JP2007311048A - 閃光放電ランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 閃光放電ランプに十分なトリガーエネルギーをかけ、閃光放電ランプを確実に発光させることができる閃光放電ランプ装置を提供することにある。
【解決手段】 本発明の閃光放電ランプ装置は、一対の電極１が対向配置されてなる発光管２を有する閃光放電ランプと、閃光放電ランプの発光管２の外部において電極１間にわたって伸びる高電圧給電用近接導体３とを備えてなり、高電圧給電用近接導体３は、ガラス製の封管体４の内部に配置され、一端部が金属箔３３に接続された金属棒であり、金属棒３には凹部３０が形成されており、金属棒３の凹部３０および金属箔３３と対向する部分の封管体４を溶融して、高電圧給電用近接導体３を封管体４内に封止したことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば半導体基板や液晶基板の熱処理などに好適に用いられる閃光放電ランプを用いた閃光放電ランプ装置に関する。

従来、閃光放電ランプ装置としては、例えば一対の電極が対向配置されてなる発光管を有する閃光放電ランプと、当該閃光放電ランプの発光管の外部に、トリガー電極と称される高電圧供給用近接導体（以下、単に「近接導体」ともいう。）を備えたものが広く知られている。

具体的には、近接導体を石英ガラスからなる封管体の内部に気密に配置し、この封管体を閃光放電ランプの発光管に沿って配置した閃光放電ランプ装置が知られている。このような技術は、特開２００３−２０３６０６号に記載されている。

図７を用いて、従来の閃光放電ランプ装置を説明する。図８は、図７における封管体の封止構造を説明するための拡大断面図である。
この閃光放電ランプ装置は、石英ガラス製の管型の発光管２内に一対の電極１が配置された閃光放電ランプと、この閃光放電ランプの発光管２の外部にタングステン製の金属棒である近接導体３が配置されている。

この近接導体３は、両端が封止された円筒状の石英ガラス管よりなる封管体４の内部に配置されている。
近接導体３の一端部３１は金属箔３３に接続され、金属箔３３の他端には封管体４から突出するようにリード３４が接続されており、この金属箔３３の部分で封管体４を圧潰封止することにより、近接導体３を封管体４内に密閉保持している。密閉された封管体４内には不活性ガスが充填されているかもしくは真空雰囲気になっており、近接導体３が酸化することを防止している。
そして、封管体４と発光管２はニッケル製の固定部材５によって、固定されている。
なお、図８では、固定部材は省略している。

近接導体３は、一端部３１は封管体４を圧潰封止することにより封管体４に固定されており、他端部３２は封管体４内で自由端となっているので、閃光放電ランプからの光を受け、近接導体３が加熱され膨張しても、その膨張量を他端部３２と封管体４の内壁との隙間で吸収する構造になっている。

このように、近接導体を封管体内に密閉保持する構造であるため、近接導体の酸化を防止したり、或いは、近接導体が高温でスパッタした場合に、近接導体材料が発光管に付着することに起因して起こる発光管のクラックを防止することができる。
特開２００３−２０３６０６号公報

しかしながら、この閃光放電ランプ装置に用いられる閃光放電ランプは、１ｍｓｅｃの短時間の間に、２０Ｊ／ｃｍ^２以上のエネルギーを有する光を、被処理物である半導体基板に対して照射することが要請され、これを達成するためには、閃光放電ランプに投入されるピークエネルギーは５×１０^６Ｗにもおよぶ。

この結果、閃光放電ランプから放射される光が大きなエネルギーを有するものであることから、近接導体３が瞬時に高温となり膨張し、その後、収縮するものであり、閃光放電ランプの発光に伴い、繰り返し近接導体３が膨張収縮するものである。
そして、図８に示すように、封管体４によって近接導体３が封止された部分では、封管体４を構成している石英ガラスと近接導体３を構成しているタングステンとの膨張係数の違いにより、近接導体３の周りには微小な隙間が開いており、図８中破線で示す近接導体３と金属箔３３の溶接部分Ａに、膨張収縮する際の応力が繰り返し加わることになる。

また、閃光放電ランプから光が放射される際に、閃光放電ランプの周りの空間に衝撃波が発生する。
この衝撃波の影響により、閃光放電ランプ自体が振動し、この閃光放電ランプに固定された封管体４も振動し、内部の近接導体３も振動することになる。

また、近接導体３と金属箔３３は、突合せ溶接によって接合されているので、金属箔３３は溶接のために高温状態となり脆くなっている。
つまり、金属箔３３の近接導体３と溶接された部分Ａでは、本来の金属箔の強度より劣化した状態であるにもかかわらず、近接導体３の膨張収縮応力が繰り返し加わり、さらに、衝撃波の影響により振動も繰り返し加わる結果、金属箔３３の一部が切れた状態になる。

