JP2004342417A

JP2004342417A - 白熱ランプ

Info

Publication number: JP2004342417A
Application number: JP2003136259A
Authority: JP
Inventors: Toru Odagaki; 徹小田垣
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】フィラメントの発光部が位置する発光管内部で良好にハロゲンサイクルを起こすことができ、フィラメントの断線と発光管の早期黒化を防止でき、封止部の温度上昇をも抑制することができる白熱ランプを提供することにある。
【解決手段】本発明の白熱ランプは、両端に封止部１１が形成された発光管１内にフィラメント２が配置された白熱ランプにおいて、封止部１１より、発光管１中心部側に中間封止部１２が形成され、一方の中間封止部１２と他方の中間封止部１２との間の発光管１内にフィラメント２の発光部２１が配置されてハロゲンが封入され、封止部１１と中間封止部１２との間の発光管１内にフィラメント２の非発光部２２が配置されてハロゲンが封入されていないことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体加熱、ガラス基板加熱、樹脂加熱などの分野で用いられる光加熱用の熱源として利用される白熱ランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体加熱やガラス基板加熱は、光を用いて加熱する技術が確立しており、その熱源として白熱ランプが用いられている。このような白熱ランプは赤外線領域での放射強度が大きなものが望まれており、発光管内にハロゲンが封入されたハロゲン白熱ランプが最適である。
【０００３】
図５は、従来の白熱ランプであり、両端に封止部１１が形成された管型の発光管１内にハロゲンが封入され、管軸に沿ってフィラメント２が配置されたものである。
フィラメント２は中央部分がフィラメント素線を密に巻回した発光部２１であり、その両端はフィラメント素線を疎に巻回した非発光部２２である。この非発光部２２は、フィラメント素線を疎に巻回した形状以外に、発光部２１の端部に接続された内部リード棒を用いた形状であってもよい。
【０００４】
そして、非発光部２２の発光部２１とは反対側の端部は封止部１１に埋設された金属箔３に接続されている。
【０００５】
このような白熱ランプは、フィラメント２を構成しているタングステンが高温になり蒸発するが、発光管１内に封入されたハロゲンにより、ハロゲンサイクルが機能し、蒸発したタングステンがフィラメント２に戻され、白熱ランプの長寿命化を達成している。
【０００６】
白熱ランプは、加熱装置に組み込まれて使用されるが、その装置の光学設計条件や装置構造条件等によって、発光管１内のフィラメント設計が変わってくるものであり、発光管１の全長に渡って光が放射されるフィラメント設計ではなく、発光管１の中央部分Ａのみから光が放射され、発光管１の端部部分Ｂからは光が放射されない白熱ランプとなる場合がある。
【０００７】
このような白熱ランプは、被加熱物が真空チャンバーに収容され、白熱ランプの発光管１も同じ真空チャンバー内に収納され、白熱ランプの封止部１１のみ給電のため真空チャンバー外に飛び出すような光学設計された装置の場合に採用される構造である。
【０００８】
また、図５に示すように、端部部分Ｂから光を放射させない構造、言い換えれば、封止部１１をフィラメント２の発光部２１から離す構造にすると、発光部２１で発生する熱によって封止部１１が加熱される程度を弱めることができ、封止部１１の温度上昇を抑制し、金属箔３の酸化を防止でき、封止部３が破壊されることを防止できるという効果もある。
【０００９】
【特許文献】
特開２００２−１１０３１６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す白熱ランプでは、発光管１の端部部分Ｂからは光が放射されない構造であり、この部分に存在するフィラメント２は非発光部２２であるので、端部部分Ｂ内の発光管内部空間の温度は、発光部２１が存在する中央部分Ａの発光管内部空間の温度より低い状態になっており、発光管１内の内部空間の温度が均一化されていない状態である。
【００１１】
