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JP7634922B2 - Excimer lamp, method for lighting an excimer lamp, and method for manufacturing an excimer lamp - Google Patents
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JP7634922B2 - Excimer lamp, method for lighting an excimer lamp, and method for manufacturing an excimer lamp - Google Patents

Excimer lamp, method for lighting an excimer lamp, and method for manufacturing an excimer lamp Download PDF

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Description

本発明は、エキシマランプに関し、特に、放電空間の構成に関する。 The present invention relates to an excimer lamp, and in particular to the configuration of the discharge space.

エキシマランプでは、二重管構造ランプが知られている(特許文献1参照)。そこでは、箔状の内側電極を被覆する誘電体を放電管内に配置し、放電管の外表面に設けられた外側電極と内側電極との間に電圧を印加する。これによって、誘電体と放電管との間に形成された放電空間から紫外線などのエキシマ光が放射される。 A double-tube structure lamp is known among excimer lamps (see Patent Document 1). In this lamp, a dielectric covering a foil-shaped inner electrode is placed inside the discharge tube, and a voltage is applied between the outer electrode and inner electrode provided on the outer surface of the discharge tube. This causes excimer light such as ultraviolet light to be emitted from the discharge space formed between the dielectric and the discharge tube.

また、高出力のエキシマランプを確実に点灯するため、放電開始電圧よりも低い電圧で放電する始動補助機能を備えたエキシマランプが知られている(特許文献2参照)。そこでは、二重管構造ランプの内側管内に、始動電圧の低いガスを封入した始動補助用の放電空間が、ランプ軸方向に沿って形成されている。始動補助用の放電空間から放射された紫外光が主放電空間のガスに照射することで、主放電空間での放電が生じる。 In addition, to ensure that high-output excimer lamps are lit, an excimer lamp is known that is equipped with a start-up assistance function that discharges at a voltage lower than the discharge start voltage (see Patent Document 2). In this lamp, a start-up assistance discharge space filled with a gas with a low starting voltage is formed along the lamp axis direction within the inner tube of the double-tube structure lamp. Ultraviolet light emitted from the start-up assistance discharge space irradiates the gas in the main discharge space, causing a discharge in the main discharge space.

特開2012-38658号公報JP 2012-38658 A 特開2017-4702号公報JP 2017-4702 A

始動補助用の放電空間が内側管全体に渡って形成するランプ構成の場合、主放電空間と始動補助用放電空間が同心円状に形成されるため、放電管サイズなどに制限が生じる。その結果、例えば、ジャケット管内へエキシマランプを、僅かな隙間間隔で管内配置することが困難になる恐れがある。 In the case of a lamp configuration in which the starting-assistance discharge space is formed over the entire inner tube, the main discharge space and the starting-assistance discharge space are formed concentrically, which places limitations on the size of the discharge tube. As a result, for example, it may be difficult to place an excimer lamp inside the jacket tube with only a small gap between them.

したがって、ランプの点灯始動性を高めながら、様々な使用環境に適応可能なエキシマランプを提供することが求められる。 Therefore, there is a need to provide an excimer lamp that can be adapted to a variety of usage environments while improving the lamp's lighting startability.

本発明の一態様であるエキシマランプは、ランプ軸方向に沿って配設された箔状電極を覆う誘電体と、誘電体と溶着して主放電空間を形成する放電容器とを備え、誘電体が、放電容器の端部から延伸した延伸部を有する。そして、延伸部において、箔状電極が、誘電体の内側に補助放電空間が形成されるように、誘電体と部分的に封着している。ここで、「封着」とは、箔状電極が封止(密閉)されるように誘電体と溶着することを示す。 The excimer lamp according to one aspect of the present invention comprises a dielectric covering a foil electrode arranged along the lamp axis direction, and a discharge vessel that is welded to the dielectric to form a main discharge space, and the dielectric has an extension that extends from an end of the discharge vessel. In the extension, the foil electrode is partially sealed to the dielectric so that an auxiliary discharge space is formed inside the dielectric. Here, "sealed" refers to welding the foil electrode to the dielectric so that it is sealed (hermetically sealed).

補助放電空間は、ランプ軸方向およびランプ周方向の少なくとも一方向に沿って電界強度が異なるように、内側電極の表面と誘電体の内面との間に形成することが可能である。例えば、箔状電極の断面形状、箔状電極と誘電体との封着された部分と補助放電空間との境界付近での空間領域の変化の仕方などによって電界強度を異なるようにすることができる。 The auxiliary discharge space can be formed between the surface of the inner electrode and the inner surface of the dielectric so that the electric field strength varies along at least one of the lamp axial direction and the lamp circumferential direction. For example, the electric field strength can be varied by the cross-sectional shape of the foil electrode, the way in which the spatial region changes near the boundary between the auxiliary discharge space and the sealed portion of the foil electrode and the dielectric, etc.

例えば、箔状電極は、その幅方向に関し、中央部よりも縁部の幅が狭い(ナイフエッジ形状など)に形成することが可能である。この場合、箔状電極の縁部が、補助放電空間において、誘電体の内面から離れるように構成することができ、ランプ周方向に沿って電界強度を相違させることができる。あるいは、箔状電極の縁部は、補助放電空間において、誘電体と封着することも可能であり、上記境界付近においてランプ軸方向に沿った電界強度を相違させることも可能である。 For example, the foil electrode can be formed so that its edge is narrower than its center (e.g., in a knife-edge shape). In this case, the edge of the foil electrode can be configured to be separated from the inner surface of the dielectric in the auxiliary discharge space, making it possible to vary the electric field strength along the circumferential direction of the lamp. Alternatively, the edge of the foil electrode can be sealed to the dielectric in the auxiliary discharge space, making it possible to vary the electric field strength along the lamp axial direction near the boundary.

箔状電極は単体で構成することも可能であり、複数の箔状電極で構成することも可能である。例えば、箔状電極は、放電容器の内側に配設された第1電極部と、第1箔状電極部と給電線などで電気的に接続し、延伸部の内側に配設された第2電極部で構成することができる。 The foil electrode can be constructed as a single unit, or as multiple foil electrodes. For example, the foil electrode can be constructed as a first electrode portion disposed inside the discharge vessel, and a second electrode portion electrically connected to the first foil electrode portion by a power supply line or the like and disposed inside the extension portion.

