(57)【要約】      （修正有）【課題】点灯と消灯を繰り返しても、内側電極の外端縁の位置が移動することを抑制することのできるエキシマランプを提供する。【解決手段】外側管１１と内側管１２とが同軸上に配置された二重管構造の放電容器１０と、外側管１１の外周面に配置された外側電極３０と、内側管１２の内周面に配置された、放電容器１０の軸方向に沿って延びる内側電極２０とを備えており、外側管１１と内側管１２との間に形成された放電空間Ｓ内に放電用ガスが充填されてなるエキシマランプにおいて、内側電極２０が複数の電極部材よりなり、隣接する電極部材の長さ方向の端部同士が重ね合わせられた重ね合せ部において、隣接する電極部材が点溶接されており、重ね合せ部において内側電極２０を内側管１２に押圧する押圧部材２８が設けられた構成とされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側管と内側管とが同軸上に配置された二重管構造の放電容器と、前記外側管の外周面に配置された外側電極と、前記内側管の内周面に配置された、前記放電容器の軸方向に沿って延びる内側電極とを備えており、前記外側管と前記内側管との間に形成された放電空間内に放電用ガスが充填されてなるエキシマランプであって、
前記内側電極は複数の電極部材よりなり、隣接する電極部材の長さ方向の端部同士が重ね合わせられた重ね合せ部において、当該隣接する電極部材が点溶接されており、
当該重ね合せ部において当該内側電極を前記内側管に押圧する押圧部材が設けられていることを特徴とするエキシマランプ。
【請求項２】
前記内側電極は、３枚以上の電極部材よりなり、
前記放電容器の軸方向に互いに隣接する３枚の電極部材における中央の電極部材の長さ方向の寸法が、他の２つの電極部材の長さ方向の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線を照射することによる洗浄処理、アッシング処理、成膜処理等の表面処理を行うための光源として用いられるエキシマランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
エキシマランプは、真空紫外光を利用した被処理体の表面処理、例えば洗浄処理、アッシング処理および成膜処理などにおける光源として好適に用いられている。
【０００３】
図７は、従来におけるエキシマランプの一例における構成の概略を示す断面図である。
このエキシマランプは、誘電体からなる放電容器４０を備えている。放電容器４０は、円筒状の外側管４１と円筒状の内側管４２とが同軸上に配置された二重管構造を有しており、外側管４１の内周面と内側管４２の外周面との間に放電空間Ｓが形成されている。放電空間Ｓ内には、波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を放出するエキシマが生成される放電用ガスが封入されている。放電用ガスとしては、例えばキセノンガス、アルゴンと塩素との混合ガス等を用いることができる。
外側管４１の外周面には、例えば金網などの導電性材料よりなる網状の外側電極４５が設けられている。
内側管４２の内周面には、内側電極４６が密接して設けられている。内側電極４６は、例えば放電容器４０の管軸Ｃを挟んで互いに対向して配置された半円筒状の２つのアルミニウム板により構成されている。２つのアルミニウム板は、押圧部材４８によって内側管４２の内周面に押圧されて固定されている。このエキシマランプにおいては、複数個の押圧部材４８が、放電容器４０の軸方向に互いに離間した位置に設けられている。
外側電極４５および内側電極４６は、例えば高周波高圧電源５０に接続されている。
このエキシマランプにおいては、外側電極４５および内側電極４６の両電極間に高周波高圧が印加されることにより、放電空間Ｓ内で放電用ガスが放電し、真空紫外光が放射される。
このような構成のエキシマランプは、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１-２３５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
