(57)【要約】【課題】光透過性の外側管と、冷却媒体を流す内側管とを有し、前記外側管と前記内側管の間に形成された放電空間にエキシマ分子を形成する放電用ガスが充填され、前記外側管の外表面に外側電極を設けるとともに、前記内側管の内表面に内側電極を設けてなるエキシマランプにおいて、内側管に紫外線歪によるクラックが発生することのない構造を提供するものである。【解決手段】前記外側管を石英ガラス製とし、前記内側管をセラミック製するとともに、前記外側管と内側管とをキャップ部材を用いて低融点金属によって接合・封着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】
光透過性の外側管と、冷却媒体を流す内側管とを有し、
前記外側管と前記内側管の間に形成された放電空間にエキシマ分子を形成する放電用ガスが充填され、
前記外側管の外表面に外側電極を設けるとともに、前記内側管の内表面に内側電極を設けてなるエキシマランプにおいて、
前記外側管を石英ガラス製とし、前記内側管をセラミック製としたことを特徴とするエキシマランプ。
【請求項２】
前記外側管と前記内側管とは、該外側管の開放端部を密閉するキャップ部材により接合されており、該キャップ部材と、前記外側管および前記内側管とが低融点金属によって封着されていることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
【請求項３】
前記低融点金属は、インジウム、スズ、鉛、ビスマス、またはこれらの合金であることを特徴とする請求項２に記載のエキシマランプ。
【請求項４】
前記キャップ部材が金属製であって、該キャップ部材に排気管を取り付けたことを特徴とする請求項２に記載のエキシマランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二重管型の水冷式エキシマランプに関するものであり、特に、放電管となる外側管と、水冷管となる内側管とを備えたエキシマランプに係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被処理体に波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を照射する洗浄処理や酸化膜形成処理などを行うためにエキシマランプが多用されている。近時においては、このような処理技術において効率化、高速処理化のためにエキシマランプへの入力電力を増大させる傾向にある。このような高入力エキシマランプにおいては、高温化による紫外線透過率の低下を防止すべく冷却手段を具備させたものが採用されている。
例えば、特開２００２−９３３７７号公報（特許文献１）では、二重管型を採用して、外側管を放電管として、内側管内に冷却水を流してランプを冷却する方式が開示されている。
図４にその構造が示されていて、エキシマランプ２０は、共に石英ガラスからなる外側管２１と内側管２２とからなる二重管構造をなしていて、この外側管２１と内側管２２の間の空間が放電空間Ｓを形成している。そして、外側管２１の外面には外側電極２３が設けられ、内側管２２の内面には内側電極２４が設けられている。
【０００３】
また、前記放電空間Ｓにはキセノンガスなどの放電用ガスが充填されるとともに、内側管２２の発光空間側の外表面には紫外線反射膜２５が形成されていて、発光空間Ｓ内で生成された紫外線が内側管２２に照射されないようにされている。
そして、内側管２２内には冷却水Ｗが流されていて、内側管２２の冷却とともに、放電ガスの冷却がなされる。こうして、エキシマ分子の生成効率の向上と、発光管温度の低下による紫外線透過率の向上とにより、ランプ出力の向上を図ろうとするものである。
【０００４】
ところで、上記従来技術に基づくエキシマランプでは、紫外線反射膜２５によって内側管２２への紫外線の照射を抑制して紫外線劣化を防止しようとするものであるが、内側管２１の外表面に紫外線反射膜２５を形成する作業が難しく、内側管２２の長さ方向の全長にわたり外側管２１との接合部にまで紫外線反射膜２５を形成することは実際上難しい。
更には、図５に示すように、放電空間Ｓから外側管２１のガラス内部に入射した紫外線は、ファイバー効果により、外側管２１のガラス内部から、該外側管２１の側面部２１ａを経て進行して、外側管２１と内側管２２との接合部Ａに到達する。
