JP2009151968A - 紫外線ランプ、エキシマランプおよびエキシマランプの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線反射膜を構成する紫外線散乱粒子の結合力を高め、衝撃を受けても紫外線反射膜が剥がれ落ちにくく、剥がれたとしても紫外線散乱粒子がバラバラに離れて飛散することがない紫外線反射膜を備えた紫外線ランプ、エキシマランプおよびエキシマランプの製造方法を提供すること。
【解決手段】放電空間Ｓを有するシリカガラスよりなる放電容器１１と、放電容器１１を形成するシリカガラスが介在する一対の電極１２，１３とを設けると共に、放電空間Ｓ内にキセノンガスが封入され、放電容器１１の放電空間Ｓ内においてエキシマ放電を発生させるエキシマランプであって、放電空間Ｓにおける放電により曝される放電容器１１の内表面に、シリカ粒子を含む紫外線散乱粒子と結着剤に起因するアルコキシル基とからなる紫外線反射膜１４を形成したことを特徴とする紫外線ランプである。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電空間を有するシリカガラスよりなる放電容器を具備した紫外線ランプ、および放電容器を形成するシリカガラスが介在する一対の電極を備え、放電容器内においてエキシマ放電を発生させるエキシマランプの製造方法に関する。

近年、金属、ガラス、その他の材料よりなる被処理体に波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を照射することにより、真空紫外光およびこれにより生成されるオゾンの作用によって、例えば、被処理体の表面に付着した有機汚染物質を除去する洗浄処理技術や、被処理体の表面に酸化膜を形成する酸化膜の形成処理技術等の、被処理体を処理する技術が開発され、実用化されている。

真空紫外光を照射する装置としては、例えば、エキシマ放電によってエキシマ分子を形成し、該エキシマ分子から放射される、例えば、波長１７０ｎｍ付近の光を利用するエキシマランプを光源として備えるものが知られており、このようなエキシマランプを用いて、より高強度の紫外線を効率よく放射するために多くの試みがなされている。

図７は、特許文献１に示されるような従来技術に係るエキシマランプの構成を示す図であり、図７（ａ）は、エキシマランプ１００の管軸を通る切断面から見た断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示したエキシマランプ１００のＡ−Ａから見た断面図である。
これらの図に示すように、このエキシマランプ１００は、紫外線を透過するシリカガラスよりなる放電容器１０１と、放電容器１０１の内側と外側に各々電極１０２，１０３とが設けられており、放電空間Ｓのエキシマ放電に曝される放電容器１０１の内表面には、紫外線反射膜１０４が形成されている。また、放電容器１０１の一部には、紫外線反射膜１０４が形成されていないことにより放電空間Ｓ内で発生した紫外線を出射する光出射部１０５が形成されている。さらに特許文献１の記載によれば、紫外線反射膜１０４として、シリカ粒子のみからなるもの、およびアルミナ粒子のみからなるものが記載されている。

このように構成されたエキシマランプ１００によれば、放電空間Ｓ内で発生したエキシマ放電に曝される放電容器１０１の内表面に、紫外線反射膜１０４が設けられているので、紫外線反射膜１０４が設けられた領域においては、放電空間Ｓ内で発生した紫外線が、紫外線反射膜１０４によって反射され、シリカガラスに入射せずに、光出射部１０５におけるシリカガラスを透過して外部に放射されるので、放電空間Ｓ内で発生した紫外線を有効に利用することができる。しかも、光出射部１０５以外の領域を構成するシリカガラスの紫外線歪みによるダメージを小さく抑制することができ、クラックの発生を防止することができるとされている。
特許第３５８０２３３号公報

しかし、上記のエキシマランプ１００においては、紫外線反射膜１０４を構成するシリカ粒子またはアルミナ粒子は互いの分子間力で結合されているだけなので、その結合力は非常に弱い。そのため、放電容器１０１に歪が蓄積して破裂すると、紫外線反射膜１０４が剥がれ落ち、破裂時の衝撃でシリカ粒子またはアルミナ粒子からなる紫外線散乱粒子がバラバラに離れて飛散する。このような小さな粒子が飛び散ると取り除くことが難しく、被処理体に対する汚染源となる。

