JP4461707B2 - エキシマランプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光化学反応用の紫外線光源として利用される放電ランプの一種であって、特に外側管と内側管が同軸上に配置されて二重管構造を有するエキシマランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エキシマランプは、単一の波長の真空紫外光を強く放射する特長を有しており、放電用ガスとして、例えば、キセノンガスを用いたエキシマランプにおいては、波長１７２ｎｍの真空紫外光が放射されることが知られている。また、クリプトンと塩素の混合ガスの場合、波長２２２ｎｍの紫外光を放射する。放電容器内の放電用ガスを変えることで、種々の波長の光を放射することができる。例えば、キセノンエキシマランプを搭載した光照射装置は、主として液晶パネル表示素子のパネル基板表面に付着した有機物の分解除去やパネル基板の表面改質等に用いられている。
【０００３】
図９は、従来のエキシマランプ９０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
エキシマランプ９０は、外側管９１と内側管９２が同軸方向に配置された二重管構造の放電容器９３を構成し、外側管９１の端部と内側管９２の端部は溶着されることによって側壁部９４が形成されている。この放電容器９３内の空間９５には放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。外側管９１の外側には第１の電極９６が設けられ、内側管９２の内側には第２の電極９７が設けられている。第１の電極９６と第２の電極９７の間には高周波電圧が印加されることにより、放電空間９８内（発光部）にはエキシマ分子が形成され、このエキシマ分子が解離することでキセノンエキシマ光が放射される。
【０００４】
近年液晶パネル表示素子の基板が大面積化していることに伴って、全長が、例えば、８００ｍｍを超えるような長尺のエキシマランプが求められている。
しかしながら、図９に示されるような構造のエキシマランプは、ランプを長尺化すると、ランプ点灯時において、図１０に示すように外側管９１と内側管９２を溶着している側壁部９４が破損するという問題が生じる。
【０００５】
この理由について以下に具体的に説明する。図９に示されるような構造のエキシマランプは、例えば、特許２７８３７１２号、特許２５２８２４４号に示されるように、放電ガスあるいは放電容器の温度が上昇することによって発光効率が低下することを防止するために、放電ガスあるいは放電容器を冷却するための手段が設けられている。このため、外側管と内側管には相当な温度差が生じ、外側管と内側管の各々が熱膨張することによって伸びる長さが異なるので、側壁部に応力が発生すると考えられる。すなわち、内側管の温度が外側管よりも高い場合においては、熱膨張によって伸びる長さは内側管の方が長くなり、側壁部には内側管に押される力と外側管に引っ張られる力が生じるので、側壁部を変形させようとする力が生じると考えられる。
ここで、ランプを長時間点灯させた際に側壁部に応力が発生する原因は２つあると考えられる。第１の原因は前述のように外側管と内側管の温度差に起因するものであり、第２の原因は、ランプの点灯時間に比例して蓄積される紫外線歪によるものである。そして、２つの原因によって発生する応力の和がある一定値に達すると、エキシマランプの側壁部が破損してしまうと考えられる。
したがって、特許２７８３７１２号あるいは特許２５２８２４４号に記載の冷却手段を有するランプは、冷却手段を有しないランプよりも点灯時における外側管と内側管の温度差が大きいため、第１の原因によって発生する応力が増大する。そのため、ランプを、例えば、７００〜９００時間程度点灯させると、２つの原因によって発生する応力の和が一定値に達し、ランプの側壁部が破損してしまうため所望の使用寿命が得られないという問題がある。特に、全長が８００ｍｍを超えるような長尺のランプにおいては、このような問題が頻繁に発生する。
【０００６】
このような問題を解決するために、内側管の片方の端部のみが固定された構造のエキシマランプが有効であると考えられる。具体的な構造について以下の図１１に示す。
【０００７】
図１１は、他の構造を有する従来のエキシマランプ１１０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
エキシマランプ１１０は、一端が封じられ他端が開口した構造の外側管１１１および内側管１１２が、同軸方向に配置された二重管構造の放電容器１１３を構成し、外側管１１１の開口側の端部と内側管１１２の開口側の端部は溶着されることによって側壁部１１４が形成されている。この放電容器１１３内の空間１１５には放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。外側管１１１の外側には第１の電極１１６が設けられ、内側管１１２の内側には第２の電極１１７が設けられている。第１の電極１１６と第２の電極１１７の間には高周波電圧が印加されることにより、放電空間１１８内（発光部）にはエキシマ分子が形成され、このエキシマ分子が解離することでキセノンエキシマ光を放射する。
【０００８】
図１１に示されるエキシマランプ１１０は、内側管１１２の開口側の端部のみが固定された構造である。このような構造によると、前述のような外側管と内側管に温度差が生じ、外側管と内側管が熱膨張により伸びる量が異なることに起因して側壁部が早期に破損する問題は生じないと考えられる。
【０００９】
しかしながら、このような構造のエキシマランプによると、ランプを長尺化させると、照度ムラが生じたり、放電ギャップの狭くなった部分の寿命特性が悪化するという問題が生じる。
具体的に説明すると、ランプを長尺化させると、内側管が自重により大きく撓むことにより、適切な放電ギャップを保てなくなる。とりわけ、内側管の撓み量が放電ギャップの０．５倍以上に達すると、放電ギャップが狭くなった部分にのみ放電が生じるので、照度ムラが生じる。その上、この部分に過剰な電力が投入されて早期に照度維持率が低下するので、所望の使用寿命を得ることができない。
【００１０】
さらに、ランプの輸送時や取り扱い時に生じる振動や衝撃により、内側管の根元部分、すなわち、側壁部が破損する問題も生じる。
具体的に説明すると、内側管は片端のみが固定されているので、振動や衝撃が加わった場合には、固定されていない側の内側管の先端が大きく撓む。内側管の撓み量は、両端が固定されたものよりも大きいので、内側管を固定している側壁部に大きな応力が発生する。したがって、わずかな振動や衝撃が加わっただけでも、側壁部が破損すると考えられる。
【００１１】
【特許文献１】
特許２７８３７１２号
【特許文献２】
特許２５２８２４４号
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、外側管と内側管を同軸上に配置して、一端に側壁部が形成された二重管構造を有する長尺のエキシマランプにおいて、側壁部が短時間のランプ点灯で破損することがなく、さらに、内側管が大きく撓むことを防止することにより、照度分布が均一であり、照度維持率が高く、ランプ輸送時や取り扱い時に生じる振動や衝撃により側壁部が破損することがないエキシマランプを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項１の発明のエキシマランプは、一端が封じられ他端が開口した外側管および内側管を配置して、外側管および内側管の開口側の端部に形成された側壁部を有する放電容器と、該放電容器内に形成された放電空間内に充填された放電用ガスと、少なくとも一方が放電空間外へ配置され前記放電空間を挟んで対向する一対の電極からなり、前記エキシマランプは、管軸方向の全長が８００ｍｍを超えるとともに、管軸に対し直交する方向に光を出射するものであって、前記放電容器は、前記内側管を支持するための少なくとも１つ以上の支持手段を有し、該支持手段が前記外側管または前記内側管のいずれか一方に固定され、この支持手段と他方の管との間には空隙を有することを特徴とする。
さらに、請求項２の発明のエキシマランプは、一端が封じられ他端が開口した外側管および内側管を配置して、外側管および内側管の開口側の端部に形成された側壁部を有する放電容器と、該放電容器内に形成された放電空間内に充填された放電用ガスと、少なくとも一方が放電空間外へ配置され前記放電空間を挟んで対向する一対の電極からなり、前記エキシマランプは、管軸方向の全長が８００ｍｍを超えるとともに、管軸に対し直交する方向に光を出射するものであって、前記放電容器は、前記内側管を支持するための少なくとも１つ以上の支持手段を有し、該支持手段は、前記外側管または前記内側管のいずれか一方を変形させることにより形成され、この支持手段と他方の管との間には空隙を有することを特徴とする。
