JP5106269B2 - Light transmission window assembly and lamp - Google Patents
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Description
本発明は、光透過窓接合体およびランプに関する。 The present invention relates to a light transmission window assembly and a lamp.
従来から、セラミックス等からなる筒状体の端部に、所望の波長の光を透過する光透過窓部材を接合した光透過窓接合体が提案されている。例えば、紫外線の中でも波長が短い、10〜200nm付近の波長の真空紫外線(VUV;Vacuum Ultra Violet)を透過する光透過窓部材の材質としては、フッ化マグネシウム(MgF2)やフッ化カルシウム(CaF2)等が知られている。例えば、下記特許文献1には、セラミックスからなる筒状の外側管の端部に、フッ化マグネシウムあるいはフッ化カルシウムからなる光透過窓部材を接合してなる光透過窓接合体を備えた、誘電体バリア放電ランプが記載されている。図4は、下記特許文献1に示された、光透過窓接合体の一例について示している。
図4に示すように、特許文献1に示す光透過窓接合体100では、例えばセラミックス等からなる筒状部材102の端部に、金属製接合部材104が設けられている。特許文献1に示す光透過窓接合体100では、この金属製接合部材104に、例えば低融点ガラス106を接着剤として用いて、例えばフッ化マグネシウム(MgF 2 )からなる光透過窓部材108を接合している。この際、接着剤である低融点ガラス106は、光透過窓部材108の一方主面の周縁部に沿って設けられ、光透過窓部材108のこの一方主面の周縁部と金属製接合部材104の端部とが接合されている。特許文献1では、金属製接合部材104と光透過窓部材108との間の熱膨張係数の違いによって発生する応力は、金属製部材104の端部110によって緩和され、急激な温度変化が生じても低融点ガラス106や光透過窓部材108の破損が生じないと記載されている。
As shown in FIG. 4, the light
しかし、上記特許文献1のように、接着剤である低融点ガラス106を、光透過窓部材108の一方の主面の周縁部に沿って設けた場合、配置した低融点ガラス106が光透過窓部材108の主面の中央に向かって拡がり易い。低融点ガラス106が中央に向かって拡がった場合、光透過窓部材における光の透過を阻害する場合があった。また、低融点ガラス106が光透過窓部材108の主面の比較的広い範囲に広がった場合、低融点ガラス106と光透過窓部材108の熱膨張係数の違いに起因して発生する応力が比較的大きくなり、光透過窓部材108の破損が生じ易くなるといった課題もあった。本発明は、かかる課題を解決するためになされた発明である。
However, when the low-melting-
上記課題を解決するために、本発明は、端部に開口を有する管状のセラミック体と、前記セラミック体の前記端部と接合され、前記開口と連通する管路を形成する管状の金属部材と、前記管路を閉塞する光透過窓部材とを備え、前記光透過窓部材は、前記光透過窓部材の側面と前記金属部材の内周面との間に配された接合部材によって、前記金属部材に接
合されており、前記金属部材の前記内周面は、前記光透過窓部材よりも前記セラミック体から離れる側に、前記光透過窓部材から離れるにしたがって前記開口の中心軸に近づく曲部を有し、前記接合部材が、前記光透過窓部材の前記側面と前記金属部材の前記内周面との間から、前記内周面の前記曲部を含む領域にかけて延びていることを特徴とする光透過窓接合体を提供する。
In order to solve the above problems, the present onset Ming, a ceramic body of a tubular having an opening at an end portion, wherein is joined to the end portion of the ceramic body, the tubular metallic member which forms a conduit communicating with said opening When, and a light transmissive window member for closing the front Symbol line, before Symbol light transmitting window member, the bonding member disposed between the inner peripheral surface of the metal member and the side surface of the light transmitting window member The inner peripheral surface of the metal member is closer to the side away from the ceramic body than the light transmissive window member, and as the distance from the light transmissive window member increases, the inner peripheral surface of the metal member is in contact with the metal member. A region having a curved portion that approaches the central axis of the opening, and the joining member includes the curved portion of the inner peripheral surface from between the side surface of the light transmission window member and the inner peripheral surface of the metal member. extend toward providing a light transmissive window assembly according to claim Rukoto.