この状態で、トリガー起動時、近接導体３に高周波・高電圧がかかると、金属箔３３の切れた部分で放電が起こる場合があり、放電が起こると近接導体３のトリガー出力のエネルギーが低下し、閃光放電ランプが発光しなくなる場合があった。
つまり、閃光放電ランプが点灯する場合と点灯しない場合があり、閃光放電ランプの点灯性が不安定になるという問題があった。

さらには、金属箔３３の切れた部分で放電が繰り返し起こるようになると、最終的には金層箔３３が完全に切れ、閃光放電ランプが全く点灯しなくなるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、閃光放電ランプに十分なトリガーエネルギーをかけ、閃光放電ランプを確実に発光させることができる閃光放電ランプ装置を提供することにある。

本願発明の閃光放電ランプ装置は、一対の電極が対向配置されてなる発光管を有する閃光放電ランプと、当該閃光放電ランプの発光管の外部において電極間にわたって伸びる高電圧給電用近接導体とを備えてなる閃光放電ランプ装置において、前記高電圧給電用近接導体は、ガラス製の封管体の内部に配置され、一端部が金属箔に接続された金属棒であり、前記金属棒には、凹部が形成されており、前記金属棒の凹部および前記金属箔と対向する部分の封管体を溶融して、前記高電圧給電用近接導体を前記封管体内に封止したことを特徴とする。
さらに、前記凹部の表面に、高融点金属よりなる被覆層が形成されていることを特徴とする。
さらに、前記凹部は、前記閃光放電ランプの電極先端より前記封管体の端部方向の位置に設けられていることを特徴とする。

本発明の閃光放電ランプ装置は、閃光放電ランプを点灯させるための高電圧給電用近接導体が封管体内に密閉保持され、この高電圧給電用近接導体に、凹部が形成されており、この凹部に封管体を構成する石英ガラスが流れ込んで高電圧給電用近接導体が固定されているので、高電圧給電用近接導体が膨張収縮しても、あるいは、高電圧給電用近接導体に振動が加わっても、その応力が高電圧給電用近接導体と接続された金属箔にかからず、金属箔が破壊されることがなく、閃光放電ランプに十分なトリガーエネルギーをかけることができ、閃光放電ランプを確実に発光させることができる。

また、凹部の表面に高融点金属よりなる被覆層が形成されているので、高電圧給電用近接導体の表面に石英ガラスに対して親和性が高い酸化物ができなく、高電圧給電用近接導体が石英ガラスに溶着されることが防止され、封管体にクラックが入ることを防止できる。

さらに、凹部は、閃光放電ランプの電極先端より封管体の端部方向の位置に設けられているので、高電圧給電用近接導体の金属箔近傍に閃光放電ランプからの光が照射されないか、若しくは、光が照射されても光出力が低下しているので、金属箔近傍の高電圧給電用近接導体は膨張収縮がほとんど起こらないものであり、金属箔の破壊を確実に防止することができる。

以下、本発明の閃光放電ランプ装置を説明する。
図１を用いて、本発明の閃光放電ランプ装置を説明する。図２は、図１における封管体の封止構造を説明するための拡大断面図である。
この閃光放電ランプ装置は、石英ガラス製の管型の発光管２内に一対の電極１が配置された閃光放電ランプと、この閃光放電ランプの発光管２の外部に高電圧給電用近接導体（以下、単に、「近接導体」ともいう。）３が配置されている。

この近接導体３は、外径が１．５ｍｍ、長さが５１０ｍｍのタングステン製の金属棒（以下、金属棒も符号３で示す。）である。
この金属棒３は、タングステン以外に、ニッケル、アルミニウム、白金、インコネル（ニッケル−クロム−鉄合金）、モリブデンなどの金属を用いることができる。
金属棒３は、図２に示すように、閃光放電ランプの電極１の先端より封管体４の端部方向の位置に凹部３０が形成されている。
つまり、凹部３０は、閃光放電ランプの電極１間と対向した位置に存在せず、電極１間で発生した光が真っ直ぐに凹部３０に照射されない位置に形成されており、電極１間で発生した光が斜めから照射されて光出力が低下するところ、或いは、電極１によって遮光されるところに凹部３０が形成されている。

この凹部３０は、金属棒３の一部をバインダーによって切削加工したものであり、深さは０．２ｍｍ以上、長さが１．５ｍｍ以上である。
この例においては、深さは０．３ｍｍ、長さは４ｍｍである。

