JP5169519B2

JP5169519B2 - エキシマランプ

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Publication number: JP5169519B2
Application number: JP2008158881A
Authority: JP
Inventors: 隆之平石
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-06-18
Also published as: JP2010003437A

Description

本発明は、端部に光取出窓を設けたエキシマランプに関する。

端部に光取出窓を設けたエキシマランプは、光化学反応用の紫外線光源として用いられる。

このようなエキシマランプは、例えば特許文献１の図３に示すものが、従来知られていた。

図４は、従来のエキシマランプ１の断面図を示す。
エキシマランプ１は、一端が閉じた管状で構成された放電容器２と、該放電容器２の他端側の端面に設けた光取出窓３と、該放電容器２内の放電空間２７に充填された放電用ガスと、該放電容器２と放電空間２７とを介して対向配置されると共に放電容器２の一端側から他端側に向かって伸びる一対の電極４１，４２とにより、構成される。

放電容器２は、円管状の外管２１と、外管２１の内部に配置された円管状の内管２２との二重管構造により構成される。放電容器２の一端側には、外管２１と内管２２とを接合する円環状の端壁部２３が設けられる。これにより、放電容器２は、一端が端壁部２３によって閉じられた管状で構成される。
端壁部２３には、外方に突出するチップ部２４が設けられる。

放電容器２の他端側の端面には、紫外線透過性を有する光取出窓３が接合される。これにより、放電容器２はその両端が閉じられ、放電容器２の内部には、密閉された放電空間２７が形成される。
放電空間２７には、例えばキセノンガスのような希ガスが放電用ガスとして封入される。

放電容器２の内管２２の内方には、棒状の電極４１が、放電容器２の一端側から他端側に向かって延びるように設けられる。外管２１の外周面には、膜状の電極４２が、放電容器２の一端側から他端側に向かって伸びるように設けられる。

これら一対の電極４１，４２には、高周波電源９が接続されている。これにより、ランプ点灯時に、一対の電極間４１，４２に高電圧・高周波が印加され、他方の電極４２は接地される。
一対の電極４１，４２は、放電容器２と放電空間２７とを介して設けられている。このため、ランプ点灯時に、誘電性を有する放電容器２は誘電体として機能し、放電空間２７に封入された放電用ガスはエキシマ発光を開始する。放電容器２の内部では、エキシマ発光によって、例えば１７２ｎｍ以下の真空紫外線が生じる。

真空紫外線は、光取出窓３から外部へ放射される。
このとき、放電容器２が紫外線透過性を有する例えば石英ガラスで構成されると、放電容器２内の真空紫外線は、外管２１を透過し、外管２１の外面に設けた他方の電極４２に反射され、この反射を繰り返すことで、光取出窓３から外部へ放射される。

特開平０８−０３１３８７号公報

最近、端部に光取出窓３を設けたエキシマランプ１には、高照度化が望まれている。

従来に係るエキシマランプ１は、放電容器２内の真空紫外線が放電容器２の外管２１を透過するときに、その光量を低下させていた。そこで、放電容器２内の真空紫外線を、放電容器２に透過させずに、光取出窓３から放射させるため、放電容器２の内面に真空紫外線を反射する反射膜を設けることが提案されている。

ところが、反射膜５を設けたエキシマランプ１は、実際に使用してみると、反射膜５を設けたことによる高照度化がそれほど効果的に得られていないことが分かった。

そこで、本発明の目的は、放電容器の内面に反射膜を設け、該放電容器の端部に光取出窓を設けたエキシマランプを提供することにある。

第１の発明に係るエキシマランプは、誘電体材料からなると共に一端が閉じられた管状で構成された放電容器と、該放電容器の他端側に設けられた光取出窓と、該放電容器内の放電空間に充填された放電用ガスと、該放電容器と放電空間とを介して対向されると共に該放電容器の一端側から他端側に向かって伸びる一対の電極と、からなるエキシマランプにおいて、該放電容器の他端には、該放電容器の外周面から周方向外方に向かって伸びるように断面Ｌ字状に屈曲させた該光取出窓に接合される円環状のフランジが設けられ、該フランジに該光取出窓が当接され、該フランジと該光取出窓との境界で接合され、該放電容器の内面には、シリカ粒子を主成分とする反射膜が、該一対の電極に沿って伸び、該屈曲させた部分にも設けられたことを特徴とする。

