JP4134927B2

JP4134927B2 - エキシマランプ

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Publication number: JP4134927B2
Application number: JP2004088655A
Authority: JP
Inventors: 賢一廣瀬; 一晃矢野; 幸裕森本
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: KR20050095540A; TWI317964B; TW200532741A; KR100811391B1; JP2005276640A

Description

本発明はエキシマランプに関する。

近年、金属、ガラス、その他の材料よりなる被処理体に波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を照射することにより、当該真空紫外線およびこれにより生成されるオゾンの作用によって被処理体を処理する技術、例えば被処理体の表面に付着した有機汚染物質を除去する洗浄処理技術や、被処理体の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成処理技術が開発され、実用化されている。

このような紫外線処理を行うためのランプとしては、石英ガラスよりなる放電容器の中に、適宜のエキシマ発光用ガスを充填したエキシマランプが用いられている。

このエキシマランプに用いられているエキシマ発光用ガスとして例えばキセノンガスを用いることにより、主にキセノンエキシマ光である波長１７２ｎｍにピークを有する真空紫外線が放出され、また、エキシマ発光用ガスとして例えばアルゴンと塩素ガスとの混合ガスを用いることにより、主にアルゴン−塩素エキシマ光である波長１７５ｎｍにピークを有する真空紫外線が放出されることが知られている。
このようなエキシマ放電ランプは、特許文献１、特許文献２に記載されている。

このようなエキシマランプは、放電空間内で発生する真空紫外線や紫外線が放電容器を形成している石英ガラスを透過する際に石英ガラスに歪みが発生し、早期にガラスが破損するという問題があった。

近年、高圧放電灯や紫外線ランプの放電容器である石英ガラスの紫外線ダメージ、すなわち、紫外線歪みによる機械的強度の低下防止や透過率低下の防止のため、仮想温度を最適な範囲にすることによって、それらの問題を改善することが提案されている。
具体的には、特許文献３、特許文献４には、石英ガラスの仮想温度を５００〜１３００℃程度にすると、紫外線ダメージを少なくすることが記載されており、特に特許文献３にはエキシマランプ用ガラスにも効果があることが記載されている。

特許第２９５１１３９号特許第２７７５６９５号特開平９−２４１０３０号特開平８−０２６７６４号

しかしながら、このような石英ガラス材を用いて放電容器としたエキシマランプを製作しても、目標の寿命に達する前に破損することがあった。

例えば、１ｍを超える長尺のエキシマランプの場合は、長いガラス管材を使って放電容器に加工するが、ガラス管材は必ずしも真っ直ぐではないのでバーナーなどを使った加熱加工による芯出しが必要になる。または、短いガラス管材を複数本繋いで長いガラス管材として放電容器を製作する場合、部分的に加熱変形や短いガラス管材を加熱して接合することで、予め適切な仮想温度のガラス管材を用いたとしても加工部の仮想温度は高くなり、その加工部から破損することがあった。

また、エキシマランプの放電容器を形成するために予め適切な仮想温度のガラス管材を用いた場合でも、更に長時間点灯した場合や高出力ランプであった場合、放電容器の端部から破損することがあった。これは、ガラス管材の両端部をバーナーなどを使った加熱加工で封止して放電容器を製作するが、加熱加工した部分は、たとえ予め適切な仮想温度のガラス管材を使用したとしても熱影響を受けて仮想温度は高くなり、その部分から破損するものである。

さらに、エキシマランプにおいては、放電容器の内面に黒化物が付着し、放射照度維持率が低下してしまうという問題があった。また、この黒化物が原因で高輝度なアーク状の放電が発生し、光出力が大幅に低下したり、アーク状の放電が動き回ることにより光量の変動が大きくなる、という問題があった。

このようなことから、確実に放電容器の破損を防止することができず、また、放射照度維持率が短時間で低下し、更には、アーク状の不安定な放電により、光出力の低下や光量が変動するという問題があった。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、エキシマランプの放電容器が紫外線によって破損することがなく、しかも、長時間点灯しても放射照度維持率が減衰せず、光出力も低下せず、光量が安定したエキシマランプを提供することにある。

