JP2002544647A - 多エキシマーを含む充填物を具備する高圧ランプバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望する波長の顕著な放射スペクトルを同時に出すための高圧バルブを提供する。 【解決手段】 所望する波長の顕著な放射スペクトルを同時に出すための高圧バルブ(6)が、圧力下にある充填材料を内包する外壁(4)と充填材料とを有し、充填材料が、室温にて約７５０Torr以上の全充填圧力を実現する量の少なくとも２つの異なるエキシマー種を形成可能な材料である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の分野） 本発明は、改良されたエキシマーランプのバルブ（球）に関する。

【０００２】 （発明の背景） 多くの製品工程において、材料を処理するために紫外光（ＵＶ）照射が利用さ
れている。例えば、紫外光照射は光ポリマーコーティングを重合するために用い
られる。光ポリマーコーティングは、表面保護コーティング、印刷インクとして
そしてプリント回路の製造において広く利用されている。

【０００３】 紫外光ランプは、光硬化コーティングの照射用に開発されてきた。この紫外光
ランプは通常、１又は複数の特定領域の光スペクトルを強調するために種々の添
加物と共に水銀を包含するバルブ充填物を用いる。

【０００４】 多くの例では、効率的な重合を実現すべき場合、コーティングの幾何学形状又
は厚さにより豊富なスペクトル照射を適用することが必要である。特に、コーテ
ィングの表面は、通常、コーティングの最初の幾つかの分子層における効率的な
吸収のために短波長フォトンを適用することを必要とし、それにより活性化学種
が周囲媒体へ損失することからその膜を遮蔽し防ぐ。固体コーティングでは、短
波長フォトンよりもさらに深くコーティングに浸透することができるある程度長
波長のフォトンを必要とする。自明であるが、スペクトルエネルギー密度分布は
、適用に先立って経験的に決定され適切な照射スペクトルが選択される。従来の
ＵＶランプは、多くの光硬化可能なコーティングの光化学的要請に注意深く適合
させられるスペクトル領域を実現することができないため、通常、妥協的なスペ
クトルを選択するか、そうでなければ２つのランプを硬化のために用いて１つは
主として長波長を出し他の１つは主として短波長を出すように最適化される。こ
の結果、コーティングの硬化の質が好ましくないものとなる上、２つのランプを
用いることによりコストも高くなる。

【０００５】 近年、いわゆるエキシマー放射を出す放電デバイスが知られるようになった。
エキシマーは、不安定な励起分子であって非結合若しくは弱結合の基底状態を有
する。すなわち、エキシマー分子は励起状態でのみ存在する。エキシマー分子は
、マイクロ秒以内に分解し、その消滅過程において比較的狭いバンドでの照射の
形態で結合エネルギーを放出する。

【０００６】 Turnerらによる米国特許No.5,504,391は、単一の狭帯域の放射周波数を生成す
る一連のランプを開示する。この従来技術のランプはエキシマー放射系に基づく
ので、エキシマー放射ピークに対して規格化した場合のランプのスペクトルパワ
ー密度が、励起パワーに対して不変であることが示された。この結果、オペレー
タが制御する唯一の変数は、全パワーのみである。さらに、前述の理由から、単
一の狭帯域放射は、多くの製品工程に次善の策として適合させられ、特に効率的
な重合のために豊富なスペクトルを必要とする光重合の用途に用いられている。

【０００７】 まとめると、従来技術における単一の希ガス−ハロゲン・エキシマーを含有す
る高圧高電圧点灯されるマイクロ波バルブのスペクトル調整は、パワー入力によ
る光強度の変化と、バルブ充填物を変化させることによる主遷移のライン形状に
おける僅かな変化に限定されている。明らかに、このような調整は、多くの用途
において所望されるところを満足し得ない。

【０００８】 （発明の目的及び概要） 本発明の目的は、２個またはそれ以上の異なるエキシマー系を単一の高圧ラン
プバルブ内に設けることである。

【０００９】 従って、本発明の目的は、表面光吸収と硬化されるコーティング内で漸進的に
起きる光吸収とのバランスを実現する光硬化用に適用される高圧エキシマーラン
プを提供することである。

【００１０】 本発明の更なる目的は、スペクトルにおいて制御されかつ連続的変化をする２
又はそれ以上のラインを有する高圧エキシマーランプ充填物を提供することであ
る。

【００１１】 本発明の更なる目的は、複合ポリマー・マトリクス・コーティング中の数種の
非類似のポリマーを同時に重合させるために十分な照射を発生するべく適応され
た充填物を有する高圧エキシマーランプを提供することである。

