JPH04229671A - 高出力ビーム発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放電条件下でビームを送
出する充填ガスで充填された放電空間を有し、該放電空
間の壁が第１及び第２管状誘導体によって形成されてお
り、上記壁は夫々上記放電空間と離反した表面上に夫々
外部電極と内部電極とを有し、更に、上記電極に接続さ
れた交流電流源を放電部への給電のために備えているも
のに関する。

【０００２】その場合本発明は例えばヨーロッパ特許出
願公開ＥＰ−Ａ　　０　　２５４　　１１１、米国特許
出願第０７／４８５５４４号（２７．０２．１９９０）
、ヨーロッパ特許出願第９０１０３０８２．５号（１７
．０２．１９９０）に示されているような従来技術に係
わる。

【０００３】

【従来の技術】以下、技術的背景及び従来の技術に就い
て説明する。

【０００４】光化学的手法（プロセス）の産業上の利用
面は適当なＵＶ（紫外線）−源の利用可能性に著しく依
存する。旧来のＵＶ−ビーム発生装置は幾つかの個別の
波長のもとで低い程度から中程度までのＵＶ強度を発生
し、例えば水銀低圧ランプは１８５ｎｍのもとで、また
、殊に２５４ｎｍのもとで当該強度を発生する。実際に
高いＵＶ−出力は高圧ランプ（Ｘｅ、Ｈｇ）からのみ得
られ、この高圧ランプはそれのビームを比較的大きな波
長領域に亙って分布する。新しいエキシマレーザは写真
化学的基礎実験に対して幾つかの新たな波長を用意して
あり、目下、産業上のプロセスに対するコスト上の理由
から例外的な場合においてのみ適する。冒頭に述べたヨ
ーロッパ出願又は議事録“Ｎｅｕｅ　　ＵＶ−ｕｎｄ　
　ＶＵＶＥｘｃｉｍｅｒｓｔｒａｈｌｅｒ”Ｕ．Ｋｏ−
ｇｅｌｓｃｈａｔｚ　　ｕｎｄ　　Ｂ．Ｅｌｉａｓｓｏ
ｎ、著述、第１０回講演会（Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
Ｄｅｕｔｓｃｈｅｒ　　Ｃｈｅｍｉｋｅｒ、Ｆａｃｈｇ
ｒｕｐｐｅ　　Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｅ、）ｉｎ　　Ｗ
ｕｅｒｚｂｕｒｇ（ＢＲＤ）１８．−２０．Ｎｏｖｅｍ
ｂｅｒ１９８７、において新たなエキシマビーム発生装
置が記載されている。上記の新たな型式のビーム発生装
置は下記の技術的基礎事項に基く、即ち、エキシマビー
ムを無声電気放電においても生じさせ得る、つまり、オ
ゾン発生上大規模技術で用いられる放電型式に基く。た
んに、短時間のみ（＜１ｍｓ）存在する電流フィラメン
トにおいて、電子衝撃により、希ガス原子が励振されそ
れら希ガス原子はさらに反応して励振された分子複合体
（エキシマ）が形成される。それらエキシマはたんに数
１００ｎｓｅｃ存続し分解の際ＵＶビームの形でそれの
結合エネルギを送出する。

【０００５】その種エキシマビーム発生装置の構成は旧
来のオゾン発生装置のそれに相応しているが、主な相違
点となるのは、放電空間を仕切る電極および／又は誘電
体層が発生されたビームに対して透過性を有することで
ある。

【０００６】上記の高出力ビーム発生装置は高い効率、
経済性のある構成というすぐれた特長を有し、大きな面
状ビーム発生装置の創出を可能にするが、制限的条件と
しては大面積の面状ビーム発生装置が比較的大きな技術
的コストを要することである。これに対して、公知のシ
リンダービーム発生装置ではビームの少なからざる部分
が内部電極のシャドウ（陰影）作用により利用されない
。シリンダービーム発生装置において収率、効率を高め
るため、冒頭に述べたヨーロッパ特許出願第９０１０３
０８２．５号によるビーム発生装置では内部誘電体管は
外部誘電体管に比して著しく小さい。外部誘電体の直径
に比して小さい直径を有する内部誘電体、及び内部誘電
体に隣接せる表面上にのみ外部電極を偏心的配置するこ
と、および同時に上記外部電極を反射体として配置構成
することにより、放射の特定方向が達成される。

