(57)【要約】高いバッファガス圧を有する、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ用のセラミック発光管が提供される。また、ハーメティックシールを形成するために、フリット材を融解させるＲＦ誘導加熱（６２，６３）を用いる、発光管製造のための方法及び装置が提供される。
2004519821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック発光管において、
前記セラミック発光管は、電極アセンブリを有する少なくとも１つの毛管を備えた放電管を有し、
前記毛管は、外側に向かって前記放電管から当該毛管の遠位端へと延びており、
前記電極アセンブリは、フリット材を用いて前記遠位毛管端部にハーメティックシールされており、
前記電極アセンブリは、前記毛管を通って放電室へと通じており、且つ外部電力源に接続可能となっており、
前記放電管は、バッファガスとイオン性充填物とが封入された放電室を内蔵しており、
前記バッファガスの圧力は２ｂａｒ〜８ｂａｒである、ことを特徴とするセラミック発光管。
【請求項２】
前記バッファガス圧が２ｂａｒ〜１０ｂａｒである，請求項１記載のセラミック発光管。
【請求項３】
前記バッファガス圧が１０ｂａｒを超えている、請求項１記載のセラミック発光管。
【請求項４】
前記放電管はサファイア管から成り、前記毛管は多結晶アルミナから成る、請求項１記載のセラミック発光管。
【請求項５】
前記毛管は前記サファイア管にハーメティックシールされた端部キャップの一部である、請求項４記載のセラミック発光管。
【請求項６】
前記端部キャップは、前記サファイア管の開放端上に嵌合する環状リムを有する、請求項５記載のセラミック発光管。
【請求項７】
前記バッファガスは、アルゴン、クリプトン、キセノン又はこれらの混合気である、請求項１記載のセラミック発光管。
【請求項８】
前記バッファガスがキセノンを含有する、請求項１記載のセラミック発光管。
【請求項９】
前記バッファガスの圧力が２ｂａｒ〜１０ｂａｒである、請求項８記載のセラミック発光管。
【請求項１０】
セラミック発光管を製造するための装置において、
当該装置は、
ＲＦサセプタを内蔵した圧力室を備えた圧力ジャケットと、
発光管用の支持体を備えたホルダとを有しており、
前記ＲＦサセプタは、前記発光管の毛管を受け入れるための開口部と、前記圧力ジャケットの外部に前記ＲＦサセプタを囲むように配置されたＲＦ誘導コイルとを有しており、
前記ＲＦ誘導コイルはＲＦ電力源に接続されており、
前記圧力室は、加圧バッファガス源と真空源とに接続されており、前記加圧バッファガス源は、前記圧力室内の圧力を測定するための圧力センサを有する圧力コントローラに接続された弁により制御され、
前記支持体の高さは、前記ホルダが前記装置にハーメティックシールされるときに、発光管のシールされていない端部が前記ＲＦサセプタ内に位置するように選択されており、
前記装置は、シールされると、前記圧力室の排気及び前記圧力室へのバッファガスの充填を交互に行うことができる、ことを特徴とするセラミック発光管を製造するための装置。
【請求項１１】
前記サセプタは黒鉛の中空シリンダである、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記サセプタは前記圧力室内でアルミナスペーサにより固定されている、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記誘導コイルは冷却ブロック内に埋め込まれている、請求項１０記載の装置。
【請求項１４】
前記冷却ブロックは窒化アルミニウム／窒化ホウ素の複合材である、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
熱遮蔽体が前記ＲＦサセプタと前記ＲＦ誘導コイルとの間に配置されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１６】
