JP3576100B2 - 高輝度光照射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高出力の紫外線を放射する誘電体バリア放電ランプを用いた高輝度光照射装置に関し、特に、支持部材を簡素化および軽量化して、組立てや交換を容易ならしめるように構成したものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体バリア放電ランプは、半導体製造装置や液晶製造装置における紫外線硬化樹脂の硬化、排気ガスの浄化、化合物の合成などの紫外線光源として各種の分野に利用されている。
【０００３】
従来の高輝度光照射装置は、図５に一方の端部の断面を示すように、同心状に配置された石英ガラスやサファイヤで作った紫外線透過性誘電体外管１１および誘電体内管１２と、両端の端壁１３とによって囲まれ、希ガス（アルゴン、クリプトン、クセノンなど）を充填した放電空間１４を有する誘電体バリア放電ランプ１と、誘電体外管１１の表面に設けられた網状電極またはネサ膜などの光透過性外側電極２１と、誘電体内管１２の表面に設けられたスパイラル状の内側電極２２と、外側電極２１と内側電極２２との間に交流電圧を印加する交流電源（図示せず）とにより構成されており、誘電体管１１、１２の層を介して放電空間１４にプラズマ放電を行なわせて高輝度の紫外線を発生させるものである。
【０００４】
このような従来の誘電体バリア放電ランプ１を用いた高輝度光照射装置においては、放電ランプ１を冷却するために、誘電体内管１２の中に冷却媒体（水、空気）を循環させるように構成されている。
【０００５】
そして、放電ランプ１に冷却手段を設けるとともに、光透過性外側電極１１および内側電極１２を有する放電ランプ１を支持するために、支持部材９を具備している。
【０００６】
この支持部材９は、支持する放電ランプ１より長い棒部材９１と、この棒部材９１の両端において立ち上がり、棒部材９１と平行な螺子孔９３を有する２つの凸部９２と、これら２つの凸部９２の螺子孔９３に螺子込まれる押付部材９４と、押付部材９４に挿通されて、冷却水を通過させる貫通孔９６およびフランジ９７を有する摺動部材９５とにより構成されている。
【０００７】
このような支持部材９によって放電ランプ１を支持する際には、両側の凸部９２の外側より押付部材９４を途中まで螺子込み、内側より押付部材９４の貫通孔に摺動部材９５を挿通し、摺動部材９５のフランジ９７に設けたシール用パッキング５を介して摺動部材９５により放電ランプ１の両端部を挟む。
【０００８】
そして、押付部材９４をさらに螺子込んで、フランジ９７を介して摺動部材９５を内側に押し出し、２つの摺動部材９５の間隔を狭めることにより、放電ランプ１を挟む強さを調整する。これら２つの摺動部材９５の貫通孔９６を経て冷却水を循環させるために給・排水カプラ９８にホースを結合し、放電ランプ１の外側電極２１および内側電極２２を交流電源に接続することにより組立を完了する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
長い放電ランプ１を支持する支持部材９は、動作中に変形してはならないので、機械的に堅固に構成されている。そのために、支持部材９は大きくなって重くなる傾向があった。
【００１０】
そして、このように大きくて重い支持部材９によって支持された放電ランプ１を応用装置に取り付ける際には、設計の自由度が制限され、また、放電ランプ１の寿命が尽きた際の交換に手数を要するという問題があった。
【００１１】
そこで、この発明の高輝度光照射装置は、支持部材を簡素化および軽量化して、組立てや交換を容易ならしめるために考えられたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の高輝度光照射装置は、同心状に配置された光透過性誘電体外管および誘電体内管と、両端の端壁とによって囲まれて、希ガスを充填した放電空間を有する誘電体バリア放電ランプと、光透過性誘電体外管の表面に設けられた光透過性外側電極および誘電体内管に設けられた内側電極と、外側電極および内側電極に交流電圧を印加する交流電源とを具備する高輝度光照射装置において、
