(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
石英ガラスからなり、内部に発光ガスが充填され、管状の発光部および当該発光部の両端に連設された一対の封止部を有する発光管と、当該発光管の外表面に管軸方向に伸びるように配設された外部電極と、当該発光管の内部に管軸方向に伸びるように配設された内部電極とを備えたエキシマランプにおいて、
前記一対の封止部の一方の封止部には、当該一方の封止部内に前記内部電極の一方の端部が伸びており、当該前記内部電極に電気的に接続されると共に当該一方の封止部の外端部から管軸方向外方に突出して伸びる外部リードが設けられており、前記一対の封止部の他方の封止部には、外部リードが設けられておらず、
前記外部電極は、前記他方の封止部の外端部に、一部分が係合されることによって前記発光管の外表面に密着した状態に固定された電極形成部材よりなり、
前記他方の封止部は、ピンチシール部であり、
前記発光部に排気管残部が形成されていないことを特徴とするエキシマランプ。
【背景技術】
【0002】
最近、エキシマランプとしては、簡便な構造を有すると共に小型のものが求められている。
ここに、エキシマランプを小型化するためには、ランプを長手方向において短尺化する必要がある。
【0003】
簡便な構造を有するエキシマランプの或る種のものとしては、
図4に示すように、内部に発光ガスが充填された長尺な発光管41と、発光管41の外表面に配置された外部電極54と、発光管41の内部に配置された内部電極51とを備えてなるものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
このエキシマランプ40において、発光管41は、管状の発光部42および当該発光部42の両端に連設された封止部43,43を有しており、発光部42の外表面には排気管残部(チップ管)44が形成されている。封止部43,43の各々には、内部電極51の端部が伸びており、また、外部リード57が、内部電極51に金属箔56を介して接続されると共に封止部43の外端面から管軸方向外方に突出して伸びるように設けられている。また、外部電極54は、筒状の形態を有する網状の電極形成部材よりなるものであり、発光部42における直管状の発光空間包囲部分42Aの外周面の全域に密着した状態で配置されている。
このようなエキシマランプ40においては、外部電極54は、1つの網目の間隙に排気管残部44が貫通されることによって位置決めされている。また、例えば凹状反射面を有するランプ支持体を備えた装置において、当該ランプ支持体によって支持される場合においては、当該凹状反射面により、直接または導電体を介して外部電極54が発光管41の外表面に押し当てられた状態とされることによっても位置決めがなされる。
【0004】
このような簡便な構造のエキシマランプを小型化することを検討したところ、以下のような問題が生じることが明らかとなった。
発光管が石英ガラスで構成されており、また当該発光管に外部電極を押し当てる、例えば凹状反射面または導電体などの部材(以下、「押し当て部材」ともいう。)が金属で構成されていることから、エキシマランプの点灯時においては、発光管および押し当て部材は共に加熱されて熱膨張することとなる。しかしながら、発光管を構成する石英ガラスと、押し当て部材を構成する金属とが熱膨張係数が異なるものであるため、この熱膨張係数の違いに起因して、エキシマランプが点灯と消灯を繰り返すことに伴って加熱と冷却が繰り返されることにより、外部電極を構成する電極形成部材に発光管の長手方向(管軸方向)に対する位置ずれが生じることがある。
このような外部電極を構成する電極形成部材の位置ずれは、エキシマランプが極めて長尺なものである場合には軽微な問題である。しかしながら、短尺化が図られたエキシマランプは、長尺なエキシマランプに比して有効照射領域が小さいため、電極形成部材に位置ずれが生じることによって放電領域が小さくなって有効照射領域が小さくなることは大きな問題となる。
【0005】
而して、外部電極を構成する電極形成部材の位置ずれの発生を防止するために、電極形成部材の端部を発光管に固定することを検討したが、封止部に固定する場合および発光部に固定する場合のいずれの場合においても弊害が生じる、という問題がある。