本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、紫外線反射膜を構成する紫外線散乱粒子の結合力を高め、衝撃を受けても紫外線反射膜が剥がれ落ちにくく、剥がれたとしても紫外線散乱粒子がバラバラに離れて飛散することがない紫外線反射膜を備えた紫外線ランプ、エキシマランプおよびエキシマランプの製造方法を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、放電空間を有するシリカガラスよりなる放電容器を具備した紫外線ランプであって、前記放電空間における放電により曝される前記放電容器の内表面に、シリカ粒子を含む紫外線散乱粒子と結着剤に起因するアルコキシル基とからなる紫外線反射膜を形成したことを特徴とする紫外線ランプである。
第２の手段は、第１の手段に記載の紫外線ランプは、エキシマランプであって、前記放電容器を形成するシリカガラスが介在する一対の電極が設けられると共に、前記放電空間内にキセノンガスが封入されてなり、前記放電容器の放電空間内においてエキシマ放電を発生させることを特徴とするエキシマランプである。
第３の手段は、第２の手段において、前記紫外線反射膜に含まれる炭素の濃度が、２０ｗｔｐｐｍ以上１０００ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とするエキシマランプである。
第４の手段は、第２の手段または第３の手段において、前記紫外線散乱粒子として、アルミナ粒子が含まれることを特徴とするエキシマランプである。
第５の手段は、シリカ粒子を含む紫外線散乱粒子と、オルトケイ酸テトラエチルを含む結着剤と、分散剤と、溶剤とを混合し、紫外線散乱粒子に対する結着剤添加量が１．０ｗｔ％以上とするコート液を作る工程と、前記コート液をシリカガラスよりなる放電容器に流し込む工程と、前記放電容器に付着した前記コート液を焼成して紫外線反射膜を形成する工程と、前記放電容器を形成するシリカガラスが介在する一対の電極を設ける工程と、放電空間内にキセノンガスを封入する工程とからなることを特徴とするエキシマランプの製造方法である。

請求項１ないし請求項３に記載の発明によれば、十分な量のオルトケイ酸テトラエチルを含む結着剤に由来するシリカが紫外線散乱粒子に溶融付着し、紫外線散乱粒子同士あるいは紫外線散乱粒子とシリカガラスよりなる放電容器との結着力を高め、衝撃を受けても紫外線反射膜が剥がれ落ちにくく、剥がれたとしても紫外線散乱粒子がバラバラに離れて飛散することを防止することができる。
請求項４に記載の発明によれば、シリカ粒子より高い融点を有するアルミナ粒子はプラズマに曝されても溶融しないため、互いに隣接するシリカ粒子とアルミナ粒子とが粒子同士で結合されることが防止されて粒界が維持されるので、長時間点灯しても、真空紫外光を効率よく拡散反射させることができて初期の反射率を実質的に維持することができる。また、アルミナ粒子は粒子同士の結着性や放電容器との結着性はシリカ粒子に比べて低いが、紫外線反射膜は、十分な量のオルトケイ酸テトラエチルを含む結着剤に由来するシリカがシリカ粒子のみならずアルミナ粒子にも溶融付着し、アルミナ粒子同士やアルミナ粒子とシリカ粒子との結着性、アルミナ粒子と放電容器との結着性を高め、衝撃を受けても紫外線反射膜が剥がれ落ちにくく、剥がれたとしても紫外線散乱粒子がバラバラに離れて飛散することを防止することができる。
請求項５に記載の発明によれば、紫外線反射膜は、紫外線散乱粒子同士あるいは紫外線散乱粒子とシリカガラスよりなる放電容器との結着力が高いので、衝撃を受けても剥がれ落ちにくく、剥がれたとしても紫外線散乱粒子がバラバラに離れて飛散することのないエキシマランプの製造方法を提供することができる。

本願発明の第１の実施形態を図１ないし図５を用いて説明する。
図１（ａ）は、本実施形態の発明に係る紫外線ランプの一例としてのエキシマランプ１０の長尺方向に平行な切断面から見た断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のエキシマランプ１０をＡ−Ａから見た断面図である。

