(57)【要約】  放電ランプをコンパクトにするとともに、等方的に光が放射されるようにすることを目的とする。  放電ランプは、エキシマランプや低圧水銀ランプである。二重直管の管状部４の一端側に、同心二重球の球状部３の放電発光部を設けてある。球状部３は、二重の回転楕円体でもよい。外側球６の外側に、光透過性の外側電極36を設ける。内側球５の内側に、内側電極35を設ける。管状部４には電極を設けない。両電極間に高周波電圧をかけて、誘電体バリア放電または容量性高周波放電を行う。球状部３のみが発光するために、等方的に光が放射される。
2009019978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転楕円体の球状部と管状部とからなる誘電体の放電容器と、前記球状部の外表面のみに設けられた外側電極と、前記球状部の内部のみに設けられた内側電極と、前記球状部の内部の放電空間に封入された発光物質と、前記内側電極に給電する内部給電体と、前記外側電極に給電する外部給電体とを具備することを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
前記球状部は、外側球と内側球とからなり、前記内側球は、前記外側球と同心であって、前記放電空間は、前記外側球と前記内側球との間に形成された球殻状空間であり、前記発光物質は、前記放電空間に封入されており、前記管状部は、前記外側球に結合された外管と前記内側球に結合された内管とからなることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項３】
前記管状部は、前記発光物質を貯蔵するリザーバであることを特徴とする請求項１または２に記載の放電ランプ。
【請求項４】
前記球殻状空間と隔離された管状空間を前記外管と前記内管との間に形成する隔離手段と、前記発光物質とは異なる発光物質であって前記管状空間に封入された第２発光物質と、前記外管の外表面に設けられた始動用外側電極と、前記内管の内表面に設けられた始動用内側電極とを備えることを特徴とする請求項２に記載の放電ランプ。
【請求項５】
前記球状部は、球であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の放電ランプ。
【請求項６】
前記管状部は、前記球状部に向かって径が拡がるラッパ状であって、最大径部分で前記球状部に連結されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の放電ランプ。
【請求項７】
前記管状部は、内部に前記内部給電体が通って前記球状部に連結されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の放電ランプ。
【請求項８】
前記外側電極は網目状の網電極であり、前記網電極の開口率と開口数のいずれかまたは両方は、前記球状部の底部と円周部で異なることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の放電ランプ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の放電ランプを点灯するための光源装置であって、前記放電ランプを保持して点灯する手段と、前記放電ランプの球状部と管状部の内面に冷却媒体を流通させて冷却する手段とを具備することを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧水銀ランプやエキシマランプなどの放電ランプに関し、特に、産業用紫外線光源として用いられる球状放電部の誘電体バリア放電ランプや容量結合型高周波放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直管状の放電容器の両端に電極を有する低圧放電ランプや、二重管構造のエキシマランプが、産業用の紫外線ランプとして、紫外線洗浄やキュアリングやパターン露光等によく用いられている。キセノン（Xe）ガスを封入したエキシマランプは、液晶パネル用基板のドライ洗浄によく用いられている。これらのランプは、いずれも発光部が軸方向に長い管状をしている。ランプと平行に被照射対象物を置き、ランプの軸と直交する方向に紫外光を照射して、被照射対象物の細長い領域を一度に照射する。ランプと直交する方向に一定速度で基板が移動するため、基板全体にわたって比較的均一に処理できる。ところで、半導体プロセスの各工程において、紫外光を用いて半導体ウエハの加工等を行う。管状のランプを数本平行に並べて、円形の半導体ウエハの照射を行う。以下に、これに関連する従来技術の例をいくつかあげる【０００３】
