KR100687946B1 - 섬광 방전램프 및 광에너지 조사장치 - Google Patents

Abstract

자외광 방사, 특히 파장 200∼400㎚의 자외광 방사를 증대한 섬광 방전램프 및 이것을 이용한 광에너지 조사장치를 제공한다.

섬광 방전램프(HFL)는, 투광성이며 가늘고 긴 기밀용기(SE)와, 기밀용기(SE)의 양 끝단 내부에 봉하여 장착되어 있는 한 쌍의 전극(E, E)과, 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe)을 포함하고, 크립톤의 크립톤 및 크세논에 대한 분압비 P(%)가 하기 식을 만족하는 희(希)가스로 이루어지고, 기밀용기(SE)의 내부에 봉하여 넣어지게 되어 섬광 방전할 때에 발광하는 방전매체를 구비하고 있다.

70≤P≤98

Description

섬광 방전램프 및 광에너지 조사장치{A flash discharge lamp and a light energy irradiation apparatus}

도 1은 본 발명의 섬광 방전램프를 실시하기 위한 하나의 형태를 나타내는 정면도.

도 2는 마찬가지로 트리거 전극을 제외한 상태의 확대 단면도.

도 3은 본 발명의 섬광 방전램프에 있어서의 실시예의 분광 분포곡선을 나타내는 그래프.

도 4는 비교예 1의 분광 분포곡선을 나타내는 그래프.

도 5는 비교예 2의 분광 분포곡선을 나타내는 그래프.

도 6은 혼합 희(希)가스 중의 Kr 분압비의 변화에 대한 자외광 방사 강도의 관계를 나타내는 그래프.

도 7은 섬광 방전램프의 점등 중의 램프 전류밀도와 자외광 방사량의 관계를 나타내는 그래프.

도 8은 섬광 방전램프의 램프 전류밀도의 변화에 대한 자외광, 가시광 및 적외광의 각 방사량의 관계를 나타내는 그래프.

도 9는 본 발명의 광에너지 조사장치를 실시하기 위한 하나의 형태를 나타내는 개념적 단면도.

도 10은 마찬가지로 섬광 방전램프 점등장치의 회로 블록도.

도 11은 종래의 크세논을 봉하여 넣은 섬광 방전램프에 있어서의 분광 분포 곡선을 나타내는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

E : 전극 HFL : 섬광 방전램프

LW : 외부리드 SE : 기밀용기

TW : 트리거 전극

[특허문헌 1] 일본 특허공개 2001-068057호 공보

본 발명은, 자외광을 포함하는 순간적으로 큰 강도의 광에너지를 조사하는데 적합한 섬광 방전램프 및 이것을 이용한 광에너지 조사장치에 관한 것이다.

투광성의 가늘고 긴 기밀용기의 내부에 크세논으로 이루어지는 방전 매체를 봉하여 넣은 섬광 방전램프에 펄스형상의 램프전류를 공급하여 방전시키면, 순간적으로 큰 강도의 섬광 즉 자외광, 가시광선 및 적외광을 포함하는 방사를 순간적으로 발생시킬 수 있다. 이 섬광 방전램프의 섬광 발광을 조사하는 것에 의해서 반도체 재료의 어닐(anneal), 할단(割斷:Scribe&Break) 등 반도체나 액정 프로세스 분야 등 각종의 분야에 있어서의 표면개질, 표면가열 및 표면살균 등의 표면처리가 가능하게 된다.

종래는, 이런 종류의 광조사에는 주로 레이저나 할로겐 전구를 이용하고 있지만, 레이저나 할로겐 전구를 대신하여 상기의 섬광 방전램프의 복수등(複數燈)을 병렬로 배치하는 것에 의해, 극히 단시간에 비교적 면적이 큰 피조사물 전체를 동시에 광조사하는 것이 가능하게 된다. 또한, 섬광 방전램프는, 비교적 램프의 치수가 길어지게 하는 것이 용이하기 때문에, 피조사체의 대면적화를 실현하는데 적합하다.

상술의 용도에 이용하는 섬광 방전램프는, 기밀용기가 가늘고 길어서 석영유리로 이루어지고, 기밀용기의 양 끝단 내부에 한 쌍의 전극을 봉하여 장착하고, 기밀용기의 내부에 크세논(Xe) 등의 희(希)가스를 봉하여 넣고 있어, 또한, 기밀용기의 바깥둘레에 근접하여 트리거(trigger) 전극을 배치설치한 구조이다.

방전매체에 크세논을 13.3kPa의 압력으로 봉하여 넣은 섬광 방전램프를 40㎌의 콘덴서의 충전전압을 6㎸로 하고, 인덕턴스를 0μH로 한 방전회로를 이용하여 섬광 점등한 경우의 분광분포는 도 11에 나타내는 바와 같다.

