KR20230163552A - 자외선 발생 장치 - Google Patents

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KR20230163552A
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아키히로 구노
히데아키 야규
시게키 후지사와
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우시오덴키 가부시키가이샤
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Abstract

엑시머 램프를 자외선 광원으로 하는 자외선 발생 장치에 있어서, 시동성을 향상시킨다. 자외선 발생 장치는, 방전용 가스가 봉입된 방전 용기를 갖는 엑시머 램프와, 방전용 가스에 노출되지 않도록 배치된 제1 전극체 및 제2 전극체와, 제1 전극체 및 제2 전극체 중 어느 한쪽의 전극체에 전기적으로 접속된 제1 도체를 구비하고, 제1 도체는, 다른 쪽의 전극체 또는 다른 쪽의 전극체에 전기적으로 접속된 제2 도체와 유전체 부재를 개재하여 대향 배치되고, 제1 도체는, 제1 도체의 주위에서 대기 방전을 발생시킨다.

Description

자외선 발생 장치
본 발명은, 자외선 발생 장치에 관하며, 특히, 엑시머 램프를 자외선 광원으로 하는 자외선 발생 장치에 관한 것이다.
종래, 방전 용기의 외표면에 한 쌍의 외부 전극을 대향하여 배치한 엑시머 램프가 알려져 있으며, 시동성을 개선하기 위해, 방전 용기의 내면에 도전성 물질로 이루어지는 제1 도체를 설치하는 것이 알려져 있다(예를 들면 하기 특허 문헌 1).
특허 문헌 1에 있어서, 외부 전극에는, 그 관축 방향의 단부로부터 방전 용기의 관축 방향을 따라 연장되는 근원부와, 당해 근원부의 선단으로부터 방전 용기의 폭방향으로 연장되는 가지부로 이루어지는 가지형상 전극이 설치되고, 제1 도체는, 외부 전극의 가지형상 전극의 가지부의 선단과 방전 용기를 개재하여 겹쳐지도록 배치되어 있다. 이 구성에 의해, 엑시머 램프의 시동 시에, 한쪽의 외부 전극에 인가된 고주파 전류는 1종의 콘덴서 결합을 한 상태가 되고 방전 용기를 구성하는 유전체의 벽을 통해 다른 쪽의 외부 전극에 고주파 전류가 흘러, 방전이 발생하기 쉬워져, 시동성이 향상한다.
일본국 특허공개 2012-190676호 공보
엑시머 램프는, 봉입되는 발광 가스종에 따라 상이한 발광 파장의 광을 방출할 수 있다. 그러나, 봉입되는 발광 가스종에 따라서는, 특허 문헌 1에 기재된 구성을 채용하는 것이 어려운 경우가 있다. 예를 들면, 방전 용기에 희가스와 할로겐 가스가 봉입되는 경우, 할로겐 가스는 반응성이 높아, 도전성 물질에 흡수되어 버리기 때문에, 방전 용기 내에 제1 도체를 형성하는 것이 어렵다. 그 때문에 특허 문헌 1에 기재된 기술은, 엑시머 램프의 시동성을 개선하는 수단으로서는 범용성이 높지 않다.
본 발명은, 상기의 과제를 감안하여, 엑시머 램프를 자외선 광원으로 하는 자외선 발생 장치에 있어서, 시동성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 자외선 발생 장치는, 방전용 가스가 봉입된 방전 용기를 갖는 엑시머 램프와,
상기 방전용 가스에 노출되지 않도록 배치된 제1 전극체 및 제2 전극체와,
상기 제1 전극체 및 상기 제2 전극체 중 어느 한쪽의 전극체에 전기적으로 접속된 제1 도체를 구비하고,
상기 제1 도체는, 다른 쪽의 전극체 또는 상기 다른 쪽의 전극체에 전기적으로 접속된 제2 도체와 유전체 부재를 개재하여 대향 배치되고,
상기 제1 도체는, 상기 제1 도체의 주위에서 대기 방전을 발생시킨다.
이 구성에 의하면, 제1 전극체와 제2 전극체로의 인가 전압을 이용하여, 제1 도체의 주위에서 대기 방전을 발생시킬 수 있다. 이 대기 방전에 의한 발광에 의해, 엑시머 램프의 방전 용기 내에서의 엑시머의 여기가 유도되기 때문에, 엑시머 램프의 시동성이 향상한다. 또한, 여기서의 대기 방전은 대기 중에서 발생하는 방전 현상을 가리키고, 구체적으로는 대기 중에서 발생하는 코로나 방전이나, 연면 방전 등을 나타낸다.
또, 제1 도체는, 다른 쪽의 전극체 또는 상기 다른 쪽의 전극체에 전기적으로 접속된 제2 도체와 유전체 부재를 개재하여 대향 배치되어 있으며, 대기 방전을 발생시킨다. 보다 상세하게 서술하면, 전해 집중이 일어나기 쉬운 제1 도체의 선단부나, 유전체 부재와 점접촉하는 부위를 기점으로 하여, 대기 방전이 발생한다. 이와 같이, 제1 도체는 전해 집중이 일어나기 쉬운 방전의 기점부를 갖고, 당해 기점부가, 다른 쪽의 전극체와 동전위(同電位)가 되는 전극체 자체나 당해 전극체에 전기적으로 접속된 제2 도체와 유전체 부재를 개재하여 대향 배치된 배치 관계에 있는 것이 바람직하다. 또, 제1 도체는, 이러한 방전의 기점부를 복수 갖는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 어느 하나의 기점부가 기능하기 어려운 상태(방전되기 어려운 상태)가 되었을 경우에도, 그 외의 기점부가 기능함으로써, 자외선 발생 장치의 시동성을 해치기 어려워진다.
본 발명에 따른 자외선 발생 장치에 있어서, 상기 유전체 부재는, 상기 방전 용기와는 별체로 구성되어 있다는 구성이어도 된다.
유전체 부재가 방전 용기와는 별체로 구성됨으로써, 유전체 부재의 두께를 임의로 조정할 수 있다. 유전체 부재의 두께를 적절히 조정함으로써, 엑시머 램프가 점등했을 때에, 대기 방전으로의 전기적 에너지의 소비를 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 자외선 발생 장치에 있어서, 상기 제1 도체와 상기 다른 쪽의 전극체 또는 상기 제2 도체 사이(최단 거리)에 개재하는 상기 유전체 부재의 두께는, 상기 제1 전극체와 상기 방전용 가스 사이에 개재하는 상기 방전 용기의 두께와 상기 제2 전극체와 상기 방전용 가스 사이에 개재하는 상기 방전 용기의 두께의 합계 두께보다 작다는 구성이어도 된다.
이 구성에 의하면, 제1 전극체와 제2 전극체로의 인가 전압에 의해, 방전 용기 내의 절연성이 파괴되기 전에, 제1 도체와 다른 쪽의 전극체 또는 제2 도체 사이에서의 절연 파괴가 발생하기 쉬워진다.
또, 상기 제1 도체와 상기 다른 쪽의 전극체 또는 상기 제2 도체 사이(최단 거리)에 개재하는 상기 유전체 부재의 두께는, 상기 제1 전극체와 상기 방전용 가스 사이에 개재하는 상기 방전 용기의 두께와 상기 제2 전극체와 상기 방전용 가스 사이에 개재하는 상기 방전 용기의 두께의 합계 두께에 대해, 30% 이상인 것이 바람직하고, 또한 50% 이상인 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 제1 전극체와 제2 전극체로의 인가 전압에 의해, 방전 용기 내의 절연성이 파괴된 후(방전 용기 내에서 방전이 개시된 후)에, 제1 도체와 다른 쪽의 전극체 또는 제2 도체 사이에서의 대기 방전을 보다 감약(減弱)시킬 수 있어, 엑시머 램프가 시동한 후에, 대기 방전에서 소비되는 전류량을 저감하는 것을 기대할 수 있다. 이것은, 엑시머 램프로의 전력 저하를 억제하여, 조도 저하를 억제하는 것을 기대할 수 있다. 방전이 개시된 후에 대기 방전이 감약됨으로써, 대기 방전을 발생시키는 제1 도체의 소모를 줄일 수도 있다.
