(57)【要約】【課題】ランプの放電容器等、比較的高温となるような使用条件で利用される場合でも、紫外線に対する耐久性を具備し、かつ、短波長の紫外線の透過率も良好な、紫外線透過性の石英ガラスを提供すること。【解決手段】石英ガラス製の放電容器から波長１９０ｎｍ以下の紫外光を放射するランプであって、前記放電容器は、ＯＨ基を１１０〜５００ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆを１〜１５００ｗｔ．ｐｐｍ含んだ石英ガラスからなることを特徴とする。また、波長１９０ｎｍの紫外光を放射するランプと、該ランプを収納し、不活性ガスが充填されるケーシングと、該ケーシングの一部に開口が設けられ、該開口を塞ぐ石英ガラス製の窓部材と、を具備してなる紫外光照射装置において、窓部材はＯＨ基を１１０〜５００ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆを１〜１５００ｗｔ．ｐｐｍ含んだ石英ガラスからなることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス製の放電容器を具備し、当該放電容器から波長１９０ｎｍ以下の紫外光を放射するランプであって、
前記放電容器は、ＯＨ基を１１０〜５００ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆを１〜１５００ｗｔ．ｐｐｍ含んだ石英ガラスからなることを特徴とするランプ。
【請求項２】
前記石英ガラスに含まれるＨ２が３×１０１６個／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１記載のランプ。
【請求項３】
前記石英ガラスに含まれる炭素（Ｃ）の量が、Ｃ／Ｓｉの比で０．１ａｔｍ％以下であることを特徴とする請求項１記載のランプ。
【請求項４】
波長１９０ｎｍの紫外光を放射するランプと、該ランプを収納し、不活性ガスが充填されるケーシングと、該ケーシングの一部に開口が設けられ、該開口を塞ぐ石英ガラス製の窓部材と、を具備してなる紫外光照射装置において、
前記窓部材は、ＯＨ基を１１０〜５００ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆを１〜１５００ｗｔ．ｐｐｍ含んだ石英ガラスからなることを特徴とする紫外光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に波長１９０ｎｍ以下の紫外光を放射するランプ或いはこのランプからの紫外線を照射する紫外線照射装置に関する。特に、キセノン（Ｘｅ）エキシマ光を利用するエキシマランプ或いはランプの放電容器の近傍に窓部材が配置された紫外線照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘｅエキシマ光は中心波長を１７２ｎｍに有し、およそ１５０〜２００ｎｍの範囲で発光している。このＸｅエキシマ光を利用したキセノンエキシマランプでは、放電容器の石英ガラスを透過した光、主に中心波長の１７２ｎｍの紫外線が放射され、短波長側の光は石英ガラスの吸収端に吸収される。
【０００３】
石英ガラスにおける紫外線の透過性は、含まれるＯＨ基の存在量により影響を受ける。石英ガラス中のＯＨ基は短波長の光を吸収するため、含まれるＯＨ基の濃度が高い石英ガラスは短波長の透過率が低く、これが低いものは短波長の透過率が高い。よって、エキシマランプから短波長の光を効率よく取り出すためには、放電容器を構成する石英ガラスに含まれるＯＨ基濃度が低いほうがよい。
一方、放電容器の耐久性即ち、石英ガラスの耐久性を増すためにはＯＨ基の濃度が高いほうが良い。
特に上述した技術分野で使用される石英ガラスにおいては、ＯＨ基の濃度が１００ｗｔ．ｐｐｍ以上であるのが望ましい。係る事項は、例えば特許第３２５２５１３号公報等に記載されている。
【０００４】
以上のように、エキシマランプ用に使用される石英ガラスではＯＨ基の濃度が高すぎると所望の紫外線が透過できず効率が低下し、これが低すぎるとガラスの耐久性が乏しくなる。このためエキシマランプ用の石英ガラスでは、双方のバランスを勘案した結果、透過率がそこそこあり耐久性もそこそこある、１１０〜５００ｗｔ．ｐｐｍのＯＨ基を含んだものがよいとされている。なお、ＯＨ基濃度が５００ｗｔ．ｐｐｍ以下というのは、石英ガラスがランプ内部で発光したＸｅエキシマ光が（分光分布、分光透過率を考慮すると）、およそ８割以上透過する範囲である。
【０００５】
而して、従来技術に係る石英ガラスにおいては、エキシマランプを点灯開始して比較的短い期間に紫外線の透過率が著しく低下する。
【０００６】
