JP2010033798A

JP2010033798A - フィラメントランプ

Info

Publication number: JP2010033798A
Application number: JP2008193234A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Nakajima; 明信中島; Shinji Taniguchi; 真司谷口
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2028-07-28
Also published as: TW201012287A; KR20100012809A; EP2154707A2; CN101640164A; CN101640164B; EP2154707A3; KR101255409B1; US8488953B2; US20100021147A1; JP5315833B2

Abstract

【課題】ランプ自体の寸法を大きくすることなく、複数の独立的な給電経路を有するフィラメントランプを提供すること。
【解決手段】この発光部１０の両端にフィラメントＦの数に対応した金属箔３０が並ぶように埋設された封止部２０とから構成されるとともに、各フィラメントＦには独立的に給電ができる。そして、封止部２０は、端部から突出する外部リード４０と、この外部リード４０を覆うとともに、先端が当該封止部２０と一体的にシールされたガラスパイプ６０を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明はフィラメントランプに関する。特に、被処理体を加熱するためのフィラメントランプに関する。

太陽電池の製造工程には、Ｐ型半導体を拡散させる熱拡散工程や、電極材となる銀ペーストを焼成させる焼成工程がある。両工程とも熱拡散炉や焼成炉を使って、半導体ウエハやガラス基板を、例えば８００℃〜９００℃という高温まで加熱処理させる。

一方、このような加熱処理装置では、場所によって温度差を生じさせないために、被処理体を均一に加熱しなければならない。このため、光源であるフィラメントランプも、発光管の内部に複数の給電経路を持ち、各経路に対して、独立的に所望の給電ができる構造が提案されている（特許文献１）。
また、この種のフィラメントランプは、発光管内部に複数の給電経路を有する関係上、ランプの封止部にも、当該給電経路の数に対応した数の端子を用意しなければならない。

しかしながら、上記した太陽電池の製造工程では、被処理体に対する加熱温度がより高温化しており、ランプへの供給電力もより高度化している。その一方で、ランプの寸法自体は大きくすることができず、むしろ小型化の要請が強い。
すなわち、多数の独立した給電構造のフィラメントランプであって、寸法を大型化させることなく、かつ、高入力化に応えられるだけの構造が求められる。

特開２００６−２７９００８号公報

ランプ自体の寸法を大きくすることなく、高入力化に応えられるだけの複数の独立的な給電経路を有するフィラメントランプを提供することである。

この発明に係るフィラメントランプは、軸方向に分割された複数のフィラメントを有する長尺状の発光部と、この発光部の両端にフィラメントの数に対応した金属箔が並ぶように埋設された封止部とから構成されるとともに、各フィラメントには独立的に給電ができる。そして、前記封止部は、端部から突出する外部リードと、この外部リードを覆うとともに、先端が当該封止部と一体的にシールされたガラスパイプを有することを特徴とする。

また、発光部には少なくとも３つ以上のフィラメントを有し、一方の端部に配置されたフィラメントＦ２に対する２つの外部リードは、ともに、当該フィラメントＦ２に近い封止部に形成されており、他方の端部に配置されたフィラメントＦ３に対する２つの外部リードは、ともに、当該フィラメントＦ３に近い封止部に形成されていることを特徴とする。

図１は本発明に係るフィラメントランプの全体構成を示す。
ランプＬは長尺状の発光部１０と、その両端に形成された封止部２０（２０ａ，２０ｂ）より構成され、全体として管型形状をなしている。発光部１０の内部は気密空間が形成されており、発光部１０の軸方向に伸びる複数のフィラメントＦ（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）を有しており、フィラメントＦ１、フィラメントＦ２、フィラメントＦ３が、それぞれ電気的に完全に分離されている。具体的には、発光部１０の中央には、フィラメントＦ１が配置しており、発光部１０の一端（封止部２０ａに近い端部）にはフィラメントＦ２が配置しており、発光部１０の他端（封止部２０ｂに近い端部）にはフィラメントＦ３が配置している。フィラメントＦ１、フィラメントＦ２、フィラメントＦ３は、発光部１０の中心軸に平行に、かつ一直線に並んで配置している。