본 발명에 따른 자외선 발생 장치에 있어서, 상기 제1 도체는, 금, 백금, 텅스텐, 티타늄, 알루미늄, 스테인리스 중 적어도 하나의 도체 재료, 또는 상기 도체 재료의 합금으로 구성되어 있다는 구성이어도 된다.
엑시머 램프의 시동 보조에 이용되는 제1 도체를 구성하는 재료는, 조해성을 나타내지 않는 재료가 적합하다. 제1 도체의 주위에서 방전함으로써 NOX 가스가 발생하는데, NOX 가스는 대기 중의 수분과 반응하여 HNO3(질산)이 된다. 제1 도체가 질산에 담그어지면, 제1 도체에 질산염이 형성되고, 질산염의 대부분은 대기 중의 수분을 흡수하고, 물에 용융하여 액체화되는 경우가 있다(이것을 조해성이라고 부른다). 조해성이 있는 물질이 형성됨으로써, 제1 도체의 주위는 액화물이 형성되고, 이것은 대기 방전을 발생하기 어렵게 해 버린다. 또한, 방전 램프는 관벽의 온도가 고온이 되는 것이 많아, 램프 주위의 온도가 높은 경우는 대기 중의 수분량이 적어짐으로써, 상기 문제는 발생하기 어렵다. 그러나, 본 발명에 따른 유전체 배리어 방전 램프는, 상대적으로 방전 용기의 온도가 높아지기 어려워, 조해성에 의한 시동성 악화의 문제가 표면화되기 쉽다. 그 때문에, 본 발명에 따른 자외선 발생 장치에 있어서는, 조해성이 있는 물질을 형성시키지 않도록, 질산 내성이 높은 상기 열거의 재료에 의해 제1 도체를 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 자외선 발생 장치에 있어서, 상기 제1 도체는, 금, 백금, 텅스텐 중 적어도 하나의 도체 재료, 또는 상기 도체 재료의 합금으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기의 티타늄, 알루미늄, 스테인리스는, 금속 표면에 산화 피복을 형성시킴으로써, 질산 내성을 갖지만, 대기 방전에 의해, 방전부에서의 스퍼터 등에 의해 산화 피복이 없는 원자가, 질산과 반응하는 경우가 상정된다. 그 때문에, 질산 피막이 없는 원자가 질산과 반응하지 않는 재료(금, 백금, 텅스텐)에 의해 제1 도체를 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 자외선 발생 장치에 있어서, 상기 제1 도체는, 상기 다른 쪽의 전극체 또는 상기 제2 도체를 향하여 봉형상으로 연장되어 있으며,
상기 제1 도체는, 상기 제1 도체의 선단을 기점으로 하여 대기 방전(여기에서는 코로나 방전)을 발생시킨다는 구성이어도 된다.
또, 본 발명에 따른 자외선 발생 장치에 있어서, 상기 제2 도체는, 상기 제1 도체의 선단에 대향하는 평면부를 갖는다는 구성이어도 된다.
이러한 구성에 의하면, 제1 도체의 선단을 기점으로 하여 코로나 방전을 발생시키고, 이 코로나 방전에 의한 발광에 의해 엑시머 램프의 시동성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 자외선 발생 장치에 있어서, 상기 제1 도체는, 상기 다른 쪽의 전극체 또는 상기 제2 도체에 대향하여 면형상으로 연장되어 있으며,
상기 제1 도체는, 상기 제1 도체를 기점으로 하여 상기 유전체 부재의 표면을 따라 연면 방전을 발생시킨다는 구성이어도 된다.
이 구성에 의하면, 제1 도체의 선단을 기점으로 하여 연면 방전을 발생시키고, 이 연면 방전에 의한 발광에 의해 엑시머 램프의 시동성을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 자외선 발생 장치의 한 이용 양태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 자외선 발생 장치의 외관의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은, 도 2로부터, 케이싱의 본체부와 덮개부를 분해하여 표시한 사시도이다.
도 4는, 도 3으로부터 복수의 엑시머 램프 및 전극체를 추출하여 도시한 모식적인 사시도이다.
도 5는, 엑시머 램프와 전극체의 위치 관계를 설명하기 위한 모식적인 도면이며, 엑시머 램프를 ＋Z방향으로 보았을 때의 모식적인 평면도이다.
도 6은, 전극체를 광취출면과는 반대 측으로부터 보았을 때의 사시도이다.
도 7은, 전극체를 광취출면과는 반대 측으로부터 보았을 때의 평면도이다.
도 8a는, 다른 실시 형태에 따른 전극체를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 8b는, 다른 실시 형태에 따른 전극체를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 9는, 다른 실시 형태에 따른 전극체를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 10은, 제2 실시 형태에 따른 자외선 발생 장치를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 11은, 도 10의 XI 영역 확대도이다.
도 12는, 다른 실시 형태에 따른 자외선 발생 장치를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 13은, 제3 실시 형태에 따른 자외선 발생 장치를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 14는, 제4 실시 형태에 따른 자외선 발생 장치를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 15는, 종래 기술에 따른 전극체를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 16은, 제5 실시 형태에 따른 전극체를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 17은, 제6 실시 형태에 따른 전극체를 모식적으로 나타내는 평면도 및 측면도이다.
도 18은, 제7 실시 형태에 따른 전극체를 모식적으로 나타내는 평면도 및 측면도이다.
도 19는, 제8 실시 형태에 따른 전극체를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 20은, 제6 실시 형태에 따른 전극체를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 21은, 다른 실시 형태에 따른 제1 도체와 유전체 부재를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 22는, 다른 실시 형태에 따른 제1 도체와 유전체 부재를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 23은, 다른 실시 형태에 따른 제1 도체와 유전체 부재를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 24는, 비교예 2에 따른 전극체를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
본 발명에 따른 자외선 발생 장치의 각 실시 형태에 대해, 적절히 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 각 도면은, 모식적으로 도시된 것이며, 도면 상의 치수비와 실제의 치수비는 반드시 일치하지 않는다. 또, 각 도면 간에 있어서도, 치수비는 반드시 일치하지 않는다.
＜제1 실시 형태＞
도 1은, 본 발명에 따른 자외선 발생 장치의 한 이용 양태를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 1에서는, 자외선 발생 장치(1)가 하우징(100)에 탑재되어 있으며, 자외선 발생 장치(1)의 광취출면(30)으로부터, 조사 대상 영역(40)에 대해 자외선(L1)이 조사되는 모습이 모식적으로 도시되어 있다.
도 2는, 자외선 발생 장치(1)의 외관의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 3은, 도 2로부터, 자외선 발생 장치(1)의 케이싱(2)의 본체부(2a)와 덮개부(2b)를 분해한 사시도이다.
이하의 각 도면에서는, 자외선(L1)의 취출 방향을 X방향으로 하고, X방향에 직교하는 평면을 YZ평면으로 한, X-Y-Z 좌표계를 참조하여 설명된다. 보다 상세하게는, 도 2 이하의 도면을 참조하여 후술되는 바와 같이, 엑시머 램프(10)의 관축 방향을 Y방향으로 하고, X방향 및 Y방향에 직교하는 방향을 Z방향으로 한다.
이하의 설명에서는, 방향을 표현할 때에 양음의 방향을 구별하는 경우에는, 「＋X방향」, 「-X방향」과 같이, 양음의 부호를 붙여 기재된다. 또, 양음의 방향을 구별하지 않고 방향을 표현하는 경우에는, 간단히 「X방향」으로 기재된다. 즉, 본 명세서에 있어서, 간단히 「X방향」으로 기재되어 있는 경우에는, 「＋X방향」과 「-X방향」의 쌍방이 포함된다. Y방향 및 Z방향에 대해서도 동일하다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 자외선 발생 장치(1)는, 한쪽의 면에 광취출면(30)이 형성된 케이싱(2)을 구비한다. 케이싱(2)은, 본체부(2a)와 덮개부(2b)를 구비하고, 본체부(2a) 내에는, 복수의 엑시머 램프(10)와 전극체(21, 22)가 수용되어 있다. 본 실시 형태의 예에서는, 케이싱(2) 내에 4개의 엑시머 램프(10)가 수용되어 있다. 또한, 전극체(21, 22)는, 엑시머 램프(10)로의 통전이 가능한 형태를 채용할 수 있으며, 예를 들면, 엑시머 램프(10)의 방전 용기(11)에 접촉하도록 블록체, 판상체, 망상체 등의 형태를 이용할 수 있다.
