JP2007095449A - エキシマランプ及び紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エキシマランプの使用寿命が著しく短命化することがなく、放電容器が紫外線で劣化して破損により、ガラスの破片がランプハウス内或いは処理室内に飛散することを回避でき、汚染を未然に防止できることができるエキシマランプを提供すること。
【解決手段】 石英ガラスからなる放電容器と、該放電容器内に封入された放電ガスと、少なくとも一枚の誘電体を介在させて配置された一対の電極とを具備したエキシマランプであり、前記放電容器の一部に、他の部分よりも仮想温度が１００〜５００℃高い部分が形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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及びこのエキシマランプを用いた紫外線照射装置に関する。

図８は、本発明の従来技術に係る紫外線光源装置の一例であって、エキシマランプを具備した紫外線照射装置の、説明用断面図である。
図８において、１０はランプハウスであって、その下面に光照射窓１１が設けられており、当該ランプハウス１０の内部には、冷却ブロック１３が設けられている。この冷却ブロック１３の下面には、それぞれ断面が半円形の複数（図８においては４つ）の溝１３１が、紙面に垂直な方向に伸びるよう互いに平行に並んで形成されており、これらの溝の各々内面には反射ミラー１４が設けられ、この反射ミラー１４の内部にエキシマランプＬが配設されて収納されている。光照射窓１１は、エキシマランプＬの正面に対向する位置に窓板部材１１１が配置されて構成されている。
光照射窓１１は、エキシマランプＬから放射される、例えば波長が２００ｎｍ以下の真空紫外光を透過して下方に照射するものである。
エキシマランプＬは、合成石英ガラスよりなる円筒状の外側管２と、この外側管２内にその管軸に沿って配置された、当該外側管２の内径より小さい外径を有する、合成石英ガラスよりなる円筒状の内側管３と、この外側管２および内側管３により形成された円筒状の空間の両端部を気密に閉塞する端壁とよりなる二重管構造を有する密閉型の放電容器４を有する構成とされ、この放電容器４により円筒状の放電空間Ｓが形成され、この放電空間Ｓにはキセノンガスが封入されている（特許文献１参照）。
この放電容器４を形成する外側管２には、その外周面に密接した状態で、例えば金網などの導電性材料よりなる網状の一方の電極５が設けられていると共に、内側管３には、その内周面に密接した状態で、例えばアルミニウム板よりなる他方の電極６が設けられた構成とされており、この一方の電極５および他方の電極６は、高周波電源に接続されている。
高周波電源から入力電力が供給されてエキシマランプＬが点灯状態とさることにより放射された真空紫外光が、光照射窓１１を介して被処理物に対して照射されて、所期の光照射処理が行われる。
特開平１１−１８３６９９号公報 特開２００１−２６７２８０号公報 特開２００５−１００９３４号公報 特開２００３−１９７１５２号公報 特開２００４−１１３９８４号公報

このような紫外線照射装置が長い期間にわたって使用された場合には、エキシマランプＬは、放電容器４が発光管内において発生した紫外線や真空紫外光等にさらされ、発光管の材質である石英ガラスに歪みが発生し、ガラスが破損する。
さらに、ガラスの破損が外側管２における側表面において発光管の中央部で発生した場合、比較的大きな破片は網状の一方の電極５に保持されて下方に落下することが防止される。しかしながら、細かな破片は網目をすり抜けて落下、飛散し、ランプハウス１０内を汚染してしまう。

また、上述のエキシマランプにおいては電極形態は種々であり、放電容器の下方部分に電極が配置されてないもの（特許文献２参照）があるが、このようなランプでは、放電容器の下側部分が破損すると破片が全てランプハウス内に落下し、内部を汚染することを避けられない。なお、放電容器が単一の円筒管より構成されたもの（特許文献３参照）もあるが、このような形態のエキシマランプも外側の放電容器が破損した場合には破片が落下することを回避できない。

近時においては、光照射窓領域に窓板部材を設けない紫外線照射装置が提案されており（特許文献４、特許文献５参照）、このような装置では放電容器からの破片は、装置下方に位置される処理室内やワーク上にも落下するおそれがある。

放電容器が破損する以前に使用を中止してランプを交換することが望ましい。しかしながら実使用においては、ランプの使用寿命を個々に管理することは困難である。また、ランプの使用時間をむやみに短縮した場合にはランプの本数が嵩んで高コストにつながる。

そこで本発明が解決しようとする課題は、エキシマランプの使用寿命が著しく短命化することがなく、放電容器が紫外線で劣化して破損により、ガラスの破片がランプハウス内若しくは処理室内に飛散することを回避でき、汚染を未然に防止できることができる、エキシマランプを提供することを目的とする。
さらにはエキシマランプの放電容器が紫外線で劣化して破損が生じた場合も、ガラスの破片がランプハウス内若しくは処理室内に飛散することを回避でき、汚染を未然に防止できる紫外線照射装置を提供することを目的とする。

本発明に係るエキシマランプは、石英ガラスからなる放電容器と、該放電容器内に封入された放電ガスと、少なくとも一枚の誘電体を介在させて配置された一対の電極とを具備したエキシマランプであり、前記放電容器の一部に、他の部分よりも仮想温度が１００〜５００℃高い部分が形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係るエキシマランプは、前記仮想温度が高い部分を、放電容器における放電領域に形成すると共に、その仮想温度を、他の部分より１００〜４００℃高くなるよう設定したことを特徴とする。

また、本発明に係るエキシマランプは、前記仮想温度が高い部分を、放電容器における非放電領域に形成すると共に、その仮想温度を、他の部分より２００〜５００℃高くしたことを特徴とする。

