JP2001148233A - 真空紫外光ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空紫外光ランプにおける光出力の経時的減
衰を防止する。 【解決手段】 真空紫外光ランプの容器１内に、アルゴ
ン、クリプトン、キセノン等の希ガスを充填し、１分間
に少なくとも容器容積と同量の希ガスを流す。例えば、
図５に示すエキシマ光発生装置において、光取り出し窓
（図示せず）や電極１２の誘電体に石英を用いた容積４
リットルの容器１１において、アルゴンを導入口１５か
ら導入し、排出口１５ａから排出する。このアルゴンの
流量を変えながら、電極１２、１２ａに高周波高電圧を
印加して、１分毎に照度を測定すると、４リットル／分
で初めて印加後１０分を経ても光出力の減衰がなくな
る。アルゴンの流量がこれ未満では、所期の目的は達成
されない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空紫外光ラン
プ、特に希ガス存在下での誘電体バリア放電によりエキ
シマ光を生成する真空紫光ランプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、点灯時間の経過にしたがって光出
力の減衰が少ない長寿命の真空紫外光ランプとしては、
例えば特開平６−３１０１０６号公報所載の「誘電体バ
リア放電ランプ」が知られている。この発明では、放電
容器内に誘電体バリア放電によりエキシマ分子を形成す
る希ガスとハロゲンを含む放電用ガスを充填したランプ
において、エキシマ光取出窓部材に珪素を除く金属の酸
化物、フッ化物を用い、かつ容器封止部材に炭素結合を
骨格とする有機材料を用いることを特徴としている。充
填ガスとしては、クリプトンとフッ素との混合放電ガス
（２４０〜２５５ｎｍ）、クリプトンと塩素の混合ガス
（２００〜２４０ｎｍ）、キセノンと塩素の混合ガス
（３００〜３２０ｎｍ）が例示されている。窓部材に用
いる珪素を除く金属の酸化物、フッ化物としては、フッ
化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、イットリヤ、サファイヤ
（Ａｌ_２Ｏ_３）を挙げている。

【０００３】典型的な真空紫外光ランプでは、石英のよ
うな誘電体からなる円筒状の容器の外側に一対の電極を
対向して被着し、ランプ容器内にエキシマ光を発生する
クセノンのような希ガスを充填する。この電極に高周波
高電圧を印加すると、容器内で放電が生じ、希ガスによ
りエキシマ光が発生する。エキシマ光は、ランプに気密
的に設けられた取出窓を介して被処理物を照射する。従
来、希ガスはランプ容器内に静的に封入されていた。ま
た、希ガスを単純に放流または還流する着想も、本発明
者らにより提案されている（特開平１１−３１７２０２
号公報、特開平１１−３１７２０４号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、希ガス
をランプ容器内に封入しただけのエキシマランプでは、
放電や光照射による不純物ガスの生成で、発光種である
希ガスが汚染され、光出力が経時的に低下することが明
らかとなった。これは、電極間に介在する誘電体、エキ
シマ光取出窓、ランプ、ランプハウスの容器等として用
いられる石英、ガラス、セラミックス等が、光照射と放
電による分解でガスを放出することに起因するものであ
る。特に広く用いられている石英の場合、石英分解ガス
として放出される酸素がエキシマ光を強く吸収し、光出
力をいちじるしく低下させる欠点がある。本発明者らの
知見によれば、例えば、アルゴンガス封入式では１分で
２０％近くも低下し、実用上大きな障害となっていた。

【０００５】これらに対処するため、「ゲッター」と称
する分解ガス吸着物質をランプ内に封入する方式も試み
られているが、ゲッターは放出される分解ガスの種類に
よって選択する必要があるばかりでなく、経時的に吸着
能低下が生じ、取替えが必要であった。またゲッターを
一度封入した後大気にさらすと失活して、再度封入作業
を要するなど作業性も悪かった。また、本発明者らの知
見によれば、希ガスを単純に放流、還流するだけでは、
必ずしも光出力の経時的低下を完全に防止するには到ら
ず、単位時間辺り一定量以上の置換が不可欠であること
を見出し、本発明にいたった。