而して、このような二重管構造のエキシマランプにおいては、点灯と消灯を多数回繰り返すと、内側電極４６の外端縁位置が元の位置から少しずつ移動していくという現象が発生することが明らかになった。その結果、例えば内側管の一端が封止されたエキシマランプにおいては、内側電極が封止部を突き破り、エキシマランプを破損させてしまうことがあった。
【０００６】
このような現象は、次のようなメカニズムで発生すると考えられる。すなわち、エキシマランプが点灯されると、紫外線の一部が放電容器４０を構成するガラス材料に吸収されることや誘電体損失などによって、放電容器４０の温度が上昇する。放電容器４０の温度が上昇すると、内側電極４６や押圧部材４８の温度も上昇する。内側電極４６の温度が上昇すると、熱膨張によって内側電極４６が主として長さ方向に伸びる。また、押圧部材４８の温度が上昇すると、熱膨張によって押圧部材４８は主として周方向に伸びることにより押圧部材４８の内側電極４６に対する押圧力が強まる。然るに、複数の押圧部材４８は、製造上の理由から、軸方向に厳密に等間隔毎に配置されていないため、内側電極４６は、押圧力が高い場所を擬似的な固定点として特定の方向には大きく伸びるが、他の方向にはあまり伸びないこととなる。ここに、内側電極４６の長さ方向の伸び量は、内側電極４６が長い程大きくなる。また、内側電極４６の長さ方向の伸び量は、押圧部材４８の配置位置によっても変動する。
一方、エキシマランプが消灯されると、放電容器４０の温度が低下し始める。放電容器４０の温度が低下することに伴って、内側電極４６の温度も低下し始めると共に少し遅れて押圧部材４８の温度も低下し始める。内側電極４６の温度が低下し始めると、内側電極４６は主として長さ方向に収縮し始める。また、押圧部材４８の温度が低下し始めると、押圧部材４８は主として周方向に収縮し始める。このとき、上述のように、押圧部材４８の押圧力にはばらつきがあるため、内側電極４６は、押圧部材４８の押圧力（摩擦）が大きい場所を擬似的な固定点として、当該固定点に向かって収縮する。
しかしながら、熱膨張時・収縮時における擬似的な固定点が軸方向における中心よりずれていると、内側電極４６の外端縁は、元の位置まで戻らない。結果として、エキシマランプが完全に冷えると、内側電極４６の外端縁の位置が長さ方向外方側に移動した状態となる。このとき、すべての押圧部材４８は収縮されており、各々の押圧部材４８の押圧力は通常の大きさに戻っている。
以上のように、エキシマランプの点灯と消灯を繰り返すと、上記のメカニズムにより、内側電極は一定の方向に少しずつ移動していくと考えられる。
【０００７】
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、点灯と消灯を繰り返しても、内側電極の外端縁の位置が移動することを抑制することのできるエキシマランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のエキシマランプは、外側管と内側管とが同軸上に配置された二重管構造の放電容器と、前記外側管の外周面に配置された外側電極と、前記内側管の内周面に配置された、前記放電容器の軸方向に沿って延びる内側電極とを備えており、前記外側管と前記内側管との間に形成された放電空間内に放電用ガスが充填されてなるエキシマランプであって、
前記内側電極は複数の電極部材よりなり、隣接する電極部材の長さ方向の端部同士が重ね合わせられた重ね合せ部において、当該隣接する電極部材が点溶接されており、
当該重ね合せ部において当該内側電極を前記内側管に押圧する押圧部材が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明のエキシマランプにおいては、前記内側電極は、３枚以上の電極部材よりなり、
前記放電容器の軸方向に互いに隣接する３枚の電極部材における中央の電極部材の長さ方向の寸法が、他の２つの電極部材の長さ方向の寸法よりも小さい構成とされていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のエキシマランプによれば、内側電極を構成する複数の電極部材は、熱膨張時・収縮時において、押圧部材による押圧力が高い場所を擬似的な固定点としてそれぞれ独立して伸縮するため、内側電極の外端縁の変位量を小さく抑制することができる。また、重ね合わせ部を押圧する位置に押圧部材が配置されていればよいので、押圧部材の配置位置や個々の押圧部材の押圧力のバラツキ等に起因して内側電極の外端縁の変位量が大幅に変化することを抑制することができる。従って、エキシマランプの点灯と消灯が繰り返されても、内側電極の外端縁の位置が移動することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のエキシマランプの一例における構成の概略を示す軸方向断面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線における一部を省略して示す断面図である。