このエキシマランプ１０は、両端が気密に封止され内部に放電空間Ｓが形成された、断面矩形状の中空長尺状の放電容器１１を備えており、放電容器１１の内部には、放電用ガスとして、キセノンガスが封入されている。キセノンガスは、圧力が、例えば、１０〜６０ｋＰａ（１００〜６００ｍｂａｒ）の範囲内となる封入量である。放電容器１１は、真空紫外光を良好に透過するシリカガラス、例えば、合成石英ガラスよりなり、誘電体としての機能を有する。放電容器１１における長辺面の外表面には、一対の格子状の電極、即ち、高電圧給電電極として機能する一方の電極１２、および接地電極として機能する他方の電極１３とが長尺な方向に伸びるよう対向して配置されている。

エキシマランプ１０をこのように構成することにより、一対の電極１２，１３間には誘電体として機能する放電容器１１が介在した状態となる。このような電極１２，１３は、例えば、金属よりなる電極材料を放電容器１１にペースト塗布することにより、またはプリント印刷することによって形成される。エキシマランプ１０の電極１２，１３間に、点灯電力が供給されると、誘電体として機能する放電容器１１の壁を介して放電空間Ｓにおいて放電が生成され、これにより、エキシマ分子が形成されると共に、このエキシマ分子から真空紫外光が放射されるエキシマ放電を生じる。

このエキシマランプ１０においては、エキシマ放電によって発生する真空紫外光を効率良く利用するために、放電空間Ｓにおけるエキシマ放電に曝される放電容器１１の内表面に、シリカ粒子、またはシリカ粒子およびアルミナ粒子とからなる紫外線反射膜１４が設けられている。紫外線反射膜１４は、例えば、放電容器１１における長辺面の、高電圧給電電極として機能する一方の電極１２に対応する内表面領域とこの領域に連続する短辺面の内表面領域にわたって形成される。放電容器１１における長辺面の、接地電極として機能する他方の電極１３に対応する内表面領域においては紫外線反射膜１４が形成されていないことによって光出射部１５が形成される。紫外線反射膜１４の膜厚は、例えば１０〜１００μｍであることが好ましい。

紫外線反射膜１４は、それ自体が高い屈折率を有する真空紫外光透過性を有するシリカ粒子を含む紫外線散乱粒子よりなり、紫外線散乱粒子に到達した真空紫外光の一部は粒子の表面で反射されると共に、他の一部は屈折して粒子の内部に入射され、さらに、粒子の内部に入射された光の多くは透過され（また一部は吸収され）、再び出射される際に屈折される。つまり、紫外線反射膜１４は、このような反射、屈折が繰り返し起こる「拡散反射（散乱反射）」する機能を有する。また、紫外線反射膜１４を構成するシリカ粒子を含む紫外線散乱粒子は、セラミックスにより構成されていることにより、不純ガスを発生せず、また、放電に耐えられる特性を有する。

紫外線反射膜１４を構成する紫外線散乱粒子の１つとして用いられるシリカ粒子は、シリカガラスを粉末状に細かい粒子としたもの等が用いられる。シリカ粒子としては以下に定義するものが用いられる。粒子径が、０．０１〜２０μｍの範囲内にあるものであって、中心粒径（数平均粒子径のピーク値）が、０．１〜１０μｍであるものが好ましく、より好ましくは０．３〜３μｍであるものである。また、中心粒径を有するシリカ粒子の割合が５０％以上であるものであることが好ましい。紫外線散乱粒子が、真空紫外光の波長と同程度である上記範囲の粒子径を有するものであることにより、真空紫外光を効率よく拡散反射させることができる。

ここで、紫外線反射膜１４を構成する紫外線散乱粒子の「粒子径」とは、紫外線反射膜１４をその表面に対して垂直方向に破断したときの破断面における、厚み方向におけるおよそ中間の位置を観察範囲として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって拡大投影像を取得し、この拡大投影像における任意の粒子を一定方向の２本の平行線で挟んだときの該平行線の間隔であるフェレー（Ｆｅｒｅｔ）径をいう。