도 11은, 종래의 크세논을 봉하여 넣은 섬광 방전램프에 있어서의 분광분포곡선을 나타내는 그래프이다. 이 분광분포는, 자외선 영역, 가시 영역 및 적외선 영역을 포함한 연속발광이며, 태양광의 분광분포에 가까운 백색발광으로 되어 있다. 따라서, 이 섬광 방전램프 및 상기 점등조건은, 의사(擬似) 태양광원으로서 이용된다. 또, 도 11의 스펙트럼분포의 경우, 파장 200∼400㎚의 자외광 영역의 상대 방사에너지 즉 상대 UV 방사에너지는 약 7.1%이다.

상기의 표면 등에 섬광 방전램프의 섬광 발광을 이용하는 경우, 파장 200∼400㎚의 영역에 있어서의 자외광의 상대 방사에너지가 효과적으로 작용한다. 즉, 자외광량을 증가하면, 표면 흡수량의 증가, 표면가열 효과의 증가, 파장 200∼300㎚의 단파장 자외광의 증가에 의한 살균효과의 증대가 실현된다.

종래, 원(遠)자외 영역의 방사강도를 많게 하여 높은 살균효과를 얻기 위해서, 희(希)가스에 더하여 안티몬 또는 안티몬 화합물을 봉하여 넣은 살균용 섬광 방전램프가 알려져 있다(종래기술의 문헌 정보 특허문헌 1 참조.).

그런데 , 특허문헌 1의 경우, 섬광 방전할 때에 봉하여 넣어져 있는 안티몬이 증기의 상태로서 존재하는 것이 필요하고, 그 때문에 200℃ 이상의 온도로 가열하는 것이 바람직한 것으로 되어 있다. 이것을 실현하기 위해서는, 섬광 방전램프의 주위에 가열수단을 배치설치하여 섬광 방전램프를 가열하고 있다. 이 때문에, 광원장치가 복잡하고 대형화됨과 동시에, 가열에너지를 사용하기 때문에, 에너지 효율이 저하된다고 하는 문제가 있다.

이에 대해서, 본 발명자들은, 섬광 방전램프의 자외광 증가를 검토하는 중에, 우선 섬광 방전램프에 있어서의 발광 메커니즘을 조사하였다. 섬광 방전램프의 발광은, 다음의 3가지로 구별된다.

(1) f-b 천이에 의한 연속 스펙트럼(단파장 영역-가시 영역)

Xe⁺ + e^- → Xe + hν (빛)

(2) f-f 천이에 의한 연속 스펙트럼(적외 영역)

Xe⁺ + ef^- → Xe⁺ + e^- + hν (빛)

(3) 여기(勵起)원자로부터 방사되는 스펙트럼(그 밖의 휘선(輝線) 스펙트럼)

Xe^* → Xe^* ′+ hν (빛)

또, 상기에 있어서 이용되고 있는 기호는 다음과 같이 의미하고 있다.

Xe⁺ : Xe 이온, Xe^* : 여기(勵起) Xe 원자, h : 프랑크의 정수, ν : 진동수, e : 전자

상기 발광 메커니즘 중, (1)은 Xe 이온과 전자가 재결합할 때에, 자외 영역으로부터 가시 영역에 걸쳐서 발광하는 연속발광이 된다. 이것은 f-b 천이발광이다. (2)는 플라즈마 내의 전기장의 영향으로 전자가 감속될 때에 적외 영역에 발광하는 연속 발광이 된다. 제동방사라고 칭해지는 f-f 천이발광이다. (3)은 Xe의 여기(勵起)원자에 의한 휘선(輝線) 스펙트럼의 발광이다. 섬광 방전램프의 발광은, 이상의 메커니즘에 의해 구성되어 있다.

따라서, 본 발명자들은, 자외광의 증대를 꾀하는 수단으로서, f-b 천이에 의한 연속 스펙트럼의 증가에 주목하였다. 그리고, 자외광 발광에 기여하는 희(希)가스 이온과 전자의 생성효율이나 생성수를 증가시키는 것으로, f-b 천이에 의한 발광을 증대시키는 것을 착상하여, 이것에 대해 조사하였다. 그 결과, Kr에 적당한 압력범위의 Xe를 혼합하여 이루어지는 혼합 희(希)가스를 봉하여 넣는 것에 의해서, 자외광 방사의 증대를 꾀할 수 있는 것을 발견하였다. 본 발명은, 이 발견 에 기초하여 이루어진 것이다.

