JP2002203520A - 高輝度光照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】誘電体バリア放電ランプを支持する支持部材を
簡素化及び軽量化して、組立てや交換を容易にする高輝
度光照射装置を提供する。 【解決手段】誘電体バリア放電ランプ１と、光透過性外
側電極21および内側電極22とを有する高輝度光照射装置
において、誘電体バリア放電ランプ１の誘電体内管12に
挿通された誘電体内管12の内径より細い外径を有し、先
端部近傍に軸線に対して放射方向にあけられた孔37を有
する金属パイプ３と、誘電体バリア放電ランプ１の一端
部を封じるとともに金属パイプ３を先端部を封じて同心
状に保持する第１挟持部材４と、誘電体バリア放電ラン
プ１の他端部を保持するとともに金属パイプ３の後端部
を同心状に保持する第２挟持部材５とを設け、誘電体内
管12と金属パイプ３との隙間32、金属パイプ３の先端部
近傍にあけられた孔37、金属パイプ３の内部空間33より
なる冷却媒体の流通路を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高出力の紫外線
を放射する誘電体バリア放電ランプを用いた高輝度光照
射装置に関し、特に、支持部材を簡素化および軽量化し
て、組立てや交換を容易ならしめるように構成したもの
である。

【０００２】

【従来の技術】誘電体バリア放電ランプは、半導体製造
装置や液晶製造装置における紫外線硬化樹脂の硬化、排
気ガスの浄化、化合物の合成などの紫外線光源として各
種の分野に利用されている。

【０００３】従来の高輝度光照射装置は、図５に一方の
端部の断面を示すように、同心状に配置された石英ガラ
スやサファイヤで作った紫外線透過性誘電体外管11およ
び誘電体内管12と、両端の端壁13とによって囲まれ、希
ガス（アルゴン、クリプトン、クセノンなど）を充填し
た放電空間14を有する誘電体バリア放電ランプ１と、誘
電体外管11の表面に設けられた網状電極またはネサ膜な
どの光透過性外側電極21と、誘電体内管12の表面に設け
られたスパイラル状の内側電極22と、外側電極21と内側
電極22との間に交流電圧を印加する交流電源（図示せ
ず）とにより構成されており、誘電体管11、12の層を介
して放電空間14にプラズマ放電を行なわせて高輝度の紫
外線を発生させるものである。

【０００４】このような従来の誘電体バリア放電ランプ
１を用いた高輝度光照射装置においては、放電ランプ１
を冷却するために、誘電体内管12の中に冷却媒体（水、
空気）を循環させるように構成されている。

【０００５】そして、放電ランプ１に冷却手段を設ける
とともに、光透過性外側電極11および内側電極12を有す
る放電ランプ１を支持するために、支持部材９を具備し
ている。

【０００６】この支持部材９は、支持する放電ランプ１
より長い棒部材91と、この棒部材91の両端において立ち
上がり、棒部材91と平行な螺子孔93を有する２つの凸部
92と、これら２つの凸部92の螺子孔93に螺子込まれる押
付部材94と、押付部材94に挿通されて、冷却水を通過さ
せる貫通孔96およびフランジ97を有する摺動部材95とに
より構成されている。

【０００７】このような支持部材９によって放電ランプ
１を支持する際には、両側の凸部92の外側より押付部材
94を途中まで螺子込み、内側より押付部材94の貫通孔に
摺動部材95を挿通し、摺動部材95のフランジ97に設けた
シール用パッキング５を介して摺動部材95により放電ラ
ンプ１の両端部を挟む。

【０００８】そして、押付部材94をさらに螺子込んで、
フランジ97を介して摺動部材95を内側に押し出し、２つ
の摺動部材95の間隔を狭めることにより、放電ランプ１
を挟む強さを調整する。これら２つの摺動部材95の貫通
孔96を経て冷却水を循環させるために給・排水カプラ98
にホースを結合し、放電ランプ１の外側電極21および内
側電極22を交流電源に接続することにより組立を完了す
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】長い放電ランプ１を支
持する支持部材９は、動作中に変形してはならないの
で、機械的に堅固に構成されている。そのために、支持
部材９は大きくなって重くなる傾向があった。

【００１０】そして、このように大きくて重い支持部材
９によって支持された放電ランプ１を応用装置に取り付
ける際には、設計の自由度が制限され、また、放電ラン
プ１の寿命が尽きた際の交換に手数を要するという問題
があった。

