(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が不活性ガス雰囲気とされ、紫外線を取り出すための光取出用窓部を有するケーシング内に、誘電体バリア放電により放電容器内にエキシマが生成されて紫外線が放出される誘電体バリア放電ランプが収納されてなる紫外線照射装置において、 前記ケーシングに可視光線を透過する光検出用窓部が設けられ、
前記誘電体バリア放電ランプの放電容器に、当該放電容器内から放出される紫外線を受けて可視光線を放出する蛍光体が、当該可視光線が前記光検出用窓部を透過するよう設けられ、
前記光検出用窓部を透過する可視光線を検出するための光検出器が設けられていることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
誘電体バリア放電ランプにおける放電容器は、筒状の一方の壁部と、この一方の壁部の内径より小さい外径を有する筒状の他方の壁部とを有する中空円筒状の形状を有し、
蛍光体は、一方の壁部の外面側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
誘電体バリア放電ランプにおける放電容器は、筒状の一方の壁部と、この一方の壁部の内径より小さい外径を有する筒状の他方の壁部とを有する中空円筒状の形状を有し、
蛍光体は、他方の壁部の外面側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体バリア放電ランプを具えた紫外線照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金属、ガラス、その他の材料よりなる被処理体に波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を照射することにより、当該真空紫外線およびこれにより生成されるオゾンの作用によって被処理体を処理する技術、例えば被処理体の表面に付着した有機汚染物質を除去する洗浄処理技術や、被処理体の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成処理技術が開発され、実用化されるに至っている。
【０００３】
このような紫外線処理を行うためのランプとしては、従来、水銀の共鳴線である波長１８５ｎｍの真空紫外線を放出する低圧水銀ランプが使用されていたが、最近においては、一部が誘電体により構成された放電容器内に、適宜のエキシマ発光用ガスが充填され、当該放電容器内において誘電体バリア放電（別名「オゾナイザ放電」あるいは「無声放電」。電気学会発行改定新版「放電ハンドブック」平成１年６月再版７刷発行第２６３頁参照。）を発生させることにより、エキシマが生成されてエキシマ光が放出される誘電体バリア放電ランプが開発されている。
例えば、特開平１−１４４５６０号公報には、少なくとも一部が誘電体である石英ガラスにより構成された中空円筒状の放電容器内にエキシマ発光用ガスが充填されてなる誘電体バリア放電ランプが記載されている。
【０００４】
この誘電体バリア放電ランプにおいては、エキシマ発光用ガスとして例えばキセノンガスを用いることにより、キセノンエキシマによるエキシマ光である波長１７２ｎｍにピークを有する真空紫外線が放出され、また、エキシマ発光用ガスとして例えばアルゴンと塩素ガスとの混合ガスを用いることにより、アルゴン−塩素エキシマによるエキシマ光である波長１７５ｎｍにピークを有する真空紫外線が放出されることが知られている。
【０００５】
然るに、このような誘電体バリア放電ランプは、空気中で点灯されると、誘電体バリア放電ランプからの真空紫外線により、或いは誘電体バリア放電ランプの電極に生ずるコロナ放電により、当該誘電体バリア放電ランプの周辺における空気中の酸素が反応してオゾンが生成されるため、長時間使用した場合には、生成したオゾンによって電極が腐蝕する、という問題がある。
また、誘電体バリア放電ランプからの真空紫外線は、空気中の酸素によって吸収されるので、被処理体に高い効率で真空紫外線を照射することができない、という問題がある。
このような理由から、誘電体バリア放電ランプを使用するに際しては、誘電体バリア放電ランプを、エキシマ光を取り出すための窓部を有するケーシング内に収納配置することにより、紫外線照射装置を構成し、この紫外線照射装置のケーシング内に例えば窒素ガスなどの不活性ガスを導入することにより、当該ケーシング内を不活性ガス雰囲気とし、この状態で、当該紫外線照射装置における誘電体バリア放電ランプを点灯することが行われている。
【０００６】