具体的には、電極形成部材の端部を封止部に固定する場合には、封止部において、電極形成部材と外部リードとが接近した状態となるため、電極形成部材と外部リードとが短絡、すなわち外部電極と外部リードとが短絡するおそれがある、という問題がある。
一方、電極形成部材の端部を発光管における発光部に固定する場合には、例えば発光管の発光空間包囲部分の外表面に位置する電極形成部材の両端部に、金属素線を巻付けることなどによって固定がなされる。そのため、金属素線が巻付けられた電極形成部材の端部領域においては、放電を生じさせることはできるものの、放電によって生じた光が遮光されてしまうため、有効照射領域が小さくなってしまう、という問題がある。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明のエキシマランプの構成の一例の概略を示す説明用斜視図であり、
図2は、
図1のエキシマランプにおける、
図1の上下方向の断面を示す説明用断面図であり、
図3は、
図2のエキシマランプにおける、
図2の紙面に垂直な方向の断面を示す説明用断面図である。
このエキシマランプ10は、石英ガラスよりなり、円管状の発光部12と、当該発光部12の両端の各々に連設された一対の封止部13,16を有する発光管11を備えてなる棒状のものである。この発光部12は、直管状の発光空間包囲部分12Aと、この発光空間包囲部分12Aの両端の各々に連続する縮径部分12B,12Cとを有しており、この縮径部分12B,12Cには封止部13,16が連続している。また、発光空間包囲部分12Aの外表面には、排気管残部(チップ管)19が形成されている。
発光管11の内部には、発光ガスが充填されていると共に、内部電極20が管軸方向に伸びるように配置されている。また、発光管11の外表面には、管軸方向に伸びるように外部電極30が配置されている。
そして、発光管11において、一対の封止部は、各々、ピンチシール法によって形成された扁平状の形状を有するものである。一方(
図1〜
図3における左方)の封止部(以下、「第1封止部」ともいう。)13には、当該第1封止部13の外端部における外端面14Aから外方に突出して伸びる、例えばモリブデンからなる外部リード29が設けられている。また、他方(
図1〜
図3における右方)の封止部(以下、「第2封止部」ともいう。)16には、外部リードが設けられていない。
この図の例において、第1封止部13は、例えばモリブデンからなる金属箔28が気密に埋設されてなる箔シール構造を有している。
【0013】
発光管11において、外部リードが設けられていない第2封止部16の外端部の幅W2は、発光部12の発光空間包囲部分12Aの外径よりも大きいことが好ましい。
この図の例において、第1封止部13は、第2封止部16と同様に、外端部の幅W1が発光空間包囲部分12Aの外径よりも大きいものとされている。
【0014】
内部電極20は、例えばタングステンなどの耐熱性を有する金属よりなり、素線がコイル状に巻回されてなるコイル状部分21と、当該コイル状部分21の両端に設けられた直線状部分22A,22Bとを有するコイル状の電極(以下、「コイル状電極」ともいう。)からなるものである。
この内部電極20は、発光管11の内部において、発光管11の中心軸(管軸)上に位置するように配置されている。すなわち、内部電極20は、当該内部電極20を構成するコイル状電極の中心軸が発光管11の中心軸(管軸)と一致するように、発光管11の中心軸に沿って伸びるよう配置されている。
【0015】
また、内部電極20は、一方の直線状部分22Aの一端(
図1〜
図3における左方)が第1封止部13内に伸びていると共に、他方の直線状部分22Bの他端(
図1および
図2における右端)が第2封止部16内に伸びており、これにより、コイル状部分21が発光管11の内部空間に位置された状態で支持されている。
そして、第1封止部13内に伸びる直線状部分22Aの一端は、当該第1封止部13内に埋設された金属箔28に接続されている。また金属箔28には、その一端(
図1〜