【００１１】そこで、この発明の高輝度光照射装置は、
支持部材を簡素化および軽量化して、組立てや交換を容
易ならしめるために考えられたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の高輝度光照射
装置は、同心状に配置された光透過性誘電体外管および
誘電体内管と、両端の端壁とによって囲まれて、希ガス
を充填した放電空間を有する誘電体バリア放電ランプ
と、光透過性誘電体外管の表面に設けられた光透過性外
側電極および誘電体内管に設けられた内側電極と、外側
電極および内側電極に交流電圧を印加する交流電源とを
具備する高輝度光照射装置において、誘電体バリア放電
ランプの誘電体内管に挿通された誘電体内管の内径より
細い外径を有し、先端部近傍に軸線に対して放射方向に
あけられた孔を有する金属パイプと、誘電体バリア放電
ランプの一端部を封じるとともに金属パイプを先端部を
封じて同心状に保持する第１挟持部材と、誘電体バリア
放電ランプの他端部を保持するとともに金属パイプの後
端部を同心状に保持する第２挟持部材とを具備し、誘電
体内管と金属パイプとの隙間、金属パイプの先端部近傍
にあけられた孔、金属パイプの内部空間よりなる冷却媒
体の流通路を形成したものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】この発明の高輝度光照射装置は、
図１の断面図に示すように、同心状に配置された石英ガ
ラスなどの紫外線透過性誘電体外管11および誘電体内管
12と、両端の端壁13とによって囲まれ、希ガス（アルゴ
ン、クリプトン、クセノンなど）を充填した放電空間14
を有する誘電体バリア放電ランプ１と、この誘電体外管
11の外側表面に設けられた網状電極またはネサ膜などの
光透過性外側電極21と、誘電体内管12の内表面に設けら
れた内側電極22と、外側電極21と内側電極22との間に交
流電圧を印加する交流電源（図示せず）と、放電ランプ
支持部材とにより構成される。

【００１４】（第１の実施形態）第１の実施形態におけ
る放電ランプ１を支持する支持部材は、図１の縦断面図
に示すように、放電ランプ１の誘電体内管12の中に挿通
され、誘電体内管12の内径より細い外径を有する通電電
極を兼ねた金属パイプ３と、この金属パイプ３の先端を
封じるボルト31と、中心に貫通孔35を有し、金属パイプ
３の後端に結合される栓部材34と、放電ランプ１の一端
部を挟んで保持するとともに、ボルト31がねじ込まれる
螺子孔を有する第１挟持部材４と、放電ランプ１の他端
部を挟んで保持するとともに、金属パイプ３および栓部
材34が挿通され、栓部材34のフランジ36を受け止める窪
みを有する第２挟持部材５と、この第２挟持部材５に固
定されて、冷却媒体のカプラ61、62をねじ込む２つの螺
子孔63、64をあけた結合部材６とにより構成される。

【００１５】金属パイプ３の先端部の近傍には、冷却媒
体を循環させるために、軸線に対して放射方向に複数の
孔37があけられている。第１挟持部材４の放電ランプ１
の端壁13を挟む面には、リング状のシール用パッキング
41を装着する円形の溝42が形成されており、第２挟持部
材５の放電ランプ１の端壁13を挟む面には、リング状の
シール用パッキング51を装着する円形の窪み52が形成さ
れるとともにスリーブ53が嵌め込まれている。誘電体内
管12の内表面に設けられた内側電極22には、金属パイプ
３と電気的に接続するリード部23が形成されている。

【００１６】放電ランプ１の誘電体内管12と金属パイプ
３との隙間32、金属パイプ３の先端部の近傍にあけた複
数の孔37、金属パイプ３の内側の空間33、栓部材34の貫
通孔35を経て冷却媒体を循環させるために、第２挟持部
材５には、誘電体内管12と金属パイプ３との間の隙間32
とカプラ61をねじ込む螺子孔63との間に流通路54が形成
され、また、結合部材６には、栓部材34の貫通孔35とカ
プラ62をねじ込む螺子孔64との間に流通路66が形成され
ている。

【００１７】次に、金属パイプ３および挟持部材４、５
を用いて放電ランプ１の支持部材を組立る手順を説明す
る。

【００１８】(1) 図２(ａ)に示すように、非拘束状態に
おいて放電ランプ１の誘電体内管12の内径よりも直径が
大きいコイル・スプリングを細く拘束して誘電体内管12
の中に挿通し、拘束を解除すると、図２(ｂ)に示すよう
に、スプリング・バックにより誘電体内管12の内面に接
触した内側電極21を形成することができる。