【図３】図１に示すエキシマランプにおける要部構成を内側管の一部を破断した状態で示す斜視図である。
【図４】内側電極体における複数の電極部材の接合部を概略的に示す断面図である。
【図５】押圧部材の一例における構成を示す図である。
【図６】内側電極体の他の構成例における複数の電極部材の接合部を概略的に示す断面図である。
【図７】従来のエキシマランプの一例における構成の概略を示す軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のエキシマランプの一例における構成の概略を示す軸方向断面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線における一部を省略して示す断面図である。図３は、図１に示すエキシマランプにおける要部構成を内側管の一部を破断した状態で示す斜視図である。
このエキシマランプは、円筒状の放電空間Ｓを有する二重管構造の放電容器１０を備えている。放電容器１０は、互いに同軸上に配置された円筒状の外側管１１および円筒状の内側管１２の各々の両端部が端壁１３によって接合されて形成されている。この例においては、内側管１２の両端が開口しており、後述する内側電極２０が配置される内側管１２の内部空間は、例えば大気雰囲気とされている。なお、本発明のエキシマランプにおいては、内側管１２の一端または両端が閉塞（封止）された構成とされていてもよい。図１における１３ａは、放電容器１０への表面処理（例えば洗浄処理）や放電ガスの充填を行うために設けられた流体流通管が封じ切られて形成されたチップ管である。
放電容器１０は、当該放電容器１０内において放出されるエキシマ光（例えば波長２００ｎｍ以下の光）に対して透過性を有する誘電体材料により構成されている。放電容器１０を構成する誘電体材料としては、例えば合成石英ガラスなどを用いることができる。
【００１３】
放電空間Ｓ内には、エキシマ放電によってエキシマ分子を形成する放電用ガスが封入されている。放電用ガスとしては、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。
【００１４】
また、放電空間Ｓの端部には、ゲッター隔離板１６が設けられており、ゲッター隔離板１６と放電容器１０の端壁１３との間に、ゲッター室１５が形成されている。ゲッター室１５には、放電空間Ｓ内の不純ガス（例えば、水）を除去して放電を安定させるためのゲッター１８が収納されている。ゲッター１８としては、例えば、チタン、タンタル、アルミニウムとジルコニウムの合金、バリウムなどを用いることができる。
【００１５】
放電容器１０における内側管１２の内部には、放電容器１０の軸方向に沿って伸びる内側電極２０が、内側管１２の内周面に密接して設けられている。
また、放電容器１０における外側管１１の外周面には、例えば金網などの導電性材料よりなる網状の外側電極３０が密接して設けられている。
内側電極２０には、図示しない高周波電源が接続されており、外側電極３０と内側電極２０との間に高周波高電圧が印加されることにより放電空間Ｓ内において放電が形成される。
【００１６】
而して、上記のエキシマランプにおいては、内側電極２０が複数の電極部材により構成されている。