また、本発明に係るエキシマランプは、前記仮想温度が高い部分を放電容器の端部に形成し、その仮想温度を他の部分より２００〜５００℃高くすると共に、当該仮想温度が高い部分を覆うように放電容器端部にベースを装着したことを特徴とする。

また、本発明に係るエキシマランプは、石英ガラスからなる放電容器と、該放電容器内に封入された放電ガスと、少なくとも一枚の誘電体を介在させて配置された一対の電極とを具備し、前記一対の電極の一方の電極は、放電容器外部に配置された外部電極よりなり、他方の電極は放電空間内に配置された内部電極よりなり、前記内部電極における、外部電極との間で放電を行う部位の外表面が、石英ガラスからなる内側管によって覆われてなるエキシマランプであり、前記内側管に、放電容器を構成する石英ガラスよりも仮想温度が１００〜４００℃高い部分が形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る紫外線照射装置は、上記いずれかに記載のエキシマランプと、前記エキシマランプにおける仮想温度が高い部分を取り囲むカバーと、と具備したことを特徴とする。
また、前記カバーが、反射ミラーよりなることを特徴とする。

また、本発明に係る紫外線照射装置は、放電容器の一部に他の部分よりも仮想温度が１００〜５００℃高い部分が形成されたエキシマランプを具備し、当該エキシマランプを、仮想温度が高い部分が上側に位置されるよう装着したことを特徴とする。

本発明に係るエキシマランプによれば、エキシマランプの平均的な使用寿命に対して８０％以上の使用期間を確保できて、放電容器において最初に破損する箇所を、破片が外部を汚染しないよう安全な場所に特定できると共に、ガスのリークや電極の溶断などの現象に伴うランプの不点灯を促すことにより、ランプの使用寿命を知らせるため、放電容器の重大な損傷を伴うことなく、ランプ交換を行うことができる。特に、仮想温度が高い部分を、放電容器の本体部分に形成する場合には、放電容器が破損する以前から、破片が落下したり細かなガラスが飛散しないよう対処しておくことができる。また、放電容器内部において、内部電極を覆う内側管に仮想温度が高い部分を設ける場合には、電極を溶断させるトリガとすることで、放電容器の実質的な損傷を伴わず、ランプ交換を促すことができる。
その結果、ランプ交換時期を適性に管理できると共に、ガラスの破片の飛散を回避でき、汚染を未然に防止することができる。
また本発明に係る紫外線照射装置によれば、エキシマランプを、放電容器における破損予定の個所を上側に向けて装置内に組み込んだり、放電容器の一部をカバーしたりすることで、ランプハウス内や処理室内における破片の飛散を確実に防止できるようになる。

以下、本発明を実施形態に基づいて説明するが、これに限定されるものではない。また、本発明に係る紫外線照射装置は、従来技術に係るランプハウス構成にも適用できるため、装置全体の構成については一部、前図図８を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
図１、図２及び図８を参照して第１の実施形態を説明する。
まず、図８と図２を参照して、本発明に係るエキシマランプを搭載した紫外線照射装置全体の構成を説明する。
１０はランプハウスであって、ランプハウス１０の内部には、例えばアルミニウムよりなる冷却ブロック１３が設けられており、この冷却ブロック１３の下面には、それぞれ断面が半円形の複数（図８においては４つ）の溝１３１が、紙面に垂直な方向に伸びるよう互いに平行に並んで形成されている。これらの溝１３１の各々には、図２の拡大図で示すように反射ミラー１４が設けられており、この反射ミラー１４の内径と適合する外径を有する棒状のエキシマランプＬが配設されて収納されている。また、図８に示すように、エキシマランプＬの下面には光照射窓１１が設けられており、エキシマランプＬの正面に対向する位置に窓板部材１１１が配置されて構成されている。
光照射窓１１は、平板状の合成石英ガラスにより形成された窓板部材１１１により構成されており、エキシマランプＬから放射される、例えばＸｅガスを封入した場合、１７２ｎｍの中心波長である真空紫外光を透過して下方に照射するものである。
ランプハウス１０の内部は、例えば窒素ガスなどの不活性ガスが充填されている。

ここで本発明に係るエキシマランプを、図１を参照して詳細に説明する。なお図１は、第１の実施形態に係る、エキシマランプの管軸方向断面図及び管軸に垂直な面における断面図である。
図１において、放電容器４は、合成石英ガラスよりなる円筒状の外側管２と、この外側管２内にその管軸に沿って配置された、当該外側管２の内径より小さい外径を有する、例えば合成石英ガラスなどの誘電体よりなる円筒状の内側管３と、この外側管２および内側管３により形成された円筒状の空間の両端部を気密に閉塞する端壁とよりなる二重管構造を有する密閉型の放電容器４を有する構成とされ、この放電容器４により円筒状の放電空間Ｓが形成され、この放電空間Ｓにはキセノンガスが封入されている。
放電容器４を形成する外側管２には、その外周面に密接した状態で、例えば金網などの導電性材料よりなる網状の一方の電極５が設けられていると共に、内側管３には、その内周面に密接した状態で、例えばアルミニウム板よりなる他方の電極６が設けられた構成とされており、この一方の電極５および他方の電極６は、高周波電源７に接続されている。符号８は放電容器４内部にガスを封入したときに使用した排気管の残部であるチップ部である。
高周波電源７から入力電力が供給されてエキシマランプＬが点灯状態とさることにより、図１（ｂ）に示すように一方の電極５と他方の電極６との間において放電プラズマが生起され、かかる放電により発生した真空紫外光が、網状の一方の電極５を通過して放射される。この真空紫外光が、図８における光照射窓１１を介してその直下に配置された被処理物に対して照射され、所期の光照射処理が行われる。

