(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管と、この発光管内に互いに対向して配置された陽極および陰極とを有し、前記発光管内に５気圧以上のキセノンおよび水銀が封入されてなるショートアーク型キセノンランプにおいて、
前記発光管の内容積１ｃｍ3 当たりの前記水銀の封入量が０．１〜４．０ｍｇ／ｃｍ3 であり、当該水銀の封入量をＭ（ｍｇ／ｃｍ3 ）とし、前記陰極の先端と前記発光管の内表面との最短距離をＬ（ｍｍ）としたとき、０．６＜Ｍ×Ｌ＜３２を満足することを特徴とするショートアーク型キセノンランプ。
【請求項２】
前記発光管における波長２００ｎｍの紫外線の透過率が、５００℃において５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型キセノンランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショートアーク型キセノンランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長２００〜２２５ｎｍの紫外線は、いわゆる近紫外線のうち最も高いエネルギーを有し、また、酸素を含む雰囲気中で放射されたときにもオゾンが生成されにくいことから、半導体素子や液晶表示素子等の製造工程において使用される露光処理装置、検査装置等の光源や分光器の光源などの種々の分野において極めて有用な紫外線である。このため、波長２００〜２２５ｎｍの紫外線を高い強度で放射するランプの開発が望まれている。
【０００３】
そして、従来、波長２５０ｎｍ以下の紫外線を放射するランプとしては、発光管内にキセノンおび水銀が封入されてなるショートアーク型キセノンランプが知られている（特許文献１。）。
しかしながら、このようなショートアーク型キセノンランプは、波長２２５〜２５０ｎｍの紫外線の放射強度が高いものであるが、波長２００〜２２５ｎｍの紫外線の放射強度が十分に高いものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５４−８６９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、波長２００〜２２５ｎｍの紫外線を高い強度で放射することができるショートアーク型キセノンランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のショートアーク型キセノンランプは、発光管と、この発光管内に互いに対向して配置された陽極および陰極とを有し、前記発光管内に５気圧以上のキセノンおよび水銀が封入されてなるショートアーク型キセノンランプにおいて、
前記発光管の内容積１ｃｍ3 当たりの前記水銀の封入量が０．１〜４．０ｍｇ／ｃｍ3 であり、当該水銀の封入量をＭ（ｍｇ／ｃｍ3 ）とし、前記陰極の先端と前記発光管の内表面との最短距離をＬ（ｍｍ）としたとき、０．６＜Ｍ×Ｌ＜３２を満足することを特徴とする。
【０００７】
本発明のショートアーク型キセノンランプにおいては、前記発光管における波長２００ｎｍの紫外線の透過率が、５００℃において５０％以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のショートアーク型キセノンランプによれば、発光管の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量が特定の範囲にあり、しかも、この水銀の封入量と、陰極の先端と発光管の内表面との最短距離との積が特定の範囲にあるため、波長２００〜２２５ｎｍの紫外線を高い強度で放射することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のショートアーク型キセノンランプの一例における構成を発光管を切断して示す説明図である。
【図２】実施例および比較例に係るショートアーク型キセノンランプにおける波長２００〜２５０ｎｍの分光放射照度曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明のショートアーク型キセノンランプの実施形態について詳細に説明する。  図１は、本発明のショートアーク型キセノンランプの一例における構成を発光管を切断して示す説明図である。このショートアーク型キセノンランプ（以下、単に「キセノンランプ」ともいう。）１の発光管１０は、内部に放電空間を形成する外形が略楕円球状の発光部１１と、この発光部１１の両端の各々に一体に連設された、管軸に沿って外方に伸びるロッド状の一方の封止部１２および他方の封止部１３とを有する。この発光管１０における発光部１１内には、基端部分が一方の封止部１２に埋設されて保持された、発光管１０の軸方向に伸びる断面円形の棒状の電極軸部２５を有する陽極２０と、基端部分が他方の封止部１３に埋設されて保持された、発光管１０の軸方向に伸びる断面円形の棒状の電極軸部３５を有する陰極３０とが互いに対向するよう配置されている。
【００１１】
