側に第１の電極が設けられるとともに、前記内側管の外側に第２の電極が前記放電空間に接して、前記内側管を巻き込む螺旋形状に巻かれて構成され、前記内側管の内側に冷却用流体を流すことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の発明は、前記第２の電極が、前記冷却用流体に接しないように構成されていることを特徴とする
【００１２】
【作用】
本発明の請求項１の発明の誘電体バリア放電ランプは、内側管の外側に第２の電極が内側管を巻き込む螺旋形状に巻かれて構成されるため、第２の電極は、誘電体によって放電空間から隔てられることなく放電空間に接することになる。そのため、第２の電極が誘電体によって放電空間から隔てられたものに比べ、放電が発生し易くなる。したがって放電電圧を低く抑えることができる利点を有する。しかも、内側管に水などの冷却用流体を流してランプを冷却することができるため、大電力駆動することができる。
本発明の請求項２の発明の誘電体バリア放電ランプは、第２の電極が冷却用流体に接しないため、第２の電極が冷却用流体に接するものに比べ、冷却用流体中において第２の電極に通電するための構造が不要となり、構造が簡単になる利点を有する。また、冷却用流体の漏れの可能性が減少する。特に冷却用流体として水を使用するものの場合、第２の電極が冷却水に接するものにおいては、電気伝導率の低い高純度の純水を使用する必要があったが、本発明の場合は、第２の電極が冷却水に接しないため、必ずしも高純度の純水を使用する必要が無く、冷却水を高純度に保つための装置、例えばイオン交換装置などを省略することも可能になり、装置が簡略化できる。
【００１３】
また、第２の電極が冷却用流体に接するものに比べ、第２の電極が冷却用流体により冷却される作用が小さいため、第２の電極の温度が上昇し易くなり、さらに放電を発生させ易くできる利点を有する。
なお、本発明のランプの構造としては、後述する図４に記載のもののように、内側管の両端が開放され、前記両端の一端から他端に冷却用流体を流す構造のものの他に、後述する図５に記載のもののように、内側管の一端が閉塞され、閉塞されない側の他端から冷却用流体の注入と排出を行う構造のものであっても、本発明は無関係に良好に作用する。
【００１４】
【実施例】
図７に示す誘電体バリア放電ランプを、水（純水を含む）などの液体を用いて冷却することに適した構造としたものを図１に示す。なお、図１は本発明の直接の実施例を示すものではない。
【００１５】
本図のランプ（１００）においては、内側管（１０４）が延長された形状を有し、内側管延長部（１０６，１０７）の先端付近の外面に（および望ましくは端部にも）紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層（１１１，１１２）が設けられている。
【００１６】
このように紫外線ランプ（１００）を構成することにより、前記内側管（１０４）に冷却液体（Ｃｆ）を通すことによって前記紫外線ランプ（１００）を冷却するために、前記内側管延長部（１０６，１０７）に、ゴムなどの弾性材料からなる、冷却液体を注入するためのホース（１２１）と排出するためのホース（１２２）とを接続したとき、放電空間（１０５）から発して、前記内側管延長部（１０６，１０７）のガラス内部を伝播（反射を繰り返した導波を含む）した紫外線が、前記ホース（１２１，１２２）の内面に当たることにより、ゴムなどの弾性材料からなる前記ホース（１２１，１２２）が劣化することが防止される。
【００１７】
図２は、前記図７の紫外線ランプと同様に、冷却液体を注入、排出するためのホースを接続するための内側管延長部を有さない紫外線ランプ（２００）を示すものである。なお、図２に示すものも本発明の直接の実施例を示すものではない。
【００１８】
本図のランプにおいては、外側管（２０３）と内側管（２０４）の封止部の外面に紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層（２１１，２１２）が設けられている。このように紫外線ランプ（２００）を構成することにより、前記内側管（２０４）に水などの冷却液体（Ｃｆ）を通すことによって前記紫外線ランプ（２００）を冷却するために、流体循環機構の一部である外部の流体通路、すなわち前記冷却流体の注入のための部材（２２３）および排出のための部材（２２４）と、ランプの前記管構造の開口部である封止部（２０７，２０８）との間に、前記流体の漏れを防ぐために、例えばゴムなどを材料とするパッキング材（２２１，２２２）を挟み込んだとき、ランプ封体の部分である前記封止部（２０７，２０８）に接する前記パッキング材（２２１，２２２）の面が、前記封止部（２０７，２０８）を介して放電空間（２０５）から発した紫外線によって劣化することが防止される。