而して、このような紫外線照射装置においては、ケーシング内に収納された誘電体バリア放電ランプが点灯しているか否かを目視で確認することができないので、一般に、誘電体バリア放電ランプの点灯を確認するための点灯確認手段が設けられている。
かかる点灯確認手段としては、従来、ランプ電流を検出することにより、誘電体バリア放電ランプの点灯を確認する手段が利用されていた。
然るに、このような点灯確認手段においては、スローリークや放電容器内における不純ガスの発生により、放電に異常が生じたときであってもランプ電流が検出されるため、点灯状態が異常であることを確認することができない、という問題がある。
【０００７】
以上の問題を解決するため、最近においては、点灯確認手段として、紫外線を受けて可視光線を放出する蛍光体と光電素子とよりなる光検出器を用い、誘電体バリア放電ランプからの紫外線を蛍光体によって可視光線に変換し、この可視光線をフォトダイオードによって検出することにより、誘電体バリア放電ランプの点灯を確認する手段が採用されている。
【０００８】
図８は、このような光検出器を有する紫外線照射装置の一例における構成を示す説明図である。
この図において、８０は箱型のケーシングであり、このケーシング８０内には誘電体バリア放電ランプ８５が収納されている。
８１は、誘電体バリア放電ランプ８５からの紫外線を取り出すための光取出用窓部であり、８２は、誘電体バリア放電ランプ８５からの紫外線を検出するための光検出用貫通孔８２である。
９０は、誘電体バリア放電ランプ８５からの紫外線を検出する光検出器であって、その内部には、例えば合成石英ガラスよりなる支持板９１と、この支持板９１上に形成された蛍光体層９２と、この蛍光体層９２上に設けられた、ソーダガラスよりなる保護板９３とよりなる蛍光部材９４が配置され、この蛍光部材９４の上方に、シリコンフォトダイオードよりなる光電素子９５が配置されている。
【０００９】
このような紫外線照射装置においては、光検出器９０における蛍光部材９４の蛍光体層９２が誘電体バリア放電ランプ８５からの紫外線を受けることにより、当該蛍光体層９２から可視光線が放出され、この可視光線が光電素子９５によって検出されることにより、誘電体バリア放電ランプ８５の点灯が確認される。
【００１０】
しかしながら、上記の紫外線照射装置には、以下のような問題がある。
（１）誘電体バリア放電ランプからの紫外線を蛍光体に照射するためには、ケーシング内のみならず光検出器内も不活性ガス雰囲気にすることが必要であるため、装置全体の構成が複雑なものとなる。
（２）光検出器における石英板および蛍光体は、誘電体バリア放電ランプからの紫外線を受けることによって劣化するため、それぞれ一定の使用時間が経過する毎に交換することが必要となる。そして、誘電体バリア放電ランプの使用時間、石英板の使用時間、蛍光体の使用時間の各々について管理することが必要となるため、装置全体のメンテナンスが煩雑となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
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、誘電体バリア放電ランプを具えた紫外線照射装置において、当該誘電体バリア放電ランプが点灯しているか否かを確実に確認することができ、しかも、簡単な構造を有し、メンテナンスが容易な紫外線照射装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の紫外線照射装置は、内部が不活性ガス雰囲気とされ、紫外線を取り出すための光取出用窓部を有するケーシング内に、誘電体バリア放電により放電容器内にエキシマが生成されて紫外線が放出される誘電体バリア放電ランプが収納されてなる紫外線照射装置において、
前記ケーシングに可視光線を透過する光検出用窓部が設けられ、
前記誘電体バリア放電ランプの放電容器に、当該放電容器内から放出される紫外線を受けて可視光線を放出する蛍光体が、当該可視光線が前記光検出用窓部を透過するよう設けられ、
前記光検出用窓部を透過する可視光線を検出するための光検出器が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の紫外線照射装置においては、前記誘電体バリア放電ランプにおける放電容器は、筒状の一方の壁部と、この一方の壁部の内径より小さい外径を有する筒状の他方の壁部とを有する中空円筒状の形状を有するものである場合には、前記蛍光体が、一方の壁部の外面側に設けられていてもよい。
また、前記誘電体バリア放電ランプにおける放電容器は、筒状の一方の壁部と、この一方の壁部の内径より小さい外径を有する筒状の他方の壁部とを有する中空円筒状の形状を有するものである場合には、前記蛍光体が、他方の壁部の外面側に設けられていてもよい。
