JP4622240B2

JP4622240B2 - フラッシュランプ発光装置

Info

Publication number: JP4622240B2
Application number: JP2003416954A
Authority: JP
Inventors: 祥章中村
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: JP2005175393A

Description

この発明はフラッシュランプ発光装置に関する。特に、半導体や液晶基板の熱処理に熱源として使うフラッシュランプ発光装置に関する。

従来より、半導体の集積回路の製造工程には、酸化やアニール等の熱処理を行う加熱工程が設けられる。この加熱工程において、被処理物である半導体を長時間に亘って加熱すると半導体を構成する基体に打ち込まれた不純物のプロファイルを破壊することがあり、この問題を回避するためには、極めて短時間で加熱処理を終了させる必要がある。
近年、このような要望に応える加熱手段として、点灯時間が極めて短く高い照射エネルギーが得られるフラッシュランプを用い、被処理物の大きさに応じてその配列本数を適宜設定して構成したランプ装置が用いられるようになっている。

図５及び図６は、従来技術に係るランプハウスの一例を示す。
図５は、ランプハウスの中に配列するフラッシュランプの構成を示し、図６は図５のＺ−Ｚ線から見たランプハウスの断面図を示す。
フラッシュランプ１０は複数本が互いに並行となるように配置している。各フラッシュランプ１０は管型の放電容器１１の中に陽極１２と陰極１３が配置され、その外表面にはトリガワイヤ１４が配設されている。各トリガワイヤ１４には、陽極１２、陰極１３とは独立した電圧が印加される。

ランプハウス２０は略箱形状であって、天板２０ａ、側板２０ｂから構成される。
フラッシュランプ１０の後方には反射鏡１５が設けられており、この反射鏡１５は支持部材１６によってランプハウス２０の天板２０ａに取り付けられている。
なお、ランプハウス２０の一側面（天板２０ａと反対側）は開口になっているが、光透過性ガラスを設けることもある。

上記構造のランプハウス２０を使って、半導体や液晶基板の熱処理を行うと、フラッシュランプ１０及び反射板１５は大きく振動する。
これは、複数のフラッシュランプ１０は、互いに他のフラッシュランプに流れる電流によってローレンツ力を発生するからと考えられる。特に、フラッシュランプには、例えば２ｋＡもの大電流が同一方向に流れ、また、各フラッシュランプは、例えば１５ｍｍという短い間隔で配置していることも影響している。また、フラッシュランプの放電容器１１は、一般に細長く、その中央部には大きなモーメント力が加わることも原因している。

さらに、各フラッシュランプ１０の振動に伴い、周囲の空気が振動することで反射鏡１５もつられて振動する。
このようなフラッシュランプや反射鏡の振動は、半導体や液晶基板の熱処理という用途における特有の課題であり、例えば、従来から広く知られているカメラのストロボやプリンターの光源に使われるフラッシュランプなどでは決して生じることのない現象であるといえる。

支持部材１６は例えばセラミックスなどの絶縁性物質により構成される。これは、フラッシュランプ１０は発光の度に帯電してしまい、場合によっては反射鏡も帯電しかねないため、ランプハウス２０に対しては安全上の理由から絶縁が必要になるからである。特に、放電容器の外面に配置するトリガ電極は、例えば１５ＫＶという高電圧が発生するため絶縁構造は必須となる。
つまり、カメラのストロボやプリンターの光源に使うフラッシュランプなどの高電圧の発生という問題が大きな影響を及ぼさないため反射鏡は金属部材やバネ部材を使うこともできるのに対し、半導体や液晶基板の熱処理という用途に使うフラッシュランプ発光装置では支持部材として絶縁性物質を使わなければならない。

