KR101877094B1 - 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프 - Google Patents

Abstract

[과제] 발광관의 내부에 양극과 음극을 구성하는 한 쌍의 주전극과, 한 쌍의 시동 보조 전극이 배치되고, 상기 발광관의 일단부의 실링관에, 실링용 유리관이 삽입 용착되어 이루어지는 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프에 있어서, 음극이 온도 상승하는 것에 의한 이미터의 조기 고갈을 억제하고, 장기에 걸쳐 안정된 점등이 얻어지는 구조를 제공하는 것이다.
[해결 수단] 상기 음극에는, 이미터가 함유됨과 더불어, 상기 음극의 체적이 상기 양극의 체적보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프{DOUBLE-ENDED SHORT ARC FLASH LAMP}

본 발명은 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프에 관한 것이며, 특히, 한쪽 실링관 부분이 이중관 구조로 된 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프에 관한 것이다.

플래시 점등을 행하는 방전등은, 반도체 제조 공정에 있어서의 플래시 아닐링을 비롯한 산업 용도에 널리 이용되고 있고, 본 발명의 램프는, 특히 진공 자외광을 이용한 노광 공정에 사용되는 것이다.

상기 노광 공정에 있어서는, 소영역에 고밀도인 광을 단시간에 조사할 수 있고, 광의 방향성이나 분포에 불균일이 비교적 적은, 평행광에 가까운 광을 사용하는 것이 요구된다.

지금까지, 동 노광 공정에 있어서는, 일본국 특허 공개 2012－43736호 공보(특허 문헌 1)에 개시되는, 진공관 형상의 플래시 램프가 주로 사용되어 왔다. 동 램프는, 주전극간 거리가 일반적인 플래시 점등을 행하는 램프에 비해 작고, 점광원에 가까운 광원으로서 취급할 수 있다.

그러나 진공관 구조를 가지기 때문에, 편측의 단부에 양 주전극 및 트리거 전극(시동용 보조 전극)을 봉할 필요가 있으며, 장치, 전원으로의 접속부(구금)를 원기둥형상의 구조로 하는 경우, 특히 외경 치수가 커져 버린다. 이로 인해, 리플렉터 등을 가지는 광학계 내부에 같은 램프를 이용하는 경우, 구금 구조 등에 기인하는 차광 영역이 커져, 결과적으로, 광학계로부터의 광출력이 저하하는 문제가 있었다.

이러한 문제에 대해, 일본국 특허 공개 2012－94362호 공보(특허 문헌 2)에서는, 램프 밸브의 양측에 실링부를 배치하는, 이른바 더블 실링형 구조를 이용함으로써, 상기 서술한 차광 영역을 작게 하는 기술이 개시되어 있다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프에 있어서, 발광관(1)의 양단에 제1 실링관(2)과 제2 실링관(3)이 연달아 설치되어 있다. 그리고 상기 제2 실링관(3)에는 실링용 유리관(4)이 삽입되어 있으며, 양자는 용착되어 있다.

발광관(1) 내에는 한 쌍의 제1 주전극(양극)(5)과 제2 주전극(음극)(6)이 대향 배치되어 있다. 상기 양극(5)은, 그 심선(7)이 제1 실링관(2)에 단계 유리 등의 수단에 의해 지지·실링되어 그 외방으로 도출되어 있으며, 한편, 상기 음극(6)은, 그 심선(8)이 상기 실링용 유리관(4)에 단계 유리 등의 수단에 의해 지지·실링되어 그 외방으로 도출되어 있다.

발광관(1) 내의 양극(5)과 음극(6)의 사이에는, 한 쌍의 시동 보조 전극(10, 11)이 설치되어 있고, 각각의 내부 리드(12, 15)와 외부 리드(13, 16)가, 상기 제2 실링관(3)과 실링용 유리관(4) 사이의 용착 영역에 있어서, 금속박(14, 17)을 통해 전기적으로 접속되어 있다.

이러한 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프에 의하면, 램프 밸브의 양단부에 실링부를 배치함으로써, 상기 서술한 차광 영역을 작게 할 수 있다고 되어 있다.

그런데 음극으로부터 양극을 향해 전자가 방출되고, 직류형의 연속 점등되는 쇼트 아크형의 램프에서는, 일반적으로는, 전자를 받는 양극의 온도가, 음극의 온도보다 상승하는 것이 일반적이다. 그로 인해, 음극보다 양극이 대형으로 형성되어 있다.

그러나 도 3에 도시되는 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프에서는, 매우 짧은 시간으로 펄스 점등을 행하는 것이므로, 점등 시험을 행하면 음극의 온도가 양극의 온도보다 상승한다고 하는, 지금까지와는 반대의 결과가 얻어졌다. 그 이유는, 이하와 같이 추측된다.

더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프에서는, 전자는 음극의 선단의 매우 좁은 영역으로부터 방출되기 때문에, 선단 부분의 전류 밀도가 극단적으로 높아져, 선단 부분이 현저하게 온도가 상승한다.