電界の増強を緩和するために、前記サセプタのエッジが鈍化されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１７】
前記誘導コイルがシングルエンドモードで操作される、請求項１０記載の装置。
【請求項１８】
前記誘導コイルが差動モードで操作される、請求項１０記載の装置。
【請求項１９】
前記熱遮蔽体が多層セラミック赤外反射材を包含して成る、請求項１５記載の装置。
【請求項２０】
前記熱遮蔽体が前記圧力室の軸に平行な間隙を有する薄い金属フィルムを包含して成る、請求項１５記載の装置。
【請求項２１】
前記圧力ジャケットは、多岐管にマウントされたベースに取り外し可能にシールされており、
前記多岐管は、加圧バッファガス源と真空源とに接続されたポートを有しており、
前記ベース及び前記多岐管はそれぞれ、発光管が前記圧力室内に挿入されるよう貫通孔部を有しており、
前記多岐管は前記ホルダに取り外し可能にシールされている、請求項１０記載の装置。
【請求項２２】
前記圧力ジャケットは融解石英から成る、請求項１０記載の装置。
【請求項２３】
前記ＲＦ電力源は２７．１２ＭＨｚの周波数を有する、請求項１０記載の装置。
【請求項２４】
前記ＲＦ電力源は、反射電力を最小化するＲＦ整合ネットワークを有する、請求項１０記載の装置。
【請求項２５】
前記ＲＦ電力源は３００Ｗ未満の電力出力を有する、請求項２３記載の装置。
【請求項２６】
セラミック発光管をシールするための方法において、
（ａ）発光管を圧力室内にシールするステップと、
（ｂ）所定の圧力になるまで前記圧力室にバッファガスを充填するステップと、
（ｄ）ＲＦ誘導コイルをＲＦ電力源で励磁することによりＲＦサセプタを加熱するステップと、
（ｅ）フリット材を冷却し、ハーメティックシールを形成するステップとを有し、
前記発光管は放電管と少なくとも１つの毛管とを有しており、
前記毛管は、外側に向かって前記放電管からフリット材を有する毛管遠位端へと延びており、
前記圧力室は、前記毛管遠位端を包囲するＲＦサセプタを内蔵しており、
前記ＲＦ誘導コイルは、前記圧力室の外部にあって前記ＲＦサセプタを包囲しており、
前記ＲＦサセプタが発生させた熱は、前記フリット材を融解させ、前記毛管遠位端に流入させる、ことを特徴とするセラミック発光管をシールするための方法。
【請求項２７】
前記バッファガスの圧力を、前記放電管内のバッファガスの圧力に等しい速度で又はそれよりも僅かに高い速度で上昇させる、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
フリット侵入度の達成のために、超過圧力差を利用する、請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
前記バッファガス圧が２ｂａｒ〜８ｂａｒである、請求項２６記載の方法。
【請求項３０】
前記バッファガス圧が２ｂａｒ〜１０ｂａｒである，請求項２６記載の方法。
【請求項３１】
前記バッファガス圧が１０ｂａｒを超えている、請求項２６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２００１年２月２３日出願の米国仮出願第６０／２７０，８５０号の利益を主張するものである。この出願は、ともに２００１年４月２４日に出願された特許出願中の共同出願通し番号第０９／８４１，４１４号及び第０９／８４１，４２４号に関連するものである。
【０００２】
技術の分野
本発明は、高圧バッファガスを用いたセラミック発光管及び該発光管をフリット材でシールする方法に関する。本発明はさらに高周波（ＲＦ）誘導加熱法及び高周波（ＲＦ）誘導加熱装置に関する。
【０００３】
発明の背景
