(57)【要約】【課題】クリプトンと塩素を含む放電用ガスを封入する放電ランプにおいて、照度が高く、かつ照度の安定した放電ランプを実現する。【解決手段】単管状の放電容器の管壁内に埋設させた状態で一対の電極を対向配置させ、塩素とクリプトンを放電ガスとして封入してエキシマ光を放射する放電ランプにおいて、塩素濃度と放電ガスの封入圧力を（０．５，７）、（０．５，１３）、（１，２０）、（２，３３）、（２，７）を頂点とする領域ＡＲ内の範囲で設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも塩素とクリプトンを含むガスが封入される放電容器と、
前記放電容器の表面に軸方向に沿って配置される電極とを備え、
前記塩素の濃度をＭ（％）、前記ガスの封入圧力をＰ（ｋＰａ）とするとき、
塩素濃度、ガスの封入圧力（Ｍ、Ｐ）は、（０．５，７）、（０．５，１３）、（１，２０）、（２，３３）、（２，７）を頂点とする領域内の値に定められることを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
少なくとも塩素とクリプトンを含むガスが封入される放電容器と、
前記放電容器の表面に軸方向に沿って配置される電極対を備え、
前記塩素の濃度をＭ（％）、前記ガスの封入圧力をＰ（ｋＰａ）とするとき、
塩素濃度Ｍ、ガス圧力Ｐは、以下の式をみたすことを特徴とする放電ランプ。
７≦Ｐ≦１３Ｍ＋７    （１．０≦Ｍ≦２．０）
７≦Ｐ≦１４Ｍ＋６    （０．５≦Ｍ≦１．０）
【請求項３】
塩素濃度Ｍ（％）が０．５〜１．０の範囲にあり、ガスの封入圧力Ｐ（ｋＰａ）が１３〜２０の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の放電ランプ。
【請求項４】
前記放電容器が、筒状内管の外周面に筒状外管を溶着させるよって一体化させた単管状放電容器であり、
少なくとも一方の電極が、前記内管の外周面に配置されて前記放電容器の管壁内に埋め込まれていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマ光を放射する放電ランプに関し、特に、放電容器内に塩素、クリプトンの放電ガスを封入する放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
エキシマランプでは、一対の電極が発光管の軸方向に沿って対向配置され、キセノンなどの希ガスとハロゲンガスを混合させた高圧ガスが発光管内に封入される。放電空間外部に設けられた電極間に数ｋＷの高電圧を印加すると、放電容器を介在させた電極間で誘電体バリア放電が生じ、エキシマ光（紫外光）が発光管外部に放射される。
【０００３】
放電用ガスとして塩素（Ｃｌ）とクリプトン（Ｋｒ）の混合ガスを放電容器内に封入し、クリプトンクロライドエキシマ分子によって波長２２２ｎｍの紫外光を放射するエキシマランプも知られている（特許文献１参照）。そこでは、塩素濃度とガス封入圧力を調整することによって、発光効率の改善が図られている。
【特許文献１】特開平７−２８８１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
塩素とクリプトンの混合ガスを封入する場合、塩素濃度、ガス封入圧力のわずかな違いによって光照度が大きく変化し、最も発光効率の高い塩素濃度、ガス封入圧力に設定する必要がある。しかしながら、塩素濃度、ガス封入圧力の違いによって放電状態も変化し、照度を上げる条件とは必ずしも一致しない。したがって、照度を上げることだけを目的に塩素濃度、ガス圧力を設定しても、今度は放電状態が安定せず、照度一定を維持することが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、塩素とクリプトンの混合ガスを使用するとき、照度が高く、かつ安定した放電によって照度一定を維持可能な放電ランプであり、少なくとも塩素とクリプトンを含むガスが封入される放電容器と、前記放電容器の表面に軸方向に沿って配置される電極とを備える。
【０００６】
