JP2005100934A - Excimer lamp - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、誘電体材料を介在させて放電してエキシマ発光するエキシマランプに関するものであり、特に、放電空間内に内部電極を有するエキシマランプに係わるものである。 The present invention relates to an excimer lamp that discharges through a dielectric material and emits excimer light, and particularly relates to an excimer lamp having an internal electrode in a discharge space.
この発明に関連した技術としては、例えば、特開平2−7353号があり、そこには、放電容器にエキシマ分子を形成する放電用ガスを充填し、誘電体バリア放電(別名、オゾナイザ放電あるいは無声放電。電機学会発行改訂新版「放電ハンドブック」平成1年6月再版7刷発行第263頁参照)によってエキシマ分子を形成せしめ、このエキシマ分子から放射される光を取り出す放射器、すなわちエキシマランプについて記載される。また、ドイツ特許公開公報DE4022279A1にはMHzという単位で点灯させるエキシマランプが開示されており、さらに、「Silent discharge for the generation of ultraviolet and vacuum ultraviolet excimer radiation」(Pure & Appl.Chem.,Vol.62,No.9,pp.1667-1674、1990) には、50Hzから数MHzで点灯されるエキシマランプ(別名、誘電体バリア放電ランプ)が開示されている。
これらエキシマランプは、放電容器の形状が全体円筒状であり、放電容器の少なくとも一部は誘電体材料を介在させる放電(誘電体バリア放電)を行う誘電体を兼ねており、この誘電体の少なくとも一部はエキシマ分子から放射される真空紫外光(波長200nm以下の光)に対して透光性であって、さらに、放電容器の外面には一方の電極として網状電極が設けられたものである。
As a technique related to the present invention, for example, there is Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-7353, in which a discharge vessel is filled with a discharge gas for forming excimer molecules, and a dielectric barrier discharge (also known as an ozonizer discharge or silent operation). Describes an excimer lamp, that is, an excimer lamp that forms an excimer molecule and extracts the light emitted from the excimer molecule according to the revised edition “Discharge Handbook” published by the Institute of Electrical Engineers of Japan (see page 263, reprinted in June 2001, 7th edition). Is done. In addition, German Patent Publication DE4022279A1 discloses an excimer lamp that is lit in the unit of MHz. Further, "Silent discharge for the generation of ultraviolet and vacuum ultraviolet excimer radiation" (Pure & Appl. Chem., Vol. 62 No. 9, pp. 1667-1674, 1990) discloses an excimer lamp (also called a dielectric barrier discharge lamp) that is lit at 50 Hz to several MHz.
In these excimer lamps, the shape of the discharge vessel is entirely cylindrical, and at least a part of the discharge vessel also serves as a dielectric that performs discharge (dielectric barrier discharge) with a dielectric material interposed therebetween. Some are translucent to vacuum ultraviolet light (light with a wavelength of 200 nm or less) radiated from excimer molecules, and a net electrode is provided as one electrode on the outer surface of the discharge vessel. .
このようなエキシマランプは、従来の低圧水銀放電ランプや高圧放電ランプにはない種々の特徴、例えば、単一波長の紫外光を強く放射するなどを有しており、当該エキシマランプを使った発光装置は,例えば、特許第2854255号、特開2002−168999等に開示される。 Such excimer lamps have various characteristics not found in conventional low-pressure mercury discharge lamps or high-pressure discharge lamps, such as strong emission of ultraviolet light of a single wavelength, and light emission using such excimer lamps. The apparatus is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2854255, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-168999, and the like.
上記特許第2854255号、特開2002−168999号に開示されたエキシマランプ(誘電体バリア放電ランプ)は、円筒状内側管の外側に同じく円筒状外側管が同軸的に配置された二重円筒型の構造をしており、内側管の内部に内側電極が配置されて、外側管の外面に外側電極が配置され、内側管と外側管の間に形成される空間を放電空間とするものである。 The excimer lamp (dielectric barrier discharge lamp) disclosed in Japanese Patent No. 2854255 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-168999 is a double-cylindrical type in which a cylindrical outer tube is also coaxially disposed outside a cylindrical inner tube. The inner electrode is arranged inside the inner tube, the outer electrode is arranged on the outer surface of the outer tube, and the space formed between the inner tube and the outer tube is used as the discharge space. .
図11は二重円筒型エキシマランプの概略構成を示す。(a)は全体の横断面図を示し、(b)は(a)のA−A断面図を示す。
エキシマランプ1は全体形状が円筒状であり合成石英ガラスから構成される。放電ランプ1は外側管51と内側管52が同軸に配置して二重円筒管を構成するとともに、両端を閉じたことから外側管51と内側管52の間に放電空間が形成される。放電空間には誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成するとともに、このエキシマ分子から真空紫外光を放射する放電用ガス、例えばキセノンガスが封入される。数値例をあげると、放電ランプ1は全長800mm、外径27mm、内側管52の外径は16mm、外側管51と内側管52の肉厚は1mmであり、400Wで点灯させる。
内側管52の内面に一方の電極である内側電極2が設けられ、外側管51の外面には他方の電極である網状外側電極3が設けられる。内側電極2はパイプ状のものであり、網状電極3はシームレスに構成され、全体として伸縮性を有することから外側管51の密着性を良くすることができる。
内側電極2、外側電極3の間には、図示略の交流電源が接続され、これにより放電空間にエキシマ分子が形成されて紫外光を発光する。放電用ガスとしてキセノンガスを使った場合は波長172nmの光を放射する。
FIG. 11 shows a schematic configuration of a double cylindrical excimer lamp. (A) shows the whole cross-sectional view, (b) shows the AA cross-sectional view of (a).