高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ用のセラミック発光管は周知である。これらの発光管のうちで比較的一般的な構成を有するものの１つは、各端部から外側に延びる対向する毛管を備えた軸対称の放電管を有している。これらの毛管は内側にシールされた電極アセンブリを有しており、この電極アセンブリは、アーク放電に必要な電気エネルギーを放電管内に供給する。毛管の端部はフリット材を用いて電極アセンブリにハーメティックシールされている。放電管にはイオン性充填物が封入されており、このイオン性充填物は、通常、ハロゲン化金属塩及び／又は水銀の幾つかの組合せを含んでいる。バッファガスはアーク点火を促進させるために添加されているものであり、ランプの測光上の特性及び寿命に影響を及ぼす。典型的なバッファガスは希ガスのうちの１つ、例えばアルゴン、キセノン、クリプトン、又はこれらの混合気である。一般に、セラミック発光管のバッファガス圧は約１．５ｂａｒよりも低い。このような発光管の例は、米国特許第５，９７３，４５３号とヨーロッパ特許第０９７１０４３Ａ２号及び第０９５４００７号とに記載されており、これらはすべて参考として本明細書に取り入れられている。
【０００４】
セラミック発光管に対する従来のフリットシールのプロセスは、＜１ｂａｒの低圧室で行われ、タングステンや黒鉛で出来た抵抗加熱素子を使用する。抵抗加熱の使用には、大電流、複雑な遮蔽及び強制的水冷を提供するための嵩高なフィードスルーが必要である。その結果、たいてい従来の製造設備は大きく、遅く、高価で非能率的である。また、大きなシーリング室は比較的大量のバッファガスを必要とし、これが製造コストを上げてしまう。さらに、加熱エネルギーの大部分は装置自体によって消費されてしまい、これがシーリング温度に達するのに必要な時間を延ばしてしまう。熱損失の問題は高圧バッファガスを扱う場合にはさらに悪化する。というのも、ガスの対流と熱伝達の増大とにより余分な熱損失が生じるからである。したがって、バッファガス圧の高い、すなわちバッファガス圧＞１ｂａｒのセラミック発光管を得るためには、克服すべき多くの困難が存在する。
【０００５】
セラミック発光管とは対照的に、融解石英（クォーツ）発光管は、８ｂａｒもの高圧バッファガスを用いて使用されている。高圧の要求を満たすために、通常はフリーズアウト法が使用される。フリーズアウト法では、クォーツ発光管の一方の端部は、放電室体積内のバッファガスを液体化又は固体化するために液体窒素に浸けられ、他方の端部は高温に加熱される。そしてこの高温が、クォーツを軟化させ、プレスシール又はティッピングオフ法によるこの端部のシーリングを可能にする。室温まで暖まると、バッファガスは気化して遙かに小さな体積となり、所望の圧力を提供する。しかしながら、フリーズアウト法はセラミック発光管に対して使用するには非実用的である。なぜならば、クォーツ発光管の端部のシーリングに使用されるプレスシール又はティッピングオフ法は、セラミック材には使用できないからである。
【０００６】
発明の概要
本発明の課題は従来技術の不利な点を回避することである。
【０００７】
本発明の別の課題は、少なくとも約２ｂａｒのバッファガス圧を有するフリットシールされたセラミック発光管を提供することである。
【０００８】
本発明のさらに別の課題は、セラミック発光管内に高いバッファガス圧でハーメティックシールを形成するための装置及び方法を提供することである。
【０００９】
本発明の１つの課題に従って、電極アセンブリを有する少なくとも１つの毛管を備えた放電管を内蔵したセラミック発光管が提供され、前記毛管は、外側に向かって前記放電管から当該毛管の遠位端へと延びており、前記電極アセンブリは、フリット材を用いて前記遠位毛管端部にハーメティックシールされており、前記電極アセンブリは、前記毛管を通って放電室へと通じており、且つ外部電力源に接続可能となっており、前記放電管は、バッファガスとイオン性充填物とが封入された放電室を内蔵しており、前記バッファガスの圧力は２ｂａｒ〜８ｂａｒである。
【００１０】
本発明の別の課題に従って、セラミック発光管を製造するための装置が提供される。この装置はＲＦサセプタを内蔵した圧力室を備えた圧力ジャケットと発光管用の支持体を備えたホルダとを有しており、ＲＦサセプタは、前記発光管の毛管を受け入れるための開口部と、前記圧力ジャケットの外部に前記ＲＦサセプタを囲むように配置されたＲＦ誘導コイルとを有しており、前記ＲＦ誘導コイルはＲＦ電力源に接続されており、
