WO2019208568A1 - Light irradiation-type heating device and filament lamp - Google Patents

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正晃 西川
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Abstract

Provided is a light irradiation-type heating device in which a plurality of filament lamps are disposed parallel to a workpiece, and with which the workpiece can be more uniformly heated. The light irradiation-type heating device is characterized in that light-emitting units provided to the filament lamps, each light-emitting unit having a different length, are configured so one or more of the following design elements is different in each light-emitting unit so that the power density per unit length of the light-emitting unit and the color temperature and temperature elevation rate of the light-emitting unit are substantially the same in each filament lamp: the number of filament element wires constituting the light-emitting unit; the filament element wire diameter; the total cross-section area of the filament element wires constituting the filament; the coil inner diameter when the filament is wrapped in a coil shape; and the coil pitch when the filament is wrapped in a coil shape.

Description

光照射式加熱装置及びフィラメントランプLight irradiation type heating device and filament lamp
 この発明は、フィラメントランプを用いた光照射式加熱装置及びフィラメントランプに関し、特に、ワーク(半導体ウエハ)に対して複数のフィラメントランプを並列配置させた光照射式加熱装置に係わる。 The present invention relates to a light irradiation type heating apparatus and a filament lamp using a filament lamp, and more particularly to a light irradiation type heating apparatus in which a plurality of filament lamps are arranged in parallel on a workpiece (semiconductor wafer).
 一般にフィラメントランプを使った光照射式加熱装置は、半導体基板などのワークの表面を短時間、かつ均一に加熱処理することが求められる。
 このような発光管の内部にコイル状のフィラメントを配置したフィラメントランプを用いた光照射式加熱装置では、従来から、複数の棒状フィラメントランプをワークに対して近接対向して並列に配置させたものが用いられている。
 そして、このような光照射式加熱装置においては、例えば、特開2009-117237号公報(特許文献1)に示されるように、ワークの中央領域と周辺領域に対応したフィラメントランプにおいて、それぞれ発光長の異なるフィラメントランプを複数用いて、ワークの形状に対応するよう面状光源を構成した光照射式加熱装置が記載されている。
In general, a light irradiation type heating apparatus using a filament lamp is required to heat the surface of a workpiece such as a semiconductor substrate uniformly in a short time.
In such a light irradiation type heating apparatus using a filament lamp in which a coiled filament is arranged inside an arc tube, conventionally, a plurality of rod-shaped filament lamps are arranged in parallel and in close proximity to a workpiece. Is used.
In such a light irradiation type heating apparatus, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-117237 (Patent Document 1), the filament lamps corresponding to the center region and the peripheral region of the workpiece are each provided with a light emission length. There is described a light irradiation type heating apparatus in which a planar light source is configured to correspond to the shape of a workpiece using a plurality of different filament lamps.
特開2009-117237号公報JP 2009-117237 A
 このように、ワークの形状にあわせて発光長の異なる複数のフィラメントランプを用いて加熱処理を行う場合は、フィラメントの発光長が異なることから、同一条件下でのランプ点灯時には各フィラメントの単位長さ当りの電力密度(P[W/mm])に違いが生じるため、各フィラメントの電力密度Pが一定になるよう、点灯条件を調整する必要があった。 As described above, when heat treatment is performed using a plurality of filament lamps having different emission lengths according to the shape of the workpiece, the filament emission lengths are different. Since there is a difference in power density per unit (P [W / mm]), it is necessary to adjust lighting conditions so that the power density P of each filament is constant.
 また、図6に示すように、フィラメントの温度(色温度)が異なると、フィラメントから放射される光のスペクトルが変化することが知られている。そのため、フィラメントの電力密度を一定に揃えたとしても、フィラメントの色温度が異なることで放射される光のスペクトルが変化してしまうと、加熱対象物となるワークへの光の吸収度合が変わってしまい、均一な加熱処理を阻害する一因となってしまう。 Also, as shown in FIG. 6, it is known that the spectrum of light emitted from the filament changes when the temperature (color temperature) of the filament differs. Therefore, even if the power density of the filament is made constant, if the spectrum of the emitted light changes due to the different color temperature of the filament, the degree of light absorption into the workpiece that is the heating object will change. Therefore, it becomes a cause of hindering uniform heat treatment.
 このような問題に対して、前記特許文献1では各フィラメントランプの色温度に着目し、ランプの発光部を構成するフィラメントの色温度を同等に制御することが記載されている。詳細には、ワークの外周縁部のゾーンに対応して配置された発光部の単位長さあたりの実効表面積を、中央部のゾーンに対応して配置された発光部の実効表面積よりも大きくすることで、当該外周縁のゾーンに配置される発光部の電力密度を高くした場合であっても、中央部のゾーンに配置される発光部と同一の色温度に調節することが記載されている。 For such a problem, Patent Document 1 describes that the color temperature of the filaments constituting the light emitting portion of the lamp is controlled equally by paying attention to the color temperature of each filament lamp. Specifically, the effective surface area per unit length of the light emitting portion arranged corresponding to the zone of the outer peripheral edge of the workpiece is made larger than the effective surface area of the light emitting portion arranged corresponding to the central zone. Thus, it is described that even when the power density of the light emitting unit arranged in the outer peripheral zone is increased, the color temperature is adjusted to the same color temperature as that of the light emitting unit arranged in the central zone. .
 しかしながら、この特許文献1の構成では電力密度を一定に制御しておらず、また各発光部の昇温速度(立ち上がり速度)について考慮されておらず、昇温速度が異なってしまうため、被処理体を均一な温度上昇で加熱処理することができない、という問題がある。 However, in the configuration of Patent Document 1, the power density is not controlled to be constant, and the temperature increase rate (rise rate) of each light emitting unit is not considered, and the temperature increase rate is different. There is a problem that the body cannot be heat-treated with a uniform temperature rise.
 この発明が解決しようとする課題は、複数のフィラメントランプが並列配置された光照射式加熱装置において、ワークをより均一に加熱することが可能な光照射式加熱装置を提供するものである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a light irradiation type heating apparatus capable of heating a workpiece more uniformly in a light irradiation type heating apparatus in which a plurality of filament lamps are arranged in parallel.
 上記課題を解決するために、この発明に係る光照射式加熱装置は、前記各フィラメントランプにおける、前記発光部の単位長さあたりの電力密度、前記発光部の色温度および昇温速度が略同一に揃うよう、前記発光部の長さが相対的に異なる各フィラメントランプに設けられる各発光部は、それぞれ、当該発光部を構成するフィラメントの素線本数、又は、フィラメントの素線径、又は、フィラメントを構成するフィラメント素線の総断面積、又は、フィラメントをコイル状に巻回する場合のコイル内径、又は、フィラメントをコイル状に巻回する場合のコイルピッチのうち、何れか一つ又は複数の設計要素を異ならせたことを特徴とする。
 また、前記複数のフィラメントランプは、前記ワークの中央領域に位置するフィラメントランプの発光部が、周辺領域に位置するフィラメントランプの発光部よりも相対的に長いことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the light irradiation type heating device according to the present invention is such that, in each filament lamp, the power density per unit length of the light emitting unit, the color temperature of the light emitting unit, and the heating rate are substantially the same. The light emitting sections provided in the filament lamps having relatively different lengths of the light emitting sections are aligned with the number of filament strands constituting the light emitting section, or the filament strand diameter, or One or more of the total cross-sectional area of the filament wire constituting the filament, the coil inner diameter when the filament is wound in a coil shape, or the coil pitch when the filament is wound in a coil shape It is characterized by different design elements.
The plurality of filament lamps are characterized in that a light emitting part of a filament lamp located in a central area of the workpiece is relatively longer than a light emitting part of a filament lamp located in a peripheral area.
