JPH10289694A

JPH10289694A - 光源装置

Info

Publication number: JPH10289694A
Application number: JP9354497A
Authority: JP
Inventors: Satoru Fukuda; 悟福田; Fumitoshi Takemoto; 史敏竹元
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2017-04-11
Also published as: JP3314656B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ケーシング内に残留する酸素の濃度が所期の
レベルに安定に維持され、誘電体バリア放電ランプから
のエキシマ光を高い効率で放射することのできる光源装
置を提供すること。【解決手段】誘電体バリア放電によりエキシマが生成
されてエキシマ光が放出される誘電体バリア放電ランプ
10と、この誘電体バリア放電ランプ10を収納し、当該誘
電体バリア放電ランプ10からのエキシマ光を取り出す窓
部材23を有するケーシング20と、このケーシング20内に
不活性ガスを流通させるガス流通手段30とを具えてなる
光源装置において、前記ガス流通手段30により、前記ケ
ーシング20内のガス圧力が大気圧より１００Ｐａ以上大
きい値となるよう、当該ケーシング20内に不活性ガスが
流通されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体バリア放電
ランプを具えた光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属、ガラス、その他の材料より
なる被処理体に紫外線を照射することにより、当該紫外
線およびこれにより生成されるオゾンの作用によって被
処理体を処理する技術、例えば被処理体の表面に付着し
た有機汚染物質を除去する洗浄処理技術や、被処理体の
表面に酸化膜を形成する酸化膜形成処理技術が開発さ
れ、実用化されるに至っている。

【０００３】このような紫外線処理するための光源装置
においては、紫外線を放射する光源として、従来、水銀
の共鳴線である波長１８５ｎｍの紫外線を放出する低圧
水銀ランプが使用されていたが、最近においては、一部
が誘電体により構成された放電容器内に、適宜の放電用
ガスが充填され、当該放電容器内において誘電体バリア
放電（別名「オゾナイザ放電」あるいは「無声放電」。
電気学会発行改定新版「放電ハンドブック」平成１年６
月再版７刷発行第２６３頁参照。）を発生させることに
より、エキシマが生成されてエキシマ光が放出される誘
電体バリア放電ランプが開発されている。例えば、特開
平１−１４４５６０号公報には、少なくとも一部が誘電
体である石英ガラスにより構成された中空円筒状の放電
容器内に放電用ガスが充填されてなる誘電体バリア放電
ランプが記載されている。

【０００４】このような誘電体バリア放電ランプにおい
ては、放電用ガスとして例えばキセノンガスを用いるこ
とにより、キセノンエキシマによるエキシマ光である波
長１７２ｎｍにピークを有する紫外線が放出され、ま
た、放電用ガスとして例えばアルゴンと塩素ガスとの混
合ガスを用いることにより、アルゴン−塩素エキシマに
よるエキシマ光である波長１７５ｎｍにピークを有する
紫外線が放出されることが知られている。

【０００５】また、誘電体バリア放電ランプを具えた光
源装置としては、特開平５−１７４７９３号公報に、エ
キシマ光を取り出すための窓部材を有するケーシング内
に円筒状の誘電体バリア放電ランプが収納されてなるも
のが記載されている。

【０００６】然るに、このような光源装置においては、
ケーシング内に存在する酸素によって誘電体バリア放電
ランプからのエキシマ光が吸収されるので、誘電体バリ
ア放電ランプからのエキシマ光を高い効率でケーシング
の窓部材から外部に取り出すことができない。そのた
め、ケーシング内に不活性ガスを流通させることによ
り、ケーシング内に存在する酸素の濃度を小さくするこ
とが行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
光源装置においては、以下のような問題がある。寸法の
大きい被処理体に対しては、光源装置として大型のもの
を用いることが必要である。然るに、大型の光源装置に
おいては、小型の光源装置と比較した場合、ケーシング
内に同じ流量で不活性ガスを流通させても、ケーシング
内に残留する酸素の濃度を所期のレベルに維持すること
が困難である。そして、ケーシング内に残留する酸素の
濃度を所期のレベルに維持するためには、ケーシング内
のガス圧力を高めるか或いは不活性ガスの流量を大きく
することが必要となるが、ケーシング内のガス圧力をむ
やみに高めと、ケーシングの窓部材が破損する恐れがあ
るため、窓部材として、当該相当に高いガス圧力に耐え
られる厚みの大きいものを用いなければならず、光源装
置の製作コストが高くなり、一方、不活性ガスの流量を
むやみに大きくすると、被処理体の処理コストが高くな
る、という問題がある。

