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WO2012020703A1 - 放電ランプ - Google Patents

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WO2012020703A1
WO2012020703A1 PCT/JP2011/067931 JP2011067931W WO2012020703A1 WO 2012020703 A1 WO2012020703 A1 WO 2012020703A1 JP 2011067931 W JP2011067931 W JP 2011067931W WO 2012020703 A1 WO2012020703 A1 WO 2012020703A1
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WO
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discharge
electrode
discharge tube
discharge lamp
lamp according
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/067931
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English (en)
French (fr)
Inventor
小林剛
塩谷幸男
安田誠
Original Assignee
株式会社オーク製作所
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Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社オーク製作所 filed Critical 株式会社オーク製作所
Priority to CN201180036021.3A priority Critical patent/CN103026456B/zh
Priority to KR1020137001683A priority patent/KR101792563B1/ko
Priority to EP11816368.2A priority patent/EP2608245A4/en
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
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    • H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields
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    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/046—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by using capacitive means around the vessel

Definitions

  • the present invention relates to an electrodeless discharge lamp such as an excimer lamp that emits light by dielectric barrier discharge or capacitively coupled high-frequency discharge, and an external electrode fluorescent lamp, and more particularly to an electrode configuration of the lamp.
  • the light emitting portion is constituted by two coaxial cylindrical tubes that are long in the axial direction, and high-pressure gas is enclosed in the light emitting tube, and the inner tube inner surface and the outer tube outer surface along the axial direction.
  • a pair of electrodes are arranged to face each other. Then, discharge light emission is performed by applying a high frequency voltage of several kV between the electrodes.
  • a strip electrode covered with a dielectric is disposed along the axial direction inside the discharge tube and disposed on the outer surface of the discharge tube. Discharge light emission between the external electrodes.
  • Patent Document 1 describes an excimer lamp that discharges and emits light by applying a high-frequency voltage.
  • Reference 2 describes a discharge lamp in which a strip electrode is disposed inside a discharge tube and an external electrode is disposed on the outer surface of the discharge tube.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 6-275242
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 11-283579
  • the electrode inside the discharge tube has a cylindrical shape or a thin plate shape, and the cross-sectional shape thereof is circular or rectangular.
  • a very large electric power is required, and the start-up of the lamp is slow.
  • the electrode When high power is supplied to the lamp, the electrode is likely to be peeled off from the dielectric due to the difference in thermal expansion between the dielectric covering the electrode and the electrode, and electrode oxidation may occur due to exposure of the electrode material to the discharge space. .
  • the discharge lamp of the present invention is a discharge lamp that emits light by dielectric barrier discharge, capacitively coupled high-frequency discharge, or the like, and includes a discharge tube in which a discharge gas is sealed, and at least one strip-shaped member disposed in the discharge vessel. An electrode, and at least one dielectric covering the electrode. A strip electrode such as a foil electrode is embedded in a dielectric and is not exposed to the discharge space.
  • the gas to be enclosed in the discharge space is arbitrary, and a rare gas alone, a halogen alone such as chlorine, or a mixed gas of halogen and rare gas may be enclosed.
  • the thickness of at least one of both edges along the longitudinal direction of the electrode is thinner than the central portion of the electrode.
  • Electrodes may be covered with a single dielectric, or may be covered with different dielectrics. It is desirable that the thickness of both edges of the strip electrode is made thinner than the thickness of the central portion of the electrode to improve the lighting startability at both ends of the electrode.
  • the electrode shape various shapes that sharpen toward the edge can be applied, but it is desirable to use a knife edge shape as a shape that is smoothly sharpened toward the edge.
  • the cross-section of the edge portion is linear in the axial direction, so that the discharge start voltage level can be further reduced, and a gap is less likely to occur at the boundary portion with the dielectric covered by the knife edge shape. Etc. are less likely to occur.
  • one electrode may be disposed outside the discharge tube, or the electrode may be formed only inside the discharge tube.
  • a plurality of strip electrodes having the same polarity are arranged in the discharge tube, and the electrodes are arranged outside the discharge tube.
  • a plurality of strip electrodes having different polarities may be arranged in the discharge tube.
  • the plurality of strip electrodes in consideration of radiation as uniformly as possible from the entire discharge tube, it is preferable to arrange the plurality of strip electrodes at symmetrical positions with respect to the discharge tube axis.
  • the overall radiation can also be realized by making the width directions of the plurality of strip-like electrodes the same direction, that is, parallel to each other.
  • a strip electrode is disposed coaxially within the discharge tube, and the width direction of the electrode is the diameter inside the discharge tube. It is better to match the direction. Thereby, the extension direction of the electrode edge becomes the maximum electric field intensity, and the lighting start voltage can be suppressed.
  • the electrode material may be formed of a highly conductive metal or alloy.