図3における左端)に外部リード29が接続されている。このようにして、内部電極20は、金属箔28を介して外部リード29と電気的に接続されている。
【0016】
外部電極30は、例えば導電体材料よりなり、筒状の形態を有する網状の外部電極形成部材(以下、「メッシュ状電極部材」ともいう。)からなるものである。
この外部電極30を構成するメッシュ状電極部材は、発光管11の外表面に密接した状態で発光空間包囲部分12A、縮径部分12Cおよび第2封止部16の外周面の全域にわたって管軸方向に伸びるように配設されている。また、メッシュ状電極部材は、当該メッシュ状電極部材と外部リード29との短絡、すなわち外部電極30と外部リード29との短絡を防止する観点から、外部リード29が設けられている第1封止部13の外表面には配設されていない。
このように、メッシュ状電極部材は、他端部分32が第2封止部16の外表面に位置されており、また、一端部分31が発光部12の発光空間包囲部分12Aに位置されている。
この図の例において、メッシュ状電極部材は、一端部分31に係る一端(
図1〜
図3における左端)が発光部12の発光空間包囲部分12Aの第1封止部13側の端部に位置されており、他端部分32に係る他端(
図1〜
図3における右端)が第2封止部16の外端面17Aに位置されている。また、このメッシュ状電極部材によって構成される外部電極30は接地されている。
【0017】
また、エキシマランプ10においては、メッシュ状電極部材は、発光管11の管壁および発光管11の内部空間を介して内部電極20のコイル状部分21と対向する部分(以下、「対向部分」ともいう。)において、コイル状部分21との間にエキシマ放電が生じるものである。
【0018】
そして、メッシュ状電極部材の他端部分32は、第2封止部16の外端部に係合されることによって発光管11に固定されている。
具体的には、メッシュ状電極部材の他端部分32が、第2封止部16の外端面17Aに係る稜18に係合されることにより、当該メッシュ状電極部材が、他端部分32において発光管11に固定されている。
ここに、「封止部の外端面に係る稜」とは、封止部の外端面と、当該外端面に連続する封止部の周面とにより形成される稜である。
この図の例において、第2封止部16の外端面17Aに係る稜18は、第2封止部16の外端面17Aと、当該外端面17Aに連続する側面17B,17C,17D,17Eによって構成される第2封止部16の周面とにより形成されている。また、稜18においては、当該稜18の全域にわたってメッシュ状電極部材が係合された状態とされている。
【0019】
また、メッシュ状電極部材は、当該メッシュ状電極部材を発光管11に確実に固定するために、他端部分32以外の部分が発光部12に固定されていることが好ましい。
メッシュ状電極部材を発光部12に固定するための手法としては、例えばメッシュ状電極部材を構成する導電体材料と同一の材質などの導電体材料素線(以下、「電極固定用素線」ともいう。)を当該メッシュ状電極部材に接続し、その電極固定用素線を、発光空間包囲部分12Aの外表面に直接的に、あるいはメッシュ状電極部材を介して巻付ける方法が挙げられる。
この電極固定用素線は、メッシュ状電極部材と電気的に接続されており、外部電極形成部材の構成部材とされるものである。
ここに、電極固定用素線は、メッシュ状電極部材と別個のものであってもよく、またはメッシュ状電極部材の構成素線に連続するもの、すなわちメッシュ状電極部材と一体のものであってもよい。
【0020】
電極固定用素線が巻付けられることによって形成される巻付け部35は、
図1〜
図3に示されているように、メッシュ状電極部材の一端部分31に位置されることが好ましい。また、巻付け部35は、発光部12の外表面においては、発光空間包囲部分12Aの第1封止部13側の端部に位置されることが好ましい。
巻付け部35が、メッシュ状電極部材の一端部分31に位置されて、発光空間包囲部分12Aの第1封止部13側の端部に位置されることにより、放電領域Dにおいて、巻付け部35が第1封止部13側の端部に位置されることとなる。そのため、発光管11内でエキシマ放電によって生じた光が巻付け部35によって遮光されることに起因して有効照射領域Iが若干小さくなるものの、光照射面において照度ムラが生じる、という問題が生じることがない。
