JP2009093941A - フィラメントランプおよび光照射式加熱処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一端に封止部31,32が形成された発光管30の内部に、コイル状のフィラメント41,42,43の両端に該フィラメントに電力を供給する一対のリード411、412、421、422,431,432が連結されてなる複数のフィラメント体が、各々のフィラメント41、42,43が発光管30の管軸に沿って伸びるよう配設され、各々のリードが封止部に配設された各々の導電性部材に対して電気的に接続されたフィラメントランプにおいて、各々のフィラメント41,42、43うち、少なくとも1つ(42)が単線からなると共に少なくとも2つ(41,43)が束ね線からなり、前記束ね線間に前記単線が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図3
Description
同図に示すように、フィラメントランプ100の発光管101の両端には、金属箔103a、103b、103c、103d、103e、103fが埋設された封止部102a、102bが形成されている。発光管101内には、コイル状のフィラメント104a、104b、104cとフィラメント104a、104b、104cに給電するためのリード105a、105b、105c、105d、105e、105fとから構成されるフィラメント体が3個配設されている。ここで、各フィラメント体は、発光管101内に複数配設された際、フィラメント104a、104b、104cが発光管101の長手方向に順次配置されるように構成されている。
同図に示すように、被処理体がSiのときは、1μmから1.2μmにかけて透過率が0%から100%に急激に変化する吸光度特性(光の波長に対する透過率)を有することが知られている。即ち、Siは1.1μm以下の波長の光を強く吸収し、1.1μmを超える波長の光を殆ど透過することが分かる。
第1の手段は、少なくとも一端に封止部が形成された発光管の内部に、コイル状のフィラメントの両端に当該フィラメントに電力を供給する一対のリードが連結されてなる複数のフィラメント体が、各々のフィラメントが発光管の管軸に沿って伸びるよう配設され、各々のリードが封止部に配設された各々の導電性部材に対して電気的に接続されたフィラメントランプにおいて、前記各々のフィラメントうち、少なくとも1つが単線からなると共に少なくとも2つが束ね線からなり、前記束ね線間に前記少なくとも1つの単線を設けたことを特徴とするフィラメントランプである。
第2の手段は、第1の手段において、前記束ね線は、撚られていることを特徴とするフィラメントランプである。
第3の手段は、第1の手段において、前記束ね線は、2ないし4本の素線からなることを特徴とするフィラメントランプである。
第4の手段は、第1の手段ないし第3の手段のいずれか1つの手段に記載されたフィラメントランプが、複数本並列配置されていることを特徴とする光照射式加熱処理装置である。
また、本発明によれば、束ね線を撚った撚り線にすることにより、単に素線を束ねた場合に比べてフィラメント単位長さ当たりの素線長を長くすることができるので、フィラメントの電気抵抗値を大きくし電力密度を上げることが可能となり、設計の自由度が広くなり色々な被処理体に対応できる。さらに、細い素線を用いてもフィラメントの剛性を向上させることができるので、フィラメントが自重で変形する不具合を防止することができる。
また、束ね線を5本以上にすると、他の束ね線に対向する外周面が増加してしまい、フィラメントの単位長さ当たりの質量に対する表面積が小さくなってしまう。このため、束ね線を2〜4本にすることにより、効率よく表面積を大きくしつつ不所望な質量の増加を防止することができ、電気抵抗値の不所望な低下を防ぐと共にフィラメントの自重による変形を防止することができる。
また、被処理体の外周縁側のゾーンに対応して配置された各々のフィラメントと、被処理体の中央側のゾーンに対応して配置された各々のフィラメントとは、フィラメントから放射される光の色温度(すなわちフィラメントの表面温度)が同一であることにより、被処理体に照射される光のスペクトルを同一にすることができ、被処理体の全域における光の吸収を均一にすることができる。
