(57)【要約】【課題】透光性セラミックスからなる発光管の両端に金属製キャップが設けられ、発光管内に希ガスとハロゲンとが封入された希ガス−ハロゲン・エキシマランプにおいて、発光管内のハロゲンの減少速度を抑制し、長時間ランプを点灯しても、光出力の低下が少なく、しかも、発光管内のハロゲンの減少に伴い発光管内面とキャップとの間で放電が発生しても、発光管が破損することがない構造を提供することにある。【解決手段】発光管両端の金属キャップをニッケルまたはニッケルを主成分とする合金により構成し、発光管の外側に向かって略球状の膨出形状としたことを特徴とする。【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性セラミックスよりなる発光管と、該発光管の両端に設けられた封止用の金属製キャップと、前記発光管の外面に設けられた外部電極とからなり、前記発光管の内部には希ガスとハロゲンが封入された希ガス−ハロゲン・エキシマランプにおいて、
前記キャップは、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金からなり、外側に向って略球状の膨出形状に形成されていることを特徴とする希ガス−ハロゲン・エキシマランプ。
【請求項２】
前記金属キャップの先端部が平坦面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の希ガス−ハロゲン・エキシマランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は希ガス−ハロゲン・エキシマランプに関し、特に、放電容器が透光性セラミックスからなり、その両端に封止用の金属キャップが設けられている希ガス−ハロゲン・エキシマランプに係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、誘電体材料よりなる発光管の外周面に電極を設けるとともに、その内部に希ガスとハロゲンを封入し、該発光管内に発生させた誘電体バリア放電によって前記放電ガスのエキシマ分子を生成して、該エキシマ分子からエキシマ光を放射させる希ガス−ハロゲン・エキシマランプが知られている。
このようなランプは、例えば、光化学反応用の紫外線光源として利用されている。
【０００３】
上記のような希ガス−ハロゲン・エキシマランプは、放電ガスを選択することによって所望の波長のエキシマ光を得るものであり、そのために希ガス（アルゴン、クリプトン、キセノン等）とハロゲン（フッ素、塩素、臭素、沃素等）を適宜に組み合わせて選択する。
以下の表に、希ガスとハロゲンの組み合わせに応じた放射波長を示す。
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【０００４】
これらの紫外光は、露光、表面改質、殺菌等の種々の用途に利用されている。特に、１９３ｎｍ、２４８ｎｍの紫外線放射が得られるアルゴン−フッ素、クリプトン−フッ素の希ガス−ハロゲン・エキシマランプは、レジストの特性試験、周辺露光、マスク検査等の幅広い用途に利用されている。
【０００５】
ところで、放電容器が石英ガラスからなるランプでは、放電ガスのハロゲンとしてフッ素を用いた場合に、石英ガラス中にフッ素が取り込まれてしまい、放電空間内に本来必要とされるフッ素量が減少し、希ガスとフッ素のエキシマ分子の生成量が減少してしまい、エキシマランプから放射される光出力が低下するという問題があった。
【０００６】
上記において、フッ素が石英ガラスに取り込まれていくメカニズムは必ずしも明確ではないが、以下のように考えられている。
放電容器を構成する石英ガラスは、エキシマ分子から放射される多量の紫外線の照射を受け、表面の（＝Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ＝）の結合の一部が切断され、＝Ｓｉ・（・は不対電子、＝は酸素との結合を表す）などの欠陥が生じ、これとフッ素が反応して、石英ガラス中にフッ素が取り込まれていくものと考えられている。
その結果、放電空間中のフッ素量が減少し、フッ素と希ガスのエキシマ分子の生成量が減少して光出力が減少するものである。
【０００７】
このような問題を解決するために、特開２００９−５９６０６号に示されているように、発光管材料として、石英ガラス以外のフッ素と反応し難い材料、例えば、透光性セラミックスであるサファイアを用いた希ガス−ハロゲン・エキシマランプが知られている。
【０００８】
図６に、この透光性セラミックスを用いた従来の希ガス−ハロゲン・エキシマランプが示されている。
同図において、（Ａ）は発光管の管軸方向に沿った断面図であり、（Ｂ）は発光管の管軸方向に対して垂直方向の断面図、即ち、（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【０００９】
希ガス−ハロゲン・エキシマランプ１の発光管２は、短波長紫外光を透過し、かつフッ素との反応が少ない材料として、透光性セラミックスのサファイアからなるものである。
前記発光管２の長手方向における両端は開放されており、その両端には封止用の平坦状の金属キャップ３１、３２が取り付けられる。該キャップ３１、３２は、例えば鉄（Ｆｅ）にニッケル（Ｎｉ）及びコバルト（Ｃｏ）を配合した合金のいわゆるコバールにより形成される。このコバールは、発光管材料であるサファイアと熱膨張係数が近いことから採用される。
【００１０】
前記発光管２と金属キャップ３１、３２とは、例えば、銀と銅との合金（Ａｇ−Ｃｕ合金）であるロウ材からなる封止材４１、４２により密閉状に封止される。
