エキシマランプ
【課題】 エキシマランプの放電空間において異常放電が発生することを防止することにより、紫外線出力が経時的に低下することのないエキシマランプを提供することを目的とする。
【解決手段】 透光性部材と金属よりなる封止部材とにより気密に封止されると共に、放電ガスが内部に充填された放電容器と、前記透光性部材を挟んで対向する接地電極と高圧電極とを備えるエキシマランプにおいて、
前記封止部材の電位を前記接地電極の電位に比べて高くしたことを特徴とする。
【解決手段】 透光性部材と金属よりなる封止部材とにより気密に封止されると共に、放電ガスが内部に充填された放電容器と、前記透光性部材を挟んで対向する接地電極と高圧電極とを備えるエキシマランプにおいて、
前記封止部材の電位を前記接地電極の電位に比べて高くしたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマランプおよび当該エキシマランプを備える紫外線照射装置に関するものであり、特に、透光性部材と金属よりなる封止部材とにより気密に封止されると共に放電ガスが内部に充填された放電容器を有するエキシマランプおよび当該エキシマランプを備える紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から光化学反応用の紫外線光源としてエキシマランプが使用されており、放電空間を形成する放電容器内に適宜の発光ガスが充填され、エキシマ放電によりエキシマ分子を生成し、エキシマ分子から放射されるエキシマ光を放出するエキシマランプが知られている。
【０００３】
このようなエキシマランプは、特許文献１に開示されているように、放電用ガスとしてアルゴン、クリプトンを使用するものであり、必要に応じてフッ素や塩素のハロゲンが封入されている。例えば、アルゴン−フッ素の放電ガスでは波長１９３ｎｍの光が放射され、クリプトン−フッ素の放電ガスでは波長２４８ｎｍの光が放射され、キセノン−フッ素の放電ガスでは波長３５１ｎｍの光が放射され、キセノン−塩素の放電ガスでは波長３０８ｎｍの光が放射される。
【０００４】
図７は、従来のエキシマランプの構成の一部を示す断面図である。
放電容器１００は、筒状のサファイアガラスよりなる発光管１０１の両端を覆うようにチタン製キャップ１０２を配置し、フッ素樹脂系のＯリング１０３で発光管１０１とキャップ１０２とを封止して構成されている。放電容器１００は、Ｏリング１０３によって気密封止されているので、外部と遮蔽された放電空間Ｓが内部に形成されている。
【０００５】
上記のエキシマランプは、高圧電極１０４と接地電極１０５とが発光管１０１の外表面に離間して設けられ、キセノンと塩素が放電空間Ｓに放電ガスとして封入されている。このようなエキシマランプは、不図示の給電装置によって高圧電極１０４と接地電極１０５との間に高周波高電圧を印加することにより、放電空間Ｓ内に誘電体エキシマ放電によりエキシマが生成され、波長１９３ｎｍのエキシマ光が放出される。
【０００６】
【特許文献１】特許第３１７８１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のエキシマランプにおいては、点灯時間の経過に伴って放電容器１００の外方へ放出される紫外線の出力が低下するため、光化学反応等に必要とされる紫外線出力を十分に得ることができないという問題が発生した。この原因については、以下のように考えられる。
【０００８】
上記の従来のエキシマランプにおいては、発光管１０１の端部に装着されたチタン製のキャップ１０２が放電空間Ｓに対して剥きだしになっている。そのため、高圧電極１０４と接地電極１０５との間に高周波高電圧を印加したときに、発光管１０１の高圧電極１０４に対応する内面とキャップ１０２との間で異常放電が発生することが判明した。従って、従来のエキシマランプにおいては、放電空間Ｓにおいて上記の異常放電が発生することによって、高圧電極１０４と接地電極１０５との間に正常に放電が形成されなくなり、その結果として、放電容器１００から放出される紫外線の出力が低下したものと考えられる。
【０００９】
以上から、本発明は、エキシマランプの放電空間において上記したような異常放電が発生することを防止することにより、紫外線出力が経時的に低下することのないエキシマランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した課題を解決するため、本発明のエキシマランプは、透光性部材と金属よりなる封止部材とにより気密に封止されると共に、放電ガスが内部に充填された放電容器と、前記透光性部材を挟んで対向する接地電極と高圧電極とを備えるエキシマランプにおいて、
前記封止部材の電位を前記接地電極の電位に比べて高くしたことを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明のエキシマランプは、前記透光性部材が、珪素を含まないセラミックスによって直管状に形成され、
前記封止部材が、有底筒状に形成され、前記透光性部材の管軸方向において前記接地電極および前記高圧電極から離間すると共に前記透光性部材の端部を塞ぐよう装着され、
前記透光性部材と前記封止部材とが、当該透光性部材および封止部材の間に充填された溶加材によって封止されていることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明のエキシマランプは、前記放電ガスが、希ガスおよびフッ化物ガスを含むことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明のエキシマランプは、前記放電ガスが、アルゴンガスおよびフッ素ガスを含むことを特徴とする。
【００１４】
さらにまた、本発明の紫外線照射装置は、上記したエキシマランプを内部に収容するランプハウスと、前記エキシマランプを固定する支持体とを備え、
前記支持体は、前記封止部材に当接する面が絶縁材料よりなることを特徴とする。
【００１５】
さらにまた、本発明の紫外線照射装置は、上記したエキシマランプを内部に収容するランプハウスと、前記エキシマランプを固定する支持体と、当該支持体に連結されると共に前記ランプハウスに固定された連結体とを備えた紫外線照射装置であって、
前記連結部が絶縁材料よりなり、
前記支持体の前記封止部材に当接する面が金属よりなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のエキシマランプによれば、封止部材の電位を接地電極の電位に比べて高くしたので、封止部材が金属よりなるものであっても、透光性部材の高圧電極に対応する内面と封止部材との間で異常放電が発生することを確実に防止することができるため、透光性部材を挟んで対向する接地電極と高圧電極との間で正常に放電を発生させることができるので、エキシマランプから放出される紫外線の出力が経時的に低下することなく所望の紫外線出力を得ることができる。
【００１７】
また、本発明のエキシマランプによれば、珪素を含まないセラミックスによって直管状に形成された透光性部材の端部を塞ぐよう、有底筒状に形成された封止部材が装着され、透光性部材と封止部材との間に溶加材が充填されているので、セラミックスよりなる透光性部材と金属よりなる封止部材とを確実に封止することができる。
【００１８】
また、本発明のエキシマランプによれば、放電ガスが希ガスおよびフッ化物ガスを含むものであっても、透光性部材が珪素を含まないセラミックスによって形成されていることから、フッ素が透光性部材に吸収されることがないために、エキシマランプから放出される紫外線の出力が低下する虞がない。
【００１９】