これは、以下の理由によると考えられる。エキシマランプに使用される石英ガラスにおいては、ＯＨは、≡Ｓｉ−ＯＨなどの網目構造の終端部（以下、簡単に「終端部」ともいう。）となり、石英ガラスの網目構造（≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡）の歪みを緩和する。しかし、わずかに歪んだ≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡は、エネルギーの高い（即ち、波長が短い）光によって結合が切れ、≡Ｓｉ・，≡Ｓｉ−Ｏ・，≡Ｓｉ−Ｓｉ≡などの構造欠陥を形成する。また、≡Ｓｉ−ＯＨ自身も光によって結合が切れる。切れてフリーになったＯＨまたはＨは、原子半径が小さいのでガラスの網目構造の間をすり抜け、別の構造欠陥が発生した場所で再び結合して≡Ｓｉ−Ｈや≡Ｓｉ−ＯＨとなる。
即ち、ＯＨを含んだガラスでは欠陥の生成と修復とが同時に行なわれている。よって、ランプ点灯直後から比較的短時間（０〜１００時間）の間においては欠陥の生成の速度の方が高く、その後（１００〜１０００時間）は欠陥の生成と修復の速度が等しくなって安定するものと考えられる。
【０００７】
近時、エキシマランプではいっそうの長寿命化、高効率化が要求されている。そして更には、寿命末期まで大幅な光出力変化の少ないランプが要求されており、初期に生じる光出力の低下は極めて致命的である。
短時間での照度の低下を防止するためにはガラスの網目構造の終端部を多く作り、歪んだ≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡を少なくすることがポイントである。しかるに、ＯＨ基濃度を増すと短波長の透過率が低下するため短波長の光を放射するエキシマランプ用のガラスには適さない。
【０００８】
近年、エキシマレーザー用の光学ガラス材にＦをドープしたガラスが用いられている。ＦをドープすることでＯＨと同様、ガラスの網目構造の終端部として働かせる。そしてＳｉ−ＦはＳｉ−ＯＨより結合エネルギーが高いうえ、Ｓｉ−Ｆは短波長の吸収がないため、耐久性と短波長の透過率を兼ね備えた光学ガラス材として知られている。
【０００９】
［１］
特開平８−６７５３０号公報では、ＯＨ基濃度が１０ｐｐｍ以上、かつフッ素が１重量％以上含まれた合成石英ガラスが提案されている。これは、ＯＨ基やフッ素を大量にドープして歪んだガラスの網目構造を極力少なくすることで耐久性を得るというものであり、ＯＨ基とフッ素をそれぞれ単独でドープするよりも両方ともドープすると耐久性の良いガラスが得られるというものである。そして更に、Ｈ２分子をドープしている。Ｈ２分子をドープした理由は、この技術に係る用途が主にエキシマレーザー用であるからと推測できる。エキシマレーザーは短時間（ｎｓオーダー）に密度が高い光を放射するため、２光子によって石英ガラスにダメージを与える。２光子によるダメージは石英ガラスのバンドギャップを超えたエネルギーをもつので、前述のようにＦやＯＨをドープして安定なガラスの網目構造を作ったとしてもそのガラスの網目構造を壊すことは可能である。このため、Ｈ２分子をドープして出来た欠陥を瞬時に修復させている。
【００１０】
［２］
特開平８−７５９０１号公報では、フッ素を１００ｐｐｍ以上，Ｈ２を１×１０１７ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上含んだガラスが提案されている。この公報に記載の技術は、フッ素をドープして歪んだガラスの網目構造を少なくして（つまり、酸素欠乏欠陥（Ｓｉ−Ｓｉ結合）をなくして）、初期透過率を得て、更にＨ２をドープすることでレーザー光の照射によって生じた欠陥を修復させて耐久性を得てこれによりレーザーに対する耐久性の良好なガラスを得る、というものである。
【００１１】
［３］
特開平１０−６７５２１号公報では、ＯＨ基１００ｗｔ．ｐｐｍ以上，Ｈ２を１×１０１７ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上，フッ素を０．０１ｗｔ．％以上０．５ｗｔ．％以下を含んだガラスについて提案されている。この公報の記載によると、過剰なフッ素はガラス製造時にＦ２の状態でガラス中に取り込まれ、その結果、紫外線の初期透過率が低下して耐久性が悪くなるとして、フッ素のドープ量が規定されている。なお、３つのドープ材による相乗効果によってガラスの耐久性を得ている点については先に挙げた公報に記載のものと同様の作用による。
【００１２】
以上の公報に記載のものは、何れもエキシマレーザー用の石英ガラスであり、従ってガラスは２光子によってダメージを受けているものと考えられる。
