JP2010015839A - エキシマランプ - Google Patents

Abstract

【課題】内部にシリカ主体の反射膜を設けた高照度タイプのエキシマランプにおいて、チップ管の先端部に蓄積する紫外線歪に起因するチップ管先端部の割れを防止し長寿命化を図ったエキシマランプを提供すること。
【解決手段】端部２３にチップ管５が設けられ、誘電体で構成された放電容器２と、放電容器２内に封入された放電用ガスと、放電容器２の内面に形成されたシリカ主体の粒状体から成る反射膜７と、放電容器２を構成する誘電体を介して放電用ガスを励起する一対の電極３，４とからなるエキシマランプにおいて、チップ管５は、放電容器２内で発生した真空紫外線が先端部に直接照射されないように構成された遮蔽部と、該遮蔽部に連続して形成された前記先端部とからなることを特徴とするエキシマランプである。
【選択図】図２

Description

本発明は、放電容器を石英ガラス等の誘電体で形成したエキシマランプに係わり、特に、放電容器内面にシリカ主体の反射膜を形成し、放電容器の端部にチップ管を有するエキシマランプに関する。

近年、波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を被処理体に照射することにより、真空紫外線または真空紫外線により生成されたオゾンの作用により処理を行なう装置が広く実用化されている。具体的には、例えば、被処理物の表面に付着した有機汚染物質を除去する洗浄処理装置や、被処理物の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成処理装置、更には、被処理物の表面を改質する表面改質装置等がある。
このような装置に用いられる真空紫外線を放射する光源としては、例えば、キセノンガスを封入したエキシマランプ等がある。このようなエキシマランプについては、エキシマランプから放射される光をより強くする高照度化が求められており、高照度化技術の一つとしては、特許文献１に示されているように、シリカ粒子から成る紫外線反射膜を放電容器の内面に形成することが知られている。

図９は、従来技術に係るエキシマランプの構成の一例を示す図であり、図９（ａ）は、管軸方向に沿った切断面から見たエキシマランプの断面図、図９（ｂ）は、管軸に対して直交するＸ−Ｘ切断面から見たエキシマランプの断面図である。
同図に示すように、このエキシマランプ１００は、シリカガラスからなる円筒状の外側管１０２と円筒状の内側管１０３とが同軸上に配置されると共に、両端部において溶融接合されて外側管１０２と内側管１０３との間に環状の放電空間Ｓが形成されてなる２重管構造の放電容器１０１を有している。外側管１０２の外周面には金網等の導電性材料からなる外部電極１０４が密接して設けられていると共に、内側管１０３の内周面には内部電極１０５が密接して設けられており、放電空間Ｓには、例えば、キセノンガス等の希ガスからなる放電ガスが封入されている。更に、外側管１０２の内周面に形成される光放射窓１０６を除く内周面と内側管１０３の外周面には紫外線反射膜１０７が形成されている。

このように構成されたエキシマランプ１００においては、放電空間Ｓで発生した紫外線に曝される表面に紫外線反射膜１０７が設けられているので、紫外線反射膜１０７が設けられた領域においては、紫外線は、紫外線反射膜１０７によって反射され、放電容器１０１を構成するシリカガラスには入射せずに、光放射窓１０６を構成する領域においてシリカガラスを透過して外部に放射される。その結果、基本的には、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と共に、光放射窓１０６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損傷を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。

ところで、エキシマランプ１００を製造する場合、放電容器１０１内部にキセノンガス等の放電ガスを放電容器１０１の端部に形成された排気管を介して導入し、その後、排気管を酸水素バーナー等で溶融させ、焼き切ることで封止している。また、放電容器１０１の内面にシリカ主体の粒状体から成る紫外線反射膜１０７を形成する場合、放電容器１０１の両端部にガラス製の細管部を設けて、この細管部を介してシリカ主体の粒状体を混合した懸濁液を放電容器１０１内部に流入し、その後流出させることによって放電容器１０１内面に紫外線反射膜１０７を塗布している。以下、このような排気管や懸濁液の流入流出用の細管部をチップ管１０８という。
特開２００７−３３５３５０号公報

