JP6954536B2 - ハロゲンランプ用の給電ソケット、ハロゲンランプ - Google Patents

Description

本発明は、ハロゲンランプ用の給電ソケット、及びこれを備えたハロゲンランプに関する。

半導体ウェハの加熱装置として、多数のハロゲンランプが搭載されたものが従来用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１３８１７０号公報

従来のハロゲンランプは、給電ソケットの孔部に端子を直進方向に挿入する（突き刺す）タイプのものが用いられている。これにより、給電ソケットの孔部の底面に設けられた外部電極用の端子とランプの端子とが接触し、電気的な接続が確保される。

ところで、半導体ウェハの加熱用に用いられるハロゲンランプは、温度が１０００℃以上の高温にもなることから、照明用途と比較してランプの寿命が短く、ランプを交換する頻度が高い。この場合、ランプの交換に際して、給電ソケットから端子を直線方向に引き抜く作業が必要となる。しかし、この引き抜きには多大な力が必要とされる。これは、もともと外部電極用の端子とランプの端子との間における安定的な接触を確保する目的で、容易に接続が外れないように構成されているためである。なぜなら、前記の接続が容易に外れてしまうと、使用時にハロゲンランプが不点灯となってしまい、加熱ムラが生じてしまうおそれがあるためである。

半導体ウェハの加熱用の装置には、数十本以上、場合によっては１００本を超えるハロゲンランプが搭載される。このため、ハロゲンランプの交換時には、多大な力を掛けて給電ソケットからハロゲンランプの端子を引き抜くという作業が必要となり、作業負担が大きいという課題がある。

また、従来のように端子を直線的に給電ソケットに挿入する態様の場合、ソケット部分は狭く暗いため、端子の先端部が直線的にソケットの孔部の奥深くまで挿入されたことを、目視によって確認することができない。このため、ハロゲンランプの取付時には、直線的にソケットの孔部の底面に端子の先端部が接触していることを、力強くハロゲンランプを挿入して前記底面からの抗力を受けたことを感じた段階で知ることになる。この作業時において、ハロゲンランプに対して過剰な力がかかり、ハロゲンランプの管体に割れやひびが入るおそれがある。

更に、作業者によっては、各ハロゲンランプを孔部の奥深くまで挿入しない可能性がある。この場合、各ハロゲンランプ間において、直線的にソケットの内部に設けられた外部電極用端子とハロゲンランプの端子との接触面積、すなわち電気的接続の態様に差が生じることが考えられる。この場合、各ハロゲンランプ間の発熱に差が生じ、これによってウェハに対する加熱ムラが生じるおそれがある。

本発明は、上記の課題に鑑み、着脱に必要な作業が容易であり、且つ、装着時には端子が外部電極用端子と安定的に接触することが可能な、ハロゲンランプ用の給電ソケットを提供することを目的とする。本発明は、このような給電ソケットを備えたハロゲンランプを提供することを別の目的とする。

本発明は、ハロゲンランプの端子が挿入されることで、前記端子に対して電気的な接続を可能にする給電ソケットであり、
前記端子の挿通が可能な第一孔部を有する第一保持部と、
前記第一孔部を挿通した前記端子が挿入可能な位置に形成された第二孔部を有する第二保持部と、
前記第一孔部と前記第二孔部との間の位置に収容され、前記端子の挿通が可能な第三孔部を有するバネ部材とを備え、
前記第一孔部、前記第二孔部、及び前記第三孔部は、前記端子の挿入又は挿通方向とは異なる方向に拡がりを有した形状を呈し、
前記端子は、前記第二孔部内に挿入された後に回動されると、前記第一孔部、前記第二孔部、及び前記第三孔部内を移動した後、前記バネ部材の前記第三孔部の外周部に到達して固定されることを特徴とする。

