JPH0684672U - UV generator - Google Patents
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- JPH0684672U JPH0684672U JP3011493U JP3011493U JPH0684672U JP H0684672 U JPH0684672 U JP H0684672U JP 3011493 U JP3011493 U JP 3011493U JP 3011493 U JP3011493 U JP 3011493U JP H0684672 U JPH0684672 U JP H0684672U
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 発光効率が高く深紫外線を含む紫外線域の
インコヒーレントな光を、簡単な構成で安価に、取り扱
い容易に得る。
【構成】 紫外線発生装置本体としてマイクロ波無電
極発光装置を使用し、その無電極放電管の封入ガスを、
稀ガス／ハロゲンガスの体積比が３〜３０００となるよ
うに充填する。
(57) [Summary] [Purpose] To obtain incoherent light in the ultraviolet region including deep ultraviolet rays with high luminous efficiency, with a simple structure, at low cost, and easily handled. [Structure] A microwave electrodeless light emitting device is used as the main body of the ultraviolet generator, and the gas filled in the electrodeless discharge tube is
It is filled so that the volume ratio of rare gas / halogen gas is 3 to 3000.
Description
【０００１】[0001]
本考案は、発光材料（ガス）が封入された無電極放電管の当該発光材料をマイ クロ波照射で励起させて紫外線を発光させる装置に関するものである。 The present invention relates to a device for emitting ultraviolet light by exciting a light emitting material of an electrodeless discharge tube in which a light emitting material (gas) is enclosed by microwave irradiation.
【０００２】[0002]
紫外線は、近年では紫外線硬化接着剤やインキ類の硬化、乾燥、特殊塗料の硬 化、その他塗面処理プロセス、および化学物質の光化学反応等に広く利用されて いる。 In recent years, ultraviolet rays have been widely used for curing and drying UV-curable adhesives and inks, curing special coatings, other surface treatment processes, and photochemical reactions of chemical substances.
【０００３】 このような紫外線のうち、特に波長が短い（ほぼ２００ｎｍ〜３００ｎｍ）紫 外線（以下では「深紫外線」と呼ぶ。）を発生させる装置として、その励起方式 、装置ともに、まだ決定的なものがなく、各方面で積極的な研究・開発が進めら れているが、近年、このような深紫外線を発振させるコヒーレント光源として、 エキシマレーザの普及・進歩が著しい。Of such ultraviolet rays, as an apparatus for generating an ultraviolet ray having a particularly short wavelength (approximately 200 nm to 300 nm) (hereinafter referred to as “deep ultraviolet ray”), both its excitation method and apparatus are still definitive. There is no such thing, and active research and development are being carried out in various fields, but in recent years, excimer lasers have become widely used and progressed as coherent light sources that oscillate such deep ultraviolet rays.
【０００４】 このエキシマレーザは、深紫外線の光を発振するレーザのなかで最も高効率、 高出力のパルスレーザである。このようなエキシマレーザの深紫外線を利用する ことで、基本的に熱を伴わない低温プロセスである光化学反応を起こさせること ができ、また直接的に物質の分子結合を切って原子を遊離させたり他の原子や分 子と結合させることができるなど、従来にはない特徴があるため、このエキシマ レーザは加工分野、半導体製造分野、医療分野などの各方面において応用研究、 開発が進められている。The excimer laser is a pulse laser with the highest efficiency and the highest output among the lasers that oscillate the light of deep ultraviolet rays. By utilizing the deep ultraviolet rays of such an excimer laser, it is possible to cause a photochemical reaction, which is a low-temperature process that basically does not involve heat, and to directly cut the molecular bond of a substance to release an atom. This excimer laser is undergoing applied research and development in various fields such as the processing field, semiconductor manufacturing field, medical field, etc., because it has unique features such as the ability to bond with other atoms and molecules. .