さらに、請求項３の発明のエキシマランプは、前記側壁部の肉厚が内側管の肉厚よりも大きいことを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明に係るエキシマランプによると、その放電容器は、外側管と内側管を溶着した側壁部が片側の端部にのみ形成された構造である。したがって、図９に示される両端に側壁部が形成された放電容器を有するエキシマランプのように、ランプ点灯時において、内側管と外側管の間で温度差が生じ各々の熱膨張により伸びる量が異なることに起因する応力が側壁部に生じることがない。さらに、放電容器に支持手段が設けられており、自重により内側管が大きく撓まず、放電ギャップが過剰に狭められないので、均一な照度分布が得られ、照度維持率が低下することもなくなる。さらに、振動や衝撃が加わっても内側管が大きく撓まず、側壁部に大きな応力を生じることはない。
これにより、長尺のランプにおいても使用寿命の長いランプを製作することができる。さらに、ランプ輸送時や取り扱い時に生じる振動や衝撃により、ランプが破損することを防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施例であるエキシマランプ１０を説明するための図である。図１（ａ）は、エキシマランプ１０を管軸方向にて切断した断面図を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ´断面図である。
エキシマランプ１０は、一端が封じられ他端が開口した構造の外側管１１および内側管１２が、同軸方向に配置された二重管構造の放電容器１３を構成し、外側管１１の開口側の端部と内側管１２の開口側の端部は溶着されることによって側壁部１４が形成されている。この放電容器１３内の空間１５には放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。外側管１１の外側には第１の電極１６が設けられ、内側管１２の内側には第２の電極１７が設けられている。第１の電極１６と第２の電極１７の間には高周波電圧が印加されることにより、放電空間１８内（発光部）にはエキシマ分子が形成され、エキシマ分子が解離することでキセノンエキシマ光を放射する。支持手段１００は、溶接によって外側管１１に取り付けられている。
エキシマランプ１０において、内側管１２は、自重で撓むことにより外側管１１に設けられた支持手段１００に当接し支持されている。ここで、支持手段１００と内側管１２との間に空隙を有するとは、支持手段１００と内側管１２とが当接していても良く、支持手段１００と内側管１２との間の少なくとも一部に空隙Ｇが存在する状態のことを示す。
【００１６】
図１を参照して、エキシマランプ１０の具体的な数値例について以下に説明する。
＜エキシマランプ１０＞
外側管１１の全長、外径、肉厚：８００ｍｍ、４０ｍｍ、２ｍｍ
内側管１２の全長、外径、肉厚：７８０ｍｍ、１６ｍｍ、１ｍｍ
側壁部１４の肉厚 ：１ｍｍ
放電空間１８の軸方向長さ ：７2０ｍｍ
【００１７】
図２は、前記支持手段１００について説明するための図である。図２（ａ）に示される支持手段１００は、内側管１２を通すことができる貫通穴１０１が設けられたドーナツ状の円板が用いられる。これにより、エキシマランプ１０の輸送時や取り扱い時において、ランプがあらゆる向きで配置されても内側管１２を支持することができる。
尚、光の出射方向が限定されており、且つ、一定方向に固定した状態にて輸送や取り扱いを行う場合は、内側管が撓む方向にのみ支持手段が設けられていれば良いので、半円板を用いることもできる。
【００１８】
図２（ａ）において、円板に設ける貫通穴の直径は、内側管１２の寸法によって異なるが、内側管１２が自重で撓むことによって、円板に設けられた貫通穴１０１の縁に当接するように決める必要がある。
さらに、円板に設ける貫通穴１０１の直径は、内側管１２が長尺であり自重による管径方向への撓みが大きい場合においては、管径方向への撓み量が放電ギャップの半分以内となるような大きさとする必要がある。このことは、以下の図３にて詳細に説明する。
【００１９】
図３は、図１の点線で囲んだ部分Ｂを拡大した図である。実線部分は自重により撓んだ内側管１２を示し、斜線部分は外側管１１の中心軸Ｘを中心として配置した内側管１２´を示す。
図３において、内側管１２´の外表面と外側管１１の内表面との距離Ｇが放電ギャップＧである。内側管１２´の外表面と、内側管１２における第２の電極１７の最端部に相当する位置ａとの距離Ｔが管径方向への撓み量Ｔである。したがって、支持手段１００となるべき円板に設けられた貫通穴の直径は、内側管１２の撓み量Ｔが、Ｔ＜０．５Ｇとなるように決める必要がある。
【００２０】
上記数値例のエキシマランプ１０において、支持手段１００となるべき円板に設けられた貫通穴の直径は、概ね１７〜２７ｍｍ程度であり、望ましくは１７〜２１ｍｍ程度である。
支持手段１００となるべき円板の厚みは、１ｍｍ以上であることが好ましい。１ｍｍより小さいと、機械的強度の面で問題がある。
支持手段１００となるべき円板の材質は、特に限定されるものではないが容易に溶着固定しやすいという理由により、固定する放電容器と同じ材質が好ましく、この場合は石英ガラスであることが好ましい。
支持手段１００となるべき円板は、内側管の先端部を支持するだけのため、放電している部分に設けると円板を設けた部分だけ放電しなくなり、照度を低下させるので、図１において、放電空間１８の外側に設けることが好ましい。
【００２１】
このようなエキシマランプ１０によると、自重で撓んだ内側管１２が、あらかじめ支持手段１００にて支持された構造であるため、内側管１２が大きく撓むことがない。これにより、放電ギャップが過剰に狭められることがないので、均一な照度分布が得られるとともに、放電ギャップが狭められた部分に過剰な電力が供給されて照度維持率が低下することはなくなる。さらに、ランプ輸送時や取り扱い時に生じる振動や衝撃による側壁部１４の破損を防止することができる。
また、本発明のエキシマランプ１０は、放電容器１３の片側の端部にのみ側壁部１４が形成された構造であるため、ランプ点灯時において外側管１１と内側管１２の間に温度差が生じることにより、各々の熱膨張により伸びる量が異なっても、側壁部１４に応力が生じることがない。これにより、使用寿命の長いランプを製作することができる。
【００２２】
図４は、本発明の第１実施例における他の形態であるエキシマランプ４０を説明するための図である。図４（ａ）は、エキシマランプ４０を管軸方向にて切断した断面図を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＡ−Ａ´断面図である。図１と同一符号は同一部分を示すので、説明は省略する。
エキシマランプ４０において、支持手段４００は、溶接によって内側管１２に取り付けられている。内側管１２に設けられた支持手段４００は、内側管１２が撓むことにより、外側管１１と当接している。ここで、支持手段４００と外側管１１との間に空隙を有するとは、支持手段４００と外側管１１とが当接していても良く、支持手段４００と外側管１２との間の少なくとも一部に空隙Ｇが存在する状態のことを示す。支持手段４００となるべき円板の外径は、前述したように、内側管１２の撓み量Ｔが前述のＴ＜０．５Ｇを満たすように決める必要がある。
【００２３】
ここで図２を参照して、支持手段の他の形態について説明する。
図２（ｂ）、（ｃ）に示されるように、内側管１２を変形させることにより、略波状の大径部１０２や、略柱状の大径部１０３を形成することにより、支持手段としても良い。尚、図示していないが、外側管１１を縮径させることにより、図２（ｂ）、（ｃ）に示されるような支持手段としても良い。
【００２４】
尚、図１、４において、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるような構造の支持手段を用いて、内側管の撓みを小さくするために支持手段と内側管あるいは外側管との間の隙間を小さくすると、気体が隙間を通過するときの抵抗が大きくなるため、放電容器内へのガス封入工程において放電容器内を一度真空にする際に、所望の真空度に達するまでに長時間を要する。
この場合に、有効な支持手段の他の形態を図２（ｄ）、（ｅ）によって説明する。図２（ｄ）、（ｅ）に示される支持手段１００は、穴１０４や切れ込み１０５が設けられている。
