JPH11265689A - 誘電体バリヤ放電ランプ、誘電体バリヤ放電ランプ装置および紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構造でありながらメッシュ構造の外部電
極を気密容器へ不用意に脱落ないし位置ずれしないよう
に装着して、本発明者らの先の提案を改良した誘電体バ
リヤ放電ランプ、これを用いた誘電体バリヤ放電ランプ
装置および紫外線照射装置を提供する。 【解決手段】紫外線透過性の材料からなり側面に排気チ
ップを備えた管状の気密容器の内部にエキシマ生成ガス
を封入するとともに、気密容器内に内部電極を封装し、
メッシュ構造の外部電極を気密容器の外周に当接して排
気チップに係止させた誘電体バリヤ放電ランプである。
外部電極のメッシュ構造としてメリヤス編組構造を採用
すると、気密容器に対して径大の筒状体を形成して、そ
の内部に気密容器を挿入してから、筒状体の両端を引っ
張ると、メリヤス編組が伸びて変形し、縮径して気密容
器に密着するとともに、排気チップに係止する。誘電体
バリヤ放電ランプ装置は、上記誘電体バリヤ放電ランプ
および高周波発生手段により構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体バリヤ放電
ランプ、これを用いた誘電体バリヤ放電ランプ装置およ
び紫外線照射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】キセノンなどの希ガスあるいはキセノン
またはクリプトンなどの希ガスおよび塩素などの混合ガ
スを無電極放電させて、固有の単色に近い放射を発生さ
せるエキシマ放電ランプはたとえば下記文献に記載され
て従来から知られている。

【０００３】(1) B.Gellert and U.Kogelschatz "Gene
ration of Excimer Emission inDielectric Barrier Di
scharges" Applied Physics B 52, 14-21 (2) 特開平７−２７２６９２号公報 (3) 同 平７−２２０６８７号公報 図７は，従来技術（３）を示す誘電体バリヤ放電ランプ
の断面図である。

【０００４】図において、１０１は同軸円筒形放電容
器、１０２は導電性網電極、１０３は導電性薄膜電極、
１０４は口金、１０５は電源である。

【０００５】同軸円筒形放電容器１０１は、内側管１０
１ａおよび外側管１０１ｂを離間して環状の端板と円形
の端板とで両端を塞いで形成されている。そして、外側
管１０１ｂは、放射導出窓を兼ねている。

【０００６】導電性網電極１０２は、同軸形放電容器１
０１の外側管１０１ｂに装着されている。

【０００７】導電性薄膜電極１０３は、同軸形放電容器
１０１の内側管１０１ａに形成されたアルミニウム薄膜
からなり、反射板を兼ねている。

【０００８】口金１０４は、誘電体バリヤ放電ランプの
支持に用いられる。

【０００９】電源１０５は、導電性網電極１０２および
導電性薄膜電極１０３の間に電圧を印加して、誘電体バ
リヤ放電に必要な電気エネルギーを供給する。

【００１０】ところで、誘電体バリヤ放電は、いわゆる
無声放電で、パルス状の電流が流れる。このパルス状の
電流は、高速の電子流を持ち、かつ休止期間が多いた
め、キセノンなどの紫外線を出す物質を一時的に分子状
態（エキシマ状態）に結合し、基底状態に戻るときに再
吸収の少ない紫外線を効率よく放出する。

【００１１】メッシュ構造の電極を用いる理由は、大面
積にわたって安定的に放電を生起させるためで、安定放
電時にはメッシュの交点近傍で発光が観測される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、誘電
体バリヤ放電を用いる誘電体バリヤ放電ランプは、優れ
た特性を有しているが、以下に示す問題がある。すなわ
ち、誘電体となるガラス壁を介して放電が生起するた
め、数ｋＶの高周波の高電圧を必要とする。このため、
高電圧を発生する高周波トランスが極めて大きくなるば
かりか、製作が困難になる。

【００１３】そこで、本発明者らは、先に高電圧を印加
しなくても安定に誘電体バリヤ放電を行う誘電体バリヤ
放電ランプを提案した。この誘電体バリヤ放電ランプ
は、一対の電極の一方をエキシマ生成ガスを封入した気
密容器内に封装し、他方の外部電極をメッシュ構造に構
成する。