 また、前記発光部は、当該発光部の電力密度(P[W/mm])と、単位長さあたりの発光部の外表面積(S[mm])と、発光部のコイル内径(D[mm])とによる比率X(P/DS)を制御することで色温度を略同一に揃えることを特徴とする。
 また、前記発光部の短いフィラメントの発光部と、前記発光部の長いフィラメントランプの発光部の単位長さ当りの質量を調整することで、昇温速度が略同一に揃えられていることを特徴とする。
The light emitting unit includes a power density (P [W / mm]) of the light emitting unit, an outer surface area (S [mm 2 ]) of the light emitting unit per unit length, and a coil inner diameter (D [ mm]) to control the ratio X (P / DS) to make the color temperatures substantially the same.
Further, by adjusting the mass per unit length of the light emitting part of the short filament of the light emitting part and the light emitting part of the long filament lamp of the light emitting part, the heating rate is made substantially the same. And
 また、前記発光部の短いフィラメントランプと、前記発光部の長いフィラメントランプにおける、それぞれのフィラメント素線の総断面積を比較したとき、前者における総断面積が後者における総断面積より小さくなるように設計されることで、電力密度が略同一に揃えられていることを特徴とする。
 また、前記長発光長ランプにおけるフィラメントの素線本数が、前記短発光長ランプの素線本数よりも多いことを特徴とする。
In addition, when comparing the total cross-sectional areas of the filament filaments in the filament lamp with the short light-emitting part and the filament lamp with the long light-emitting part, the total cross-sectional area in the former is smaller than the total cross-sectional area in the latter By being designed, the power density is characterized by being substantially the same.
In addition, the number of filament strands in the long light emitting long lamp is larger than the number of strands in the short light emitting long lamp.
 また前記発光部の長いフィラメントランプ(長発光長ランプ)に適応可能なフィラメントランプとして、前記フィラメントランプの発光管の全長に対して前記発光部の長さが70%以上に構成されたフィラメントランプは、当該発光部を構成するフィラメントの素線本数が少なくとも3本以上で構成されていることを特徴とする。
 また前記発光部の短いフィラメントランプ(短発光長ランプ)に適用可能なフィラメントランプとして、前記フィラメントランプの発光管の全長に対して前記発光部の長さが50%以下に構成されたフィラメントランプは、当該発光部を構成するフィラメントの素線本数が多くとも2本以下で構成されていることを特徴とする。
 また前記フィラメントランプの点灯電圧値は、300V以下であることを特徴とする。
Further, as a filament lamp applicable to a filament lamp having a long light emitting part (long light emitting long lamp), a filament lamp having a length of the light emitting part of 70% or more with respect to the total length of the arc tube of the filament lamp is The number of filaments constituting the light-emitting portion is at least 3 or more.
Further, as a filament lamp applicable to a filament lamp having a short light emitting part (short light emitting long lamp), a filament lamp in which the length of the light emitting part is 50% or less with respect to the total length of the arc tube of the filament lamp is The number of filaments constituting the light-emitting portion is at most 2 or less.
The filament lamp has a lighting voltage value of 300 V or less.
 この発明の光照射式加熱装置によれば、発光長の異なる各フィラメントランプの発光部を構成するフィラメントの「電力密度」、「色温度」、「昇温速度」をそれぞれ略同一の値に揃えることにより、ワークをより均一に加熱処理することを可能とするものである。
 そして、複数のフィラメントランプを略同一の電圧値で点灯可能としたので、ランプ毎に電圧値を可変とした場合のように、装置制御盤の部品点数の増加や回路の複雑化を招くことがなく、また電圧を供給電圧に近いところで統一できるので、皮相電力の影響による定格電力以上の容量を確保する必要がない、という効果を奏する。尚、ここで略同一の電圧値とは、少なくとも定格電圧の差が±10%の範囲内で揃えられるものを指す。
According to the light irradiation type heating apparatus of the present invention, the “power density”, “color temperature”, and “temperature increase rate” of the filaments constituting the light emitting portions of the filament lamps having different emission lengths are set to substantially the same value. This makes it possible to heat the workpiece more uniformly.
Since a plurality of filament lamps can be lit at substantially the same voltage value, the number of parts of the device control panel may be increased and the circuit may be complicated as in the case where the voltage value is variable for each lamp. In addition, since the voltage can be unified near the supply voltage, there is an effect that it is not necessary to secure a capacity higher than the rated power due to the influence of the apparent power. Here, substantially the same voltage value indicates that the difference between the rated voltages is at least within a range of ± 10%.
 また、各フィラメントランプを略同一の電圧値で点灯する光照射式加熱装置において、前記各フィラメントランプに設けられる各発光部は、それぞれ、当該発光部を構成するフィラメントの素線本数、又は、フィラメントの素線径、又は、フィラメントを構成するフィラメント素線の総断面積、又は、フィラメントをコイル状に巻回する場合のコイル内径、又は、フィラメントをコイル状に巻回する場合のコイルピッチのうち、何れか一つ又は複数の設計要素を異ならせることにより、前記発光部の電力密度、色温度および昇温速度が略同一に揃えられるものである。 Further, in the light irradiation type heating apparatus that lights each filament lamp at substantially the same voltage value, each light emitting unit provided in each filament lamp has the number of filaments constituting the light emitting unit, or the filament, respectively. Of the wire diameter, or the total cross-sectional area of the filament wire constituting the filament, or the coil inner diameter when the filament is wound in a coil shape, or the coil pitch when the filament is wound in a coil shape By changing any one or a plurality of design elements, the power density, the color temperature, and the temperature increase rate of the light emitting part are made substantially the same.
本発明の光照射式加熱装置の上面図である。It is a top view of the light irradiation type heating apparatus of this invention. 本発明のフィラメントランプの発光部の一実施形態を示す模式的な側面図である。It is a typical side view which shows one Embodiment of the light emission part of the filament lamp of this invention. 図2Aのフィラメントランプの発光部をフィラメントの巻回軸方向に向かって見たときの模式的な図面である。It is typical drawing when the light emission part of the filament lamp of FIG. 2A is seen toward the winding axis direction of a filament. 図2Aのフィラメントランプの発光部の模式的な側面断面図である。It is typical side surface sectional drawing of the light emission part of the filament lamp of FIG. 2A. 本発明のフィラメントランプの発光部の一実施形態を示す模式的な側面図である。It is a typical side view which shows one Embodiment of the light emission part of the filament lamp of this invention. 図2Dのフィラメントランプの発光部をフィラメントの巻回軸方向に向かって見たときの模式的な図面である。It is typical drawing when the light emission part of the filament lamp of FIG. 2D is seen toward the winding axis direction of a filament. 図2Dのフィラメントランプの発光部の模式的な側面断面図である。It is typical sectional drawing of the light emission part of the filament lamp of FIG. 2D. 図2Gは、図2Dのフィラメントランプ2の発光部5の場合において、素線を最密配置する過程を示す図面である。FIG. 2G is a diagram showing a process of arranging the strands in a close-packed manner in the case of the light emitting unit 5 of the filament lamp 2 of FIG. 2D. 本発明のフィラメントランプの発光部の構成例である。It is an example of a structure of the light emission part of the filament lamp of this invention. 本発明のフィラメントランプの発光部の構成例である。It is an example of a structure of the light emission part of the filament lamp of this invention. 本発明の概念を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the concept of this invention. 本発明のフィラメントランプの一具体例である。It is an example of the filament lamp of this invention. フィラメントの温度(色温度)と、放射光のスペクトルを表すグラフである。It is a graph showing the temperature (color temperature) of a filament, and the spectrum of emitted light.