【００１２】 本発明の更なる目的は、少なくとも２つの異なる放射周波数を同時に生成する
べく少なくとも２つの分離したエキシマーを含む充填物を有する高圧エキシマー
ランプバルブを提供することである。

【００１３】 本発明の更なる目的は、放射スペクトルの制御性に優れたエキシマーランプを
提供することである。

【００１４】 本発明の更なる目的は、十分な数密度のエキシマー・プリカーサを実現するこ
とにより異なるエキシマー種が同時に競合的に存在することができるように約７
５０Torrより高い充填圧力をもつエキシマーランプバルブを提供することである
。

【００１５】 本発明の更なる目的は、放射波長及び放射ピークの比の双方についてさらに正
確に特定されるスペクトルを生成することができる多エキシマーランプバルブを
提供することである。

【００１６】 本発明の更なる目的は、高品質の硬化を実現するべく硬化されるコーティング
の光開始剤化学特性に対して望ましくかつ適切に適合させられた放射スペクトル
を生成する圧力及び充填物を有するエキシマーランプバルブを提供することであ
る。

【００１７】 まとめると共に本発明を広範にとらえると、少なくとも２つのエキシマー種を
有し動作温度にて約７５０Torr以上の全充填圧力であるエキシマーランプバルブ
を提供することである。

【００１８】 これらの及び他の目的は、図面と共に以下の詳細な説明から明らかとされるで
あろう。

【００１９】 （好適例の詳細な説明） 図１に最もよく示される通り、本発明によるバルブを含む無電極ランプ２が示
されている。ランプ２は、発生源１５からのマイクロ波エネルギーにより駆動さ
れる。バルブすなわち外殻１４は、放電を発生する充填物を含有するが、詳細は
後述する。バルブ４は、マイクロ波封入体６の中に設置され、好適例においては
封入体６がマイクロ波チャンバ若しくはキャビティであり、バルブ内の充填物に
より発生する光照射に対して透明であるがマイクロ波エネルギーに対しては実質
的に反射性である反射体及びメッシュを具備する。

【００２０】 マイクロ波エネルギーに加えて、ランプを始動させるために補助的なエネルギ
ーを適用することは一般的である。例えば、充填物を照射する小型の紫外線ラン
プを、この目的のために用いてもよい。

【００２１】 本発明による始動システムは、出願人によるFrankらの先願の米国特許No.5,83
8,108に開示されており、ここに参照する。この始動システムは、バルブの所与
の領域において十分な強度の高電界を適用することにより電界若しくは放出源か
らの２次電子放出を起こすように適応された始動電極を具備する。この結果、ラ
ンプの始動プロセスを開始するために十分な数の電子が発生する。

【００２２】 図１を参照すると、プローブ４０はマイクロ波キャビティ壁反射器（図示せず
）の開口を通して延びており、それによりプローブのチップ１２がバルブ４の近
傍範囲内にある。好適例では、チップ１２がバルブの壁に接することにより、空
隙が存在する場合に発生するアーク放電を防止する。

【００２３】 始動するために、ＲＦ発信器１４からの一連のＲＦパルスがプローブへ与えら
れる。プローブとマイクロ波キャビティ及び／又はバルブの壁との間に絶縁材を
設けることによりアーク放電を防止する。好適例では、この絶縁材は、クォーツ
材の重壁毛管すなわちサイドアーム３６と、絶縁ジャケット３８内に入れたポリ
テトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)等の絶縁性ポリマー２０とを具備する。

【００２４】 電子放出源１３は、バルブすなわち外殻の内側においてバルクヘッドとして通
常知られるプローブの下の領域に配置される。電子放出源１３を構成する物質は
、先ず充填物に対してこの物質を添加することによりバルクヘッド領域に与えら
れ、その物質を分解若しくは昇華させるために十分バルブを加熱し、その物質を
バルクヘッド領域で濃縮するために好適に冷却する。上記の添加は、バルブをラ
ンプ内に設置するに先立つことが有効である。プローブにより適用される電界は
、物質１３からの電界及び／又は電子の２次放出を発生するに十分な大きさであ
る。プローブからの電界と組み合わされる電子と、マイクロ波電界とがバルブを
始動させる。好適例では、ＲＦパルスがマイクロ波電界のピークと同期して適用
される。

【００２５】 ランプ始動後、ＲＦパワーはプローブから取り除かれ、プローブはランプバル
ブから後退させられてキャビティの内側から出されることにより、損傷すること
とキャビティ内のマイクロ波電界との干渉を避ける。これを実現するために、ラ
ンプから放射される光を検出するための光検出器２４が設けられ、引き続き信号
の処理を行い、プローブを後退させるための後退装置を具備するアクチュエータ
２６へ信号が供給される。