この接合部Ａにおいて紫外線歪が蓄積し、この部位でクラックが発生するという問題がある。この石英ガラス製の内側管２２は冷却水によって直接的に冷却されていることから、より短波長の紫外線が透過するようになり、紫外線歪の蓄積の影響が一層深刻である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９３３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、光透過性の外側管と、冷却媒体を流す内側管とを有し、前記外側管と前記内側管の間に形成された放電空間にエキシマ分子を形成する放電用ガスが充填され、前記外側管の外表面に外側電極を設けるとともに、前記内側管の内表面に内側電極を設けてなるエキシマランプにおいて、冷却される内側管に紫外線歪が生じることなく、クラックの発生を防止したエキシマランプの構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明では、前記外側管を石英ガラス製とし、前記内側管をセラミック製としたことを特徴とする。
また、前記外側管と前記内側管とは、該外側管の開放端部を密閉するキャップ部材により接合されており、該キャップ部材と、前記外側管および前記内側管とが低融点金属によって封着されていることを特徴とする。
また、前記低融点金属は、インジウム、スズ、鉛、ビスマス、またはこれらの合金であることを特徴とする。
また、前記キャップ部材が金属製であって、該キャップ部材に排気管を取り付けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、紫外線を出射する外側管を石英ガラス製とし、冷却媒体を流す内側管をセラミック製としたので、セラミック製内側管は結合エネルギーが大きいため、放電空間からの紫外線を受けても紫外線歪が生じることがなくクラックの発生がないという効果を奏する。
このため、内側管の保護のために紫外線反射膜を形成するといった面倒で煩雑な作業が省けて、作業の簡略化が図れるという利点もある。
更には、外側管と内側管とはキャップ部材によって封着されているので、外側管を直接的に内側管に封着するという難しい作業工程を省くことができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のエキシマランプの断面図。
【図２】本発明の他の実施例の断面図。
【図３】本発明のエキシマランプの製造工程図。
【図４】従来技術の断面図。
【図５】従来技術の不具合の説明断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１はこの発明のエキシマランプ１の断面図であり、エキシマランプ１は外側管２と内側管３とからなる二重管構造であって、この外側管２と内側管３との間に形成される空間を放電空間Ｓとするものであり、この放電空間Ｓにはエキシマ分子を形成するキセノンガスなどの放電用ガスが充填されている。
外側管２は石英ガラスからなり、紫外線透過性であって、その外表面には外側電極４が設けられている。この外側電極４は紫外線を外部に取り出すことから、メッシュ状やコイル状などの光透過性とされている。
一方、内側管３は、セラミック製であって、紫外線を外部に取り出すことが必要ではないので、光透過性である必要はない。この内側管の内表面には内側電極５が設けられている。なお、この実施例では内側電極５をコイル状としたものが示されているが、これに限られず、円筒状など任意の形状であってよい。
この内側管３を構成するセラミック材料としては、例えば、アルミナ、サファイア、ジルコニアなどが挙げられる。
【００１１】
図１の実施例では、前記内側管３は両端が開放されていて、この内側管３の内部に冷却媒体Ｗが流されて、該内側管３を冷却して放電空間Ｓ内の放電用ガスを冷却している。
そして、外側管２も同様に両端が開放されていて、この両端開放部は、キャップ部材６，７によって密閉されており、このキャップ部材６，７は外側管２および内側管３に低融点金属によって接合・封着されている。キャップ部材６，７は、銅などの金属製あるいはアルミナなどのセラミック製であって、封着に用いる低融点金属はインジウム、スズ、鉛、ビスマス、またはこれらの合金などである。
前記キャップ部材６，７が金属製である場合は、両端のいずれかのキャップ部材７に、排気管８を設けることができる。排気管８は、例えば、銅製であって、ロウ付けによって金属製キャップ部材７に取り付けられる。この排気管８を経て放電空間Ｓから排気を行い、その後、キセノンガスなどの放電用ガスを充填するものであって、放電用ガスの充填後には、圧潰などの適宜手段によって密閉される。
【００１２】
図２には、外側管２および内側管３が一端部のみで開放されているエキシマランプが示されている。
