JP2016126978A - 両端封止型ショートアークフラッシュランプ - Google Patents

Abstract

【課題】発光管内の混入ガスをゲッターにより効果的に吸着するとともに、蒸発したゲッターが発光部内面に付着することなく、しかもゲッター収納容器と発光管内に延在する始動補助電極の内部リードとの間で異常放電を発生することのない構造を提供する。
【解決手段】第１封止管２内で主電極の芯線７にゲッター容器２０が固定されていて、該ゲッター容器は一端側が開口された環状凹部を有する環状部材であり、管状凹部内には蒸散型ゲッター材である金属が担持され、開口が第１封止管の封止端部側に向けられて配置され、該第１封止管の内面に、蒸散型ゲッター材による金属薄膜３０が成膜される。
【選択図】図１

Description

この発明は両端封止型ショートアークフラッシュランプに関するものであり、特に、一方の封止管部分が二重管構造とされた両端封止型ショートアークフラッシュランプに係わるものである。

フラッシュ点灯を行う放電灯は、半導体製造工程におけるフラッシュアニールをはじめとした産業用途に広く用いられていて、本発明のランプは、特に真空紫外光を用いた露光工程に使用されるものである。
上記露光工程においては、小領域に高密度な光を短時間で照射でき、光の方向性や分布にムラが比較的少ない、平行光に近い光を使用することが求められる。
これまでに、同露光工程においては、特開２０１２−４３７３６号公報（特許文献１）に示されるような、真空管形状のフラッシュランプが主に使用されている。同ランプは、主電極間距離が一般的なフラッシュ点灯を行うランプと比べて小さく、点光源に近い光源として扱うことができる。

しかしながら、真空管構造を有するために、片側の端部に両主電極およびトリガ電極（始動用補助電極）を封じる必要があり、装置、電源への接続部（口金）を円柱状の構造とする場合、特に外径寸法が大きくなってしまう。このため、リフレクタなどを有する光学系内部に同ランプを用いる場合、口金構造などに起因する遮光領域が大きくなり、結果として、光学系からの光出力が低下する問題があった。

これらの問題に対し、特開２０１２−９４３６２号公報（特許文献２）では、ランプバルブの両側に封止部を配置する、いわゆる両端封止型構造を用いることで、前述した遮光領域を小さくする技術が示されている。
図５に示すように、両端封止型ショートアークフラッシュランプにおいて、発光管１の両端に第１封止管２と第２封止管３が連設されている。そして、前記第２封止管３には封止用ガラス管４の開口端部が挿入されていて、両者は溶着されている。
発光管１内に一対の第１の主電極５と第２の主電極６とが対向配置されている。前記第１の主電極５は、その芯線７が第１封止管２に段継ガラスなどの手段により支持・封止されてその外方に導出されており、一方、前記第２の主電極６は、その芯線８が前記封止用ガラス管４に段継ガラスなどの手段により支持・封止されてその外方に導出されている。
また、発光管１内の主電極５、６の間には、一対の始動補助電極１０、１１が配設されていて、それぞれの内部リード１２、１５と外部リード１３、１６とが、前記第２封止管３と封止用ガラス管４との間の溶着領域において、金属箔１４、１７を介して電気的に接続されている。

このような両端封止型ショートアークフラッシュランプによると、ランプバルブの両端部に封止部を配置することで、前述した遮光領域を小さくすることができるものとされている。

しかしながら、このようなランプはその製造過程で大気成分である窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気などのガス（以下、混入ガスともいう）が内部に混入しやすく、例えば酸素が混入すると、点灯時に電極が酸化し、生成した酸化物が蒸発してバルブ内面に付着、透過率を低下させるという不具合がある。
また、混入ガスが補助電極周囲に存在すると、点灯回路から補助電極に高周波高電圧を印加しても、補助電極周囲のガスの電離効率が低下し、始動特性が悪化するという問題がある。

