JP2004311107A - エキシマランプ - Google Patents
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Abstract
【課題】二重管構造の長尺のエキシマランプにおいて、側壁部に応力が発生する２つの原因のうち、第１の原因により発生する応力、すなわち、内側管と外側管の熱膨張の差により発生する応力を緩和し、２つの原因により発生する応力の和が側壁部を破損する一定値に達するまでの時間を延ばすことにより、使用寿命の長いランプを提供する。
【解決手段】誘電体からなる外側管と内側管を同軸上に配置して、該外側管と該内側管の両端に形成された側壁部を有する放電容器と、該放電容器内に形成された放電空間内に充填された放電用ガスと、少なくとも一方が放電空間外へ配置され前記放電空間を挟んで対向する一対の電極からなり、前記放電容器は、前記両端に形成された側壁部における外側管の内径２ａと内側管の外径２ｂの比の値ｂ／ａが、発光部における外側管の内径２ｃと内側管の外径２ｄの比の値ｄ／ｃよりも小さくなるように形成されたことを特徴とする。
【選択図】 図６
【解決手段】誘電体からなる外側管と内側管を同軸上に配置して、該外側管と該内側管の両端に形成された側壁部を有する放電容器と、該放電容器内に形成された放電空間内に充填された放電用ガスと、少なくとも一方が放電空間外へ配置され前記放電空間を挟んで対向する一対の電極からなり、前記放電容器は、前記両端に形成された側壁部における外側管の内径２ａと内側管の外径２ｂの比の値ｂ／ａが、発光部における外側管の内径２ｃと内側管の外径２ｄの比の値ｄ／ｃよりも小さくなるように形成されたことを特徴とする。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光化学反応用の紫外線光源として利用される放電ランプの一種であって、特に外側管と内側管が同軸上に配置されて二重管構造を有するエキシマランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来のエキシマランプ１０を管軸方向に切断した断面図を示す。エキシマランプ１０は、誘電体からなる外側管１１と内側管１２が同軸上に配置された二重管構造の放電容器１３を構成し、外側管１１の端部と内側管１２の端部は溶着されることによって側壁部１４が形成されている。この放電容器内の空間１５には放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。外側管１１の外側には第１の電極１７が設けられ、内側管１２の内側には第２の電極１８設けられている。第１の電極１７と第２の電極１８の間には高周波高電圧が印加されることにより、放電空間１６内（発光部）にはエキシマ分子が形成され、キセノンエキシマ光が放射される。
【０００３】
エキシマランプは、単一の波長の真空紫外光を強く放射する特長を有しており、放電用ガスとして、例えば、キセノンガスを用いたエキシマランプにおいては、波長１７２ｎｍの真空紫外光が放射されることが知られている。また、クリプトンと塩素の混合ガスの場合、波長２２２ｎｍの紫外光を放射する。放電容器内の放電用ガスを変えることで、種々の波長の光を放射することができる。例えば、キセノンエキシマランプを搭載した光照射装置は、主として液晶パネル表示素子のパネル基板表面に付着した有機物の分解除去やパネル基板の表面改質等に用いられている。
【０００４】
近年液晶パネル表示素子の基板が大面積化していることに伴って、全長が、例えば、８００ｍｍを超えるような長尺のランプが求められている。このような長尺のエキシマランプは、ランプ点灯時において、放電ガス、あるいは放電容器の温度が上昇することによって発光効率が低下することを防止するために、通常は放電ガス、あるいは放電容器を冷却するための手段がランプに備えられている。具体的な冷却手段としては、例えば、特許２７８３７１２号に開示されているように、アルミニウムからなるブロックにエキシマランプの外側管の外周部に適合するように設けられた溝にエキシマランプを装填し、ブロックに冷却媒体を流通させることによって放電用ガス、あるいは放電容器を冷却する手段が知られている。その他にも、例えば、特許２５２８２４４号に開示されているように、内側管の内部に冷却媒体を流通させることにより、放電用ガス、あるいは、放電容器を冷却する手段がある。
【０００５】
しかしながら、ブロックによる冷却手段によると、ランプの外側管側では熱がブロックに伝達されやすいが、内側管側では熱がブロックに伝達されにくいので、外側管と内側管の温度差が生じる。また、ランプの内側管の内部に冷却媒体を流通させる手段によると、内側管側では熱が冷却媒体に伝達されやすいが、外側管側では熱が冷却媒体に伝達されにくいので、外側管と内側管の温度差が生じる。このような温度差が生じると、外側管と内側管の各々が熱膨張することによって伸びる長さが異なるので、側壁部を変形させようとする力が生じ、側壁部に応力が発生する。具体的に説明すると、内側管の温度が外側管よりも高い場合においては、熱膨張によって伸びる長さは内側管の方が長くなる。これにより、側壁部には、内側管に押される力と、外側管に引っ張られる力が生じるので、側壁部を変形させようとする力が生じる、と考えられる。
【０００６】
ここで、ランプを長時間点灯させた際に側壁部に応力が発生する原因は２つあると考えられる。第１の原因は前述のように外側管と内側管の温度差に起因するものであり、第２の原因は、ランプの点灯時間に比例して蓄積される紫外線歪によるものである。そして、２つの原因によって発生する応力の和がある一定値に達すると、エキシマランプの側壁部が破損してしまうと考えられる。
したがって、前述のような冷却手段を有するランプは、冷却手段を有しないランプよりも点灯時における外側管と内側管の温度差が大きいため、第１の原因によって発生する応力が増大する。そのため、ランプを、例えば、７００〜９００時間程度点灯させると、２つの原因によって発生する応力の和が一定値に達し、ランプの側壁部が破損してしまうため所望の使用寿命が得られない、という問題がある。特に、全長が８００ｍｍを超えるような長尺のランプにおいては、このような問題が頻繁に発生することが判明した。
【０００７】
さらに、近年では光処理速度の向上も求められており、ランプへの入力電力を増大させることにより、長尺ランプを高出力化させている。これにより、高出力な長尺ランプは、外側管と内側管の温度差がさらに増大することにより、前述の第１の原因によって発生する応力がさらに増大するため、使用寿命が一層短くなると考えられる。
【０００８】
【特許文献１】
特許２７８３７１２号
【特許文献２】