なお、前記接合部材は、前記光透過窓部材の、前記セラミック体と反対の側を向く一方主面の周縁部から、前記金属部材の前記内周面にかけて連なる表面を有することが好ましい。 Incidentally, the bonding member, the light transmission window member, from the periphery of one main surface facing the side opposite to the ceramic body, Rukoto which have a surface continuing toward the inner peripheral surface of the metal member is preferable.
また、前記光透過窓部材は、フッ化マグネシウム(MgF2)の単結晶からなることが好ましい。 Further, the light transmitting window member is preferably made of a single crystal of magnesium fluoride (MgF 2).
また、前記金属部材は、銅(Cu)からなることが好ましい。 The metal member may be formed of copper (Cu) Tona Rukoto are preferred.
また、前記接合部材は、前記光透過窓部材の前記側面に被着されたメタライズ層と、前記メタライズ層と前記金属部材の前記内周面とを接合するロウ付層とからなることが好ましい。 Also, the joining member includes a metallized layer deposited on the side surface of the light transmitting window member is preferably made of a brazing layer of bonding the inner peripheral surface of the metal member and the metallizing layer.
また、前記メタライズ層がAg−Cu−Tiからなり、前記ロウ付層がAg−Cuロウからなることが好ましい。 Further, it is preferable that the metallized layer is made of Ag—Cu—Ti and the brazing layer is made of Ag — Cu solder.
本発明は、また、上記いずれかの光透過窓接合体を備え、前記セラミック体の前記管路内部での発光を、前記光透過窓部材を介して出射させることを特徴とするランプを、併せて提供する。 The present invention also includes a lamp comprising any one of the light transmitting window assemblies described above , wherein the ceramic body emits light emitted from the inside of the duct through the light transmitting window member. To provide.
本発明の光透過窓接合体では、光透過窓部材における光透過領域の面積を比較的広く確保し、透過する光の光量を比較的高くできる。また、本発明の光透過窓接合体では、光透過窓接合体を構成する各部材の熱膨張係数に起因した破損が抑制される。本発明のランプは、比較的高い信頼性で、比較的高い光量の光を照射できる。 In the light transmission window assembly of the present invention, the area of the light transmission region in the light transmission window member can be ensured to be relatively large, and the amount of transmitted light can be relatively high. Moreover, in the light transmissive window joined body of the present invention, breakage due to the thermal expansion coefficient of each member constituting the light transmissive window joined body is suppressed. The lamp of the present invention can irradiate a relatively high amount of light with relatively high reliability.
以下、本発明の光透過窓接合体の一実施形態について、詳細に説明する。図1は、本発明の光透過窓接合体の一実施形態を備えて構成される、本発明のランプの一実施形態である誘電体バリア放電ランプ(以降、放電ランプ1ともいう)の構成を示す概略断面図である。放電ランプ1は、例えば、光化学反応用の紫外線光源として使用される放電ランプの一種で、誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成し、該エキシマ分子から放射される光を、光透過窓部材から透過させて取り出す(光透過窓部材を透過した光を照射する)。 Hereinafter, an embodiment of the light transmission window assembly of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows a configuration of a dielectric barrier discharge lamp ( hereinafter also referred to as a discharge lamp 1) which is an embodiment of a lamp of the present invention, which is configured by including an embodiment of a light transmission window assembly of the present invention. It is a schematic sectional drawing shown. The discharge lamp 1 is a kind of discharge lamp used as an ultraviolet light source for photochemical reaction, for example, which forms excimer molecules by dielectric barrier discharge, and transmits light emitted from the excimer molecules from a light transmission window member. To take out (irradiate the light transmitted through the light transmission window member ).
