(57)【要約】【課題】  発光管周方向のクラックの発生個所を最小にとどめ、照度低下を抑制できるフラッシュランプ発光装置及びフラッシュランプを提供すること。【解決手段】  透光性セラミックスからなる発光管の内部に一対の電極を備えたフラッシュランプと、当該ランプに並設された始動用トリガ管が、当該ランプ及びトリガ管配置用の溝部を有する保持具により、その端部において保持されたフラッシュランプ発光装置であって、フラッシュランプの発光管には、電極先端部よりも管軸方向外方の位置に発光管の外周面上に半径方向外方に突出する突起が形成され、保持具には前記突起と嵌合する凹部が形成され、突起と凹部が係合してランプの回転が規制されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性セラミックスからなる発光管の内部に一対の電極を備えたフラッシュランプと、当該ランプに並設された始動用トリガ管が、当該ランプ及びトリガ管配置用の溝部を有する保持具により、その端部において保持されたフラッシュランプ発光装置であって、
前記フラッシュランプの発光管には、電極先端部よりも管軸方向外方の位置に、発光管の外周面上に半径方向外方に突出する突起が形成され、
前記保持具には、前記突起と嵌合する凹部が形成され、
突起と凹部が係合してランプの回転が規制されていることを特徴とするフラッシュランプ発光装置。
【請求項２】
透光性セラミックスからなる発光管の内部に一対の電極を備えたフラッシュランプであって、
前記フラッシュランプの発光管は、半径方向外方に突出する突起が、電極先端部よりも管軸方向外方の外周面上に形成されていることを特徴とするフラッシュランプ。
【請求項３】
前記突起はガラスからなることを特徴とする請求項２記載のフラッシュランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラッシュランプ発光装置に関し、特に、半導体製造や薄膜トランジスタ製造、液晶基板等の熱処理用の熱源等に用いられるフラッシュランプ発光装置ならびにフラッシュランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体等の製造工程において、シリコンウェハ表層に浅い拡散層（ｐｎ接合）を形成する、いわゆるイオン注入された不純物を活性化する工程においては、ランプアニールが利用されている。このようなアニール工程においては、イオン注入した不純物のプロファイルの崩れや、形成したパターンの揮発等の問題を回避しつつ、不純物に対する良好な活性化状態を得ることが望まれる。また、液晶表示パネル用の薄膜トランジスタの製造工程においても、基板上に形成された半導体膜を確実かつ均一に活性化する必要があり、特に、ガラス基板による場合は、アニール処理を確実に行うと共に、基板への過度の加熱を防止し、基板の伸縮や反りの発生を抑制する必要がある。
【０００３】
被処理物の表面層のみを高温に加熱することは、フラッシュランプよりの閃光を被処理物に照射する方法によって好適に達成することができるが、フラッシュランプは、通常、棒状であるため、単独では半導体ウエハの全面を温度均一性が高い状態に加熱することができない。そこで、棒状のフラッシュランプの複数を平行に並んだ状態に配置してなるフラッシュランプ発光装置を用いることが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
このような装置に組み込まれるフラッシュランプとしては、高負荷で点灯されることから、発光管が石英ガラスよりなるものに代えて、透光性セラミックスを用いたものが提案されている（特許文献２参照）。
透光性セラミックスよりなる発光管を備えたフラッシュランプによれば、発光管を形成するサファイアまたは酸化アルミニウムなどの透光性セラミックスが、石英ガラスに比較して、放電プラズマに対して優れた耐性を有するため、高負荷の点灯条件で点灯させた場合であっても、発光管が劣化することが抑制され、しかも、電極の消耗が少ないといわれている。
【０００５】
しかして、透光性アルミナは線膨張係数が比較的大きい材料であるため、点灯条件によっては発光管に高負荷がかかり、内表面と外表面の間の膨張の差によって応力が発生し、発光管が劣化するおそれがある。かかる現象については特許文献２においても指摘されている。
【特許文献１】２００４−３０３８８９号公報
【特許文献２】２００３−１０９５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このフラッシュランプ発光装置を駆動すると、発光管が破損するレベルに至る前に、熱衝撃によって発光管内表面に微小なクラックが発生し、これが発光管の透光性を低下させることにより、被照射面における照度が早期に低下するということが判明した。
