JP2001210279A - 傾斜機能材料製封止体を使用したランプ - Google Patents

傾斜機能材料製封止体を使用したランプ

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JP2001210279A
JP2001210279A JP2000015779A JP2000015779A JP2001210279A JP 2001210279 A JP2001210279 A JP 2001210279A JP 2000015779 A JP2000015779 A JP 2000015779A JP 2000015779 A JP2000015779 A JP 2000015779A JP 2001210279 A JP2001210279 A JP 2001210279A
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sealer
face
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JP2000015779A
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English (en)
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Koji Tagawa
幸治 田川
Toru Odagaki
徹 小田垣
Hiroto Sato
弘人 佐藤
Tadakazu Kawamura
忠和 河村
Yasuo Furukawa
保夫 古川
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Ushio Denki KK
Ushio Inc
Original Assignee
Ushio Denki KK
Ushio Inc
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  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 傾斜機能材料を封止体として使用して、従来
の箔シール構造では不可能であった、高電流密度で封止
部に電流を流す条件を明らかにすることによって大電力
の加熱用ランプを提供すること。 【解決手段】 石英ガラス製のランプ容器を有し、該ラ
ンプ容器が、シリカとモリブデンの含有量を軸方向に概
略連続的または段階的に変えて、電気抵抗率と熱膨張率
を軸方向の一端側で小さく他端側で大きくした傾斜機能
材料からなる封止体により封止されており、該封止体に
は電流導入棒が貫通保持されており、該封止体前方から
ランプ容器内に突出した該電流導入棒にはフィラメント
コイルが接続されており、傾斜機能材料製封止体の後方
端面の半径をR(mm)、電流導入棒の直径をd(m
m)、電流導入棒に流す電流値をIL(アンペア
(A))としたときに、R≧d かつ、(I/πR2
≦1.03の関係を満たすことによって、前記封止体の
後方端面の温度が500℃以下で使用されることを特徴
とする傾斜機能材料製封止体を使用したランプとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、産業用途の加熱用
ランプに関する。
【0002】
【従来技術】近年、民生用あるいは産業用の加熱用ラン
プとしては旧来のシーズヒータやニクロム線ヒータ等に
代わりクリーンな加熱ができ、瞬時に高い温度まで昇温
ができる利点からハロゲンランプが使用されて普及して
きている。しかし、大電力が必要となる産業用途で使用
しようとすると、ハロゲンランプは封止部分がMo金属
箔を使用したピンチシールにより封止されていることか
ら、ランプ電流を増やすことによる大電力化にも限界が
あった。たとえばガラス管内径が8mm程度のハロゲン
ランプでは、Mo箔の酸化や箔切れを起こすなどしてラ
ンプが短寿命になってしまうという問題があったので、
大出力のランプにするにしてもMo金属箔に流せる電流
の大きさは20A程度までで限界であった。
【0003】最近において、特開平10−326595
号公報にあるように、ハロゲンランプにシリカとモリブ
デンからなる傾斜機能材料が封止体として使用される技
術が示された。この公報では傾斜機能材料を構成するモ
リブデンの管軸方向の濃度勾配を規定して、封止体を石
英ガラス製バルブに溶着する際に亀裂が発生しないよう
にするということが開示されている。
【0004】上記のように産業用途において加熱用ハロ
ゲンランプの大電力化の要求が高まっており、従来の箔
シール技術の限界もあって、新しい封止部構造が望まれ
ていた。新しい封止部構造としては上記の傾斜機能材料
製封止体を使用することが考えられるが、傾斜機能材料
製封止体がどの程度ランプ電流を増やすことによる大電
力化の要求に対応することができるか、すなわち封止部
にどの程度の電流密度で電流が流せるのかはまったく知
られていなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的は
