JP2005071689A - ベース付ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】ベースの給電部材が過熱状態となることを回避して酸化の進行を抑制し、ベース全体の金属部材の過熱および酸化を防止することにより、ランプの早期不点灯を回避し、使用寿命の長いベース付ランプを提供すること。
【解決手段】ランプと、このランプの封止部が保持される中空柱状のランプ保持部、これに連設された底部及び該底部の後端面から突出した給電部材を有するベースとを具備しており、該ベースのランプ保持部には、先端部近傍にランプからの放射光を遮光する鍔状の遮光部が、後端部近傍に伝熱障壁部が、それぞれ形成されていることを特徴とする。前記伝熱障壁部は、ランプ保持部の肉厚が局所的に小さくなることで設けられているか、その他の部位に比較して熱伝導係数が小さい材質よりなることで設けられるのが良い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ランプとこのランプの封止部を受容し保持するベースとからなるベース付ランプに係る。

半導体ウェハを加熱する光源として、封止部にベースが装着された白熱ランプを使用し、半導体ウェハに赤外線を含む光を照射することにより、半導体ウェハを急速に所定の温度まで昇温させる技術が知られている。このようなベース付白熱ランプは、例えば、発光管の一端部に封止部が形成されたいわゆる一端封止形の白熱ランプと、該白熱ランプの封止部を受容するセラミックスより構成されたベースとにより大略構成されており、多数のソケット部が並設された基板に多数配設されることにより、加熱ユニットとして構成されて用いられるようになる。

以上のようなベース付ランプにおいては、加熱ユニットに組み込むランプが多数であるため、図６に示すようにソケットへの着脱が容易なピンタイプの給電部が設けられたベースが好適に使用されている。なお、図６はベース付ランプの正面図である。ここで、同図を参照し説明すると、ランプ６０は例えば、発光管６１の内部にタングステン製のフィラメント６２が封装された白熱ランプであり、フィラメント６２の両端に接続された一対の内部リード棒６３ａ，６３ｂが封止部６４に埋設された金属箔６５ａ，６５ｂに接続され、金属箔６５ａ，６５ｂが外部リード棒６６ａ，６６ｂに接続されて導出されている。ランプ６０の封止部６４がベース６７における矩形中空のランプ保持部６７Ａに挿入され、外部リード棒６６ａ，６６ｂが、ニッケル製の撚り線で構成される導電線６８ａ，６８ｂに溶接されてベース６７の底部６７Ｂより突出する２本の給電ピン６９ａ，６９ｂに電気的に接続される。
このベース付ランプは、ベース６７が、基台Ｄに埋設されたソケットＳに受容され、該ソケットＳにおける給電接合部７０ａ，７０ｂに給電ピン６９ａ，６９ｂが接続されることにより、図示省略の電源から電力が供給されるようになる。
特開平１１−１６２４１７号

ベースの給電ピンとソケットの接触部は、上記ベース付ランプが電流値を大きくして点灯することから、電気抵抗等により温度が上昇しやすい部位である。給電ピン近傍に蓄積された熱は、通常、ベースを受容するソケットを介して当該ソケットが埋設された基台へと移動して放熱されるようになるが、上述した半導体製造に関わるものでは、フィラメントから放射される光量が過大であるために基台及びソケットが光によって高温に熱せられてしまって、給電ピン近傍の放熱が阻害されるばかりか、反って加熱される状態に陥ってしまう。その結果、給電ピンは、過剰な温度上昇が引き起こされ、使用寿命に至らない間に酸化して、ランプに多大な問題を与えるようになる。即ち、給電ピンに酸化が生じると、ソケットにおける給電接合部との間において電気抵抗値が常に高い状態となるため、ランプ封止部やソケットの温度上昇を招いて、ランプの効率の低下、ベース近傍に配設された給電用の金属部材の断線、終には、ランプ不点灯といった事態に至るようになる。

上記給電ピンは、ソケットの給電用の部材として一般に真鍮が使用されていることからその損傷を少なくする目的で、基材としては真鍮や銅が一般的である。近時では、基材表面をニッケル（Ｎｉ）でコーティングしたり、基材をニッケルに代えたりして耐熱性が向上したものとなりつつあるが、それでも耐熱温度はせいぜい約２８０℃程度で、実使用においては３００℃以上の高温に達することがあるため、酸化の発生及び進行を抑止することが困難である、というのが実情である。