본 발명은, 자외광 방사, 특히 파장 200∼400㎚의 자외광 방사를 증대한 섬광 방전램프 및 이것을 이용한 광에너지 조사장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 전류 밀도를 증가하여, 새로운 자외광 방사의 증대화를 꾀한 섬광 방전램프 및 이것을 이용한 광에너지 조사장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 섬광 방전램프는, 투광성이며 가늘고 긴 기밀용기와; 기밀용기의 양 끝단 내부에 봉하여 장착되어 있는 한 쌍의 전극과; 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe)을 포함하고, 크립톤의 크립톤 및 크세논에 대한 분압비 P(%)가 하기 식을 만족하는 희(希)가스로 이루어지고, 기밀용기의 내부에 봉하여 넣게되어 섬광 방전할 때에 발광하는 방전매체를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

70≤P≤98

본 발명은, 전리(電離) 전압이 낮은 크세논에 의해 전자를 생성하여 크립톤의 이온화를 촉진하여 자외광의 증대를 실현하는 것이다. 즉, 희(希)가스의 이온화 전압은, Xe이 12.1eV, Kr이 14.0eV이기 때문에, Xe을 적당한 압력에서 혼합하는 것으로, Kr의 이온화가 촉진되어, 자외광의 증대가 실현된다.

희(希)가스의 종류와 자외광 발생량과의 관계에 대해 말하면, Xe, Kr 및 Ar의 어느 것이나 파장 200∼300㎚의 영역으로 발광을 얻을 수 있다. 예를 들면, 상 기의 섬광 방전램프를 동일한 콘덴서 용량 및 방전회로에 있어서 충전전압 8㎸에서 점등한 경우, Kr을 봉하여 넣은 섬광 방전램프에 있어서는, 350∼400㎚의 파장 영역에 강한 연속발광이 생긴다. 이것에 대해서, Xe을 봉하여 넣은 섬광 방전램프에 있어서는, 이러한 발광을 볼 수 없지만, 파장 200∼300㎚의 대역에 강한 휘선(輝線) 스펙트럼을 볼 수 있다. 또한, 아르곤을 봉하여 넣은 섬광 방전램프에 있어서는, 360㎚ 부근에 상대적으로 높은 휘선 스펙트럼이 나타난다. 그렇게 하여, 상기 각 섬광 방전램프 중에서는, 파장 200∼400㎚에 포함되는 자외광을 발생시키는 경우, Kr을 봉하여 넣은 섬광 방전램프가 가장 많은 자외광을 얻을 수 있다. 일례로서 설명하면, 안지름 10㎜, 길이 340㎜의 기밀용기 내에 Kr, Xe 및 Ar을 각각 40㎪의 압력으로 봉하여 넣은 섬광 방전램프를 제작하여, 콘덴서 용량 40㎌, 충전 전압 11㎸, 인덕턴스 0μH의 방전회로를 이용하여 펄스폭 20㎲ 일정, 피크전류 4000A에서 섬광 방전시킨 결과, 파장 300∼500㎚에 있어서의 상대 방사강도는, Kr을 봉하여 넣은 섬광 방전램프를 100%로 하면, Ar를 봉하여 넣은 섬광 방전램프가 89%, Xe를 봉하여 넣은 섬광 방전램프가72%이었다.

본 발명에 있어서는, Kr과 Xe을 상기의 소정비율 범위 내에서 혼합하므로, Xe에 의해서 Kr의 이온화 촉진이 거행되는 것에 의한 자외광 발광의 증대와, Kr에 의해서 생기는 350∼400㎚의 파장 영역의 연속 발광이 함께 효과적으로 얻을 수 있다. 그 결과, 파장 200∼400㎚의 자외광의 광량이, Xe을 100% 봉하여 넣은 종래의 섬광 방전램프나 Kr를 100% 봉하여 넣은 섬광 방전램프에 있어서의 그 이상으로 증대한다. Kr 90%, Xe 10%의 분압비의 경우에는, Kr을 100% 봉하여 넣은 섬광 방전 램프에 대해서 112% 정도의 자외광을 얻을 수 있다.

그러나, Kr의 분압비 P가 70% 미만 또는 98% 넘게 되면, 파장 200∼400㎚의 자외광의 발생량이 Kr을 100% 봉하여 넣은 섬광 방전램프와 동등 또는 그 이하가 되므로, 개량효과를 얻을 수 없다. 또, Kr의 분압비 P는, 바람직하게는 75∼95%의 범위내이다. 이 범위 내이면, 보다 다량의 자외광 발생을 얻을 수 있다.

본 발명의 섬광 방전램프에 의하면, 상술한 바와 같이 파장 200∼400㎚의 자외 고주파의 방사가 많아진다. 따라서, 이것을 예를 들면 반도체나 액정 등의 표면처리에 이용하는 경우, 자외광은, 피조사체 표면에서 흡수되기 쉽기 때문에, 표면개질 및 표면가열 등의 표면처리에 대해서 효과적으로 작용하므로, 적절하다. 또한, 자외광이 증대하므로, 표면 살균처리에도 효과적이다.