具体的には、図２（ａ）に示すように、略球状の粒子Ａおよび粉砕粒子形状を有する粒子Ｂ等の粒子が単独で存在している場合には、該粒子を一定方向（例えば、紫外線反射膜１４の厚み方向）に伸びる２本の平行線で挟んだときの該平行線の間隔を粒径ＤＡ、ＤＢとする。また、出発材料の粒子が溶融して接合した形状を有する粒子Ｃについては、図２（ｂ）に示すように、出発材料である粒子Ｃ１、Ｃ２と判別される部分における球状部分の各々について、一定方向（例えば、紫外線反射膜１４の厚み方向）に伸びる２本の平行線で挟んだときの該平行線の間隔を測定し、これを該粒子の粒径ＤＣ１、ＤＣ２とする。

また、紫外線反射膜１４を構成する紫外線散乱粒子の「中心粒径」とは、上記のようにして得られる各粒子の粒子径についての最大値と最小値との粒子径の範囲を、例えば０．１μｍの範囲で複数の区分、例えば、１５区分程度に分け、各々の区分に属する粒子の個数（度数）が最大となる区分の中心値をいう。紫外線散乱粒子が、真空紫外光の波長と同程度である上記範囲の粒子径を有するものであることに真空紫外光を効率よく拡散反射させることができる。

紫外線反射膜１４を構成する紫外線散乱粒子として、シリカ粒子だけでなくアルミナ粒子を含有するものも用いる。アルミナ粒子は、上記において定義したと同様に、粒子径が、０．１〜１０μｍの範囲内にあるものであって、中心粒径（数平均粒子径のピーク値）が、０．１〜３μｍであるものが好ましく、より好ましくは０．３〜１μｍであるものである。また、中心粒径を有するアルミナ粒子の割合が５０％以上であるものであることが好ましい。

一般に、エキシマランプにおいては、プラズマが発生することが知られているが、上記のように構成したエキシマランプにおいては、プラズマが紫外線反射膜１４に対して略直角に入射して作用することになるため、紫外線反射膜１４の温度が局所的に急激に上昇し、紫外線反射膜１４が、例えば、シリカ粒子のみからなるものであれば、プラズマの熱によって、シリカ粒子が溶融されて粒界が消失し、真空紫外光を拡散反射させることができなくなって反射率が低下することがある。然るに、紫外線反射膜１４をシリカ粒子だけでなくアルミナ粒子も含有させることによって、上記構成のエキシマランプ１０において、基本的には、プラズマに曝された場合であっても、シリカ粒子より高い融点を有するアルミナ粒子は溶融しないため、互いに隣接するシリカ粒子とアルミナ粒子とが粒子同士で結合されることが防止されて粒界が維持され、長時間点灯しても、真空紫外光を効率よく拡散反射させることができ、初期の反射率を実質的に維持することができる。

紫外線反射膜１４に含有されるアルミナ粒子の割合は、シリカ粒子とアルミナ粒子との合計の１ｗｔ％以上であることが好ましく、より好ましくは５ｗｔ％以上、さらに好ましくは１０ｗｔ％である。また、シリカ粒子とアルミナ粒子との合計の７０ｗｔ％以下であることが好ましく、より好ましくは４０ｗｔ％以下である。紫外線反射膜１４がシリカ粒子とアルミナ粒子とが上記混合比で構成されていることにより、長時間点灯しても、シリカ粒子が溶融されて紫外線反射膜１４の反射率が大幅に低下してしまうことを確実に抑制することができると共に、アルミナ粒子が混入されることによる紫外線反射膜１４の放電容器１１に対する結着性（接着性）が大幅に低下することがないため、紫外線反射膜１４が剥がれることを確実に防止することができる。なお、紫外線散乱粒子としてシリカ粒子のみならずアルミナ粒子も含まれているとき、「粒子径」および「中心粒径」はシリカ粒子とアルミナ粒子とは区別せずに測定する。