  • the thickness of the electrode is preferably determined in consideration of the current capacity and the expansion coefficient, and is set in a range of, for example, 20 ⁇ m to 50 ⁇ m. Further, the width of the electrode is preferably determined in consideration of the current capacity, for example, it is preferably determined within a range of 1.2 mm to 10 mm.
  • the thickness of the discharge tube has a thickness that prevents the discharge tube from being deteriorated by excimer light, and on the other hand, it is preferable to set it to a thickness that increases the discharge start voltage and the lighting sustain voltage.
  • the thickness of the discharge tube is set in the range of 0.8 mm to 1.5 mm.
  • the inner diameter of the discharge tube is desirably set within a range of 8 mm to 20 mm, for example, so that the discharge distance is shortened and insufficient illuminance does not occur, while the discharge distance is long and the discharge is not unstable.
  • the dielectric may be composed of a columnar dielectric having a circular cross section, for example. It is desirable to use an insulating material that approximates the coefficient of thermal expansion of the electrode at the operating temperature.
  • the thickness of the dielectric is preferably in the range of 0.1 mm to 2 mm in consideration of preventing the discharge start voltage from being increased while maintaining insulation.
  • the discharge distance between the electrode and another electrode having a different polarity is determined by the type of discharge gas and the applied voltage. In order to prevent the discharge interval from becoming narrow and insufficient illuminance, while preventing the discharge distance from becoming long and unstable, it is preferable to set the discharge distance in the range of 3 mm to 10 mm.
  • the ratio satisfies “1.6 ⁇ d / w ⁇ 13.4”, where w is the width of the strip electrode and d is the inner diameter of the discharge tube. If the value of d / w is smaller than 1.6, the area of the foil occupying the discharge vessel is increased, the discharge distance is shortened, the discharge light is blocked by the strip electrode, and the illuminance is insufficient. If the value of d / w is greater than 13.4, the width of the strip electrode may be small, causing overheating due to overcurrent, or increasing the discharge distance, which may result in unstable discharge.
  • the present invention it is possible to provide a discharge lamp capable of improving the lighting startability and maintaining the illuminance for a long time.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. It is sectional drawing to which the electrode edge part vicinity of FIG. 2 was expanded. It is the figure which showed the manufacturing process of the discharge lamp. It is a schematic sectional drawing of the discharge lamp in 2nd Embodiment. It is a schematic sectional drawing of the discharge lamp which is 3rd Embodiment. A discharge lamp according to a fourth embodiment will be described.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a discharge lamp according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • a discharge lamp 10 which is an excimer lamp includes a discharge tube 20 having a circular cross section made of a dielectric material such as quartz glass.
  • a rare gas such as xenon gas or a mixed gas thereof is used as a discharge gas. It is enclosed.
  • the sealed pressure of the discharge gas is set to, for example, 5 kPa to 150 kPa.
  • one foil electrode 30 extending in a strip shape along the tube axis C is disposed.
  • the foil electrode 30 is covered with a columnar dielectric 50 having a substantially circular cross section, and is embedded in the dielectric 50 without being exposed to the discharge space.
  • the foil electrode 30 is coaxially arranged with the center position of the dielectric 50 aligned with the center position in the width direction.
  • the dielectric 50 is disposed coaxially with the discharge tube 20. Therefore, the foil electrode 30 is disposed at a coaxial position with respect to the discharge tube 20 and is disposed at a symmetrical position with respect to the tube axis C.
  • the edges 30K1 and 30K2 which are both edges along the tube axis direction of the foil electrode 30 are configured in a knife edge shape. Therefore, the thickness of the foil electrode 30 is reduced from the center in the width direction toward the edge, and the electrode cross-sectional shape is tapered and sharp.
  • the width direction of the foil electrode 30 is defined as the Y direction
  • the direction orthogonal to the width direction (thickness direction) is defined as the X direction.
  • the external electrode 40 disposed on the outer surface of the discharge tube 20 has a configuration in which a plurality of electrode portions are disposed in a net shape, and are arranged along the tube axis C in a spiral manner at predetermined intervals.
  • the power supply line 70 connected to the end of the foil electrode 30 is connected to a power supply unit (not shown) installed outside, and power is supplied to the discharge lamp 10 via the power supply line 70.
  • the polarities of the foil electrode 30 and the external electrode 40 are determined as an anode and a cathode, respectively.
  • a voltage of several kV is supplied to the discharge lamp 10
  • dielectric barrier discharge occurs between the foil electrode 30 and the external electrode 40, and excimer light having a predetermined spectrum (for example, 172 nm) is emitted.
  • the axial length of the discharge tube 20 is set to 100 mm to 250 mm.
  • the thickness of the discharge tube 20 is set to 0.8 mm to 1.5 mm in order to prevent discharge tube deterioration due to excimer light and to suppress an increase in discharge start voltage.