 図1は本発明の光照射式加熱装置1の全体上面図で、複数の棒状のフィラメントランプ2、2が、半導体ウエハなどのワークWの上方でこれと対向するように並列配置されている。各フィラメントランプ2は、石英ガラスなどの光透過性材料からなる発光管3の内部にフィラメント4により構成される発光部5を有するフィラメントランプである。
 この発光管3内部には、臭素などのハロゲンガスが封入されており、いわゆるハロゲンサイクルを行っている。
 この実施例では、複数のフィラメントランプ2、2のうち、フィラメントランプの並設方向において、ワークWの中央領域に対応するランプ2と、周辺領域に対応するランプ2では、フィラメント4で構成される発光部5の発光長が異なり、中央領域に対応するランプ2における発光部5は、周辺領域に対応するランプ2における発光部5よりも長い。
FIG. 1 is an overall top view of a light irradiation type heating apparatus 1 according to the present invention, in which a plurality of rod- shaped filament lamps 2 and 2 are arranged in parallel so as to face a workpiece W such as a semiconductor wafer. Each filament lamp 2 is a filament lamp having a light emitting portion 5 composed of a filament 4 inside an arc tube 3 made of a light transmissive material such as quartz glass.
The arc tube 3 is filled with a halogen gas such as bromine and performs a so-called halogen cycle.
In this embodiment, among the plurality of filament lamps 2 and 2, the lamp 2 corresponding to the central region of the workpiece W and the lamp 2 corresponding to the peripheral region in the juxtaposed direction of the filament lamps are configured by the filament 4. The light emission length of the light emitting section 5 is different, and the light emitting section 5 in the lamp 2 corresponding to the central area is longer than the light emitting section 5 in the lamp 2 corresponding to the peripheral area.
 このように、発光部の長さ(発光長)が異なる複数のフィラメントランプが並設されており、各フィラメントランプを略同一の電圧値で点灯する光照射式加熱装置において、前記各フィラメントランプに設けられる各発光部は、それぞれ、当該発光部を構成するフィラメントの素線本数、又は、フィラメントの素線径、又は、フィラメントを構成するフィラメント素線の総断面積、又は、フィラメントをコイル状に巻回する場合のコイル内径、又は、フィラメントをコイル状に巻回する場合のコイルピッチのうち、何れか一つ又は複数の設計要素を異ならせており、当該発光部の単位長さ当りの電力密度(W/mm)が略同一に揃えられ、かつ前記各発光部の色温度(K)を略同一に揃えられており、前記各発光部の昇温速度(v)が略同一に揃えられているものである。 As described above, in the light irradiation type heating apparatus in which a plurality of filament lamps having different lengths (light emission lengths) of the light emitting portions are arranged in parallel, and each filament lamp is lit at substantially the same voltage value, Each light emitting section provided is the number of filament strands constituting the light emitting section, the filament strand diameter, the total cross-sectional area of the filament strand constituting the filament, or the filament in a coil shape. One or more design elements of the coil inner diameter for winding or the coil pitch for winding the filament in a coil shape are different, and the power per unit length of the light emitting unit The densities (W / mm) are substantially the same, the color temperatures (K) of the light emitting parts are substantially the same, and the temperature increase rates (v) of the light emitting parts are substantially the same. It is those that are aligned to.
 尚、本発明における「昇温速度」はフィラメントの温度の立ち上がり速度を示す指標であり、フィラメントから発せられる光をセンサーで検知し、目標とする光量値(例えば、発光部の点灯安定時の光量の90%を基準とする)に達するまでの時間から見積もることができる。また各発光部の昇温速度の差は、それぞれの相対値から見積もることができる。 The “temperature increase rate” in the present invention is an index indicating the rising speed of the temperature of the filament, the light emitted from the filament is detected by a sensor, and the target light amount value (for example, the light amount when the light emitting unit is lighted stably) It can be estimated from the time to reach 90%). Moreover, the difference of the temperature increase rate of each light emission part can be estimated from each relative value.
 ここで、発光部の電力密度を略同一に揃えるとは、定格電力密度の差がすべての発光部の電力密度の平均値に対して±10%の範囲内に揃えられていることを指す。これは装置の公称電力公差を配慮したものであり、被処理体(ワーク)への熱量の影響度合いから本発明で許容される範囲をみた数値である。
 また、発光部の色温度を略同一に揃えるとは、数値の変動差がすべての発光部の色温度の平均値に対して±10%の範囲内に揃えられていることを指す。これは色温度の変動に伴う光吸収率の違いを配慮したものであって、相対比が±10%を超える差となる場合は、色温度の違いによりワーク(ウエハ)の透過率が大きく異なり(吸収率が低くなり)、色温度の違いによる加熱程度に大きく影響する。
 また、昇温速度が揃えられているとは、数値の変動差がすべての昇温速度の平均値に対して±10%の範囲内に揃えられていることを指す。これは昇温レートの違いによる被処理体の温度分布の影響度合いから決められるものである。
Here, “equalizing the power density of the light emitting units substantially the same” means that the difference in the rated power density is arranged within a range of ± 10% with respect to the average value of the power densities of all the light emitting units. This is in consideration of the nominal power tolerance of the apparatus, and is a numerical value in view of the allowable range in the present invention from the degree of influence of the amount of heat on the workpiece (workpiece).
In addition, to make the color temperatures of the light emitting portions substantially the same means that the numerical difference is aligned within a range of ± 10% with respect to the average value of the color temperatures of all the light emitting portions. This takes into account the difference in light absorptance due to the variation in color temperature. When the relative ratio exceeds ± 10%, the transmittance of the workpiece (wafer) varies greatly depending on the difference in color temperature. (Absorptivity decreases), which greatly affects the heating degree due to the difference in color temperature.
Moreover, that the temperature rising rates are aligned means that the difference in numerical values is aligned within a range of ± 10% with respect to the average value of all the temperature increasing rates. This is determined from the degree of influence of the temperature distribution of the object to be processed due to the difference in the temperature rise rate.
 図2Aは、フィラメントランプ2の発光部5の一実施形態を示す模式的な側面図である。図2Bは、図2Aのフィラメントランプ2の発光部5をフィラメントの巻回軸方向に向かって見たときの模式的な図面である。図2Cは、図2Aのフィラメントランプ2の発光部5の模式的な側面断面図である。図2Dは、フィラメントランプ2の発光部5の一実施形態を示す模式的な側面図である。図2Eは、図2Dのフィラメントランプ2の発光部5をフィラメントの巻回軸方向に向かって見たときの模式的な図面である。図2Fは、図2Dのフィラメントランプ2の発光部5の模式的な側面断面図である。発光部を構成するフィラメントの設計により、電力密度、色温度、昇温速度をそれぞれ任意の数値範囲内に制御することについて、図2A~図2Fを参照しながら、以下(1)~(3)で詳述する。 FIG. 2A is a schematic side view showing an embodiment of the light emitting unit 5 of the filament lamp 2. FIG. 2B is a schematic drawing when the light emitting portion 5 of the filament lamp 2 of FIG. 2A is viewed in the winding axis direction of the filament. FIG. 2C is a schematic side cross-sectional view of the light emitting unit 5 of the filament lamp 2 of FIG. 2A. FIG. 2D is a schematic side view showing an embodiment of the light emitting unit 5 of the filament lamp 2. FIG. 2E is a schematic drawing when the light emitting portion 5 of the filament lamp 2 of FIG. 2D is viewed in the winding axis direction of the filament. FIG. 2F is a schematic side sectional view of the light emitting unit 5 of the filament lamp 2 of FIG. 2D. With reference to FIGS. 2A to 2F, the following (1) to (3) will be described with reference to FIGS. 2A to 2F. Will be described in detail.
(1)発光部の電力密度:
 電力密度(P[W/mm])は発光部の単位長さあたりの電力値(W)により定められる。詳述すると、点灯電圧値(V)と、発光部の長さ(Q[mm])と、発光部を構成するフィラメントの抵抗値(R)とにより電力密度(P)が定められる。
P=V/RQ ・・・ (式1)
 ここでフィラメントの抵抗値(R)は、フィラメントの電気抵抗率(ρ[Ω・mm])とフィラメントの素線長さ(L[mm])、素線の断面積(A[mm])とにより、下記の式が成り立つ。
R=ρ(L/A) ・・・ (式2)
 以上の点から、フィラメントの設計値(材質、素線長さ、断面積等)を制御することで、各発光部の電力密度を任意の値に調整できる。また、フィラメントを構成するフィラメント素数の総断面積は、フィラメントが複数の素線で構成される場合、対応する各素線の全ての断面積を合わせた値となる。
(1) Power density of light emitting part:
The power density (P [W / mm]) is determined by the power value (W) per unit length of the light emitting unit. More specifically, the power density (P) is determined by the lighting voltage value (V), the length of the light emitting part (Q [mm]), and the resistance value (R) of the filament constituting the light emitting part.