上記構成によれば、端子を含むハロゲンランプを、端子の挿通方向とは異なる方向に回動させることで、端子を給電ソケットに装着することができる。このとき、端子がバネ部材の第三孔部の外周部に達した段階で、バネ部材からの付勢力に由来した抗力が生じ、作業員は端子が正しく装着されたことを検知することができる。これにより、各ハロゲンランプ間において、ランプの端子と外部電極用端子との接触態様に生じる差が抑制される。従って、このハロゲンランプを複数用いてウェハ加熱に利用する場合における加熱ムラが抑制される。

更に、この構成によれば、ハロゲンランプ自体を直線方向に押し込んで端子を給電ソケット内に直線方向に挿入させる従来の態様ではないため、正確な設置位置まで到達させるのに必要な力が少なくなり、作業員の個人的な力の差にかかわらず、ハロゲンランプの端子を給電ソケット内の外部電極用端子に正確に接触させることができる。また、取付時にハロゲンランプに対して過剰な力が掛からないため、取付時に管体の割れやヒビの発生が抑制される。

前記端子は、軸方向に沿って、第一端子部分と、前記第一端子部分よりも径が小さいくびれ部分と、前記くびれ部分よりも径が大きい第二端子部分とが連続的に形成されてなり、
前記バネ部材の前記第三孔部は、開口径が前記第一端子部分の径よりも大きい第一領域と、開口径が前記くびれ部分の径よりは大きく前記第一端子部分及び前記第二端子部分の径よりも小さい第二領域とが連絡されてなる形状を呈するものとすることができる。

上記構成によれば、ハロゲンランプの端子は、給電ソケットに挿入されると、バネ部材の第三孔部を通過する。一方、前記端子を、第三孔部の第一領域側から第二領域側に向けて回動させると、くびれ部分の両側に位置する第一端子部分及び第二端子部分の径が、第二領域内の第三孔部の開口径よりも大きいため、端子を第三孔部から抜くことができない。これにより、バネ部材の第三孔部内を、端子が安定して回動する。そして、端子のくびれ部分が第二領域内の第三孔部の外縁部に接触した時点で、この外縁部を構成するバネ部材の部分を、第一端子部分と第二端子部分とが挟み込む位置関係となる。これにより、バネ部材の付勢力が端子に対して働き、端子が給電ソケットに安定的に取り付けられる。

前記第二保持部は、前記第二孔部の開口側とは反対側の面に外部電極用端子を備えているものとすることができる。

本発明に係るハロゲンランプは、前記給電ソケットと、前記端子とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、着脱に必要な作業が容易であり、且つ、装着時には端子が外部電極用端子と安定的に接触することが可能な、ハロゲンランプ用の給電ソケット、及びこれを備えたハロゲンランプが実現される。

ハロゲンランプの構造を模式的に示す正面図である。 ランプ本体をソケットから外したときの構造を模式的に示す正面図である。 ベース部を端子側から見たときの平面図である。 図２における端子の部分を拡大した図面である。 給電ソケットの構造を模式的に示す図面である。 第一保持部を上面から見たときの模式的な平面図である。 第一保持部を図５Ａとは反対側から見たときの模式的な平面図である。 バネ部材の模式的な平面図である。 バネ部材の模式的な斜視図である。 第一保持部を上面から見たときの模式的な平面図に、端子の移動方向を併記した図面である。 バネ部材の模式的な正面図である。 バネ部材の別の模式的な平面図である。 図９Ａに図示されたバネ部材の模式的な平面図である。 図９Ａに図示されたバネ部材と、このバネ部材に対応した第一保持部との模式的な断面図である。

本発明に係るハロゲンランプ用の給電ソケット、及びハロゲンランプにつき、以下において図面を参照して説明する。なお、各図面は模式的に示されたものであり、図面上の寸法比は実際の寸法比と必ずしも一致しない。また、各図面間における図面上の寸法比は、必ずしも一致しない。

［構造］
図１は、ハロゲンランプの構造を模式的に示す正面図である。図１に示されるように、ハロゲンランプ１は、ランプ本体１０と、給電ソケット４０とを備える。図１は、ランプ本体１０を給電ソケット４０に取り付けた状態を示している。

（ランプ本体１０）
図２は、ランプ本体１０を給電ソケット４０から外したときの構造を模式的に示す正面図である。ランプ本体１０は、給電ソケット４０に装着される端子１１と、発光空間を構成するバルブ３０と、バルブ３０と端子１１とを連結するベース部２０とを備える。

バルブ３０は、一端に一対の金属箔３９ａ及び３９ｂが埋設された封止部３２を備え、他端に排気管残部３３を備えた、管体であり、例えば石英ガラスからなる。バルブ３０は、管体の内部において、バルブ３０の軸方向に沿って延伸するように配置されたフィラメント３４を備える。

フィラメント３４は、例えばタングステン素線を一次コイルに巻き、更に一次コイルを巻回させて二次コイル状に形成させてなる、ダブルコイルである。また、別の例として、フィラメント３４は、タングステン素線を一次コイルに巻いたシングルコイルである。

バルブ３０は、管体の内部において、一端がフィラメント３４の封止部３２側の端部に接続され、他端が金属箔３９ｂに接続された第一内部リード３５を備える。バルブ３０は、管体の内部において、一端がフィラメント３４の排気管残部３３側の端部に接続され、他端が金属箔３９ａに接続された第二内部リード３６を備える。

バルブ３０は、管体の内部において、フィラメント３４を挟んで対向するように配置された、フィラメント３４を保持するための一対のサポータ（３７ａ，３７ｂ）と、内部リード（３５，３６）同士の絶縁性を確保するための絶縁部材３８とを備える。

バルブ３０は、管体の内部に発光空間Ｓを構成する。発光空間Ｓには、例えば窒素などの不活性ガスと共に、ハロゲンサイクルを行うためのハロゲンガスが封入されている、

ベース部２０は、例えばアルミナなどの絶縁材料からなり、一方の面（バルブ３０に近い側の面）に、バルブ３０の封止部３２を差し込むための有底孔（不図示）を備える。この有底孔に封止部３２が差し込まれることで、ベース部２０とバルブ３０とは一体的に固定されている。図２に示されるように、ベース部２０の、バルブ３０とは反対側の面からは、フィラメント３４に対して給電するための端子１１が突出している。

端子１１は、一対で設けられており、一方の端子１１が金属箔３９ａと電気的に接続し、他方の端子１１が金属箔３９ｂと電気的に接続している。後述されるように、端子１１が給電ソケット４０に取り付けられることで、外部から端子１１を介してフィラメント３４に対する給電が行われる。

図３Ａ及び図３Ｂは、端子１１の近傍を拡大した図面である。図３Ａは、図２に図示されたベース部２０を端子１１側から（Ｙ方向に）見たときの平面図である。図３Ｂは、図２における端子１１の部分を拡大した図面である。

端子１１は、軸方向（Ｙ方向）に沿って、第一端子部分１２と、第一端子部分１２よりも径が小さいくびれ部分１３と、くびれ部分１３よりも径が大きい第二端子部分１４とが連続的に形成されてなる。なお、図３Ｂに図示された構造では、端子１１は、更に、第二端子部分１４よりも径の大きい第三端子部分１５を備えている。第一端子部分１２の径ｄ１２＞くびれ部分１３の径ｄ１３であり、くびれ部分１３の径ｄ１３＜第二端子部分１４の径ｄ１４であり、第二端子部分１４の径ｄ１４＜第三端子部分１５の径ｄ１５である。

第一端子部分１２は、端子１１の先端部を形成しており、ベース部２０から最も離れた箇所に位置する。一方、第三端子部分１５は、端子１１のベース部２０に最も近接した箇所に位置する。

なお、端子１１は、第三端子部分１５を備えていなくても構わない。すなわち、ベース部２０に最も近接した箇所に第二端子部分１４が位置していても構わない。

（給電ソケット４０）
図４は、給電ソケット４０の構造を模式的に示す図面である。給電ソケット４０は、第一保持部５０と、第二保持部７０と、第一保持部５０及び第二保持部７０の間に配置されたバネ部材６０とを備える。給電ソケット４０がランプ本体３０に取り付けられた状態において、第一保持部５０は最もランプ本体３０に近い側に位置し、第二保持部７０は、第一保持部５０よりもランプ本体３０から離れた位置に存在する。

図４において、第一保持部５０の模式的な断面図を（ｂ）に示し、バネ部材６０の模式的な断面図を（ｃ）に示し、第二保持部７０の模式的な断面図を（ｄ）に示す。また、図４において、（ａ）は、第一保持部５０を上面から見たときの模式的な平面図に対応する。図４において、（ａ）〜（ｄ）の各図は、それぞれＸ方向に係る位置を合わせて図示されている。

第一保持部５０は、Ｙ方向に端子１１の挿通が可能に形成された、第一孔部５１を備える。図５Ａは、図４（ａ）と同様に、第一保持部５０を上面から見たときの図面であり、ランプ本体３０に近い側の面５０ａが図示されている。図５Ｂは、図５Ａとは反対側から第一保持部５０を見たときの模式的な平面図であり、ランプ本体３０から離れた側の面５０ｂが図示されている。

図４、図５Ａ、及び図５Ｂに図示されるように、第一孔部５１は、Ｙ方向に第一保持部５０を貫通すると共に、ＸＺ平面方向に拡がりを有して形成されている。そして、第一保持部５０は、面５０ｂ側において、第一孔部５１と連絡して形成されたバネ収容部５２を備える。

図６Ａは、バネ部材６０の模式的な平面図である。図６Ｂは、バネ部材６０の模式的な斜視図である。バネ部材６０は、ＸＺ平面と平行な方向に面を有する第一部分６５と、第一部分６５よりもＹ方向に傾斜して形成された第二部分６６とが、連続的に形成されている。第一部分６５及び第二部分６６は、いずれも内側に孔部（開口領域）を有して形成されている。第一部分６５は、第一保持部５０のバネ収容部５２に対応した形状を示している。

第二部分６６は、Ｙ方向に押圧されることで、第一部分６５の孔部の外縁部の内側に嵌まり込むように形成されている。つまり、図６Ａは、第二部分６６が第一部分６５の孔部内に嵌まり込んだ状態の図面にも対応する。以下では、バネ部材６０に設けられた孔部を、「第三孔部６１」と呼ぶ。

第三孔部６１は、Ｙ方向に端子１１の挿通が可能であって、ＸＺ平面上に拡がりを有して形成されている。この第三孔部６３は、第一領域６２と第二領域６３とが連絡されて形成されている。第一領域６２は、その開口径ｄ６２が、第一端子部分１２の径ｄ１２、及び第二端子部分１４の径ｄ１４よりも大きい。第二領域６３は、その開口径ｄ６３が、くびれ部分１３の径ｄ１３よりは大きく、第一端子部分１２の径ｄ１２、及び第二端子部分１４の径ｄ１４よりは小さい。

図４（ｄ）に示すように、第二保持部７０は、第二保持部７０を貫通しない深さでＹ方向に彫り込まれた第二孔部７１を備える。第二保持部７０は、第二孔部７１の開口面とは反対側に形成された外部電極用端子７３、及び、外部電極用端子７３と電気的に接続された接続端子８１を備える。接続端子８１は、図示しない給電用の回路と接続される。

第二孔部７１は、第一保持部５０が備える第一孔部５１、バネ部材６０が備える第三孔部６１に対応した形状を呈する。第二孔部７１は、Ｙ方向に端子１１の挿入が可能であって、ＸＺ平面方向に拡がりを有して形成されている。

給電ソケット４０は、第一保持部５０のバネ収容部５２内にバネ部材６０が収容された状態で、第一保持部５０の面５０ｂと第二保持部７０の面７０ａとが接触されている。この状態の下では、第一保持部５０の第一孔部５１、バネ部材６０の第三孔部６１、及び第二保持部７０の第二孔部７１は、相互にＹ方向に連絡される。

［取付方法］
取付時には、作業員は、ランプ本体１０に備えられた端子１１を、第一保持部５０の面５０ａ側から、第一孔部５１に挿入する。このとき、端子１１は、その先端部が、バネ部材６０の第三孔部６１、第二保持部７０の第二孔部７１を介して、第二孔部７１の底面に接触する位置までＹ方向に挿入される。

この状態で、作業員は、端子１１を各孔部（５１，６１，７１）内で回動させる。具体的には、端子１１を、第一保持部５０の第一孔部５１内における領域５１ａ側に挿入した後、領域５１ｂ側に向けて、矢印１１ａの方向に回動させる（図７参照）。このとき、端子１１は、バネ部材６０の第三孔部６１内において、開口径の大きい第一領域６２側から、開口径の小さい第二領域６３側へと回動される（図６Ａ，図６Ｂ参照）。

上述したように、第二領域６３の開口径ｄ６３は、くびれ部分１３の径ｄ１３よりは大きく、第一端子部分１２の径ｄ１２、及び第二端子部分１４の径ｄ１４よりは小さい。このため、端子１１が、バネ部材６０の第三孔部６１内を回動する際、第一端子部分１２とくびれ部分１３との境界面、又は、第二端子部分１４とくびれ部分１３との境界面が、バネ部材６０の第二部分６６の内側の面を沿うように移動する。

そして、端子１１が、第一保持部５０の第一孔部５１内における領域５１ｂに到達した時点で、端子１１は、バネ部材６０に設けられた第三孔部６１の、第二領域６３側の外縁部に到達する。このとき、端子１１が、バネ部材６０の第二部分６６を、第一部分６５側に向かって押圧する（図８の矢印参照）。この結果、第一部分６５側から第二部分６６側に向かう付勢力が働き、端子１１が固定される。作業員は、この付勢力に由来した抗力を感知することで、端子１１が正しく給電ソケット４０に装着されたことを検知できる。

［別実施形態］
以下、別実施形態について説明する。

〈１〉バネ部材６０が備える第一部分６５は、矩形状に形成されていても構わない。図９Ａは、この別実施形態のバネ部材６０の模式的な平面図であり、図９Ｂはこの別実施形態のバネ部材６０の模式的な斜視図である。また、図１０は、この別実施形態のバネ部材６０を備える場合における第一保持部５０及びバネ部材６０の断面図を、図４にならって図示したものである。図４と比較して、第一保持部５０が備えるバネ収容部５２の形状が、バネ部材６０の第一部分６５の形状に合った形となっている。

〈２〉上記実施形態では、バネ部材６０の第三孔部６１内において、第一領域６２の開口径ｄ６２が、第一端子部分１２の径ｄ１２、及び第二端子部分１４の径ｄ１４よりも大きいものとして説明したが、少なくとも第一端子部分１２の径ｄ１２より大きければよい。

仮に、バネ部材６０の第一領域６２の開口径ｄ６２が、第二端子部分１４の径ｄ１４より小さい場合には、端子１１を第一保持部５０の面５０ａ側から、各孔部（５１，６１，７１）に挿入すると、くびれ部分１３はバネ部材６０の第三孔部６１を通過する一方、第二端子部分１４はバネ部材６０の第三孔部６１を通過できない。つまり、端子１１のうち、第一端子部分１２及びくびれ部分１３は、第三孔部６１よりも下方（第二保持部７０側）に位置し、第二端子部分１４及び第二端子部分１４よりベース部２０に近い側の部分は第三孔部６１よりも上方に位置した状態で、端子１１の挿入が停止される。