一方、エキシマランプの場合は、単位面積、時間あたりのエネルギー密度はレーザーに比較して格段に低いので、石英ガラスは１光子によってダメージを受けるものと考えられる。しかしながら、Ｘｅエキシマランプは、光子エネルギーの高い短波長の光、即ち１５０〜２００ｎｍの範囲の光を放出するため、このような発光に曝される放電容器は、極めて大きなダメージを受けているものと考えられる。
【００１３】
［４］
特許第３０６９５６２号公報では、フッ素レーザー（１５７ｎｍ）やＸｅエキシマランプ（１７２ｎｍ）を光源とする光学材料にＯＨ基を１〜１００ｗｔ．ｐｐｍ，フッ素を５０〜１００００ｗｔ．ｐｐｍ，Ｈ２を５×１０１６〜１×１０１９分子／ｃｍ３含有したガラスが提案されている。
即ち、短波長の透過率を高くするために、ＯＨ基濃度を少なくすると共にフッ素を特定範囲量ドープして、歪んだ≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡を少なくしている。更に耐久性を上げるためにＨ２をドープしている。
この公報に記載の技術によれば、レーザー装置から放射された光或いはエキシマランプからの光を照射した場合、耐久性が良好な石英ガラスを得ることができるとしている。
【００１４】
【特許文献１】
特許第３２５２５１３号公報
【特許文献２】
特開平８−６７５３０号公報
【特許文献３】
特開平８−７５９０１号公報
【特許文献４】
特開平１０−６７５２１号公報
【特許文献５】
特許第３０６９５６２号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エキシマランプの放電容器を構成する石英ガラスは、放電容器自体も１００℃以上、例えば２００℃〜３００℃更には５００℃まで上昇することがあり、このような比較的高温のもとで紫外線が照射されると、≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡は歪んでいなくとも結合は非常に切れやすく、欠陥の生成量が増して耐久性が著しく低下してしまう。しかも、レーザーのような単一波長の光ではなく、ランプ点灯時に放電容器内部に発生するＸｅエキシマの発光（即ち、およそ１５０〜２００ｎｍの発光）が当該放電容器を直接照射しているので、ガラスに与えるダメージは大きいものと考えられる。
また更に、ランプの構造によってはプラズマに曝されることがあり、係る場合ガラス耐久性の低下は特に顕著である。
しかも、上記公報に記載のものではＯＨ基濃度が低い（１１０ｗｔ．ｐｐｍ以下である）ため、ＯＨによる修復現象を期待できず、長期間において大幅な透過率の低下が考えられる。
【００１６】
フッ素は、≡Ｓｉ−Ｆの結合力は≡Ｓｉ−ＯＨに比べると高く比較的結合が切れにくいが、温度が上がると結合が切れるものも生じる。しかしながらＦは、フリーになったとしても原子半径が大きく、ガラスネットワークの中を自由に動くことができないため、別の場所で発生した構造欠陥を修復することはできない。即ち、修復機能がないと推測される。そして、Ｆの濃度が高すぎるときには≡Ｓｉ−Ｆ  Ｆ−Ｓｉ≡が接近するため、結合の切れたＦがあるとＦ２の安定な状態になる確率が増大する。Ｆ２のように結合すると欠陥の修復はほとんど不可能であり、結果的に≡Ｓｉ−Ｓｉ≡の欠陥を生じさせてしまう。
よって、Ｆ濃度が高いと、石英ガラスは透過率が初期の低下だけでなく長期間の透過率低下があると考えられる。
【００１７】
Ｈ２分子は、ＯＨは、≡Ｓｉ−ＯＨなどの網目構造の終端部となる可能性も有するが、温度が高いとガラス中を拡散して外部に放出されるため、点灯時間が増すと欠陥を修復することはできなくなって、透過率低下を起こすと考えられる。特に、ランプに使用した場合、外部に放出されたＨ２ガスは放電空間に入って発光効率の低下や不安定な放電や短寿命化など、種々の悪影響を及ぼすことがある。
【００１８】
本発明の目的は、ランプの放電容器等、比較的高温となるような使用条件で利用される場合でも、紫外線に対する耐久性を具備し、かつ、短波長の紫外線の透過率も良好な、紫外線透過性の石英ガラスを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み、本発明は、石英ガラス製の放電容器を具備し、当該放電容器から波長１９０ｎｍ以下の紫外光を放射するランプであって、前記放電容器は、ＯＨ基を１１０〜５００ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆを１〜１５００ｗｔ．ｐｐｍ含んだ石英ガラスからなることを特徴とする。
【００２０】
更に、前記石英ガラスに含まれるＨ２が３×１０１６個／ｃｍ３以下であるのが良い。
【００２１】
更に、前記石英ガラスに含まれる炭素（Ｃ）の量が、Ｃ／Ｓｉの比で０．１ａｔｍ％以下であるのが良い。