P = V 2 / RQ (Formula 1)
Here, the resistance value (R) of the filament is the electrical resistivity (ρ [Ω · mm]) of the filament, the filament wire length (L [mm]), and the cross-sectional area of the wire (A [mm 2 ]). The following equation holds.
R = ρ (L / A) (Formula 2)
From the above points, the power density of each light emitting part can be adjusted to an arbitrary value by controlling the design value (material, strand length, cross-sectional area, etc.) of the filament. Further, the total cross-sectional area of the filament primes constituting the filament is a value obtained by adding all the cross-sectional areas of the corresponding strands when the filament is composed of a plurality of strands.
(2)発光部の色温度:
 発光部の色温度(T[K])は、発光部を構成するフィラメントに供給されるエネルギーと、発光部から放射される損失エネルギーとのバランスにより定まる。例えばフィラメントをコイル状に巻回した発光部において、当該フィラメントの素線径(φ[mm])やコイル外径を大きくすると当該発光部の外表面積(S[mm])が大きくなり、発光部からの放熱量を高くすることができる。これにより点灯加熱時の発光部の色温度は低下する。
 また当該フィラメントのコイル内径(D[mm])の大小によって発光部内の保温特性が変化し、発光部の色温度に影響する。
 本発明において発光部の色温度(T[K])は、発光部を構成するフィラメントにおける電力密度(P[W/mm])と、発光部の単位長さ当りの外表面積(S[mm2])と、発光部のコイル内径(D[mm])とによる比率X(P/DS)、と相関があることを見出し、当該発光部の電力密度と外表面積、コイル内径の比率X(P/DS)を制御し、各発光部において算出される比率Xを互いに近づけることで、色温度を略同一に揃えることができるものである。
 尚、発光部の単位長さ当りの外表面積とは、発光部を構成するフィラメント素線がコイル状に形成される場合は、図2B及び図2Cに示すように、当該発光部の外側に面するフィラメント素線表面、すなわち、外表面(N)の総面積を指すものであり、発光部が複数のフィラメント素線で構成される場合も同様である。
 また、図2D~図2Fに示す構成のように、複数のフィラメント素線によって構成され、フィラメントを外側から内側に向かって、フィラメントの巻回軸方向とは直交する方向から見たときに、それぞれのフィラメント素線の一部が重なり合うように巻回されて発光部が構成されている場合は、各素線断面が最密配置されたものとみなし、各素線断面を最密配置させたときの各素線断面の中心を結ぶ線を境界とし、外側に面するフィラメント素線表面を外表面(N)とし、その総面積を外表面積として算定できる。図2Gは、図2Dのフィラメントランプ2の発光部5の場合において、素線を最密配置する過程を示す図面である。図2Gに示すように、境界は、素線が互いに対向する側で素線外周と交わる部分であり、図2Dのような構成の発光部5である場合は、図2Gに示す太線部の領域が外表面(N)となる。
(2) Color temperature of light emitting part:
The color temperature (T [K]) of the light emitting part is determined by the balance between the energy supplied to the filament constituting the light emitting part and the loss energy radiated from the light emitting part. For example, in a light emitting part in which a filament is wound in a coil shape, if the filament diameter (φ [mm]) or the coil outer diameter of the filament is increased, the outer surface area (S [mm 2 ]) of the light emitting part increases. The amount of heat released from the part can be increased. Thereby, the color temperature of the light emission part at the time of lighting heating falls.
In addition, the heat retention characteristics in the light emitting portion change depending on the coil inner diameter (D [mm]) of the filament, which affects the color temperature of the light emitting portion.
In the present invention, the color temperature (T [K]) of the light emitting part is determined by the power density (P [W / mm]) in the filament constituting the light emitting part and the outer surface area (S [mm2]) per unit length of the light emitting part. ) And the ratio X (P / DS) of the coil inner diameter (D [mm]) of the light emitting part, and found that there is a correlation between the power density and outer surface area of the light emitting part, and the ratio X (P / P) of the coil inner diameter. DS) is controlled so that the ratios X calculated in the respective light emitting units are close to each other, whereby the color temperatures can be made substantially the same.
Incidentally, the outer surface area per unit length of the light emitting part means that when the filament wire constituting the light emitting part is formed in a coil shape, as shown in FIG. 2B and FIG. This refers to the total area of the surface of the filament wire, that is, the outer surface (N), and the same applies to the case where the light emitting portion is composed of a plurality of filament strands.
Further, as shown in FIGS. 2D to 2F, each of the filaments is composed of a plurality of filament wires, and when viewed from a direction perpendicular to the winding axis direction of the filament from the outside to the inside, When the light-emitting part is configured by winding a part of the filament wire so as to overlap each other, it is considered that each wire cross section is arranged in the most dense manner, and each wire cross section is placed in the most dense arrangement The surface of the filament wire facing the outside is defined as the outer surface (N) with the line connecting the centers of the wire cross-sections as the boundary, and the total area can be calculated as the outer surface area. FIG. 2G is a diagram showing a process of arranging the strands in a close-packed manner in the case of the light emitting unit 5 of the filament lamp 2 of FIG. 2D. As shown in FIG. 2G, the boundary is a portion where the strands cross each other on the side where the strands face each other, and in the case of the light emitting unit 5 configured as shown in FIG. 2D, the region of the thick line portion shown in FIG. Becomes the outer surface (N).
(3)発光部の昇温速度(v):
 発光部の昇温速度(v)は、電力密度(P[W/mm])と、発光部の単位長さ当りの熱容量(C[J/K])とで定められる。熱容量(C)は、発光部の単位長さ当りの質量(g/mm)と、フィラメントの材質に固有の比熱(c)とによって定められる。これらの点から、発光部の単位長さ当りの質量(g/mm)を制御し、各発光部の質量を近づけることで昇温速度を略同一に調整することができる。具体的には、発光部を構成するフィラメントの形状、素線本数、素線径、コイル内径、コイルピッチ等の設計を変えることで発光部の昇温速度(v)の調整が可能である。
(3) Temperature increase rate of light emitting part (v):
The temperature increase rate (v) of the light emitting part is determined by the power density (P [W / mm]) and the heat capacity per unit length of the light emitting part (C [J / K]). The heat capacity (C) is determined by the mass per unit length (g / mm) of the light emitting part and the specific heat (c) specific to the material of the filament. From these points, the temperature increase rate can be adjusted substantially the same by controlling the mass (g / mm) per unit length of the light emitting unit and bringing the mass of each light emitting unit closer. Specifically, the temperature increase rate (v) of the light emitting unit can be adjusted by changing the design of the filament constituting the light emitting unit, the number of strands, the strand diameter, the coil inner diameter, the coil pitch, and the like.
 このように、上記(1)~(3)に基づいてフィラメントの設計値を調整することで、各発光部の電力密度(W)、色温度(K)、昇温速度(v)をそれぞれ略同等な範囲に揃えることが可能となる。 As described above, by adjusting the design value of the filament based on the above (1) to (3), the power density (W), the color temperature (K), and the temperature increase rate (v) of each light emitting unit are substantially reduced. It becomes possible to arrange in the same range.
 本発明に係る具体的な一態様について、図1を参酌して以下に記載する。
(1)まず各発光部5の電力密度(P)は、点灯電圧値(V)と発光部5を構成するフィラメント4の抵抗値(R)とにより制御可能であるから、同じ点灯電圧下において各発光部5の電力密度を揃えるため、各フィラメント4の抵抗値を可変させる。具体的にはフィラメント4の材質や素線長さ、断面積等を任意に調節することで実現できる。
A specific embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIG.