特許文献１に開示された「蛍光光源」は、高周波低圧電源で容量性高周波放電により点灯し、ほぼ等方性の放射パターンを有する無電極放電蛍光ランプである。図11（ａ）に示すように、西洋梨の形をしている光透過性の外殻の外側表面に外側導体が設けられており、内殻の内側表面に内側導体が設けられている。内側導体と外側導体の間に、10MHz〜10GHzの高周波電圧を印加してプラズマを形成し、254nmの波長の紫外線を発生する。外殻の内側表面に、紫外線を吸収して可視光を放射する蛍光物質が塗布されている。紫外光源とするときは、蛍光物質の被膜はなく、紫外光に透明な溶融シリカのような物質の外殻とする。【０００４】
特許文献２に開示された「マイクロ波放電ランプ」は、マイクロ波で放電するコンパクトで高安定な無電極放電ランプである。図11（ｂ）に示すように、放電・発光に寄与する封入物と希ガスとを封入した第１のランプバルブと、希ガスを封入した第２のランプバルブとを一体に構成する。第１のランプバルブは、管壁温度に対する定常点灯時のガス圧変動を少なくして、放電プラズマからの発光による出力変動を小さくする。冷却装置の簡素化や除去ができる。【０００５】
特許文献３に開示された「無電極放電ランプ」は、マイクロ波で放電発光し、冷却効率が良い構造のランプである。図11（ｃ）に示すように、無電極放電ランプの球形の容器体は、開空間と閉空間の二重構造である。内側の開空間は、放電ランプ支持体と送風ガイドチューブにつながっている。開空間を包囲する閉空間は、放電発光媒体である金属ハロゲン化物と希ガス等が封入されて密封されている。内側の開空間へ、送風ガイドチューブを通じて冷却風を送り込むことによって、容器体を内側の開空間面から冷却する。無電極放電ランプの発する光を遮断しないで、無電極放電ランプを効率よく冷却できる。【０００６】
特許文献４に開示された「外部電極型蛍光ランプ」は、管軸方向の配光特性を自由に変えることができる外部電極型蛍光ランプである。図11（ｄ）に示すように、電極の端部では中央部と同じ開口率で、開口数を増やす。これによりランプ両端部の光量をランプ中央部より増大させることができる。同様に、単位面積当たりの開口数を一定にして開口率を変えたり、開口数、開口率をともに変化させても管軸方向の配光特性を変えたりすることができる。【０００７】
特許文献５に開示された「誘電体バリア放電ランプ」は、外側電極の構造を改良して発光効率を向上させたものである。図12（ａ）に示すように、発光管の本体部が石英を主成分とする二重管で構成されている。その内部には、誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成する希ガスが封入されている。放電するためのステンレススチール製の内側電極は、放電ランプを固定する構造を有する。端子で、外部電極に接続する。円筒状の金属棒で、外側電極を固定する。押さえボルトで、外側電極固定用の金属棒を押さえる。外側電極が金属の棒によって押し込まれる力によって、外側電極が発光管の円周に沿って倣うように、外側電極固定用Ｖ溝部に密着される。ランプ筺体は、樹脂等の絶縁材料から成っている。空冷放熱部としてのフィンがある。反射鏡面は、乱反射用に浮き彫り状態にエンボス加工されている。外側電極は、モネルやステンレススチールやアルミニウム等の金属薄板で作られている。【０００８】
特許文献６に開示された「誘電体バリア放電ランプ装置」は、側面と先端面の全てから放射される紫外線を、反射鏡で効率良く集光するものである。図12（ｂ）に示すように、誘電体バリア放電ランプは、放電容器の側面と先端面が光取出部となっている。誘電体バリア放電ランプの一端側が反射鏡の頂部開口に挿通され、他端側が反射鏡の前方開口に向けられている。反射鏡の光軸に沿って放電容器が配置されている。反射鏡の光軸方向に、複数の反射面が連続して設けられている。【０００９】
特許文献７に開示された「電球形蛍光ランプ」は、放電が安定で明るさのちらつきが少ないコンパクトな蛍光ランプである。図12（ｃ）に示すように、筒状の外側包囲部は、閉じた頂部と周側面部を有する。筒状の内側包囲部は、閉じた頂部と周側面部を有し、外側包囲部の内部に収納されている。それぞれの頂部および周側面部の間に、空間が形成されている。環状部は、外側包囲部と内側包囲部の基部を気密に連結して、内部に帽状の放電空間を形成している。外側包囲部と内側包囲部と環状部で、透光性放電容器を構成している。一対の電極が、透光性放電容器の頂部と周側面部の外面に配設されている。エキシマ分子を形成する放電媒体が、透光性放電容器内に封入されている。誘電体バリア放電で放射される紫外線により、蛍光体が励起される。【００１０】