放電容器の構成としては、例えば、誘電体の先端部の先端位置が、放電容器の先端に設けられた小径部に入り込み、箔状電極のランプ軸に沿った先端位置が、小径部より後端側にあるように構成することができる。 The discharge vessel can be configured, for example, so that the tip of the dielectric fits into a small diameter portion provided at the tip of the discharge vessel, and the tip of the foil electrode along the lamp axis is located rearward of the small diameter portion.

補助放電空間は、箔状電極の幅方向に沿った誘電体と箔状電極との距離間隔が、中央部よりも縁部側の方が短くなるように、形成することが可能である。また、補助放電空間が、箔状電極の長さ方向に沿った誘電体と箔状電極との距離間隔が、中央部よりも端部側の方が短くなるように、形成することができる。 The auxiliary discharge space can be formed so that the distance between the dielectric and the foil electrode along the width direction of the foil electrode is shorter on the edge side than in the center. Also, the auxiliary discharge space can be formed so that the distance between the dielectric and the foil electrode along the length direction of the foil electrode is shorter on the end side than in the center.

本発明の一態様であるエキシマランプの点灯方法は、内側管の拡径部から外側管の外部へ延伸した延伸部において、内側電極の表面と内側管の内面との間に補助放電空間を形成し、補助放電空間からランプ軸方向に向けて放射された光の一部を、内側管の主放電空間側の先端部および拡径部を通じて、主放電空間に照射する。 In one aspect of the present invention, a method for lighting an excimer lamp involves forming an auxiliary discharge space between the surface of the inner electrode and the inner surface of the inner tube in an extension extending from the enlarged diameter portion of the inner tube to the outside of the outer tube, and irradiating a portion of the light emitted from the auxiliary discharge space in the lamp axial direction to the main discharge space through the tip of the inner tube on the main discharge space side and the enlarged diameter portion.

本発明の一態様であるエキシマランプの製造方法は、内側管となるガラス管内に、箔状の内側電極を挿入する工程と、内側管内を、減圧状態にして封止する、または、内側管内に希ガスを大気圧以下で封入する工程と、内側管内の管軸方向に沿って少なくとも一部に補助放電空間が形成されるように、内側管を加熱、縮径し、内側管を内側電極と部分的に溶着させる工程と、放電管となるガラス管内に内側管を挿入し、内側管の一部が放電管から延伸するように外側管を内側管と溶着させる工程とを含む。 The manufacturing method of an excimer lamp according to one aspect of the present invention includes the steps of inserting a foil-shaped inner electrode into a glass tube that will become the inner tube, sealing the inner tube by reducing the pressure inside the inner tube or sealing a rare gas in the inner tube at atmospheric pressure or less, heating and reducing the diameter of the inner tube to partially fuse the inner tube to the inner electrode so that an auxiliary discharge space is formed at least partially along the axial direction of the inner tube, and inserting the inner tube into the glass tube that will become the discharge tube and fusing the outer tube to the inner tube so that a portion of the inner tube extends from the discharge tube.

本発明によれば、ランプの点灯始動性を高めながら、様々な使用環境に適応可能なエキシマランプを提供することができる。 The present invention provides an excimer lamp that can be adapted to a variety of usage environments while improving the lamp's lighting startability.

本実施形態であるエキシマランプの側面側から見た概略的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of the excimer lamp of the present embodiment as viewed from the side. 本実施形態であるエキシマランプの軸方向側から見た概略的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an excimer lamp according to an embodiment of the present invention, as viewed from the axial direction. 本実施形態のエキシマランプの側面側から見た概略的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of the excimer lamp of the present embodiment as viewed from the side.

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。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態であるエキシマランプの側面側から見た概略的断面図である。図1は、本実施形態であるエキシマランプの軸方向側から見た概略的断面図である。図2は、図1のラインB-Bに沿った断面図に相当する。また、図1の断面図は、図2のランプ中心軸を通るラインに沿った断面図に相当する。 Figure 1 is a schematic cross-sectional view of an excimer lamp according to this embodiment as viewed from the side. Figure 1 is a schematic cross-sectional view of an excimer lamp according to this embodiment as viewed from the axial direction. Figure 2 corresponds to a cross-sectional view taken along line B-B in Figure 1. The cross-sectional view in Figure 1 corresponds to a cross-sectional view taken along a line passing through the central axis of the lamp in Figure 2.

エキシマランプ10は、石英ガラスなどの誘電材料から成る断面略円筒状の外側管20と内側管50とにより形成された放電容器10Tを備える。管径方向(以下、ランプ径方向ともいう)に沿った幅を有する帯状に延びる箔状電極(以下、内側電極という)30が、管軸(以下、ランプ軸ともいう)Cに沿った柱状の誘電体(以下では、内側管という)50に被覆されている。内側電極30は、外側管20と内側管50との間に形成された環状の放電空間(以下、主放電空間という)S1に露出していない。内側管50は、ここでは断面が略円状に形成されている。 The excimer lamp 10 includes a discharge vessel 10T formed by an outer tube 20 and an inner tube 50, both of which are made of a dielectric material such as quartz glass and have a substantially cylindrical cross section. A foil electrode (hereinafter referred to as the inner electrode) 30 extending in a strip shape having a width along the tube radial direction (hereinafter also referred to as the lamp radial direction) is covered by a columnar dielectric (hereinafter referred to as the inner tube) 50 along the tube axis (hereinafter also referred to as the lamp axis) C. The inner electrode 30 is not exposed to the annular discharge space (hereinafter referred to as the main discharge space) S1 formed between the outer tube 20 and the inner tube 50. Here, the inner tube 50 is formed to have a substantially circular cross section.

エキシマランプ10は、ランプ軸Cに沿って放電容器10T(外側管20)の端部20T2を超えて延びた外側管20に覆われていない部分(以下、延伸部という)52有し、その端部50T2の内部を給電線70が貫通している。ただし、内側管50とは異なる別部材を溶着することで延伸部52を構成してもよい。ランプ製造の過程で形成される小径部22は、ランプ軸Cに沿って、放電容器10T(外側管20)からランプ先端側に向けて突出している。 The excimer lamp 10 has a portion (hereinafter referred to as an extension portion) 52 that is not covered by the outer tube 20 and extends beyond the end 20T2 of the discharge vessel 10T (outer tube 20) along the lamp axis C, and the power supply line 70 passes through the inside of the end 50T2. However, the extension portion 52 may be formed by welding a separate member different from the inner tube 50. The small diameter portion 22 formed during the lamp manufacturing process protrudes from the discharge vessel 10T (outer tube 20) toward the lamp tip along the lamp axis C.