傾斜機能材料を封止体として使用して、従来の箔シール
構造では不可能であった、高電流密度で封止部に電流を
流す条件を明らかにすることによって大電力の加熱用ラ
ンプを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、石英ガラス製のランプ容器を有し、該ラ
ンプ容器が、シリカとモリブデンの含有量を軸方向に概
略連続的または段階的に変えて、電気抵抗率と熱膨張率
を軸方向の一端側で小さく他端側で大きくした傾斜機能
材料からなる封止体により封止されており、該封止体に
は電流導入棒が貫通保持されており、該封止体前方から
ランプ容器内に突出した該電流導入棒にはフィラメント
コイルが接続されており、傾斜機能材料製封止体の導電
性側端面の半径をR(mm)、電流導入棒の直径をd
(mm)、電流導入棒に流す電流値をI(アンペア
(A))としたときに、R≧d かつ、(I/πR2
≦1.03の関係を満たすことによって、前記封止体の
導電性側端面の温度が500℃以下で使用されることを
特徴とする傾斜機能材料製封止体を使用したランプとす
るものである。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明のランプの実施の形態とし
て、両端封止型のハロゲンランプのを断面図を図1に示
す。石英ガラス製のランプ容器1の両端に封止体5が封
止部3において溶着されて気密封止されている。封止体
5は傾斜機能材料製である。傾斜機能材料はシリカ(S
iO2)とモリブデン(Mo)からなる。シリカ粉末の
み、およびシリカ粉末とモリブデン粉末の混合比を変え
た複数の混合粉末をバインダーとともに筒状のプレス型
内にシリカの含有量が順次減少するように投入し、プレ
スした後焼結して製作する。図1中で4は電流導入棒で
タングステン製である。電流導入棒4は封止体5を貫通
している。発光管部2内の電流導入棒4の先端にはフィ
ラメントコイル6が接続されている。図2は封止体5の
拡大断面図であるが、封止体5の一端はモリブデン含有
量の多い導電性側端面5aであり、他端はシリカのみか
らなる非導電性側端面5bである。
【0008】図5は片端封止タイプのハロゲンランプに
おいて封止体5に傾斜機能材料を適用した例を示す。石
英ガラス製のランプ容器1は発光管部2と封止部3から
なり、電流導入棒4は傾斜機能材料製の封止体5を貫通
してランプ容器1内において先端にフィラメントコイル
6を有する。近年、このような片端封止タイプの大電力
ランプが半導体製造においてウエハ加熱用途等に必要と
なってきており、本発明はこのような片端封止タイプの
ランプにも適用される。
【0009】
【実施例】本発明の加熱用ランプとして図1に示したよ
うな、両端封止型の4kW(100V)の大電力のハロ
ゲンランプを製作した。そのランプの仕様は以下のとお
りである。 [ランプ容器] 材質:石英ガラス製 寸法:外径10mm、肉厚1mm、全長525mm、 発光長440mm [封止体] 傾斜機能材料:モリブデンとシリカからなる。 電流導入棒とその径:タングステン製棒、直径2mm 傾斜機能材料製封止体の外径:7mm [封入ガス] 封入圧:ハロゲンガス+Arガス、50kPa
【0010】従来のモリブデン箔シールのランプにおい
てはランプの寿命はモリブデン金属の酸化に起因したモ
リブデン箔の溶断によりきまる。そこで、図2に拡大図
として示した傾斜機能材料製封止体5の導電性側端面5
aの温度を変化させて、モリブデンの含有量の多い導電
性側端面5aおよびタングステン製電流導入棒4の突出
起点4aの酸化の進行を調べた。
【0011】具体的には、同一の電力タイプのヒータラ
ンプにおいて、フィラメントの設計を変えて抵抗値を下
げて封止体に流す電流値を変えて、導電性側端面5aの
温度とランプ寿命の関係を調べた。ランプ寿命はフィラ
メントの溶断によって決定した。
【0012】酸化は傾斜機能材料の導電性側端面の電流
導入棒の突出起点から始まった。この酸化により、電流
導入棒と傾斜機能材料製封止体との間に隙間を生じるよ
うになり、酸化は電流導入棒と傾斜機能材料製封止体の
両方においてランプ容器側に向かって進行していった。
最後に、この酸化の進行によって、気密を保っていたM
o高濃度含有層と電流導入棒の境界が酸化されてしま
い、ランプ内部に酸素(大気)が進入してフィラメント
の溶断にいたった。
【0013】図3に、その結果を示す。図中、Iは封止
体を流れる電流の絶対値であり、I/(πR2)は電流
密度であり、Rは傾斜機能材料製封止体の導電性側端面
の半径である。封止体は電流導入棒が貫通している。封
止体の気密封止領域(図2のA領域)においてはMoの
含有量が85wt%付近であり、電流は気密封止領域に
おいて封止体全断面を流れることになるので電流密度は
上記のようにI/(πR2)と定義した。
【0014】一般にペットボトル成形や半導体でウエハ
ー加熱用途等の産業用加熱ランプの寿命は、通常300
0時間以上必要とされる。上記の実験から、電流密度I
/(πR2)が1.03以下であることが実使用可能な
