JP5888391B2 - エキシマランプ - Google Patents

Description

この発明はエキシマランプに関し、特に、横断面形状が偏平四角形な発光管を有するエキシマランプに係わるものである。

従来から、金属、ガラス、その他の材料よりなる被処理体に真空紫外光を照射し、当該真空紫外光及びこれにより生成されるオゾンの作用によって被処理体の表面に付着した有機汚染物質を除去するドライ洗浄処理技術が開発されている。
特に、エキシマランプから放射される波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を用いたオゾン等の活性酸素による洗浄方法が多用されている。
また、他の分野として、水処理や排ガス、排油等の処理用途としての活用も実施されており、例えば特開平７−１６９４４３号公報（特許文献１）に開示されているような、エキシマランプに保護外管を備えたエキシマランプユニットも開発されている。

このように被処理体に真空紫外光を照射するランプとして、被照射面での照度均一性を求める観点から、横断面形状が偏平四角形な発光管を有するエキシマランプが用いられている。このエキシマランプにおいては、前記偏平四角形な発光管の上下外面上に外部電極を設けたものであり、電極は少なくとも光取出し側は、網状などの光透過性電極とされている。
ところで、エキシマランプにおいては発光管材料としては石英ガラスが用いられ、この偏平四角形な発光管は円筒状の石英ガラス管から製造される。
特開２００９−１８１８１８号公報（特許文献２）にはこのような偏平四角形な発光管の製造方法が開示されている。

図６にその製造方法が示されており、円筒状の石英ガラス管１０をバーナー１１により加熱して軟化させ、石英ガラス管１０内に偏平矩形状の成形型１２を通すことによって、円筒状管から偏平四角形状の発光管１３に成形していくものである。
図７に示すように、こうして成形された横断面形状が偏平四角形の発光管１３は、その全周に亘って均一な肉厚がもたらされ、その上下外面に電極１４、１５が設けられ、内部にキセノン等の放電用光ガスが充填されてエキシマランプとなる。

ところで、上記特許文献２に基づく発光管の製造方法は、円筒状ガラス管１０をバーナー１１で加熱しつつ成形型によって徐々に偏平四角形に変形させていくものであるために、製造プロセスが多く、ことに、成形型１２をガラス管内に通す作業に多大な時間と労力、熟練を要し、そのため製造コストが高くなってしまうという問題があった。
また、図７に示されるように、こうして成形された発光管１３を有するエキシマランプにおいては、上下外部電極１４、１４間でのバリア放電によってエキシマ発光させるが、電極間には多数の放電柱Ｈが生成され、これが対向する発光管の内面に直接衝突するので、この放電柱が直接当たる壁面には微小なクラックが多数発生しやすく、やがて発光管の破損に至ることがある。
この現象は、特に、近時その用途が増大してきた、波長２００〜４００ｎｍの領域の光を出射するエキシマランプにおいて顕著であり、これは、その波長を出射するために、発光管内に希ガスとハロゲンが封入されるので、ガラスを構成する元素とハロゲンが化学反応してガラスを破損させるためである。

特開平７−１６９４４３号公報 特開２００９−１８１８１８号公報

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、横断面形状が偏平な略四角形状であって、一対の平坦壁部と、該平坦壁部と一体の側壁部とからなる発光管を有し、前記平坦壁部の外表面には一対の電極が配置されるとともに、前記発光管内には放電用ガスが封入されてなるエキシマランプにおいて、発光管の平坦壁部の外表面に設けられ電極間で生成される多数の放電柱が対向する発光管の平坦壁部の内面に直接衝突しても、破損に至ることのない構造を提供せんとするものである。

上記課題を解決するために、この発明に係るエキシマランプは、前記発光管の前記平坦壁部の肉厚が前記側壁部の肉厚よりも厚く、該側壁部の肉厚の１．２〜２．０倍であることを特徴とする。
また、前記側壁部の断面形状が円弧状であることを特徴とする。

この発明によれば、横断面形状が偏平な略四角形状の発光管の、側壁部より肉厚の平坦壁部の外表面に一対の電極が配置されたことにより、外部電極間での放電によって生成される放電柱が対向する平坦壁部の内面に直接当たっても、その肉厚が十分に確保され機械的強度が大きくなっているので、クラックに対する耐性が大きく破損に至ることが防止できる。
また、前記側壁部が円弧状であるために、該エキシマランプを用いたランプユニットにおいて、これを円筒状の保護外管に組み込む時、該外管との整合性が極めてよい。
そして、前記発光管の製造に当たっては、円筒状ガラス管に第１の方向と、これと対向する第２の方向からバーナーにより加熱して、前記平坦壁部を成形するので、成形作業が極めて簡単で、製造コストの低い発光管の成形が可能となる。
また、この方法により、成形される発光管の平坦壁部は自然に側壁部よりも肉厚が厚くなり、上記平坦壁部の肉厚が厚い発光管が簡単に得られる。