The
The
An AC power supply (not shown) is connected between the
ところで、この二重円筒型構造のエキシマランプは、以下の問題を有する。
第一に、内側管、外側管という2つの石英ガラス管を二重円筒型とするので放電容器全体が大きくなる。また、内側管は端部で溶着支持されているため重力の影響を受けて破損しやすい。
第二に、2つの石英ガラス管を両端部で接合させるための製造工程が必要となり、この製造工程は複雑、かつ煩雑である。
第三に、内側管は冷却可能な外側管に比べて高温となり、熱膨張による大きな負荷がかかり、特に、外側管との接合部に応力が集中して破損しやすく、ランプが長尺化するほどその影響は深刻である。
By the way, this excimer lamp having a double cylindrical structure has the following problems.
First, since the two quartz glass tubes, the inner tube and the outer tube, are of a double cylindrical shape, the entire discharge vessel becomes large. Further, since the inner tube is supported by welding at the end, it is easily damaged by the influence of gravity.
Secondly, a manufacturing process for joining two quartz glass tubes at both ends is required, and this manufacturing process is complicated and complicated.
Thirdly, the inner tube is hotter than the coolable outer tube and is subjected to a large load due to thermal expansion. In particular, the stress is concentrated at the joint with the outer tube, and the lamp is elongated. The effect is so serious.
また、二重円筒型ではなく、内側電極が放電空間内を伸びるように形成した構造を有するエキシマランプも存在する。例えば、特表平8−508363号や特開2003−317670号に示される。
図12に上記従来例の構造を示す。この構造は放電容器60が1つの円筒体からなり、該放電容器60内の放電空間内には、内側電極61が軸方向に延在しており、前記放電容器60の外面には外側電極62が設けられている。
There is also an excimer lamp that has a structure in which an inner electrode is formed so as to extend in the discharge space instead of a double cylindrical type. For example, it is shown in Japanese translations of PCT publication No. 8-508363 and Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-317670.
FIG. 12 shows the structure of the conventional example. In this structure, the
上記構造によれば、二重円筒型のものにおける内側管に相当するものが存在しないために、二重円筒型構造のもつ上記問題点のいくつかは解決できる。
しかしながら、内側電極が放電空間内に露出しているため、内側電極に直接放電が生じて、内側電極が劣化しやすく、放電が不安定になる問題がある。さらに、劣化した電極成分が放電空間内に放出して放電容器にスパッタが生じて、早期に照度低下が起こるという問題もある。また、内側電極に直接放電するため、内側電極および放電用ガスの温度が上昇しやすく、その結果、発光効率も低下しやすい。
また、誘電体材料が一方の電極近傍にしか存在しないため、交流点灯させると正側と負側で放電のバランスが崩れる。
更には、電極への給電極性に留意しないとアーク状の放電が生成されてしまいエキシマ光が効率良く生成されず、一端、アーク状の放電が形成されると、その部分が赤熱して電極が焼き切れる、等の別の問題がある。
However, since the inner electrode is exposed in the discharge space, there is a problem in that the inner electrode is directly discharged, the inner electrode is easily deteriorated, and the discharge becomes unstable. Further, there is a problem that the deteriorated electrode component is discharged into the discharge space and spatter occurs in the discharge vessel, resulting in an early decrease in illuminance. In addition, since the discharge is directly performed on the inner electrode, the temperatures of the inner electrode and the discharge gas are likely to rise, and as a result, the light emission efficiency tends to be lowered.
In addition, since the dielectric material exists only in the vicinity of one of the electrodes, the balance of discharge is lost on the positive side and the negative side when AC lighting is performed.
Furthermore, unless attention is paid to the polarity of the power supplied to the electrode, an arc-like discharge is generated and excimer light is not generated efficiently. There is another problem such as burning out.
この発明が解決しようとする課題は、ニ重円筒型エキシマランプのもつ構造の複雑さをなくすとともに、放電空間内に内側電極が直接露出した構造のエキシマランプのもつ放電の不具合などをもなくした、放電空間内の内側電極を、端部が開放された誘電体によって覆った新規の構造を有するエキシマランプを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to eliminate the complexity of the structure of the double cylindrical excimer lamp and to eliminate the trouble of the discharge of the excimer lamp having the structure in which the inner electrode is directly exposed in the discharge space. Another object of the present invention is to provide an excimer lamp having a novel structure in which an inner electrode in a discharge space is covered with a dielectric having an open end.
この発明のエキシマランプは、紫外線を透過させる誘電体材料から構成されて内部に放電用ガスが封入された放電容器と、この放電容器の内部を長手方向に伸びるとともに放電容器の端部において気密に封止された内側電極と、放電容器の外面に配置された外側電極とからなる構造において、前記内側電極は、少なくとも外側電極との間で放電を行う部位の外表面が、少なくとも一端が放電容器内で開放された誘電体材料からなる内側管によって覆われていることを特徴とする。 An excimer lamp according to the present invention includes a discharge vessel that is made of a dielectric material that transmits ultraviolet rays, and in which a discharge gas is sealed. The excimer lamp extends in the longitudinal direction inside the discharge vessel and is airtight at the end of the discharge vessel. In the structure comprising a sealed inner electrode and an outer electrode disposed on the outer surface of the discharge vessel, the inner electrode has at least one outer surface of a portion that discharges between the outer electrode and at least one end of the discharge vessel. It is characterized in that it is covered by an inner tube made of a dielectric material that is open inside.