このような支持手段を用いることにより、短時間でガス封入作業を完了させることができる。
【００２５】
図５は、本発明の第１実施例における他の形態であるエキシマランプ５０を説明するための図である。図５（ａ）は、エキシマランプ５０を管軸方向にて切断した断面図を示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＡ−Ａ´断面図を示す。図１と同一符号は同一部分を表すので、説明は省略する。
エキシマランプ５０において、外側管１１に溶接によって取り付けられた支持手段５００は、通常は、内側管１２が自重で撓んでも内側管１２とは当接していない。支持手段５００と内側管１２との間には、空隙Ｇが存在する。そして、内側管１２は、ランプの輸送時や取り扱い時に生じる振動や衝撃によってさらに撓んだ際に、支持手段５００にて支持される。
ここで、支持手段５００となるべき円板に設けられた貫通穴の直径は、ランプの輸送時や取り扱い時にランプに加わる振動や衝撃によって、内側管１２がさらに撓んだ場合にも、内側管１２の撓み量Ｔが前述のＴ＜０．５Ｇを満たすように決める必要がある。
尚、支持手段５００は、図４を参考にして内側管１２に設けることも可能である。
【００２６】
エキシマランプがさらに長尺化して、例えば、全長が１０００ｍｍを超えるような場合には、図１、４、５に示すような、支持手段が内側管の先端部付近のみを支持する構造では、内側管の撓みを十分に防止できない可能性がある。具体的に説明すると、内側管が、側壁部で固定された部分と、支持手段により支持された部分の間で撓む可能性がある。このようなエキシマランプに特に有効な実施例を以下の図６に示す。
【００２７】
図６は、本発明の第２実施例であるエキシマランプ６０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
エキシマランプ６０は、一端が封じられ他端が開口した構造の外側管６１および内側管６２が、同軸方向に配置された二重管構造の放電容器６３を構成し、外側管６１の開口側の端部と内側管６２の開口側の端部は溶着されることによって側壁部６４が形成されている。この放電容器６３内の空間６５には放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。外側管６１の外側には第１の電極６６が設けられ、内側管６２の内側には第２の電極６７が設けられている。第１の電極６６と第２の電極６７の間には高周波電圧が印加されることにより、放電空間６８内（発光部）にはエキシマ分子が形成され、エキシマ分子が解離することでキセノンエキシマ光を放射する。
エキシマランプ６０において、自重で撓んだ内側管６２は、外側管６１に溶接によって取り付けられた２個の支持手段６００ａ、６００ｂと当接している。支持手段６００ａは、内側管６２の先端部付近を支持するために設けられ、支持手段６００ｂは、内側管６２の中央部付近を支持するために設けられる。
支持手段６００ａ、６００ｂとなるべき円板に設けられた貫通穴の直径は、前述したように、内側管６２の撓み量Ｔが前述のＴ＜０．５Ｇを満たすように決める必要がある。
【００２８】
中央部付近とは、必ずしも側壁部を起点として内側管の全長の１／２に相当する位置である必要はない。一方の端部が固定支持され、他方の端部が自由支持された理想的な梁の撓みは、固定支持端を基準として梁の全長の５／８に相当する位置において最も撓むことが知られている。内側管６２は、これに近い支持状態であることから、側壁部６４を基準として内側管６２の全長の５／８に相当する位置において最も撓むと考えられる。したがって、支持手段６００ｂは、側壁部６４を基準として内側管６２の全長の５／８に相当する位置に配置することが最も効果的であるが、側壁部６４を基準として内側管６２の全長の３／８〜７／８に相当する位置に配置しても効果がある。
【００２９】
図６を参照して、エキシマランプ６０の具体的数値について説明する。
＜エキシマランプ６０＞
外側管６１の全長、外径、肉厚 ：１０００ｍｍ、４０ｍｍ、２ｍｍ
内側管６２の全長、外径、肉厚 ：９８０ｍｍ、１６ｍｍ、１ｍｍ
側壁部６４の肉厚 ：１ｍｍ
放電空間６８の軸方向長さ ：９２０ｍｍ
各々の支持手段の側壁部からの距離：５００ｍｍ、９６０ｍｍ
【００３０】
このようなエキシマランプ６０によると、全長が１０００ｍｍを超えるようなランプにおいても、内側管６２の中央部を支持手段６００ｂにて支持しているので、内側管６２が大きく撓むことがない。これにより、エキシマランプ１０で述べたように、均一な照度分布が得られるとともに、照度維持率が向上する。さらに、ランプ輸送時や取り扱い時において、側壁部６４が破損することを防止できる。
また、ランプ点灯時において外側管６１と内側管６２の間に温度差が生じ、各々の熱膨張により伸びる量が異なっても、側壁部１４に応力が生じることがないため、使用寿命の長いランプを製作することができる。
【００３１】
尚、第２実施例において、図４を参考にして、２個の支持手段を内側管に設けることもできる。
また、図５を参考にして、図６に示される支持手段６００ａ、６００ｂの両方が、内側管６２とあらかじめ当接しない構造を採用することもできる。
さらに、図６に示される支持手段６００ａ、６００ｂのうち、いずれか片方が内側管６２と当接した構造をとることもできる。
【００３２】
エキシマランプがさらに長尺化して、例えば、全長が１８００ｍｍを超えるような場合には、図６に示すような、支持手段が内側管の先端部と内側管の中央部付近のみを支持する構造では、内側管の撓みを十分に防止できない可能性がある。このようなエキシマランプに特に有効な実施例を以下の図７に示す。
【００３３】
図７は、本発明の第３実施例であるエキシマランプ７０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
エキシマランプ７０は、一端が封じられ他端が開口した構造の外側管７１および内側管７２が、同軸方向に配置された二重管構造の放電容器７３を構成し、外側管７１の開口側の端部と内側管７２の開口側の端部は溶着されることによって側壁部７４が形成されている。この放電容器７３内の空間７５には放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。外側管７１の外側には第１の電極７６が設けられ、内側管７２の内側には第２の電極７７が設けられている。第１の電極７６と第２の電極７７の間には高周波電圧が印加されることにより、放電空間７８内（発光部）にはエキシマ分子が形成され、エキシマ分子が解離することでキセノンエキシマ光を放射する。
エキシマランプ７０において、自重で撓んだ内側管７２は、外側管７１に溶接によって取り付けられた４個の支持手段７００ａ、７００ｂ、７００ｃ、７００ｄと当接している。支持手段７００ａは、内側管７２の先端部付近を支持するために設けられ、支持手段７００ｂ、７００ｃ、７００ｄは、各々の間隔が８００ｍｍ以内となるように配置される。
支持手段７００ａ、７００ｂ、７００ｃ、７００ｄとなるべき円板に設けられた貫通穴の直径は、前述したように、内側管７２の撓み量Ｔが前述のＴ＜０．５Ｇを満たすように決める必要がある。
【００３４】
支持手段７００ａ、７００ｂ、７００ｃ、７００ｄは、必ずしも均等間隔にて配置する必要はなく、内側管７２が支持手段間で撓むことがないように、各々の間隔が８００ｍｍ以内となるように配置すれば良い。
尚、図７においては、支持手段は４個設けられているが、内側管の長さに応じて個数は適宜決めることが可能である。
【００３５】
図７を参照して、エキシマランプ７０の具体的数値について説明する。
＜エキシマランプ７０＞
外側管７１の全長、外径、肉厚：１８００ｍｍ、５０ｍｍ、２．５ｍｍ
内側管７２の全長、外径、肉厚：１７８０ｍｍ、２０ｍｍ、１．５ｍｍ
側壁部７４の肉厚 ：１．５ｍｍ
放電空間７８の軸方向長さ ：１７２０ｍｍ
各々の支持手段の軸方向間隔 ：４４０ｍｍ
【００３６】
このようなエキシマランプ７０によると、全長が、例えば、２０００ｍｍを超えるようなエキシマランプであっても、自重で撓んだ内側管７２が、外側管７１に設けられた４個の支持手段７００ａ、７００ｂ、７００ｃ、７００ｄによって支持され、内側管７２が大きく撓むことがない。
これにより、エキシマランプ１０で述べたように、均一な照度分布が得られるとともに、照度維持率が向上する。さらに、ランプ輸送時や取り扱い時において、側壁部７４が破損することを防止できる。
また、ランプ点灯時において外側管７１と内側管７２の間に温度差が生じ、各々の熱膨張により伸びる量が異なっても、側壁部７４に応力が生じることがないため、使用寿命の長いランプを製作することができる。