本発明に係るエキシマランプの説明図。 図１の発光管の製造方法の原理説明図。 図１の発光管の製造方法の説明図。 他の製造方法の説明図。 図１のエキシマランプを使用したエキシマランプユニットの斜視図。 従来のエキシマランプの製造方法の説明図。 従来のエキシマランプの断面図。

図１は、この発明のエキシマランプ１を示し、図１（Ａ）は斜視図、図１（Ｂ）はそのＸ−Ｘ横断面図である。エキシマランプ１の発光管２は、一対の平坦壁部３、３とこれらと一体の側壁部４、４とからなる横断面形状が偏平な略四角形状をなし、長手方向に長尺形状であって、前記平坦壁部３、３の外面には外部電極５、５が設けられている。
そして、電極５が設けられた平坦壁部３の肉厚Ｄ１は、側壁部４の肉厚Ｄ２よりも肉厚に形成されている。
また、一方の平坦壁部３の内面には紫外線反射膜６が形成されていて、発光管２内で生成された紫外光は、図１（Ｂ）の下方、即ち、反射膜６が設けられていない方の平坦壁部３から出射される。この場合、少なくとも紫外光出射側の電極５は光透過性である。
なお、紫外線反射膜６は必要に応じて設けられているものであって、必須のものではない。

上記構成において、外部電極５間で放電が起こると、放電柱Ｈは平坦壁部３に直接当たるが、当該平坦壁部３は側壁部４よりも肉厚が厚く形成されていて大きな強度が確保されているので、クラックの発生による破損が防止できる。また、側壁部４は肉厚を薄く形成されているが、放電注が直接当たることがないので、クラックが発生することはない。

このような構造の発光管を形成する製造方法の原理的な説明が図２に示されている。
円筒状ガラス管８に対して一方の側方から酸水素バーナーなどのバーナー１１からの熱風を当てて加熱する。ガラス管８の加熱された円弧状部位９は軟化し、熱風による押圧力を受けて変形する。このとき、バーナー１１の中央部での炎１１ａは周囲の炎１１ｂの影響もあって最も火力が大きく、かつ、円筒状ガラス管８の円弧状部位９の中央部９ａに最も近いので、当該中央部９ａがもっとも高温となり、バーナーの熱風による変形量が最も大きく、徐々に平坦形状となっていき平坦壁部３が成形される。
このとき、円弧状部位９が直線状の平坦壁部３に変形するので、該平坦壁部３の肉厚はガラス管８（円弧状部位９）のもともとの肉厚よりも厚くなる。

以下、円筒状ガラス管８から発光管３を成形する製造方法を図３に基づいて説明する。
図３は、その製造方法を示す側面図と、そのＸ−Ｘ断面図である。図３（Ａ）において、ガラス管８の一側面からバーナー１１を当てて加熱する。これにより、円弧状部分９が平坦壁部３に変形する。
そして、バーナー１１をガラス管８の軸方向に沿って走査してガラス管８の軸方向の全体において平坦壁部３を成形する。
次いで、図３（Ｂ）に示すように、バーナー１１を止めて、ガラス管８を１８０度反転するとともに、バーナー１１を元位置に戻す。
そして、図３（Ｃ）に示すように、再度バーナー１１を点火して、ガラス管８の反対側を加熱する。これにより、ガラス管８の反対側の円弧状部位９が変形して平坦壁部３が成形される。このバーナー１１を管軸方向に走査してガラス管８の全長に渡り平坦壁部３を成形する。
図３（Ｄ）は、こうして両側面に平坦壁部３、３が成形された発光管２が示されている。
このように成形された発光管２は、平坦壁部３、３とこれを繋ぐ側壁部４、４とからなり、前記平坦壁部３の肉厚は素材である円筒状ガラス管８の肉厚より厚くなり、側壁部４の肉厚はガラス管８の肉厚と同一であり、結果として、平坦壁部３の肉厚Ｄ１は、側壁部４の肉厚Ｄ２よりも肉厚となる。