【００２２】
また、波長１９０ｎｍの紫外光を放射するランプと、該ランプを収納し、不活性ガスが充填されるケーシングと、該ケーシングの一部に開口が設けられ、該開口を塞ぐ石英ガラス製の窓部材と、を具備してなる紫外光照射装置において、前記窓部材は、ＯＨ基を１１０〜５００ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆを１〜１５００ｗｔ．ｐｐｍ含んだ石英ガラスからなることを特徴とする。
【００２３】
このエキシマランプは、放電容器を構成する石英ガラスに水素（Ｈ２）分子，炭素（Ｃ）を実質的に含まないものである。実質的にとは、各種測定装置による検出限界値以下であることを示す。水素（Ｈ２）分子は  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｏｌｉｄｓ  １３９（１９９２）３５−４６“ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｇａｓ  ｒｅｌｅａｓｅ  ｆｒｏｍ  ｖｉｔｒｅｏｕｓ  ｓｉｌｉｃａ”  に記載の手法で測定した場合、検出限界値は３×１０１６個／１ｃｍ３以下とされる。また、炭素（Ｃ）はＸ線光電子分光法によって測定した場合、Ｃ／Ｓｉが１ａｔｍ％以下である。Ｈ２分子の具体的な測定は、ランプから試料となる石英ガラス片を約１ｃｍ３〜５ｃｍ３の程度切り出し、前述の測定装置で測定する。炭素の具体的な測定は、ランプ表面に付着している炭素の影響、また大気中に浮遊している炭素の付着によって、ガラス中の炭素の検出感度が損なわれるのを防ぐために、真空チェンバーの中でガラス試料を破断し、大気に曝さずにその破断面を測定する。
ランプ放電容器のガラス中にＨ２や炭素が取り込まれる原因は、材料となる石英ガラス製造工程中の熱処理や炭素冶具を使った（管や板への）成型だけでなく、ランプ製造工程中の熱処理や炭素冶具を使った加工などが考えられる。
Ｈ２がガラスの内部から放電容器の内部に出てくると、前述のように発光効率の低下等の問題が生じる。炭素がＣＯやＣＯ２の状態で石英ガラス内部から放電空間に出てくると、発光効率の低下や放電空間のプラズマによって分解され、炭素がガラス表面に付着して透過率を低下させる等の問題が生じる。よって、ランプ放電容器を構成する石英ガラスに水素（Ｈ２）分子，炭素（Ｃ）が実質的に含まれないことで、発光効率の低下やガラスの透過率の低下等の不具合を防止することができる。
【００２４】
本発明において、石英ガラス中のＯＨ基濃度は１１０〜５００ｗｔ．ｐｐｍ、更に好ましくは、１２０〜４５０ｗｔ．ｐｐｍとされる。図４に放電容器を構成するＯＨ濃度とランプの放射照度維持率の関係を示す。同図は、放電容器にＦをドープせずＯＨのみをドープしたガラスにより構成したランプの、１０００時間点灯後におけるランプの放射照度維持率である。このように１１０ｗｔ．ｐｐｍ以上で高い放射照度維持率を示す。これは、ＯＨ基による修復機能により、エキシマランプの長時間（１００〜１０００時間）透過率の低下を抑えることができるからである。
なお、本願発明においては、先述した理由と同様の理由、つまり石英ガラスがランプ内部で発光したＸｅエキシマ光が（分光分布、分光透過率を考慮すると）、８割以上透過するといわれる５００ｗｔ．ｐｐｍ以下とされる。
【００２５】
更に、Ｆがドープされることにより、終端部の効果が具備され、短時間（０〜１００時間）における透過率低下が抑制される。
Ｆをドープすることにより、従来品に係るＯＨ基のみドープされたガラスの初期の低下を抑制でき、結果的に長期間に亘って放射照度維持率が改善されるようになる。３０００ｗｔ．ｐｐｍ以上になると、従来品よりも放射照度維持率が低下するため、Ｆ濃度の上限値としては１５００ｗｔ．ｐｐｍである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示すエキシマランプの図である。同図において、エキシマランプ２０の放電容器２３は、円筒状の外側管２１と、この外側管２１内にその筒軸に沿って配置された、外側管２１の内径より小さい外径を有する石英ガラスよりなる内側管２２と、外側管２１および内側管２２の各々の両端部が封止壁部２４によって接合され、一方の壁材２１と他方の壁材２２との間に円筒状の放電空間Ｓを形成する放電容器を具備している。この放電容器の内部放電空間にはキセノンガスが封入されている。
放電容器２３における外側管２１には、その外周面２５に密接して、例えば金網などの導電性材料よりなる網状の一方の電極２６が設けられ、放電容器２３における他方の壁材２２には、その外周面２７を覆うようアルミニウムよりなる膜状の他方の電極２８が設けられている。そして、一方の電極２６および他方の電極２８は、それぞれ電流供給用のコード２９，２９によって適宜の電源装置（図示省略）に接続されている。