さらに、本発明のエキシマランプによれば、放電ガスがアルゴンガスおよびフッ素ガスを含むので、放電空間内において、アルゴンとフッ素とが励起状態になって、励起状態になったアルゴンとフッ素とが結合してアルゴン−フッ素のエキシマ分子が生成されることにより、波長１９３ｎｍの真空紫外光を放出することができる。
【００２０】
さらに、本発明の紫外線照射装置によれば、エキシマランプを固定する支持体の前記封止部材に当接する面が絶縁材料よりなるために、封止部材の電位が浮遊電位となって接地電極の電位より高くなるので、透光性部材の高圧電極に対応する内面と封止部材との間で異常放電が発生することを確実に防止することができる。従って、本発明の紫外線照射装置によれば、透光性部材を挟んで対向する接地電極と高圧電極との間で正常に放電を発生させることができるので、エキシマランプから放出される紫外線の出力が経時的に低下することなく所望の紫外線出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明のエキシマランプの構成を示す説明用断面図である。
エキシマランプ１０の透光性部材１は、光取出し部材として機能し、平均厚みが０．３〜３ｍｍの両端が開口した直管状で、珪素を含まない透光性セラミックスにより構成される。珪素を含まない透光性セラミックスとは、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするサファイア（単結晶アルミナ）やアルミナ（多結晶アルミナ）、または、チタニア（ＴｉＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）などであり、厚さ１ｍｍの基板において波長１９３ｎｍの光を３０％以上透過する部材である。
【００２２】
透光性部材１の長手方向における両端に有底筒状の封止部材２が配置され、内部に放電空間Ｓを有する放電容器１１が形成される。封止部材２の開口部径は透光性部材１の外径より大きくなっており、封止部材２が透光性部材１の端部１２を覆うようにして配置される。
【００２３】
封止部材２は、例えば鉄（Ｆｅ）にニッケル（Ｎｉ）及びコバルト（Ｃｏ）を配合した合金のいわゆるコバールにより形成される。コバールは珪素を含まない透光性セラミックスと膨張係数がほぼ等しい金属であり、サファイアやアルミナなどの珪素を含まない透光性セラミックスより形成される透光性部材１との膨張係数の差異を小さくすることができる。珪素を含まない透光性セラミックスと膨張係数がほぼ等しい金属としては、コバールのほかにニオブ（Ｎｂ）などがある。封止部材２を珪素を含まない透光性セラミックスと膨張係数がほぼ等しい金属により形成することによって、エキシマランプ１０の点灯・消灯に伴って放電容器１１が加熱・冷却されても、透光性部材１と封止部材２とが膨張収縮する長さが略等しくなるので放電容器１１を割れにくくすることができる。
【００２４】
金属よりなる封止部材２には排気管３が設けられており、放電容器１１の内部が排気管３により排気されて減圧された後、発光ガスとして希ガスと化学的安定性の高いフッ化物が封入される。放電容器１１の放電空間Ｓ内に封入される発光ガスとして、アルゴン（Ａｒ），クリプトン（Ｋｒ）又はキセノン（Ｘｅ）からなる希ガスと、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化炭素（ＣＦ４）又は三フッ化窒素（ＮＦ３）からなるフッ化物とが挙げられる。発光ガスの封入後、排気管３を封止部材２との付け根から３〜１００ｍｍ突き出たところを終端として圧接切断されることにより、放電容器１１を密閉構造とする。
【００２５】
希ガスがアルゴン（Ａｒ）でフッ化物が六フッ化硫黄（ＳＦ６）として発光ガスが放電空間Ｓ内に封入されている場合、アルゴンとフッ素の混合ガスが全圧で４０ｋＰａ、このうちフッ素の割合は０．１％として封入する。フッ素をあまり多くすると、電子がフッ素に吸引されて負のイオンとなり放電が安定しないため、フッ素濃度を少なくしている。また、フッ素濃度を少なくしたことを補い、なるべく大量のエキシマ分子を作るために一定以上の圧力を必要とする。
【００２６】
透光性部材１と封止部材２との間には、透光性部材１や封止部材２よりも低い融点を持った金属の溶加材４が充填されて溶融することにより、透光性部材１と金属部材である封止部材２とが封止されて放電容器１１が形成される。
【００２７】
溶加材４の材料としては、例えば、銀と銅との合金（Ａｇ−Ｃｕ合金）、銀と金と銅との合金（Ａｇ−Ａｕ−Ｃｕ合金）、チタンと銅と銀との合金（Ｔｉ−Ｃｕ−Ａｇ合金）、インジウムと銅と銀との合金（Ｉｎ−Ｃｕ−Ａｇ合金）、インジウムと金との合金（Ｉｎ−Ａｕ合金）などの金属合金が挙げられる。エキシマランプ１０の点灯時、溶加材４は紫外線が照射されると共に加熱されるため、耐紫外線性及び耐熱性を有するものでることが要求される。
【００２８】
アースに接続された接地電極５と、図３に示す給電装置３３の高圧側に接続された高圧電極６とは、互いに離間して管軸方向に沿って延びると共に、透光性部材１を挟んで対向するよう透光性部材１の外表面上に配置されている。接地電極５および高圧電極６は、例えば銅をペースト状にしたものを透光性部材１の外面に塗布するか、又は、例えば板状のアルミニウムを接着剤などによって透光性部材１の外面に接着すること等によって形成されている。接地電極５と高圧電極６との間に高周波高電圧が印加されることにより、透光性部材１を介して放電空間Ｓにおいて接地電極５と高圧電極６との間に放電が形成される。
【００２９】
接地電極５と高圧電極６との間に高周波高電圧が印加されると、アルゴンがエネルギーを得て電離されてアルゴンイオンとなり、六フッ化硫黄が解離してフッ素イオンとなり、アルゴンとフッ素が励起状態となる。励起状態に至ったアルゴンとフッ素が結合してアルゴン−フッ素からなるエキシマ分子に変化する。このように生成されたＡｒＦエキシマは脱励起することにより、波長１９３ｎｍの真空紫外光を放射する。透光性部材１が光取出し部材として機能し、波長１９３ｎｍの真空紫外光が透光性部材１から放電容器１１の外部に放出される。
【００３０】
図２は、本発明のエキシマランプの透光性部材１と封止部材２との接合部を示す拡大断面図である。
封止部材２は、例えば平均厚みが２ｍｍのコバールよりなる部材であり、直径φ１０ｍｍの円形の底部２１の端部に高さ２〜１０ｍｍの筒状の側面部２２の一端が接続されている。放電容器１１の放電空間Ｓ側の底部２１と側面部２２との接続部は滑らかなＲ形状となっている。底部２１の中央部に直径φ１〜２ｍｍの排気穴２３が設けられ、排気穴２３に続いて直径φ３ｍｍのニッケルよりなる排気管３が取り付けられている。排気穴２３の中間に段差２４が設けられており、透光性部材１側の排気穴開口径２５が排気管側の排気穴開口径２６より小さくなっている。
【００３１】
排気管３の内径は封止部材２の発光管側の排気穴開口径２５に比べてわずかに大きいが略同程度の大きさであり、排気管３の外径は封止部材２の排気管側の排気穴開口径２６より大きくなっている。排気管３の封止部材２に嵌合される先端３Ａは薄肉になっており、排気穴２３の段差２４に当接できるようになっている。封止部材２と排気管３の継ぎ目に放電容器１１の外側から、溶加材６を注入して、封止部材２に排気管３を固定している。
【００３２】
封止部材２の開口部径は、透光性部材１の外径より０．１〜１ｍｍ大きくなっているので、透光性部材１を封止部材２の開口部に余裕をもって挿入することができる。溶加材４がセラミックスに溶着しない性質を有するので、透光性部材１と溶加材４とのなじみを良くするために、透光性部材１の外表面において端部１２から５ｍｍまでの範囲にモリブデンおよびニッケルよりなるメタライズ層１３が形成されている。透光性部材１のメタライズ層１３と封止部材２の側面部２２との間の隙間が埋まるように溶加材４が充填される。透光性部材１と封止部材２との間に隙間が残るとフッ素などの発光ガスが漏れ出して減少してしまうので、溶加材４は封止部材２の開口部を埋める程度にまで十分に充填される。溶加材４が透光性部材１と封止部材２との緩衝材となり、透光性部材１と封止部材２の膨張伸縮によって生じるズレを許容し、ズレによって生じる隙間も塞いで放電容器１１の気密性を保つことができる。