小径部22の径は、放電容器10Tの径、すなわちランプ軸方向範囲の一部の区間であって、外側電極40が配設されたランプ軸方向に沿った範囲(ここでは、軸方向配設範囲という)の径よりもが小さい。ここでは、外側管20の先端側を加熱変形して縮径し、外側管20よりも小径のチップ管を溶着させることによって、小径部22が放電容器10Tに対して一体的に成形されている。なお、ランプ製造に用いるチップ管を小径部とは別の位置に設けてもよい。 The diameter of the small diameter portion 22 is smaller than the diameter of the discharge vessel 10T, i.e., a portion of the lamp axial range, and is smaller than the diameter of the range along the lamp axial direction in which the outer electrode 40 is disposed (herein referred to as the axial arrangement range). Here, the tip side of the outer tube 20 is heated and deformed to reduce its diameter, and a tip tube with a smaller diameter than the outer tube 20 is welded to form the small diameter portion 22 integrally with the discharge vessel 10T. Note that the tip tube used in lamp manufacturing may be provided in a position separate from the small diameter portion.

本実施形態では、内側管50の端部50T1は、小径部22に入り込み、内側管50の端部50T1が小径部22と接触する。そのため、内側管50は、外側管20内で安定して同軸状に保持される。また、内側管50の端部50T1の外面は、先細くなる凸状曲面を有し、小径部22の内面は先細くなる凹状曲面を有する。 In this embodiment, the end 50T1 of the inner tube 50 enters the small diameter portion 22 and contacts the small diameter portion 22. Therefore, the inner tube 50 is stably held coaxially within the outer tube 20. In addition, the outer surface of the end 50T1 of the inner tube 50 has a tapered convex curved surface, and the inner surface of the small diameter portion 22 has a tapered concave curved surface.

これによって、それぞれの加熱成形による寸法誤差に対しても破損させないように、安定して同軸状に保持することができる。このような嵌合状態を形成する一方、内側電極30の先端部30T1のランプ軸Cに沿った位置は、小径部22の内部空間にまで入り込むことなく、小径部22よりも後端(放電容器中央)側にある。 This allows them to be stably held coaxially without damage even in the event of dimensional errors caused by the respective heat forming processes. While forming such a fitted state, the position of the tip 30T1 of the inner electrode 30 along the lamp axis C is located toward the rear end (center of the discharge vessel) of the small diameter portion 22, without penetrating into the internal space of the small diameter portion 22.

外側管20の外表面20Sには、電極(以下、外側電極という)40が配設されている。外側電極40は、ここでは、導電性の金属からなる線状の電極部を外側管20の表面に沿って巻き付けて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離間して巻かれて配置されている。 An electrode (hereinafter referred to as the outer electrode) 40 is disposed on the outer surface 20S of the outer tube 20. The outer electrode 40 is configured in this case by winding a linear electrode portion made of a conductive metal along the surface of the outer tube 20, and is wound in a spiral shape along the tube axis C at a predetermined interval.

外側電極40の軸方向配設範囲Lは、外側管20の先細くなる両端部20T1、20T2間の内径一定部分である(以下、筒状部という)20T0に定められている。内側電極30の軸方向長さは、ここでは外側電極40の軸方向配設範囲Lに対応している。内側電極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、電力が給電線70を介してエキシマランプ10に供給される。 The axial arrangement range L of the outer electrode 40 is determined to be 20T0, which is a constant inner diameter portion between the tapered ends 20T1 and 20T2 of the outer tube 20 (hereinafter referred to as the cylindrical portion). The axial length of the inner electrode 30 corresponds to the axial arrangement range L of the outer electrode 40. The power supply line 70 connected to the end of the inner electrode 30 is connected to an externally installed power supply unit (not shown), and power is supplied to the excimer lamp 10 via the power supply line 70.

高周波(例えば、数kHz~数十MHzの範囲)高電圧(例えば、数kV~十数kVの範囲)が内側電極、外側電極に印加されることにより、エキシマ光が放電空間S1から放射される。ここでは紫外線(例えば、波長172nm)が放電容器外へ放射される。したがって、エキシマランプ10は、オゾン発生による除菌、消臭などを行うオゾン発生装置へ適用することが可能であり、また、対象物に紫外線を直接照射する紫外線照射装置にも適用することができる。 By applying a high frequency (e.g., in the range of several kHz to several tens of MHz) and a high voltage (e.g., in the range of several kV to several tens of kV) to the inner electrode and the outer electrode, excimer light is emitted from the discharge space S1. Here, ultraviolet light (e.g., wavelength 172 nm) is emitted outside the discharge vessel. Therefore, the excimer lamp 10 can be used in an ozone generator that generates ozone to sterilize and deodorize, and can also be used in an ultraviolet irradiation device that directly irradiates an object with ultraviolet light.

延伸部52には、点灯始動補助用の放電空間(以下、補助放電空間という)S2が形成されている。図1に示すように、内側管50の延伸部52のランプ軸Cに沿った一部が、内側電極30の周方向回り全体に渡って部分的に溶着(封着)しない。その一方、内側電極30の軸方向両端部30T1、30T2側では、その全周に渡って内側管50と封着している。これによって、補助放電空間S2が形成される。 A discharge space S2 for assisting in starting the lamp (hereinafter referred to as the auxiliary discharge space) is formed in the extension 52. As shown in FIG. 1, a portion of the extension 52 of the inner tube 50 along the lamp axis C is not partially welded (sealed) all around the circumferential direction of the inner electrode 30. On the other hand, both axial ends 30T1 and 30T2 of the inner electrode 30 are sealed to the inner tube 50 all around. This forms the auxiliary discharge space S2.