発光管１０における一方の封止部１２の内部には、例えばモリブデンよりなる一方の金属箔１４が気密に埋設されている。一方の金属箔１４の一端には、陽極２０における電極軸部２５の基端が溶接されて電気的に接続され、当該一方の金属箔１４の他端には、一方の封止部１２の外端から外方に突出する陽極用外部リード１６が溶接されて電気的に接続されており、この陽極用外部リード１６は、一方の封止部１２の外端部分を覆うよう設けられた口金１８に電気的に接続されている。
また、発光管１０における他方の封止部１３の内部には、例えばモリブデンよりなる他方の金属箔１５が気密に埋設されている。他方の金属箔１５の一端には、陰極３０における電極軸部３５の基端が溶接されて電気的に接続され、当該他方の金属箔１５の他端には、他方の封止部１３の外端から外方に突出する陰極用外部リード１７が溶接されて電気的に接続されており、この陰極用外部リード１７は、他方の封止部１３の外端部分を覆うよう設けられた口金１９に電気的に接続されている。
そして、発光管１０の発光部１１内には、キセノンおよび水銀が封入されている。
【００１２】
発光管１０は、発光部１１における波長２００ｎｍの紫外線の透過率が、５００℃において５０％以上のものであることが好ましい。このような発光管１０を構成する材料としては、合成石英ガラス、高純度シリカガラス、透光性アルミナなどを用いることができる。
発光管１０の具体的な寸法の一例を示すと、全長が２０ｃｍであり、発光部１１の軸方向の長さが２５ｍｍ、最大外径が２０ｍｍ、最大内径が１５ｍｍで、発光部１１の内容積が２．７ｃｍ3 である。
【００１３】
陽極２０は、電極軸部２５の先端に電極頭部２１が一体に形成されて構成されている。この例の陽極２０における電極頭部２１は、円柱状の胴部分２２と、この胴部分２２の先端に連続して形成された、先端に向かって小径となる円錐台状の先端部分２３と、胴部分２２の後端に連続して形成された、後端に向かって小径となる円錐台状の後端部分２４とにより構成されている。
陽極２０における電極頭部２１および電極軸部２５を構成する材料としては、タングステンを用いることができる。
【００１４】
陰極３０は、電極軸部３５の先端に、先端に向かって小径となる円錐状の電極頭部３１が一体に形成されて構成されている。
陰極３０における電極頭部３１および電極軸部３５を構成する材料としては、トリエーテッドタングステンを用いることができる。
【００１５】
発光部１１内に封入されるキセノンは、その封入圧が２０℃で５気圧以上とされ、好ましくは１０〜３０気圧とされる。キセノンの封入圧が５気圧未満である場合には、アーク柱におけるキセノンの密度が低くなるため、キセノン−水銀エキシマの生成が少なくなると考えられ、所定の波長帯の連続スペクトルの放射量が少なくなる。
【００１６】
また、発光部１１内に封入される水銀の封入量は、０．１〜４．０ｍｇ／ｃｍ3 とされ、好ましくは０．４〜３．５ｍｇ／ｃｍ3 である。水銀の封入量が０．１ｍｇ／ｃｍ3 未満である場合には、波長２００〜２２５ｎｍにおいて高い放射強度を有する紫外線を得ることが困難となる。一方、水銀の封入量が４．０ｍｇ／ｃｍ3 を超える場合には、波長２２５ｎｍを超える波長域において高い放射強度を有する紫外線を得ることが可能であるが、波長２００〜２２０ｎｍにおける放射強度が著しく低いものとなる。
【００１７】
本発明のキセノンランプ１においては、発光部１１内に封入される水銀の封入量をＭ（ｍｇ／ｃｍ3 ）とし、陰極３０の先端Ｐと発光管１１の内表面との最短距離をＬ（ｍｍ）としたとき、０．６＜Ｍ×Ｌ＜３２を満足するものである。
Ｍ×Ｌの値が０．６未満である場合には、水銀の密度が希薄になり、所定の波長帯における連続スペクトルの放射量が少なくなる。一方、Ｍ×Ｌの値が３２を超える場合には、水銀の共鳴線の吸収が強くなり、所定における波長帯の連続スペクトルの放射量が少なくなる。
【００１８】
このようなキセノンランプ１によれば、発光管１０の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量が特定の範囲にあり、しかも、この水銀の封入量と、陰極３０の先端Ｐと発光管１０の内表面との最短距離との積が特定の範囲にあるため、波長２００〜２２５ｎｍの紫外線を高い強度で放射することができる。
このような効果が奏されるのは、水銀が特定の範囲の封入量で封入されることにより、キセノン−水銀エキシマによる発光が得られると共に、水銀の封入量と、発光点を構成する陰極３０の先端と発光管１０の内表面との積を規定することにより、発光管１０内で発生したキセノン−水銀エキシマによる発光を効率よく外部に放射することができるためであると考えられる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明のキセノンランプの具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
〈実施例１〉
図１に示す構成に従い、下記の仕様を有するキセノンランプを作製した。このキセノンランプを「キセノンランプＡ１」とする。
発光管（１０）は、合成石英ガラス製で、全長が２０ｃｍであり、発光部（１１）の軸方向の長さが２５ｍｍ、最大外径が２０ｍｍ（発光部の肉厚が２ｍｍ）で、発光部（１１）の内容積が２．７ｃｍ3 であり、発光部（１１）における波長２００ｎｍの紫外線の透過率が、５００℃において９０％のものである。
陽極（２０）は、タングステン製で、陰極（３０）は、トリエーテッドタングステン製である。