다음에, 본 발명의 보다 바람직한 형태에 대해 설명한다. 이 형태는, 본 발명의 상술한 섬광 방전램프의 구성에 더하여, 기밀용기 중의 관축에 직교하는 단면에 있어서의 전류밀도가 8000A/㎠ 이상에서 섬광 점등하는 것에 의해서 특징지어지고 있다.

본 형태에 있어서는, 상술한 혼합 희(希)가스의 봉하여 넣음에 의한 f-b 천이에서 얻을 수 있는 발광효율의 향상에 더하여, 램프 전류값을 증가시켜 고전류 밀도화하는 것으로, 이온수 및 전자수가 증가하므로, 여기에 따른 f-b 천이에 의한 발광효율의 향상을 얻을 수 있다. 그 결과, 자외광의 발생량이 더욱 많아진다. 이것에 대해서, 가시광선 영역의 발광은, 전류밀도의 증가에 대해서 거의 변화가 없다. 또한, 적외광은, 전류밀도의 증가에 대해서 감소해간다. 요컨대, 전류밀도 의 증가에 수반하여 자외광이 증가하는 것에 따라서 적외광이 감소한다.

자외광은, 전류밀도에 대해서 양의 상관을 나타내지만, 전류밀도가 8000A/㎠ 이상이면, 자외광의 증대가 현저하게 되고, 게다가 자외광량이 원하는 값으로 된다. 이것에 대해서 전류밀도가 8000A/㎠ 미만이면, 자외광의 증대의 정도가 적어, 원하는 양의 자외광량을 얻을 수 없다. 또, 전류밀도는, 바람직하게는 10000A/㎠ 이상이며, 이 범위이면 자외광의 증대가 특히 현저하게 된다.

그런데, 전류밀도는, 기밀용기 내에 형성되어 있는 방전공간의 관축에 대해 직교하는 부분의 단면에 대해서 구하는 것으로, 램프전류를 주된 발광 영역에 있어서의 상기 단면적으로 나눗셈하는 것에 의해서 산출된다.

다음에, 본 발명의 광에너지 조사장치에 대해서 설명한다. 광에너지 조사장치는, 광에너지 조사장치 본체와; 광에너지 조사장치 본체에 배치설치된 청구항 1 또는 2에 기재된 섬광 방전램프와; 섬광 방전램프를 섬광 점등하는 섬광 방전램프 점등장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 광에너지 조사장치에 있어서는, 이상의 구성을 구비하고 있는 것에 의해, 섬광 방전램프가 섬광 방전을 실시하면, 발생한 섬광 발광은, 피조사물에 조사부가 되지만, 섬광 방전램프로부터 방사되는 자외광이 많으므로, 예를 들면 피조사물의 표면처리, 살균처리 등을 효과적으로 실시할 수 있다.

(발명의 실시형태)

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태를 설명한다.

도 1 및 도 2는, 본 발명의 섬광 방전램프를 실시하기 위한 제 1 형태를 나 타내고, 도 1은 섬광 방전램프의 정면도, 도 2는 트리거(trigger) 전극을 제외한 상태의 확대 단면도이다.

본 형태에 있어서, 섬광 방전램프(HFL)는, 기밀용기(SE), 한 쌍의 전극(E, E) 및 방전매체를 구비하고 있다. 또한, 소망에 의해 트리거 전극(TW)을 구비할 수 있다.

[기밀용기 SE]

기밀용기(SE)는, 투광성이며, 가늘고 길고, 내부가 가운데가 비어 있다. 여기에서 말하는 투광성은, 외부에 도출하여 이용하고자 하는 원하는 파장대역, 따라서 적어도 원하는 파장의 자외광을 실질적으로 투과하면 좋고, 필요하면 진공 자외광에 대해서도 실질적으로 투과성으로 할 수 있다. 또한, 적어도 기밀용기(SE)의 주요부가 투광성이면 좋다.

또한, 기밀용기(SE)는, 관축 방향으로 이어져서 가늘고 긴 형상을 이루고 있어, 내부의 가운데가 비어있는 부분이 방전공간(1b)으로서 이용된다. 기밀용기(SE)의 길이는, 피조사체의 크기에 따라서 원하는 값으로 설정할 수 있다. 예를 들면, 0.4∼2m 정도의 길이를 갖는 기밀용기(SE)를 구비한 섬광 방전램프(HFL)를 얻을 수도 있다. 또한, 기밀용기(SE)는, 바람직하게는 그 바깥지름 D(mm)가 6≤D≤30의 범위 내에 있다. 상기 수식에 있어서, 바깥지름 D(mm)는, 관축 방향의 후술하는 주요부에 있어서의 바깥둘레의 평균값의 크기를 바깥둘레가 동일한 원형으로 환산했을 때의 값이다.