【０００８】本発明は、以上のような事情に基づいてな
されたものであって、ケーンシグ内のガス圧力が特定の
値以上であれば、当該ケーシング内に残留する酸素の濃
度がほぼ一定の値に維持されることを見いだし、この知
見に基づいて本発明を完成した。本発明の目的は、ケー
シング内に残留する酸素の濃度が所期のレベルに安定に
維持され、誘電体バリア放電ランプからのエキシマ光を
高い効率で放射することのできる光源装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光源装置は、誘
電体バリア放電によりエキシマが生成されてエキシマ光
が放出される誘電体バリア放電ランプと、この誘電体バ
リア放電ランプを収納し、当該誘電体バリア放電ランプ
からのエキシマ光を取り出す窓部材を有するケーシング
と、このケーシング内に不活性ガスを流通させるガス流
通手段とを具えてなる光源装置において、前記ガス流通
手段により、前記ケーシング内のガス圧力が大気圧より
１００Ｐａ以上大きい値となるよう、当該ケーシング内
に不活性ガスが流通されることを特徴とする。

【００１０】本発明の光源装置においては、ケーシング
内のガス圧力が大気圧より１００Ｐａ大きい値未満とな
ったときに、誘電体バリア放電ランプの作動を停止する
と共に不活性ガスの流通を停止する制御手段が設けられ
ていることが好ましい。また、ケーシング内のガス圧力
が大気圧より１００Ｐａ大きい値未満となったときに警
報する警報手段が設けられていることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光源装置について
詳細に説明する。図１は、本発明の光源装置の一例にお
ける構成の概略を示す模式図である。この図において、
１０は、誘電体バリア放電によりエキマシが生成されて
エキシマ光が放出される誘電体バリア放電ランプであ
り、この誘電体バリア放電ランプ１０は制御電源装置４
０に接続されている。２０は、誘電体バリア放電ランプ
１０を収容するケーシングである。３０は、ケーシング
２０内に不活性ガスを流通させるガス流通手段であっ
て、ガス供給源３１と、ガス供給用電磁弁３２と、ガス
排出用調整弁３３とにより構成されており、ガス供給用
電磁弁３２は制御電源装置４０に接続されている。３５
は、ケーシング２０内のガス圧力を検知するガス圧力検
知器であり、このガス圧力検知器３５は制御電源装置４
０に接続されている。３６は制御電源装置からの信号に
より作動する警報器である。

【００１２】図２は、図１に示す光源装置のケーシング
２０およびその内部の構成を示す説明用断面図である。
この例においては、矩形の箱型のケーシング２０内に、
４つの誘電体バリア放電ランプ１０が収納されている。

【００１３】具体的に説明すると、ケーシング２０にお
いては、下面に開口２２を有する全体が矩形の箱型の枠
材２１が設けられ、この枠材２１の開口２２を気密に塞
ぐよう、誘電体バリア放電ランプ２０からの光を外部に
取り出すための窓部材２３が設けられている。また、枠
材２１の一側面には、ケーシング２０内に不活性ガスを
導入するためのガス導入孔２４が形成されており、枠材
２１の他側面には、ケーシング２０内のガスを排出する
ガス排出孔２５が形成されている。窓部材１３を構成す
る材料としては、誘電体バリア放電ランプ１０からのエ
キシマ光に対して透過性を有するもの、例えば合成石英
ガラスを用いることができる。

【００１４】ケーシング２０内の上部には、アルミニウ
ムよりなる冷却ブロック２６が設けられている。この冷
却ブロック２６の下面には、それぞれ誘電体バリア放電
ランプ１０の外径より大きい径を有する断面が半円形の
４つの溝２７が、互いに離間して並ぶよう形成されてお
り、これらの溝２７の各々に沿って誘電体バリア放電ラ
ンプ１０が配置されている。２８は、冷却ブロック２６
を貫通するよう形成された、冷却用流体を流通するため
の冷却用流体流通路である。また、図示の例では、冷却
ブロック２６の下面における互いに隣接する溝２７の間
の位置に、アルミニウムよりなる断面がＶ字形の光反射
板２９が設けられている。