(1) First, the power density (P) of each light-emitting unit 5 can be controlled by the lighting voltage value (V) and the resistance value (R) of the filament 4 constituting the light-emitting unit 5. In order to make the power density of each light emitting section 5 uniform, the resistance value of each filament 4 is varied. Specifically, it can be realized by arbitrarily adjusting the material, the strand length, the cross-sectional area and the like of the filament 4.
(2)次に各発光部5の色温度(T[K])は、上述のとおり比率X(P/DS)と相関関係がある。この際、各発光部5の電力密度(P)は上記(1)にて同じ値に制御しているため、1/DSの比率を近づけることで、更に色温度を略同一に揃えることができる。 (2) Next, the color temperature (T [K]) of each light emitting unit 5 has a correlation with the ratio X (P / DS) as described above. At this time, since the power density (P) of each light emitting unit 5 is controlled to the same value in the above (1), the color temperature can be made substantially the same by making the ratio of 1 / DS closer. .
(3)次に各発光部5の昇温速度(v)は、発光部5の単位長さあたりの質量[g/mm]と相関があり、各発光部5の質量を近づけることで、昇温速度(v)を略同一に制御することができる。
 上記(1)(2)の条件を満たしつつ(3)の条件を達成する為の手段としては、例えば、発光部5を構成するフィラメント4の素線径を変えつつ、素線本数をランプ毎に変化させることなどが考えられる。
(3) Next, the heating rate (v) of each light emitting unit 5 has a correlation with the mass [g / mm] per unit length of the light emitting unit 5, and increases by bringing the mass of each light emitting unit 5 closer. The temperature rate (v) can be controlled substantially the same.
As means for achieving the condition (3) while satisfying the above conditions (1) and (2), for example, the number of strands is changed for each lamp while changing the strand diameter of the filament 4 constituting the light emitting section 5. It may be possible to change it.
 上記(1)(2)(3)の全てを満たすためには、各フィラメントランプの発光部を構成するフィラメントを適宜異なる設計にする必要がある。 In order to satisfy all of the above (1), (2), and (3), it is necessary to appropriately design the filaments that constitute the light-emitting portion of each filament lamp.
 図3A及び図3Bは、本発明に係るフィラメントランプ2の発光部5の構成例を示しており、発光部5の単位長さあたりのフィラメント4の素線の形態を説明するものである。
 図3Aでは、3本のフィラメント素線41、42、43が平行に束ねられた形態が示されており、この場合の各フィラメント素線41、42、43のコイルピッチP1、P2、P3は図のように計測され、P1=P2=P3である。
 図3Bでは、3本のフィラメント素線41、42、43が俵状に束ねられた形態が示されており、この場合の各フィラメント素線41、42、43のコイルピッチP1、P2、P3は図のように計測され、P1=P2=P3である。またこの構成における発光部のコイル内径は、一義的に束ねられた素線の内側コイル41、43の内径として扱って差し支えない。
3A and 3B show a configuration example of the light emitting unit 5 of the filament lamp 2 according to the present invention, and explain the form of the filament 4 of the filament 4 per unit length of the light emitting unit 5.
FIG. 3A shows a form in which three filament wires 41, 42, 43 are bundled in parallel, and the coil pitches P1, P2, P3 of each filament wire 41, 42, 43 in this case are shown in FIG. And P1 = P2 = P3.
FIG. 3B shows a form in which three filament wires 41, 42, 43 are bundled in a bowl shape. In this case, the coil pitches P1, P2, P3 of the filament wires 41, 42, 43 are as follows. Measured as shown and P1 = P2 = P3. Moreover, the coil inner diameter of the light emitting part in this configuration may be handled as the inner diameter of the inner coils 41 and 43 of the unionly bundled wires.
 実際どのようなステップを踏んでフィラメントを決定するかの一例を図4に基づいて説明する。
 第1ステップにおいて、電力密度を揃えることが行われ、長発光長(部)ランプと短発光長(部)ランプにそれぞれ一定の供給電圧、例えば、200Vを印加して、その発光部の単位長さ当りの電力密度(W/mm)を略一定値にするための設計が行われる。
 具体的には、フィラメント素線の断面積と長さを調整することでその抵抗値を一定にする組合せを得る。
 例えば、長発光長ランプにおける第1グループにおいては、断面積(直径)の大きな大径素線Aと、直径が中くらいの2本の素線からなる中径素線Bと、これより小径な3本の素線からなる小径素線Cが選定される。
An example of what steps are actually taken to determine the filament will be described with reference to FIG.
In the first step, the power density is made uniform, and a constant supply voltage, for example, 200 V is applied to each of the long light emission length (part) lamp and the short light emission length (part) lamp, and the unit length of the light emission part. A design is made to make the power density per unit (W / mm) substantially constant.
Specifically, the combination which makes the resistance value constant is obtained by adjusting the cross-sectional area and length of a filament strand.
For example, in the first group of long light emitting long lamps, a large-diameter strand A having a large cross-sectional area (diameter), a medium-diameter strand B composed of two strands having a medium diameter, and a smaller diameter. A small-diameter strand C composed of three strands is selected.
 グループ1において、断面積の大きな大径素線Aより合計断面積を小さくした素線2本からなる中径素線Bは、合計断面積を小さくしたことで抵抗値は大径素線Aより大きくなるが、2本にすることで大径素線Aと同等の抵抗値のものが得られる。
 また、更に小径の3本の素線からなる小径素線Cも、中径素線Bより合計断面積を小さくするとともに3本にすることで、抵抗値は同等のものが得られる。
 このようにして、第1グループとして、抵抗値が同一となる素線の組み合わせが得られ、電力密度が同等な素線の組み合わせが得られる。
In group 1, the medium-diameter strand B composed of two strands having a smaller total cross-sectional area than the large-diameter strand A having a larger cross-sectional area has a resistance value smaller than that of the large-diameter strand A by reducing the total cross-sectional area. Although it becomes large, the thing of the resistance value equivalent to the large diameter strand A is obtained by using two.
Further, the smaller diameter wire C composed of three smaller diameter wires can be made to have the same resistance value by making the total cross-sectional area smaller than that of the medium diameter wire B and using three wires.
In this way, a combination of strands having the same resistance value is obtained as the first group, and a combination of strands having the same power density is obtained.
 更に、第2グループにおいては、大径素線D、中径素線E、小径素線Fはそれぞれ第1グループの大径素線A、中径素線B、小径素線Cよりも小断面積であって短尺とされることで、抵抗値は第2グループ内で同一、かつ第1グループと同等とされている。 Further, in the second group, the large-diameter strand D, medium-diameter strand E, and small-diameter strand F are smaller than the first-group large-diameter strand A, medium-diameter strand B, and small-diameter strand C, respectively. By making the area short, the resistance value is the same in the second group and is equivalent to the first group.
 また、短発光長ランプにおいても、第3グループの大径素線G、中径素線H、小径素線Iおよび第4グループの大径素線J、中径素線K、小径素線Lは、それぞれ同一の抵抗値とされるとともに、長発光長ランプの第1グループおよび第2グループの各素線と同一の電力密度となる抵抗値とされる。
 こうして、長発光長ランプにおける第1グループ、第2グループおよび短発光長ランプにおける第3グループ、第4グループにおける各素線は、電力密度が同等となる抵抗値のものが得られ、これにより、電力密度の同等な素線の組み合わせが得られる。
Also in the short light emitting long lamp, the third group large-diameter strand G, medium-diameter strand H, small-diameter strand I, and fourth group large-diameter strand J, medium-diameter strand K, small-diameter strand L Are set to the same resistance value, and to the same power density as the wires of the first group and the second group of the long light emitting long lamps.