本発明のエキシマランプＬにおいては、放電容器４の外側管２における放電プラズマが発生する領域（以下、「放電領域」という。）Ａの一部に、当該放電容器４を構成する石英ガラスの仮想温度が、その他の部分の仮想温度よりも１００〜４００℃高い部分Ｋが形成されている。なお放電領域Ａは、当該放電容器４において、電極５，６の両方の電極が対向して配置されている部分に相当する。そして、かかるエキシマランプは、前記仮想温度が高い部分が、図２の要部拡大図で示すように、ランプハウスの冷却ブロック１３の下面に設けられた反射ミラー１４内部に配置された状態で装着されている。

放電容器４は、紫外線照射によってこれを構成する石英ガラスに歪が入るが、仮想温度が低い放電容器４の略全体においては、歪の蓄積によるガラスの劣化の進行が遅く、一方、仮想温度が高い部分Ｋにおいては、劣化の進行が比較的速いため、結果として仮想温度が高い部分Ｋの方が先に破損する。
この結果、予め指定した個所において破損を生じさせることが可能となり、すなわち、放電容器４が未破壊の段階でも最初に破損が発生個所を予測できるため、破損が生じた場合に備えて破片が飛散しないよう事前に対策をとることが可能となる。したがって、本発明に係るエキシマランプを備えた紫外線照射装置によれば、ランプに対応して事前にしかるべき対策を講じることが可能となり、紫外線照射装置におけるランプハウス１０内の汚染を未然に防止することができる。

上記実施形態においては、図２のように、仮想温度が高い部分Ｋが放電容器４の外側管２に形成されると共に、当該仮想温度が高い部分Ｋが、冷却ブロック下面に形成された反射ミラー１４の内部に収容されているため、仮想温度が高い部分Ｋにおいて破損が生じた場合でも、その破片はその直下の放電容器４の未破損部分によってガードされ、破片の落下、飛散が抑制される。また、放電容器４の上側部分は、反射ミラー１４がカバーとなって覆われているので、破片が周囲に飛散することなく、装置内や処理内の汚染を未然に防止することができる。
なお、この実施形態においては、冷却ブロック１３とは別体の反射ミラー１４をエキシマランプＬ上部に配設したが、冷却ブロック１３の溝１３１でランプＬを覆う態様としてもよく、適宜変更が可能であることは言うまでもない。

上記第１の実施形態に係るエキシマランプにおいては、仮想温度が高い部分Ｋを、放電プラズマにさらされる放電領域Ａに形成すると共に、仮想温度を１００〜４００℃の温度差を有するように設定する。
ここに、仮想温度差を１００℃以上とすることで、放電容器４において最初に破損が発生する個所を、仮想温度が高い部分Ｋに確実に固定することができる。そして、仮想温度差が４００℃以下とすることにより、仮想温度が高い部分Ｋを形成していないエキシマランプが破損に至るまでの平均的な寿命時間（以下、「平均寿命」と称する。）に対して、８０％以上の寿命を維持することができる。仮想温度が４００℃を超えて高い場合には、エキシマランプの破損に至るまでの時間（以下、「破損時間」と称する。）が平均寿命に対して８０％未満に低下し、使用期間が著しく短縮化してしまう。

図３は、本発明の第２の実施形態を説明する（ａ）エキシマランプの管軸方向断面図、（ｂ）管軸に垂直な方向の断面図である。なお、エキシマランプＬは、放電容器４及び電極５，６の基本的構造は図１で示したものと同様であり、先に説明した構成については図１と同符号を付して詳細説明を省略する。
この実施形態に係るエキシマランプＬは、仮想温度が高い部分Ｋが、内側管３における、放電領域Ａの内部に形成されている。ここに、仮想温度が高い部分Ｋにおける仮想温度は、そのほか部位の放電容器４を構成する石英ガラスの仮想温度よりも１００〜４００℃高く設定されており、この結果、点灯時間の経過と共に、放電容器４全体に紫外線による歪が生じた場合でも、前記仮想温度が高い部分Ｋがそのほかの部位に先んじて破損し、すなわち、内側管３が破損してその他の部位が破損することにより、ランプハウス内又は処理室内を汚染することが回避される。仮想温度の高い部分Ｋは、図示のように内側管の一部に設けても良いし、軸方向は一部であるが周方向の全周に設けても良いし、内側管全体に設けても良い。

このように、本実施形態に係るエキシマランプＬにおいては、仮想温度が高い部分Ｋが放電容器４の内側管３に形成されるため、当該仮想温度が高い部分Ｋにおいて破損が生じた場合でも、その破片はその直下の外側管２によってガードされ、放電容器４外部への破片の落下、飛散が回避されるようになる。また、放電容器４の上側においても、外側管２によって破片が飛散することなく、ランプハウス又は処理室の内部を清浄に維持することができる、信頼性の高いエキシマランプを提供することができる。

以上の、第２の実施形態に係るエキシマランプＬにおいても、上記第１の実施形態と同様、仮想温度が高い部分Ｋは放電容器４における放電領域Ａに形成され、その仮想温度が１００〜４００℃の温度差を有するよう設定される。このように、放電領域Ａに仮想温度が高い部分Ｋを設ける場合には、仮想温度の温度差を１００℃以上とすることで、放電容器４中、最初に破損が発生する個所を仮想温度が高い部分Ｋに固定することができ、破損個所の予測を確実に行える。そして、仮想温度差が４００℃以下とすることにより、エキシマランプの破損時間を平均寿命に対して、８０％以上に維持することができる。