本発明は、ベースの給電部材が過熱状態となることを回避して酸化の進行を抑制し、ベース全体の金属部材の過熱および酸化を防止することにより、ランプの早期不点灯を回避し、使用寿命の長いベース付ランプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るベース付ランプは、ランプと、このランプの封止部を受容し保持する中空柱状のランプ保持部、該ランプ保持部の後端部に連設された底部及び該底部の後端面から突出した給電部材を有するベースと、を具備してなるベース付ランプあって、前記ベースにおけるランプ保持部には、先端部近傍にランプからの放射光を遮光する鍔状の遮光部が形成され、後端部近傍に当該ベースの軸方向に伝達される熱量がその他の部位より少なくなるような伝熱障壁部が形成されていることを特徴とする。

ここに、前記伝熱障壁部は、前記ランプ保持部の肉厚が局所的に小さくなることにより設けられているか、若しくは、その他の部位を構成するベースの材質に比較して、熱伝導係数が小さい材質よりなるのがよい。

また更に、前記ベースには、前記伝熱障壁部よりも後方に、放熱部が設けられていることを特徴とする。

また更に、前記ベースには、前記遮光部と前記伝熱障壁部との間に、放熱用のフィンが設けられていることを特徴とする。

本発明のベース付ランプによれば次のような効果が奏される。
ランプ保持部の先端部近傍にランプからの放射光を遮光する鍔状の遮光部が設けられているので、ソケット近傍が加熱されることが回避され、ベースにおける給電部材の放熱が妨げられずに速やかに行われるようになり、また、ソケットから熱を授受することもなくなる。更に、ランプ保持部における底部の近傍にベースの軸方向に伝達される熱量がその他の部位より少なくなるような伝熱障壁部が形成されているので、ランプ封止部の熱及び遮光部に蓄積された熱がベース底部に伝達し難く、給電部材の温度上昇が緩和されるようになる。
以上のような作用が相乗されることにより、ベースにおける給電部材を耐熱温度以下に維持することができるようになり、当該給電部材が酸化に至るといった事態を回避することができるようになる。仮に、給電部材が耐熱温度を超えたとしても、比較的低い温度範囲に維持しておくことができるので、酸化の進行を遅延することができるようになる。
このように、給電部材の過剰な温度上昇を回避し、酸化を抑制することにより、ランプの封止部やソケットなどの温度上昇を回避し、ランプの効率低下、ベース近傍に配設された給電用の金属部材の断線、更にはこれに伴うランプ不点灯といった事態を回避することができるようになり、使用寿命が長いベース付ランプを提供できるようになる。

図１は、白熱ランプによる本発明のベース付ランプの構成の一例を示す説明用図で、（イ）は正面図、（ロ）は側面図であり、理解容易のため一部断面で示している。また、図２は、図１中のベースを上から管軸方向にみた平面図である。なお以下において、ベースが装着されるソケットに関しては前図と同様であるため図示を省略するものとする。
このベース付ランプ１は、一端封止型の白熱ランプ１０と、セラミックス例えば、アルミナよりなるベース２０とにより構成されている。白熱ランプ１０は、一端に封止部１２、他端に排気管残部１３を有する発光管１１内に、タングステン製フィラメントよりなる発光部分１４が当該発光管１１の管軸に沿って配置されることにより構成されている。そして、発光管１１内には、例えば窒素ガスを含む不活性ガスおよびハロゲン化合物が封入されている。

発光部分１４の一端部分には一方の内部リード棒１５ａが接続されると共に、他端部分には他方の内部リード棒１５ｂが接続されている。これら一方の内部リード棒１５ａおよび他方の内部リード棒１５ｂは、それぞれ封止部１２に伸びており、各々の一端部分は、発光管１１の封止部１２内において互いに離間して埋設された一対の金属箔１６ａおよび１６ｂに接続されている。また、一方の内部リード棒１５ａの他端部分は、発光管１１の排気管残部１３内に挿入されて保持されている。金属箔１６ａおよび１６ｂの各々には、封止部１２から外方に伸びる一方の外部リード棒（不図示）および他方の外部リード棒１７ｂがそれぞれ接続されている。

