JP2010086721A - フィラメントランプ - Google Patents

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Abstract

【課題】 各々のフィラメント12a、12bに適切な引張力をかけて、非発光領域の位置や長さも精度よく決めて封止をすることができるフィラメントランプ1を提供すること。
【解決手段】 両端に封止部3a、3bが形成された発光管2と、前記発光管2の内部に管軸方向に順次並んで配設された複数のフィラメント12a、12bと、各フィラメント12a、12bの両端に連結された内部リード13a、13b、13c、13dと、前記内部リード13a、13b、13c、13dを狭持する各封止部3a、3bの近傍に設けられた保持部材4a、4bとを備えるフィラメントランプ1において、一方の保持部材4aから他方の保持部材4bまでのびる剛性体よりなる連結部材15が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体ウェハの加熱・太陽電池加熱又は液晶の加熱処理に用いられるフィラメントランプに関する。
半導体製造工程における光照射式加熱装置は、成膜、拡散、アニール等、広範囲に渡って利用されており、いずれの処理も板状の被処理物等の半導体ウェハを急速に加熱することができ、1000℃以上にまで数秒間〜数十秒間で昇温させるものである。近年は更に高速で昇温させることが要求されてきており、ランプに投入される電力が大電力化してきている。これはスパイクアニールと呼ばれており、200℃/秒を超える高速で昇温させ、目的温度に達したら直ちに冷却することが行われる。このスパイクアニールにより非常に薄い拡散層(シャロージャンクション)を形成させることができ、半導体素子の性能を向上させることができる。
また、加熱時、半導体ウェハの温度分布が不均一になると、半導体ウェハにスリップと呼ばれる現象、即ち、結晶転移の欠陥が発生し、不良品となるおそれがある。そこで光照射式加熱装置を用いて半導体ウェハを加熱処理する場合には、半導体ウェハの温度分布が均一になるように、加熱・高温保持・冷却する必要がある。温度分布を均一にする提案として、特開2006−279008号公報には1本の発光管に独立に給電可能な複数のフィラメントを具備したフィラメントランプが提案されており、これにより部分的にフィラメントに入力する電力を変えることができ、高均一な温度分布になるよう調整することができる。
図6は、従来のフィラメントランプ1を示す斜視図である。
両端が封止部3a、3bで気密に封止された直管状の発光管2内には、コイル状のフィラメント12a、12bが発光管2の管軸方向に伸びるよう順次に並んで配置され、各フィラメント12a、12bの両端には、それぞれ給電用の内部リード13a、13b、13c、13dが連結されている。
上記の各フィラメント12a、12bの内部リード13a、13b、13c、13dは、それぞれ両端の封止部3a、3bに延びて、個別に金属箔11a、11b、11c、11dを介して外部リード14a、14b、14c、14dに電気的に接続されている。
即ち、各フィラメント12a、12bの一端側の内部リード13a、13bはそれぞれ一端側封止部3aの金属箔11a、11bを介して、一端側の外部リード14a、14bに電気的に接続されている。
同様に、他端側の内部リード13c、13dはそれぞれ他端側封止部3bの金属箔11c、11dを介して、端側の外部リード14c、14dに電気的に接続されている。
特開2006−279008号公報
このようなフィラメントランプ1は、例えば、次のような手順で形成される。
まず、フィラメント12a、12bに内部リード13a、13b、13c、13dを連結し、さらに金属箔11a、11b、11c、11dと外部リード14a、14b、14c、14dとを接続してマウント挿入体を形成する。続いて、発光管2の内部にマウント挿入体を配置し、一方の封止部3aにて金属箔11a、11bを封止する。その後、外部リード14c、14dを引張って金属箔11c、11dが所定の位置にくるようにして、封止部3bを封止する。
外部リード14cと外部リード14dとを一緒に引張ると、フィラメント12a、12bのバネ定数や全長が互いに異なるときには、一方の経路に引張力がかかりすぎ、金属箔11c、11dが切れたり、溶接が剥がれたりする問題がある。そこで、外部リード14c、14dを強く引張らないで封止するように変更すると、引き量不足でフィラメント12a、12bがたわむ原因となる。
