JPH0261090B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ランプの製法に関するものである。
この場合上記の石英系材（製）管状外囲器は石英
ガラス（シリカガラス）又は所望の特性を有する
他の材質のものであればよく、ここにおいて所望
の特性とは放射透過性で且ランプ作動時の高温に
対する耐久性を有する材質特性の謂である。

ガス放電ランプは一般的に透明または半透明の
石英系材質（製）外囲器を有し、この外囲器中に
は別系統により排気され、ガスないし蒸気の封入
された内管（封入管）が設けられている。電圧が
印加されるとこの内管においてグロー放電が発生
し、強く発光する。前述の蒸気は内管（封入管）
内において少量の水銀により生成される金属蒸気
であつてもよい。電圧が印加されると水銀が蒸発
し、この水銀蒸気はイオン化されて強いグロー放
電が発生する。

ランプを作動させる１つの方法は内管内に伸び
た電極を用いて行うものである。外囲器の外側の
複数の電極間に印加される電位はグローに影響す
る。

米国特許第4011011号明細書において開示され
た型式のマスク投写装置に用いられる型のランプ
は、本発明と同一の出願人によるものである。

この特許はマスク投写装置に関するものであ
り、フオトレジスタで覆われたウエーフアが、集
積回路の製造工程中、複雑な回路細部を有するマ
スクの光線投写によつて露光されるものである。
このような環境の下で用いられるランプは、光学
投写装置内部において正確に位置決めされる必要
がある。

このように、ランプ自体の搭載配置が正確に位
置決めされるためには、ランプの構造は寸法的に
正確でなくてはならない。

その種のランプにおける重大な問題点は、口金
と外囲器との間の連結接続を確保することであ
る。組立工程を単純化することによつて得られる
コストパフオーマンスも、本発明の他の重要なポ
イントである。

上に述べた特許のマスク投写装置に用いるため
に製作されるランプは、本発明の出願人と同一人
から出願された米国特許第3978419号明細書にお
いて開示され、また特許請求の範囲が明らかにさ
れている。

この特許明細書では、断面が細管状の空胴放射
部およびアーチ形構造によつて構成されるガラス
外囲器を有するランプを記載している。外囲器の
一方の端部には、外囲器に固定された導電性の取
付用口金が設けられており、口金の配置構成およ
び外囲器取付部に対する配置関係は次のようにな
されている、即ち口金を固定部材に取付けるとラ
ンプがその動作環境において正確に位置決めされ
るようになされている。

ランプの製造においては、金属製口金は外囲器
のスタブ端部を受け入れるに足る十分な大きさの
軸方向の穴を有している。口金および外囲器は、
治具によつて軸方向、半径方向、および角度方向
の総てに対して６度の自由性をもつて位置決めさ
れる。次に、エポキシがランプの外径と口金の穴
の内径によつて定められる環状空〓に挿入され
る。このエポキシは次第に硬化するか、または加
熱処理によつて硬化するものである。この型式の
マウントは、口金に取付けられる以前にガラス外
囲器部がアーチ状の形となるよう整形される必要
があり、これは完全なランプを製造するための処
理段階を多くするものである。

加えて、金属製口金をガラス外囲器上にて位置
決めし、固定的に取付けるために要する時間消費
のほか、エポキシを使用することに起因する口金
のゆるみ、ガタのために、２〜３％の率でランプ
の不良品が生ずる。

さらに、エポキシのバツチ不具合から、製造稼
動が完全な１日とならない場合も生じる。

本発明は前に述べた米国特許第3978419号の発
明を改良するものであり、この改良はランプに口
金を焼ばめにより取付ける手法を用いることによ
りなされ、それによりエポキシシール技術を用い
ることが避けられ、従つてこれによる総ての不都
合が解消される。