도 4는, 도 3으로부터 복수의 엑시머 램프(10) 및 전극체(21, 22)를 추출하여 도시한 사시도이다. 또, 도 5는, 엑시머 램프(10)와 전극체(21, 22)의 위치 관계를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 자외선 발생 장치(1)는, Z방향으로 이격하여 배치된 4개의 엑시머 램프(10)를 구비한다. 또, 각각의 엑시머 램프(10)의 외표면의 일부 개소에 접촉하도록, 2개의 전극체(21, 22)가 배치되어 있다. 이하, 전극체(21)를 제1 전극체(21), 전극체(22)를 제2 전극체(22)로 칭하기도 한다.
각 엑시머 램프(10)는, Y방향을 관축 방향으로 한 방전 용기(11)를 갖고, Y방향으로 이격한 위치에 있어서, 엑시머 램프(10)의 방전 용기(11)의 외표면의 일부가 각 전극체(21, 22)에 대해 접촉하고 있다. 즉, 각 전극체(21, 22)는, 모두 각 엑시머 램프(10)의 방전 용기(11)의 외표면에 접촉하면서, Z방향에 관하여 각 엑시머 램프(10)에 걸치도록 배치되어 있다.
본 실시 형태에 있어서의 자외선 발생 장치(1)는, 상술한 바와 같이, 한 쌍의 전극체(21, 22)를 구비하고 있으며, 이들은 서로 Y방향으로 이격한 위치에 배치되어 있다. 전극체(21, 22)는 도전성의 재료로 이루어지고, 바람직하게는 엑시머 램프(10)로부터 출사되는 자외선에 대한 반사성을 나타내는 재료로 이루어진다. 일례로서, 전극체(21, 22)는, 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인리스 등으로 구성된다.
각 전극체(21, 22) 사이에, 예를 들면 1kHz~5MHz 정도의 고주파의 교류 전압이 인가되면, 각 엑시머 램프(10)의 방전 용기(11)를 개재하여, 내부에 봉입된 방전용 가스(10G)에 대해 상기 전압이 인가된다. 방전용 가스(10G)의 가스종으로서는, 이러한 전압이 인가되면, 가스종을 구성하는 원자가 여기 또는 이온화됨으로써 엑시머 상태가 된 후, 기저 상태로 이행할 때에 엑시머 발광을 발생시키는 재료이면 된다. 보다 구체적으로는, 방전용 가스(10G)로서는, 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 등의 1종 또는 복수 종의 희가스여도 상관없고, 불소(F), 염소(Cl), 요오드(I), 브롬(Br) 등의 할로겐 가스와 상기 희가스의 혼합 가스여도 상관없다.
일례로서, 방전용 가스(10G)로서는, 크립톤(Kr), 염소(Cl) 및 아르곤(Ar)의 혼합 가스로 할 수 있다. 또한, 이 경우, 크립톤과 염소는 발광 가스로서 기능하고, 아르곤은 완충 가스로서 기능한다. 또, 완충 가스로서는, 아르곤(Ar), 네온(Ne), 헬륨(He)으로부터 선택되는 1 이상의 희가스를 이용할 수 있다.
Kr 및 Cl2의 혼합 가스를 방전용 가스(10G)로 하는 엑시머 램프(10)는, 피크 파장이 222nm 근방의 자외선을 출사한다. 222nm를 포함하는, 190nm 이상, 235nm 이하의 파장대의 자외선은, 만일 인체의 피부에 대해 조사되어도, 피부의 각질층에서 흡수되어, 그것보다 내측(기저층 측)으로는 진행되지 않는다. 각질층에 포함되는 각질 세포는 세포로서는 죽은 상태이기 때문에, 예를 들면, 파장 254nm의 자외선이 조사되는 경우와 같이, 유극층, 과립층, 진피 등, 살아있는 세포에 흡수되어 DNA가 파괴된다는 리스크가 거의 존재하지 않는다.
그리고, 상기 파장대의 자외선은, 조사 대상물에 대한 살균 효과가 존재하는 것을 알고 있다. 따라서, 상기와 같은 방전용 가스가 봉입된 엑시머 램프를 탑재한 자외선 발생 장치는, 광살균 작용을 비롯한 여러 가지의 용도로의 적용이 상정되어, 폭넓은 이용 장면을 생각할 수 있다.
도 6은, 블록형상의 전극체(21, 22)를 광취출면(30)과는 반대 측으로부터 보았을 때의 사시도이다. 또, 도 7은, 전극체(21, 22)를 광취출면(30)과는 반대 측으로부터 보았을 때의 평면도이다. 또한, 도 7에 있어서, 후술하는 유전체 부재(6)는 단면도로 나타내어져 있다.
전극체(21, 22)는 같은 형상을 하고 있다. 전극체(21, 22)의 -X측의 면에는, 제1 오목부(23) 및 제2 오목부(24)가 형성되어 있다. 제1 오목부(23)는, 전극체(21, 22)의 ＋Y측의 면으로부터 -Y방향을 향하여 연장되어 있다. 또, 제2 오목부(24)는, 전극체(21, 22)의 -Y측의 면으로부터 ＋Y방향을 향하여 연장되어 있다. 제1 오목부(23)와 제2 오목부(24)는, Y방향에 대향하도록 배치된다. 제1 오목부(23) 및 제2 오목부(24)는, 전극체(21, 22)의 Z방향 중앙부에 형성되어 있다.
또, 전극체(21, 22)의 -X측의 면에는, 전원선(7)(도 2 참조)을 접속하기 위한 나사 구멍(25)이 형성되어 있다. 제1 전극체(21)의 나사 구멍(25)에는 고전압 측의 전원선(7)이 접속되고, 제2 전극체(22)의 나사 구멍(25)에는 저전압 측의 전원선(7)이 접속된다. 단, 제1 전극체(21)의 나사 구멍(25)에 저전압 측의 전원선(7)이 접속되고, 제2 전극체(22)의 나사 구멍(25)에 고전압 측의 전원선(7)이 접속되어도 상관없다.
또, 전극체(21, 22)의 ＋X측의 면에는, 엑시머 램프(10)의 방전 용기(11)의 외표면에 접촉하는 제3 오목부(26)가 형성되어 있다. 제3 오목부(26)는, Z방향으로 등간격으로 4개 형성된다. 중앙의 2개의 제3 오목부(26) 사이에 제1 오목부(23) 및 제2 오목부(24)가 배치된다.
본 실시 형태의 자외선 발생 장치(1)는, 제1 도체(5)를 구비하고 있다. 제1 도체(5)는, 엑시머 램프(10)의 시동을 보조하기 위해 설치되어 있다. 제1 도체(5)는, 제1 전극체(21)에 전기적으로 접속되어 있다.
본 실시 형태의 제1 도체(5)는, 스프링형상의 근위(近位) 부분(5a)과 봉형상의 원위(遠位) 부분(5b)으로 구성되고, 전체적으로 탄성을 갖고 있다. 근위 부분(5a)은, 제1 전극체(21)와 전기적으로 접속된다. 근위 부분(5a)은, 제1 전극체(21)의 제1 오목부(23) 내에 배치되고, 제1 오목부(23)의 -Y측의 내벽(23a)에 접촉하고 있다. 근위 부분(5a)은, 자신의 탄성력에 의해 제1 오목부(23)의 내벽(23a)에 대고 눌러져 있다.