誘電体バリア放電ランプの誘電体内管に挿通された誘電体内管の内径より細い外径を有し、先端部近傍に軸線に対して放射方向にあけられた孔を有する金属パイプと、
誘電体バリア放電ランプの一端部を封じるとともに金属パイプを先端部を封じて同心状に保持する第１挟持部材と、
誘電体バリア放電ランプの他端部を保持するとともに金属パイプの後端部を同心状に保持する第２挟持部材とを具備し、
誘電体内管と金属パイプとの隙間、金属パイプの先端部近傍にあけられた孔、金属パイプの内部空間よりなる冷却媒体の流通路を形成したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の高輝度光照射装置は、図１の断面図に示すように、同心状に配置された石英ガラスなどの紫外線透過性誘電体外管１１および誘電体内管１２と、両端の端壁１３とによって囲まれ、希ガス（アルゴン、クリプトン、クセノンなど）を充填した放電空間１４を有する誘電体バリア放電ランプ１と、この誘電体外管１１の外側表面に設けられた網状電極またはネサ膜などの光透過性外側電極２１と、誘電体内管１２の内表面に設けられた内側電極２２と、外側電極２１と内側電極２２との間に交流電圧を印加する交流電源（図示せず）と、放電ランプ支持部材とにより構成される。
【００１４】
（第１の実施形態）
第１の実施形態における放電ランプ１を支持する支持部材は、図１の縦断面図に示すように、放電ランプ１の誘電体内管１２の中に挿通され、誘電体内管１２の内径より細い外径を有する通電電極を兼ねた金属パイプ３と、この金属パイプ３の先端を封じるボルト３１と、中心に貫通孔３５を有し、金属パイプ３の後端に結合される栓部材３４と、放電ランプ１の一端部を挟んで保持するとともに、ボルト３１がねじ込まれる螺子孔を有する第１挟持部材４と、放電ランプ１の他端部を挟んで保持するとともに、金属パイプ３および栓部材３４が挿通され、栓部材３４のフランジ３６を受け止める窪みを有する第２挟持部材５と、この第２挟持部材５に固定されて、冷却媒体のカプラ６１、６２をねじ込む２つの螺子孔６３、６４をあけた結合部材６とにより構成される。
【００１５】
金属パイプ３の先端部の近傍には、冷却媒体を循環させるために、軸線に対して放射方向に複数の孔３７があけられている。第１挟持部材４の放電ランプ１の端壁１３を挟む面には、リング状のシール用パッキング４１を装着する円形の溝４２が形成されており、第２挟持部材５の放電ランプ１の端壁１３を挟む面には、リング状のシール用パッキング５１を装着する円形の窪み５２が形成されるとともにスリーブ５３が嵌め込まれている。誘電体内管１２の内表面に設けられた内側電極２２には、金属パイプ３と電気的に接続するリード部２３が形成されている。
【００１６】
放電ランプ１の誘電体内管１２と金属パイプ３との隙間３２、金属パイプ３の先端部の近傍にあけた複数の孔３７、金属パイプ３の内側の空間３３、栓部材３４の貫通孔３５を経て冷却媒体を循環させるために、第２挟持部材５には、誘電体内管１２と金属パイプ３との間の隙間３２とカプラ６１をねじ込む螺子孔６３との間に流通路５４が形成され、また、結合部材６には、栓部材３４の貫通孔３５とカプラ６２をねじ込む螺子孔６４との間に流通路６６が形成されている。
【００１７】
次に、金属パイプ３および挟持部材４、５を用いて放電ランプ１の支持部材を組立る手順を説明する。
【００１８】
（１） 図２（ａ）に示すように、非拘束状態において放電ランプ１の誘電体内管１２の内径よりも直径が大きいコイル・スプリングを細く拘束して誘電体内管１２の中に挿通し、拘束を解除すると、図２（ｂ）に示すように、スプリング・バックにより誘電体内管１２の内面に接触した内側電極２１を形成することができる。
【００１９】
（２） 図３（ａ）に示すように、非拘束状態において放電ランプ１の紫外線透過性誘電体外管１１の外径よりも直径が小さいコイル・スプリングを太く拘束して誘電体外管１１の外側に嵌め込み、拘束を解除すると、図３（ｂ）に示すように、スプリング・バックにより誘電体外管１１の表面に接触した外側電極２１を形成することができる。