加えて、本発明は口金と外囲器との極めて確実
な取付けを、著しいコスト低減と併せて得られる
ようにしたものである。この金属製口金は、それ
が保持されるべき石英系外囲器の端部の外径より
も小さな内径を有する管状の継足部をもつ。この
金属製口金は所定温度にまで加熱され、その後石
英系外囲器の端部は加熱された口金の管状継足部
に挿入されて次に冷却される。用いられる金属
は、用いられる石英系材質よりも高い温度膨張率
を有するのが選択されるため、管状継足部の管径
および石英系外囲器の端部の管径は、次のような
ものにされている、即ち石英系外囲器の端部が口
金の管状継足部に挿入され得るようなものにされ
ている。上述のように管状継足部内に石英系外囲
器の一端が挿入されたら、次に、この挿入された
状態で当該の管状継足部及び外囲器は冷却され、
口金の管状継足部は石英系外囲器の端部よりも強
く縮み、口金と外囲器間の強固な締付けまたは圧
縮が、口金材の変形ないし形状ないし寸法の変化
によつて得られる。

本発明の構造は、その総てが適切な外囲器接続
ないし連続部を有する種々の形態をとることがで
きる。

例えば、石英系外囲器が精密な管径を有する単
一長さ部材であつて、口金の固定される端部が常
に精密な管径を有するようにすることもできる。
また、２つの石英系材質の管材が溶融によつて結
合され、口金の取付けられる側の端部のみが、必
要とされる正確な管径を有することも可能であ
る。第３には、管材は精密加工前の標準的管材で
あつて、口金の取付けられる末端が所望の管径に
加工されることも可能である。なおこの場合、上
記の精密加工前の標準的管材とは精密加工前の標
準的直径の原材ないし素材としての管材であつ
て、使用前は倉庫等に保管状態におかれているも
のである。このような管材を以降単に“標準的管
材”と称す。第４には、上述の管材が、この管材
同様に保管されている口金から作られた口金には
め込まれるのであり、これらは口金が種々の異な
る内径を有する多くの口金の中から選択されて口
金として使用されるものである。

この口金はこれ自身、管状継足部および実質的
な厚味部分とを有し、口金のいずれの末端におい
てでも石英系外囲器の端部にはめ込みできるもの
である。

例えば、石英系外囲器の末端は管状継足部に直
ちに挿入されるか、または口金の広い部分を通し
てから管状継足部に挿入されるかするものであ
る。両方の場合において、適合圧縮力を生ずるの
は管状継足部である。

さらに、口金はその望ましい形状に仕上げられ
る。例えば、実際に石英系外囲器に固定される以
前に６角形に、または最初に石英系外囲器に固定
された後に望ましい形状に、仕上げられること等
である。

これらは正確な配置のためピンに関するランプ
の取付面を配慮して行われる。

第１図は米国特許第3878419号明細書において
開示されたランプと類似なランプを示している
が、装着用口金の構造およびこの口金を石英系外
囲器に装着する方法において異なつている。

本願の石英系外囲器に装着用口金を固定的に装
着するための構造は、特に第１図に示されたもの
と類似のランプに使用されるが、しかし、特定の
構造のランプに限定するものではなく、またどの
ような構造のランプにも使用し得るものである。

第１図は半導体装置の製造におけるレジスト投
写のための前記特許第4011011号において説明さ
れているような装置の光源として使用するのに適
当な、特にアーチ形構造をした水銀蒸気ランプを
示している。ランプ１０は管状の外囲器１２を有
し、この外囲器はランプが動作する高温度に対し
て高い耐久性を有する石英、または他の放射伝導
材によつて作られる。

外囲器１２の内部には細管状のキヤビテイない
し空胴放射部１４が設けられている。外囲器１２
の端部は装着用の金属製口金１１で終端してい
る。この金属製口金１１は黄銅（メツキ処理また
は非メツキ処理）または類似金属であつて、後に
説明される焼ばめによつて外囲器１２の末端に保
持されている。

外囲器１２の他端はスタブ１６で終端してい
る。外囲器１２の各端には電極２０および２２が
設けられ、これらには空胴放射部１４内の金属蒸
気を活性化するための電気的接続が設けられてい
る。

その際スタブ１６は、口金１１と外囲器１２と
の結合を表わす後述の第２図とほぼ同様にして外
囲器１２の他端と取り付けられているが、この場
合電極２０は、示されてない導体によつてフレキ
シブルな接続リード２４に例えばはんだづけによ
り電気的に接続され、リード２４はその端部にお
いてスタブ１６に機械的に保持され、またその自
由端にはバナナプラグ２６のような接続具が設け
られる。リード２４に要求される可撓性および導
電性は図示されている実施例にあつては、管状の
銀の組みひもによつてこれを製造することにより
達成される。