【００１４】しかし、メッシュ構造の外部電極を気密容
器に密着させるとともに、簡単な構造で、しかも不用意
に脱落しないように装着するのが困難であった。

【００１５】本発明は、簡単な構造でありながらメッシ
ュ構造の外部電極を気密容器へ不用意に脱落しないよう
に装着して、本発明者らの先きの提案をさらに改良した
誘電体バリヤ放電ランプ、これを用いた誘電体バリヤ放
電ランプ装置および紫外線照射装置を提供することを目
的とする。

【００１６】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明の誘電体
バリヤ放電ランプは、紫外線透過性の材料からなり側面
に排気チップを備えた管状の気密容器と；気密容器の内
部に封装した内部電極と；気密容器内に封入したエキシ
マ生成ガスと；気密容器の外周に当接して装着され排気
チップに係止されたメッシュ構造の外部電極と；を具備
していることを特徴としている。

【００１７】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。

【００１８】気密容器について 紫外線透過性の材料からなる気密容器は、一般的には石
英ガラスを用いて製作することができる。しかし、本発
明は紫外線透過性であればどのような材料で構成しても
よい。

【００１９】気密容器の内部を排気してからエキシマ生
成ガスを内部に封入するための手段として、排気管を気
密容器の側面に接続する。そして、排気管を介して排気
したら、エキシマ生成ガスを排気管から気密容器内に封
入してから、排気管をチップオフすることにより、排気
チップが形成される。

【００２０】排気チップを気密容器の側面に備えること
により、排気管の接続作業および排気・封入作業が容易
になる。

【００２１】また、気密容器は、管状であれば直管だけ
でなく、湾曲していてもよい。

【００２２】内部電極について 内部電極は、ニッケル、タングステン、モリブデンなど
の耐熱性の金属からなり、棒状、線状または板状などを
なしていて、気密容器の内部に封装されているが、少な
くとも一端が気密容器の端部に封着されている。内部電
極の他端は気密容器の内部に適当な手段によって固定し
て支持されていればよい。しかし、内部電極の他端も一
端と同様に気密容器の端部に封着すると、内部電極の気
密容器に対する固定が容易かつ確実になる。

【００２３】また、内部電極を石英ガラスからなる気密
容器の端部に封着するには、石英ガラスにコンパクトに
封着する場合に多用されている封着金属箔を用いる封着
構造を採用することができる。また、石英ガラスをピン
チシールすることにより、封着金属箔を気密にシールす
ることができる。

【００２４】さらに、内部電極を通電加熱するように構
成することにより、電子の発生が促進され、ランプ電流
が増加するとともに、放電開始電圧および放電維持電圧
も低減することが分かった。通電加熱に適合させるため
には、内部電極をたとえばタングステンフィラメントを
コイル状に形成するのがよい。そして、内部電極をフィ
ラメント加熱電源を用いて加熱する。

【００２５】さらにまた、内部電極の表面には、必要に
応じて誘電体層を形成することができる。誘電体層を形
成することにより、内部電極の近傍の電界強度を大きく
して紫外線放出を増加させることができる。

【００２６】さらにまた、内部電極は、製造時における
内部電極および気密容器の熱膨張率の差を吸収しきれな
いために、長めに製作するので、弛みやすい。また、点
灯中に高温になった場合にも熱膨張して弛む。内部電極
が弛むと、設計どおりの特性がでなくなる。

【００２７】内部電極が弛まないようにするために、内
部電極を太くするか、たとえ細くても中間部を支持する
支持手段を用いることもできる。

【００２８】なお、支持手段として支持ワイヤを内部電
極の中間部に係合させ、支持ワイヤの基端を排気チップ
に溶着して固定することができる。

【００２９】エキシマ生成ガスについて エキシマ生成ガスは、キセノン、クリプトンまたはアル
ゴンなどの希ガス単体または希ガスおよびフッ素、塩
素、臭素またはよう素などのハロゲンの混合ガスなどを
用いることができる。

