(57)【要約】      （修正有）【課題】長寿命のヒータランプおよびヒータランプを用いた加熱モジュールを提供する。【解決手段】発光管１０と、フィラメント２０と、封入ガスと、を含むヒータランプ１１０が提供される。前記発光管１０は、屈曲部１４、１５を含み、光透過性である。前記フィラメント２０は、前記発光管１０の内部の空間に設けられる。前記封入ガスは、前記空間に充填され、アルゴン、クリプトン及びキセノンの少なくともいずれかを含む希ガスと、臭素と、窒素と、を含む。前記フィラメントに供給される単位長さ当たりのランプ投入電力は、７０Ｗ／ｃｍ以上である。前記希ガスに対する窒素ガス体積濃度Ｃｖは、１ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈曲部を含む光透過性の発光管と、
前記発光管の内部の空間に設けられたフィラメントと、
前記空間に充填され、アルゴン、クリプトン及びキセノンの少なくともいずれかを含む希ガスと、臭素と、窒素と、を含む封入ガスと、
を備え、
前記フィラメントに供給される単位長さ当たりのランプ投入電力は、７０Ｗ／ｃｍ以上であり、
前記希ガスに対する窒素ガス体積濃度Ｃｖは、１ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であるヒータランプ。
【請求項２】
前記単位長さ当たりのランプ投入電力が前記フィラメントに供給されたときに生じる光の前記発光管の外での色温度Ｔは、２６００Ｋ（ケルビン）以上である請求項１記載のヒータランプ。
【請求項３】
請求項１記載のヒータランプを複数備えた、加熱モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ヒータランプおよびヒータランプを用いた加熱モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、樹脂容器などの成型工程において、樹脂容器を加熱するヒータランプ及びヒータランプを用いた加熱モジュールが用いられる。ヒータランプの寿命を長くすることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、長寿命のヒータランプおよびヒータランプを用いた加熱モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、発光管と、フィラメントと、封入ガスと、を含むヒータランプが提供される。前記発光管は、屈曲部を含み、光透過性である。前記フィラメントは、前記発光管の内部の空間に設けられる。前記封入ガスは、前記空間に充填され、アルゴン、クリプトン及びキセノンの少なくともいずれかを含む希ガスと、臭素と、窒素と、を含む。前記フィラメントに供給される単位長さ当たりのランプ投入電力は、７０Ｗ／ｃｍ以上である。前記希ガスに対する窒素ガス体積濃度Ｃｖは、１ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、長寿命のヒータランプおよびヒータランプを用いた加熱モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係るヒータランプを例示する模式図である。
【図２】第１の実施形態に係るヒータランプの特性を例示する図である。
【図３】第１の実施形態に係る別のヒータランプを例示する模式図である。
【図４】第２の実施形態に係る加熱モジュールを例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るヒータランプを例示する模式図である。  
図１に表したように、本実施形態に係るヒータランプ１１０は、発光管１０と、フィラメント２０と、を含む。
【００１０】
発光管１０は、屈曲部を含む。すなわち、発光管１０は、直線部１１と、直線部１２と、直線部１１及び１２の間に設けられた屈曲部１４と、直線部１１及び１３の間に設けられた屈曲部１５と、を含む。直線部１１は、一端１１ａと、他端１１ｂと、を有する。
【００１１】
実施形態において、直線部１１が延びる方向と直線部１２が延びる方向との間の角度は任意である。直線部１２は、直線部１１の一端１１ａと、屈曲部１４を介して接続されている。すなわち、直線部１２の一端１２ａが直線部１１の一端１１ａに接続される。直線部１１と直線部１２との間において発光管１０の延びる方向は連続的に滑らかに変化しても良い。
【００１２】
実施形態において、直線部１１が延びる方向と直線部１３が延びる方向との角度は、任意である。例えば、この例では、直線部１３は、直線部１１と直線部１２とを含む平面に対して平行である。
【００１３】