ここでは、補助放電空間S2のランプ軸Cに沿った範囲(補助放電空間範囲)Mが、外側電極40の軸方向配設範囲Lに対応する内側電極30の軸方向配設範囲外の区間となるように、定められている。すなわち、外側電極40の軸方向配設範囲Lでは、内側電極30の両端部30T1、30T2の範囲において、内側電極30は、内側管50に周方向周り全体で封着されている。それに対し、内側管50の延伸部52の中間部分では、内側電極30の外周面全体が露出し、それを囲むように補助放電空間S2が形成されている。また、補助放電空間範囲Mでは、他の範囲と比較して内側管50の外径が大きい。 Here, the range M (auxiliary discharge space range) of the auxiliary discharge space S2 along the lamp axis C is determined to be a section outside the axial arrangement range of the inner electrode 30 corresponding to the axial arrangement range L of the outer electrode 40. That is, in the axial arrangement range L of the outer electrode 40, in the ranges of both ends 30T1, 30T2 of the inner electrode 30, the inner electrode 30 is sealed to the inner tube 50 around the entire circumferential direction. In contrast, in the middle part of the extension 52 of the inner tube 50, the entire outer peripheral surface of the inner electrode 30 is exposed, and the auxiliary discharge space S2 is formed to surround it. In addition, in the auxiliary discharge space range M, the outer diameter of the inner tube 50 is larger than in other ranges.

また、内側電極30が補助放電空間S2に露出した内表面の両端部(補助放電空間範囲Mの両端部)ST1、ST2では、内側電極30と内側管50との距離間隔が徐々に短くなり、放電空間領域が内側管50の両端50T1、50T2側に向けて空間領域が狭まっている。そして、内側管50の内表面と内側電極30の外表面との距離間隔が徐々に小さくなりながら、内側電極30が内側管50と封着している。内側管50の外径も同様に徐々に小さくなり、外表面は滑らかな曲面を形成している。 At both ends ST1, ST2 of the inner surface of the inner electrode 30 exposed to the auxiliary discharge space S2 (both ends of the auxiliary discharge space range M), the distance between the inner electrode 30 and the inner tube 50 gradually decreases, and the discharge space area narrows toward both ends 50T1, 50T2 of the inner tube 50. The inner electrode 30 is sealed to the inner tube 50 while the distance between the inner surface of the inner tube 50 and the outer surface of the inner electrode 30 gradually decreases. The outer diameter of the inner tube 50 also gradually decreases, and the outer surface forms a smoothly curved surface.

補助放電空間S2の空間形状は、ランプ(補助放電空間範囲M)中央部ほど径方向断面領域が広く、放電容器10Tの両端の小径部22、延伸部52側に近づくほど空間領域が狭まっている。したがって、補助放電空間S2のランプ軸Cに沿った中央部分における内側管50の外周面と内側管50の内周面とのランプ径方向に沿った距離間隔L1は、内側管50が補助放電空間S2に露出した内表面の両端部ST1、ST2における距離間隔L2よりも長い。 The spatial shape of the auxiliary discharge space S2 has a wider radial cross-sectional area toward the center of the lamp (auxiliary discharge space range M), and the spatial area narrows toward the small diameter portion 22 and the extension portion 52 at both ends of the discharge vessel 10T. Therefore, the distance L1 along the lamp diameter direction between the outer peripheral surface of the inner tube 50 and the inner peripheral surface of the inner tube 50 in the central portion along the lamp axis C of the auxiliary discharge space S2 is longer than the distance L2 at both ends ST1, ST2 of the inner surface of the inner tube 50 exposed to the auxiliary discharge space S2.

また、箔状の内側電極30の両縁部30T3、30T4は、ナイフエッジ形状であり、内側電極30は幅方向の中心から縁(端部)に向けて先鋭化し、その厚さは幅方向の中心部の厚さに比べて薄くなり、両縁部30T3、30T4は尖っている。 In addition, both edges 30T3, 30T4 of the foil-like inner electrode 30 are knife-edge shaped, and the inner electrode 30 becomes sharp from the center in the width direction toward the edge (end), and its thickness becomes thinner than the thickness at the center in the width direction, and both edges 30T3, 30T4 are sharp.

そのため、補助放電空間S2は、内側電極30の幅方向(ランプ径方向)の中央部ほど径方向断面領域が広くなっている(図2参照)。したがって、そのランプ径方向に沿った内側電極30の内表面と内側管50の外表面との離間距離の長さは、内側電極30の両縁部30T3、30T4付近における幅方向に沿った離間距離の長さT2(図1のL1に相当する)よりも、中心部(ランプ中心軸)付近における厚さ方向に沿った離間距離の長さT1の方が長く、内側電極30の両縁部30T3、30T4に向けて狭まっている。 Therefore, the auxiliary discharge space S2 has a wider radial cross-sectional area toward the center in the width direction (lamp radial direction) of the inner electrode 30 (see FIG. 2). Therefore, the length of the distance between the inner surface of the inner electrode 30 and the outer surface of the inner tube 50 along the lamp radial direction is longer in the thickness direction near the center (lamp central axis) than in the width direction near both edges 30T3 and 30T4 of the inner electrode 30 (corresponding to L1 in FIG. 1). The distance T1 is longer in the thickness direction near the center (lamp central axis).

すなわち、補助放電空間S2(放電空間領域S2A、S2B)は、箔状の内側電極30の表面に沿った長さ方向(ランプ軸方向)の端部30T1、30T2および幅方向(ランプ径方向)の縁部30T3、30T4に向けて、空間領域が狭まっている。 That is, the auxiliary discharge space S2 (discharge space regions S2A, S2B) narrows toward the ends 30T1, 30T2 in the length direction (lamp axis direction) along the surface of the foil-shaped inner electrode 30 and toward the edges 30T3, 30T4 in the width direction (lamp radial direction).

補助放電空間S2は、大気圧より低い減圧状態になっている、あるいは、点灯始動時の電圧を低くする希ガス(大気圧以下)が補助放電空間S2に封入されている。内側電極30と外側電極40との間に高周波高電圧を印加すると、補助放電空間S2が減圧状態にあるため、主放電空間S1よりも低い点灯始動電圧によって、補助放電空間S2において先に放電が生じる。そして、補助放電空間S2からランプ軸方向に向けて放射された光(ここでは紫外線)の一部が、内側管50を通じて主放電空間S1に照射される。 The auxiliary discharge space S2 is in a reduced pressure state lower than atmospheric pressure, or a rare gas (lower than atmospheric pressure) that lowers the voltage at the start of lighting is enclosed in the auxiliary discharge space S2. When a high-frequency high voltage is applied between the inner electrode 30 and the outer electrode 40, a discharge occurs first in the auxiliary discharge space S2 due to the reduced pressure state of the auxiliary discharge space S2, with a lighting start voltage lower than that of the main discharge space S1. Then, a portion of the light (ultraviolet light in this case) emitted from the auxiliary discharge space S2 in the lamp axial direction is irradiated to the main discharge space S1 through the inner tube 50.