【００３０】外部電極について 外部電極は、内部電極との間で誘電体バリヤ放電を発生
させるために作用するが、誘電体バリヤ放電によって生
成したエキシマから放出された紫外線を外部に導出する
ため、および紫外線放出を増加するために、メッシュ構
造が従来から採用されている。本発明においては、気密
容器の側面に排気チップを配設するとともに、排気チッ
プにメッシュ構造部分を係止しているのが特徴である。

【００３１】外部電極のメッシュ構造を排気チップに係
止するには、板状に展開したメッシュ構造体を気密容器
の側面に巻き付けて、メッシュ部を排気チップに圧入さ
せ、両端を突き合わせるか、重ね合わせてから、メッシ
ュ構造体の端部のメッシュ部に針金を通して縛り付ける
か、コ字状などに折曲した機械的係止具を用いて固着す
ればよい。また、予めメッシュ構造体を気密容器より径
大の円筒状に形成して、その内部に気密容器を挿入し、
メッシュ構造体の両端を掴んで引っ張ってメッシュ構造
体を縮径させて、メッシュ部を排気チップに係止させな
がら気密容器の外側に密着させることもできる。

【００３２】外部電極は、適当な金属たとえばステンレ
ス鋼、ニッケルなどを用いて形成できる。

【００３３】そうして、本発明においては、気密容器の
側面に排気チップを形成して排気チップにメッシュ構造
部を係止させるので、他の固定手段を用いなくても外部
電極を気密容器に当接した状態で固定することが容易に
なる。

【００３４】したがって、外部電極の気密容器への取付
構造は極めて簡素になる。

【００３５】さらに、排気チップを気密容器の側面に配
設するので、排気チップの取り付けが容易になる。

【００３６】請求項２の発明の誘電体バリヤ放電ランプ
は、請求項１記載の誘電体バリヤ放電ランプにおいて、
外部電極は、メリヤス編組構造を備えていることを特徴
としている。

【００３７】メッシュ構造としてメリヤス編組構造を採
用することにより、予め径大の筒状体に形成して、その
内部に気密容器を挿入してからの引き延ばしが容易にな
るので、外部電極の気密容器への装着が容易で、しかも
構造が簡単になる。すなわち、メッシュ構造体を径大の
筒状体に形成して、筒状体の内部に気密容器を挿入し、
その後筒状体の両端を掴んで引っ張ると、筒状体は容易
に縮径して気密容器に密着するとともに、排気チップは
メリヤス編組部を貫通して筒状体から外部に突出して外
部電極を気密容器に係止する。

【００３８】メリヤス編組構造は、引き延ばしやすく、
また引き延ばしにより引き延ばす方向と直角な方向に縮
むので、気密容器の外面に密着させることができるとと
もに、その作業は極めて容易である。しかも、メリヤス
編組構造は、編み目が柔軟で変形しやすいので、排気チ
ップの尖頭部に当接した部分は、容易に変形して排気チ
ップを受け入れる。すると、排気チップは、メリヤス編
組構造を破壊することなく外部電極を貫通して外部に突
出する。このため、外部電極は、排気チップに係止さ
れ、不用意に気密容器から脱落したり、位置がずれるよ
うなことがなくなる。

【００３９】したがって、本発明においては、排気チッ
プに外部電極を係止するので、他の固定手段を用いる必
要がない。しかし、本発明においても外部電極の端部を
整形するなどの理由で固定手段を併用してもよい。

【００４０】請求項３の発明の誘電体バリヤ放電ランプ
装置は、請求項１または２記載の誘電体バリヤ放電ラン
プと；誘電体バリヤ放電ランプの内部電極および外部電
極の間に高周波電圧を印加する高周波発生手段と；を具
備していることを特徴としている。

【００４１】高周波発生手段は、周波数が１ＫＨｚ〜２
００ＫＨｚ、印加電圧が３００〜８００Ｖの高周波電圧
を誘電体バリヤ放電ランプに印加することが好ましい。

【００４２】請求項４の発明の紫外線照射装置は、請求
項２記載の誘電体バリヤ放電ランプ装置において、紫外
線照射装置本体と；紫外線照射装置本体に支持された請
求項３記載の誘電体バリヤ放電ランプ装置と；を具備し
ていることを特徴としていする。