紫外線散乱粒子として用いられるシリカ粒子およびアルミナ粒子の製造は、固相法、液相法、気相法のいずれの方法も利用することができるが、これらのうちでも、サブミクロン、ミクロンサイズの粒子を確実に得ることができることから、気相法、特に、化学蒸着法（ＣＶＤ）が好ましい。具体的には、シリカ粒子は、塩化ケイ素と酸素を９００〜１０００℃で反応させることにより、アルミナ粒子は、原料の塩化アルミニウムと酸素を１０００〜１２００℃で加熱反応させることにより、合成することができ、粒子径は、原料濃度、反応場での圧力、反応温度を制御することにより調整することができる。

放電容器１１内表面への紫外線反射膜１４の形成は、例えば、「流下法」と呼ばれる方法によって行うことができる。まず、放電容器１１内に流し込むコート液を調合する。コート液は、紫外線散乱粒子、結着剤、分散剤、および溶剤から構成される。結着剤は、エタノール：酢酸：オルトケイ酸テトラエチルを３：１：１の重量比で混合した液を２４時間還流したものを用いる。分散剤はシランカップリング剤を用いる。シランカップリング剤を含有することで、コート液をゲル化して放電容器１１内表面に付着させやすくすると共に、コート液中で均等に分散された紫外線散乱粒子を定着させることができる。溶剤はエタノールを用いる。溶剤によってコート液の紫外線散乱粒子の含有濃度を調整することができる。例えば、紫外線散乱粒子１００ｇ、結着剤３ｇ、分散剤１ｃｃ、溶剤１５０ｃｃを容器に計量混合し、一昼夜ミキシングを行い均等に拡散させて、結着剤添加量３％のコート液を作る。結着剤添加量とは、コート液に占める結着剤の重量比（結着剤重量／紫外線散乱粒子重量）を示す数値である。

このコート液を、放電容器１１内に流し込むことにより、放電容器１１の内表面における所定の領域に付着させる。この状態で自然乾燥させて溶剤を蒸発させる。このとき、結着剤は紫外線散乱粒子の粒子間の隙間や粒子近傍に存在する。続いて、酸素雰囲気中で１時間、１０００℃で加熱して焼成すると、分散剤が加熱消失し、紫外線散乱粒子と結着剤だけが残る。

図３は、結着剤がシリカとなって紫外線散乱粒子やシリカガラスに溶融付着している様子を示す図である。
同図において矢印で示すように、結着剤がシリカとなって紫外線散乱粒子やシリカガラスに溶融付着し、紫外線粒子同士や、紫外線散乱粒子とシリカガラスよりなる放電容器１１との結着力を高めることができる。また、紫外線散乱粒子に含まれるシリカ粒子と、放電容器１１を構成するシリカガラスと、結着剤に由来するシリカは、同質材料であり膨張係数もほぼ同一の値となるので、エキシマランプの点灯と消灯により加温と冷却が繰り返されても、放電容器１１に形成される紫外線反射膜１４の剥がれ落ちを防止することができる。

コート液中に含まれる結着剤は、オルトケイ酸テトラエチルに起因するアルコキシル基を有する。アルコキシル基は加水分解されるが、一部分解されなかったものが残留物として膜中に残る。この残留物は酸素雰囲気中で加熱処理されると取り除かれ、結着剤はシリカとなって溶融付着する。しかし、十分な酸素雰囲気中で加熱燃焼させても、全ての残留物を取り除くことは難しく、未分解のまま残存するものも存在する。ＳｉＣ結合は高温でも安定なため、高温で加熱燃焼しても分解せずに残るためである。紫外線反射膜に残存するアルコキシル基は、紫外線反射膜のカーボン濃度として検出することができる。

コート液の結着剤添加量を増やすと、紫外線反射膜に残存するアルコキシル基も増えて紫外線反射膜のカーボン濃度も増大する。また、コート液中に含まれる結着剤の添加量を増やせば、結着剤に由来する紫外線散乱粒子に溶融付着するシリカが増えて、紫外線散乱粒子同士または紫外線散乱粒子とシリカガラスよりなる放電容器との結着力を高め、衝撃を受けても紫外線反射膜が剥がれ落ちにくく、剥がれたとしても紫外線散乱粒子がバラバラに離れて飛散することがない紫外線反射膜を形成することができる。