また、前記内側管の両端部が放電空間内で開放されていることを特徴とする。
更には、前記内側管が支持部材により放電容器に支持されていることを特徴とする。
加えて、前記支持手段が内側管に取り付けられていて、放電容器には該支持部材の長手方向への移動を規制する固定手段が形成されていることを特徴とする。
更には、前記内側管が内側電極に支持されていることを特徴とする。
あるいは、前記内側管の一端部が放電空間内で開放され、他端部が放電容器と連結されていることを特徴とする。
あるいは、前記内側電極は、放電容器の両端で封止され、少なくともその一部分に長手方向に伸縮可能な弾性部が形成されていることを特徴とする。
Further, both end portions of the inner tube are open in the discharge space.
Furthermore, the inner tube is supported by a discharge vessel by a support member.
In addition, the support means is attached to the inner tube, and a fixing means for restricting movement of the support member in the longitudinal direction is formed in the discharge vessel.
Furthermore, the inner tube is supported by an inner electrode.
Alternatively, one end of the inner tube is opened in the discharge space, and the other end is connected to the discharge vessel.
Alternatively, the inner electrode is sealed at both ends of the discharge vessel, and at least part of the inner electrode is formed with an elastic portion that can expand and contract in the longitudinal direction.
本発明のエキシマランプは、内側電極の外周に誘電体材料からなる内側管が設けられているので、内側電極と外側電極との間に2つの誘電体が介在していることになるため、放電空間に放電が安定して均一に形成される。また、給電極性に関わらずアーク状放電が生成されることがないので、エキシマ光の生成効率が高い上に、電極が焼き切れるという不具合を生じることがない。
加えて、内側管はその端部が放電空間内で開放されているので、長手方向への熱膨張が拘束されることなく自由に伸縮されるため、放電容器と両端部で接合した構造に基づく応力集中や熱歪みによる損傷・破損という問題が解消される。
また、内側管内の放電ガスがその開放端を介して放電空間内に流通できるので、内側管に覆われる内側電極の温度上昇を抑制し、その損耗を防止できるとともに、放電容器内の温度が平均化されて放電用ガスの温度上昇が抑えられて、光出力の低下が防止できる。
In the excimer lamp of the present invention, since the inner tube made of a dielectric material is provided on the outer periphery of the inner electrode, two dielectrics are interposed between the inner electrode and the outer electrode. The discharge is stably and uniformly formed in the space. In addition, since arc-like discharge is not generated regardless of the power supply polarity, the excimer light generation efficiency is high and the problem that the electrode burns out does not occur.
In addition, since the inner tube has its end opened in the discharge space, it can be freely expanded and contracted without restraining thermal expansion in the longitudinal direction, so it is based on a structure in which the discharge vessel is joined at both ends. The problem of damage and breakage due to stress concentration and thermal strain is solved.
In addition, since the discharge gas in the inner tube can flow into the discharge space through the open end, the temperature rise of the inner electrode covered with the inner tube can be suppressed, the wear can be prevented, and the temperature in the discharge vessel can be averaged. Thus, the temperature rise of the discharge gas is suppressed, and the decrease in light output can be prevented.
図1は本発明のエキシマランプの第1の実施形態を示す。
エキシマランプ1は、全体が管状の放電容器10から構成されており、放電用ガスが充填された発光部11と、その両端に発光部11を気密する封止部12が形成される。放電容器10の材質は誘電体バリア放電によって誘電体として機能するとともに、真空紫外光を良好透過する材料、例えば合成石英ガラスから構成される。
放電容器10の内部には、棒状の内側電極2が放電容器10の略中心を伸びるように配置して、放電容器10の外面には外側電極3が密着するように配置する。内側電極2の両端は、封止部12において、それぞれ金属箔13に接合されて、さらに金属箔13には外部リード14が接合している。
発光部11の内部に形成される放電空間には、誘電体材料を介在する放電(誘電体バリア放電)によってエキシマ分子を形成するとともに、このエキシマ分子から真空紫外光を放射する放電用ガス、例えばキセノンガスが封入される。
FIG. 1 shows a first embodiment of an excimer lamp of the present invention.
The
Inside the
In the discharge space formed inside the light emitting unit 11, excimer molecules are formed by a discharge (dielectric barrier discharge) involving a dielectric material, and a discharge gas that emits vacuum ultraviolet light from the excimer molecules, for example, Xenon gas is enclosed.