また、凹部３０の表面には、ロジウムもしくはレニウムの高融点金属よりなる被覆層３ａが形成されている。
この被覆層３ａは少なくとも凹部３０の表面に形成するものであり、凹部３０の表面を含んでその周辺の金属棒３の表面全体に被覆層３ａを形成してもよい。

この金属棒３は、両端が封止された円筒状の封管体４の内部に配置されている。
封管体４は、石英ガラスよりなり、外径５ｍｍ、内径２ｍｍ、長さ６００ｍｍの円筒状であり、両端部が封止されている。
金属棒３の一端部３１はモリブデン製の金属箔３３に接続され、金属箔３３の他端には封管体４から突出するようにモリブデン製のリード３４が接続されている。

そして、金属箔３３および金属棒３の凹部３０と対向する位置の封管体４を溶融して、金属棒３を封管体４内に密閉封止する。
封止構造を具体的に説明すると、凹部３０および金属箔３３と対向する位置の封管体４をバナーで加熱して封管体４を溶融状態にして、凹部３０に封管体４を構成している石英ガラスが流れ込むようにする。その後、金属箔３３と対向する部分の封管体４をさらに高温で焼き込むことにより、金属箔３３を挟んだ状態で封管体４が封止される。

この封止構造において、凹部３０の表面に高融点金属よりなる被覆層３ａが形成されているので、封管体４を溶融する時に金属棒３が加熱されても、金属棒３の表面に石英ガラスに対して親和性が高い酸化物ができなく、金属棒３が石英ガラスに溶着されることが防止され、封管体４にクラックが入ることを防止できる。

密閉された封管体４内には不活性ガスが充填されているかもしくは真空雰囲気になっており、金属棒３が酸化することを防止している。
そして、封管体４と発光管２はニッケル製の固定部材５によって、固定されている。なお、図２では、固定部材５は省略している。

金属棒３は、図２に示すように、一端部３１は封管体４を圧潰封止することにより封管体４に固定されており、図１に示すように、他端部３２は封管体４内で自由端となっているので、閃光放電ランプからの光を受け、金属棒３が加熱され膨張しても、その膨張量を他端部３２と封管体４の内壁との隙間で吸収する構造になっている。

さらに、図２を用いて説明する。
金属棒３の凹部３０に、封管体４を構成する石英ガラスが流れ込んで固化した状態になっているので、金属棒３は封管体４に対してこの凹部３０部分で固定されることになる。つまり、金属棒３は、凹部３０を中心に、凹部３０から封管体４内に伸びる金属棒本体部分Ｌ１と、凹部３０から金属箔３３側に伸びる金属棒根元部分Ｌ２に分かれた構造になる。

そして、閃光放電ランプの発光に伴い金属棒３に光が照射されると、金属棒本体部分Ｌ１が膨張収縮するが、その膨張収縮応力は凹部３０に流れ込んで固化した石英ガラスにかかるだけで、金属箔３３と金属棒３が溶接された溶接部分Ａにはかからないものである。
また、凹部３０は、電極１間で発生した光が斜めから照射されて光出力が低下するところ、或いは、電極１によって遮光されるところに形成されており、つまり、金属棒３の金属棒根元部分Ｌ２に光が照射されないか、若しくは、光が照射されても光出力が低下しているので、金属棒根元部分Ｌ２は膨張収縮がほとんど起こらないものであり、溶接部分Ａには金属棒根元部分Ｌ２の膨張収縮応力はほとんどかからないものである。

この結果、閃光放電ランプの発光に伴い金属棒３に光が照射されても、金属箔３３と金属棒３が溶接された溶接部分Ａに応力がかからず、金属箔３３が切れることがないものである。

さらに、閃光放電ランプから光が放射される際に、閃光放電ランプの周りの空間に衝撃波が発生して、封管体４内で金属棒３が振動しても、金属棒３は封管体４に対してこの凹部３０部分で固定されており、この凹部３０は、金属箔３３と金属棒３が溶接された溶接部分Ａの近傍に形成されているので、金属棒本体部分Ｌ１が振動したとしても、その振動は溶接部分Ａには伝わらず、よって、金属棒３が振動しても、金属箔３３にはなんら振動による応力がかからず、金属箔３３が切れることがないものである。

この結果、金属棒３が膨張収縮しても、あるいは、金属棒３が振動しても、それらの応力が金属箔３３にかからず、金属箔３３が切れないものであり、トリガー起動時に、金属箔３３を通って金属棒３に確実に高周波・高電圧をかけることができ、金属棒３のトリガー出力のエネルギーが常に最適な状態になり、閃光放電ランプを常時確実に点灯させることができるものである。