陽極（２０）と陰極（３０）との離間距離は２．１ｍｍ、陰極（３０）の先端（Ｐ）と発光管（１０）の内表面との最短距離（以下、「最短距離Ｌ」という。）は７．３ｍｍである。
また、発光管（１０）の発光部（１１）内には、２０℃で２０気圧のキセノンおよび発光管（１０）の内容積１ｃｍ3 当たりの封入量が０．１ｍｇ／ｃｍ3 （Ｍ×Ｌ＝０．７）となる水銀が封入されている。ランプの入力電力は１５０Ｗである。
【００２１】
〈実施例２〉
発光管（１０）の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量を０．１ｍｇ／ｃｍ3 から０．８ｍｇ／ｃｍ3 に変更した（Ｍ×Ｌ＝５．８）こと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。このキセノンランプを「キセノンランプＡ２」とする。
【００２２】
〈実施例３〉
発光管（１０）の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量を０．１ｍｇ／ｃｍ3 から１．６ｍｇ／ｃｍ3 に変更した（Ｍ×Ｌ＝１１．７）こと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。このキセノンランプを「キセノンランプＡ３」とする。
【００２３】
〈実施例４〉
発光管（１０）の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量を０．１ｍｇ／ｃｍ3 から２．４ｍｇ／ｃｍ3 に変更した（Ｍ×Ｌ＝１７．５）こと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。このキセノンランプを「キセノンランプＡ４」とする。
【００２４】
〈実施例５〉
発光管（１０）の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量を０．１ｍｇ／ｃｍ3 から４．３ｍｇ／ｃｍ3 に変更した（Ｍ×Ｌ＝３１．４）こと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。このキセノンランプを「キセノンランプＡ５」とする。
【００２５】
〈実施例６〉
発光管（１０）の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量を０．１ｍｇ／ｃｍ3 から１．６ｍｇ／ｃｍ3 に変更し（Ｍ×Ｌ＝１１．７）、キセノンの封入圧を２０気圧から５気圧に変更したこと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。このキセノンランプを「キセノンランプＡ６」とする。
【００２６】
〈実施例７〉
発光管（１０）の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量を０．１ｍｇ／ｃｍ3 から１．６ｍｇ／ｃｍ3 に変更し、最短距離Ｌを７．３ｍｍから５ｍｍに変更した（Ｍ×Ｌ＝８．０）こと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。ここで、最短距離Ｌの変更は、発光管として、発光部の軸方向の長さが１８ｍｍ、最大外径が１４ｍｍのものを用いることにより行った。このキセノンランプを「キセノンランプＡ７」とする。
【００２７】
〈実施例８〉
発光管（１０）の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量を０．１ｍｇ／ｃｍ3 から１．６ｍｇ／ｃｍ3 に変更し、最短距離Ｌを７．３ｍｍから１０ｍｍに変更した（Ｍ×Ｌ＝１６．０）こと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。ここで、最短距離Ｌの変更は、発光管として、発光部の軸方向の長さが３０ｍｍ、最大外径が２４ｍｍのものを用いることにより行った。このキセノンランプを「キセノンランプＡ８」とする。
【００２８】
〈比較例１〉
水銀を封入しなかったこと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。このキセノンランプを「キセノンランプＢ１」とする。
【００２９】
〈比較例２〉
発光管（１０）の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量を０．１ｍｇ／ｃｍ3 から０．０８ｍｇ／ｃｍ3 に変更した（Ｍ×Ｌ＝０．５８）こと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。このキセノンランプを「キセノンランプＢ２」とする。
【００３０】
〈比較例３〉
発光管（１０）の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量を０．１ｍｇ／ｃｍ3 から７．１ｍｇ／ｃｍ3 に変更した（Ｍ×Ｌ＝５１．８）こと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。このキセノンランプを「キセノンランプＢ３」とする。
【００３１】
〈比較例４〉