또한, 기밀용기(SE)는, 소망에 의해 가운데가 비어있는 부분의 관축 방향에 내부 단면적이 예를 들면 어떤 값을 갖는 제 1 영역 및 내부 단면적이 상기의 값과 다른 값을 갖는 제 2 영역을 관축 방향에 구비하여, 그러한 영역의 단면적비가 소정의 관계를 만족하도록 구성할 수 있다. 내부 단면적의 변화는, 단계적 및 연속적의 어느 것이라도 좋다. 내부 단면적의 변화는, 이하에 예시하는 목적에 따라서 적절히 설정할 수 있다. 또, 목적의 여하에 관계없이, 어느 영역의 내부 단면적이 상대적으로 작아지면, 해당 영역을 흐르는 전류 밀도가 커져, 이것에 수반하여 발광의 세기가 상대적으로 커지고, 반대로 내부 단면적이 상대적으로 커지면, 해당 영역을 흐르는 전류밀도가 작아져, 이것에 수반하여 발광의 세기가 상대적으로 작아지는 관계에 있다.

1. 관축 방향을 따라서 균일한 광조사 효과가 비교적 긴 거리에 걸쳐 얻을 수 있도록 한다.

2. 관축 방향의 중간부에 비교적 발광이 강한 영역이 형성되도록 한다.

3. 관축 방향의 양 끝단부에 비교적 발광이 강한 영역이 형성되도록 한다. 설정되어 있다.

더욱 또한, 기밀용기(SE)는, 그 내부를 바깥공기에 대해서 기밀하게 밀봉함과 동시에, 후술하는 전극(E, E)을 봉하여 장착하여 지지하기 때문에, 가늘고 긴 관(1)과 그 양 끝단의 밀봉부(2)를 구비하여 형성할 수 있다. 또, 도 1에 있어서, 부호 1a는, 관(1)의 측면에 배치설치된 배기 팁 오프(Tip-Off)부이다. 밀봉부(2)는, 적당한 구성을 채용할 수 있지만, 섬광 방전할 때에는 수천A의 대전류가 순간적으로 흐르므로, 이것에 견딜 수 있는 밀봉구조를 채용할 필요가 있다. 바람직하 게는 그레이디드 실링(graded seal) 구조를 채용하는 것이 좋다.

[한 쌍의 전극(E, E)]

한 쌍의 전극(E, E)은, 기밀용기(SE)의 양 끝단 내부에 대향하여 봉하여 장착되어 있다. 그리고, 종래부터 섬광 방전램프에 일반적으로 이용되고 있는 구성인 부분의 냉음극형의 전극을 이용할 수 있다. 이 경우, 예를 들면 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta) 및 티탄(Ti)의 그룹으로부터 선택된 1종 또는 복수 종류의 내화성 금속 혹은 이러한 복수 종류로 이루어지는 합금 또는 스테인리스강 등을 이용하여 전극을 형성할 수 있다.

또한, 전극(E)은, 예를 들면 도시하는 바와 같이 전극 주부(3a) 및 전극축(3b)을 포함하고, 전극 주부(3a)를 전극축(3b)의 앞끝단에 지지시켜서 구성할 수 있다. 전극축(3b)은, 그 기초 끝단이 기밀용기(SE)의 밀봉부(2)에 기밀하게 봉하여 붙여진다. 또, 그레이디드 실링 구조의 경우, 외부리드(LW)를 전극축(3b)과 겸용할 수 있고, 따라서 외부리드(LW)를 기밀용기(SE)의 밀봉부(2)를 관통시켜서 기밀용기(SE)의 내부로 돌출시키고, 그 앞끝단에 전극 주부(3a)를 지지시킬 수 있다.

또한, 소망에 의해 전극축(3b)을 세라믹으로 피복할 수 있다. 이것에 의해, 섬광 방전램프(HFL)의 점등에 의해서 고온으로 가열된 전극축(3b)으로부터 탄소(C) 등의 불순물이 기밀용기(SE)의 내부로 방출되어 기밀용기(SE)의 내면을 흑화하여 섬광 방전램프(HFL)가 수명이 짧아지는 것을 억제할 수 있다. 또한, 상기 세라믹을 적당한 크기로 형성하는 것에 의해, 덧붙여 전극(E)을 소정위치에 유지하기 위한 전극유지부재로서도 작용시킬 수 있다. 또한, 소망에 의해 상기 세라믹에 게터 (getter)를 유지시킬 수도 있다.

[방전매체]

방전매체는, 그 방전에 의해 원하는 파장 영역의 빛을 방사하는 매체이고, 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe)의 소정비율의 혼합 희(希)가스를 주체로 한다. 소정비율은, 크립톤의 크립톤 및 크세논에 대한 혼합비율{Kr/(Kr+Xe)}를 P(%)로 했을 때, 수식 70≤P≤98을 만족하는 것으로 한다. 또, 상기 혼합 희가스의 봉하여 넣음 압력은, 종래부터 섬광 방전램프에 일반적으로 이용되고 있는 것과 같은 압력범위, 예를 들면 50∼200㎪ 정도인 것을 허용한다.

