(57)【要約】【課題】窓部材における光透過領域の面積を比較的広く確保し、透過する光の光量を比較的高くする。【解決手段】端部に開口を有する管状のセラミック体と、前記セラミック体の前記端部と接合され、前記開口と連通する管路を形成する管状の金属部材と、前記金属部材の内周面と接合して前記管路を閉塞する光透過窓部材と、を備え、前記金属部材の前記内周面は、前記セラミック体から離間するにしたがい前記開口の中心軸に近づくように曲がった曲部を有し、前記光透過窓部材は、一方主面の周縁が、前記曲部において前記金属部材の前記内周面と当接し、前記光透過窓部材の側面と前記金属部材の前記内周面とが接合部材によって接合されており、前記接合部材は、前記光透過窓部材の前記周縁から、前記金属部材の前記内面面に沿って、前記セラミック体から離間する方向に拡がる表面を有することを特徴とする光透過窓接合体を提供する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部に開口を有する管状のセラミック体と、
前記セラミック体の前記端部と接合され、前記開口と連通する管路を形成する管状の金属部材と、
前記管路を閉塞する光透過窓部材と、を備え、
前記光透過窓部材は、前記光透過部材の側面と前記金属部材の前記内周面との間に配された接合部材によって、前記金属部材に固定されており、
前記金属部材の前記内周面は、前記光透過窓部材よりも、前記セラミック体から離間する側に、前記光透過窓部材から離間するにしたがって前記開口の中心軸に近づく曲部を有し、
前記接合部材が、前記光透過部材の側面と前記金属部材の前記内周面との間から、前記内周面の前記曲部を含む領域にかけて延びていることを特徴とする光透過窓接合体。
【請求項２】
前記接合部材は、前記光透過窓部材の前記反対の側の主面の周縁から、前記金属部材の前記内周面にかけて連なる表面を有することを特徴とする請求項１記載の光透過窓接合体。
【請求項３】
前記光透過窓部材は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）の単結晶からなることを特徴とする請求項１または２記載の光透過窓接合体。
【請求項４】
前記金属部材は銅（Ｃｕ）を主成分とすることを特徴とする請求項３に記載の光透過窓接合体。
【請求項５】
前記接合部材は、前記光透過部材の前記側面に被着されたメタライズ層と、前記メタライズ層と前記金属部材の前記内面面とを接合するロウ付層からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光透過窓接合体。
【請求項６】
前記メタライズ層がＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉを主成分とし、前記ロウ付層がＡｇＣｕロウからなることを特徴とする請求項５記載の光透過窓接合体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の光透過窓接合体を備え、
前記セラミック体の内部で発光した光を、前記光透過窓を介して、前記セラミック体と反対の側に出射することを特徴とするランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過窓接合体およびランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セラミック等からなる筒状体の端部に、所望の波長の光を透過する窓部材を接合した光透過窓部材が提案されている。例えば、紫外線の中でも波長が短い、１０〜２００ｎｍ付近の波長の真空紫外線（ＶＵＶ；Ｖａｃｕｕｍ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）を透過する光透過窓の材質としては、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）やフッ化カルシウム（ＣａＦ２）等が知られている。例えば、下記特許文献１には、セラミックからなる筒状の外側管の端部に、フッ化マグネシウムあるいはフッ化カルシウムからなる窓部材を接合してなる光透過窓部材を備えた、誘電体バリア放電ランプが記載されている。図４は、下記特許文献１に示された、光透過窓接合部材の一例について示している。
【特許文献１】特開平８−２３６０８４号公報
【０００３】