第２の発明に係るエキシマランプは、該フランジと該光取出窓との接合部から該放電容器の外面までの距離Ａと、該放電容器の肉厚ｔとの関係が、Ａ≧ｔであることを特徴とする。

第１の発明及び第２の発明に係るエキシマランプは、上記特徴により、フランジと光取出窓との接合部を、管状の放電容器内に設けた反射膜から遠ざけることができる。

図１は、第１の実施例に係るエキシマランプ１の説明図であり、（ａ）はランプ全体断面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線の丸で囲った部分の拡大図である。
なお、図１には、図４に示したものと同じものに、同一の符号が付されている。

第１の実施例に係るエキシマランプ１は、円管状の放電容器２を具備する。
放電容器２を構成する部材としては、誘電体材料である例えば石英ガラスが用いられる。

放電容器２の長手方向における一端には、円盤状の端壁部２３が、放電容器２の一端を閉じるように設けられる。
端壁部２３は、その中央にチップ部２４が放電容器２の外方に向かって突出するように設けられる。

放電容器２の長手方向における他端には、円環状のフランジ２５が、放電容器２の外周面から周方向外方に向かって伸びるように設けられる。
フランジ２５は、図１（ｂ）に示すように、直管状に伸びる放電容器２から、周方向外方（放電容器２の管軸方向に対して直交する方向）に向かって伸びるように断面Ｌ字状に構成される。

放電容器２の他端側に設けたフランジ２５には、円盤状の光取出窓３が、放電容器２の他端側を閉じるように設けられる。
光取出窓３は、円環状のフランジ２５の外径と同等の外径を有し、紫外線透過性を有する例えば石英ガラスにより構成される。

このように、放電容器２と光取出窓３とは、フランジ２５を介して接合される。このため、フランジ２５を構成する部材としては、放電容器２と光取出窓３とを接合できるガラス部材として、例えば石英ガラスが用いられる。
なお、本発明でいうフランジ２５とは、放電容器２の管軸方向に対して直交する方向に伸びる部分のことである。

放電容器２の外面には、一対の電極４１，４２が、互いに離隔されるように、且つ、放電容器２の一端側から端側に向かって伸びるように設けられる。

端壁部２３と光取出窓３によって、封止された放電容器２内の放電空間２７には、放電用ガスとして例えばキセノンガスが充填される。

放電容器２の内周面には、シリカ粒子を主成分とする反射膜５が、一対の電極４１，４２に沿って伸びるように設けられる。さらに、シリカ粒子を主成分とする反射膜５が、放電容器２の内周面の周方向において、全周に亘って設けられることが好ましい。
シリカ粒子を主成分とする反射膜５は、放電容器２の一端側のチップ部２４の内面の一部にも設けられる。また、シリカ粒子を主成分とする反射膜５は、放電容器２の他端側でフランジ２５に連接する屈曲した部分にも設けられる。

ここでいうシリカ粒子とは、シリカガラスを粉末状に細かい粒子としたものが用いられる。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、０．１〜３μｍであるものが好ましい。中心粒径（数平均粒子径のピーク値）のより好ましい範囲は、０．３〜３μｍである。
また、反射膜５において、上述の中心粒径を有するシリカ粒子の割合が５０％以上であることが好ましい。これは、シリカ粒子が、真空紫外線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、真空紫外線を効率よく拡散反射できるためである。

ここで、反射膜５の主成分であるシリカ粒子の「粒子径」とは、反射膜５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いて、厚み方向における略中間の位置を観察範囲として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって拡大撮影像を取得し、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。

また、反射膜５の主成分であるシリカ粒子の「中心粒径」とは、上記のようにして得られた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。

このように、第１の実施例に係るエキシマランプ１では、シリカ粒子を主成分とする反射膜５を、放電容器２に設けたフランジ２５と光取出窓３との境界にまで設けることができる。
第１の実施例に係るエキシマランプ１において、シリカ粒子を主成分とする反射膜５が、放電容器２の一端側にまで設けることができた理由を、第１の実施例に係るエキシマランプ１の他端側の製造工程の説明を通じて説明する。