圧力室は、加圧バッファガス源と真空源とに接続されており、加圧バッファガス源は、圧力室内の圧力を測定するための圧力センサを有する圧力コントローラに接続された弁により制御され、
前記支持体の高さは、前記ホルダが前記装置にハーメティックシールされるときに、発光管のシールされていない端部が前記ＲＦサセプタ内に位置するように選択されており、
前記装置は、シールされると、前記圧力室の排気及び前記圧力室へのバッファガスの充填を交互に行うことができる。
【００１１】
本発明のさらに別の課題に従って、
（ａ）発光管を圧力室内にシールするステップと、
（ｂ）所定の圧力になるまで前記圧力室にバッファガスを充填するステップと、
（ｄ）ＲＦ誘導コイルをＲＦ電力源で励磁することによりＲＦサセプタを加熱するステップと、
（ｅ）フリット材を冷却し、ハーメティックシールを形成するステップとを有する、セラミック発光管をシールするための方法が提供される。ここで、前記発光管は放電管と少なくとも１つの毛管とを有しており、前記毛管は、外側に向かって前記放電管からフリット材を有する毛管遠位端へと延びており、前記圧力室は、前記毛管遠位端を包囲するＲＦサセプタを内蔵しており、前記ＲＦ誘導コイルは、前記圧力室の外部にあって前記ＲＦサセプタを包囲しており、前記ＲＦサセプタにより発生された熱は、前記フリット材を融解させ、前記毛管遠位端に流入させる。
【００１２】
図面の簡単な説明
図１は、本発明のシールされたセラミック発光管の断面図である。
【００１３】
図２は、本発明の高周波（ＲＦ）シーリング装置の断面図である。
【００１４】
図３は、本発明のシーリング装置で使用されるＲＦ電力源の概略図である。
【００１５】
図４は、ＲＦ誘導加熱部とシールすべき発光管の毛管端部との間の関係を示す断面透視図である。
【００１６】
図５は、シーリングサイクル中のセラミック発光管内の内部圧力上昇をグラフ表示したものである。
【００１７】
図６は、シーリングサイクル中のＲＦサセプタの温度をグラフ表示したものである。
【００１８】
図７は、最終シール作業中に印加される超過圧力差をグラフ表示したものである。
【００１９】
発明の詳細な説明
本発明、ならびに本発明の別の課題、さらに別の課題、利点及び能力のより良い理解のために、図面とともに、以下の明細書及び添付された特許請求項が参照される。
【００２０】
高いバッファガス圧を有するセラミック発光管が高周波（ＲＦ）誘導によるシーリング方法及び装置を用いて製造可能であることは知られている。本発明の方法は様々な構成のセラミック発光管をシールするのに使用され得るが、有利なセラミック発光管の構成は、電極アセンブリを備えた少なくとも１つの延長毛管を有するものである。なお、毛管はフリット材によりハーメティックシールされている。ＲＦシーリング装置は、一方の端部にＲＦ誘導加熱部を備えた取り外し可能な圧力室から構成されている。ＲＦ誘導加熱部は、ＲＦ電力源と、圧力室の外部に配置されたＲＦ誘導コイルと、圧力室内に配置されたＲＦサセプタとから構成されている。毛管の端部をシールするために、発光管は、シールされるべき毛管端部がＲＦサセプタ内に含まれるように圧力室内で配向される。シールされた圧力室は排気され、次いで所望の圧力までバッファガスで充填される。ＲＦ電力が印加されると、ＲＦサセプタはＲＦ誘導コイルにより発生されたエネルギーを吸収し、これによりサセプタが加熱される。高温のサセプタが発する熱放射により、毛管の開放端に隣接して配置されたフリット材が融解し、電極アセンブリに沿って流れ落ち、毛管端部をシールする。
【００２１】
