JPH07267674A - 短波長紫外線ランプ用高純度シリカガラス - Google Patents

短波長紫外線ランプ用高純度シリカガラス

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JPH07267674A
JPH07267674A JP8358094A JP8358094A JPH07267674A JP H07267674 A JPH07267674 A JP H07267674A JP 8358094 A JP8358094 A JP 8358094A JP 8358094 A JP8358094 A JP 8358094A JP H07267674 A JPH07267674 A JP H07267674A
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JP
Japan
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silica glass
ultraviolet
lamps
transmittance
metal element
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Application number
JP8358094A
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English (en)
Inventor
Mitsuba Kuriyama
満葉 栗山
Shigeru Yamagata
茂 山形
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Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 150〜220nmの紫外線の発光でも初
期の透過率が高い高純度シリカガラスを提供すること。 【構成】 遷移金属元素各々の含有量が10wtppb
以下、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素各
々の含有量が50wtppb以下、OH基濃度が100
wtppm〜2,000wtppmで、かつ初期透過率
が30%以上であることを特徴とする短波長紫外線ラン
プ用高純度シリカガラス。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、紫外線発光ランプ用シ
リカガラス、特にArClエキシマランプ、Xe2エキ
シマランプ、重水素ランプ、DeepUVランプ、水銀
ランプ等波長150nm〜220nm域の紫外線を発光
するランプ用高純度シリカガラスに関する。
【0002】
【従来の技術】紫外線は半導体工業、食品・医療衛生分
野、レ−ザ光学分野等で使用され、例えば半導体工業で
は光CVD、光洗浄、光リソグラフィ−等に、また食品
・医療衛生分野では殺菌、脱臭、水処理等に、さらにレ
−ザ光学分野ではレ−ザ発振体励起光源として利用され
ている。この紫外線を発生する素子としては紫外線ラン
プが一般的によく利用されている。紫外線ランプには封
入金属ガスを比較的低圧力低温度で発光させる低圧水銀
ランプ、重水素ランプ、エキシマランプや封入金属ガス
を比較的高圧力高温度で発光させる高圧水銀ランプ、メ
タルハライドランプ等がある。前記ランプの何れも発生
した紫外線をランプチュ−ブ外に放射するためチュ−ブ
材料は紫外線透過性がよく、発光温度に十分耐える材料
でなければならない。その上ランプチュ−ブに加工する
ための加工特性にも優れていることが要求される。こう
した要求に答える材料としてシリカガラスがあり、紫外
線ランプチュ−ブは殆どシリカガラスで作製されてき
た。
【0003】しかしながら、シリカガラス中には微量の
遷移金属元素やアルカリ金属元素・アルカリ土類金属元
素等の不純物が含まれており、これら金属不純物が、特
に遷移金属元素が紫外線を吸収するため、紫外線ランプ
チュ−ブ用シリカガラスには、前記金属元素不純物の少
ないものが使用されてきた。
【0004】上記比較的低圧力低温度で発光させる低圧
水銀ランプ、重水素ランプ、エキシマランプにあっては
発光温度が低いこともあってアルカリ金属元素・アルカ
リ土類金属元素の含有に基づく失透の起こることは少な
いが、それでもこれらの不純物含有量は50wtppb
以下が良い。
【0005】このように遷移金属元素、アルカリ金属元
素・アルカリ土類金属元素の含有量の少ないシリカガラ
スを用いて作成した紫外線ランプであっても、長時間発
光させるとランプチュ−ブ材に紫外線ダメ−ジが現れ、
所謂ソラリゼ−ションによる紫外線の透過率低下が起こ
る。特に低圧力低温度で発光させる上記の紫外線ランプ
において顕著であった。
【0006】この問題を解決するため、本発明者等は遷