発光管（１０）の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量を０．１ｍｇ／ｃｍ3 から８．０ｍｇ／ｃｍ3 に変更した（Ｍ×Ｌ＝５８．４）こと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。このキセノンランプを「キセノンランプＢ４」とする。
【００３２】
〈比較例５〉
発光管（１０）の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量を０．１ｍｇ／ｃｍ3 から１５．７ｍｇ／ｃｍ3 に変更した（Ｍ×Ｌ＝１１４．６）こと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。このキセノンランプを「キセノンランプＢ５」とする。
【００３３】
〈比較例６〉
最短距離Ｌを７．３ｍｍから５ｍｍに変更した（Ｍ×Ｌ＝０．５）こと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。ここで、最短距離Ｌの変更は、発光管として、発光部の軸方向の長さが１８ｍｍ、最大外径が１４ｍｍのものを用いることにより行った。このキセノンランプを「キセノンランプＢ６」とする。
【００３４】
〈比較例７〉
最短距離Ｌを７．３ｍｍから１０ｍｍに変更し、発光管（１０）の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量を０．１ｍｇ／ｃｍ3 から４．３ｍｇ／ｃｍ3 に変更した（Ｍ×Ｌ＝４７．３）こと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。ここで、最短距離Ｌの変更は、発光管として、発光部の軸方向の長さが３０ｍｍ、最大外径が２４ｍｍのものを用いることにより行った。このキセノンランプを「キセノンランプＢ７」とする。
【００３５】
〈比較例８〉
発光管（１０）の内容積１ｃｍ3 当たりの水銀の封入量を０．１ｍｇ／ｃｍ3 から１．６ｍｇ／ｃｍ3 に変更し（Ｍ×Ｌ＝１１．７）、キセノンの封入圧を２０気圧から１気圧に変更したこと以外は、実施例１と同様の仕様のキセノンランプを作製した。このキセノンランプを「キセノンランプＢ８」とする。
【００３６】
〔キセノンランプの評価〕
（１）分光放射照度の測定：
実施例２に係るキセノンランプ（Ａ２）、比較例１に係るキセノンランプ（Ｂ１）、比較例２に係るキセノンランプ（Ｂ２）および比較例４に係るキセノンランプ（Ｂ４）の各々を、窒素ガス雰囲気下において１５０Ｗのランプ入力で点灯させ、発光管における発光部の外表面から１１ｃｍ離間した位置における波長２００〜２５０ｎｍの分光放射照度を測定した。結果を図２に示す。
【００３７】
図２において、横軸はキセノンランプの放射光の波長、縦軸は分光放射照度を示し、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２およびＢ４は、キセノンランプ（Ａ２）、キセノンランプ（Ｂ１）、キセノンランプ（Ｂ２）およびキセノンランプ（Ｂ４）の各々による放射光の分光放射照度曲線を示す。
図２の結果から明らかなように、実施例２に係るキセノンランプ（Ａ２）によれば、波長２００〜２２５ｎｍにおいて放射照度の高い紫外線が得られることが理解される。
これに対して比較例１〜２に係るキセノンランプ（Ｂ１）およびキセノンランプ（Ｂ２）による紫外線は、波長２００〜２２５ｎｍにおける放射照度が低いものであった。
また、比較例４に係るキセノンランプ（Ｂ４）による紫外線は、波長２２５〜２５０ｎｍにおける放射照度が高いものであるが、波長２００〜２２０ｎｍにおける放射照度が著しく低いものであった。これは、高い封入量の水銀が封入されていることにより、波長２００〜２２０ｎｍにおいて自己吸収が生じたためであると考えられる。
【００３８】
（２）積算放射照度の測定：
実施例１〜８に係るキセノンランプ（Ａ１）〜キセノンランプ（Ａ８）および比較例１〜８に係るキセノンランプ（Ｂ１）〜キセノンランプ（Ｂ８）の各々を、窒素ガス雰囲気下において１５０Ｗのランプ入力で点灯させ、発光管における発光部の外表面から１１ｃｍ離間した位置における波長２００〜２２０ｎｍの積算放射照度を測定し、実施例３に係るキセノンランプ（Ａ３）の積算放射照度の値を１００としたときの相対値を求めた。結果を下記表１に示す。
【００３９】
【表１】
0005516450.tif 000002
【００４０】
表１の結果から明らかなように、実施例１〜８に係るキセノンランプ（Ａ１）〜キセノンランプ（Ａ８）によれば、波長２００〜２２０ｎｍにおける放射照度が高い紫外線が得られることが確認された。
【符号の説明】
【００４１】
１  キセノンランプ
１０  発光管
１１  発光部
１２  一方の封止部
１３  他方の封止部
１４  一方の金属箔
１５  他方の金属箔
１６  陽極用外部リード
１７  陰極用外部リード
１８，１９  口金
２０  陽極
２１  電極頭部
２２  胴部分
２３  先端部分
２４  後端部分
２５  電極軸部
３０  陰極
３１  電極頭部
３５  電極軸部
Ｐ  陰極の先端
【図１】
0005516450.tif 000003
【図２】
0005516450.tif 000004