  • the inner diameter of the discharge tube 20 is set to 8 mm to 20 mm so as to prevent both unstable discharge due to a long discharge distance and insufficient illuminance due to a short discharge distance.
  • the thickness of the foil electrode 30 is set to 20 ⁇ m to 50 ⁇ m in consideration of current capacity, ease of manufacture, and prevention of peeling due to thermal expansion.
  • the width of the foil is set to 1.2 mm to 10 mm in consideration of current capacity, ease of manufacture, and prevention of discharge light blocking due to enlargement of the electrode area.
  • the electrode material molybdenum or an alloy containing the same is used.
  • the dielectric 50 is made of a dielectric material (such as SiO 2) that approximates the thermal expansion coefficient of the electrode as much as possible.
  • the thickness of the dielectric 50 is set to 0.1 mm to 2 mm in consideration of the limit for maintaining the insulation and prevention of increase in the discharge start voltage.
  • the discharge distance that is, the distance interval between the dielectric 50 and the inner diameter of the discharge tube 20 is set to 3 mm to 10 mm in consideration of prevention of insufficient illuminance and discharge stability. Further, when the width of the foil electrode 30 is w and the inner diameter of the discharge tube is d, the electrode width and the inner diameter of the discharge tube are determined so as to satisfy the following conditional expressions. 1.6 ⁇ d / w ⁇ 13.4 (1)
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the electrode edge in FIG.
  • the sizes and relative positional relationships of the electrodes, dielectrics, and discharge tubes are partially different from those in FIG.
  • edges 30K1 and 30K2 of the foil electrode 30 have a knife edge shape.
  • the foil electrode 30 is sharpened from the center in the width direction toward the edge, the thickness thereof is thinner than the thickness T at the center in the width direction, and the edge 30T1 is sharp.
  • the edge 30K2 (not shown) has a similar shape.
  • Such an electrode shape causes electric field concentration at the edge 30T1.
  • the electric field intensity becomes maximum in the region near the edge 30T1 (see the broken line E), and the region is narrow due to the sharp shape of the edge 30T1.
  • the edge 30T1 is substantially axial. This is because the electric field concentration occurs only at the edge.
  • the foil electrode 30 is coaxially disposed with respect to the dielectric 50 and the discharge tube 20, and the width direction thereof is along the radial direction. Therefore, the distances (discharge distances) between the edges 30K1 and 30K2 of the foil electrode 30 and the inner surface of the discharge tube 20 are equal. Therefore, light is radiated from the discharge tube 20 as a whole with good balance.
  • FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the discharge lamp.
  • a power supply line 80 is connected to the foil electrode 70 by resistance welding or the like, and is inserted into a glass tube 60 serving as a dielectric coating material. After inserting the electrode 70, the inside of the tube is evacuated, and then the dielectric coating material 60 is heated from the outside and welded to the foil electrode 70 (step (1)). Note that the step of coating the dielectric may be performed instead.
  • a so-called abacus-shaped sealing portion 85 having a bowl shape is formed at the position of the glass tube corresponding to the electrode edge (step (2)). Then, a discharge tube 90 made of quartz glass or the like having an exhaust tube at one end and an insertion port at the other end is formed (step (3)), the electrode 70 is inserted into the discharge tube 90, and the insertion port of the discharge tube 70 is inserted. Is welded to the abacus-shaped sealing portion 85 (step (4)).
  • the foil electrode 30 covered with the dielectric 50 inside the discharge tube 20 is disposed along the tube axis C.
  • external electrodes 40 having different polarities are disposed on the outer surface of the discharge tube 20.
  • the edges 30K1 and 30K2 of the foil electrode 30 are formed in a knife edge shape.
  • the electrode edge Since the electrode edge is sharp, the electrolytic strength locally increases at the electrode edge, and discharge at the start of lighting occurs at a low voltage.
  • the electrode edge serves as a trigger for starting discharge, and the illuminance is maintained even when the lamp is lit for a long time.
  • the electrode edge is smoothly sharpened, a gap is hardly formed between the electrode and the dielectric, and the electrode is not exposed to the discharge space due to a difference in thermal expansion during lighting, thus avoiding oxidation.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a discharge lamp according to the second embodiment.
  • the discharge lamp 100 includes two foil electrodes 130A and 130B inside the discharge tube 120 and is covered with columnar dielectrics 150A and 150B, respectively.
  • the foil electrodes 130A and 130B have different polarities.
  • the foil electrode 130A is defined as an anode
  • the foil electrode 130B is defined as a cathode.