【００１９】
なお、本図の紫外線ランプ（２００）を含む光源装置は、前記冷却流体の注入のための前記部材（２２３）は、光源装置基材（２３１）の衝立部分（２３２）によって位置が限定され、また、前記冷却流体の排出のための前記部材（２２４）は、雄ネジ構造を有する管状ネジ部材（２２５）を介して、前記光源装置基材（２３１）の雌ネジ構造を有する衝立部分（２３３）によって位置が限定されるように構成されている。
【００２０】
このため、前記管状ネジ部材（２２５）が前記紫外線ランプ（２００）を圧縮する方向に前記管状ネジ部材（２２５）を回転させることにより、前記パッキング材（２２１，２２２）が圧縮され、このことにより前記パッキング材（２２１）が前記封止部（２０７）および前記冷却流体の注入のための前記部材（２２３）に密着し、また、前記パッキング材（２２２）が前記封止部（２０８）および前記冷却流体の注入のための前記部材（２２４）に密着することにより、結果的に前記冷却流体の漏れが防止される。
【００２１】
なお、内側電極（２０２）は、緩い螺旋形状を成し、電極として疎のようであるが、冷却液体（Ｃｆ）が水などの比誘電率の高い物質である場合は、前記内側管（２０４）内の冷却液体（Ｃｆ）全体が電極として機能する。
【００２２】
図３は、前記図１の紫外線ランプと同様に、冷却液体を注入、排出するためのゴムなどの弾性材料からなるホースを接続するための内側管延長部を有する紫外線ランプ（３００）を示すものである。なお、図３も本発明の直接の実施例を示すものではない。
【００２３】
本図のランプ（３００）においては、Ｕ字型の内側管（３０４）が延長された形状を有し、内側管延長部の先端付近の外面に（および望ましくは端部にも）紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層（３１１，３１２）が設けられている。
【００２４】
このように紫外線ランプ（３００）を構成することにより、前記内側管（３０４）に冷却液体（Ｃｆ）を通すことによって前記紫外線ランプ（３００）を冷却するために、前記内側管延長部に、ゴムなどの弾性材料からなる、冷却液体を注入するためのジョイント（３２１）と排出するためのジョイント（３２２）とを接続したとき、放電空間（３０５）から発して、前記内側延長部のガラス内部を伝播した紫外線が、前記ジョイント（３２１，３２２）の内面に当たることにより、ゴムなどの弾性材料からなる前記ジョイント（３２１，３２２）が劣化することが防止される。
【００２５】
なお、内側電極（３０２）は、前記内側管（３０４）の中央部を通り、電極として疎のようであるが、冷却液体（Ｃｆ）が水などの比誘電率の高い物質である場合は、前記内側管（３０４）内の冷却液体（Ｃｆ）全体が電極として機能する。
【００２６】
本図の紫外線ランプ（３００）を含む光源装置においては、前記紫外線ランプ（３００）を、ランプ口金（３３２）（ここで「口金」とは、外部の構造に対してランプ本体を保持するための、ランプ封体に固着される部材を意味しており、文字通り金属から成るものに限定されず、絶縁物などの金属以外の部材から成る場合も含まれる）と、前記紫外線ランプ（３００）とを固着するための接着または充填部材（３３１）が近接または接する前記紫外線ランプ封体の部分に、紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層（３１３）が設けられている。
【００２７】
このように前記紫外線ランプ（３００）を構成することにより、前記紫外線ランプ封体に近接または接する前記接着または充填部材（３３１）が、放電空間（３０５）から発した紫外線によって劣化することが防止され、結果として、前記接着または充填部材（３３１）の保持機能が低下してランプが外れてしまう不都合が防止される。
【００２８】
図４は、前記図２に記載の紫外線ランプ（２００）と基本的に同様構造を有するが、内側の電極（４０２）が、内側管（４０４）の外側にあって、放電空間（４０５）に接している、本発明の第一の発明の実施例に相当する紫外線ランプ（４００）を示すものである。
【００２９】
本図のランプにおいては、外側管（４０３）と内側管（４０４）の封止部の外面に紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層（４１１，４１２）が設けられている。
【００３０】