[트리거 전극(TW)]

트리거 전극(TW)은, 소망에 의해 구비하고 있는 것이 허용된다. 그리고, 기밀용기(SE)의 바깥면에 근접하여 배치설치되어, 적어도 한 쪽의 전극(E)과의 사이에 강한 전위경도를 형성하는 것에 의해, 기밀용기(SE) 내의 내부를 절연 파괴하여, 한 쌍의 전극(E, E) 사이에 방전을 발생시키기 위한 수단으로서 기능시킬 수 있다.

또한, 트리거 전극(TW)은, 이것을 기밀용기(SE)의 바깥둘레에 근접하여 피치 P(mm)가 수식 5≤P≤50의 나선형상을 이루어서 배치설치할 수 있다. 피치 P가 상기의 범위 내이면, 기밀용기(SE)의 관길이가 2m 정도 이하의 범위에 있어서, 섬광 방전에 있어서의 아크의 중심이 거의 관축상 따라서 직선이 되고, 게다가 안정하게 형성되므로, 방전에 의해서 발생한 광에너지의 원하는 정도를 외부로 도출하는데 적절하다. 또, 트리거 전극(TW)의 피치는, 기밀용기(SE)의 관 길이에 의해 그 최 적인 범위가 변화하므로, 상기의 범위 내에서, 관 길이에 따라서 최적인 조건을 선택할 수 있다. 예를 들면, 관 길이가 300∼2000㎜ 정도이며, 또한, 바깥지름 D(mm)가 6≤D≤30의 범위 내에 있는 경우, 트리거 전극(TW)의 피치는, 20∼30㎜가 바람직하다. 또, 상기 수식에서, 바깥지름 D(mm)는, 관축 방향의 후술하는 주요부에 있어서의 바깥둘레의 평균값의 크기를 바깥둘레가 동일한 원형으로 환산했을 때의 값이다. 그러나, 피치 P가 5mm 미만이 되면, 아크의 안정성은 문제없지만, 차광율(遮光率)이 너무 커지므로, 바람직하지 않다. 또한, 피치 P가 30mm를 넘으면, 차광율의 문제는 없지만, 아크의 안정성이 나빠지므로, 이것 또한 바람직하지 않다

또한 트리거 전극(TW)은, 바람직하게는 상기에 더하여 그 선지름 d(mm)가 0.1≤d≤2.0의 범위 내이면, 점등할 때의 열팽창에 의한 영향이 없어, 더구나, 차광율이 지나치게 커지지는 않는다. 이것에 대해서, 선지름이 0.1mm 미만이 되면, 점등할 때의 열팽창이 커지게 되어 기밀용기와의 사이에 틈새가 형성되기 쉬워지게 됨과 동시에, 트리거 전극(TW)의 피치가 흐트러지기 쉬워진다. 트리거 전극(TW)과 기밀용기(SE)와의 사이의 틈새가 커지면, 시동성이 손상된다. 또한, 피치가 흐트러지면, 아크의 안정성이 손상된다. 또한, 선지름이 2.0mm를 넘으면, 차광율이 커지게 됨과 동시에, 외부로 도출되는 관축 방향의 광에너지 분포의 균일 정밀도가 나빠진다. 또, 트리거 전극(TW)은, 아크의 관축에 따른 안정에 구애되지 않는 것이라면, 상기와 같이 스파이럴(spiral)에 두루 감지 않아도 좋고, 예를 들면 관축에 따른 직선형상 등의 구성으로 할 수도 있다.

또한, 트리거 전극(TW)에 의해서 한 쪽의 전극(E)과의 사이에 강한 전위경도 를 형성하기 위해서는, 예를 들면 트리거 전극(TW)과 해당 한 쪽의 전극(E)과의 사이에 후술하는 고전압 발생회로(HVC)를 접속하거나, 트리거 전극(TW)을 다른 쪽의 전극(E)에 접속하거나 하면 좋다. 또한, 트리거 전극(TW)의 전극(E, E) 사이에 있어서의 길이를 조절하는 것에 의해서, 한 쌍의 전극(E, E) 사이에 있어서의 방전 개시전압을 원하는 값이 되도록 제어할 수도 있다.

더욱 또한, 트리거 전극(TW)을 기밀용기(SE)의 바깥둘레면에 접촉 상태로 소정의 위치에 고정하기 위해서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 트리거 전극(TW)의 양 끝단을 바람직하게는 금속제의 링형상부재(4)에 의해서 단단히 묶을 수 있다. 이 경우, 금속제의 링형상부재(4)로부터 리드선(8)을 도출하도록 구성할 수 있다. 이와 같이 구성하면, 리드선에 원하지 않는 장력이 작용했다고 하여도, 트리거 전극(TW)의 피치가 흐트러지거나 하는 것을 방지할 수 있다.

