(57)【要約】  エキシマ紫外線（ＵＶ）ランプの基体に取り付けられた交互分極の電極を備えた光源は、各電極間にプラズマ放電を発生させるためのものである。基体の形状は、ハロゲンによる作用の影響を受け易い物質の曝露を減らすようにプラズマ放電を成形及び制御することができる。電極は、ランプ筐体の脆弱領域とハロゲンの接触を少なくするような領域においてプラズマ放電が生じるように配置され得る。電極、基板、エンベロープ等の物質は、物質の腐食に耐えられるように選択され得る。他の実施形態は、複数の密閉されたチューブであり、エキシマガスを含むその少なくとも一部が、二つの電極の間に配置される。
2013541816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンベロープと、
エキシマガスと、
前記エンベロープの長さ方向に沿って延伸する少なくとも一つの第一の細長電極と、
前記エンベロープの長さ方向に沿って延伸し且つ前記少なくとも一つの第一の細長電極と実質的に平行な少なくとも一つの第二の細長電極とを備えた紫外線エキシマランプ。
【請求項２】
前記少なくとも一つの第一の細長電極及び前記少なくとも一つの第二の細長電極が取り付けられた支持体を更に備えた請求項１に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項３】
前記支持体が紫外線を反射又は透過させる、請求項２に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項４】
前記エンベロープ及び前記支持体が単体として形成されている、請求項２に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項５】
前記エキシマガスが、希ガス、ハロゲン、又はこれらの混合物を備える、請求項１に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項６】
前記エキシマガスが、塩素、臭素、フッ素及びヨウ素から選択されたハロゲンと混合されたアルゴン、クリプトン及びキセノンから選択された希ガスを備える、請求項５に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項７】
前記エキシマガスがフッ化クリプトンを備える、請求項６に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項８】
前記エキシマガスが塩化クリプトンを備える、請求項６に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項９】
前記エキシマガスがフッ化アルゴンを備える、請求項６に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項１０】
前記第一の細長電極及び前記第二の細長電極の少なくとも一方が絶縁されている、請求項１に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項１１】
前記第一の細長電極及び前記第二の細長電極に接続された電圧源を更に備えた請求項１に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項１２】
前記電圧源がパルス電圧源を備える、請求項１１に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項１３】
パルス周波数が略２０ｋＨｚから略３００ＧＨｚである、請求項１２に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項１４】
前記電圧源がＡＣ電圧源を備える、請求項１１に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項１５】
ＡＣ電圧の周波数が略２０ｋＨｚから略３００ＧＨｚである、請求項１４に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項１６】
流体を処理するためのシステムであって、
流入口及び流出口に結合された処理チャンバと、
前記処理チャンバを通過する流体を照射するように構成された少なくとも一つのエキシマガス放電光源とを備え、
各エキシマガス放電光源が、
エンベロープと、
エキシマガスと、
前記エンベロープの長さ方向に沿って延伸する少なくとも一つの第一の細長電極と、    前記エンベロープの長さ方向に沿って延伸し且つ前記少なくとも一つの第一の細長電極に実質的に平行な少なくとも一つの第二の細長電極とを備える、システム。
【請求項１７】