また、フィラメント12a、12bのバネ定数や全長に対応して、外部リード14cと外部リード14dとを別々に引張っても、封止部3bにおいて金属箔11c、11dを同一線上に並べて封止しなければならず、気密封止が難しくなるという問題がある。金属箔11c、11dにガラスが密着している領域は、内部リード11c、11dも外部リード14c、14dも溶接されていない一部だけなので、隣合う金属箔11c、11dの密着領域がずれてしまうと、封止が不完全になる恐れがある。
さらに、外部リード14cと外部リード14dとを一緒に引張る場合でも、別々に引張る場合でも、発光管2の内部にフィラメント12a、12bの配置される位置や、フィラメント12aとフィラメント12bとの間の非発光領域の位置や長さを精度よく決めることができないという問題がある。
本発明は、上記の問題点に鑑み、各々のフィラメントに適切な引張力をかけて、非発光領域の位置や長さも精度よく決めて封止をすることができるフィラメントランプを提供することを目的とする。
本願第1の発明は、両端に封止部が形成された発光管と、前記発光管の内部に管軸方向に順次並んで配設された複数のフィラメントと、各フィラメントの両端に連結された内部リードと、前記内部リードを狭持する各封止部の近傍に設けられた保持部材とを備えるフィラメントランプにおいて、一方の保持部材から他方の保持部材までのびる剛性体よりなる連結部材が設けられていることを特徴とする。
また、本願第2の発明は、第1の発明において、前記保持部材は、前記内部リードや前記連結部材の表面を当該内部リードの軸方向に滑らないことを特徴とする。
また、本願第3の発明は、第1または第2の発明において、前記保持部材と前記封止部との間に伸縮部材が配設されていることを特徴とする。
本願第1の発明によれば、一方の保持部材から他方の保持部材までのびる剛性体よりなる連結部材を設けることによって、保持部材と保持部材との間を一定の間隔に保つことができる。これより、フィラメントのバネ定数を選択し、内部リードの長さを設定することができ、フィラメントや内部リードにかかる引張力を適当な値にすることが可能となる。また、フィラメントと内部リードとの連結部の位置を決めることができるので、非発光領域の位置や長さも精度よく決めることができる。
本願第2の発明によれば、保持部材が、内部リードや連結部材の表面を当該内部リードの軸方向に滑らないように構成されているため、フィラメントや内部リードにかかる引張力を維持し、非発光領域も所定の位置や長さに維持することができる。
本願第3の発明によれば、保持部材と封止部との間に伸縮部材を配置することによって、点灯・消灯に伴う発光管と連結部材との線膨張による伸び量の違いを伸縮部材で吸収することができる。
図1は、第1の実施形態のフィラメントランプ1を示す斜視図である。
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発光管2を備える。発光管2の両端には金属箔11a、11b、11c、11dが埋設されたピンチシールにより封止部3a、3bが形成され、発光管内部が気密に封止されている。発光管2の内部には、例えばタングステンからなり、発光管2の軸方向において2つに分割して加熱照射できるように、2つのフィラメント12a、フィラメント12bが、同一軸上に発光管2の軸に沿って配設されている。
フィラメント12aは、一端側に金属箔11aに接続された内部リード13aが電気的に接続され、他端側に金属箔11dに接続された内部リード13dが電気的に接続されている。
フィラメント12bは、フィラメント12aと同様にして、一端側に金属箔11cに接続された内部リード13cが電気的に接続され、他端側に金属箔11bに接続された内部リード13bが電気的に接続されている。内部リード13bは、フィラメント12bの他端側に接続されている。
発光管2の内部の封止部3a、3b近傍には、絶縁体よりなる保持部材4a、4bが設けられている。保持部材4a、4bは、例えば一対の円柱状ガラスよりなり、その間にそれぞれ内部リード13a、13b、内部リード13c、13dが狭持される。また、内部リード13a、13b、13c、13dとは別に、フィラメント12a、12bのような弾性体を連結していない剛性体、例えばタングステン棒、よりなる連結部材15が、一方の保持部材4aから他方の保持部材4bまでをつないでいる。
剛性体よりなる連結部材15で2つの保持部材4a、4bを連結することによって、保持部材4aと保持部材4bとの間を一定の間隔に保つことができ、封止部3aから保持部材4aまでの位置や、封止部3bから保持部材4bまでの位置が決まれば、発光管2の内部に配置される部材の位置決めをすることができる。