また、内側電極30の両端部30T1、30T2の間の大部分は内側管50に埋設した状態で接し、内側電極30の両縁部30T3、30T4の一部が補助放電空間S2に露出することで、減圧状態とした補助放電空間S2において、電界強度が高い空間領域が形成される。これにより、主放電空間S1よりも低い点灯始動電圧によって、補助放電空間S2に放電を確実に生じさせることができる。また、ランプ点灯中の必要な電力を抑制し、内側電極30(特に、縁部)の放電による消耗を抑制することができる。 Moreover, most of the space between both ends 30T1, 30T2 of the inner electrode 30 is in contact with the inner tube 50 while embedded therein, and parts of both edges 30T3, 30T4 of the inner electrode 30 are exposed to the auxiliary discharge space S2, forming a spatial region with high electric field strength in the auxiliary discharge space S2, which is in a reduced pressure state. This ensures that a discharge occurs in the auxiliary discharge space S2 with a lower lighting start voltage than the main discharge space S1. It also reduces the power required during lamp lighting, and suppresses wear due to discharge on the inner electrode 30 (particularly the edges).

補助放電空間S2で生じた放電からランプ軸方向に向けて放射された光の一部は、内側管50の管壁内(管壁の境界面)での反射を繰り返す、いわゆるファイバー効果によって内側管50の端部50T1側に向けて伝わる。ファイバー効果により伝わった紫外線の一部は、内側管50の拡径部51を通じて、外側管20の端部20T2側から主放電空間S1に照射される。 A portion of the light emitted in the lamp axial direction from the discharge generated in the auxiliary discharge space S2 is repeatedly reflected inside the tube wall of the inner tube 50 (at the boundary surface of the tube wall), and is transmitted toward the end 50T1 of the inner tube 50 due to the so-called fiber effect. A portion of the ultraviolet light transmitted by the fiber effect passes through the expanded diameter portion 51 of the inner tube 50 and is irradiated from the end 20T2 of the outer tube 20 into the main discharge space S1.

また、ランプ軸方向に向けて放射された光の一部は、内側管50の端部50T1が部分的に小径部22に入り込んで接触しているため、内側管50の端部50T1を通じて、外側管20の端部20T1側から主放電空間S1に照射される。これらファイバー効果により伝わった紫外線が主放電空間S1に照射されることにより、主放電空間S1において放電が生じる。このように、内側管50の延伸部52の一部に補助放電空間S2を形成することによって、点灯始動性能が高まる。 In addition, part of the light emitted in the lamp axial direction is irradiated from the end 20T1 of the outer tube 20 through the end 50T1 of the inner tube 50 into the main discharge space S1 from the end 20T1 of the outer tube 20, because the end 50T1 of the inner tube 50 partially enters and contacts the small diameter portion 22. The ultraviolet light transmitted by this fiber effect is irradiated into the main discharge space S1, causing a discharge in the main discharge space S1. In this way, by forming an auxiliary discharge space S2 in part of the extension 52 of the inner tube 50, the lighting start-up performance is improved.

ここでは、補助放電空間S2は、放射光が主放電空間S1に届く程度の微小な放電空間領域として形成されており、内側管50の延伸部52の大部分を占有するようなスペースをもつ放電空間領域として形成されていない。しかしながら、補助放電空間S2が、放電容器10Tの外部でランプ軸方向に沿って隣り合う位置に形成されているため、ランプ点灯中(主放電が生じている間)、内側電極30と外側電極40との間の印加電圧は抑えられる。必要な電力が抑制されることで、ランプ耐久性、ランプ寿命を高めることができる。 Here, the auxiliary discharge space S2 is formed as a minute discharge space region where the radiated light reaches the main discharge space S1, and is not formed as a discharge space region having a space occupying most of the extension portion 52 of the inner tube 50. However, because the auxiliary discharge space S2 is formed in an adjacent position along the lamp axis direction outside the discharge vessel 10T, the voltage applied between the inner electrode 30 and the outer electrode 40 is suppressed while the lamp is lit (while the main discharge is occurring). By suppressing the required power, the lamp durability and lamp life can be improved.

また、補助放電空間S2が内側管50に対して同軸的に形成されるため、補助放電空間S2から主放電空間S1に向けて光が内側管50の端部50T1、50T2の両側から照射される。これにより、主放電空間S1において主放電が安定して生じる。 In addition, since the auxiliary discharge space S2 is formed coaxially with the inner tube 50, light is irradiated from both ends 50T1 and 50T2 of the inner tube 50 from the auxiliary discharge space S2 toward the main discharge space S1. This allows a stable main discharge to occur in the main discharge space S1.

放電容器の外周面に沿った照度分布(配光分布)は、放電容器の形状や、その内部で発生させた放電の位置によって異なる。さらに、放電状態は、電極(陽極と陰極)の位置関係や、内側管や補助放電空間の形状によって定まる電界強度分布に影響を受ける。しかしながら、上述したエキシマランプ10は、従来の2重管構造のエキシマランプの外形や放電状態を変更することがないので、紫外線照射装置やオゾン発生装置において、放電維持電圧や照度分布などのランプ特性や、それに適した電源特性に影響を与えることなく、点灯始動性を高めることができる。 The illuminance distribution (light distribution) along the outer periphery of the discharge vessel varies depending on the shape of the discharge vessel and the position of the discharge generated inside it. Furthermore, the discharge state is affected by the electric field strength distribution determined by the relative positions of the electrodes (anode and cathode) and the shapes of the inner tube and auxiliary discharge space. However, the above-mentioned excimer lamp 10 does not change the outer shape or discharge state of a conventional excimer lamp with a double-tube structure, so it is possible to improve the lighting startability in ultraviolet irradiation devices and ozone generators without affecting lamp characteristics such as discharge maintenance voltage and illuminance distribution or the power supply characteristics suitable for them.