【００３３】
封止部材２の底部２１と透光性部材１の端部１２とは、０．１〜１ｍｍ離間して配置されている。また、上記するように封止部材２の側面部２２と透光性部材１の外表面に形成されたメタライズ層１３との間も０．１〜１ｍｍ離間して配置され、溶加材４を介して封止されている。このように透光性部材１と封止部材２とが離間しているので、透光性部材１と封止部材２とで熱膨張率が異なっていても膨張収縮を隙間によって許容できるので、放電容器１１が破裂しにくい。
【００３４】
封止部材２の底部２１と透光性部材１の端部１２とが離間する箇所において、溶加材４が放電容器１１の放電空間Ｓに露出する。溶加材４の露出面４１は一方がメタライズ層１３の端部につながり、他方が封止部材２の底部２１につながり、溶加材４自体の表面張力により露出面４１が弓状に湾曲している。溶加材４の充填量が増えると、露出面４１の一方がメタライズ層１３の端部につながる位置は変わらないが、露出面４１の他方がつながる封止部材２の底部２１の位置は排気穴２３側に移動する。
【００３５】
エキシマランプ１０の放電によって放電容器１１の放電空間Ｓに発生するフッ素イオンは酸化力が強く、ほとんど全ての元素と反応する。したがって、フッ素が取り込まれないように放電容器１１の放電空間Ｓを形成することが好ましい。珪素はフッ素イオンによって酸化されやすいため、珪素を含むセラミックスはフッ素との反応性が高い。そのため、透光性部材１を、波長１９３ｎｍの真空紫外光を透過しつつ、フッ素との反応性が低い性質を有する珪素を含まない透光性セラミックスにより構成することが好ましい。こうすることで、透光性部材１によるフッ素の取り込みを防止するとともに、透光性部材１から波長１９３ｎｍの真空紫外光を外部に放射することができる。
【００３６】
図３は、本発明の紫外線照射装置の第１の実施形態を示す斜視図である。
紫外線照射装置３０は、エキシマランプ１０と、互いに離間して配置され、エキシマランプ１０が大地と水平になる姿勢で配置されるようエキシマランプ１０を固定する一対の支持体３１と、エキシマランプ１０および支持体３１を収容する直方体形状の筐体よりなるランプハウス３２と、エキシマランプ１０の接地電極５と高圧電極６とに対して高周波高電圧を印加するための給電装置３３とを備えている。接地電極５は給電装置３３のアース側に接続され、高圧電極６は給電装置３３の高圧側に接続されている。
【００３７】
図４は、図３の支持体３１を拡大した斜視図である。
支持体３１は、基体部３１１と蓋部３１２とを連結することによって構成されている。基体部３１１は、エキシマランプ１０の外表面に当接する円弧状の凹所３１１Ａと、互いに離間して凹所３１１Ａの両端に連続する一対の平坦部３１１Ｂとが先端部に形成され、基端部がランプハウス３２の底面に固定されている。蓋部３１２は、エキシマランプ１０の外表面に当接する円弧状の凹所３１２Ａと、互いに離間して凹所３１２Ａの両端に連続する一対の平坦部３１２Ｂとが基端部に形成されている。各々の支持体３１は、互いに離間して光出射窓３２Ａを挟んで対向するように配置され、各々の基体部３１１の基端部が、例えばランプハウス３２の底面にそれぞれネジ止めされて固定されている。
【００３８】
支持体３１を構成する基体部３１１および蓋部３１２は、例えばセラミックス等の絶縁材料よりなる板材によって構成されている。支持体３１を絶縁材料によって構成するのは、支持体３１に固定されるエキシマランプ１０の封止部材２の電位を、エキシマランプ１０の接地電極５の電位に比べて高い状態にするためである。例えば、紫外線照射装置３０においては、支持体３１に固定された封止部材２の電位が２ｋＶとされ、高圧電極６の電位が４ｋＶとされている。
【００３９】
エキシマランプ１０は、封止部材２の外表面が基体部３１１の凹所３１１Ａに当接するよう配置され、蓋部３１２の凹所３１２Ａが封止部材２の外表面に当接すると共に、蓋部３１２の各々の平坦部３１２Ｂが基体部３１１の各々の平坦部３１１Ｂに当接して配置された後に、例えば基体部３１１と蓋部３１２とがネジ止めされることによって支持体３１に対して固定されている。なお、エキシマランプ１０は、接地電極５および高圧電極６が光出射窓３２Ａの直上に配置されることのないように配置されている。
【００４０】
ランプハウス３２は、エキシマランプ１０の外部に放出される紫外線の吸収が少ない紫外線透過性材料よりなる板部材が、ランプハウス３２の光出射側（図３の紙面において鉛直方向下方側）の面に形成された開口に嵌め込まれることにより、ランプハウス３２の外方へ紫外線を出射するための光出射窓３２Ａが形成されている。光出射窓３２Ａは、エキシマランプ１０の管軸方向の全長に比べて若干短めに形成されており、例えば、合成石英等により構成されている。
【００４１】
また、ランプハウス３２は、複数の微細な孔を有するメッシュ状の金属部材が、ランプハウス３２の光出射方向に対し逆側（図３の紙面において鉛直方向上方側）の面に形成された開口に対し、ランプハウス３２の外方側の面に取付けられることにより、ランプハウス３２の内部に冷却風を導入するための通気口３２Ｂが形成されている。エキシマランプ１０の点灯時においては、不図示の冷却ファンから放出された冷却風が通気口３２Ｂを介してランプハウス３２の内部に導入され、エキシマランプ１０が冷却される。
【００４２】
なお、ランプハウス３２は、通気口３２Ｂが光出射窓３２Ａに対向する箇所に設けられていることが好ましい。すなわち、エキシマランプ１０の点灯時においては、光出射窓３２Ａに対してエキシマランプ１０から出射された紫外線が照射されるが、通気口３２Ｂを介してランプハウス３２内に導入した冷却風が光出射窓３２Ａにも当たるようにすることによって、エキシマランプ１０と共に光出射窓３２Ａが冷却される。従って、光出射窓３２Ａがエキシマランプ１０の点灯時に過度に高温状態になることがないために、光出射窓３２Ａの直下に配置された被処理物（図３では不図示）が、光出射窓３２Ａから発せられる輻射熱によって不所望に加熱される虞が無い。
【００４３】
以上の本発明の紫外線照射装置３０においては、エキシマランプ１０における封止部材２が絶縁材料によって構成された支持台３１によって固定されており、上記したように封止部材２の電位が浮遊電位となって接地電極５の電位に比べて高い状態になっているので、封止部材２と透光性部材１の高圧電極６に対応する内面との間で不所望な異常放電が発生することが確実に防止され、接地電極５と高圧電極６との間で正常に放電が形成されるため、エキシマランプ１０から放出される紫外線の出力が経時的に低下することを確実に防止することができる。
【００４４】
特に、希ガスおよびフッ化物ガスを含む放電ガスがエキシマランプ１０の透光性部材１の内部に充填されている場合においては、上記の異常放電の発生を防止することにより、フッ化物ガスが金属材料よりなる封止部材２と反応して減少することでエキシマランプ１０から放出される紫外線の出力が低下する、という不具合の発生を確実に防止することができる。
【００４５】
本発明の効果を確認するために行った実験について以下に説明する。
図１に示す構成に従い、以下の仕様に基いて２種類のエキシマランプを作製した。
（エキシマランプ１）
・透光性部材１：サファイア、管径１３ｍｍ、全長１５０ｍｍ、
アルゴンガスと六フッ化硫黄ガスの混合ガスを２７ｋＰａの圧力で封入
・封止部材２：コバール、外径１５ｍｍ、全長１０ｍｍ
・接地電極５、高圧電極６：幅５ｍｍ、全長１００ｍｍ、