高いバッファガス内圧を有する有利なフリットシールセラミック発光管の断面図が図１に示されている。軸対称の発光管１は、放電管３、放電室５、向かい合った端部キャップ９及び電極アセンブリ１１から成っている。放電管３はサファイア管から成っている。サファイアが望ましいが、放電管は、特に多結晶アルミナ、イットリウム・アルミニウム・ガーネットを含む他のセラミック材料から製造されたものであってもよい。端部キャップ９は、放電管の開放端２上に嵌合するよう設計された環状リムを有する。有利には、端部キャップは、多結晶アルミナで出来ており、従来の焼結法により放電管にハーメティックシールされる。放電管３は端部キャップ９と共同して、イオン性充填物（図示せず）が封入された放電室を密閉している。
【００２２】
各々の端部キャップ９は、外側に向かって放電管３から遠位端１２へと延びる毛管１３を有している。各毛管１３は、フリット１７により毛管にハーメティックシールされた電極アセンブリ１１を内蔵している。セラミック発光管をシールするためのこのようなフリット材は周知である。ＲＦシーリング方法に有利なフリット材は、重量的に６５％のＤｙ２Ｏ３、２５％のＳｉＯ２及び１０％のＡｌ２Ｏ３から成る。しかしながら、本発明は特定のフリット組成に限定されるものではない。
【００２３】
より有利な構成では、電極アセンブリ１１は、モリブデン製スレッドロッド８に溶接されたニオブ製フィードスルー６から成っており、一方、モリブデン製スレッドロッド８はタングステン製電極１０に溶接されている。電極アセンブリがフリット材により毛管内にシールされ得るのであれば、当該技術分野で周知であるような他の電極構成を使用してもよい。毛管の遠位端内へのフリット侵入度ｄは、シールの品質に影響するので、各々の発光管構成に応じて経験的に決定されねばならない。ニオブ製のフィードスルーを使用するのであれば、フリットを十分深く侵入させ、ニオブを覆い、保護するようにすべきである。なぜならば、一般にニオブは、イオン性充填物内の浸食性化学物質と反応するからである。しかしながら、フリットを高温の発光管本体に近づけ過ぎてはならない。というのも、近づけ過ぎると、材料間の熱的な不釣合いによる亀裂の危険性が増すからである。
【００２４】
いったん発光管の両端がシールされると、加圧バッファガスは発光管の放電室５内に封入される。有利には、バッファガスはアルゴン、キセノン、クリプトン又はこれらの組合せから成り、放電室内のバッファガスの圧力は２〜８ｂａｒである。（ここで言及されているバッファガス圧力は室温（２５°Ｃ）で測定されており、作動中の発光管における非常に高い温度で測定されたものではないことを理解されたい。）用途によっては、発光管内のバッファガスの圧力は１０ｂａｒまで及んでもよく、将来的な応用では、１０ｂａｒを超えるバッファガス圧力が必要とされることも考えられる。そのような応用も十分、本発明の範囲内にある。
【００２５】
図２には、ＲＦ誘導シーリング装置の１実施例が断面図で示されている。装置はチューブ状の圧力ジャケット２２を有している。圧力ジャケット２２のトップは閉じており、ボトムは、シールされるべき発光管を受け入れるよう開口している。圧力ジャケットの材料として、融解石英（クォーツ）が選択されている。それは、融解石英が、シール方法で使用される高温と圧力に耐えられる透明な誘電体だからである。しかしながら、圧力ジャケットを適当な不透明セラミック材料から製造し、様々な形状の発光管を収容することができるように圧力ジャケットの形状寸法を調整してもよい。
【００２６】
圧力ジャケット２２の上部５５の内側には、ＲＦサセプタ６１が配置されている。サセプタ６１は、発光管（図示せず）の毛管端部を受け入れるよう中空になっており、アルミナスペーサ６８により所定の位置に保持されている。この実施例では、有利なサセプタは黒鉛の中空シリンダである。黒鉛を選択した理由は、吸収率及び輻射率が高いからである。しかしながら、他の適切な導体（例えば、モリブデン及びタングステン）及びサセプタ形状を使用してもよい。圧力ジェケットとサセプタの形状寸法は、ガス対流を妨げるよう延長毛管のサイズ及び形状に合わされるべきである。ガス対流を妨げることにより、シーリングの間、熱損失が低減される。さらに、反射及び断熱の作用のある材料から成る外部熱遮蔽体６９をサセプタ６１の周囲に配置し、放射と伝導による熱損失を低減することにより、さらに電力使用を改善するようにしてもよい。熱遮蔽体はまた熱放射がＲＦ誘導コイル６３と冷却ブロック６５に達するのを防ぎ、これにより冷却に対する要求を軽減する。熱遮蔽体は、多層赤外線反射誘電体、又はチャンバの軸に平行な間隙を有する、渦電流を減少させるための非常に薄い金属フィルムから成っていてもよい。