【０００６】本発明は、かかる知見にもとづくもので、
放電やエキシマ光による生成ガスが希ガスを汚染して
も、光出力を低下させることのない真空紫外光ランプを
提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成した本発
明の真空紫外光ランプは、誘電体を介して対向させた電
極により、希ガスを充填した容器内で放電させて真空紫
外光を生成し、生成した真空紫外光を取出窓または誘電
体を介して外部に取り出す真空紫外光ランプであって、
希ガスがアルゴン、クリプトン及びキセノンからなる群
から選ばれた少なくともひとつであり、かつ容器内の希
ガスを常時置換することを特徴とする。かつ希ガスの置
換速度としては、容器内容積×数十分の１／分〜容器内
容積×分程度であることが望ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る真空紫外光
ランプの基本的な一例を示す。この図面において、容器
１はステンレス鋼等の耐食材で気密的に構成され、容器
１内にはバリア放電により真空紫外光を生成する希ガス
が、充填、密封、放流または還流されて存在している。
容器１の形状は特に制限されないが、大面積照射用には
方形が望ましい。容器１の開放端側には、封止部材３を
介して、誘電体を兼ねた真空紫外光取出窓２を設けてあ
る。電極４、４ａは、この誘電体からなる真空紫外光取
出窓２を介して対向配置されている。電極４，４ａに
は、アルミニウム、銅、真鍮、ニッケル、ステンレス鋼
等を好適に用いるが、容器１がステンレス鋼のような場
合には、電極を兼用することもできる。電極４、４ａ
は、導線５を介して高周波高電圧発生電源６に接続され
ている。７は放電部を示す。

【０００９】本発明では、このように構成された真空紫
外光ランプにおいて、容器１内に充填する放電用希ガス
として、用途に応じアルゴン（１２６ｎｍ）、クリプト
ン（１４６ｎｍ）、クセノン（１７２ｎｍ）の単独、あ
るいはそれらの組み合わせ、例えばアルゴン・クリプト
ン混合ガス（１２６〜１４６ｎｍ）、クリプトン・クセ
ノンの混合ガス（１４６〜１７２ｎｍ）など適宜選択し
て用いることができるが、安全性に問題のある希ガス−
ハロゲン混合ガスあるいは希ガスハライドは用いない。
容器１内の希ガスは、希ガス給排孔（図示せず）を通し
て簡単に置換できる。一方、誘電体を兼ねた真空紫外光
取出窓部材２としては、酸素を含まないフッ化物、例え
ばフッ化マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化カルシ
ウム、フッ化バリウムなどを好適に用いることができる
が、希ガスを置換すれば特に制限されない。すなわち、
真空紫外光取出窓部材２には、材質に応じて透過するこ
とのできる最短の波長があるので、使用する希ガスとの
関係で適宜選択する。

【００１０】図２は、図１の実施例とは異なり、真空紫
外光取出窓と誘電体が別体の真空紫外光ランプの例を示
す。すなわち、図２において、真空紫外光取出窓２を備
えた容器１内には、三対の電極４、４ａが各々誘電体２
ａを介して並置されている。７は放電部を示す。この真
空紫外光ランプは、必要に応じて電極対を増やすことが
できるので、大面積にわたって均一な面発光が得られ
る。この場合でも、容器１内に充填する希ガスの種類
と、真空紫外光取出窓２及び誘電体２ａの材質との組合
せは、図１の実施例と同じである。

【００１１】図３及び図４は、円筒状の誘電体兼真空紫
外光取出窓からなる真空紫外光ランプの例を示す。図３
及び図４において、誘電体兼真空紫外光取出窓２は、両
端が閉じられて円筒状容器１を構成する。電極４、４ａ
は、図４から明らかなように、誘電体兼真空紫外光取出
窓２の上下に対向して配置されている。この場合、電極
４、４ａには、真空紫外光の全円周方向への照射を要す
る場合には、メッシュ状のものを用いるのが望ましい。
図１同様に、５は導線、６は高周波高電圧電源、７は放
電部である。容器１内に充填する希ガスの種類と、誘電
体兼真空紫外光取出窓２の材質との組合せは、図１の実
施例と同じである。