移金属元素、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属
元素の含有量を特定の範囲にするとともに、非移動性O
H基濃度並びに仮想温度を規定することにより耐紫外線
性の優れた紫外線ランプ用高純度シリカガラスを開発
し、提案した。とこが、前記高純度シリカガラスであっ
ても波長が150〜220nmの紫外線(以下短波長紫
外線という)を長時間発光させると紫外線ダメージが起
こり、未だ満足のいく短波長紫外線ランプ用シリカガラ
スが提案されていない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】こういした現状を踏ま
えて、本発明者等は、短波長の紫外線に対しての透過率
が高く、その後も安定な透過率を保持するシリカガラス
について鋭意研究を重ねた結果、シリカガラス中のアル
カリ金属元素、アルカリ土類金属元素、遷移金属元素お
よびOH基濃度とともに、163nm光の透過率を特定
の範囲以上とすることで、上記欠点のないシリカガラス
が得られることを見出し、本発明を完成したものであ
る。
【0008】すなわち、本発明は、150〜220nm
の紫外線の発光に対してもソラリゼーションが起こりに
くく、ランプ寿命を長く保持できる紫外線ランプ用シリ
カガラスを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、シリカガラス中のアルカリ金属元素およびアルカ
リ土類金属元素各々の含有量を各々50wtppb以
下、遷移金属元素各々の含有量を10wtppb、OH
基濃度を100wtppm〜2,000wtppmと
し、かつ163nm光の透過率が30%以上である短波
長紫外線ランプ用シリカガラスに係る。
【0010】波長が150〜220nmの短波長紫外線
は高エネルギーを有し、紫外線ランプ用に開発されたシ
リカガラスであっても容易にダメージが与えられその寿
命は短いものであった。特にシリカガラス中に遷移金属
元素不純物としてのTi、Cr、Fe、Ni、Cuの各
含有量が10wtppbを超えると、紫外線吸収が大き
くなる。そのため紫外線チューブ用シリカガラスにあっ
ては前記遷移金属元素の含有量を各々10wtppb以
下にする必要がある。アルカリ金属元素およびアルカリ
土類金属元素の含有量は低圧用紫外線ランプ用のシリカ
ガラスにあっては高温での発光がないので前記不純物に
基づく失透も少ないが、それでも各々50wtppb以
下にすることが肝要である。
【0011】また、シリカガラス中のOH基の含有量を
100wtppm〜2,000wtppmとすると、O
H基がガラスネットワークのターミネーターとなりシリ
カガラス中の歪みをリラックスさせたり、あるいはレー
ザ照射により発生したE’センター(215nm吸収)
と反応し、該センターに基づく紫外線ダメージを抑制さ
せる。OH基の含有量が100wtppm未満では前記
作用が低下し紫外線ダメージの抑制効果がなく、逆に、
OH基の含有量が2,000wtppmを超えると15
0〜180nmの透過率を低下させる。
【0012】上記に加えて、163nm光の透過率が高
いと、紫外線ダメージがさらに減少する。この163n
m光の透過率はシリカガラスの構造欠陥の1つである酸
素原子の欠損に基づく欠陥である酸素欠損型欠陥濃度を
表わす尺度であり(H.Imai et al.,(1
988)Two types of oxygenーd
eficient centers in synth
etic silica glass. Physic
al Review B,Vol.38,No.17,
pp12772〜12775)、それが30%以上であ
ると、150〜220nm域の透過率が高くなるだけで
なく、150〜220nmの紫外線が長時間発光しても
紫外線ソラリゼーション等のダメージを受けることが少
なくなる。前記163nm光の透過率は、厚さ2mmの
両面鏡面仕上げした平行板状サンプルに163nm光を
照射したとときの透過量をパーセントで表わした値をい
う。
【0013】本発明の短波長紫外線ランプ用高純度シリ
カガラスは以下の数種類の方法により製造される。すな
わち、先ずSiCl4、HSiCl3、CH3SiCl3
(CH32SiCl2、CH3Si(OCH33、Si
(OCH34等のケイ素化合物を原料とし、それから酸
水素またはプロパン等の火炎加水分解法で合成したシリ
カガラスを加熱成形してチュ−ブ状とし、好ましくは次
いで大気または窒素雰囲気下、あるいは1Torr以下
の真空下で、900℃〜1,300℃で10〜100時
間加熱処理して製造される。前記各種製造法のシリカガ
ラスはその中の遷移金属元素各々の含有量が10wtp
pb以下、アルカリ金属元素およびアルカリ土類元素各
々の含有量が50wtppb以下になるように作成され
る。また、加熱処理条件はシリカガラス中のOH基濃度
が100wtppm〜2,000wtppm、163n
m光の透過率が30%以上となる条件が選択される。前