【０００７】
この問題について本発明者が鋭意調査を行った結果、以下のような現象を確認した。
すなわち、上記フラッシュランプ発光装置においては、特許文献１等から知られるように、発光管の管壁に沿って始動用の外部トリガ管が並設されている。ランプ始動時、外部トリガ管に高周波電源により２０ｋＶを印加し、しかる後、ランプ点灯用の主電源からランプにパルス直流電源を印加することによって、アークが発生する。このとき、アークは、発光管の周方向において、トリガ管に近い部分から発生して他方の電極に到達するため、発光管におけるトリガ管に近接した部分は、アークによって瞬間的に高温に曝されることになる。アルミナの熱膨張率は石英ガラスのそれよりも約２０倍高いため、熱衝撃性において劣る。トリガ管側の発光管内表面の負荷はトリガ管反対側に比べ大きくなり、そのため、発光管内表面の温度が急激に上昇し、発光管内部に温度勾配が形成され、それにより発生した熱応力と封入ガス圧の上昇に発光管が耐えきれなくなり、発光管に微細クラックが発生してしまう。この結果、発光管の透過率が低下する。
【０００８】
発光管において、トリガ管が配置された側の一部分だけ透光性が低下したとしても、トリガ管を光取り出し側とは反対に配置すれば、反トリガ管側においては発光管の透光性を維持できてランプから直接被照射物に照射する光については照度低下を抑制できると考えられる。
ところが、ランプを管壁負荷３０ｋＷ／ｃｍ２となるような高負荷で点灯した場合には、ローレンツ力などによる振動から、ランプが管軸を中心として回転し、その結果、微細クラックは管の全周に発生し、結果、被照射面における照度を極端に低下させてしまう。
【０００９】
微小クラックは、発光管の強度を著しく低下させるというものではないが、照度に関しては影響が極めて大きい。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、発光管周方向のクラックの発生個所を最小にとどめ、照度低下を抑制できるフラッシュランプ発光装置及びフラッシュランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るフラッシュランプ発光装置は、透光性セラミックスからなる発光管の内部に一対の電極を備えたフラッシュランプと、当該ランプに並設された始動用トリガ管が、当該ランプ及びトリガ管配置用の溝部を有する保持具により、その端部において保持されたフラッシュランプ発光装置であって、前記フラッシュランプの発光管には、電極先端部よりも管軸方向外方の位置に、発光管の外周面上に半径方向外方に突出する突起が形成され、前記保持具には、前記突起と嵌合する凹部が形成され、突起と凹部が係合してランプの回転が規制されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るフラッシュランプは、透光性セラミックスからなる発光管の内部に一対の電極を備えたフラッシュランプであって、前記フラッシュランプの発光管は、半径方向外方に突出する突起が、電極先端部よりも管軸方向外方の外周面上に形成されていることを特徴とする。
また、前記突起はガラスからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば下記効果を奏することができる。
（１）発光管に形成された突出した突起と保持具の凹部が嵌合して回転不能に保持しているので、発光管とトリガ管配置側の面が固定され、クラックの発生個所を最小限にとどめることができる。その結果、発光管における被照射物に対向した面は、透光性が低下することなく、照度を長期に亘って高く維持することができる。
（２）本発明に係るフラッシュランプによれば、突起部が形成されているので、保持部材で保持されたときに回動が規制され、発光管の白濁が発生してもその部分が照射面側に向くことがない。よって、フラッシュランプ発光装置の照度低下を効果的に抑制できるようになる。更に請求項３記載のランプによれば、突起部とトリガ管が接触した状態に配置された場合も、トリガ管に印加された電圧が電極以外のリード部に移行するという不所望な現象を回避でき、安定した始動性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発発明の一実施形態を説明するが、下記構成に限定されるものではない。