特許２５２８２４４号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、二重管構造をとる長尺のエキシマランプにおいて、側壁部に応力が発生する２つの原因のうち、第１の原因によって発生する応力、すなわち、内側管と外側管の熱膨張の差によって発生する応力を緩和し、２つの原因によって発生する応力の和が側壁部を破損する一定値に達するまでの時間を延ばすことにより、使用寿命の長いランプを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明のエキシマランプは、誘電体からなる外側管と内側管を同軸上に配置して、該外側管と該内側管の両端に形成された側壁部を有する放電容器と、該放電容器内に形成された放電空間内に充填された放電用ガスと、少なくとも一方が放電空間外へ配置され前記放電空間を挟んで対向する一対の電極からなり、前記放電容器は、前記両端に形成された側壁部における外側管の内径２ａと内側管の外径２ｂの比の値ｂ／ａが、発光部における外側管の内径２ｃと内側管の外径２ｄの比の値ｄ／ｃよりも小さくなるように形成されたことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
前述のような２つの原因によってランプの側壁部に生じる応力が一定値に達すると側壁部が破損する。本発明者は、この２つの原因によって発生する応力のうち、第１の原因によって発生する応力、すなわち、外側管と内側管に温度差が生じることに起因して発生する応力を緩和させる手段を見出したのである。
この手段は、側壁部における外側管の内径２ａと内側管の外径２ｂの比の値ｂ／ａを、発光部における外側管の内径２ｃと内側管の外径２ｄの比の値ｄ／ｃよりも小さくするというものである。これにより、第１の原因によって発生する応力を緩和することができる理由については後述する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
前述のようにすると第１の原因によって発生する応力を緩和することができる理由について、以下の００１３〜００１７にて説明する。
【００１３】
図１は、外周が固定され、内周に円柱状の固定片が設けられた円輪板において、この固定片に垂直方向に荷重をかけたことを示す図である。ここで、機械工学便覧Ａ４版５６頁（機械工学学会発行）によると、円輪板１００の固定された部分における径を２ａＣ、内周に設けられた固定片２００へかける荷重をＰＣ、たわみ係数をαＣ、縦弾性係数をＥ、円輪板の肉厚をｈＣとすると、円輪板のたわみ量ωＣは、
ωＣ＝（αＣ×ＰＣ×ａＣ ２）／（Ｅ×ｈＣ ３）・・・（式１）
と表される。
また、応力係数をβＣとすると、円輪板の内周に生じる応力σＣは、
σＣ＝βＣ×ＰＣ／ｈＣ ２・・・（式２）
と表される。式１を式２に代入すると、
σＣ＝βＣ×ωＣ×Ｅ×ｈＣ／（αＣ×ａＣ ２）・・・（式３）
と表される。
図２は、円輪板の内周に設けられた固定片の径を２ｂＣとしたときに、たわみ係数αＣとｂＣ／ａＣの関係を示す図である。
図３は、応力係数βＣとｂＣ／ａＣの関係を示す図である。
【００１４】
図４は、エキシマランプの端部近傍を示す図である。図４（ａ）は側面から見た図であり、図４（ｂ）は正面から見た図である。図４（ａ）に示されるようにエキシマランプの側壁部は略円輪板形状である。また、図４（ｂ）から、円輪板状の側壁部の外周は外側管に固定され、内周は内側管に固定されている。ランプを点灯させると内側管と外側管の各々が熱膨張し、温度差によって軸方向に伸びる長さが異なることで、前述の側壁部を変形させようとする力が生じ、側壁部の内周近傍に応力が発生すると考えられる。したがって、エキシマランプの側壁部の内周近傍に発生する応力は、相対的には図１に示されるような外周が固定され、内周に固定片が設けられた円輪板に生じる応力に近似していると考えることができる。
【００１５】
側壁部における外側管の内径を２ａ、側壁部における内側管の外径を２ｂ、前述の側壁部を変形させようとする力をＰ、側壁部の肉厚をｈとし、これらはそれぞれ、円輪板の固定された部分における径２ａＣ、円輪板の内周に設けられた固定片の径２ｂＣ、内周に設けられた固定片にかける荷重ＰＣ、円輪板の肉厚ｈＣに相当する。たわみ係数をα、応力係数をβとするとこれらの値は、それぞれ、図２、図３によって求めることができる。
ここで、エキシマランプの一方の側壁部におけるたわみ量ωは、内側管の温度をＴ１、外側管の温度をＴ２、線膨張係数をρ、ランプの全長をＬとすると、
ω＝１／２（│Ｔ１−Ｔ２│）×ρ×Ｌ・・・（式４）
と表すことができる。
したがって、側壁部の内周近傍に生じる応力をσとすると、式４を式３へ代入することにより、側壁部の内周近傍に生じる応力σは、
σ＝β×Ｅ×ｈ×（│Ｔ１−Ｔ２│）×ρ×Ｌ／２×α×ａ２・・・（式５）
と近似することができる。
【００１６】
以下の数値例を有する図１２に示されるような従来構造のエキシマランプをアルミニウム製の冷却ブロックに取り付けた場合において、内側管の温度Ｔ１および外側管の温度Ｔ２を以下の温度測定条件にて測定した結果、内側管の温度Ｔ１は４２５℃、外側管の温度Ｔ２は３２５℃であった。
＜従来のエキシマランプ＞
側壁部における外側管の内径２ａ：３３ｍｍ
側壁部における内側管の外径２ｂ：１６ｍｍ
発光部における外側管の内径２ｃ：３３ｍｍ
発光部における内側管の外径２ｄ：１６ｍｍ
温度測定場所における外側管の内径：３３ｍｍ
温度測定場所における内側管の外径：１６ｍｍ
全長Ｌ：１０００ｍｍ
側壁部の厚みｈ：１ｍｍ
＜温度測定条件＞
入力電力：８００Ｗ
冷却水の流量：３Ｌ／ｍｉｎ
温度測定場所：側壁部から３００ｍｍ内側の位置
【００１７】
図５は、ｂ／ａ値を横軸とし、応力σ値を縦軸としたグラフを示す。
図中●で示されるデータは、以下に示されるランプについて式５から計算によって求めた応力σの値を、前述の従来のエキシマランプに生じる応力を１とした場合の相対値にて示す。尚、温度測定場所における外側管の内径および内側管の外径は上記エキシマランプと同じであるので、内側管の温度Ｔ１および外側管の温度Ｔ２の値は、上記の値を用いた。
＜外側管の内径を変えた場合のエキシマランプ＞
側壁部における外側管の内径２ａ：２５〜５３ｍｍ
側壁部における内側管の外径２ｂ：１６ｍｍ
発光部における外側管の内径２ｃ：３３ｍｍ
発光部における内側管の外径２ｄ：１６ｍｍ
温度測定場所における外側管の内径：３３ｍｍ
温度測定場所における内側管の外径：１６ｍｍ
全長Ｌ：１０００ｍｍ
側壁部の厚みｈ：１ｍｍ
図中○で示されるデータは、以下に示されるランプについて式５から計算によって求めた応力σの値を、●で示されるデータと同様に相対値にて示す。尚、内側管の温度Ｔ１および外側管の温度Ｔ２は、上記の値を用いた。
＜内側管の外径を変えた場合のエキシマランプ＞
側壁部における外側管の内径２ａ：３３ｍｍ
側壁部における内側管の外径２ｂ：８〜２０ｍｍ
発光部における外側管の内径２ｃ：３３ｍｍ
発光部における内側管の外径２ｄ：１６ｍｍ
温度測定場所における外側管の内径：３３ｍｍ
温度測定場所における内側管の外径：１６ｍｍ
全長Ｌ：１０００ｍｍ
側壁部の厚みｈ：１ｍｍ
図５において、前述の従来のランプのｂ／ａ（＝ｄ／ｃ）値は概ね０．４８である。すなわち、本発明ではｂ／ａ値が０．４８よりも小さくなるようにランプを構成すれば応力σを小さくすることができる。