【００２０】
（３） 予め先端をボルト３１で封じ、後端に栓部材３４を結合した金属パイプ３を第２挟持部材５に挿通し、
（４） この第２挟持部材５の円形の窪み５２およびスリーブ５３の外側にシール用パッキング５１を装着したのち、
（５） 金属パイプ３を放電ランプ１の誘電体内管１２の中に挿通する。
【００２１】
（６） 放電ランプ１の先端部より突出したボルト３１を、円形の溝４２にシール用パッキング４１を装着した第１挟持部材４の螺子孔にねじ込むと、第１挟持部材４と第２挟持部材５との間隔が狭くなって放電ランプ１を挟持することができる。
【００２２】
（７） 第２挟持部材５にパッキング６７を介して結合部材６を接続する。
（８） この結合部材６の２つの螺子孔６３、６４にカプラ６１、６２をねじ込んで、両カプラ６１、６２に冷却媒体を循環させるホースを結合し、
（９） 放電ランプ１の外側電極２１および金属パイプ３を交流電源に接続することにより組立を完了する。
【００２３】
一方のカプラ６２から流入した冷却媒体は、結合部材６の流通路６６、栓部材３４の貫通孔３５、金属パイプ３の内部空間３３、金属パイプ３の孔３７を経て、金属パイプ３と誘電体内管１２との隙間３２に入り、この隙間３２を流れて誘電体内管１２を冷却する。そして、第２挟持部材５の流通路５４を経て、他方のカプラ６１より排出される。なお、冷却媒体を反対方向に流しても同様の冷却効果を得ることができる。
【００２４】
誘電体内管１２の中には金属パイプ３が存在するので、金属パイプ３と誘電体内管１２との隙間３２の断面積は狭くなって冷却媒体の流速が速くなり、冷却効率を向上させることができる。
【００２５】
なお、冷却媒体として冷却水を使用する場合には、放電ランプ１の誘電体内管１２の表面に内側電極２２を設けなくても、冷却水が導電性を有するので金属パイプ３に通電すればよいのである。
【００２６】
（第２の実施の形態）
第２の実施形態における高輝度光照射装置は、図４の断面図に示すように、放電ランプ１を保護する紫外線透過性保護管１５を取り付けたものである。
【００２７】
この紫外線透過性保護管１５を取り付けるために、第１挟持部材４と第２挟持部材５にパッキング７５、７６を嵌め込む円形の溝７３、７４を有する２つのリング７１、７２と、第１挟持部材４の外周面に形成された螺子と、この螺子にねじ込むキャップ８とを具備している。
【００２８】
次に、この紫外線透過性保護管１５を取り付ける手順を説明する。
【００２９】
（１） 第１の実施形態により組み立てられた高輝度光照射装置の第２挟持部材５に対して、円形の溝７４にパッキング７６を装着した第２リング７２を嵌め込み、
（２） 紫外線透過性保護管１５を嵌め込み、
（３） 第１挟持部材４に対して、円形の溝７３にパッキング７５を装着した第１リング７１を嵌め込んだのち、
（４） 第１挟持部材４の外周面に形成された螺子にキャップ８をねじ込むと、
（５） パッキング７５、７６を介して２つのリング７１、７２の間に、紫外線透過性保護管１５を放電ランプ１と同心状に保持することができる。
【００３０】
紫外線透過性保護管１５と放電ランプ１との間の空間には、紫外線を吸収しないガス、例えば窒素ガスてを充填または循環させる。
【００３１】
（その他の実施形態）
第１の実施形態における誘電体バリア放電ランプ１は、図１の断面図に示すように、同心状に配置された石英ガラスなどの紫外線透過性誘電体外管１１および誘電体内管１２と、両端の端壁１３とによって囲まれ、希ガスを充填した放電空間１４を有しており、誘電体外管１１と誘電体内管１２が同じ材質の石英管で作られている。
【００３２】
第２の実施形態の誘電体バリア放電ランプにおいては、誘電体外管１１に、波長２００ｎｍ以下の紫外線を透過させる石英管を使用し、誘電体内管１２に、波長２００ｎｍ以下の紫外線を遮断する石英管を使用する。
【００３３】