【００１１】
一方のキャップ３１には排気管５が設けられており、該排気管５を介して発光管２の内部の放電空間２１が排気・減圧された後に、希ガスとハロゲンが封入される。これらの発光物質が封入された後、排気管５は圧接などで封止部５１が形成されることにより、発光管２は密閉構造となる。
発光管２内の放電空間２１に封入される発光物質としては、前記した、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）又はキセノン（Ｘｅ）からなる希ガスと、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化炭素（ＣＦ４）又は三フッ化窒素（ＮＦ３）からなるフッ化物などが挙げられる。
【００１２】
また、発光管２の外周面には、図６（Ｂ）に示すように、一対の外部電極６１、６２が互いに電気的に離れるように対向配置され、該電極６１、６２は図６（Ａ）に示すように、発光管２の管軸方向に沿って延びるように設けられている。
この外部電極６１、６２は、例えば銅をペースト状にしたものを発光管２の外周面に塗布し、乾燥させて形成することができる。
【００１３】
ランプ点灯時には、一対の外部電極６１、６２間に電圧が印加されることにより、発光管２を介して該外部電極６１、６２間に放電が発生する。
発光管２内に、アルゴン（Ａｒ）と六フッ化硫黄（ＳＦ６）が封入されている場合、これらが電離されて、アルゴンイオンやフッ素イオンを形成し、アルゴン−フッ素からなるエキシマ分子が形成され、１９３ｎｍの波長近傍の光が発光され、発光管２から放射される。
【００１４】
ところで、このようなランプにおいて金属キャップ３１、３２を用いるのは、発光管２材料がサファイアであり、このサファイアは、加熱しても圧潰封止することができないため、石英ガラスのように、発光管２自身で封止することができず、封止用の金属キャップ３１、３２を用いて発光管２を封止するものである。
そして、該キャップ３１、３２は、発光管２材料であるセラミックス（サファイア）と熱膨張係数の近いコバールによって形成することにより、ランプ点灯中に、発光管２が破損することがないようにしたものである。
【００１５】
下記の表は、サファイアとコバールの熱膨張係数の関係を整理したものである。
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【００１６】
しかしながら、上記の構成を有する希ガス−ハロゲン・エキシマランプでは、発光管２内に封入されたハロゲンのうち、特に、フッ素（Ｆ）は非常に強い酸化力を有するものであるために、発光管２内のフッ素がコバールのキャップ３１、３２と反応してしまい、発光管２内のフッ素が減少するという不具合があった。
コバールは、主成分が鉄であり、この鉄とフッ素が反応するからである。
【００１７】
かかる不具合に対して、金属キャップ３１、３２の材料をニッケルあるいはニッケルを主成分とする合金にすることにより前記ハロゲンとの反応を低く抑えようとする試みがある。
ニッケルは、コバールに比べハロゲンとの反応性が低く、発光管２内のハロゲンの減少速度を抑制し、長時間ランプを点灯しても、光出力の低下が少なく、長寿命のランプを期待できるというものである。
【００１８】
しかしながら、一方では、ニッケルの熱膨張係数は発光管材料であるサファイアと大きく異なるものである。
下記の表は、サファイアとニッケルの熱膨張係数の関係を整理したものである。
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【００１９】
上記のように、キャップ３１、３２をニッケルあるいはニッケル合金から構成すると、ハロゲンとの反応性が低く、発光管２内のハロゲンの減少速度を相当程度抑制することができるものである。
しかしながら、ハロゲンの減少を完全に抑えることはできず、点灯時間の経過とともに発光管２内のハロゲンはやはり漸次減少していく。
そして、ハロゲンの減少とともに、今度は、外部電極６１、６２と対向している発光管２の内面とキャップ３１、３２との間で異常放電が発生し易くなる。この放電が起るとニッケル製のキャップ３１、３２がサファイア製の発光管２に比べて高温になって両者の温度差が大きくなり、サファイアとニッケルの熱膨張係数の違いが大きいため、発光管２が裂けるように破壊されるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００９−５９６０６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
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り、発光管内のハロゲンの減少速度を抑制し、長時間ランプを点灯しても、光出力の低下が少なく、しかも、発光管内のハロゲンの減少に伴い発光管内面とキャップとの間で放電が発生しても、発光管が破損することがない希ガス−ハロゲン・エキシマ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】
【００２２】
上記課題を解決するために、この発明に係る希ガス−ハロゲン・エキシマランプは、透光性セラミックスからなる発光管の両端部に封止用の金属キャップが設けられてなり、該金属キャップはニッケルまたはニッケルを主成分とする合金から構成されるとともに、該キャップが、外側に向って略球状の膨出形状に形成されていることを特徴とするものである。