封止部材２の端部から８ｍｍ離間して配置
・点灯条件：７ｋＶ、１５Ｗ
（エキシマランプ２）
・透光性部材１：サファイア、管径１３ｍｍ、全長１５０ｍｍ、
アルゴンガスと六フッ化硫黄ガスの混合ガスを２７ｋＰａの圧力で封入
・封止部材２：コバール、外径１５ｍｍ、全長１０ｍｍ
・接地電極５、高圧電極６：幅５ｍｍ、全長１００ｍｍ、
封止部材２の端部から１０ｍｍ離間して配置
・点灯条件：８ｋＶ、１９Ｗ
【００４６】
図５は、実験用灯具の構成を示す断面図である。図５（ａ）は絶縁材料製の支持体３１を備える実験用灯具の構成を示し、図５（ｂ）は金属製の支持体３１´を備える実験用灯具の構成を示している。
図５（ａ）、図５（ｂ）の実験用灯具の支持体３１、３１´に対して、それぞれ上記のエキシマランプ１、２の封止部材２を固定した。この状態で、エキシマランプ１、２に対して上記の点灯条件でエキシマランプ１、２の点灯試験を行い、封止部材２と透光性部材１の高圧電極６に対応する内面との間で異常放電が発生するか否かを目視で確認した。点灯試験は１回につき１０分間の連続点灯を行った。その結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１から次のことが判明した。
エキシマランプ１を図５（ａ）に示す実験用灯具の絶縁材料製の支持体３１に固定して、点灯試験を１０回行ったところ、異常放電は１回も発生しなかった。
エキシマランプ２を図５（ａ）に示す実験用灯具の絶縁材料製の支持体３１に固定して、点灯試験を１０回行ったところ、異常放電は１回も発生しなかった。
エキシマランプ１を図５（ｂ）に示す実験用灯具の金属製の支持体３１´に固定して、点灯試験を３回行ったところ、異常放電は３回発生した。
エキシマランプ２を図５（ｂ）に示す実験用灯具の金属製の支持体３１´に固定して、点灯試験を３回行ったところ、異常放電は３回発生した。
表１に示す実験結果によれば、エキシマランプ１、２を絶縁材料製の支持体３１に固定して点灯させることによって、異常放電の発生を確実に回避することができることが確認された。
【００４９】
以上の実験結果から、上記の本発明のエキシマランプ１０は、図３に示す紫外線照射装置の絶縁材料よりなる支持体３１に対して封止部材２を固定することにより、点灯時に封止部材２と透光性部材１の高圧電極６に対応する内面との間で異常放電が発生することを確実に防止できることが確認された。
【００５０】
図６は、本発明の紫外線照射装置の第２の実施形態を示す斜視図である。図６においては、図３に示す紫外線照射装置と共通する構成には図３と同一の符号を付している。
紫外線照射装置５０は、エキシマランプ１０と、エキシマランプ１０を収容する直方体形状の筐体よりなるランプハウス３２と、互いに離間して配置され、エキシマランプ１０が大地と水平になる姿勢で配置されるようエキシマランプ１０を固定する一対の支持体５１と、当該支持体５１の基端側に連結されると共にランプハウス３２の底面に固定される連結体５２とを備えている。
【００５１】
支持体５１は、例えば、アルミニウム等の金属よりなる板材によって構成され、エキシマランプ１０の外表面に当接する円弧状の凹所５１Ａと、互いに離間して凹所５１Ａの両端に連続する一対の平坦部５１Ｂとが先端部に形成されている。支持体５１には、例えばバネなどの弾性体よりなる固定部材５３が、凹所５１Ａを跨いで各々の平坦部５１Ｂ上に固定されている。
【００５２】
連結体５２は、例えば、セラミックなどの絶縁材料よりなる板材によって構成されており、先端面が支持体５１の基端面に当接すると共に、基端面がランプハウス３２の底面に当接するよう配置されている。支持体５１と連結体５２とは、例えばネジ止めなどの周知の手段によりランプハウス３２の底面に対して固定されている。
【００５３】
エキシマランプ１０は、固定部材５３を素手で把持して図６の紙面において鉛直方向上方側に持上げ、封止部材２の外表面が支持体５１の凹所５１Ａに当接するよう配置された状態とした後に、固定部材５３から手を離すことで固定部材５３から生じる反発力によって、封止部材２が凹所５１Ａの表面に当接した状態で支持体５１に対して固定されている。
【００５４】
本発明の紫外線照射装置の第２の実施形態においては、封止部材２の電位が浮遊電位となって接地電極５の電位に比べて高い状態になっているので、封止部材２と透光性部材１の高圧電極６に対応する内面との間で不所望な異常放電が発生することを確実に防止され、接地電極５と高圧電極６との間で正常に放電が形成されるため、エキシマランプ１０から放出される紫外線の出力が経時的に低下することを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明のエキシマランプの構成を示す断面図である。
【図２】本発明のエキシマランプにおいて透光性部材と封止部材との接合部を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の紫外線照射装置の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図４】図３の支持体を拡大して示す斜視図である。
【図５】実験用灯具を示す断面図である。
【図６】本発明の紫外線照射装置の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図７】従来のエキシマランプの構成の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０ エキシマランプ
１ 透光性部材
２ 封止部材
３ 排気管
４ 溶加材
５ 接地電極
６ 高圧電極
３１ 支持体
３１１ 基体部
３１２ 蓋部
３２ ランプハウス
３２Ａ 光出射窓
３２Ｂ 通気口
５１ 支持体
５２ 連結体
５３ 固定部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマランプおよび当該エキシマランプを備える紫外線照射装置に関するものであり、特に、透光性部材と金属よりなる封止部材とにより気密に封止されると共に放電ガスが内部に充填された放電容器を有するエキシマランプおよび当該エキシマランプを備える紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から光化学反応用の紫外線光源としてエキシマランプが使用されており、放電空間を形成する放電容器内に適宜の発光ガスが充填され、エキシマ放電によりエキシマ分子を生成し、エキシマ分子から放射されるエキシマ光を放出するエキシマランプが知られている。
【０００３】
このようなエキシマランプは、特許文献１に開示されているように、放電用ガスとしてアルゴン、クリプトンを使用するものであり、必要に応じてフッ素や塩素のハロゲンが封入されている。例えば、アルゴン−フッ素の放電ガスでは波長１９３ｎｍの光が放射され、クリプトン−フッ素の放電ガスでは波長２４８ｎｍの光が放射され、キセノン−フッ素の放電ガスでは波長３５１ｎｍの光が放射され、キセノン−塩素の放電ガスでは波長３０８ｎｍの光が放射される。
【０００４】
図７は、従来のエキシマランプの構成の一部を示す断面図である。
放電容器１００は、筒状のサファイアガラスよりなる発光管１０１の両端を覆うようにチタン製キャップ１０２を配置し、フッ素樹脂系のＯリング１０３で発光管１０１とキャップ１０２とを封止して構成されている。放電容器１００は、Ｏリング１０３によって気密封止されているので、外部と遮蔽された放電空間Ｓが内部に形成されている。
【０００５】
上記のエキシマランプは、高圧電極１０４と接地電極１０５とが発光管１０１の外表面に離間して設けられ、キセノンと塩素が放電空間Ｓに放電ガスとして封入されている。このようなエキシマランプは、不図示の給電装置によって高圧電極１０４と接地電極１０５との間に高周波高電圧を印加することにより、放電空間Ｓ内に誘電体エキシマ放電によりエキシマが生成され、波長１９３ｎｍのエキシマ光が放出される。