【００４３】「紫外線照射装置」とは、誘電体バリヤ放
電ランプから発生する紫外線を利用するあらゆる装置を
意味する。たとえば、半導体ステッパー、光洗浄装置、
光硬化装置および光乾燥装置などである。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００４５】図１は、本発明の誘電体バリヤ放電ランプ
の一実施形態における外部電極を除去した状態を示す正
面図である。

【００４６】図２は、同じく側面図である。

【００４７】図３は、本発明の誘電体バリヤ放電ランプ
の一実施形態を示す正面図である。

【００４８】図４は、同じく側面図である。

【００４９】図５は、同じく外部電極を示す要部拡大正
面図である。

【００５０】図において、１は気密容器、２は内部電
極、３は外部リード線、４は外部電極である。

【００５１】気密容器１は、石英ガラスからなり、外径
１２ｍｍで細長い円筒状の中空部１ａ、中空部１ａの両
端に形成された封止部１ｂおよび中空部１ａの側面に形
成された排気チップ１ｃを備えていて、全長３００ｍｍ
である。

【００５２】封止部１ｂは、内部にモリブデン箔１ｂ１
が埋設されたピンチシール構造である。

【００５３】排気チップ１ｃは、先端が尖るように形成
されていることが好ましい。

【００５４】気密容器１の中空部１ａの内部にはエキシ
マ生成ガスとしてキセノンが封入されている。

【００５５】内部電極２は、タングステン棒からなり、
両端が気密容器１の両端に形成された封止部１ｂに支持
されているとともに、モリブデン箔１ｂ１の一端に溶接
されている。

【００５６】モリブデン箔１ｂ１の他端には外部リード
線３が溶接されている。

【００５７】外部電極４は、メッシュ構造体を筒状に成
形して気密容器１の外面を全周にわたって包囲するとと
もに、排気チップ１ｃに係止されている。

【００５８】また、外部電極４のメッシュ構造は、線径
０．１ｍｍのステンレス鋼線（＃３０４）で編組したメ
リヤス編組構造によって構成されている。メッシュ間隔
は、縦２．８ｍｍ、横３ｍｍである。

【００５９】さらに、外部電極４を気密容器１に装着す
るには、メリヤス編組構造体を直径２０ｍｍの筒体に形
成し、気密容器１を筒体の内部に挿入してから、筒体の
両端を掴んで両端方向に引っ張る。すると、筒体は、引
き延ばされてメッシュが変形しながら縮径する。排気チ
ップ１ｃは、筒体を引っ張る過程でメッシュ部分を押し
拡げて食い込み、外部電極４を貫通して外部に突出す
る。筒体は、排気チップ１ｃが貫通した部分から変形し
て気密容器１に密着し、形状が安定した後に順次両端方
向に伸びていくため、メッシュは菱形に変形するもの
の、形状が安定して気密容器１に密着した状態を維持す
る。外部電極４は、排気チップ１ｃが貫通しているた
め、気密容器に１に固定され、不用意に脱落するような
ことはなくなる。

【００６０】図６は、本発明の紫外線照射装置の一実施
形態を示す断面図である。

【００６１】図において、１１は誘電体バリヤ放電ラン
プ、１２は冷却ブロック、１３は側板、１４は石英ガラ
ス板、１５は高周波発生手段である。

【００６２】誘電体バリヤ放電ランプ１１は、図１ない
し図５に示す構造であり、その４本を併置して所要量の
紫外線を得る。

【００６３】冷却ブロック１２は、下面にランプ収容凹
部１２ａ、内部に冷却水流通路２ｂを備えている。

【００６４】側板１３は、冷却ブロック１２を周囲から
支持し、その対向する一対には流入孔１３ａおよび流出
孔１３ｂを形成している。

【００６５】石英ガラス板１４は、冷却ブロック１２の
周囲の側板１３の下面に改正される開口を気密に覆合し
ていて、かつ誘電体バリヤ放電ランプ１１に対向してい
る。

【００６６】高周波発生手段１５は、直流電源を入力電
源とする高周波インバータを主体として構成され、その
高周波出力は各誘電体バリヤ放電ランプ１１の内部電極
２および外部電極４の間に印加される。