本発明の請求項１に記載のエキシマランプは、エキシマランプの放電容器の発光部のガラスの仮想温度が９００〜１２００℃であって、前記放電容器のガラスに含まれる炭素（Ｃ）の量が、Ｃ／Ｓｉの比で０．１ａｔｍ％以下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は、請求項１に記載のエキシマランプであって、特に、前記放電容器の両端の加熱加工によって形成された封止壁部の仮想温度が９００〜１２００℃であることを特徴とする。

請求項３に記載のエキシマランプは、請求項１又は請求項２に記載のエキシマランプであって、特に、前記放電容器に排気管残部が形成されており、当該排気管残部の仮想温度が９００〜１２００℃であることを特徴とする。

本発明のエキシマランプによれば、長時間点灯してもエキシマランプを構成している放電容器の発光部及び封止壁部が紫外線による歪みが入りにくく、放電容器の破損を防止できるとともに、放電容器の内面に黒化物が付着せず、放射照度維持率の低下を防止することができ、光出力が大幅に低下したり、放電が動き回ることなく放電が安定したものとなる。

さらには、放電容器を製造する際に、排気管残部はガラスが高温状態になった時に、封止切られて形成されるものであり、そのままの状態では仮想温度が１２００℃以上となっているが、排気管残部を封止切られた後に、加熱処理し、仮想温度を９００〜１２００℃にすることにより、排気管残部に紫外線が照射されても歪が発生せず、排気管残部またはその近傍を起点とする放電容器の破損を防止することができる。
また、放電容器を構成する外側管および内側管の各々の両端が加熱加工によってそれぞれが溶着されて封止壁部が形成されているが、この封止壁部の仮想温度を９００〜１２００℃にすることにより、封止壁部に紫外線が照射されても歪が発生せず、封止壁部を起点とする放電容器の破損を防止することができる。

以下、本発明の実施形態を実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示すエキシマランプの図である。同図において、エキシマランプ１の放電容器１３は、石英ガラスよりなる円筒状の外側管１１と、この外側管１１内にその筒軸に沿って配置された、外側管１１の内径より小さい外径を有する石英ガラスよりなる内側管１２と、外側管１１および内側管１２の各々の両端が加熱加工によってそれぞれが溶着されて封止壁部１４が形成されており、外側管１１と内側管１２との間に円筒状の放電空間Ｓを形成するものである。この放電容器１３の放電空間Ｓには発光ガスとしてキセノンガスが封入されている。

放電容器１３における外側管１１には、その外周面１５に密接して、例えば金網などの導電性材料よりなる網状の一方の電極１６設けられ、内側管１２の外周面１７には、その外周面１７を覆うようアルミニウムよりなる膜状の他方の電極１８が設けられている。そして、一方の電極１６および他方の電極１８は、それぞれ電流供給用のコード１９，１９によって適宜の電源装置（図示省略）に接続されている。

また、この放電容器１３には、放電空間Ｓ内に発光ガスを封入するための排気管が封止切られた排気管残部ａが形成されている。

上記放電容器１３の発光部を構成しているガラスは、仮想温度が９００〜１２００℃である。ここでいう、「発光部」とは、図１中、符号Ｌで示す外側管１１の外周面に密接して形成された電極１６が存在する部分の放電容器１３の放電領域のことである。発光部は、放電空間で発生する放電に最も近く紫外線による歪みが発生しやすいため、この発光部の仮想温度が放電容器の破損に極めて密接に関係するものである。

また、ここでいう、「仮想温度」とは、ガラスの構造を示す尺度であって、構造決定温度ということもできる。すなわち、ガラスはその熱処理条件によって構造が全く異なるものとなる。例えば、ある高温Ｔで熱平衡状態にあるガラスを室温まで急速に冷却すると、ガラスの構造は温度Ｔにおける状態が保持されたまま凍結されることになり、この場合にこの高温Ｔをそのガラスの仮想温度という。また同じように高温Ｔで熱平衡状態にあるガラスを急速ではなく、徐々に室温態まで冷却させた場合は、仮想温度は室温に近い温度となる。
このようにガラスは、熱平衡状態とそこからの冷却方法によって様々な仮想温度となるように制御することができ、ガラスの構造を様々に制御することができる。