アルミナ粒子は粒子同士の結着剤や放電容器との結着性が、シリカ粒子に比べて低いので、アルミナ粒子を含む紫外線反射膜は、破裂時の衝撃等でバラバラに離れて飛散しやすい。しかし、結着剤に由来するシリカはアルミナ粒子にも溶融付着して、アルミナ粒子同士やアルミナ粒子とシリカ粒子との結着性も高め、また、アルミナ粒子と放電容器との結着性も高める。結着剤を用いて紫外線反射膜を形成すると、衝撃を受けても紫外線反射膜が剥がれ落ちにくく、剥がれたとしても紫外線散乱粒子がバラバラに離れて飛散することがない紫外線反射膜を形成することができる。

以下に、結着剤が含まれた紫外線反射膜を形成した場合の幾つかの実験例について説明する。
実験１
この実験は、結着剤が含まれた紫外線反射膜を形成し、そのカーボン濃度を測定し、膜剥がれの有無を調べるための実験である。まず、紫外線反射膜を形成するためのコート液を用意する。コート液は、紫外線散乱粒子として、シリカ粒子９０ｗｔ％、アルミナ粒子１０ｗｔ％、結着剤として、エタノール：酢酸：オルトケイ酸テトラエチルを３：１：１の重量比で混合したもの、分散剤として、シランカップリング剤、溶剤としてエタノールからなる。コート液の製造は、紫外線散乱粒子１００ｇ、分散剤１ｃｃ、溶剤１５０ｃｃを容器に計量混合し、さらに結着剤の投入量を０ｇ、０．５ｇ、１．０ｇ、１．５ｇ、２．５ｇ、３ｇ、５ｇとする７種の溶液を用意した。この溶液を―昼夜ミキシングを行い均等に拡散させて、結着剤添加量が０〜５％とする７種のコート液を用意した。

上記で製造されたコート液を、シリカガラスよりなる基材上に流し込んで付着させ、１０分間空気中に放置して自然乾燥にて溶液を蒸発させた。続いて、酸素雰囲気中で１時間、１０００℃に加熱して焼成させて膜厚３０μｍの紫外線反射膜を形成した。なお、シリカガラスが溶融変形しない温度にまでしか加熱できないので、１０００℃が上限である。各コート液について３個ずつ基材上に紫外線反射膜を形成した試料を作成した。

カーボン濃度の測定には、ヴェストホフ社製カーモマット１２ＡＤＧによる抵抗炉燃焼（１３５０℃）−電気伝導度法を用いた。手順は、まず基材から紫外線反射膜を剥がし取り、次に空焼きした磁性ボートに剥がし取った試料を１ｇ程度量り取る。これを１３５０℃に加熱した管状抵抗炉で酸素気流中にて燃焼させ、試料中に含まれるカーボンを燃焼させて二酸化炭素を取得する。この二酸化炭素を平衡にしたＮａＯＨ溶液に吸収させて、電気伝導度の変化を計測することにより測定した。

図４は、実験１の結果得られた結着剤添加量（カーボン濃度）に対する膜剥がれ耐久性を示す表である。
膜剥がれ耐久性のテストは、シリカガラスよりなる基材上に形成された紫外線反射膜の表面に、６Ｈの芯の硬度の鉛筆（ＪＩＳ規格＜ＪＩＳ Ｓ ６００６：２００７＞）を突き当てて１０回摺動させた。紫外線反射膜の基材からの剥がれの有無を目視にて確認した。各結着剤添加量における３つの試料について実験を行い、３つとも剥がれなかったものを○、３つとも剥がれたものを×、３つのうち剥がれたものも剥がれなかったものも両方あった場合を△とした。
各コート液について３個の試料を形成しているが、焼成温度、焼成時間は同一条件としているので、結着剤添加量に対するカーボン濃度は３つの試料ともほぼ同一の値となった。結着剤添加量を増やして結着剤に由来するシリカが増えると、紫外線反射膜に含まれるカーボン濃度も増えることが確認できた。紫外線反射膜に含まれるカーボン濃度が２０ｗｔｐｐｍ以上であれば、紫外線反射膜とシリカガラスよりなる基材との剥がれを防止できることがわかった。