【００６７】そのため、高周波発生手段１５の高周波出
力端の一極は、誘電体バリヤ放電ランプ１１の内部電極
２に接続される。また、他極は、接地される。

【００６８】一方、誘電体バリヤ放電ランプ１１の外部
電極４は、図においては構造を理解しやすくするため
に、冷却ブロック１２のランプ収納凹部１２ａ内に離間
して収容されているが、実際には外部電極４を冷却ブロ
ック１２のランプ収容凹部１２ａの内壁面に密着させて
固定されるので、外部電極４は冷却ブロック１２に接続
される。そして、冷却ブロック１２は接地される。

【００６９】そうして、側板１３の流入孔１３ａから窒
素ガスを流入させて、内部の空気を流出孔１３ｂから空
気を流出させ、冷却ブロック１２、側板１３および石英
ガラス板１４によって形成された空間内に窒素ガスを充
満させた状態で誘電体バリヤ放電ランプ１１を点灯させ
ると、発生した２００ｎｍ以下の短波長紫外線は減衰し
ないで石英ガラス板１４の外部に取り出すことができ
る。

【００７０】石英ガラス板１４から外部に導出された短
波長紫外線は、これをワークに照射して所望の処理を行
うことができる。

【００７１】

【発明の効果】請求項１または２の発明によれば、管状
の気密容器の側面に排気チップを配設するとともに、内
部に内部電極を封装しエキシマ生成ガスを封入してな
り、外部電極をメッシュ構造にして気密容器に当接して
装着するとともに、排気チップにメッシュ部を係止した
ことにより、外部電極の装着が簡単な構造でありながら
不所望に脱落しない誘電体バリヤ放電ランプを提供する
ことができる。

【００７２】請求項２の発明によれば、加えて外部電極
のメッシュ構造をメリヤス編組構造によって構成したこ
とにより、両端方向に引っ張って容易に引き伸ばして変
形できるので、気密容器の外面に密着させやすい誘電体
バリヤ放電ランプを供給することができる。

【００７３】請求項３の発明によれば、請求項１および
２の効果を有する誘電体バリヤ放電ランプ装置を提供す
ることができる。

【００７４】請求項４の発明によれば、請求項１および
２の効果を有する紫外線照射装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の誘電体バリヤ放電ランプの一実施形態
における外部電極を除去した状態を示す正面図

【図２】同じく側面図

【図３】本発明の誘電体バリヤ放電ランプの一実施形態
を示す正面図

【図４】同じく側面図

【図５】同じく外部電極を示す要部拡大正面図

【図６】本発明の紫外線照射装置の一実施形態を示す断
面図

【図７】従来技術（３）を示す誘電体バリヤ放電ランプ
の断面図

【符号の説明】

１…気密容器 １ａ…中空部 １ｂ…封止部 １ｂ１…モリブデン箔 １ｃ…排気チップ ２…内部電極 ３…外部リード線 ４…外部電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】紫外線透過性の材料からなり側面に排気チ
   ップを備えた管状の気密容器と；気密容器の内部に封装
   した内部電極と；気密容器内に封入したエキシマ生成ガ
   スと；気密容器の外周に当接して装着され排気チップに
   係止されたメッシュ構造の外部電極と；を具備している
   ことを特徴とする誘電体バリヤ放電ランプ。
2. 【請求項２】外部電極は、メリヤス編組構造を備えてい
   ることを特徴とする請求項１記載の誘電体バリヤ放電ラ
   ンプ。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の誘電体バリヤ放電
   ランプと；誘電体バリヤ放電ランプの内部電極および外
   部電極の間に高周波電圧を印加する高周波発生手段と；
   を具備していることを特徴とする誘電体バリヤ放電ラン
   プ装置。
4. 【請求項４】紫外線照射装置本体と；紫外線照射装置本
   体に支持された請求項３記載の誘電体バリヤ放電ランプ
   装置と；を具備していることを特徴とする紫外線照射装
   置。