そして、発光管１内に封入されたハロゲンは、温度の低いところに集まりやすく、ハロゲンは発光管１の端部側の発光管内部に集まり、ハロゲンサイクルが効果的に機能しなければならないフィラメント２の発光部２１が存在する発光管の中央部分Ａではハロゲン濃度が低くなり、ハロゲンサイクルが効果的に働かず、フィラメント２が早期に断線したり、或いは、発光管が早期に黒化するという問題があった。
【００１２】
また、発光管１の端部側の発光管内部にハロゲンが集まりすぎると、その空間のハロゲン濃度が高くなり、フィラメント２の非発光部２２がハロゲンによって侵食されて非発光部２２が断線するという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、フィラメントの発光部が位置する発光管内部で良好にハロゲンサイクルを起こすことができ、フィラメントの断線と発光管の早期黒化を防止することができるとともに、封止部の温度上昇をも抑制することができる白熱ランプを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の白熱ランプは、両端に封止部が形成された発光管内に管軸に沿って発光部と非発光部を有するフィラメントが配置された白熱ランプにおいて、前記両端の封止部より、発光管中心部側に金属箔が埋設された中間封止部が形成され、前記一方の中間封止部と他方の中間封止部との間の発光管内に前記フィラメントの発光部が配置されるとともに、ハロゲンが封入され、前記封止部と前記中間封止部との間の発光管内に前記フィラメントの非発光部が配置されるとともにハロゲンが封入されていないことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の白熱ランプは、請求項１に記載の白熱ランプであって、特に、前記中間封止部には、金属箔のみが埋設されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の白熱ランプは、請求項２に記載の白熱ランプであって、特に、前記封止部と中間封止部との間の発光管内は、真空状態もしくは不活性ガスが充填されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項項４に記載の白熱ランプは、請求項２に記載の白熱ランプであって、特に、前記中間封止部の金属箔が埋設された部分で、前記フィラメントの発光部が伸びる軸から離れる方向に前記封止部が位置するように、前記発光管が曲げられていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の白熱ランプの説明図である。
白熱ランプは、両端に金属箔３を埋設した封止部１１が形成された発光管１内に、管軸に沿ってフィラメント２が配置されている。
フィラメント２は、タングステン製のフィラメント素線を密に巻回した発光部２１と、タングステン製の棒状体である非発光部２２を有するものである。
【００１９】
また、両端の封止部１１より、発光管１の中心部側に金属箔３１が埋設された中間封止部１２が形成されている。
そして、一方の中間封止部１２と他方の中間封止部１２との間の発光管１内にフィラメント２の発光部２１が配置されており、封止部１１と中間封止部１２との間の発光管１内にフィラメント２の非発光部２２が配置されている。
【００２０】
フィラメント２について説明すると、非発光部２２は、全長４７ｍｍ、直径０．９ｍｍの棒状体をその中間で大径に少なくとも１ターン以上巻回したものであり、発光部２１を発光させるための電流が非発光部２２に流れても、この非発光部２２が発光しない設計になっている。また、非発光部２２は、中間が巻回されてコイル状になっているので、非発光部２２自体は弾性を有している。非発光部２２は発光しなくても電流が流れることによって温度が上がり、中間封止部１２側あるいは封止部１１側に向かって伸びても、その伸びをコイル状になった部分で吸収することができ、中間封止部１２と封止部１１に負荷がかからず、中間封止部１２と封止部１１が破損することがない。
【００２１】
図２は、中間封止部の拡大断面図であり、図２（イ）は、図１に示す白熱ランプの紙面右側の中間封止部の拡大断面図であり、図２（イ）に示すように、中間封止部１２は、モリブデン製の金属箔３１が埋設されており、この金属箔３１の一端側には発光部２１の端部が溶接されており、他端側には非発光部２２の端部が溶接されて、発光管１の一部を加熱溶融した状態でピンチシール方法によって形成されている。