Thus, the first group in the long light emitting long lamp, the second group, and the third group in the short light emitting long lamp, and the strands in the fourth group are obtained with resistance values having the same power density. A combination of strands with the same power density can be obtained.
 次いで、第2ステップとして、色温度を揃えることが行われる。前述の段落0020および段落0024で述べたように、色温度は、発光部を構成するフィラメントにおける電力密度(P[W/mm])と、発光部の単位長さ当りの外表面積(S[mm])と、発光部のコイル内径(D[mm])とによる比率X(P/DS)とに相関がある。
 ここでは、第1ステップで電力密度Pを一定にしたので、各発光部において算出される比率X(1/DS)を調整して互いに近づけることで、色温度を揃えることが行われる。
 具体的には、発光部の外径、コイルピッチ、コイル内径などを調整することで達成される。発光部外径の大小は発光部の外表面積の大小に関与して、表面からの熱放射を左右し、コイルピッチやコイル内径は、コイル内の熱の籠り具合に影響して、コイル表面温度、即ち色温度に関与する。
 これにより、長発光長ランプのグループ1、2のうち、グループ2が選定され、また、短発光長ランプのグループ3、4のうち、グループ3が選定される。
Next, as a second step, the color temperatures are adjusted. As described in the above paragraphs 0020 and 0024, the color temperature is determined based on the power density (P [W / mm]) in the filament constituting the light emitting portion and the outer surface area (S [mm] per unit length of the light emitting portion. 2 ]) and the ratio X (P / DS) based on the coil inner diameter (D [mm]) of the light emitting part.
Here, since the power density P is made constant in the first step, the color temperature is made uniform by adjusting the ratio X (1 / DS) calculated in each light emitting unit and bringing them closer to each other.
Specifically, this is achieved by adjusting the outer diameter, coil pitch, coil inner diameter and the like of the light emitting section. The outer diameter of the light emitting part is related to the outer surface area of the light emitting part and influences the heat radiation from the surface, and the coil pitch and the inner diameter of the coil influence the heat fluctuation in the coil, and the coil surface temperature. That is, it is related to the color temperature.
As a result, the group 2 is selected from the groups 1 and 2 of the long light emitting long lamps, and the group 3 is selected from the groups 3 and 4 of the short light emitting long lamps.
 次いで第3ステップでは、電力密度と色温度が揃えられたランプのうち、昇温速度を揃えることが行われる。前述の段落0025で述べたように、ここでは、フィラメントの単位長さ当りの質量を調整することで、昇温速度を揃えることが行われる。こうして長発光長ランプにおけるグループ2の小径素線Fと、短発光長ランプにおけるグループ3の中径素線Hが選定される。
 このように選定された小径素線Fと中径素線Hとをそれぞれ用いた長発光長ランプおよび短発光長ランプでは、電力密度、色温度および昇温速度が揃えられたランプが得られる。
Next, in the third step, among the lamps having the same power density and color temperature, the temperature rising rates are adjusted. As described in the above paragraph 0025, here, the temperature increase rate is made uniform by adjusting the mass per unit length of the filament. Thus, the group 2 small-diameter strand F in the long light emitting long lamp and the group 3 medium-diameter strand H in the short light emitting long lamp are selected.
With the long light emitting long lamp and the short light emitting long lamp using the small-diameter strand F and the medium-diameter strand H selected as described above, a lamp with uniform power density, color temperature, and heating rate can be obtained.
 図5に本発明のフィラメントランプの一具体例が示されていて、フィラメントの設計要素、およびそれぞれの電力密度、色温度、昇温速度を示している。本具体例では、発光長の異なる(200mm~420mm)5種類のフィラメント1~5を備えていて、各ランプを200Vで点灯したものである。
 尚、本発明における電力密度は、発光部の長さ(Q[mm])、フィラメントの素線長さ(L[mm])及び素線の断面積(A[mm2])を計測し、フィラメントに用いる素線の材料の電気抵抗率(ρ[Ω・mm])から、上記の式1及び式2に基づいて算出している。ただし、フィラメントの抵抗値(R)は、フィラメントランプの両電極間に印加した電圧に対して流れる電流値を測定することで求めても構わない。
 また、本発明における色温度は、点灯させた状態のフィラメントランプに対して、色温度計を用いて測定している。
 また、本発明における昇温速度は、発光部の光量立ち上がり時間(msec)は、フィラメントから発せられる光量をセンサーで検知し、目標とする光量値(発光部の点灯安定時の光量に対して90%を基準とする値)に達するまでの時間から算出している。そして各ランプ1~5の昇温速度は、光量立ち上がり時間の相対比から算出しており、最も発光部が長尺なNo.5の光量立ち上がり時間を1.00とした場合の相対比を記載している。
FIG. 5 shows a specific example of the filament lamp of the present invention, which shows the design elements of the filament, and the power density, color temperature, and temperature rise rate of each. In this specific example, five types of filaments 1 to 5 having different light emission lengths (200 mm to 420 mm) are provided, and each lamp is lit at 200V.
In the present invention, the power density is measured by measuring the length of the light emitting part (Q [mm]), the filament wire length (L [mm]) and the filament cross-sectional area (A [mm2]). From the electrical resistivity (ρ [Ω · mm]) of the material of the wire used for the calculation, it is calculated based on the above formulas 1 and 2. However, the resistance value (R) of the filament may be obtained by measuring the value of the current flowing with respect to the voltage applied between both electrodes of the filament lamp.
Further, the color temperature in the present invention is measured by using a color thermometer for the filament lamp in the lit state.
The temperature rise rate in the present invention is such that the light amount rise time (msec) of the light emitting unit is 90% of the target light amount value (the light amount when the light emitting unit is lighted stably). It is calculated from the time to reach (value based on%). The heating rate of each of the lamps 1 to 5 is calculated from the relative ratio of the light amount rise time. The relative ratio when the light quantity rise time of 5 is 1.00 is described.
 また本発明における新たな設計指標となる比率Xは、発光部を構成するフィラメントに流れる単位長さ当りの電力密度(P[W/mm])と、発光部の単位長さ当りの外表面積(S[mm])と、発光部のコイル内径(D[mm])とにより定められる数値であり、図5において各ランプ1~5の比率Xを記載している。
 図5に示すように、発光長の異なる各ランプの発光部の設計値、更には発光部を構成するフィラメントの設計値を適宜変更することにより、電力密度、色温度、昇温速度を略同一に揃えることが可能となる。
 また、前記発光部の長さが相対的に小さいフィラメントランプ(短発光長ランプ)1~2と、前記発光部の長さが相対的に大きいフィラメントランプ(長発光長ランプ)3~4とを比較した際に、発光部を構成するフィラメント素線の総断面積(素線断面積×素線本数)は、発光長が短くなるにつれて小さく設計することとなる。これは単位長さあたりの発光部の電力密度[W/mm]を揃えるために必要な処置となる。また発光長の差が大きくなるにつれ、総断断面積の差を大きく設計しなければ、電力密度を略同一に揃えることが困難となる。
In addition, the ratio X, which is a new design index in the present invention, is the power density per unit length (P [W / mm]) flowing through the filament constituting the light emitting portion and the outer surface area per unit length of the light emitting portion ( S [mm 2 ]) and the coil inner diameter (D [mm]) of the light emitting section, and the ratio X of each lamp 1 to 5 is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the power density, the color temperature, and the heating rate are substantially the same by appropriately changing the design values of the light emitting parts of the lamps having different light emission lengths, and further the design values of the filaments constituting the light emitting parts. It becomes possible to align.
Further, a filament lamp (short light emission long lamp) 1 to 2 having a relatively small length of the light emitting portion and a filament lamp (long light emission long lamp) 3 to 4 having a relatively large length of the light emitting portion are provided. When the comparison is made, the total cross-sectional area (filament cross-sectional area × number of strands) of the filament strands constituting the light-emitting portion is designed to be smaller as the light emission length becomes shorter. This is a treatment necessary for aligning the power density [W / mm] of the light emitting unit per unit length. Also, as the difference in light emission length increases, it becomes difficult to make the power density substantially the same unless the difference in total cross-sectional area is designed to be large.