例えば、電極の配置される内管の外周面に外管を溶着させるよって一体化させた単管状放電容器であり、少なくとも一方の電極が前記放電容器の管壁内に埋め込まれている。
【０００７】
本発明では、塩素の濃度をＭ（％）、前記ガスの封入圧力をＰ（ｋＰａ）とするとき、Ｍ−Ｐ座標系において、塩素濃度、ガスの封入圧力（Ｍ、Ｐ）は、（０．５，７）、（０．５，１３）、（１，２０）、（２，３３）、（２，７）を頂点とする領域内の値に定められることを特徴とする。ただし、ここでの「領域内」には、これら頂点および頂点を結ぶ線上も含まれるものとする。
【０００８】
あるいは、別の表現をすれば、塩素濃度Ｍ、ガス圧力Ｐは、以下の式をみたすことを特徴とする。
７≦Ｐ≦１３Ｍ＋７    （１．０≦Ｍ≦２．０）            
７≦Ｐ≦１４Ｍ＋６    （０．５≦Ｍ≦１．０）            ・・・・（１）
【０００９】
本発明では、塩素、クリプトンのガス封入時に得られる波長２２２ｎｍのエキシマ光の照度が高く、かつ照度一定が維持される塩素濃度と封入圧力の範囲を見出した。すなわち、従来のように発光効率を向上させた塩素濃度、封入圧力ではなく、照度および放電状態の両方が優れた塩素濃度、ガス封入圧力の範囲を見出している。
【００１０】
エキシマ光を放射するランプでは、グロー放電が軸方向に沿って電極全体に渡って生じ、安定した放電状態が維持されることによって、照度一定が保たれる。このような安定した放電状態を実現するための塩素濃度、ガス封入圧力を一概に定めることはできず、塩素濃度、あるいはガス封入圧力を単に増加、減少することでは明らかにできず、その塩素濃度、ガス封入圧力の適切な値は考慮されたことがなかった。
【００１１】
一方、波長２２２ｎｍのエキシマ光の照度は、塩素濃度、封入圧力によって変化し、塩素濃度を所定の範囲で照度が高くなり、一方でガス封入圧力を上げると照度が高くなる傾向も見られる。しかしながら、照度の高い塩素濃度、ガス封入圧力に近づけば放電状態が安定するわけではなく、放電安定もしくは照度アップの一方を達成できるように塩素濃度、封入圧力を探っても、その両方を獲得することはできない。
【００１２】
本発明では、放電状態、照度の組み合わせと塩素濃度、封入圧力の組み合わせの関係性を初めて導き出し、両者を満たす塩素濃度と封入圧力の範囲を明らかにした。これにより、従来にはない高出力、かつ照度一定の放電ランプを実現することができる。
【００１３】
特に、塩素濃度Ｍ（％）が０．５〜１．０の範囲にあり、ガスの封入圧力Ｐ（ｋＰａ）が１３〜２０の範囲にある場合、照度が高く、放電状態が安定したランプを実現することができる。例えば、塩素濃度０．５％、封入圧力１３ｋＰａに設定するのがよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、クリプトンと塩素を含む放電用ガスを封入する放電ランプにおいて、照度が高く、かつ照度の安定した放電ランプを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態である放電ランプの径方向の概略的断面図である。図２は、放電ランプの軸方向の概略的断面図である。
【００１７】
放電ランプ１０は、石英製の単管状放電容器１２を備え、放電容器１２は内管１４と内管１４を覆う外管１６によって構成されている（図２参照）。内管１４の外周面１４Ｓには、電極１８Ａ、１８Ｂがランプ軸方向に沿って対向配置されている。
【００１８】
電極１８Ａ、１８Ｂはモリブデンなどによる帯状金属箔であり、封止工程によって弧状になっている。外管１６は内管１４に溶着しており、外管１４と内管１６が一体となって放電容器１２として構成されている。これにより、電極１８Ａ、１８Ｂは放電容器１２の管壁内に埋設され、放電空間１５内部に電極１８Ａ、１８Ｂが配置されない。
【００１９】
電極１８Ａ、１８Ｂの端部には、外部に延びる給電線１９Ａ、１９Ｂが、互いに軸方向反対側に接続されている。給電線１９Ａ、１９Ｂは、エキシマランプ１０の外部に設置された交流高電圧電源（図示せず）に接続されており、給電線１９Ａ、１９Ｂを介してエキシマランプ１０に電力が供給される。
【００２０】
