JP2008270074A - ランプおよびその製造装置ならびに製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ランプ、該ランプの製造装置および製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明にかかるランプの製造装置１０００は、化学的気相成長法によってランプ本体１００の外壁にセラミックス膜を形成するランプの製造装置であって、原料収容部１０と、原料収容部１０から供給された原料を含む処理ガスを形成する処理ガス生成部２０と、ランプ本体１００の外壁にセラミックス膜を形成する成膜部３０と、処理ガス生成部２０から成膜部３０のチャンバ３２内に処理ガスを供給する処理ガス供給管４６と、チャンバ３２内を通過した処理ガスを排出する処理ガス排出管４８と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ランプおよびその製造装置ならびに製造方法に関する。

従来、例えばプロジェクターなどに用いられる光源ランプとしては、高圧水銀ランプなどが用いられている（例えば特開２００５−３０９３７２号公報参照）。かかるプロジェクターの光源ランプは、可視光領域が利用されるが、紫外光は利用されないのでできるだけカットされることが望ましい。このように、ランプにおいて、その外壁に紫外線吸収機能などの機能膜を設けることが望ましい場合がある。
特開２００５−３０９３７２号公報

本発明の目的は、外壁に機能セラミックス膜を有するランプ、当該ランプを形成するための製造装置および製造方法を提供することにある。

本発明にかかるランプは、
発熱を伴う発光部を有するランプ本体と、
前記ランプ本体の少なくとも前記発光部の外壁に形成されたセラミックス膜と、
を含む。

本発明のランプによれば、ランプ本体の外壁に、特定の特性、例えば後述する失透防止機能を有するセラミックス膜を形成することによって、ランプの寿命を長くすることができる。

本発明のランプにおいて、前記セラミックス膜は、前記ランプ本体の失透防止機能を有することができる。かかる機能を有する前記セラミックス膜は、酸化イットリウム、酸化マグネシウムおよび酸化亜鉛から選択される少なくとも１種であることができる。

本発明のランプにおいて、前記セラミックス膜は、紫外線吸収機能を有することができる。かかる、前記セラミックス膜は、酸化チタンであることができる。

本発明にかかるランプの製造装置は、
化学的気相成長法によってランプ本体の外壁にセラミックス膜を形成するランプの製造装置であって、
原料収容部と、
前記原料収容部から供給された原料を含む処理ガスを形成する処理ガス生成部と、
前記ランプ本体の外壁にセラミックス膜を形成する成膜部と、
前記処理ガス生成部から前記成膜部のチャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給管と、
前記チャンバ内を通過した処理ガスを排出する処理ガス排出管と、
を含む。

本発明の製造装置によれば、ランプ本体の発熱による熱を利用して化学的気相成長法によって、ランプ本体の外壁に再現性がよく良好なセラミックス膜を形成することができる。

本発明の製造装置において、前記成膜部は、さらに、前記ランプ本体を保持する保持部を有することができる。

本発明の製造装置において、前記処理ガス生成部は、
間隔を空けて配置された複数のガス室部と、
前記複数のガス室部のそれぞれを連結する複数の連通管と、
前記複数のガス室部および前記複数の連通管を加熱する加熱部と、
を有することができる。

本発明の製造装置において、前記ガス室部に対して、上下に隣り合う前記複数の連通管は、平面視において、重なっていないことができる。

本発明の製造装置において、前記チャンバは、前記ランプ本体の発熱部を収容することができる。

本発明にかかるランプの製造方法は、
化学的気相成長法によってランプ本体の外壁にセラミックス膜を形成する製造方法であって、
前記ランプ本体を製造装置のチャンバ内にセットする工程と、
少なくとも原料を処理ガス生成部に供給する工程と、
前記処理ガス生成部から処理ガスを前記処理ガス供給管によって前記チャンバ内に供給する工程と、
前記チャンバ内に前記処理ガスを流した状態で前記ランプ本体を点灯し、該ランプ本体の熱による化学的気相成長法によって前記ランプ本体の外壁にセラミックス膜を形成する工程と、
前記チャンバを通過した処理ガスを前記処理ガス排出管から排出する工程と、
を含む。

本発明の製造方法において、前記ランプ本体は、前記チャンバ内に複数配列されることができる。

本発明の製造方法において、前記処理ガス生成部は、複数のガス室部を有し、隣り合うガス室部は複数の連通管によって連結され、前記原料のガスは、前記ガス室部および前記連通管を経ることにより、圧縮と衝突を繰り返した状態で混合されることができる。