すなわち、保持部材4aからのびる内部リード13aの長さが決まると、フィラメント12aと内部リード13aとの連結部の位置が決まる。また、保持部材4bからのびる内部リード13dの長さが決まると、フィラメント12aと内部リード3dとの連結部の位置が決まる。フィラメント12aは、両端の連結部の位置が決まるので、フィラメント12aの全長が決まる。さらに、フィラメント12aのバネ定数を決めれば、フィラメント12aや内部リード13a、13dにかかる引張力も決まる。
同様にして、保持部材4aからのびる内部リード13bの長さが決まると、フィラメント12bと内部リード13bとの連結部の位置が決まる。また、保持部材4bからのびる内部リード13cの長さが決まると、フィラメント12bと内部リード3cとの連結部の位置が決まる。フィラメント12bは、両端の連結部の位置が決まるので、フィラメント12bの全長が決まる。さらに、フィラメント12bのバネ定数を決めれば、フィラメント12bや内部リード13b、13cにかかる引張力も決まる。
したがって、一方の保持部材4aから他方の保持部材4bまでのびる剛性体よりなる連結部材15を設けることによって、フィラメント12a、12bのバネ定数を選択し、内部リード13a、13b、13c、13dの長さを設定して、フィラメント12a、12bや内部リード13a、13b、13c、13dにかかる引張力を適当な値にすることができる。また、フィラメント12a、12bと内部リード13a、13b、13c、13dとの連結部の位置を決めることができるので、非発光領域の位置や長さも精度よく決めることができる。
図2は、第1の実施形態のフィラメントランプ1における保持部材4aの拡大断面図であり、保持部材4aに対して垂直で、内部リード13aに平行に切断した断面を示す。
保持部材4aにおいて内部リード13a、13bと連結部材15とを固定して、保持部材4aが内部リード13a、13bの表面を当該内部リード13a、13bの軸方向に滑らないように構成しなければならない。保持部材4aの位置がずれてしまうと、フィラメント12a、12bや内部リード13a、13b、13c、13dにかかる引張力も変わってしまい、非発光領域の位置や長さも変わってしまうため、本発明の機能が発揮されなくなるからである。
内部リード13aは、保持部材4aに挟まれる箇所で上下につぶれて薄い板状になっており、その他の部分は円柱状になっている。保持部材4aは、内部リード13aの薄い板状部分を挟んでいるため、力が働いても左右に形成される太い部分が支えになるため、内部リード13aの表面を当該外部リード13aの軸方向に滑ることができない。また、内部リード13aは板状につぶれているので、保持部材4aが回転するような力も働かない。
図示されていないが、連結部材15も保持部材4aに挟まれる箇所で上下につぶれて薄い板状になっており、その他の部分は円柱状の線になっている。連結部材15は、保持部材4aから保持部材4bまでのびる部材であるが、板状部分の両端に円柱状の太い部分が形成して支えを設けたいので、保持部材4aより突出するように形成することが好ましい。両端の封止部3a、3bに接続する内部リード13a、13dとフィラメント12aの結合体は軸方向に伸びる方向に引張力が働いているので、保持部材4aも内部リード13aの表面を当該外部リード13aの軸方向に滑る可能性がある。保持部材4aが封止部3aの方に動いてしまうと、封止部3aにまでのびていない連結部材15は抜けてしまう。したがって、連結部材15を保持部材4aより突出するように形成し、封止部3a側に支えを形成して連結部材15が抜けないように構成している。
続いて、第1の実施形態のフィラメントランプ1の形成手順を説明する。
まず、内部リード13a、13b、13c、13dと連結部材15を所定の配置に並べ、一方を保持部材4aで狭持し、他方を保持部材4bで狭持する。予めこのような形態を作っておき、後から内部リード13a、13b、13c、13dの先端にフィラメント12a、12bを連結する。内部リード13a、13b、13c、13dの末端に金属箔11a、11b、11c、11dをそれぞれ溶接し、さらに、金属箔11a、11b、11c、11dの他端に外部リード14a、14b、14c、14dを溶接する。
このようにして形成された内部リード13a、13b、13c、13d、連結部材15、保持部材4a、保持部材4b、フィラメント12a、12b、金属箔11a、11b、11c、11d、外部リード14a、14b、14c、14dよりなるマウント挿入体を、発光管2の内部に挿入する。マウント挿入体が内部に配置された発光管2について、金属箔11a、11b、金属箔11c、11dがある箇所でそれぞれ封止し、封止部3a、3bが形成される。
以下に具体的な数値を例示する。
内部リード線径 :φ0.7mm〜1.0mm
連結部材線径 :φ0.7mm〜1.5mm
フィラメント 長さ :30mm〜2000mm
電力密度 :0.5w/mm〜25w/mm