図４は、本発明第３の実施形態を説明するエキシマランプの側部断面図であり、図５はこのエキシマランプを搭載した紫外線照射装置の一例を示す断面図である。
図４に示すエキシマランプは、放電容器４及び電極の基本的構造は図１で示したものと同様であり先に説明した構成については図１と同符号を付して、詳細説明を省略する。
この実施形態に係るエキシマランプＬは、放電容器４における放電領域Ａの外方において、仮想温度が他の部分の仮想温度よりも高い部分Ｋが形成されている。このエキシマランプＬは、例えば図５で示すように、仮想温度が高い部分を含む端部領域がランプハウスの光照射窓１１の縁部１１ａよりも外方に位置しており、さらに、エキシマランプの端部がガラス破片回収用のケース１２内部に収容されている。ここに、ケース１２は、端部を覆うと共にエキシマランプの端部と光照射領域（すなわち、光照射窓内部領域）を区分する仕切り部１２ａと、破片の落下を防止する底面部１２ｂとを具備している。そして、万一放電容器４が破損してもその破片や粉塵がケース１２内に落下してランプハウス１０の内部や処理室の汚染を防止できると共に破片の回収を簡単に行える。

本実施形態においては、仮想温度が高い部分Ｋを非放電領域に形成しており、この場合、仮想温度をその他の部位に比較して２００℃以上高くなるよう設定する。この理由は、非放電領域における石英ガラスは放電プラズマにさらされていないため、紫外線照射による石英ガラスの劣化の進行は前述した第１又は第２の実施形態に係る放電領域Ａに形成されたものに比較して緩慢であり、２００℃未満である場合は、仮想温度が高い部分Ｋにおいて破損が発生するとは限らなくなるからである。したがって、放電領域Ａ以外の部分に仮想温度が高い部分Ｋを形成する場合は、仮想温度差を２００℃以上に設定し、その上限としては５００℃以下とするのがよい。仮想温度差を５００℃以下にすることにより、破損時間が著しく短くなることを防止できる。

図６は、本発明に係る第４の実施形態を説明するエキシマランプの管軸方向断面図である。なお図６に示すエキシマランプは、放電容器及び電極の基本的構造は図１で示したものと同様であり先に説明した構成については図１と同符号を付して、詳細説明を省略する。
本実施形態においては、エキシマランプにおける放電容器４の両方の端部にベース４ｂが装着されている。ベース４ｂは例えば無機絶縁性のセラミックス（例えばアルミナ）等からなり、紫外線不透過の耐紫外線材料よりなる。放電容器４における、仮想温度が高い部分は、上記と同様、端壁５，６や内側管３又は外側管２の、放電が生起されない領域（非放電領域）であって、他のガラスよりも石英ガラス温度が２００〜５００℃程度高くなるよう設定される。
このように仮想温度が高い領域Ｋを、非放電領域に形成すると共に、ランプ自身に飛散防止用のベース４ｂを装着することで、図５で示したようなケースの設置が不要になり紫外線照射装置に係る構成を簡単にすることができる。

以上の第３、第４の実施形態においては、仮想温度が高い部分Ｋを、放電容器４の端部に設けたが、内側管３又は外側管２の放電が生起されない領域（非放電領域）や、排気管の残部であるチップ部８に設ける態様も可能である。いずれの場合も、放電が生起されない領域（非放電領域）に仮想温度が高い部分Ｋを設ける場合は、他のガラスよりも石英ガラス温度が２００〜５００℃程度高くなるよう設定する。

図７は更に異なる実施形態を示すエキシマランプの（ａ）管軸方向断面図、（ｂ）（ａ）においてＸ−Ｘで切断した断面図であり、放電容器が単一の管より構成されたエキシマランプにかかるものである（特許文献３参照）。
図７において、放電容器４は、外側管２の両方の端部にピンチシール部２ａ，２ｂが形成されることにより気密に封止されており、内部に放電ガスが封入されて放電空間Ｓが形成されている。放電容器４の外周面上には断面半円状の金属板が密着状態に配設されて一方の電極５が構成され、また、放電容器４の内部には放電空間Ｓに露出するようにコイル状の内部電極からなる他方の電極６が、その両端部がピンチシール部２ａ，２ｂに埋設された金属箔９ａ，９ｂに接続されて懸架され、配設されている。

他方の電極６は、例えば両方の端部が開放されたガラスなどの誘電体よりなる内側管３１の内部に挿入されており、そのコイル状の部分が内側管により覆われた状態となっている。なお、同図中の符号３１１は、内側管３１を放電容器４内に中空に支持するための支持部材である。

ここに、数値例を挙げると、放電容器４における全長は、ピンチシール部２ａ，２ｂを含み４００〜１５００ｍｍであり、放電領域内における外径はφ１０〜２０ｍｍである。内側管３１は、外径がφ４〜８ｍｍ、内径２〜６ｍｍである。一方の電極５は例えば、板の厚さが例えば０．５〜３ｍｍのアルミニウム板よりなり、樋状にプレス成形したものである。他方の電極６は、コイルの素線径が０．１〜１ｍｍのタングステン線よりなり、コイルの外径がφ１．５〜５．９ｍｍである。

本実施形態においては、仮想温度が高い部分Ｋは、内側管３１の放電領域Ａ内において当該内側管３１の全周に亘り形成されており、その仮想温度は、放電容器４を構成する石英ガラスに比較して１００〜４００℃高くなるよう構成されている。このように、内側管３１に仮想温度が高い部分Ｋを形成すると、エキシマランプＬの点灯時間の経過に従い、放電容器４及び内側管３１を構成する石英ガラスが紫外線によって劣化が生じるが、内側管３１の仮想温度が高い部分Ｋにおいては放電容器４を構成する石英ガラスよりも紫外線による劣化の進行が速いため、当該仮想温度が高い部分Ｋにおいては放電容器４よりも先に破損が生じる。この結果、他方の電極６は内側管３１において破損した部分においてアーク状の放電が発生しコイルが過熱して溶断が生じ、ランプが不点灯になる。この結果、放電容器４が破損する以前にランプ交換を行うことができる。
本実施形態においては、内側管３１は完全に放電容器４内部に配置されており、当該内側管３１に破損が生じた場合でも放電容器４の内部に破片が堆積して、外部に放出することがなく、先に内側管３１が破損しても問題が生じることがない。