ベース２０は、開口部が形成された中空角柱状のランプ保持部２１、該ランプ保持部２１の頂部においてランプ保持部２１の外周面より半径方向に突出持部形成された鍔状の遮光部２２、当該ベース２０の底部２３、および、この底部２３とランプ保持部２１の間に形成された伝熱障壁部２４を有している。
鍔状の遮光部２２は例えば、平面図においてベース管軸に中心を有する略円形に成形され、ランプ１０からの放射光がソケット近傍を照射することを防止する。ランプ保持部分２１は、白熱ランプ１０の封止部１２を受容して接着剤（不図示）で固着され、係るランプ１０を保持すると共に、所要長さ形成されることにより、当該ベース２０に蓄積した熱を放熱する役割も果たしている。したがってランプ保持部２１はベース２０の底部２４との間において一定領域以上設けられるのが望ましい。

ランプ保持部２１には、底部２３の近傍において、ランプ保持部分２１の外周部が切除された段部Ｐが全周にわたって設けられることにより、ランプ保持部分２１の管壁の厚さが局所的に小さくなるよう形成された伝熱障壁部２４が形成されている。

また、ベース２０の底部２３にはソケットに装着される給電部材２５ａ，２５ｂとしての２本の給電ピンが外方に突出して形成されており、白熱ランプ１０における外部リード棒が、例えばニッケル製の撚り線からなる導電線を介して電気的に接続される。

以上のような構成を有するベース付ランプ１においては、ランプ保持部２１の先端部近傍にランプ１０からの放射光を遮光する遮光部２２が設けられているので、ソケット近傍が発光部分１４からの放射光で熱せられることが抑制されて、ベース２０における給電部材２５ａ，２５ｂが、ソケットによって放熱が阻害されたり、加熱されたりすることがなく、給電部材２５ａ，２５ｂの過剰な温度上昇を低減することができるようになる。

更に、ランプ保持部２１における底部２３の近傍に当該ベース２０における先端から後端に向かう熱の伝達を阻害する伝熱障壁部２４が形成されているので、ランプ封止部１２から伝達された熱及びランプ１０からの放射光を受けて遮光部２２に蓄積された熱が、ベース２０の底部２３近傍に伝達され難く、給電部材２５ａ，２５ｂの温度上昇を回避することができるようになる。なおここで伝熱障壁部２５とは、ベース２０自身によって伝達される熱量の総和がベース２０の軸方向において小さくなる部分をいう。

ところで、本発明においては発光部分１４からの放射光を鍔状の遮光部２２により、従来よりも多く受光するため、ベース２０上部近傍においては温度が上昇すると推察される。しかるに、遮光部２２近傍に介在する金属例えば、封止部１２に気密に埋設された金属箔１６ａ，１６ｂは、ベース２０の給電部材２５ａ，２５ｂに比較して耐熱温度が高く、具体的には３５０℃以上であるので、温度が多少上昇したとしても耐熱温度以下の範囲であれば何の問題もない。

上記給電ピンのような給電部材は、酸化雰囲気に曝されているにもかかわらず、ソケットとの着脱に鑑み、その材質としてはソケットの給電部材と同程度或いはそれ以下の硬さの金属や合金を使用せざるを得ない。したがって、例えば３００℃を超える高温に耐え得るタングステンなどの金属を使用することは現実には不可能である。
以上のように、ベースの後端近傍に位置された給電部材は、ベースの先端近傍に位置されたランプ給電用の部材に比較して、耐熱温度が低くて酸化し易いもので構成せざるを得ないが、本発明によれば、ベースの先端側と後端側において各部位の耐熱温度に準じて熱の分布状態を制御することができるので、即ち、ベースの先端側において温度を高く後端側において温度を低く分布させることができるので、ベース後端近傍にある給電部材の酸化の発生を効果的に回避し或いは酸化の進行を遅延することができるようになる。
その結果、ベース全体において温度上昇することが抑制され、ランプ封止部やソケットにおける酸化を防止でき、ランプの効率低下、給電用の金属部材の断線、更にはこれに伴うランプ不点灯を回避することができ、使用寿命の長いベース付ランプを提供することができる。

図３は、上記とは別の実施形態を説明する図で、図３（イ）は正面図、（ロ）は側面図であり、上記図１，図２に示す実施形態と同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。

この実施形態のベース付ランプと上記第１実施形態のベース付ランプとの相違点は、この実施形態においては伝熱障壁部の後方に底部放熱部が設けられた点である。この実施形態では、例えばベース２０の底部２３側面が、局所的に大径化されることにより、比較的厚肉の鍔が形成され、底部放熱部２６が設けられている。ここに、底部放熱部２６は外周が平面図において遮光部２２外周を超えない範囲に大径化されることにより、ランプからの放射光が直接照射しないようになっている。