図４に示すように、特許文献1に示す光透過窓部材１００では、例えばセラミック等からなる筒状部材１０２の端部に、金属製接合部材１０４が設けられている。特許文献１に示す光透過窓部材１００では、この金属製接合部材１０４に、例えば低融点ガラス１０６を接着剤として用いて、例えばフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）からなる光透過窓１０８を接合している。この際、接着剤である低融点ガラス１０６は、光透過窓１０８の一方の主面の周縁部に沿って設けられ、光透過窓１００のこの一方主面の周縁部と金属製接合部材１０４の端部とが接合されている。特許文献１では、金属製接合部材１０４と光透過窓１０８との間の熱膨張係数の違いによって発生する応力は、金属製部材１０４の端部１１０によって緩和され、急激な温度変化が生じても低融点ガラス１０６や光透過窓１０８の破損が生じないと記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１のように、接着剤である低融点ガラス１０６を、光透過窓１０８の一方の主面の周縁部に沿って設けた場合、配置した低融点ガラス１０６が光透過窓１０８の主面の中央に向かって拡がり易い。低融点ガラス１０６が中央に向かって拡がった場合、光透過窓における光の透過を阻害する場合があった。また、低融点ガラス１０６が光透過窓１０８の主面の比較的広い範囲に広がった場合、低融点ガラス１０６と光透過窓１０８の熱膨張係数の違いに起因して発生する応力が比較的大きくなり、光透過窓１０８の破損が生じ易くなるといった課題もあった。本願は、かかる課題を解決するためになされた発明である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本願発明は、端部に開口を有する管状のセラミック体と、前記セラミック体の前記端部と接合され、前記開口と連通する管路を形成する管状の金属部材と、前記金属部材の内周面と接合して前記管路を閉塞する光透過窓部材と、を備え、前記金属部材の前記内周面は、前記セラミック体から離間するにしたがい前記開口の中心軸に近づくように曲がった曲部を有し、前記光透過窓部材は、一方主面の周縁が、前記曲部において前記金属部材の前記内周面と当接し、前記光透過窓部材の側面と前記金属部材の前記内周面とが接合部材によって接合されており、前記接合部材は、前記光透過窓部材の前記周縁から、前記金属部材の前記内面面に沿って、前記セラミック体から離間する方向に拡がる表面を有することを特徴とする光透過窓接合体を提供する。
【０００６】
なお、前記光透過窓部材は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）の単結晶からなることが好ましい。
【０００７】
また、前記光透過窓部材は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）の単結晶からなることが好ましい。
【０００８】
また、前記金属部材は、銅（Ｃｕ）を主成分とすることが好ましい。
【０００９】
また、前記接合部材は、前記光透過部材の前記側面に被着されたメタライズ層と、前記メタライズ層と前記金属部材の前記内面面とを接合するロウ付層からなることが好ましい。
【００１０】
前記メタライズ層がＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉを主成分とし、前記ロウ付層がＡｇＣｕロウからなることが好ましい。
【００１１】
本発明は、また、光透過窓接合体を備え、前記セラミック体の前記管路内部での発光を、前記光透過窓を介して出射させることを特徴とするランプを、併せて提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光透過窓接合体では、窓部材における光透過領域の面積を比較的広く確保し、透過する光の光量を比較的高くできる。また、本発明の光透過窓接合体では、光透過窓接合体を構成する各部材の熱膨張係数に起因した破損が抑制される。本発明のランプは、比較的高い信頼性で、比較的高い光量の光を照射できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の光透過窓接合体の一実施形態について、詳細に説明する。図１は、本発明の光透過窓接合体の一実施形態を備えて構成される、本発明のランプの一実施形態である誘電体バリア放電ランプ（放電ランプ１）の構成を示す概略断面図である。放電ランプ１は、例えば、光化学反応用の紫外線光源として使用される放電ランプの一種で、誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成し、該エキシマ分子から放射される光を、光透過窓から透過させて取り出す（光透過窓を透過した光を照射する）。
【００１４】