또한, 본 실시 형태의 제1 도체(5)는, 스프링형상의 근위 부분(5a)과 봉형상의 원위 부분(5b)으로 구성되어 있는데, 제1 도체(5)의 형상으로서는, 이것에 한정되지 않는다. 제1 도체(5)의 형상은, 전체적으로 기둥형상, 봉형상, 박판형상 등이어도 된다. 또, 제1 도체(5)의 원위 부분(5b)의 형상도, 봉형상에 한정되지 않으며, 박판형상 등이어도 되는데, 원위 부분(5b)의 선단(5c)은 뾰족한 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 도체(5)의 선단(5c)에 전계가 집중되기 때문에, 제1 도체(5)의 선단(5c)에 있어서 방전이 되기 쉬워진다.
제1 도체(5)는, 도전성을 갖는 재료로 이루어진다. 바람직하게는, 제1 도체(5)는, 금, 백금, 텅스텐, 티타늄, 알루미늄, 스테인리스 중 적어도 하나의 도체 재료, 또는 이러한 도체 재료의 합금으로 구성된다. 보다 바람직하게는, 제1 도체(5)는, 금, 백금, 텅스텐 중 적어도 하나의 도체 재료, 또는 이러한 도체 재료의 합금으로 구성된다.
제1 도체(5)와 제2 전극체(22) 사이에는 유전체 부재(6)가 개재되어 있다. 구체적으로는, Y방향으로 제2 전극체(22)를 향하여 연장되는 원위 부분(5b)과 제2 전극체(22) 사이에 유전체 부재(6)가 개재되어 있다.
또한, 본 명세서에 있어서 「유전체 부재가, 제1 도체와 제2 전극체 또는 제2 도체 사이에 개재된다」란, 간단히 유전체 부재가 제1 도체와 제2 전극체 또는 제2 도체 사이에 존재하는 것을 의미하고, 유전체 부재는, 양자에 접촉하고 있어도, 접촉하지 않아도 된다. 구체적으로는, 본 실시 형태에 있어서, 유전체 부재(6)는, 제1 도체(5)와 제2 전극체(22) 사이에 존재하고, 제1 도체(5)와 제2 전극체(22)에 접촉하고 있어도, 접촉하지 않아도 된다. 또, 유전체 부재(6)와, 제1 도체(5) 또는 제2 전극체(22) 사이에 다른 부재가 존재해도 상관없다. 이하, 마찬가지로 「A가 B와 C 사이에 개재된다」란, 간단히 A가 B와 C 사이에 존재하는 것을 의미한다.
본 실시 형태의 유전체 부재(6)는, 일단이 폐색된 통형상을 하고 있다. 보다 구체적으로는, 유전체 부재(6)는, 통부(6a)와 통부(6a)의 일단을 폐색하는 바닥부(6b)를 갖는 바닥이 있는 통형상을 하고 있다. 또한, 통부(6a)는 원통형상에 한정되지 않으며, 각통형상 등이어도 된다. 또, 바닥부(6b)는 평면형상에 한정되지 않으며, 반구면형상 등이어도 된다.
유전체 부재(6)는, 제1 전극체(21)의 제1 오목부(23)와 제2 전극체(22)의 제2 오목부(24)에 의해 유지된다. 유전체 부재(6)의 통부(6a)는, 제1 오목부(23)보다 약간 작고, 바닥부(6b)는, 제2 오목부(24)보다 약간 작다.
유전체 부재(6)는, 제1 도체(5)의 선단(5c)을 덮도록 배치된다. 제1 도체(5)의 선단(5c)은, 근위 부분(5a)의 탄성력에 의해 유전체 부재(6)의 바닥부(6b)에 대고 눌러져 있다.
유전체 부재(6)는, 절연성이 높고, 기계적 강도가 높은 재료, 또한 자외선의 투과율이 높은 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 일례로서, 유전체 부재(6)는, 석영 유리, 알루미나 등의 세라믹스, PTFE 등의 수지로 구성된다.
자외선 발생 장치(1)를 가동시키면, 도시하지 않는 전원으로부터 전원선(7)(도 2 참조)을 개재하여, 상술한 바와 같이 각 전극체(21, 22) 사이에 고주파 전압이 인가된다. 이에 의해, 각 엑시머 램프(10)에 봉입된 방전용 가스(10G)에는, 방전 용기(11)를 개재하여 상기 고주파 전압이 인가된다.
엑시머 램프(10)에서는, 전극체(21, 22) 사이에 고주파 전압을 인가하고, 방전 공간(방전 용기(11) 내)의 절연성이 파괴됨으로써, 엑시머의 발광이 발생한다. 절연이 파괴되면, ns 오더에서의 방전, 종료를 반복하여 행하고, 이것을 고주파로 행함으로써, 실질적으로 연속하여 점등하고 있는 것처럼 보인다.
그런데, 엑시머 램프(10)는, 할로겐 가스가 봉입되어 있는 경우, 할로겐 가스의 전자 친화력이 높기 때문에, 전자를 흡착해 버려, 연속 점등이 아니면 전류가 흐르기 어려운(전자가 움직이기 어려운) 상태가 되어 버린다. 그 때문에, 엑시머 램프(10)의 시동성을 향상시키기 위해서는, 엑시머 발광의 여기 에너지에 가까운 에너지를 가진 파장을 방전 공간에 조사하는 것이 필요하고, 이에 의해, 방전 공간에서의 엑시머의 여기가 유도된다(방전되기 쉬워진다).
본 실시 형태의 자외선 발생 장치(1)에서는, 전극체(21, 22) 사이에 전압이 인가됨과 더불어, 제1 전극체(21)에 접속된 제1 도체(5)와 제2 전극체(22) 사이에도 전압이 인가된다. 이 때, 제1 도체(5)와 제2 전극체(22)의 거리가, 제1 전극체(21)와 제2 전극체(22)의 거리에 비해 짧기 때문에, 제1 도체(5)와 제2 전극체(22) 사이의 공간에서 낮은 전압으로 먼저 절연 파괴하고, 제1 도체(5)는, 선단(5c)을 기점으로 하여 코로나 방전을 발생시킨다. 이에 의해, 제1 도체(5)의 선단(5c)에서 자외선을 발한다. 이 때의 자외선의 파장대는 226~227nm를 포함한다. 이것은, 대기의 주성분인 질소의 방전에 의한 것으로 추찰된다.
제1 도체(5)에 의한 대기 방전의 발광에 의해, 엑시머 램프(10)의 방전 공간에서의 엑시머의 여기가 유도된다(방전이 발생한다). 따라서, 엑시머 램프(10)는, 전극체(21, 22)를 통해 방전용 가스(10G)에 전압이 인가된 상태에 있어서, 제1 도체(5)에 의한 자외선이 입사되면, 이 광 에너지를 트리거로 하여 단시간(예를 들면 0초~2초 이내)에 점등한다. 방전용 가스(10G)로서, 크립톤(Kr)과 염소(Cl)를 포함하는 경우에는, 엑시머 램프(10)로부터 출사되는 광은, 피크 파장이 222nm인 자외선이다.
또한, 엑시머 램프(10)의 점등 후에는, 제1 도체(5)도 그대로 점등을 계속하는데, 그 쪽에서 사용되는 전력은 매우 근소하기 때문에, 엑시머 램프(10)의 조도에는 영향을 주지 않는다. 또한, 엑시머 램프(10)의 점등 후에는, 램프 내부의 방전이 주체적으로 되어, 제1 도체(5)에서의 대기 방전이 억제되는 방향으로 작용하기 때문에, 보다 영향은 작은 것이 된다.
또, 제1 도체(5)의 특징으로서, 엑시머 램프(10)의 점등 후에는, 전압이 엑시머 램프(10)에도 분산되기 때문에, 제1 도체(5)에 걸리는 전압은, 시동 시보다 낮아져, 연속 점등 중에는 제1 도체(5)의 부하가 작아지기 때문에 트리거로서 장수명이 된다.