  • the foil electrodes 130A and 130B are arranged at symmetrical positions with respect to the tube axis C, and both the width directions are parallel to the Y axis. Both edge portions of the foil electrodes 130A and 130B have a knife edge shape as in the first embodiment. With such an electrode arrangement, symmetrical discharge light emission occurs with respect to the discharge tube 20, and light is emitted from the entire discharge tube 20.
  • FIG. 6 is a schematic sectional view of a discharge lamp according to the third embodiment.
  • a plurality of foil electrodes are arranged in the discharge tube.
  • each foil electrode has its width direction in the Y-axis direction.
  • External electrodes 250 having different polarities are disposed on the outer surface of the discharge tube 210. Due to the symmetrical arrangement of the electrodes, light is uniformly emitted from the entire discharge tube.
  • FIG. 7 illustrates a discharge lamp according to a fourth embodiment.
  • the discharge lamp 300 includes three foil electrode embedded dielectrics 320 in a discharge tube 310 and is arranged in a row. External electrodes 350 having different polarities are arranged on both sides of the discharge tube 300 having a rectangular cross section. With such an electrode arrangement, light is irradiated from below the discharge tube.
  • the dielectric may have a shape other than a circular cross section, and for example, the foil electrode may be coated so as to have a coaxial arrangement relationship.
  • the electrode edge is not limited to the knife edge shape, and may be any shape as long as the electric field is concentrated so as to be thinner than the central portion in the width direction. Alternatively, only one electrode edge may be sharpened.
  • the position of the electric field concentration is set by making the shape of the electrode a saw with a non-uniform width, or by arranging the center position of the dielectric and the center position of the foil electrode not to match. May be.
  • the stress in the thickness direction that separates the electrode foil and the dielectric may be dispersed by twisting the width direction of the electrode foil with respect to the axial direction of the discharge tube to form a spiral foil electrode.
  • an external electrode type fluorescent lamp used in a scanner light source or the like is used. Therefore, it may be applied as a relatively low voltage capacitively coupled (capacitance type) high frequency discharge type lamp.