放電ランプ１は、放電容器１１と、金属部材１２と、光透過窓９と、電極４および５と、交流電源１０と、を備えて構成されている。放電容器１１は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするセラミックからなり、外側管３と内側管２とが、閉塞端部１０４によって接続されている。セラミック体である放電容器１１は、一方の側（閉塞端部１０４の側）の端部が閉塞されるとともに、他方の端部には、筒状壁部１０６によって囲まれた開口１０８が形成されている。筒状壁部１０６の端部には、例えば銅（Ｃｕ）からなる金属部材１２が接合されている。金属部材１２は、内部に管路が形成された管状の部材であり、上記閉塞端部１０４の側の端面は、筒状壁部１０６の端面と接合されて、開口１０８と連通した管路を形成している。セラミックからなる放電容器１１と金属部材１２とは、例えば、放電容器１１の端面にＭｏ−Ｍｎメタライズを施し、Ｍｏ−Ｍｎ表面にＮｉメッキを被着し、金属部材１２とＮｉメッキ面の間にＡｇ−Ｃｕロウ箔を置いてロウ付けしてなる接合部７Ａを介して接合されている。
【００１５】
金属部材１２の内周面１２ａには光透過窓９が接合されており、光透過窓９が、開口１０８と連通した管路（金属部材１２によって周囲を囲まれた管路）を閉塞している。光透過窓９は、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）の単結晶からなる。光透過窓９は、接合部７Ｂを介して接合されている。フッ化マグネシウムあるいはフッ化カルシウムは、例えば、石英ガラスやサファイア等に比較し、真空紫外領域の透過率が優れており、誘電体バリア放電によって形成されてエキシマ分子から放射される光（真空紫外線領域の光）を、比較的良好に透過する。本実施形態の光透過窓９は、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）のＣ面を主面とする単結晶である。フッ化マグネシウムの単結晶のうち、Ｃ面を主面とする単結晶の熱膨張係数は、金属部材１２を構成する例えば銅（Ｃｕ）の熱膨張係数と、比較的近くなっている。本実施形態における金属部材１２の形状、および、金属部材１２と光透過窓９との接合状態については、後に詳述する。なお、Ｃ面を主面とする単結晶に限定されず、例えばＣ面を垂直な主面を有する単結晶であってもよい。
【００１６】
放電容器１１の外側管３および内側管２の外面には、アルミニウムの蒸着によって形成した、光反射板を兼ねた誘電体バリア放電用の電極５および４がそれぞれ設けられている。放電容器１１は、一方の側が閉塞端部１０４によって閉塞され、かつ他方の側が光透過窓９によって閉塞され、内部に閉じた空間（放電空間８）が形成されている。放電ランプ１では、放電空間８に放電用ガスが充填されている。係る放電ランプ１では、交流電源１０によって電極４、５に交流電圧が印加され、放電空間８に誘電体バリア放電が発生する。放電ランプ１では、この誘電体バリア放電によって、放電用ガスからエキシマ分子が形成され、このエキシマ分子から放射された光（真空紫外線）が、光透過窓９を透過して外部に出射される。本実施形態の放電ランプ１では、該誘電体バリア放電の放電路に平行して光取りだし窓９が設けられており、光透過窓９の厚み方向（すなわち光の出射方向）に沿ったプラズマの厚みが比較的大きい。本実施形態の放電ランプ１では、光透過窓９を透過して出射される光の光量が、比較的大きい。
【００１７】
図２は、本実施形態の放電ランプ１が備える、本発明の光透過窓接合体２０の一実施形態について、より詳細に説明する断面図である。光透過窓接合体２０は、放電容器１１と、金属部材１２と、光透過窓９と、を備えて構成されている。上述のように、放電容器１１は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とし、筒状壁部１０６によって囲まれた開口１０８が形成されている。筒状壁部１０６の端部には、例えば銅（Ｃｕ）からなる金属部材１２が接合されている。例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる放電容器１１と、例えば銅（Ｃｕ）からなる金属部材１２とは、接合部７Ａを介して接合されている。
【００１８】
金属部材１２は管状の部材であり、一方の側（閉塞端部１０４の側）の端面が、放電容器１１の端面と接合されて、金属部材１２の内周面１２ａで囲まれた、開口１０８と連通した管路を形成している。金属部材１２の内周面１２ａは、一方の側（閉塞端部１０４の側）から他方の側（光の透過方向に沿った側）に向かうにつれて、開口１０８の中心軸（図２中の破線Ｃで示す）に近づくように曲がった曲部１６を備えている。光透過窓９の一方の主面９ａは、金属部材１２の内周面１２ａの、この曲部１６に対応する位置に当接することで、金属部材１２に対する、光の透過方向に沿った位置が規定されている。