電極２２への電気的接続は後に説明する方法に
よつて口金１１を通して行われる。

空胴放射部１４は水銀のような金属を、ある程
度の量だけ有している。ランプ１０の動作は一般
的なものであり、電極２０および２２に適当な高
圧が印加されて活性された時、電極２０および２
２の間の水銀蒸気により導通して電流が流れ、強
烈な発光プラズマを形成する。

第２図は外囲器１２に保持されている口金１１
を示す。

この口金１１は２つの部分、１１ａおよび１１
ｂを有している。口金部１１ａはこれを通過する
軸方向の穴１１ｃを有する金属の、実質的にソリ
ツドな部分から成る。口金部１１ｂは口金１１の
管状継足部である。管状継足部の壁の厚さは例え
ば約0.152±0.051mm程度の薄いものである。

口金部１１ａは、ランプの位置がその動作環境
において正確に決められるなら、どの様な形状で
あつても良い。上に述べた１つの特定の使用方法
においては、口金部１１ａの形状は６角形であ
る。

管状継足部１１ｂの内側直径は、それが保持さ
れる石英系外囲器１２の外側直径よりも約0.076
±0.025mm程度小さい。口金１１が作られる金属
材料は適当な高い値の温度膨張率を有するもので
あつて、また許容できるヤング率を持つている必
要がある。

これらの条件を満足する金属のいくつかは、
303ステンレス鋼、低鉛440ステンレス鋼、アルミ
ニウム、低鉛鋼、タングステンおよび黄銅であ
る。

本発明の一般的実施例は黄銅で作られた口金を
用いている。これは黄銅が極めて良好な熱膨張率
を有していると共に、12.8×10⁶という理想的な
ヤング率を有していることによる。

第２図は焼ばめによつて外囲器が管状継足部１
１ｂの中に位置決めされている時の石英系外囲器
１２の末端を示している。

この焼ばめを実施するために、管状継足部１１
ｂは十分な高温に加熱され、その内側径は十分拡
張し、外囲器１２の末端を収容できるようにな
る。

冷却されると、管状継足部１１ｂは収縮し、こ
のためしまりばめないし焼ばめ等として知られる
ような方法で外囲器１２の末端に固定的に装着さ
れる。

黄銅が口金１１の材料を構成するような実際の
実施例においては、管状継足部１１ｂは一様に約
1000〓にまで加熱される。これが、効果的に延長
部１１ｂの内径を拡げ、外囲器１２の末端を収容
可能とする。外囲器１２の末端は加熱されない。
これは、外囲器が石英系材質で作られているため
であつて、あらゆる実際上の目的から、加熱によ
る損害を免らないものとして選択されたものであ
る。換言すれば、これは極めて広範な温度範囲に
おいて変化しないものである。

これは本発明を可能とする１つの理由である。
本発明を可能とする他の理由は、外囲器１２に対
する収縮中の金属の実際上の変形である。即ち、
これは収縮中または標準的なガス放電ランプの使
用される広範な温度範囲において残留し区分不能
である。

管状継足部１１ｂが冷却期間中収縮するに従
い、黄銅材質部は所望のように変形して石英系外
囲器１２の末端と口金１１との間の極めて確実な
結合を実現する。即ち管状継足部１１ｂが、石英
系外囲器の形状に合うように、またそれを保持す
るようにいくらか変形する。つまり加熱された管
状継足部１１ｂが冷えると、この継足部の収縮に
よつて外囲器に加わる力により、管状継足部はわ
ずかに変形するのである。なおこの変形は、管状
継足部が軟化し可塑状態になるような温度よりも
低い温度にて最適に行われる。

第２図に示した実施例においては、ガラス外囲
器１２は高度に精密な管径を有する石英系材質に
よつて作られ、これは第５図を参照してさらに十
分に説明される。

このように、外囲器１２の末端は高度に正確な
外側径を持ち、これが管状継足部１１ｂの内側径
と十分に適合する。電極２２はリング封じ２１に
より外囲器１２の空胴放射部１４の中に保持され
る。このリング封じ２１はガラス外囲器を細くす
ることによつて形成され、これは十分に高い温度
に上昇した際の変形可能状態で行われる。

リング封じの位置は管状継足部１１ｂの末端を
越えたところであるため、電極２２を正しい場所
に保持するという本来の目的に加えて、焼ばめ工
程において外囲器１２に加わるストレスを除去す
る効果をも生ずる。