【００１５】誘電体バリア放電ランプ１０においては、
図３にも示すように、中空円筒状の放電容器１１が設け
られている。具体的に説明すると、放電容器１１は、誘
電体よりなる円筒状の一方の壁部１２と、この一方の壁
材１２内にその筒軸に沿って配置された、当該一方の壁
材１２の内径より小さい外径を有する誘電体よりなる他
方の壁材１３とを有し、一方の壁材１２および他方の壁
材１３の各々の両端部が封止壁部１４によって接合さ
れ、一方の壁材１２と他方の壁材１３との間に円筒状の
放電空間Ｓが形成されている。この放電容器１１内に
は、放電用ガスが封入されている。

【００１６】放電容器１１における一方の壁材１２に
は、その外面１５に密接して、例えば金網などの導電性
材料よりなる網状の一方の電極１６が設けられ、放電容
器１１における他方の壁材１３には、その内周面である
外面１７を覆うようアルミニウムよりなる膜状の他方の
電極１８が設けられている。

【００１７】また、図示の例では、放電容器１１を構成
する一方の壁材１２の一端側には、周方向に沿って内方
に突出する変形部１９が形成されており、これにより、
この変形部１９と一端側の封止壁部１４との間に、放電
空間Ｓに連通するゲッタ収容室Ｋが形成され、このゲッ
タ収容室Ｋ内に例えばバリウム合金よりなるゲッタＧが
収容されている。このゲッタＧは例えば高周波加熱さ
れ、これにより、ゲッタ収容室Ｋの内壁面にバリウムよ
りなる薄膜が形成される。

【００１８】放電容器１１における一方の壁材１２およ
び他方の壁材１３を構成する誘電体材料としては、放電
容器１１内において放出されるエキシマ光に対して透過
性を有するもの、例えば合成石英ガラスを用いることが
できる。放電容器１１内に封入される放電用ガスとし
て、例えばキセノンガス、アルゴンと塩素との混合ガス
などを用いることができる。

【００１９】本発明の光源装置においては、ガス流通手
段３０により、ケーシング２０内のガス圧力が大気圧よ
り１００Ｐａ以上大きい値となるよう、当該ケーシング
２０内に不活性ガスが流通され、この状態で、誘電体バ
リア放電ランプ１０が作動することにより、被処理体Ｗ
に対して所要の光照射処理が行われる。

【００２０】具体的には、制御電源装置４０を作動させ
ると、ガス供給用電磁弁３２が開き、これにより、ガス
供給源３１からガス供給孔２４を介してケーシング２０
内に不活性ガスが供給されると共に、ケーシング２０内
におけるガスが、ガス排出孔２５およびガス排出用調整
弁３３を介して外部に排出される。その後、ガス圧力検
出器３５が、ケーシング２０内における不活性ガスの圧
力が大気圧より１００Ｐａ大きい値に達したことを検知
すると、制御電源装置４０によって、誘電体バリア放電
ランプ１０に高周波電力が供給される。そして、誘電体
バリア放電ランプ１０においては、一方の電極１６と他
方の電極１８との間に電圧が印加されることによって、
放電容器１１内の放電空間Ｓにおいて誘電体バリア放電
が発生し、これにより、封入用ガスを構成する元素によ
るエキシマが生成され、このエキシマによるエキシマ光
が一方の壁材１２を介して一方の電極１６の網目から放
射され、このエキシマ光は、ケーシング２０の窓部材２
３を介して被処理体Ｗに照射される。

【００２１】以上において、誘電体バリア放電ランプ１
０の作動中に、ガス圧力検出器３５が、ケーシング２０
内における不活性ガスの圧力が大気圧より１００Ｐａ大
きい値未満となったことを検知すると、制御電源装置４
０によって、誘電体バリア放電ランプ１０の作動が停止
されると共に、ガス供給用電磁弁３２が閉められ、更
に、制御電源装置４０からの信号によって、警報器３６
が作動する。一方、誘電体バリア放電ランプ１０の作動
中に、ガス圧力検出器３５が、ケーシング２０内におけ
る不活性ガスの圧力が特定の値、例えば大気圧より１．
３ｋＰａ大きい値を超えたことを検知すると、制御電源
装置４０によって、誘電体バリア放電ランプ１０の作動
が停止されると共に、ガス供給用電磁弁３２が閉めら
れ、更に、制御電源装置４０からの信号によって、警報
器３６が作動する。