この実施形態によれば、内側管３１の破損した時間がエキシマランプの破損に至るまでの時間と等しくならないが、内側管３１の破損がトリガとなって内部電極（６）が切断されてランプが不点灯になるので、ほぼランプの使用寿命以前にランプの交換を促すことができる。
ここに、不点灯を検知する手法としては、電極放電によって発生する光（真空紫外線、紫外線、可視光、赤外線）を検知したり、ランプに流れる電流値を検知したりするものを採用することができ、このように検知手段を設けることにより、ランプ交換時期を適性に管理できると共に、ガラスの破片の飛散を回避でき、汚染を未然に防止することができる。
なお、本実施形態において、電極５，６の形状は、上記形状に限定されるものではなく、一方の電極５（外部電極）は先に説明した実施形態と同様メッシュ状のものでも良いし、他方の電極６（内部電極）はワイヤー状のものでも良い。

以上説明したように、本実施形態に係るエキシマランプによれば、放電容器において最初に破損する箇所を、破片が外部を汚染しないよう安全な場所に特定できると共に、ガスのリークや電極の溶断などの現象にともなうランプの不点灯を促すことにより、ランプの使用寿命を知らせるため、放電容器の重大な損傷を伴うことなく、ランプ交換を行うことができる。特に、実施形態１〜４に係る発明においては、放電容器が破損する以前から、破片が落下したり細かなガラスが飛散しないよう対処しておくことができ、実施形態５に係る発明においては電極溶断させるトリガとすることで、放電容器の実質的な損傷を伴わず、ランプ交換を実施できる。
また、以上においては、紫外線照射装置の例として光照射窓部材があるものを参照して説明したが、無論、光照射窓部材がなく、エキシマランプが処理室に臨むように配置されたものでも同様の効果を有することは言うまでもない。

〔実験例１〕
図１の構成に従い、下記条件によりエキシマランプを作製した。
放電容器（４）の全長は１０００ｍｍであり、外側管（２）は材質が合成石英ガラスで外径２２ｍｍ、肉厚１．０ｍｍ、また、内側管（３）は材質が合成石英ガラスであり外径が１２ｍｍ、肉厚が１．０ｍｍであった。
この容器を放電ガス封入前の段階で電気炉に収容し、容器全体の仮想温度を１１００℃にした。同様の手法によって放電容器を合計８個製作した。

作製した放電容器に、目標とする仮想温度差を０℃、８０℃、１００℃、１５０℃、２１０℃、３３０℃、４００℃、４４０℃とそれぞれ設定し、各容器の外側管の略中央部分に部分的に仮想温度が高くなるよう処理を施した。具体的には、仮想温度差が８０℃と１００℃の容器（すなわち、仮想温度が他の部分より高い部分が１１８０℃と１２００℃の容器）においては、外側管に断面半円状で全長が５０ｍｍの小型のヒーターを直接設置して加熱した。そして、仮想温度が高い部分において、他の部分より１５０℃以上の仮想温度差を有する（仮想温度が１２５０℃以上）ものについては、酸素水素バーナーで加熱して軟化点近傍まで温度を上げて冷却速度を変えて仮想温度を所期に設定した。このようにして形成された仮想温度が高い部分は、例えば平面図においてφ１０〜４０ｍｍの円形状であった。

放電容器の仮想温度を所期に設定した後、各容器にキセノンガスを３０ｋＰａ（常温）封入して排気管を封止した。
排気管の残部であるチップ部においては、封止工程時の加熱により仮想温度が変化しているため、チップ部も部分的に小型電気炉に入れて仮想温度を１１００℃にした。
このように放電容器を作製して、一方と他方の電極を、仮想温度が高い部分にも当該電極が位置されるよう配置し、放電容器略全体の仮想温度が１１００℃であるエキシマランプを合計８本作製した。
なお、一方の電極は網状の電極よりなり、他方の電極は断面円弧状のアルミニウム板よりなる。

〔点灯実験〕
ランプの仮想温度が高い部分を上側に位置させて、図７で示す紫外線照射装置に設置した。連続点灯して、点灯時間と破損個所の比較を行った。
なお、エキシマランプを周波数３０ｋＨｚの高周波電源により、入力が３００Ｗの条件で点灯させた。

下記表１は、放電容器に仮想温度が高い部分を設けなかった従来製品に係るエキシマランプ（ランプ１１）の点灯時間を１．０としたときの、各々エキシマランプの破損に至るまでの時間を相対値及び破損個所をまとめた表である。なお同表において「仮想温度（℃）」の欄は、仮想温度が高い部分を形成したものにおいてはその仮想温度を表しており、ランプの略全体の仮想温度は上述したとおり１１００℃である。

以上の結果において、ランプ１１とランプ１２においては、放電容器のほぼ全体において破損が生じた。これらのランプにおいてはランプの破損時間を比較的長く維持できる代わりに、破損が発生する個所を特定できないため、放電容器の破片がランプハウス内、又は、処理室内に落下し、内部を汚染する可能性がある。
一方、仮想温度の差が１００℃以上あるものにおいては、放電容器の破損発生個所が仮想温度が高い部分に限定されており、破損個所を予測可能であることが分かった。しかも、破損しても、その破片が放電容器における下方の未破損の部分により保護されて周囲に飛散することが防止できた。また、ランプ１８のように仮想温度差が４４０℃のものは破損時間（相対値）が０．７５と、著しく短くなることが分かった。

