JPH081671U - 高出力ビーム発生装置 - Google Patents

高出力ビーム発生装置

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JPH081671U
JPH081671U JP004374U JP437496U JPH081671U JP H081671 U JPH081671 U JP H081671U JP 004374 U JP004374 U JP 004374U JP 437496 U JP437496 U JP 437496U JP H081671 U JPH081671 U JP H081671U
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 当該モジュラー構成に基づき経済的に作製可
能、かつ、著しく大きな面状ビーム発生器の構成を可能
にする高出力ビーム発生器を実現することが本考案の目
的である 【構成】 UV高出力ビーム発生器において矩形状横断
面の石英成形体の内部に内部電極(7)を有する複数の
誘電体管(6)が設けられている。管の内部空間は放電
条件下でUVビームを発生する充填ガスで充填されてい
る。給電構成は次のようになされている、即ち、隣接す
る誘電体管(6)間で放電部(17)が形成されるよう
になされている。この構成はコンパクト性、経済性、サ
ービス容易性のすぐれた特長がある。

Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
本考案は放電条件下でビームを送出する充填ガスで充填された放電空間と、電 極とを有し、該電極は対をなして1つ又は複数の高電圧源に接続されており、こ こにおいて、異なった電位におかれている2つの電極間に誘電材が設けられてお り該誘電材は上記放電空間にx接している紫外線用高出力ビーム発生装置に関す る。
【0002】 本考案は例えば、ヨーロッパ特許出願公開第0363832号公報に示されて いるような従来技術に係る。
【0003】
【従来の技術】
次に技術的背景及び従来技術に就いて説明する。
【0004】 光化学的手法の産業上の利用度は適当なUV(紫外線)−源の利用可能性に著 しく依存する。旧来のUV−発生器は幾つかの個別の波長例えば185nmの場 合水銀−低圧ランプ、殊に254nmの場合、低い程度から中間程度のUV−強 度のビームを送出する。実際に高いUV−出力は高圧ランプXe,Hgからのみ 得られるが、それら高圧ランプはそれのビームを比較的大きな波長領域に亙って 分布させる。新規なエキシマレーザでは光化学的基礎実験用の幾つかの新しい波 長域が開発されたが、目下のところコスト上の理由から産業上のプロセスには例 外的な場合においてしか適しない。
【0005】 前述のヨーロッパ特許出願中、又は議事録“Neue UV− und VU V−Excimerstrahler”U.Kogelschatz 及び B .Eliasson、著述、ドイツ化学者協会光化学部門講演第10回会議、ヴ ユルツブルク(ドイツ連邦共和国)、1987年11月18−20日(10.V ortragstagung der Gesellschaft Deuts cher Chemiker,Fachgruppe Photochemie ,Wuerzburg(BRD)18.−20.November 1987) には新たなエキシマビーム発生器(装置)が記載されている。この新規な型式の ビーム発生器は、暗流ないし無声電気放電においてもエキシマビームを発生し得 るという技術事項を基礎とし、オゾン発生において大規模技術で使用される放電 型式に基く。そのような放電にてたんに短時間(<1μsec)存在する電流フ ィラメント中、電子パルスにより希ガス原子が励起されこれら原子はさらに励起 されて分子複合体の励起(エキシマ化)が行なわれる。それらのエキシマはたん に数nsecのみ生起し、分解の際ビームの形でそれの結合エネルギを送出する 。その際そのビームの波長領域は充填ガスの組成に応じてUV−A、UV−B、 UV−C又は可視のスペクトル領域に位置し得る。