【００２７】
上記放電容器２３は、ＯＨ基濃度１１０〜５００ｗｔ．ｐｐｍである石英ガラスであって、更にＦ濃度が１〜１５００ｗｔ．ｐｐｍのものである。この石英ガラスは、Ｆを１〜１５００ｗｔ．ｐｐｍの範囲で含んでいるためＯＨ基のみをドープした従来の石英ガラスよりも、ランプ点灯初期（〜１００時間）に生じる構造欠陥の生成が抑制される。そして、ランプ点灯後１００時間程度経過した後は、≡Ｓｉ−ＯＨから光によって結合が切れてフリーになったＯＨが、別の構造欠陥が発生した場所で再び結合して≡Ｓｉ−ＯＨとなってＯＨによる構造欠陥の修復が行われる。
【００２８】
図２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は、複数のエキシマランプ２０と、このエキシマランプ２０が収納される例えば矩形の箱型のケーシング１０とを具えてなるものである。
ケーシング１０は、下面に開口１２を有する全体が矩形の箱型の枠材１１と、この枠材１１の開口１２を気密に塞ぐよう設けられた、石英ガラスからなる窓部材１３とにより構成されている。エキシマランプ２０は、ケーシング１０の内部に、冷却ブロックＢを介して固定状態に取り付けられる。なお、ワークは、紙面上窓部材１３の下方に配置される。
【００２９】
上記窓部材は、ＯＨ基濃度１１０〜５００ｗｔ．ｐｐｍであって、Ｆ濃度が１〜１５００ｗｔ．ｐｐｍの石英ガラスである。この石英ガラスは、Ｆを１〜１５００ｗｔ．ｐｐｍの範囲で含んでいるためＯＨ基のみをドープした従来の石英ガラスよりも、ランプ点灯初期（〜１００時間）に生じる構造欠陥の生成が抑制される。なおこの窓部材は、エキシマランプからの紫外線の消失を極力少なくして外部に放出させるために、例えばランプの外表面から約２０ｍｍという近接した場所に配置されている。このため、ランプの点灯時には当該ランプからの輻射熱により当該窓も１００℃以上の高温になる。
本実施形態によれば、窓を構成する石英ガラスが、ＯＨ基濃度１１０〜５００ｗｔ．ｐｐｍであって、Ｆ濃度が１〜１５００ｗｔ．ｐｐｍであるので上記ランプと同様の作用により、ガラスの耐久性を格段に向上させることがでできる。
【００３０】
【実験例】
図１で示した構成に係るエキシマランプをドープ材の含有量が異なった石英ガラスを用いて合計２１本のランプを製作し、ランプの放射照度維持率を測定した。
図３は、上記エキシマランプの１０００時間点灯後の放射照度維持率を示す図である。同図は点灯直後の放射照度を１００としてランプ点灯後１０００時間経過したとき放射照度を相対値で示している。なお、同図ＯＨ基濃度によって、△は１４０±３０ｗｔ．ｐｐｍ、□は３６０±３０ｗｔ．ｐｐｍ、◇は４７０±３０ｗｔ．ｐｐｍのものをそれぞれ示している。また、Ｆの濃度は＜０．５、１、１００、１０００、３０００ｗｔ．ｐｐｍであった。なお、Ｆの濃度は±１０％程度のばらつきがある。
放電容器がＦ＜０．５ｗｔ．ｐｐｍ（即ちドープ等の処理をしていない）石英ガラスからなるエキシマランプに比較して、Ｆが１〜１５００ｗｔ．ｐｐｍの範囲でドープされたものからなるエキシマランプは放射照度維持率が改善されると確認された。なお、Ｆが１００、１０００ｗｔ．ｐｐｍドープされた石英ガラスからなる放電容器を具備したエキシマランプは１０００時間点灯後も９０％以上を維持し、放射照度維持率が飛躍的に向上することが確認された。特に好ましいＦ濃度は１００〜１０００ｗｔ．ｐｐｍの範囲である。
Ｆを３０００ｗｔ．ｐｐｍドープしたものは従来技術に係る（Ｆ＜０．５ｗｔ．ｐｐｍ）エキシマランプよりも維持率が低下した。この理由は、前述のように≡Ｓｉ−Ｆが分解してＦ２分子ができて≡Ｓｉ−Ｓｉ≡の欠陥ができたためと推察される。
【００３１】
図２の構成に基づいてエキシマランプを搭載した紫外線照射装置を製作した。
下記の実施例１〜３は、ランプにおける放電容器を構成する石英ガラス及び紫外線照射装置における窓部材を構成する石英ガラスについてＯＨ濃度とＦの濃度を変えて構成した。
〔実施例１〕
実施例１に係るエキシマランプの放電容器は、全長が３００ｍｍ、外側管の外径φ２６．５（肉厚１ｍｍ）であり、ＯＨ濃度が４４０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が１００ｗｔ．ｐｐｍの石英ガラスであった。このエキシマランプを複数用意し、ＯＨ基濃度が３２０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が９００ｗｔ．ｐｐｍの石英ガラスからなる厚み５ｍｍの平板状の窓部材を設けた紫外線照射装置に搭載して入力電力６０Ｗで点灯した。