次に、金属棒に設けられる凹部の形状について説明する。
図３は、金属棒の凹部部分の拡大説明図である。
図３（ａ）は金属棒の側面図、図３（ｂ）は金属棒の斜視図である。
金属棒３の凹部３０は、深さＤ１が０．２ｍｍ未満では、封管体を構成している石英ガラスが溶融した時に、溶融した石英ガラスが凹部に流れ込まなく、金属棒３を封管体で固定することができないものである。
一方、金属棒の外径をＨ（ｍｍ）とすると、深さＤ１が１／２Ｈを超えると、金属棒全体に対して深く切削しすぎた状態の凹部となり、金属棒自体の強度が低下し、金属棒３に振動が加わると金属棒が破断する恐れがある。
よって、凹部３０の深さＤ１は、０．２ｍｍ≦Ｄ１≦１／２Ｈｍｍの範囲がよい。

金属棒３の凹部３０は、長さＤ２が１．５ｍｍ以下では、封管体を構成している石英ガラスが溶融した時に、溶融した石英ガラスが凹部に十分に流れ込まなく、金属棒３を封管体で強固に固定することができないものである。
一方、長さＤ２の上限値は、特に限定されるものではないが、金属棒３の構造上、凹部３０が長くなると金属棒３の強度が低下するものであり、凹部３０の長さＤ２は２０ｍｍ以下が好ましい。

以下、金属棒に設けられる凹部の他の実施例を説明する。以下の実施例は、金属棒のみ示すものであり、封管体は省略している。
図４は、金属棒３の凹部３０は、金属棒３の表面から凹部３０の底部中央部側に向かってテーパー状の傾斜面３０１を有するものである。
このように凹部３０が傾斜面３０１を有することにより、封管体を構成している石英ガラスが溶融した時に、溶融した石英ガラスが傾斜面３０１に沿って凹部に流れ込みやすくなり、確実に、金属棒３を封管体で固定することができるものである。

図５（ａ）は金属棒３の側面図、図５（ｂ）は金属棒３の斜視図であり、凹部３０は、金属棒３の全周に連続して形成されている。
このように金属棒３の全周に凹部３０が形成されていることにより、金属棒３の全周に溶融した石英ガラスが流れ込み、確実強固に、金属棒３を封管体で固定することができる。

図６は、金属棒３の長手方向に、複数の凹部を設けた実施例であり、図６（ａ）は、金属棒３の同一方向側に２つの凹部３０を設けた実施例であり、図６（ｂ）は、金属棒３の異なった方向側に２つの凹部３０を設けた実施例である。
このように、金属棒３に、長手方向に複数の凹部３０を設けることにより、金属棒３を封管体で確実に固定することができるとともに、金属棒３が膨張収縮を繰り返しても、あるいは、金属棒３が振動しても、金属棒３と封管体との固定部分が２箇所以上となり、金属棒と金属箔の溶接部分に加わる応力を確実に小さくすることができる。

本発明の閃光放電ランプ装置の断面説明図である。 図１における封管体の封止構造を説明するための拡大断面図である。 本発明の閃光放電ランプ装置の高電圧給電用近接導体である金属棒の説明図である。 本発明の閃光放電ランプ装置の高電圧給電用近接導体である金属棒の他の実施例の説明図である。 本発明の閃光放電ランプ装置の高電圧給電用近接導体である金属棒の他の実施例の説明図である。 本発明の閃光放電ランプ装置の高電圧給電用近接導体である金属棒の他の実施例の説明図である。 従来の閃光放電ランプ装置の断面説明図である。 図７における封管体の封止構造を説明するための拡大断面図である。

符号の説明

１ 電極
２ 発光管
３ 高電圧給電用近接導体（金属棒）
３０ 凹部
３ａ 被覆層
４ 封体管
５ 固定部材
４ 電極
５ 放電空間

Claims (3)

1. 一対の電極が対向配置されてなる発光管を有する閃光放電ランプと、当該閃光放電ランプの発光管の外部において電極間にわたって伸びる高電圧給電用近接導体とを備えてなる閃光放電ランプ装置において、
   前記高電圧給電用近接導体は、ガラス製の封管体の内部に配置され、一端部が金属箔に接続された金属棒であり、
   前記金属棒には、凹部が形成されており、
   前記金属棒の凹部および前記金属箔と対向する部分の封管体を溶融して、前記高電圧給電用近接導体を前記封管体内に封止したことを特徴とする閃光放電ランプ装置。
2. 前記凹部の表面に、高融点金属よりなる被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の閃光放電ランプ装置。
3. 前記凹部は、前記閃光放電ランプの電極先端より前記封管体の端部方向の位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の閃光放電ランプ装置。
   

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