放電ランプ1は、セラミック体である放電容器(セラミック体)11と、金属部材12と、光透過窓部材9(以降、光透過窓9ともいう)と、電極4および5と、交流電源10とを備えて構成されている。放電容器11は、例えばアルミナ(Al2O3)を主成分とするセラミックスからなり、外側管3と内側管2とが、閉塞端部104によって接続されている。セラミック体である放電容器11は、一方の側(閉塞端部104の側)の端部が閉塞されるとともに、他方の端部には、筒状壁部106によって囲まれた開口108が形成されている。筒状壁部106の端部には、例えば銅(Cu)からなる金属部材12が接合されている。金属部材12は、内部に管路が形成された管状の部材であり、上記閉塞端部104の側の端面は、筒状壁部106の端面と接合されて、開口108と連通した管路
を形成している。セラミック体である放電容器11と金属部材12とは、例えば、放電容器11の端面にMo−Mnメタライズを施し、Mo−Mn表面にNiメッキを被着し、金属部材12とNiメッキ面の間にAg−Cuロウ箔を置いてロウ付けしてなる接合部7Aを介して接合されている。
The discharge lamp 1 includes a discharge vessel (ceramic body) 11 that is a ceramic body, a
金属部材12の内周面12aには光透過窓9が接合されており、光透過窓9が、開口108と連通した管路(金属部材12によって周囲を囲まれた管路)を閉塞している。光透過窓9は、例えば、フッ化マグネシウム(MgF2)の単結晶からなる。光透過窓9は、接合部材7Bを介して接合されている。フッ化マグネシウムあるいはフッ化カルシウムは、例えば、石英ガラスやサファイア等に比較し、真空紫外領域の透過率が優れており、誘電体バリア放電によって形成されてエキシマ分子から放射される光(真空紫外線領域の光)を、比較的良好に透過する。本実施形態の光透過窓9は、例えば、フッ化マグネシウム(MgF2)のC面を主面とする単結晶である。フッ化マグネシウムの単結晶のうち、C面を主面とする単結晶の熱膨張係数は、金属部材12を構成する例えば銅(Cu)の熱膨張係数と、比較的近くなっている。本実施形態における金属部材12の形状、および、金属部材12と光透過窓9との接合状態については、後に詳述する。なお、C面を主面とする単結晶に限定されず、例えばC面に垂直な主面を有する単結晶であってもよい。
A
放電容器11の外側管3および内側管2の外面には、アルミニウムの蒸着によって形成した、光反射板を兼ねた誘電体バリア放電用の電極5および4がそれぞれ設けられている。放電容器11は、一方の側が閉塞端部104によって閉塞され、かつ他方の側が光透過窓9によって閉塞され、内部に閉じた空間(放電空間8)が形成されている。放電ランプ1では、放電空間8に放電用ガスが充填されている。かかる放電ランプ1では、交流電源10によって電極4、5に交流電圧が印加され、放電空間8に誘電体バリア放電が発生する。放電ランプ1では、この誘電体バリア放電によって、放電用ガスからエキシマ分子が形成され、このエキシマ分子から放射された光(真空紫外線領域の光)が、光透過窓9を透過して外部に出射される。本実施形態の放電ランプ1では、誘電体バリア放電の放電路に平行して光透過窓9が設けられており、光透過窓9の厚み方向(すなわち光の出射方向)に沿ったプラズマの厚みが比較的大きい。本実施形態の放電ランプ1では、光透過窓9を透過して出射される光の光量が、比較的大きい。
On the outer surfaces of the outer tube 3 and the inner tube 2 of the
図2は、本実施形態の放電ランプ1が備える、本発明の光透過窓接合体の一実施形態について、より詳細に説明する断面図である。光透過窓接合体20は、放電容器11と、金属部材12と、光透過窓9と、を備えて構成されている。上述のように、放電容器11は、例えばアルミナ(Al2O3)を主成分とし、筒状壁部106によって囲まれた開口108が形成されている。筒状壁部106の端部には、例えば銅(Cu)からなる金属部材12が接合されている。例えばアルミナ(Al2O3)からなる放電容器11と、例えば銅(Cu)からなる金属部材12とは、接合部7Aを介して接合されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining in more detail one embodiment of the light transmission window assembly of the present invention provided in the discharge lamp 1 of the present embodiment. The light
金属部材12は管状の部材であり、一方の側(閉塞端部104の側)の端面が、放電容器11の端面と接合されて、金属部材12の内周面12aで囲まれた、開口108と連通した管路を形成している。金属部材12の内周面12aは、一方の側(閉塞端部104の側)から他方の側(光の透過方向に沿った側)に向かうにつれて、開口108の中心軸(図2中の破線Cで示す)に近づくように曲がった曲部16を備えている。光透過接合体20の作製の際、光透過窓9の一方の主面9aが、金属部材12の内周面12aの、この曲部16に対応する位置に当接することで、金属部材12に対する、光の透過方向に沿った位置が規定されている。