内側電極2はタングステンなどの棒状電極であって、端部にコイル状の弾性部21が形成される。内側電極2の周囲には、これを覆うように誘電体材料からなる内側管22が設けられ、内側電極2がこの内側管22の中に挿入されている。該内側管22は、例えば合成石英ガラスから構成されていて、内側電極2の少なくとも外部電極3との間で放電を行う部位の外表面に覆われていて、その端部は外部電極3の端部を超えて伸びている。
前記内側電極2と内側管22は微小間隙を介して緩く密着していてもよいし、もっと大きな隙間が形成されていてもよい。また、前記コイル状弾性部21は必ずしも内側電極2の2箇所に設ける必要はなく、少なくとも一部に設けてあればよい。
The
The
この実施形態においては、上記内側管22は、放電空間内で両端が開放されていて、内側電極2の両端部には存在しない。従って、内側電極2は両端部において内側管22に覆われることなく放電用ガスに直接的に露出していることになる。
そして、内側管22は、リング状の支持部材30により、放電容器10の内部に固定される。この支持部材30は、内側管22に嵌合されてその内側管22に溶着や接着により固定されている。
In this embodiment, the
The
外側電極3は金属線が網状に形成された電極であって、放電容器10の外表面を覆うように配置される。このため、放電容器10からの放射光は外側電極3の網目を透過して放射されることになる。なお、外側電極3について、1本の金属線をシームレスに編んだ構造とすると、放電容器との密着性が増して有利である。
The
図示略の給電装置によって、内側電極2と外側電極3に給電すると、誘電体材料である放電容器10及び内側管22を介在させて両電極間に放電が生成され、放電用ガスにエキシマ発光が生じる。
When power is supplied to the
なお、内側管22は支持部材30により放電容器10に支持されるものとしたが、内側電極2が十分な自己保持剛性を有する場合には必ずしも支持部材30を必要とするわけではなく、該内側電極2に支持されるものであってもよい。
この場合、内側管22が長手方向に移動することを防止するために、内側電極2に形成したコイル状の弾性部21を内側管22の長手方向への移動規制部材として機能させることもできる。この場合には、弾性部21を内側管22の端部に隣接させて配置し、かつ、少なくともその内径よりも大径にするものである。
Although the
In this case, in order to prevent the
この実施形態のエキシマランプの構造は、放電空間内の内側電極にも誘電体が覆われているので、外側電極との間での放電が安定したものとなり、均一の状態を持続でき、また、不所望のアーク放電の発生が防止されてエキシマ光の生成効率が高い上に、電極が焼き切れるという不具合を生じることがない。
更には、内側管はその端部が放電空間内で開放される構造であるので、長手方向への熱膨張がなんら拘束されることがなく自由に伸縮されるため、放電容器と両端部で接合した従来構造に基づく損傷・破損という問題が解消される。また、内側管内の放電用ガスがその開放端を介して放電空間内に流通して内側電極の温度上昇を抑制し、その損耗を防止できるとともに、放電用ガスの温度が平均化されてその温度上昇が抑えられて、光出力の低下が防止できる。
In the structure of the excimer lamp of this embodiment, since the dielectric is also covered on the inner electrode in the discharge space, the discharge between the outer electrode and the outer electrode becomes stable, and a uniform state can be maintained. The generation of undesired arc discharge is prevented, excimer light generation efficiency is high, and the problem that the electrode burns out does not occur.
Furthermore, since the inner tube has a structure in which the end portion is opened in the discharge space, the thermal expansion in the longitudinal direction is freely restricted without any restriction. The problem of damage and breakage based on the conventional structure is solved. Further, the discharge gas in the inner tube flows into the discharge space through the open end to suppress the temperature rise of the inner electrode, and the wear can be prevented, and the temperature of the discharge gas is averaged and the temperature is reduced. The rise is suppressed, and a decrease in light output can be prevented.
加えて、内側電極には弾性部を有しているので、該内側電極が熱膨張しても、その熱膨張分を弾性部で吸収するから、熱膨張係数の異なる石英ガラスからなる放電容器の封止部に影響を及ぼすことがなく、放電容器の破損を防止できる。 In addition, since the inner electrode has an elastic part, even if the inner electrode thermally expands, the thermal expansion is absorbed by the elastic part. Therefore, the discharge vessel made of quartz glass having a different thermal expansion coefficient is used. The sealing portion is not affected and the discharge vessel can be prevented from being damaged.
図2は、本発明に係るエキシマランプの第2の実施形態を示す。
図1に示すエキシマランプと相違する点は、内側電極2が棒状電極ではなくて全体がコイル形状の電極であること、および、外側電極3が網状電極ではなくて半円筒体状(樋状)の金属板より構成することである。
内側電極がコイル形状であることの利点は、細い径の金属ワイヤで構成されるため、棒状電極に比べ、重量を軽くできることである。重量が軽くなると、耐振動性、耐衝撃性の面で有利になる。また電極自体が弾性体であるため、棒状電極の場合のように、弾性部を別に設ける必要がなく、安価に製造できるという利点もある。
外側電極が半円筒体状金属板であることの利点は、網状電極に比べ組立作業性が良いことである。すなわち、網状電極の場合は、放電容器に通す、あるいは巻き付ける等の作業が必要であるが、半円筒体状電極の場合は、あらかじめ放電容器の外径に合わせて成型された部品をはめ込むだけで、組立作業が完了する。また、金属板が紫外線に対して反射性を持つ場合は、一方向の光出力を向上させることもできる。
FIG. 2 shows a second embodiment of an excimer lamp according to the present invention.
The difference from the excimer lamp shown in FIG. 1 is that the
The advantage of the inner electrode being in the shape of a coil is that it is made of a thin metal wire, so that the weight can be reduced compared to a rod-shaped electrode. Reducing the weight is advantageous in terms of vibration resistance and impact resistance. Further, since the electrode itself is an elastic body, there is an advantage that it is not necessary to provide an elastic portion separately as in the case of the rod-shaped electrode, and it can be manufactured at low cost.
The advantage that the outer electrode is a semi-cylindrical metal plate is that the assembly workability is better than that of the mesh electrode. That is, in the case of a mesh electrode, it is necessary to pass it around the discharge vessel or to wrap it, but in the case of a semi-cylindrical electrode, it is only necessary to insert a part that has been molded in advance according to the outer diameter of the discharge vessel. The assembly work is completed. In addition, when the metal plate is reflective to ultraviolet rays, the light output in one direction can be improved.