【００２７】
外部ＲＦ誘導コイル６３は、サセプタ６１を包囲しており、ＲＦ電力源６２に接続されている。誘導コイルが励磁されると、サセプタは誘導コイルにより発生されたＲＦエネルギーを吸収し、加熱される。今度は、加熱されたサセプタからの熱放射がフリット材を融解させ、電極アセンブリを毛管にシールする。コイルの直径は、コイル内の断面積がサセプタに対して最小となるよう可能な限り小さく選択される。その結果、最大量のコイル電磁束がサセプタの断面積及び電極システムと交差し、無駄な電磁束の量が減る。誘導コイルの形状寸法（コイル直径、巻き数、ワイヤの全長）のさらなる最適化によりインダクタンス、コイル内の蓄積エネルギー及び電磁束を最適化することよって、所与の入力電力及び加熱速度に対してコイル内の全負荷の十分なジュール加熱が保証される。このことが電力入力とコイル電流を最小量に減ずる。この低コイル電流により、コイルのジュール加熱は、コイルの水冷が不要なほどの低い値に低減される。
【００２８】
代わりに、誘導コイル６３は、良好な加熱条件を有する断熱誘電体で出来た冷却ブロック６５内に埋め込まれている。冷却ブロックは、コイル内の僅かな抵抗加熱ならびにサセプタからの熱放射及び熱伝達を放散する。冷却ブロックに適した材料は、窒化アルミニウム／窒化ホウの複合材である。冷却ブロックは、コイルの温度及び抵抗がシール作業の間低いままであることを保証する。また、冷却ブロックはコイルにさらに機械的安定性を加える。これはコイルを所定の形状に維持するのに有用であり、これにより再現可能な結合条件が提供される。
【００２９】
圧力ジャケット２２はエラストマガスケット２５によってベース２６にシールされる。ベース２６の一方の側面には、圧力ジャケット２２の圧力室に向かって開口した孔部３２があり、他方の側面からは発光管がベースを通って挿入されるようになっている。開放端３１は、キャップ２７がベースにねじ止めされるようにねじ切りされている。圧力ジャケット２２は、フランジ２８がリム３５に接触するまで開放端３１を通してジャケットをベース２６内に挿入することによって、ベースにシールされる。次に、ガスケット２５がジャケット上に配置され、続いて圧縮スペーサがジャケット上に配置される。次いで、圧力ジャケットを受け入れるのに十分な開口部を有するキャップ２７がベース２６にネジ止めされ、これによりスペーサ３７がガスケット２５を圧縮し、ベースと圧力ジャケットとの間に密なシールを形成する。圧力ジャケットは取り外し可能にベースにシールされるので、シーリング装置は、単に圧力ジャケットを替えることによって、様々な発光管構成での使用に容易に適合可能である。
【００３０】
ベース２６は多岐管２４にマウントされており、Ｏ−リングによってそこにシールされている。多岐管２４は孔部４１を有しており、この孔部４１とベース２６の孔部３２を介して、圧力室２９と流体連通している。孔部４１はポート４５を介して真空源（図示せず）と接続されており、ポート４６を介して加圧バッファガス源（図示せず）と接続されている。これにより、圧力室２９に対して交互に排気と加圧が行われ、発光管にバッファガスが充填される。加圧バッファガス源は、圧力室２９内の圧力を監視及び調整する圧力コントローラ（図示せず）を備えている。圧力コントローラは、圧力室内の圧力を測定する圧力センサと、圧力室内の圧力を所定の速度で上昇させるマイクロプロセッサ制御可変弁とに接続されている。
【００３１】
発光管ホルダ２０は、ベース４７と支持体４９とから構成されている。支持体４９は、発光管の端部に対応する形状のキャビティ４３を有している。シーリング装置は、発光管を支持体のキャビティ４３内に設置し、次いでホルダ２０が多岐管２４とＯ−リング５０に対して押しつけられ、シールされるまでホルダ２０を上げることにより装入される。漏斗形のガイドを圧力ジャケット下部内に配置し、発光管が挿入されるときに発光管をセンタリングし、安定させるようにしてもよい。支持体４９の高さは、ホルダ２０を多岐管２４につなぐときに発光管の反対側端部がＲＦサセプタ６１の内側に適切に位置するように設定されなければならない。