直線部１３は、直線部１１の他端１１ｂに接続される。すなわち、直線部１３の一端１３ａが、直線部１１の他端１１ｂに接続されている。
【００１４】
例えば、直線部１３は、直線部１１の延びる方向に沿って直線部１２と並ぶ。すなわち、直線部１２から直線部１３に向かう方向は、直線部１１の延びる方向に対して平行である。発光管１０は、例えばコ字状である。
【００１５】
発光管１０の内部は、外部と遮断されている。発光管１０の内部は気密されている。すなわち、この例では、発光管１０の直線部１２の他端１２ｂが第１封止部１２ｃとなる。発光管１０の直線部１３の他端１３ｂが、第２封止部１３ｃとなる。
【００１６】
フィラメント２０は、発光管１０の内部の空間３０に設けられている。例えば、フィラメント２０は、第１封止部１２ｃから、直線部１２、直線部１１及び直線部１３を経て、第２封止部１３ｃまで延びる。
【００１７】
フィラメント２０の第１封止部１２ｃの側の第１端２０ａは、第１封止部１２ｃ中に封止されている第１導電部３１に接続される。フィラメント２０の第２封止部１３ｃの側の第２端２０ｂは、第２封止部１３ｃ中に封止されている第２導電部３２に接続される。
【００１８】
第１導電部３１の他端は、アウターリード４１に接続される。アウターリード４１の少なくとも一部は、発光管１０の外部（第１封止部１２ｃの外側）に位置する。第２導電部３２の他端は、アウターリード４２に接続される。アウターリード４２の少なくとも一部は、発光管１０の外部（第２封止部１３ｃの外側）に位置する。
【００１９】
発光管１０内に、例えば、フィラメント２０を保持するアンカー材が設けられても良い。
【００２０】
発光管１０の内部の空間には、封入ガス（図示しない）が充填されている。封入ガスは、希ガス（希ガス元素）と、臭素と、窒素（例えば窒素分子）と、を含む。希ガスは、アルゴン、クリプトン及びキセノンの少なくともいずれかを含む。
【００２１】
例えば、発光管１０には、石英ガラスが用いられる。発光管１０の延びる方向に対して垂直な平面で発光管１０を切断した断面は、例えば、円形である。
【００２２】
第１導電部３１及び第２導電部３２には、例えば、Ｍｏ箔が用いられる。アウターリード４１及びアウターリード４２には、例えば、Ｍｏ棒が用いられる。
【００２３】
本実施形態において、希ガスに対する窒素分子の体積濃度Ｃｖは、１ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下である。希ガスに対する窒素分子の体積濃度は、例えば、ヒータランプ１１０を閉空間で破壊してガスを回収し、ガスクロマトグラフィーで分離し、質量スペクトルで分子を同定する、いわゆるＧＣ−ＭＳ法により求めることができる。
【００２４】
ヒータランプ１１０の単位長さ当たりのランプ投入電力は、７０Ｗ／ｃｍ以上である。単位長さ当たりのランプ投入電力は、ヒータランプ１１０に電力が供給されたときの電力をランプ長さ、本実施形態ではフィラメント長さ（ｃｍ）で除した値で表される。本実施形態においては、例えば、ランプ投入電力は、２０００Ｗ（ワット）である。ヒータランプ１１０の長さは、２６ｃｍ（センチメートル）である。単位長さ当たりのランプ投入電力は、７６．９Ｗ／ｃｍである。単位長さ当たりのランプ電力は、７０Ｗ／ｃｍ以上、好適には７５Ｗ／ｃｍ以上であることが望ましい。単位長さ当たりのランプ電力が７０Ｗ／ｃｍ以上であると、ヒータランプ１１０の被照射物に対してより効率よく赤外線を照射できるためであり、７５［Ｗ／ｃｍ］以上であるとよりよく赤外線を照射できる。ランプ長さは、１５〜５０［ｃｍ］、好適には２０〜４０［ｃｍ］の範囲であることが望ましい。ランプ長さが１０ｃｍ未満であると屈曲部を有するヒータランプを形成することが困難である。また、ランプ長さが５０ｃｍより長いと、ランプに電力を供給する電源が大きくなるため、現実的でない。
【００２５】
ヒータランプ１１０において、単位長さ当たりのランプ投入電力が７０Ｗ／ｃｍ以上を満たすとき、ヒータランプ１１０の動作時の色温度Ｔは、２６００Ｋ（ケルビン）以上である。すなわち、単位長さ当たりのランプ投入電力が７０Ｗ／ｃｍ以上を満たすように電力がフィラメント２０に供給されたときに生じる光の発光管１０の外での色温度Ｔは、２６００Ｋ（ケルビン）以上である。色温度Ｔは、例えば、オプトリサーチ社の分光計ＭＳＲ−７０００を用い、ランプを点灯させて１ｍ離れた位置に分光計のディテクタを配置して測定することができる。
【００２６】
実施形態によれば、封入ガスでの放電が抑制され、寿命を長くすることができる。実施形態によれば、長寿命のヒータランプを提供できる。
【００２７】