【００２２】このような光源装置によれば、ガス流通手
段３０によって、ケーシング２０内の圧力が大気圧より
１００Ｐａ以上大きい値となるよう、ケーシング２０内
に不活性ガスが流通されるので、後述する実験例から明
らかなように、ケーシング２０内に残留する酸素の濃度
が所期のレベルに安定に維持される。従って、誘電体バ
リア放電ランプ２０からのエキシマ光がケーンシグ２０
内において吸収されることを確実に抑制することがで
き、その結果、誘電体バリア放電ランプ２０からのエキ
シマ光を高い効率でケーシング２０の外部に放射するこ
とができる。

【００２３】また、ケーシング２０内のガス圧力が大気
圧より１００Ｐａ大きい値未満となったときには、制御
電源装置４０により、誘電体バリア放電ランプ１０の作
動が停止されると共に、ガス供給用電磁弁３２が閉めら
れて不活性ガスの流通が停止されるので、ケーシング２
０内に残留する酸素の濃度が高い状態で被処理体Ｗの光
照射処理が行われることを確実に防止することができ
る。また、ケーシング２０内のガス圧力が大気圧より１
００Ｐａ大きい値未満となったときには、警報器３６が
作動するので、ケーシング２０内に残留する酸素の濃度
が高くなったことを作業者に知らせることができる。

【００２４】また、ケーシング２０内のガス圧力が特定
の値、例えば大気圧より１．３ｋＰａ大きい値を超えた
ときには、制御電源装置４０により、ガス供給用電磁弁
３２が閉められて不活性ガスの流通が停止されるので、
ケーシング２０の窓部材２３が破損することを確実に防
止することができる。

【００２５】〈実験例〉図３の構成に従い、下記の条件
により誘電体バリア放電ランプを作製した。放電容器（１１）：全長３００ｍｍ，一方の壁部（１２）：材質；合成石英ガラス，外径；２
６．５ｍｍ，肉厚；１ｍｍ，他方の壁部（１３）：材質；合成石英ガラス，外径；１
６．０ｍｍ，肉厚；１ｍｍ，一方の電極（１６）：ステンレス金網製，他方の電極（１８）：アルミニウム製，放電用ガス：キセノン（封入圧３０ｋＰａ）

【００２６】上記の誘電体バリア放電ランプを、周波数
が約２０ｋＨｚの高周波電源により、入力電力が約５０
Ｗの条件で点灯させたところ、波長１７２ｎｍにピーク
を有する光が放出された。

【００２７】この誘電体バリア放電ランプの４本を、図
２に示す構成に従って、寸法が４５０ｍｍ×３５０ｍｍ
×１００ｍｍのケーシング（２０）内に配置し、更に、
図４に示すように、ケーシング（２０）を、ガス流量計
（５１）を介して窒素ガス供給源（５０）に接続すると
共に、ガス排出用調整弁（５２）に接続し、更に、ケー
シング（２０）内に、ガス圧力計（５３）および酸素濃
度計（５４）を配置することにより、ケーシング内のガ
ス圧力と、ケーシング内に残留する酸素の濃度との関係
を調べるための実験システムを構成した。

【００２８】そして、窒素ガス供給源（５０）からケー
シング（２０）内に１０リットル／分、３０リットル／
分および５０リットル／分の流量で窒素ガスを供給する
ことにより、当該ケーシング（２０）内に窒素ガスを流
通させると共に、ガス排出用調整弁（５２）を調整する
ことにより、ケーシング（２０）内のガス圧力を変動さ
せたときの当該ケーシング（２０）内に残留する酸素の
濃度を測定した。結果を図５に示す。この図において、
横軸はケーシング内のガス圧力を示し、縦軸はケーシン
グ内に残留する酸素の濃度を示す。また、曲線（イ）
は、窒素ガスを１０リットル／分の流量で供給した場合
を示し、曲線（ロ）は、窒素ガスを３０リットル／分の
流量で供給した場合を示し、曲線（ハ）は、窒素ガスを
５０リットル／分の流量で供給した場合を示す。