【０００７】

【発明の目的】本発明の課題ないし目的とするところは
、殊に高い効率にすぐれ、経済的に作製され得、大型の
面状ビーム発生器の構成を可能にし、更に、ＵＶビーム
を所期のように、広い限界内で選択可能な放射角度へ集
中でき、内部電極がもはやシャドウ（陰影部分）を発生
投影し得ないような高出力ビーム発生装置、殊に、ＵＶ
又はＶＵＶ−ビーム用のものを実現することにある。

【０００８】

【発明の構成】上記課題の解決のため本発明によれば冒
頭に述べた形式の装置において、上記外部電極は上記第
１誘電体管の周囲の一部に亙ってのみ延在し、ここにお
いて当該放電が、実質的に上記外部電極により定められ
た放電セグメントにおいてのみ形成されるように構成さ
れているのである。

【０００９】このようにして、当該ビームは所定方向に
出力結合され得るのであり、このことは、殊に、平坦又
は湾曲した表面への照射の際有利である、それというの
は、電気放電はたんに、被照射物体のほうに向いた表面
上においてのみ行なわれ得るからである。外部電極とし
ては関連文献中に記載されたワイヤネット又はワイヤ編
組体のほかに導電性でＵＶ−透過性の被覆物、例えば導
電ラッカ又は薄い金属フィルムを用いることもできる。 また、外部電極を液状に構成し、その際外部管がたんに
部分的に透明の電解質、有利に水中に浸漬されるように
することも可能である。この配置構成は殊に温度感応性
の物質への照射に適している、（例えばＬＣＤセルの接
着、薄板への照射）それというのは、場合により存在す
る赤外ビーム（線）（放電からの）が水により著しく有
効に阻止（ブロッキング）されるからである。

【００１０】電解質はサーモスタットを介して回転せし
められ、そのようにして、低い一定温度に保持され得る
。電解質の適当な選定により、付加的に光学的フィルタ
作用を得ることができる。更に、電解質における外部管
の浸漬深度を介して、点孤されるセグメントの角度領域
を変化させることができる。

【００１１】上記内部電極は有利に旧来通り構成される
、即ち、内部誘電体管の内面に被着された金属被覆、例
えば、アルミニウム蒸着物から成る。そのようにして、
内部電極は同時にＵＶビームに対する反射体としても作
用する。冷却が必要である場合には冷却媒体（物質）流
（ガス又は液体）が内部管を通じて導かれ得る。

【００１２】そのようなビーム発生装置の複数個を組合
せまとめ合せて、大きな面積の照射に適するブロックを
形成することができる。有利にはこの目的のために、電
気的に絶縁性であるが良好に熱伝導性の材料から成る支
持体中に溝状の半円筒状の切欠部にて上記外部管が配置
される。そのような材料としてはセラミックをベース材
としたもの、例えば窒化アルミニウム（ＡＩＮ）又は酸
化ベリリウム（ＢｅＯ）とか、プラスチックをベース材
とするもの（トランスとか電気回路用の鋳込材料）があ
る。比較的極限要求度の少ない（厳しくない極限要求）
場合には比較的一般慣用である材料、酸化アルミニウム
（Ａｌ２Ｏ３）、ガラスセラミック又は耐熱性プラスチ
ック（ポリテトラフルオルエチレンのような）が用いら
れ得る。比較的高い出力の場合は支持体、ひいては外部
管を冷却することが可能であり、このことを行なうには
例えば管長手方向に延在する冷却チャネルを支持体内に
設けるのである。支持体における半円筒状切欠部の反射
能は金属的反射化部、例えば、フッ化マグネシウムシュ
ーム（ＭｇＦ２）から成る保護膜がその上に施されたア
ルミニウム膜により改善され得る。但し、拡散反射性層
、所謂ウルプリヒト（Ｕｌｂｒｉｃｈｔ）にて放射能計
測において使用されているようなものを被着することも
有利に行なうことができる。この場合には酸化マグネシ
ウム（ＭｇＯ）又は硫化バリウム（ＢａＳＯ４）が使用
されることとなる。