〔実験例２〕
上記実験例１と同様の仕様及び手順により、放電容器全体の仮想温度を９７０℃に設定した容器を８個作製した。
そして、作製した放電容器に、目標とする仮想温度差を、０℃、６０℃、１１０℃、１８０℃、２４０℃、３２０℃、３９０℃、４８０℃とそれぞれ設定し、各容器の外側管の略中央部分に部分的に仮想温度が高くなるよう処理を施した。具体的には、仮想温度差が６０℃、１１０℃、１８０℃、２４０℃の容器（すなわち、仮想温度がより高い部分における仮想温度が１０３０℃、１０８０℃、１１５０℃、１２１０℃の各容器）においては、外側管に断面半円状で全長が５０ｍｍの小型のヒーターを直接設置して加熱した。
仮想温度差が３２０℃以上の（仮想温度が１２９０℃以上）ものについては、酸素水素バーナーで加熱して軟化点近傍まで温度を上げて冷却速度を変えて仮想温度を所期に設定した。このようにして形成された仮想温度が高い部分は、例えばφ１０〜４０ｍｍの略円形状であった。

仮想温度を所期に設定した後、３０ｋＰａ（常温）封入して排気管を封止した。
排気管の残部であるチップ部においても部分的に小型電気炉に入れて加熱し、仮想温度を所定の９７０℃にした。
このように放電容器を作製して、一方と他方の電極を、仮想温度が高い部分にも当該電極が位置されるよう配置し、放電容器略全体の仮想温度が９７０℃であるエキシマランプを合計８本作製した。
なお、一方の電極は網状の電極よりなり、他方の電極は断面円弧状のアルミニウム板よりなる。
製作したエキシマランプを上記点灯実験と同様、仮想温度が高い部分を上に配置して装置内に設置し、同じ条件で点灯させて点灯時間と破損個所の比較を行った。

下記表２は、放電容器に仮想温度が高い部分を設けなかった従来製品に係るエキシマランプ（ランプ２１）の点灯時間を１．０としたときの、各々エキシマランプの破損に至るまでの時間を相対値及び破損個所をまとめた表である。なお同表において「仮想温度（℃）」の欄は、仮想温度が高い部分を形成したものにおいてはその仮想温度を表しており、ランプの略全体の仮想温度は上述したとおり９７０℃である。

以上の結果において、ランプ２１とランプ２２においては、放電容器のほぼ全体において破損が生じた。これらのランプにおいてはランプの使用寿命を比較的長く維持できる代わりに、破損が発生する個所を特定できないため、放電容器の破片がランプハウス内、又は、処理室内に落下し、内部を汚染する可能性がある。
一方、仮想温度の差が１１０℃以上あるものにおいては、放電容器の破損発生個所が仮想温度が高い部分に限定されており、破損個所を予測可能であることが分かった。しかも、破損しても、その破片が放電容器における下方の未破損の部分により保護されて周囲に飛散することが防止できた。また、ランプ２８の仮想温度差が４８０℃のものは破損時間（早相対値）が０．７４と寿命が著しく短くなることが分かった。

〔実験例３〕
上記実験例１と同様の仕様及び手順により、放電容器全体の仮想温度を８６０℃に設定した容器を７個作製した。
そして、作製した放電容器に、目標とする仮想温度差を、０℃、９０℃、１７０℃、２１０℃、２６０℃、４００℃、４６０℃とそれぞれ設定し、各容器の外側管の略中央部分に部分的に仮想温度が高くなるよう処理を施した。具体的には、仮想温度差が９０℃、１７０℃、２１０℃、２６０℃の容器（すなわち、仮想温度がより高い部分における仮想温度が９５０℃、１０３０℃、１０７０℃、１１２０℃の各容器）においては、外側管に断面半円状で全長が５０ｍｍの小型のヒーターを直接設置して加熱した。
仮想温度差が４００℃以上の（仮想温度が１２６０℃以上）ものについては、酸素水素バーナーで加熱して軟化点近傍まで温度を上げて冷却速度を変えて仮想温度を所期に設定した。このようにして形成された仮想温度が高い部分は、例えばφ１０〜４０ｍｍの略円形状であった。

仮想温度を所期に設定した後、３０ｋＰａ（常温）封入して排気管を封止した。
排気管の残部であるチップ部においても部分的に小型電気炉に入れて加熱し、仮想温度を所定の８６０℃にした。
このように放電容器を作製して、一方と他方の電極を、仮想温度が高い部分にも当該電極が位置されるよう配置し、放電容器略全体の仮想温度が８６０℃であるエキシマランプを合計７本作製した。
なお、一方の電極は網状の電極よりなり、他方の電極は断面円弧状のアルミニウム板よりなる。
製作したエキシマランプを上記点灯実験と同様、仮想温度が高い部分を上に配置して装置内に設置し、同じ条件で点灯させて点灯時間と破損個所の比較を行った。

下記表３は、放電容器に仮想温度が高い部分を設けなかった従来製品に係るエキシマランプ（ランプ３１）の点灯時間を１．０としたときの、各々エキシマランプの破損に至るまでの時間を相対値及び破損個所をまとめた表である。なお同表において「仮想温度（℃）」の欄は、仮想温度が高い部分を形成したものにおいてはその仮想温度を表しており、ランプの略全体の仮想温度は上述したとおり８６０℃である。