The
光透過接合体20の作製の際、本実施形態の光透過窓9は、金属部材12の一方の側(閉塞端部104の側)から、内周面12aで囲まれた管路内に挿入されて、中心軸に近づくように曲がって内径が狭まった曲部16に対応する位置で、金属部材12の内周面12aと、光透過窓9の一方主面9aの周縁とが当接し、金属部材12に対する光の透過方向に沿った位置が規定される。本実施形態の放電ランプ1では、開口108の中心軸(図2中の破線Cで示す)に近づくように曲がった曲部16を備え、光透過窓9の、金属部材12に対する光の透過方向に沿った位置が規定される。
At the time of manufacturing the light transmission joined
図3は、金属部材12と光透過窓9との接合状態について、より詳細に説明する断面図である。本実施形態の光透過窓9は、光透過窓9の側面9bが、金属部材12の内周面12aと、接合部材7Bを介して接合されている。接合部材7Bは、光透過窓9の側面9bに設けられたメタライズ層7Baと、メタライズ層7Baと内周面12aとの間隙に設けられたロウ付層7Bbとからなる。本実施形態の光透過窓接合体20では、ロウ付層7Bbは、光透過窓9の一方主面9aの位置に対して、より光の照射方向の側(図3における上側)に、金属部材12の内周面12aに沿って拡がっている。すなわち、本実施形態の光透過窓接合体20では、接合部材7Bの表面は、光透過窓9の一方主面9aの周縁部から、金属部材12の内周面12aにかけて連なる。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating in more detail the bonding state between the
本実施形態の光透過窓接合体20は、より具体的には、例えばAg−Cu―Tiからなるメタライズ層7Baが側面9bに設けられた光透過窓9が、Ag−Cuロウからなるロウ付け層7Bbによって、金属部材12の内周面12aと接合されている。光透過窓接合体20の作製では、金属部材12の一方の側(閉塞端部104の側)から、メタライズ層7Baが側面9bに設けられた光透過窓9が、内周面12aで囲まれた管路内に挿入され、曲部16において、内周面12aと、光透過窓9の一方主面9aの周縁とが当接される。この状態で、メタライズ層7Baと金属部材12の内周面12aとの間隙にAg−Cuロウを供給し、メタライズ層7Baと、Cuからなる接合部材20と、を比較的大きな接合強度で接合する。
More specifically, in the light
本実施形態の光透過窓接合体20では、光透過窓9の一方主面9aの周縁が曲部16と接合部材7Bを介して接合しており、この一方主面9aの位置に対して、より光の照射方向の側(図3中の上側)では、一方主面9aから離れるにしたがって、内周面12aが中心軸Cに近づいている。光透過窓接合体20では、メタライズ層7Baと金属部材12の内周面12aとの間隙に供給されたAg−Cuロウは、メタライズ層7Baおよび内周面12aとの濡れによって、この間隙を一方主面9aの側に進んでいく。Ag−Cuロウは、例えばフッ化マグネシウム(MgF2)からなる光透過窓9の主面9aに対する濡れ性に比べて、例えばCuからなる金属部材12に対する濡れ性の方が、比較的高い。メタライズ層7Baと金属部材12の内周面12aとの間隙に供給されたAg−Cuロウは、一方主面9aの側に到達した後は、濡れ性が比較的良好な、金属部材12の内周面12aに沿って拡がる。本実施形態の光透過窓接合体20では、接合部材7Bの表面は、光透過窓9の一方主面9aの周縁部から、金属部材12の内周面12aに向けて連なる。なお、光透過窓9の一方主面9aの周縁部とは、光透過窓9の一方主面9aの周縁と、一方主面9aの内部領域に向けて周縁から所定長だけ離間した位置を通る周縁部区分線とで囲まれた領域を含む範囲をいう。なお、この所定長は、光透過窓9の一方主面9aの重心位置を通る、一方主面9aの周縁によって区切られた複数の線分のうち、最も短い長さの線分の5%の長さをいう。本実施形態の光透過窓接合体20では、この周縁部に対応する範囲よりも内部には、接合部材7B(特にロウ付層7Bb)は被着されない。
In the light
例えば、ロウ付層7Bbが光透過窓9の一方主面9aに拡がって被着された場合、光透過窓9における光の透過面積が比較的小さくなり、光透過窓9を透過する光の光量が減少する。またこの場合、例えばAg−Cuロウからなるロウ付層7Bbと、フッ化マグネシウム(MgF2)からなる光透過窓9との熱膨張係数の差に起因し、ロウ付層7Bbの固化の際に光透過窓9に割れ等の破損が生じることがある。本実施形態の光透過窓接合体2