図3は、第2の実施形態のフィラメントランプ1を示す斜視図である。
発光管2内には、3つのフィラメント24、25、26が管軸方向に並んで配置されている。各封止部3a、3bの直近に配置された2つのフィラメント24、26の両端にそれぞれ連結された内部リード24a、24b、26a、26bが、フィラメント24、26の直近の同一封止部方向に延在して、該封止部3a、3bで保持されるとともに、2つのフィラメント24、26の間に配置されたフィラメント25の両端に連結された内部リード25a、25bが、発光管2の軸方向において互いに異なる方向に延在して両端の各封止部3a、3bで保持されている。
詳細には、一端部の封止部3aに直近するフィラメント24の内部リード24a、24bは、封止部3aから延在してそれぞれフィラメント24の端部に接続されている。これら内部リード24a、24bは共に、同一の封止部3aにおいて金属箔21a、21bと接続するように保持されている。
一方、中央部に位置するフィラメント25の内部リード25a、25bはそれぞれ両端の封止部3a、3b方向に延在し、当該封止部3a、3bで金属箔22a、22bと接続するように保持されている。
他端側の封止部3bに直近するフィラメント26に関しても、上記フィラメント24と同様に、その内部リード26a、26bは他端部の封止部3b内で金属箔23a、23bと接続するように保持されている。
金属箔21a、21b、22a、22b、23a、23bには、それぞれ外部リード27a、27b、28a、28b、29a、29bが接続されている。
発光管2の内部の封止部3a、3b近傍には、絶縁体よりなる保持部材4a、4bが設けられている。保持部材4a、4bは、例えば一対の円柱状ガラスよりなり、その間にそれぞれ内部リード24a、24b、25a、内部リード25b、26a、26bが狭持される。また、内部リード24a、24b、25a、25b、26a、26bとは別に、フィラメント25、26、27のような弾性体を連結していない剛性体、例えばタングステン棒、よりなる連結部材30a、30bが、一方の保持部材4aから他方の保持部材4bまでをつないでいる。連結部材30aは、内部リード24b、26bよりも発光管2の近傍に配置され、連結部bは、内部リード25a、25bよりも発光管2の近傍に配置される。
一方の保持部材4aから他方の保持部材4bまでのびる剛性体よりなる連結部材30a、30bを設けることによって、保持部材4aと保持部材4bとの間を一定の間隔に保つことができる。これより、フィラメント24、25、26のバネ定数を選択し、内部リード24a、24b、25a、25b、26a、26bの長さを設定することができ、フィラメント24、25、26や内部リード24a、24b、25a、25b、26a、26bにかかる引張力を適当な値にすることが可能となる。また、フィラメント24、25、26と内部リード24a、24b、25a、25b、26a、26bとの連結部の位置を決めることができるので、非発光領域の位置や長さも精度よく決めることができる。
フィラメントランプ1は点灯中に1000℃程度になるので、フィラメント1の各構成部材は熱によりわずかではあるが膨張する。0℃から1000℃までの範囲において発光管2を構成する石英ガラスの線膨張係数は5×10−7/℃である。また、連結部材30a、30bを構成するタングステンの1027℃における線膨張係数は5×10−6/℃である。石英ガラスの線膨張係数の方がタングステンの線膨張係数より小さく、1000℃程度における石英ガラスの伸び量はタングステンの伸び量の10分の1程度になる。
連結部材30a、30bには弾性体が接続されていないので、保持部材4aから保持部材4bまでの長さは点灯に伴い連結部材30a、30bの伸び量、すなわちタングステンが線膨張する量だけ伸びる。一方、発光管2は石英ガラスが線膨張する量しか伸びないので、封止部3aから封止部3bまでの長さは、保持部材4aから保持部材4bまでの間ほどは伸びない。つまり、発光管2の内部に配置されている部材が、発光管2よりも大きく伸びるので、発光管2の内部でたわむ恐れがある。また、フィラメンランプ1の消灯時には、発光管2の内部に配置されている部材の方が大きく縮むので、断線する恐れもある。
そこで、保持部材4bと封止部3bとの間に伸縮部材31を配置し、点灯・消灯に伴う発光管2と連結部材30a、30bとの線膨張による伸び量の違いを伸縮部材31で吸収できるようにしている。このように伸縮部材31を介在させる事によって、発光管2の内部に配置されている部材がたわまないようにし、また、タングステンよりなる内部リード24a、24b、25a、25b、26a、26bが断線しないようにしている。