【００３２】
発光管がホルダ内に設置され、装置がシールされると、発光管の圧力室が、従ってまた発光管の放電室が排気され、次いで所望の圧力までバッファガスで充填される。ＲＦ電力がスイッチオンされ、サセプタが加熱される。フリットの温度が融点まで達すると、フリットは液化し、セラミック毛管と電極アセンブリの両方を浸潤する。重力と毛管力とによって、融解したフリットは毛管の遠位端内へと流れ落ちる。フリットが毛管内で所望の侵入度に達すると、ＲＦ電力がスイッチオフされ、フリットが凝固し、毛管と電極アセンブリのフィードスルーとの間にハーメティックシールが形成される。すると、チャンバの圧力を大気圧まで下げ、装置を開き、再装入することができる。発光管内で最後のシールを行う際、発光管の内部体積が圧力室の体積から分離されるにつれて、温度に関係した圧力上昇が発光管内に生じる。２つの体積が分離される際の大きな圧力差を避けるために、チャンバ内の圧力上昇は発光管内の圧力上昇と釣り合っていなければならない。僅かにより大きな圧力上昇を圧力室内で用いて、フリットが確実に所望の侵入度まで流れ落ちるようにすると有利である。
【００３３】
一般に、ＲＦ周波数の選択はＥＭＩ／ＲＦＩ放射規制、加熱すべきパーツの形状寸法及び所望の加熱速度により決定される。より詳細には、周波数は、サセプタの温度を上げ、所要時間内にフリットを融解させることのできる電流をサセプタ内に誘導するのに十分な磁界の変化速度を有しているべきである。有利には、ＲＦ周波数は２７．１２ＭＨｚであり、これは最小のＥＭＩ／ＲＦＩ遮蔽しか要しないＩＳＭ帯域である。ＲＦ電力源の概略図が図３に示されている。この実施例では、誘導コイルはシングルエンドモードで駆動される。適切なＲＦ整合ネットワークが設計されており、これにより、誘導コイルＬ１のＲＦ電力増幅器への接続が最小の反射電力で可能になる。サセプタの伝導率と電力消費、コイルＬ１のインダクタンス、ならびにキャパシタＣ１及びＣ２の値は、１０Ａのオーダーのコイル電流と約３００Ｗ未満のＲＦ電力源出力とを達成するように、設計ならびに最小化される。低ワット数と最適な結合調整が大きなＲＦ増幅器を不要にし、低コイル電流が冷却要求を軽減する。これらの特徴の組合せにより、加熱速度の高い、従って加熱時間の短いエネルギー効率の良いシステムが得られる。
【００３４】
上記のＲＦシーリング装置は、少なくとも約１ｂａｒのバッファガス圧を有する発光管の充填及びシールに使用可能である。約１ｂａｒより下では、チャンバ内でＲＦプラズマを発生させずにシーリング装置を使用することは困難となる。しかしながら、ある種のプラズマ抑制手段を適用することにより、１ｂａｒ未満の圧力でのＲＦシーリングが可能である。このような方法として以下のものが挙げられる。誘導コイルをシングルエンドモードの代わりに差動モードで駆動することにより、回路接地に対して最大コイル電圧を下げる；エッジに沿った電界の増強を最小化するためにサセプタのエッジを鈍化させる；及び／又は高温絶縁材料を用いて、サセプタ全体又は一部を遮蔽又は保護するこにより、サセプタに沿った誘電沿面距離を拡大する。
【００３５】
図４は、圧力ジャケット２２の上部５５の断面透視図であり、シーリング用に設けられた発光管の毛管１３を示している。フリットリング７０はフィードスルー６の周りに配置されており、毛管の遠位端１２に隣接している。毛管の遠位端１２、フリットリング７０及びフィードスルー６は、アルミナスペーサ６８により支持されているサセプタ６１の内部に位置している。圧力室の断面積及び体積は小さいので、希ガスの消費は最小に留められ、１０ｂａｒまでのガス圧が使用されるときでも、作用する力は比較的小さい。
【００３６】
