(57)【要約】【課題】  前面ガラスを有する光取り出し窓が不要で、紫外線の利用効率を大幅に改善した紫外線照射処理装置を提供する。【解決手段】被処理物に紫外線を照射するための紫外線照射処理装置において、前記紫外線照射処理装置は放電ランプと反射器具とを備えており、前記放電ランプは対向する第１のメッシュ状電極と第２のメッシュ状電極とを有しており、前記第１のメッシュ状電極は被処理物側に配されたものであり、前記反射器具は、前記第２のメッシュ状電極側に、前記放電ランプとの間に空間部を形成するよう配されたものであり、前記空間部には、前記反射器具に設けられたガス噴出孔から噴出したガスが導入されるよう構成されたことを特徴としている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物に紫外線を照射するための紫外線照射処理装置において、前記紫外線照射処理装置は放電ランプと反射器具とを備えており、前記放電ランプは対向する第１のメッシュ状電極と第２のメッシュ状電極とを有しており、
前記第１のメッシュ状電極は被処理物側に配されたものであり、前記反射器具は、前記第２のメッシュ状電極側に、前記放電ランプとの間に空間部を形成するよう配されたものであり、前記空間部には、前記反射器具に設けられたガス噴出孔から噴出したガスが導入されるよう構成されたことを特徴とする、紫外線照射処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光洗浄、光灰化等の分野で紫外線光源として利用される真空紫外域に発光を有するエキシマランプとそれを用いた紫外線照射処理装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
無声放電方式のエキシマランプはキセノン（Ｘｅ）やクリプトン（Ｋｒ）などの放電ガスが充填された放電容器に一対の対向する電極が設けられ、その電極の両方ともが放電ガスと非接触あるいは一方が接触する方式でガス特有の紫外線を高効率で放射させることのできる光源である。
【０００３】
従来は、Ｘｅ2から放射される波長１７２ｎｍの真空紫外光を利用するエキシマランプ照射装置においては、窒素等の真空紫外光の透過率が良好なガス（保護ガス）を満たした箱状のランプハウス内にＸｅ2エキシマランプ及び光反射板を設け、そのランプハウスの光取り出し面に合成石英ガラス等の真空紫外光に対して透過率が良好な光取り出し窓を取り付け、その窓から放射される光を被照射物に照射していた。
【０００４】
すなわち、窒素ガス等に完全置換されたランプハウスの中に光反射板とランプを設置することで真空紫外光の利用効率を改善していた。本発明に関連した技術としては、外形が概略円筒状の放電ランプを、光取り出し窓を設けたランプハウス内に窒素ガスを充満させて収納させるものがある（例えば、特許文献１）。
【０００５】
図３は特許文献１に示された構成を示す図で、円筒状の誘電体バリア放電ランプ（エキシマランプ）４１ａ、４１ｂおよび４１ｃはランプハウス２１内に収容されている。前記ランプハウス２１には光取り出し窓２０が設けられ、前記誘電体バリア放電ランプ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃと光取り出し窓２０との間の空間２６は窒素ガスで満たされている。
【０００６】
このような構成にすると、前記誘電体バリア放電ランプ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃから放出される真空紫外光のうち、隣接する誘電体バリア放電ランプに向かう部分は、Ｖ字形の光反射板４３および４５に当たって反射され、光の進行方向が下向きに方向転換され、光取り出し窓２０から放出される。この場合、誘電体バリア放電ランプ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃから放出された真空紫外光は誘電体バリア放電ランプ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃと光取り出し窓２０との間の空間２６を通過するが、この空間２６は窒素ガスで満たされているので、吸収による光強度の減衰はほとんど生じない。
【０００７】
したがって、光取り出し窓２０からは誘電体バリア放電ランプ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃから放出された真空紫外光の横方向の光反射板４３および４５に向かう部分と直接被照射体に向かう部分の合計が放出され、前記光取り出し窓２０は実質的に面状の真空紫外光源となる。
【０００８】
また、従来の他の方法としては、図４に示すように、薄箱状の放電容器を有するエキシマランプを使用し、ランプから放射される真空紫外光は、前面ガラスおよび窒素ガス等を介さずに直接被照射物に照射していた。例えば、このような従来例としては特開２０００−２６０３９６号公報（特許文献２）に記載されている。図４において、１２は放電容器、１３は紫外光照射面、１４は放電容器の一面のほぼ全面を覆うように配置された据付電極（ベタ状電極）、１５は放電用ガス、１６はメッシュ状電極、１７は点灯用の高周波電圧である。この方法では、ランプの真空紫外光を取り出す面はほぼ平板状で、被照射物との間隔は、空気の層が存在すると真空紫外光が吸収されるため、極力小さくすることが望まれる。