음극에는 전자 방사 기능을 주관하는 이미터가 함유되어 있는데, 상기와 같이, 음극 선단 부분의 온도가 너무 높아지면 이미터가 단시간에 고갈되어 버려, 램프가 점등하지 않게 된다고 하는 문제가 있었다.

한편, 양극은 전자를 받는 면적이 선단에 한정되지 않고 전체적으로 받게 되어, 그만큼 선단 부분의 전류 밀도가 낮아지고, 통상의 연속 점등하는 램프와 달리, 간헐 점등하는 플래시 램프에서는, 양극이 방출 전자를 계속 받는 것은 아니기 때문에, 온도 상승도 그 정도는 아니다.

즉, 플래시 램프에서는 양극이 열적 영향을 받는 것이 작아, 음극의 열적 영향을 고려할 필요가 있게 된다.

일본국 특허 공개 2012-43736호 공보 일본국 특허 공개 2012-94362호 공보

이 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여, 유리제의 발광관의 내부에, 양극과 음극으로 이루어지는 한 쌍의 주전극과, 한 쌍의 시동 보조 전극이 배치되고, 상기 발광관의 양단에 제1 실링관과 제2 실링관을 구비하며, 상기 제1 실링관에는, 상기 주전극 중 한쪽 주전극의 심선이 실링되어 발광관 밖으로 도출되고, 상기 제2 실링관에는, 그 내부에 삽입된 실링용 유리관이 용착되며, 상기 실링용 유리관에는, 상기 주전극 중 다른 쪽 주전극의 심선이 실링되어 발광관 밖으로 도출되어 이루어지는 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프에 있어서, 음극의 극도의 온도 상승을 억제하고, 상기 음극에 함유된 이미터의 조기 고갈을 방지하며, 음극이 장시간에 걸쳐 적정하게 기능하고, 지속적으로 발광 회수가 많은 구조를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 이 발명에 따른 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프는, 상기 실링관 내에 배치된 상기 음극에는, 이미터가 함유됨과 더불어, 상기 음극의 체적이 상기 양극의 체적보다 큰 것을 특징으로 한다.

또, 상기 음극의 최대 외경이, 상기 양극의 최대 외경보다 큰 것을 특징으로 한다.

또, 상기 음극과 상기 양극은, 원기둥형상의 본체부와, 원뿔형상의 선단부로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 시동용 보조 전극은, 선단이 상기 양극과 상기 음극의 사이에 위치하고, 상기 시동 보조 전극에 접속되어 상기 음극측으로 연장되는 내부 리드가, 상기 음극의 둘레 측면에 있어서, 상기 발광관측으로 팽출 변위되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 발명의 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프에 의하면, 음극의 체적을 양극의 체적보다 크게 함으로써, 상기 음극의 온도, 특히, 그 선단 부분의 온도가 너무 높아지는 일이 없고, 함유된 이미터가 조기에 고갈하는 일이 없으며, 장기적으로 안정적인 점등이 초래된다고 하는 효과를 가진다.

또, 음극의 최대 외경을 양극의 최대 외경보다 크게 함으로써, 음극의 체적을 양극의 체적보다 크게 했으므로, 음극 선단 부분으로부터의 열이 후방측으로 전달되기 쉽고, 열확산이 활발해져, 그 온도 상승이 억제된다.

또, 시동 보조 전극의 내부 리드를 음극의 둘레 측면에 있어서, 발광관측으로 팽출 변위시키는 형상으로 했으므로, 대형화된 음극과의 간섭을 피하면서, 제2 실링부의 대경화를 회피할 수 있어, 차광 영역을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프의 단면도.
도 2는 다른 실시예의 단면도.
도 3은 종래의 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프의 단면도.

도 1은 본 발명의 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프의 전체 단면도이다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 발광관(1) 내에 배치된 한 쌍의 주전극을 구성하는 양극(5)과 음극(6) 중, 음극(6)의 체적이 양극(5)의 체적보다 크게 형성되어 있다.

그 구체적인 일 수치예를 기재하면 이하와 같다.

음극(6)：직경φ6mm 체적 100.8 mm³,

양극(5)：직경φ5mm 체적 90.4mm³

이 음극(6)에는, 이미터로서, 예를 들어 산화토륨이 함유되어 있다.

또한, 그 외의 구성은, 도 3에 기재한 종래예의 것과 같다.

그리고 이 예에서는, 시동 보조 전극(10, 11)의 내부 리드(12, 15)는, 음극(6)측으로 연장되고, 이중관 구조로 된 제2 실링관(3)과 실링용 유리관(4)의 사이로 인도되며, 그 사이에서 실링되어 있는 것으로서 설명되고 있다.

그러나 시동 보조 전극(10, 11)의 내부 리드(12, 15)는 음극(6)측으로 연장되는 것에 한정되지 않고, 반대측의 양극(5)측으로 인도되는 것이어도 되고, 그 경우는, 제1 실링관측에서 실링용 유리관과의 이중관 구조가 된다.

또, 양극(5) 및 음극(6)은, 각각 원기둥형상의 본체부와 원뿔형상의 선단부로 구성되어 있다.