 一方でフィラメントの総断面積の差を大きくしようとすると、発光部の他の設計要素にも影響が生じる。例えば、発光部のコイル内径(D)、外表面積(S)、発光部の質量等の設計要素等である。上述したとおり、このような設計要素の変化により色温度や昇温速度を揃えることが困難となってゆく。そこで本発明では、このような発光長の差が大きい場合において、フィラメント素線本数を変化させている。詳述すると、発光長が短くなるにつれて、フィラメントの素線本数を少なく設計している。このような対応により、発光長の差が大きい場合であっても、電力密度だけでなく、色温度や昇温速度を略同一に揃えやすくなる。 On the other hand, if the difference in the total cross-sectional area of the filament is increased, other design elements of the light emitting part are affected. For example, design elements such as a coil inner diameter (D), an outer surface area (S), and a mass of the light emitting unit of the light emitting unit. As described above, it is difficult to make the color temperature and the heating rate uniform by such a change in design elements. Therefore, in the present invention, when such a difference in light emission length is large, the number of filament strands is changed. More specifically, the number of filament strands is designed to decrease as the light emission length becomes shorter. With such a correspondence, even when the difference in light emission length is large, not only the power density but also the color temperature and the temperature increase rate can be easily made uniform.
 ところで、図5に示す比率X(P/DS)及び質量の設計値は厳密に一致させる必要はなく、当該設計値を近づける作業を行うことで、各発光部の電力密度、色温度、昇温速度が略同一の範囲内に収まるよう制御することが可能となる。図5に示すとおり、実際には比率Xや質量の設計値には許容できる範囲があることが理解できる。 By the way, the ratio X (P / DS) and the mass design values shown in FIG. 5 do not need to be strictly matched, and the power density, the color temperature, the temperature rise of each light emitting unit can be achieved by making the design values close to each other. It is possible to control the speed so as to be within the substantially same range. As shown in FIG. 5, it can be understood that there are actually acceptable ranges for the design values of the ratio X and the mass.
 以上説明したように、本発明によれば、複数のフィラメントランプがワークに対して並列配置されてなる光照射式加熱装置において、各フィラメントランプに設けられる各発光部は、その単位長さあたりの電力密度、色温度および昇温速度が略同一に揃えられていることにより、ワークをより均一に加熱処理することを可能とするものである。
 そして、複数のフィラメントランプを略同一の電圧値で点灯可能としたので、ランプ毎に電圧値を可変とした場合のように、装置制御盤の部品点数の増加や回路の複雑化を招くことがなく、また電圧を供給電圧に近いところで統一できるので、皮相電力の影響による定格電力以上の容量を確保する必要がない、という効果を奏する。
As described above, according to the present invention, in the light irradiation type heating apparatus in which a plurality of filament lamps are arranged in parallel to the workpiece, each light emitting unit provided in each filament lamp has a unit length per unit length. Since the power density, the color temperature, and the temperature increase rate are substantially the same, it is possible to heat the workpiece more uniformly.
Since a plurality of filament lamps can be lit at substantially the same voltage value, the number of parts of the device control panel may be increased and the circuit may be complicated as in the case where the voltage value is variable for each lamp. In addition, since the voltage can be unified near the supply voltage, there is an effect that it is not necessary to secure a capacity higher than the rated power due to the influence of the apparent power.
 本発明に係る光照射式加熱装置に適用されるフィラメントランプは、発光部が短くなるにつれてフィラメントの素線本数を少なく設計している。ここで当該光照射式加熱装置における長発光長ランプに適用されるフィラメントランプとして、前記フィラメントランプの発光管の全長に対して発光部の長さが70%以上に構成されたフィラメントランプは、前記発光部を構成するフィラメントの素線本数が少なくとも3本以上で構成されることが望ましい。素線本数が3本を下回る場合は、長発光長ランプと短発光長ランプとで各発光部の単位長さあたりの電力密度、前記発光部の色温度および昇温速度を略同一に揃える際のフィラメントの設計範囲が極端に制約されてしまうためである。 The filament lamp applied to the light irradiation type heating apparatus according to the present invention is designed so that the number of filament strands is reduced as the light emitting portion becomes shorter. Here, as a filament lamp applied to the long light emission long lamp in the light irradiation type heating device, the filament lamp in which the length of the light emitting part is configured to be 70% or more with respect to the total length of the arc tube of the filament lamp, It is desirable that the number of filaments constituting the light emitting unit is at least 3 or more. When the number of strands is less than 3, when the power density per unit length of each light emitting unit, the color temperature of the light emitting unit, and the temperature increase rate are made substantially the same for the long light emitting long lamp and the short light emitting long lamp This is because the design range of the filament is extremely restricted.
 ここで当該光照射式加熱装置における短発光長ランプに適用されるフィラメントランプとして、前記フィラメントランプの発光管の全長に対して発光部の長さが50%以下に構成されたフィラメントランプは、前記発光部を構成するフィラメントの素線本数が多くとも2本以下で構成されることが望ましい。素線本数が2本を上回る場合は、長発光長ランプと短発光長ランプとで各発光部の単位長さあたりの電力密度、前記発光部の色温度および昇温速度を略同一に揃える際、長発光長ランプ側の製造上の設計難易度が高くなり、実現が困難となるためである。 Here, as a filament lamp applied to a short light emitting long lamp in the light irradiation type heating device, a filament lamp having a light emitting portion configured to have a length of 50% or less with respect to the total length of the light emitting tube of the filament lamp, It is desirable that the number of filaments constituting the light emitting portion is at most two. When the number of strands exceeds two, when the power density per unit length of each light emitting unit, the color temperature of the light emitting unit, and the temperature increase rate are made substantially the same in the long light emitting long lamp and the short light emitting long lamp This is because the design difficulty in manufacturing on the side of the long light emitting long lamp is increased and it is difficult to realize it.
 また本発明に係る光照射装置は、当該装置に搭載される各フィラメントランプを略同一の電圧値で点灯するものである。ここで各フィラメントランプの点灯電圧値は種々の点灯条件で採用できるものであるが、特に、点灯電圧値が低い条件下において有効性が高く、各ランプの点灯電圧値は300V以下の場合において、より高い発明の効果が期待できる。
 これは高電圧時において所定の電流値に制御する場合、フィラメントを構成する素線は当該素線径が小さいものを選択しなければならず、フィラメントの設計範囲の制約が大きくなるためである。発光部を構成するフィラメントの素線径が小さくなるにつれ、フィラメントの素線本数を増やしたときの単位長さあたりの発光部の外表面積は大きくなりにくくなり、結果として前記発光部の色温度を揃える際の制約が大きくなるためである。
 各フィラメントランプの点灯電圧値が300V以下の場合は、長発光長ランプと短発光長ランプとで各発光部の大きさが極端に異なる場合であっても、各発光部の単位長さあたりの電力密度、前記発光部の色温度および昇温速度を略同一に揃えることができる。
Moreover, the light irradiation apparatus which concerns on this invention lights each filament lamp mounted in the said apparatus with the substantially same voltage value. Here, the lighting voltage value of each filament lamp can be adopted under various lighting conditions. In particular, when the lighting voltage value is low, the effectiveness is high, and the lighting voltage value of each lamp is 300 V or less. Higher effects of the invention can be expected.
This is because, when controlling to a predetermined current value at a high voltage, a strand constituting the filament must be selected to have a small strand diameter, and the design range of the filament is greatly restricted. As the filament diameter of the filament constituting the light emitting portion decreases, the outer surface area of the light emitting portion per unit length when the number of filament strands is increased is less likely to increase, and as a result, the color temperature of the light emitting portion is reduced. This is because the restriction when aligning becomes large.