以上の結果において、ランプ３１とランプ３２においては、放電容器のほぼ全体において破損が生じた。これらのランプにおいてはランプの使用寿命を比較的長く維持できる代わりに、破損が発生する個所を特定できないため、放電容器の破片がランプハウス内、又は、処理室内に落下し、内部を汚染する可能性がある。
一方、仮想温度の差が１７０℃以上あるものにおいては、放電容器の破損発生個所が仮想温度が高い部分に限定されており、破損個所を予測可能であることが分かった。しかも、破損しても、その破片が放電容器における下方の未破損の部分により保護されて周囲に飛散することが防止できた。また、ランプ３７の、仮想温度差が４６０℃のものは破損時間（早相対値）が０．７６と、著しく短くなった。

〔実験例４〕
放電容器の寸法及び仮想温度が高い部分の温度差を変えたことを除いて、上記実験例１と同様にしてエキシマランプを作製した。
放電容器（４）の全長は１０００ｍｍであり、外側管（２）は材質が合成石英ガラスで外径３０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、また、内側管（３）は材質が合成石英ガラスであり外径が１４ｍｍ、肉厚が１．０ｍｍであった。
この容器を放電ガス封入前の段階で電気炉に収容し、容器全体の仮想温度を１１００℃にした。同様の手法によって放電容器を合計８個製作した。

作製した放電容器に、目標とする仮想温度差を０℃、９０℃、１００℃、１８℃、２２０℃、３６０℃、４１０℃、４８０℃に設定し、各容器の外側管の略中央部分に部分的に仮想温度が高くなるよう処理を施した。具体的には、仮想温度差が９０℃と１００℃の容器（すなわち、仮想温度が他の部分より高い部分が１１９０℃と１２００℃の容器）においては、外側管に断面半円状で全長が５０ｍｍの小型のヒーターを直接設置して加熱した。そして、仮想温度が高い部分において、他の部分より１８０℃以上の仮想温度差を有する（仮想温度が１２８０℃以上）ものについては、酸素水素バーナーで加熱して軟化点近傍まで温度を上げて冷却速度を変えて仮想温度を所期に設定した。このようにして形成された仮想温度が高い部分は、例えば平面図においてφ１０〜４０ｍｍの円形状であった。

放電容器の仮想温度を所期に設定した後、各容器にキセノンガスを３０ｋＰａ（常温）封入して排気管を封止した。
排気管の残部であるチップ部においては、封止工程時の加熱により仮想温度が変化しているため、チップ部も部分的に小型電気炉に入れて仮想温度を１１００℃にした。
このように放電容器を作製して一方と他方の電極を前記仮想温度が高い部分にも位置されるよう配置し、放電容器略全体の仮想温度が１１００℃であるエキシマランプを合計８本作製した。
なお、一方の電極は網状の電極よりなり、他方の電極は断面円弧状のアルミニウム板よりなる。

下記表４は、上記実験例１と同様の点灯条件により点灯したときの、各々エキシマランプの破損に至るまでの時間を相対値及び破損個所をまとめた表である。破損時間は、仮想温度差を０℃とした従来技術に係るランプ４１の破損時間を基準とした相対値で示している。「仮想温度（℃）」の欄は、仮想温度が高い部分を形成したものにおいてはその仮想温度を表しており、ランプの略全体の仮想温度は上述したとおり１１００℃である。

以上の結果において、ランプ４１とランプ４２においては、放電容器のほぼ全体において破損が生じた。これらのランプにおいてはランプの使用寿命を比較的長く維持できる代わりに、破損が発生する個所を特定できないため、放電容器の破片がランプハウス内、又は、処理室内に落下し、内部を汚染する可能性がある。
一方、仮想温度の差が１００℃以上あるものにおいては、放電容器の破損発生個所が仮想温度が高い部分に限定されており、破損個所を予測可能であることが分かった。しかも、破損しても、その破片が放電容器における下方の未破損の部分により保護されて周囲に飛散することが防止できた。また、仮想温度差が４４０℃になると破損時間（相対値）が０．７７になり寿命が著しく短かかった。

〔実験例５〕
上記実験例１と同様の仕様及び手順により、放電容器全体の仮想温度を１１００℃に設定した容器を７個作製した。
そして、作製した放電容器に、目標とする仮想温度差を、０℃、８０℃、１５０℃、２１０℃、３８０℃、４９０℃、５２０℃に設定し、仮想温度が高い部分を、各容器の外側管の端部に、部分的に仮想温度が高くなるよう処理を施した。具体的には、仮想温度差が６０℃、１１０℃、１８０℃、２４０℃の容器（すなわち、仮想温度がより高い部分における仮想温度が１０３０℃、１０８０℃、１１５０℃、１２１０℃の各容器）においては、外側管に断面半円状で全長が５０ｍｍの小型のヒーターを直接設置して加熱した。
仮想温度差が３２０℃以上の（仮想温度が１２９０℃以上）ものについては、酸素水素バーナーで加熱して軟化点近傍まで温度を上げて冷却速度を変えて仮想温度を所期に設定した。このようにして形成された仮想温度が高い部分は、例えばφ１０〜４０ｍｍの略円形状であった。

放電容器の仮想温度を所期に設定した後、各容器にキセノンガスを３０ｋＰａ（常温）封入して排気管を封止した。
排気管の残部であるチップ部においては、封止工程時の加熱により仮想温度が変化しているため、チップ部も部分的に小型電気炉に入れて仮想温度を１１００℃にした。
このように放電容器を作製し、一方と他方の電極を、前記仮想温度が高い部分を除いて配置し、放電容器略全体の仮想温度が１１００℃であるエキシマランプを合計７本作製した。
なお、一方の電極は網状の電極よりなり、他方の電極は断面円弧状のアルミニウム板よりなる。