【0006】 ごく最近ではその種高出力ビーム発生器に対する需要が増大している、それと いうのは当該ビーム発生器の特別な性質、特性が多くの適用分野、化学物理プロ セス技術、グラヒック産業、被覆技術における適用、応用面を可能にしているか らである。従ってできるだけモジュラー式に構成された動作確実な経済性のある UVビーム発生器に対する大きな必要性が存している。
【0007】
【考案の目的】
本考案の目的ないし課題とするところは、当該従来技術を基にして、当該モジ ュラー構成に基づき経済的に作製可能、かつ、また著しく大きな面状ビーム発生 装置の構成を可能にするUV−又はVUV−ビーム等の紫外光用の高出力ビーム 発生装置を提供することにある。
【0008】 上記課題の解決のため本考案によれば、冒頭に述べた形式の上位概念による高 出力ビーム発生装置において、上記放電空間は発生されたビームに対して少なく とも部分的に透過性を有する管によって仕切形成されており、上記管内には相互 に且上記透過性管から間隔保持されている誘電体管が内部電極と共に配置されて おり、上記透過性管の自由空間中に暗流ないし無声放電部が形成されるように装 置構成されているのである。
【0009】 十分高い交流電圧の印加の際、電極から誘電体と隣接する放電空間を通って再 び誘電体に達して隣接する電極に至る多数の部分放電が形成される。それら放電 によっては使用可能なUV−光ビームが発射生成され、これらビームは管壁を通 って出射する。ここにおいて公知の構成と異なって、放電チャネルの全長の拡が りがビーム発生のため有効利用される。
【0010】 本考案の高出力ビーム発生器の作製が簡単化され、従来ビーム発生器における より有利なコストで済む。例えば多くの寸法のものが存在する市販の石英管を使 用し得る。仕切りをするガラス/石英−材料に対してもそれほど高い要求が課せ られないで済む。それというのは、当該の仕切り壁はたんに有効照射ビームに対 してだけ透過性であればよく、放電の負荷を受けないからである。それにより、 ビーム発生器の比較的高い寿命が得られる。また、ギャップ幅、及びそれのトレ ランスはそれほどクリティカルでない。今や、トレランスに関して比較的わずか な要求のため著しく大きな面状ビーム発生器が実現され得、これら発生器は著し く壁厚に構成され得る。実際上放電空間の全長がエミッションに寄与するので、 UV収率(効率)は著しく高い。電極格子又は部分透過性の層の透過損失は生じ ない。
【0011】 公知技術におけると異なって、本考案の装置では生成さるべきUVビームに対 する誘電体を最適化し得る、それというのは、上記誘電体はUV光に対して透過 性である必要がなく、それにより、特別な適用面に対して特に高い効率が期待さ れ得るからである。経済的重要性のあるそのような適用面には例えば他の放電の 予備イオン化目的用の強力なUVビーム発生源例えばレーザ、UV露光による表 面の処理、化学的プロセス(新しい化学物質材料又は表面の準備的処理作製)及 び被覆手法(UV−支援補強のCVD又はプラズマCVD、光−CVDがあり、 ここでは処理さるべきサブストレートが適当な充填ガスのもとでUV光源にでき るだけ密にないし近くにもたらされる。
【0012】 次に本考案を実施例を用いて説明する。
【0013】
【実施例】
図1及び図2の面状ビーム発生器では広幅面2,3と狭幅面4,5を有する石 英管1中に内部電極7を有する誘電体管6が設けられている。上記誘電体管は相 互に、かつ石英管1の壁から間隔保持されている。上記誘電体6は例えば石英小 管であり、それの内端8は融着され、即ち封着されている(図2参照)。内部電 極7は石英小管中に嵌込まれている金属棒である。それの代わりに誘電体材によ り取囲まれた金属棒又は金属線であってもよい。石英管1の両狭幅面4,5及び 広幅面3の1つは外側にアルミニウム層9を有する。当該の3つの被覆部は相互 に電気的に絶縁されていなくてよい。アルミニウム層9は有利に蒸着され、フレ ーム照射され、プラズマ照射され又はスパッタリングされ、反射体(レフレクタ )として用いられる。
【0014】 図2から明かなように、石英管1はそれの端面にて絶縁材料からなる板10, 11により封止されている。これら板は例えば端面に接着されたり、又は石英板 又はガラス板の場合上記の端壁で閉鎖(封着)されている。上記板10,11は 貫通孔12を有し、この貫通孔中に交互に石英管1の両側から誘電体管6が嵌め 込れており、その中に取付けられ封着されている。組込個所に対向する端部にて 誘電体管は融着又は接着されている。長く延在するビーム発生器の場合、誘電体 管6は自由端部8にて管状支持部材13に保持されており、この支持部材中には 上記端部が入り込む。付加的支持体14を管中央にて任意に設けてもよい(図6 参照)。充填接続部15を介しては石英管1の内部空間を排気し、次いで充填ガ スで充填することができる。