さらには、前記金属キャップの膨出形状の先端部が平坦面に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、透光性セラミックスからなる発光管の両端に設けられたニッケルまたはニッケルを主成分とする金属キャップを略球状の膨出形状にしたことにより、キャップは外側に向かって変形しやすくなり、電極下方の発光管内面と金属キャップとの間に異常放電が発生してキャップが熱せられる事態が生じたとしても、該キャップは外側に向かって膨出する方向に延伸して変形するので、キャップと発光管の接続部位に無理な応力がかかることがなく、発光管の破壊を防止することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る希ガス−ハロゲン・エキシマランプの断面図。
【図２】本発明の他の実施例の部分断面図。
【図３】本発明のランプの実験説明図。
【図４】比較例のランプの実験説明図。
【図５】実験結果を示す表。
【図６】従来の希ガス−ハロゲン・エキシマランプの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１において、本発明の希ガス−ハロゲン・エキシマランプは、サファイア等の透光性セラミックスからなる発光管２の両端に、ニッケル（Ｎｉ）あるいはニッケルを主成分とする合金からなるキャップ８１、８２が、銀と銅の合金（Ａｇ−Ｃｕ合金）であるロウ材からなる封止材４１、４２によって取り付けられている。
【００２６】
なお、発光管２の材料である透光性セラミックスとして、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするサファイア（単結晶アルミナ）やアルミナ（多結晶アルミナ）が挙げられ、この他には、二フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、二フッ化バリウム（ＢａＦ２）、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）のようなフッ化物を使用できる。
【００２７】
また、ニッケル合金としては、種々のものが使用されうるが、一例として、下記の表４でニッケルおよびニッケル合金の熱膨張係数を整理する。
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【００２８】
そして、前記キャップ８１、８２は、外側に向かって略球状に膨出する形状（いわゆる、ドーム形状）とされている。そして一方のキャップ８１に排気管５が取り付けられている。なお、ここで外側とは、発光管２からみて外側、即ち、外方という意味である。
キャップ８１、８２は外側に膨出形状となっているので、温度上昇したときに外側に向かって延伸するように変形するので、発光管２に必要以上の応力をかけることがなく、該発光管２の破壊を防止するものである。
【００２９】
なお、キャップ８１、８２の膨出形状は略球状としたが、特に球状であるだけでなく、例えば、回転楕円体形状などの形状であってもよい。また、図２に示すように、その先端部を平坦面９としてもよく、こうすることにより、排気管５の取り付けが容易になる。
【００３０】
＜実験例＞
本発明の効果を検証するために、図３及び図４に示すような実験を行った。
図３は本発明の構造をもつ希ガス−ハロゲン・エキシマランプであり、図４は比較例として、ニッケル製の平坦形状のキャップ３１をもった希ガス−ハロゲン・エキシマランプである。
これらのランプにおいて、電極６１に対応する発光管内面と、キャップ３１、８１との間で強制的に放電１０を発生させて、発光管２が破損するかどうかを調べた。
その実験条件は以下のとおりである。
キャップ：ニッケル
発光管：サファイア（内径φ７．６ｍｍ×外径φ１０ｍｍ×長さ２００ｍｍ）
外部電極：金（幅２ｍｍ×長さ１００ｍｍ）
封入ガス：９０％Ｎｅ−１０％Ａｒ、８０ｋＰａ
印加電圧：８ｋＶ（ｐ−ｐ）（電極と金属キャップ間に印加）
【００３１】
上記の実験条件で、キャップ３１、８１の厚さを種々変化させて実験し、発光管２からのガスのリークの有無を調べた結果を示す表が図５である。
同図で分かるように、図４の比較例においては、キャップ３１の厚さを変化させてみても該キャップの変形が起こらずに、発光管２に亀裂が生じ、該発光管からのガスのリークが発生したのに対して、図３の本発明においては、キャップ８１の厚さを適宜の厚さ（本実験の場合０．５ｍｍ以下）とすることにより、発光管２に亀裂が生じることがなく、ガスのリークが生じなかった。
【００３２】
以上のように、本発明の希ガス−ハロゲン・エキシマランプでは、キャップの形状を略球状に膨出する形状としたことにより外側に向かって変形しやすくなり、その厚さを、発光管の形状・封入ガス圧・点灯条件などに応じて適宜に選択することによって、外側に変形可能として発光管の破損を未然に防止できるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１          希ガス−ハロゲン・エキシマランプ
２          発光管
２１        放電空間
４１、４２  封止材
５          排気管
６１、６２  電極
８１、８２  金属キャップ
９          平坦面
【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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