【００１９】(2) 図３(ａ)に示すように、非拘束状態に
おいて放電ランプ１の紫外線透過性誘電体外管11の外径
よりも直径が小さいコイル・スプリングを太く拘束して
誘電体外管11の外側に嵌め込み、拘束を解除すると、図
３(ｂ)に示すように、スプリング・バックにより誘電体
外管11の表面に接触した外側電極21を形成することがで
きる。

【００２０】(3) 予め先端をボルト31で封じ、後端に栓
部材34を結合した金属パイプ３を第２挟持部材５に挿通
し、(4) この第２挟持部材５の円形の窪み52およびスリ
ーブ53の外側にシール用パッキング51を装着したのち、
(5) 金属パイプ３を放電ランプ１の誘電体内管12の中に
挿通する。

【００２１】(6) 放電ランプ１の先端部より突出したボ
ルト31を、円形の溝42にシール用パッキング41を装着し
た第１挟持部材４の螺子孔にねじ込むと、第１挟持部材
４と第２挟持部材５との間隔が狭くなって放電ランプ１
を挟持することができる。

【００２２】(7) 第２挟持部材５にパッキング67を介し
て結合部材６を接続する。(8) この結合部材６の２つの
螺子孔63、64にカプラ61、62をねじ込んで、両カプラ6
1、62に冷却媒体を循環させるホースを結合し、(9) 放
電ランプ１の外側電極21および金属パイプ３を交流電源
に接続することにより組立を完了する。

【００２３】一方のカプラ62から流入した冷却媒体は、
結合部材６の流通路66、栓部材34の貫通孔35、金属パイ
プ３の内部空間33、金属パイプ３の孔37を経て、金属パ
イプ３と誘電体内管12との隙間32に入り、この隙間32を
流れて誘電体内管12を冷却する。そして、第２挟持部材
５の流通路54を経て、他方のカプラ61より排出される。
なお、冷却媒体を反対方向に流しても同様の冷却効果を
得ることができる。

【００２４】誘電体内管12の中には金属パイプ３が存在
するので、金属パイプ３と誘電体内管12との隙間32の断
面積は狭くなって冷却媒体の流速が速くなり、冷却効率
を向上させることができる。

【００２５】なお、冷却媒体として冷却水を使用する場
合には、放電ランプ１の誘電体内管12の表面に内側電極
22を設けなくても、冷却水が導電性を有するので金属パ
イプ３に通電すればよいのである。

【００２６】（第２の実施の形態）第２の実施形態にお
ける高輝度光照射装置は、図４の断面図に示すように、
放電ランプ１を保護する紫外線透過性保護管15を取り付
けたものである。

【００２７】この紫外線透過性保護管15を取り付けるた
めに、第１挟持部材４と第２挟持部材５にパッキング7
5、76を嵌め込む円形の溝73、74を有する２つのリング7
1、72と、第１挟持部材４の外周面に形成された螺子
と、この螺子にねじ込むキャップ８とを具備している。

【００２８】次に、この紫外線透過性保護管15を取り付
ける手順を説明する。

【００２９】(1) 第１の実施形態により組み立てられた
高輝度光照射装置の第２挟持部材５に対して、円形の溝
74にパッキング76を装着した第２リング72を嵌め込み、
(2) 紫外線透過性保護管15を嵌め込み、(3) 第１挟持部
材４に対して、円形の溝73にパッキング75を装着した第
１リング71を嵌め込んだのち、(4) 第１挟持部材４の外
周面に形成された螺子にキャップ８をねじ込むと、(5)
パッキング75、76を介して２つのリング71、72の間に、
紫外線透過性保護管15を放電ランプ１と同心状に保持す
ることができる。

【００３０】紫外線透過性保護管15と放電ランプ１との
間の空間には、紫外線を吸収しないガス、例えば窒素ガ
スてを充填または循環させる。

【００３１】（その他の実施形態）第１の実施形態にお
ける誘電体バリア放電ランプ１は、図１の断面図に示す
ように、同心状に配置された石英ガラスなどの紫外線透
過性誘電体外管11および誘電体内管12と、両端の端壁13
とによって囲まれ、希ガスを充填した放電空間14を有し
ており、誘電体外管11と誘電体内管12が同じ材質の石英
管で作られている。