このように、誘電体内管１２に、波長２００ｎｍ以下の紫外線を遮断する石英管を使用すると、冷却媒体として空気を循環させても、オゾンを発生させないので、誘電体内管１２の内面に設けた内側電極２２を酸化させることはないのである。また、波長２００ｎｍ以下の紫外線を透過させない石英管は廉価であるから、コストを低減することができる。
【００３４】
また、誘電体バリア放電ランプ１の誘電体外管１１の外側表面に設けられた外側電極２１および誘電体内管１２の内表面に設けられた内側電極２２として、温度上昇により外側電極２１の直径が縮小し、内側電極２２の直径が拡大するバイメタルを使用すると、温度が変化しても外側電極２１および内側電極２２を常に管壁に密着させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の実施の形態に基づく説明から明らかなように、この発明の高輝度光照射装置によると、誘電体バリア放電ランプを冷却しながら支持する支持部材の部品点数が少なくて、支持部材を簡素化および軽量化でき、組立てや交換が極めて容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の高輝度光照射装置の第１の実施形態を示す断面図、
【図２】図１に示す誘電体バリア放電ランプの誘電体内管に内側電極を取り付ける手順を示す図、
【図３】図１に示す誘電体バリア放電ランプの誘電体外管に外側電極を取り付ける手順を示す図、
【図４】この発明の高輝度光照射装置の第２の実施形態を示す端部の断面図、
【図５】従来の誘電体バリア放電ランプを支持部材で支持した状態の一例を示す端部の断面図である。
【符号の説明】
１ 誘電体バリア放電ランプ
３ 金属パイプ
４ 第１挟持部材
５ 第２挟持部材
６ 結合部材
８ キャップ
１１ 紫外線透過性誘電体外管
１２ 誘電体内管
１３ 端壁
１４ 放電空間
１５ 紫外線透過性保護管
２１ 光透過性外側電極
２２ 内側電極
３１ ボルト
３２ 隙間
３３ 内部空間
３４ 栓部材
３５ 貫通孔
３７ 孔
４１、５１ シール用パッキング
７１、７２ リング
７３、７４ 円形の溝
７５、７６ パッキング

Claims (3)

1. 同心状に配置された光透過性誘電体外管および誘電体内管と、両端の端壁とによって囲まれて、希ガスを充填した放電空間を有する誘電体バリア放電ランプと、上記光透過性誘電体外管の表面に設けられた光透過性外側電極および誘電体内管に設けられた内側電極と、上記外側電極および内側電極に交流電圧を印加する交流電源とを具備する高輝度光照射装置において、上記誘電体バリア放電ランプの誘電体内管に挿通された誘電体内管の内径より細い外径を有し、先端部近傍に軸線に対して放射方向にあけられた孔を有する金属パイプと、上記誘電体バリア放電ランプの一端部を保持するとともに上記金属パイプの先端部を封じ上記誘電体外内管および金属パイプを同心状に保持する第１挟持部材と、上記誘電体バリア放電ランプの他端部を保持するとともに上記誘電体外内管および上記金属パイプの後端部を同心状に保持する第２挟持部材とを具備し、この第２挟持部材には水または空気の冷却媒体が供給される流通路と上記冷却媒体が排出される流通路を形成するとともに、上記誘電体内管と上記金属パイプとの隙間、上記金属パイプの先端部近傍にあけられた孔、上記金属パイプの内部空間に上記冷却媒体が供給される流通路と上記冷却媒体が排出される流通路に連通せしめ、上記冷却媒体により上記誘電体内管を冷却せしめるとともに、上記誘電体内管に２００ｎｍ以下の紫外線を減衰させる誘電体を使用することを特徴とする高輝度光照射装置。
2. 上記金属パイプは導電体よりなり、この金属パイプを介して上記誘電体内管の電極が上記交流電源に接続されるとともに、上記誘電体外管を覆い且つ上記第１挟持部材および第２挟持部材によって上記誘電体外管と同心状に保持された紫外線透過性保護管を具備することを特徴とする請求項1に記載の高輝度光照射装置。
3. 内側電極および外側電極に温度上昇により変形するバイメタルを用いて、外側電極および内側電極を常に管壁に密着させることを特徴とする請求項1に記載の高輝度光照射装置。

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