特許文献８に開示された「エキシマランプ」は、紫外線を集光するためのレンズを使用しないで、狭い領域に高照度でエキシマ光照射を可能にするものである。図12（ｄ）に示すように、誘電体からなる放電容器が椀状部と窓部とからなる。椀状部外周面に一方の電極を有する。椀状部を貫通し放電容器内に突出した他方の電極を有する。放電容器内にはエキシマ光生成ガスが封入されている。両電極間に高周波電圧を印加することで、エキシマ光を窓部から放射する。
【特許文献１】特開昭56-128567号公報
【特許文献２】特開平08-148128号公報
【特許文献３】特開平10-172520号公報
【特許文献４】特開平10-284008号公報
【特許文献５】特開2001-084965号公報
【特許文献６】特開2001-319510号公報
【特許文献７】特開2003-100258号公報
【特許文献８】特開2006-059636号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、従来の誘電体バリア放電ランプでは、以下のような問題がある。放電領域が軸方向に長く伸びている放電ランプでは、軸方向の照度分布が一様ではない。また、放電領域の軸方向での温度差が大きく、放射スペクトルが不均一である。図12（ｂ）に示すような複数の円筒を組み合わせた放電ランプでは、均一な放電にならず、コーナー部分での発光が弱い。照度分布が不均一な放電ランプで、被照射物に紫外線を均一に照射するためには、複雑な形状の反射鏡を必要とし、光源装置が高価になる。さらに、反射鏡に近い上部と照射面に近い下部とでは、温度差が大きくなるため、ランプの軸方向に均一に放電させることは困難である。【００１２】
本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、放電ランプをコンパクトにするとともに、等方的に紫外線が放射されるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明では、回転楕円体の球状部と管状部とからなる誘電体の放電容器と、球状部の外表面のみに設けられた外側電極と、球状部の内部のみに設けられた内側電極と、球状部の内部の放電空間に封入された発光物質と、内側電極に給電する内部給電体と、外側電極に給電する外部給電体とを具備する構成とした。球状部は、外側球と内側球とからなり、内側球は、外側球と同心であって、放電空間は、外側球と内側球との間に形成された球殻状空間であり、発光物質は、放電空間に封入されており、管状部は、外側球に結合された外管と内側球に結合された内管とからなる。【００１４】
管状部は、発光物質を貯蔵するリザーバである。あるいは、球殻状空間と隔離された管状空間を外管と内管との間に形成する隔離手段と、発光物質とは異なる発光物質であって管状空間に封入された第２発光物質と、外管の外表面に設けられた始動用外側電極と、内管の内表面に設けられた始動用内側電極とを備える。球状部は、球である。管状部は、球状部に向かって径が拡がるラッパ状であって、最大径部分で球状部に連結される。管状部は、内部に内部給電体が通って球状部に連結されている。外側電極は網目状の網電極であり、網電極の開口率と開口数のいずれかまたは両方は、球状部の底部と円周部で異なる。光源装置は、放電ランプを保持して点灯する手段と、放電ランプの球状部と管状部の内面に冷却媒体を流通させて冷却する手段とを具備する。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように構成したことにより、コンパクトな放電ランプで等方的に紫外線を放射でき、円形の被照射領域を効率的に均一に照射できる。放電空間と連通するリザーバにより、放電ランプの寿命を長くできる。始動補助用放電空間により、放電開始が困難な発光物質を使っていても、容易に放電を開始させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図10を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例１は、管状部に直接結合された球状部で放電を行い、管状部のリザーバから放電ガスを供給する放電ランプである。【００１８】