図１〜図３は本発明に係るフラッシュランプ発光装置の概略構成を示す図である。図１はランプ保持部材構成を説明する斜視図、図２は本発明に係るフラッシュランプ及びトリガ管を取り出して示す説明用断面図である。また、図３はフラッシュランプ発光装置を、発光管に形成した突起部の頂点に相当する位置において、ランプの管軸に対して垂直な方向に切断した断面図であり、図４は図３に記載されたＡ−Ａ’の矢視断面図である。
【００１４】
フラッシュランプ装置は、図２で示すように、円筒状であって両端が封止され、内部に発光空間を区画する直管型の透光性セラミックスよりなる発光管１１を備えたフラッシュランプ１０と、当該フラッシュランプ１０における発光管１１に平行に配設された、その内部空間に近接導体２２を備え、両端が封止された円筒状であって直管型の誘電体部材（以下、「誘電体管」ともいう。）２１によって構成されるトリガ管２０とを有してなる。なお発光管１１は、単結晶アルミナ（サファイア）からなる円筒状部分１１Ａと、その両端を閉塞する多結晶アルミナよりなる封止部材１１Ｂと、両部材の間に気密に設けられる接着層１１Ｃより構成されている。
【００１５】
フラッシュランプ１０においては、発光管１１の両端から管軸方向内方に突出して伸びる、例えばニッケルよりなる電極棒１２、１３の各々の先端に形成された、例えばタングステンよりなる陽極１４およびモリブデンよりなる陰極１５が、当該発光管１１における発光空間内において互いに対向する状態とされている。この発光管１１の内部には、例えばキセノンなどの希ガスや水銀が適宜の量で封入されている。
【００１６】
発光管１１の一端部には、外周面上に突起部１６が形成されている。突起部１６は、発光管１１がサファイアよりなるために融点が高く、同一材質で形成することは難しいため、発光管１１を構成する材質とは異なる材質より構成するのが望ましい。
突起部１６の材質として好適なのは、ガラスまたは金属であり、好ましくは絶縁性を有するという理由からガラスである。ガラスで形成する場合、ＺｎＯ−ＳｉＯ２系、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系などのガラスがガラス転移点が低いという理由から好適する。金属としては、Ａｇ，Ｎｉなどの金属材料が好適するほか、コバールなどの合金も好適に採用することもできる。
このような突起部１６は、電極１４先端部よりも管軸方向外方の位置、すなわち、有効発光部よりも管軸方向外方に位置される。突起部１６が出射光の光路上に形成されないことで、突起部１６自身がランプからの強い光にさらされないですむほか、ランプ保持部材を有効発光部領域に配置することなく、ランプ保持部材に形成した係止構造（凹部）によって突起部１６を確実に係止することができるようになる。
【００１７】
トリガ管２０は、例えば内径１．８ｍｍのガラスからなる誘電体管２１の一端２１Ａにおいて、その外端（図２において左端）にトリガ電圧印加用リード棒２３が電気的に接続され、また、内端（図３において右端）に、例えば外径１．０ｍｍの線状の形状を有する近接導体２２が電気的に接続された、例えばモリブデンよりなる金属箔２４が埋設されてなる気密封止部２１ａが形成されており、当該一端２１Ａから管軸方向内方に突出して伸びる近接導体２２が、先端２２Ａが自由端とされた状態に摺動自在に保持された構成を有している。
なおこの誘電体管２１の内部は、真空雰囲気および不活性ガス雰囲気のいずれかとされていることが好ましい。
近接導体２２を構成する材料としては、例えばタングステン、ニッケル、アルミニウム、白金、インコネル（ニッケル−クロム−鉄合金）、モリブデンなどの金属を用いることができる。
【００１８】
このようなフラッシュランプ１０およびトリガ管２０は例えば３０本用意され、図１で示すように同一平面上に管軸が平行になるよう並べられて配置される。
【００１９】
この例においては、平行に並んだ複数の棒状のフラッシュランプ１０が、等間隔に発光管１１の嵌合溝３１が形成された共通の支持台３０に装着され、また、フラッシュランプ１０と同数のトリガ管２０もまた、各々、対応するフラッシュランプ１０の下方において、前記発光管嵌合溝３１よりも幅狭に設けられたトリガ管嵌合溝３２に当該ランプ１０と平行な状態で支持台３０に装着され、支持されている。なおこの図においては、複数のフラッシュランプ１０のうちの１つのみが示されている。
【００２０】
図３で示すように、支持台３０の発光管嵌合溝３１は、断面略五角形に成形されてフラッシュランプ１０のピッチに形成されており、更に各溝３１の最下部には、それよりも幅狭となるような断面矩形のトリガ管収容溝３２が形成されている。
この支持台３０のトリガ管収容溝３２にトリガ管２０を収容し、更にその上に、突起部１６が、トリガ管収容溝３２により形成された凹部内に収容されるように、フラッシュランプ１０を発光管嵌合溝３１に嵌合させて設置する。