電極２２は口金１１の穴１１ｃを通過する。電
極２２に関する外部への電気的接触は、口金の直
径方向に設けられた穴にねじ込まれたネジを通し
て行われ、これは第３図に示されている。管状継
足部１１ｂの中の外囲器１２の末端は口金面１１
ｄに届かないで終端している。外囲器１２の末端
と口金面１１ｄとの間の空間は、管状継足部１１
ｂの中で起こり得る外囲器の膨張を許すために設
けられている。加えて、管状の外囲器１２の末端
は管状継足部１１ｂへの導入を良好とするために
面取りされている。

上に述べたように、管状継足部１１ｂの内径は
石英系外囲器の末端の外径よりも小さい。口金１
１の寸法を正確な許容差内に仕上げることは、例
えば機械を用いて、容易である。

一般的な実施例においては、加熱されない時の
管状継足部１１ｂの内径は、口金が取付けられる
石英系外囲器１２の末端の外径よりも理想的に約
0.076±0.025mm小さい。

保管されている石英系材質の管材の寸法は本発
明に必要とされる程度の許容差を越えているのが
普通である。

第５図、第６図、第７図および第８図は、この
問題を解決する種々の方法を示している。

第５図は高コストの精密管材で作つた石英系外
囲器を示す。この管材の外径は許容差内にある。
このように、その末端は、総て正確に仕上げられ
た口金１１の加熱された管状継足部１１ｂに適合
する。

管状継足部１１ｂの寸法および石英系外囲器１
２の末端寸法とは、両方ともに正確であるため、
はめ込みの際には高精度の標準が必要である。

この場合、外囲器の総ては精密加工された管材
であり、また単独ステツプでの個片製造の精度改
善が必要である。

第５図は電極２２を保持するためのリング封じ
２１を有する外囲器１２を示す。管状継足部１１
ｂの末端でリング封じを用いることは、管状継足
部１１ｂの冷却および収縮期間中の、外囲器１２
上の張力ストレスを減少させる改良も合わせて必
要となる。

第６図は第５図の配置よりも安価な、他の配置
を示す。この配置においては、口金１１に保持さ
れる外囲器１２の末端のみ高コストの精密加工さ
れた管材であり、一方外囲器管材の他の部分、例
えば１２ｂは安価な管材から作られる。この方法
では、図に示すように電極２２は溶融した外囲器
末端によつて固定される。

この２つの部分は、図に示すように次に互いに
溶融接続される。

第８図は本発明に使用することが適している外
囲器管材の第３の方法を描いたものである。

この方法では、管材が使用され、管状継足部１
１ｂによつて保持される管材末端は必要とされる
精度に仕上げられる。電極２２は溶融によつて固
定される。

第７図は、管材を用いるさらに他の方法を示
す。この方法では管材の寸法におけるバラツキは
種々の内径を持つ異なる管状継足部の口金の中か
ら最適な口金を選択することによつて適合され
る。つまり口金を装着すべき外囲器末端が測定さ
れ、またそれに適合する内径を持つ口金が選択さ
れる。

第３ａ図および第３ｂ図は外囲器１２に固定的
に装着される口金を示し、ここでは管状継足部１
１ｂは外囲器の方向に伸びている。

これは電気的接触が容易であるという利点を有
するもので、例えば口金１１と電極２２との間の
電気的接触はネジ２７および２８を通して行われ
る。

一方、第３ａ図および第３ｂ図の方法は第５
図、第６図、第７図および第８図に示される、い
かなる形の管材末端１２ａにも適用できるもので
あつて、第８図に示したように仕上げられた末端
が図示されている。第３ａ図および第３ｂ図に示
された口金１１の製法はまた、挿入の際、薄い肉
厚の管材である末端１２ａを受容しやすいという
利点を有する。

第４ａ図および第４ｂ図は第３ａ図および第３
ｂ図に示したものと反対の方向に管状継足部１１
ｂが伸びた口金１１を示している。

この方法では、口金部分１１ａは外囲器１２の
径よりもいくらか大きな径を持つ開口１１ｅを有
している。

しかし、管状継足部１１ｂと外囲器の末端との
寸法は同一である。

第４ａ図および第４ｂ図の方法においては、外
囲器１２は開口１１ｅを経て、加熱された管状継
足部１１ｂに挿入され、次に冷却される。

この方法における口金１１に対する電気的接続
は、電極末端２２ａを開口部１１ｆにおいて溶
接、圧縮はめ込み、または他の方法によつて口金
１１に接続することにより行われる。