記合成シリカガラスの作り方において酸水素火炎加水分
解法が好ましい。これ以外の例えばプラズマ法等では、
シリカガラス中のOH基濃度が極端に少なくなり過ぎ、
紫外線によるソラリゼ−ションを抑えることができな
い。
【0014】本発明のシリカガラス中の各物性値は以下
の方法により測定される。 1)OH基濃度測定:赤外線吸収分光光度法による
(D.M.Dodd、D.B.Fraser(196
6)、OpticalDeterminations
of OH inFused Silica J.Ap
pliedPhysics,Vol37,pp.391
1)。
【0016】2)Na、K、Ca、Mg,Cr、Fe、
Ni、Cuの分析法:原子吸光分析法による。
【0017】4)Li、Tiの分析法:IPC質量分析
法による。
【0018】5)透過率:紫外線分光光度法による。
【0019】6)Xe2エキシマランプ照射実験:Xe2
エキシマランプ、波長172nm、光出力1W、光エネ
ルギ−密度0.1W/cm2、照射時間100時間後、
波長172nmでの透過率測定。
【0020】
【実施例】
実施例1〜4 SiCl4を原料とし、酸水素火炎加水分解法により表
1に示す不純物濃度の高純度シリカガラスシリンダ−を
合成した。得られた合成シリカガラスシリンダ−を円筒
型電気炉の上部より挿入し、軟化点以上に加熱し直径3
0mm、肉厚2mm、長さ200mmのチュ−ブに加熱
成形した。該チュ−ブを2けい化モリブデンのヒ−タの
ある電気炉内に設置し、大気中にて1,100℃で10
0時間加熱処理を行い、該熱処理チュ−ブを更にステン
レススチ−ルジャケットで、タングステンメッシュヒ−
タ−のある真空炉内に設置し、約1×10-2Torrの
真空度で10時間、1,000℃の加熱処理を行った。
得られたチュ−ブにつてXe2エキシマランプを照射し
たところ、そのチューブの示す透過率曲線はXe2エキ
シマランプ照射前のチューブが示す図1の透過率曲線と
殆ど同じであった。さらに前記チューブの性能確認実験
を行ったところ、表1のとおりであった。
【0021】比較例1〜4 上記各実施例と比較のため表1記載のOH基及び不純物
含量のシリカガラスチュ−ブを同表記載の条件の加熱処
理を行った。その結果を表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】注)(1)透過率は、厚さ2mm、波長1
72nmでの初期透過率をいう。 (2)Xe2エキシマランプ照射の透過率は、Xe2エキ
シマランプ(172nm)、光エネルギ−密度0.1W
/cm2、100時間照射後の172nmでの透過率を
いう。
【0025】上記表に示されるように本発明のシリカガ
ラスではランプ100時間の点灯照射後も僅かな透過率
の低下があるに過ぎない。これに対し、本発明の範囲外
のシリカガラスは初期透過率が悪く、かつランプ照射後
の透過率の低下にも著しいものがある。
【0026】
【発明の効果】本発明のシリカガラスは、150〜22
0nmの紫外線にたいしても安定で、紫外線ダメージが
少ない。そのため、前記波長を発光する短波長紫外線ラ
ンプのチューブ材として使用してもソラリゼ−ションに
基づく透過率の低下がなく寿命の長い紫外線ランプを作
成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高純度シリカガラスの透過率曲線を示
す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】遷移金属元素各々の含有量が10wtpp
    b以下、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素
    各々の含有量が50wtppb以下、OH基濃度が10
    0wtppm〜2,000wtppmで、かつ163n
    m光の透過率が30%以上であることを特徴とする短波
    長紫外線ランプ用高純度シリカガラス。
JP8358094A 1994-03-31 1994-03-31 短波長紫外線ランプ用高純度シリカガラス Pending JPH07267674A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009022456A1 (ja) * 2007-08-15 2009-02-19 Shin-Etsu Quartz Products Co., Ltd. 光触媒用シリカガラス及び光触媒用シリカガラスの製造方法
JP2009154090A (ja) * 2007-12-26 2009-07-16 Shinetsu Quartz Prod Co Ltd 光触媒用シリカガラス及びその製造方法
JP2020017548A (ja) * 2014-04-30 2020-01-30 ケーエルエー コーポレイション 広帯域光源

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