이상과 같이, 제1 실시 형태에 따른 자외선 발생 장치(1)는, 방전용 가스(10G)가 봉입된 방전 용기(11)를 갖는 엑시머 램프(10)와, 방전용 가스(10G)에 노출되지 않도록 배치된 제1 전극체(21) 및 제2 전극체(22)와, 제1 전극체(21)에 전기적으로 접속된 제1 도체(5)를 구비하고, 제1 도체(5)는, 제2 전극체(22)와 유전체 부재(6)를 개재하여 대향 배치되고, 제1 도체(5)는, 방전의 기점부인 제1 도체(5)의 선단(5c)의 주위에서 대기 방전(코로나 방전)을 발생시키는 것이다.
또한, 본 명세서에 있어서, 제1 전극체(21) 및 제2 전극체(22)를 「방전용 가스에 노출되지 않도록 배치한다」란, 제1 전극체(21) 및 제2 전극체(22)를 방전용 가스(10G)가 봉입된 방전 용기(11)의 외표면에 접하도록 배치하는 형태뿐만 아니라, 제1 전극체(21) 및 제2 전극체(22)의 일부를 방전 용기(11)의 외표면에 매설하는 형태, 제1 전극체(21) 및 제2 전극체(22)의 전체를 방전 용기(11)에 매설하는 형태 등을 포함한다.
또, 제1 도체(5)는, 방전 용기(11)의 외부에 배치되어 있다. 예를 들면, 도 15에 나타내는 엑시머 램프(90)의 길이 방향으로 전극 블록(91, 92)을 배치하고, 방전 용기의 외표면을 전극 블록(91, 92)에 접촉시켜, 전극 블록(91, 92) 간에 고전압을 인가하여 방전시키는 엑시머 램프(90)에 있어서, 특허 문헌 1에 기재된 기술을 적용하여, 제1 도체(93)를 방전 용기의 내표면에 배치하면, 제1 도체(93) 부근에 방전이 집중되어 버려, 자외선을 방사하는 효율이 떨어진다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면에 의거하여 설명했는데, 구체적인 구성은, 이러한 실시 형태에 한정되는 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태의 설명뿐만 아니라 청구의 범위에 의해 나타내어지고, 또한 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
상기의 각 실시 형태에서 채용하고 있는 구조를 다른 임의의 실시 형태에 채용하는 것은 가능하다. 각 부의 구체적인 구성은, 상기한 실시 형태에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다.
＜다른 실시 형태＞
제1 도체(5)와 유전체 부재(6)의 조합으로서는, 상기의 구성에 한정되지 않는다. 도 8a는, 다른 실시 형태에 따른 자외선 발생 장치(1)를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 이 예에서는, 제1 도체(5)는, 선단이 뾰족한 봉형상이다. 또, 유전체 부재(6)는, XZ평면에 평행한 평판형상이다. 또한, 제1 도체(5)와 유전체 부재(6)는 반드시 접촉하고 있을 필요는 없으며, 방전 가능한 정도의 간격을 두고 배치되어도 된다. 또한, 제1 도체(5)는, 선단이 뾰족한 봉형상일 필요는 없다. 예를 들면, 제1 도체(5)를 직사각형 판형상으로 함으로써, 방전의 기점부가 될 수 있는 모서리가 2개 존재하게 된다.
도 8b는, 또 다른 실시 형태에 따른 자외선 발생 장치(1)를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 이 예에서는, 제1 도체(5)는, 코일형상부를 갖는다. 또, 유전체 부재(6)는, XZ평면에 평행한 평판형상이다. 또한, 제1 도체(5)와 유전체 부재(6)는 반드시 접촉하고 있을 필요는 없으며, 방전 가능한 정도의 간격을 두고 배치되어도 된다. 대기 방전은, 제1 도체(5)의 코일형상부가 유전체 부재(6)와 점접촉하는 부위(또는 근접하는 부위)를 기점으로 하여 발생한다. 제1 도체(5)가 코일형상부를 가짐으로써, 유전체 부재(6)와 점접촉이 되는 부위(기점부)가 복수 존재하게 된다.
도 9는, 또 다른 실시 형태에 따른 자외선 발생 장치(1)를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 이 예에서는, 제2 전극체(22)에 제2 도체(8)가 전기적으로 접속되어 있다. 제2 전극체(22)는, 제2 도체(8)와 동전위이다. 즉, 제1 전극체(21)에 접속됨과 더불어 제2 전극체(22)를 향하여 연장되는 제1 도체(5)와, 제2 전극체(22)에 접속됨과 더불어 제1 전극체(21)를 향하여 연장되는 제2 도체(8)가 설치되어 있다. 유전체 부재(6)는, 제1 도체(5)와 제2 도체(8) 사이에 개재되어 있다. 이와 같이, 제1 도체(5)는, 제2 전극체(22)와 동전위의 부위(여기에서는 제2 도체(8))에 대해, 유전체 부재(6)를 개재하여 대향 배치되어도 된다.
＜제2 실시 형태＞
제2 실시 형태는, 이하에 설명하는 구성 외에는, 제1 실시 형태와 동일한 구성이므로, 공통점을 생략하고 주로 차이점에 대해 설명한다. 또한, 제2 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에서 설명한 부분과 대략 동일한 구성 또는 대략 동일한 기능(작용)을 갖는 요소를 나타내고, 그 설명은, 반복하지 않는다.
도 10은, 제2 실시 형태에 따른 자외선 발생 장치(1)를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 11은, 도 10의 XI 영역 확대도이다.
자외선 발생 장치(1)는, 방전용 가스(10G)가 봉입된 방전 용기(11)를 갖는 엑시머 램프(10)와, 방전용 가스(10G)에 노출되지 않도록 배치된 제1 전극체(21) 및 제2 전극체(22)를 구비하고 있다. 제1 전극체(21)와 제2 전극체(22)는, 방전 용기(11)의 외표면에 이격하여 배치되어 있다.
또, 자외선 발생 장치(1)는, 제1 전극체(21)에 전기적으로 접속된 제1 도체(5)와, 제2 전극체(22)에 전기적으로 접속된 제2 도체(8)를 구비하고 있다. 제1 도체(5)는, 제1 전극체(21)와 동전위이며, 제2 도체(8)는, 제2 전극체(22)와 동전위이다.
제1 도체(5)는, 제1 전극체(21)에 접속되는 제1 접속부(51)와, 제1 접속부(51)로부터 제2 전극체(22)에 가까워지는 방향으로 연장되는 제1 도체층(52)을 구비하고 있으며, 대략 L자형상 단면을 갖고 있다. 제1 접속부(51)는, 제1 전극체(21)로부터 -X방향으로 연장되어 있다. 제1 도체층(52)은, 제1 접속부(51)의 -X방향 단부로부터 ＋Y방향으로 연장되어 있다. 제1 도체층(52)은, 제1 전극체(21)의 ＋Y측의 단면(21a)보다 돌출되도록 연장되어 있다.
제2 도체(8)는, 제2 전극체(22)에 접속되는 제2 접속부(81)와, 제2 접속부(81)로부터 제1 전극체(21)에 가까워지는 방향으로 연장되는 제2 도체층(82)을 구비하고 있으며, 대략 L자형상 단면을 갖고 있다. 제2 접속부(81)는, 제2 전극체(22)로부터 -X방향으로 연장되어 있다. 제2 접속부(81)는, X방향의 길이가 제1 접속부(51)보다 길게 되어 있으며, 제2 도체층(82)은, 제1 도체층(52)에 대해 -X측으로 오프셋되어 있다. 제2 도체층(82)은, 제2 접속부(81)의 -X방향 단부로부터 -Y방향으로 연장되어 있다. 제2 도체층(82)은, 제2 전극체(22)의 -Y측의 단면(22a)보다 돌출되도록 연장되어 있다. 제2 도체층(82)이 단면(22a)으로부터 돌출되는 거리(82d)는, 제1 도체층(52)이 단면(21a)으로부터 돌출되는 거리(52d)보다 길다.