通常、チップ管１０８は、放電容器１０１の両端に、ランプ管軸方向と同一方向に伸びるように設けられている。チップ管１０８の封じ切った先端部は、加熱溶融して封止されており、形状としては肉厚や表面が複雑な状態になっており、紫外線歪みが蓄積され易く、強度が弱い箇所となっている。更に、チップ管１０８の先端部まで紫外線反射膜１０７を形成しても、チップ管１０８の先端部を封じ切る際の加熱溶融時に、シリカ主体の粒状体が、チップ管１０８を構成しているシリカガラスの溶融に合わせて溶融するので、粒状体の形を保つことができず、チップ管１０８の先端部は、紫外線反射膜１０７によっては保護することができない。具体的には、紫外線反射膜１０７が設けられた部分は白色であるが、チップ管１０８の先端部は透明となってしまい、紫外線に曝されて、割れが発生してしまう。

更に、エキシマランプ１００の管軸方向に放射される紫外線は、ランプ管軸方向の発光が積算され、ランプ管軸と直交する方向に放射される光に比べて比較的高い照度の強い真空紫外線となる。そのため、この強い真空紫外線が、チップ管１０８の先端部に直接照射されると、紫外線歪が生じてしまう。この紫外線歪の蓄積が原因となって、チップ管１０８の先端部に割れが発生する。また、特に、放電容器１０１内面に紫外線反射膜１０７を形成した高照度のエキシマランプ１００においては、この現象が顕著に現れ、エキシマランプ１００が短寿命化してしまうという問題がある。

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、内部にシリカ主体の反射膜を設けた高照度タイプのエキシマランプにおいて、チップ管の先端部に蓄積する紫外線歪に起因するチップ管先端部の割れを防止し長寿命化を図ったエキシマランプ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、端部にチップ管が設けられ、誘電体で構成された放電容器と、該放電容器内に封入された放電用ガスと、前記放電容器の内面に形成されたシリカ主体の粒状体から成る反射膜と、前記放電容器を構成する誘電体を介して前記放電用ガスを励起する一対の電極と、からなるエキシマランプにおいて、前記チップ管は、前記放電容器内で発生した真空紫外線が先端部に直接照射されないように構成された遮蔽部と、該遮蔽部に連続して形成された前記先端部とからなることを特徴とするエキシマランプである。
第２の手段は、第１の手段において、前記遮蔽部は、屈曲してい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１の手段または第２の手段において、前記遮蔽部は、前記放電容器の端部から放電容器の長手方向または管軸方向に対して傾斜していることを特徴とするエキシマランプである。

請求項１に記載の発明によれば、チップ管の先端部に紫外線歪が蓄積して、早期に割れが引き起こされることを防止することができる。
請求項２に記載の発明によれば、簡便な構成を採用することにより、チップ管の先端部にエキシマランプの放電容器内部で発生する真空紫外線の直接照射を防止でき、チップ管の先端部に紫外線歪が蓄積して、早期に割れが引き起こされることを防止することができる。
請求項３に記載の発明によれば、チップ管の長さを長くすること無く、チップ管の先端部にエキシマランプの放電容器内部で発生する真空紫外線の直接照射を防止でき、チップ管の先端部に紫外線歪が蓄積して、早期に割れが引き起こされることを防止することができる。

本発明の実施形態を図１ないし図８を用いて説明する。
図１は、実施形態１の発明に係る角型エキシマランプの構成を示す斜視図である。
同図に示すように、このエキシマランプ１は、石英ガラスからなる直方体状の放電容器２を有しており、放電容器２の長手方向の上面２１には導電性材料からなる上部電極３が密接して設けられていると共に、長手方向の下面２２には網状の導電性材料からなる下部電極４が密接して設けられている。放電容器２によって形成される放電空間Ｓには、例えば、キセノンガス等の希ガスからなる放電ガスが封入される。更に、放電容器２の長手方向の両端部２３、２３にはチップ管５、５が設けられている。

図２は、図１に示した角型エキシマランプ１の構成を示す断面図であり、図２（ａ）は角型エキシマランプ１の長手方向と平行な切断面から見た角型エキシマランプ１の断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ切断面から見た角型エキシマランプ１の断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ切断面から見た角型エキシマランプ１の断面図である。
図２（ａ）に示すように、放電容器２の内面のうち、放電容器２の長手方向の下面２２に形成される光放射窓６に対応する放電容器２の内面を除く内面には、紫外線反射膜７が形成されていると共に、チップ管５の内表面にも紫外線反射膜７が形成されており、チップ管５を溶融封止した先端部５２の内表面には、紫外線反射膜７は形成されていない。また、図２（ｂ）には、放電容器２の長手方向に平行な両側面２４，２４の内面と、放電容器２の上面２１の内面に紫外線反射膜７が形成されていることが示されており、図２（ｃ）には、放電容器２の長手方向に平行な両側面２４，２４の内面と、放電容器２の上面２１の内面と、放電容器２の下面２２に紫外線反射膜７が形成されていることが示されている。