【０００９】
【特許文献１】日本国登録特許第２８５４２５５号公報
【特許文献２】特開２０００−２６０３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１に記載の従来方法では、設備が大型となり、前面ガラスが高価であること、また真空紫外光の照射による劣化のために前面ガラスを定期的に交換する必要があるなどコスト面で問題があった。
【００１１】
また、特許文献２に記載されたランプは、被照射物に対向する面にはメッシュ状電極、その反対側の面には光が全く透過しないベタ状電極（ランプの一面のほぼ全域に付設された金属製の電極で、紫外光に対しては非透過性の電極のこと）を設ける。例えば、真空紫外光の利用効率を稼ぐために、Ａｌ等の真空紫外光の反射率が良好な金属をベタ状電極に用いて反射面を兼ねる場合、放電ランプを構成する石英等の誘電体表面に蒸着等の手段により電極を直接形成するか、あるいは金属板を誘電体表面にあてがう方式がとられる。
【００１２】
前者では電極と誘電体との剥離が問題となり、後者では電極と誘電体との接触距離が問題となる。
【００１３】
すなわち、前者では電極膜として基本的に膜厚の薄い蒸着膜を使用するので、点灯時に発生する活性酸素による酸化・劣化により膜が消失した場合、電極としての機能を果たさなくなる可能性がある。さらに、蒸着膜が反射面を兼ねている場合には反射率が低下し、反射面としての機能を果たさなくなる可能性もある。
【００１４】
具体例をあげると、特に誘電体材料が石英である場合には、石英と電極材料であるアルミニウムの熱膨張率が合わないため、アルミニウムを直接蒸着したとしても、点灯−消灯によるヒートサイクルで電極が誘電体から脱落するという問題がある。
【００１５】
一方、後者では電極材料のスパッタによる誘電体表面の汚染、あるいは放電ランプで発生する熱により電極が変形した場合に、電極として機能しないばかりか、変形により生じた空隙に存在する空気により真空紫外光が吸収され、反射板としての機能を果さなくなるという問題がある。
【００１６】
このように、放電ランプに反射機能を兼ねた電極を直接蒸着あるいは接触させる場合、様々な問題が生じる可能性がある。
【００１７】
本発明はこれらの問題を発生させることなく、真空紫外光の利用効率を大幅に改善したコンパクトで低コストの紫外線照射処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る紫外線照射処理装置は、被処理物に紫外線を照射するための紫外線照射処理装置において、前記紫外線照射処理装置は放電ランプと反射器具とを備えており、前記放電ランプは対向する第１のメッシュ状電極と第２のメッシュ状電極とを有しており、前記第１のメッシュ状電極は被処理物側に配されたものであり、前記反射器具は、前記第２のメッシュ状電極側に、前記放電ランプとの間に空間部を形成するよう配されたものであり、前記空間部には、前記反射器具に設けられたガス噴出孔から噴出したガスが導入されるよう構成されたことを特徴としている。
【００１９】
すなわち、本発明の紫外線照射処理装置は、第1図に示すように放電ランプの照射面側には第１のメッシュ状電極を、その反対側（非照射面側）には第２のメッシュ状電極を設け、前記放電ランプの非照射面側に適当な間隔ｄを空けて真空紫外光を反射する反射器具７を設ける。そして、反射器具７は放電ランプ２と反射器具７との空間における空気をガスで置換するためのガス噴出孔９を備えている。さらに、放電ランプ形状及びガスの流量に応じて放電ランプ２と反射器具７との間隔ｄを最適化する。これにより非照射面側からランプ外に放射された真空紫外光はほとんど減衰することなく反射器具７に到達し、反射面で反射したのち再びガス層を通過して放電ランプ内に入射し、照射面側から放射される。
【００２０】
本発明は上記の方法により、前面ガラスを有する光取り出し窓を設ける必要がなく、照射面側とは反対方向に放射される真空紫外光の進行方向を１８０°反転させて、真空紫外光の利用効率を大幅に改善したコンパクトで低コストの紫外線照射処理装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の紫外線照射処理装置は、放電ランプの紫外光照射面側とは反対方向に放射される真空紫外光を有効に利用できるので、真空紫外光の利用効率の大幅な改善が可能である。さらに、前面ガラスを有し窒素ガスを充満したランプハウスを必要としないので、装置をコンパクトで低コストなものとすることができる。また、放電ランプと反射器具とは直接接触していないので、反射面の剥がれや変形の問題がなく、信頼性の高い紫外線照射処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の紫外線照射処理装置を図面を参照しながら説明する。第１図は本発明の紫外線照射処理装置を示す断面図である。第1図に示すように放電ランプ２は最長軸方向に垂直な面における断面形状が略長方形で、真空紫外光を取り出す側である照射面側には第１のメッシュ状電極４が形成され、その面とは反対側である非照射面側には第２のメッシュ状電極３を形成する。放電ランプ２の材質は真空紫外光をよく透過するものとしてＭｇＦ２や合成石英等が用いられる。放電ランプ２の厚さは普通１〜２ｍｍ程度のものが使用され、放電ランプ２内には放電用の封入ガスとして、例えばＸｅ系のガスを封入する。封入ガスがＸｅ系ガスの場合には中心波長が１７２ｎｍの真空紫外光が得られる。