【００２６】 使用後、マイクロ波パワーを取り除くことによりランプは消灯される。ランプ
が消灯位置にあるとき、電子放出源が必ずバルクヘッド領域にあることが重要で
ある。これにより、ランプが再始動されるとき、始動電界が印加されるこの領域
に電子放出源が存在することになる。このことは、バルクヘッドをバルブの最も
冷えた領域に配置することによりこの場所における電子放出の濃縮を促進するか
、若しくは、重力すなわちバルクヘッドをバルブの最も低い位置に配置すること
により実現される。

【００２７】 本発明のバルブは、本発明の第１のそして最も広い態様によれば、少なくとも
２つのエキシマー種を用いる高圧ランプ充填物を包含し、バルブの全充填圧力は
、室温において約７５０Torr以上である。

【００２８】 エキシマー放射スペクトルは、通常、単一の最も確率の高い遷移が支配的であ
るので、従来技術のバルブで見られるほぼ単色のスペクトルとなる。充填圧力が
７５０Torrよりかなり低い場合は、異なるエキシマー分子の生成に利用可能な成
分が存在するとしても、上記の状況は変わらない。

【００２９】 出願人は、圧力とバルブの出力との間に強い関連性が存在することを発見した
。７５０Torr以上のバルブ充填圧力の場合、バルブ内に十分な数密度の条件を生
じることにより少なくとも２つの異なるエキシマー種が同時に競合的に存在する
ことができる。個々の充填成分の分圧を操作することにより、スペクトル線の強
度が、制御された方法で最適化される。

【００３０】 本発明による充填物は、不活性希ガスのいずれか、すなわちＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ
、Ｋｒ及びＸｅを含む。ハロゲン等の電気陰性成分も添加される。これらのハロ
ゲンとしては、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素を含む。加えて、１又は複数の分
子ドーパント化合物を添加してもよい。分子ドーパントとしては、Ｏ_２とＮ_２、
ＮＯ、ＮＯ_２、ＳＯ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、ＯＣＳ、ＣＳ_２、又は他に、酸素、窒素
、イオウ若しくはイオウ化合物等を含むがこれらに限定されない。前述の電界す
なわち２次電子放出源もまた添加可能であり、例えば、セシウム、カリウム、ル
ビジウム及びナトリウムを含む。マイクロ波を用いてバルブにパワーを供給する
ことが好適であるが、ＡＣ又はＤＣ外部電極、アンテナ、フォトン、又は粒子ビ
ームを用いることも本発明の範囲に含まれる。

【００３１】 本発明の好適例においては、バルブ内に設けられる充填物が、少なくとも２つ
の異なるエキシマーを形成可能な材料を含み、そしてエキシマー放射の強度及び
ライン形状が、充填物の量と供給される駆動パワーの関数である。そのスペクト
ルは、連続的に変化しかつそれにより各特定の用途に最適化することが可能であ
る。

【００３２】 図２は、本発明による多エキシマーの組合せを包含する充填物により発生する
主スペクトルを示しており、室温にて１５３０Torrのキセノン及び６８Torrの塩
素を有する単一エキシマー種のＸｅ／Ｃｌ_２混合物である。図３は、室温にて２
０００Torrのキセノン及び１００Torrの酸素を有するＸｅ／Ｏ_２充填物について
の主放射スペクトルを表す。これらの充填物を包含するバルブを具備するランプ
は、種々の膜を硬化させるために用いることができる。例えば、Irgacure(登録
商標) 184若しくはDarocur(登録商標) 1173の透明薄膜又はDarocur(登録商標) 1
173及び1700の透明厚膜があるがこれらに限定されない。

【００３３】 図４を参照すると、本発明による充填物により発生する主放射スペクトルが示
されており、室温（２５℃）にて２０００Torrのキセノン、１００Torrの酸素及
び２０Torrの塩素を含むＸｅ／Ｃｌ_２／Ｏ_２の混合充填物が、それぞれ別個のエ
キシマーからの２つの放射を発生するために用いられている。図示の通り、３０
８ｎｍ及び２３４ｎｍの２つの別個のピークが単一の放射中に発生される。各ピ
ークが所望する照射パワー出力を有する。エキシマー放射の強度及びライン形状
は、充填物の量若しくは密度並びにランプを駆動するために供給されるパワーの
関数である。各化合物についての気体充填圧の調整により、図２と図３に示した
スペクトルの間の任意の多様な中間的な多重スペクトルを発生することができる
。