この例における内側電極２０は、例えば、各々金属薄板が断面形状が半円形状となるよう成形された３対６枚の電極部材により構成されている。具体的に説明すると、内側電極２０は、各々第１の電極部材２２、第２の電極部材２３および第３の電極部材２４が軸方向に連設された１対の接合体（以下、「内側電極体」という。）２１，２１により構成されている。各々の内側電極体２１，２１においては、図４に示すように、第１の電極部材２２および第２の電極部材２３は、例えば第２の電極部材２３が内面側に位置された状態で、長さ方向の端部同士が重ね合わせられた重ね合わせ部２５において、例えばスポット溶接によって点溶接されて接合されている。また、第２の電極部材２３および第３の電極部材２４は、例えば第２の電極部材２３が内面側に位置された状態で、長さ方向の端部同士が重ね合わせられた重ね合わせ部２５において、例えばスポット溶接によって点溶接されて接合されている。図４において斜線が付された破線で囲まれた領域は、電極部材の接合箇所Ｗを模式的に示すものである。ここに、第１の電極部材２２および第３の電極部材２４の互いに対向する端縁の、軸方向における離間距離の大きさＬは、例えば０．５〜２．０ｍｍ程度である。また、重ね合わせ部２５の軸方向長さは、後述する押圧部材の幅の大きさより大きく、例えば１０〜３０ｍｍである。
一対の内側電極体２１，２１は、互いに対向する周方向における端縁間に軸方向に延びる空隙Ｇが形成された状態で、放電容器１０の管軸Ｃを挟んで互いに対向して配置されている。周方向において空隙Ｇが形成されていることにより、各々の内側電極体２１，２１の熱膨張による周方向への伸びを当該空隙Ｇによって吸収することができる。ここに、空隙（周方向の離間距離）Ｇの大きさは、例えば０．１〜１．０ｍｍである。
【００１７】
図示した例のように、内側電極体２１が３枚以上の電極部材により構成される場合においては、軸方向において互いに隣接する３枚の電極部材における中央の電極部材の長さ方向の寸法が、他の２つの電極部材の長さ方向の寸法よりも小さいことが好ましい。すなわち、図示の例では、第２の電極部材２３の長さ方向の寸法が、第１の電極部材２２の長さ方向の寸法および第３の電極部材２４の長さ方向の寸法よりも小さいことが好ましい。このような構成とされていることにより、エキシマランプの点灯と消灯が繰り返されることによって内側電極体２１の外端縁が軸方向に変動することを一層確実に抑制することができる。第１の電極部材２２の長さ方向の寸法および第３の電極部材２４の長さ方向の寸法は、互いに同一の大きさであっても、異なる大きさであってもよいが、互いに同一の大きさとされていることが好ましい。
【００１８】
また、第１の電極部材２２，第２の電極部材２３および第３の電極部材２４の外径は、いずれも、内側管１２の内周面との密着性をよくするために、内側管１２の内径と略同一の大きさとされていることが好ましい。ここに、電極部材の外径とは、電極部材の長さ方向断面において、電極部材の外周面に接する円（外接円）の直径の大きさをいう。
以上において、第１の電極部材２２、第２の電極部材２３および第３の電極部材２４の材質としては、耐熱性および熱伝導性の観点から、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）、アルミニウム、銅などの金属材料が用いられる。
【００１９】
各々の内側電極体２１，２１は、内側管１２の内部に配置された押圧部材によって内側管１２の内周面に押圧されて設けられている。
この例における押圧部材は、図５にも示すように、例えば帯板状の金属薄板が断面がＣ字状となるよう折り曲げられて形成された円弧状板バネ（Ｃバネ）２８により構成されている。この例においては、内側電極体２１の重ね合せ部２５を押圧するものを含む、互いに同一の形状および同一の寸法を有する複数個の円弧状板バネ２８が、軸方向に互いに離間して設けられている。
円弧状板バネ２８の材質としては、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）を用いることができる。
各々の円弧状板バネ２８は、自然状態（図５に示す状態）における円弧状の曲面部の外径Ｄが内側管１２の内径より若干大きいものであることが好ましい。ここに、曲面部の外径Ｄとは、円弧状板バネ２８の軸方向断面において、円弧状板バネ２８の外周面に接する円（外接円）の直径の大きさをいう。このような構成とされていることにより、内側電極体２１，２１を好適に内側管１２に密着させることができる。
【００２０】