前記処理チャンバが前記エンベロープを取り囲む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記処理チャンバが、前記流体が前記エンベロープに接触しないようにするスリーブを備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記エキシマガスが、希ガス、ハロゲン、又はこれらの混合物を備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記エキシマガスがフッ化アルゴンを備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記エキシマガスがフッ化クリプトンを備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記エキシマガスが塩化クリプトンを備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
汚染物質の流体を浄化するための方法であって、
エキシマガス放電光源を用いて１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の波長を有する光を生成するステップと、
前記光で流体を照射するステップとを備え、
前記光を生成するのに用いられる前記エキシマガス放電光源が、
エンベロープと、
エキシマガスと、
前記エンベロープの長さ方向に沿って延伸する少なくとも一つの第一の細長電極と、
前記エンベロープの長さ方向に沿って延伸し且つ前記少なくとも一つの第一の細長電極に実質的に平行な少なくとも一つの第二の細長電極とを備える、方法。
【請求項２４】
前記エキシマガス放電光源が略１７０ｎｍから３１０ｎｍの間の波長を主に有する光を生成する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記エキシマガス放電光源が略１９３ｎｍの波長を主に有する光を生成する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記エキシマガス放電光源が略２２２ｎｍの波長を主に有する光を生成する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記エキシマガス放電光源が略２４８ｎｍの波長を主に有する光を生成する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記流体が本質的に水から成る、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
少なくとも二つの電極と、
複数の密閉されたチューブとを備えた紫外線エキシマランプであって、
前記複数の密閉されたチューブの少なくとも一部がエキシマガスを含み、前記複数の密閉されたチューブが前記少なくとも二つの電極の間に少なくとも部分的に配置されている、紫外線エキシマランプ。
【請求項３０】
前記エキシマガスが、希ガス、ハロゲン、又はこれらの混合物を備える、請求項２９に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項３１】
前記エキシマガスがフッ化アルゴンを備える、請求項３０に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項３２】
前記エキシマガスがフッ化クリプトンを備える、請求項３０に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項３３】
前記エキシマガスが塩化クリプトンを備える、請求項３０に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項３４】
前記少なくとも二つの電極のうち少なくとも一つが絶縁されている、請求項２９に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項３５】
前記少なくとも二つの電極に接続された電圧源を更に備えた請求項１に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項３６】
前記電圧源がパルス電圧源を備える、請求項３５に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項３７】
パルス周波数が略２０ｋＨｚから略３００ＧＨｚである、請求項３６に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項３８】
前記電圧源がＡＣ電圧源を備える、請求項３５に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項３９】
ＡＣ電圧の周波数が略２０ｋＨｚから略３００ＧＨｚである、請求項３８に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項４０】
前記密閉されたチューブが石英製である、請求項２９に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項４１】
前記密閉されたチューブの内面がコーティングされている、請求項２９に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項４２】