【００２３】
その他、放電用ガスとしては、Ｋｒ系、Ａｒ／Ｆ系、Ｋｒ／Ｃｌ系あるいはＫｒ／Ｆ系などが使用できる。そして、これらの放電用ガスを用いた場合、Ｋｒ２、ＡｒＦ、ＫｒＣｌおよびＫｒＦに由来する中心波長がそれぞれ１４６ｎｍ、１９３ｎｍ、２２２ｎｍおよび２４８ｎｍの紫外光が得られる。このように放電用ガスの種類によって得られる紫外光の波長が異なるので、目的に合わせて封入ガスを選択すればよい。
【００２４】
放電ランプ２を合成石英で構成し、例えば電極に蒸着膜を使用する場合には、先ず合成石英面にクロムを蒸着し、次いでその上に白金、金またはニッケル等を蒸着する。これにより、ランプから放出される真空紫外光で発生する活性酸素の雰囲気中でも、安定性のある電極が形成できる。該電極薄膜を例えば酸によるエッチングにより、メッシュパターンを形成すればメッシュ状電極を完成させることができる。
【００２５】
このように構成した放電ランプ２と、反射器具７を組み合わせて図１のような紫外線照射処理装置を完成させる。すなわち、放電ランプ２の非照射面側に適当な間隔ｄを空けて真空紫外光の透過率が良好な保護ガス、例えば窒素ガス６を噴出する機能を備えた反射器具７を配設する。そして、放電ランプ２と反射器具７とで挟まれた空間における空気を窒素ガスで置換するように、前記放電ランプ２の形状と窒素ガスの流量に応じて間隔ｄを最適化する。これにより第２のメッシュ状電極３を有する非照射面側から放電ランプ外に放射された真空紫外光は、ほとんど減衰することなく反射器具７に到達し、反射板８で反射したのち再び窒素ガス層を通過して放電ランプ２内に入射し、第１のメッシュ状電極４を有する照射面側から放射される。
【００２６】
このように、本発明に係る紫外線照射処理装置は、従来のように光取り出し窓を有し窒素ガスで充満したランプハウスを用いる必要がなく、照射面側とは反対方向に放射される真空紫外光の進行方向を１８０°反転させて、照射面側から取り出すことができるので、真空紫外光の利用効率は大幅に改善でき、しかも装置は非常にコンパクトで低コストなものにできる。さらに、放電ランプと反射器具とは直接接触していないので、反射面の剥がれや変形の問題がなく、信頼性の高い紫外線照射処理装置を提供することができる。
【実施例】
【００２７】
図１において、放電ランプ２の断面における寸法は肉厚約２ｍｍ、外側寸法における幅約３５ｍｍ、同高さ約１２ｍｍ、および紙面とは垂直方向における長さは約４２０ｍｍである。また、反射器具７の寸法として、電解研磨したアルミニウム板からなる反射板８の幅は約４０ｍｍとした。保護ガス６には窒素ガスを用い、反射板８には径約５ｍｍの窒素ガス噴出孔９をランプの幅方向のほぼ中心部に約３０ｍｍの間隔でランプ長手方向に配列させた。そして、反射板８と放電ランプ２との間隔ｄと窒素ガス流量とをそれぞれ変化させた時の紫外光相対強度を測定する実験を行った。なお、窒素ガス流量は各噴出孔に流れる流量として０〜１０リッター／分の範囲で変化させた。以上の条件でランプを点灯し、放電ランプ２の紫外線照射面から２ｍｍの距離における被照射面の紫外光相対照度を測定した。
【００２８】
被照射面における紫外光相対照度の測定結果を図２に示す。図２は反射板８と放電ランプ２との間隔ｄをパラメーターとして、被照射面における波長が１７２ｎｍの真空紫外光の相対照度とガス流量との関係を示している。図２より反射板８と放電ランプ２との間隔ｄが小さくなるほど、また保護ガスの流量が増すほど放射照度が増加することがわかる。
【００２９】
特に、反射板８と放電ランプ２との間隔ｄを６ｍｍ以下、好ましくは４ｍｍ以下とすることにより高い放射照度を得ることができる。さらに、ガス流量は放射照度を増加させる効果の現れる２リッター／分以上、好ましくは６リッター／分以上とすれば、真空紫外光の利用効率は大きく増加して、約４０％の改善が可能である。ただし、ガス流量をむやみに増加させても放射照度は飽和して変わらなくなる。よって、ガス流量はガスの無駄を無くすために、放射照度の飽和する近辺における値に設定するのが賢明である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る紫外線照射処理装置を示す断面図である。
【図２】本発明に係る紫外線照射処理装置において、ガス流量と被照射面における紫外光相対照度との関係を示すグラフである。
【図３】従来の紫外線照射処理装置の一例を示す断面図である。
【図４】従来の真空紫外光源の一例を示す外観図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    放電ガス
２    放電ランプ
３    第２のメッシュ状電極
４    第１のメッシュ状電極
５    被処理物
６    保護ガス
７    反射器具
８    反射板
１２  放電ランプ
１３  紫外線照射面
１４  ベタ状電極
１６  メッシュ状電極
４１  エキシマランプ
２０  紫外線取り出し用窓
２２  照射器具
２４  ガス導入孔
２５  ガス排出孔
【図１】
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【図２】
2005259380.tif 000004
【図３】
2005259380.tif 000005
【図４】
2005259380.tif 000006