而して、上記構成のエキシマランプにおいては、内側電極２０を構成する一対の内側電極体２１，２１の各々は、軸方向に分割されて３枚の電極部材２２，２３，２４により構成されており、隣接する電極部材の長さ方向の端部同士が重ね合わせられた重ね合わせ部２５において点溶接されている。そして、各々の内側電極体２１は、重ね合わせ部２５において押圧部材２８によって内側管１２に押圧されている。このため、エキシマランプが点灯されると、内側電極体２１の温度が上昇することに伴う熱膨張によって、各々の電極部材２２，２３，２４は、押圧力の高い場所である重ね合わせ部２５を押圧する押圧部材２８が配置された位置を擬似的な固定点としてそれぞれ独立して伸張する。一方、エキシマランプが消灯されると、内側電極体２１の温度が低下することに伴って、各々の電極部材２２，２３，２４は、押圧力の高い場所である重ね合わせ部２５を押圧する押圧部材２８が配置された位置を擬似的な固定点としてそれぞれ独立して収縮する。このため、内側電極体２１の熱膨張・収縮を緩和することができる。また、第１の電極部材２２と第３の電極部材２４の端縁間に空隙が形成されていることによっても、内側電極体２１の熱膨張を緩和することができる。従って、各々の電極部材２２，２３，２４の伸び量の合計および収縮量の合計は、図７に示す構成のもののように、連続した１枚の電極部材の伸び量および収縮量と同一の大きさであっても、内側電極体２１の外端縁の変位量を小さく抑制することができる。
また、押圧部材２８の配置位置や個々の押圧部材２８の押圧力のバラツキ等によって内側電極体２１の外端縁の変位量は変わるが、重ね合わせ部２５を押圧する位置に押圧部材２８が配置されていればよいので、内側電極体２１の外端縁の変位量が大幅に変化することを抑制することができる。結果として、エキシマランプの点灯と消灯が繰り返されても、内側電極体２１の外端縁の位置が移動することを抑制することができる。
【００２１】
上述したように、一般に、内側電極２０の長さ方向の寸法が大きい程、内側電極２０の外端縁の変位量は大きくなる。然るに、本発明のエキシマランプによれば、エキシマランプの点灯と消灯が繰り返されても、内側電極体２１の外端縁の位置が移動することを抑制することができるので、例えばエキシマランプの全長が９００ｍｍ以上（有効発光長が８４０ｍｍ以上）のものとして構成された場合に、特に有用なものとなる。
【００２２】
以上、本発明のエキシマランプの一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、図１に示すエキシマランプにおいて、各々の内側電極体の構成は、上記実施形態のものに限定されない。例えば図６に示すように、各々の内側電極体２１は、第１の電極部材２２および第３の電極部材２４の２枚の電極部材により構成されていてもよい。すなわち、図１に示す例において内側電極体が第２の電極部材を有さず、第１の電極部材２２および第３の電極部材２４の端部同士が点溶接された構成とされていてもよい。また、各々の内側電極体は、互いに軸方向に連設された４枚以上の電極部材により構成されていてもよい。
また、内側電極体を構成する電極部材は、長さ方向断面が半円状のもの（半円筒状のもの）に限定されない。
さらにまた、押圧部材は、断面がＣ字状の円弧状板バネ（Ｃバネ）に限定されず、周方向において内側電極を内側管に実質的に均一に押圧することのできるものであればよい。
【実施例】
【００２３】
〔実施例１〕
図１に示す構成に従って、下記の仕様を有するエキシマランプ（以下、「ランプＡ１」とする。）を作製した。
＜ランプＡ１仕様＞
放電容器（１０）：材質；合成石英ガラス、全長；１３００ｍｍ（有効発光長；１２００ｍｍ）
外側管（１１）：外径；４０ｍｍ
内側管（１２）：内径；１４ｍｍ
放電用ガス：キセノンガス
外側電極（３０）：材質；Ｎｉ合金、軸方向長さ；１２００ｍｍ
内側電極（２０）：各々３枚の電極部材が軸方向に連設された一対の内側電極体により構成（３対６枚の電極部材）
内側電極体（２１）：軸方向長さ；１２００ｍｍ
第１の電極部材（２２）：厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼製薄板を半円筒状に成形したもの、外径；約φ１４ｍｍ、長さ方向寸法；約６００ｍｍ
第２の電極部材（２３）：厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼製薄板を半円筒状に成形したもの、外径；約φ１４ｍｍ、長さ方向寸法；約５０ｍｍ
第３の電極部材（２４）：厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼製薄板を半円筒状に成形したもの、外径；約φ１４ｍｍ、長さ方向寸法；約６００ｍｍ