円管状の誘電体材料を準備し、その他端側をバーナーなどの加熱手段（不図示）で加熱する。加熱により誘電体材料の他端側が軟化したら、他端側を周方向外方に向かって押し広げる。誘電体材料の他端側の押し広げられた部分が、図１（ａ）に示すフランジ２５となり、誘電体材料の直管状部分が図１（ａ）に示す放電容器２となる。
フランジ２５形成後、放電容器２の一端側には、端壁部２３が設けられ、この端壁部２３には、管状のチップ部２４が設けられる。
端壁部２３を設けた後、誘電体材料の内周面に反射膜５を塗布して、これを焼結させる。
反射膜５形成後、フランジ２５には、光取出窓３が当接され、フランジ２５と光取出窓３との境界（図１（ｂ）において、フランジ２５と光取出窓３との境界の紙面上側）をバーナーなどの加熱手段（不図示）によって加熱される。加熱によってフランジ２５と光取出窓３とが溶着されて接合される。
光取出窓３を設けた後、放電容器２の内部は、管状のチップ部２４から排気され、放電用ガスが充填される。
放電容器２の内部に放電用ガスを充填後、放電容器２は、管状のチップ部２４が加熱されることで封止され、放電容器２の外面に一対の電極４１，４２が設けられて、エキシマランプ１が完成される。なお、放電容器２を封止する工程で、管状のチップ部２４を加熱するので、チップ部２４に位置する反射膜５は、透明化する。（図１（ａ）のチップ部２４の紙面左側を参照）。
このような工程でエキシマランプ１を製造すると、光取出窓３には反射膜５が設けられることなく、放電容器２の内面に反射膜５を設けることができた。

フランジ２５と光取出窓３とを加熱するとき、加熱される部分（接合部６）が、反射膜５から放電容器２の肉厚ｔよりも離れた位置にあるので、この加熱によって反射膜５が加熱されることを抑制することができる。

さらに、図１（ｂ）に示すように、フランジ２５と光取出し窓の接合部６から放電容器２の外面までの距離Ａを、肉厚ｔ以上（次式参照）にすると、反射膜５が加熱されることを効果的に抑制することができる。
「接合部６から放電容器２の外面までの距離Ａ」≧「放電容器２の肉厚ｔ」

ここでいう、放電容器２の肉厚ｔは、放電容器２の直管状部分の外径と内径との差分を半分にした値（次式参照）のことをいう。
（「放電容器２の直管状部分の外径」−「放電容器２の直管状部分の内径」）÷２＝「放電容器２の肉厚ｔ」

また、接合部６から放電容器２の外面までの距離Ａとは、図１（ｂ）に示すように、放電容器２の直管状部分の外面から延長して伸びる線分を引き、この線分から接合部６までの最短距離のことをいう。

第１の実施例に係るエキシマランプ１のように、接合部６と反射膜５との距離が遠ざけられることで、反射膜５が加熱されることが抑制され、シリカ粒子を含む反射膜５が粒界を失うことを抑制することができる。

第１の実施例に係るエキシマランプ１は、図１（ａ）に示すように、一対の電極４１，４２に高周波電源９が接続される。ランプ点灯時、エキシマランプ１は、一方の電極４１が高周波・高電圧で印加され、他方の電極４２が接地される。
一対の電極４１，４２は、放電容器２と放電空間２７とを介して対向配置されていることから、ランプ点灯時の一対の電極４１，４２間の電位差によって、放電容器２は誘電体として機能し、放電空間２７に封入された放電用ガスがエキシマ発光を開始する。このように、放電容器２の内部では、エキシマ発光によって、例えば１７２ｎｍ以下の真空紫外線が生じる。

放電容器２の内周面には、シリカ粒子を主成分とする反射膜５が設けられているので、放電容器２内の真空紫外線は、反射膜５を照射する。

反射膜５の主成分であるシリカ粒子は、それ自体が高い屈折率を有する真空紫外線透過性を有する。このため、シリカ粒子に到達した真空紫外線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る。シリカ粒子の内部に入射された光の多くは透過されて、再び出射される際に屈折される。つまり、反射膜５は、シリカを主成分とすることで、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。
このため、ランプ点灯時に放電空間２７で生じた真空紫外線は、放電容器２の内周面に設けた反射膜５によって拡散反射（散乱反射）されることで、放電容器２を透過するときの光量低下が防止される。
光取出窓３には反射膜５が設けられていないので、反射膜５によって拡散反射（散乱反射）された真空紫外線が、光取出窓３から放射される。このため、第１の実施例に係るエキシマランプ１は、光取出窓３から効果的に真空紫外線を放射することができる。