또, 소망에 의해 게터(G)를 전극(E)의 근방에 배치설치하는 것이 허용된다. 게터 재료로서는, 바륨(Ba) 게터, ZrAl합금 게터 등 이미 알고 있는 것을 이용할 수 있다. 바륨(Ba) 게터는, 기밀용기(SE) 내면의 전극(E)의 근방 위치에 증착막으로서 이것을 형성할 수 있다. ZrAl합금 게터는, 전극축(3b)의 전극 주부(3a)에 근접한 위치에 용접하는 등에 의해 배치설치할 수 있다.

(실시예)

기밀용기 : 바깥지름 12㎜, 안지름 10㎜, 발광 길이 340㎜

방전 매체 : Kr 90% + Xe 10%, 봉하여 넣음 압력 40㎪

점등조건 : 콘덴서 용량 40㎌, 방전회로 0μH, 충전전압 12㎸,

전류밀도 12760(A/㎠ ), 반값폭 20㎲

[비교예 1]

기밀용기 : 실시예와 같다.

방전매체 : Kr 100%, 봉하여 넣음 압력 40㎪

점등조건 : 콘덴서 용량 40㎌, 방전회로 0μH, 충전전압 11㎸,

전류밀도 11700(A/㎠), 반값폭 20㎲

점등조건 : 실시예와 같다.

[비교예 2]

기밀용기 : 실시예와 같다.

방전매체 : Xe 100%, 봉하여 넣음 압력 40㎪

점등조건 : 비교예 1와 같다.

도 3 내지 도 5는, 본 발명의 실시예 및 비교예 1, 2의 분광 분포곡선을 나타내고, 도 3은 실시예, 도 4는 비교예 1, 도 5는 비교예 2이다. 각 도면에 있어서, 가로축은 파장(㎚)을, 세로축은 상대 방사강도를, 각각 나타낸다.

도 3 내지 도 5의 대비에 의해 분명한 바와 같이, 실시예에 대해서는, 파장 200∼400㎚의 자외선, 특히 파장 300∼400㎚의 영역의 방사량이 비교예 1, 2의 그것보다 현저하게 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 또, 실시예와 비교예 1, 2에서는 충전 전압값이 일치하고 있지 않지만, 큰 차이는 아니고, 분광 분포에 있어서의 대국적인 변화는 없다.

도 6은, 혼합 희(希)가스 중의 Kr 분압비의 변화에 대한 자외광 방사강도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도면에 있어서, 가로축은 Kr 분압비{Kr/(Kr+Xe)}를, 세로축은 %UV를, 각각 나타낸다. 또, %UV는, 파장 200∼950㎚에 있어서의 전체 방사에 대한 상대 자외광 방사강도(%)를 의미한다. 측정에 제공한 섬광 방전램프는, Kr 분압비 이외의 사양은, 실시예와 같다.

도면으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, Kr 분압비가 70∼98%이면, Kr 100%의 경우보다 자외광이 분명하게 증대한다. 또한, 75∼95%이면, 자외광이 현저하게 증대한다. 또한, Kr 분압비 90%의 경우에 자외광의 증대가 최대가 된다.

도 7은, 섬광 방전램프의 램프 전류밀도의 변화에 대한 자외광 방사량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도면에 있어서, 가로축은 램프 전류밀도 A/㎠를, 세로축은 %UV를, 각각 나타낸다. 또, %UV 및 섬광 방전램프는, 도 6에서의 것과 같다.

도 7로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 램프 전류밀도가 8000(A/㎠) 이상, 바람직하게는 10000(A/㎠) 이상이면, 자외광, 특히 파장 300∼400㎚의 영역의 자외광량이 증대하지만, 램프 전류밀도가 8000(A/㎠) 미만이 되면, 자외광량이 현저하게 저하한다.

도 8은, 섬광 방전램프의 램프 전류밀도의 변화에 대한 자외광, 가시광 및 적외광의 각 방사량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도면에 있어서, 가로축은 램프 전류밀도 A/㎠를, 세로축은 방사강도(%)를, 각각 나타낸다.

도면으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 램프 전류밀도를 증가해 가면, 이미 서술한 바와 같이 자외광은 증대하지만, 적외광은 저하해 간다. 이것에 대해서, 가시광은 거의 변화하지 않는다. 또한, 도 7과 도 8에서는 램프전류 밀도범위 가 벗어나 있지만, 도 8에 나타난 경향은 램프 전류밀도가 더욱 증대해도 마찬가지라고 추정할 수 있다.