このように構成された角型エキシマランプ１においては、放電空間Ｓで発生した紫外線に曝される表面には紫外線反射膜７が設けられているので、紫外線反射膜７が設けられた領域においては、発生した紫外線は、紫外線反射膜７によって反射され、放電容器２を形成する石英ガラスに入射せずに、光放射窓６を構成する領域におけるシリカガラスを透過して外部に放射される。その結果、基本的には、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と共に、光放射窓６以外の領域を構成する石英ガラスの紫外線歪みによる損傷を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。

図３は、図２（ａ）に示した角型エキシマランプ１の実施形態１に係る端部断面を拡大して示した拡大断面図である。
同図において、チップ管５は、内面に紫外線反射膜７が形成され屈曲する箇所を有する遮蔽部５１と、遮蔽部５１に連続して形成され内面には紫外線反射膜７が溶融して紫外線反射膜７が形成されておらず、端部において封止されている先端部５２とから構成されている。ｄはチップ管５の内径、Ａはチップ管５の曲がり点、Ｂはチップ管５の内面に形成された紫外線反射膜７が溶融せずに残存している境点である。
同図に示すように、境点Ｂは、曲がり点Ａの方向へチップ管５の内径ｄ分曲がっている。そのため、チップ管５の紫外線反射膜７が溶融し残っていない境点Ｂよりもチップ管５の端部側の先端部５２には、紫外線が直接照射されることがなく、先端部５２における紫外線の影響を防止することができる。

図４は、図３に示した角型エキシマランプ１の端部断面と異なる他の実施形態２に係る端部断面を拡大して示した拡大断面図である。なお、図４に示した符号の構成は図３に示した同符号の構成に対応する。
同図に示すように、境点Ｂは、曲がり点Ａの方向へチップ管５の内径２ｄ分曲がっている。これにより、チップ管５の紫外線反射膜７が溶融し残っていない境点Ｂよりも端部側の先端部５２はより一層屈曲しているので、照射される紫外線がより一層少なくなり、先端部５２における紫外線の影響をより一層防止することができる。

図５は、図３及び図４に示した角型エキシマランプ１の端部断面と異なる他の実施形態３に係る端部断面を拡大して示した拡大断面図である。なお、図５に示した符号の構成も図３に示した同符号の構成に対応する。
同図に示すように、チップ管５の遮蔽部５１は途中で屈曲し、その後チップ管軸に戻る方向へ再度屈曲している。屈曲の度合いは、チップ管５の内径ｄに対して、曲がり点Ａよりチップ管５の遮蔽部５１がチップ管軸よりｄ分曲がり、再度、チップ管軸方向にｄ分曲がっているので、チップ管５の紫外線反射膜７が溶融し残っていない境点Ｂよりも端部側の先端部５２は２度屈曲後に設けられているので、照射される紫外線がより一層少なくなり、先端部５２における紫外線の影響をより一層防止することができる。

図６は、図３ないし図５に示した角型エキシマランプ１の端部断面と異なる他の実施形態４に係る端部断面を拡大して示した拡大断面図である。なお、図６に示した符号の構成も図３に示した同符号の構成に対応する。
同図に示すように、チップ管５の遮蔽部５１が角型エキシマランプ２の端部２３と接続されている根元部分から屈曲している。遮蔽部５１内に形成された紫外線反射膜７が溶融せずに残っている箇所である境点Ｂよりもチップ管５の端部側の先端部５２は、チップ管５の内径ｄ分曲がった位置に配置されているので、直接照射される紫外線が少なくなり、先端部５２における紫外線の影響を防止することができる。

図７は、図３ないし図６に示した角型エキシマランプ１の端部断面と異なる他の実施形態５に係る端部断面を拡大して示した拡大断面図である。なお、図７に示した符号の構成も図３に示した同符号の構成に対応する。
同図に示すように、チップ管５の遮蔽部５１が角型エキシマランプ２の端部２３と接続されている根元部分から屈曲している。遮蔽部５１内に形成された紫外線反射膜７が溶融せずに残っている箇所である境点Ｂよりも端部側の先端部５２は、チップ管５の内径２ｄ分曲がった位置に配置されているので、照射される紫外線がより一層少なくなり、先端部５２における紫外線の影響をより一層防止することができる