【0015】 図2から明かなように交流電源16からのビーム発生器の給電が行なわれ、こ こにおいて、交互に隣接する内部電極7が交流電源16に接続されている。後に 図9を用いて更に詳述するように複数の交流電源を使用することもできる。その 際放電部17は各2つの隣接する誘電体管6間の中間空間に形成される。
【0016】 交流電源16は基本的にオゾン発生器の給電に用いられ得るようなものに相応 する。典型的には上記交流電源は電極形状、放電空間内の圧力、充填ガスの組成 に依存して、数MHzまでの交流電流の領域における周波数のもとで数100V 〜20000Vのオーダの可調整の交流電圧を送出する。
【0017】 石英管1の内部は放電条件下でビームを送出する充填ガスで充填される、例え ば、水銀、希ガス、希ガス−金属蒸気−混合物、希ガス−ハロゲン混合物、で充 填され、場合により付加的な別の希ガス、有利にはAr、He、Ne、を緩衝ガ スとして用いて充填される。
【0018】 その際、ビームの所望のスペクトル組成に応じて、下記の表による物質/物質 混合物を用い得る。
【0019】 充填ガス ビ ー ム ヘリウム 60−100 nm ネオン 80− 90 nm アルゴン 107−165 nm アルゴン+フッ素 180−200 nm アルゴン+塩素 165−190 nm,250−270 nm アルゴン+クリプトン+塩素 165−190 nm,200−240 nm キセノン 120−190 nm チッ素 337−415 nm クリプトン 124 nm,140−160 nm クリプトン+フッ素 240−255 nm クリプトン+塩素 200−240 nm,460−600 nm 水銀 185nm,254nm,295−315nm , 365nm,366nm セレン 196,204,206nm 重水素 150−250 nm キセノン+フッ素 340−360 nm,400−550 nm キセノン+塩素 300−320 nm そのほかに、下記の別の充填ガスが用いられ得る。
【0020】 − 希ガス(Ar,He,Ne,Xe) 又はガス入り水銀(Hg)、ないし、F,J,Br,Clから成る蒸 気、 又は化合物(これは放電中1つ又は複数の原子F,I,Br又はClを分解 分離する)。
【0021】 − 希ガス(Ar,He,Kr,Nr,Xe)又はO入りHg、又は化合物( これは放電中1つ又は複数のO−原子を分解、分離する); − 希ガス(Ar,He,Kr,Ne,Xe) 形成される部分放電(micro discharge)において、電子エネ ルギ分布が、誘電体管6の壁厚、それの誘電特性、誘電体管6間の間隔、充填ガ スの圧力および/又は温度により最適に調整され得る。
【0022】 各2つの隣接する電極7間の電圧の印加の際、多数の放電チャネル17が形成 され得、それら放電チャネルによってはUV光が発射放出されこのUV光は石英 管1の透過性広幅面2を通って外に向って送出される。
【0023】 図3に示すように、石英管1の狭幅面上の金属性の反射体層9は外部電極とし て使用され得る。その場合、電気的接触接続は、素線(リッツ)帯状体18又は ばね性接触条片により行なわれ得る。この場合、両外部電極が、同一の電位、例 えばアース電位におかれるようにするため、奇数の誘電体管6を設けると好適で ある。その際、最も外側の誘電体管6と、石英管1の狭幅面4,5との間に放電 部17aが形成される。
【0024】 地対称出力側を有する電流給電装置において、その際使用される構成部分の絶 縁負荷が、片側給電のものにおけるより小であるので、その種装置はより経済的 である。図4には地対称の出力側は電流給電装置による図3のビーム発生器の給 電構成が示してある。隣接する内部電極7間にそのつど、交流電源16の出力電 圧全体が加わり、一方、外部誘電体管6の内部電極7と外部電極9との間に出力 電圧の半分が加わる。それに相応して、誘電体管6間の間隔も、石英管1の狭幅 面と両外部誘電体管6との間隔より大である。