仮想温度の算出は、赤外吸収スペクトル法やラマンスペクトルの測定によって求めることができる。

具体的には、発光管部分の仮想温度は赤外吸収スペクトル法を用いた。赤外吸収スペクトル法は、石英ガラスのSi‐O結合の伸縮振動を示すピーク（2260 cm^-1付近）のシフト量から石英ガラスの仮想温度を算出する方法であり、A. Agarwal[参考文献１]らは簡便に仮想温度を算出する下記の数１を見出している。

一方、排気管残部、封止壁部は表面形状が複雑であるため反射や散乱の影響が大きく赤外吸収スペクトル法では測定できない。顕微ラマン分光器は後方散乱法を用いるため、表面形状に左右されず測定が出来る。ラマンスペクトルからガラスの仮想温度を算出する方法はGeissberger[参考文献２]らにより提案されている方法を用いた。石英ガラス中のSi-O-Si結合の変角振動に起因するω₁（440 cm^-1付近に現れるピーク）ラインのシフト量を利用する方法であり、石英ガラスのラマンシグナルに現れるω₁のピーク位置と仮想温度：T_fの間には下記の数２の関係がある。
このラマンスペクトルの測定により排気管残部・封止壁部の仮想温度を算出した。

参考文献１ A. Agarwal, K. M. Davis, M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids 185 (1995). 参考文献２ E. Geissberger and F. L. Galeener, Phys. Rev. B, 28 6 (1983) 3266.

放電容器の発光部のガラスの仮想温度が９００〜１２００℃になるための条件の一例を示す。
予め外側管と内側管及び封止壁部よりなる放電容器本体を製造しておく。この状態では、放電容器に形成された封止管が封止切られていない状態であって、放電容器の放電空間には発光ガスが封入されていない状態である。
この放電容器本体を電気炉内に配置し、１１２０℃で１時間加熱した後に、１０℃／分のペースで９００℃まで急速冷却することで仮想温度「１１００℃」のガラスからなる放電容器本体を製造することができる。
他の方法としては、上述した放電容器本体を電気炉内に配置し、９５０℃で１２０時間加熱した後に、０．１℃／分のペースで７００℃まで除々に冷却することで仮想温度「９００℃」のガラスからなる放電容器本体を製造することができる。

つまり、このような熱処理をすることにより、放電容器の発光部の仮想温度を９００〜１２００℃にすることができる。
また、このような熱処理をすることにより、必然的に、放電容器の発光部以外の封止壁部も同時に、仮想温度を９００〜１２００℃にすることができる。

これらは、一例であり、他のさまざまな条件により放電容器の発光部及び封止壁部のガラスの仮想温度が９００〜１２００℃になるように制御することができる。

このように、放電容器の発光部及び封止壁部のガラスの仮想温度を９００〜１２００℃にすることにより、長時間点灯しても放電容器に紫外線による歪みが入り難く放電容器の破損を防止することができる。

次に放電容器１３のガラスに含まれる炭素（Ｃ）について説明する。
以下、放電容器のガラスに含まれる炭素（Ｃ）とは、発光部と封止壁部、及び後述する排気管残部とからなる放電容器本体全体のガラスに含まれる炭素（Ｃ）のことを意味するものである。

放電容器のガラス中に炭素が取り込まれる原因は、材料となるガラス製造工程中の熱処理や炭素冶具を使った（管や板への）成型だけでなく、ランプ製造工程中の熱処理や炭素冶具を使った加工などが考えられる。
さらには、放電容器を熱処理する時間が長くなるにしたがって、放電容器のガラス内に取り込まれる炭素の量が増えるものである。