コーティングが、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、ＰＴＦＥ、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、及びアルミナ／サファイア（Ａｌ２Ｏ３）のうち一種以上を備える、請求項４１に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項４３】
前記密閉されたチューブが、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、ＰＴＦＥ、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、及びアルミナ／サファイア（Ａｌ２Ｏ３）のうち一種以上から形成されている、請求項２９に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項４４】
前記密閉されたチューブが、本質的にガスのみを含む、請求項２９に記載の紫外線エキシマランプ。
【請求項４５】
流体を処理するためのシステムであって、
流入口及び流出口に結合された処理チャンバと、
前記処理チャンバを通過する流体を照射するように構成された少なくとも一つのエキシマガス放電光源とを備え、
前記少なくとも一つのエキシマガス放電光源が、
少なくとも二つの電極と、
複数の密閉されたチューブとを備え、
前記複数の密閉されたチューブの少なくとも一部がエキシマガスを含み、前記複数の密閉されたチューブが前記少なくとも二つの電極の間に少なくとも部分的に配置されている、システム。
【請求項４６】
前記処理チャンバが前記エンベロープを取り囲む、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
前記処理チャンバが、前記流体が前記エキシマガス放電光源に接触しないようにするスリーブを備える、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記エキシマガスが、希ガス、ハロゲン、又はこれらの混合物を備える、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４９】
前記エキシマガスがフッ化アルゴンを備える、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
前記エキシマガスがフッ化クリプトンを備える、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５１】
前記エキシマガスが塩化クリプトンを備える、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５２】
前記密閉されたチューブが本質的にガスのみを含む、請求項４５に記載のシステム。
【請求項５３】
汚染物質の流体を浄化するための方法であって、
エキシマガス放電光源を用いて１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の波長を有する光を生成するステップと、
前記光で流体を照射するステップとを備え、
前記光を生成するのに用いられる前記エキシマガス放電光源が、
少なくとも二つの電極と、
複数の密閉されたチューブとを備え、
前記複数の密閉されたチューブの少なくとも一部がエキシマガスを含み、前記複数の密閉されたチューブが前記少なくとも二つの電極の間に少なくとも部分的に配置されている、方法。
【請求項５４】
前記エキシマガス放電光源が、略１７０ｎｍから３１０ｎｍの間の波長を主に有する光を生成する、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記エキシマガス放電光源が、略１９３ｎｍの波長を主に有する光を生成する、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記エキシマガス放電光源が、略２２２ｎｍの波長を主に有する光を生成する、請求項５４に記載の方法。
【請求項５７】
前記エキシマガス放電光源が、略２４８ｎｍの波長を主に有する光を生成する、請求項５４に記載の方法。
【請求項５８】
前記流体が本質的に水から成る、請求項５３に記載の方法。
【請求項５９】
前記密閉されたチューブが本質的にガスのみを含む、請求項５３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的にガス放電光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
揮発性有機化合物及び他の有機化学薬品は、溶媒、脱脂剤、冷却剤、ガソリン添加物、他の合成化学薬品の原料として広く用いられている。こうした有機化合物は、都市及び天然の水流において微量汚染物質として広くみられる。一つのグループとして、これらは、全有機炭素（ＴＯＣ，ｔｏｔａｌ  ｏｘｉｄｉｚａｂｌｅ  ｃａｒｂｏｎ）と称される。こうした化合物は、濾過や活性炭素等の媒体による吸着等の従来の手段によって除去するのが難しい。