以上のように、底部放熱部２３を形成して面積を拡大させることによって、ベース底部２３の放熱が促進され、給電部材２５ａ，２５ｂの過熱を回避することができる。

図４は、上記とは別の実施形態を説明する図で、図４（イ）は正面図、（ロ）は側面図、図５は図４（イ）のベース付ランプのＡ−Ａで切断した、ベースの断面図であり、上記図１〜図３に示す実施形態と同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
この実施形態のベース付ランプの上記第２実施形態のベース付ランプと変わる点は、ベースにおけるランプ保持部の外周面上に放熱用のフィン２７，２７，２７・・が多数の具備された点である。

これら放熱フィン２７，２７，２７・・は例えば、その先端部が遮光部２２の後端面２２ａに連設し、後端部が伝熱障壁部２４とは離間して、当該ベース２０の軸方向に互いに平行に並設されている。またベース２０の軸に関して直交する断面においては、ランプからの放射光が直接照射しないよう側端部が規定されている。

上記実施形態のように放熱機構が具備されることにより、下記の効果が奏される。
本発明に係るベース付ランプの構成によると、遮光部が形成されていない従来構造のものに比較して、当該遮光部が放射光を受光して熱を蓄積した結果、ランプにおける封止部近傍が温められるが、ランプ保持部の外周面上に放熱用のフィンが設けられているので、当該ランプ保持部の放熱を効果的に行って温度を低下させることができる。よって、例えば、定格消費電力が大きくて封止部温度が比較的高いランプの場合、ベースが遮光部を有することで該ランプの封止部が過熱状態に至る可能性があるが、放熱フィンが形成されているので、ランプの封止部温度を耐熱温度以下に保持することが可能になる。よって、ランプにおける給電用の部材の酸化及び断線を防止し、ランプが早期に不点灯となる事態を回避することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されることなく、適宜変更が可能である。例えば、上記実施形態においては伝熱障壁部を、ベースの肉厚を局所的に小さくすることにより設けたが、例えば、ランプ保持部を構成するセラミックスよりも、熱伝導係数が小さいセラミックスを間装することにより設けても、同様の効果が得られる。
また、遮光部形状は、断面が円形のものに限定されず適宜変更可能であって、更には、遮光機能を具備していれば良く、開口部を設けてもよい。また、底部放熱部においては、ランプ発光部分からの放射光が照射しない寸法であればその形状は適宜選定できる。

以下、本発明のベース付ランプの実施例について説明する。下記の条件に従って、図１及び図２に示す構成の実施例１に係るベース付ランプを作製した。
［白熱ランプ］
発光管：材質；石英ガラス，全長９５ｍｍ，外径１８ｍｍ，内径１６ｍｍ，フィラメント：材質；タングステン，発光部の全長２５ｍｍ，内部リード棒：材質：タングステン，金属箔の材質：モリブデン，封入物：クリプトンガス、窒素ガスおよびハロゲン化合物，定格電圧１２０Ｖ，定格消費電力５００Ｗ。
［ベース］
絶縁部：材質；アルミナ，全長５０ｍｍ，遮光部外径４６ｍｍ，ランプ保持部内部開口１３ｍｍ×３５ｍｍ，ランプ保持部肉厚６ｍｍ，伝熱障壁部肉厚２ｍｍ。

上記実施例１と白熱ランプの仕様を変えず、図４に示す構成の実施例２に係るベース付ランプを作製した。即ち、実施例２に係るベースは、上記実施例１で示したベースと基本的構造及び寸法が同様であり、更にベース後端近傍に当該ベースの外周部が大径化された底部放熱部を設けたものである。
［ベース］
大径部外径４６ｍｍ，大径部軸方向長さ４ｍｍ。

下記の条件に従って、図５および図６に示す構成の実施例３に係るベース付ランプを作製した。
［白熱ランプ］
発光管：材質；石英ガラス，全長９５ｍｍ，外径１８ｍｍ，内径１６ｍｍ，フィラメント：材質；タングステン，発光部の全長３４ｍｍ，内部リード棒：材質：タングステン，金属箔の材質：モリブデン，封入物：クリプトンガス、窒素ガスおよびハロゲン化合物，定格電圧１２０Ｖ，消費電力２０００Ｗ。
実施例３に係るベースは、上記実施例２で示したベースと基本的構造及び寸法が同様であり、更にベース先端近傍に、遮光部後端面に連設する放熱フィンを多数設けたものである。