図3は、図1に示したエキシマランプの放電容器端部の拡大構造を示す。
内側電極2が内側管22で覆われている領域、逆に言えば、内側電極2が放電空間に露出する領域を規定するための説明図である。
図において、外側電極3の端部と内側管22の端部との距離Dは、少なくとも放電距離dの2倍より大きくなければならない(図は説明の便宜上、当該数値関係になっていない)。
すなわち、D>2dの関係を満たしていない場合は、内側電極2の露出部分と外側電極3において放電が強く発生する可能性があり、この放電は前記したように不安定な放電になりやすいからである。特に、交流点灯の場合は極性変換の度に、誘電体の位置で極性の関係が変化することから放電がアンバランスになりやすい。
なお、好ましくはD>4dの関係を満たすことであり、より好ましくはD>6dの関係を満たすことである。
FIG. 3 shows an enlarged structure of the end portion of the discharge vessel of the excimer lamp shown in FIG.
It is explanatory drawing for prescribing | regulating the area | region where the
In the figure, the distance D between the end of the
That is, when the relationship of D> 2d is not satisfied, there is a possibility that a strong discharge is generated in the exposed portion of the
It is preferable to satisfy the relationship of D> 4d, and more preferably to satisfy the relationship of D> 6d.
図4は内側電極2の支持部材30を示す。(a)はボビン状の支持部材を示し、(b)は2枚の円板を使った中空支持部材を示し、(c)は板状支持部材を示す。
内側管22は、該内側管22に溶着や接着などにより取り付けられた支持部材30によって放電容器10に対して支持される。該支持部材30によって、内側管22自身は勿論、内側電極2が重力によって垂下ることを防止されるものであり、当該垂下りによる内側管22の破損や、放電の位置的不均一を防止するためである。特に、放電容器10が長尺になると当該問題は顕著になり、一例をあげると、放電容器の長さ(放電空間の長さ)が500〜600mm以上になると支持部材の必要性は高まる。
FIG. 4 shows the
The
(a)に示す支持部材はボビン形状の支持部材30であって、内側管22に嵌合されていて、その内側管22とは溶着や接着などにより取り付けられている。そして、その円周上の凹所に放電容器10に形成した窪み100が係合する構造となっていて、これにより、内側管22が内側電極2上を長手方向に移動することを規制している。
また、(b)に示す2枚の板状支持部材30の場合には、これらの間に窪み100が係合している。
更に、(c)に示す板状支持部材30の場合には、該支持部材30の両側に2つの窪み100が形成されていて、内側管22の長手方向での移動を規制している。
The support member shown in (a) is a bobbin-shaped
In the case of the two plate-
Furthermore, in the case of the plate-
なお、これらの窪み100は、内側管22が放電容器10に対して長手方向に移動することを規制するために、支持部材30を放電容器10に対して緩く固定する固定手段として機能するものであり、したがって、必ずしも放電容器10の全外周に形成する必要はなく、円周上の1箇所、もしくは数箇所に形成するものであってもよい。
そして、これらの窪み100は、例えばディンプル加工により作ることができる。
また、図4においては、放電容器10の一端の構造を示しているが、放電容器の中央部分や他端に複数の支持部材30を設けることもできる。
この場合、窪み100は全ての支持部材30において設ける必要は無く、少なくとも1ヶ所の支持部材に設けることで内側管22の長手方向での移動を規制することは可能である。
These
And these
4 shows the structure of one end of the
In this case, the
図5は、本発明の第3の実施形態を示す。この実施形態では、図1に示す第1の実施形態において、棒状の内側電極2が貫通する内側管22を放電容器10に対して支持部材30により支持する構造に対して、内側管22が棒状の内側電極2に設けた支持体2aによって支持される構造となっている。
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, in the first embodiment shown in FIG. 1, the
図6は、更に第4の実施形態を示し、図2に示す第2の実施形態では、コイル状内側電極2が、内側管22内に当接するように挿入された構造に対して、コイル状電極2にサポータ2bを設けて、該コイル状電極2が内側管22内で支持される構造となっている。
FIG. 6 further shows a fourth embodiment. In the second embodiment shown in FIG. 2, the coiled
図7は、第5の実施形態を示す。上記実施形態1〜4においては、内側電極2が放電容器10の両端部において封止された構造を示したが、これに限られず、一端部でのみ封止される構造であってもよい。
図7において、内側電極2は放電容器10の一端部、図においては右端部10aにおいてのみピンチシールなどにより封止されて外部に突出しており、放電容器10の左端部10bは閉じられた構造をしている。
この実施形態によれば、内側電極2は一端部でのみ放電容器10に封止されるので、熱膨張による該放電容器10への影響を更に減少することができる。
FIG. 7 shows a fifth embodiment. In the first to fourth embodiments, the structure in which the
In FIG. 7, the
According to this embodiment, since the
上記実施形態1〜5においては、内側管22は放電空間内で両端部が開放しているものを示したが、必ずしも両端部が開放されていることが必須なわけではなく、一端部が放電容器に連結されていてもよく、このような実施形態6を図8に示す。
図8において、内側管22は左端22aが放電空間内で開放されており、右端22bは放電容器10に溶着などにより連結されている。
In the first to fifth embodiments, the
In FIG. 8, the
この実施形態6においても、内側管22は左端22aが開放されていて自由であるから、該内側管22の熱膨張に対しても他の部材から拘束されることがなく、放電容器10への取り付け個所に歪みが生じて応力集中することもない。
なお、当該実施形態6においても、上記実施形態1において述べたように、内側管22に支持部材30が取り付けられて放電容器10に対して内側管22を支持する構造を示したが、この実施形態においては、内側管22が一端部22bで放電容器10に連結されるので、特に小型ランプの場合などでは、内側管22を支える支持部材30が不要となることもある。
Also in the sixth embodiment, the
In the sixth embodiment, as described in the first embodiment, the structure in which the
なお、上記各実施形態1〜6における支持部材30については、図9に示すように、光取出し方向(図においては、下方)に切り欠き31を形成してもよい。該支持部材30は内側管22もしくは放電容器10に溶着等により固定される。
こうすることにより、支持部材30部分で放電が形成されないとか、他の発光部からの光が遮られて外部に放射されない、という不具合が解消される。すなわち、支持部材30を設ける構造では、該支持部材30が存在するためにこの部分では内外電極2、3間に放電空間が存在せず、該部分に放電が形成されないとか、他の発光部からの斜め方向の光が該支持部材30に遮光されて放電容器10外部に放射されない、といった不具合があるが、切り欠き31により支持部材30の下方にも放電空間を形成することにより、これらの不具合を解消することができる。
In addition, about the
By doing so, the problem that the discharge is not formed in the