  • capacitively coupled high-frequency discharge method a high voltage can be easily applied by making the final part of the power supply unit an LC resonance circuit.
  • the discharge lamp of an example corresponding to the first embodiment will be described.
  • the axial length of the discharge tube is 300 mm, the thickness is 1 mm, the inner diameter is 12.8 mm, and the thickness of the dielectric having a circular cross section is 1 mm in the direction parallel to the width of the foil electrode, and is parallel to the thickness of the foil electrode.
  • the discharge distance is set to 1.5 mm and the discharge distance is set to about 5 mm.
  • the foil electrode has a thickness of 20 ⁇ m and a width of 1.5 mm. If the inner diameter of the discharge tube is d and the width of the foil electrode is w, the ratio d / w is 8.5.
  • Xe gas was enclosed as a discharge gas, and a lighting experiment was performed at an applied voltage of 6.5 kV and a gas pressure of 47 kPa. When the lamp lighting operation that radiates spectrum light of 172 nm was continued for 2500 hours, a maintenance rate of 90% was obtained for the illuminance.

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Abstract

放電ランプは、放電ガスが封入される放電管と、前記放電容器内に配設される少なくとも１つの帯状電極と、前記電極を被覆する少なくとも１つの誘電体とを備え、前記帯状電極の長手方向に沿った両縁の少なくとも一方の縁の厚さが、電極中央部よりも薄いことを特徴とする。

Description

放電ランプ
　本発明は、誘電体バリア放電、あるいは容量結合型高周波放電によって放電発光するエキシマランプ、外部電極型蛍光ランプなどの無電極型放電ランプに関し、特に、ランプの電極構成に関する。
　二重円筒管型のエキシマランプでは、軸方向に長い２つの同軸円筒管によって発光部が構成されており、高圧ガスが発光管内に封入され、軸方向に沿って内側管内面と外側管外面に一対の電極が対向配置される。そして、電極間に数ｋＶの高周波電圧を印加することにより放電発光する。
　また、外部電極型蛍光ランプのように単管式構造を採用する放電ランプでは、誘電体によって被覆された帯状電極を放電管内部の軸方向に沿って配置し、放電管の外表面に配設した外部電極との間で放電発光する。
　例えば、特許文献１には、高周波電圧を印加することによって放電発光するエキシマランプが記載されている。また、引用文献２には、帯状電極を放電管内部に配置し、放電管の外表面に外部電極を配置した放電ランプが記載されている。
　特許文献１：特開平６－２７５２４２号公報
　特許文献２：特開平１１－２８３５７９号公報
　従来の放電ランプでは、放電管内部の電極が円柱状あるいは薄板状であり、その断面形状は円形あるいは矩形状になっている。このような断面形状では、誘電体内の電極と放電管外にある電極との間で放電させるためには、非常に大きな電力が必要となり、ランプの点灯始動が遅い。
　ランプへ大電力が供給されると、電極を覆う誘電体と電極との間の熱膨張差によって電極が誘電体から剥離しやすくなり、電極材料の放電空間に対する露出によって電極酸化が生じる恐れがある。
　本発明の放電ランプは、誘電体バリア放電、あるいは容量結合型高周波放電などによって発光する放電ランプであり、放電ガスが封入される放電管と、前記放電容器内に配設される少なくとも１つの帯状電極と、前記電極を被覆する少なくとも１つの誘電体とを備える。箔電極などの帯状電極は、誘電体に埋設されて放電空間に露出しない。放電空間に封入するガスは任意であり、希ガス単体、または、塩素などのハロゲン単体、あるいはハロゲンと希ガスの混合ガスを封入すればよい。
　本発明では、電極の長手方向に沿った両縁の少なくとも一方の厚さが、電極中央部よりも薄い。これによって、その薄い電極縁部分において電界集中が生じ、電界強度が強くなる。その結果、比較的低い入力電圧によっても電極間で放電が生じる。
　幾つかの電極をまとめて１つの誘電体で被覆してもよく、また、それぞれ異なる誘電体によって被覆してもよい。帯状電極の両縁の厚さを電極中央部の厚さよりも薄くし、電極両端で点灯始動性を改善させるのが望ましい。