0では、接合部材7Bの表面は、光透過窓9の一方主面9aの周縁部から、金属部材12の内周面12aに向けて連なり、光透過窓9の一方主面9aには、Ag−Cuロウからなるロウ付層7Bbが被着されない。本実施形態の光透過窓接合体20は、光透過窓9において光が透過できる面積を比較的広く確保することができる。また、本実施形態の光透過窓接合体20は、光透過窓9の、金属部材12に対する光の透過方向に沿った位置を比較的高い精度で規定しつつ、光透過窓9の破損が抑制される。
For example, when the brazing layer 7Bb is spread and applied to the one
In 0, the surface of the joining
本実施形態の光透過窓接合体20では、例えばMgF2からなる光透過窓9と、例えばCuからなる金属部材12とが、Ag−Cuからなるロウ付層7Bbによって接合されている。Ag−Cuからなるロウ付層7Bbは、約780℃と融点が比較的高く、接合後の部材(本実施形態では、光透過窓接合体20、および放電ランプ1)は、比較的高い耐熱性を備えている。本実施形態の光透過窓接合体20、および本実施形態の放電ランプ1は、比較的高い温度に昇温する条件下でも、光透過窓9と金属部材12とが、比較的高い接合状態を保っている。また、光透過窓接合体20では、光透過窓9の、側面9bおよび一方主面9aの周縁部のみに接合部材7Bが設けられている。本実施形態の光透過窓接合体20では、このように、側面9bおよび一方主面9aの周縁部にのみ接合部材7Bが設けられているので、例えば一方主面9aにロウ付層7Bが被着されている場合と比較して、温度変化に起因して光透過窓9に生じる応力は比較的小さい。放電ランプ1は、放電容器11内にプラズマを生成して光を発生し、プラズマに比較的近い位置に配置される光透過窓9および金属部材12は、発光および消灯に応じて、比較的広い温度範囲で温度変化する。本実施形態の光透過窓接合体20では、比較的広い温度範囲で温度が変化した場合でも、光透過窓9の損傷が抑制される。
In the light
また、本実施形態の光透過窓接合体20では、C面を主面とするフッ化マグネシウム(MgF2)単結晶体を光透過窓9とし、この光透過窓9を銅(Cu)からなる金属部材12と接合している。C面を主面とするフッ化マグネシウム単結晶体の熱膨張係数は、金属部材12を構成するCuの熱膨張係数と比較的近い。本実施形態の光透過窓接合体20では、比較的広い温度範囲で温度が変化した場合でも、金属部材12の熱膨張の程度と、光透過窓9の熱膨張の程度との差が、比較的小さくされている。また、光透過窓9と金属部材12とにおいて、熱膨張の程度に差が生じた場合も、金属部材12が積極的に変形し、光透過窓9にかかる応力を低減させることができる。本実施形態の光透過窓接合体20では、比較的広い温度範囲で温度が変化した場合でも、光透過窓9の損傷が抑制される。
Further, in the light
本実施形態の光透過窓接合体20を有して構成される放電ランプ1は、真空紫外領域の透過率が優れているフッ化マグネシウム単結晶体を透過窓として備えており、放電容器11内で生じた光を、比較的大きな光量で出射させることができる。また、本実施形態の放電ランプ1では、例えば、発光および消光による温度変化に起因した光透過窓9の損傷が抑制され、比較的長期間使用した場合でも、放電容器11内のガス濃度や気圧の変化が十分小さい。
The discharge lamp 1 including the light
以上、本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明の光透過窓接合体は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態では、誘電体バリア放電ランプの光透過窓接合体について説明したが、例えば、グロー放電ランプやアーク放電ランプの光透過窓であってもよい。また、光透過窓接合部材の金属部材の形状は、上記実施形態に限定されず、例えば図4の従来例の図に例示されるように、金属部材が部分的に屈曲部を有していてもよい。本発明は上記実施例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。 Having described in detail an embodiment of the present invention, the light transmissive window assembly of the present invention is not limited to the above embodiment. In the above embodiment, the light transmission window assembly of the dielectric barrier discharge lamp has been described. However, for example, a light transmission window of a glow discharge lamp or an arc discharge lamp may be used. Moreover, the shape of the metal member of the light transmission window bonding member is not limited to the above embodiment, and the metal member partially has a bent portion as illustrated in the conventional example of FIG. Also good. Of course, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