限度であることが分かった。そして封止体の導電性側端
面の温度は500℃までであれば実使用可能であること
が分かった。
【0015】さらに、図4には封止体の導電性側端面の
半径Rが3.5mmの場合の電流導入棒の直径の制約に
ついて示している。封止体の導電性側端面の半径Rを一
定にして、電流導入棒の直径を変えた図2で示したのと
同じ形状の試料をそれぞれ10本づつ製作し、本焼結後
に顕微鏡観察)したときのクラック発生本数について調
べたものである。この結果からクラックの発生をしない
封止体とするためには、封止体の導電性側端面の半径以
下の太さの電流導入棒を使用するのがよいことが分かっ
た。
【0016】なお、傾斜機能材料製封止体の導電性側端
面の半径を1mmから8mmの間で変えたものを用意し
て、電流導入棒の直径を変えてクラックの発生を確認す
る上記と同様の試験を試みたが、封止体の導電性側端面
の半径によらず、電流導入棒の直径は封止体の導電性側
端面の半径以下とするのが好ましいことが分かった。
【0017】以上のことから、石英ガラス製のランプ容
器を有し、ランプ容器が、電流導入棒が貫通保持された
傾斜機能材料からなる封止体により封止されたランプに
おいて、傾斜機能材料製封止体の導電性側端面の半径を
R(mm)、電流導入棒の直径をd(mm)、電流導入
棒に流す電流値をI(アンペア(A))としたときに、
R≧d かつ、(I/πR2)≦1.03の関係を満た
すことによって、前記封止体の導電性側端面の温度が5
00℃までの高温となるまで使用可能となることがわか
る。本発明の傾斜機能材料製封止体を有するランプを使
用すれば、産業用途の加熱ランプとしての新たな展開が
期待される。
【0018】
【発明の効果】石英ガラス製のランプ容器が、シリカと
モリブデンからなるた傾斜機能材料からなる封止体によ
り封止されており、封止体に電流導入棒が貫通保持され
ており、封止体前方からランプ容器内に突出した電流導
入棒にフィラメントコイルが接続されている、傾斜機能
材料製封止体を使用したランプであって、傾斜機能材料
製封止体の導電性側端面の半径をR(mm)、電流導入
棒の直径をd(mm)、電流導入棒に流す電流値をI
(アンペア(A))としたときに、R≧d かつ、(I
/πR2)≦1.03の関係を満たすことによって、封
止体の導電性側端面の温度が500℃以下で使用される
ランプとすることで、大電力の加熱用ランプを提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のランプの実施例の断面図を示す。
【図2】本発明のランプに使用される傾斜機能材料製封
止体の拡大断面図を示す。
【図3】本発明のランプの耐熱温度とランプ寿命の関係
を示す。
【図4】電流導入棒の直径と封止体にクラックが発生す
る割合について示す。
【図5】本発明のランプの他の実施例の断面図を示す。
【符号の説明】
1 ランプ容器 2 発光管部 3 封止部 4 電流導入棒 4a 突出起点 5 封止体 5a 導電性側端面 5b 非導電性側端面 6 フィラメントコイル
フロントページの続き (72)発明者 河村 忠和 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内 (72)発明者 古川 保夫 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石英ガラス製のランプ容器を有し、該ラ
    ンプ容器が、シリカとモリブデンの含有量を軸方向に概
    略連続的または段階的に変えて、電気抵抗率と熱膨張率
    を軸方向の一端側で小さく他端側で大きくした傾斜機能
    材料からなる封止体により封止されており、 該封止体には電流導入棒が貫通保持されており、該封止
    体前方からランプ容器内に突出した該電流導入棒にはフ
    ィラメントコイルが接続されており、 傾斜機能材料製封止体の導電性側端面の半径をR(m
    m)、電流導入棒の直径をd(mm)、電流導入棒に流
    す電流値をI(アンペア(A))としたときに、R≧d
    かつ、(I/πR2)≦1.03の関係を満たすこと
    によって、前記封止体の導電性側端面の温度が500℃
    以下で使用されることを特徴とする傾斜機能材料製封止
    体を使用したランプ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006092946A (ja) * 2004-09-24 2006-04-06 Toshiba Lighting & Technology Corp 管球および封止部材
JP2008059934A (ja) * 2006-08-31 2008-03-13 Ushio Inc フィラメントランプ
JP2010250315A (ja) * 2009-04-16 2010-11-04 Samsung Mobile Display Co Ltd シーリング装置

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