本発明のエキシマランプは、図1〜図9に示す構造に限定されるものではない。例えば、外部電極は、網状電極や半円筒体状に限られず、放電容器外面に印刷等により形成するものであってもよい。また、該外側電極は物理的に一部材によって構成する必要はなく、放電容器の長手方向に複数に分割させて電気的接続することができる。この構造の利点は長尺品を容易に製造できること、配光を調整できることである。 The excimer lamp of the present invention is not limited to the structure shown in FIGS. For example, the external electrode is not limited to a mesh electrode or a semi-cylindrical body, and may be formed on the outer surface of the discharge vessel by printing or the like. Further, the outer electrode does not need to be physically constituted by one member, and can be electrically connected by being divided into a plurality of parts in the longitudinal direction of the discharge vessel. The advantage of this structure is that a long product can be easily manufactured and the light distribution can be adjusted.
内側電極は、棒状電極、コイル状電極に限定されるものではなく、内側管の中において電気的特性を有して、エキシマ発光のための電極になりえるものであれば何でもよい。例えば、内側管の内面に金属薄膜を蒸着することである。この金属薄膜の利点は、内側管を小さくできることや、金属薄膜を反射ミラーとして利用できることである。
また、内側電極を管状にすることもできる。この場合、断面において一部に切り欠きを有する断面C字状とすることで内側管との密着性を高めることもできる。
The inner electrode is not limited to a rod-shaped electrode or a coil-shaped electrode, and may be anything as long as it has electrical characteristics in the inner tube and can be an electrode for excimer light emission. For example, depositing a metal thin film on the inner surface of the inner tube. The advantage of this metal thin film is that the inner tube can be made smaller and the metal thin film can be used as a reflection mirror.
The inner electrode can also be tubular. In this case, the adhesiveness with the inner tube can also be improved by forming a C-shaped cross section having a cutout in a part of the cross section.
内側電極をコイルで構成した場合は、1本の金属線からコイルを形成するのではなく、複数のコイル同士を繋ぎ合わせる構造や、棒状部分とコイル部分を交互に配置する構造、さらには、コイルのピッチを長手方向において変化させる構造が適用できる。特に、放電容器の内径や厚みにバラツキがある場合に、当該バラツキによるエキシマ発光の場所的不均一を解消させるために有効となる場合がある。 When the inner electrode is composed of a coil, the coil is not formed from a single metal wire, but a structure in which a plurality of coils are joined together, a structure in which rod-shaped portions and coil portions are alternately arranged, and a coil It is possible to apply a structure in which the pitch is changed in the longitudinal direction. In particular, when there are variations in the inner diameter and thickness of the discharge vessel, it may be effective for eliminating the non-uniformity of excimer emission due to the variation.
放電容器の封止部の構造は、ピンチシールに限定されるものではなく、その他の箔シール、即ちシュリンクシール構造でもよいし、いわゆる段継ぎシールを採用することもできる。段継ぎシールの利点はガラスと電極の接合性が良くなることであり、封止部におけるガス漏れやクラックの発生をより確実に防止できることである。 The structure of the sealing portion of the discharge vessel is not limited to the pinch seal, but may be another foil seal, that is, a shrink seal structure, or a so-called step seal. The advantage of the step seal is that the bondability between the glass and the electrode is improved, and the occurrence of gas leakage and cracks in the sealed portion can be prevented more reliably.
また、内側管を支持する支持部材は、溶着などにより該内側管に取り付けられるものとして説明したが、これに限られず、放電容器側に取り付けられる構造とし、内側管はこの支持部材に緩く嵌合して支持されるものでもよい。この場合でも、内側管はその長手方向への熱膨張を支持部材によって拘束されることがなく自由に膨張収縮ができる。ただし、内側管が長手方向に不必要に大きく移動することは好ましくないので、別途、必要に応じて内側電極側等に内側管の長手方向への移動を規制する固定手段が設けられるものである。
以上のように、内側管の支持部材は、放電容器もしくは内側管のどちらか一方に取り付けられる構造とすればよい。
In addition, the support member that supports the inner tube has been described as being attached to the inner tube by welding or the like, but is not limited to this, and the inner tube is loosely fitted to the support member. May be supported. Even in this case, the inner tube can freely expand and contract without being restrained by the support member in the thermal expansion in the longitudinal direction. However, since it is not preferable that the inner tube moves unnecessarily large in the longitudinal direction, a fixing means for restricting the movement of the inner tube in the longitudinal direction is separately provided on the inner electrode side or the like as necessary. .