さらに、支持部材として絶縁性物質を使う場合、有機物質を使う場合と無機物質と使う場合が考えられる。しかし、有機物質で支持部材を構成すると、フラッシュランプの放射光がランプハウスの側板で反射して照射した場合に支持部材自体が損傷するという問題を生ずる。そして、度重なる照射を受けることで支持部材が破損して反射鏡が落下するという問題を招いてしまう。
一方、支持部材として絶縁性無機物質を使うと、フラッシュランプの放射光による照射損傷という問題は発生しない。しかし、前記したフラッシュランプおよび反射鏡の激しい振動により、亀裂を生じて損傷するという問題が発生する。
特開２００２−２３１４８８号

この発明が解決しようとする課題は、互いに平行になるように複数個配設されたフラッシュランプと、これらフラッシュランプを覆う反射ミラーよりなり絶縁性部材からなる支持部材で当該反射ミラーを吊り下げる構造を有するフラッシュランプを使ったランプハウスにおいて、支持部材が損傷するという課題を良好に解決する構造を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係るフラッシュランプ発光装置は、互いに平行になるように複数個配設されたフラッシュランプと、このフラッシュランプを覆う反射ミラーと、このフラッシュランプと反射ミラーを取り囲むランプハウスよりなる。そして、前記反射ミラーは、絶縁性の無機物質材料からなる支柱を介して前記ランプハウスの天板に保持されており、この支柱と天板の間、および／又は支柱と反射ミラーの間に、当該支柱の損傷防止用の緩衝材を挟んでいることを特徴とする。

さらに、前記フラッシュランプは、発光管の外面であって、前記反射ミラーに対向してトリガワイヤが配設されることを特徴とする。さらに、前記ランプハウスの前面開口には、光透過性窓部材が設けられたことを特徴とする。さらに、前記緩衝材は前記支柱の端部に適合するリング状部材であることを特徴とする。

上記構造により、フラッシュランプおよび反射鏡も激しい振動するを緩衝材により吸収することができるため、フラッシュランプおよび反射鏡を吊り下げる支持部材が絶縁性物質であってもその損傷を良好に防止できる。

図１は本発明に係るフラッシュランプ発光装置の全体構成を示す。
図５に示す番号と同一番号は同一部分を示す。この構造の特徴は支持部材１６が絶縁性無機物質からなり天板２０ａとの間に緩衝材１７を挟んでいることである。
フラッシュランプ１０は、反射鏡１５の内部で等間隔に並行配列しており、反射鏡１５はこれらフラッシュランプ１０に対して共通の反射鏡として機能する。各フラッシュランプ１０は図示略の給電装置により点灯制御される。
反射鏡１５は、アルミニウム（材質）からなり、厚みは、例えば５ｍｍである。内部に多数のフラッシュランプ１０を内蔵するだけの大きさが必要であり、数値例を上げると幅（ランプが並ぶ方向の長さ）５００ｍｍ、奥行き（ランプの長さ方向）５００ｍｍ、高さ４０ｍｍである。
なお、天板２０ａは、例えばアルミニウム（材質）などからなり、厚さ１０ｍｍ程度である。

図２は、フラッシュランプ１０の概略構成を示す。
直管型の石英ガラス製放電容器１１には、例えば、キセノンガスが封入されており、両端が封止されて内部に放電空間が区画される。放電空間内には陽極１２、陰極１３が対向配置しており、放電容器１１の外面には長手方向にトリガ電極１４がトリガバンドに保持されて配設される。

フラッシュランプについて数値例をあげると、放電容器の内径はφ８〜１５ｍｍの範囲から選択され、例えば１０ｍｍ、放電容器の長さは２００〜５５０ｍｍの範囲から選択され、例えば３００ｍｍである。
封入ガスであるキセノンガスの封入量は２００〜１５００ｔｏｒｒの範囲から選択され、例えば５００ｔｏｒｒである。また、主発光成分としてはキセノンガスに限らず、その代わりにアルゴンやクリプトンガスを採用することもできる。また、キセノンガスに加えて水銀など他の物質を添加することもできる。
電極は、タングステンを主成分とする焼結型電極であって、大きさは外径が４〜１０ｍｍの範囲から選択され、例えば５ｍｍ、長さが５〜９ｍｍの範囲から選択され、例えば７ｍｍである。電極間距離は１６０〜５００ｍｍの範囲から選択され、例えば２８０ｍｍである。また、陰極にはエミッターとして酸化バリウム（BaO）,酸化カルシウム（CaO）,酸化ストロンチウム（SrO）,アルミナ（Al2O3）、酸化ランタン（La２Ｏ３）、酸化トリウム（ＴｈＯ２）などが混入されている。
さらに、トリガ電極は、ニッケルやタングステンで形成されるワイヤ状のものであり放電容器に接触される。