도 9 및 도 10은, 본 발명의 광에너지 조사장치를 실시하기 위한 한 형태를 나타내고, 도 9는 개념적 단면도, 도 10은 회로 블록도이다. 본형태에 있어서, 광에너지 조사장치는, 광에너지 조사장치 본체(LE)와, 광에너지 조사장치 본체(LE)에 배치설치된 섬광 방전램프(HFL)와, 섬광 방전램프(HFL)를 섬광 점등하는 섬광 방전램프 점등장치(FOD)를 구비하고, 피조사체(SM)에 대하여 섬광 에너지를 조사한다.

광에너지 조사장치 본체(LE)는, 광에너지 조사장치로부터 섬광 방전램프(HFL) 및 섬광 방전램프 점등장치(FOD)를 제외한 나머지의 부분을 말하고, 구체적인 구조는 상관없다. 광에너지 조사장치 본체(LE)는, 일례로서 반사거울(M) 및 필터(F)를 구비하고 있다. 반사거울(M)은, 섬광 방전램프(HFL)로부터 방사된 섬광 에너지를 피조사체(SM)를 향하여 반사한다. 필터(F)는, 자외선 투과성의 예를 들면 실리카를 80질량% 이상 함유하는 석영유리로 이루어지고, 피조사체(SM) 등에서의 오염물질이 섬광 방전램프(HFL)에 비산하는 것을 방지한다.

섬광 방전램프(HFL)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 제 1 형태의 구조를 갖고, 또한, 실시예의 사양을 구비하고 있다.

섬광 방전램프 점등장치(FOD)는, 도 10에 나타내는 회로구성이다. 즉, 섬광 방전램프 점등장치(FOD)는, 섬광 점등회로(OC) 및 고전압 발생 회로(HVG)를 구비하고 있다.

섬광 점등회로(OC)는, 충전 및 방전 콘덴서(C1) 및 충전회로(CC)를 주체로 하여 구성되어 있다. 또, 충전 및 방전 콘덴서(C1)는, 도시한 바와 같이 복수의 콘덴서를 병렬 접속하여 구성할 수 있다. 또한, 실시예의 점등조건의 경우, 충전 및 방전 콘덴서(C1)의 정전용량은 40μF, 충전 전압은 12㎸, 램프전류의 피크값은 전류밀도 12760(A/㎠), 반값폭 20㎲이다.

고전압 발생회로(HVG)는, 펄스 트랜스를 포함하고, 도시를 생략하고 있는 펄스전원으로부터 출력된 펄스 전압이 펄스 트랜스의 1차코일에 입력하면, 고전압 펄스가 2차 코일로부터 출력하여, 한 쪽의 전극(E)과 트리거 전극(TW)과의 사이에 인가되도록 구성되어 있다.

피조사체 SM는, 예를 들면 표면처리를 실시하는 물체이지만, 어떠한 것이어도 좋다. 또한, 광에너지 조사의 목적은 상관없다.

그렇게 하여, 광에너지 조사장치를 작동시켜 섬광 방전램프(HFL)를 점등하면, 자외선 및 가시광을 주체로 하는 광에너지 조사에 의한 방사 에너지가 순간적으로, 또한, 집중하여 피조사체(SM)의 피조사 처리면에 가해진다. 이것에 의해, 피조사체(SM)는, 원하는 광조사 처리, 예를 들면 표면처리가 거행된다.

청구항 1의 발명에 의하면, 크립톤에 대해서 크세논을 소정 압력비 범위에서 혼합하여 봉하여 넣고 있는 것에 의해, 파장 200∼400㎚의 자외광이 증대하는 섬광 방전램프를 제공할 수 있다.

청구항 2의 발명에 의하면, 덧붙여 전류밀도가 소정범위인 것에 의해, 파장 200∼400㎚의 자외광이 더욱 증대하는 섬광 방전램프를 제공할 수 있다.

청구항 3의 발명에 의하면, 청구항 1 및 2의 효과를 갖는 광에너지 조사장치를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 투광성이며 가늘고 긴 기밀용기와;

   기밀용기의 양 끝단 내부에 봉하여 장착되어 있는 한 쌍의 전극과;

   크립톤(Kr) 및 크세논(Xe)을 포함하고, 크립톤의 크립톤 및 크세논에 대한 분압비 P(%)가 하기 식을 만족하는 희(希)가스로 이루어지고, 기밀용기의 내부에 봉하여 넣어지게 되어 섬광 방전할 때에 발광하는 방전매체를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 섬광 방전램프.

   70≤P≤98
2. 제 1 항에 있어서, 기밀용기 내의 관축에 직교하는 단면에 있어서의 전류밀도가 8000A/㎠ 이상에서 섬광 점등하는 것을 특징으로 하는 섬광 방전램프.
3. 광에너지 조사장치 본체와;

   광에너지 조사장치 본체에 배치설치된 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 섬광 방전램프와;

   섬광 방전램프를 섬광 점등하는 섬광 방전램프 점등장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광에너지 조사장치.

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