炭素がＣＯやＣＯ_２の状態でガラス内部から放電空間に出てくると、放電空間のプラズマによって分解され、炭素がガラス表面に付着して透過率を低下させ、放射照度維持率が低下するという問題が生じる。
さらには、ガラス表面に付着した炭素が導電性を示し、高輝度なアーク状の放電が発生し、光出力が大幅に低下したり、アーク状の放電が動き回ることにより光量の変動が大きくなるという問題が生じる。
よって、放電容器を構成するガラスに炭素（Ｃ）が実質的に含まれないことで、放射照度維持率の低下、光出力の低下、光量変動を防止することができる。

その際、放電容器を構成しているガラスは、炭素（Ｃ）の量が、Ｃ／Ｓｉの比で０．１ａｔｍ％以下であると、放電空間内に放出される炭素（Ｃ）の量を少なくでき、ガラス面に付着する炭素の量が著しく少なく、確実に、ガラスの透過率の低下を防止でき放射照度維持率の低下を防止することができる。また、高輝度なアーク状の放電も発生せず、光出力の低下もなく、光量の変動も小さくできる。

炭素量の具体的な測定方法について示す。炭素量の定量には蛍光X線分析装置を用いた。放電容器のガラスの内部の測定は、ランプ表面に付着している炭素の影響、また大気中に浮遊している炭素の付着によって、ガラス内部の炭素の検出感度が損なわれるのを防ぐために、真空チェンバーの中でガラス試料を破断し、大気に曝さずにその破断面を測定した。
肉厚方向に炭素量の分布があると考えられるため、内外表面から０．１ｍｍの点、および肉厚の中心部分の計３点について測定を行いその平均値を実際の測定値とした。検出下限は０．１ａｔｍ％であり、検出限界値以下のデータは０として平均値を求めた。

次に、放電容器を構成するガラスの仮想温度と、炭素（Ｃ）の量を変えたエキシマランプを複数製作し、点灯時間の経過に伴う放電容器の破損率と、初期点灯時の紫外線放射照度を１００％とした場合の点灯後１０００時間経過後の紫外線放射照度維持率を調べる実験を行った。エキシマランプは、図１に示すエキマランプであって、放電容器のガラスは石英ガラス、外側管は外径２５ｍｍ、肉厚１ｍｍ、内側管は外径１２ｍｍ、肉厚１ｍｍ、全長（両端の封止壁部間の距離）８００ｍｍ、定格５００Ｗのものである。そして、放電容器内には、放電ガスとしてＸｅガスを３０ｋＰａ封入した。

図２は、実験結果と実験条件を示すものであり、放電容器を構成するガラスが同じ仮想温度と同じ炭素含有量を有するエキシマランプ５本を１つのグループとして、それぞれグループ間で仮想温度、或いは、炭素含有比率を変えた７つのＡ〜Ｇグループのエキシマランプの放電容器の破損率（１つのグループに属する５本のランプのうち何本のランプが破損したかを示す比率）と、放射照度維持率（１つのグループに属する５本のランプの平均放射照度維持率）を調べる実験を行った。

図２より、グループＡのエキマランプは、放電容器の発光部及び封止壁部のガラスの仮想温度が８００℃であり、炭素含比率（Ｃ／Ｓｉ）が０．２ａｔｍ％である。
このグループＡでは、全てのランプは点灯後２０００時間経っても破損しなかった。しかし、放射照度維持率は５９％であった。

つまり、仮想温度が８００℃と低いため、紫外線歪みが入りにくく放電容器は破損しないものである。しかし、仮想温度を８００℃に制御するためには、放電容器を長時間電気炉内に配置して熱処理を加える必要があり、或いは、高温状態になった放電容器を時間をかけて徐々に冷却させる必要があり、この熱処理工程が長時間におよぶために放電容器を構成しているガラスに炭素が多量に混入し、炭素含比率（Ｃ／Ｓｉ）が０．１ａｔｍ％以上の０．２ａｔｍ％となり、炭素が放電容器のガラスに多量に含まれる結果、早期に放電容器の内面に黒化物が付着し、放射照度維持率が低下するという問題が生じた。