また、フィラメントランプを複数本並列配置した光照射式加熱処理装置を採用することにより、被処理体の急速加熱および均一加熱を実現することができる。
図1は、本実施形態に係る独立給電型のフィラメントランプが複数並列配置して構成された光照射式加熱処理装置の断面図、図2は、図1に示した光照射式加熱処理装置の紙面上方から複数並列配置されたフィラメントランプを介して被処理体を見た図である。
同図に示すように、フィラメントランプ1は、例えば、石英ガラス等の光透過性材料からなる直管状の発光管30を備え、発光管30の両端部において円柱状のシール用絶縁体33、34と発光管30とを溶着することによって気密に封止された封止部31、32が形成されている。発光管30の内部には、ハロゲンガスが封入され、コイル状のフィラメント41、42、43を有する複数のフィラメント体が発光管30の管軸方向に順次並んで配設されている。
図3に示したフィラメントランプ1の発光管30の両端に位置するフィラメント41、43は、図4(b)に示すような、単線の素線を複数本(例えば、4本)束ねた束ね線をコイル状に巻回したものである。また、発光管30の中央部に位置すると共に、束ね線からなるフィラメント41とフィラメント43との間には、図4(a)に示すような、単線をコイル状に巻回したフィラメント42が配設される。
束ね線からなるフィラメント41、43に連結されたリード411、412、431、432と内部リード413、414、433、434とは、図5(a)、(b)に示すように、内部リード413、414、433、434を折り返してリード411、412、431、432の端部をかしめることによって電気的に接続される。リード411、412、431、432と内部リード413、414、433、434との接続部では、図5(a)、(b)に示すように、リード411、412、431、432を構成する束ね線を分けて複数(例えば4本)の素線がそれぞれ内部リード413、414、433、434にかしめられている。
図5(a)、(b)に示した接続部の構成に代えて、図6に示すように、束ね線からなるフィラメント41、43のリード411、412、431、432と内部リード413、414、433、434との電気的接続は、束ねたまま内部リード413、414、433、434にかしめてもよい。
図4(b)に示した束ね線の構成に代えて、図7に示すように、束ね線からなるフィラメント41、43に撚り線を用いてもよい。即ち、フィラメント41、43は、素線を平行に並べた束ね線を、例えば、ねじるように撚った撚り線にし、この撚り線をコイル状に巻回したものである。撚った束ね線は単に素線を束ねた場合に比べて、フィラメント単位長さ当たりの素線長を長くすることができるので、フィラメントの電気抵抗値を大きくでき電力密度を上げることが可能となり、設計の自由度が広くなり種々の被処理体に対応できるようになる。また、細い素線を用いてもフィラメントの剛性を向上させることができるので、フィラメントが自重で変形する不具合を防止することができる。
図8(a)に示すように、束ね線を2〜4本の素線で構成することにより、フィラメント単位長さ当たりの質量に対して、発光管30の内壁に対向するフィラメント表面の表面積を好適に大きくすることができる。これは、図8(b)の比較例に示すように、5本以上の素線を束ねると、素線間で対向する表面積が増えるので、単位長さ当たりの質量に対して、発光管30の内壁に対向する表面積が2〜4本の束ね線よりも小さくなってしまう。つまり、5本以上の素線を束ねたフィラメントランプ1と2〜4本の素線を束ねたフィラメントランプ1の発光管30の内壁に対向する表面積を同一にした場合、5本以上の素線を束ねたフィラメントランプ1は単位長さ当たりの質量が大きくなってしまう。単位長さ当たりの質量が大きいと、フィラメント41、43が自重により変形してしまうおそれがある。
本発明の光照射式加熱処理装置2においては、被処理体7を加熱処理するとき、被処理体7の外周縁側に対応したゾーン(輪状ゾーン)Z1と被処理体7の中央部側に対応したゾーン(円状ゾーン)Z2との2つのゾーンに分割し、被処理体7に所定の温度分布が得られるように、各ゾーンZ1、Z2毎に各フィラメントランプ1k〜1tの点灯制御を行なう。本発明に係るフィラメントランプ1は、図9に示した各ゾーンZ1、Z2のフィラメントランプ1m〜1rに用いられる。即ち、外周縁側のゾーンZ1には、図3に示したフィラメントランプ1の束ね線からなるフィラメント41、43が配置され、その中央部のゾーンZ2には単線からなるフィラメント42が配置される。