さらに、ｂ／ａは、
ｂ／ａ＜１／α×ｄ／ｃ・・・（式６）
の関係式において、α＞１．０５、さらに望ましくはα＞１．１の場合に、より効果を発揮することができる。尚、αの上限値は概ね３程度であり、この値を超えると、放電容器を製作しにくい、第２の電極を組み立てにくい、ランプ外径が大きくなりすぎて装置に搭載したときのワークとの距離が遠くなり照度が低下する、などの別の問題が生じる。
【００１８】
図６は、本発明のエキシマランプ２０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
誘電体からなる外側管２１と内側管２２が同軸上に配置されて二重管構造の放電容器２３を構成し、外側管２１は、円筒管２１Ａと、この円筒管２１Ａから軸方向に延びるにつれて径が連続的に増加するテーパー管２１Ｂからなる。外側管２１の端部と内側管２２の端部は溶着されることによって側壁部２４が形成される。この放電容器２３内の空間２５には、例えば、キセノンガスが封入されている。第１の電極２７および第２の電極２８は、放電容器２３のうちテーパー管２１Ｂの内側に相当する空間に放電が形成されないようにするため、例えば両方の側壁部２４から、５０ｍｍ離れて配置される。このうち、第１の電極と第２の電極がともに配置されたところが放電空間、すなわち、発光部２６である。
【００１９】
ここで、前述のようにテーパー管２１Ｂに第１の電極２７および第２の電極２８を配置しない理由を説明する。通常、発光部２６は、発光効率が最適になるように放電ギャップＧ、すなわち外側管２１Ａと内側管２２との間隔を決めている。テーパー管２１Ｂ内の空間に放電が形成されるように電極を配置しランプを点灯させると、テーパー管２１Ｂ内の空間は円筒管２１Ａ内の空間よりも放電距離が長いので、最適条件からずれて発光効率は低くなる。すなわち、管軸方向において均一な照度分布を得ることができない。また、条件によっては、特許２５２８２４４号に記載されているように、消費電力を増大させ均一な照度分布を得ることができるが、局部的に電力を増すとその部分の放電容器にダメージを与え、透過率低下や紫外線歪みが増加することによって使用寿命が短くなる。
【００２０】
このようなエキシマランプ２０の具体的な数値例を以下に示す。
＜エキシマランプ２０＞
側壁部における外側管２１の内径２ａ：３７ｍｍ
側壁部における内側管２２の外径２ｂ：１６ｍｍ
発光部における外側管２１の内径２ｃ：３３ｍｍ
発光部における内側管２２の外径２ｄ：１６ｍｍ
外側管２１の全長Ｌ２１：１０００ｍｍ（円筒管２１Ａの全長Ｌ２１Ａ：９００ｍｍ、テーパー管２１Ｂの全長Ｌ２１Ｂ：５０ｍｍ）
内側管２２の全長Ｌ２２：１０００ｍｍ
側壁部２４の肉厚ｈ２４：１ｍｍ
キセノンガスの封入量：４０ｋＰａ
【００２１】
図６に示す構造のエキシマランプ２０を３本作製し、従来のエキシマランプ１０と同様の点灯条件と冷却条件にて点灯試験を行ったところ、３本全てが１１００〜１５００時間で破損するまで連続点灯させることができ、従来のエキシマランプ１０よりも使用寿命を延ばすことができた。
【００２２】
図７は、本発明の他の実施例であるエキシマランプ３０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
誘電体からなる外側管３１と内側管３２が同軸上に配置されて二重管構造の放電容器３３を構成し、外側管３１は、一方の円筒管３１Ａの両端に、この円筒管３１Ａよりも径の大きい他方の円筒管３１Ｂを、例えば、溶接によって繋ぎ合わせて形成される。その他の構成についてはエキシマランプ２０と同様であるので、説明は省略する。
このような構造によってもエキシマランプ２０と同様の寿命延長効果を得ることができると考えられる。
【００２３】
図８は、本発明の他の実施例であるエキシマランプ４０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
誘電体からなる外側管４１と内側管４２が同軸上に配置されて二重管構造の放電容器４３を構成し、内側管４２は、円筒管４２Ａと、円筒管４２Ａから軸方向に延びるにつれて径が連続的に縮小するテーパー管４２Ｂからなる。外側管４１の端部と内側管４２の端部は溶着されることによって側壁部４４が形成される。放電容器内の空間４５には、放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。尚、前述の理由により、第１の電極４７および第２の電極４８は、エキシマランプ２０と同様に両方の側壁部４４から５０ｍｍ離れて配置される。このうち、第１の電極と第２の電極がともに配置されたところが放電空間、すなわち、発光部４６である。
このようなエキシマランプ４０の数値例を以下に示す。
＜エキシマランプ４０＞
側壁部における外側管４１の内径２ａ：３３ｍｍ
側壁部における内側管４２の外径２ｂ：１２ｍｍ
発光部における外側管４１の内径２ｃ：３３ｍｍ
発光部における内側管４２の外径２ｄ：１６ｍｍ
外側管４１の全長Ｌ４１：１０００ｍｍ
内側管４２の全長Ｌ４２：１０００ｍｍ（円筒管４２Ａの全長Ｌ４２Ａ：９００ｍｍ、テーパー管４２Ｂの全長Ｌ４２Ｂ：５０ｍｍ）
側壁部４４の肉厚ｈ４４：１ｍｍ
キセノンガスの封入量：４０ｋＰａ
このようなエキシマランプ４０を３本作製し、従来のエキシマランプ１０と同様の点灯条件と冷却条件にて点灯試験を行ったところ、３本全てが１１００〜１２００時間で破損するまで連続点灯させることができ、従来のエキシマランプ１０よりも使用寿命を延ばすことができた。
【００２４】
図９は、本発明の他の実施例であるエキシマランプ５０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
誘電体からなる外側管５１と内側管５２が同軸上に配置されて二重管構造の放電容器５３を構成し、内側管５２は、一方の円筒管５２Ａの両端に、この円筒管５２Ａよりも径の小さい他方の円筒管５２Ｂを、例えば、溶接によってつなぎ合わせることによって形成される。その他の構成についてはエキシマランプ４０と同様であるので、説明は省略する。
このような構造によってもエキシマランプ４０と同様の寿命延長効果を得ることができる。
【００２５】
図１０は、本発明の他の実施例であるエキシマランプ６０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
誘電体からなる外側管６１と内側管６２が同軸上に配置されて二重管構造の放電容器６３を構成し、外側管６１は、円筒管６１Ａと、この円筒管６１Ａから軸方向に延びるにつれて径が連続的に増大するテーパー管６１Ｂからなる。内側管６２は、円筒管６２Ａと、この円筒管６２Ａから軸方向に延びるにつれて径が連続的に縮小するテーパー管６２Ｂからなる。外側管６１の端部と内側管６２の端部は、溶着されることによって側壁部６４が形成される。放電容器６３内の空間６５には、放電用ガスとして、例えば、キセノンが封入されている。尚、前述の理由により、第１の電極６７および他方の電極６８は、エキシマランプ２０と同様に両方の側壁部６４から５０ｍｍ離れて配置される。このうち、第１の電極と第２の電極がともに配置されたところに相当する部分が放電空間、すなわち、発光部６６である。