上述のように、ＲＦ電力が誘導コイル６３に供給されると、サセプタ６１はＲＦエネルギーを吸収し、発熱する。そしてサセプタが放出する熱放射がフリットリング７０を融解させる。毛管力と重力により、フリットはフィードスルー６に沿って毛管１３内へ流れ落ちる。加熱は、フリットが所定の侵入度に達すると停止される。冷却の際、フリットと毛管とフィードスルーとの間にハーメティックシールが形成される。発光管はシーリング装置から取り外され、反転され、反対側端部をシールするため装置に再装入される。最終シールは最初のシールよりも達成困難である。それは、フリットが毛管内に流れ落ち、発光管の内部圧力が、放電室５内にガスが拘束されるにつれて上昇するからである。
【００３７】
最終シール作業の間の発光管内での圧力上昇は、遮断弁と、発光管の反対側端部に接着された薄い金属毛管とを使用してテストセットアップで経験的に決定される。遮断弁ははじめ金属毛管を介して放電室を圧力室に接続し、両方の体積が同じ圧力になるまでバッファガスで充填されるようにする。次に、２つの体積は遮断弁を閉じることにより分離される。その際、金属毛管に接続された小形圧力センサを使用して、発光管のフリットシールされた端部がサセプタにより加熱されている間、放電室内の圧力上昇を監視するようにしてもよい。図５に示されているように、誘導コイルが励磁されてからおよそ３秒後、発光管の内部圧力が直線的に上昇し始める。誘導コイルが励磁されてからおよそ１５秒後、シール端部内のフリットの液化に伴い、圧力が突然降下する。この時点で、発光管の内部圧力は圧力室内のガスが及ぼす外部圧力を克服するのに十分な程度となり、フリットシールを破壊する。この情報を利用して、発光管内の圧力上昇を全シーリングサイクルを通して外挿することが可能である。この機能は、圧力室内の圧力を発光管内の上昇圧力と同じ速度で上昇させるために、可変弁を駆動するのに使用してもよい。さらに、圧力室内で僅かな超過圧力差を維持することにより、融解したフリットを毛管内に押し入れるようにしてもよい。
【００３８】
図６及び７には、典型的なシーリングサイクルが示されている。サイクルの間のサセプタの温度は図６に示されている。発光管の一方の端部はすでに同じ温度サイクルを用いてシールされているので、最終シールの形成は、発光管内の圧力と圧力室内の圧力との間の圧力バランスの維持の問題となる。図７の曲線７１はシーリング装置の圧力室内の圧力を表し、一方、曲線７３は発光管内の外挿された圧力を表す。領域Ａは加熱プロセスの開始を標すものであり、これに続いて領域Ｂ内で遅れて圧力が上昇する。フリットの融解及び毛管への侵入は、領域Ｃ及びＤで起きる。圧力室内でのコントロールされた圧力上昇は、フリットが凝固し、大きな圧力差に耐え得るようになる領域Ｅで終了する。シーリング中に印加される僅かな超過圧力差は、所望のフリット侵入度を達成するために経験的に調整される。
【００３９】
現在のところ本発明の有利な実施例であると考えられるものを示し、説明してきたが、特許請求項により規定される本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更及び改善が為され得ることは、当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のシールされたセラミック発光管の断面図である。
【図２】
本発明の高周波（ＲＦ）シーリング装置の断面図である。
【図３】
本発明のシーリング装置で使用されるＲＦ電力源の概略図である。
【図４】
ＲＦ誘導加熱気とシールすべき発光管の毛管端部との間の関係を示す断面透視図である。
【図５】
シーリングサイクル中のセラミック発光管内の内部圧力上昇のグラフ表示である。
【図６】
シーリングサイクル中のＲＦサセプタの温度のグラフ表示である。
【図７】
最終シール作業中に印加される超過圧力差をグラフ表示する。
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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