このランプユニットは、フィラメントランプ1のフィラメントが束ね線のみからなるフィラメントランプ1ア〜1ウ、1ノ〜1ヒと、フィラメントランプ1のフィラメントが1つの束ね線と1つの束ね線の間に単線が配置されたフィラメントランプ1エ〜1オ、1ヌ〜1ネと、フィラメントランプ1のフィラメントが1つの束ね線と1つの束ね線との間に3つの単線が配置されたフィラメントランプ1カ〜1ニを示している。
図10は被処理体7が特に大きい場合に、中央部と外周縁部に加えてその中間に中間部を設けて3つの同心円状のゾーンY1、Y2、Y3とした場合の一例である。このように中央部を更に分割して中間部のゾーンY2を設けることにより、被処理体7が大きい場合に必要になる温度均―度の微調整が行える。中央部に配列されたフィラメントランプ1カ〜1ニはその内部に5つのフィラメント、その外側の中間部のフィラメントランプ1エ〜1オ、1ヌ〜1ネは3つのフィラメント、外周縁部に対応するフィラメントランプ1ア〜1ウ、1ノ〜1ヒは1つのフィラメントを各々配設している。この場合、5つのフィラメントが配設されたフィラメントランプでは、その中央の3つのフィラメントは通常の単線によるフィラメントで構成され、両端の2つのフィラメントが束ね線から構成されている。上述のように、中央部と中間部は温度の微調整を行うために分割されたゾーンY2、Y3であり、微調整に必要な電力差は数%程度であるので、中央部に対応したフィラメントと外周縁部に対応したフィラメントとの電力比のような大きな電力差は不要である。従って、中央部に対応したフィラメントも中間部に対応したフィラメントも単線からなるフィラメントとして構成し、電源部から供給される電力を微調することにより、フィラメントから放射される光の色温度を大きく変えることなく十分な温度の微調整を行うことができる。
2 光照射式加熱処理装置
3 石英窓
4 チャンバ
5 第1のランプユニット
6 第2のランプユニット
7 被処理体
8 反射鏡
9 冷却風ユニット
10 冷却風供給ノズル
11 吹出し口
12 冷却風排出口
13、14 固定台
15 導電台
16 保持台
17 電源部
18、19 電源供給ポート
20 処理台
21 温度測定部
22 温度計
23 温度制御部
24 主制御部
25 プロセスガスユニット
26 ガス供給ノズル
27 吹出し口
28 排出口
30 発光管
31、32 封止部
33、34 シール用絶縁体
41、42、43 フィラメント
411、412、421、422、431、432 リード
413、423、433、414、424、434 内部リード
415、416、425、426、435、436 金属箔
417、418、427、428、437、438 外部リード
1k〜1t フィラメントランプ
1ア〜1ヒ フィラメントランプ
S1 ランプユニット収容空間
S2 加熱処理空間
Z1、Z2 ゾーン
Y1〜Y3 ゾーン
Claims (4)
- 少なくとも一端に封止部が形成された発光管の内部に、コイル状のフィラメントの両端に当該フィラメントに電力を供給する一対のリードが連結されてなる複数のフィラメント体が、各々のフィラメントが発光管の管軸に沿って伸びるよう配設され、各々のリードが封止部に配設された各々の導電性部材に対して電気的に接続されたフィラメントランプにおいて、
前記各々のフィラメントうち、少なくとも1つが単線からなると共に少なくとも2つが束ね線からなり、前記束ね線間に前記少なくとも1つの単線が設けられていることを特徴とするフィラメントランプ。 - 前記束ね線は、撚られていることを特徴とする請求項1に記載のフィラメントランプ。
- 前記束ね線は、2ないし4本の素線からなることを特徴とする請求項1に記載のフィラメントランプ。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1つの請求項に記載のフィラメントランプが、複数本並列配置されていることを特徴とする光照射式加熱処理装置。
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