さらに、放電容器２の内周面に反射膜５を設けることに加えて、放電容器２の他端とフランジ２５とを連接する屈曲している部分にも、シリカ粒子を主成分とする反射膜５を設けることで、光取出窓３から放射される真空紫外線の光量を増加することができる。

その上、第１の実施例に係るエキシマランプ１のように、放電容器２の外周面から接合部６までの距離Ａを、放電容器２の肉厚ｔ以上にすることにより、放電容器２の他端側の反射膜５の反射機能の低下を好適に抑制することができる。

第１の実施例に係るエキシマランプ１では、放電容器２に設けたフランジ２５が、断面Ｌ字の円環状に構成したものを示した。本発明に係るエキシマランプ１において、フランジ２５の形状は、第１の実施例に限定されるものではなく、接合部６から放電容器２の外面までの距離Ａを放電容器２の肉厚ｔより大きくする形状であれば良い。
このため、フランジ２５の形状が第１の実施例と異なる例を、第２の実施例として図２を用いて説明する。また、第２の実施例に係るエキシマランプ１は、フランジ２５の形状が異なる点以外は共通するので、図１（ａ）を参照図として第２の実施例を説明する。

図２は、第２の実施例に係るエキシマランプ１の説明図であり、図１（ａ）の点線の丸で囲った部分の拡大図である。
なお、図２には、図１（ｂ）に示したものと同じものに、同一の符号が付されている。

図２に示す第２の実施例に係るエキシマランプ１は、フランジ２５の断面形状がＳ字状である点で、図１（ｂ）に示す第１の実施例に係るエキシマランプ１と相違する。
このため、第２の実施例に係るエキシマランプ１の説明は、第１の実施例と共通する部分は省略し、第１の実施例と相違する部分について述べる。

放電容器２の他端側に設けたフランジ２５は、放電容器２の外周面から周方向外方（放電容器２の管軸方向に対して直交する方向）に向かって伸びるように設けられる。
フランジ２５は、図２に示すように、直管状に伸びる放電容器２から、周方向外方に向かって伸びるように断面Ｓ字状に構成される。

放電容器２の他端側に設けたフランジ２５には、円盤状の光取出窓３が、放電容器２の他端側を閉じるように設けられる。
光取出窓３は、フランジ２５の他端側（図２の紙面右側）部分の内径と同等の外径を有し、紫外線透過性を有する例えば石英ガラスにより構成される。

光取出窓３とフランジ２５とは、フランジ２５の他端側（図２の紙面右側）部分の内面と光取出窓３とが、例えばバーナーのような加熱手段（不図示）によって加熱される。このため、この加熱された部分に接合部６が設けられるので、接合部６から放電容器２の外面までの距離Ａは、図２に示すようになる。

本発明に係るエキシマランプ１は、第２の実施例のようにフランジ２５を断面Ｓ字状に屈曲させた構造であっても、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。

上述した第１の実施例及び第２の実施例に係るエキシマランプ１では、一対の電極４１，４２が、放電容器２の外面に互いに離隔されることで、放電容器２と放電空間２７とを介して対向される構成を示した。本発明に係るエキシマランプ１は、放電容器２と放電空間２７とを介して対向される一対の電極４１，４２の構成が、第１の実施例及び第２の実施例のものに限定されるものでない。
図３は、放電容器２及び電極４１，４２形態の異なる実施例を示す。なお、図３には、図１に示したものと同じものに、同一の符号が付されている。

図３（ａ）のエキシマランプ１は、放電容器２の二重管構造は、円管状の外管２１と、外管２１の内部に配置した内管２２とが互いの管軸が一致するように設けられることで構成される。
外管２１と内管２２とを構成する部材としては、誘電体材料である例えば石英ガラスが用いられる。

放電容器２の長手方向における一端には、円環状の端壁部２３が、放電容器２の内管２２と外管２１とを一体になるように連接し、放電容器２の一端を閉じるように設けられる。
端壁部２３には、チップ部２４が放電容器２の外方に向かって突出するように設けられる。