上記において、平坦壁部３を成形するためにバーナー１１が走査する軸方向の長さ領域は、当然、ランプを構成するうえで必要とされる発光管３の管軸方向長さによって決定される。
また、ガラス管８とバーナー１１とは相対的に走査すればよいので、ガラス管側を走査するようにしてもよいが、装置構成上で、バーナー側が走査する構成であるほうが好適である。
更には、図３（Ｂ）に示すように、一側面側の成形が終了した後に、ガラス管８を反転して、バーナー１１を元位置に戻すとしたが、バーナー１１をガラス管８の反対側面に回転位置させてもよく、また、バーナー１１は元位置に戻さずに、一側面を成形終了した位置から反対方向に走査するようにしてもよい。

また、図３においては、バーナー１１による平坦壁部３の成形を２段階で成形する方法を説明したが、ガラス管８の両側面からバーナー１１により加熱して、両側の平坦壁部３、３を同時に成形してもよい。
つまり、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、ガラス管８の両側面に一対のバーナー１１、１１を対向配置して、ガラス管８の両側面を同時に加熱し、該バーナー１１、１１を同時にガラス管８の管軸方向に走査するものである。こうすることで、ガラス管８の両側面に同時に平坦壁部３、３を成形することができ、製造工程の簡略化と作業時間の短縮化が図られる。

こうして成形された発光管２には、図１に示すように、平坦壁部３、３の外面に外部電極５、５が設けられてエキシマランプ１として完成する。
図５にこのエキシマランプ１を用いたエキシマランプユニット２０が示されていて、エキシマランプ１は保護外管２１内に収容されている。
このとき、エキシマランプ１の発光管２の両側壁部４、４は円弧状をなしているので、円筒状の保護外管２１内への収納は整合性が良く極めて良好に行われる。
また、側壁部４が保護外管２１に密着するので、ランプの熱を効果的に放熱することができる。

本発明における発光管２の一数値例を示すと以下の通りである。
外径φ１８．５ｍｍ、内径φ１６．６ｍｍ、肉厚１．０ｍｍのガラス管を本発明の製造方法によって製造した発光管として、平坦壁部の肉厚１．４ｍｍ、側壁部の肉厚１．０ｍｍの発光管が得られた。
なお、平坦壁部の肉厚は、側壁部の肉厚の１．２〜１．５倍が好ましい。肉厚が１．１倍以下では扁平量が小さくて、形成される平坦壁部間の距離が大きく、放電ギャップが大きすぎる。一方、１．５倍より大きいと扁平量が大きすぎて、平坦壁部間の距離が小さく、放電ギャップが小さくなりすぎる。

以上のように、本発明によれば、横断面形状が偏平な略四角形状な発光管を有するエキシマランプにおいて、発光管の平坦壁部の肉厚を、側壁部の肉厚より肉厚としたことにより、平坦壁部の外面に設けた電極間での放電による放電柱に曝される平坦壁部に十分な機械的強度が与えられ、クラックによる破損を防止できる。
また、側壁部を円弧状としたことにより、前記エキシマランプを用いたエキシマランプユニットにおいて、エキシマランプを円筒状の保護外管に組み込むとき、きわめて整合性が良く、かつ良好な放熱性も得られる。
そして、発光管を製造する際に、円筒状ガラス管の側面からバーナーにより加熱することで平坦壁部を成形するので、従来のように成形型を用いた煩雑な作業を必要とすることなく、発光管の製造が簡略化され、格別の熟練性も不要となり、製造時間の短縮化が図られて、製造コストの安い発光管が得られる。
また、この製造方法により、自然に平坦壁部の肉厚が側壁部の肉厚より肉厚となった発光管が得られ、放電によりダメージを受ける平坦壁部に十分な機械的強度を与えられる。

１ エキシマランプ
２ 発光管
３ 平坦壁部
４ 側壁部
５ 外部電極
６ 紫外線反射膜
８ 円筒状ガラス管
９ 円弧状部位
１１ バーナー
Ｄ１ 平坦壁部の肉厚
Ｄ２ 側壁部の肉厚
Ｈ 放電柱
２０ エキシマランプユニット
２１ 保護外管

Claims (1)

1. 横断面形状が偏平な略四角形状であって、一対の平坦壁部と、該平坦壁部と一体の側壁部とからなる発光管を有し、前記平坦壁部の外表面には一対の電極が配置されるとともに、前記発光管内には放電用ガスが封入されてなるエキシマランプにおいて、
   前記平坦壁部の肉厚が前記側壁部の肉厚よりも厚く、前記側壁部の断面形状が円弧状であり、
   前記発光管の側壁部の外表面に適合する内表面を有する保護外管が嵌合されていることを特徴とするエキシマランプ。
   
   

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