また、ランプは破損しないものの、５本中１本のランプは１８００時間が経過した時点で高輝度なアーク状の放電が発生し、また、他の１本のランプは、１９００時間が経過した時点で高輝度なアーク状の放電が発生した。そして、その高輝度なアーク状の放電が動き回り、同じ位置での光量の時間変化は大幅に変動した。具体的には光出力は安定な場合の約３／４〜１／４の範囲に減衰した。

グループＦのエキマランプは、放電容器の発光部及び封止壁部のガラスの仮想温度が１３００℃であり、炭素含比率（Ｃ／Ｓｉ）が０．１ａｔｍ％以下である。
このグループＦでは、点灯後１０００時間で４０％のエキシマランプの放電容器が破損し、点灯時間の経過とともに破損率が上昇し、ついには２０００時間で破損率１００％となり、全てのエキマランプの放電容器が破損した。一方、放射照度維持率は５０％という低い値を示すのであった。これは、放電容器のガラスの炭素含有量が少なく黒化物による影響はないものの、ソーラリゼーションなどによって放電容器のガラス自身の透過率が低下し、結果的に放射照度維持率が低下するものである。

グループＧでは、放電容器の発光部及び封止壁部のガラスの仮想温度が１３００℃であり、点灯後１０００時間で、全てのエキシマランプの放電容器が紫外線の歪みにより破損しており、実用上使用できないランプである。

一方、本発明のグループＢ〜Ｅに属するエキシマランプは、点灯後２０００時間を経過しても破損率が０％であり、長時間点灯しても放電容器が破損しないエキシマランプである。また、炭素含比率（Ｃ／Ｓｉ）が０．１ａｔｍ％以下であるために、放電容器の内面に黒化物が付着せず、紫外線放射照度の低下がなく、長時間点灯しても、放射照度維持率が低下しないものである。

この結果から、エキシマランプの放電容器の発光部及び封止壁部のガラスの仮想温度が９００〜１２００℃であって、放電容器のガラスに含まれる炭素（Ｃ）の量が、Ｃ／Ｓｉの比で０．１ａｔｍ％以下であると、長時間点灯しても放電容器が紫外線歪みによって破損することがなく、しかも、放射照度維持率が低下しにくいエキシマランプとなる。
また、高輝度なアーク状の放電も発生せず、２０００時間点灯後も光出力や光量の変動がすくなく安定な放電であった。

次に、放電容器の発光部及び封止壁部のガラスの仮想温度を本発明の条件範囲内である１１００℃であって、炭素含有量が異なるエキシマランプを４本を用いて、１０００時間点灯後の放射照度維持率の変化を調べる実験を行った。
仮想温度を同じにして、炭素含有量を異ならす方法は、例えば放電容器本体の加熱処理方法に依存するものもある。今回の実験の場合、放電容器本体を１１００℃で長時間電気炉内に配置して熱処理を加える方法を採用することで、炉壁や固定用の冶具や炉を設置している環境などから放電容器のガラスに取り込まれる炭素量を変えた。熱処理時間を変えることであえて炭素含比率（Ｃ／Ｓｉ）を異ならせ、炭素による影響が顕著にわかるような実験を行った。
結果を図３に示す。

図３に示すように、ランプ１、ランプ２は放電容器のガラスに含まれる炭素（Ｃ）の量が、Ｃ／Ｓｉの比で０．１ａｔｍ％以下であるため放射照度維持率が７０％以上となり、高い紫外線放射維持率を保っており、長時間点灯しても放射照度の低下が起きにくいエキシマランプとなる。
しかしながら、ランプ３、ランプ４では、放電容器のガラスに含まれる炭素（Ｃ）の量が、Ｃ／Ｓｉの比で０．１ａｔｍ％以上であるため放射照度維持率が７０％を下回り、放射維持率が低く、長時間点灯すると紫外線の放射照度の低下が起こり実用上使用できないランプとなる。
なお、いずれのランプも２０００時間点灯したが、仮想温度が適切であるため破損するランプはなかった。また、ランプ３は１９００時間点灯後、高輝度なアーク状放電が発生し、ランプ４は１６００時間点灯後、高輝度なアーク状の放電が発生して放電が安定しなかった。