このように紫外線ランプ（４００）を構成することにより、冷却流体の漏れを防ぐために、例えばゴムなどを材料とするパッキング材（４２１，４２２）を挟み込んだとき、前記パッキング材（４２１，４２２）の外側管（４０３）と内側管（４０４）の封止部の外面に近接または接する面が、放電空間（４０５）から発した紫外線によって劣化することが防止される。
【００３１】
図５は、前記図３に記載の紫外線ランプ（３００）と基本的に同様構造を有するが、内側管（５０４）は、その一端が閉塞されており、また内側の電極（５０２）が、内側管（５０４）の外側にあって、放電空間（５０５）に接している、本発明に従う紫外線ランプ（５００）を示すものである。
【００３２】
冷却液体（Ｃｆ）は、前記内側管（５０４）の更なる内側に設けられた、冷却流体注入管（５２２）から注入され、前記内側管（５０４）の更なる内側を通って、排出される。
【００３３】
本図のランプ（５００）においては、内側管（５０４）が延長された形状を有し、内側管延長部の先端付近の外面に（および望ましくは端部にも）紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層（５１１）が設けられている。
【００３４】
このように紫外線ランプ（５００）を構成することにより、前記内側管（５０４）に冷却液体（Ｃｆ）を通すことによって前記紫外線ランプ（５００）を冷却するために、前記内側管延長部に、ゴムなどの弾性材料からなる、冷却液体を排出するためのホース（５２１）と放電空間（５０５）から発して、前記内側延長部のガラス内部を伝播した紫外線が、前記ホース（５２１）の内面に当たることにより、ゴムなどの弾性材料からなる前記ホース（５２１）が劣化することが防止される。本図の紫外線ランプ（５００）を含む光源装置においては、前記紫外線ランプ（５００）を、ランプ口金（５３２）と、前記紫外線ランプ（５００）とを固着するための接着または充填部材（５３１）が近接または接する前記紫外線ランプ封体の部分に、紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層（５１２）が設けられている。
【００３５】
このように前記紫外線ランプ（５００）を構成することにより、前記紫外線ランプ封体に近接または接する前記接着または充填部材（５３１）が、放電空間（５０５）から発した紫外線によって劣化することが防止され、結果として、前記接着または充填部材（５３１）の保持機能が低下してランプが外れてしまう不都合が防止される。
【００３６】
なお、図５に記載の紫外線ランプ（５００）と基本的に同様構造を有するが、内側管（５０４）の外側にある内側の電極（５０２）を廃し、代わりに、内側管（６０４）の更なる内側に設けられる冷却流体注入管（６０２）を導電性材料により構成し、図６に示すように、給電装置（Ｐｓ）からの電圧を、導電性材料によりなる前記冷却流体注入管（６０２）に印加するものとしてもよい。図６に示すものも本発明の直接の実施例を示すものではない。
【００３７】
これまでに述べた、紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層としては、例えば、チタニアなどの紫外線不透過の絶縁体をコーティングしたり、金属薄膜を蒸着またはメッキするなどして形成することができる。
また、紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層は、必ずしも、ランプに付着などしている必要はなく、ランプを装置に組み込んだ際に、上記実施例に記載したような構成となればよく、このため装置側に設けておくこともできる。
【００３８】
また、外側管の外側に配置される、例えば導電性を有するパターンからなる光透過性の外側電極については、網状または多孔状、樹枝状、ストライプ状などの、外側管全面を覆わないパターンを、例えばリソグラフィ技術を用いたアルミニウムやクロムなどの金属の蒸着やメッキ、あるいは銀ペーストや金ペーストなどの導電性ペーストのシルクスクリーン印刷および焼成により形成したり、さらには、金網や多孔金属板を被せるなどして形成することができる。
【００３９】
ここまでに示した実施例においては、内側管として１本のみをもつ紫外線ランプを記載したが、複数の内側管をもつものや、内側電極が配置されて冷却流体を通さない内側管と冷却流体を通す内側管とをもつものにおいても本発明は適用できる。
【００４０】
さらに、ここまでに示した実施例においては、誘電体バリア放電による紫外線ランプを記載したが、低圧水銀ランプやフラッシュランプ、さらには、マイクロ波放電、高周波放電、電界放電、磁界放電（無電極放電）などの放電によるランプや電子流ランプなどの紫外線ランプ、エキシマレーザなどのあらゆる紫外線光源について本発明は適用できる。