As described above, the support member for the inner tube may be structured to be attached to either the discharge vessel or the inner tube.
放電空間にはゲッターを配置してもよい。ゲッターは、例えばバリウム、ジルコニウムなどからなり、不純ガスを吸着できるので効果がある。ゲッターの配置については、専用のゲッター収容室を、例えば、放電容器の端部に設ける構造や、磁気的保持手段によって固定させることができる。 A getter may be disposed in the discharge space. The getter is made of, for example, barium or zirconium, and is effective because it can adsorb an impure gas. As for the arrangement of the getters, a dedicated getter accommodating chamber can be fixed by, for example, a structure provided at the end of the discharge vessel or magnetic holding means.
図1に示す構造において、数値例を示すと、放電容器10の長さ(封止部を含む)は、400mm〜1500mmであって、例えば、1000mm、放電容器10の外径はφ10mm〜20mmであって、例えば、15mmである。内側管22の長さは200mm〜1300mmであって、例えば、800mm、内側管22の外径はφ4mm〜8mmであって、例えば、5mm、内径はφ2mm〜6mmであって、例えば、3mmである。内側電極(棒状電極)の長さは300mm〜1400mmであって、例えば、900mm、外径はφ1.5mm〜5.9mmであって、例えば、2.8mmである。弾性部21の長さは10mm〜30mmであって、例えば、20mm、外径はφ2mm〜7mmであって、例えば、4mmである。
支持部材30の幅は3mm〜7mmであって、例えば、5mmである。
In the structure shown in FIG. 1, as a numerical example, the length of the discharge vessel 10 (including the sealing portion) is 400 mm to 1500 mm, for example, 1000 mm, and the outer diameter of the
The width of the
図2に示す構造であって、図1に示す構造と相違する部分について、数値例を示すと、コイル状内側電極の外径はφ1.5mm〜5.9mmであって、例えば、2.8mmである。 In the structure shown in FIG. 2 and different from the structure shown in FIG. 1, the outer diameter of the coiled inner electrode is 1.5 mm to 5.9 mm, for example, 2.8 mm. It is.
図3に示す構造であって、図1、図2に示す構造と相違する部分について、数値例を示すと、放電距離dは2mm〜7mmであって、例えば5.0mmであり、距離Dは2dより大きい数値範囲であって、4mm〜14mmであって、例えば10mmとなる。 When the numerical example is shown about the part which is the structure shown in FIG. 3 and is different from the structure shown in FIG. 1 and FIG. 2, the discharge distance d is 2 mm to 7 mm, for example, 5.0 mm, and the distance D is It is a numerical range larger than 2d, and is 4 mm to 14 mm, for example, 10 mm.
エキシマランプは、外側電極と内側電極の間にそれぞれ誘電体を介在させて放電空間が存在する。エキシマランプは、誘電体バリア放電ランプとも称するが、単一波長の真空紫外光を強く放射するという、従来の低圧水銀ランプや高圧放電ランプにはない優れた特徴を有している。
単一波長の光は、放電容器内の封入ガスによって決まり、キセノンガス(Xe)の場合は波長172nmの光、アルゴンガス(Ar)と塩素ガス(CL)の場合は波長175nmの光、クリプトン(Kr)と沃素(I)の場合は波長191nmの光、アルゴン(Ar)とフッ素(F)の場合は波長193nmの光、クリプトン(Kr)と臭素(Br)の場合は波長207nmの光、クリプトン(Kr)と塩素(CL)の場合は波長222nmの光を放射する。さらに、必要に応じて瞬時(1秒以内)に点滅点灯できるという特徴も有する。
The excimer lamp has a discharge space with dielectrics interposed between the outer electrode and the inner electrode. The excimer lamp, which is also called a dielectric barrier discharge lamp, has an excellent feature that is not found in conventional low-pressure mercury lamps and high-pressure discharge lamps, and strongly emits single-wavelength vacuum ultraviolet light.
The light of a single wavelength is determined by the sealed gas in the discharge vessel. In the case of xenon gas (Xe), light of wavelength 172 nm, in the case of argon gas (Ar) and chlorine gas (CL), light of wavelength 175 nm, krypton ( In the case of Kr) and iodine (I), light having a wavelength of 191 nm, in the case of argon (Ar) and fluorine (F), light having a wavelength of 193 nm, in the case of krypton (Kr) and bromine (Br), the light having a wavelength of 207 nm, krypton In the case of (Kr) and chlorine (CL), light having a wavelength of 222 nm is emitted. Further, it has a feature that it can be blinked and lighted instantaneously (within 1 second) as necessary.