【０００３】
紫外線（ＵＶ，ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  ｌｉｇｈｔ）照射は、超純水システムにおいて自らＴＯＣを除去する手段である。現在市販のシステムのＴＯＣ除去用の紫外線は、１８５ｎｍの波長で動作する低圧水銀蒸気ランプによって生成される。また、２５０ｎｍ以下の広範なスペクトル光を生じさせるパルス光源を用いるシステムも存在する。こうしたパルス光源は典型的にキセノンフラッシュランプである。励起二量体（“エキシマ”）パルス放電ランプも、ＴＯＣを除去するために提案されている。連続放電エキシマ光源も提案されている。こうしたデバイスの例は、本願に参照として組み込まれるＣｏｏｐｅｒ等の特許文献１に開示されている。
【０００４】
現在のエキシマ光源は希ガスエキシマ（例えば、Ｘｅ２＊、Ｋｒ２＊等）を使用しているものがほとんどである。希ガスエキシマによって発生可能な光の波長は限られているが、希ガス‐ハロゲンエキシマ（例えば、ＡｒＦ，ＫｒＣｌ等）は、希ガスエキシマでは得ることのできない非常に有用な波長の光を発生させることができる。希ガス‐ハロゲンエキシマが非常に少数の応用においてのみ使用されている理由は、こうしたエキシマを形成するのに用いられるハロゲンガス（例えば、Ｆ２、Ｃｌ２）が非常に反応性であり、こうしたデバイスに用いられる大抵の物質に化学的に作用するからである。これは、光源の動作を妨げて、一般的には実際の動作寿命を達成する前に修理できないほどに光源を徹底的に損傷させてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７４３９６６３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のシステム、方法及びデバイスはそれぞれ複数の側面を有し、それら側面が単独で所望の属性に関与する訳ではない。以下、本発明の範囲を限定することなく、本発明のより顕著な特徴について簡単に説明する。この説明を考慮して、また、特に以下の発明の詳細な説明を読んだ後において、本発明の特徴がどのようにしてよりコスト効率的な水処理を含む利点を提供するのかが理解されるものである。
【０００７】
一実施形態では、本発明は、エンベロープと、エキシマガスと、エンベロープの長さ方向に沿って少なくとも部分的に延伸する少なくとも一つの第一の細長電極と、エンベロープの長さ方向に沿って少なくとも部分的に延伸し且つ少なくとも一つの第一の細長電極と実質的に平行な少なくとも一つの第二の細長電極とを備えた紫外線（ＵＶ）エキシマランプを備える。ＵＶエキシマランプは、少なくとも第一及び第二の細長電極が取り付けられる基体を備え得て、支持体が、ＵＶ光を反射又は透過させる一又は複数の物質で形成されることが好ましい。ＵＶエキシマランプ中のエキシマガスは、有利にはフッ化アルゴンを備え得る。
【０００８】
他の実施形態では、流体を処理するためのシステムが提供される。システムは、流入口及び流出口に結合された処理チャンバと、少なくとも一つのエキシマガス放電光源とを備え得て、その光源は、処理チャンバを通過する流体を照射するように構成される。この実施形態では、各光源は、エンベロープと、エキシマガスと、エンベロープの長さ方向に沿って延伸する少なくとも一つの第一の細長電極と、エンベロープの長さ方向に沿って延伸し且つ少なくとも一つの第一の細長電極に実質的に平行な少なくとも一つの第二の細長電極とを備える。
【０００９】
流体を浄化するための方法も提供される。このような方法は、エキシマガス放電光源を用いて１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の波長を有する光を生成するステップと、その光を流体に照射するステップとを備える。光を生成するのに用いられるエキシマガス放電光源は、エンベロープと、エキシマガスと、エンベロープの長さ方向に沿って延伸する少なくとも一つの第一の細長電極と、エンベロープの長さ方向に沿って延伸し且つ少なくとも一つの第一の細長電極に実質的に平行な少なくとも一つの第二の細長電極とを備える。
【００１０】
他の実施形態では、ＵＶエキシマランプは、少なくとも二つの電極と、複数の密閉されたチューブとを備え、複数のチューブの少なくとも一部はその内部にエキシマガスを含み、複数のチューブは、少なくとも二つの電極の間に少なくとも部分的に配置される。
【００１１】
このようなランプは、流体を処理するためのシステムにおいて使用され得て、そのシステムは、流入口及び流出口に結合された処理チャンバと、少なくとも一つのエキシマガス放電光源とを備え、その光源は、処理チャンバを通る流体を照射するように構成される。この実施形態では、少なくとも一つのエキシマガス放電光源は、少なくとも二つの電極と、複数の密閉されたチューブとを備え、複数のチューブの少なくとも一部は、その内部にエキシマガスを含み、複数のチューブは、少なくとも二つの電極の間に少なくとも部分的に配置される。
【００１２】