【００３７】
尚、第３実施例において、図４を参考にして、4個の支持手段７００ａ、７００ｂ、７００ｃ、７００ｄを内側管７２に設けることもできる。
また、図５を参考にして、図７に示される４個の支持手段７００ａ、７００ｂ、７００ｃ、７００ｄが、内側管６２とあらかじめ当接しない構造を採用することもできる。
さらに、図７に示される４個の支持手段７００ａ、７００ｂ、７００ｃ、７００ｄのうち、任意の１個のみが内側管６２と当接した構造をとることもできる。無論、任意の２個あるいは任意の３個が内側管６２と当接した構造をとることもできる。
【００３８】
図７に示されるエキシマランプ７０によると、内側管７２が非常に長いため、側壁部７４に相当な応力が生じていると考えられる。以下の図８に示す実施例は、エキシマランプ７０のように、全長が非常に大きいエキシマランプに対して特に有効である。
【００３９】
図８は、本発明の第４実施例であるエキシマランプ８０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
図８において、放電容器８３は、一端が封じられ他端が開口した構造の外側管８１および内側管８２が、同軸方向に配置された二重管構造を有し、外側管８１および内側管８２の各々の開口側の端部が、管軸方向に直交する面上に形成された閉塞部材８４に接合され、放電容器８３の片側の端部において円環状の側壁部が形成される。外側管８１には、内側管８２を支持するための支持手段８００ａ、８００ｂ、８００ｃ、８００ｄが設けられている。閉塞部材８４の管軸方向における肉厚ｈ１は、内側管８２の肉厚ｈ２よりも大きい。閉塞部材８４は、例えば、円板から構成されており、外径が外側管８１の外径にほぼ一致し、内径が内側管８２の内径にほぼ一致している。
【００４０】
図８を参照して、エキシマランプ８０の具体的数値について説明する。
＜エキシマランプ８０＞
外側管８１の全長、外径、肉厚：２０００ｍｍ、５０ｍｍ、２．５ｍｍ
内側管８２の全長、外径、肉厚：１９８０ｍｍ、２０ｍｍ、１．５ｍｍ
閉塞部材８４の肉厚 ：３ｍｍ
放電空間８８の軸方向長さ ：４９０ｍｍ
【００４１】
このようなエキシマランプ８０によると、側壁部８４は、内側管８２よりも肉厚が大きいので、機械的強度が高い構造である。このような構造によると、ランプの輸送時や取り扱い時に、より強い振動や衝撃がランプに加わっても、側壁部が破損することを防止できる。
尚、第４実施例に係る構造は、エキシマランプ８０に限らず、エキシマランプ１０、４０、５０、６０、７０にも適用することができる。
【００４２】
また、本発明の第４実施例の他の形態として、内側管の開口側の端部に側壁部となるべき肉厚のガラス管を接合し、その後にこの肉厚のガラス管と外側管を溶着することによって、放電容器を形成しても良い。あるいは、内側管を肉寄せして開口側の端部付近の肉厚を厚くし、外側管と内側間を溶着することによって放電容器を形成しても良い。
【００４３】
尚、前述のエキシマランプ１０、４０、５０、６０、７０によると、放電容器は、外側管の開口側の端部と内側管の開口側の端部を溶着することで形成された側壁部を有するものであるが、これに限らず、外側管の開口側の端部と内側管の開口側の端部に、側壁部となるべき円環状部材を溶着することによって側壁部を形成してもよい。
【００４４】
また、本発明の構造は、全長が８００ｍｍ以上の長尺のエキシマランプに採用することが好ましいが、全長が８００ｍｍ未満のランプに本発明の構造を採用することを排除するものではない。全長が短いランプにおいては、本発明の構造を採用しなくても前述したような問題が生じにくいと考えられる。しかし、より使用寿命を長くしたり、ラフに扱う場合、例えば、ランプ点灯中にランプを移動させながら使用する場合などには、内管の撓みを押さえることができて有効である。
【００４５】
本明細書中の第１実施例〜第４実施例に係るエキシマランプの図面には、第１の電極と第２の電極の両方が放電空間外に配置された構造が示されているが、外側管の外表面（放電空間外）に第１の電極が配置され、内側管の外表面（放電空間内）に第２の電極が配置された構造でも良い。また、外側管の内表面（放電空間内）に第１の電極が配置され、内側管の内表面（放電空間外）に第２の電極が配置された構造でも良い。
また、電極は、外側管または内側管に必ずしも密着して配置されている必要はなく、電極と外側管または内側管との間に隙間が存在するように配置しても良い。
さらに、内側管の代わりに円柱状のガラス棒を用いて放電容器を形成しても良く、この場合には、ガラス棒の表面に第２の電極を設ければ良い。
【００４６】
尚、前述したように、エキシマランプの内側管は、側壁部を基準として内側管の全長の５／８に相当する位置、又は側壁部と支持部材の間の５／８に相当する位置において最も撓むが、本明細書中の第１実施例〜第４実施例に係るエキシマランプの図面においては、便宜上、側壁部から内側管が封じられた側の先端に向かって傾斜するように示されている。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のエキシマランプによれば、内側管は、自重、あるいは、ランプ輸送時や取り扱い時にランプに加わる振動や衝撃によって撓んでも、外側管あるいは内側管に設けられた支持手段によって支持される構造である。これにより、放電ギャップを過剰に狭めることや、側壁部に過剰な応力が生じることを防止できる。したがって、輸送時や取り扱い時に破損せず、照度が均一であり、使用寿命の長い長尺のエキシマランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例のエキシマランプの断面図である。
【図２】 支持手段を説明するための図である。
【図３】 図１の破線で囲んだ部分を拡大した図である
【図４】 本発明の第１実施例の他の形態のエキシマランプの断面図である。
【図５】 本発明の第１実施例の他の形態のエキシマランプの断面図である。
【図６】 本発明の第２実施例のエキシマランプの断面図である。
【図７】 本発明の第３実施例のエキシマランプの断面図である。
【図８】 本発明の第４実施例のエキシマランプの断面図である。
【図９】 従来のエキシマランプの断面図である。
【図１０】 側壁部の破損状態を説明するための図である。
【図１１】 従来の他の構造のエキシマランプの断面図である。
【符号の説明】
１０ エキシマランプ
１１ 外側管
１２ 内側管
１３ 放電容器
１４ 側壁部
１５ 空間
１６ 第１の電極
１７ 第２の電極
１８ 放電空間（発光部）
４０ エキシマランプ
５０ エキシマランプ
６０ エキシマランプ
６１ 外側管
６２ 内側管
６３ 放電容器
６４ 側壁部
６５ 空間
６６ 第１の電極
６７ 第２の電極
６８ 放電空間（発光部）
７０ エキシマランプ
７１ 外側管
７２ 内側管
７３ 放電容器
７４ 側壁部
７５ 空間
７６ 第１の電極
７７ 第２の電極
７８ 放電空間（発光部）
８０ エキシマランプ
８１ 外側管
８２ 内側管
８３ 放電容器
８４ 閉塞部材
８５ 空間
８６ 第１の電極
８７ 第２の電極
８８ 放電空間（発光部）
９０ エキシマランプ
９１ 外側管
９２ 内側管
９３ 放電容器
９４ 側壁部
９５ 空間
９６ 第１の電極
９７ 第２の電極
９８ 放電空間（発光部）
１１０ エキシマランプ
１１１ 外側管
１１２ 内側管
１１３ 放電容器
１１４ 側壁部
１１５ 空間
１１６ 第１の電極
１１７ 第２の電極
１１８ 放電空間（発光部）
Ｇ 放電ギャップ
Ｔ 撓み量
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光化学反応用の紫外線光源として利用される放電ランプの一種であって、特に外側管と内側管が同軸上に配置されて二重管構造を有するエキシマランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エキシマランプは、単一の波長の真空紫外光を強く放射する特長を有しており、放電用ガスとして、例えば、キセノンガスを用いたエキシマランプにおいては、波長１７２ｎｍの真空紫外光が放射されることが知られている。また、クリプトンと塩素の混合ガスの場合、波長２２２ｎｍの紫外光を放射する。放電容器内の放電用ガスを変えることで、種々の波長の光を放射することができる。例えば、キセノンエキシマランプを搭載した光照射装置は、主として液晶パネル表示素子のパネル基板表面に付着した有機物の分解除去やパネル基板の表面改質等に用いられている。
【０００３】