【００１４】
【作用】
上記の紫外線照射装置によれば、誘電体バリア放電ランプの放電容器内から放出された紫外線を蛍光体によって可視光線に変換し、この可視光線を光検出器によって検出するため、誘電体バリア放電ランプの点灯を確実に確認することができる。
また、光検出器は、可視光線を検出するものであるため、当該光検出器内を不活性ガス雰囲気にすることが不要となり、その結果、装置全体が簡単な構造となる。
さらに、蛍光体が誘電体バリア放電ランプに設けられているため、誘電体バリア放電ランプを新たなものに交換することにより、蛍光体も同時に交換されるので、装置全体のメンテナンスが容易である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の紫外線照射装置の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の紫外線照射装置の一例における構成を示す説明用断面図である。この紫外線照射装置においては、全体が矩形の箱型のステンレスよりなるケーシング１０内に、それぞれ中空円筒状の放電容器３１を有する４つの誘電体バリア放電ランプ３０が収納されて構成されている。
【００１６】
ケーシング１０においては、下面に開口１２を有する矩形の箱型の枠材１１が設けられており、この枠材１１の開口１２には、誘電体バリア放電ランプ３０からの真空紫外線を外部に取り出すための光取出用窓部１３が配置されている。この光取出用窓部１３を構成する材料としては、誘電体バリア放電ランプ１０からの真空紫外線に対して透過性を有するもの、例えば合成石英ガラスを用いることができる。
枠材１１の上面には、誘電体バリア放電ランプ３０の上方の位置に貫通孔１４が形成され、この貫通孔１４には、可視光線を透過する光検出用窓部１５が配置されている。この光検出用窓部１５を構成する材料としては、可視光線に対して透過性を有するもの、例えばホウケイ酸ガラスを用いることができる。
また、枠材１１の一側面には、ケーシング１０内に不活性ガスを導入するためのガス導入孔１６が形成されており、枠材１１の他側面には、ケーシング１０内のガスを排出するガス排出孔１７が形成されている。
【００１７】
ケーシング１０内の上部には、アルミニウムよりなる冷却ブロック２０が設けられている。この冷却ブロック２０の下面には、それぞれ誘電体バリア放電ランプ３０の外径より大きい径を有する断面が半円形の４つの溝２１が、互いに離間して並ぶよう形成されており、これらの溝２１の各々に沿って誘電体バリア放電ランプ３０が配置されている。また、冷却ブロック２０には、光検出用窓部１５の直下の位置に、当該冷却ブロック２０を上下方向に貫通して溝２１に通ずる光導入孔２２が形成されている。２３は、冷却ブロック２０を貫通するよう形成された、冷却用流体を流通するための冷却用流体流通路である。
【００１８】
ケーシング１０における光検出用窓部１５の上面には、光電素子２６を有する光検出器２５が設けられている。具体的には、光検出器２５は、その光電素子２６の受光部２７が光検出用窓部１５および冷却ブロック２０の光導入孔２２を介して誘電体バリア放電ランプ３０に臨むよう配置されている。光電素子２６としては、シリコンフォトダイオードなどを用いることができる。
【００１９】
誘電体バリア放電ランプ３０においては、図２にも示すように、中空円筒状の放電容器３１が設けられている。具体的に説明すると、この放電容器３１は、誘電体よりなる円筒状の一方の壁部３２と、この一方の壁部３２内にその筒軸に沿って配置された、当該一方の壁部３２の内径より小さい外径を有する誘電体よりなる他方の壁部３３とを有し、一方の壁部３２および他方の壁部３３の各々の両端部が封止壁部３４によって接合されて構成されており、一方の壁部３２と他方の壁部３３との間に円筒状の放電空間Ｓが形成されている。この放電容器３１内には、エキシマ発光用ガスが封入されている。
【００２０】
放電容器３１における一方の壁部３２には、その外面３５に密接して、例えば金網などの導電性材料よりなる紫外線透過性の一方の電極３６が設けられ、放電容器３１における他方の壁部３３には、その内周面である外面３７を覆うようアルミニウムよりなる板状の他方の電極３８が設けられている。
【００２１】
また、図示の例では、放電容器３１を構成する一方の壁部３２の一端側には、周方向に沿って内方に突出する変形部３９が形成されており、これにより、この変形部３９と一端側の封止壁部３４との間に、放電空間Ｓに連通するゲッタ収容室Ｋが形成され、このゲッタ収容室Ｋ内に例えばバリウム合金よりなるゲッタＧが収容されている。このゲッタＧは例えば高周波加熱され、これにより、ゲッタ収容室Ｋの内壁面にバリウムよりなる薄膜が形成される。