以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．ランプ
まず、本実施形態にかかるランプについて、図２および図３を参照しながら説明する。図２は、被処理体であるランプ本体１００を模式的に示す斜視図であり、部分的に断面が示されている。図３は、ランプ１００Ａを模式的に示す斜視図であり、部分的に断面が示されている。

図３に示すように、ランプ１００Ａは、発熱を伴う発光部１５０を有するランプ本体１００と、ランプ本体１００の少なくとも発光部１５０の外壁に形成されたセラミックス膜１１２と、を有する。

図２に示すように、被処理体であるランプ本体１００は、例えば高圧水銀ランプなどである。かかるランプ本体１００は、公知の構成を有することができる。

例えば、ランプ本体１００は、ガラス管１１０と、第１電極１３０と、第２電極１３１と、第１端子１３２と、第２端子１３３と、内部空間１３４と、を有する。内部空間１３４は、第１領域１２０に形成され、球状に膨らんでいる。この膨らんだ部分が発熱を伴う発光部１５０を構成する。内部空間１３４には、例えば、水銀、希ガス、およびハロゲンなどが封入されている。内部空間１３４内には、第１電極１３０および第２電極１３１が配置されている。第１電極１３０および第２電極１３１は、放電用の電極である。第１電極１３０および第２電極１３１は、例えば、タングステンなどからなることができる。第１電極１３０は、例えば、第２領域１２２の内側に密封された金属箔（図示せず）などにより、第１端子１３２と電気的に接続されている。同様にして、第２電極１３１は、第２端子１３３と電気的に接続されている。第１端子１３２および第２端子１３３は、電力供給用の端子であり、ガラス管１１０の両端から引き出されている。

ランプ本体１００は、例えば、ガラス管１１０内のプラズマ輻射により放出される光を用いるデバイス（例えばプロジェクターランプ）などに適用されることができる。また、ランプ本体１００は、高圧水銀ランプに限定されず、例えば、メタルハライドランプ、キセノンランプなどでも良い。

本実施形態においては、ランプ１００Ａを構成するセラミックス膜１１２は、その機能に応じて、発光部１５０（第１領域１２０）の外壁のみならず、第２領域１２２におけるガラス管１１０の外壁も覆うことができる。また、セラミックス膜１１２は、１層構造あるいは２層以上の多層構造でもよい。

また、セラミックス膜１１２は、その機能によって材質が選択される。例えば、セラミックス膜１１２としては、失透防止機能や紫外線吸収機能を有するセラミックス膜を用いることができる。

失透防止機能を有するセラミックス膜は、酸化イットリウム、酸化マグネシウムおよび酸化亜鉛から選択される少なくとも１種であることができる。紫外線吸収機能を有するセラミックス膜は、酸化チタンであることができる。

セラミックス膜１１２が失透防止機能を有することにより、ランプの透明度が低下する失透を抑制することができ、ランプの長寿命を図ることができる。また、セラミックス膜１１２が紫外線吸収機能を有する場合には、本実施形態にかかるランプ１００Ａは、発光部１５０から照射される光のうちの紫外線を吸収するので、可視光のみを有効に利用できる。紫外線をセラミックス膜１１２によって吸収することにより、人体に有害な影響を与えることがある紫外線の放射を抑制できる。

本実施形態にかかるランプ１００Ａは、失透防止機能や紫外線吸収機能を有するセラミックス膜１１２に限定されず、他の機能を有するセラミックス膜を有することができる。

２．製造装置
本実施形態に係るランプの製造装置の一例について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態にかかる製造装置１０００の概略図である。

ランプの製造装置１０００は、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によってランプ本体１００の外壁にセラミックス膜を形成する製造装置である。製造装置１０００は、原料収容部１０と、原料収容部１０から供給された原料を含む処理ガスを形成する処理ガス生成部２０と、ランプ本体１００の外壁にセラミックス膜を形成する成膜部３０と、処理ガス供給管４６と、処理ガス排出管４８とを有する。処理ガス供給管４６は、処理ガス生成部２０から成膜部３０のチャンバ３２内に処理ガスを供給する。処理ガス排出管４８は、成膜部３０のチャンバ３２を通過した処理ガスを排出する。

原料収容部１０には、成膜されるセラミックス膜によって各種の原料が収容される。例えば、セラミックス膜をＭＯＣＶＤによって形成する場合には、原料収容部１０にはセラミックス膜の前駆体材料として有機金属化合物の溶液が収容される。