内管１４内部に形成される放電空間１５には、放電ガスが封入されている。放電ガスは、クリプトン（Ｋｒ）、塩素（Ｃｌ）を含む高圧ガスであり、放電中にエキシマ分子を生じさせ、波長２２２ｎｍのエキシマ光を放射させる。後述するように、塩素の濃度（％）、ガス圧力（ｋＰａ）は所定の範囲内に定められている。電極１８Ａ、１８Ｂに電圧を印加すると、放電空間１５内ではグロー状放電が電極１８、１８Ｂ間全体に渡って発生する。放電によって生じた光は放電容器１２を透過し、外部に放射される。
【００２１】
次に、図３〜図６を用いて、塩素濃度、放電ガスの封入圧力の範囲について説明する。ここでは、塩素濃度、封入圧力の組み合わせがそれぞれ異なる上記単管状放電ランプを複数個制作し、各放電ランプについて波長２２２ｎｍの光の照度、および放電状態を測定している。
【００２２】
電源に関しては、交流２００Ｖを整流し、スイッチングによって矩形波形に変換し、１：１８のトランスで昇圧した電圧をランプに印加している。また、点灯周波数（ｋＨｚ）は１００以下に設定されている。
【００２３】
図３は、塩素濃度と封入圧力の組み合わせをプロットした図である。図４は、照度および放電状態の評価を表で示した図である。図５は、ガス封入圧力と波長２２２ｎｍの光の照度（ｍＷ／ｃｍ２）との関係を示したグラフである。そして、図６は、塩素濃度と波長２２２ｎｍの光の照度との関係を示したグラフである。
【００２４】
図５では、塩素濃度（％）を所定濃度にしたとき、封入圧力の違いによる照度（ｍＷ／ｃｍ２）の変化を表している。図５における「＊印」は塩素濃度５．０％、「菱形印」は塩素濃度２．０％、「四角印」は塩素濃度１．０％、「三角印」は塩素濃度０．５％、そして「丸印」は塩素濃度０．２％を示す。
【００２５】
一方、図６では、封入圧力（ｋＰａ）を所定値に定めたとき、塩素濃度の違いによる照度（ｍＷ／ｃｍ２）の変化を表している。図６における「＊印」は封入圧力３３ｋＰａ、「菱形印」は封入圧力２７ｋＰａ、「四角印」は封入圧力２０ｋＰａ、「三角印」は封入圧力１３ｋＰａ、そして「丸印」は封入圧力７ｋＰａを示す。
【００２６】
図５に示すように、塩素濃度が１．０％以内の場合、封入圧力（ｋＰａ）が高くなるほど概して照度は増加する。一方、塩素濃度が１．０％以内では比較的照度が大きいことが明らかである。したがって、塩素濃度１．０％以内で封入圧力を高めることによって波長２２２ｎｍの光の照度をできるだけ大きくすることが可能である。
【００２７】
しかしながら、封入圧力を高めるほど放電状態が安定せず、特に塩素濃度が小さいとそのことが顕著になることが図４に示されている。図４では、「塩素濃度、封入圧力」の組み合わせに対する「照度、放電状態」の性能を段階的に評価している。
【００２８】
ここでは、照度の評価を左側、放電状態の評価を右側に示している。照度の評価については、５ｍＷ／ｃｍ２未満を「×印」、５ｍＷ／ｃｍ２以上〜１０ｍＷ／ｃｍ２未満を「三角印」、１０ｍＷ／ｃｍ２以上〜１５ｍＷ／ｃｍ２未満を「○印」、１５ｍＷ／ｃｍ２以上を「二重丸印」で表す。
【００２９】
一方、放電状態の評価は、フィラメント状放電を「×印」、弱い筋状放電を「三角印」、グロー状の放電を「丸印」で表す。雷のように強い筋が生じるフィラメント状放電の場合、電極の一部でしか放電が発生しておらず、電極全体に渡って均一な放電が生じていない。すなわち、放電が安定しない。一方、グロー放電状態の場合、電極全体で放電が生じている。弱い筋状放電はその中間状態であり、照度一定の条件として最低限満足される放電状態とみなせる。
【００３０】
図４に示すように、照度、放電状態がある程度良好な塩素濃度、封入圧力の組み合わせが存在する一方で、照度が高くて放電状態が悪く、あるいは放電状態が良好で照度が低い塩素濃度、封入圧力の組み合わせ、さらには照度、放電状態ともに悪い組み合わせが存在する。
【００３１】
そこで、実験した濃度、封入圧力をプロットした図３と、図４の照度、放電状態の評価を見比べてみると、照度、放電状態の両方がある程度良好な範囲が見出される。ここでは、照度が「三角印」、「丸印」、もしくは「二重丸印」（すなわち５ｍＷ／ｃｍ２以上）であり、かつ放電状態が「三角印」もしくは「丸字」（すなわち弱い筋状放電かグロー放電状態）である塩素濃度、封入圧力の組み合わせを、照度、放電状態両方の条件を満たすものと判断している。