重ね合わせ部（２５）：長さ方向寸法；２５ｍｍ
第１の電極部材と第３の電極部材の端縁間の離間距離（Ｌ）：１ｍｍ
内側電極体の周方向における端縁間の空隙（Ｇ）：１ｍｍ
押圧部材（２８）：厚さ０．２ｍｍ、幅１０ｍｍのステンレス鋼製薄板を円弧状に成形したＣバネ、外径；約φ１６ｍｍ、数；１０個、配置位置；１５０ｍｍ±５０ｍｍの範囲内の間隔毎（電極部材の重ね合わせ部の位置は３０ｍｍである。）
【００２４】
〔比較例１〕
実施例１において作製したエキシマランプにおいて、内側電極の構成を以下のように変更したことの他は、実施例１に係るエキシマランプと同一の仕様を有する比較用のエキシマランプ（以下、「ランプＢ１」とする。）を作製した。
内側電極：各々厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼製薄板が半円筒状に成形された一対の電極部材により構成
電極部材：外径；約φ１４ｍｍ、長さ方向寸法；１２００ｍｍ
【００２５】
〔実施例２〕
実施例１において作製したエキシマランプにおいて、一方の重ね合わせ部を押圧する押圧部材を、重ね合わせ部の範囲内において１ｍｍ軸方向外方側にずらした位置に配置したことの他は、実施例１に係るエキシマランプと同一の仕様を有するエキシマランプ（以下、「ランプＡ２」とする。）を作製した。
【００２６】
〔比較例２〕
比較例１において作製したエキシマランプにおいて、実施例２に係るエキシマランプにおいて配置位置を変更した押圧部材に対応する押圧部材を１ｍｍ軸方向外方側にずらした位置に配置したことの他は、比較例１に係るエキシマランプと同一の仕様を有する比較用のエキシマランプ（以下、「ランプＢ２」とする。）を作製した。
【００２７】
実施例１、２に係るランプＡ１、Ａ２および比較例１、２に係るランプＢ１、Ｂ２の各々を、３時間の間連続して点灯した後、１時間の間消灯させる動作を１サイクルとして１００回（サイクル）繰り返して行ったときの内側電極の外端縁の変位量を調べた。ここに、ランプは、放電空間の長さ１ｃｍあたりの入力が約１０Ｗとなる条件で点灯させた。
【００２８】
以上の結果、比較用のランプＢ１においては、内側電極の外端縁の変位量が最大で１ｍｍであったのに対して、本発明に係るランプＡ１においては、内側電極の外端縁の変位量は極めて小さく、内側電極の外端縁の変位量を小さく抑制することができることが判明した。
また、本発明に係るランプＡ２においては、内側電極の外端縁の変位量が最大で２．０ｍｍであり、ランプＡ１に比して、内側電極の外端縁の変位量が大きく変動しないことが判明した。すなわち、押圧部材の配置位置によって、内側電極の外端縁の変位量が大きく変動しないことが判明した。これに対して、比較用のランプＢ２においては、内側電極の外端縁の変位量が最大で３０ｍｍであり、比較用のランプＢ１よりも内側電極の外端縁の最大変位量が大きくなることが判明した。すなわち、押圧部材の配置位置によって、内側電極の外端縁の変位量が大きく変動することが判明した。
【符号の説明】
【００２９】
１０    放電容器
１１    外側管
１２    内側管
１３    端壁
１３ａ  チップ管
１５    ゲッター室
１６    ゲッター隔離板
１８    ゲッター
２０    内側電極
２１    内側電極体（接合体）
２２    第１の電極部材
２３    第２の電極部材
２４    第３の電極部材
２５    重ね合わせ部
２８    円弧状板バネ（Ｃバネ）
３０    外側電極
４０    放電容器
４１    外側管
４２    内側管
４５    外側電極
４６    内側電極
４８    押圧部材
５０    高周波高圧電源
Ｃ    放電容器の管軸
Ｇ    空隙
Ｓ    放電空間
Ｗ    接合箇所
【図１】
2018156732.tif 000003
【図２】
2018156732.tif 000004
【図３】
2018156732.tif 000005
【図４】
2018156732.tif 000006
【図５】
2018156732.tif 000007
【図６】
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【図７】
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