【００１９】
本実施形態の光透過窓９は、金属部材１２の一方の側（閉塞端部１０４の側）から、内周面１２ａで囲まれた管路内に挿入されて、中心軸に近づくように曲がって内径が狭まった曲部１６に対応する位置で、金属部材１２の内周面１２ａと、光透過窓９の一方主面９ａの周縁とが当接し、金属部材１２に対する光の透過方向に沿った位置が規定される。本実施形態の放電ランプ１では、開口１０８の中心軸（図２中の破線Ｃで示す）に近づくように曲がった曲部１６を備え、光透過窓９の、金属部材１２に対する光の透過方向に沿った位置が規定される。
【００２０】
図３は、金属部材１２と光透過窓９との接合状態について、より詳細に説明する断面図である。本実施形態の光透過窓９は、光透過窓９の側面９ｂが、金属部材１２の内周面１２ａと、接合部材７Ｂを介して接合されている。接合部材７Ｂは、光透過窓９の側面９ｂに設けられたメタライズ層７Ｂaと、メタライズ層７Bａと内周面１２ａとの間隙に設けられたロウ付層７Ｂｂと、からなる。本実施形態の光透過窓接合体２０では、接合部材７Ｂｂは、光透過窓９の一方主面９ａの位置に対して、より光の照射方向の側（図３における上側）に、金属部材１２の内周面１２ａに沿って拡がっている。すなわち、本実施形態の光透過窓接合体２０では、接合部材７Ｂの表面は、光透過窓９の一方主面９ａの周縁線から、金属部材１２の内周面１２ａに向けて連なる。
【００２１】
本実施形態の光透過窓接合体２０は、より具体的には、例えばＡｇ−Ｃｕ―Ｔｉからなるメタライズ層７Ｂａが側面９ｂに設けられた光透過窓９が、Ａｇ−Ｃｕロウからなるロウ付け層７Ｂｂによって、金属部材１２の内周面１２ａと接合されている。光透過窓接合体２０の作製では、金属部材１２の一方の側（閉塞端部１０４の側）から、メタライズ層７Ｂａが側面９ｂに設けられた光透過窓９が、内周面１２ａで囲まれた管路内に挿入され、曲部１６において、内周面１２ａと、光透過窓９の一方主面９ａの周縁とが当接される。この状態で、メタライズ層７Ｂａと金属部材１２の内周面１２ａとの間隙にＡｇ−Ｃｕロウを供給し、メタライズ層７Ｂａと、Ｃｕからなる接合部材２０と、を比較的大きな接合強度で接合する。
【００２２】
本実施形態の光透過窓接合体２０では、光透過窓９の一方主面９ａの周縁部が曲部１６と当接しており、この一方主面９ａの位置に対して、より光の照射方向の側（図３中の上側）では、一方主面９ａから離れるにしたがって、内周面１２ａが中心軸Ｃに近づいている。光透過窓接合体２０では、メタライズ層７Ｂａと金属部材１２の内周面１２ａとの間隙に供給されたＡｇ−Ｃｕロウは、メタライズ層７Ｂａおよび内周面１２ａとの濡れによって、この間隙を一方主面９ａの側に進んでいく。Ａｕ−Ｃｕロウは、例えばフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）からなる光透過窓９の主面９ａに対する濡れ性に比べて、例えばＣｕからなる金属部材１２に対する濡れ性の方が、比較的高い。メタライズ層７Ｂａと金属部材１２の内周面１２ａとの間隙に供給されたＡｇ−Ｃｕロウは、一方主面９ａの側に到達した後は、濡れ性が比較的良好な、金属部材１２の内周面１２ａに沿って拡がる。本実施形態の光透過窓接合体２０では、接合部材７Ｂの表面は、光透過窓９の一方主面９ａの周縁線から、金属部材１２の内周面１２ａに向けて連なる。なお、光透過窓９の一方主面９ａの周縁線とは、光透過窓９の表面形状の外周線と、一方主面９ａの内部領域に向けて外周線から所定長だけ離間した位置を通る周縁区分線とで囲まれた領域を含む範囲をいう。なお、この所定範囲は、光透過窓９の表面形状の重心位置を通る、一方主面９ａの外周線によって区切られた複数の線分のうち、最も短い長さの線分の５％の長さをいう。本実施形態の光透過窓接合体２０では、この周縁線に対応する範囲よりも内部には、接合部材７Ｂ（特にロウ付層７Ｂｂ）は被着されない。
【００２３】
例えば、ロウ付層７Ｂｂが光透過窓９の一方主面９ａに拡がって被着された場合、光透過窓９における光の透過面積が比較的小さくなり、光透過窓９を透過する光の光量が減少する。またこの場合、例えばＡｇ−Ｃｕロウからなるロウ付層７Ｂｂと、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）からなる光透過窓９との熱膨張係数の差に起因し、ロウ付層７Ｂｂの固化の際に光透過窓９に割れ等の破損が生じることがある。本実施形態の光透過窓接合体２０では、接合部材７Ｂの表面は、光透過窓９の一方主面９ａの周縁線から、金属部材１２の内周面１２ａに向けて連なり、光透過窓９の一方主面９ａには、Ａｇ−Ｃｕロウからなるロウ付層７Ｂｂが被着されない。本実施形態の光透過窓接合体２０は、光透過窓９において光が透過できる面積を比較的広く確保することができる。また、本実施形態の光透過窓接合体２０は、光透過窓９の、金属部材１２に対する光の透過方向に沿った位置を比較的高い精度で規定しつつ、光透過窓９の破損が抑制される。