＜エキシマランプ６０＞
側壁部における外側管６１の内径２ａ：３７ｍｍ
側壁部における内側管６２の外径２ｂ：１２ｍｍ
発光部における外側管６１の内径２ｃ：３３ｍｍ
発光部における内側管６２の外径２ｄ：１６ｍｍ
外側管６１の全長Ｌ６１：１０００ｍｍ（円筒管６１Ａの全長Ｌ６１Ａ：９００ｍｍ、テーパー管６１Ｂの全長Ｌ６１Ｂ：５０ｍｍ）
内側管６２の全長Ｌ６２：１０００ｍｍ（円筒管６２Ａの全長Ｌ６２Ａ：９００ｍｍ、テーパー管６２Ｂの全長Ｌ６２Ｂ：５０ｍｍ）
側壁部６４の肉厚ｈ６４：１ｍｍ
キセノンガスの封入量：４０ｋＰａ
このようなエキシマランプ６０を３本作製し、従来のエキシマランプ１０と同様の点灯条件と冷却条件にて点灯試験を行ったところ、３本全てが１５００〜１８００時間で破損するまで連続点灯させることができ、従来のエキシマランプ１０よりも使用寿命を延ばすことができた。
【００２６】
図１１は、本発明の他の実施例であるエキシマランプ７０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
誘電体からなる外側管７１と内側管７２が同軸上に配置されて二重管構造の放電容器７３を構成し、外側管７１は、一方の円筒管７１Ａの両端に、この円筒管７１Ａよりも径の大きい他方の円筒管７１Ｂを、例えば、溶接によってつなぎ合わせることによって形成される。内側管７２は、一方の円筒管７２Ａの両端に、この円筒管７２Ａよりも径の小さい他方の円筒管７２Ｂを、例えば、溶接によってつなぎ合わせることによって形成される。その他の構造についてはエキシマランプ６０と同様であるので、説明は省略する。
このような構造によってもエキシマランプ６０と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
尚、前述の実施例のエキシマランプにおいては、第１の電極および第２の電極が両方の側壁部から５０ｍｍ離れて配置されているが、必ずしも５０ｍｍである必要はなく、１０〜１００ｍｍ程度の範囲でランプ全長の制約や製造上の観点から適宜決めることができる。
また、放電容器は、外側管と内側管の各々の両端部を溶着して側壁部を形成するものに限らず、例えば、側壁部となるべき円環状部材を外側管と内側管の各々の両端部に溶着することによって形成しても良い。
【００２８】
尚、本発明の構造は、全長が８００ｍｍ以上の長尺のエキシマランプに採用することがより好ましく、その理由を以下に説明する。前記式５によると、側壁部にかかる第１の原因による応力σとランプの全長Ｌは比例関係にあるので、Ｌが小さいと応力σも小さくなる。短いランプでは、側壁部にかかる第１の原因による応力が小さいので本発明の構造を採用しなくても、前述の２つの応力の和が側壁部を破壊する一定値に達するには相当な時間がかかるため、所望のランプ寿命が得られる。さらに使用寿命を延ばす場合には、本発明の構造をとればよい。しかしながら、８００ｍｍを超えるような長いランプでは、側壁部にかかる第１の原因による応力が大きくなるので、前述の２つの原因による応力の和が側壁部を破壊する一定値に短時間で達するため、所望のランプ寿命を得ることができない。したがって、本発明の構造を採用すれば８００ｍｍを超えるような長尺のランプであっても、所望のランプ寿命を得ることができる。
【００２９】
また、希ガス−ハロゲンエキシマランプに本発明の構造を採用すると、使用寿命を延ばすことが可能であり、その理由を以下に説明する。放電容器内に、例えば、塩素などのハロゲンガスを混合させた希ガス−ハロゲンエキシマランプにおいて、長時間点灯させると封入されたハロゲンの減少に起因して出力が低下することが、特開平１０−５１０８１に記載されている。本発明の構造を採用した希ガス−ハロゲンエキシマランプは、ハロゲンガスのリザーバーとして機能する発光部以外の空間の容積が増えるため、このような問題を良好に解決することができ、使用寿命を長くすることが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のエキシマランプによれば、第１の原因による応力、すなわち、ランプ点灯時に外側管と内側管に温度差が生じることに起因して側壁部に発生する応力を緩和することにより、２つの原因によって発生する応力の和が側壁部を破損する一定値に達するまでの時間を延ばすことができるので、使用寿命の長い長尺ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】外周が固定され内周に円柱状の固定片２００が設けられた円輪板１００において、固定片に垂直方向に荷重をかけたことを示す図である。
【図２】たわみ係数αＣとｂＣ／ａＣの関係を示す図である。
【図３】応力係数βＣとｂＣ／ａＣの関係を示す図である。
【図４】エキシマランプの端部近傍を示す図である。
【図５】応力σとｂ／ａの関係を示す図である。
【図６】本発明のエキシマランプ２０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
【図７】本発明のエキシマランプ３０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
【図８】本発明のエキシマランプ４０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
【図９】本発明のエキシマランプ５０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
【図１０】本発明のエキシマランプ６０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
【図１１】本発明のエキシマランプ７０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
【図１２】従来のエキシマランプ１０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
【符号の説明】
１０ エキシマランプ
１１ 外側管
１２ 内側管
１３ 放電容器
１４ 側壁部
１５ 空間
１６ 放電空間（発光部）
１７ 第１の電極
１８ 第２の電極
２０ エキシマランプ
２１ 外側管
２１Ａ 円筒管
２１Ｂ テーパー管
２２ 内側管
２３ 放電容器
２４ 側壁部
２５ 空間
２６ 放電空間（発光部）
２７ 第１の電極
２８ 第２の電極
３０ エキシマランプ
３１ 外側管
３１Ａ 円筒管
３１Ｂ 円筒管
３２ 内側管
３３ 放電容器
４０ エキシマランプ
４１ 外側管
４２ 内側管
４２Ａ 円筒管
４２Ｂ テーパー管
４３ 放電容器
４４ 側壁部
４５ 空間
４６ 放電空間（発光部）
４７ 第１の電極
４８ 第２の電極
５０ エキシマランプ
５１ 外側管
５２ 内側管
５２Ａ 円筒管
５２Ｂ 円筒管
５３ 放電容器
６０ エキシマランプ
６１ 外側管
６１Ａ 円筒管