図９は、従来のエキシマランプ９０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
エキシマランプ９０は、外側管９１と内側管９２が同軸方向に配置された二重管構造の放電容器９３を構成し、外側管９１の端部と内側管９２の端部は溶着されることによって側壁部９４が形成されている。この放電容器９３内の空間９５には放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。外側管９１の外側には第１の電極９６が設けられ、内側管９２の内側には第２の電極９７が設けられている。第１の電極９６と第２の電極９７の間には高周波電圧が印加されることにより、放電空間９８内（発光部）にはエキシマ分子が形成され、このエキシマ分子が解離することでキセノンエキシマ光が放射される。
【０００４】
近年液晶パネル表示素子の基板が大面積化していることに伴って、全長が、例えば、８００ｍｍを超えるような長尺のエキシマランプが求められている。
しかしながら、図９に示されるような構造のエキシマランプは、ランプを長尺化すると、ランプ点灯時において、図１０に示すように外側管９１と内側管９２を溶着している側壁部９４が破損するという問題が生じる。
【０００５】
この理由について以下に具体的に説明する。図９に示されるような構造のエキシマランプは、例えば、特許２７８３７１２号、特許２５２８２４４号に示されるように、放電ガスあるいは放電容器の温度が上昇することによって発光効率が低下することを防止するために、放電ガスあるいは放電容器を冷却するための手段が設けられている。このため、外側管と内側管には相当な温度差が生じ、外側管と内側管の各々が熱膨張することによって伸びる長さが異なるので、側壁部に応力が発生すると考えられる。すなわち、内側管の温度が外側管よりも高い場合においては、熱膨張によって伸びる長さは内側管の方が長くなり、側壁部には内側管に押される力と外側管に引っ張られる力が生じるので、側壁部を変形させようとする力が生じると考えられる。
ここで、ランプを長時間点灯させた際に側壁部に応力が発生する原因は２つあると考えられる。第１の原因は前述のように外側管と内側管の温度差に起因するものであり、第２の原因は、ランプの点灯時間に比例して蓄積される紫外線歪によるものである。そして、２つの原因によって発生する応力の和がある一定値に達すると、エキシマランプの側壁部が破損してしまうと考えられる。
したがって、特許２７８３７１２号あるいは特許２５２８２４４号に記載の冷却手段を有するランプは、冷却手段を有しないランプよりも点灯時における外側管と内側管の温度差が大きいため、第１の原因によって発生する応力が増大する。そのため、ランプを、例えば、７００〜９００時間程度点灯させると、２つの原因によって発生する応力の和が一定値に達し、ランプの側壁部が破損してしまうため所望の使用寿命が得られないという問題がある。特に、全長が８００ｍｍを超えるような長尺のランプにおいては、このような問題が頻繁に発生する。
【０００６】
このような問題を解決するために、内側管の片方の端部のみが固定された構造のエキシマランプが有効であると考えられる。具体的な構造について以下の図１１に示す。
【０００７】
図１１は、他の構造を有する従来のエキシマランプ１１０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
エキシマランプ１１０は、一端が封じられ他端が開口した構造の外側管１１１および内側管１１２が、同軸方向に配置された二重管構造の放電容器１１３を構成し、外側管１１１の開口側の端部と内側管１１２の開口側の端部は溶着されることによって側壁部１１４が形成されている。この放電容器１１３内の空間１１５には放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。外側管１１１の外側には第１の電極１１６が設けられ、内側管１１２の内側には第２の電極１１７が設けられている。第１の電極１１６と第２の電極１１７の間には高周波電圧が印加されることにより、放電空間１１８内（発光部）にはエキシマ分子が形成され、このエキシマ分子が解離することでキセノンエキシマ光を放射する。
【０００８】
図１１に示されるエキシマランプ１１０は、内側管１１２の開口側の端部のみが固定された構造である。このような構造によると、前述のような外側管と内側管に温度差が生じ、外側管と内側管が熱膨張により伸びる量が異なることに起因して側壁部が早期に破損する問題は生じないと考えられる。
【０００９】
しかしながら、このような構造のエキシマランプによると、ランプを長尺化させると、照度ムラが生じたり、放電ギャップの狭くなった部分の寿命特性が悪化するという問題が生じる。
具体的に説明すると、ランプを長尺化させると、内側管が自重により大きく撓むことにより、適切な放電ギャップを保てなくなる。とりわけ、内側管の撓み量が放電ギャップの０．５倍以上に達すると、放電ギャップが狭くなった部分にのみ放電が生じるので、照度ムラが生じる。その上、この部分に過剰な電力が投入されて早期に照度維持率が低下するので、所望の使用寿命を得ることができない。
【００１０】
さらに、ランプの輸送時や取り扱い時に生じる振動や衝撃により、内側管の根元部分、すなわち、側壁部が破損する問題も生じる。
具体的に説明すると、内側管は片端のみが固定されているので、振動や衝撃が加わった場合には、固定されていない側の内側管の先端が大きく撓む。内側管の撓み量は、両端が固定されたものよりも大きいので、内側管を固定している側壁部に大きな応力が発生する。したがって、わずかな振動や衝撃が加わっただけでも、側壁部が破損すると考えられる。
【００１１】
【特許文献１】
特許２７８３７１２号
【特許文献２】
特許２５２８２４４号
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、外側管と内側管を同軸上に配置して、一端に側壁部が形成された二重管構造を有する長尺のエキシマランプにおいて、側壁部が短時間のランプ点灯で破損することがなく、さらに、内側管が大きく撓むことを防止することにより、照度分布が均一であり、照度維持率が高く、ランプ輸送時や取り扱い時に生じる振動や衝撃により側壁部が破損することがないエキシマランプを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項１の発明のエキシマランプは、一端が封じられ他端が開口した外側管および内側管を配置して、外側管および内側管の開口側の端部に形成された側壁部を有する放電容器と、該放電容器内に形成された放電空間内に充填された放電用ガスと、少なくとも一方が放電空間外へ配置され前記放電空間を挟んで対向する一対の電極からなり、前記エキシマランプは、管軸方向の全長が８００ｍｍを超えるとともに、管軸に対し直交する方向に光を出射するものであって、前記放電容器は、前記内側管を支持するための少なくとも１つ以上の支持手段を有し、該支持手段が前記外側管または前記内側管のいずれか一方に固定され、この支持手段と他方の管との間には空隙を有することを特徴とする。
さらに、請求項２の発明のエキシマランプは、一端が封じられ他端が開口した外側管および内側管を配置して、外側管および内側管の開口側の端部に形成された側壁部を有する放電容器と、該放電容器内に形成された放電空間内に充填された放電用ガスと、少なくとも一方が放電空間外へ配置され前記放電空間を挟んで対向する一対の電極からなり、前記エキシマランプは、管軸方向の全長が８００ｍｍを超えるとともに、管軸に対し直交する方向に光を出射するものであって、前記放電容器は、前記内側管を支持するための少なくとも１つ以上の支持手段を有し、該支持手段は、前記外側管または前記内側管のいずれか一方を変形させることにより形成され、この支持手段と他方の管との間には空隙を有することを特徴とする。
さらに、請求項３の発明のエキシマランプは、前記側壁部の肉厚が内側管の肉厚よりも大きいことを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明に係るエキシマランプによると、その放電容器は、外側管と内側管を溶着した側壁部が片側の端部にのみ形成された構造である。したがって、図９に示される両端に側壁部が形成された放電容器を有するエキシマランプのように、ランプ点灯時において、内側管と外側管の間で温度差が生じ各々の熱膨張により伸びる量が異なることに起因する応力が側壁部に生じることがない。さらに、放電容器に支持手段が設けられており、自重により内側管が大きく撓まず、放電ギャップが過剰に狭められないので、均一な照度分布が得られ、照度維持率が低下することもなくなる。さらに、振動や衝撃が加わっても内側管が大きく撓まず、側壁部に大きな応力を生じることはない。