【０００６】
【特許文献１】特許第３１７８１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のエキシマランプにおいては、点灯時間の経過に伴って放電容器１００の外方へ放出される紫外線の出力が低下するため、光化学反応等に必要とされる紫外線出力を十分に得ることができないという問題が発生した。この原因については、以下のように考えられる。
【０００８】
上記の従来のエキシマランプにおいては、発光管１０１の端部に装着されたチタン製のキャップ１０２が放電空間Ｓに対して剥きだしになっている。そのため、高圧電極１０４と接地電極１０５との間に高周波高電圧を印加したときに、発光管１０１の高圧電極１０４に対応する内面とキャップ１０２との間で異常放電が発生することが判明した。従って、従来のエキシマランプにおいては、放電空間Ｓにおいて上記の異常放電が発生することによって、高圧電極１０４と接地電極１０５との間に正常に放電が形成されなくなり、その結果として、放電容器１００から放出される紫外線の出力が低下したものと考えられる。
【０００９】
以上から、本発明は、エキシマランプの放電空間において上記したような異常放電が発生することを防止することにより、紫外線出力が経時的に低下することのないエキシマランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した課題を解決するため、本発明のエキシマランプは、透光性部材と金属よりなる封止部材とにより気密に封止されると共に、放電ガスが内部に充填された放電容器と、前記透光性部材を挟んで対向する接地電極と高圧電極とを備えるエキシマランプにおいて、
前記封止部材の電位を前記接地電極の電位に比べて高くしたことを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明のエキシマランプは、前記透光性部材が、珪素を含まないセラミックスによって直管状に形成され、
前記封止部材が、有底筒状に形成され、前記透光性部材の管軸方向において前記接地電極および前記高圧電極から離間すると共に前記透光性部材の端部を塞ぐよう装着され、
前記透光性部材と前記封止部材とが、当該透光性部材および封止部材の間に充填された溶加材によって封止されていることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明のエキシマランプは、前記放電ガスが、希ガスおよびフッ化物ガスを含むことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明のエキシマランプは、前記放電ガスが、アルゴンガスおよびフッ素ガスを含むことを特徴とする。
【００１４】
さらにまた、本発明の紫外線照射装置は、上記したエキシマランプを内部に収容するランプハウスと、前記エキシマランプを固定する支持体とを備え、
前記支持体は、前記封止部材に当接する面が絶縁材料よりなることを特徴とする。
【００１５】
さらにまた、本発明の紫外線照射装置は、上記したエキシマランプを内部に収容するランプハウスと、前記エキシマランプを固定する支持体と、当該支持体に連結されると共に前記ランプハウスに固定された連結体とを備えた紫外線照射装置であって、
前記連結部が絶縁材料よりなり、
前記支持体の前記封止部材に当接する面が金属よりなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のエキシマランプによれば、封止部材の電位を接地電極の電位に比べて高くしたので、封止部材が金属よりなるものであっても、透光性部材の高圧電極に対応する内面と封止部材との間で異常放電が発生することを確実に防止することができるため、透光性部材を挟んで対向する接地電極と高圧電極との間で正常に放電を発生させることができるので、エキシマランプから放出される紫外線の出力が経時的に低下することなく所望の紫外線出力を得ることができる。
【００１７】
また、本発明のエキシマランプによれば、珪素を含まないセラミックスによって直管状に形成された透光性部材の端部を塞ぐよう、有底筒状に形成された封止部材が装着され、透光性部材と封止部材との間に溶加材が充填されているので、セラミックスよりなる透光性部材と金属よりなる封止部材とを確実に封止することができる。
【００１８】
また、本発明のエキシマランプによれば、放電ガスが希ガスおよびフッ化物ガスを含むものであっても、透光性部材が珪素を含まないセラミックスによって形成されていることから、フッ素が透光性部材に吸収されることがないために、エキシマランプから放出される紫外線の出力が低下する虞がない。
【００１９】
さらに、本発明のエキシマランプによれば、放電ガスがアルゴンガスおよびフッ素ガスを含むので、放電空間内において、アルゴンとフッ素とが励起状態になって、励起状態になったアルゴンとフッ素とが結合してアルゴン−フッ素のエキシマ分子が生成されることにより、波長１９３ｎｍの真空紫外光を放出することができる。
【００２０】
さらに、本発明の紫外線照射装置によれば、エキシマランプを固定する支持体の前記封止部材に当接する面が絶縁材料よりなるために、封止部材の電位が浮遊電位となって接地電極の電位より高くなるので、透光性部材の高圧電極に対応する内面と封止部材との間で異常放電が発生することを確実に防止することができる。従って、本発明の紫外線照射装置によれば、透光性部材を挟んで対向する接地電極と高圧電極との間で正常に放電を発生させることができるので、エキシマランプから放出される紫外線の出力が経時的に低下することなく所望の紫外線出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明のエキシマランプの構成を示す説明用断面図である。
エキシマランプ１０の透光性部材１は、光取出し部材として機能し、平均厚みが０．３〜３ｍｍの両端が開口した直管状で、珪素を含まない透光性セラミックスにより構成される。珪素を含まない透光性セラミックスとは、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするサファイア（単結晶アルミナ）やアルミナ（多結晶アルミナ）、または、チタニア（ＴｉＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）などであり、厚さ１ｍｍの基板において波長１９３ｎｍの光を３０％以上透過する部材である。
【００２２】
透光性部材１の長手方向における両端に有底筒状の封止部材２が配置され、内部に放電空間Ｓを有する放電容器１１が形成される。封止部材２の開口部径は透光性部材１の外径より大きくなっており、封止部材２が透光性部材１の端部１２を覆うようにして配置される。
【００２３】
封止部材２は、例えば鉄（Ｆｅ）にニッケル（Ｎｉ）及びコバルト（Ｃｏ）を配合した合金のいわゆるコバールにより形成される。コバールは珪素を含まない透光性セラミックスと膨張係数がほぼ等しい金属であり、サファイアやアルミナなどの珪素を含まない透光性セラミックスより形成される透光性部材１との膨張係数の差異を小さくすることができる。珪素を含まない透光性セラミックスと膨張係数がほぼ等しい金属としては、コバールのほかにニオブ（Ｎｂ）などがある。封止部材２を珪素を含まない透光性セラミックスと膨張係数がほぼ等しい金属により形成することによって、エキシマランプ１０の点灯・消灯に伴って放電容器１１が加熱・冷却されても、透光性部材１と封止部材２とが膨張収縮する長さが略等しくなるので放電容器１１を割れにくくすることができる。
【００２４】