【００３４】 図５は、本発明による第２の充填物により発生する主放射スペクトルが示され
ており、室温（２５℃）にて１０００Torrのキセノン、１０００Torrのクリプト
ン、４０Torrの塩素及び１０００Torrの酸素を含むＸｅ／Ｋｒ／Ｃｌ_２／Ｏ_２の
充填混合物が、３つの別個の放射を発生し、それぞれが別々のエキシマーから発
生されている。３２０ｎｍ、２３８ｎｍ及び２２２ｎｍの３つの別個のピークは
、単一の放射中に発生し、各ピークは所望する照射パワー出力を有する。

【００３５】 本発明は、好適設計をもつものとして説明されたが、発明の原理に一般的に従
って修正、利用及び／又は適応が可能であることは自明であろう。そしてそのよ
うな本発明の開示からの逸脱も本発明に関する技術分野の公知若しくは慣用的実
施態様に相当する。従って、本発明の範囲は請求の範囲により定められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるバルブのランプシステムの概略図である。

【図２】 塩化キセノン混合物の放射スペクトルを示す。

【図３】 酸化キセノン混合物の放射スペクトルを示す。

【図４】 本発明の多エキシマー充填物の第１の例における放射スペクトルを示す。

【図５】 本発明の多エキシマー充填物の第２の例における放射スペクトルを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ポポビック、スベトザー アメリカ合衆国バージニア州23505、ノー フォーク、リバー・ロード 6056 Ｆターム(参考） 5C015 PP01 PP02 PP03 PP04 PP05 PP06 PP07 PP08 5C039 PP16

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ランプバルブにおいて、 a)紫外線照射に対し透明であって圧力下にある充填物を包含する外殻と、 b)室温にて約７５０Torr未満の全充填圧力となる量にて少なくとも２つの異な
   るエキシマー種を形成可能な材料を含む充填物とを有するランプバルブ。
2. 【請求項２】 前記充填物が、希ガス、ハロゲン、分子ドーパント及び点灯
   成分からなる群から選択される成分を含む請求項１に記載のランプバルブ。
3. 【請求項３】 前記充填物が、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及
   びキセノンからなる群から選択される少なくとも１つの希ガスを含む請求項１に
   記載のランプバルブ。
4. 【請求項４】 前記充填物が、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素からなる群か
   ら選択される少なくとも１つのハロゲンを含む請求項１に記載のランプバルブ。
5. 【請求項５】 前記充填物が、Ｏ_２及びＮ_２、ＮＯ、ＮＯ_２、ＳＯ_２、ＣＯ
   、ＣＯ_２、ＯＣＳ並びにＣＳ_２からなる群から選択される少なくとも１つの分子
   ドーパントを含む請求項１に記載のランプバルブ。
6. 【請求項６】 前記充填物が、約２０００Torrのキセノン、約１００Torrの
   酸素及び約２０Torrの塩素を含む請求項１に記載のランプバルブ。
7. 【請求項７】 前記充填物が、約１０００Torrのキセノン、約１０００Torr
   のクリプトン、約４０Torrの塩素及び約１０００Torrの酸素を含む請求項１に記
   載のランプバルブ。
8. 【請求項８】 所望の用途のためにランプバルブの出力を調整する方法にお
   いて、 a)紫外線照射に対し透明であって圧力下にある充填物を包含する外殻を設ける
   ステップと、 b)室温にて約７５０Torr未満の全充填圧力となる量にて少なくとも２つの異な
   るエキシマー種を形成可能な個々の構成成分を含む充填物を設けるステップと、 c)前記外殻に対し前記充填物を添加するステップと、 d)前記ランプバルブを始動する際に、少なくとも２つの異なるエキシマー種か
   ら放出されるエキシマー放射の強度が制御された方法で最適化されるように前記
   充填物の個々の構成成分の分圧を操作するステップとを有する ランプバルブ出力調製方法。
9. 【請求項９】 前記充填物が、希ガス、ハロゲン、分子ドーパント及び点灯
   成分からなる群から選択される成分を含む請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記充填物が、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン
    及びキセノンからなる群から選択される少なくとも１つの希ガスを含む請求項８
    に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記充填物が、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素からなる群
    から選択される少なくとも１つのハロゲンを含む請求項８に記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記充填物が、Ｏ_２及びＮ_２、ＮＯ、ＮＯ_２、ＳＯ_２、Ｃ
    Ｏ、ＣＯ_２、ＯＣＳ並びにＣＳ_２からなる群から選択される少なくとも１つの分
    子ドーパントを含む請求項８に記載の方法。