【0025】 上記の種類の高出力ビーム発生器はそれの新規な幾何学的形状に基づき著しく 簡単に冷却され得る。図5に示すように、石英管1はU字状の横断面の相応に設 計された金属成形体19、例えばアルミニウム又は銅から成るものであって、例 えば成形体長手方向に延在する冷却媒体孔20の設けられているものの中に挿入 され得る。
【0026】 石英管1の狭幅面4,5とU字状成形体の脚部との間にばね性を有する金属性 接触条片21が挿入されており、この条片は管長全体に亙って延在している。こ の条片は層9の電気的接触接続のほかに、金属成形体19の脚部間の空間中にて 石英管1の位置固定のためにも用いられる。場合により、熱伝導性のペースト3 0から成る中間層が、成形体底部と石英管1との間に設けて熱伝達移行を改善し 得る。図4におけると類似して、給電が行なわれる、即ち、金属成形体19はア ース電位におかれる。勿論、図2又は図3に示すように給電を行なうこともでき る。
【0027】 本考案の前述の実施例は一連の利点を有し、これらの利点を以下まとめてある 。
【0028】 − 多くの寸法サイズのものが入手可能な市販の石英成形体を石英管1に対して 使用でき、それらは高い機械的負荷耐力の点ですぐれている − 本考案により可能なモジュラ構成法による、現存する照射装置の簡単な拡大 − (高電圧電位のもとにおかれる)電極がそれの接続部と共に簡単な手段で接 触上の危険なしに安全に構成され得る − 地対称出力電圧を有する電流給電装置の使用により経済的給電が可能である − 相互に無関係の複数の電流給電ユニットの使用が可能である − ワイヤネット、ワイヤ格子又は透過性の外部電極が省かれ、それによりビー ム発生器の清掃が例えばグラフィック産業における使用の際、簡単化され得 る − UV光の透過に関与するビーム発生器の石英部分が、放電破壊作用の負荷を 受けない − アルミニウム蒸着により、生じるビームの大部分が有効に利用される − 冷却を含めた装置機構全体が扁平にかつそれの面拡がりにおいてほぼ任意の 大きさに構成され得、従って著しく多くの適用面に適する。
【0029】 本考案により規定される枠を逸脱することなく、前述のUV−高出力ビーム発 生器の多数の変形が可能であり、これらに就いては以下説明する。
【0030】 而して、図2〜4による構成に対する石英管1の奇数個の構成の代わりに、偶 数個の構成の変化形を設け得る。石英管1における誘電体管6の唯1つの代わり に図7に示すように2つ以上の層を設け得る。その一方の層の誘電体管6は隣接 する層の誘電体管に対して管間隔の半分だけずらされている。各層の誘電体管6 は並列接続されており、交流電源16の両極に接続されている。放電チャネルは 一方の層から次の層へ放電空間を通って斜めに延びている。
【0031】 更に、本考案によれば例えば図1又は図3による複数の個別ビーム発生器を1 つの共通の冷却部材中に埋込む(図9に示すように)ことが可能である。ここに は例3にて成形体長手方向に延びるU字状横断面のチャネルをアルミニウム−又 は銅成形体19aは有する。それらチャネル中には図5に類似して石英管1が挿 入されており、それらの石英管の構成については図1、3又は5に関連して詳細 に説明してある。給電はそれまでの実施例と類似して行なわれ得る。それと異な っている点は図9かわ明かなように、個々のビーム発生器は別個の交流電源16 a,16b,16cに接続されている。この手段は次のような場合必要とされる 、即ち、多数のビーム発生器の給電のために唯1つの源で十分でない場合必要と される。
【0032】 これまでの本考案の実施例はすべて矩形横断面の石英管に係わっている。2つ の同軸的に相互に入り組み合って配置されている石英管23,24を配置するこ とは本考案の枠内である。内部電極7は図2又は3に類似して交互に交流電源1 6の両端子に接続されており、但し、図1に類似して内部電極7の第1のグルー プの内部電極7は一方の端面にて相互に接続されており、他方の群の内部電極7 は管23,24の他方の端面にてまとめられている。図2に類似して内部空間2 2は石英管23,24の両端面にて各1つのリング状のカバー25により封止さ れており、このカバーは同時に誘電体管6に対する保持体でもある。