【００１２】上記いずれの実施例においても、本発明で
は、容器１内の放電用ガスは、アルゴン（１２６ｎ
ｍ）、クリプトン（１４６ｎｍ）、クセノン（１７２ｎ
ｍ）の単独、あるいはそれらの組み合わせのみからなる
が、誘電体及び／または真空紫外光取出窓部材に酸素を
含まないフッ化物、例えばフッ化マグネシウム、フッ化
リチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウムなどを用
いれば、希ガスが密封状態あるいは還流状態で、仮に高
エネルギー照射に長時間暴露されても、分解により酸素
が放出されることはあり得ない。したがって、酸素によ
る真空紫外光の吸収、減衰は全くなく、長寿命の真空紫
外光ランプが得られる。

【００１３】図５は、後述する実施例に用いた実験用エ
キシマ光発生装置を示す。同図において、希ガスを充填
する容器１１はステンレス製で、容積は４リットルであ
る。容器の正面にはマグネシウムフロライドからなるエ
キシマ光取り出し窓（図示せず）を設けてある。取り出
し窓部材には、他に後述するエキシマ光の波長に応じ
て、石英、リチウムフロライド、カルシウムフロライ
ド、バリウムフロライド、サファイア等を適宜選択して
使用することもできる。取り出し窓部材が石英の場合
は、充填する希ガスはクセノンに限られるが、それ以外
では特に制限されず、希ガスとしては、用途に応じてア
ルゴン（１２６ｎｍ）、クリプトン（１４６ｎｍ）、ク
セノン（１７２ｎｍ）の単独、あるいはそれらの組み合
わせ、たとえばアルゴン・クリプトン混合（１３５ｎ
ｍ）、クリプトン・クセノンの混合（１６５ｎｍ）など
を用いることができる。容器１２には、電極１２、１２
ａを対抗配置してある。１３は誘電体、１４は放電部を
示す。電極１２、１２ａには銅を用いたが、他にアルミ
ニウム、真鍮、ニッケルなどを用いることができる。誘
電体１３には石英を用いだが、他にもセラミック、ガラ
ス等を広く用いることができる。電極１２、１２ａは、
回路１６を介して高周波高電圧発生装置１７に連結され
ている。容器１１は、希ガス導入口１５と希ガス排出口
１５ａを備えている。

【００１４】図５の実験用エキシマ光発生装置におい
て、希ガスは矢印Ａで示すように導入口１５から容器１
1内に導入され、矢印Ｂで示すように排出口１５ａから
排出される。希ガス放流下、電極１２、１２ａに高周波
高電圧発生装置１７から回路１６を介して電圧を印加、
放電させる。放電部１４により希ガスから生成するエキ
シマ光は、取り出し窓に設けた光出力測定装置で測定す
る。

【００１５】前記図５は、単なる実験用エキシマ光発生
装置を示すもので、例えばランプ全体が石英からなり、
その外側に電極を配置したような典型的なエキシマラン
プを含めて、その形式を問わず如何なる真空紫外光照射
装置においても本発明は有効である。

【００１６】

【実施例１】図５に示すエキシマ光発生装置を用いた。
容器１１はＳＵＳ３０４からなり、容積は４リットルと
した。容器１の正面には直径３０ｍｍφのマグネシウム
フロライド製エキシマ光取り出し窓（図示せず）を設け
た。電極１２、１２ａは銅製で、一方の電極１２を誘電
体の石英で皮膜、７ｍｍの間隙を置いて対抗配置した。
各電極１２、１２ａは回路１６を介して高周波高電圧発
生装置に連結した。希ガスとしてはアルゴンを用い、導
入口１５から導入し、排出口１５ａから排出して、容器
１１内を流した。電極１２、１２ａには、高周波高電圧
発生装置から周波数１０ＫＨｚ、電圧１００ＫＶを印加
して、電極間で放電させ、エキシマ光を発生させた。エ
キシマ光の強度測定は、取り出し窓に取り付けた分光感
度校正された光電子増幅管Ｒ−１０８０（浜松フォトン
クス製）と１２６ｎｍ用バンドパスフィルター１２５−
Ｎ−ＩＤ（米国アクトン社製）を用いた。アルゴンは、
表１に示すように封入式（流量０）から容器１の容積と
等量（４リットル／分）まで１リットル／分毎に流量を
変えて流し、高周波高電圧印加後１分ごとに照度を測定
した。結果は、表１及び図６に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１及び図５から明らかなように、希ガス
は１分あたりランプ容器の容積と同量以上流さないと、
光出力（照度）の減衰を防止できないことが判明した。
この結果は、本発明者らの予期に反するほどの多量であ
った。