図１は、本発明の実施例１における放電ランプの断面図である。図１において、放電ランプ１は、球状部と管状部からなる放電ランプである。放電容器２は、内部に発光物質が封入された容器である。放電容器のガラスの脆化保護のためと、ガラスと封入ガスとの反応防止のために、放電容器の表面に、アルミナ膜やチタニア膜等の保護膜を適宜形成してもよい。また、ハロゲンを封入する場合は、フッ化マグネシウム膜等を形成するのがよい。球状部３は、放電容器の球状の部分である。管状部４は、放電容器の直管部である。内側球５は、放電容器の球状部の内壁を構成する球殻状誘電体である。外側球６は、放電容器の球状部の外壁を構成する球殻状誘電体である。【００１９】
内管７は、放電容器の管状部の内壁を構成する直管状誘電体である。外管８は、放電容器の管状部の外壁を構成する直管状誘電体である。端部９は、放電容器の管状部の内管７と外管８とが接続されたリング状部である。球殻状空間43は、内側球５の外面と外側球６の内面と内管７の外面により囲まれた球殻状の空間である。管状空間44は、内管７の外面と外管８の内面と端部９の内面に囲まれた直管状の空間である。内側電極35は、球状部の内側に配設された電極である。外側電極36は、球状部の外側に配設された金属網製の電極である。外側球の外側電極としては、金網製の電極でなくても、各種の導電性膜を網状に球表面に焼き付けて構成してもよい。給電線30は、内側電極に電力を供給する導電性の線である。線の代わりに円筒や円柱や膜や板を用いて給電することもできる。【００２０】
誘電体の放電容器２の内部は、球状部３と、球状部３に連結された管状部４から構成されている。球状部３は、外側球６と、外側球６と同心の内側球５とからなる２重管である。球状部３の外表面に外側電極36が設けられている。外側電極36と対の内側電極35が、内側球５の内側に設けてある。外側球６と内側球５との間に形成された球殻状空間43に、発光物質が封入されている。管状部４は、外側球６に結合された外管８と、内側球５に結合された内管７とからなる。管状部４には、外側電極も内側電極も設けず、内側電極35に給電する給電線30を内部に通す。管状部４は、発光物質を貯蔵するリザーバである。【００２１】
図２は、放電ランプの冷却方法を示す概念図である。図２において、冷却管61は、冷却媒体を内側球の内側に導入して放電ランプを冷却するための管である。図３は、反射鏡付の光源装置に放電ランプを取り付けた状態を示す概念図である。図３において、反射鏡101は、軸対称の反射面で照射光を一様に反射する回転放物面凹面鏡である。被照射物102は、半導体ウエハなどの照射対象物である。テーブル103は、被照射物を載置する台である。【００２２】
上記のように構成された本発明の実施例１における放電ランプの機能と動作を説明する。最初に、図１を参照しながら、放電容器の成形方法を説明する。内側球５の外径が外管８の内径よりも小さい場合、つまり、内側球５が外管８内を貫通できる場合には、内側球５を先端に成形した内管７を、外側球６を先端に成形した外管８の内部に挿入して、内管７と外管８を封止させて端部９を形成する方法により、放電容器が形成される。【００２３】
内側球５の外径が外管８の内径よりも大きい場合、つまり、内側球５が外管８を貫通できない場合には、外側球６の最大外径部分付近で、外管軸方向の上下に分けて外側球を形成する。具体的には、内側球５を先端に成形した内管７を、外側球の半球部分を先端に成形した外管８の内部に挿入して、内管７と外管８を封止させて端部９を形成する。その後、外側球の残りの半球部分をガラス加工により封止する。この方法の場合には、内側球と外側球との間隔、すなわち放電ギャップを短くすることができ、封入ガスの圧力を上げても、始動が比較的容易になり、強い放射出力を得ることができるようになる。【００２４】
内側球５の内側表面に内側電極35を設ける。内側電極35は、例えば、導電性ペーストを流し込み、塗布した後、焼成することによって、形成することができる。内側電極35は、給電線30を介して電気的に外部に接続されている。内側電極35に対向して、外側球６の外側に金属製網の外側電極36が設置されている。図１では、外側電極36への給電線は省略してある。放電容器にはキセノンガスが封入されている。【００２５】