〔実施例２〕
実施例２に係るエキシマランプの放電容器は、全長が８００ｍｍ、外側管の外径φ２６．５（肉厚１ｍｍ）であり、ＯＨ濃度が４４０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が１００ｗｔ．ｐｐｍの石英ガラスであった。このエキシマランプを複数用意し、ＯＨ基濃度が１３０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が１５００ｗｔ．ｐｐｍの石英ガラスからなる厚み５ｍｍの平板状の窓部材を設けた紫外線照射装置に搭載した。実施例２に係る紫外線照射装置においては窓部材の表面に導電性発熱ペーストをスクリーン印刷し、形成し、ランプ点灯中通電して加熱した。ランプ入力電力１６０Ｗで点灯した。
〔実施例３〕
実施例３に係るエキシマランプの放電容器は、全長が１０００ｍｍ、外側管の外径φ４０（肉厚１ｍｍ）であり、ＯＨ濃度が１９０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が１００ｗｔ．ｐｐｍの石英ガラスであった。このエキシマランプを、ＯＨ基濃度が４５０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が１４００ｗｔ．ｐｐｍの石英ガラスからなる厚み５ｍｍの平板状の窓部材を設けた紫外線照射装置に搭載して、入力電力１６０Ｗで点灯した。
〔比較例〕
比較例に係るエキシマランプの放電容器は、全長が３００ｍｍ、外側管の外径φ２６．５（肉厚１ｍｍ）であり、ＯＨ濃度が４８０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が０．５ｗｔ．ｐｐｍ未満（測定限界）の石英ガラスであった。このエキシマランプを、ＯＨ基濃度が４８０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が０．５ｗｔ．ｐｐｍ未満（測定限界）石英ガラスからなる厚み５ｍｍの平板状の窓部材を設けた紫外線照射装置に搭載して、入力電力６０Ｗで点灯した。
【００３２】
上記実施例１〜３及び比較例に係るそれぞれの装置で３０００時間まで点灯した。ランプの１０００時間後の放射照度維持率及び３０００時間後の窓部材のＸｅエキシマ光の透過率を調べた。また、ランプ点灯中の放電容器及び窓部材の温度を測定した。
下記の表１は、各ランプの放電容器を構成する石英ガラスのＯＨ基及びＦの濃度、ランプ点灯時の放電容器温度及びランプ１０００時間点灯後における放射照度維持率をまとめたものである。また表２は、各装置の窓部材を構成する石英ガラスのＯＨ基及びＦの濃度、装置駆動時の窓部材温度、装置動作前（即ち光照射前）のＸｅエキシマ光の透過率及び３０００時間動作後におけるエキシマ光の透過率をまとめたものである。なお、ここでいうＸｅエキシマ光の透過率とは、あるＸｅエキシマランプから出てくる光出力を、窓部材を透過させた場合と窓部材を透過させていない場合とで測定し、その出力比から求めたものである。
【表１】
2004319200.tif 000003
【表２】
2004319200.tif 000004
【００３３】
実施例１においてランプは１０００時間点灯後の放射照度維持率が９６％であり、高い維持率を示した。窓部材のＸｅエキシマ光の透過率も８４％→８３％でほとんど低下しなかった。ガラスの温度が１００℃以上の場合だけではなく、１００℃以下においても効果があることがわかった。
実施例２では、紫外線照射装置における窓部材を加熱し１００℃に保持した。ランプは窓部材があるため、温度１４０℃に上昇した。ランプの１０００時間後の放射照度維持率は９５％であり高い維持率を示した。窓部材のＸｅエキシマ光の透過率は、３０００時間照射しても８６％→８４％であり、ほとんど劣化しなかった。
実施例３では、ランプへの入力が高いため、ランプの温度は３００℃に上昇した。窓ガラスの温度はランプからの熱で加熱され２２０℃であった。ランプの１０００時間後の放射照度維持率は９３％であり高い維持率を示した。窓部材のＸｅエキシマ光の透過率は３０００時間照射しても８７％→８５％であり、石英ガラスほとんど劣化していないことが分かった。
比較例では、ランプは１０００時間点灯後の放射照度維持率が７４％であった。また窓部材のＸｅエキシマ光の透過率は８０％→６９％に低下した。
【００３４】
〔実施例４〕
放電容器ＯＨ濃度が４４０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が１００ｗｔ．ｐｐｍの石英ガラスを用いて、外径φ１８ｍｍ（肉厚１ｍｍ）、形状がＵ字型の低圧水銀灯を製作した。この低圧水銀灯の発光部長さは４５５ｍｍであった。係る低圧水銀灯は点灯時、波長２５４ｎｍ、１８５ｎｍのラインスペクトルが発光しているため、波長１８５ｎｍの光がガラスの透過率を低下させると考えられる。