実験例２
この実験は、実験１で得られた紫外線反射膜に脱炭処理を施し、脱炭処理後の紫外線反射膜のカーボン濃度を調べる実験である。実験例１の焼成により形成された紫外線反射膜に脱炭処理を施し、処理後の紫外線反射膜のカーボン濃度を測定した。脱炭処理として、ウェット水素処理をした。ウェット水素処理とは、キャリアガスとして水素ガスを用い、水分を含ませて炉内に配置された対象物を加熱酸化処理することをいう。加熱された炉内に導入された水由来の酸素が対象物に含まれる炭素と反応することにより、一酸化炭素（ＣＯ）として対象物中の炭素を排出除去する。酸化速度を調整するにはキャリアガス種を選択することにより可能である。
具体的には、純水中に水素ガスを導入することにより、＋５５℃程度の露点の水素ガス（水分を含む水素ガス）を炉内に流し込み、ウェット水素雰囲気とした炉内において１０００℃に加熱処理した。実験例１で用いた７種の紫外線反射膜について脱炭処理を施し、処理後の紫外線反射膜について実験例１と同様にしてカーボン濃度測定をした。

図５は、実験２の結果得られた脱炭処理前後のカーボン濃度に対する処理前後のカーボン濃度の差を示す表である。
同図に示すように、脱炭処理前後のカーボン濃度の差は０〜３ｗｔｐｐｍとなった。また、処理後のカーボン濃度が処理前のカーボン濃度に比べて少なくなる場合もあれば、増える場合も発生した。脱炭処理をしてカーボン濃度が増えることは考えにくく、カーボン濃度の測定精度を考慮すると、０〜３ｗｔｐｐｍの処理前後のカーボン濃度の差は測定誤差であり、脱炭処理の前と後ではカーボン濃度が変わらないことが確かめられた。紫外線反射膜から炭素を排出除去する脱炭処理をしてもカーボン濃度が変わらないことから、紫外線反射膜に含まれるカーボンはＳｉＣ結合など高温でも安定な状態のカーボンであり、カーボン濃度をこれ以上は下がらないことがわかった。

実験３
この実験は、結着剤の投入量を増やして紫外線反射膜を形成して、エキシマランプの放電状態を観察する実験である。まず、結着剤の投入量を３０ｇ、６５ｇ、１００ｇと、紫外線散乱粒子１００ｇ、分散剤１ｃｃ、溶剤１５０ｃｃとするコート液を用いて、実験例１に示すエキシマランプと同様に紫外線反射膜を作成した。続いて、実験例１の説明に示す通りにカーボン濃度測定をすると、３種の紫外線反射膜のカーボン濃度は、５００ｗｔｐｐｍ、１０００ｗｔｐｐｍ、１７００ｗｔｐｐｍであった。これらのエキシマランプを点灯した。紫外線反射膜のカーボン濃度が５００ｗｔｐｐｍ、１０００ｗｔｐｐｍのエキシマランプは好ましいエキシマ放電が発生し、十分な照度の光が放射された。しかしながら、紫外線反射膜のカーボン濃度が１７００ｗｔｐｐｍのエキシマランプは、放電の収縮やチラツキといった異常放電が発生し、さらに照度が半分以下と著しく低下した。これは、膜中に存在する結着剤由来の残留物が放電により叩き出されて気化し、不純ガスとして放電容器中で振舞うことにより安定放電しなくなったためと考えられる。これより、紫外線反射膜のカーボン濃度は１０００ｗｔｐｐｍ以下でなければならないことがわかった。