【００２２】
放電容器３１を構成する誘電体材料としては、放電容器１１内において放出されるエキシマ光に対して透過性を有するもの、例えば合成石英ガラスを用いることができる。
放電容器１１内に封入されるエキシマ発光用ガスとしては、波長２００ｎｍ以下のエキシマ光を放出するエキシマが生成されるもの、例えばキセノンガス、アルゴンと塩素との混合ガスなどを用いることができる。
【００２３】
そして、誘電体バリア放電ランプ３０の放電容器３１における一方の壁部３２の外面には、ケーシング１０の光検出用窓部１５の直下の位置に、当該放電容器３１内から放出される紫外線を受けて可視光線を放出する蛍光体層４０が形成されている。
蛍光体層４０を構成する蛍光体としては、サリチル酸ナトリウム、ジンクシリケートマンガン（Ｚｎ2 ＳｉＯ4 Ｍｎ）などを用いることができる。
蛍光体層４０を形成する手段としては、特に限定されるものではなく、例えば蛍光体を含有してなる塗布液を調製し、この塗布液を、蛍光体層４０を形成すべき個所に塗布して焼成する手段を用いることができる。
【００２４】
上記の紫外線照射装置においては、ケーシング１０のガス導入孔１６から窒素ガスなどの不活性ガスが導入されると共に、ガス排出孔１７からケーシング１０内のガスが排出されることにより、ケーシング１０内が不活性ガス雰囲気とされる。
そして、誘電体バリア放電ランプ３０においては、一方の電極３６と他方の電極３８との間に電圧が印加されることによって、放電容器３１内の放電空間Ｓにおいて誘電体バリア放電が発生し、これにより、エキシマ発光用ガスを構成する元素によるエキシマが生成され、このエキシマによるエキシマ光が一方の壁部３２を介して一方の電極３６の網目から放射され、このエキシマ光は、ケーシング１０の光取出用窓部１３を介して、当該光取出用窓部１３の直下に配置された被処理体に照射される。
一方、誘電体バリア放電ランプ３０に設けられた蛍光体層４０は、放電空間Ｓからの紫外線を受けることによって可視光線を放出し、この可視光線は、冷却ブロック２０の光導入孔２２および光検出用窓部１５を介して光検出器に検出され、これにより、誘電体バリア放電ランプの点灯が確認される。
【００２５】
本発明の紫外線照射装置の仕様の一例を挙げると、以下のとおりである。
ケーシング１０：
寸法；４９０ｍｍ×３６０ｍｍ×７０ｍｍ，
光取出用窓部１３；合成石英ガラス製，厚み３ｍｍ，
光検出用窓部１５；硬質ガラス製，厚み２ｍｍ，
誘電体バリア放電ランプ３０：
放電容器３１；有効長３００ｍｍ，
一方の壁部３２；合成石英ガラス製，外径２６ｍｍ，肉厚１ｍｍ，
他方の壁部３３；合成石英ガラス製，外径１６ｍｍ，肉厚１ｍｍ，
一方の電極３６；ステンレス金網製，
他方の電極３８；アルミニウム製，
エキシマ発光用ガス；キセノンガス（放射紫外線のピーク波長１７２ｎｍ），
定格電力；５０Ｗ，
蛍光体層４０：材質；ジンクシリケートマンガン（Ｚｎ2 ＳｉＯ4 Ｍｎ），厚み２０μｍ
【００２６】
上記のような紫外線照射装置によれば、誘電体バリア放電ランプ３０の放電容器３１内から放出された紫外線を蛍光体層４０によって可視光線に変換し、この可視光線を光検出器２５によって検出するため、誘電体バリア放電ランプ３０の点灯を確実に確認することができる。
また、光検出器２５は、可視光線を検出するものであるため、当該光検出器２５内を不活性ガス雰囲気にすることが不要となり、その結果、装置全体が簡単な構造となる。
さらに、蛍光体層４０が誘電体バリア放電ランプ３０の放電容器３１の外面に形成されているため、誘電体バリア放電ランプ３０を新たなものに交換することにより、蛍光体層４０も同時に交換されるので、装置全体のメンテナンスが容易である。
【００２７】
本発明の紫外線照射装置は、上記の実施の形態に限定されず種々の変更を加えることが可能である。
（１）蛍光体層４０が設けられる位置は、当該蛍光体層４０から放出される可視光線がケーシング１０の光検出用窓部１５を透過する位置であれば、放電容器３１における一方の壁部３２の外面に限定されるものではない。例えば、図３に示すように、他方の壁部３３と他方の電極３８との間に設けられていてもよい。このような位置に蛍光体層４０を設ける場合には、当該蛍光体層４０は、他方の壁部３３の外面に形成されていてもよく、また、他方の電極３８の内面に形成されていてもよい。他方の電極３８の内面に蛍光体層４０が形成された構成によれば、放電容器３１に蛍光体層４０を直接形成するという複雑な工程を省くことができるため、高い生産性が得られる。
【００２８】
（２）蛍光体層４０は、放電容器３１の表面に直接形成されている必要はなく、例えば、図４に示すように、合成石英ガラスよりなる支持板４１上に蛍光体層４０を形成することにより蛍光部材４５を構成し、この蛍光部材４５が一方の壁部３２と一方の電極３６との間に挟持されていてもよい。