次に、放電容器の排気管残部について説明する。
上述したように、放電容器のガラスの仮想温度制御処理方法は、放電容器本体に封止切られていない状態の排気管が形成された状態で熱処理をするものである。
これは、放電容器本体に発光ガスを封入し、排気管を封止切り排気管残部を形成した状態で放電容器本体を電気炉に入れて加熱すると、内部の発光ガスが膨張し、放電容器本体が破裂する恐れがあり、予め放電容器内にガスを封入し、完全に放電容器が完成した状態で排気管残部を含む放電容器全体を仮想温度が９００〜１２００℃の範囲になるように制御することができないものである。また、封入ガスの圧力によってはガラスから放電容器内部へ大量の酸素、水素、水、炭素などが放出され、放電に悪影響を及ぼす。
この結果、必然的に、封止管を封止切る作業が仮想温度制御処理工程の後に発生し、この封止管を封止切る作業は高温で排気管を焼き切るために、排気管残部のみ仮想温度が１２００℃以上となる。

このように排気管残部のみ仮想温度が１２００℃以上となっている場合、この排気管残部に紫外線が照射されると排気管残部に紫外線による歪みが発生し、排気管残部やその近傍より放電容器の破損が発生する恐れがある。

このようなことを防止するために、放電容器本体に形成された排気管残部のみ、別途、バーナーによって加熱処理したり、排気管残部近傍のみを電気炉等で加熱処理し、排気管残部の仮想温度が９００〜１２００℃になるように加熱処理する。この結果、排気管残部を含む放電容器全体のガラスの仮想温度が９００〜１２００℃になり、確実に紫外線による放電容器の破損を防止することができる。また、加熱範囲は小さいので放電容器内部へ放出される不純ガス（酸素、水素、水、炭素など）は、量が少なく放電には影響しなかったり、量が少ないので放電容器の非加熱部に設けたゲッター材によって吸着させ、安定な放電を発生させることができる。

図４は、他のエキシマランプの説明図である。
図４では、放電容器２０は石英ガラスよりなる管型の両端封止型構造であって、放電容器２０の内部に内部電極２１が配置されており、放電容器２０の外面にコイル状の外部電極２２が配置されており、ガラス製の放電容器２０の壁を介して内部電極２１と外部電極２２との間で放電が起こることにより放電空間Ｓ内でエキシマ放電が発生するものである。
この放電容器は外径１５ｍｍ、肉厚１ｍｍ、放電容器内には、放電ガスとしてＸｅガスを４０ｋＰａ封入した。

このようなエキシマランプでは、両端の封止部２ａを含む放電容器２０全体をガラスの仮想温度が９００〜１２００℃になるように熱処理をしてもよいが、図４中、符号Ｌで示す外部電極２２が存在する位置の放電容器の発光部のみ仮想温度を９００〜１２００℃になるように熱処理しても、紫外線による歪みの発生を十分に抑制することができる。なお、排気管残部２ｂは発光部に取り付いている為に、排気管残部２ｂとその近傍は放電ガス封入後に仮想温度は９００〜１２００℃になるように部分的に熱処理を行なったものである。

これは、放電空間で発生する放電に最も近く紫外線による歪みが発生しやすい発光部の歪みを抑えることにより、実用上問題とならない程度までエキシマランプの寿命を延ばすことができる。
なお、放電容器２０を構成するガラスに含まれる炭素（Ｃ）の量は、Ｃ／Ｓｉの比で０．１ａｔｍ％以下である。

図５は、他のエキシマランプの説明図である。
図５では、放電容器３０は石英ガラスよりなる管型の一端封止型構造であって、放電容器３０の内部に内部電極３１が配置されており、放電容器３０の外面に金網状の外部電極３２が配置されており、ガラス製の放電容器３０の壁を介して内部電極３１と外部電極３２との間で放電が起こることにより放電空間Ｓ内でエキシマ放電が発生するものである。
この放電容器は外径４０ｍｍ、肉厚１ｍｍ、放電容器内には、放電ガスとしてＸｅガスを２５ｋＰａ封入した。