下記表５は、上記実験例１と同様の点灯条件により点灯したときの、各々エキシマランプの破損に至るまでの時間を相対値及び破損個所をまとめた表である。破損時間は、仮想温度差を０℃とした従来技術に係るランプ５１の破損時間を基準とした相対値で示している。「仮想温度（℃）」の欄は、仮想温度が高い部分を形成したものにおいてはその仮想温度を表しており、ランプの略全体の仮想温度は上述したとおり１１００℃である。

以上の結果において、ランプ５１、ランプ５２、ランプ５３においては、放電容器のほぼ全体において破損が生じた。これらのランプにおいては長い使用寿命が得られるが、破損が発生する個所を特定できないため、放電容器の破片がランプハウス内、又は、処理室内に落下し、内部を汚染する可能性がある。
一方、仮想温度の差が２００℃である場合、放電容器の破損発生個所が仮想温度が高い部分に限定されており、破損個所を予測可能であることが分かった。しかも、破損しても、その破片が放電容器における下方の未破損の部分により保護されて周囲に飛散することが防止できた。また、仮想温度差が５２０℃になると破損時間（相対値）が０．７８になり、使用寿命が著しく短くなる。
仮想温度が高い部分を放電領域外に形成する場合、仮想温度差を２００℃以上にすることにより、破損部位を固定できて対処が可能になることが判明した。そして、仮想温度差を約５００℃以下にすることで、破損に至る時間が著しく短縮されることも防止できる。

以上の実験例１〜実験例５の結果から明らかなように、エキシマランプの放電容器を構成する石英ガラスの仮想温度を、所定の差異を有して部分的に高くすることにより、破損発生個所を固定できて、破損が発生した時における対策をとることができるようになる。
特に仮想温度が高い部分を、放電領域に形成する場合には仮想温度差を１００〜４００℃の範囲に設定するのがよく、仮想温度が高い部分を放電領域外に形成する場合には、仮想温度差を２００〜５００℃の範囲に設定するのがよい。

第１の実施形態に係る、（ａ）エキシマランプの管軸方向断面図及び管軸に垂直な面における断面図、（ｂ）放電領域の一部を取り出して示す説明用拡大図である。 第１の実施形態を説明する紫外線照射装置の要部を示す説明用断面図である。 第２の実施形態に係る（ａ）エキシマランプの管軸方向断面図、（ｂ）管軸に垂直な方向の断面図である。 第３の実施形態に係るエキシマランプの断面図である。 図４のエキシマランプを搭載した紫外線照射装置の一例を示す断面図である。 第４の実施形態を説明するエキシマランプの管軸方向断面図である。 第５の実施形態を説明する（ａ）エキシマランプの管軸方向断面図、（ｂ）Ｘ−Ｘ断面図である。 紫外線照射装置の一例を示す説明用断面図である。

符号の説明

１０ ランプハウス
１１ 光照射窓
１１ 縁部
１１１ 窓板部材
１３ 冷却ブロック
１３１ 溝
１４ 反射ミラー
Ｌ エキシマランプ
２ 外側管
２ａ，２ｂ 端部
３ 内側管
３１ 内側管
４ 放電容器
５ 一方の電極（網状電極）
６ 他方の電極（板状電極）
７ 高周波電源
８ チップ部
９ａ，９ｂ 金属箔
Ａ 放電領域
Ｓ 放電空間

Claims (8)

1. 石英ガラスからなる放電容器と、該放電容器内に封入された放電ガスと、少なくとも一枚の誘電体を介在させて配置された一対の電極とを具備したエキシマランプであり、
   前記放電容器の一部に、他の部分よりも仮想温度が１００〜５００℃高い部分が形成されていることを特徴とするエキシマランプ。
2. 前記仮想温度が高い部分を、放電容器における放電領域に形成すると共に、
   その仮想温度を、他の部分より１００〜４００℃高くなるよう設定したことを特徴とする請求項１記載のエキシマランプ。
3. 前記仮想温度が高い部分を、放電容器における非放電領域に形成すると共に、
   その仮想温度を、他の部分より２００〜５００℃高くしたことを特徴とする請求項１記載のエキシマランプ。
4. 前記仮想温度が高い部分を放電容器の端部に形成し、
   その仮想温度を他の部分より２００〜５００℃高くすると共に、
   当該仮想温度が高い部分を覆うように放電容器端部にベースを装着したことを特徴とする請求項１記載のエキシマランプ。
5. 石英ガラスからなる放電容器と、該放電容器内に封入された放電ガスと、少なくとも一枚の誘電体を介在させて配置された一対の電極とを具備し、
   前記一対の電極の一方の電極は、放電容器外部に配置された外部電極よりなり、他方の電極は放電空間内に配置された内部電極よりなり、
   前記内部電極における、外部電極との間で放電を行う部位の外表面が、石英ガラスからなる内側管によって覆われてなるエキシマランプであり、
   前記内側管に、放電容器を構成する石英ガラスよりも仮想温度が１００〜４００℃高い部分が形成されていることを特徴とするエキシマランプ。
6. 請求項１または請求項５のいずれかに記載のエキシマランプと、前記エキシマランプにおける仮想温度が高い部分を取り囲むカバーと、と具備したことを特徴とする紫外線照射装置。
7. 前記カバーが、反射ミラーよりなることを特徴とする請求項６記載の紫外線照射装置。
8. 請求項１記載のエキシマランプを具備してなり、
   当該エキシマランプを、仮想温度が高い部分が上側に位置されるよう装着したことを特徴とする紫外線照射装置。
   

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