点灯始動性は、エキシマランプに電圧を印加して、放電容器内の放電から所望な放射スペクトルが得られる安定点灯状態に至る確実さ(確率[%])により把握することができる。エキシマランプは、低温状態や暗黒状態や長時間の休止状態後でも、点灯始動性の確実性(100%の信頼性)が必要とされるが、本実施形態においては、大型の点灯用電源や点灯始動補助用光源を用いることなく、確実に安定点灯状態に至らせることができる、すなわち、実質的に100%の点灯始動の確実性をもたせることができる。 Illumination startability can be understood by the certainty (probability [%]) that, when a voltage is applied to an excimer lamp, a stable illumination state in which the desired radiation spectrum is obtained from the discharge in the discharge vessel is reached. Excimer lamps require certainty of illumination startability (100% reliability) even in low temperature conditions, in darkness, or after a long period of inactivity. In this embodiment, however, a stable illumination state can be reliably reached without using a large illumination power supply or a light source for auxiliary illumination start-up, meaning that illumination start-up can be achieved with virtually 100% certainty.

延伸部52における補助放電空間S2の形成空間領域、また、ランプ軸Cに沿った形成区間Mは、適宜調整することが可能である。例えば、内側電極30の両縁部30T3、30T4のみ内側管50と露出しないように溶着させることで、箔状の内側電極30を間にして空間的に隔てられた2つの放電空間領域S2A、S2Bを補助放電空間S2として形成することができる。また、定められた補助放電空間範囲Mに対して内側電極の表面に誘電体をコーティングする(被覆する)ことで、内側電極30の両縁部30T3、30T4を補助放電空間S2に露出しないように構成してもよい。 The formation spatial region of the auxiliary discharge space S2 in the extension portion 52, and the formation section M along the lamp axis C can be adjusted as appropriate. For example, by welding only the two edge portions 30T3, 30T4 of the inner electrode 30 to the inner tube 50 so that they are not exposed, two discharge space regions S2A, S2B spatially separated by the foil-shaped inner electrode 30 can be formed as the auxiliary discharge space S2. In addition, the surface of the inner electrode may be coated (covered) with a dielectric material for the specified auxiliary discharge space range M, so that the two edge portions 30T3, 30T4 of the inner electrode 30 are not exposed to the auxiliary discharge space S2.

このようなエキシマランプ10は、例えば、以下のような製造方法によって製造可能である。 Such an excimer lamp 10 can be manufactured, for example, by the following manufacturing method.

補助放電空間に形成された放電から放射される光に対する透過性を有する誘電体材料により、箔状電極(内側電極)の被覆材となる断面円筒状のガラス管(内側管)を形成する。内側管を形成後、箔状電極に給電線を抵抗溶接などによって接続し、有底筒状のガラス管に箔状電極を挿入する。 A glass tube (inner tube) with a cylindrical cross section that serves as a covering for the foil electrode (inner electrode) is formed from a dielectric material that is transparent to the light emitted from the discharge formed in the auxiliary discharge space. After the inner tube is formed, a power supply wire is connected to the foil electrode by resistance welding or the like, and the foil electrode is inserted into the cylindrical glass tube with a bottom.

内側電極となる箔状電極を、内側管となるガラス管に挿入した後、ガラス管内を減圧状態(真空)にして、封止する。このとき、ガラス管内に大気圧以下で希ガスを封入してもよい。そして、ガラス管を回転させながら、ガラス管端部側において部分的に補助放電空間が形成されるように、加熱してガラス管が軟化して収縮(縮径)するように変形させ、部分的にガラス管と内側電極を溶着させる。 After inserting the foil electrode that will become the inner electrode into the glass tube that will become the inner tube, the glass tube is reduced in pressure (vacuum) and sealed. At this time, a rare gas may be sealed inside the glass tube at atmospheric pressure or below. Then, while rotating the glass tube, it is heated to soften and shrink (reduced in diameter) so that an auxiliary discharge space is partially formed at the end of the glass tube, and the glass tube and the inner electrode are partially fused together.

このとき、ガラス管の内周面と箔状電極の幅方向(管径方向)に沿った縁部のみを密着させることで、箔状電極の縁部が露出せず、ガラス管と箔状電極とが接していない空間を補助放電空間として形成してもよい。 In this case, by bringing only the edges of the foil electrode along the width direction (tube diameter direction) into close contact with the inner surface of the glass tube, the edges of the foil electrode are not exposed, and a space where the glass tube and the foil electrode are not in contact can be formed as an auxiliary discharge space.

また、内側管となるガラス管の一端に対して鍔状(いわゆるそろばん珠形状)の拡径部を形成するように加熱する。なお、ガラス管を回転させず、内側内周面と箔状電極の縁部に対向するガラス管部分だけを軸方向に沿って加熱して密着させるようにしてもよい。箔状電極の長さ方向(管軸方向)に沿った端部は、周方向全体が封着させることで、箔状電極の端部がガラス管に埋設し、箔状電極は補助放電空間に露出しない。 One end of the glass tube that will become the inner tube is heated to form a brim-shaped (so-called abacus bead-shaped) enlarged diameter section. Alternatively, the glass tube may not be rotated, and only the part of the glass tube that faces the inner circumferential surface and the edge of the foil electrode may be heated along the axial direction to seal them together. The end of the foil electrode along its length (tube axis direction) is sealed in the entire circumferential direction, so that the end of the foil electrode is embedded in the glass tube and is not exposed to the auxiliary discharge space.

外側管に関しては、主放電空間に形成された放電から放射される紫外線の波長における透過性を有する石英管の一端を縮径するとともに開口した導入管(チップ管)を設ける一方、内側管の拡径部との封止部を開口させた外側管を形成する。 As for the outer tube, one end of the quartz tube, which is transparent to the wavelengths of ultraviolet light emitted from the discharge formed in the main discharge space, is reduced in diameter and an open introduction tube (tip tube) is provided, while the outer tube is formed with an open sealing section with the expanded diameter section of the inner tube.

そして、内側管を外側管に挿入して同軸配置させ、放電管と内側管の拡径部とを加熱溶着し、放電容器を形成する。その後、導入管を通じて真空引きして不純物を除去し、放電容器内に放電ガスを封入して、導入管を加熱溶融により気密封止する。その後、外側電極を外側管の外表面に配設する。 Then, the inner tube is inserted into the outer tube so that they are coaxially arranged, and the discharge tube and the expanded diameter section of the inner tube are heat-fused together to form a discharge vessel. After that, a vacuum is drawn through the introduction tube to remove impurities, and the discharge vessel is filled with discharge gas, and the introduction tube is heat-melted to hermetically seal it. After that, the outer electrode is placed on the outer surface of the outer tube.