【０００５】 図４はこのエキシマレーザの基本構成を示す図である。このエキシマレーザの レーザ管５０内には、１対の放電用主電極５０ａ、レーザ管５０内のガスを高速 で循環させるためのファン（図示せず）、及び放電によって発生する熱を冷却す るための冷却器（図示せず）等が配備されている。そして、このレーザ管５０の 軸方向の前後には、ミラーで構成される光共振器５０ｂが配置され、主電極５０ ａ間の放電により生じた深紫外線をこの共振器内を往復させることによって増幅 して、レーザビームとして外部に出力させている。５１は出力レーザビームの一 部を取り出すビームスプリッタ、５２はこのビームスプリッタ５１で取り出した レーザビームを検出するモニタ、５３はこのモニタ５２の出力信号に応じて高圧 電源５４やガス供給系５５を制御する自動制御部である。ガスとしては、ハロゲ ンガス、稀ガス、バッファガスが使用される。FIG. 4 is a diagram showing the basic configuration of this excimer laser. Inside the laser tube 50 of this excimer laser, a pair of discharge main electrodes 50a, a fan (not shown) for circulating gas in the laser tube 50 at high speed, and heat generated by the discharge are cooled. A cooling device (not shown) and the like are provided. An optical resonator 50b composed of a mirror is arranged before and after the laser tube 50 in the axial direction, and deep ultraviolet rays generated by the discharge between the main electrodes 50a are reciprocated in the resonator to be amplified. Then, the laser beam is output to the outside. Reference numeral 51 is a beam splitter for extracting a part of the output laser beam, 52 is a monitor for detecting the laser beam extracted by the beam splitter 51, and 53 is a high voltage power supply 54 and a gas supply system 55 according to the output signal of the monitor 52. It is an automatic control unit. Halogen gas, rare gas, and buffer gas are used as the gas.
【０００６】[0006]
ところが、このエキシマレーザは、ガス供給源を必要とする等装置が大掛かり であり、設置スペースも大きく、保守、取り扱いが難しいという問題がある。ま た、レーザ管が高圧励起であるので封入ガスの寿命が短く（８〜１０時間）、再 封入にクリーニングを必要とし、高価であるという問題がある。更にレーザビー ムは絞られたビームであるので、大面積照射ができないという問題もある。 However, this excimer laser has a problem in that it requires a gas supply source, requires a large amount of equipment, has a large installation space, and is difficult to maintain and handle. Moreover, since the laser tube is excited by high pressure, the life of the enclosed gas is short (8 to 10 hours), cleaning is required for re-encapsulation, and it is expensive. Further, since the laser beam is a focused beam, there is a problem that it cannot irradiate a large area.
【０００７】 本考案の目的は、上記した問題を解決でき、更に紫外線および深紫外線を高い 発光効率で発生できるようにした紫外線発生装置を提供することである。An object of the present invention is to provide an ultraviolet ray generator capable of solving the above-mentioned problems and capable of generating ultraviolet rays and deep ultraviolet rays with high luminous efficiency.
【０００８】[0008]
このために本考案は、ガスが封入された棒状の無電極放電管と、該無電極放電 管が配置されるマイクロ波空胴を形成する空胴壁と、マイクロ波発生手段と、該 マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を上記無電極放電管に結合するマイク ロ波結合手段とを具備し、 上記無電極放電管に封入するガスを、稀ガス、ハロ ゲンガス及びバッファガスとして、該稀ガス／ハロゲンガスの体積比を３〜３０ ００に設定した。 To this end, the present invention provides a rod-shaped electrodeless discharge tube in which a gas is enclosed, a cavity wall forming a microwave cavity in which the electrodeless discharge tube is arranged, a microwave generation means, and the microwave generator. A microwave coupling means for coupling the microwave generated by the generating means to the electrodeless discharge tube, wherein the rare gas, the halogen gas and the buffer gas are used as a gas to be sealed in the electrodeless discharge tube. The volume ratio of / halogen gas was set to 3 to 3000.