６１Ｂ テーパー管
６２ 内側管
６２Ａ 円筒管
６２Ｂ テーパー管
６３ 放電容器
６４ 側壁部
６５ 空間
６６ 放電空間（発光部）
６７ 第１の電極
６８ 第２の電極
７０ エキシマランプ
７１ 外側管
７１Ａ 円筒管
７１Ｂ 円筒管
７２ 内側管
７２Ａ 円筒管
７２Ｂ 円筒管
７３ 放電容器
１００ 円輪板
２００ 固定片
２ａ 側壁部における外側管の内径
２ｂ 側壁部における内側管の外径
２ｃ 発光部における外側管の内径
２ｄ 発光部における内側管の外径
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光化学反応用の紫外線光源として利用される放電ランプの一種であって、特に外側管と内側管が同軸上に配置されて二重管構造を有するエキシマランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来のエキシマランプ１０を管軸方向に切断した断面図を示す。エキシマランプ１０は、誘電体からなる外側管１１と内側管１２が同軸上に配置された二重管構造の放電容器１３を構成し、外側管１１の端部と内側管１２の端部は溶着されることによって側壁部１４が形成されている。この放電容器内の空間１５には放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。外側管１１の外側には第１の電極１７が設けられ、内側管１２の内側には第２の電極１８設けられている。第１の電極１７と第２の電極１８の間には高周波高電圧が印加されることにより、放電空間１６内（発光部）にはエキシマ分子が形成され、キセノンエキシマ光が放射される。
【０００３】
エキシマランプは、単一の波長の真空紫外光を強く放射する特長を有しており、放電用ガスとして、例えば、キセノンガスを用いたエキシマランプにおいては、波長１７２ｎｍの真空紫外光が放射されることが知られている。また、クリプトンと塩素の混合ガスの場合、波長２２２ｎｍの紫外光を放射する。放電容器内の放電用ガスを変えることで、種々の波長の光を放射することができる。例えば、キセノンエキシマランプを搭載した光照射装置は、主として液晶パネル表示素子のパネル基板表面に付着した有機物の分解除去やパネル基板の表面改質等に用いられている。
【０００４】
近年液晶パネル表示素子の基板が大面積化していることに伴って、全長が、例えば、８００ｍｍを超えるような長尺のランプが求められている。このような長尺のエキシマランプは、ランプ点灯時において、放電ガス、あるいは放電容器の温度が上昇することによって発光効率が低下することを防止するために、通常は放電ガス、あるいは放電容器を冷却するための手段がランプに備えられている。具体的な冷却手段としては、例えば、特許２７８３７１２号に開示されているように、アルミニウムからなるブロックにエキシマランプの外側管の外周部に適合するように設けられた溝にエキシマランプを装填し、ブロックに冷却媒体を流通させることによって放電用ガス、あるいは放電容器を冷却する手段が知られている。その他にも、例えば、特許２５２８２４４号に開示されているように、内側管の内部に冷却媒体を流通させることにより、放電用ガス、あるいは、放電容器を冷却する手段がある。
【０００５】
しかしながら、ブロックによる冷却手段によると、ランプの外側管側では熱がブロックに伝達されやすいが、内側管側では熱がブロックに伝達されにくいので、外側管と内側管の温度差が生じる。また、ランプの内側管の内部に冷却媒体を流通させる手段によると、内側管側では熱が冷却媒体に伝達されやすいが、外側管側では熱が冷却媒体に伝達されにくいので、外側管と内側管の温度差が生じる。このような温度差が生じると、外側管と内側管の各々が熱膨張することによって伸びる長さが異なるので、側壁部を変形させようとする力が生じ、側壁部に応力が発生する。具体的に説明すると、内側管の温度が外側管よりも高い場合においては、熱膨張によって伸びる長さは内側管の方が長くなる。これにより、側壁部には、内側管に押される力と、外側管に引っ張られる力が生じるので、側壁部を変形させようとする力が生じる、と考えられる。
【０００６】
ここで、ランプを長時間点灯させた際に側壁部に応力が発生する原因は２つあると考えられる。第１の原因は前述のように外側管と内側管の温度差に起因するものであり、第２の原因は、ランプの点灯時間に比例して蓄積される紫外線歪によるものである。そして、２つの原因によって発生する応力の和がある一定値に達すると、エキシマランプの側壁部が破損してしまうと考えられる。
したがって、前述のような冷却手段を有するランプは、冷却手段を有しないランプよりも点灯時における外側管と内側管の温度差が大きいため、第１の原因によって発生する応力が増大する。そのため、ランプを、例えば、７００〜９００時間程度点灯させると、２つの原因によって発生する応力の和が一定値に達し、ランプの側壁部が破損してしまうため所望の使用寿命が得られない、という問題がある。特に、全長が８００ｍｍを超えるような長尺のランプにおいては、このような問題が頻繁に発生することが判明した。
【０００７】
さらに、近年では光処理速度の向上も求められており、ランプへの入力電力を増大させることにより、長尺ランプを高出力化させている。これにより、高出力な長尺ランプは、外側管と内側管の温度差がさらに増大することにより、前述の第１の原因によって発生する応力がさらに増大するため、使用寿命が一層短くなると考えられる。
【０００８】
【特許文献１】
特許２７８３７１２号
【特許文献２】
特許２５２８２４４号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、二重管構造をとる長尺のエキシマランプにおいて、側壁部に応力が発生する２つの原因のうち、第１の原因によって発生する応力、すなわち、内側管と外側管の熱膨張の差によって発生する応力を緩和し、２つの原因によって発生する応力の和が側壁部を破損する一定値に達するまでの時間を延ばすことにより、使用寿命の長いランプを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明のエキシマランプは、誘電体からなる外側管と内側管を同軸上に配置して、該外側管と該内側管の両端に形成された側壁部を有する放電容器と、該放電容器内に形成された放電空間内に充填された放電用ガスと、少なくとも一方が放電空間外へ配置され前記放電空間を挟んで対向する一対の電極からなり、前記放電容器は、前記両端に形成された側壁部における外側管の内径２ａと内側管の外径２ｂの比の値ｂ／ａが、発光部における外側管の内径２ｃと内側管の外径２ｄの比の値ｄ／ｃよりも小さくなるように形成されたことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
前述のような２つの原因によってランプの側壁部に生じる応力が一定値に達すると側壁部が破損する。本発明者は、この２つの原因によって発生する応力のうち、第１の原因によって発生する応力、すなわち、外側管と内側管に温度差が生じることに起因して発生する応力を緩和させる手段を見出したのである。