【００１３】表面のＵＶ−処理、及びＵＶ−塗料及びＵ
Ｖ−ラッカの硬化の際、所定の事例の場合においては空
気中で作動を行なわないのが有利である。空気を排除し
たＵＶ−処理を好ましいようにさせる少なくとも２つの
根拠理由がある。第１の根拠理由はビームが極めて短波
長であるため空気によって吸収されもって減衰されると
いうものである（波長＜１９０ｎｍ）。そのようなビー
ムによっては酸素の分解、ひいては不都合なオゾン発生
を来たすものである。第２の根拠理由は酸素の存在によ
りＵＶビームの所期の光化学作用が阻害される（酸素阻
止作用）ことである。このような事態が生じるのは例え
ばラッカ及び塗料の光網状（橋かけ）結合（ＵＶ−重合
化、ＵＶ−乾燥）の場合である。これらの現象、過程は
それ自体公知であって、例えば著書“Ｕ．Ｖ．ａｎｄ　
　Ｅ．Ｂ．ＣｕｒｉｎｇＦｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ　　ｆ
ｏｒ　　Ｐｒｉｎｔｉｎｇ　　Ｉｎｋ、Ｃｏａｔｉｎｇ
ｓ　　ａｎｄ　　Ｐａｉｎｔｓ”１９８８ｖｏｎ　　Ｓ
ＩＴＡ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２０３Ｇａｒ−ｄｉｎ
ｅｒ　　Ｈｏｕｓｅ、Ｂｒｏｏｍｈｉｌｌ　　Ｒｏａｄ
、Ｌｏｎｄｏｎ　　ＳＷ１８、第８９−９１頁、に記載
されている。これらの場合には不活性のＵＶ−透過性ガ
ス、例えば窒素又はアルゴンで処理空間を洗浄する手段
を設けるように構成されている。殊に、第１管が溝の設
けられた支持体内に設けられている構成の場合はその種
洗浄は大して技術コストをかけずに実現され得、例えば
不活性ガス源から供給を受け放電空間のほうに向って開
いている付加的チャネルにより実現され得る。更に、上
記チャネルを通って導かれた不活性ガスはビーム発生装
置の冷却に用いられ得、それにより幾つかの適用例の場
合は別個のチャネルを省くことができる。

【００１４】

【実施例】次に図示の実施例を用いて本発明を説明する
。

【００１５】図１−ａ〜ｃにはほぼ０．５〜１．５ｍｍ
の肉厚及びほぼ２０〜３０ｍｍの外径を有する外部石英
管１内に内部石英管２が同軸的に配置されている。内部
石英管２の内面に内部電極３が設けられており、この内
部電極は例えばアルミニウムでの被覆を施されてつくら
れている。ワイヤネット（金網）から成る狭幅ストリッ
プの形の外部電極４はたんに外部石英管１の周囲のわず
かな部分にわたって延在している。上記石英管１と２は
両端にて閉鎖されている。両管１と２間の空間である放
電空間５は放電条件下でビームを送出するガス／ガス混
合気で充填されている。両電極３，４は交流源６の両極
に接続されている。上記交流源は基本的に、オゾン発生
源への給電に用いられるようなものに相応する。上記交
流源は典型的には数１０００ＫＨｚまでの技術的交流電
流の領域における周波数のもとで数１００Ｖ〜２０００
０Ｖのオーダの可調整の交流電圧を供給する（電極の幾
何学的形状、放電空間内の圧力、充填ガスの組成に依存
して）。

【００１６】充填ガスは例えば水銀、希ガス、希ガス−
金属蒸気−混合気、希ガス−ハロゲン−混合気、場合に
より付加的な別の希ガスの使用下で（有利にはＡｒ、Ｈ
ｅ、Ｎｅ、緩衝ガスとして）。

【００１７】その場合ビームの所望のスペクトル成分、
組成に応じて、物質／物質混合気を下記のテーブルに従
って使用できる。

【００１８】 　　　　　　　　充填ガス　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ビーム　　　
　ヘリウム　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　６０−１００ｎｍ　　ネオン　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　８０−９０ｎｍ　　アル
ゴン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
０７−１６５ｎｍ　　アルゴン＋フッ素　　　　　　　
　　　　　　　１８０−２００ｎｍ　　アルゴン＋塩素
　　　　　　　　　　　　　　　　１６５−１９０ｎｍ
　　アルゴン＋クリプトン＋塩素　　　　１６５−１９
０ｎｍ、２００−２４０ｎｍ　　クセノン　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　１６０−１９０ｎｍ
　　窒素　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　３３７−４１５ｎｍ　　クリプトン　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　１２４ｎｍ、１４０
−１６０ｎｍ　　クリプトン＋フッ素　　　　　　　　
　　　　２４０−２５５ｎｍ　　クリプトン＋塩素　　
　　　　　　　　　　　　２００−２４０ｎｍ　　Ｈｇ
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　１８５ｎｍ、２５４ｎｍ、３２０−３７０ｎ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　ｍ、３９０−４２０ｎｍ　　セレン　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１９６ｎｍ
、２０４ｎｍ、２０６ｎｍ　　重水素　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　１５０−２５０ｎｍ
　　キセノン＋フッ素　　　　　　　　　　　　　　３
４０−３６０ｎｍ、４００−５５０ｎｍ　　キセノン＋
塩素　　　　　　　　　　　　　　　　３００−３２０
ｎｍ　　アルゴン＋ホウ素　　　　　　　　　　　　　
　１５０−１９０ｎｍ　　クリプトン＋ホウ素　　　　
　　　　　　　　１９０−２５０ｎｍ　　キセノン＋ホ
ウ素　　　　　　　　　　　　　　２６０−３４０ｎｍ
　　クリプトン＋ヨウ素　　　　　　　　　　　　１５
０−２３０ｎｍ　　キセノン＋ヨウ素　　　　　　　　
　　　　　　２４０−３３０ｎｍ　　Ｈｇ＋ヨウ素＋希
ガス　　　　　　　　　　４００−５１０ｎｍ　　Ｈｇ
＋ホウ素＋希ガス　　　　　　　　　　４９０−５７０
ｎｍ　　Ｈｇ＋塩素＋希ガス　　　　　　　　　　　　
５３０−５７０ｎｍそのほかに多数の一連の充填ガスの
使用可能性がある。