【００２１】
支持台３０における上部開放部は、平板状の押え部材３３が配置される。この押え部材３３は、例えば、支持台３０と同様、マコール（登録商標）より構成され、その内面には板バネ３４が取り付けられている。支持台３０におけるトリガ管収納溝３２には、先と同様、板バネ３５が取り付けられており、フラッシュランプ１０を支持体３０に取り付けて押え部３３を被せ、ボルトなどで締結すると、フラッシュランプ１０の発光管１１とトリガ管２０がこれらの弾性作用によって押圧されて固定される。
【００２２】
図３は、本発明に係るフラッシュランプ１０を要部（突起部）を含み、ランプ管軸に対して直交する方向で切断した軸方向断面図、図４は中に記載した線分Ａ−Ａ’で切断した断面図である。
同図に示すように、フラッシュランプ１０の発光管１１に形成された突起部１６は、支持台３０にフラッシュランプ１０が配置されると、支持台３０に形成されたトリガ管嵌合溝３２として形成された凹部内に収容され、発光管１１の回転方向の移動が抑止されるようになる。
【００２３】
この実施形態のように、突起部１６が発光管１１の軸方向において、電極１４の後端面よりも外方に形成される場合は、突起部１６を絶縁性の材料から構成するのが望ましい。この理由は、突起部１６が凹部を兼ねたトリガ管嵌合溝３２にトリガ管２０と共に収容される場合、突起部１６が導電性材料から構成されると、トリガ管２０の始動用電荷が突起部１６に集中し、電極１４に移行せずに電極棒１２にかかることがあるからである。
図５は、トリガ管２０に印加された始動電圧の移行状態を模式的に示す図であり、（ａ）図３のＡ−Ａ’の矢視断面図、（ｂ）ランプ管軸に対し垂直に切断した断面図である。
同図において、矢印Ｐは正常動作したときの、トリガ管始動電圧の移行状態である。トリガ管２０に印加された電圧は、発光管１１がコンデンサの役割を果たすため、発光管１１から最近接位置にある、電極（１４，１５）の最大径部に移行する。期間なく電極（１４，１５）間に電位差が発生すると絶縁破壊が生じ、放電が形成されることになる。その結果、正常な放電が形成される。
而して、トリガ管２０に接触状態にある突起部１６が導電性を有している場合は、矢印Ｑのように突起部１６に電荷が集中し、その断面図上にある電極棒１２部分に移行する。このとき、その衝撃によって電極棒１２からスパッタが発生することがある。スパッタが繰り返されると、電極棒１２がやせ細り、曲がりや折れなどが発生するほか発光管１１の汚れも発生してしまう。
従って、発光管１１に形成した突起部１６がトリガ管２０と接触状態になる場合は、突起部１６の材質として絶縁性材料を用いるのが好ましい。
【００２４】
図６は、本発明に係る上記実施形態とは別の実施形態を説明する、前図図３に想到する断面図である。また図７は、図６中の線分Ｂ−Ｂ’で切断した矢視断面図である。
同図は、支持台３０に形成する突起部係止用の凹部３６を、トリガ管嵌合用溝とは別に設けた例である。このように凹部３６をトリガ管嵌合用溝と兼用しない場合は、図７で示すように、凹部３６をランプ管軸方向における長さを規定して設けることで、ランプの回転方向の移動に加えて軸方向の移動をも抑制できるようになる。
また、この実施形態においては、突起部１６とトリガ管２０とが非接触状態にあるので、突起部１６の構成材料としては絶縁性、導電性を問わず使用できる。
【００２５】
以上のように、本発明によれば、フラッシュランプの発光管には、電極先端面よりも軸方向外方の位置において、半径方向外方に突出する突起部が外表面上に形成されるとともに、保持部材に形成された溝に突起部が嵌合することにより、フラッシュランプの回転方向の移動が抑制され、発光管内表面の微細クラックに由来した白濁が管の全周に形成されることなく、被照射面における照度を安定して維持できるようになる。
【００２６】
〔実施例〕
図１〜図４の構成に基づき、フラッシュランプを３０本平行に並べて配置したフラッシュランプ発光装置を製作した。
以下に、具体的仕様を列挙するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２７】
・フラッシュランプ
図２に示す構成に従って本発明に係るフラッシュランプを３０本作製した。具体的な仕様は以下の通りである。
発光管は、材質が単結晶アルミナ、すなわちサファイアよりなり、全長は５００ｍｍであった。管の外径は１３ｍｍ、内径は１０．４ｍｍであった。