점등시의 음극으로부터의 전자 방출은, 열전자 방출에 의한 것이다. 단위 면적 당으로 음극으로부터 방출 가능한 열전자의 방출량은, 그 상한값이 음극의 동작 온도 및 일함수의 대소에 의해 정해지는데, 이 밖에, 쇼트키 효과도 그 양을 지배하는 요인이다.

쇼트키 효과란, 음극 표면에 작용하는 전기장에 의해, 음극으로부터의 열전자 방출에 필요한 에너지량이 변화하는 현상이며, 본 발명의 음극과 같이 선단을 뾰족하게 한 형상으로 하는 경우, 동 선단부에 전계 집중이 일어나, 음극 선단 부근으로부터의 열전자 방출 가능량을 그 외의 부분보다 크게 할 수 있어, 결과적으로, 음극 선단으로부터 대부분의 열전자 방출이 일어나기 때문에, 점등시의 방전 위치를 안정시킬 수 있다.

또, 음극으로부터 양극에 이르는 아크 방전은, 전위 구배가 가장 높은 경로의 주위에 발생하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 전위 구배는, 생각하고 있는 경로의 양단 전위차를 경로 길이로 나눈 것으로 나타내며, 이 양은 양단 전기장 값의 차에 상당한다.

본 발명의 램프에서 이 현상을 생각하면, 음극의 설명에서 기술한 바와 같이, 선단을 뾰족하게 한 전극은, 음극, 양극 모두 선단 부근에 전계 집중이 발생한다. 따라서, 양 전극 선단간의 전기장의 차가 주위보다 커지고, 양극과 음극 선단의 주위에 방전로가 형성된다. 본 발명의 램프는 플래시 점등에 의해 동작하므로, 방전 형상이 불안정하게 되기 쉽고, 방전로를 통상의 방전 램프보다 안정시킬 필요가 있다. 따라서, 양극 선단을 뾰족하게 하여 방전로를 안정시키는 방법을 고안하고 있는 것이다.

도 2에 다른 실시예가 개시되어 있고, 시동 보조 전극(10, 11)에 접속된 내부 리드(12, 15)가, 음극(6)측으로 연장되는 것으로서, 그 음극(6)의 둘레 측면에 있어서, 발광관(1)측으로 부풀도록 변위한 팽출 변형부(12a, 15a)가 형성되어 있다. 그리고 그 후단은 관축 중심측으로 오므리고 있다.

이 구성에 의해, 내부 리드(12, 15)는, 팽출 변형부(12a, 15a) 때문에 체적이 커진 음극(6)에 간섭하는 일 없이, 또, 제2 실링관(3)으로 인도되고 나서 오므리고 있기 때문에, 제2 실링관(3)의 반경을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 차광 영역을 작게 하고, 조도를 향상시킬 수 있다.

이 실시예에 있어서는, 시동 보조 전극(10, 11)은 고융점으로 고열에 견딜 수 있는 텅스텐을 이용하고, 내부 리드(12, 15)에는, 실온에서 소성 변형하기 쉽도록 가공성이 뛰어난 몰리브덴을 이용함으로써, 내구성과 가공성을 양립시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프에서는, 플래시 점등할 때에 온도 상승하기 쉬운 음극의 체적을, 양극의 체적보다 크게 함으로써, 음극의 온도 상승을 억제하고, 함유된 이미터의 조기 고갈을 방지할 수 있으며, 장기에 걸쳐 안정된 점등을 유지할 수 있다.

1: 발광관 2: 제1 실링관
3: 제2 실링관 4: 실링용 유리관
5: 주전극(양극) 6: 주전극(음극)
7: 양극의 심선 8: 음극의 심선
10, 11: 시동 보조 전극 12, 15: 내부 리드
13, 17: 외부 리드 14, 15: 금속박
12a: 팽출 변형부 15a: 팽출 변형부

Claims (4)

1. 유리제의 발광관의 내부에, 양극과 음극으로 이루어지는 한 쌍의 주전극과, 한 쌍의 시동 보조 전극이 배치되고, 상기 발광관의 양단에 제1 실링관과 제2 실링관을 구비하며,
   상기 제1 실링관에는, 상기 주전극 중 한쪽 주전극의 심선이 실링되어 발광관 밖으로 도출되고,
   상기 제2 실링관에는, 그 내부에 삽입된 실링용 유리관이 용착되며, 상기 실링용 유리관에는, 상기 주전극 중 다른 쪽 주전극의 심선이 실링되어 발광관 밖으로 도출되어 이루어지는 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프에 있어서,
   상기 음극에는, 이미터가 함유됨과 더불어, 상기 음극의 체적이 상기 양극의 체적보다 크고,
   상기 음극의 최대 외경이, 상기 양극의 최대 외경보다 크며,
   상기 시동용 보조 전극은, 선단이 상기 양극과 상기 음극의 사이에 위치하고, 상기 시동 보조 전극에 접속되어 상기 음극측으로 연장되는 내부 리드가, 상기 음극의 둘레 측면에 있어서, 상기 발광관측으로 팽출 변위되어 있는 것을 특징으로 하는 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 음극과 상기 양극은, 원기둥형상의 본체부와, 원뿔형상의 선단부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 더블 엔드형 쇼트 아크 플래시 램프.
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