제1 도체층(52)과 제2 도체층(82)은, X방향으로 보았을 때, 서로 일부가 겹쳐져 있으며, 제1 도체층(52)이 X방향에 있어서 제2 도체층(82)과 대향하는 부위를 도체부(53)(또는 기점부)로 한다. 즉, 제1 도체(5)는, 제2 도체(8)와 대향 배치된 도체부(53)를 갖는다. 도체부(53)는, 제1 전극체(21)와 제2 전극체(22) 중 제1 전극체(21)에 가까워지도록 배치된다.
제1 도체(5) 및 제2 도체(8)는, 도전성을 갖는 재료로 이루어진다. 바람직하게는, 제1 도체(5) 및 제2 도체(8)는, 금, 백금, 텅스텐, 티타늄, 알루미늄, 스테인리스 중 적어도 하나의 도체 재료, 또는 이러한 도체 재료의 합금으로 구성된다. 보다 바람직하게는, 제1 도체(5) 및 제2 도체(8)는, 금, 백금, 텅스텐 중 적어도 하나의 도체 재료, 또는 이러한 도체 재료의 합금으로 구성된다.
도체부(53)와 제2 도체층(82) 사이에는, 유전체 부재(6)가 개재되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 도체(5)와 제2 도체(8)의 대략 전체가, 서로 이격한 상태로 유전체 부재(6) 중에 매설되어 있다. 여기서, 제1 도체(5)와 제2 도체(8)의 대략 전체가 유전체 부재(6) 중에 매설되어 있다는 것은, 제1 도체(5)의 도체부(53)의 적어도 일부가 대기에 노출되어 있는 것을 의미한다. 본 실시 형태에서는, 도체부(53)의 ＋X측의 표면의 일부(노출부(53a)라고 한다)가 대기에 노출되어 있다. 노출부(53a)는, 제1 전극체(21)와 제2 전극체(22) 사이에 배치되어 있다. 또, 바람직하게는, 노출부(53a)는 엑시머 램프(10)에 면하도록 배치된다. 또한, 노출부(53a)는, 대기에 완전하게 노출되어 있을 필요는 없으며, 부식을 막는 관점에서 예를 들면 10~20μm 정도의 얇은 코팅이 실시되도록 해도 된다.
도체부(53)와 제2 도체(8) 사이에 개재하는 유전체 부재(6)의 두께(6t)(도 11을 참조)는, 제1 전극체(21)와 방전용 가스(10G) 사이에 개재하는 방전 용기(11)의 두께(11t)(도 10을 참조)와 제2 전극체(22)와 방전용 가스(10G) 사이(최단 거리)에 개재하는 방전 용기(11)의 두께(11t)(도 10을 참조)의 합계 두께(두께(11t)의 2배 두께)보다 작다. 이에 의해 도체부(53)의 주위에서 대기 방전을 발생시키기 쉽게 할 수 있다.
유전체 부재(6)는, 절연성이 높고, 기계적 강도가 높은 재료, 또한 자외선의 투과율이 높은 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 일례로서, 유전체 부재(6)는, 석영 유리, 알루미나 등의 세라믹스, PTFE 등의 수지로 구성된다.
본 실시 형태의 자외선 발생 장치(1)에서는, 전극체(21, 22) 사이에 전압이 인가됨과 더불어, 제1 전극체(21)에 접속된 제1 도체(5)와 제2 전극체(22)에 접속된 제2 도체(8) 사이에도 전압이 인가된다. 이 때, 제1 도체(5)의 도체부(53)와 제2 도체(8)의 거리가, 제1 전극체(21)와 제2 전극체(22)의 거리에 비해 짧기 때문에, 도체부(53)와 제2 도체(8) 사이에서 낮은 전압으로 먼저 절연 파괴한다. 이에 의해, 도체부(53)의 노출부(53a)를 기점으로 하여 유전체 부재(6)의 표면을 따라 연면 방전(SD)이 발생하고, 이 연면 방전(SD)에 의해 자외선(L2)이 발해진다. 이 때의 자외선(L2)의 파장대는 226~227nm를 포함하고, 240nm보다 짧은 파장 대역의 발광 동작에 대해서도, 유효하게 시동 방전을 보조할 수 있다.
연면 방전(SD)에 의한 자외선(L2)에 의해, 엑시머 램프(10)의 방전 공간에서의 엑시머의 여기가 유도된다(방전이 발생한다). 따라서, 엑시머 램프(10)는, 전극체(21, 22)를 통해 방전용 가스(10G)에 전압이 인가된 상태에 있어서, 제1 도체(5)에 의한 자외선(L2)이 입사되면, 이 광 에너지를 트리거로 하여 단시간(예를 들면 0초~2초 이내)에 점등한다. 방전용 가스(10G)로서, 크립톤(Kr)과 염소(Cl)를 포함하는 경우에는, 엑시머 램프(10)로부터 출사되는 광은, 피크 파장이 222nm인 자외선이다.
이상과 같이, 제2 실시 형태에 따른 자외선 발생 장치(1)는, 방전용 가스(10G)가 봉입된 방전 용기(11)를 갖는 엑시머 램프(10)와, 방전용 가스(10G)에 노출되지 않도록 배치된 제1 전극체(21) 및 제2 전극체(22)와, 제1 전극체(21)에 전기적으로 접속된 제1 도체(5)를 구비하고, 제1 도체(5)는, 제2 도체(8)와 유전체 부재(6)를 개재하여 대향 배치되고, 제1 도체(5)는, 방전의 기점부인 제1 도체(5)의 선단(도체부(53))의 주위에서 대기 방전(연면 방전)을 발생시키는 것이다.
＜다른 실시 형태＞
도 12는, 다른 실시 형태에 따른 자외선 발생 장치(1)를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 이 예에서는, 제1 도체(5)는, 제2 전극체(22)와 유전체 부재(6)를 개재하여 대향 배치된 도체부(54)를 갖고 있다. 즉, 이 자외선 발생 장치(1)는, 제2 도체(8)를 구비하지 않는다.
도체부(54)는, 제1 도체층(52)의 ＋Y방향의 단부로부터 ＋X방향으로 연장되어 있다. 또, 도체부(54)는, 제2 전극체(22)의 -Y측의 단면(22a)에 대향하여 면형상으로 연장되어 있다. 도체부(54)는, -Y측의 표면에 일부(노출부(54a)라고 한다)가 대기에 노출되어 있다. 이에 의해, 상기의 제2 실시 형태와 동일하게, 도체부(54)의 노출부(54a)를 기점으로 하여 유전체 부재(6)의 표면을 따라 연면 방전(SD)이 발생하고, 이 연면 방전(SD)에 의해 자외선(L2)이 발해진다.
＜제3 실시 형태＞
제3 실시 형태는, 이하에 설명하는 구성 외에는, 제1 실시 형태와 동일한 구성이므로, 공통점을 생략하고 주로 차이점에 대해 설명한다. 또한, 제3 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에서 설명한 부분과 대략 동일한 구성 또는 대략 동일한 기능(작용)을 갖는 요소를 나타내고, 그 설명은, 반복하지 않는다.
도 13은, 제3 실시 형태에 따른 자외선 발생 장치(1)를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
자외선 발생 장치(1)는, 방전용 가스(10G)가 봉입된 방전 용기(11)를 갖는 엑시머 램프(10)와, 방전용 가스(10G)에 노출되지 않도록 배치된 제1 전극체(21) 및 제2 전극체(22)를 구비하고 있다.
방전 용기(11)는, 도 13의 지면(紙面)에 수직인 방향으로 장척의 형상이다. 방전 용기(11)는, 단면이 편평한 대략 사각형상이며, 한 쌍의 평탄벽(11a, 11b)을 갖는다.