金属よりなる封止部材２には排気管３が設けられており、放電容器１１の内部が排気管３により排気されて減圧された後、発光ガスとして希ガスと化学的安定性の高いフッ化物が封入される。放電容器１１の放電空間Ｓ内に封入される発光ガスとして、アルゴン（Ａｒ），クリプトン（Ｋｒ）又はキセノン（Ｘｅ）からなる希ガスと、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化炭素（ＣＦ４）又は三フッ化窒素（ＮＦ３）からなるフッ化物とが挙げられる。発光ガスの封入後、排気管３を封止部材２との付け根から３〜１００ｍｍ突き出たところを終端として圧接切断されることにより、放電容器１１を密閉構造とする。
【００２５】
希ガスがアルゴン（Ａｒ）でフッ化物が六フッ化硫黄（ＳＦ６）として発光ガスが放電空間Ｓ内に封入されている場合、アルゴンとフッ素の混合ガスが全圧で４０ｋＰａ、このうちフッ素の割合は０．１％として封入する。フッ素をあまり多くすると、電子がフッ素に吸引されて負のイオンとなり放電が安定しないため、フッ素濃度を少なくしている。また、フッ素濃度を少なくしたことを補い、なるべく大量のエキシマ分子を作るために一定以上の圧力を必要とする。
【００２６】
透光性部材１と封止部材２との間には、透光性部材１や封止部材２よりも低い融点を持った金属の溶加材４が充填されて溶融することにより、透光性部材１と金属部材である封止部材２とが封止されて放電容器１１が形成される。
【００２７】
溶加材４の材料としては、例えば、銀と銅との合金（Ａｇ−Ｃｕ合金）、銀と金と銅との合金（Ａｇ−Ａｕ−Ｃｕ合金）、チタンと銅と銀との合金（Ｔｉ−Ｃｕ−Ａｇ合金）、インジウムと銅と銀との合金（Ｉｎ−Ｃｕ−Ａｇ合金）、インジウムと金との合金（Ｉｎ−Ａｕ合金）などの金属合金が挙げられる。エキシマランプ１０の点灯時、溶加材４は紫外線が照射されると共に加熱されるため、耐紫外線性及び耐熱性を有するものでることが要求される。
【００２８】
アースに接続された接地電極５と、図３に示す給電装置３３の高圧側に接続された高圧電極６とは、互いに離間して管軸方向に沿って延びると共に、透光性部材１を挟んで対向するよう透光性部材１の外表面上に配置されている。接地電極５および高圧電極６は、例えば銅をペースト状にしたものを透光性部材１の外面に塗布するか、又は、例えば板状のアルミニウムを接着剤などによって透光性部材１の外面に接着すること等によって形成されている。接地電極５と高圧電極６との間に高周波高電圧が印加されることにより、透光性部材１を介して放電空間Ｓにおいて接地電極５と高圧電極６との間に放電が形成される。
【００２９】
接地電極５と高圧電極６との間に高周波高電圧が印加されると、アルゴンがエネルギーを得て電離されてアルゴンイオンとなり、六フッ化硫黄が解離してフッ素イオンとなり、アルゴンとフッ素が励起状態となる。励起状態に至ったアルゴンとフッ素が結合してアルゴン−フッ素からなるエキシマ分子に変化する。このように生成されたＡｒＦエキシマは脱励起することにより、波長１９３ｎｍの真空紫外光を放射する。透光性部材１が光取出し部材として機能し、波長１９３ｎｍの真空紫外光が透光性部材１から放電容器１１の外部に放出される。
【００３０】
図２は、本発明のエキシマランプの透光性部材１と封止部材２との接合部を示す拡大断面図である。
封止部材２は、例えば平均厚みが２ｍｍのコバールよりなる部材であり、直径φ１０ｍｍの円形の底部２１の端部に高さ２〜１０ｍｍの筒状の側面部２２の一端が接続されている。放電容器１１の放電空間Ｓ側の底部２１と側面部２２との接続部は滑らかなＲ形状となっている。底部２１の中央部に直径φ１〜２ｍｍの排気穴２３が設けられ、排気穴２３に続いて直径φ３ｍｍのニッケルよりなる排気管３が取り付けられている。排気穴２３の中間に段差２４が設けられており、透光性部材１側の排気穴開口径２５が排気管側の排気穴開口径２６より小さくなっている。
【００３１】
排気管３の内径は封止部材２の発光管側の排気穴開口径２５に比べてわずかに大きいが略同程度の大きさであり、排気管３の外径は封止部材２の排気管側の排気穴開口径２６より大きくなっている。排気管３の封止部材２に嵌合される先端３Ａは薄肉になっており、排気穴２３の段差２４に当接できるようになっている。封止部材２と排気管３の継ぎ目に放電容器１１の外側から、溶加材６を注入して、封止部材２に排気管３を固定している。
【００３２】
封止部材２の開口部径は、透光性部材１の外径より０．１〜１ｍｍ大きくなっているので、透光性部材１を封止部材２の開口部に余裕をもって挿入することができる。溶加材４がセラミックスに溶着しない性質を有するので、透光性部材１と溶加材４とのなじみを良くするために、透光性部材１の外表面において端部１２から５ｍｍまでの範囲にモリブデンおよびニッケルよりなるメタライズ層１３が形成されている。透光性部材１のメタライズ層１３と封止部材２の側面部２２との間の隙間が埋まるように溶加材４が充填される。透光性部材１と封止部材２との間に隙間が残るとフッ素などの発光ガスが漏れ出して減少してしまうので、溶加材４は封止部材２の開口部を埋める程度にまで十分に充填される。溶加材４が透光性部材１と封止部材２との緩衝材となり、透光性部材１と封止部材２の膨張伸縮によって生じるズレを許容し、ズレによって生じる隙間も塞いで放電容器１１の気密性を保つことができる。
【００３３】
封止部材２の底部２１と透光性部材１の端部１２とは、０．１〜１ｍｍ離間して配置されている。また、上記するように封止部材２の側面部２２と透光性部材１の外表面に形成されたメタライズ層１３との間も０．１〜１ｍｍ離間して配置され、溶加材４を介して封止されている。このように透光性部材１と封止部材２とが離間しているので、透光性部材１と封止部材２とで熱膨張率が異なっていても膨張収縮を隙間によって許容できるので、放電容器１１が破裂しにくい。
【００３４】
封止部材２の底部２１と透光性部材１の端部１２とが離間する箇所において、溶加材４が放電容器１１の放電空間Ｓに露出する。溶加材４の露出面４１は一方がメタライズ層１３の端部につながり、他方が封止部材２の底部２１につながり、溶加材４自体の表面張力により露出面４１が弓状に湾曲している。溶加材４の充填量が増えると、露出面４１の一方がメタライズ層１３の端部につながる位置は変わらないが、露出面４１の他方がつながる封止部材２の底部２１の位置は排気穴２３側に移動する。
【００３５】
エキシマランプ１０の放電によって放電容器１１の放電空間Ｓに発生するフッ素イオンは酸化力が強く、ほとんど全ての元素と反応する。したがって、フッ素が取り込まれないように放電容器１１の放電空間Ｓを形成することが好ましい。珪素はフッ素イオンによって酸化されやすいため、珪素を含むセラミックスはフッ素との反応性が高い。そのため、透光性部材１を、波長１９３ｎｍの真空紫外光を透過しつつ、フッ素との反応性が低い性質を有する珪素を含まない透光性セラミックスにより構成することが好ましい。こうすることで、透光性部材１によるフッ素の取り込みを防止するとともに、透光性部材１から波長１９３ｎｍの真空紫外光を外部に放射することができる。
【００３６】
図３は、本発明の紫外線照射装置の第１の実施形態を示す斜視図である。
紫外線照射装置３０は、エキシマランプ１０と、互いに離間して配置され、エキシマランプ１０が大地と水平になる姿勢で配置されるようエキシマランプ１０を固定する一対の支持体３１と、エキシマランプ１０および支持体３１を収容する直方体形状の筐体よりなるランプハウス３２と、エキシマランプ１０の接地電極５と高圧電極６とに対して高周波高電圧を印加するための給電装置３３とを備えている。接地電極５は給電装置３３のアース側に接続され、高圧電極６は給電装置３３の高圧側に接続されている。
【００３７】
図４は、図３の支持体３１を拡大した斜視図である。