各フラッシュランプの発光について、数値例をあげると、発光周期は、例えば１分間に０．５〜２回、具体的には１回の割合で繰り返され、各フラッシュランプの発光エネルギーは１２００〜７５００Ｊの範囲から選択され、例えば６０００Ｊとなる。
フラッシュランプの本数は、前記のように５〜４０本から選択されて、例えば、３０本である。照射面における光強度は、フラッシュランプの総本数が５〜４０の範囲として、１０〜５０Ｊ／ｃｍ^２範囲から選択され、例えば２０Ｊ／ｃｍ^２となる。

このように多数のフラッシュランプが大きなエネルギーにより同時に発光することで、フラッシュランプ及び反射鏡は激しく振動する。
本発明に係るフラッシュランプ発光装置は、上記激しい振動による影響を防止するため、支持部材１６に緩衝材１７を挟んでいることを特徴とする。

図３は支持部材の拡大構造を示す。
支持部材１６は、アルミナなどの絶縁性無機物質からなり、円柱形状をしている。支持部材１６と天板２０ａの間にはフッ素ゴムなどの緩衝材１７が挟まっている。緩衝材１７は、Ｏリング状であり、取付ビス１８ａとタッププレート１８ｂなどの保持部材１８によって挟圧保持されている。支持部材１６にはタッププレートの挿入孔１６ａが設けられる。
このような構造は、支持部材１６が絶縁性無機物質であるから容易に保持構造が形成できる点で有利である。
保持部材１８は、支持部材１６に設けられた挿入孔１６ｂを使って、反射鏡１５と支持部材１６の取付けにも利用される。

緩衝材１７はフラッシュランプ１０及び反射鏡１５の激しい振動を吸収する機能を有する。この緩衝材１７の存在により支持部材１６が破損、損傷するという問題を劇的に回避することができる。
ここで、幾つかの先行文献には、外部環境の振動がランプに対して影響を及ぼさないように、ランプの周囲に振動防止部材を設けることは提案されているかもしれない。しかし、本発明は、ランプ自身の激しい振動により支持部材が破損損傷するという新規な課題を解決する点でこれら先行文献とは内容を異にしている。
繰り返しになるが、本発明は、フラッシュランプや反射鏡（場合により）は、トリガ電極の高い電圧により帯電するが、この帯電をランプハウスに対して絶縁すべき支持部材として絶縁性物性を使わなければならないという前提条件が存在している。さらに、支持部材は樹脂のように有機系物質を主成分とする場合にはフラッシュランプの放射光（ランプハウスの側板による反射光）を受けて焼け焦げるという問題も生じかねない。
そして、本発明は上記前提条件における支持部材の破損損傷、最悪の場合は反射鏡の落下という問題を解消すべく生まれた発明であり、単に外部環境の振動を吸収するという従来の発想とは全く異なるものである。

緩衝材１７は支持部材１６と反射鏡１５の接触部に介在させることもできる。この形態における緩衝材の機能は、支持部材１６と天板２０ａの間に介在させる場合と同じである。
さらに、緩衝材１７を支持部材１６と天板２０ａの間、および支持部材１６と反射鏡１５の間の両方に設けることもできる。しかしながら、緩衝材１７は、いずれかの位置に介在させれば振動吸収が達成できるためコスト面その他を考慮するといずれかに設けることが望ましい。