【００２９】図５から明らかなように、いずれの窒素ガ
スの流量が１０リットル／分、３０リットル／分および
５０リットル／分のいずれであっても、ケーシング内の
ガス圧力が大気圧からこれより１００Ｐａ大きい値に達
するまでの間においては、当該ガス圧力が上昇するに従
って、当該ケーンシグ内に残留する酸素の濃度が急激に
減少し、ケーシング内のガス圧力が大気圧より１００Ｐ
ａ以上大きいときには、当該ガス圧力の値に関わらず、
当該ケーンシグ内に残留する酸素の濃度がほぼ一定の値
に維持されることが理解される。従って、ケーシング内
に供給される不活性ガスの流量を選択し、ケーシング内
のガス圧力が大気圧より１００Ｐａ以上大きい値となる
よう、当該ケーシング内に不活性ガスを流通させること
により、ケーシング内に残留する酸素の濃度を所期のレ
ベルに安定に維持させることができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、ガス流通手段によっ
て、ケーシング内の圧力が大気圧より１００Ｐａ以上大
きい圧力となるよう、当該ケーシング内に不活性ガスが
流通されるので、ケーシング内に残留する酸素の濃度が
所期のレベルに安定に維持される。従って、誘電体バリ
ア放電ランプからのエキシマ光がケーンシグ内において
吸収されることを確実に抑制することができ、その結
果、誘電体バリア放電ランプからのエキシマ光を高い効
率でケーシングの外部に放射することができる。

【００３１】また、ケーシング内のガス圧力が大気圧よ
り１００Ｐａ大きい値未満となったときに、誘電体バリ
ア放電ランプおよびガス流通手段の作動を停止させる制
御手段を設けることにより、ケーシング内に残留する酸
素の濃度が高い状態で被処理体の光照射処理が行われる
ことを確実に防止することができる。また、ケーシング
内のガス圧力が大気圧より１００Ｐａ大きい値未満とな
ったときに作動する警報手段を設けることにより、ケー
シング内に残留する酸素の濃度が高くなったことを作業
者に知らせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光源装置の一例における構成の概略を
示す模式図である。

【図２】図１に示す光源装置のケーシングおよびその内
部の構成を示す説明用断面図である。

【図３】本発明に用いられる誘電体バリア放電ランプの
一例における構成を示す説明用断面図である。

【図４】ケーシング内のガス圧力と、ケーシング内に残
留する酸素の濃度との関係を調べるための実験システム
の概略を示す模式図である。

【図５】ケーシング内のガス圧力と、ケーシング内に残
留する酸素の濃度との関係を示す曲線図である。

【符号の説明】

１０誘電体バリア放電ランプ１１放電容器１２一方の壁部１３他方の壁部１４封止壁部１５一方の壁部の外面１６一方の電極１７他方の壁部の外面１８他方の電極１９変形部２０ケーシング２１枠材２２開口２３窓部材２４ガス供給孔２５ガス排出孔２６冷却ブロック２７溝２８冷却用流体流通路２９光反射部材３０ガス流通手段３１ガス供給源３２ガス供給用電磁弁３３ガス排出用調整弁３５ガス圧力検知器３６警報器４０制御電源装置５０窒素ガス供給源５１ガス流量計５２ガス排出用調整弁５３ガス圧力計５４酸素濃度計ＧゲッタＫゲッタ収容室Ｓ放電空間Ｗ被処理体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体バリア放電によりエキシマが生成
されてエキシマ光が放出される誘電体バリア放電ランプ
と、この誘電体バリア放電ランプを収納し、当該誘電体バリ
ア放電ランプからのエキシマ光を取り出す窓部材を有す
るケーシングと、このケーシング内に不活性ガスを流通させるガス流通手
段とを具えてなる光源装置において、前記ガス流通手段により、前記ケーシング内のガス圧力
が大気圧より１００Ｐａ以上大きい値となるよう、当該
ケーシング内に不活性ガスが流通されることを特徴とす
る光源装置。
【請求項２】ケーシング内のガス圧力が大気圧より１
００Ｐａ大きい値未満となったときに、誘電体バリア放
電ランプおよびガス流通手段の作動を停止させる制御手
段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
光源装置。
【請求項３】ケーシング内のガス圧力が大気圧より１
００Ｐａ大きい値未満となったときに作動する警報手段
が設けられていることを特徴とする請求項１または請求
項２に記載の光源装置。