방전 용기(11)에 있어서의 한 쌍의 평탄벽(11a, 11b)의 외표면에는, 제1 전극체(21) 및 제2 전극체(22)가 각각 설치되어 있다. 제1 전극체(21)는, 예를 들면 전원의 고전압 측에 접속되고, 제2 전극체(22)는, 예를 들면 전원의 저전압 측에 접속된다. 제1 전극체(21)와 제2 전극체(22) 중 적어도 한쪽은, 자외선을 투과하거나 또는 차광 면적이 적은 형상, 재질로 구성된다. 이 실시 형태에 있어서, 제2 전극체(22)는, 예를 들면 메시형상, 코일형상 등의 형상을 갖는 금속으로 구성되어 있다. 한편, 제1 전극체(21)는, 솔리드형상으로 형성되어 있다. 또한, 제1 전극체(21) 및 제2 전극체(22)는, 광을 통과시킬 수 있는 형상이면 되고, 예를 들면, 슬릿이 설치된 전극 등이어도 상관없다.
자외선 발생 장치(1)는, 제1 전극체(21)에 전기적으로 접속된 제1 도체(5)와, 제2 전극체(22)에 전기적으로 접속된 제2 도체(8)를 구비하고 있다. 제1 도체(5)는, 제2 도체(8)와 유전체 부재(6)를 개재하여 대향 배치된 도체부(55)를 갖는다. 도체부(55)는, 제2 도체(8)를 향하여 봉형상으로 연장되어 있다.
제2 도체(8)는, 도체부(55)의 선단(55a)에 대향하는 평면부(8a)를 갖는다. 유전체 부재(6)는, 평면부(8a)의 전체를 덮는 면적을 갖는 평판형상이다. 유전체 부재(6)는, 제1 도체(5)의 선단(55a)과 제2 도체(8)의 평면부(8a) 사이에 끼워 넣어져 있다.
제1 전극체(21)와 제2 전극체(22) 사이에 전압이 인가되면, 제1 전극체(21)에 접속된 제1 도체(5)와 제2 전극체(22)에 접속된 제2 도체(8) 사이에도 전압이 인가된다. 이 때, 도체부(55)의 선단(55a)과 제2 도체(8)의 평면부(8a)의 거리가, 제1 전극체(21)와 제2 전극체(22)의 거리에 비해 짧기 때문에, 선단(55a)과 평면부(8a) 사이의 공간에서 낮은 전압으로 먼저 절연 파괴하고, 제1 도체(5)는, 선단(55a)을 기점으로 하여 코로나 방전을 발생시킨다. 이에 의해, 제1 도체(5)의 선단(55a)에서 자외선(L2)을 발한다.
＜제4 실시 형태＞
제4 실시 형태는, 이하에 설명하는 구성 외에는, 제3 실시 형태와 동일한 구성이므로, 공통점을 생략하고 주로 차이점에 대해 설명한다. 또한, 제4 실시 형태에 있어서, 제3 실시 형태에서 설명한 부분과 대략 동일한 구성 또는 대략 동일한 기능(작용)을 갖는 요소를 나타내고, 그 설명은, 반복하지 않는다.
도 14는, 제4 실시 형태에 따른 자외선 발생 장치(1)를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
자외선 발생 장치(1)는, 방전용 가스(10G)가 봉입된 방전 용기(11)를 갖는 엑시머 램프(10)와, 방전용 가스(10G)에 노출되지 않도록 배치된 제1 전극체(21) 및 제2 전극체(22)를 구비하고 있다.
방전 용기(11)는, 도 14의 지면에 평행하게 연장되는 관축을 갖는 이중관 구조이다. 방전 용기(11)는, 내관(11c)과, 내관(11c)을 둘러싸도록 설치된 외관(11d)을 구비한다. 내관(11c)과 외관(11d) 사이에 끼워진 공간에, 방전용 가스(10G)가 충전되어 있다.
내관(11c)의 내주벽에는, 제1 전극체(21)가 설치되어 있다. 외관(11d)의 외주벽에는, 제2 전극체(22)가 설치되어 있다. 제1 전극체(21)는, 예를 들면 전원의 고전압 측에 접속되고, 제2 전극체(22)는, 예를 들면 전원의 저전압 측에 접속된다. 제1 전극체(21)와 제2 전극체(22) 중 적어도 제2 전극체(22)는, 자외선을 투과하거나 또는 차광 면적이 적은 형상, 재질로 구성된다. 이 실시 형태에 있어서, 제2 전극체(22)는, 예를 들면 메시형상, 코일형상 등의 형상을 갖는 금속으로 구성되어 있다.
＜제5 실시 형태＞
도 16은, 제5 실시 형태에 따른 전극체(21, 22)를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 이 예에서는, 제1 도체(5)는, 선단부(기점부)가 뾰족한 봉형상이다. 또, 유전체 부재(6)는, 바닥이 있는 통형상이다. 단, 이 예에서는, 도 7에 나타내는 예와 달리, 유전체 부재(6)는, 제2 전극체(22)에 의해서만 유지된다.
＜제6 실시 형태＞
도 17은, 제6 실시 형태에 따른 전극체(21, 22)를 모식적으로 나타내는 평면도 및 측면도이다. 이 예에서는, 제1 도체(5)는, 측면에서 봤을 때 U자형상을 하고 있으며, 일부가 제1 전극체(21)에 접하고 있다. 유전체 부재(6)는, Y방향으로 연장되는 판형상이며, U자형상의 제1 도체(5)에 끼워진 형태로 되어 있다. 또, 유전체 부재(6)는, 제1 도체(5)와 제1 전극체(21) 또는 제2 전극체(22)에 의해 양면으로부터 끼워져 유지되어 있다.
＜제7 실시 형태＞
도 18은, 제7 실시 형태에 따른 전극체(21, 22)를 모식적으로 나타내는 평면도 및 측면도이다. 이 예에서는, 유전체 부재(6)는 통형상이며, 내부에 제1 도체(5)가 삽입통과됨과 더불어, 양단이 개방된 통형상이다. 이와 같이, 도 7에 나타내는 바와 같이 일단이 폐색된 통형상이어도 되지만, 양단이 개방된 통형상이어도 된다.
＜제8 실시 형태＞
도 19는, 제8 실시 형태에 따른 전극체(21, 22)를 모식적으로 나타내는 측면도이다. 이 예에서는, 시동 보조 전극으로서 제1 도체(5)와 제2 도체(8) 2개가 설치되어 있다. 즉, 제1 전극체(21)에 접속됨과 더불어 제2 전극체(22)를 향하여 연장되는 제1 도체(5)와, 제2 전극체(22)에 접속됨과 더불어 제1 전극체(21)를 향하여 연장되는 제2 도체(8)가 설치되어 있다. 유전체 부재(6)는, 제1 도체(5)와 제2 전극체(22) 사이에 개재되고, 또한 제1 도체(5)와 제2 도체(8) 사이에 개재되어 있다. 여기에서는, 제1 도체(5)의 적어도 일부가, 통형상의 유전체 부재(6)에 수용되어 있다. 또, 제1 도체(5)와 제2 도체(8) 중 적어도 어느 하나는, 도체부의 선단부(기점부)가 제1 전극체(21)와 제2 전극체(22) 사이에 설치해 두는 것이 바람직하다. 또, 유전체 부재(6)는, 제1 도체(5)와 제2 도체(8) 사이와, 제1 도체(5)와 제2 도체(8) 사이에 각각 개재되도록, 복수의 유전체 부재(6)를 이용하는 것이어도 된다.
＜제9 실시 형태＞
도 20은, 제9 실시 형태에 따른 전극체(21, 22)를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 이 예에서는, 유전체 부재(6)는, 바닥이 있는 통형상이다. 제1 도체(5)는, 제1 전극체(21)에 접속됨과 더불어 제2 전극체(22)를 향하여 연장되어 있다. 제1 도체(5)의 선단부(기점부)는, 유전체 부재(6)의 바닥부에 대고 눌러져 있다. 제2 전극체(22)에 접속된 제2 도체(8)는, 코일형상으로 유전체 부재(6)의 바닥부 측에 감겨져 있다.
그 외에도 후술하는 형태를 채용할 수 있다.
(1) 도 21은, 다른 실시 형태에 따른 제1 도체(5)와 유전체 부재(6)를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 예에서는, 제1 도체(5)는, 스프링형상의 근위 부분(5a)과 스프링형상의 원위 부분(5b)으로 구성되어 있다. 제1 도체(5)는, 하나의 코일 스프링으로 구성되고, 원위 부분(5b)의 피치는, 근위 부분(5a)의 피치보다 넓게 되어 있다.