支持体３１は、基体部３１１と蓋部３１２とを連結することによって構成されている。基体部３１１は、エキシマランプ１０の外表面に当接する円弧状の凹所３１１Ａと、互いに離間して凹所３１１Ａの両端に連続する一対の平坦部３１１Ｂとが先端部に形成され、基端部がランプハウス３２の底面に固定されている。蓋部３１２は、エキシマランプ１０の外表面に当接する円弧状の凹所３１２Ａと、互いに離間して凹所３１２Ａの両端に連続する一対の平坦部３１２Ｂとが基端部に形成されている。各々の支持体３１は、互いに離間して光出射窓３２Ａを挟んで対向するように配置され、各々の基体部３１１の基端部が、例えばランプハウス３２の底面にそれぞれネジ止めされて固定されている。
【００３８】
支持体３１を構成する基体部３１１および蓋部３１２は、例えばセラミックス等の絶縁材料よりなる板材によって構成されている。支持体３１を絶縁材料によって構成するのは、支持体３１に固定されるエキシマランプ１０の封止部材２の電位を、エキシマランプ１０の接地電極５の電位に比べて高い状態にするためである。例えば、紫外線照射装置３０においては、支持体３１に固定された封止部材２の電位が２ｋＶとされ、高圧電極６の電位が４ｋＶとされている。
【００３９】
エキシマランプ１０は、封止部材２の外表面が基体部３１１の凹所３１１Ａに当接するよう配置され、蓋部３１２の凹所３１２Ａが封止部材２の外表面に当接すると共に、蓋部３１２の各々の平坦部３１２Ｂが基体部３１１の各々の平坦部３１１Ｂに当接して配置された後に、例えば基体部３１１と蓋部３１２とがネジ止めされることによって支持体３１に対して固定されている。なお、エキシマランプ１０は、接地電極５および高圧電極６が光出射窓３２Ａの直上に配置されることのないように配置されている。
【００４０】
ランプハウス３２は、エキシマランプ１０の外部に放出される紫外線の吸収が少ない紫外線透過性材料よりなる板部材が、ランプハウス３２の光出射側（図３の紙面において鉛直方向下方側）の面に形成された開口に嵌め込まれることにより、ランプハウス３２の外方へ紫外線を出射するための光出射窓３２Ａが形成されている。光出射窓３２Ａは、エキシマランプ１０の管軸方向の全長に比べて若干短めに形成されており、例えば、合成石英等により構成されている。
【００４１】
また、ランプハウス３２は、複数の微細な孔を有するメッシュ状の金属部材が、ランプハウス３２の光出射方向に対し逆側（図３の紙面において鉛直方向上方側）の面に形成された開口に対し、ランプハウス３２の外方側の面に取付けられることにより、ランプハウス３２の内部に冷却風を導入するための通気口３２Ｂが形成されている。エキシマランプ１０の点灯時においては、不図示の冷却ファンから放出された冷却風が通気口３２Ｂを介してランプハウス３２の内部に導入され、エキシマランプ１０が冷却される。
【００４２】
なお、ランプハウス３２は、通気口３２Ｂが光出射窓３２Ａに対向する箇所に設けられていることが好ましい。すなわち、エキシマランプ１０の点灯時においては、光出射窓３２Ａに対してエキシマランプ１０から出射された紫外線が照射されるが、通気口３２Ｂを介してランプハウス３２内に導入した冷却風が光出射窓３２Ａにも当たるようにすることによって、エキシマランプ１０と共に光出射窓３２Ａが冷却される。従って、光出射窓３２Ａがエキシマランプ１０の点灯時に過度に高温状態になることがないために、光出射窓３２Ａの直下に配置された被処理物（図３では不図示）が、光出射窓３２Ａから発せられる輻射熱によって不所望に加熱される虞が無い。
【００４３】
以上の本発明の紫外線照射装置３０においては、エキシマランプ１０における封止部材２が絶縁材料によって構成された支持台３１によって固定されており、上記したように封止部材２の電位が浮遊電位となって接地電極５の電位に比べて高い状態になっているので、封止部材２と透光性部材１の高圧電極６に対応する内面との間で不所望な異常放電が発生することが確実に防止され、接地電極５と高圧電極６との間で正常に放電が形成されるため、エキシマランプ１０から放出される紫外線の出力が経時的に低下することを確実に防止することができる。
【００４４】
特に、希ガスおよびフッ化物ガスを含む放電ガスがエキシマランプ１０の透光性部材１の内部に充填されている場合においては、上記の異常放電の発生を防止することにより、フッ化物ガスが金属材料よりなる封止部材２と反応して減少することでエキシマランプ１０から放出される紫外線の出力が低下する、という不具合の発生を確実に防止することができる。
【００４５】
本発明の効果を確認するために行った実験について以下に説明する。
図１に示す構成に従い、以下の仕様に基いて２種類のエキシマランプを作製した。
（エキシマランプ１）
・透光性部材１：サファイア、管径１３ｍｍ、全長１５０ｍｍ、
アルゴンガスと六フッ化硫黄ガスの混合ガスを２７ｋＰａの圧力で封入
・封止部材２：コバール、外径１５ｍｍ、全長１０ｍｍ
・接地電極５、高圧電極６：幅５ｍｍ、全長１００ｍｍ、
封止部材２の端部から８ｍｍ離間して配置
・点灯条件：７ｋＶ、１５Ｗ
（エキシマランプ２）
・透光性部材１：サファイア、管径１３ｍｍ、全長１５０ｍｍ、
アルゴンガスと六フッ化硫黄ガスの混合ガスを２７ｋＰａの圧力で封入
・封止部材２：コバール、外径１５ｍｍ、全長１０ｍｍ
・接地電極５、高圧電極６：幅５ｍｍ、全長１００ｍｍ、
封止部材２の端部から１０ｍｍ離間して配置
・点灯条件：８ｋＶ、１９Ｗ
【００４６】
図５は、実験用灯具の構成を示す断面図である。図５（ａ）は絶縁材料製の支持体３１を備える実験用灯具の構成を示し、図５（ｂ）は金属製の支持体３１´を備える実験用灯具の構成を示している。
図５（ａ）、図５（ｂ）の実験用灯具の支持体３１、３１´に対して、それぞれ上記のエキシマランプ１、２の封止部材２を固定した。この状態で、エキシマランプ１、２に対して上記の点灯条件でエキシマランプ１、２の点灯試験を行い、封止部材２と透光性部材１の高圧電極６に対応する内面との間で異常放電が発生するか否かを目視で確認した。点灯試験は１回につき１０分間の連続点灯を行った。その結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１から次のことが判明した。
エキシマランプ１を図５（ａ）に示す実験用灯具の絶縁材料製の支持体３１に固定して、点灯試験を１０回行ったところ、異常放電は１回も発生しなかった。
エキシマランプ２を図５（ａ）に示す実験用灯具の絶縁材料製の支持体３１に固定して、点灯試験を１０回行ったところ、異常放電は１回も発生しなかった。
エキシマランプ１を図５（ｂ）に示す実験用灯具の金属製の支持体３１´に固定して、点灯試験を３回行ったところ、異常放電は３回発生した。
エキシマランプ２を図５（ｂ）に示す実験用灯具の金属製の支持体３１´に固定して、点灯試験を３回行ったところ、異常放電は３回発生した。
表１に示す実験結果によれば、エキシマランプ１、２を絶縁材料製の支持体３１に固定して点灯させることによって、異常放電の発生を確実に回避することができることが確認された。
【００４９】
以上の実験結果から、上記の本発明のエキシマランプ１０は、図３に示す紫外線照射装置の絶縁材料よりなる支持体３１に対して封止部材２を固定することにより、点灯時に封止部材２と透光性部材１の高圧電極６に対応する内面との間で異常放電が発生することを確実に防止できることが確認された。
【００５０】
図６は、本発明の紫外線照射装置の第２の実施形態を示す斜視図である。図６においては、図３に示す紫外線照射装置と共通する構成には図３と同一の符号を付している。
紫外線照射装置５０は、エキシマランプ１０と、エキシマランプ１０を収容する直方体形状の筐体よりなるランプハウス３２と、互いに離間して配置され、エキシマランプ１０が大地と水平になる姿勢で配置されるようエキシマランプ１０を固定する一対の支持体５１と、当該支持体５１の基端側に連結されると共にランプハウス３２の底面に固定される連結体５２とを備えている。