【０００９】[0009]
本考案によれば、稀ガス／ハロゲンガスを上記した体積比で混合して封入した ことによって紫外線（深紫外線も含む。以下同じ）が高い発光効率で発生する。 また、マイクロ波無電極発光装置を利用するので、装置自体が簡素であり、設置 スペースも狭くて済み、保守や取り扱いが容易である。また、発光源としての無 電極放電管はその交換が容易であり、コストも安くて済む。更に、発生する紫外 線はインコヒーレント光であるので、大面積照射ができる。 According to the present invention, the rare gas / halogen gas is mixed at the above volume ratio and enclosed, so that ultraviolet rays (including deep ultraviolet rays; hereinafter the same) are generated with high luminous efficiency. Further, since the microwave electrodeless light emitting device is used, the device itself is simple, the installation space is small, and maintenance and handling are easy. Further, the electrodeless discharge tube as a light emitting source can be easily replaced, and the cost can be reduced. Further, since the generated ultraviolet rays are incoherent light, it is possible to irradiate a large area.
【００１０】[0010]
以下、本考案の実施例について説明する。図２はその一実施例の紫外線発生装 置としてのマイクロ波無電極発光装置の横断面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿っ た断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 2 is a cross sectional view of a microwave electrodeless light emitting device as an ultraviolet ray generating device of the embodiment, and FIG. 3 is a cross sectional view taken along the line AA of FIG.
【００１１】 １は無電極放電管であり、棒状のガラス管とその内部に封入した発光材料から なる。２はマイクロ波空胴、３、４はそのマイクロ波空胴２を形成するための空 胴壁、５は筐体である。Reference numeral 1 denotes an electrodeless discharge tube, which is composed of a rod-shaped glass tube and a light-emitting material sealed inside. Reference numeral 2 is a microwave cavity, 3 and 4 are cavity walls for forming the microwave cavity 2, and 5 is a housing.
【００１２】 ６は紫外線を反射させる誘電体ミラーであり、無電極放電管１の放射光を照射 方向（矢印Ｂ方向）に集光させるよう内面が楕円又は放物線の凹面形状となって いる。この誘電体ミラー６は、厚さ２ｍｍ程度のパイレックス（商品名）または 石英ガラス等の透光基材に対して、その内面に金属酸化物等の誘電物質の蒸着膜 を数層乃至数十層にわたり形成したものである。Reference numeral 6 denotes a dielectric mirror that reflects ultraviolet rays, and has an elliptic or parabolic concave inner surface so that the emitted light of the electrodeless discharge tube 1 is condensed in the irradiation direction (arrow B direction). The dielectric mirror 6 has a thickness of about 2 mm and a translucent base material such as Pyrex (trade name) or quartz glass, and several to several tens layers of a vapor deposition film of a dielectric material such as metal oxide on the inner surface thereof. It was formed over.
【００１３】 ７はマイクロ波空胴２にマイクロ波を供給するための結合手段としてのアンテ ナで、マイクロ波発生手段としてのマグネトロン８で発生され導波管９で供給さ れたマイクロ波電力を空胴２内に配置された無電極放電管１の上面（奥面）に結 合している。空胴壁４には無電極放電管１の近傍の電界を高めるための突起４ａ が形成されている。Reference numeral 7 denotes an antenna as a coupling means for supplying a microwave to the microwave cavity 2, which is a microwave power generated by a magnetron 8 as a microwave generation means and supplied by a waveguide 9. It is connected to the upper surface (back surface) of the electrodeless discharge tube 1 arranged in the cavity 2. The cavity wall 4 is formed with a protrusion 4a for enhancing an electric field near the electrodeless discharge tube 1.
【００１４】 １０はマイクロ波空胴２の一壁を形成すると共に発生した紫外線を透過させる メッシュである。すなわち、このメッシュ１０は紫外線は透過させるがマイクロ 波に対しては短絡板として働く。１１は無電極放電管１の発光により発生する熱 を冷却するための送風装置である。Reference numeral 10 is a mesh that forms one wall of the microwave cavity 2 and transmits the generated ultraviolet rays. That is, the mesh 10 transmits ultraviolet rays but acts as a short-circuit plate for microwaves. Reference numeral 11 is a blower for cooling the heat generated by the light emission of the electrodeless discharge tube 1.