この図の例においては、放電領域Dは、外部電極30を構成する巻付け部35およびメッシュ状電極部材の対向部分と、内部電極20を構成するコイル状電極のコイル状部分21とが対向している領域によって形成されている。
【0021】
発光管11の内部に封入される発光ガスとしては、例えばキセノンガス(Xe)、アルゴンガス(Ar)、クリプトンガス(Kr)などのエキシマ放電によってエキシマ分子を形成する放電媒質としての作用を有する希ガスが用いられる。
また、放電媒質としては、希ガスと共に必要に応じて、フッ素ガス(F)、塩素ガス(Cl)、沃素ガス(I)および臭素ガス(Br)などのハロゲンガスが用いられる。
【0022】
このような構成のエキシマランプ10の仕様の一例としては、発光管11は、全長が170mmであり、また発光管11における発光部12は、発光空間包囲部分12Aの外径が16mmおよび発光空間包囲部分12Aの内径が14mmである。
発光管11における第1封止部13は、管軸方向の長さが15mmであり、外端部の幅W1が17mmである。
発光管11における第2封止部16は、管軸方向の長さが15mmであり、外端部の幅W2が17mmである。
また、内部電極20を構成するコイル状電極は、素線径が0.3mm、コイル状部分21の外径(コイル外径)が1.4mm、コイルピッチが1.8mmおよびコイル状部分21の長さが115mmである。
そして、放電領域Dは、発光管11の管軸方向の長さが115mmとされ、有効照射領域Iは、発光管11の管軸方向の長さが113mmとされる。
また、発光管11の内部空間には放電媒質としてキセノンガスが20kPaの圧力で封入され、また内部電極20と外部電極30との間には、動作周波数70kHz、出力電圧3.5kVの条件で交流電力が供給される。
【0023】
このエキシマランプ10においては、内部電極20に対して、外部リード29および金属箔28を介して高周波交流電源から高周波交流電力が供給されることにより、この内部電極20と、接地されている外部電極30との電位差が周期的に生じることによって発光管11の内部空間においてエキシマ放電が生じる。そして、エキシマ放電によってエキシマ分子が形成され、そのエキシマ分子から放出される光が発光管11を透過し、外部電極30を構成するメッシュ状電極部材の網目の間隙を介して放射される。
【0024】
而して、エキシマランプ10においては、外部電極30を構成するメッシュ状電極部材が、一端部分31および他端部分32において発光管11に固定されていることから、例えばメッシュ状電極部材が発光管11を構成する石英ガラスと異なる熱膨張係数の材質の部材によって発光管11の外表面に押し当てられた状態とされる使用条件で用いた場合であっても、メッシュ状電極部材に発光管11の長手方向(管軸方向)に対する位置ずれが生じることがなく、外部電極30が発光管11に固定された状態とされる。従って、いかなる使用条件においても、放電領域Dが小さくなることがない。
しかも、メッシュ状電極部材は、他端部分32が、外部リードが設けられていない第2封止部16の外端部に係合されることによって発光管11に固定され、また一端部分31が、発光空間包囲部分12Aの第1封止部13側の端部に巻付け部35が形成されることによって固定されていることから、メッシュ状電極部材と第1封止部13に設けられている外部リード29とが短絡することがない。また、放電領域Dにおいて、エキシマ放電によって生じた光が、第1封止部13側の端部では巻付け部35によって遮光されてしまうものの、第2封止部16側の端部では遮光されることがないため、
図4に示されているような発光管の発光空間包囲部分の外表面に位置するメッシュ状電極部材の両端部に、巻付け部が形成されて固定がなされ、放電領域の両端部で遮光が生じる場合に比して、有効照射領域Iが大きなものとなる。すなわち、外部電極30を構成するメッシュ状電極部材が発光管11に固定されることに起因して有効照射領域Iが小さくなることを抑制することができる。