これにより、長尺のランプにおいても使用寿命の長いランプを製作することができる。さらに、ランプ輸送時や取り扱い時に生じる振動や衝撃により、ランプが破損することを防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施例であるエキシマランプ１０を説明するための図である。図１（ａ）は、エキシマランプ１０を管軸方向にて切断した断面図を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ´断面図である。
エキシマランプ１０は、一端が封じられ他端が開口した構造の外側管１１および内側管１２が、同軸方向に配置された二重管構造の放電容器１３を構成し、外側管１１の開口側の端部と内側管１２の開口側の端部は溶着されることによって側壁部１４が形成されている。この放電容器１３内の空間１５には放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。外側管１１の外側には第１の電極１６が設けられ、内側管１２の内側には第２の電極１７が設けられている。第１の電極１６と第２の電極１７の間には高周波電圧が印加されることにより、放電空間１８内（発光部）にはエキシマ分子が形成され、エキシマ分子が解離することでキセノンエキシマ光を放射する。支持手段１００は、溶接によって外側管１１に取り付けられている。
エキシマランプ１０において、内側管１２は、自重で撓むことにより外側管１１に設けられた支持手段１００に当接し支持されている。ここで、支持手段１００と内側管１２との間に空隙を有するとは、支持手段１００と内側管１２とが当接していても良く、支持手段１００と内側管１２との間の少なくとも一部に空隙Ｇが存在する状態のことを示す。
【００１６】
図１を参照して、エキシマランプ１０の具体的な数値例について以下に説明する。
＜エキシマランプ１０＞
外側管１１の全長、外径、肉厚：８００ｍｍ、４０ｍｍ、２ｍｍ
内側管１２の全長、外径、肉厚：７８０ｍｍ、１６ｍｍ、１ｍｍ
側壁部１４の肉厚 ：１ｍｍ
放電空間１８の軸方向長さ ：７2０ｍｍ
【００１７】
図２は、前記支持手段１００について説明するための図である。図２（ａ）に示される支持手段１００は、内側管１２を通すことができる貫通穴１０１が設けられたドーナツ状の円板が用いられる。これにより、エキシマランプ１０の輸送時や取り扱い時において、ランプがあらゆる向きで配置されても内側管１２を支持することができる。
尚、光の出射方向が限定されており、且つ、一定方向に固定した状態にて輸送や取り扱いを行う場合は、内側管が撓む方向にのみ支持手段が設けられていれば良いので、半円板を用いることもできる。
【００１８】
図２（ａ）において、円板に設ける貫通穴の直径は、内側管１２の寸法によって異なるが、内側管１２が自重で撓むことによって、円板に設けられた貫通穴１０１の縁に当接するように決める必要がある。
さらに、円板に設ける貫通穴１０１の直径は、内側管１２が長尺であり自重による管径方向への撓みが大きい場合においては、管径方向への撓み量が放電ギャップの半分以内となるような大きさとする必要がある。このことは、以下の図３にて詳細に説明する。
【００１９】
図３は、図１の点線で囲んだ部分Ｂを拡大した図である。実線部分は自重により撓んだ内側管１２を示し、斜線部分は外側管１１の中心軸Ｘを中心として配置した内側管１２´を示す。
図３において、内側管１２´の外表面と外側管１１の内表面との距離Ｇが放電ギャップＧである。内側管１２´の外表面と、内側管１２における第２の電極１７の最端部に相当する位置ａとの距離Ｔが管径方向への撓み量Ｔである。したがって、支持手段１００となるべき円板に設けられた貫通穴の直径は、内側管１２の撓み量Ｔが、Ｔ＜０．５Ｇとなるように決める必要がある。
【００２０】
上記数値例のエキシマランプ１０において、支持手段１００となるべき円板に設けられた貫通穴の直径は、概ね１７〜２７ｍｍ程度であり、望ましくは１７〜２１ｍｍ程度である。
支持手段１００となるべき円板の厚みは、１ｍｍ以上であることが好ましい。１ｍｍより小さいと、機械的強度の面で問題がある。
支持手段１００となるべき円板の材質は、特に限定されるものではないが容易に溶着固定しやすいという理由により、固定する放電容器と同じ材質が好ましく、この場合は石英ガラスであることが好ましい。
支持手段１００となるべき円板は、内側管の先端部を支持するだけのため、放電している部分に設けると円板を設けた部分だけ放電しなくなり、照度を低下させるので、図１において、放電空間１８の外側に設けることが好ましい。
【００２１】
このようなエキシマランプ１０によると、自重で撓んだ内側管１２が、あらかじめ支持手段１００にて支持された構造であるため、内側管１２が大きく撓むことがない。これにより、放電ギャップが過剰に狭められることがないので、均一な照度分布が得られるとともに、放電ギャップが狭められた部分に過剰な電力が供給されて照度維持率が低下することはなくなる。さらに、ランプ輸送時や取り扱い時に生じる振動や衝撃による側壁部１４の破損を防止することができる。
また、本発明のエキシマランプ１０は、放電容器１３の片側の端部にのみ側壁部１４が形成された構造であるため、ランプ点灯時において外側管１１と内側管１２の間に温度差が生じることにより、各々の熱膨張により伸びる量が異なっても、側壁部１４に応力が生じることがない。これにより、使用寿命の長いランプを製作することができる。
【００２２】
図４は、本発明の第１実施例における他の形態であるエキシマランプ４０を説明するための図である。図４（ａ）は、エキシマランプ４０を管軸方向にて切断した断面図を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＡ−Ａ´断面図である。図１と同一符号は同一部分を示すので、説明は省略する。
エキシマランプ４０において、支持手段４００は、溶接によって内側管１２に取り付けられている。内側管１２に設けられた支持手段４００は、内側管１２が撓むことにより、外側管１１と当接している。ここで、支持手段４００と外側管１１との間に空隙を有するとは、支持手段４００と外側管１１とが当接していても良く、支持手段４００と外側管１２との間の少なくとも一部に空隙Ｇが存在する状態のことを示す。支持手段４００となるべき円板の外径は、前述したように、内側管１２の撓み量Ｔが前述のＴ＜０．５Ｇを満たすように決める必要がある。
【００２３】
ここで図２を参照して、支持手段の他の形態について説明する。
図２（ｂ）、（ｃ）に示されるように、内側管１２を変形させることにより、略波状の大径部１０２や、略柱状の大径部１０３を形成することにより、支持手段としても良い。尚、図示していないが、外側管１１を縮径させることにより、図２（ｂ）、（ｃ）に示されるような支持手段としても良い。
【００２４】
尚、図１、４において、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるような構造の支持手段を用いて、内側管の撓みを小さくするために支持手段と内側管あるいは外側管との間の隙間を小さくすると、気体が隙間を通過するときの抵抗が大きくなるため、放電容器内へのガス封入工程において放電容器内を一度真空にする際に、所望の真空度に達するまでに長時間を要する。
この場合に、有効な支持手段の他の形態を図２（ｄ）、（ｅ）によって説明する。図２（ｄ）、（ｅ）に示される支持手段１００は、穴１０４や切れ込み１０５が設けられている。
このような支持手段を用いることにより、短時間でガス封入作業を完了させることができる。
【００２５】
図５は、本発明の第１実施例における他の形態であるエキシマランプ５０を説明するための図である。図５（ａ）は、エキシマランプ５０を管軸方向にて切断した断面図を示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＡ−Ａ´断面図を示す。図１と同一符号は同一部分を表すので、説明は省略する。
エキシマランプ５０において、外側管１１に溶接によって取り付けられた支持手段５００は、通常は、内側管１２が自重で撓んでも内側管１２とは当接していない。支持手段５００と内側管１２との間には、空隙Ｇが存在する。そして、内側管１２は、ランプの輸送時や取り扱い時に生じる振動や衝撃によってさらに撓んだ際に、支持手段５００にて支持される。
ここで、支持手段５００となるべき円板に設けられた貫通穴の直径は、ランプの輸送時や取り扱い時にランプに加わる振動や衝撃によって、内側管１２がさらに撓んだ場合にも、内側管１２の撓み量Ｔが前述のＴ＜０．５Ｇを満たすように決める必要がある。