【００１５】 ４ｂ、５ａ、６ａ、９ａはおのおの空胴壁４、筐体５、誘電体ミラー６、導波 管９に形成したエアー通過用の通孔である。５ｂ、６ｂはそれぞれ筐体５、誘電 体ミラー６に形成したアンテナ７貫通用の通孔である。Reference numerals 4 b, 5 a, 6 a, and 9 a are through holes for air passage formed in the cavity wall 4, the housing 5, the dielectric mirror 6, and the waveguide 9. Reference numerals 5b and 6b are through holes for penetrating the antenna 7 formed in the housing 5 and the dielectric mirror 6, respectively.
【００１６】 このマイクロ波無電極発光装置では、マグネトロン８を起動させてマイクロ波 電力をマイクロ波空胴２に導波管９、アンテナ７を介して結合させると、そのマ イクロ波電力が無電極放電管１に封入した発光材料を励起し、そこでプラズマ放 電が開始して光が発生する。この光は、その大部分が紫外線であるが、若干の可 視光線および赤外線もそこに含まれる。In this microwave electrodeless light emitting device, when the magnetron 8 is activated to couple microwave power to the microwave cavity 2 via the waveguide 9 and the antenna 7, the microwave power is electrodeless. The light-emitting material enclosed in the discharge tube 1 is excited, whereupon plasma discharge starts and light is generated. Most of this light is ultraviolet light, but some visible light and infrared light are also included therein.
【００１７】 このとき、発生した光は無電極放電管１の周囲方向に放射されるが、その一部 は誘電体ミラー６に照射される。この誘電体ミラー６は紫外線は反射させるが赤 外線や長波長側の可視光線は透過させるので、無電極放電管１をその誘電体ミラ ー６の焦点に位置付けておけば、そこで反射される紫外線はメッシュ１０の方向 に向かう。このとき、当然ながらメッシュ１０方向に放射した紫外線はそのまま 進行する。At this time, the generated light is emitted in the peripheral direction of the electrodeless discharge tube 1, but a part of the light is emitted to the dielectric mirror 6. This dielectric mirror 6 reflects ultraviolet rays but transmits visible rays on the long wavelength side and infrared rays. Therefore, if the electrodeless discharge tube 1 is positioned at the focal point of the dielectric mirror 6, the ultraviolet rays reflected there will be reflected. Goes in the direction of the mesh 10. At this time, of course, the ultraviolet rays emitted toward the mesh 10 proceed as they are.
【００１８】 この結果、メッシュ１０の前方に紫外線による被処理物を配置しておけば、乾 燥、硬化等の処理が即座に行われる。特に、メッシュ１０の前面において被処理 物をベルトコンベア等で順次移動させれば、連続的に大量の処理が可能となる。 このとき、無電極放電管１で発生して誘電体ミラー６の方向に放射される赤外線 等の長波長光の一部はその誘電体ミラー６で反射されないので、被処理物に対す る熱的損傷を軽減することができる。As a result, if an object to be treated with ultraviolet rays is placed in front of the mesh 10, the treatment such as drying and curing is immediately performed. In particular, if the object to be processed is sequentially moved on the front surface of the mesh 10 by a belt conveyor or the like, a large amount of processing can be continuously performed. At this time, since a part of long-wavelength light such as infrared rays generated in the electrodeless discharge tube 1 and emitted in the direction of the dielectric mirror 6 is not reflected by the dielectric mirror 6, thermal treatment of the object to be processed is performed. Damage can be reduced.