【００２２】
そして、金属箔３１の発光部２１の端部が溶接された部分と、金属箔３１の非発光部２２の端部が溶接された部分は、中間封止部１２を構成するガラスに密着されておらず、発光部２１と非発光部２２は中間封止部１２に埋設されていない構造となり、金属箔３１のみ中間封止部１２に埋設されている。
【００２３】
この結果、図１と図２を合わせて参照すると、一方の中間封止部１２と他方の中間封止部１２との間の発光管１の内部空間Ｋ１と、封止部１１と中間封止部１２との間の発光管１の内部空間Ｋ２を確実に隔離し、内部空間Ｋ１と内部空間Ｋ２が連通しない構造となっている。
【００２４】
そして、発光部２１が位置している内部空間Ｋ１にのみハロゲンが封入され、内部空間Ｋ２にはハロゲンが封入されていないものである。
内部空間Ｋ１に封入されるガスは、塩素または臭素のハロゲン混合ガスであり、封入ガス圧は９０ｋｐａ、濃度は０．１〜１．０％である。
【００２５】
この結果、内部空間Ｋ１に封入されたハロゲンは、内部空間Ｋ２に流れていかず、常に、内部空間Ｋ１にのみ存在することになり、発光部２１が高温になった時には、ハロゲンサイクルが効果的に機能し、発光部２１が早期に断線することがなく、しかも、発光管１が早期に黒化することもない。さらには、内部空間Ｋ２には発熱源がなく、内部空間Ｋ２は温度が低い状態になっているが、この空間にはハロゲンが存在していないので、非発光部２２がハロゲンによって侵食され断線するという問題がおこらないものである。
【００２６】
また、内部空間Ｋ２は、真空状態、もしくは、不活性ガスである窒素が充填されている。
このような状態にすると、中間封止部１２が発光部２１に隣接しているために発光部２１からの輻射熱によって高温となり、また、発光部２１の端部につながる金属箔３１が発光部２１からの伝熱により高温となり、中間封止部１２は例えば５００℃と高温状態となるが、内部空間Ｋ２には、熱伝導率を悪くするために、真空状態、もしくは、不活性ガスである窒素を充填した状態にしているので、中間封止部１２の熱が封止部１１に伝わり難くなり、封止部１１の温度上昇を抑制することができる。
【００２７】
この結果、例えば、中間封止部１２が５００℃と高温になっていても、封止部１１を１００℃以下に保つことができ、封止部１１に埋設された金属箔３の酸化を防止でき、封止部１１が破壊されることを防止できる。
さらには、従来、封止部の温度上昇を抑制するために、場合によっては封止部１１を冷却する送風手段等が別途必要であったが、本発明の白熱ランプでは、そのような封止部１１を冷却する特別な冷却手段を設ける必要がなくなる。
【００２８】
図３は、本発明の白熱ランプの他の実施例を示す説明図である。
図３に示す白熱ランプは、中間封止部１２のＲ部分で発光管１を曲げている構造である。なお、図１と同一符号は同一部分であり、説明は省略する。
このＲ部分は、図２（ロ）に示すように、図２（イ）と同様に、金属箔３１の発光部２１の端部が溶接された部分と、金属箔３１の非発光部２２の端部が溶接された部分は、中間封止部１２を構成するガラスに密着されておらず、発光部２１と非発光部２２は中間封止部１２に埋設されおらず、金属箔３１のみ中間封止部１２に埋設された状態で発光管１が曲げられており、金属箔３１は薄い箔状であり、箔が曲がっても曲がっている中間封止部になんら応力を加えるものでもないので、曲がった状態になっている中間封止部が破壊されることがない。
【００２９】
また、曲げる方向は、中間封止部１２の金属箔３１が埋設された部分で、フィラメント２の発光部２１が伸びる軸Ｚ−Ｚから離れる方向に、封止部１１が位置するように発光管を曲げている。
この結果、封止部１１が発光部２１から離れることになり、封止部１１に輻射される輻射熱を低減させることができ、さらに一層封止部１１の温度上昇を抑制することができる。
【００３０】
さらに、図３に示す白熱ランプを用いて、図４に示すように、発光部２１と対向する方向に配置された反射鏡４の背後に封止部１１を位置させるようにすると、発光部２１から放射された光は、反射鏡によって遮られ封止部１１に照射されなくなり、確実に、封止部１１の温度上昇を抑制することができる。
なお、図４中、図３と同一符号は同一部分を示すものであり、説明は省略する。
【００３１】