【００３２】
図４に示すように、塩素濃度が２．０％を超えると照度、放電状態の両方を満たすことができず、一方、図３に示す直線Ｌ１、Ｌ３を超える塩素濃度、封入圧力でも照度、放電状態の両方を満足することができない。したがって、塩素濃度をＭ（％）、封入圧力をＰ（ｋＰａ）としたとき、（Ｍ、Ｐ）＝（０．５，７）、（０．５，１３）、（１，２０）、（２，３３）、（２，７）を頂点する領域ＡＲ内に定められた塩素濃度Ｍ、封入圧力Ｐであれは、照度、放電状態の両方を満足することができる。
【００３３】
あるいは塩素濃度Ｍと封入圧力Ｐの条件を別の形で規定すると、封入圧力Ｐは以下の式を満たせばよい。
７≦Ｐ≦１３Ｍ＋７    （１．０≦Ｍ≦２．０）                
７≦Ｐ≦１４Ｍ＋６    （０．５≦Ｍ≦１．０）              ・・・・（２）
ただし、（２）式の右辺は直線Ｌ１、Ｌ３を表す。塩素濃度０．５〜２．０％の範囲において、図３に示す直線Ｌ１、Ｌ３以下、Ｌ２以上の範囲であればよい。
【００３４】
特に、領域ＡＲ内でも塩素濃度Ｍが０．５〜１．０の範囲にあり圧力が１３〜２０ｋＰａのとき、照度が大きく、かつ放電状態も安定している。
【００３５】
このように、塩素とクリプトンを放電ガスとして封入し、エキシマ光を放射する放電ランプにおいて、塩素濃度と放電ガスの封入圧力を（０．５，７）、（０．５，１３）、（１，２０）、（２，３３）、（２，７）を頂点とする領域ＡＲ内の範囲で設定することにより、波長２２２ｎｍの光の照度が高く、かつ照度一定となる。
【００３６】
電極の配置に関しては、軸に対して対称的に対向配置させるだけでなく、中心線に対して線対称になるように配置してもよい（例えば断面ハの字形状）。また、内管の両側面をあらかじめ平らに削り、平板状の電極を配置するようにしてもよい。あるいは、一方の電極を放電容器の管壁内に埋設する一方、他方の帯状電極（あるいは網状電極）を外管の外周面に設けるように構成してもよい。
【００３７】
また、放電容器１２の両端部分に、外管で内管を覆う真空状態の内部空間を形成し、絶縁破壊をより確実に抑えるように構成してもよい。さらに、軸方向に光を放出するように、放電容器１２の端部に射出窓を設けてもよい。放電容器の構造としては、二重管式のエキシマランプを適用し、また、高電圧を印加させるようにしてもよい。
【００３８】
放電容器のガラスの脆化保護、ガラスと封入ガスの反応を防止するため、放電容器の内面にアルミナ膜、チタニア膜、マグネシア膜などの保護膜を形成してもよい。封入ガスにハロゲンを含める場合、フッ化マグネシウム膜を形成するのがよい。また、塩素とクリプトン以外のガスを封入してもよい。
【００３９】
放電容器、外管の材質、形状は任意に構成することができ、楕円形状、四角形状など円筒形状以外の形状に構成してもよく、また、所定のエキシマ光を外部へ透過させるような材質で構成すればよい。また、複数のランプを用いて広範囲に照射するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態である放電ランプの径方向の概略的断面図である。
【図２】放電ランプの軸方向の概略的断面図である。
【図３】塩素濃度と封入圧力の組み合わせをプロットした図である。
【図４】照度および放電状態の評価を表で示した図である。
【図５】ガス封入圧力と波長２２２ｎｍの光の照度（ｍＷ／ｃｍ２）との関係を示したグラフである。
【図６】塩素濃度と波長２２２ｎｍの光の照度との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１０  エキシマランプ
１２  放電容器
１４  内管
１４Ｓ  内管の外周面
１５  放電空間
１６  外管
１８Ａ、１８Ｂ  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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