原料収容部１０には、窒素、アルゴンなどのキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管４０が接続されている。原料収容部１０と処理ガス生成部２０とは、原料を処理ガス生成部２０に供給するための原料供給管４２によって接続されている。また、処理ガス生成部２０には、酸化性ガス、例えば酸素、オゾンなどを供給するための酸化性ガス供給管４４が接続されている。図示の例では、酸化性ガス供給管４４は、処理ガス生成部２０に接続されているが、処理ガス供給管４６に接続されていてもよい。

処理ガス生成部２０で形成された処理ガスは、処理ガス供給管４６によって成膜部３０のチャンバ３２に供給される。

成膜部３０は、被処理体である複数のランプ本体１００を収容するチャンバ３２を有する。チャンバ３２は、複数のランプ本体１００を収容しかつ保持することができれば、構造は特に限定されない。図示の例の場合、チャンバ３２は、ランプ本体１００の少なくとも発光部（発熱部）１５０が密閉されていればよい。図示の例では、チャンバ３２の外壁によってランプ本体１００が支持されている。チャンバ３２におけるランプ本体１００の支持手段および密閉手段としては、公知の方法を用いることができる。チャンバ３２内では、処理ガスがランプ本体１００の周囲を円滑に流れるように構成される。また、チャンバ３２は、当該チャンバ３２内で、処理ガスの温度が断熱膨張でできるだけ低下しないように、必要最小限の体積を持つように形成されることができる。例えば、チャンバ３２は、処理ガスの流路が直線的になるようなパイプ状に形成されることができる。

なお、図１に示す例では、図示されていないが、必要に応じて、チャンバ３２を加熱する加熱部を有することができる。

本実施形態では、図４に示す処理ガス生成部２０を用いることができる。

処理ガス生成部２０は、複数のガス室部２４と、複数の連通管２５と、導入部２６と、加熱部２８と、を有する。

複数のガス室部２４は、図４に示す例では、７段に形成されているが、この数は特に限定されず、必要に応じて増減可能である。複数の連通管２５は、これら複数のガス室部２４のそれぞれを連結している。各段に配置される連通管２５の数は、特に限定されず、必要に応じて増減可能である。図５に示すように、ガス室部２４に対して、上下に隣り合う複数の連通管２５は、平面視において、重なっていないことができる。また、ガス室部２４に対して、上下に隣り合う複数の連通管２５は、平面視において、位置をずらして配置されていることができる。図示の例では、平面視において、ガス室部２４の中心に対して、４５度ずらして配置されている。なお、図５は、処理ガス生成部２０の要部を模式的に示す斜視図であり、便宜上、部材の数、サイズなどを簡略化して示している。ガス室部２４は、図示のように、例えば、平たい円柱管であることができる。また、連通管２５は、図示のように、例えば、細長い円柱管であることができる。ガス室部２４の平面視における径は、図示のように、連通管２５の平面視における径よりも大きい。なお、ガス室部２４および連通管２５の形状や大きさなどは、図示の例に限定されるわけではなく、必要に応じて変更可能である。

導入部２６には、原料および酸素ガスなどの処理ガスに必要なガスが導入される。導入部２６は、図示のように、例えば、円柱管であることができる。加熱部２８は、複数のガス室部２４および複数の連通管２５を加熱することができる。

なお、ガス室部２４および連通管２５は、例えば、図６に示すような形状および配置とすることもできる。図６は、処理ガス生成部２０の要部の変形例を模式的に示す斜視図であり、便宜上、部材の数、サイズなどを簡略化して示している。ガス室部２４は、図示のように、例えば、環状管であることができる。ガス室部２４の平面視における外径は、図示のように、連通管２５の平面視における径よりも大きい。図示の例では、ガス室部２４に対して、上下に隣り合う複数の連通管２５は、平面視において、ガス室部２４の中心に対して、４５度ずらして配置されている。最上段のガス室部２４は、複数（図示の例では６つ）の接続管３７によって、導入部２６と連結されている。導入部２６は、図示のように、例えば、下側が閉じている円柱管であることができる。接続管２７は、平面視において、導入部２６を中心として放射状に配置されている。なお、この変形例は一例であって、これに限定されるわけではない。

このような処理ガス生成部２０においては、原料ガスと酸化性ガスとが導入部２６に供給される。原料ガスは、キャリアガス供給管４０から供給されるキャリアガスによって、原料収容部１０から原料供給管４２を介して供給される。酸化性ガスは、酸化性ガス供給管４４を介して供給される。導入部２６内のガスは、最上段に配置されたガス室部２４に供給される。この際、導入部２６から噴射されたガスは、ガス室部２４の底面に衝突して拡散する。そして、ガスは、最上段のガス室部２４に連結された複数の連通管２５を介して、圧縮された状態でその下段に配置されたガス室部２４に供給される。この際にも、複数の連通管２５から噴射されたガスは、ガス室部２４の底面に衝突して拡散する。このようにして、導入部２６に導入されたガスは、最上段のガス室部２４から最下段のガス室部２４まで、ガス室部２４の底面での衝突と連通管２５での圧縮を繰り返して流れていくことができる。