【００１９】−希ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｘｅ
）又はＨｇ＋ガスないし蒸気（Ｆ２、Ｊ２、Ｂｒ２、Ｃ
ｌ２から成る）又は化合物（これは放電中にて１つ又は
複数の原子Ｆ、Ｊ、Ｂｒ　　ｏｄｅｒ　　Ｃｌを分解さ
せる）−希ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｘｅ）又は
Ｈｇ＋Ｏ２又は化合物（これは放電中で１つ又は複数の
Ｏ原子を分解する）−希ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅ
、Ｘｅ）＋Ｈｇ形成される無声電気的放電（サイレント
デイスチャージ）にて電子エネルギ分布が、誘導体の厚
さにより、また、それの特性、圧力および／又は温度が
放電空間で最適に調整される。

【００２０】電極３と４間に交流電圧印加の際、多数の
放電チャネル７（部分放電）が形成される。これらの放
電チャネルは充填ガスの原子／分子と相互作用し、それ
によって、究極的に、ＵＶ（紫外線）又はＶＵＶ（真空
紫外線）ビームが生ぜしめられる。

【００２１】外部電極としての狭幅のワイヤネットの代
わりに、相互に離隔された狭幅の２つの外部電極４ａ，
４ｂ（図１−ｂ）、　　は、比較的幅広の１つのワイヤ
ネット（図１−ｃ）（これは管周囲のほぼ１／６に亙っ
ている）を使用することもできる。ワイヤネット（金網
）の代わりに孔付きの金属シート、又はＵＶ透過性の導
電性被覆物を利用することもできる。

【００２２】前述の固定外部電極のほかに透過性の電解
質を使用することもできる。図２の実施例では内部電極
３を備えた内部誘電体管２を有する３つの誘電体管１が
、水４′で充填された石英容器８内に浸漬されている。 浸漬深度ｔを介して点孤されるセグメントの大きさを変
化させることができる。更に電解質の相応の選定により
、付加的フィルタ作用を達成できる。而して、例えば水
により、場合により存在する赤外ビーム（放電からの）
が阻止（ブロッキング）される。このことは殊に著しく
温度感応性の物質への照射の場合に重要である。

【００２３】図３にはどのようにして図１−ｃによるシ
リンダービーム発生装置複数個を１つの面状ビーム発生
装置を形成し得るかを示してある。電気的絶縁性である
が良好な熱伝導性の材料、例えばセラミックをベースと
する材料から成る支持体９が、当該目的のため半円形状
の横断面を有する並列平行溝１０を有し、上記平行溝は
１管外径より大の寸法だけ相互に間隔をおかれている。 上記溝１０は外部石英管１に適合されており、その際被
覆により、ＵＶ−反射性材料、例えばアルミニウム（こ
れはＭｇＦ２からの保護層を有する）適合されている。 管１の方向に延在する付加的孔１１は個別ビーム発生装
置の冷却に用いられる。

【００２４】特別な適用例に対して、異なるガス充填物
、ひいては異なる（ＵＶ−）波長を有する個別ビーム発
生装置を組合せることができる。

【００２５】支持体９は必ずしも板状に構成されていな
くてもよい。上記支持体はそれの内周に亙って規則的に
分布された軸平行の溝を有する中空円筒状の横断面を有
するようにしてもよい。その際、上記溝内には冒頭に述
べたヨーロッパ特許出願第９０１０３０８２．５号明細
書の第７図又は第８図に類似して各１つのビーム発生装
置エレメントが装着される。