上記実施例４の低圧水銀灯を入力電力４５０Ｗで点灯したところ、放電容器の温度は１８０℃になった。３０００時間点灯後の放射照度維持率は８５％であった。
放電容器のガラスの構成をＦ＜０．５ｖｏｌ．ｐｐｍ以下としたことを除いて、実施例４と同仕様としたの従来技術に係る低圧水銀灯では、放射照度維持率が７０％であった。よって、低圧水銀灯においても本願発明を適用することでランプの放射照度維持率を改善できることが判明した。
なお、上記エキシマランプの場合よりも劇的な放射照度維持率の改善が無かった理由は、エキシマランプの寿命特性はガラスの劣化が支配的であるのに対し、低圧水銀灯は電極を放電容器の内部に配置していることから、係る電極の消耗等による発光効率の低下や電極のスパッタ等による放電容器内面の汚れ付着などが生じるからである。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本願発明によれば、放電容器が、ＯＨ基を１１０〜５００ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆを１〜１５００ｗｔ．ｐｐｍ含んだ石英ガラスからなるので、ランプ点灯初期の照度低下が無くかつ長時間にわたって耐久性のあるランプを提供できる。
また上記ランプにおいて、放電容器を構成する石英ガラス中の水素分子を３×１０１６個／ｃｍ３以下とすることにより、ランプ放射特性の変化を損なうことが防止される。
また更に石英ガラスに含まれる炭素（Ｃ）の量が、Ｃ／Ｓｉの比で０．１ａｔｍ％以下である、即ち、炭素（Ｃ）が実質的に含まれないことでガラスの透過率の低下を防止することができる。
【００３６】
また、波長１９０ｎｍ以下の光を放射するランプを搭載した紫外線照射装置においては、ＯＨ基を１１０〜５００ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆを１〜１５００ｗｔ．ｐｐｍ含んだ石英ガラスで、窓部材を構成することにより、紫外線の放射効率低下が少ない紫外線照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエキシマランプの図である。
【図２】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。
【図３】エキシマランプの１０００時間点灯後の照度維持率を示す図である。
【図４】放電容器を構成するＯＨ濃度とランプの放射照度維持率の関係を示す図である。
【符号の説明】
２０  エキシマランプ
２１  外側管
２２  内側管
２３  放電容器
２４  封止壁部
２５  外周面
２６  一方の電極
２７  外周面
２８  他方の電極
２９  電流供給用コード
１０  ケーシング
１１  枠材
１２  開口
１３  窓部材
Ｂ    冷却ブロック
Ｗ    ワーク
【図１】
2004319200.tif 000005
【図２】
2004319200.tif 000006
【図３】
2004319200.tif 000007
【図４】
2004319200.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成15年4月25日(2003.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
Ｈ２分子は、≡Ｓｉ−ＯＨなどの網目構造の終端部となる可能性も有するが、温度が高いとガラス中を拡散して外部に放出されるため、点灯時間が増すと欠陥を修復することはできなくなって、透過率低下を起こすと考えられる。特に、ランプに使用した場合、外部に放出されたＨ２ガスは放電空間に入って発光効率の低下や不安定な放電や短寿命化など、種々の悪影響を及ぼすことがある。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図２の構成に基づいてエキシマランプを搭載した紫外線照射装置を製作した。下記の実施例１〜３は、ランプにおける放電容器を構成する石英ガラス及び紫外線照射装置における窓部材を構成する石英ガラスについてＯＨ濃度とＦの濃度を変えて構成した。
〔実施例１〕
実施例１に係るエキシマランプの放電容器は、全長が３００ｍｍ、外側管の外径φ２６．５（肉厚１ｍｍ）であり、ＯＨ濃度が４４０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が１００ｗｔ．ｐｐｍの石英ガラスであった。このエキシマランプを複数用意し、ＯＨ基濃度が３２０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が９００ｗｔ．ｐｐｍの石英ガラスからなる厚み５ｍｍの平板状の窓部材を設けた紫外線照射装置に搭載して入力電力６０Ｗで点灯した。