また、汚染物質の流体を浄化する方法は、エキシマガス放電光源を用いて１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の波長を有する光を生成するステップを備え得る。一実施形態では、光を生成するのに用いられるエキシマガス放電光源は、少なくとも二つの電極と、複数の密閉されたチューブとを備え、それら複数のチューブの少なくとも一部はその内部にエキシマガスを含み、複数のチューブは、少なくとも二つの電極の間に少なくとも部分的に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】光を発生させるためにプラズマ放電を生じさせるためのシステムであって、エキシマランプ及び電圧源を備えたシステムを示す。
【図１Ｂ】図１Ａに示されるようなシステムの実施形態において使用可能なシリンダー状エキシマランプの内部構造を示す。
【図２】本発明の複数の実施形態に係る二組の六つの電極を示す。
【図３】二組の三つの電極の線形設計を示す。
【図４】基体に取り付けられた二組の六つの電極を示す。
【図５】基体支持体を備えた二組の三つの電極の線形設計を示す。
【図６】電極間に形成されたキャビティを備えた基体に取り付けられた二組の四つの電極を示す。
【図７】基体に埋め込まれた二組の四つの電極を示す。
【図８】密閉されたエンベロープの内側延伸部に埋め込まれた電極を示す。
【図９】エキシマガスで充填されたＵＶ透過性シリンダーで構成され、それらシリンダー内に放電を生じさせる外部電極を備えたガス放電光源の他の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の詳細な説明は、本発明の特定の具体的な実施形態を対象としている。しかしながら、本発明は、特許請求の範囲によって定められ含められる多種多様な方法で実施可能である。この説明においては、全体にわたって同様の部分に同様の参照番号が付されている図面を参照する。
【００１５】
本発明の実施形態は、以下の特徴のいずれか又は全てによってハロゲン化エキシマランプの寿命を延ばす：１）ハロゲンによる作用に影響を受け易い物質のハロゲン曝露の制限、２）ハロゲンとランプの脆弱領域との間の接触を少なくする領域に放電を位置決め、３）腐食性物質を含む大気への浸漬に耐えられる物質の選択、４）絶縁電極の使用を可能にして電極内へのハロゲンイオンの加速を最少化する高周波又はパルスＡＣ電圧の使用。
【００１６】
本願の図面及び記載は、電極間にプラズマ放電を発生させるために、エキシマ紫外線（ＵＶ）ランプ内の基体に取り付けられ得る交互極性の細長電極を備えた光源用の構造を例示して説明する。基体の構成が、ハロゲンによる作用の影響を受け易い物質の曝露を制限するようにプラズマ放電を成形及び制御することができる。電極は、ハロゲンとランプ筐体の脆弱領域との間の接触を少なくする領域においてプラズマ放電が発生するように配置可能である。電極、支持体、エンベロープ等の物質も、腐食性物質に耐えられるように選択可能である。
【００１７】
図１Ａは、光を発生させるためにプラズマ放電を生じさせるためのシステムを示し、そのシステムはシリンダー状エキシマランプ１２と電圧源とを備える。ＡＣ電圧源１４と代替的なＤＣ電圧源１６の二つの電圧源が示されている。従って、ＡＣ電圧源、ＤＣ電圧源又はパルス電圧源がランプの両端に接続されて、ランプを作動させることができる。後述のように、ＡＣ電圧源及びパルス電圧源は、裸電極又は絶縁電極を作動させることができるが、ＤＣ電圧源は典型的に裸電極のみを作動させる。
【００１８】
図１Ｂは、図１Ａに示されるようなシステムの実施形態において使用可能なシリンダー状エキシマランプの内部構造を示す。典型的に、ランプはガスを含むエンベロープを備えるが、簡単のためエンベロープは図示されておらず、ランプ内の電極を容易に見て取ることができる。図示されるように、二組の四つの電極が、ランプの各端において電圧源のそれぞれの側に接続されている。一方の組を２０ａ〜２０ｄと称し、他方の組を２２ａ〜２２ｄと称する。従って、一つの組の各電極は、電極２０ａ〜２０ｄに対しては第一の接触電極２４、電極２２ａ〜２２ｄに対しては反対側の第二の接触電極２６を介して電圧源の一方の側に取り付けられて、所定の組の各電極が同じ電圧にされる。第一の組の電極は、その近位端において電圧源の一方の側に接続され、ランプの長さ方向に沿ってその一方の側から延伸する。第一の組の電極は、その遠位端において電圧源の他方の側に接続されない。第二の組の電極は、その近位端において電圧源の他方の側に接続され、第一の組の電極に実質的に平行にランプの長さ方向に沿ってその他方の側から延伸し、その遠位端において第一の組に接続された電圧源の側に接続されない。これは、逆極性を有し且つその間のプラズマ放電を支持することができる交互配置平行電極対を生じさせる。多様な実施形態では、電極間隔は、略１μｍから数ｍｍの間である。電極の形状は、電場が軸方向の距離の大半にわたって一定であり、任意の位置、特に非接続端においてこの値を大幅に超過しないようなものであり得る。ＡＣ電圧、ＤＣ電圧又はパルス電圧を各対の交互極性電極の間に印加して、周囲ガス混合物において安定な放電を生じさせることができる。ガス圧は、効率的なエキシマ生成、三体プロセスを可能にするのに十分高いことが望ましく、好ましくは、０．１Ｔｏｒｒ以下又は５０００Ｔｏｒｒ以上にはならず、ガスエンベロープの機械構造が許容する大きさとなり得る。放電プラズマは、交互極性電極の各々の間において生じる。ワイヤと電源の各側との間の接続はランプの両端においてなされることが有利であるが、ランプの同じ側において別々の電源出力に接続された異なる極性のワイヤを有することも可能である。