図4は、第2の実施形態のフィラメントランプ1における保持部材4aの拡大斜視図である。
内部リード24a、24b、25a、連結部材30a、30bは、保持部材4aに狭持される箇所で曲げられており、保持部材4aのフィラメント24側と、保持部材4aの封止部3a側とが一直線状に配置されないような構成になっている。したがって、保持部材4aは内部リード24a、24b、25a、連結部材30a、30bの表面を当該内部リード24a、24b、25aの軸方向に滑ることができず、管軸方向の位置が固定される。
なお、内部リード24a、24b、25a、連結部材30a、30bを、保持部材4aに挟まれる箇所ではなく、保持部材4aから封止部3a側に出る箇所で折り曲がるように構成して、保持部材4aを管軸方向に動かないように固定することもできる。このような構成にしても、連結部材30aを内部リード24bに隣接して平行に配置し、連結部材30bを内部リード25aに隣接して平行に配置し、連結部材30a、30bを2本配設しているので、保持部材4aが回転するような力も働かない。
図5は、第3の実施形態のフィラメントランプ1の発光管2の内部構造を説明するための一部斜視図である。フィラメントランプ1の両端の封止部3a、3bを除いた部分の斜視図を示す。
第3の実施形態のフィラメントランプ1は、連結部材40を除いて第1の実施形態に示すフィラメントランプ1と同様の構成を有する。第1の実施形態に示す連結部材15はタングステンよりなるリード線であるが、第3の実施形態に示す連結部材40は石英ガラスよりなるガラス管より形成される。
ガラス管よりなる連結部材40は、両端に保持部材4a、保持部材4bが当接するように配置される。内部リード13a、13dとフィラメント12aの結合体は、両端の封止部3a、3bに接続して軸方向に引張られているので、内部リード13a、13dとフィラメント12aとは軸方向に縮もうとする。内部リード13b、13cとフィラメント12bの結合体にも同様の引張力が働いている。したがって、保持部材4aと保持部材4bとの間隔の長さに応じて、ガラス管よりなる適当な長さを有する連結部材40を介在させることによって、保持部材4aと保持部材4bとの間を一定の間隔に保つことができる。
このような連結部材40を用いることによって、フィラメント12a、12bのバネ定数を選択し、内部リード13a、13b、13c、13dの長さを設定することができ、フィラメント12a、12bや内部リード13a、13b、13c、13dにかかる引張力を適当な値にすることが可能となる。また、フィラメント12a、12bと内部リード13a、13b、13c、13dとの連結部の位置を決めることができるので、非発光領域の位置や長さも精度よく決めることができる。長さが固定される。
第1の実施形態のフィラメントランプを示す斜視図 第1の実施形態のフィラメントランプにおける保持部材の拡大断面図 第2の実施形態のフィラメントランプを示す斜視図 第2の実施形態のフィラメントランプにおける保持部材の拡大斜視図 第3の実施形態のフィラメントランプの発光管の内部構造を説明するための一部斜視図 従来技術にかかるフィラメントランプを示す斜視図
符号の説明
1 フィラメントランプ
2 発光管
3a、3b 封止部
11a、11b、11c、11d 金属箔
12a、12b フィラメント
13a、13b、13c、13d 内部リード
14a、14b、14c、14d 外部リード
15 連結部材
21a、21b、22a、22b、23a、23b 金属箔
24、25、26 フィラメント
24a、24b、25a、25b、26a、26b 内部リード
27a、27b、28a、28b、29a、29b 外部リード
30a、30b 連結部材
31 伸縮部材
40 連結部材

Claims (3)

  1. 両端に封止部が形成された発光管と、前記発光管の内部に管軸方向に順次並んで配設された複数のフィラメントと、各フィラメントの両端に連結された内部リードと、前記内部リードを狭持する各封止部の近傍に設けられた保持部材とを備えるフィラメントランプにおいて、
    一方の保持部材から他方の保持部材までのびる剛性体よりなる連結部材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。
  2. 前記保持部材は、前記内部リードや前記連結部材の表面を当該内部リードの軸方向に滑らない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。
  3. 前記保持部材と前記封止部との間に伸縮部材が配設されていることを特徴とする請求項1または2に記載のフィラメントランプ。
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