【００１９】 また、無電極放電管１はそこにプラズマが発生するので高温となるが、送風装 置１１で発生した冷却用エアーが、通孔９ａ、５ａ、４ｂ、６ａを通過してその 無電極放電管１に吹き付けられるので、効果的な冷却が行われる。このエアーは メッシュ１０の前面の被処理物の冷却にも寄与する。Further, since the electrodeless discharge tube 1 is heated to a high temperature because plasma is generated therein, the cooling air generated in the blower device 11 passes through the through holes 9a, 5a, 4b, 6a and is discharged into the electrodeless discharge tube 1. Since it is sprayed on the electrode discharge tube 1, effective cooling is performed. This air also contributes to cooling the object to be processed on the front surface of the mesh 10.
【００２０】 さて、このようなマイクロ波無電極発光装置において、その無電極放電管１に 封入する発光材料として、本実施例では、ハロゲンガス（ＣＬ2 、ＬＣＬ、ＨＦ ）、稀ガス（キセノンガス、クリプトンガス、アルゴンガス等の安定・不活性ガ ス）、およびバッファガス（ヘリウムガス、ネオンガス及びアルゴンガス）を使 用した。Now, in such a microwave electrodeless light emitting device, as the light emitting material to be sealed in the electrodeless discharge tube 1, halogen gas (CL 2 , LCL, HF), rare gas (xenon gas) is used in this embodiment. Stable, inert gas such as krypton gas and argon gas) and buffer gas (helium gas, neon gas and argon gas) were used.
【００２１】 本考案者は、この３種のガスの体積比（圧力比）を変化させて混合し、そのと きの紫外線の発光量を測定した。図１は、上記３種のガスのうち、キセノン（Ｘ ｅ）ガスとＣＬ2 ガスの体積比を変化させたときの発光特性図である。この図１ から明らかなように、Ｘｅ／ＣＬ2 の体積比が３〜３０００の範囲のとき、相対 紫外線（ＵＶ）発光量が５０％以上となり、それ以外では５０％未満となってい る。The inventors of the present invention changed the volume ratio (pressure ratio) of these three gases and mixed them, and measured the emission amount of ultraviolet rays at that time. FIG. 1 is a light emission characteristic diagram when the volume ratio of the xenon (X e) gas to the CL 2 gas among the above three kinds of gases is changed. As is clear from FIG. 1, when the volume ratio of Xe / CL 2 is in the range of 3 to 3000, the relative ultraviolet (UV) emission amount is 50% or more, and in other cases, it is less than 50%.
【００２２】 このように、稀ガスとハロゲンガスの混合比を、３〜３０００の体積比に設定 すれば、極めて高い効率で紫外線発光量を得ることができる。特に、稀ガス／ハ ロゲンガスの体積比をほぼ１００にすれば、最高の効率で紫外線発光量を得るこ とができる。As described above, when the mixing ratio of the rare gas and the halogen gas is set to the volume ratio of 3 to 3000, the amount of ultraviolet light emission can be obtained with extremely high efficiency. In particular, if the volume ratio of rare gas / halogen gas is set to about 100, it is possible to obtain the ultraviolet emission amount with the highest efficiency.
【００２３】 ところで、無電極放電管１は、そのまま動作させると１０００℃以上にその温 度が上昇し、寿命に与える影響が大きくなる。そこで、通常では８００℃程度に 冷却（入力電力や冷却能力の調整で行われる。）して使用されるが、本考案者は 上記した体積比で稀ガスとハロゲンガスを充填した無電極放電管１を、７００℃ 程度以下に冷却して連続動作させてみた。By the way, if the electrodeless discharge tube 1 is operated as it is, the temperature thereof rises to 1000 ° C. or higher, and the influence on the life becomes large. Therefore, the electrodeless discharge tube filled with rare gas and halogen gas in the above-mentioned volume ratio is used, although it is usually used after cooling to about 800 ° C (which is performed by adjusting the input power and cooling capacity). 1 was cooled to about 700 ° C. or lower and continuously operated.
【００２４】 この結果、発光出力の低下が少なくなり長時間に渡って安定した発光出力が得 られ、寿命の長期化を達成できることが確認できた。特に、３００℃〜７００℃ の範囲に冷却したところ、良好な結果を得た。As a result, it was confirmed that the decrease in light emission output was reduced, stable light emission output was obtained over a long period of time, and a long life could be achieved. Particularly, when it was cooled in the range of 300 ° C to 700 ° C, good results were obtained.