ガス室部２４および連通管２５は、加熱部２８によって加熱されており、内部を流れるガスも加熱される。最上段のガス室部２４から最下段のガス室部２４まで流れたガスは、活性な酸化性および反応性を有する処理ガスとして、処理ガス供給管４６に供給される。

本実施形態にかかる製造装置によれば、以下の特徴を有する。

図１に示すように、成膜に用いられる処理ガスは、処理ガス生成部２０から被処理体であるランプ本体１００がセットされたチャンバ３２内に供給され、当該ランプ本体１００の外壁に熱ＣＶＤ法によってセラミックス膜１１２が形成される。

本実施形態で特徴的なことは、成膜部３０では、ランプ本体１００の発熱による熱を利用した熱ＣＶＤによりセラミックス膜１１２が形成される。したがって、セラミックス膜１１２は、発熱部（発光部）１５０の表面に自己整合的に形成される。このようにして形成されたセラミックス膜１１２は、ランプ本体１００の発光部１５０の温度に依存して形成されので、被処理体であるランプ本体１００の発熱量に応じて再現性の良い良好なセラミックス膜１１２を得ることができる。そして、熱ＣＶＤは、ランプ本体１００の発熱によって行われることから、チャンバ３２の温度制御が容易となる。このように本実施形態では、熱ＣＶＤで特に重要な温度制御が容易となり、しかもチャンバ３２の加熱に要するエネルギーが少なくても、良好なセラミックス膜を形成することができる。

本実施形態では、ランプ本体１００がセットされるチャンバ３２は、例えばパイプ状をなし、一般的なＣＶＤ装置におけるチャンバに比べて体積が小さくすることができる。その結果、チャンバ３２内での断熱膨張による処理ガス温度の低下を格段に少なくできる。この点からも、チャンバ３２の温度制御が容易で、しかも低エネルギーで成膜が可能となる。

本実施形態では、成膜部３０において、被処理体であるランプ本体１００を複数配置すれば、複数のランプ本体１００を同時に処理できる。

さらに、本実施形態では、処理ガス生成部２０として、上述した複数のガス室部２４と連通管２５とを有する装置（図４参照）を用いた場合には、活性な反応性を有する処理ガスを得ることができるので、通常の熱ＣＶＤ法を用いた場合に比べてより低温で良質のセラミックス膜１１２を得ることができる。

３．製造方法
次に、図１ないし図３を参照して、ランプ１００Ａの製造方法について説明する。本実施形態においては、製造装置１０００を用いて、以下のようにランプ本体１００の外壁にセラミックス膜１１２が形成される。
（Ａ） 被処理体である複数のランプ本体１００を成膜部３０のチャンバ３２にセットする。本実施形態では、ランプ本体１００の発光部１５０が少なくともチャンバ３２内に位置するようにセットされる。
（Ｂ） 原料収容部１０から、原料供給管４２を介して、窒素、アルゴンなどのキャリアガスによって原料、例えば有機金属化合物を処理ガス生成部２０に供給するとともに、酸化性ガス供給管４４を介して酸化性ガスを処理ガス生成部２０に供給する。処理ガス生成部２０によって、原料ガスと酸化性ガスを含む処理ガスが形成される。上述した図４に示す処理ガス生成部２０を用いることにより、処理ガスは活性な酸化性および反応性を有する。
（Ｃ） 処理ガス生成部２０から処理ガス供給管４６を経て、処理ガスを成膜部３０のチャンバ３２内に供給する。このとき、チャンバ３２として図１に示すような細いパイプ状のものを用いることにより、一般的なＣＶＤ装置のように被処理体よりかなり体積が大きいチャンバに比べて、処理ガスは無駄なく利用され、しかも断熱膨張による処理ガス温度の低下を格段に少なくできる。
（Ｄ） ランプ本体１００に電力を供給してこれを発光させ、発光部１５０から熱を発生させる。このように処理ガスの存在下で発光部１５０から熱を発生させることにより、熱ＣＶＤによってランプ本体１００の外壁にセラミックス膜１１２を形成する。そして、上述したように、チャンバ３２は、一般的なＣＶＤ装置におけるチャンバに比べて体積が小さく、断熱膨張による処理ガス温度の低下を格段に少なくできることから、温度制御が容易で、しかもチャンバ３２の加熱に要するエネルギーが少ない状態で良好なセラミックス膜１１２を形成することができる。
（Ｅ） チャンバ３２を通過した処理ガスは、処理ガス排出管４８から排出される。