電極はタングステンよりなり、先端部の直径は８ｍｍ、長さは７ｍｍの略円柱状で、その後端面に該電極先端部と一体となるように軸部を連設し、該軸部をリード棒に接続した。電極間距離は、４５０ｍｍであった。電極棒は材質がニッケルで、直径が３ｍｍ、全長約５０ｍｍで、封止部材とリード棒との間のシール材はボロシリケイト系のフリットガラスを用いた。
また、発光管の内部にはキセノンガスを６０ｋＰａ（２５℃換算）封入した。
図２の構成に係るフラッシュランプの封止部材は、材質が多結晶アルミナであり、略円形の板状で、その外径が発光管の外径に適合するよう成形したものである。
この封止部材を、封着材として銀ろうまたはフリットガラスを用いて発光管に接合した。
このフラッシュランプに、発光管の外周面上にＺｎＯ−ＳｉＯ２フリットガラスを溶着することにより、高さ３ｍｍ、径４ｍｍの略半球状の突起部を形成した。なおこの突起部は、その頂点位置が発光管の端部から軸方向に５ｍｍ離間した位置、すなわち電極先端面よりも発光管の軸方向外方となるよう、形成した。
【００２８】
・トリガ管
誘電体管は外径３ｍｍ、内径１．８ｍｍであり、一端が封止されたシリカガラス管よりなる。近接導体は径１．０ｍｍの線状のタングステンより構成した。近接導体の一端に、トリガ電圧印加用リード棒が電気的に接続されたモリブデン製の金属箔を接続し、近接導体をその他端側から誘電体管内に挿入して、金属箔において気密封着し、トリガ管を作製した。
【００２９】
・保持部材
材質は支持部材がマコール（登録商標）よりなり、押さえ部材も同様マコール（登録商標）よりなる。支持部材の上面に、発光管及びトリガ管の嵌合溝を、ランプピッチが１５．２ｍｍとなるよう平行に３０個形成した。なお、保持部材はランプの一方と他方の端部を保持するため２組用意した。
【００３０】
トリガ管収容部にトリガ管を入れ、その上からフラッシュランプを、トリガ管収容部内に形成された該嵌合溝とトリガ管との隙間に突起部が位置するよう配置し、その上から押さえ部材をかぶせてランプを押圧状態に固定した。フラッシュランプの他方の端部においても同様に保持部材で保持した。
【００３１】
上記フラッシュランプ発光装置を電源装置につなぎ、パルス幅１００μｍ、管壁負荷３０Ｊ／ｃｍ２の条件でランプを１万回点灯したところ、フラッシュランプの発光管におけるトリガ管と近接した周面において、発光管の構成材料であるサファイアが過熱状態となったことに由来し、微細クラックが発生して発光管の軸方向に白濁した箇所が形成されたが、ランプの回動が抑制された結果、白濁が発光管の全周にわたって形成されることはなく、被照射面における照度を９５％（点灯初期に対する相対値）以上に維持することができた。更に、その後も点灯を続けたところ、ランプの点灯寿命とされる１０万回点灯しても、発光管の強度が損なわれることなく、安全に点灯可能であることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ランプ保持部材構成を説明する斜視図である。
【図２】本発明に係るフラッシュランプ及びトリガ管を取り出して示す説明用断面図である。
【図３】発光管に形成した突起部の頂点に相当する位置においてランプの管軸に対して垂直な方向に切断したフラッシュランプ発光装置断面図である。
【図４】図３に記載されたＡ−Ａ’の矢視断面図である。
【図５】トリガ管に印加された始動電圧の移行状態を模式的に示す説明図であり、（ａ）図３のＡ−Ａ’の矢視断面図、（ｂ）ランプ管軸に対し垂直に切断した断面図である。
【図６】別の実施形態を説明する、フラッシュランプ発光装置断面図である。
【図７】図６中の線分Ｂ−Ｂ’で切断した矢視断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０        フラッシュランプ
１１        発光管
１１Ａ      円筒状部分
１１Ｂ      封止部材
１１Ｃ      接着層
１２、１３  電極棒
１４        陽極
１５        陰極
２０        トリガ管
２１        誘電体部材（誘電体管）
２１Ａ      一端
２１ａ      気密封止部
２２        近接導体
２２Ａ      先端
２３        リード棒
２４        金属箔
３０        支持台
３１        発光管嵌合溝
３２        トリガ管嵌合溝
３３        押さえ部材
３４        板バネ
３５        板バネ
３６        凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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