When the lighting voltage value of each filament lamp is 300 V or less, even if the size of each light emitting part is extremely different between the long light emitting long lamp and the short light emitting long lamp, the unit per unit length of each light emitting part The power density, the color temperature of the light emitting unit, and the heating rate can be made substantially the same.
 尚、図5は、光照射式加熱装置1のフィラメントランプ2の配置数についての実施例も示している。図5が示す実施例は、発光管3の長さが540mmのフィラメントランプ2が25本配置される場合の構成であり、フィラメントランプ2の発光管3に対する発光長(Q[mm])の割合とそれぞれの本数は、37.0%のフィラメントランプ2が4本、46.3%のフィラメントランプ2が2本、55.6%のフィラメントランプ2が2本、64.8%のフィラメントランプ2が4本、77.8%のフィラメントランプ2が13本である。 FIG. 5 also shows an embodiment regarding the number of filament lamps 2 in the light irradiation type heating device 1. The embodiment shown in FIG. 5 is a configuration in which 25 filament lamps 2 having a length of the arc tube 3 of 540 mm are arranged, and the ratio of the emission length (Q [mm]) of the filament lamp 2 to the arc tube 3 The number of the filament lamps is 4 for 37.0%, 2 for the filament lamp 2 for 46.3%, 2 for the filament lamp 2 for 55.6%, and 2 for the filament lamp 2 for 64.8%. There are 4 filament lamps and 13 77.8% filament lamps 2.
 上述した光照射加熱装置1が備える構成は、あくまで一例であり、本発明は、図示された各構成に限定されない。 The configuration of the light irradiation heating device 1 described above is merely an example, and the present invention is not limited to each illustrated configuration.
    1    :  光照射式加熱装置
    2    :  フィラメントランプ
    3    :  発光管
    4    :  フィラメント
    5    :  発光部
    W    :  ワーク
1: Light irradiation type heating device 2: Filament lamp 3: Arc tube 4: Filament 5: Light emitting part W: Workpiece

Claims (9)

  1.  発光管内にフィラメントで構成された発光部を有するフィラメントランプがワークに対して複数並列配置され、該複数のフィラメントランプは、前記発光部の長さが相対的に異なるとともに、各フィラメントランプを略同一の電圧値で点灯する光照射式加熱装置において、
     前記各フィラメントランプにおける、前記発光部の単位長さあたりの電力密度、前記発光部の色温度および昇温速度が略同一に揃うよう、前記発光部の長さが相対的に異なる各フィラメントランプに設けられる各発光部は、それぞれ、当該発光部を構成するフィラメントの素線本数、又は、フィラメントの素線径、又は、フィラメントを構成するフィラメント素線の総断面積、又は、フィラメントをコイル状に巻回する場合のコイル内径、又は、フィラメントをコイル状に巻回する場合のコイルピッチのうち、何れか一つ又は複数の設計要素を異ならせたことを特徴とする光照射式加熱装置。
    A plurality of filament lamps having a light emitting portion made of a filament in the arc tube are arranged in parallel to the workpiece. The plurality of filament lamps have relatively different lengths of the light emitting portions, and each filament lamp is substantially the same. In the light irradiation type heating device that lights at the voltage value of
    Each filament lamp has a relatively different length so that the power density per unit length of the light emitting part, the color temperature of the light emitting part, and the heating rate are substantially the same. Each of the light emitting units provided is the number of filament strands constituting the light emitting portion, the filament strand diameter, the total cross-sectional area of the filament strands constituting the filament, or the filament in a coil shape. A light irradiation type heating apparatus characterized in that any one or a plurality of design elements are made different among a coil inner diameter in the case of winding or a coil pitch in the case of winding a filament in a coil shape.
  2.  前記複数のフィラメントランプは、前記ワークの中央領域に位置するフィラメントランプの発光部が、周辺領域に位置するフィラメントランプの発光部よりも相対的に長いことを特徴とする請求項1に記載の光照射式加熱装置。 2. The light according to claim 1, wherein in the plurality of filament lamps, a light emitting portion of a filament lamp located in a central region of the workpiece is relatively longer than a light emitting portion of a filament lamp located in a peripheral region. Irradiation heating device.
  3.  前記発光部は、当該発光部の電力密度(P[W/mm])と、単位長さ当りの発光部の外表面積(S[mm])と、発光部のコイル内径(D[mm])とによる比率X(P/DS)を制御することで色温度を略同一に揃えることを特徴とする請求項1に記載の光照射式加熱装置。 The light emitting unit includes a power density (P [W / mm]) of the light emitting unit, an outer surface area (S [mm 2 ]) of the light emitting unit per unit length, and a coil inner diameter (D [mm]) of the light emitting unit. The light irradiation type heating apparatus according to claim 1, wherein the color temperatures are made substantially the same by controlling the ratio X (P / DS).
  4.  前記発光部の短い短発光長ランプの発光部と、前記発光部の長い長発光長ランプの発光部の単位長さ当りの質量を調整することで、昇温速度が略同一に揃えられていることを特徴とする請求項1に記載の光照射式加熱装置。 By adjusting the mass per unit length of the light emitting part of the short light emitting long lamp with the short light emitting part and the light emitting part of the long long light emitting long lamp with the light emitting part, the heating rate is made substantially the same. The light irradiation type heating apparatus according to claim 1.
  5.  前記発光部の短い短発光長ランプと、前記発光部の長い長発光長ランプにおける、それぞれの発光部のフィラメント素線の総断面積を比較したとき、前者における総断面積が後者における総断面積より小さくなるように設計されることで、電力密度が略同一に揃えられていることを特徴とする請求項1に記載の光照射式加熱装置。 When comparing the total cross-sectional area of the filament wire of each light-emitting unit in the short light-emitting long lamp with the short light-emitting part and the long light-emitting long lamp with the long light-emitting part, the total cross-sectional area in the former is the total cross-sectional area in the latter The light irradiation type heating apparatus according to claim 1, wherein the power density is arranged to be substantially the same by being designed to be smaller.
  6.  前記長発光長ランプにおけるフィラメントの素線本数が、前記短発光長ランプの素線本数よりも多いことを特徴とする請求項5に記載の光照射式加熱装置。 The light irradiation type heating apparatus according to claim 5, wherein the number of filament strands in the long light emitting long lamp is larger than the number of strands in the short light emitting long lamp.
  7.  請求項1に記載の光照射式加熱装置における長発光長ランプとして適用可能なフィラメントランプであって、
     前記フィラメントランプの発光管の全長に対して、前記発光部の長さは70%以上となるよう構成されており、
     当該フィラメントランプにおける発光部を構成するフィラメントの素線本数は、少なくとも3本以上で構成されていることを特徴とするフィラメントランプ。
    A filament lamp applicable as a long light emitting long lamp in the light irradiation type heating device according to claim 1,
    The length of the light emitting portion is configured to be 70% or more with respect to the total length of the arc tube of the filament lamp,
    The filament lamp is characterized in that the number of filaments constituting the light emitting part in the filament lamp is at least 3 or more.
  8.  請求項1に記載の光照射式加熱装置における短発光長ランプとして適用可能なフィラメントランプであって、
     前記フィラメントランプの発光管の全長に対して、前記フィラメントランプに設けられる発光部の長さは50%以下となるよう構成されており、
     前記発光部を構成するフィラメントの素線本数は、多くとも2本以下で構成されていることを特徴とするフィラメントランプ。
    It is a filament lamp applicable as a short light emission long lamp in the light irradiation type heating device according to claim 1,
    The length of the light emitting portion provided in the filament lamp is configured to be 50% or less with respect to the total length of the arc tube of the filament lamp,
    The filament lamp is characterized in that the number of filaments constituting the light-emitting portion is at most two.
  9. 前記フィラメントランプの点灯電圧値は、300V以下であることを特徴とする請求項7又は8に記載のフィラメントランプ。 The filament lamp according to claim 7 or 8, wherein a lighting voltage value of the filament lamp is 300V or less.
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