　電極形状としては、縁に向けて先鋭化する様々な形状が適用可能であるが、縁部に向けて滑らかに尖っている形状としてナイフエッジ形状にするのが望ましい。これによって、縁部分断面が軸方向に線状となって放電開始電圧レベルをより低く抑えることができ、また、ナイフエッジ形状によって被覆される誘電体との境界部分に隙間が生じにくくなり、剥離などが生じにくくなる。
　電極配置については、放電管外部に一方の電極を配設してもよく、あるいは放電管内部だけで電極を構成することも可能である。例えば、極性の同じ複数の帯状電極を放電管内に配置し、放電管外部に電極が配置される。この場合、放電管全体から均一に光を放射させることを考慮し、複数の帯状電極を、その幅方向を互いに平行にした状態で配置するのがよい。あるいは、複数の帯状電極を、放電管軸に関して対称的な位置に配置してもよい。
　一方、極性の異なる複数の帯状電極を放電管内に配置してもよい。この場合、放電管全体からできるだけ均一に放射させることを考慮し、複数の帯状電極を、放電管軸に関して対称的な位置に配置するのがよい。また、複数の帯状電極の幅方向を同一方向にする、すなわち互いに平行にすることによっても全体的な放射が実現される。
　例えば放電管外部に電極を配置するランプ構成の場合、電極縁部との電界強度を高めるためには、帯状電極を前記放電管内で同軸的に配置し、電極の幅方向を放電管内部の径方向と一致させるのがよい。これによって、電極縁部の延長方向が電界強度最大となり、点灯始動電圧を抑えることができる。
　電極の材質は、導電性の高い金属あるいは合金によって成形すればよい。電極の厚さは、電流容量や膨張係数を考慮して定めるのが望ましく、例えば、２０μｍ～５０μｍのいずれかの範囲に定められる。また、電極の幅は、電流容量を考慮して定めるのが望ましく、例えば、１．２ｍｍ～１０ｍｍの範囲内に定めるのが望ましい。
　放電管の肉厚は、エキシマ光による放電管劣化を防ぐ厚さを有し、その一方、放電開始電圧や点灯維持電圧を上げる厚さ以下に定めるのがよい。例えば、放電管の肉厚は、０．８ｍｍ～１．５ｍｍの範囲に定められる。放電管の内径は、放電距離が短くなって照度不足が起きず、一方で放電距離が長くなって放電不安定とならないようにするのが望ましく、例えば、８ｍｍ～２０ｍｍの範囲内に定められる。
　誘電体は、例えば断面円形の柱状誘電体で構成すればよい。使用温度での電極熱膨張率と近似している絶縁材料によって構成するのが望ましい。また、誘電体の厚さは、絶縁性を維持する一方で放電開始電圧が高くなるのを防ぐことを考慮し、０．１ｍｍ～２ｍｍの範囲であるのが望ましい。
　電極と極性の異なる他の電極との放電距離は、放電ガスの種類や印加電圧などによって定められる。放電区間が狭くなって照度不足になるのを防ぐ一方、放電距離が長くなって放電不安定になるのを防ぐため、放電距離を３ｍｍ～１０ｍｍの範囲に定めるのがよい。
　帯状電極の幅をｗ、前記放電管の内径をｄとしたとき、その比が「１．６≦ｄ／ｗ≦１３．４」を満たすようにするのが望ましい。ｄ／ｗの値が１．６より小さいと、放電容器に占める箔の面積が大きくなり、放電距離が短くなり、帯状電極により放電光が遮られ照度不足となる。ｄ／ｗの値が１３．４より大きいと、帯状電極の幅が小さいことで過電流による過熱や、放電距離が長くなることで放電不安定となるおそれがある。
　本発明によれば、点灯始動性を向上させ、照度を長時間維持することが可能な放電ランプを提供することができる。
第１の実施形態である放電ランプの概略的平面図である。 図１のII－IIに沿った断面図である。 図２の電極縁部付近を拡大した断面図である。 放電ランプの製造工程を示した図である。 第２の実施形態における放電ランプの概略的断面図である。 第３の実施形態である放電ランプの概略的断面図である。 第４の実施形態である放電ランプについて説明する。
　以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
　図１は、第１の実施形態である放電ランプの概略的平面図である。図２は、図１のII－IIに沿った断面図である。
　エキシマランプである放電ランプ１０は、石英ガラスなどの誘電材料から成る断面円形状の放電管２０を備え、放電管２０内には、キセノンガスなどの希ガス、あるいはこれらの混合ガスが放電ガスとして封入されている。放電ガスの封入圧は、例えば５ｋＰａ～１５０ｋＰａに定められる。
　放電管２０内部には、管軸Ｃに沿って帯状に延びる１枚の箔電極３０が配置されている。箔電極３０は、断面が略円形状である柱状誘電体５０によって被覆されており、放電空間に露出せずに誘電体５０内に埋設されている。
　箔電極３０は、誘電体５０の中心位置にその幅方向中心位置を合わせた状態で同軸的に配置されている。また、誘電体５０は、放電管２０に対して同軸的に配置されている。したがって、箔電極３０は、放電管２０に対し同軸的な位置に配置されており、管軸Ｃに関して対称的な位置に配置されている。
　後述するように、箔電極３０の管軸方向に沿った両縁になる縁部３０Ｋ１、３０Ｋ２は、ナイフエッジ形状に構成されている。したがって、箔電極３０を厚さは、幅方向の中心から縁に向けて薄くなり、電極断面形状は、先細く尖っている。図２では、箔電極３０の幅方向をＹ方向、それに直交する方向（厚さ方向）をＸ方向として定めている。
　放電管２０の外面に配設された外部電極４０は、複数の電極部を網状に配設した構成であり、管軸Ｃに沿って螺旋状に所定間隔で並んで配置されている。箔電極３０の端部に接続される給電線７０は、外部に設置された電源部（図示せず）と接続しており、給電線７０を介して放電ランプ１０に電力が供給される。
　箔電極３０、外部電極４０の極性は、それぞれ陽極、陰極に定められている。放電ランプ１０に数ｋＶの電圧が供給されると、箔電極３０と外部電極４０との間で誘電体バリア放電が生じ、所定スペクトル（例えば、１７２ｎｍ）のエキシマ光が放射される。