【0033】 当該装置機構を外部又は内部ビーム発生器として構成するかに応じて、内部石 英管23の内面上にないし外部石英管24の外面上に、反射体(レフレクタ)と して用いられるアルミニウム層9が設けられるとよい。図5の構成によれば、図 8の円形ビーム発生器においてもビーム発生器の強制冷却のための手法、例えば 、内部石英管23の内部空間26を通っての冷却剤の通過伝導により、又は、当 該内部空間の、冷却体での充填(図示せず)により冷却手法が可能である。内部 ビーム発生器において外部石英管24の外側外とうが冷却剤で周りを洗われる( さらされる)か、又は固有の冷却体が外部石英管24にかぶさって曲げられると よい。その場合、帯状材料、例えば帯状シート又は帯状紙用の照射装置の例とし ては図10に示すような装置構成が有利である。照射さるべき材料31はドラム 32上に施される。良好な熱伝導性の材料、例えば銅又はアルミニウムから成る 冷却部材19bは管長手方向に延在する冷却孔20を有する管部分(これはドラ ム32に適合されている)から成る。上記管部分の内壁は矩形状横断面を有する 開放チャネル33を有し、この開放チャネル中には図1又は図3の石英成形体が 挿入されていて、この中に取付けられている。給電はこれまでの実施例に類似し て行なわれる。
【0034】 円形の(丸い)誘電体管6及び内部電極7の代わりに、すべての実施例におい てほぼ任意の横断面を有する電極をも使用できる。更に、誘電体材6からの熱放 出の改善のため、内部電極7を中空電極として構成することが可能である。
【0035】
【考案の効果】
本考案によれば、当該モジュラー構成に基づき経済的に作製可能、かつ、著し く大きな面状ビーム発生器の構成を可能にする高出力ビーム発生器を実現できる 効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図1】片側の発射放出を行なう面状ビーム発生器の第
1実施例の横断面図である。
【図2】図1の線A−Aによる面状ビーム発生器を略
示、給電部と共に示す縦断面図である。
【図3】外部管の狭幅面に配置された外部電極と、片側
アースされた電圧源による給電部とを有する、図1,2
の面状ビーム発生器の第1変形の断面図である。
【図4】外部管の狭幅側に設けられた外部電極と地対称
の給電部とを有する、図1,2の面状ビーム発生器の第
2変形の断面図である。
【図5】外部冷却手段を有する、図1,2の面状ビーム
発生器の断面図である。
【図6】長く延びたビーム発生器の場合における誘電体
管の支持の手段を示す略示図である。
【図7】石英管の内部に1つより多くの層の誘電体管を
有するそれまで述べた構成法に代る構成例の断面略図で
ある。
【図8】シリンダー状ビーム発生器の形態の本考案の実
施例を部分的に横断面として、部分的に端面図として示
す図である。
【図9】1つの共通の冷却部材中に複数のビーム発生器
を有する、図5の実施例の変化形の断面略図である。
【図10】わん曲した冷却部材の内面上に複数のビーム
発生器を有する、図9の実施例の変形の断面略図であ
る。
【符号の説明】
1 石英管 2,3 1の広幅面 4,5 1の狭幅面 6 誘導体管 7 内部電極 8 6の内側端部 9 アルミニウム層 10,11 板 12 10,11における貫通孔 13 保護部材 14 管中央における付加的管接続部 15 充填管接続部 16 交流電源 17;17a 放電(部) 18 リッツ線帯状体 19 金属成形体(冷却体) 20 19における冷却剤孔 21 ばね性接触条片 22 23と24との間の中間空間 23,24 円形横断面付石英管 25 カバー 30 熱伝導ペースト 31 材料帯状体 32 ドラム 33 19a,19bにおける矩形状横断面付チャネ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/03 H01S 3/03 Z 3/038 B 3/097 3/097 A

Claims (10)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放電条件下でビームを送出する充填ガス
    で充填された放電空間と、電極(7)とを有し、該電極
    は対をなして1つ又は複数の高電圧源(16)に接続さ