エキシマ発光のために、給電装置からエキシマランプに供給する電圧波形は、正弦波に限定されるものではなく、パルス波形であってもかまわない。この場合、パルスを連続的に供給するのではなく、間隔(休止期間)を設けるパルス波形が発光効率の点で好ましく、また、パルス波形は急峻な立ちあがり波形で印加することが望ましい。これは急峻な立ち上がり波形の電圧を印加すると、正弦波電圧のような緩やかな電圧を印加する場合に比べて、放電容器内のガスそのものに直接電圧を印加するような状態に近づくためであり、また、休止期間を設けることは一度生成したエキシマ分子を破壊させないためである。なお、立ちあがりの数値例をあげると、0.03μ秒〜1μ秒の範囲から選択され、例えば0.5μ秒であり、パルス幅は0.5μ秒〜5μ秒の範囲から選択され、例えば1μ秒であり、休止期間は1μ秒〜100μ秒の範囲から選択され、例えば29μ秒である。 The voltage waveform supplied from the power supply device to the excimer lamp for excimer light emission is not limited to a sine wave, and may be a pulse waveform. In this case, instead of continuously supplying pulses, a pulse waveform providing an interval (rest period) is preferable in terms of light emission efficiency, and the pulse waveform is preferably applied in a steep rising waveform. This is because applying a voltage having a steep rising waveform approaches a state in which a voltage is directly applied to the gas itself in the discharge vessel as compared to applying a gentle voltage such as a sine wave voltage. The rest period is provided so that excimer molecules once generated are not destroyed. As an example of the numerical value of rising, it is selected from the range of 0.03 μs to 1 μs, for example 0.5 μs, and the pulse width is selected from the range of 0.5 μs to 5 μs, for example, 1 μs. The rest period is selected from the range of 1 μs to 100 μs, for example, 29 μs.
図10は本発明に係るエキシマランプを使った照射装置の概略構成を示す。
エキシマ照射装置40は金属ブロック41より全体が箱型に形成される。
金属ブロック41には溝が設けられて、エキシマランプ10(10a、10b、10c)が溝に適合するように配置される。金属ブロック41には冷却水を流す冷却水用貫通孔42(42a、42b)と、エキシマランプ1の放射光を検知するセンサ43(43a、43b、43c)が配置される。金属ブロック41は高い伝熱特性と加工の容易性、さらには真空紫外光の高い反射特性から、例えばアルミニウムが採用される。なお、図示略であるが、金属ブロック41には放電容器に対する温度検知センサが配置される。
FIG. 10 shows a schematic configuration of an irradiation apparatus using an excimer lamp according to the present invention.
The
The
照射装置40には、不活性ガスを流すための導入口44aと排出口44bが設けられている。導入口44aは、ガスボンベなどがバルブを介して接続されており、排出口44bは同じくバルブを介して真空ポンプに接続される。不活性ガスは、ごく一般的には窒素ガスが採用されるが、アルゴンガスなどを採用することもできる。また、不活性ガスは、処理工程中、あるいは処理前後において、導入口44aから導入して排出口44bから排出するように常に流し続けることができる。
照射装置40の外部には給電装置45が配置される。
The
A power feeding device 45 is disposed outside the
照射装置40の外部にはエキシマランプ10から放射される紫外線を受ける処理物Wが処理台46に載置されている。この処理台46は、例えば、ステンレスからなるもので内部にニクロム線によるフィラメントヒータを配設することで処理物Wを加熱することができる。また、図示略ではある、処理台46には昇降機構を設けることにより、処理物Wをエキシマランプ1に近接させることが可能であり、また、搬送機構を設けることで水平方向に搬送させることも可能となる。
処理物Wには、酸素ガス、シラン系ガス、水素ガス、アルゴンガスなどの処理用ガスが供給され、これら処理用ガスとエキシマランプ1からの放射光が反応することで処理を行なわれる。
A processing object W receiving ultraviolet rays emitted from the
The processing object W is supplied with processing gas such as oxygen gas, silane-based gas, hydrogen gas, and argon gas, and the processing gas and the emitted light from the
なお、上記の照射装置はランプと処理物の間に両者を区切る透過部材が設けられていない。このため、装置全体が小型化するとともに、高価な紫外線透過窓部材を使う必要がない点で利点は大きい。これは、本発明のエキシマランプが小型であるから、エキシマ照射装置40と処理物Wとの距離を近づけることが可能なため、導入口44aから排出口44bに流れる不活性ガス流で金属ブロック41の酸化を防止できる。
しかしながら、ランプと処理物の間に両者を区切る透過部材を設けることを排除しているわけではない。透過部材を設けることで処理物からの浮遊物がランプやその近傍に付着するという問題を解決できるなどの利点を有している。
In addition, the above-described irradiation device is not provided with a transmission member that separates both the lamp and the processed product. For this reason, the whole apparatus is reduced in size, and the advantage is great in that it is not necessary to use an expensive ultraviolet light transmitting window member. This is because the excimer lamp of the present invention is small in size, so that the distance between the
However, it does not exclude the provision of a transmissive member that separates the lamp and the processed product. By providing the transmissive member, there is an advantage that the problem that the suspended matter from the processed material adheres to the lamp or the vicinity thereof can be solved.
1 エキシマランプ
2 内側電極
3 外側電極
10 放電容器
11 発光部
12 封止部
21 弾性部
22 内側管
30 支持部材
100 窪み(固定手段)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記内側電極は、少なくとも外側電極との間で放電を行う部位の外表面が、少なくとも一端が放電空間内で開放された誘電体材料からなる内側管によって覆われていることを特徴とするエキシマランプ。 A discharge vessel made of a material that transmits ultraviolet light and having a discharge gas sealed therein; an inner electrode that extends in the longitudinal direction inside the discharge vessel and is hermetically sealed at the end of the discharge vessel; and a discharge In an excimer lamp consisting of an outer electrode disposed on the outer surface of the container,
The excimer lamp is characterized in that at least one outer surface of the inner electrode is covered with an inner tube made of a dielectric material having at least one end opened in the discharge space. .
2. The excimer lamp according to claim 1, wherein the inner electrode is sealed at both ends of the discharge vessel, and at least a part thereof is formed with an elastic portion that can expand and contract in a longitudinal direction.
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