尚、支持手段５００は、図４を参考にして内側管１２に設けることも可能である。
【００２６】
エキシマランプがさらに長尺化して、例えば、全長が１０００ｍｍを超えるような場合には、図１、４、５に示すような、支持手段が内側管の先端部付近のみを支持する構造では、内側管の撓みを十分に防止できない可能性がある。具体的に説明すると、内側管が、側壁部で固定された部分と、支持手段により支持された部分の間で撓む可能性がある。このようなエキシマランプに特に有効な実施例を以下の図６に示す。
【００２７】
図６は、本発明の第２実施例であるエキシマランプ６０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
エキシマランプ６０は、一端が封じられ他端が開口した構造の外側管６１および内側管６２が、同軸方向に配置された二重管構造の放電容器６３を構成し、外側管６１の開口側の端部と内側管６２の開口側の端部は溶着されることによって側壁部６４が形成されている。この放電容器６３内の空間６５には放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。外側管６１の外側には第１の電極６６が設けられ、内側管６２の内側には第２の電極６７が設けられている。第１の電極６６と第２の電極６７の間には高周波電圧が印加されることにより、放電空間６８内（発光部）にはエキシマ分子が形成され、エキシマ分子が解離することでキセノンエキシマ光を放射する。
エキシマランプ６０において、自重で撓んだ内側管６２は、外側管６１に溶接によって取り付けられた２個の支持手段６００ａ、６００ｂと当接している。支持手段６００ａは、内側管６２の先端部付近を支持するために設けられ、支持手段６００ｂは、内側管６２の中央部付近を支持するために設けられる。
支持手段６００ａ、６００ｂとなるべき円板に設けられた貫通穴の直径は、前述したように、内側管６２の撓み量Ｔが前述のＴ＜０．５Ｇを満たすように決める必要がある。
【００２８】
中央部付近とは、必ずしも側壁部を起点として内側管の全長の１／２に相当する位置である必要はない。一方の端部が固定支持され、他方の端部が自由支持された理想的な梁の撓みは、固定支持端を基準として梁の全長の５／８に相当する位置において最も撓むことが知られている。内側管６２は、これに近い支持状態であることから、側壁部６４を基準として内側管６２の全長の５／８に相当する位置において最も撓むと考えられる。したがって、支持手段６００ｂは、側壁部６４を基準として内側管６２の全長の５／８に相当する位置に配置することが最も効果的であるが、側壁部６４を基準として内側管６２の全長の３／８〜７／８に相当する位置に配置しても効果がある。
【００２９】
図６を参照して、エキシマランプ６０の具体的数値について説明する。
＜エキシマランプ６０＞
外側管６１の全長、外径、肉厚 ：１０００ｍｍ、４０ｍｍ、２ｍｍ
内側管６２の全長、外径、肉厚 ：９８０ｍｍ、１６ｍｍ、１ｍｍ
側壁部６４の肉厚 ：１ｍｍ
放電空間６８の軸方向長さ ：９２０ｍｍ
各々の支持手段の側壁部からの距離：５００ｍｍ、９６０ｍｍ
【００３０】
このようなエキシマランプ６０によると、全長が１０００ｍｍを超えるようなランプにおいても、内側管６２の中央部を支持手段６００ｂにて支持しているので、内側管６２が大きく撓むことがない。これにより、エキシマランプ１０で述べたように、均一な照度分布が得られるとともに、照度維持率が向上する。さらに、ランプ輸送時や取り扱い時において、側壁部６４が破損することを防止できる。
また、ランプ点灯時において外側管６１と内側管６２の間に温度差が生じ、各々の熱膨張により伸びる量が異なっても、側壁部１４に応力が生じることがないため、使用寿命の長いランプを製作することができる。
【００３１】
尚、第２実施例において、図４を参考にして、２個の支持手段を内側管に設けることもできる。
また、図５を参考にして、図６に示される支持手段６００ａ、６００ｂの両方が、内側管６２とあらかじめ当接しない構造を採用することもできる。
さらに、図６に示される支持手段６００ａ、６００ｂのうち、いずれか片方が内側管６２と当接した構造をとることもできる。
【００３２】
エキシマランプがさらに長尺化して、例えば、全長が１８００ｍｍを超えるような場合には、図６に示すような、支持手段が内側管の先端部と内側管の中央部付近のみを支持する構造では、内側管の撓みを十分に防止できない可能性がある。このようなエキシマランプに特に有効な実施例を以下の図７に示す。
【００３３】
図７は、本発明の第３実施例であるエキシマランプ７０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
エキシマランプ７０は、一端が封じられ他端が開口した構造の外側管７１および内側管７２が、同軸方向に配置された二重管構造の放電容器７３を構成し、外側管７１の開口側の端部と内側管７２の開口側の端部は溶着されることによって側壁部７４が形成されている。この放電容器７３内の空間７５には放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。外側管７１の外側には第１の電極７６が設けられ、内側管７２の内側には第２の電極７７が設けられている。第１の電極７６と第２の電極７７の間には高周波電圧が印加されることにより、放電空間７８内（発光部）にはエキシマ分子が形成され、エキシマ分子が解離することでキセノンエキシマ光を放射する。
エキシマランプ７０において、自重で撓んだ内側管７２は、外側管７１に溶接によって取り付けられた４個の支持手段７００ａ、７００ｂ、７００ｃ、７００ｄと当接している。支持手段７００ａは、内側管７２の先端部付近を支持するために設けられ、支持手段７００ｂ、７００ｃ、７００ｄは、各々の間隔が８００ｍｍ以内となるように配置される。
支持手段７００ａ、７００ｂ、７００ｃ、７００ｄとなるべき円板に設けられた貫通穴の直径は、前述したように、内側管７２の撓み量Ｔが前述のＴ＜０．５Ｇを満たすように決める必要がある。
【００３４】
支持手段７００ａ、７００ｂ、７００ｃ、７００ｄは、必ずしも均等間隔にて配置する必要はなく、内側管７２が支持手段間で撓むことがないように、各々の間隔が８００ｍｍ以内となるように配置すれば良い。
尚、図７においては、支持手段は４個設けられているが、内側管の長さに応じて個数は適宜決めることが可能である。
【００３５】
図７を参照して、エキシマランプ７０の具体的数値について説明する。
＜エキシマランプ７０＞
外側管７１の全長、外径、肉厚：１８００ｍｍ、５０ｍｍ、２．５ｍｍ
内側管７２の全長、外径、肉厚：１７８０ｍｍ、２０ｍｍ、１．５ｍｍ
側壁部７４の肉厚 ：１．５ｍｍ
放電空間７８の軸方向長さ ：１７２０ｍｍ
各々の支持手段の軸方向間隔 ：４４０ｍｍ
【００３６】
このようなエキシマランプ７０によると、全長が、例えば、２０００ｍｍを超えるようなエキシマランプであっても、自重で撓んだ内側管７２が、外側管７１に設けられた４個の支持手段７００ａ、７００ｂ、７００ｃ、７００ｄによって支持され、内側管７２が大きく撓むことがない。
これにより、エキシマランプ１０で述べたように、均一な照度分布が得られるとともに、照度維持率が向上する。さらに、ランプ輸送時や取り扱い時において、側壁部７４が破損することを防止できる。
また、ランプ点灯時において外側管７１と内側管７２の間に温度差が生じ、各々の熱膨張により伸びる量が異なっても、側壁部７４に応力が生じることがないため、使用寿命の長いランプを製作することができる。
【００３７】
尚、第３実施例において、図４を参考にして、4個の支持手段７００ａ、７００ｂ、７００ｃ、７００ｄを内側管７２に設けることもできる。
また、図５を参考にして、図７に示される４個の支持手段７００ａ、７００ｂ、７００ｃ、７００ｄが、内側管６２とあらかじめ当接しない構造を採用することもできる。
さらに、図７に示される４個の支持手段７００ａ、７００ｂ、７００ｃ、７００ｄのうち、任意の１個のみが内側管６２と当接した構造をとることもできる。無論、任意の２個あるいは任意の３個が内側管６２と当接した構造をとることもできる。
【００３８】
図７に示されるエキシマランプ７０によると、内側管７２が非常に長いため、側壁部７４に相当な応力が生じていると考えられる。以下の図８に示す実施例は、エキシマランプ７０のように、全長が非常に大きいエキシマランプに対して特に有効である。
【００３９】
図８は、本発明の第４実施例であるエキシマランプ８０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