特開２０１２−４３７３６号公報 特開２０１２−９４３６２号公報

この発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、ガラス製の発光管の内部に一対の主電極と、始動補助電極を有し、当該発光管の両端に第１封止管と第２封止管とを備え、前記第１封止管には、第１の主電極の芯線が封止されて発光管外に導出され、前記第２封止管には、その内部に封止用ガラス管の開口端部が挿入されて前記第２封止管と溶着され、前記封止用ガラス管には、第２の主電極の芯線が封止されて発光管外に導出されてなる両端封止型ショートアークフラッシュランプにおいて、発光管内の混入ガスをゲッターにより効果的に吸着するとともに、蒸発したゲッターが発光部内面に付着することなく、しかもゲッター収納容器と発光管内に延在する始動補助電極の内部リードとの間で異常放電を発生することのない構造を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係る両端封止型ショートアークフラッシュランプは、前記第１封止管内で主電極の芯線にゲッター容器が固定されていて、該ゲッター容器は一端側が開口された環状凹部を有する環状部材であり、前記管状凹部内には蒸散型ゲッター材である金属が担持され、前記開口が前記第１封止管の封止端部側に向けられて配置され、前記該第１封止管の内面に、蒸散型ゲッター材による金属薄膜が成膜されていることを特徴とする。
また、前記ゲッター容器は、金属箔を介在させて前記第１主電極の芯線に溶接されていることを特徴とする。
また、前記ゲッター容器は、該ゲッター容器を前記第１主電極の芯線の伸びる方向で跨ぐブリッジ部材によって芯線に固定されていることを特徴とする。

この発明の両端封止型ショートアークフラッシュランプによれば、封止管内に、環状凹部内に蒸発型ゲッター材を担持したゲッター容器を設けたことにより、ゲッター材が蒸発して前記封止管内面に金属薄膜が成膜されるので、この金属薄膜が発光管内の混入ガスを吸着して、電極の酸化を防止して、酸化物による発光管の透過率低下を防止できるものである。
しかも、混入ガスが始動補助電極周囲に存在しなくなることで、始動特性が良好に保たれる。

また、ゲッター容器を第１封止管内に固定するので、始動補助電極の内部リードが延在する第２封止管と異なり、ゲッター容器と内部リードとの間で異常放電を起こすこともなく、更には、蒸発して第１封止管に成膜されたゲッター材と内部リードとの間で短絡して異常放電を起こすこともない。
加えて、ゲッター容器を第１封止管内の電極芯線に固定する際、その管状凹部の開口を封止端部側に向けているので、蒸発したゲッター材は第１封止管における封止端部側に成膜されて、発光部に成膜されることがないので、発光部からの光の透過効率を低下させることもない。

本発明の両端封止型ショートアークフラッシュランプの断面図 図１の要部の拡大断面図 ゲッター収納容器の取り付け方の一例 取付け方の他の例 従来の両端封止型ショートアークフラッシュランプの断面図

図１は本発明の両端封止型ショートアークフラッシュランプの全体の断面図であり、図２は、その要部の拡大断面図である。
ランプ全体の構造は、図５に示す従来技術と同様である。ただ、本発明においては、第１封止管２内に延在する第１の主電極５の芯線７にゲッター容器２０が固定されている。
その詳細が図２に示されていて、ゲッター容器２０は、環状凹部２２を有するモリブデン等の金属製の環状部材２１からなり、環状凹部２２の一端は管状開口２２ａとして開口されている。

この環状凹部２２内にゲッター材２３が収納・担持されている。このゲッター材２３は、本ランプの場合、その動作温度からバリウムを主成分の一つとする蒸散型ゲッターが最適である。
例えば、アルミニウム、バリウム、ニッケルの三成分混合金属粉末の状態で、ゲッター容器２０の環状凹部２２内に収容される。
このゲッター容器２０は、ランプ内に挿入配置され、ランプ製作後、容器がある温度以上まで加熱されると、収容されたアルミニウムとニッケルが溶融して合金化し、反応熱を放出する。この過程で、混合されたバリウムの温度がその融点以上まで上昇する。その結果、バリウムがゲッター容器２０の環状開口２２ａから蒸発して、周囲のランプ内面に付着して、ゲッター材の金属薄膜が成膜されて、ゲッターとしての機能が付与されるものである。

このゲッター容器２０の第１主電極５の芯線７への取り付け方が図３に示されている。
これらの一数値例を挙げると以下の通りである。
＜発光管＞
材質：石英ガラス、最大外径：φ２０ｍｍ、肉厚：１．２ｍｍ
＜第１封止管＞
外径：φ１２ｍｍ、肉厚：１．２ｍｍ
＜第１主電極＞
材質：タングステン、最大外径：φ４ｍｍ
＜芯線＞
材質：タングステン、外径φ２ｍｍ
＜ゲッター容器＞
材質：モリブデン、外径６ｍｍ、内径４ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ
＜ゲッター材＞
アルミニウム、ニッケル、バリウムの三成分、混合物の総量：０．１ｍｇ
三成分の混合物をゲッター容器に収容後に、押圧して成型
＜金属箔＞
材質：ニッケル、厚さ０．１ｍｍ