本実施形態では、内側電極30が放電容器10T内および延伸部52にまで渡って延びている構成であるが、放電容器10Tと延伸部52とにおいて異なる内側電極を配置してもよい。 In this embodiment, the inner electrode 30 extends into the discharge vessel 10T and into the extension portion 52, but different inner electrodes may be disposed in the discharge vessel 10T and the extension portion 52.

図3は、本実施形態の変形例のエキシマランプの側面側から見た概略的断面図である。ここでは、2つの箔状の内側電極30A、30Bが、内部給電線71によって接続されている。そして、内側電極30Bは、外側管20外部に位置する内側管50の延伸部52内に設けられている。内側電極30A、30Bは、互いに向かい合い、径方向断面の位置(延びる方向)は一致する。 Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a modified excimer lamp of this embodiment, viewed from the side. Here, two foil-shaped inner electrodes 30A, 30B are connected by an internal power supply line 71. The inner electrode 30B is provided in an extension 52 of the inner tube 50 located outside the outer tube 20. The inner electrodes 30A, 30B face each other, and their radial cross-sectional positions (extension directions) are the same.

本実施形態と同様、内側管50の延伸部52に補助放電空間S2が形成されている。このように2つの内側電極30A、30Bを設けた場合でも、本実施形態と同様、点灯し同性能を高めることができる。また、内部給電線71を用いることによって、ランプ点灯中の電力をより抑えることができる。 As in this embodiment, an auxiliary discharge space S2 is formed in the extension 52 of the inner tube 50. Even when two inner electrodes 30A, 30B are provided in this manner, the lamp can be lit and its performance can be improved, as in this embodiment. In addition, by using the internal power supply wire 71, the power consumed while the lamp is lit can be further reduced.

拡径部51は、内側管50の他の部分よりも外径(肉厚)が大きく、加熱によって縮径させることが難しい。そのため、拡径部51に内部給電線71を配設することで、拡径部51における内部給電線71に対する加熱縮径と、外側管20の端部20T2に対する溶着が両立でき、製造が容易となる。 The enlarged diameter portion 51 has a larger outer diameter (wall thickness) than the other portions of the inner tube 50, and is difficult to reduce in diameter by heating. Therefore, by disposing the internal power supply wire 71 in the enlarged diameter portion 51, it is possible to achieve both thermal reduction of the internal power supply wire 71 in the enlarged diameter portion 51 and welding to the end portion 20T2 of the outer tube 20, making manufacturing easier.

また、内側電極30A、30Bの電界集中する部分、特に、ナイフエッジ形状による両縁部30T3、30T4)が、拡径部51から離れる。このように内側電極30A、30Bが拡径部51から距離を置くことで、外側管の端部20T2付近における異常放電(沿面放電)を確実に防止することができる。 In addition, the portions of the inner electrodes 30A and 30B where the electric field is concentrated, particularly the knife-edge shaped edges 30T3 and 30T4, are spaced apart from the enlarged diameter portion 51. By spacing the inner electrodes 30A and 30B apart from the enlarged diameter portion 51 in this way, it is possible to reliably prevent abnormal discharge (creeping discharge) near the end 20T2 of the outer tube.

外側電極に関しては、互いに向かい合うように放電管内壁に埋設させる、あるいは一方を埋設させて他方を放電管外表面に配置するように構成してもよい。また、補助放電空間から放射される光については、紫外線に限定されず、可視光でもよい。 The outer electrodes may be embedded in the inner wall of the discharge tube so as to face each other, or one may be embedded and the other disposed on the outer surface of the discharge tube. In addition, the light emitted from the auxiliary discharge space is not limited to ultraviolet light, and may be visible light.

10 エキシマランプ
20 外側管
30 内側電極(箔状電極)
40 外側電極
50 内側管(誘電体)
70 給電線
71 内部給電線
10 Excimer lamp 20 Outer tube 30 Inner electrode (foil electrode)
40 Outer electrode 50 Inner tube (dielectric)
70 Power supply line 71 Internal power supply line

Claims (11)