このようなエキシマランプでは、封止部３ａを含む放電容器３０全体をガラスの仮想温度が９００〜１２００℃になるように熱処理をし、排気管残部３ｂ近傍も仮想温度が９００〜１２００℃になるように熱処理をしてもよいが、図５中、符号Ｌで示す外部電極３２が存在する位置の放電容器の発光部のみ仮想温度を９００〜１２００℃になるように熱処理しても、紫外線による歪みの発生を十分に抑制することができる。

図６は、他のエキシマランプの説明図である。
図６では、放電容器４０は石英ガラスよりなる管型の両端封止型構造であって、略コの字になっており、放電容器４０の内部に内部電極４１が配置されており、放電容器４０の直管部の外面に円周の半分を覆うように反射鏡を兼ねた外部電極４２が配置されており、ガラス製の放電容器４０の壁を介して内部電極４１と外部電極４２との間で放電が起こることにより放電空間Ｓ内でエキシマ放電が発生するものである。
この放電容器は外径２０ｍｍ、肉厚１ｍｍ、放電容器内には、放電ガスとしてＸｅガスを２０ｋＰａ封入した。

このようなエキシマランプでは、封止部４ａを含む放電容器４０全体をガラスの仮想温度が９００〜１２００℃になるように熱処理をし、排気管残部４ｄ近傍も仮想温度が９００〜１２００℃になるように熱処理をしてもよいが、図６中、符号Ｌで示す外部電極４２が存在する位置の放電容器の直管部４ｂを形成している発光部のみ仮想温度を９００〜１２００℃になるように熱処理しても、紫外線による歪みの発生を十分に抑制することができる。
なお、このような略コの字状の放電容器は、放電ガス封入前に曲管部４ｃと直管部４ｂを全体として電気炉内に配置するものであり、必然的に曲管部４ｃ仮想温度も９００〜１２００℃になるものである。

つまり、放電空間で発生する放電に最も近く紫外線による歪みが発生しやすい発光部の歪みを抑えることにより、実用上問題とならない程度までエキシマランプの寿命を延ばすことができる。
なお、放電容器４０を構成するガラスに含まれる炭素（Ｃ）の量は、Ｃ／Ｓｉの比で０．１ａｔｍ％以下である。

図７は、他のエキシマランプの説明図である。
図７では、放電容器５０は石英ガラスよりなる管型の一端封止型構造であって、渦巻き状になっており、放電容器５０の内部に内部電極５１が配置されており、放電容器５０の外面に金網状の外部電極５２が配置されており、ガラス製の放電容器５０の壁を介して内部電極５１と外部電極５２との間で放電が起こることにより放電空間Ｓ内でエキシマ放電が発生するものである。
この放電容器は外径１５ｍｍ、肉厚１ｍｍ、放電容器内には、放電ガスとしてＸｅガスを４０ｋＰａ封入した。

このようなエキシマランプでは、封止部５ａを含む放電容器５０全体をガラスの仮想温度が９００〜１２００℃になるように熱処理をしてもよいが、図７中、外部電極５２が存在する位置の放電容器の渦巻き部５ｂを形成している発光部のみ仮想温度を９００〜１２００℃になるように熱処理しても、紫外線による歪みの発生を十分に抑制することができる。なお、排気管残部５ｃは発光部に取り付いている為に、排気管残部５ｃとその近傍は放電ガス封入後に仮想温度は９００〜１２００℃になるように部分的に熱処理を行なったものである。

なお、放電容器５０を構成するガラスに含まれる炭素（Ｃ）の量は、Ｃ／Ｓｉの比で０．１ａｔｍ％以下である。

図８は、他のエキシマランプの説明図である。
図８では、放電容器６０はガラス製である両端封止型構造であって、放電容器６０の外部に内部に一対の外部電極６１が配置されており、ガラス製の放電容器６０の壁を介して外部電極６１間で放電が起こることにより放電空間Ｓ内でエキシマ放電が発生するものである。