放電容器２の内管２２には、その内部に棒状の一方の電極４１が挿通され、放電容器２の一端側から他端側に向かって伸びるように設けられる。
放電容器２の外管２１には、その外周面に膜状の他方の電極４２が設けられ、放電容器２の一端側から他端側に向かって伸びるように設けられる。また、他方の電極４２は、外管２１の外周面の周方向において、全周に亘って設けられる。

このように、一対の電極４１，４２は、放電容器２（外管２１と内管２２）と放電空間２７とを介して対向配置される。

なお、放電容器２が二重管構造を有する場合、放電容器２の内管２２における放電空間２７に対向する面には、シリカ粒子を主成分とする反射膜５が設けられることが好ましい。

図３（ｂ）のエキシマランプ１は、円管状の放電容器２を具備する。
放電容器２を構成する部材としては、誘電体材料である例えば石英ガラスが用いられる。

放電容器２の長手方向における一端には、円盤状の端壁部２３が、放電容器２の一端を閉じるように設けられる。

端壁部２３には、その中央を貫通する棒状の一方の電極４１が挿通され、放電容器２の一端側から他端側に向かって伸びるように設けられる。端壁部２３と一方の電極４１との間には、例えば低融点ガラスからなる封止部２６が設けられることで、放電容器２は封止される。
放電容器２には、その外周面に膜状の他方の電極４２が設けられ、放電容器２の一端から他端に向かって伸びるように設けられる。また、他方の電極４２は、放電容器の外周面の周方向において、全周に亘って設けられる。

このように、一対の電極４１，４２は、放電容器２と放電空間２７とを介して対向配置される。

図３（ｃ）のエキシマランプ１は、二重管構造からなる放電容器２を具備する。
この放電容器２の二重管構造は、円管状の外管２１と、外管２１の内部に配置した内管２２とが互いの管軸が一致するように設けられることで構成される。
外管２１と内管２２とを構成する部材としては、誘電体材料である例えば石英ガラスが用いられる。

放電容器２の長手方向における一端には、円盤状の端壁部２３が、放電容器２の外管２１の一端を閉じるように設けられる。このため、第５の実施例においては、放電容器２を構成する外管２１と内管２２とは別体に構成される。

端壁部２３には、その中央を貫通する棒状の一方の電極４１が挿通される。一方の電極４１は、内管２２の内部に挿通され、放電容器２の一端側から他端側に向かって伸びるように設けられる。端壁部２３と一方の電極４１との間には、例えば低融点ガラスからなる封止部２６が設けられることで、放電容器２は封止される。
放電容器２の外管２１には、その外周面に膜状の他方の電極４２が設けられ、放電容器２の一端側から他端側に向かって伸びるように設けられる。また、他方の電極４２は、外管２１の外周面の周方向において、全周に亘って設けられる。

本発明に係るエキシマランプ１の一対の電極４１，４２は、上述した図３のように構成することができる。

第１の実施例に係るエキシマランプの説明図である。第２の実施例に係るエキシマランプの説明図である。本発明に係るエキシマランプの別の例の説明図である。従来に係るエキシマランプの説明図である。

符号の説明

１エキシマランプ
２放電容器
２１外管
２２内管
２３端壁部
２４チップ部
２５フランジ
２６封止部
２７放電空間
３光取出窓
４１一方の電極
４２他方の電極
５反射膜
６接合部
８加熱手段
９高周波電源
ｔ放電容器の肉厚
Ａ放電容器の内壁から接合部までの距離

Claims

誘電体材料からなると共に一端が閉じられた管状で構成された放電容器と、
該放電容器の他端側に設けられた光取出窓と、
該放電容器内の放電空間に充填された放電用ガスと、
該放電容器と放電空間とを介して対向されると共に該放電容器の一端側から他端側に向かって伸びる一対の電極と、
からなるエキシマランプにおいて、
該放電容器の他端には、該放電容器の外周面から周方向外方に向かって伸びるように断面Ｌ字状に屈曲させ、該光取出窓に接合される円環状のフランジが設けられ、
該フランジに該光取出窓が当接され、該フランジと該光取出窓との境界で接合され、
該放電容器の内面には、シリカ粒子を主成分とする反射膜が、該一対の電極に沿って伸び、該屈曲させた部分にも設けられた
ことを特徴とするエキシマランプ。
該フランジと該光取出窓との接合部から該放電容器の外面までの距離Ａと、該放電容器の肉厚ｔとの関係が、Ａ≧ｔである
ことを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。