［比較例］
（１）
また、図６で示した従来品に係るベースに変更したこと以外は、実施例１と同様の条件により、比較例１のベース付ランプを作製した。
（２）
また、図６で示した従来品に係るベースに変更したこと以外は、実施例３と同様の条件により、比較例２のベース付ランプを作製した。

［試験例］
実施例１〜３及び比較例１，２のランプの各々においては、温度測定用の熱電対を封止部に取り付け、ランプとベースとを接着した。また、ベースの給電部材に熱電対を取り付けた。ランプの灯具として、アルミ製の平板にソケット嵌合用の穴を穿設してソケットを埋設し、実験用の簡易灯具を構成した。これらのベース付ランプを、１２０Ｖの交流電圧により１．５時間連続して点灯し、ベース給電部材及びランプ封止の温度を測定した。
この結果を表１に示す。なお、表１において、備考欄はベースの構成で「○」は各構成を具備していることを示す。ここでは、理解容易のためランプ定格消費電力別に欄を設けた。

定格消費電力が５００Ｗの実施例１，２及び比較例２のランプにおいて、従来製品に係る比較例１のベース付ランプでは、ベース給電部材の温度が２９０℃に達し、耐熱温度（２８０℃）以上に上昇したが、本発明の実施例１，２に係る各ベース付ランプにおいてはこれが耐熱温度以下に低下させることができた。一方、ランプ封止部温度は、比較例１のものでは３１５℃であったところ、実施例１，２のベース付ランプではそれぞれ３１７℃、３１８℃に上昇した。しかして、係るランプ封止部の耐熱温度は３５０℃であるため、この程度温度が上昇しても何ら問題ない。

定格消費電力が２０００Ｗの実施例３及び比較例２のランプにおいて、従来製品に係る比較例１のベース付ランプでは、ベース給電部材の温度が３００℃に達し、耐熱温度（２８０℃）以上に上昇した。本発明の実施例３に係る各ベース付ランプにおいてはこれが耐熱温度以下である２６０℃まで低下させることができた。一方、ランプ封止部温度は、比較例１のものでは４００℃であったところ、実施例３のベース付ランプでは３４０℃と、耐熱温度（３５０℃）以下に低下させることができた。これは放熱フィンによる放熱効果が大きかったからと考えられる。このように、ベース給電部材の温度低下効果に加え、ランプの定格消費電力が相当高いものであっても十分な放熱効果を具備させることが可能になる。

白熱ランプによる本発明のベース付ランプの構成の一例を示す説明用図で、（イ）は正面図、（ロ）は側面図である。 図１中のベースを上から管軸方向にみた平面図である。 別の実施形態を説明する図で、（イ）は正面図、（ロ）は側面図である。 更に別の実施形態を説明する図で、（イ）は正面図、（ロ）は側面図である。 図４（イ）のベース付ランプのＡ−Ａで切断したベースの断面図である。 従来技術に係るベース付ランプの正面図である。

符号の説明

１ ベース付ランプ
１０ ランプ
１１ 発光管
１２ 封止部
１３ 排気管残部
１４ 発光部分
１５ａ，１５ｂ リード棒
１６ａ，１６ｂ 金属箔
１７ｂ 外部リード棒
２０ ベース
２１ ランプ保持部
２２ 遮光部
２３ 底部
２４ 伝熱障壁部
２５ａ，２５ｂ 給電ピン
２６ 底部放熱部
２７ 放熱フィン

Claims (5)

1. ランプと、このランプの封止部を受容し保持する中空柱状のランプ保持部、該ランプ保持部の後端部に連設された底部及び該底部の後端面から突出した給電部材を有するベースと、を具備してなるベース付ランプあって、
   前記ベースにおけるランプ保持部には、先端部近傍にランプからの放射光を遮光する鍔状の遮光部が形成され、後端部近傍に当該ベースの軸方向に伝達される熱量がその他の部位より少なくなるような伝熱障壁部が形成されていることを特徴とするベース付ランプ。
2. 前記伝熱障壁部は、前記ランプ保持部の肉厚が局所的に小さくなることにより設けられていることを特徴とする請求項１記載のベース付ランプ。
3. 前記伝熱障壁部は、その他の部位を構成するベースの材質に比較して、熱伝導係数が小さい材質よりなることを特徴とする請求項１記載のベース付ランプ。
4. 前記ベースには、前記伝熱障壁部よりも後方に、放熱部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のベース付ランプ。
5. 前記ベースには、前記遮光部と前記伝熱障壁部との間に、放熱用のフィンが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のベース付ランプ。
   
   

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