封止部２０（２０ａ，２０ｂ）には、フィラメントＦの数に対応した金属箔３０（３１ａ，３２ａ，３３ａ，３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ）が埋設される。具体的には、封止部２０ａには、フィラメントＦ１に対応した金属箔３１ａ、フィラメントＦ２に対応した金属箔３２ａ、フィラメントＦ２に対応した金属箔３３ａが埋設しており、また、封止部２０ｂには、フィラメントＦ１に対応した金属箔３１ｂ、フィラメントＦ３に対応した金属箔３２ｂ、フィラメントＦ３に対応した金属箔３３ｂが埋設している。

金属箔３０には、ランプの外方に向けて伸びる外部リード４０（４１ａ,４２ａ，４３ａ，４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ）と、発光部１０の内部に向けて伸びる内部リード５０（５１ａ,５２ａ,５３ａ，５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ）がそれぞれ接続されている。具体的には、金属箔３１ａには外部リード４１ａと内部リード５１ａが接続されており、金属箔３２ａには外部リード４２ａと内部リード５２ａが接続されており、金属箔３３ａには外部リード４３ａと内部リード５３ａが接続されている。また、金属箔３１ｂには外部リード４１ｂと内部リード５１ｂが接続されており、金属箔３２ｂには外部リード４２ｂと内部リード５２ｂが接続されており、金属箔３３ｂには外部リード４３ｂと内部リード５３ｂが接続されている。

従って、外部リード４１ａ、金属箔３１ａ、内部リード５１ａ、フィラメントＦ１、内部リード５１ｂ、金属箔３１ｂ、外部リード４１ｂにより一つの独立した通電経路が形成されており、外部リード４１ａと外部リード４１ｂに所定の電力を供給することでフィラメントＦ１が発光する。同様に、外部リード４２ａ、金属箔３２ａ、内部リード５２ａ、フィラメントＦ２、内部リード５３ａ、金属箔３３ａ、外部リード４３ａにより一つの独立した通電経路が形成されており、外部リード４２ａと外部リード４３ｂに所定の電力を供給することでフィラメントＦ２が発光する。さらに、外部リード４２ｂ、金属箔３２ｂ、内部リード５２ｂ、フィラメントＦ３、内部リード５３ｂ、金属箔３３ｂ、外部リード４３ｂにより一つの独立した通電経路が形成されており、外部リード４２ｂと外部リード４３ｂに所定の電力を供給することでフィラメントＦ３が発光する。
このように、本実施例に係るフィラメントランプは、一方の端部に配置されたフィラメントＦ２に対する外部リード４２ａと外部リード４３ａは、ともに、当該フィラメントＦ２に近い封止部２０ａから突出するように形成されており、また、他方の端部に配置されたフィラメントＦ３に対する２つの外部リードは４２ｂと外部リード４３ｂは、ともに、フィラメントＦ３に近い封止部２０ｂから突出するように形成されている。

上記フィラメントランプについて、一例をあげると、中央に配置されたフィラメントＦ１は、例えば３ＫＷの給電が行われ、端部に配置されたフィラメントＦ２とフィラメントＦ３には、例えば６００Ｗの給電が行われる。なお、フィラメントＦ１、フィラメントＦ２、フィラメントＦ３は同時に点灯させる場合もあれば、いずれかのフィラメントは点灯させるものの他のフィラメントは消灯させるという使い方も存在する。

フィラメントＦは、例えば、タングステン素線を密に巻回してコイル形状にしたものである。また、発光部１０には臭素（Ｂｒ）や塩素（Ｃｌ）などのハロゲンとともに、アルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ２）などの不活性ガスが封入されている。なお、図示略ではあるが、フィラメントＦや内部リード５０を支持するアンカーを設けてもよく、また、内部リード５０に対して絶縁部材を被覆させてもよい。本発明に係るフィラメントランプの構造については、本出願人の先願である特願２００８−８２４５８号が参照される。