【００２５】[0025]
以上のように本考案は、無電極放電管に封入する発光材料として、稀ガス／ハ ロゲンガスを３〜３０００の体積比の混合割合で充填したので、深紫外線を含む 紫外線を高効率で発光させることができる。ここで使用するマイクロ波無電極発 光装置は構成が簡単であり、設置スペースも狭くて済み、保守、取り扱いも容易 である。また、無電極放電管は安価でありその交換により発光波長の選定も容易 であり、更に発光する光はインコヒーレント光であるので大面積照射も可能であ る。 As described above, according to the present invention, rare gas / halogen gas is filled in a volume ratio of 3 to 3000 as a light emitting material to be enclosed in an electrodeless discharge tube, so that ultraviolet rays including deep ultraviolet rays are emitted with high efficiency. be able to. The microwave electrodeless light emitting device used here has a simple structure, requires a small installation space, and is easy to maintain and handle. In addition, the electrodeless discharge tube is inexpensive and its emission wavelength can be easily selected by replacing it. Furthermore, since the emitted light is incoherent light, it is possible to irradiate a large area.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】 無電極放電管に封入するＸｅガスとＣＬ2 ガ
スの体積比を変化させたときの相対紫外線発光量の特性
図である。FIG. 1 is a characteristic diagram of the relative amount of emitted ultraviolet light when the volume ratio of Xe gas and CL 2 gas sealed in an electrodeless discharge tube is changed.
【図２】 本考案で使用したマイクロ波無電極発光装置
の横断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a microwave electrodeless light emitting device used in the present invention.
【図３】 図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
【図４】 エキシマレーザ装置の構成のブロック図であ
る。FIG. 4 is a block diagram of a configuration of an excimer laser device.
１：無電極放電管、２：マイクロ波空胴、３、４：空胴
壁、５：筐体、６：誘電体ミラー、７：アンテナ、８：
マグネトロン、９：導波管、１０：メッシュ、１１：送
風装置。1: Electrodeless discharge tube, 2: Microwave cavity, 3: 4, Cavity wall, 5: Housing, 6: Dielectric mirror, 7: Antenna, 8:
Magnetron, 9: Waveguide, 10: Mesh, 11: Blower.
Claims (2)
電極放電管が配置されるマイクロ波空胴を形成する空胴
壁と、マイクロ波発生手段と、該マイクロ波発生手段で
発生したマイクロ波を上記無電極放電管に結合するマイ
クロ波結合手段とを具備し、 上記無電極放電管に封入するガスを、稀ガス、ハロゲン
ガス及びバッファガスとして、該稀ガス／ハロゲンガス
の体積比を３〜３０００に設定したことを特徴とする紫
外線発生装置。1. An electrodeless discharge tube in which a gas is sealed, a cavity wall forming a microwave cavity in which the electrodeless discharge tube is arranged, a microwave generating means, and a microwave generating means. And a microwave coupling means for coupling the microwave to the electrodeless discharge tube, wherein the gas sealed in the electrodeless discharge tube is used as a rare gas, a halogen gas and a buffer gas, and the volume of the rare gas / halogen gas is An ultraviolet ray generator characterized in that the ratio is set to 3 to 3000.
００℃に設定したことを特徴とする請求項１に記載の紫
外線発生装置。2. The temperature of the electrodeless discharge tube is 300.degree.
The ultraviolet ray generator according to claim 1, wherein the ultraviolet ray generator is set at 00 ° C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3011493U JPH0684672U (en) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | UV generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3011493U JPH0684672U (en) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | UV generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0684672U true JPH0684672U (en) | 1994-12-02 |
Family
ID=12294761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3011493U Pending JPH0684672U (en) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | UV generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0684672U (en) |
-
1993
- 1993-05-14 JP JP3011493U patent/JPH0684672U/en active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990914 |