このように、エキシマランプ10においては、外部電極30と外部リード29との短絡を防止すると共に有効照射領域Iが小さくなることを抑制しつつ、外部電極30を発光管11に固定された状態とし、外部電極30を構成するメッシュ状電極部材に発光管11の長手方向(管軸方向)に対する位置ずれが生じることに起因して放電領域Dが小さくなることを防止することができる。そのため、管状の発光管11の内部に配置された内部電極20と、当該発光管11の外表面に配置された外部電極30とを備えてなる簡便な構成において、点灯と消灯を繰り返すことに起因して放電領域Dが減少し、それに伴って有効照射領域Iが減少するという弊害を伴わずにランプを長手方向において短尺化し、小型化を図ることができる。
従って、本発明によれば、簡便な構造を有する小型のエキシマランプを得ることができる。
【0025】
本発明においては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、発光管は、
図1〜
図3に示したように一対の封止部の両方がピンチシール法によって形成されてなる構成のものの他、下記の(1)〜(3)のいずれの構成を有するものであってもよい。
下記の(1)〜(3)の構成のエキシマランプにおいては、一方の封止部および他方の封止部の少なくとも一方がシュリンクシール法によって形成されてなるものであることから、発光空間包囲部分の外表面に排気管残部を形成することなく封止部を形成することができるため、当該発光空間包囲部分の外表面に配置される外部電極と、発光管の内部に配置される内部電極との間の離間距離(放電距離)を発光管の管軸方向において均一にすることができる。よって、得られるエキシマランプにおいては、発光管の管軸方向において均一な照度分布を得ることができる。
【0026】
(1)一対の封止部のうちの外部リードが設けられる封止部がピンチシール法によって形成され、外部リードが設けられない封止部がシュリンクシール法によって形成されてなる構成
(2)一対の封止部のうちの外部リードが設けられる封止部がシュリンクシール法によって形成され、外部リードが設けられない封止部がピンチシール法によって形成されてなる構成
(3)一対の封止部の両方がシュリンクシール法によって形成されてなる構成
【0027】
ここに、発光管において、一対の封止部として、ピンチシール法によって形成された封止部と、シュリンクシール法によって形成された封止部とを有する構成のエキシマランプは、ピンチシール法によって扁平状の封止部を形成した後、シュリンク
シール法によって円柱状の封止部を形成する封止部形成工程を経ることによって製造することができる。
このような封止部形成工程を経る製造方法によれば、発光管形成材料の端部を排気管として利用することができるため、発光管における両方の封止部をシュリンク
シール法によって形成する場合と同様に、発光管に排気管残部(チップ管)を形成することなく、エキシマランプを得ることができる。
ここに、封止部形成工程においては、例えば、先ず、発光管形成用材料(以下、「石英ガラス管」ともいう。)と共に、内部電極とされる電極材料および外部リードを備えてなる電極組立体を用意する。そして、石英ガラス管内における所望の位置に電極組立体を配置し、当該石英ガラス管の一方の端部を溶融状態にして圧潰することにより、ピンチシール法によって扁平状の封止部を形成する。
次いで、一方の端部に扁平状の封止部が形成された石英ガラス管の内部に他方の端部を介して発光ガスを充填する。そして、発光ガスが充填された状態において、石英ガラス管の他方の端部の外周をバーナーなどで加熱し、当該他方の端部を構成する石英ガラスを軟化状態にして縮径させることにより、シュリンクシール法によって円柱状の封止部を形成する。
【0028】
また、内部電極は、一方の端部が一対の封止部の一方の封止部内に伸び、発光管の内部に管軸方向に伸びるように配設することのできるものであればよく、
図1〜
図3に示したコイル状の電極の他、例えば棒状の電極などの種々の形状のものを用いることができる。
また、外部リードが設けられる封止部は、
図1〜
図3に示したように箔シール構造を有するものであってもよく、あるいは発光管を内部電極および外部リードに直接溶着することにより当該発光管の気密封止を達成するロッドシール構造を有するものであってもよい。