【００５１】
支持体５１は、例えば、アルミニウム等の金属よりなる板材によって構成され、エキシマランプ１０の外表面に当接する円弧状の凹所５１Ａと、互いに離間して凹所５１Ａの両端に連続する一対の平坦部５１Ｂとが先端部に形成されている。支持体５１には、例えばバネなどの弾性体よりなる固定部材５３が、凹所５１Ａを跨いで各々の平坦部５１Ｂ上に固定されている。
【００５２】
連結体５２は、例えば、セラミックなどの絶縁材料よりなる板材によって構成されており、先端面が支持体５１の基端面に当接すると共に、基端面がランプハウス３２の底面に当接するよう配置されている。支持体５１と連結体５２とは、例えばネジ止めなどの周知の手段によりランプハウス３２の底面に対して固定されている。
【００５３】
エキシマランプ１０は、固定部材５３を素手で把持して図６の紙面において鉛直方向上方側に持上げ、封止部材２の外表面が支持体５１の凹所５１Ａに当接するよう配置された状態とした後に、固定部材５３から手を離すことで固定部材５３から生じる反発力によって、封止部材２が凹所５１Ａの表面に当接した状態で支持体５１に対して固定されている。
【００５４】
本発明の紫外線照射装置の第２の実施形態においては、封止部材２の電位が浮遊電位となって接地電極５の電位に比べて高い状態になっているので、封止部材２と透光性部材１の高圧電極６に対応する内面との間で不所望な異常放電が発生することを確実に防止され、接地電極５と高圧電極６との間で正常に放電が形成されるため、エキシマランプ１０から放出される紫外線の出力が経時的に低下することを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明のエキシマランプの構成を示す断面図である。
【図２】本発明のエキシマランプにおいて透光性部材と封止部材との接合部を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の紫外線照射装置の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図４】図３の支持体を拡大して示す斜視図である。
【図５】実験用灯具を示す断面図である。
【図６】本発明の紫外線照射装置の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図７】従来のエキシマランプの構成の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０ エキシマランプ
１ 透光性部材
２ 封止部材
３ 排気管
４ 溶加材
５ 接地電極
６ 高圧電極
３１ 支持体
３１１ 基体部
３１２ 蓋部
３２ ランプハウス
３２Ａ 光出射窓
３２Ｂ 通気口
５１ 支持体
５２ 連結体
５３ 固定部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性部材と金属よりなる封止部材とにより気密に封止されると共に、放電ガスが内部に充填された放電容器と、前記透光性部材を挟んで対向する接地電極と高圧電極とを備えるエキシマランプにおいて、
前記封止部材の電位を前記接地電極の電位に比べて高くしたことを特徴とするエキシマランプ。
【請求項２】
前記透光性部材が、珪素を含まないセラミックスによって直管状に形成され、
前記封止部材が、有底筒状に形成され、前記透光性部材の管軸方向において前記接地電極および前記高圧電極から離間すると共に前記透光性部材の端部を塞ぐよう装着され、
前記透光性部材と前記封止部材とが、当該透光性部材および封止部材の間に充填された溶加材によって封止されていることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
【請求項３】
前記放電ガスが、希ガスおよびフッ化物ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
【請求項４】
前記放電ガスが、アルゴンガスおよびフッ素ガスを含むことを特徴とする請求項３に記載のエキシマランプ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れかに記載のエキシマランプと、当該エキシマランプを内部に収容するランプハウスと、前記エキシマランプの封止部材を固定する支持体とを備えた紫外線照射装置であって、
前記支持体は、前記封止部材に当接する面が電気的絶縁性材料よりなることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４の何れかに記載のエキシマランプと、当該エキシマランプを内部に収容するランプハウスと、前記エキシマランプの封止部材を固定する支持体と、当該支持体に連結されると共に前記ランプハウスに固定された連結体とを備えた紫外線照射装置であって、
前記連結体が電気的絶縁性材料よりなり、
前記支持体の前記封止部材に当接する面が金属よりなることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項１】
透光性部材と金属よりなる封止部材とにより気密に封止されると共に、放電ガスが内部に充填された放電容器と、前記透光性部材を挟んで対向する接地電極と高圧電極とを備えるエキシマランプにおいて、
前記封止部材の電位を前記接地電極の電位に比べて高くしたことを特徴とするエキシマランプ。
【請求項２】
前記透光性部材が、珪素を含まないセラミックスによって直管状に形成され、
前記封止部材が、有底筒状に形成され、前記透光性部材の管軸方向において前記接地電極および前記高圧電極から離間すると共に前記透光性部材の端部を塞ぐよう装着され、
前記透光性部材と前記封止部材とが、当該透光性部材および封止部材の間に充填された溶加材によって封止されていることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
【請求項３】
前記放電ガスが、希ガスおよびフッ化物ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
【請求項４】
前記放電ガスが、アルゴンガスおよびフッ素ガスを含むことを特徴とする請求項３に記載のエキシマランプ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れかに記載のエキシマランプと、当該エキシマランプを内部に収容するランプハウスと、前記エキシマランプの封止部材を固定する支持体とを備えた紫外線照射装置であって、
前記支持体は、前記封止部材に当接する面が電気的絶縁性材料よりなることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４の何れかに記載のエキシマランプと、当該エキシマランプを内部に収容するランプハウスと、前記エキシマランプの封止部材を固定する支持体と、当該支持体に連結されると共に前記ランプハウスに固定された連結体とを備えた紫外線照射装置であって、
前記連結体が電気的絶縁性材料よりなり、
前記支持体の前記封止部材に当接する面が金属よりなることを特徴とする紫外線照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２３８４７１（Ｐ２００９−２３８４７１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８０９１９（Ｐ２００８−８０９１９）
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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