図８は、実施形態１ないし実施形態５に係るエキシマランプと従来技術に係るエキシマランプの点灯試験の結果を示す表である。
点灯試験には、実施形態１ないし実施形態５および従来技術に係るエキシマランプを５本づつ用意し、点灯試験を行い、その平均値を示したものである。
同表に示すように、所定時間経過後において、チップ管にクラックが発生し、更に点灯を続けるとチップリークが発生して不点灯となることが示されており、従来技術に係るエキシマランプに比べて、実施形態１ないし実施形態５に係るエキシマランプはいずれもよい結果を示しており、特に、実施形態２および実施形態３に係るエキシマランプが最も良い結果を示し、実施形態１および実施形態５が比較的良好な結果を示している。
なお、点灯試験の条件は、以下のとおりである。
点灯試験に用いたエキシマランプは石英ガラス製の放電容器であり、エキシマランプの長手方向の長さは９００ｍｍ、ランプの幅４０ｍｍ、一対の電極を配置したギャップを形成する側のランプ高さ１０ｍｍ、放電容器を形成する石英ガラスの厚み３ｍｍ、放電容器内部に封入したキセノンガスの封入圧５０ＫＰａである。放電容器の内部に形成した紫外線反射膜は、膜厚が３０μｍ〜４０μｍ、膜の成分は、シリカ粒子が９０重量％、アルミナ粒子が１０重量％、紫外線反射膜の構成材料（出発原料）は、粒子径０．５μｍ〜５μｍ、中心粒径３μｍのシリカ粒子と粒子径０．１〜３μｍ、中心粒径１μｍのアルミナ粒子とをシリカ粒子の混合比が９０重量％となるように混合し作製したものである。また、点灯時の点灯電圧は１０ｋＶ、７０ｋＨｚの高周波電圧を印加した。

なお、上記の各実施形態の発明は、角型エキシマランプを例にして説明したが、従来技術に示されるような２重管エキシマランプにも適用できることは言うまでもない。

実施形態の発明に係る角型エキシマランプの構成を示す斜視図である。 図１に示した角型エキシマランプ１の構成を示す断面図である。 図２（ａ）に示した角型エキシマランプ１の実施形態１に係る端部断面を拡大して示した拡大断面図である。 図３に示した角型エキシマランプ１の端部断面と異なる他の実施形態２に係る端部断面を拡大して示した拡大断面図である。 図３及び図４に示した角型エキシマランプ１の端部断面と異なる他の実施形態３に係る端部断面を拡大して示した拡大断面図である。 図３ないし図５に示した角型エキシマランプ１の端部断面と異なる他の実施形態４に係る端部断面を拡大して示した拡大断面図である。 図３ないし図６に示した角型エキシマランプ１の端部断面と異なる他の実施形態５に係る端部断面を拡大して示した拡大断面図である。 実施形態１ないし実施形態５に係るエキシマランプと従来技術に係るエキシマランプの点灯試験の結果を示す表である。 従来技術に係るエキシマランプの構成の一例を示す図である。

符号の説明

１ エキシマランプ
２ 放電容器
２１ 上面
２２ 下面
２３ 端部
２４ 側面
３ 上部電極
４ 下部電極
５ チップ管
５１ 遮蔽部
５２ 先端部
６ 光放射窓
７ 紫外線反射膜
Ｓ 放電空間
ｄ チップ管の内径
Ａ 曲がり点
Ｂ 境点

Claims (3)

1. 端部にチップ管が設けられ、誘電体で構成された放電容器と、該放電容器内に封入された放電用ガスと、前記放電容器の内面に形成されたシリカ主体の粒状体から成る反射膜と、前記放電容器を構成する誘電体を介して前記放電用ガスを励起する一対の電極と、からなるエキシマランプにおいて、
   前記チップ管は、前記放電容器内で発生した真空紫外線が先端部に直接照射されないように構成された遮蔽部と、該遮蔽部に連続して形成された前記先端部とからなることを特徴とするエキシマランプ。
2. 前記遮蔽部は、屈曲していることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
3. 前記遮蔽部は、前記放電容器の端部から放電容器の長手方向または管軸方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエキシマランプ。