JP2020061296A - 加熱ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】加熱ランプを大型化することなく、加熱対象領域内に対する加熱の均一性を高めた、加熱ランプを提供する。【解決手段】加熱ランプ１は、光に対して透過性を示す発光管１０と、発光管１０の端部側に位置する第一巻回部１１ａと、第一巻回部１１ａよりも発光管１０の中央部側に位置し、第一巻回部１１ａの巻回密度よりも低密度で巻回された第二巻回部１１ｂとを含んで構成されているフィラメント１１と、発光管１０の管軸方向から見たときの、発光管１０の壁面の一部に形成された反射膜３１ａとを備える。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、加熱ランプに関し、特に加熱対象物に対して光を照射することで加熱する加熱ランプに関する。

従来、製造プロセスにおいて加熱対象物（以下、「ワーク」と称する。）の熱処理を行う装置の一つとして、封体内にフィラメントを有する加熱ランプを用いた加熱装置が知られている。当該加熱装置は、光を照射することで加熱する方式であるため、加熱対象物に対して非接触での加熱が可能である。このため、かかる加熱装置によれば、加熱対象物へのパーティクルの付着等の懸念が少ない装置を構成でき、印加電圧の調整によって温度制御も容易であるという特徴がある。

ワークの熱処理は、同一面内における特性の偏りやばらつきを抑制するために、面全体を所定の温度範囲内で均一に加熱することが求められている。特に近年では、ワークの大型化や高精細化に伴い、ワーク全体を均一に加熱できる加熱ランプが期待されている。

以前は、加熱ランプの大きさに対してワークは十分小さかった。このため、フィラメントから出射される光の強度が安定している、加熱ランプの中央部側から出射される光をワークに対して照射して、ワークを加熱していた。すなわち、加熱温度が均一な領域を使用してワークを加熱していたため、加熱対象領域内での加熱温度差を気にすることは少なかった。しかし、ワークが大型化しながらも、加熱ランプの大型化を抑制したいという上述の期待から、加熱ランプの中央部側のみならず端部側から出射される光についても、ワークの加熱に使用することが検討されている。

しかし、一定の間隔で巻回されたフィラメントを用いた加熱ランプでは、中央部側に対して端部側で加熱温度が低くなってしまうことが知られている。そこで、下記特許文献１には、フィラメントの巻回の密度や径の大きさを調整し、中央部側に対して端部側の光強度を高くすることによって、加熱対象領域内の加熱温度を均一化させるための構成が記載されている。

特許第５２６７７６５号公報

従来の加熱装置は、棒状の加熱ランプを同一平面上に配列して加熱ユニットを構成するものが多い。図６は、従来の加熱ユニット１１０の模式的な上面図である。図６に示す加熱ユニット１１０は、複数の加熱ランプ１００を同一平面上（ＸＹ平面上）に配列して構成されている。ワーク１１１と反射板１２０については、以下の図７の説明において述べる。なお、図６では、Ｘ方向に延伸してなる加熱ランプ１００が、相互に離間した状態でＹ方向に複数配置されている場合が図示されている。

図７は、図６の加熱ユニット１１０を、Ｙ方向、すなわち加熱ランプ１００の配列方向から見た図面である。加熱ユニット１１０の中央を原点として、ワーク１１１の配置方向（図７に示す−Ｚ方向）とは反対側（図７に示す＋Ｚ方向）に、反射板１２０が配置されている。加熱ランプ１００は、フィラメントを含み、例えば赤外光を出射する。反射板１２０は、各加熱ランプ１００から反射板１２０の方向（＋Ｚ方向）に出射された光を、ワーク１１１の方向（−Ｚ方向）へ反射させることで、前記光を無駄なくワーク１１１へ照射する目的で配置されている。

図６に示す加熱ユニット１１０は、加熱ランプ１００の配列方向（Ｙ方向）と管軸方向（Ｘ方向）において加熱温度差の課題が生じる。ただし、Ｙ方向においては、各加熱ランプ１００が独立しているため、例えば各加熱ランプ１００に対する供給電力量を個別に制御することで各加熱ランプ１００に応じて光強度を調整できるため、加熱温度の調整は比較的容易である。しかし、Ｘ方向においては、前記の方法を採用することができないため、加熱温度の均一化を図ることが難しい。

図８は、図７に図示した加熱ランプ１００の構成を詳細に示した図面である。図８に示すように、加熱ランプ１００は、光の出射経路に影響を与えない透光性材料からなる発光管１０１と、この発光管１０１内部に配置された、一定の間隔で巻回されたフィラメント１０２を含む。

ここで、説明の便宜のため、フィラメント１０２の各巻回位置から、発光管１０１の径方向に対して、模式的に出射角θで光が出射されるとする。そして、Ｘ方向において加熱ランプ１００とほぼ同じ長さのワーク１１１を加熱する場合を想定する。このとき、図８に示すように、ワーク中央部１１１ｂ側では、一様に光が照射され、均一な加熱が可能である。しかし、ワーク１１１に到達する光の強度は、ワーク端部１１１ａ側に近づくにつれて減少してしまう。

そこで、加熱ランプ１００のフィラメント１０２が、加熱ランプ１００の中央部側と端部側において異なる密度で巻回されている加熱ランプが検討されている。しかしながら、本発明者らの鋭意研究により、この特許文献１に記載された方法でも、ワーク１１１に対する加熱の均一性を高めるには限界があることを見出した。以下、この内容について説明する。

図９は、高密度巻回部１０３ａと低密度巻回部１０３ｂを含んで構成されたフィラメント１０３を備えた加熱ランプ１００の模式的な平面図である。図９に示すように、加熱ランプ１００の中央部側に低密度巻回部１０３ｂが配置され、端部側に高密度巻回部１０３ａが配置されている。

図８との比較のため、図９においても、発光管１０１の径方向に対して、模式的に出射角θで光が出射されるものとする。そして、Ｘ方向において加熱ランプ１００とほぼ同じ長さのワーク１１１を加熱する構成を想定する。

図９に示すように、高密度巻回部１０３ａと低密度巻回部１０３ｂを含んで構成されたフィラメント１０３は、加熱ランプ１００の端部側（高密度巻回部１０３ａ）における光強度が、中央部側（低密度巻回部１０３ｂ）における光強度よりも高い。この結果、ワーク１１１の面上において、加熱ランプ１００の中央部側からの出射光が照射される領域と、端部側からの出射光が照射される領域とで、照度の差が小さくなり、加熱対象領域内の加熱温度差を均一化させることができる。

ところが、単に加熱ランプ１００の端部側におけるフィラメント１０３の巻回の間隔を小さくするだけでは、ワーク１１１の中央部に比べると、依然としてワーク１１１の末端に届く光の強度は低い。これは、フィラメント１０３の巻回の間隔を小さくすることには物理的な限界があるためである。そのため、ワーク端部１１１ａでは末端に向けて温度が下がってしまう。つまり、ワーク１１１の中央部から末端まで広い範囲にわたって加熱温度を均一化させるためには、ワーク端部１１１ａに照射する光の強度をワーク中央部１１１ｂに照射する光の強度に対して大きくすることが必要となる。

しかし、フィラメント１０３の径の大きくすることや、フィラメント１０３の巻回を多重にすることは、加熱ランプ１００の大型化につながるため好ましくない。従って、加熱対象領域内において熱処理に必要な加熱温度を維持し、かつワークの全体にわたって期待される温度差以内とすることは、フィラメントの巻回の密度や径の大きさを調整するだけでは困難であることがわかった。

本発明は、上記課題に鑑み、加熱ランプを大型化することなく、加熱対象領域内に対する加熱の均一性を高めた、加熱ランプを提供することを目的とする。

本発明に係る加熱ランプは、
光に対して透過性を示す発光管と、
前記発光管の端部側に位置する第一巻回部と、前記第一巻回部よりも前記発光管の中央部側に位置し、前記第一巻回部の巻回密度よりも低密度で巻回された第二巻回部とを含んで構成されているフィラメントと、
前記発光管の管軸方向から見たときの、前記発光管の壁面の一部に形成された反射膜とを備えることを特徴とする。

上記加熱ランプは、光に対して透過性を示し、管軸方向から見たときの壁面の一部に反射膜が形成されている発光管を備える。発光管の内部の配置されるフィラメントから出射される光は、壁面に反射膜が形成されている部分を除いては、そのまま発光管の外部に出射される。反射膜が形成されている部分に到達した光は、反射膜によって反射され、反射膜が形成されていない開口部分から出射される。

従って、発光管の内部に配置されているフィラメントから出射する光は、反射膜によって発光管から出射される光の進行方向が調整される。

なお、本発明者らの鋭意研究により、加熱ランプの外側に反射板を設けた場合、反射板がない場合と比較して、加熱対象物（ワーク）の面上の温度が中央部側と端部側とで差が拡大することを新たに見出した。この点は「発明の詳細な説明」の項で後述される。本発明の加熱ランプを用いて加熱ユニットを構成する場合には、反射板の配置が不要となるため、ワークの中央部側と端部側とでの温度差を縮小しながらも、加熱装置全体の小型化に寄与することができる。

また、加熱装置に配置される反射板は、発光管から出射される光によって温度が上昇するため、加熱装置と反射板との間に断熱材が必要となることもある。しかし、発光管の壁面に設けられた反射膜によって、発光管からワーク側にのみ出射するように構成すれば、加熱装置内におけるワーク以外の温度上昇の懸念が少なくなる。

さらに、反射板は加熱ランプに近づけると、加熱ランプによって加熱され膨張する。その場合、加熱装置内の反射板の固定部等が破損してしまうことを防ぐために、膨張を吸収する構造をとる必要があるが、このような構造を採用することにより装置の複雑化や大型化を招く。このため、反射板は加熱ランプに対して近づけることのできる限界が存在する。このことは、反射板が加熱ランプからある程度の距離だけ離間させた位置に配置する必要があることを意味し、反射板から反射された光が広範囲に広がってしまい、ワーク端部以外の領域にも照射されてしまう。つまり、ワークの中央部と端部の照度差を十分につけることができなくなり、ワークの温度差を改善する効果が十分に得られない。詳細については図１Ａの説明にて後述する。

発光管の壁面に反射膜を形成することによって、反射板が不要となるため、加熱装置内での反射板の破損の懸念がなくなり、かつ低コストでより小型の加熱装置が構成できる。

上記加熱ランプは、発光管の端部側に位置する第一巻回部と、前記第一巻回部よりも前記発光管の中央部側に位置し、前記第一巻回部の巻回密度よりも低密度で巻回された第二巻回部とを含んで構成されているフィラメントを備える。

第一巻回部は、発光管の端部側に配置され、発光管の端部側における光強度を高くするためのものである。

第二巻回部は、発光管の第一巻回部よりも中央部側に配置され、発光管の中央部側における光強度を端部側より低くするためのものである。第二巻回部は、発光管の第一巻回部よりも中央部側であれば、どこに配置されていても構わない。

さらに、発光管の第一巻回部よりも中央部側には、第二巻回部とは異なる部分であって、第一巻回部よりも低密度に巻回された、又は巻回されていない部分を有していても構わない。

上記加熱ランプにおいて、
前記反射膜は、前記フィラメントの一端部から他端部にわたって形成されていても構わない。

上記加熱ランプにおいて、
前記反射膜は、前記発光管の内壁面側に形成されていても構わない。

上記加熱ランプは、反射膜が発光管の内壁面側に形成される。フィラメントから出射されて反射膜で反射された光は、発光管を透過することなく反射するため、発光管を透過する回数が少なくなり、ワークに到達するまでに吸収されてしまう光の量を低減することができる。

さらに、発光管の内壁面側にのみ反射膜が形成されている場合は、加熱装置内において熱処理を行っている途中で、発光管の壁面から反射膜が剥離してしまったとしても、剥離した反射膜の欠片は発光管の内部にとどまり、ワークの表面に落下してしまう等という懸念がなくなる。

しかし、反射膜の剥離は、生じないことが好ましい。特に外壁面側の反射膜は、剥離が生じるとワークの表面に落下してしまう懸念があるため、反射膜の材料の選択や、膜厚の調整等によって、できる限り発光管の壁面からの剥離が生じにくいように形成されていることが好ましい。

例えば、加熱によって変形し、収縮や亀裂が生じることで、発光管の壁面からの剥離が生じないように、熱によって変形しにくい性質の材料で反射膜を形成してもよい。また、外壁面側の反射膜と、内壁面側の反射膜は同じ材料や同じ形状とする必要はなく、外壁面側の反射膜の剥離が生じないように、外壁面側の反射膜の膜厚が、内壁面側の反射膜の膜厚よりも厚くなるように形成してもよい。

上記加熱ランプにおいて、
前記反射膜は、前記発光管の内壁面側と外壁面側の両側に形成されていても構わない。

上記加熱ランプは、反射膜が発光管の内壁面側と外壁面側の両側に形成される。フィラメントから出射されて壁面側の反射膜を透過した一部の光は、外壁面側の反射膜によってワーク方向へと反射される。従って、フィラメントから出射され、内壁面側の反射膜を透過してしまった光も、ワークに到達させることができる。

上記加熱ランプにおいて、
前記反射膜は、前記発光管の端部側における壁面上の周方向に沿って延伸する長さが、前記発光管の中央部側における壁面上の周方向に沿って延伸する長さよりも長くても構わない。

なお、上記加熱ランプにおいて、
前記反射膜は、前記発光管の端部側における壁面上の周方向に沿って延伸する長さが、前記発光管の端部側から中央部側に向かって、徐々に短くなる領域を有するものであっても構わない。

上記加熱ランプは、前記反射膜を、前記発光管の端部側における壁面上の周方向に沿って延伸する長さが、前記発光管の中央部側における壁面上の周方向に沿って延伸する長さよりも長くなるように形成し、中央部側よりも端部側でワーク方向へ反射される光の量が多くなるように構成することで、ワーク中央部側に対するワーク端部側の光強度を大きくすることができる。

本発明によれば、加熱ランプを大型化させることなく、加熱対象領域内に対する加熱の均一性を高めた、加熱ランプが実現される。

発光管の壁面に反射膜が形成された加熱ランプの第一実施形態の構成を模式的に示す図面である。 図１ＡのＹＺ平面視の図面である。 発光管の壁面に反射膜が形成された加熱ランプの第二実施形態の構成を模式的に示す図面である。 図２ＡのＹＺ平面視の図面である。 発光管の壁面に反射膜が形成された加熱ランプの第三実施形態の構成を模式的に示す図面である。 図３ＡのＹＺ平面視の図面である。 発光管の壁面に反射膜が形成された加熱ランプの第四実施形態の構成を模式的に示すＸＹ平面視の図面である。 発光管の壁面に反射膜が形成された加熱ランプの第五実施形態の構成を模式的に示すＸＹ平面視の図面である。 加熱ランプのシミュレーション結果を光強度の相対値で示すグラフである。 従来の加熱ユニットの模式的な上面図である。 図６の加熱ユニットを、Ｘ軸方向から見た図面である。 一様に巻回されたフィラメントを備えた加熱ランプを模式的な平面図である。 高密度巻回部と低密度巻回部を含んで構成されたフィラメントを備えた加熱ランプの模式的な平面図である。

以下、本発明に係る加熱ランプの各実施形態について、適宜図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、実際の寸法比と図面上の寸法比とは必ずしも一致していない。

［第一実施形態］
図１Ａは、本発明の加熱ランプの第一実施形態の構成を模式的に示す図面である。図１Ａに示す加熱ランプ１は、発光管１０と、フィラメント１１を備える。そして、図７に示した従来の加熱ランプ１００とは異なり、反射板１２０を備えずに、発光管１０の壁面に反射膜３１ａを備えている。図１Ａに示す例では、反射膜３１ａは、ワーク２１とは反対側に位置する発光管１０の外壁面上に形成されている。ワーク２１は、加熱ランプ１によって加熱される対象物である。

発光管１０は、フィラメント１１から出射した光を透過させる材料で構成されており、例えば、石英ガラスからなる。発光管１０は所定の方向（ここではＸ方向）に延伸する形状を示し、一例として円筒形状を示す。このとき、図１Ｂが示すように、加熱ランプ１をＸ方向の正面視で見たときに円形状であって、発光管１０の管軸とフィラメント１１の巻回の軸が一致している形状を示す。

発光管１０は円筒形状に限定されず、例えば楕円形状や多角筒形状等、他の形状を有していても構わない。さらに、発光管１０の管軸とフィラメント１１の軸が一致していなくても構わない。

発光管１０内には、フィラメント１１が配置され、ハロゲンガス等のガスが封入されている。フィラメント１１は、例えば、タングステンよりなる線材がコイル状に巻回されており、発光管１０の管軸方向（Ｘ方向）に沿って延伸するように配置されている。

フィラメント１１の両端は、電力供給部１２に電気的に接続されている。電力供給部１２は、図示しない電源部と電気的に接続されており、電源部から電力供給部１２を介して、フィラメント１１に電力が供給されて、フィラメント１１が発光する。

フィラメント１１は、発光管１０の端部側に第一巻回部１１ａが配置され、第一巻回部１１ａよりも中央部側に第二巻回部１１ｂが配置されている。第一巻回部１１ａは、第二巻回部１１ｂよりも巻回密度が高くなるように構成されている。

第一巻回部１１ａは、必ずしも発光管１０の末端に形成されている必要はなく、末端から中央部側に向かって離れた位置から巻回するように配置されていても構わない。また、第二巻回部は、発光管１０の第一巻回部１１ａよりも中央部側であれば、どこに配置されていても構わない。図１Ａに示す本実施形態の構成例では、両端に配置された第一巻回部１１ａと隣接するように、第二巻回部１１ｂが配置されている。

反射膜３１ａは、発光管１０の外壁面上であって、発光管１０の中央を原点として、−Ｘ方向に係る端部側に配置された第一巻回部１１ａと、中央部側に配置された第二巻回部１１ｂと、＋Ｘ方向に係る端部側に配置された第一巻回部１１ａに跨るように形成されている。より詳細には、本実施形態において、反射膜３１ａは、フィラメント１１の一端部から他端部にわたって形成されている。反射膜３１ａは、フィラメント１１から出射した光を反射する材料からなり、例えば、シリカ、アルミナ、マグネシア、ジルコニア等の単体若しくはこれらを混合した酸化物膜、又は金、アルミ等の金属膜で構成される。反射膜３１ａを発光管１０の外壁面上に形成するに際しては、例えば、ディッピング法やスプレー等による吹付けによる方法、又は、微粒子を溶かしながら吹き付ける溶射法等の方法を採用することができる。なお、当該反射膜３１ａは、フィラメント１１から出射される光と同一の波長の光に対する反射率が１５％以上を示す材料からなるものとして構わない。より好ましくは、前記反射率が２０％以上であり、さらに好ましくは前記反射率が５０％以上である。この場合の反射率は、反射膜溶液を平板上のガラス板に塗布して乾燥させた後、分光反射・透過率測定装置を使って測定した値の可視光域〜赤外光域（例えば３８０ｎｍ〜２０００ｎｍ）における平均値である。

フィラメント１１から出射した光のうち、ワーク２１に向かう方向（図１Ａに示す−Ｚ方向）に進行する光は、発光管１０の壁面を透過してワーク２１に到達する。フィラメント１１から出射した光のうち、ワーク２１とは反対方向（図１Ａに示す＋Ｚ方向）に進行する光は、発光管１０の壁面を透過して、反射膜３１ａによって反射された後、再び、発光管１０の壁面を透過してワーク２１に到達する。

図１Ｂは、図１ＡのＹＺ平面視の図面である。加熱ランプ１の反射膜３１ａは、ＹＺ平面視において、発光管１０の外壁面上に、管軸を中心として中心角α１の範囲にわたって形成されている。中心角α１は０°より大きく３６０°未満であり、好ましくは１６０°以上２２０°以下であり、さらに好ましくは、１８０°以上２１０°以下である。

加熱装置の構造等に応じて反射膜３１ａの形状を調整することで、反射膜３１ａで反射してワーク２１に到達する光の範囲を調整することができる。つまり、反射膜３１ａの形状を調整すれば、ワーク２１全体における照度分布を調整することができる。反射板１２０を用いる場合、反射板１２０の表面を加工して、反射光の向き等を調整することで、ワーク１１１全体の照度分布を調整することもできるが、反射板１２０が高価となってしまい、加熱装置の製造コストが高くなってしまう。

図１Ａに示した反射膜３１ａを備えた加熱ランプ１と、図７に示した従来構造の加熱ランプ１００とを比較する。図７の構成では、加熱ランプ１００に対して＋Ｚ方向に離れた位置に反射板１２０が設けられている。これに対し、図１Ａにおける反射膜３１ａは、発光管１０の外壁面上に形成されている。つまり、フィラメント１１からの離間距離に関し、反射板１２０は、反射膜３１ａよりも長くなる。そのため、反射板１２０によって反射された光は、反射膜３１ａによって反射された光より、ワーク（１１１，２１）に到達するまでの進行距離が長くなる。

この結果、図７の構成において、ある発光点から出射された光束がワーク１１１に対して照射された時点における照射領域の面積は、図１Ａの構成において、ある発光点から出射された光束がワーク２１に対して照射された時点における照射領域の面積よりも大きくなる。つまり、図９に示すように、ワーク中央部１１１ｂよりも温度が上昇しにくいワーク端部１１１ａ側に対して光を多く集めるべく、端部側に高密度巻回部１０３ａを設けたフィラメント１０３を備えた上で、さらに、加熱効率を高めるべく図７に示すように反射板１２０を設けた場合、高密度巻回部１０３ａから出射されて反射板１２０で反射された光が広範囲に広がってしまい、ワーク端部１１１ａ以外の領域にも照射されてしまう。つまり、高密度巻回部１０３ａから出射された光の一部は、ワーク中央部１１１ｂにも照射することになり、結果的に、ワーク中央部１１１ｂとワーク端部１１１ａとの照度差を十分につけることができなくなり、ワークの温度差を改善する効果が十分には現れない。

［第二実施形態］
本発明の加熱ランプの第二実施形態の構成につき、第一実施形態と異なる箇所を中心に説明する。

図２Ａは、本発明の加熱ランプの第二実施形態の構成を模式的に示す図面である。図２Ａに示す加熱ランプ１は、第一実施形態の加熱ランプ１とは異なり、反射膜３１ｂが発光管１０の内壁面上に形成されている。そして、図２Ａに示す加熱ランプ１においては、反射膜３１ｂは、ワーク２１とは反対側に位置する発光管１０の内壁面上に形成されている。

図１Ａに示す加熱ランプ１が備える反射膜３１ａと同様、図２Ａに示す加熱ランプ１が備える反射膜３１ｂは、発光管１０の−Ｘ方向に係る端部側に配置された、第一巻回部１１ａと、中央部側に配置された第二巻回部１１ｂと、＋Ｘ方向に係る端部側に配置された第一巻回部１１ａに跨るように形成されている。より詳細には、本実施形態において、反射膜３１ｂは、フィラメント１１の一端部から他端部にわたって形成されている。反射膜３１ｂの材料、形成方法、及び形状は、第一実施形態の反射膜３１ａの場合と同様とすることができる。

図２Ｂは、図２ＡのＹＺ平面視の図面である。加熱ランプ１の反射膜３１ｂは、ＹＺ平面視において、発光管１０の内壁面上に、管軸を中心とした円周上において中心角α２の範囲にわたって形成されている。中心角α２は０°より大きく３６０°未満であり、好ましくは１６０°以上２２０°以下であり、さらに好ましくは、１８０°以上２１０°以下である。

本実施形態の加熱ランプ１によれば、図１Ａに示す第一実施形態の加熱ランプ１と比較すると、フィラメント１１と反射膜３１ｂとの距離は、フィラメント１１と反射膜３１ａの距離よりも近くなるため、加熱温度をより均一化できる。

［第三実施形態］
本発明の加熱ランプの第三実施形態の構成につき、第一実施形態及び第二実施形態と異なる箇所を中心に説明する。

図３Ａは、本発明の加熱ランプの第三実施形態の構成を模式的に示す図面である。図３Ａに示す加熱ランプ１は、第一実施形態の加熱ランプ１と比較して、さらに発光管１０の内壁面上に反射膜３１ｂを備える点が異なる、そして、図３Ａに示す加熱ランプ１においては、反射膜３１ａは、ワーク２１とは反対側に位置する発光管１０の外壁面上に、反射膜３１ｂは、ワーク２１とは反対側に位置する発光管１０の内壁面上に形成されている。

図１Ａ、図２Ａに示す加熱ランプ１と同様、図３Ａに示す加熱ランプ１においても、反射膜３１ａ及び反射膜３１ｂは、発光管１０の−Ｘ方向に係る端部側に配置された、第一巻回部１１ａと、中央部側に配置された第二巻回部１１ｂと、＋Ｘ方向に係る端部側に配置された第一巻回部１１ａに跨るように形成されている。より詳細には、本実施形態において、反射膜３１ａ及び反射膜３１ｂは、フィラメント１１の一端部から他端部にわたって形成されている。反射膜３１ａ及び反射膜３１ｂの材料、形成方法、及び形状は、第一実施形態の反射膜３１ａ及び第二実施形態の反射膜３１ｂの場合と同様とすることができる。

図３Ｂは、図３ＡのＹＺ平面視の図面である。加熱ランプ１の反射膜３１ａは、ＹＺ平面視において、発光管１０の外壁面上に、管軸を中心とした円周上において中心角α１の範囲にわたって形成されている。中心角α１は０°より大きく３６０°未満であり、好ましくは１６０°以上２２０°以下であり、さらに好ましくは、１８０°以上２１０°以下である。

加熱ランプ１の反射膜３１ｂは、ＹＺ平面視において、発光管１０の内壁面上に、管軸を中心とした円周上において中心角α２の範囲にわたって形成されている。中心角α２は０°より大きく３６０°未満であり、好ましくは１６０°以上２２０°以下であり、さらに好ましくは、１８０°以上２１０°以下である。

中心角α１とα２は同じ角度でなくても構わない。また、それぞれの中心角の二等分線は互いに一致していなくても構わない。

［第四実施形態］
本発明の加熱ランプの第四実施形態の構成につき、第一実施形態、第二実施形態及び第三実施形態と異なる箇所を中心に説明する。

図４Ａは、本発明の加熱ランプの第四実施形態の構成を模式的に示す図面である。図４Ａに示す加熱ランプ１は、第一実施形態の加熱ランプ１と比較して、発光管１０の外壁面上の反射膜３１ａが、中央部側よりも端部側が大きく形成されている点が異なる。詳細には、図１Ｂに示す中心角α１が、発光管１０の中央部側と端部側とで異なり、端部側が中央部側よりも中心角α１が大きくなるように形成されている。端部側反射膜のＸ方向の幅は、第一巻回部１１ａの幅と一致していなくてもよく、中央部側反射膜のＸ方向の幅は、第二巻回部１１ｂの幅と一致していなくてもよい。

図１Ａに示す加熱ランプ１と同様、図４Ａに示す加熱ランプ１においても、反射膜３１ａは、発光管１０の−Ｘ方向に係る端部側に配置された、第一巻回部１１ａと、中央部側に配置された第二巻回部１１ｂと、＋Ｘ方向に係る端部側に配置された第一巻回部１１ａに跨るように形成されている。反射膜３１ａの材料及び形状は、第一実施形態の反射膜３１ａの場合と同様とすることができる。

図４Ａに示す反射膜３１ａを形成する方法には、例えばディッピング方式がある。具体的には、図４ＡのＸ方向においては発光管１０の反射膜３１ａを形成する領域全体にわたって、Ｙ方向においては中央部側で形成する幅だけの反射膜３１ａを形成する溶液を塗布する。その後、端部側において塗布しない領域にマスキングを施し、反射膜３１ａを形成する溶液に発光管の端部側を片側ずつ所望の位置まで浸して塗布する。塗布した溶液が乾燥したところでマスキングを除去し、焼成することで反射膜３１ａが形成される。

発光管１０の内壁面上の反射膜３１ｂにおいても、同様に中心角α２が中央部側よりも端部側が大きくなるように形成してもよい。さらに、発光管１０の外壁面上と内壁面上の両側に反射膜３１ａと反射膜３１ｂを形成する場合において、反射膜３１ａと反射膜３１ｂを異なる形状としても構わない。

［第五実施形態］
本発明の加熱ランプの第五実施形態の構成につき、第一実施形態、第二実施形態、第三実施形態及び第四実施形態と異なる箇所を中心に説明する。

図４Ｂは、本発明の加熱ランプの第五実施形態の構成を模式的に示す図面である。図４Ｂに示す加熱ランプ１は、図４Ａに示した第四実施形態の加熱ランプ１と比較して、発光管１０の外壁面上の反射膜３１ａが、発光管１０の端部側から中央部側に向かって、徐々に小さくなる領域４０を有している点が異なる。図１Ｂに示す中心角α１が、発光管１０の中央部側と端部側とで異なり、端部側から中央部側に向けて、徐々に中心角α１が小さくなる領域４０が形成されている。領域４０は第二巻回部１１ｂの幅と一致していなくてもよく、端部に配置されていなくてもよい。

図１Ａに示す加熱ランプ１と同様、図４Ｂに示す加熱ランプ１においても、反射膜３１ａは、発光管１０の−Ｘ方向に係る端部側に配置された、第一巻回部１１ａと、中央部側に配置された第二巻回部１１ｂと、＋Ｘ方向に係る端部側に配置された第一巻回部１１ａに跨るように形成されている。反射膜３１ａの材料及び形状は、第一実施形態の反射膜３１ａの場合と同様とすることができる。

発光管１０の内壁面上の反射膜３１ｂにおいても、同様に中心角α２が端部側から中央部側に向けて、徐々に中心角α１が小さくなる領域４０を有していてもよい。さらに、発光管１０の外壁面上と内壁面上の両側に反射膜３１ａと反射膜３１ｂを形成する場合において、反射膜３１ａと反射膜３１ｂを異なる形状としても構わない。

［検証］
本発明の加熱ランプ１によれば、ワーク２１の端部側と中央部側とで温度差を縮める機能が高い点につき、シミュレーション結果を参照して説明する。実施例及び比較例は、それぞれ以下の通りである。

（実施例１）
図１Ａに示す第一実施形態の加熱ランプ１を実施例１とした。すなわち、加熱ランプ１は、発光管１０の外壁面上に形成された反射膜３１ａを設けている。より詳細には、以下の通りである。

発光管１０は、円筒形状であって、Ｘ方向（管軸方向）の長さを５２０ｍｍ、内径を８ｍｍとした。発光管１０の、発光管１０内に収容されているフィラメント１１から出射される光に対する透過率を９４％とした。

発光管１０内に収容されているフィラメント１１は、Ｘ方向（管軸方向）の長さを５１０ｍｍ、巻回の径を１ｍｍとした。また、第一巻回部１１ａの巻回ピッチを８ｍｍとし、第二巻回部１１ｂの巻回ピッチを２７ｍｍとした。

反射膜３１ａの、フィラメント１１から出射される光に対する反射率を８０％とした。反射膜３１ａは、図１Ａに示したように、発光管１０の−Ｘ方向に係る端部側に配置された第一巻回部１１ａと、中央部側に配置された第二巻回部１１ｂと、＋Ｘ方向に係る端部側に配置された第一巻回部１１ａに跨るように形成された。

照度観測位置は、発光管１０からＺ方向に６０ｍｍ離間した位置とした。

（実施例２）
図２Ａに示す第二実施形態の加熱ランプ１を実施例２とした。すなわち、加熱ランプ１は、発光管１０の内壁面上に形成された反射膜３１ｂを設けている。この反射膜３１ｂについても、実施例１の反射膜３１ａと同様に、発光管１０の中央を原点として、−Ｘ方向に係る端部側に配置された第一巻回部１１ａと、中央部側に配置された第二巻回部１１ｂと、＋Ｘ方向に係る端部側に配置された第一巻回部１１ａに跨るように形成した。

反射膜３１ａに代えて反射膜３１ｂを設けた点以外は、実施例１と共通である。

（実施例３）
図３Ａに示す第二実施形態の加熱ランプ１を実施例３とした。すなわち、加熱ランプ１は、発光管１０の外壁面上に形成された反射膜３１ａと、内壁面上に形成された反射膜３１ｂを設けている。この反射膜３１ａは実施例１の反射膜３１ａと、反射膜３１ｂは実施例２の反射膜３１ｂと同様に、発光管１０の中央を原点として、−Ｘ方向に係る端部側に配置された第一巻回部１１ａと、中央部側に配置された第二巻回部１１ｂと、＋Ｘ方向に係る端部側に配置された第一巻回部１１ａに跨るように形成した。

反射膜３１ａに加えて反射膜３１ｂを設けた点以外は、実施例１と共通である。

（参考例１）
実施例２に加えて、さらに、反射板１２０を備えた構成を参考例１とした。反射膜３１ｂの形成方法は、実施例２と同様である。

（比較例１）
実施例１の構成に対して反射膜３１ａを備えない、図９に示す従来の加熱ランプ１００を比較例１とした。反射膜３１ａを備えていない点を除けば、他の条件は実施例１と共通とした。

（比較例２）
比較例１の加熱ランプ１００に、反射板１２０を備えた構成を比較例２とした。なお、反射板１２０の、フィラメント１０３から出射される光に対する反射率を８０％とした。また、発光管１０１と反射板１２０とのＺ方向に係る離間距離を１０ｍｍとした。

（結果）
図５は、上記実施例１〜３、比較例１〜２、及び参考例１の各加熱ランプ（１，１００）のシミュレーション結果を、ワーク（２１，１１１）の中央部での光強度を基準としたときの相対値で示すグラフである。すなわち、図５は実施例１〜３、比較例１〜２、及び参考例１のそれぞれについて、ワーク（２１，１１１）の中央部の光強度を１００％としたときの相対値でグラフ化したものである。

図５が示す結果によれば、図３Ａに示す、発光管１０の外壁面上と内壁面上の両側に反射膜（３１ａ，３１ｂ）が形成されている構成（実施例３）が、ワーク２１の中央部側に対して、端部側の光強度の相対値が最も高くなっており、次いで図２Ａに示す、発光管１０の内壁面上に反射膜３１ｂが形成されている構成（実施例２）が、ワーク２１の中央部側に対して、端部側の光強度の相対値が高くなっていることがわかる。また、図１Ａに示す、発光管１０の外壁面上に反射膜３１ａが形成されている構成（実施例１）については、実施例２及び実施例３よりは端部側の光強度の相対値は低いものの、比較例１及び比較例２よりは、前記相対値は高いことが確認される。

なお、参考例１は実施例３の結果と異なり、実施例２よりも端部側での光強度の相対値が低くなっている。反射膜３１ｂは、反射率は１００％ではないため（この例では８０％）、発光管１０から出射された光の一部は、反射膜３１ｂを透過する。参考例１の場合、この光は反射板１２０に向かって進行し、反射板１２０で反射された後、再び反射膜３１ｂを透過してワーク２１に進行する。つまり、反射板１２０で反射された光については、比較例２と同様に、ワーク２１に到達するまでに拡散し、端部側以外の領域にも照射される。このため、参考例１では、実施例２と比較すると、中央部側に対する端部側の照度が下がっている。

実施例３の場合、反射膜３１ｂを透過した光は、発光管１０の外壁面上の反射膜３１ａに向かって進行し、反射膜３１ａで反射された後、再び反射膜３１ｂを透過してワーク２１に進行する。つまり、反射膜３１ａで反射された光については、第一実施形態で述べたように、反射板１２０で反射された光に比べて、ワーク２１に到達するまでに広範囲に拡散することなく照射される。このため、実施例３では、実施例２と比較すると、中央部側に対する端部側の照度が上がっている。

図５が示す結果より、発光管１０の壁面に反射膜（３１ａ，３１ｂ）が形成された各実施例の方が、反射膜（３１ａ，３１ｂ）が形成されていない加熱ランプのみの構成である比較例１や、反射膜（３１ａ，３１ｂ）を備えずに反射板１２０のみを配置した比較例２と比較して、ワーク（２１，１１１）の中央部側の光強度を基準としたときのワーク（２１，１１１）の端部側の光強度の相対値が大きくなっていることがわかる。

そして、上記実施例１〜３の各加熱ランプ（１，１００）の、ワーク（２１，１１１）の中央部側に対する加熱温度差のシミュレーション結果は、従来構成である比較例２の結果が３０℃であったのに対して、実施例１は１１℃、実施例２は２℃、実施例３は１℃であった。従って、実施例１〜３の構成によれば、従来構成よりも、ワーク（２１，１１１）の中央部側とワーク（２１，１１１）の端部側との加熱温度差を小さくすることができ、ワーク（２１，１１１）面上における加熱温度を均一化できる。

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

〈１〉 図１Ａ等を参照して上述した発光管１０は、ワーク２１に向けて光を出射する領域に、ワーク２１の加熱に不要な赤外光以外の光を遮蔽する、遮蔽材を配置しても構わない。

〈２〉 発光管１０は、管軸方向（Ｘ方向）に沿って延伸するフィラメント１１が、Ｘ方向とは異なる方向（例えばＹ方向）に複数本配列してなるものとしても構わない。

〈３〉 本発明において、ワーク２１は、フィラメント１１から出射される光によって加熱される対象物である限りにおいて任意である。

〈４〉 図５に示すように、参考例１でも、ワーク２１上における光強度の相対値が高くなっていることが分かる。また、反射板１２０を設けたことで、反射膜３１ｂを透過してしまい、発光管１０の外側に進行した一部の光をワーク２１の加熱に有効に活用することができるという効果もある。すなわち、本発明に係る加熱ランプ１は、ワーク２１の面上における加熱温度の均一化を図るべく、反射膜３１ａ又は反射膜３１ｂを備えていればよく、追加的に反射板１２０を備える構成を必ずしも排除するものではない。

〈５〉 上記各実施形態において、反射膜３１ａ及び／又は反射膜３１ｂは、フィラメント１１の一端部から他端部にわたって形成されているものとして説明した。しかし、反射膜３１ａ及び／又は反射膜３１ｂは、少なくとも、−Ｘ方向に係る端部側に配置された第一巻回部１１ａと、中央部側に配置された第二巻回部１１ｂと、＋Ｘ方向に係る端部側に配置された第一巻回部１１ａに跨るように形成されていればよい。

１ ： 加熱ランプ
１０ ： 発光管
１１ ： フィラメント
１１ａ ： 第一巻回部
１１ｂ ： 第二巻回部
１２ ： 電力供給部
２１ ： ワーク
３０ ： 反射板
３１ａ、３１ｂ ： 反射膜
４０ ： 領域
１００ ： 加熱ランプ
１０１ ： 発光管
１０２，１０３： フィラメント
１０３ａ ： 高密度巻回部
１０３ｂ ： 低密度巻回部
１１０ ： 加熱ユニット
１１１ ： ワーク
１１１ａ ： ワーク端部
１１１ｂ ： ワーク中央部
１２０ ： 反射板

Claims (6)

1. 光に対して透過性を示す発光管と、
   前記発光管の端部側に位置する第一巻回部と、前記第一巻回部よりも前記発光管の中央部側に位置し、前記第一巻回部の巻回密度よりも低密度で巻回された第二巻回部とを含んで構成されているフィラメントと、
   前記発光管の管軸方向から見たときの、前記発光管の壁面の一部に形成された反射膜とを備えることを特徴とする加熱ランプ。
2. 前記反射膜は、前記フィラメントの一端部から他端部にわたって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱ランプ。
3. 前記反射膜は、前記発光管の内壁面側に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱ランプ。
4. 前記反射膜は、前記発光管の内壁面側と外壁面側の両側に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱ランプ。
5. 前記反射膜は、前記発光管の端部側における壁面上の周方向に沿って延伸する長さが、前記発光管の中央部側における壁面上の周方向に沿って延伸する長さよりも長いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の加熱ランプ。
6. 前記反射膜は、前記発光管の端部側における壁面上の周方向に沿って延伸する長さが、前記発光管の端部側から中央部側に向かって、徐々に短くなる領域を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の加熱ランプ。
   

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