この場合、外側管２と内側管３とは、外側管２の開放端部を閉鎖するキャップ部材６によって接合・融着されていて、このキャップ部材６が金属製である場合、当該キャップ部材６に排気管８を設けることができることは前記実施例と同様である。
また、内側管３も一端部のみで開放されていることから、冷却媒体はこの内側管３の開放端部から導入されて、同じくその開放端部から導出される。
この実施例における前記冷却媒体の流れを円滑にするためには、内側管３内に、先端が開放された管状体を同心状に挿入して、この管状体から冷却媒体を内側管３内に導入して、管状体と内側管３との間の環状空間を経て導出するようにしてもよい。またこの場合、冷却媒体の流れはその逆であってもよく、環状空間から導入し、管状体から導出するようにしてもよい。
【００１３】
このような一端部側で封じられた外側管２と内側管３を有するエキシマランプは、外側管２の封じられた一端部を光取り出し窓として光を取り出す、いわゆる、ヘッドオン型として使用できるし、また、図１に示す実施例と同様に、外側管２の周側面から光を取り出すものであってもよい。
【００１４】
前記したキャップ部材６，７と外側管２および内側管３との接合・封着方法の一例を、図３を用いて説明する。
予め、外側管２の端部外周面２ａと、キャップ部材６を貫通する内側管３の貫通部の外周面３ａは、例えば、インジウムによるメタライズ処理が施されている。
図３（Ａ）に示すように、キャップ部材６内にインジウムなどの低融点金属１０を収納した状態でランプを立設する。この低融点金属は、２００〜３００℃程度で溶融するものであって、前記したインジウム以外には、スズ、鉛、ビスマスなどである。この状態で、不活性ガス雰囲気中で加熱すると、図３（Ｂ）に示すように、低融点金属１０が放電空間Ｓ内部のキャップ部材６上で溶融する。
溶融した金属は、図３（Ｃ）に示すように、毛細管現象によって、外側管２とキャップ部材６の隙間と、内側管３とキャップ部材６の隙間に侵入し、冷却される時その間で固化し、キャップ部材６と、外側管２および内側管３とが接合・封着される。このとき、外側管２の端部外周面２ａと内側管３の貫通部の外周面３ａはメタライズ処理が施されているので、溶融した金属とのなじみが良く、キャップ部材６との接合が強固なものとなる。
【００１５】
本発明のエキシマランプの一例を記載すると以下の通りである。
外側管２：外径４０ｍｍ、内径３８ｍｍ、全長４００ｍｍの合成石英ガラス製
内側管３：外径１６ｍｍ、内径１４ｍｍ、全長５００ｍｍのアルミナ製
内側管３の端部には、冷却媒体（純水）を供給する配管に接続する継手が設けられている。
外側管２の外表面には網状の外側電極４が設けられている。それに対向する内側管３の内表面には内側電極５が設けられている。外側電極４及び内側電極５は、長手方向に３３０ｍｍの長さであり、これが放電長となる。
キャップ部材６，７は銅製とし、インジウムによって外側管２および内側管３に接合・封着した。その条件は、不活性ガス雰囲気中で２００℃に加熱。キャップ部材７には、銅製の排気管８をロウ付け。
エキシマ分子を形成する放電用ガスとして、キセノンガスが８０ｋＰａ（６００Ｔｏｒｒ）封入されている。封入圧力は５３〜１０１ｋＰａ（４００〜７６０Ｔｏｒｒ）程度の範囲である。
【００１６】
このランプを高周波電源に接続し、６ｋＶ、１１０ｋＨｚで、ランプ入力６６０Ｗで点灯させた。ランプ点灯時は、冷却媒体として純水を内側管３に通流させ、ランプを冷却した。
この条件で、１０００ｈまでクラックの発生もなく、問題なく点灯させることができた。
【００１７】
以上説明したように、本発明のエキシマランプでは、紫外線を取り出す外側管を石英ガラス製とし、冷却媒体を流す内側管をセラミック製としたので、内側管に紫外線歪が生じることがなく、クラックの発生を防止できて、早期の不点灯が発生しない。
また、内側管の保護のために紫外線反射膜を形成するといった手間を省略することができる。
そして、外側管と内側管の接合に金属製あるいはセラミック製のキャップ部材を用いたので、その加工精度が良好となり、外側電極と内側電極の間の放電ギャップを精度よく製作することができる。
更に、キャップ部材を金属製とすることで、排気管の取り付けが容易になる。
【符号の説明】
【００１８】
１      エキシマランプ
２      外側管
３      内側管
４      外側電極
５      内側電極
６，７  キャップ部材
８      排気管
１０    低融点金属
Ｓ      放電空間
Ｗ      冷却媒体
【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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