ランプ軸方向に沿って配設された箔状電極を覆う誘電体と、
前記誘電体と溶着して主放電空間を形成する放電容器とを備え、
前記誘電体が、前記放電容器の端部から延伸した延伸部を有し、
前記延伸部において、前記箔状電極が、前記誘電体の内側に空間として閉じている補助放電空間が形成されるように、前記誘電体と部分的に封着していることを特徴とするエキシマランプ。
a dielectric covering the foil electrodes disposed along the lamp axial direction;
a discharge vessel that is fused to the dielectric to form a main discharge space,
the dielectric has an extension extending from an end of the discharge vessel,
an excimer lamp comprising: said foil electrode and said dielectric body; said foil electrode being partially sealed to said dielectric body in said extending portion so as to form an auxiliary discharge space that is closed as a space inside said dielectric body;
前記補助放電空間が、ランプ軸方向およびランプ周方向の少なくとも一方向に沿って電界強度が異なるように、前記箔状電極の表面と前記誘電体の内面との間に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のエキシマランプ。 The excimer lamp of claim 1, characterized in that the auxiliary discharge space is formed between the surface of the foil electrode and the inner surface of the dielectric such that the electric field strength varies along at least one of the lamp axial direction and the lamp circumferential direction. 前記箔状電極の縁部が、前記補助放電空間において、前記誘電体の内面から離れていることを特徴とする請求項1または2に記載のエキシマランプ。 An excimer lamp as described in claim 1 or 2, characterized in that the edge of the foil electrode is separated from the inner surface of the dielectric in the auxiliary discharge space. 前記箔状電極の縁部が、前記補助放電空間において、前記誘電体と封着していることを特徴とする請求項1または2に記載のエキシマランプ。 The excimer lamp according to claim 1 or 2, characterized in that the edge of the foil electrode is sealed to the dielectric in the auxiliary discharge space. 前記箔状電極が、前記放電容器の内側に配設された第1電極部と、前記第1電極部と電気的に接続し、前記延伸部の内側に配設された第2電極部とを有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のエキシマランプ。 An excimer lamp according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the foil electrode has a first electrode portion disposed inside the discharge vessel and a second electrode portion electrically connected to the first electrode portion and disposed inside the extension portion. ランプ軸方向に沿って配設された箔状電極を覆う誘電体と、
前記誘電体と溶着して主放電空間を形成する放電容器とを備え、
前記誘電体が、前記放電容器の端部から延伸した延伸部を有し、
前記延伸部において、前記箔状電極が、前記誘電体の内側に補助放電空間が形成されるように、前記誘電体と部分的に封着し、
前記誘電体の先端部の先端位置が、前記放電容器の先端に設けられた小径部に入り込み、
前記箔状電極のランプ軸に沿った先端位置が、前記小径部より後端側にあることを特徴とするエキシマランプ。
a dielectric covering the foil electrodes disposed along the lamp axial direction;
a discharge vessel that is fused to the dielectric to form a main discharge space,
the dielectric has an extension extending from an end of the discharge vessel,
In the extension portion, the foil electrode is partially sealed to the dielectric so that an auxiliary discharge space is formed inside the dielectric,
The tip position of the tip of the dielectric body enters into a small diameter portion provided at the tip of the discharge vessel,
2. An excimer lamp according to claim 1, wherein a tip position of said foil electrode along the lamp axis is located rearward of said small diameter portion.
ランプ軸方向に沿って配設された箔状電極を覆う誘電体と、
前記誘電体と溶着して主放電空間を形成する放電容器とを備え、
前記誘電体が、前記放電容器の端部から延伸した延伸部を有し、
前記延伸部において、前記箔状電極が、前記誘電体の内側に補助放電空間が形成されるように、前記誘電体と部分的に封着し、
前記補助放電空間が、前記箔状電極の幅方向に沿った前記誘電体と前記箔状電極との距離間隔が、中央部よりも縁部側の方が短くなるように、形成されていることを特徴とするエキシマランプ。
a dielectric covering the foil electrodes disposed along the lamp axial direction;
a discharge vessel that is fused to the dielectric to form a main discharge space,
the dielectric has an extension extending from an end of the discharge vessel,
In the extension portion, the foil electrode is partially sealed to the dielectric so that an auxiliary discharge space is formed inside the dielectric,
An excimer lamp characterized in that the auxiliary discharge space is formed so that the distance between the dielectric and the foil electrode along the width direction of the foil electrode is shorter at the edge side than at the center.
ランプ軸方向に沿って配設された箔状電極を覆う誘電体と、
前記誘電体と溶着して主放電空間を形成する放電容器とを備え、
前記誘電体が、前記放電容器の端部から延伸した延伸部を有し、
前記延伸部において、前記箔状電極が、前記誘電体の内側に補助放電空間が形成されるように、前記誘電体と部分的に封着し、
前記補助放電空間が、前記箔状電極の長さ方向に沿った前記誘電体と前記箔状電極との距離間隔が、中央部よりも端部側の方が短くなるように、形成されていることを特徴とするエキシマランプ。
a dielectric covering the foil electrodes disposed along the lamp axial direction;
a discharge vessel that is fused to the dielectric to form a main discharge space,
the dielectric has an extension extending from an end of the discharge vessel,
In the extension portion, the foil electrode is partially sealed to the dielectric so that an auxiliary discharge space is formed inside the dielectric,
An excimer lamp characterized in that the auxiliary discharge space is formed so that the distance between the dielectric and the foil electrode along the longitudinal direction of the foil electrode is shorter at the ends than at the center.
ランプ軸方向に沿って配設された箔状電極を覆う内側管と、前記内側管の拡径部と溶着して前記内側管との間に主放電空間を形成した外側管とを備えたエキシマランプにおいて、
前記拡径部から前記外側管の外部へ延伸した延伸部において、前記箔状電極の表面と前記内側管の内面との間に補助放電空間を形成し、
前記補助放電空間からランプ軸方向に向けて放射された光の一部を、前記内側管の主放電空間側の先端部および前記拡径部を通じて、前記主放電空間に照射することを特徴とするエキシマランプの点灯方法。
An excimer lamp comprising an inner tube covering a foil electrode disposed along the lamp axis, and an outer tube fused to an enlarged diameter portion of the inner tube to form a main discharge space between the inner tube and the outer tube,
an auxiliary discharge space is formed between a surface of the foil electrode and an inner surface of the inner tube in an extension portion extending from the expanded diameter portion to the outside of the outer tube;
A method for operating an excimer lamp, comprising the steps of: irradiating a portion of the light emitted from the auxiliary discharge space in the lamp axial direction to the main discharge space through the tip of the inner tube on the main discharge space side and the expanded diameter portion.
内側管となるガラス管内に、箔状の内側電極を挿入する工程と、
前記内側管内を、減圧状態にして封止する、または、前記内側管内に希ガスを大気圧以下で封入する工程と、
前記内側管内の管軸方向に沿って少なくとも一部に補助放電空間が形成されるように、前記内側管を加熱、縮径して、内側電極と部分的に溶着させる工程と、
放電管となるガラス管内に前記内側管を挿入し、前記内側管の一部が前記放電管から延伸し、前記補助放電空間が前記放電管の外部に位置するように外側管を前記内側管と溶着させる工程と
を含むことを特徴とするエキシマランプの製造方法。
inserting a foil-shaped inner electrode into a glass tube that will become an inner tube;
a step of reducing the pressure inside the inner tube and sealing it, or sealing a rare gas in the inner tube at atmospheric pressure or lower;
a step of heating the inner tube and reducing its diameter so as to partially fuse the inner tube to the inner electrode so that an auxiliary discharge space is formed at least partially along the tube axis direction inside the inner tube;
and a step of inserting the inner tube into a glass tube which serves as a discharge tube, and fusing an outer tube to the inner tube so that a portion of the inner tube extends from the discharge tube and the auxiliary discharge space is located outside the discharge tube.
前記放電管を前記内側管の拡径部と一体的に加熱溶着することで、主放電空間を形成することを特徴とする請求項10に記載のエキシマランプの製造方法。 11. The method for manufacturing an excimer lamp according to claim 10, wherein the discharge tube is heat-fused integrally with the enlarged diameter portion of the inner tube to form a main discharge space.
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