この手段は、側壁部における外側管の内径２ａと内側管の外径２ｂの比の値ｂ／ａを、発光部における外側管の内径２ｃと内側管の外径２ｄの比の値ｄ／ｃよりも小さくするというものである。これにより、第１の原因によって発生する応力を緩和することができる理由については後述する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
前述のようにすると第１の原因によって発生する応力を緩和することができる理由について、以下の００１３〜００１７にて説明する。
【００１３】
図１は、外周が固定され、内周に円柱状の固定片が設けられた円輪板において、この固定片に垂直方向に荷重をかけたことを示す図である。ここで、機械工学便覧Ａ４版５６頁（機械工学学会発行）によると、円輪板１００の固定された部分における径を２ａＣ、内周に設けられた固定片２００へかける荷重をＰＣ、たわみ係数をαＣ、縦弾性係数をＥ、円輪板の肉厚をｈＣとすると、円輪板のたわみ量ωＣは、
ωＣ＝（αＣ×ＰＣ×ａＣ ２）／（Ｅ×ｈＣ ３）・・・（式１）
と表される。
また、応力係数をβＣとすると、円輪板の内周に生じる応力σＣは、
σＣ＝βＣ×ＰＣ／ｈＣ ２・・・（式２）
と表される。式１を式２に代入すると、
σＣ＝βＣ×ωＣ×Ｅ×ｈＣ／（αＣ×ａＣ ２）・・・（式３）
と表される。
図２は、円輪板の内周に設けられた固定片の径を２ｂＣとしたときに、たわみ係数αＣとｂＣ／ａＣの関係を示す図である。
図３は、応力係数βＣとｂＣ／ａＣの関係を示す図である。
【００１４】
図４は、エキシマランプの端部近傍を示す図である。図４（ａ）は側面から見た図であり、図４（ｂ）は正面から見た図である。図４（ａ）に示されるようにエキシマランプの側壁部は略円輪板形状である。また、図４（ｂ）から、円輪板状の側壁部の外周は外側管に固定され、内周は内側管に固定されている。ランプを点灯させると内側管と外側管の各々が熱膨張し、温度差によって軸方向に伸びる長さが異なることで、前述の側壁部を変形させようとする力が生じ、側壁部の内周近傍に応力が発生すると考えられる。したがって、エキシマランプの側壁部の内周近傍に発生する応力は、相対的には図１に示されるような外周が固定され、内周に固定片が設けられた円輪板に生じる応力に近似していると考えることができる。
【００１５】
側壁部における外側管の内径を２ａ、側壁部における内側管の外径を２ｂ、前述の側壁部を変形させようとする力をＰ、側壁部の肉厚をｈとし、これらはそれぞれ、円輪板の固定された部分における径２ａＣ、円輪板の内周に設けられた固定片の径２ｂＣ、内周に設けられた固定片にかける荷重ＰＣ、円輪板の肉厚ｈＣに相当する。たわみ係数をα、応力係数をβとするとこれらの値は、それぞれ、図２、図３によって求めることができる。
ここで、エキシマランプの一方の側壁部におけるたわみ量ωは、内側管の温度をＴ１、外側管の温度をＴ２、線膨張係数をρ、ランプの全長をＬとすると、
ω＝１／２（│Ｔ１−Ｔ２│）×ρ×Ｌ・・・（式４）
と表すことができる。
したがって、側壁部の内周近傍に生じる応力をσとすると、式４を式３へ代入することにより、側壁部の内周近傍に生じる応力σは、
σ＝β×Ｅ×ｈ×（│Ｔ１−Ｔ２│）×ρ×Ｌ／２×α×ａ２・・・（式５）
と近似することができる。
【００１６】
以下の数値例を有する図１２に示されるような従来構造のエキシマランプをアルミニウム製の冷却ブロックに取り付けた場合において、内側管の温度Ｔ１および外側管の温度Ｔ２を以下の温度測定条件にて測定した結果、内側管の温度Ｔ１は４２５℃、外側管の温度Ｔ２は３２５℃であった。
＜従来のエキシマランプ＞
側壁部における外側管の内径２ａ：３３ｍｍ
側壁部における内側管の外径２ｂ：１６ｍｍ
発光部における外側管の内径２ｃ：３３ｍｍ
発光部における内側管の外径２ｄ：１６ｍｍ
温度測定場所における外側管の内径：３３ｍｍ
温度測定場所における内側管の外径：１６ｍｍ
全長Ｌ：１０００ｍｍ
側壁部の厚みｈ：１ｍｍ
＜温度測定条件＞
入力電力：８００Ｗ
冷却水の流量：３Ｌ／ｍｉｎ
温度測定場所：側壁部から３００ｍｍ内側の位置
【００１７】
図５は、ｂ／ａ値を横軸とし、応力σ値を縦軸としたグラフを示す。
図中●で示されるデータは、以下に示されるランプについて式５から計算によって求めた応力σの値を、前述の従来のエキシマランプに生じる応力を１とした場合の相対値にて示す。尚、温度測定場所における外側管の内径および内側管の外径は上記エキシマランプと同じであるので、内側管の温度Ｔ１および外側管の温度Ｔ２の値は、上記の値を用いた。
＜外側管の内径を変えた場合のエキシマランプ＞
側壁部における外側管の内径２ａ：２５〜５３ｍｍ
側壁部における内側管の外径２ｂ：１６ｍｍ
発光部における外側管の内径２ｃ：３３ｍｍ
発光部における内側管の外径２ｄ：１６ｍｍ
温度測定場所における外側管の内径：３３ｍｍ
温度測定場所における内側管の外径：１６ｍｍ
全長Ｌ：１０００ｍｍ
側壁部の厚みｈ：１ｍｍ
図中○で示されるデータは、以下に示されるランプについて式５から計算によって求めた応力σの値を、●で示されるデータと同様に相対値にて示す。尚、内側管の温度Ｔ１および外側管の温度Ｔ２は、上記の値を用いた。
＜内側管の外径を変えた場合のエキシマランプ＞
側壁部における外側管の内径２ａ：３３ｍｍ
側壁部における内側管の外径２ｂ：８〜２０ｍｍ
発光部における外側管の内径２ｃ：３３ｍｍ
発光部における内側管の外径２ｄ：１６ｍｍ
温度測定場所における外側管の内径：３３ｍｍ
温度測定場所における内側管の外径：１６ｍｍ
全長Ｌ：１０００ｍｍ
側壁部の厚みｈ：１ｍｍ
図５において、前述の従来のランプのｂ／ａ（＝ｄ／ｃ）値は概ね０．４８である。すなわち、本発明ではｂ／ａ値が０．４８よりも小さくなるようにランプを構成すれば応力σを小さくすることができる。
さらに、ｂ／ａは、
ｂ／ａ＜１／α×ｄ／ｃ・・・（式６）
の関係式において、α＞１．０５、さらに望ましくはα＞１．１の場合に、より効果を発揮することができる。尚、αの上限値は概ね３程度であり、この値を超えると、放電容器を製作しにくい、第２の電極を組み立てにくい、ランプ外径が大きくなりすぎて装置に搭載したときのワークとの距離が遠くなり照度が低下する、などの別の問題が生じる。
【００１８】
図６は、本発明のエキシマランプ２０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
誘電体からなる外側管２１と内側管２２が同軸上に配置されて二重管構造の放電容器２３を構成し、外側管２１は、円筒管２１Ａと、この円筒管２１Ａから軸方向に延びるにつれて径が連続的に増加するテーパー管２１Ｂからなる。外側管２１の端部と内側管２２の端部は溶着されることによって側壁部２４が形成される。この放電容器２３内の空間２５には、例えば、キセノンガスが封入されている。第１の電極２７および第２の電極２８は、放電容器２３のうちテーパー管２１Ｂの内側に相当する空間に放電が形成されないようにするため、例えば両方の側壁部２４から、５０ｍｍ離れて配置される。このうち、第１の電極と第２の電極がともに配置されたところが放電空間、すなわち、発光部２６である。