【００３２】第２の実施形態の誘電体バリア放電ランプ
においては、誘電体外管11に、波長200ｎｍ以下の紫外
線を透過させる石英管を使用し、誘電体内管12に、波長
200ｎｍ以下の紫外線を遮断する石英管を使用する。

【００３３】このように、誘電体内管12に、波長200ｎ
ｍ以下の紫外線を遮断する石英管を使用すると、冷却媒
体として空気を循環させても、オゾンを発生させないの
で、誘電体内管12の内面に設けた内側電極22を酸化させ
ることはないのである。また、波長200ｎｍ以下の紫外
線を透過させない石英管は廉価であるから、コストを低
減することができる。

【００３４】また、誘電体バリア放電ランプ１の誘電体
外管11の外側表面に設けられた外側電極21および誘電体
内管12の内表面に設けられた内側電極22として、温度上
昇により外側電極21の直径が縮小し、内側電極22の直径
が拡大するバイメタルを使用すると、温度が変化しても
外側電極21および内側電極22を常に管壁に密着させるこ
とができる。

【００３５】

【発明の効果】以上の実施の形態に基づく説明から明ら
かなように、この発明の高輝度光照射装置によると、誘
電体バリア放電ランプを冷却しながら支持する支持部材
の部品点数が少なくて、支持部材を簡素化および軽量化
でき、組立てや交換が極めて容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の高輝度光照射装置の第１の実施形態
を示す断面図、

【図２】図１に示す誘電体バリア放電ランプの誘電体内
管に内側電極を取り付ける手順を示す図、

【図３】図１に示す誘電体バリア放電ランプの誘電体外
管に外側電極を取り付ける手順を示す図、

【図４】この発明の高輝度光照射装置の第２の実施形態
を示す端部の断面図、

【図５】従来の誘電体バリア放電ランプを支持部材で支
持した状態の一例を示す端部の断面図である。

【符号の説明】

１ 誘電体バリア放電ランプ ３ 金属パイプ ４ 第１挟持部材 ５ 第２挟持部材 ６ 結合部材 ８ キャップ 11 紫外線透過性誘電体外管 12 誘電体内管 13 端壁 14 放電空間 15 紫外線透過性保護管 21 光透過性外側電極 22 内側電極 31 ボルト 32 隙間 33 内部空間 34 栓部材 35 貫通孔 37 孔 41、51 シール用パッキング 71、72 リング 73、74 円形の溝 75、76 パッキング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 紀雄 長野県茅野市玉川古御堂4896番地 株式会 社オーク製作所内 (72)発明者 見代 修一 長野県茅野市玉川古御堂4896番地 株式会 社オーク製作所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同心状に配置された光透過性誘電体外管
   および誘電体内管と、両端の端壁とによって囲まれて、
   希ガスを充填した放電空間を有する誘電体バリア放電ラ
   ンプと、上記光透過性誘電体外管の表面に設けられた光
   透過性外側電極および誘電体内管に設けられた内側電極
   と、上記外側電極および内側電極に交流電圧を印加する
   交流電源とを具備する高輝度光照射装置において、 上記誘電体バリア放電ランプの誘電体内管に挿通された
   誘電体内管の内径より細い外径を有し、先端部近傍に軸
   線に対して放射方向にあけられた孔を有する金属パイプ
   と、 上記誘電体バリア放電ランプの一端部を封じるとともに
   上記金属パイプを先端部を封じて同心状に保持する第１
   挟持部材と、 上記誘電体バリア放電ランプの他端部を保持するととも
   に上記金属パイプの後端部を同心状に保持する第２挟持
   部材とを具備し、 上記誘電体内管と上記金属パイプとの隙間、上記金属パ
   イプの先端部近傍にあけられた孔、上記金属パイプの内
   部空間よりなる冷却媒体の流通路を形成したことを特徴
   とする高輝度光照射装置。
2. 【請求項２】 誘電体バリア放電ランプの誘電体内管に
   ２００ｎｍ以下の紫外線を減衰させる誘電体を使用する
   ことを特徴とする請求項１に記載の高輝度光照射装置。
3. 【請求項３】 第１挟持部材および第２挟持部材によっ
   て同心状に保持された紫外線透過性保護管を具備するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の高輝度光照射装置。
4. 【請求項４】 内側電極および外側電極に温度上昇によ
   り変形するバイメタルを用いて、外側電極および内側電
   極を常に管壁に密着させることを特徴とする請求項１に
   記載の高輝度光照射装置。