緩衝材１７は、フッ素ゴムに限定されず、例えば、ＰＴＦＥシート、テフロンシート、シリコンゴムなどを使うことができる。形状についても平板状であって中心に穴が空いた構造、例えば、Ｏリングなどを使うことができる。厚さ（支持部材の高さ方向）は、例えば５ｍｍである。
また、緩衝材は厚さが小さいのでフラッシュランプの放射光を受ける影響は小さいが、より好ましくは外表面にアルミ箔を巻き付けることもできる。
支持部材１６は、マシナブルセラミック、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素などを使うことができる。

支持部材１６と緩衝材１７の構造は、図３に示す構造に限定されない。
例えば、図４に示すように、支持部材１６にヘリサート１９を取り付けて保持部材１８と取り付けてもよい。

ランプハウス２０は、天板２０ａを側板２０ｂが一体であってもかまわない。
ただし、天板２０ａと側板２０ｂを分離可能に構成することで、フラッシュランプ、反射鏡を取り付けたまま天板２０ａを引き出すことができ、ランプ交換、位置調整などのメンテナンス作業が容易になる。なお、天板２０ａを分離可能な構造にするためには、天板２０ａの保持部２０ｃを構成している。この天板保持部２０ｃは平板形状であり、天板２０ａを保持するために、ほぼ同一形状、同一の大きさの開口と、天板２０ａの周辺で保持する段差部を有している。ちなみに、フラッシュランプは天板保持部２０ｃに取り付けた保持板に固定されており、フラッシュランプと反射鏡は直接固定していない。

フラッシュランプ１０の外面に配設されるトリガワイヤ１４は、反射鏡１５に対向している。これはフラッシュランプ１０から照射物に対する遮光の影響を小さくするためであるが、この配置関係により、トリガワイヤ１４から反射鏡２０への放電が発生しやすくなり、支持部材を絶縁する必要がより高まる原因となっている。

ランプハウス２０の前面開口は光透過性窓部材で塞ぐこともできる。この窓部材は、例えば石英ガラスからなり、被照射物から発生する不純ガスのフラッシュランプへの付着を防止できる。しかしながら、フラッシュランプの発光に伴い、ランプハウス内の空気が膨張、振動するため、窓部材で当該空間を塞いでしまうと振動をより助長させることになりかねない。

支持部材は前記したように無機物質から構成することが好ましい。しかしながら、ランプハウスの側板を反射機能喪失処理を施すなどにより、上記照射による損耗の現象がなくなれば、有機物質を採用することもできる。
有機物質は、例えばＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ、ＰＶＤＦなどを使うことができる。

本発明に係るフラッシュランプ発光装置の全体構成を示す。本発明に係るフラッシュランプの概略構成を示す。本発明に係る支持部材の拡大構造を示す。本発明に係る支持部材の拡大構造を示す。従来のフラッシュランプ発光装置を示す。従来のフラッシュランプ発光装置を示す。

符号の説明

１０フラッシュランプ
１１放電容器
１２陽極
１３陰極
１４トリガワイヤ
１５反射鏡
１６支持部材
１７緩衝材
１８保持部材
１９ヘリサート
２０天板

Claims

互いに平行になるように複数個配設されたフラッシュランプと、
このフラッシュランプを覆う反射ミラーと、
このフラッシュランプと反射ミラーを取り囲むランプハウスよりなるフラッシュランプ発光装置において、
前記反射ミラーは、絶縁性の無機物質材料からなる支柱を介して前記ランプハウスの天板に保持されており、
この支柱と天板の間、および／又は支柱と反射ミラーの間に、当該支柱の損傷防止用の緩衝材を挟んでいることを特徴とするフラッシュランプ発光装置。
前記フラッシュランプは、発光管の外面であって、前記反射ミラーに対向してトリガワイヤーが配設されることを特徴とする請求項１のフラッシュランプ発光装置。
前記ランプハウスの前面開口には、光透過性窓部材が設けられたことを特徴とする請求項１のフラッシュランプ発光装置。
前記緩衝材は前記支柱の端部に適合するリング状部材であることを特徴とする請求項１のフラッシュランプ発光装置。