図８において、放電容器８３は、一端が封じられ他端が開口した構造の外側管８１および内側管８２が、同軸方向に配置された二重管構造を有し、外側管８１および内側管８２の各々の開口側の端部が、管軸方向に直交する面上に形成された閉塞部材８４に接合され、放電容器８３の片側の端部において円環状の側壁部が形成される。外側管８１には、内側管８２を支持するための支持手段８００ａ、８００ｂ、８００ｃ、８００ｄが設けられている。閉塞部材８４の管軸方向における肉厚ｈ１は、内側管８２の肉厚ｈ２よりも大きい。閉塞部材８４は、例えば、円板から構成されており、外径が外側管８１の外径にほぼ一致し、内径が内側管８２の内径にほぼ一致している。
【００４０】
図８を参照して、エキシマランプ８０の具体的数値について説明する。
＜エキシマランプ８０＞
外側管８１の全長、外径、肉厚：２０００ｍｍ、５０ｍｍ、２．５ｍｍ
内側管８２の全長、外径、肉厚：１９８０ｍｍ、２０ｍｍ、１．５ｍｍ
閉塞部材８４の肉厚 ：３ｍｍ
放電空間８８の軸方向長さ ：４９０ｍｍ
【００４１】
このようなエキシマランプ８０によると、側壁部８４は、内側管８２よりも肉厚が大きいので、機械的強度が高い構造である。このような構造によると、ランプの輸送時や取り扱い時に、より強い振動や衝撃がランプに加わっても、側壁部が破損することを防止できる。
尚、第４実施例に係る構造は、エキシマランプ８０に限らず、エキシマランプ１０、４０、５０、６０、７０にも適用することができる。
【００４２】
また、本発明の第４実施例の他の形態として、内側管の開口側の端部に側壁部となるべき肉厚のガラス管を接合し、その後にこの肉厚のガラス管と外側管を溶着することによって、放電容器を形成しても良い。あるいは、内側管を肉寄せして開口側の端部付近の肉厚を厚くし、外側管と内側間を溶着することによって放電容器を形成しても良い。
【００４３】
尚、前述のエキシマランプ１０、４０、５０、６０、７０によると、放電容器は、外側管の開口側の端部と内側管の開口側の端部を溶着することで形成された側壁部を有するものであるが、これに限らず、外側管の開口側の端部と内側管の開口側の端部に、側壁部となるべき円環状部材を溶着することによって側壁部を形成してもよい。
【００４４】
また、本発明の構造は、全長が８００ｍｍ以上の長尺のエキシマランプに採用することが好ましいが、全長が８００ｍｍ未満のランプに本発明の構造を採用することを排除するものではない。全長が短いランプにおいては、本発明の構造を採用しなくても前述したような問題が生じにくいと考えられる。しかし、より使用寿命を長くしたり、ラフに扱う場合、例えば、ランプ点灯中にランプを移動させながら使用する場合などには、内管の撓みを押さえることができて有効である。
【００４５】
本明細書中の第１実施例〜第４実施例に係るエキシマランプの図面には、第１の電極と第２の電極の両方が放電空間外に配置された構造が示されているが、外側管の外表面（放電空間外）に第１の電極が配置され、内側管の外表面（放電空間内）に第２の電極が配置された構造でも良い。また、外側管の内表面（放電空間内）に第１の電極が配置され、内側管の内表面（放電空間外）に第２の電極が配置された構造でも良い。
また、電極は、外側管または内側管に必ずしも密着して配置されている必要はなく、電極と外側管または内側管との間に隙間が存在するように配置しても良い。
さらに、内側管の代わりに円柱状のガラス棒を用いて放電容器を形成しても良く、この場合には、ガラス棒の表面に第２の電極を設ければ良い。
【００４６】
尚、前述したように、エキシマランプの内側管は、側壁部を基準として内側管の全長の５／８に相当する位置、又は側壁部と支持部材の間の５／８に相当する位置において最も撓むが、本明細書中の第１実施例〜第４実施例に係るエキシマランプの図面においては、便宜上、側壁部から内側管が封じられた側の先端に向かって傾斜するように示されている。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のエキシマランプによれば、内側管は、自重、あるいは、ランプ輸送時や取り扱い時にランプに加わる振動や衝撃によって撓んでも、外側管あるいは内側管に設けられた支持手段によって支持される構造である。これにより、放電ギャップを過剰に狭めることや、側壁部に過剰な応力が生じることを防止できる。したがって、輸送時や取り扱い時に破損せず、照度が均一であり、使用寿命の長い長尺のエキシマランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例のエキシマランプの断面図である。
【図２】 支持手段を説明するための図である。
【図３】 図１の破線で囲んだ部分を拡大した図である
【図４】 本発明の第１実施例の他の形態のエキシマランプの断面図である。
【図５】 本発明の第１実施例の他の形態のエキシマランプの断面図である。
【図６】 本発明の第２実施例のエキシマランプの断面図である。
【図７】 本発明の第３実施例のエキシマランプの断面図である。
【図８】 本発明の第４実施例のエキシマランプの断面図である。
【図９】 従来のエキシマランプの断面図である。
【図１０】 側壁部の破損状態を説明するための図である。
【図１１】 従来の他の構造のエキシマランプの断面図である。
【符号の説明】
１０ エキシマランプ
１１ 外側管
１２ 内側管
１３ 放電容器
１４ 側壁部
１５ 空間
１６ 第１の電極
１７ 第２の電極
１８ 放電空間（発光部）
４０ エキシマランプ
５０ エキシマランプ
６０ エキシマランプ
６１ 外側管
６２ 内側管
６３ 放電容器
６４ 側壁部
６５ 空間
６６ 第１の電極
６７ 第２の電極
６８ 放電空間（発光部）
７０ エキシマランプ
７１ 外側管
７２ 内側管
７３ 放電容器
７４ 側壁部
７５ 空間
７６ 第１の電極
７７ 第２の電極
７８ 放電空間（発光部）
８０ エキシマランプ
８１ 外側管
８２ 内側管
８３ 放電容器
８４ 閉塞部材
８５ 空間
８６ 第１の電極
８７ 第２の電極
８８ 放電空間（発光部）
９０ エキシマランプ
９１ 外側管
９２ 内側管
９３ 放電容器
９４ 側壁部
９５ 空間
９６ 第１の電極
９７ 第２の電極
９８ 放電空間（発光部）
１１０ エキシマランプ
１１１ 外側管
１１２ 内側管
１１３ 放電容器
１１４ 側壁部
１１５ 空間
１１６ 第１の電極
１１７ 第２の電極
１１８ 放電空間（発光部）
Ｇ 放電ギャップ
Ｔ 撓み量
Claims (4)
- 一端が封じられ他端が開口した外側管および内側管を配置して、外側管および内側管の開口側の端部に形成された側壁部を有する放電容器と、該放電容器内に形成された放電空間内に充填された放電用ガスと、少なくとも一方が放電空間外へ配置され前記放電空間を挟んで対向する一対の電極からなるエキシマランプにおいて、
前記エキシマランプは、管軸方向の全長が８００ｍｍを超えるとともに、管軸に対し直交する方向に光を出射するものであって、
前記放電容器は、前記内側管を支持するための少なくとも１つ以上の支持手段を有し、該支持手段が前記外側管または前記内側管のいずれか一方に固定され、この支持手段と他方の管との間には空隙を有することを特徴とするエキシマランプ。 - 一端が封じられ他端が開口した外側管および内側管を配置して、外側管および内側管の開口側の端部に形成された側壁部を有する放電容器と、該放電容器内に形成された放電空間内に充填された放電用ガスと、少なくとも一方が放電空間外へ配置され前記放電空間を挟んで対向する一対の電極からなるエキシマランプにおいて、
前記エキシマランプは、管軸方向の全長が８００ｍｍを超えるとともに、管軸に対し直交する方向に光を出射するものであって、
前記放電容器は、前記内側管を支持するための少なくとも１つ以上の支持手段を有し、該支持手段は、前記外側管または前記内側管のいずれか一方を変形させることにより形成され、この支持手段と他方の管との間には空隙を有することを特徴とするエキシマランプ。 - 前記側壁部の肉厚は、内側管の肉厚よりも大きい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。
- 前記内側管の自重による撓み量をＴとし、前記外側管の中心軸を中心として配置された状態の内側管の外表面と前記外側管の内表面との距離をＧとしたとき、Ｔ＜０．５Ｇの関係を満たす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。
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