【００４１】
さらに、ここまでに示した実施例においては、ランプ封体が封じ切り構造を有するもののみを記載したが、分解可能な部品を組み立ててランプ封体を構成するにおいて、気密を保つために使用するＯリングやガスケットなどの紫外線による劣化を防止する場合にも本発明は適用できる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の請求項１の発明の誘電体バリア放電ランプは、第２の電極が放電空間に接するため、放電が発生し易くなり、放電電圧を低く抑えることができる上に、ランプを冷却することができるため、大電力駆動することができる。
本発明の請求項２の発明の誘電体バリア放電ランプは、第２の電極が冷却用流体に接しないため、構造が簡単になる上に、冷却用流体の漏れの可能性が減少する。また、冷却用流体として冷却水を使う場合には、第２の電極が冷却水に接しないため、冷却水を高純度に保つための装置が簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】誘電体バリア放電ランプの実施例を示す図である。
【図２】誘電体バリア放電ランプの実施例を示す図である。
【図３】誘電体バリア放電ランプの実施例を示す図である。
【図４】本発明の紫外線ランプの実施例を示す図である。
【図５】本発明の紫外線ランプの実施例を示す図である。
【図６】誘電体バリア放電ランプの実施例を示す図である。
【図７】従来の誘電体バリア放電ランプの説明図である。
【符号の説明】
Ｐｓ  給電装置
Ｃｆ  冷却液体
１００  紫外線ランプ
１０１  外側電極
１０２  内側電極
１０３  外側管
１０４  内側管
１０５  放電空間
１０６、１０７  内側管延長部
１１１、１１２  紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層
１２１、１２２  ホース
２００  紫外線ランプ
２０１  外側電極
２０２  内側電極
２０３  外側管
２０４  内側管
２０５  放電空間
２０６  放電路
２０７、２０８  封止部
２１１、２１２  紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層
２２１、２２２  パッキング材
２２３、２２４  冷却流体の注入のための部材
２２５  管状ネジ部材
２２６、２２７  ホース
２３１  光源装置基材
２３２、２３３  衝立部分
３００  紫外線ランプ
３０１  外側電極
３０２  内側電極
３０３  外側管
３０４  内側管
３０５  放電空間
３１１、３１２、３１３  紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層
３２１、３２２  ジョイント
３２３  冷却流体注入管
３２４  冷却流体排出管
３３１  充填部材
３３２  ランプ口金
３３３  光源装置基材
３３４  固定ネジ
４００  紫外線ランプ
４０１  外側電極
４０２  内側電極
４０３  外側管
４０４  内側管
４０５  放電空間
４０６  放電路
４１１、４１２  紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層
４２１、４２２  パッキング材
４２３、４２４  冷却流体の注入のための部材
４２５  管状ネジ部材
４２６、４２７  ホース
４３１  光源装置基材
４３２、４３３  衝立部分
５００  紫外線ランプ
５０１  外側電極
５０２  内側電極
５０３  外側管
５０４  内側管
５０５  放電空間
５１１、５１２  紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層
５２１  ホース
５２２  冷却流体注入管
５３１  充填部材
５３２  ランプ口金
５３３  光源装置基材
５３４  固定ネジ
６００  紫外線ランプ
６０１  外側電極
６０２  内側電極を兼ねた冷却流体注入管
６０３  外側管
６０４  内側管
６０５  放電空間
６１１、６１２  紫外線の透過を阻止または低減できる材料の層
６２１  ホース
６３１  充填部材
６３２  ランプ口金
【図１】
0003888243.tif 000002
【図２】
0003888243.tif 000003
【図３】
0003888243.tif 000004
【図４】
0003888243.tif 000005
【図５】
0003888243.tif 000006
【図６】
0003888243.tif 000007
【図７】
0003888243.tif 000008