【００１９】
ここで、前述のようにテーパー管２１Ｂに第１の電極２７および第２の電極２８を配置しない理由を説明する。通常、発光部２６は、発光効率が最適になるように放電ギャップＧ、すなわち外側管２１Ａと内側管２２との間隔を決めている。テーパー管２１Ｂ内の空間に放電が形成されるように電極を配置しランプを点灯させると、テーパー管２１Ｂ内の空間は円筒管２１Ａ内の空間よりも放電距離が長いので、最適条件からずれて発光効率は低くなる。すなわち、管軸方向において均一な照度分布を得ることができない。また、条件によっては、特許２５２８２４４号に記載されているように、消費電力を増大させ均一な照度分布を得ることができるが、局部的に電力を増すとその部分の放電容器にダメージを与え、透過率低下や紫外線歪みが増加することによって使用寿命が短くなる。
【００２０】
このようなエキシマランプ２０の具体的な数値例を以下に示す。
＜エキシマランプ２０＞
側壁部における外側管２１の内径２ａ：３７ｍｍ
側壁部における内側管２２の外径２ｂ：１６ｍｍ
発光部における外側管２１の内径２ｃ：３３ｍｍ
発光部における内側管２２の外径２ｄ：１６ｍｍ
外側管２１の全長Ｌ２１：１０００ｍｍ（円筒管２１Ａの全長Ｌ２１Ａ：９００ｍｍ、テーパー管２１Ｂの全長Ｌ２１Ｂ：５０ｍｍ）
内側管２２の全長Ｌ２２：１０００ｍｍ
側壁部２４の肉厚ｈ２４：１ｍｍ
キセノンガスの封入量：４０ｋＰａ
【００２１】
図６に示す構造のエキシマランプ２０を３本作製し、従来のエキシマランプ１０と同様の点灯条件と冷却条件にて点灯試験を行ったところ、３本全てが１１００〜１５００時間で破損するまで連続点灯させることができ、従来のエキシマランプ１０よりも使用寿命を延ばすことができた。
【００２２】
図７は、本発明の他の実施例であるエキシマランプ３０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
誘電体からなる外側管３１と内側管３２が同軸上に配置されて二重管構造の放電容器３３を構成し、外側管３１は、一方の円筒管３１Ａの両端に、この円筒管３１Ａよりも径の大きい他方の円筒管３１Ｂを、例えば、溶接によって繋ぎ合わせて形成される。その他の構成についてはエキシマランプ２０と同様であるので、説明は省略する。
このような構造によってもエキシマランプ２０と同様の寿命延長効果を得ることができると考えられる。
【００２３】
図８は、本発明の他の実施例であるエキシマランプ４０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
誘電体からなる外側管４１と内側管４２が同軸上に配置されて二重管構造の放電容器４３を構成し、内側管４２は、円筒管４２Ａと、円筒管４２Ａから軸方向に延びるにつれて径が連続的に縮小するテーパー管４２Ｂからなる。外側管４１の端部と内側管４２の端部は溶着されることによって側壁部４４が形成される。放電容器内の空間４５には、放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。尚、前述の理由により、第１の電極４７および第２の電極４８は、エキシマランプ２０と同様に両方の側壁部４４から５０ｍｍ離れて配置される。このうち、第１の電極と第２の電極がともに配置されたところが放電空間、すなわち、発光部４６である。
このようなエキシマランプ４０の数値例を以下に示す。
＜エキシマランプ４０＞
側壁部における外側管４１の内径２ａ：３３ｍｍ
側壁部における内側管４２の外径２ｂ：１２ｍｍ
発光部における外側管４１の内径２ｃ：３３ｍｍ
発光部における内側管４２の外径２ｄ：１６ｍｍ
外側管４１の全長Ｌ４１：１０００ｍｍ
内側管４２の全長Ｌ４２：１０００ｍｍ（円筒管４２Ａの全長Ｌ４２Ａ：９００ｍｍ、テーパー管４２Ｂの全長Ｌ４２Ｂ：５０ｍｍ）
側壁部４４の肉厚ｈ４４：１ｍｍ
キセノンガスの封入量：４０ｋＰａ
このようなエキシマランプ４０を３本作製し、従来のエキシマランプ１０と同様の点灯条件と冷却条件にて点灯試験を行ったところ、３本全てが１１００〜１２００時間で破損するまで連続点灯させることができ、従来のエキシマランプ１０よりも使用寿命を延ばすことができた。
【００２４】
図９は、本発明の他の実施例であるエキシマランプ５０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
誘電体からなる外側管５１と内側管５２が同軸上に配置されて二重管構造の放電容器５３を構成し、内側管５２は、一方の円筒管５２Ａの両端に、この円筒管５２Ａよりも径の小さい他方の円筒管５２Ｂを、例えば、溶接によってつなぎ合わせることによって形成される。その他の構成についてはエキシマランプ４０と同様であるので、説明は省略する。
このような構造によってもエキシマランプ４０と同様の寿命延長効果を得ることができる。
【００２５】
図１０は、本発明の他の実施例であるエキシマランプ６０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
誘電体からなる外側管６１と内側管６２が同軸上に配置されて二重管構造の放電容器６３を構成し、外側管６１は、円筒管６１Ａと、この円筒管６１Ａから軸方向に延びるにつれて径が連続的に増大するテーパー管６１Ｂからなる。内側管６２は、円筒管６２Ａと、この円筒管６２Ａから軸方向に延びるにつれて径が連続的に縮小するテーパー管６２Ｂからなる。外側管６１の端部と内側管６２の端部は、溶着されることによって側壁部６４が形成される。放電容器６３内の空間６５には、放電用ガスとして、例えば、キセノンが封入されている。尚、前述の理由により、第１の電極６７および他方の電極６８は、エキシマランプ２０と同様に両方の側壁部６４から５０ｍｍ離れて配置される。このうち、第１の電極と第２の電極がともに配置されたところに相当する部分が放電空間、すなわち、発光部６６である。
＜エキシマランプ６０＞
側壁部における外側管６１の内径２ａ：３７ｍｍ
側壁部における内側管６２の外径２ｂ：１２ｍｍ
発光部における外側管６１の内径２ｃ：３３ｍｍ
発光部における内側管６２の外径２ｄ：１６ｍｍ
外側管６１の全長Ｌ６１：１０００ｍｍ（円筒管６１Ａの全長Ｌ６１Ａ：９００ｍｍ、テーパー管６１Ｂの全長Ｌ６１Ｂ：５０ｍｍ）
内側管６２の全長Ｌ６２：１０００ｍｍ（円筒管６２Ａの全長Ｌ６２Ａ：９００ｍｍ、テーパー管６２Ｂの全長Ｌ６２Ｂ：５０ｍｍ）
側壁部６４の肉厚ｈ６４：１ｍｍ
キセノンガスの封入量：４０ｋＰａ
このようなエキシマランプ６０を３本作製し、従来のエキシマランプ１０と同様の点灯条件と冷却条件にて点灯試験を行ったところ、３本全てが１５００〜１８００時間で破損するまで連続点灯させることができ、従来のエキシマランプ１０よりも使用寿命を延ばすことができた。
【００２６】
図１１は、本発明の他の実施例であるエキシマランプ７０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