第３ａ図および第３ｂ図の方法と同様、第４ａ
図および第４ｂ図の口金の製法は第５図、第６
図、第７図および第８図のいずれかの方法に関し
ても適用できるものである。

第４ａ図および第４ｂ図の方法の利点は、この
口金の製法により熱に敏感な管状継足部を焼成の
間外囲器１２から、他の方法よりもさらに遠ざけ
ておけることである。焼成とは空胴放射部１４か
ら望ましくないガス等を排除するための一種の加
熱処理である。

第９図は口金部分１１ａの６角形状を描いたも
ので、これは前に述べた米国特許3878419号に説
明される特定の動作環境ランプ１０を搭載するた
めのものである。

第１０図は動作環境においてランプ１０のマウ
ントとして必要な３つの取付用平坦部のみを有す
る口金形状を示す。

第９図の口金は最初に加工されて次に外囲器１
２に固定される。第１０図の口金は最初に丸形状
のまま外囲器１２に固定され、次に２つの必要な
取付平坦部SSが、さらにクランプ平坦部が作ら
れる。

この加工は、いくらか偏心的になつている電極
を配慮して取付平坦部を正確に位置決めするため
に、固定治具を用いて行われる。

この配慮は、前に述べた米国特許第4011011号
によつて用いられる動作環境において正確に位置
決めされる必要のある、第１図形状に類似のラン
プ１０に関してのみ要求されるものである。

第３図および第４図のいずれの口金も、製造工
程において口金の取付面に対する電極の位置を幾
何的公差によつてしか決められないという欠点を
有している。つまり一担、外囲器が金属製口金に
保持されると、それらの可能な修正の範囲は限定
されてしまう。

第１０図の口金は、電極の位置に対応して取付
面を作り込むような修正が可能である点から、上
述の欠点を修正できるものである。

前に述べたように、第３図および第４図の口金
の製法はいずれも第５図、第６図、第７図および
第８図の外囲器のどの１つに対しても用いること
ができる。

加えて、この取付面は総ての方法において口金
１１を外囲器１２に装着する以前、あるいは装し
た後に、口金に対して作り込むことができる。

本発明は特殊な型式のランプを参照しながら説
明されたが、本発明は金属製口金が石英系材質の
外囲器に固定されるような、あらゆるランプに使
用できるものであることを付け加えておく。

本発明に関して他の変更も、これまでの説明か
ら容易であるが、特許請求の範囲によつて定めら
れる限度において、本発明は解釈されるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により作られた１つのランプを
図示したものであり、第２図は本発明による外囲
器と口金との結合を断面図として部分的に示した
ものであり、第３ａ図および第３ｂ図は、１つの
方法で石英系外囲器上にマウントされた口金を示
し、第４ａ図および第４ｂ図は、反対方向で石英
系外囲器上にマウントされた口金を示し、第５
図、第６図、第７図および第８図は、口金に固定
される以前の石英系外囲器の端部において施され
る準備工程の実施例を図示し、第９図は口金の６
角形状を示し、また第１０図は口金の他の形状を
図示するものである。 １０……ランプ、１１……口金、１２……外囲
器、１４……空胴放射部、１６……スタブ、２
０，２２……電極、２４……接続リード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属製口金を管状石英系外囲器の端部に保持
   するため、石英系外囲器の末端よりも小さな内径
   を有する管状継足部を持つ口金を形成する工程
   と、その内径が前記端部の外径を越えるまで前記
   管状継足部を均一に加熱する工程と、前記端部を
   前記管状継足部に挿入する工程と、前記管状継足
   部を冷却してその径を緊縮させ、焼ばめによつて
   前記管状継足部を前記端部に固定的に装着させる
   ための工程とを有することを特徴とするランプの
   製法。 ２ 冷却することにより、前記管状継足部が前記
   石英系外囲器の前記端部の形状に合わせて冷間に
   て成形される、特許請求の範囲第１項記載のラン
   プの製法。