以上のようにして、外壁にセラミックス膜１１２が形成されたランプ１００Ａを得ることができる。

本実施形態の製造方法によっても、上述した製造装置で述べたと同様な特徴を有する。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

本発明の実施形態にかかる製造装置を模式的に示す図。 本実施形態で用いられるランプ本体を模式的に示す図。 本実施形態の製造装置および製造方法を適用して形成されたランプを模式的に示す図。 本実施形態の成膜装置で用いられる処理ガス生成部を模式的に示す図。 図４に示す処理ガス生成部の要部を模式的に示す図。 図４に示す処理ガス生成部の要部の変形例を模式的に示す図。

符号の説明

１０ 原料収容部、２０ 処理ガス生成部、２４ ガス室部、２５ 連通管、３０ 成膜部、３２ チャンバ、４０ キャリアガス供給管、４２ 原料供給管、４４ 酸化性ガス供給管、４６ 処理ガス供給管、４８ 処理ガス排出管、１００ ランプ本体、１５０ 発光部、１００Ａ ランプ、１０００ 製造装置

Claims (13)

1. 発熱を伴う発光部を有するランプ本体と、
   前記ランプ本体の少なくとも前記発光部の外壁に形成されたセラミックス膜と、
   を含む、ランプ。
2. 請求項１において、
   前記セラミックス膜は、前記ランプ本体の失透防止機能を有する、ランプ。
3. 請求項１において、
   前記セラミックス膜は、紫外線吸収機能を有する、ランプ。
4. 請求項２において、
   前記セラミックス膜は、酸化イットリウム、酸化マグネシウムおよび酸化亜鉛から選択される少なくとも１種である、ランプ。
5. 請求項３において、
   前記セラミックス膜は、酸化チタンである、ランプ。
6. 化学的気相成長法によってランプ本体の外壁にセラミックス膜を形成するランプの製造装置であって、
   原料収容部と、
   前記原料収容部から供給された原料を含む処理ガスを形成する処理ガス生成部と、
   前記ランプ本体の外壁にセラミックス膜を形成する成膜部と、
   前記処理ガス生成部から前記成膜部のチャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給管と、
   前記チャンバ内を通過した処理ガスを排出する処理ガス排出管と、
   を含む、ランプの製造装置。
7. 請求項６において、
   前記成膜部は、さらに、前記ランプ本体を保持する保持部を有する、ランプの製造装置。
8. 請求項６または７において、
   前記処理ガス生成部は、
   間隔を空けて配置された複数のガス室部と、
   前記複数のガス室部のそれぞれを連結する複数の連通管と、
   前記複数のガス室部および前記複数の連通管を加熱する加熱部と、
   を有する、ランプの製造装置。
9. 請求項８において、
   前記ガス室部に対して、上下に隣り合う前記複数の連通管は、平面視において、重なっていない、ランプの製造装置。
10. 請求項６ないし９のいずれかにおいて、
    前記チャンバは、前記ランプ本体の発熱部を収容する、ランプの製造装置。
11. 化学的気相成長法によってランプ本体の外壁にセラミックス膜を形成する製造方法であって、
    前記ランプ本体を製造装置のチャンバ内にセットする工程と、
    少なくとも原料を処理ガス生成部に供給する工程と、
    前記処理ガス生成部から処理ガスを前記処理ガス供給管によって前記チャンバ内に供給する工程と、
    前記チャンバ内に前記処理ガスを流した状態で前記ランプ本体を点灯し、該ランプ本体の熱による化学的気相成長法によって前記ランプ本体の外壁にセラミックス膜を形成する工程と、
    前記チャンバを通過した処理ガスを前記処理ガス排出管から排出する工程と、
    を含む、ランプの製造方法。
12. 請求項１１において、
    前記ランプ本体は、前記チャンバ内に複数配列される、ランプの製造方法。
13. 請求項１１または１２において、
    前記処理ガス生成部は、複数のガス室部を有し、隣り合うガス室部は複数の連通管によって連結され、前記原料のガスは、前記ガス室部および前記連通管を経ることにより、圧縮と衝突を繰り返した状態で混合される、ランプの製造方法。

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