この状態で、端子１１を領域５１ｂ側（図７参照）に向けて回動させると、上記実施形態と同様に、第二領域６３の開口径ｄ６３は、くびれ部分１３の径ｄ１３よりは大きく、第一端子部分１２の径ｄ１２、及び第二端子部分１４の径ｄ１４よりは小さいため、端子１１は、第一端子部分１２とくびれ部分１３との境界面、又は、第二端子部分１４とくびれ部分１３との境界面が、バネ部材６０の第二部分６６の内側の面を沿うように移動する。この結果、上記実施形態と同様に、端子１１が、バネ部材６０に設けられた第三孔部６１の、第二領域６３側の外縁部に到達した時点で、第一部分６５側から第二部分６６側に向かう付勢力が働き、端子１１が固定される。

１ ： ハロゲンランプ
１０ ： ランプ本体
１１ ： 端子
１１ａ ： 端子の回動方向
１２ ： 第一端子部分
１３ ： くびれ部分
１４ ： 第二端子部分
１５ ： 第三端子部分
２０ ： ベース部
３０ ： バルブ
３２ ： 封止部
３３ ： 排気管残部
３４ ： フィラメント
３５ ： 第一内部リード
３６ ： 第二内部リード
３７ａ，３７ｂ ： サポータ
３８ ： 絶縁部材
３９ａ，３９ｂ ： 金属箔
４０ ： 給電ソケット
５０ ： 第一保持部
５０ａ，５０ｂ ： 第一保持部の面
５１ ： 第一孔部
５１ａ，５１ｂ ： 第一孔部の一部領域
５２ ： バネ収容部
６０ ： バネ部材
６１ ： 第三孔部
６２ ： 第三孔部の第一領域
６３ ： 第三孔部の第二領域
６５ ： バネ部材の第一部分
６６ ： バネ部材の第二部分
７０ ： 第二保持部
７０ａ ： 第二保持部の面
７１ ： 第二孔部
７３ ： 外部電極用端子
８１ ： 接続端子
ｄ１２ ： 第一端子部分の径
ｄ１３ ： くびれ部分の径
ｄ１４ ： 第二端子部分の径
ｄ１５ ： 第三端子部分の径
ｄ６２ ： 第一領域内における第三孔部の開口径
ｄ６３ ： 第二領域内における第三孔部の開口径
Ｓ ： 発光空間

Claims (4)

1. ハロゲンランプの端子が挿入されることで、前記端子に対して電気的な接続を可能にする給電ソケットであり、
   前記端子の挿通が可能な第一孔部を有する第一保持部と、
   前記第一孔部を挿通した前記端子が挿入可能な位置に形成された第二孔部を有する第二保持部と、
   前記第一孔部と前記第二孔部との間の位置に収容され、前記端子の挿通が可能な第三孔部を有するバネ部材とを備え、
   前記第一孔部、前記第二孔部、及び前記第三孔部は、前記端子の挿入又は挿通方向とは異なる方向に拡がりを有した形状を呈し、
   前記端子は、前記第二孔部内に挿入された後に回動されると、前記第一孔部、前記第二孔部、及び前記第三孔部内を移動した後、前記バネ部材の前記第三孔部の外周部に到達して固定されることを特徴とする、給電ソケット。
2. 前記端子は、軸方向に沿って、第一端子部分と、前記第一端子部分よりも径が小さいくびれ部分と、前記くびれ部分よりも径が大きい第二端子部分とが連続的に形成されてなり、
   前記バネ部材の前記第三孔部は、開口径が前記第一端子部分の径よりも大きい第一領域と、開口径が前記くびれ部分の径よりは大きく前記第一端子部分及び前記第二端子部分の径よりも小さい第二領域とが連絡されてなる形状を呈することを特徴とする請求項１に記載の給電ソケット。
3. 前記第二保持部は、前記第二孔部の開口側とは反対側の面に外部電極用端子を備えていることを特徴とする請求項２に記載の給電ソケット。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の給電ソケットと、
   前記端子とを含む、ハロゲンランプ。

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