(2) 도 22는, 다른 실시 형태에 따른 제1 도체(5)와 유전체 부재(6)를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 예에서는, 도 7에 나타내는 예와 달리, 유전체 부재(6)는 양단이 폐색된 기밀의 형상을 하고 있다. 유전체 부재(6)의 내부에는, 예를 들면, 대기 가스나, 대기의 주성분을 구성하는 질소 가스가 봉입되어 있다. 또 시동성의 가일층의 향상의 관점에서, 유전체 부재(6)의 내부는 부압으로 해도 된다.
(3) 도 23은, 다른 실시 형태에 따른 제1 도체(5)와 유전체 부재(6)를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 예에서는, 유전체 부재(6)는, 내부에 공간이 존재하지 않고, 제1 도체(5)의 원위 부분(5b)과 밀착되어 있다. 이에 의해, 제1 도체(5)의 선단부(기점부)에 가까운 위치에 있어서, 유전체 부재(6)의 외측면에 대기 방전이 발생할 수 있다.
(4) 또, 본 발명에 따른 제1 도체(5)는, 전극체(21, 22)와 독립적인 부재여도 되고, 일체로 구성되어 있어도 된다.
(5) 또, 본 발명에 따른 제1 도체(5)는, 그 기점부가, 엑시머 램프(10)의 방전 용기(11)와 대면하는 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 도체(5)의 기점부에서 발생한 자외선이 차폐되지 않고, 엑시머 램프(10) 내의 방전 공간에 도달하기 쉬워져, 방전 공간에서의 엑시머의 여기가 유도되기 쉬워진다(방전되기 쉬워진다). 이 때, 엑시머 램프의 방전 용기(11)와 기점부 사이에 자외선을 투과하는 부재가 개재되어 있어도 된다. 또, 파장 대역이 짧은 자외선을 감쇠시키지 않고 방전 용기(11)로 이끄는 관점에서, 방전 용기(11)와 기점부 사이에는 개재물이 존재하지 않는 형태이면 보다 바람직하다.
(6) 또, 본 발명에 따른 제1 도체(5)는, 그 기점부가, 엑시머 램프(10)의 방전 용기(11)와 가까운 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 도체(5)의 기점부에서 발생한 근소한 단파장 대역의 자외선도, 엑시머 램프(10) 내의 방전 공간에 도달하기 쉬워져, 방전 공간에서의 엑시머의 여기가 유도되기 쉬워진다(방전되기 쉬워진다). 구체적으로는, 엑시머 램프(10)의 방전 용기(11)와 기점부의 이격 거리는 30mm 미만이 되도록 구성되고, 나아가서는, 이격 거리는 20mm 이하인 것이 바람직하며, 15mm 이하인 것이 바람직하다.
실시예
이하, 본 발명의 구성과 효과를 구체적으로 나타내는 실시예 등에 대해 설명한다. 이하의 사양의 자외선 조사 장치를 제작하고, 실시예로 했다. 제1 도체(5)와 유전체 부재(6)는 도 16에 나타내는 형태로 했다.
[방전 용기]
재질=석영 유리, 외경=6mm, 전체 길이=60mm
[방전용 가스]
가스압：20kPa, 가스종：Cl, Kr의 혼합 가스
[전극체]
재질=알루미늄
길이=60mm, 전극 간 거리=6mm
[인버터]
전압：5kV, 주파수：100kHz
[제1 도체]
재질=알루미늄
폭=1.5mm, 두께=0.1mm, 길이=25mm
[유전체 부재]
외형=3mm, 내경=1.6mm, 길이=5mm, 두께=1.4mm
상기의 자외선 조사 장치에 있어서, 시동 보조 전극 및 유전체를 설치하지 않는 것을 비교예 1로 했다. 또, 상기의 자외선 조사 장치에 있어서, 시동 보조 전극 및 유전체를 설치하지 않는 대신에, 도 24에 나타내는 바와 같이, 시동 보조 광원으로서의 LED(9)를 설치한 것을 비교예 2로 했다. LED(9)는, 파장이 275nm인 자외선을 출사한다.
실시예 등에 대해, 상기의 인버터의 조건으로 전극체 사이에 전압을 인가하고 8500h 점등한 엑시머 램프로 시동성 시험을 실시했다. 각 실시예 등에 대해 10회씩 시동성 시험을 실시하고, 전압을 인가하고 나서 엑시머 램프가 점등할 때까지의 시간(시동 지연 시간)의 평균값으로 평가했다. 실시예의 결과를 표 1에 나타내고, 비교예 2의 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 표 1에 있어서, 1s 이내로 엑시머 램프가 점등한 것은 0s로 했다.
[표 1]
[표 2]
실시예에서는, 표 1과 같이, 시동 지연 시간이 평균 1.1s였다. 또, 비교예 1에서, 60s에서도 엑시머 램프는 점등하지 않았다. 또, 비교예 2에서는, 표 2와 같이, 시동 지연 시간이 평균 45.9s였다. 즉, 본 발명의 자외선 조사 장치는, 시동성을 크게 향상시킬 수 있었다.
1：자외선 발생 장치 5：제1 도체
5a：근위 부분 5b：원위 부분
5c：선단 6：유전체 부재
8：제2 도체 8a：평면부
10：엑시머 램프 10G：방전용 가스
11：방전 용기 21：제1 전극체
22：제2 전극체 53：도체부
53a：노출부 54：도체부
54a：노출부 55：도체부
55a：선단 L1：자외선
L2：자외선 SD：연면 방전

Claims (8)

  1. 방전용 가스가 봉입된 방전 용기를 갖는 엑시머 램프와,
    상기 방전용 가스에 노출되지 않도록 배치된 제1 전극체 및 제2 전극체와,
    상기 제1 전극체 및 상기 제2 전극체 중 어느 한쪽의 전극체에 전기적으로 접속된 제1 도체를 구비하고,
    상기 제1 도체는, 다른 쪽의 전극체 또는 상기 다른 쪽의 전극체에 전기적으로 접속된 제2 도체와 유전체 부재를 개재하여 대향 배치된 부위를 갖고,
    상기 제1 도체는, 상기 제1 도체의 주위에서 대기 방전을 발생시키는, 자외선 발생 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체 부재는, 상기 방전 용기와는 별체로 구성되어 있는, 자외선 발생 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도체와 상기 다른 쪽의 전극체 또는 상기 제2 도체 사이에 개재하는 상기 유전체 부재의 두께는, 상기 제1 전극체와 상기 방전용 가스 사이에 개재하는 상기 방전 용기의 두께와 상기 제2 전극체와 상기 방전용 가스 사이에 개재하는 상기 방전 용기의 두께의 합계 두께보다 작은, 자외선 발생 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 도체는, 금, 백금, 텅스텐, 티타늄, 알루미늄, 스테인리스 중 적어도 하나의 도체 재료, 또는 상기 도체 재료의 합금으로 구성되어 있는, 자외선 발생 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 도체는, 금, 백금, 텅스텐 중 적어도 하나의 도체 재료, 또는 상기 도체 재료의 합금으로 구성되어 있는, 자외선 발생 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도체는, 상기 다른 쪽의 전극체 또는 상기 제2 도체를 향하여 봉형상으로 연장되어 있으며,
    상기 제1 도체는, 상기 제1 도체의 선단을 기점으로 하여 대기 방전을 발생시키는, 자외선 발생 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 도체는, 상기 제1 도체의 선단에 대향하는 평면부를 갖는, 자외선 발생 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도체는, 상기 다른 쪽의 전극체 또는 상기 제2 도체에 대향하여 면형상으로 연장되어 있으며,
    상기 제1 도체는, 상기 제1 도체의 선단을 기점으로 하여 상기 유전체 부재의 표면을 따라 연면 방전을 발생시키는, 자외선 발생 장치.
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