このようなエキシマランプでは、放電容器６０全体をガラスの仮想温度が９００〜１２００℃になるように熱処理をしてもよいが、外部電極６１が存在する位置の放電容器の発光部のみ仮想温度を９００〜１２００℃になるように熱処理しても、紫外線による歪みの発生を十分に抑制することができる。

これは、放電空間で発生する放電に最も近く紫外線による歪みが発生しやすい発光部の歪みを抑えることにより、実用上問題とならない程度までエキシマランプの寿命を延ばすことができる。
なお、放電容器６０を構成するガラスに含まれる炭素（Ｃ）の量は、Ｃ／Ｓｉの比で０．１ａｔｍ％以下である。

次に、図４に示すエキシマランプの封止部２ａを仮想温度が９００〜１２００℃になるように電気炉内で加熱する際に、封止部２ａから突出する外部リード棒を酸化させない方法の一例を図９に示す。
図９（イ）放電容器２０の内部であって、端部より少し中央よりに、金属箔Ｈと外部リード棒Ｇが位置しており、予めこの位置ｅで金属箔Ｈと外部リード棒Ｇを封着しておき、さらに、放電容器２０の端部ｆを封止して、空間Ａを真空または不活性ガス雰囲気にしておく。

そして、この状態で、封止部２ａを含めて放電容器２０全体を、電気炉内に入れて、仮想温度が９００〜１２００℃になるように加熱する。
この結果、外部リード棒Ｇが電気炉内の存在する酸素によって酸化されることを防止できる。
その後、図９（イ）中のＸ−Ｘで示す部分を切断することにより、図９（ロ）に示すように、外部リード棒Ｇを外部に露出させ、給電部とする。
なお、図5、図６、図７の封止部３ａ、４ａ、５ａも同様にすることにより、外部リード棒の酸化を防止できる。
当然、電気炉内部を真空又は不活性雰囲気にして外部リード棒が剥き出しのランプを入れても酸化は防止できる。

なお、ガラスの歪は紫外線や真空紫外線によって発生するが、波長の短い真空紫外線のほうが発生しやすい。本発明の実施例は主に172nmの真空紫外光を発光するＸｅガスを封入したＸｅエキシマランプに関して述べた。アルゴン−塩素エキシマ光である波長１７５ｎｍなどでも同様の効果がある。また、キセノン−塩素やクリプトン−フッ素などの混合ガスにおいても主に３０８ｎｍや２４８ｎｍの紫外線が発生するが、キセノンの１７２ｎｍやクリプトンの１４７ｎｍの真空紫外光も発生しているため、歪は入りやすい。特に長時間点灯するとハロゲンガスの枯渇現象が起こり、寿命末期には真空紫外光の割合は高くなる。

本発明のエキシマランプの説明図である。エキシマランプの放電容器を構成するガラスの仮想温度と、炭素（Ｃ）の量を変えた場合の放電容器の破損率と紫外線放射照度維持率を調べた実験結果データ説明図である。放電容器の仮想温度を一定に場合の炭素含有量を変えた時の放射照度維持率の変化を調べた実験結果データ説明図である。本発明のエキマランプの他の実施例の説明図である。本発明のエキマランプの他の実施例の説明図である。本発明のエキマランプの他の実施例の説明図である。本発明のエキマランプの他の実施例の説明図である。本発明のエキマランプの他の実施例の説明図である。本発明のエキシマランプの外部リード棒の酸化防止方法の説明図である。

符号の説明

１エキシマランプ
１１外側管
１２内側管
１３放電容器
１４封止壁部
１５外側管の外周面
１６電極
１７内側管の外周面
１８電極
１９給電用のコード
ａ排気管残部

Claims

エキシマランプの放電容器の少なくとも発光部のガラスの仮想温度が９００〜１２００℃であって、
前記放電容器のガラスに含まれる炭素（Ｃ）の量が、Ｃ／Ｓｉの比で０．１ａｔｍ％以下であることを特徴とするエキシマランプ。
前記放電容器の両端の加熱加工によって形成された封止壁部の仮想温度が９００〜１２００℃であることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。
前記放電容器に排気管残部が形成されており、当該排気管残部の仮想温度が９００〜１２００℃であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエキシマランプ。