JP4912547B2

JP4912547B2 - 放電灯およびその製造方法

Info

Publication number: JP4912547B2
Application number: JP2001255515A
Authority: JP
Inventors: 貴行岡本; 正宏倉野; 和泉芹澤; 昭芳藤森
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2021-08-27
Also published as: JP2003068203A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電灯およびその製造方法に関し、特に半導体デバイス（ＩＣ）、液晶表示パネル（ＬＣＤ）およびプリント基板（ＰＣＢ）などの製造工程における露光に使用される紫外線を出力する放電灯およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述した露光工程などに使用される紫外線を発光する放電灯は、次のような工程により製造されることが知られている。先ず、封体（管状体）を成形加工する。電極部（陽極および陰極）を組み立てる。組み立てられた電極を封体の所定位置に固定する。封体をシールして内部を気密にする。最後に、放電灯を発光させるための希ガスおよび水銀または金属ハロゲン化物などの封入物を封体内部に所定圧力で封入する。
【０００３】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、放電灯を製造する従来の製造工程の主要部を示す説明図である。図４（Ａ）は、製造工程の初期段階における放電灯１を示す。放電灯１の封体10には１対の電極（陽極および陰極）11、12が対向して配置されると共に電極11の近傍に封体10と連通するチップ管13が設けられている。このチップ管13を介して外部から水銀または金属ハロゲン化物などの封入物が封体10内に封入される。
【０００４】
次に、図４（Ｂ）に示すように、チップ管13に排気装置14およびガスボンベ15をそれぞれスロットルバルブ（以下、単にバルブという）16、17および18を介して接続する。最初に、バルブ16および18を開とし、バルブ17を閉として、封体10内部を排気装置14により実質的に真空状態にする。次に、バルブ16を閉とし、バルブ17、18を開として、ガスボンベ15から希ガスを封体10内に封入する。さらに、図４（Ｃ）に示すように、封体10を例えば液体窒素19内に浸して、封体10内部に封入された希ガスを固化または液化する。最後に、チップ管13を、その根元で切り離して水銀および希ガスを封体10内部に封止（シール）して、放電灯１が完成する。
【０００５】
図５は、上述した放電灯１の従来の製造方法を示すフローチャートである。すなわち、放電灯（封体）10内に封入物を封入する（ステップＳ１）。封体10を排気装置14に接続する（ステップＳ２）。封体10内部を排気装置14で真空排気する（ステップＳ３）。（ここで、封体10内部には水銀などの封入物が封入されているので、この段階で封体10を加熱して汚れを取る（ステップＳ４）ことが不可能である。）ガスボンベ15より希ガスを封体10の内部に封入する（ステップＳ５）。さらに、液体窒素またはヘリウムで封体10内部の封入物を固化する（ステップＳ６）。最後に、チップ管13を封体10から切り離す（ステップＳ７）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の製造工程においては、希ガスや水銀などの封入物を封入する工程は、放電管１の製造工程の最終段階であるので、製造開始時からの汚れやゲッタに吸着した不純ガスは封体10の内部に蓄積される。また、水銀や金属ハロゲン化物などの封入物を封入する際に一時的に放電灯１の封体10の内部を大気に開放する。そのために、封体10の内部に不純物が混入する。その結果、従来の方法で製造された放電管１の長寿命化が困難であった。
【０００７】
また、放電灯１の封体10に希ガスを大気圧以上に封入する場合には、チップ管13を排気装置14に接続して封体10内部を真空状態にし、その後に希ガスを大気圧以上に封入した後に封体10の内部を大気圧以上に維持したままで、排気路中のバルブを閉じ、このバルブより排気装置14側の排気管部で切り離す。そして、封体10を例えば液体ヘリウムに浸して封体10内部の希ガスを固化または液化させてチップ管13を切り離して水銀や希ガスを封体10に封止する必要がある。しかし、これには一時的に加圧する必要があるので、封体10の破裂の危険性があり、作業の安全性に問題がある。また、排気経路中のバルブは、高真空状態でその機能が得られる構造であるため、加圧状態に対して気密信頼性が乏しく、バルブからのリーク（漏洩）が発生し、正確に所望の圧力で希ガスを封入できないという課題があった。
【０００８】
本発明は、従来技術の上述した課題を解決するために考えられたものであって、製造開始時から蓄積している放電灯の封体内の汚れを除去し、水銀や金属ハロゲン化物の封入物を封体内に封入する際に、封体内部を大気に開放する必要がなく、不純物の混入を阻止して長寿命の放電灯を提供することを目的とする。さらに、封体内に希ガスを大気圧以上に封入する工程において、封体を一時的にも加圧する必要がなく、封体の破裂の危険がなくて安全に作業を行うことができ、正確に所望の圧力で希ガスの封入が可能な放電管の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の放電灯は、１対の電極が設けられた封体にチップ管が接続され、排気装置および希ガスなどのガスボンベが接続されて製造時に真空排気および希ガスの封入を行うものであって、チップ管に補助タンクを分岐して接続し、封体に封入される水銀などの封入物を一時的に貯留するものである。
【００１０】
また、本発明の放電灯の製造方法は、放電灯の封体に切り離し可能なチップ管を介して封入物を封入する放電灯の製造方法であって、チップ管に補助タンクを接続し、この補助タンクに封入物を一旦封入した後に、この封入物を補助タンクからチップ管を介して封体に封入し、その後にチップ管および補助タンクを封体から切り離す。本発明の好適な実施形態によると、チップ管に排気装置およびガスボンベが接続され、封入物を封体へ移動する前に封体および補助タンクを排気し、ガスボンベから希ガスを封入する。封体および補助タンクに封入される希ガスの封入圧力は、大気圧未満である。チップ管を封体から切り離す前に冷却して希ガスを固化または液化する。補助タンクに貯留された封入物の封体への移動は、加熱処理後に行う。加熱処理は、排気処理と同時に行う。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による放電灯およびその製造方法の好適な実施形態の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明による放電灯の製造方法の好適な実施形態の主要な製造工程を示す工程図である。なお、説明の便宜上、上述した従来技術の構成要素に対応する構成要素には同様の参照符号を使用する。
【００１３】
図１（Ａ）に示すように、本発明の放電灯においては、放電灯１を構成する封体10にチップ管13のみならずこのチップ管13の途中に分岐して補助タンク20が接続され、封体10および補助タンク20がチップ管13を介して連通することを特徴としている。また、このチップ管13には、後述するように、排気装置14およびガスボンベ15が接続可能である。封体10内には予め１対の電極（陽極および陰極）11、12が所定間隔で対向配置されている。この封体10は、例えば外径が約７０ｍｍの石英ガラス製である。一方、チップ管13は、例えば外径が約１０ｍｍの石英ガラス製である。これら封体10およびチップ管13の材料は、用途に応じて他の材料製であってもよい。このチップ管13から補助タンク20内に水銀または金属ハロゲン化物が封入されて一時的に貯留される。
【００１４】
次に、図１（Ｂ）に示すように、チップ管13の一端（上端）にバルブ18を介し、さらにそれぞれバルブ16、17を介して排気装置14およびガスボンベ15が接続される。先ず、バルブ16、18を開とし、バルブ17を閉として封体10および補助タンク20を真空排気する。同時に、図１（Ｃ）に示すように封体10を加熱装置21により加熱する。この加熱処理により、製造開始時から封体10内部に蓄積された汚染および封入物を補助タンク20に封入する際に大気開放したことによる封体10内部の汚染を除去する。なお、封体10を加熱装置21で加熱しても補助タンク20内に貯留されている封入物が蒸発したり飛散することはない。
【００１５】
次に、この加熱装置21による封体10の加熱を停止し、封体10を室温まで冷却させる。そして、上述した真空排気が終了すると、バルブ16を閉とし、バルブ17、18を開として、希ガスを封体10の内部に封入する。この希ガスの封入圧力Ｐ0は、完成したときの放電灯封体10内の希ガス封入圧力Ｐ1、補助タンク20の体積Ｖ1、封体10の体積Ｖ2およびチップ管13の体積Ｖ3などから計算により求める。なお、使用する補助タンク20の体積Ｖ1は、封体10の体積Ｖ2およびチップ管13の体積Ｖ3と、完成したときの放電灯封体10内の希ガス封入圧力Ｐ1を考慮して希ガスの封入圧力Ｐ0が大気圧未満になるように選択する。
【００１６】
次に、図1（Ｃ）に示すように、チップ管13のａ位置で排気装置14から切り離して、図1（Ｄ）に示すように封止する。この切り離しは、従来技術により、例えば酸水素バーナーで溶融することにより封止する。その後、図1（Ｅ）に示すように、補助タンク20に貯留した封入物を、例えば転がすなどの方法により封体10内に封入し、封体10を液体窒素または液体ヘリウムに浸して封体10内部の希ガスを固化または液化させる。最後に、補助タンク20および封体10に存在していた希ガスが固化または液化して平衡状態となった時点で、チップ管13のｂ位置付近で封体10と補助タンク20を切り離す。放電灯1の封体10が室温に回復すれば、封体10内への封入物の封入と所定封入圧力の希ガスの封入が完了する。
【００１７】
このように、排気装置14による排気後にガスボンベ15から希ガスを封体10に封入する際に、封体10を一時的にも加圧することがないので、封体10が破裂する危険を排除でき、作業の安定性が確保できる。また、チップ管13のバルブからのリークもなく、正確に所望の圧力で希ガスの封入が可能である。
【００１８】
図２は、上述した本発明による放電灯の好適な実施形態の製造工程を示すフローチャートである。先ず、放電灯の封体10にチップ管13を介して接続された補助タンク20に、封入物を封入する（ステップＡ１）。次いで、チップ管13の一端に排気装置14を接続し（ステップＡ２）、封体10および補助タンク20内を真空にする（ステップＡ３）。封体10を加熱装置21に入れて汚染を除去する（ステップＡ４）。加熱装置21から封体10を取り出し（ステップＡ５）、ガスボンベ15から希ガスを封体10および補助タンク20に封入する（ステップＡ６）。次に、封体10および補助タンク20を排気装置14から切り離す（ステップＡ７）。補助タンク20内の封入物を封体10に移し（ステップＡ８）、封体10を液体窒素またはヘリウムで封体10内の封入物を固化する（ステップＡ９）。最後に、チップ管13を封体10から切り離し、放電灯１を完成する（ステップＡ１０）。
【００１９】
次に、放電灯１の封体10の加熱処理により、製造開始時から蓄積された汚染および封入物を補助タンク20に封入する際に大気開放したことによる封体10内の汚染を放電灯１の製造工程の最終段階である放電灯１への水銀および希ガス封入工程で除去した場合の寿命試験の結果を、図３を参照して説明する。この実験においては、放電灯１の封体10内への水銀および希ガス封入工程で放電灯の封体全体を加熱処理した場合と、この加熱処理を行わなかった場合の２種類のショートアーク型放電灯を製造して、放電灯の寿命を比較した。この比較試験を行うショートアーク型放電灯において、封体10は、外径が７０ｍｍ、その内容積Ｖ2が１７０ｃｃの石英管製である。陰極12は、重量比約２％のトリウムを含むタングステン製であり、外径が約１０ｍｍ、陽極11と対向する先端部は鋭角に形成され、陽極11とこの先端部の間隔は約４.５ｍｍである。また、補助タンク20は、内容積Ｖ1が５０８ｃｃであり、約３０ｍｇ／ｃｃの水銀を封入して貯留した。また、チップ管13の内容積Ｖ3は、２ｃｃである。
【００２０】
チップ管13の一端に排気装置14を接続し、封体10への水銀および希ガスの封入を開始する。封体10内の真空度が０.１Ｐａ以下であることを確認した後に、真空排気中に約１１００℃の高温で約１３時間の加熱処理を行う。封体10を室温まで冷却した後に、排気装置14を停止すると同時にガスボンベ15から封体10および補助タンク20に４８ｋＰａのアルゴンガスを封入し、チップ管13をａ位置で封止切断する。その後に、補助タンク20内に貯留されている水銀を封体10内に移動する。そして、封体10を液体ヘリウムの槽に浸して十分に冷却し、補助タンク20内に封入されているアルゴンガスを含めて封体10内を液化する。なお、この際に補助タンク20内の圧力が十分に減圧されていることを、テスラーコイルを使用してグロー放電状態で目視確認し、チップ管13をｂ位置で切り離す。封体10を室温に回復させることで、封体10内には、１９０ｋＰａのアルゴンガスが封入された。
【００２１】
このようにして製造されたショートアーク型放電灯を、３０００Ｗの一定入力電力で点灯した。図３に示す寿命試験結果おいて、Ａは水銀および希ガス封入工程での加熱処理を行った本発明による放電灯の照度特性を示し、Ｂは加熱処理を行わなかった放電灯の照度特性を示す。図３から明らかなように、加熱処理により照度維持率が約１０％改善される。これは、封体10への水銀および希ガス封入工程において、封体内を真空排気しながら封体10全体を加熱処理することに基づき、封体10内に付着している汚染物質が効率よく封体10の外部に排気されるからである。これにより、到達真空度が良くなり、封体10内に残存する酸素、水分などの不純物が略完全に除去され、放電灯１の点灯中に電極酸化などを防止することにより長寿命化できる。
【００２２】
以上、本発明による放電灯およびその製造方法の好適な実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、この実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない。例えば封体10内に封入される水銀およびアルゴンガスなどは、他の封入物であってもよいのである。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明による放電灯およびその製造方法によると、次のような実用上の顕著な効果を奏することができる。すなわち、チップ管を介して放電管の封体とは別に補助タンクを設け、封体に移すまで水銀などを貯留することにより、封体を排気中に加熱処理して汚染物質を除去して水銀および希ガスの封入を可能にし、放電灯を長寿命化する。
【００２４】
また、封体内に大気圧以上の希ガスを封入する際に、放電灯の封体を一時的にも加圧することがないので、放電灯の封体が破裂する危険を排除でき、作業の安全性が確保できる。さらに、放電灯を一時的にも加圧することがないので、チップ管に接続されるバルブからのリークが生じず、放電灯の封体内に所望圧力の希ガスを正確に封入することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による放電灯の製造方法の好適な実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明による放電灯の製造方法の好適な実施形態を示すフローチャートである。
【図３】本発明により製造方法で加熱処理された放電灯と、加熱処理のない放電灯の寿命比較結果を示す特性曲線図である。
【図４】従来の放電灯の製造方法を示す説明図である。
【図５】従来の放電灯の製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１放電灯
10 封体
11、12 電極
13 チップ管
14 排気装置
15 ガスボンベ
16〜18 バルブ
19 冷却装置（液体窒素）
20 補助タンク
21 加熱装置

Claims

放電灯の封体に切り離し可能なチップ管を介して封入物を封入するショートアーク型の放電灯の製造方法において、前記封体の内容積と前記チップ管の内容積と放電灯製造時の前記封体内の希ガス封入圧力と放電灯完成時の前記封体内の希ガス封入圧力とから求めた内容積をもつ補助タンクを前記チップ管に接続し、前記補助タンクに前記封入物を一旦封入した後に、前記チップ管を排気装置および希ガスなどのガスボンベに接続して排気処理を行い、放電灯製造時の前記封体内が大気圧未満となるように前記封体内に希ガスを封入し、前記チップ管を前記排気装置および前記ガスボンベから切り離し、前記封入物を前記補助タンクから前記チップ管を介して前記封体に封入し、前記封体内の希ガスを固化または液化させて前記チップ管および前記補助タンクを前記封体から切り離した後に、前記封体内を放電灯完成時の希ガス封入圧力にすることを特徴とするショートアーク型の放電灯の製造方法。
前記補助タンクに貯留された前記封入物の前記封体への移動は汚染除去のための加熱処理後に行われることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型の放電灯の製造方法。
前記加熱処理は前記排気処理と同時に行われることを特徴とする請求項２に記載のショートアーク型の放電灯の製造方法。