【００２６】図４の照射装置は基本的に図３のそれに相
応しているが、支持体９の長手方向に延びる付加的チャ
ネル１２が設けられている。上記付加チャネルは支持体
９における多数の孔又はスリット１４を介して外部空間
１４と連通している。上記チャネル１２は図示してない
不活性ガス源、例えば窒素源又はアルゴン源に接続され
ている。上記チャネル１２からは圧力状態下におかれて
いる不活性ガスが上述の経路で処理空間１３内に達する
。図４では付加的に外部電極の特に簡単且経済的な実施
例が示してある。上記外部電極はすべてのビーム発生装
置に共通である。この外部電極は管長手方向に延在する
半円状の凹陥部を有する１つの一貫した（連続した）ワ
イヤネット又はワイヤ編組体から成り、上記凹陥部は外
部石英管１に適合されるものである。

【００２７】

【発明の効果】本発明により、殊に高い効率にすぐれ、
経済的に作製され得、大型の面状ビーム発生器の構成を
可能にし、更にＵＶビームを所望のように広い限界内で
選択可能な放射角度へ集中でき、内部電極がもはやシャ
ドウ（陰影部分）を発生投影し得ないような高出力ビー
ム発生装置、殊にＵＶ又はＶＵＶ−ビーム用のものを実
現できる効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】外部誘電体管上に異なった電極装置を有し、内
部誘電体管の同心的配置構成を有するシリンダービーム
発生装置の横断面図である。

【図２】液体の形態の外部電極を有するＵＶビーム発生
装置の横断面図である。

【図３】絶縁材料から成る支持体上に配置された図１−
ｃによる３つの相並ぶシリンダービーム発生装置を有す
る照射装置の実施例の横断面図である。

【図４】図３と類似であるが外部誘電体管の自由表面全
体を被う外部電極を有する実施例の横断面図である。

【符号の説明】

１　　　　外部石英管 ２　　　　内部石英管 ３　　　　内部電極 ４　　　　外部電極 ５　　　　放電空間

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　放電条件下でビームを送出する充填ガ
   スで充填された放電空間（５）を有し、該放電空間の壁
   が第１（１）及び第２管状誘導体（２）によって形成さ
   れており、上記壁は夫々上記放電空間（５）と離反した
   表面上に夫々外部電極（４）と内部電極（３）とを有し
   、更に、上記電極に接続された交流電流源（６）を放電
   部への給電のために備えているものにおいて、上記外部
   電極（４；４ａ；４ｂ，４′；１５）は上記第１誘電体
   管（１）の周囲の一部に亙ってのみ延在し、ここにおい
   て当該放電（７）が、実質的に実質的外部電極（４）に
   より定められた放電セグメントにおいてのみ形成される
   ように構成されていることを特徴とする高出力ビーム発
   生装置。
2. 【請求項２】　　外部電極は編状ないしストライプ状に
   管長手方向に延在している請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】　　上記外部電極は電解質（４′）によっ
   て形成されており、この電解質内に上部外部誘電体管は
   せいぜい部分的に浸漬される請求項１記載の装置。
4. 【請求項４】　　ビーム放射を行なう有効セグメントの
   大きさが、電解質（４′）内への外部誘電体管（１）の
   浸漬深度（ｔ）により可調整である請求項３記載の装置
   。
5. 【請求項５】　　上記外部管（１）は熱的に良好に伝導
   性の絶縁材料から成る支持体（９）における材料切欠部
   （１０）内に部分的に配置されている請求項４記載の装
   置。
6. 【請求項６】　　上記支持体（９）内に冷却孔（１１）
   が設けられており、この冷却孔は上記材料切欠部（１０
   ）と交わらないように構成されている請求項５記載の装
   置。
7. 【請求項７】　　上記材料切欠部（１０）の横断面が上
   記外部管（１）の外径に適合されており、当該切欠部壁
   はＵＶ−反射器として構成されている請求項５記載の装
   置。
8. 【請求項８】　　不活性ガスを当該空間（１３）中へ供
   給するための手段（１１，１４）が、上記外部管（１）
   の外側に設けられている請求項５から７までのいずれか
   １項記載の装置。
9. 【請求項９】　　支持体中に、上記空間（１３）と連通
   しているチャネル（１２）が設けられており、上記チャ
   ネル（１２）を通って、不活性ガス、例えば窒素又はア
   ルゴンが供給可能である請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】　　上記チャネル（１２）は夫々隣接す
    る誘電体管（１）間に設けられており、孔又はスリット
    （１４）を介して上記空間と接続されている請求項９記
    載の装置。