次に、放電ランプの動作を説明する。外側電極36と内側電極35との間に電力を供給することにより、球状部３を介して放電が行われる。球殻状空間43では、誘電体の内側球５と外側球６を介して、内側電極35と外側電極36との間で放電が行われ、発光物質による光が放射される。放電ランプの点灯動作は、次の通りである。内側電極35と外側電極36間に、20kHz程度の高周波電圧を印加して、誘電体バリア放電を発生させる。この時発生するキセノンのエキシマ光（波長172nm）は、金属網の外側電極36を透過して、効率よく取り出すことができる。また、全く同一の構造で、キセノンガスを封入し、印加する電圧を数MHzの高周波とすることもできる。この構成においても、キセノンのエキシマ光（波長172nm）が放出される。また、封入物を水銀と始動用のアルゴンガスとすると、低圧水銀の高周波放電をして、波長254nmや185nmの水銀特有の紫外光を得ることもできる。この時は、点灯中の水銀蒸気圧を最適に保つため、最冷部を冷却して適当な温度になるように制御する。【００２６】
管状空間44は、発光管と発光物質を冷却する機能を有する。さらに、発光物質のリザーバとしての機能を有する。例えば、臭素を発光物質として使用するランプにおいて、封入された臭素が放電容器と反応したり、放電容器に吸着されたりして、封入量が減少する場合がある。この様な現象の対策として、臭素を化合物の形で固体としてリザーバ内に蓄積させる。必要に応じて、外部から加熱することによりガス化する。これにより、封入量が減少した場合でも、放電空間に臭素を補うことができる。リザーバを備えることにより、ランプ寿命を長くできる。【００２７】
次に、図２を参照しながら、放電ランプの冷却方法について説明する。ランプの冷却のために、内管７の内側に冷却管61が設置されている。冷却用の窒素やアルゴン等の冷却媒体を、冷却管61で内側球５の内側に導入する。内側球内部に導入された冷却媒体は、内管７と冷却管との間を通って、外部に流出される。また、必要に応じて、放電容器外側からも、あわせて冷却する。その他の構成は、上の例と同じである。また、内側球５の内側に流す冷却媒体は、水等の液体でもよい。さらに、冷却管61を金属パイプとし、冷却媒体を水とした時は、これらは導電性を持っているので、内側電極の代用とすることができ、この場合、内側球５の内面に特に電極を設ける必要がない。このように構成すると、ランプの温度が上昇しにくくなり、放電ガスの温度が高くならない。したがって、入力電力を増やすことができ、強い放射出力を得ることができる。【００２８】
次に、図３を参照しながら、光源装置への取り付け方法を説明する。放電ランプの使用状態を示す断面である。図３において、放電ランプ１は、軸対称の反射鏡101の中心にセットされている。放電ランプ１は、誘電体バリア放電または容量結合型高周波放電により点灯され、紫外光が等方的に放射される。放電ランプ１から出た紫外光の一部は、テーブル103の上に置かれた半導体ウエハなどの被照射物102に直接に照射される。また、一部は反射鏡101によって反射され、被照射物102に照射される。直接光と反射光が重なって、被照射物102は均一に照射される。例えば、キセノンの波長172nmのエキシマ光を照射しようとする時、これまで、誘電体バリア放電をする球形のランプが無かったため、このような構成の照射装置が構成できなかった。本発明により、半導体ウエハのような円形の照射面に適した照射が可能になる。【００２９】
上記のように、本発明の実施例１では、放電ランプを、管状部に直接結合された球状部で放電を行い、管状部のリザーバから放電ガスを供給する構成としたので、コンパクトで寿命の長い放電ランプで等方的に光を放射して、円形の被照射領域に効率的に均一に照射できる。
【実施例２】
【００３０】
本発明の実施例２は、直管部に直接結合された球状部の内側球の内部に、内側電極とする金属線ウールを入れて放電を行う放電ランプである。【００３１】
図４は、本発明の実施例２における放電ランプの断面図である。図４において、内側電極45は、例えば、銅などの細い金属線を綿状に密集させた金属線ウールである。その他の構成は、実施例１と同じである。放電容器２をガラス加工により成形した後、放電容器２の内管７の内側から、内側球５の内部に金属線ウールを挿入する。金属線ウールは、比較的空孔率が高く、変形が比較的自由であるので、押し込むと内側球５の内側全体に広がる。金属線ウールは、あらかじめ給電線30に電気的に接続しておき、内側電極45とする。内側電極45は、給電線30を介して電気的に外部に接続される。内側電極45に対向して、外側球６の外側に、金網製の外側電極36が設置されている。外側球６と内側球５の間の球殻状空間43には、キセノンガスが封入されている。この放電ランプの動作は、実施例１と同様である。
【実施例３】
【００３２】
本発明の実施例３は、管状部の内管と、管状部に直接結合された球状部の内側球を金属製にして、球状部で放電を行い、管状部のリザーバから放電ガスを供給する放電ランプである。【００３３】
図５は、本発明の実施例３における放電ランプの断面図である。図５において、内管17は、放電容器の管状部の内壁を構成する金属製直管である。内管17は、管ではなくて棒状であってもよい。外管18は、放電容器の管状部の外壁を構成する直管状誘電体である。端部19は、放電容器の管状部の内管17と外管18とが接続されたリング状部である。球状部13は、外側球16と、外側球16と同心の内側球15とからなる２重球である。外側球16は、放電容器の球状部の外壁を構成する球殻状誘電体である。内側球15は、放電容器の球状部の内壁を構成する金属製球体である。外側電極46は、球状部の外側に配設された金属網製の電極である。【００３４】
内側球15と内管17は金属製であり、放電空間である球殻状空間43に接している内側球15が電極の役割をしている。外側球16を介して、外側電極46との間で放電を行う。内管17は、内側球15を支持し、給電線の役割もしている。外管18の端部19が、内管17に溶着されている。内管17にガラスを溶着する際には、最初に、膨張係数が内管17に近いガラスを溶着する。順次、少し石英ガラスに近い膨張係数のガラスを溶着していく。この方法によって、外管18の端部19を内管17に溶着することができる。その他の構成は、実施例１と同じである。【００３５】
金属製の内側球15は、ガラスのものより温度上昇に強い。さらに、金属製の内管17を通して、容易に放熱できる。内側球15を金属製とし、外側電極46との間に外側球16を介するよう構成したので、放電が広がりやすいという誘電体バリア放電の性質により、均一な放電が起こる。また、ガラス部分が外側球部分のみの半分になるため、誘電体バリア放電でも高周波放電でも、電極間にかかる電圧のうち、放電空間にかかる電圧が大きくなり、効率の良いランプが実現できる。
【実施例４】
【００３６】
本発明の実施例４は、管状部に直接結合された回転楕円体の球状部で放電を行い、管状部のリザーバから放電ガスを供給する放電ランプである。【００３７】
図６は、本発明の実施例４における放電ランプの断面図である。図６において、球状部13は、放電容器の回転楕円体の部分である。管状部14は、放電容器の直管部である。内側球25は、放電容器の回転楕円体の内壁を構成する誘電体である。外側球26は、放電容器の回転楕円体状の外壁を構成する誘電体である。内側電極55は、回転楕円体の球状部の内側に配設された電極である。外側電極56は、回転楕円体の球状部の外側に配設された電極である。球殻状空間53は、内側球25の外面と外側球26の内面と内管７の外面により囲まれた回転楕円体の球殻状の空間である。【００３８】
球状部13は、扁平な回転楕円体である。楕円の短軸を管状部14の軸に重ねて、短軸を回転軸にして回転した回転楕円体である。回転楕円体でなくても、軸対称容器の先端部分に発光部があり、発光部が軸対称であれば、他の形状でもよく、軸に垂直な断面が楕円形のものでもよい。回転楕円体の内側球25の内側に内側電極55がある。回転楕円体の外側球26の外側に外側電極56がある。内側電極55と外側電極56との間隔、すなわち放電ギャップは、場所によらず、ほぼ一定である。球状部が球形の場合より広範囲に照射できるので、被照射物の形状や照射範囲によっては、球形のものより適している。回転楕円体の発光部に適した形状の反射鏡と組み合わせることで、均一に照射できる。反射鏡と組み合わせて狭い範囲を強い光で照射する場合では、管状部14の軸方向に長い回転楕円体の方がよい場合もある。
【実施例５】
【００３９】
本発明の実施例５は、球状部が管状部に直接結合された部分で内管を支え、球状部で放電を行い、管状部のリザーバから放電ガスを供給する放電ランプである。【００４０】
図７は、本発明の実施例５における放電ランプの断面図である。図７において、管状部14は、放電容器の直管部である。管状空間54は、内管７の外面と外管８の内面と端部９の内面に囲まれた直管状の空間である。支持部材62は、内管を支持する部材である。貫通孔63は、発光物質を通すための孔である。その他の構成は実施例１で示した放電ランプと同様であるので、概略が同じ部位については説明を省略する。【００４１】
管状空間54と球殻状空間43との境に、支持部材62を設けた。実施例１に示した放電容器の場合、内側球５と内管７から構成される内壁と、外側球６と外管８から構成される外壁とは、端部９のみを介して接続されている。そのため、端部９に応力が集中して、放電容器が破損するおそれがある。そこで、支持部材62を設ける。内管７が外管８により支えられるため、放電容器の破損を防ぐことができる。リザーバの機能をもたせるために、貫通孔63を設ける。支持部材62を設ける位置は、球殻状空間43と管状空間54との境界でなくてもよく、端部９寄りの管状空間54内に支持部材62を設けてもよい。支持部材62を内管７や外管８に溶着しなくても、支持部材62が管状部14の軸方向に移動しないで、内管７を十分に支持できればよい。支持部材62の材料は、放電ランプの封入物と反応しないものであれば、石英製でなくてもよい。その他の機能と動作は実施例１と同じである。
【実施例６】
【００４２】
本発明の実施例６は、管状部に直接結合された球状部の球殻状空間と隔離されて始動用発光物質が封入された管状空間で始動放電して、球状部で本格的に放電を行う放電ランプである。【００４３】
図８は、本発明の実施例６における放電ランプを示す断面図である。図８において、始動用内側電極37は、管状放電空間で放電を開始するための内側電極である。始動用外側電極38は、管状放電空間で放電を開始するための外側電極である。管状放電空間41は、始動用の放電を行うための空間である。始動補助窓64は、管状放電空間の紫外線で球殻状空間を照射するための窓である。その他の構成は、実施例１の放電ランプと同様であるので、概略が同じ部位は説明を省略する。【００４４】
放電空間が円盤状の始動補助窓64で分けられ、管状放電空間41と球殻状空間43に分けられている。内管７の内側には、始動用内側電極37が設けられている。外管８の外側には、始動用外側電極38が設けられている。管状放電空間41と、球殻状空間43は、別々に点灯できるようになっている。球殻状空間43には、本来必要とされる波長172nmのキセノンエキシマ光を発生するように、高い圧力のキセノンガスが封入されている。【００４５】
一方、管状放電空間41には、放電始動が容易なように、ネオンとアルゴンとの混合ガスが数百Pa封入されている。点灯始動時に、管状部の始動用内側電極37と始動用外側電極38の電極対に高周波電圧が印加され、管状放電空間41で高周波放電を発生し、紫外線を発光する。次に、球殻状空間43の内側電極35と外側電極36の電極対に高周波電圧が印加される。管状放電空間41から発生した紫外線が、始動補助窓64を介して球殻状空間43を照射しているため、球殻状空間43の封入圧力が高いにもかかわらず、容易に放電が開始できる。その他の機能と動作は実施例１と同じである。
【実施例７】
【００４６】
本発明の実施例７は、管状部に直接結合された球状部で放電を行う、リザーバ無しの放電ランプである。【００４７】
図９は、本発明の実施例７における放電ランプの断面図である。図９において、内管27は、放電容器の管状部を構成する直管状誘電体である。その他の構成は、外管が無い点を除いて、実施例１で示した放電ランプと同様であるので、概略が同じ部位については説明を省略する。
【実施例８】
【００４８】
本発明の実施例８は、ラッパ状の管状部が連結され、開口率または開口数が底部と円周部で異なる網目状の外側電極を有する回転楕円体の球状部で放電を行う放電ランプである。【００４９】
図10（ａ）は、本発明の実施例８における放電ランプの断面図である。図10（ｂ）は、図10（ａ）のランプの下方面となる照射面側の底面図である。図10において、球状部13は、放電容器の回転楕円体の部分である。管状部14は、放電容器の直管部である。内側球25は、放電容器の回転楕円体の内壁を構成する誘電体である。外側球26は、放電容器の回転楕円体状の外壁を構成する誘電体である。内側電極65は、回転楕円体の球状部の内側に配設された電極である。外側電極66は、回転楕円体の球状部の外側に配設された電極である。球殻状空間53は、内側球25の外面と外側球26の内面と内管７の外面により囲まれた回転楕円体の球殻状の空間である。【００５０】