　放電管２０の軸方向長さは、１００ｍｍ～２５０ｍｍに定められている。一方、放電管２０の肉厚は、エキシマ光による放電管劣化の防止、および放電開始電圧の上昇を抑えるため、０．８ｍｍ～１．５ｍｍに定められている。また、放電管２０の内径は、長い放電距離による放電不安定、短い放電距離による照度不足の両方を防ぐように、８ｍｍ～２０ｍｍに定められている。
　箔電極３０の厚さは、電流容量や製造容易さ、および熱膨張による剥離防止などを考慮し、２０μｍ～５０μｍに定められる。また、箔の幅は、電流容量や製造容易さ、さらには、電極面積肥大化による放電光の遮断防止を考慮し、１．２ｍｍ～１０ｍｍに定められる。電極材料は、モリブデン、あるいはそれを含む合金などが使用される。
　誘電体５０は、電極の熱膨張率とできるだけ近似する誘電材料（ＳｉＯ２など）によって構成される。誘電体５０の厚さは、絶縁性を維持させる限界、放電開始電圧の上昇防止を考慮し、０．１ｍｍ～２ｍｍに定められる。
　放電距離、すなわち誘電体５０と放電管２０の内径との距離間隔は、照度不足の防止、および放電の安定性を考慮して、３ｍｍ～１０ｍｍに定められる。また、箔電極３０の幅をｗ、放電管内径をｄとすると、以下の条件式を満たすように電極幅、放電管内径が定められる。
 
１．６≦ｄ／ｗ≦１３．４　　　　　　　　・・・・（１）
 
　図３は、図２の電極縁部付近を拡大した断面図である。ただし、電極、誘電体、放電管のサイズ、相対的位置関係は図１と一部相違している。
　上述したように、箔電極３０の縁部３０Ｋ１、３０Ｋ２は、ナイフエッジ形状になっている。箔電極３０は幅方向の中心から縁に向けて先鋭化し、その厚さは幅方向の中心部の厚さＴに比べて薄くなり、縁３０Ｔ１は尖っている。図示しない縁部３０Ｋ２も同様の形状である。
　このような電極形状により、縁３０Ｔ１において電界集中が生じる。すなわち、電界強度が縁３０Ｔ１付近の領域（破線Ｅ参照）において最大となり、その領域は縁３０Ｔ１の尖った形状によって狭い。これは、縁部が尖ってない従来の断面矩形状では、その縁の平面部分全体に渡って電界集中が生じる、すなわち電位傾度が大きくなるが、本実施形態では縁３０Ｔ１が実質的に軸方向に沿って線であり、縁だけに電界集中が生じるためである。
　また、箔電極３０は誘電体５０および放電管２０に対して同軸的に配置され、その幅方向は径方向に沿っている。したがって、箔電極３０の縁部３０Ｋ１、３０Ｋ２と放電管２０の内面までの距離（放電距離）は等しい。そのため、放電管２０から全体的にバランス良く光が放射される。
　図４は、放電ランプの製造工程を示した図である。
　箔電極７０に給電線８０を抵抗溶接などによって接続し、誘電体被膜材となるガラス管６０に挿入する。電極７０を挿入後に管内を真空にし、その後、誘電体被膜材６０を外側から加熱し、箔電極７０と溶着させる（工程（１））。なお、誘電体をコーティングする工程を代わりに行っても良い。
　電極縁部に相当するガラス管の位置に、鍔状のいわゆるそろばん珠形状封止部８５を形成する（工程（２））。そして、一端に排気管、他方の端に挿入口を設けた石英ガラスなどの放電管９０を形成し（工程(３)）、電極７０を放電管９０内に挿入し、放電管７０の挿入口をそろばん珠形状封止部８５と溶着させる（工程（４））。
　全体を加熱しながら、放電管９０の排気管を通じた真空引きを行い、不純物を除去する。そして、放電ガスを封入した後に排気管を封止し、放電管９０の外面に外部電極９５を配設する（工程（５））。
　このように本実施形態によれば、放電管２０内部に誘電体５０で被覆された箔電極３０が管軸Ｃに沿って配置されている。また、極性の異なる外部電極４０が放電管２０の外面に配設されている。そして、箔電極３０の縁部３０Ｋ１、３０Ｋ２はナイフエッジ状に形成されている。
　電極縁部が尖っているため、電解強度が局所的に電極縁部で高くなり、点灯開始時の放電が低電圧で生じる。電極縁部が放電開始のトリガーの役割を果たし、ランプ長時間点灯でも照度が維持される。
　また、電極縁部が滑らかに先鋭化しているため、電極と誘電体との間に隙間が生じにくく、点灯時の熱膨張差によっても電極が放電空間に露出せず、酸化を免れる。
　次に、図５を用いて第２の実施形態である放電ランプについて説明する。第２の実施形態では、互いに極性の異なる２つの箔電極が放電管内部に配置されている。
　図５は、第２の実施形態における放電ランプの概略的断面図である。
　放電ランプ１００は、放電管１２０内部に２つの箔電極１３０Ａ、１３０Ｂを備え、それぞれ柱状誘電体１５０Ａ、１５０Ｂによって被覆されている。箔電極１３０Ａ、１３０Ｂは互いに極性が異なり、ここでは箔電極１３０Ａが陽極、箔電極１３０Ｂが陰極に定められている。
　また、箔電極１３０Ａ、１３０Ｂは、管軸Ｃに関して対称的な位置に配置され、幅方向はともにＹ軸に平行である。箔電極１３０Ａ、１３０Ｂの両縁部は、第１の実施形態同様、ナイフエッジ形状になっている。このような電極配置により、放電管２０に対して対称的な放電発光が生じ、放電管２０全体から光が放射される。
　図６は、第３の実施形態である放電ランプの概略的断面図である。第３の実施形態では、箔電極が放電管内に複数配列している。
　放電ランプ２００は、放電管２１０内に９つの箔電極埋設誘電体２２０Ａ～２２０ＣがＸ、Ｙ軸に沿って２次元配列されている。各箔電極は、その幅方向をＹ軸方向に向けている。放電管２１０の外面には、極性の異なる外部電極２５０が配設されている。このような電極の対称配置により、放電管全体から光が均一に放射される。
　図７は、第４の実施形態である放電ランプについて説明する。放電ランプ３００は、放電管３１０内に３つの箔電極埋設誘電体３２０を備え、列になって配置されている。断面が矩形状の放電管３００の両側には、極性の異なる外部電極３５０が配置されている。このような電極配置構成により、放電管下方から光が照射される。