予め、芯線７の所定位置（図１で示すように、第１封止管２の内部）に金属箔２５を巻き付け、スポット溶接により芯線７に固定しておく。
そして、図３（Ａ）に示すように、この芯線７の金属箔２５の部分に、ゲッター材２３が担持されたゲッター容器２０を、その管状開口２０ａが第１封止部２の封止端部側に向くように被嵌させる。
次いで、図３（Ｂ）示すように、このゲッター容器２０を傾斜させ、その状態でスポット溶接等により金属箔２５上に固定する。
これにより、ゲッター容器２０は、第１封止部２内において芯線７に固定される。
なお、この例では、芯線７に対してゲッター容器２０の底部側と、前端側とで溶接しているものを示したが、十分な固定力が得られるのであれば、どちらか一方であってもかまわない。

図４に、ゲッター容器２０の芯線への他の取り付け方法が示されている。この例では、前記第１の主電極５の芯線７の伸びる方向にゲッター容器２０を跨ぐブリッジ部材２８によって固定されている。このブリッジ部材２８は好適にはニッケルなどの金属箔であって、この金属箔２８を、ゲッター容器２０を跨ぐように配置し、ゲッター容器２０の両側でスポット溶接により芯線７に固定されるものである。

以上により、図１および図２に示されるように、内部にゲッター材２３が担持されたゲッター容器２０が、第１封止部２内において、その封止端部側に開口２０ａが向けられるようにして第１の主電極５の芯線７に固定される。
このような配置により、図１に示すように、第１の主電極５によって出射光の影になる領域Ｘ内にゲッター容器２０が配置されることとなり、ランプからの有効出射光の妨げとなることがない。また、ランプ完成後に、ゲッター容器２０が高温になってゲッター材が蒸発したとき、ランプ内面に該ゲッター材の金属薄膜３０が成膜されるが、この金属薄膜３０も前記した出射光の陰になる領域Ｘ内に形成され、発光管１内にまで及んでしまうことがない。

以上説明したように、本発明に係る両端封止型ショートアークフラッシュランプでは、第１封止管内の第１の主電極の芯線にゲッター材が担持されたゲッター容器を設けたので、製造過程で発光管内に窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気などのガスが混入しても、これらをゲッター材により的確に吸着し、始動性と発光効率に優れたランプを提供できる。
そして、このゲッター容器は第１封止管内に設けたので、始動補助電極の内部リードが延在しておらず、これとの間で異常放電を発生することもなく、また、ゲッター材の金属薄膜が封止管内面に形成されても、同様に内部リードとの間で短絡してしまうこともない。
更には、ゲッター容器はその開口が第１封止管の封止端部側に向けて固定されるので、ランプ内面に形成されるゲッター材の金属薄膜も発光管にまで及ぶことがなく、出射光の妨げとなることがない。

１ 発光管
２ 第１封止管
３ 第２封止管
４ 封止用ガラス管
５ 第１の主電極
６ 第２の主電極
７ 第１の主電極の芯線
８ 第２の主電極の芯線
１０ 第１の始動補助電極
１１ 第２の始動補助電極
１２ 第１の始動補助電極の内部リード
１３ 第１の始動補助電極の外部リード
１４ 金属箔
１５ 第２の始動補助電極の内部リード
１６ 第２の始動補助電極の外部リード
１７ 金属箔
２０ ゲッター材容器
２１ 環状部材
２２ 管状凹部
２２ａ 環状開口
２３ ゲッター材
２５ 金属箔
２８ ブリッジ部材
３０ ゲッター材の金属薄膜
Ｘ 出射光の陰になる領域

Claims (3)

1. ガラス製の発光管の内部に一対の主電極と、始動補助電極を有し、当該発光管の両端に第１封止管と第２封止管とを備え、
   前記第１封止管には、第１主電極の芯線が封止されて発光管外に導出され、
   前記第２封止管には、その内部に封止用ガラス管の開口端部が挿入されて前記第２封止管と溶着され、
   前記封止用ガラス管には、第２主電極の芯線が封止されて発光管外に導出されてなる両端封止型ショートアークフラッシュランプにおいて、
   前記第１封止管内で主電極の芯線にゲッター容器が固定されていて、
   該ゲッター容器は一端側が開口された環状凹部を有する環状部材であり、
   前記管状凹部内には蒸散型ゲッター材である金属が担持され、
   前記開口が前記第１封止管の封止端部側に向けられて配置され、
   前記該第１封止管の内面に、蒸散型ゲッター材による金属薄膜が成膜されていることを特徴とする両端封止型ショートアークフラッシュランプ。
2. 前記ゲッター容器は、金属箔を介在させて前記第１主電極の芯線に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の両端封止型ショートアークフラッシュランプ。
3. 前記ゲッター容器は、該ゲッター容器を前記第１主電極の芯線の伸びる方向で跨ぐブリッジ部材によって芯線に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の両端封止型ショートアークフラッシュランプ。
   
   
   

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