図２は封止部２０ｂの拡大図を示し、図１と同一方向から眺めた状態を示す。外部リード４０にはそれぞれガラスパイプ６０（６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ）が取り付けられる。ガラスパイプ６０は、外部リード４０の外表面と接触することなく、かつ、外部リード４０を覆うように形成されているので、隣り合う外部リード４０同士の沿面距離は長くなる。具体的に言えば、外部リード４１ｂと外部リード４２ｂの沿面距離は、図示のように、外部リード４１ｂのガラスパイプ６１ｂの内部における長手方向の距離Ｌ１（接触していない部分の距離）の２倍と、外部リード４２ｂのガラスパイプ６２ｂの内部における距離Ｌ２（接触していない部分の距離）の２倍と、さらに、外部リード４１ｂと外部リード４２ｂの各外部リードの伸びる方向に直交する方向の離間距離Ｗ１の総和にほぼ等しくなる。同様に、外部リード４２ｂと外部リード４３ｂの沿面距離は、外部リード４２ｂのガラスパイプ６２ｂの内部における長手方向の距離Ｌ２（接触していない部分の距離）の２倍と、外部リード４３ｂのガラスパイプ６３ｂの内部における距離Ｌ３（接触していない部分の距離）の２倍と、さらに、外部リード４２ｂと外部リード４３ｂの各外部リードの伸びる方向に直交する方向の離間距離Ｗ２の総和にほぼ等しくなる。従って、例えば、前記したように３ＫＷという高入力の給電を行う場合であっても、外部リード同士の沿面距離が長くなるので、沿面放電を良好に防止できる。

図３は封止部２０の部分拡大図を示し、図２に示すＡ方向から眺めた状態を示す。封止部２０の端部から突出する外部リード４０に対応してガラスパイプ６０が設けられる。なお、図３においては、紙面の上下方向に金属箔３０、外部リード４０およびガラスパイプ６０が３つ並ぶことになる。ガラスパイプ６０は、内面において外部リード４０と接触することなく離れている。

ここで、長尺状の発光部を有するいわゆる‘両端封止型フィラメントランプ’の場合（例えば、特開２００１−２１０２８０号など）、一般には、一つの封止部からは一つの外部リードしか突出していないため、隣り合う外部リード同士で沿面放電を生じるという問題はそもそも発生しえない。また、封止部を一つしか有していない、いわゆる‘一端封止型フィラメントランプ’の場合（例えば、実開平１−１６１５４８号の図５）は、一つの封止部から２つの外部リードが突出しているが、このような構造はそもそも同一の給電経路を構成する外部リード同士にすぎず、また、電位差も小さいことから沿面放電という問題が生じていなかった。一方、本願発明に係るフィラメントランプは、独立した給電経路を構成する端子（外部リード）が、一つの封止部の中に少なくとも３つ以上並んで形成されるものであるから、隣り合う外部リード同士の沿面放電は顕著な問題となる。従って、本願発明は、一つの封止部に少なくとも３つ以上の外部リードを形成しており、また、複数の独立した給電経路を構成するものに特に適用される。

さらに、本発明に係るフィラメントランプは、前記したように、ガラスパイプ６０の封止部側先端が、封止部２０を構成する材料と一体的にピンチシール（封止）しているので、ガラスパイプ６０を構成する石英ガラスと、封止部２０を構成する石英ガラスが溶融して事実上一体物になっている。すなわち、封止部に凹部を設けて、単に、パイプ状のガラスを当該凹部に差し込むような構造ならば、当該パイプと凹部の間に生ずる隙間から沿面放電を生じる可能性があるが、本願発明はこのような隙間が全く存在しないので、隙間を介在した沿面放電を完全に防止できる。

前記フィラメントランプについて、数値例をあげると、封止部の幅方向の長さは13ｍｍ〜18ｍｍの範囲から選択される数値であって、例えば18ｍｍであり、外部リード同士の離間距離Ｗは5ｍｍ〜7ｍｍの範囲から選択される数値であって、例えば6ｍｍである。また、外部リードのガラスパイプの内部における長手方向の距離Ｌ（接触していない部分の距離）は5ｍｍ〜15ｍｍの範囲から選択される数値であって、例えば10ｍｍであり、ガラスパイプの外径はφ13ｍｍ、内径はφ10.5ｍｍである。従って、沿面距離は、例えば26ｍｍとなる。

図４は本発明に係るフィラメントランプの他の実施例を示す。図１に示すフィラメントランプは独立給電可能なフィラメントを３つ有していたのに対し、図４に示すフィラメントランプは４つ有する点で相違する。発光部１０の中央には、フィラメントＦ１１とフィラメントＦ１２が配置しており、発光部１０の一端（封止部２０ａに近い端部）にはフィラメントＦ２が配置しており、発光部１０の他端（封止部２０ｂに近い端部）にはフィラメントＦ３が配置している。フィラメントＦ１１、フィラメントＦ１２、フィラメントＦ２、フィラメントＦ３は、発光部１０の中心軸に平行に並んで配置している。このような構造のフィラメントランプであっても、封止部から突出する外部リードには、図２及び図３に示した構造のガラスパイプが形成されている。なお、フィラメント数が４本の場合のランプ構造についても、本出願人の先願である特願２００８−８２４５８号の図４が参照される。