【００１９】
図１の実施形態では、ランプは細長のシリンダーである。例えば、一部実施形態では、ランプの直径は略５ｍｍ〜５０ｍｍであり、その長さは最大略６フィートであり得る。図示されていないが、浄化される水で充填されたチャンバが、ランプを取り囲み得る。好ましくは、チャンバは、ランプが水と直接接触することを防ぐＵＶ透過性スリーブを含むことができる。スリーブは、ランプを交換のために簡単に取り外せるように設計され得る。従って、本願で説明される原理を用いて、水を浄化するための有利な物理的構成を備えた放電ランプを形成し得る。
【００２０】
図１に示される構造を有する放電ランプは、多様なエキシマガスを含むことができる。例えば、キセノンエキシマランプは、１７２ｎｍのＵＶ出力を生じさせる。この波長は、水に略０．１ｍｍ入り込む（略０．１ｍｍにおいてその初期値の１／ｅに減少する）。水の吸光度が１７５ｎｍから２００ｎｍの間において劇的に低下するので、水を浄化するのにＵＶランプを使用する場合には僅かに長い波長を用いるのが有利となり得る。ハロゲンエキシマガスはこうした波長を提供することができる。例えば、フッ化アルゴンは、僅かに長い波長（１９３ｎｍ）（僅かにエネルギーが低い）を有し、略１０ｃｍにおいてその初期値の１／ｅに減少するので、Ｘｅエキシマ放射よりもはるかに長い距離にわたって水に入り込むことができる。しかしながら、フッ化アルゴンを生成するのに必要なフッ素ガスは非常に腐食性であり、ランプの部品に作用して徹底的に破壊し得る。こうした影響は、後述の実施形態を採用することによって最少化される。従って、本願で説明される原理を用いて、水を浄化するための有利な波長出力を有する長寿命ハロゲン放電ＵＶ光源を形成することもできる。多様なハロゲン化ガスを本願で説明されるランプに用いることができる。１９３ｎｍの波長のフッ化アルゴンに加えて、ランプは、２４８ｎｍの波長のフッ化クリプトン又は１８４ｎｍの波長のヨウ化クリプトンを含み得る。他の可能性として、塩化クリプトン及び塩化アルゴンが挙げられる。ガスに応じて、例えば略１７０ｎｍから略３１０ｎｍの出力波長を生じさせることができる本願で説明されるランプ設計で、あらゆるハロゲン化ガス又はガス混合物を有利に使用することができる点は留意されたい。
【００２１】
図２から図８は、こうした構造を備えた部品用の物質のいくつかの選択肢と共に、七つの異なる物理的なランプのレイアウトを示す。各構造は、ＵＶ透過性エンベロープ内に含まれ得て、図２〜図８の構造は、シリンダー状のＵＶ透過性エンベロープ３０に取り囲まれているものとして示されている。
【００２２】
電極間隔及びランプ内の充填ガスの圧力は、ガス混合物の圧力に最小の電極間隔又は電極を覆う二つのコーティング表面の最小間隔を掛けた値が０．１〜５０００Ｔｏｒｒ・ｃｍの範囲内になるようにされ得る。更に、二つの電極の間隔、又は電極を覆う二つのコーティング表面の最小間隔は、このようなマイクロ放電構造においては一般的に１ｍｍ以下である。
【００２３】
基体及び電極を取り囲むエンベロープは、シリンダー状であり、密閉されていて、光透過性であり、光透過性エンベロープがその内に含まれるガス混合物の腐食効果に耐えられるような一種以上の基体物質で作製された又はコーティングされたものであり得る。
【００２４】
図２は、本発明の複数の実施形態に係る円形に配置されＵＶ透過性エンベロープによって取り囲まれた交互電圧極性の二組の六つの電極のアレイを備えた構造の断面図を示す。一方の組の電極は、電圧源の一方の側に接続され、他方の組の電極は電圧源の他方の側に接続される。慣習として、“×”で指称される電極３６は一方の極性を表し、“○”で指称される電極３８は逆の極性を表す。これら二組の電極は、それらの間に電位差を有し、隣接する逆極性の電極間にプラズマ放電を生じさせる。
【００２５】
図２の電極は裸電極又は絶縁電極であり得る。ハロゲン腐食に耐えられる裸又は絶縁物質の例として、裸耐熱性金属、裸モリブデン、裸ハフニウム、裸ハフニウムコーティング／メッキ金属、裸ニッケルメッキ金属、ＰＴＦＥ絶縁電極、ＭｇＦ２絶縁電極、ＣａＦ２絶縁電極、Ａｌ２Ｏ３絶縁電極、ＴｉＯ２絶縁電極が挙げられる。また、電極は、炭素複合材等の抵抗物質製、又は耐腐食金属の薄層でコーティングされた誘電体製であり得る。
【００２６】