また、図５に示すように、他方の電極３８に開口を形成し、この開口に支持板４１上に蛍光体層４０が形成されてなる蛍光部材４５を固定配置してもよい。
このような蛍光体層４０を有する蛍光部材４５を用いる構成によれば、放電容器３１に蛍光体層４０を直接形成するという複雑な工程を省くことができるため、高い生産性が得られる。
【００２９】
（３）蛍光部材４５を構成する場合には、図６および図７に示すように、合成石英ガラスよりなる支持体４１上に形成された蛍光体層４０の表面に、例えばソーダガラスよりなる保護層４２を形成することができる。
このような蛍光部材４５を設ける場合には、放電容器３１内の放電空間Ｓからの紫外線に対して透過性を有する支持体４１が、当該放電容器３１における一方の壁部３２または他方の壁部の外面に接するよう配置され、これにより、放電空間Ｓからの紫外線を蛍光体層４０に照射することができる。
このような蛍光部材４５を用いる構成によれば、蛍光体層４０は、支持体４１および保護層４２によって覆われているため、蛍光体層４２の剥離または損傷を防止することができる。
【００３０】
（４）誘電体バリア放電ランプの基本構造は、種々のものを採用することができ、例えば、一方の電極として、アルミニウムよりなる板状のものを用い、放電容器３１における封止壁部３４から紫外線を取り出す構成であってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の紫外線照射装置によれば、誘電体バリア放電ランプに蛍光体が設けられているため、放電容器内から放出された紫外線を当該蛍光体によって可視光線に変換し、この可視光線を光検出器によって検出することができ、従って、誘電体バリア放電ランプの点灯を確実に確認することができる。
また、光検出器は、可視光線を検出するものであるため、当該光検出器内を不活性ガス雰囲気にすることが不要となり、その結果、簡単な構造により紫外線照射装置を構成することができる。
さらに、蛍光体が誘電体バリア放電ランプに設けられているため、誘電体バリア放電ランプを新たなものに交換することにより、蛍光体も同時に交換されるので、装置全体のメンテナンスを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の紫外線照射装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【図２】本発明の紫外線照射装置に用いられる誘電体バリア放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。
【図３】本発明の紫外線照射装置に用いられる誘電体バリア放電ランプの他の例における構成を示す説明用断面図である。
【図４】本発明の紫外線照射装置に用いられる誘電体バリア放電ランプの更に他の例における構成を示す説明用断面図である。
【図５】本発明の紫外線照射装置に用いられる誘電体バリア放電ランプの更に他の例における構成を示す説明用断面図である。
【図６】本発明の紫外線照射装置に用いられる誘電体バリア放電ランプの更に他の例における構成を示す説明用断面図である。
【図７】本発明の紫外線照射装置に用いられる誘電体バリア放電ランプの更に他の例における構成を示す説明用断面図である。
【図８】従来の紫外線照射装置の一例における構成を示す説明用断面図である。
【符号の説明】
１０  ケーシング
１１  枠材
１２  開口
１３  光取出用窓部
１４  貫通孔
１５  光検出用窓部
１６  ガス導入孔
１７  ガス排出孔
２０  冷却ブロック
２１  溝
２２  光導入孔
２３  冷却用流体流通路
２５  光検出器
２６  光電素子
２７  受光部
３０  誘電体バリア放電ランプ
３１  放電容器
３２  一方の壁部
３３  他方の壁部
３４  封止壁部
３５  一方の壁部の外面
３６  一方の電極
３７  他方の壁部の外面
３８  他方の電極
３９  変形部
４０  蛍光体層
４１  支持体
４２  保護層
４５  蛍光部材
Ｇ  ゲッタ
Ｋ  ゲッタ収容室
Ｓ  放電空間
８０  ケーシング
８１  光取出用窓部
８２  光検出用貫通孔
８５  誘電体バリア放電ランプ
９０  光検出器
９１  支持体
９２  蛍光体層
９３  保護板
９４  蛍光部材
９５  光電素子
【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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