　誘電体は断面円形以外の形状でも可能であり、例えば、箔電極を同軸的な配置関係とするように被覆すればよい。電極縁部はナイフエッジ形状に限定されず、幅方向の中央部よりも厚さの薄い形状となるように電界集中を生じさせる形状であればよい。また、一方の電極縁部だけ先鋭化させてもよい。更に、電極の形状は、幅が不均一であるノコギリ状としたり、誘電体の中心位置と箔電極の中心位置を合わせないことにより配置したりすることで、電界集中を生じさせる位置を設定しても良い。また、放電管の軸方向に対して電極箔の幅方向を捻ることでスパイラル状の箔電極とすることで、電極箔と誘電体とを剥離させる厚さ方向の応力を分散しても良い。
　放電方式としては、放電空間の軸に沿って均一な放電が安定して発生させることができる上記誘電体バリア放電エキシマランプの代わりに、例えばスキャナ光源などで用いられるような外部電極型蛍光ランプであって比較的低電圧の容量結合型（静電容量型）高周波放電方式のランプとして適用してもよい。容量結合型高周波放電方式の場合、電源部の最終部分をＬＣ共振回路とすることによって、容易に高電圧を印加することができる。
　第１の実施形態に相当する実施例の放電ランプについて説明する。放電管の軸方向長さは３００ｍｍ、肉厚は１ｍｍ、内径が１２．８ｍｍ、断面円形状の誘電体の厚さは、箔電極の幅と平行な方向においては１ｍｍ、箔電極の厚さと平行な方向においては１．５ｍｍ、放電距離が約５ｍｍに定められている。箔電極の厚さは、２０μｍ、幅は１．５ｍｍに定められている。放電管の内径をｄ、箔電極の幅をｗとすると、その比ｄ／ｗは、８．５である。
　Ｘｅガスを放電ガスとして封入し、印加電圧６．５ｋＶ、ガス圧力４７ｋＰａで点灯実験を行った。１７２ｎｍのスペクトル光を放射するランプ点灯動作を２５００時間続けたところ、照度については９０％の維持率を得ることができた。
　なお、日本特許出願Ｎｏ．２０１０－１７９６５２（２０１０年８月１０日出願）の明細書、図面およびクレームを含む開示内容は、本明細書に引用によって組み入れられる。
　本発明に関しては、添付されたクレームによって定義される本発明の意図および範囲から離れることなく、様々な変更、置換、代替が可能である。さらに、本発明では、明細書に記載された特定の実施形態のプロセス、装置、製造、構成物、手段、方法およびステップに限定されることを意図していない。当業者であれば、本発明の開示から、ここに記載された実施形態がもたらす機能と同様の機能を実質的に果たし、又は同等の作用、効果を実質的にもたらす装置、手段、方法が導かれることを認識するであろう。したがって、添付クレームは、そのような装置、手段、方法の範囲に含まれることが意図されている。

Claims (12)

  1. 　放電ガスが封入される放電管と、
    　前記放電容器内に配設される少なくとも１つの帯状電極と、
    　前記電極を被覆する少なくとも１つの誘電体とを備え、
    　前記帯状電極の長手方向に沿った両縁の少なくとも一方の縁の厚さが、電極中央部よりも薄いことを特徴とする放電ランプ。
  2. 　前記帯状電極の縁が、ナイフエッジ形状であることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
  3. 　前記帯状電極が、前記放電管内で同軸的に配置されることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の放電ランプ。
  4. 　前記帯状電極の両縁の厚さが、電極中央部の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の放電ランプ。
  5. 　極性の異なる複数の帯状電極が、前記放電管内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
  6. 　極性の同じ複数の帯状電極が、前記放電管内に配置され、
    　前記放電管外に、前記帯状電極と異なる極性の外部電極が配置されることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
  7. 　前記複数の帯状電極が、放電管軸に関して対称的な位置に配置されることを特徴とする請求項５乃至６のいずれかに記載の放電ランプ。
  8. 　複数の帯状電極が、その幅方向を互いに平行にした状態で配置されることを特徴とする請求項５乃至６のいずれかに記載の放電ランプ。
  9. 　複数の電極が、それぞれ異なる誘電体によって被覆されていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の放電ランプ。
  10. 　前記帯状電極の厚さが２０μｍ～５０μｍ、前記帯状電極の幅が１．２ｍｍ～１０ｍｍの範囲内に定められることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
  11. 　前記放電管の肉厚が０．８ｍｍ～１．５ｍｍ、前記放電管の内径が８ｍｍ～２０ｍｍ、前記誘電体の厚さが０．１ｍｍ～２ｍｍ、放電距離が３ｍｍ～１０ｍｍの範囲内に定められることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
  12. 　前記帯状電極の幅をｗ、前記放電管の内径をｄとしたとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１０乃至１１のいずれかに記載の放電ランプ。
    １．６≦ｄ／ｗ≦１３．４
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