電極が裸電極である場合、電極物質又はコーティング（例えば、上述の電極物質）は、ガス混合物による腐食に耐えられるように選択され得る。一実施形態では、電極は裸電極である。非絶縁電極は、ＡＣ電圧、ＤＣ電圧、又はパルス電圧で使用可能である。電極が絶縁電極である場合、放電電圧はパルス源又はＡＣ源から提供される。ＡＣ源又はパルス源に対して、電極に提供される高周波数又は短パルス幅は、電極内へのハロゲンイオンの加速を最少化することができる。一実施形態では、電圧源は、無線周波数以下からマイクロ波周波数まで（例えば略２０ｋＨｚと略３００ＧＨｚの間）の電圧を伝える。高周波数ＡＣ電圧源（例えば１００ＭＨｚ以上）は、プラズマ内の自由電子を加速させるが、重ハロゲンイオンを十分に加速させることはなく、こうしたイオンがランプの構造素子内に望ましくなく加速されることがない。代わりに、フッ素イオンはランプ構造内をゆっくりと漂うだけであり、構造内に加速されるイオンと比較して腐食速度を減少させる。腐食が問題となるのは、それが、ハロゲン原子と反応する構造の本質的性質を損ない、ハロゲン濃度を枯渇させて、ランプのエキシマ光出力を低下させるからである。従って、高周波数で動作させると、自由電子が場によって高速に加速されるが、重イオンがランプ物質内に加速されないので、ランプの寿命を改善することができる。
【００２７】
図３は、二組の電極３６、３８の線形設計構造を示す。電極の円形アレイを示すこれまでの図面とは異なり、この図は基本的な線形設計構造を示す。シリンダー状のエンベロープと共に示されているが、矩形又はシート状のエンベロープがこの電極配置には適している。
【００２８】
電極配置は、基体４０によって物理的に支持され得て、実用性及び耐久性を改善することができる。図４は、電極の円形配置を支持するためのこのような選択肢の一つを示す。この図は、基体４０に取り付けられた二組の六つの電極を示す。基体は、実質的にＵＶ透過性又は反射物質製であり得て、また、ガス混合物の腐食の影響にも耐性がある。基体は、ハロゲンに耐性があり、３００ｎｍ以下（特に２００ｎｍ以下）のＵＶ光を透過又は反射することができる（吸収はしない）。基体として使用可能な実質的に透過性又は反射性の物質の例として、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、ＰＴＦＥ、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、及び／又は、アルミナ／サファイア（Ａｌ２Ｏ３）が挙げられる。
【００２９】
基体４０及び電極３６、３８を取り囲むエンベロープ３０は、シリンダー状又は他の任意の形状であり、閉じた形状であり、密閉されていて、光透過性であり、光透過性エンベロープがその中に含まれるガス混合物の腐食の影響に耐えられるような一種以上の基体物質で形成されるか又はコーティングされ得る。
【００３０】
図５は、基体４０で支持された二組の電極の線形設計構造を示す。基体４０は、電極に対する追加的な支持を提供する。
【００３１】
図６は、電極間に形成されたキャビティを備えた基体４０に取り付けられた二組の四つの電極を示す。この図は、更なる改良を示していて、プラズマ放電を成形及び収容し且つ基体物質とプラズマとの接触を最少化するように電極位置間にキャビティを形成する溝４２を有するように基体４０が成形される。更に、密閉された光透過性エンベロープに隣接してはほとんどプラズマ放電が存在しない。これは、放電によるエンベロープの腐食の可能性を低下させる。キャビティは、最高の性能を提供するように必要に応じて成形可能である。他の図面の場合のように、電圧放電は電極間に形成される。この図面では、八つの放電が生成されて、その各放電は、隣接する各電極対の間におけるものである。
【００３２】
図７は、基体４０に埋め込まれた二組の四つの電極を示す。この代替構成では、電極が基体内に埋め込まれて、その基体は、プラズマ放電によって発生する光を透過させるか又は反射する（顕著に吸収することはない）。また、上述のように、基体は、プラズマ放電を制御するキャビティ４４が形成されるように構成される。また、キャビティ４４は、プラズマとエンベロープの接触を最少化する役割も果たすことができる。
【００３３】
更に、基体４０及びエンベロープ３０を単一構造として形成することが考えられ、その中に電極が埋め込まれる。こうした実施形態では、中空基体のエキシマガス充填中心領域３２が放電領域を形成することができる。このような実施形態が図８に示されている。この実施形態では、電極は、中空で密閉されたエンベロープの内側延伸部４８内に埋め込まれている。エキシマガスは内部の中空キャビティ内に存在する。電極が埋め込まれている内側延伸部の間の領域５０における中空キャビティにおいで放電が発生する。
【００３４】