球状部13は、扁平な回転楕円体である。楕円の短軸を管状部14の軸に重ねて、短軸を回転軸にして回転した回転楕円体である。回転楕円体でなくても、軸対称容器の先端部分に発光部があり、発光部が軸対称であれば、他の形状でもよく、軸に垂直な断面が楕円形のものでもよい。管状部14は、球状部13に向かって開いたラッパ状である。管状部14は、ラッパ状の最も開いた部分で球状部13と接続されている。管状部14をラッパ状にする理由は次の通りである。管状部と球状部との境界が直角であると、境界部分に応力が集中し、放電容器が破損してしまう場合がある。管状部がラッパ状に開いていると、管状部と球状部とが境界部分で滑らかに接続され、境界部分への応力の集中が防ぐことができる。よって、長期にわたるランプ使用による放電容器の破損を防ぐことができる。【００５１】
回転楕円体の内側球25の内側に内側電極65がある。回転楕円体の外側球26の外側に外側電極66がある。内側電極65と外側電極66との間隔、すなわち放電ギャップは、場所によらず、ほぼ一定である。外側電極66は、ランプの照射面の円周部48から底部49に近づくに従って、開口率が大きくなっている網目状の電極である。そのため、底部49に比べて円周部48側に放電が集中し、円周部48側の放射照度が高くなる。また、円周部48は底部49に比べて被照射物面から遠い。よって、被照射物面上では、照度分布が均一に近くなる。【００５２】
開口率とは、電極部と開口部の総面積に開口部76の面積が占める割合のことをいう。開口率が大きいと、電極部と開口部の和に開口部76が占める割合が大きくなる。開口率が小さいと、電極部と開口部の和に電極部86が占める割合が大きくなる。開口率が大きすぎると、放電部分が少なくなってしまい、照度は低くなる。開口率が小さすぎても、電極部により放電の光が遮られてしまい、照射照度は低くなってしまう。したがって、開口率の最適値を求めて設定する必要がある。また、開口率の最適値は、開口数によっても異なる。すなわち、１つの大きい開口と、２つの小さい開口では、開口率が同じでも照度は異なる。そのため、電極全体での開口率を一定としても、底部付近の開口数を円周部付近より減らすことにより、円周部の照度を底部より高くすることができる。この方法により、被照射物面上の照度分布を均一に近づけることができる。また、底部付近と円周部付近とで、開口数と開口率の両方を変えて、被照射物面上の照度分布を均一にすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の放電ランプは、産業用の紫外線光源としての低圧水銀ランプやエキシマランプとして最適である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例１における放電ランプの断面図である。
【図２】本発明の実施例１における放電ランプの冷却方法を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例１における放電ランプの使用状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例２における放電ランプの断面図である。
【図５】本発明の実施例３における放電ランプの断面図である。
【図６】本発明の実施例４における放電ランプの断面図である。
【図７】本発明の実施例５における放電ランプの断面図である。
【図８】本発明の実施例６における放電ランプの断面図である。
【図９】本発明の実施例７における放電ランプの断面図である。
【図１０】本発明の実施例８における放電ランプの断面図および底面図である。
【図１１】従来の放電ランプの概念図である。
【図１２】従来の放電ランプの概念図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  放電ランプ
２  放電容器
３,13  球状部
４,14  管状部
５,15,25  内側球
６,16,26  外側球
７,17,27  内管
８,18,28  外管
９,19,29  端部
30,40  給電線
35,45,55,65  内側電極
36,46,56,66  外側電極
37  始動用内側電極
38  始動用外側電極
41  管状放電空間
43,53  球殻状空間
44,54  管状空間
48  円周部
49  底部
61  冷却管
62  支持部材
63  貫通孔
64  始動補助窓
76  開口部
86  電極部
101  反射鏡
102  被照射物
103  テーブル
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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