【００２４】
本実施形態の光透過窓接合体２０では、例えばＭｇＦ２からなる光透過窓９と、例えばＣｕからなる金属部材１２とが、Ａｇ−Ｃｕからなるロウ付層７Ｂｂによって接合されている。Ａｇ−Ｃｕからなるロウ付層７Ｂｂは、約７８０℃と融点が比較的高く、接合後の部材（本実施形態では、光透過窓接合体２０、および放電ランプ１）は、比較的高い耐熱性を備えている。本実施形態の光透過窓接合体２０、および本実施形態の放電ランプ１は、比較的高い温度に昇温する条件下でも、光透過窓９と金属部材１２とが、比較的高い接合状態を保っている。また、光透過窓接合体２０では、光透過窓９の、側面９ｂおよび主面９ａの周縁線のみに接合部材７Ｂが設けられている。本実施形態の光透過窓接合体２０では、このように、側面９ｂおよび主面９ａの周縁線にのみ接合部材７Ｂが設けられているので、例えば主面９ａにロウ付層７Ｂが被着されている場合と比較して、温度変化に起因して光透過窓９に生じる応力は比較的小さい。放電ランプ１は、放電容器１１内にプラズマを生成して光を発生し、プラズマに比較的近い位置に配置される光透過窓９および金属部材１２は、発光および消灯に応じて、比較的広い温度範囲で温度変化する。本実施形態の光透過窓接合体２０では、比較的広い温度範囲で温度が変化した場合でも、光透過窓９の損傷が抑制される。
【００２５】
また、本実施形態の光透過窓接合体２０では、Ｃ面を主面とするフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）単結晶体を光透過窓９とし、この光透過窓９を銅（Ｃｕ）からなる金属部材１２と接合している。Ｃ面を主面とするフッ化マグネシウム単結晶体の熱膨張係数は、金属部材１２を構成するＣｕの熱膨張係数と比較的近い。本実施形態の光透過窓接合体２０では、比較的広い温度範囲で温度が変化した場合でも、金属部材１２の熱膨張の程度と、光透過窓９の熱膨張の程度との差が、比較的小さくされている。また、光透過窓９と金属部材１２とにおいて、熱膨張の程度に差が生じた場合も、金属部材１２が積極的に変形し、光透過窓９にかかる応力を低減させることができる。本実施形態の光透過窓接合体２０では、比較的広い温度範囲で温度が変化した場合でも、光透過窓９の損傷が抑制される。
【００２６】
本実施形態の光透過窓接合体２０を有して構成される放電ランプ１は、真空紫外領域の透過率が優れているフッ化マグネシウム単結晶体を透過窓として備えており、放電容器１１内で生じた光を、比較的大きな光量で出射させることができる。また、本実施形態の放電ランプ１では、例えば、発光および消光による温度変化に起因した光透過窓９の損傷が抑制され、比較的長期間使用した場合でも、放電容器１１内のガス濃度や気圧の変化が十分小さい。
【００２７】
以上、本発明の一実施形態について詳細に説明したは、本発明の光透過窓接合体は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態では、誘電体バリア放電ランプの光透過窓接合体について説明したが、例えば、グロー放電ランプやアーク放電ランプの光透過窓であってもよい。また、光透過窓接合部材の金属部材の形状は、上記実施形態に限定されず、例えば図４の従来例の図に例示されるように、金属部材が部分的に屈曲部を有していてもよい。本発明は上記実施例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のランプの一実施形態である放電ランプの構成を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す放電ランプが備える光透過窓接合体について説明する概略断面図である。
【図３】図２に示す光透過窓接合体の、金属部材と光透過窓との接合状態について説明する断面図である。
【図４】従来の光透過窓接合部材の一例の概略断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  放電ランプ
９  光透過窓
１０  交流電源
１１  放電容器
１２  金属部材
【図１】
2010009952.tif 000003
【図２】
2010009952.tif 000004
【図３】
2010009952.tif 000005
【図４】
2010009952.tif 000006