〔実施例２〕
実施例２に係るエキシマランプの放電容器は、全長が８００ｍｍ、外側管の外径φ２６．５（肉厚１ｍｍ）であり、ＯＨ濃度が４４０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が１００ｗｔ．ｐｐｍの石英ガラスであった。このエキシマランプを複数用意し、ＯＨ基濃度が１５０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が１５０ｗｔ．ｐｐｍの石英ガラスからなる厚み５ｍｍの平板状の窓部材を設けた紫外線照射装置に搭載した。実施例２に係る紫外線照射装置においては窓部材の表面に導電性発熱ペーストをスクリーン印刷し、形成し、ランプ点灯中通電して加熱した。ランプ入力電力１６０Ｗで点灯した。
〔実施例３〕
実施例３に係るエキシマランプの放電容器は、全長が１０００ｍｍ、外側管の外径φ４０（肉厚１ｍｍ）であり、ＯＨ濃度が１９０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が１００ｗｔ．ｐｐｍの石英ガラスであった。このエキシマランプを、ＯＨ基濃度が１３０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が１４００ｗｔ．ｐｐｍの石英ガラスからなる厚み５ｍｍの平板状の窓部材を設けた紫外線照射装置に搭載して点灯した。
〔比較例〕
比較例に係るエキシマランプの放電容器は、全長が３００ｍｍ、外側管の外径φ２６．５（肉厚１ｍｍ）であり、ＯＨ濃度が４８０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が０．５ｗｔ．ｐｐｍ未満（測定限界）の石英ガラスであった。このエキシマランプを、ＯＨ基濃度が４８０ｗｔ．ｐｐｍ、Ｆ濃度が０．５ｗｔ．ｐｐｍ未満（測定限界）石英ガラスからなる厚み５ｍｍの平板状の窓部材を設けた紫外線照射装置に搭載して、入力電力６０Ｗで点灯した。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
上記実施例１〜３及び比較例に係るそれぞれの装置で３０００時間まで点灯した。ランプの１０００時間後の放射照度維持率及び３０００時間後の窓部材のＸｅエキシマ光の透過率を調べた。また、ランプ点灯中の放電容器及び窓部材の温度を測定した。
下記の表１は、各ランプの放電容器を構成する石英ガラスのＯＨ基及びＦの濃度、ランプ点灯時の放電容器温度及びランプ１０００時間点灯後における放射照度維持率をまとめたものである。また表２は、各装置の窓部材を構成する石英ガラスのＯＨ基及びＦの濃度、装置駆動時の窓部材温度、装置動作前（即ち光照射前）のＸｅエキシマ光の透過率及び３０００時間動作後におけるエキシマ光の透過率をまとめたものである。なお、ここでいうＸｅエキシマ光の透過率とは、あるＸｅエキシマランプから出てくる光出力を、窓部材を透過させた場合と窓部材を透過させていない場合とで測定し、その出力比から求めたものである。
【表１】
2004319200.tif 000009
【表２】
2004319200.tif 000010
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
実施例１においてランプは１０００時間点灯後の放射照度維持率が９６％であり、高い維持率を示した。窓部材のＸｅエキシマ光の透過率も８４％→８３％でほとんど低下しなかった。ガラスの温度が１００℃以上の場合だけではなく、１００℃以下においても効果があることがわかった。
実施例２では、紫外線照射装置における窓部材を加熱し１００℃に保持した。ランプは窓部材があるため、温度１３８℃に上昇した。ランプの１０００時間後の放射照度維持率は９５％であり高い維持率を示した。窓部材のＸｅエキシマ光の透過率は、３０００時間照射しても８６％→８４％であり、ほとんど劣化しなかった。
実施例３では、ランプへの入力が高いため、ランプの温度は３１５℃に上昇した。窓ガラスの温度はランプからの熱で加熱され２２０℃であった。ランプの１０００時間後の放射照度維持率は９３％であり高い維持率を示した。窓部材のＸｅエキシマ光の透過率は３０００時間照射しても８７％→８５％であり、石英ガラスほとんど劣化していないことが分かった。
比較例では、ランプは１０００時間点灯後の放射照度維持率が７４％であった。また窓部材のＸｅエキシマ光の透過率は８０％→６９％に低下した。