本願発明の第２の実施形態を図６を用いて説明する。
図６は、本実施形態の発明に係る紫外線ランプの一例としてのショートアークランプの構成を示す断面図である。
同図に示すように、このショートアークランプ２０は、例えば、リフレクタ２９と組み合わされて光源装置を構成した状態で使用されるものであって、内部に略楕円形状の放電空間Ｓを形成する膨出部２１および膨出部２１の両端に連続して外方に伸びる封止部２２，２２を有するシリカガラスよりなる放電容器２３を備え、封止部２２の外端部に口金２４，２４を備えており、放電容器２３の内部には、陰極２５と陽極２６とが対向配置されると共に、例えば、キセノン、クリプトン、アルゴン等の希ガスが適宜の量封入されている。このショートアークランプ２０は、陰極２５が陽極２６より前方（図において右方）に位置し、アーク方向がリフレクタ２９の光軸に一致し、アーク中心Ｃがリフレクタ２９の開口縁上の任意の点とアーク中心Ｃとを結ぶ仮想直線Ｌを想定するとき、仮想直線Ｌより光照射方向前方に位置する膨出部２１の内面に、シリカ粒子またはシリカ粒子とアルミナ粒子を含む紫外線散乱粒子と結着剤に起因するアルコキシル基とからなる紫外線反射膜２７が形成され、紫外線反射膜２７が形成されていない光出射部２８が放電容器２３に形成されている。

ショートアークランプ２０をこのように構成することにより、紫外線反射膜２７の放電容器２３の表面との結着性を高め、ショートアークランプ２０が破裂したような場合でも紫外線反射膜２７を構成する紫外線散乱粒子が飛散しないようにすることができ、エキシマランプに限らず、ショートアークランプのような紫外線ランプにおいても、エキシマランプにおけると同様の効果を奏することができる。

第１の実施形態の発明に係るエキシマランプ１０の長尺方向に平行な切断面から見た断面図およびエキシマランプ１０をＡ−Ａから見た断面図である。 略球状の粒子Ａおよび粉砕粒子形状を有する粒子Ｂ等の粒子が単独で存在している状態、および出発材料である粒子Ｃ１、Ｃ２と判別される状態を示す図である。 結着剤がシリカとなって紫外線散乱粒子やシリカガラスに溶融付着している様子を示す図である。 実験１の結果得られた結着剤添加量（カーボン濃度）に対する膜剥がれ耐久性を示す表である。 実験２の結果得られた脱炭処理前後のカーボン濃度に対する処理前後のカーボン濃度の差を示す表である。 第２の実施形態の発明に係るショートアークランプの構成を示す断面図である。 従来技術に係るエキシマランプの構成を示す図である。

符号の説明

１０ エキシマランプ
１１ 放電容器
１２ 一方の電極
１３ 他方の電極（接地電極）
１４ 紫外線反射膜
１５ 光出射部
２０ ショートアークランプ
２１ 膨出部
２２ 封止部
２３ 放電容器
２４ 口金
２５ 陰極
２６ 陽極
２７ 紫外線反射膜
２８ 光出射部
２９ リフレクタ
Ｓ 放電空間

Claims (5)

1. 放電空間を有するシリカガラスよりなる放電容器を具備した紫外線ランプであって、
   前記放電空間における放電により曝される前記放電容器の内表面に、シリカ粒子を含む紫外線散乱粒子と結着剤に起因するアルコキシル基とからなる紫外線反射膜を形成したことを特徴とする紫外線ランプ。
2. 請求項１に記載の紫外線ランプは、エキシマランプであって、前記放電容器を形成するシリカガラスが介在する一対の電極が設けられると共に、前記放電空間内にキセノンガスが封入されてなり、前記放電容器の放電空間内においてエキシマ放電を発生させることを特徴とするエキシマランプ。
3. 前記紫外線反射膜に含まれる炭素の濃度が、２０ｗｔｐｐｍ以上１０００ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のエキシマランプ。
4. 前記紫外線散乱粒子として、アルミナ粒子が含まれることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のエキシマランプ。
5. シリカ粒子を含む紫外線散乱粒子と、オルトケイ酸テトラエチルを含む結着剤と、分散剤と、溶剤とを混合し、紫外線散乱粒子に対する結着剤添加量が１．０ｗｔ％以上とするコート液を作る工程と、前記コート液をシリカガラスよりなる放電容器に流し込む工程と、前記放電容器に付着した前記コート液を焼成して紫外線反射膜を形成する工程と、前記放電容器を形成するシリカガラスが介在する一対の電極を設ける工程と、放電空間内にキセノンガスを封入する工程とからなることを特徴とするエキシマランプの製造方法。

Images