図５は本発明に係るフィラメントランプの他の実施例を示す。図１や図４に示すフィラメントランプでは、一方の封止部の近傍に配置されたフィラメントに対する外部リードは、当該封止部から外方に突出する構造であったが、本実施例の構造では、一方の封止部に形成された複数の外部リードは、全て異なるフィラメントに対するものとなっている。具体的には、封止部２０ａに埋設された３枚の金属箔は、それぞれフィラメントＦ１、フィラメントＦ２、フィラメントＦ３に対するものであり、また、封止部２０ｂに埋設された３枚の金属箔も、それぞれフィラメントＦ１、フィラメントＦ２、フィラメントＦ３に対するものである。従って、フィラメントから見ると、全てのフィラメントは、一方の端子が封止部２０ａから突出しており、他方の端子が封止部２０ｂから突出する構造となる。このような構造のフィラメントランプであっても、封止部から突出する外部リードには、図２及び図３に示した構造のガラスパイプが形成されている。なお、この構造の場合、フィラメントは２つであってもかまわない。

図６は本発明に係るフィラメントランプが使われる加熱処理装置の概略構成を示す。
処理装置（チャンバ）の内部には被処理体が配置しており、被処理体の表面に対向してフィラメントランプＬ１（ランプＬ１１，ランプＬ１２、ランプＬ１３、ランプＬ１４、ランプＬ１５）が配置しており、また、被処理体の裏面に対向してフィラメントランプＬ２（ランプＬ２１，ランプＬ２２、ランプＬ２３、ランプＬ２４、ランプＬ２５）が配置している。処理装置には真空ポンプが接続しており、内部空間を減圧雰囲気に維持している。被処理体は支持体により保持されている。
このように減圧雰囲気内において、ランプが配置される場合、外部リードには絶縁剤などを被覆することはできないので、本発明に係るガラスパイプを採用することは特に有用である。また、一般に、減圧雰囲気においては、パッシュンの法則により、特定の圧力雰囲気において沿面放電が生じやすい状態になる。本発明のようなフィラメントランプの場合は、例えば３Ｐａ〜２０００Ｐａ気圧において、沿面放電が生じやすく、このため本願発明に係るガラスパイプは有用である。

本発明において「フィラメントの数に対応した金属箔」とは、必ずしも、フィラメントの数と同数の金属箔を設けるという意味ではなく、例えば、図１におけるフィラメントＦ１を長手方向に分割させて複数のフィラメントとしてもよい。

本発明に係るフィラメントランプの全体構成を示す。本発明に係るフィラメントランプの封止部の構成を示す。本発明に係るフィラメントランプの封止部の構成を示す。本発明に係るフィラメントランプの他の実施例を示す。本発明に係るフィラメントランプの他の実施例を示す。本発明に係るフィラメントランプを使った処理装置を示す。

符号の説明

１０発光部
２０，２０ａ，２０ｂ封止部
３，３１ａ，３２ａ，３３ａ，３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ金属箔
４，４１ａ、４２ａ，４３ａ，４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ外部リード
５，５１ａ，５２ａ，５３ａ，５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ内部リード
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３フィラメント
６,６１ａ，６２ａ，６３ａ，６１ｂ，６２ｂ，６３ｂガラスパイプ

Claims

軸方向に分割された複数のフィラメントを有する長尺状の発光部と、この発光部の両端にフィラメントの数に対応した金属箔が並ぶように埋設された封止部とから構成されるとともに、各フィラメントに独立的に給電ができるフィラメントランプにおいて、
前記封止部は、
端部から突出する外部リードと、
この外部リードを覆うとともに、先端が当該封止部と一体的にシールされたガラスパイプを有することを特徴とするフィラメントランプ。
前記発光部には少なくとも３つ以上のフィラメントを有し、
一方の端部に配置されたフィラメントＦ２に対する２つの外部リードは、ともに、当該フィラメントＦ２に近い封止部に形成されており、
他方の端部に配置されたフィラメントＦ３に対する２つの外部リードは、ともに、当該フィラメントＦ３に近い封止部に形成されていることを特徴とする請求項１のフィラメントランプ。