【００１９】以上のように、希ガスを容器１内に密封せ
ず、容器内の希ガスを常時置換していれば、窓部材を特
に制限する必要はない。すなわち、石英やサファイヤの
ような酸素を含む窓部材を使用しても、希ガスが一過性
で流れ、発生した酸素が容器外に送出されるので、真空
紫外光の吸収、減衰はほとんどなく、実用上差し支えな
い。希ガスの置換速度としては、容器内容積×数十分の
１／分〜容器内容積×分程度であることが実用上望まし
い。置換には、放流または還流が考えられるが、還流の
場合には、酸素が濃縮されるのを避けるため、還流路に
酸素除去手段を付設しておく必要がある。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明の真空紫外光ラン
プによれば、希ガスを容器内に密封せず、容器内の希ガ
スを常時置換しているので、エキシマ光により容器、誘
電体、窓部材等が腐食されて分解ガスが生成しても、直
ちに容器外に送出され、容器内の希ガス純度は常に一定
に保たれる。したがって、分解ガスにより、エキシマ光
の照射出力が経時的に低下するおそれはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空紫外光ランプの一例を模式的
に示す正面断面図である。

【図２】本発明に係る真空紫外光ランプの他の実施例を
模式的に示す正面断面図である。

【図３】本発明に係る真空紫外光ランプの他の実施例を
模式的に示す正面断面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。

【図５】実施例１に用いた真空紫外光ランプを模式的に
示す断面図である。

【図６】表１に示す光出力の経時的変化を百分率で示す
グラフである。

【符号の説明】

１……容器 ２、２ａ……誘電体及び／または真空紫外光取出窓 ３……封止部材 ４、４ａ……電極 ５……導線 ６……高周波高電圧電源 ７……放電部 １１……容器 １２、１２ａ……電極 １３……誘電体 １４……放電部 １５……ガス導入口 １５ａ……ガス排出口 １６……回路 １７……高周波高電圧発生装置

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月２２日（２０００．６．２
２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599086995 黒澤 宏 愛知県岡崎市竜美南２丁目２番地１ (71)出願人 391011700 宮崎県 宮崎県宮崎市橘通東２丁目10番１号 (71)出願人 598075217 日之出酸素株式会社 宮崎県延岡市桜園町86番地１ (71)出願人 595026520 安井株式会社 宮崎県東臼杵郡門川町大字加草2725番地 (71)出願人 598075228 株式会社花菱塗装技研工業 宮崎県延岡市大武町39番地70 (71)出願人 598079754 サン電子工業株式会社 宮崎県延岡市中島町１丁目15番地 (71)出願人 592075884 清本鐵工株式会社 宮崎県延岡市土々呂町６丁目1633番地 (72)発明者 佐々木 亘 宮崎県宮崎市大字田吉4862番地３ (72)発明者 窪寺 昌一 宮崎県宮崎市学園木花台南２丁目９番地６ (72)発明者 河仲 準二 宮崎県宮崎郡清武町大字今泉丙2614番地６ クリスタルハイツムラタ503号 (72)発明者 黒澤 宏 愛知県岡崎市竜美南２丁目２番地１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体を介して対向させた電極により、
   希ガスを充填した容器内で放電させて真空紫外光を生成
   し、生成した真空紫外光を取出窓または誘電体を介して
   外部に取り出す真空紫外光ランプであって、希ガスがア
   ルゴン、クリプトン及びキセノンからなる群から選ばれ
   た少なくともひとつであり、かつ容器内の希ガスを常時
   置換することを特徴とする真空紫外光ランプ。
2. 【請求項２】 希ガスの置換速度が、約容器内容積×数
   十分の１／分〜容器内容積×分であることを特徴とする
   請求項１記載の真空紫外光ランプ