誘電体からなる外側管７１と内側管７２が同軸上に配置されて二重管構造の放電容器７３を構成し、外側管７１は、一方の円筒管７１Ａの両端に、この円筒管７１Ａよりも径の大きい他方の円筒管７１Ｂを、例えば、溶接によってつなぎ合わせることによって形成される。内側管７２は、一方の円筒管７２Ａの両端に、この円筒管７２Ａよりも径の小さい他方の円筒管７２Ｂを、例えば、溶接によってつなぎ合わせることによって形成される。その他の構造についてはエキシマランプ６０と同様であるので、説明は省略する。
このような構造によってもエキシマランプ６０と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
尚、前述の実施例のエキシマランプにおいては、第１の電極および第２の電極が両方の側壁部から５０ｍｍ離れて配置されているが、必ずしも５０ｍｍである必要はなく、１０〜１００ｍｍ程度の範囲でランプ全長の制約や製造上の観点から適宜決めることができる。
また、放電容器は、外側管と内側管の各々の両端部を溶着して側壁部を形成するものに限らず、例えば、側壁部となるべき円環状部材を外側管と内側管の各々の両端部に溶着することによって形成しても良い。
【００２８】
尚、本発明の構造は、全長が８００ｍｍ以上の長尺のエキシマランプに採用することがより好ましく、その理由を以下に説明する。前記式５によると、側壁部にかかる第１の原因による応力σとランプの全長Ｌは比例関係にあるので、Ｌが小さいと応力σも小さくなる。短いランプでは、側壁部にかかる第１の原因による応力が小さいので本発明の構造を採用しなくても、前述の２つの応力の和が側壁部を破壊する一定値に達するには相当な時間がかかるため、所望のランプ寿命が得られる。さらに使用寿命を延ばす場合には、本発明の構造をとればよい。しかしながら、８００ｍｍを超えるような長いランプでは、側壁部にかかる第１の原因による応力が大きくなるので、前述の２つの原因による応力の和が側壁部を破壊する一定値に短時間で達するため、所望のランプ寿命を得ることができない。したがって、本発明の構造を採用すれば８００ｍｍを超えるような長尺のランプであっても、所望のランプ寿命を得ることができる。
【００２９】
また、希ガス−ハロゲンエキシマランプに本発明の構造を採用すると、使用寿命を延ばすことが可能であり、その理由を以下に説明する。放電容器内に、例えば、塩素などのハロゲンガスを混合させた希ガス−ハロゲンエキシマランプにおいて、長時間点灯させると封入されたハロゲンの減少に起因して出力が低下することが、特開平１０−５１０８１に記載されている。本発明の構造を採用した希ガス−ハロゲンエキシマランプは、ハロゲンガスのリザーバーとして機能する発光部以外の空間の容積が増えるため、このような問題を良好に解決することができ、使用寿命を長くすることが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のエキシマランプによれば、第１の原因による応力、すなわち、ランプ点灯時に外側管と内側管に温度差が生じることに起因して側壁部に発生する応力を緩和することにより、２つの原因によって発生する応力の和が側壁部を破損する一定値に達するまでの時間を延ばすことができるので、使用寿命の長い長尺ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】外周が固定され内周に円柱状の固定片２００が設けられた円輪板１００において、固定片に垂直方向に荷重をかけたことを示す図である。
【図２】たわみ係数αＣとｂＣ／ａＣの関係を示す図である。
【図３】応力係数βＣとｂＣ／ａＣの関係を示す図である。
【図４】エキシマランプの端部近傍を示す図である。
【図５】応力σとｂ／ａの関係を示す図である。
【図６】本発明のエキシマランプ２０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
【図７】本発明のエキシマランプ３０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
【図８】本発明のエキシマランプ４０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
【図９】本発明のエキシマランプ５０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
【図１０】本発明のエキシマランプ６０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
【図１１】本発明のエキシマランプ７０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
【図１２】従来のエキシマランプ１０を管軸方向にて切断した断面図を示す。
【符号の説明】
１０ エキシマランプ
１１ 外側管
１２ 内側管
１３ 放電容器
１４ 側壁部
１５ 空間
１６ 放電空間（発光部）
１７ 第１の電極
１８ 第２の電極
２０ エキシマランプ
２１ 外側管
２１Ａ 円筒管
２１Ｂ テーパー管
２２ 内側管
２３ 放電容器
２４ 側壁部
２５ 空間
２６ 放電空間（発光部）
２７ 第１の電極
２８ 第２の電極
３０ エキシマランプ
３１ 外側管
３１Ａ 円筒管
３１Ｂ 円筒管
３２ 内側管
３３ 放電容器
４０ エキシマランプ
４１ 外側管
４２ 内側管
４２Ａ 円筒管
４２Ｂ テーパー管
４３ 放電容器
４４ 側壁部
４５ 空間
４６ 放電空間（発光部）
４７ 第１の電極
４８ 第２の電極
５０ エキシマランプ
５１ 外側管
５２ 内側管
５２Ａ 円筒管
５２Ｂ 円筒管
５３ 放電容器
６０ エキシマランプ
６１ 外側管
６１Ａ 円筒管
６１Ｂ テーパー管
６２ 内側管
６２Ａ 円筒管
６２Ｂ テーパー管
６３ 放電容器
６４ 側壁部
６５ 空間
６６ 放電空間（発光部）
６７ 第１の電極
６８ 第２の電極
７０ エキシマランプ
７１ 外側管
７１Ａ 円筒管
７１Ｂ 円筒管
７２ 内側管
７２Ａ 円筒管
７２Ｂ 円筒管
７３ 放電容器
１００ 円輪板
２００ 固定片
２ａ 側壁部における外側管の内径
２ｂ 側壁部における内側管の外径
２ｃ 発光部における外側管の内径
２ｄ 発光部における内側管の外径
Claims (1)
- 誘電体からなる外側管と内側管を同軸上に配置して、該外側管と該内側管の両端に形成された側壁部を有する放電容器と、該放電容器内に形成された放電空間内に充填された放電用ガスと、少なくとも一方が放電空間外へ配置され前記放電空間を挟んで対向する一対の電極からなるエキシマランプにおいて、
前記放電容器は、前記両端に形成された側壁部における外側管の内径２ａと内側管の外径２ｂの比の値ｂ／ａが、発光部における外側管の内径２ｃと内側管の外径２ｄの比の値ｄ／ｃよりも小さくなるように形成されたことを特徴とするエキシマランプ。
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