1 誘電体バリア放電ランプ(放電ランプ)
7A 接合部
7B 接合部材
7Ba メタライズ層
7Bb ロウ付層
9 光透過窓部材(光透過窓)
9a 主面(一方主面)
9b 側面
10 交流電源
11 放電容器(セラミック体)
12 金属部材
12a 内周面
16 曲部
20 光透過窓接合体
1 Dielectric barrier discharge lamp ( discharge lamp )
7A joint
7B Joining member
7Ba metallized layer
9a Main surface (one main surface)
12
16 pieces
20 Light transmission window assembly
Claims (7)
前記セラミック体の前記端部と接合され、前記開口と連通する管路を形成する管状の金属部材と、
前記管路を閉塞する光透過窓部材とを備え、
前記光透過窓部材は、前記光透過窓部材の側面と前記金属部材の内周面との間に配された接合部材によって、前記金属部材に接合されており、
前記金属部材の前記内周面は、前記光透過窓部材よりも前記セラミック体から離れる側に、前記光透過窓部材から離れるにしたがって前記開口の中心軸に近づく曲部を有し、
前記接合部材が、前記光透過窓部材の前記側面と前記金属部材の前記内周面との間から、前記内周面の前記曲部を含む領域にかけて延びていることを特徴とする光透過窓接合体。 A tubular ceramic body having an opening at the end;
A tubular metal member joined to the end of the ceramic body to form a conduit communicating with the opening;
And a light transmissive window member for closing the pipe,
The light transmission window member is bonded to the metal member by a bonding member disposed between a side surface of the light transmission window member and an inner peripheral surface of the metal member,
The inner peripheral surface of the metallic member, on the side Ru are away from the previous SL ceramic body than the light transmission window member, have a curved portion closer to the central axis of the release Re Runishitagatte the opening from the light transmission window members And
The joining member, from between the inner peripheral surface of the metal member and the side surface of the light transmitting window member, the light transmission window, characterized in that it extends over the region including the curved portion of the inner peripheral surface Joined body.
前記セラミック体の内部で発光した光を、前記光透過窓部材を介して、前記セラミック体と反対の側に出射することを特徴とするランプ。 The light transmissive window assembly according to any one of claims 1 to 6,
A lamp characterized in that light emitted inside the ceramic body is emitted to the opposite side of the ceramic body through the light transmission window member .
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