有利な一部実施形態では、エンベロープ／基体は石英製である。図８に示されるように、このエンベロープ／基体の内面は、上述の透過性基体物質のコーティング５４を有することができる。図８の実施形態は、小型チューブ内部に各電極を配置して、大型チューブの内面周りにこれらコーティングされた電極の各々を配置することによって形成可能である。その後、熱処理を用いて、大型チューブの内面に対して小型チューブを溶融させることができる。熱処理の前においては、小型チューブは、チューブ物質の熱膨張係数よりも高い熱膨張係数を有する中心モールドの代わりに役立つ。その内面に小型チューブを備えた大型チューブの内部に中心モールドを滑り込ませることができて、熱処理中、中心モールドが小型チューブに対して膨張して、大型チューブの内面に対して小型チューブを押す。冷却後、中心モールドを滑り出させることができる。多様な物質をこの実施形態のエンベロープとして使用することができるが、石英が有利である。熱処理の後において、使用されるエキシマガスに応じて、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、ＰＴＦＥ、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、及び／又はアルミナ／サファイア（Ａｌ２Ｏ３）のコーティング５４を、内面上に設けて、寿命を延ばすことができる。この実施形態は、その単純で本質的に単体の構成のため有利である。
【００３５】
図９は、エキシマ放電ガスで充填された二つ以上のチューブ６０のアレイの他の実施形態を示す。チューブ６０はこの場合シリンダーとして示されているが、任意の形状のものとなり得る。チューブは、適切な圧力でエキシマガスで充填されて、その後密閉される。そして、パルス電圧又はＡＣ電圧を電極６２ａ及び６２ｂによって印加して、チューブにわたる横電場を発生させて、チューブ内に放電をもたらす。二つの電極が示されているが、有利にはチューブのアレイの素子の間により多くの電極を分散させて、絶縁破壊性能を増強し得る。電極６２ａ、５２ｂは裸金属であるか、又は反射性及び／又は電気絶縁コーティングで覆われて、チューブ内部に発生する光の吸収を防止して、対向する電極間の絶縁破壊の傾向が小さくなることを保証する。電極はチューブを完全に取り囲む必要はなく、チューブ内にエキシマ放電を生じさせることができるようにチューブに対して十分なサイズ及び配置のものであれば十分である。
【００３６】
チューブにわたる横断距離とチューブ内のガス圧とは、適切なマイクロ放電動作のため、圧力掛ける距離の積が、０．１〜５０００Ｔｏｒｒ・ｃｍの範囲であるようにされる。チューブ自体は多様な物質製であり得る。この実施形態では、石英が有利である。チューブは、使用されるエキシマガスに応じて、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、ＰＴＦＥ、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、及び／又はアルミナ／サファイア（Ａｌ２Ｏ３）のコーティングを含み得て、そのコーティングは、チューブの内面上に設けられて、寿命を延ばすことができる。他の実施形態では、チューブ全体を形成するのにこうしたコーティング物質のうち一種以上を用い得て、別途のコーティングステップの必要性をなくす。アセンブリ全体は、取り扱い安全性及び／又はガス若しくは液体冷却目的のため、６４及び６６で示されるように、外側のＵＶ透過性エンベロープ内部に含まれても含まれなくてもよい。図９の構成の二つの考えられるエンベロープの構成によって示されるように、外側エンベロープを備えたデバイスの電極は、エンベロープの内部（例えばエンベロープ６４）、又はエンベロープの外部（例えばエンベロープ６６）に存在することができる。
【００３７】
この実施形態が有利となり得るのは、密閉されたチューブがガスのみ又は本質的にガスのみを含み、エキシマガスと接触して劣化し得る電極又は他の機能物質若しくは素子を内部に有さないからである（上述のようにコーティングされ得るチューブの内面を除く）。これは、単純且つ安価な構成の長寿命ＵＶランプを提供する。
【００３８】
上述の詳細な説明は、多様な実施形態に適用されたものとして本発明の新規特徴を示し、説明し、指摘してきたが、本発明の精神を逸脱することなく、例示されたデバイス又はプロセスの形態及び詳細の多様な省略、置換、変更が当業者によってなされ得ることは理解されたい。例えば、安定抵抗器として電極を使用することが有利となり得る。この場合、ランプは、基体の本体を通って軸方向に延伸する一つ又は複数のチャネルに水を流すことによって、冷却可能である。本発明の範囲は、上述の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示されるものである。特許請求の範囲の等価物の意味及び範囲内の全ての変更は、その範囲内に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１２  エキシマランプ
１４  ＡＣ電圧源
１６  ＤＣ電圧源
２０a〜２０ｄ  電極
２２a〜２２ｄ  電極
２４  第一の接触電極
２６  第二の接触電極
３０  エンベロープ
３６  電極
３８  電極
４０  基体
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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