また、図１に示す白熱ランプでは、封止部１１が発光部２１と同一線上に位置しており、複数の白熱ランプを発光部２１が直線状に並ぶように配置すると、それぞれの白熱ランプの光が放射されない封止部１１と中間封止部１２との間のスペースがデットスペースになり、光が放射されない領域が存在することになるが、図３に示す白熱ランプを、複数個、各白熱ランプの発光部２１が同一線上に並ぶように配置すると、光が放射されない封止部１１と中間封止部１２との間の発光管１は、発光部２１が伸びる軸から曲げられているので、隣接する白熱ランプの発光部２１を近づけてデットスペースを無くすことができ、複数個の白熱ランプを用いても光を効率良く放射でき、被加熱物表面に光が照射されない領域をできるだけなくすことができ、被加熱物表面を均一に加熱することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の白熱ランプによれば、発光管の両端の封止部より、発光管中心部側に金属箔が埋設された中間封止部が形成され、一方の中間封止部と他方の中間封止部との間の発光管内にフィラメントの発光部が配置されるとともにハロゲンが封入され、封止部と中間封止部との間の発光管内にフィラメントの非発光部が配置されるとともにハロゲンが封入されていないので、発光部が位置する発光管内ではハロゲンサイクルが効果的に機能し、発光部が早期に断線せず、しかも、発光管が早期に黒化せず、非発光部が位置する発光管内ではハロゲンが存在しないので、非発光部がハロゲンによって侵食され断線することがなく、よって、長寿命の白熱ランプとなる。
【００３３】
中間封止部には、金属箔のみが埋設されているので、一方の中間封止部と他方の中間封止部との間の発光管内部空間と、封止部と中間封止部との間の発光管内部空間を確実に隔離することができる。
しかも、発光管を曲げた構造の本願発明の白熱ランプでは、中間封止部に金属箔のみ埋設されているので、発光管を曲げても、金属箔は薄い箔状であり箔が曲がっても曲がっている中間封止部になんら応力が加わるものではないので、白熱ランプを中間封止部で曲げても発光管が破壊されることがない。
【００３４】
封止部と中間封止部との間の発光管内は、真空状態もしくは不活性ガスが充填されているので、中間封止部の熱が封止部に伝わり難くなり、封止部の温度上昇を抑制することができる。
【００３５】
さらには、中間封止部の金属箔が埋設された部分で、フィラメントの発光部が伸びる軸から離れる方向に封止部が位置するように、発光管が曲げられているので、封止部が発光部から離れることになり、封止部に輻射される輻射熱を低減させることができ、さらに一層封止部の温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の白熱ランプの説明図である。
【図２】本発明の白熱ランプの中間封止部の拡大断面図である。
【図３】本発明の他の白熱ランプの説明図である。
【図４】本発明の他の白熱ランプと反射鏡との説明図である。
【図５】従来の白熱ランプの説明図である。
【符号の説明】
１発光管
１１封止部
１２中間封止部
２フィラメント
２１発光部
２２非発光部
３金属箔
３１金属箔
Ｋ１発光部が位置する発光管内部空間
ｋ２非発光部が位置する発光管内部空間
４反射鏡

Claims

両端に封止部が形成された発光管内に管軸に沿って発光部と非発光部を有するフィラメントが配置された白熱ランプにおいて、
前記両端の封止部より、発光管中心部側に金属箔が埋設された中間封止部が形成され、
前記一方の中間封止部と他方の中間封止部との間の発光管内に前記フィラメントの発光部が配置されるとともに、ハロゲンが封入され、
前記封止部と前記中間封止部との間の発光管内に前記フィラメントの非発光部が配置されるとともに、ハロゲンが封入されていない
ことを特徴とする白熱ランプ。
前記中間封止部には、金属箔のみが埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の白熱ランプ。
前記封止部と中間封止部との間の発光管内は、真空状態もしくは不活性ガスが充填されていることを特徴とする請求項２に記載の白熱ランプ。
前記中間封止部の金属箔が埋設された部分で、前記フィラメントの発光部が伸びる軸から離れる方向に前記封止部が位置するように、前記発光管が曲げられていることを特徴とする請求項２に記載の白熱ランプ。