    れており、ここにおいて、異なった電位におかれている
    2つの電極(7)間に誘電材(6)が設けられており該
    誘電材は上記放電空間に接している紫外線用高出力ビー
    ム発生装置において、 上記放電空間は発生されたビームに対して少なくとも部
    分的に透過性を有する石英管(1)によって仕切形成さ
    れており、上記石英管(1)内には、相互に且上記透過
    性石英管(1;23;24)から間隔保持されている誘
    電体管(6)が内部電極(7)と共に配置されており、
    上記透過性管(1)の自由空間中に暗流ないし無声放電
    部(17)が形成されるように装置構成されており、上
    記管は矩形横断面を有する石英管として構成されている
    ことを特徴とする高出力ビーム発生装置。
  2. 【請求項2】 上記内部電極(7)は1つの層で配置され
    ており、その際、隣接する内部電極(7)は夫々高電圧源
    (16)の2つの極に接続されている請求項1記載の装
    置。
  3. 【請求項3】 上記内部電極(7)は複数の層で配置さ
    れており、その際、各層のすべての内部電極(7)が並
    列接続され、かつ層ごとに高電圧源(16)の2つの電
    極に接続されている請求項1記載の装置。
  4. 【請求項4】 上記石英管(1)の4つの管壁のうちの
    3つ(3,4,5)は外部の反射層(9)、例えば蒸着
    されたアルミニウム層を有している請求項1から3まで
    のいずれか1項記載の装置。
  5. 【請求項5】 冷却のため上記管(1)は部分的に冷却
    体(19;19a;19b)により取囲まれているか、
    又はその中に配置されている請求項1から4までのいず
    れか1項記載の装置。
  6. 【請求項6】 矩形横断面を有する管の場合冷却体(1
    9;19a;19b)中に1つ又は複数の開放通路(3
    3)が設けられており、該開放通路中には当該の単数な
    いし複数の管(1)が挿入、ないしその中に保持されて
    いる請求項5記載の装置。
  7. 【請求項7】 放電条件下でビームを送出する充填ガス
    で充填された放電空間と、電極(7)とを有し、該電極
    は対をなして1つ又は複数の高電圧源(16)に接続さ
    れており、ここにおいて、異なった電位におかれている
    2つの電極(7)間に誘電材(6)が設けられており該
    誘電材は上記放電空間に接している紫外線用高出力ビー
    ム発生装置において、 上記放電空間は発生されたビームに対して少なくとも部
    分的に透過性を有する石英管(1)によって形成されて
    おり、上記石英管(1)内には、相互に且上記透過性石
    英管(1;23;24)から間隔保持されている誘電体
    管(6)が内部電極(7)と共に配置されており、上記
    透過性管(1)の自由空間中に暗流ないし無声放電部
    (17)が形成されるように装置構成されており、更
    に、 上記放電空間は同軸的に入り組み合っている2つ
    の管(23,24)により形成されており、上記誘電体
    管(6)は上記管間にリング状空間(25)内に配置さ
    れていることを特徴とする高出力ビーム発生装置。
  8. 【請求項8】 内部管(23)の内面、又は外部管(2
    4)の外面が、反射層(9)、例えば、蒸着されたアル
    ミニウム層を施されている請求項4記載の装置。
  9. 【請求項9】 当該の1つの管(1)ないし複数管(2
    3,24)は両端にて板(10,11)ないしカバー
    (25)を用いて閉鎖されており、上記板ないしカバー
    は誘電体管(6)に対する支持体として用いられる、請
    求項1から8までのうち何れか1項記載の装置。
  10. 【請求項10】 上記誘電体管(6)の自由端(8)は
    保持体に対向する板(10,11,25)にて支持部材
    (13)を用いて支持されおよび/又は管中央部分にて
    付加的支持体(14)を用いて支持されている請求項1
    から9までのいずれか1項記載の装置。
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