ヒータランプの内部に設けられるフィラメントが点灯中に断線すると、断線したフィラメント間に高電圧が印加され、断線したフィラメント間で放電が発生する場合がある。しかし、本願発明者の検討によると、断線状態ではないにもかかわらず、放電が発生することがあることが分かった。特にこの現象は、高負荷で、なおかつ、直管よりも、屈曲部を有するヒータランプにおいて生じる。その現象を検討すると、点灯直後にヒータ内部の全体にアーク放電が発生する現象が観察された。このアーク放電によりヒータが破裂する。本願発明者は、この現象に着目した。
【００２８】
高負荷のヒータランプにおいては、コイル（フィラメント２０）からの熱電子放出、または、封入ガスの電離により、ヒータランプの内部において放電し易くなることが分かった。このとき、フィラメントを通して電流が流れるよりも、気中(封入ガス中）を通るほうが、電流が流れやすくなる。特に、屈曲部を有することで、ヒータランプの発光管同士が直管のときよりも接近するため、ヒータランプの気中を通るほうが、電流が流れやすくなる。また、フィラメント２０から放出される光の色温度は、フィラメントからの熱電子放出と相関がある。フィラメントの色温度が高いほど、フィラメントからの熱電子放出が多くなるため、発光管から放射される光の色温度が２６００Ｋ以上の条件で放電が発生しやすいことが分かった。
【００２９】
本願発明者は、封入ガスの成分を変えて、実験を行った。これにより、電子吸着性のある臭素、及び、希ガス（Ａｒ、Ｋｒ及びＸｅの少なくともいずれか）を封入ガスとして用いる場合よりも、封入ガスにさらに窒素を導入することで、上記の放電が抑制されることが分かった。窒素においては、臭素及び希ガスよりも、放電開始電圧が高い。このような窒素を封入ガスに含有させることで、放電が抑制できる。
【００３０】
このとき、封入ガス中における窒素の濃度が過度に高いと、フィラメント２０の損傷が激しくなることも分かった。放電を抑制しつつ、フィラメント２０の損傷を抑制させるための適切な窒素の濃度が存在することが分かった。
【００３１】
実施形態においては、封入ガス中における窒素の濃度を適切に設定する。例えば、希ガスに対する窒素分子の体積濃度Ｃｖは、１ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下である。これにより、放電を抑制しつつ、フィラメント２０の損傷を抑制する。
【００３２】
ここで、不活性ガスに窒素ガスを添加すれば、不活性ガスのみの場合と比べて気中放電を抑制することができる。気中放電が抑制される理由は必ずしも明らかではないが、例えば、以下のことが考えられる。
【００３３】
窒素ガスが添加された、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの単体、あるいは、これらのうち少なくとも２種を含む不活性ガスの絶縁破壊電圧は、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの単体、あるいは、これらのうち少なくとも２種を含む不活性ガスのみで構成された混合ガスの絶縁破壊電圧よりも高くなる。  
つまり、不活性ガスに窒素ガスを添加すると、絶縁破壊電圧を高くすることができるので、気中放電の発生を抑制することができる。
【００３４】
図２は、実施形態に係るヒータランプの特性を例示する図である。  
ここで、放電が発生しない条件を見出すため、発明者は、単位長さ当たりのランプ投入電力［Ｗ／ｃｍ］、ランプ色温度Ｔ［Ｋ］、窒素ガス体積濃度Ｃｖ［ｖｏｌ％］を求めた。結果を図２に示す。  
図２において、「○」印は、放電が発生しなかったことを表している。「×」印は、放電が発生したことを表している。
【００３５】
図２から明らかであるとおり、単位長さ当たりのランプ投入電力が７０Ｗ／ｃｍ以上のとき、窒素ガス体積濃度Ｃｖは１ｖｏｌ％以上であれば、放電が発生しないことが分かった。すなわち、色温度Ｔが２６００Ｋ以上、単位長さ当たりのランプ投入電力が７０Ｗ／ｃｍ以上のときに、窒素ガス体積濃度Ｃｖは１ｖｏｌ％以上であれば、放電が発生しないことがわかった。
【００３６】
ただし、窒素ガス体積濃度Ｃｖを極端に上げると、窒化タングステンが生成され、フィラメント２０が損傷するという現象が生じる。その結果、例えば、発光管１０の内部が黒化したり、フィラメント２０自体が断線する。発光管１０の内部が黒化すると、ヒータランプ１１０の発光性能が低下するので、ヒータランプ１１０の品質が低下することになる。また、フィラメント２０自体が断線すると、ヒータランプ１１０内で気中放電が発生し、ヒータランプ１１０が破損するおそれがある。  
発明者らの得た知見によれば、気中放電とフィラメント２０との損傷を抑制するためには、窒素ガスの体積濃度Ｃｖを３０ｖｏｌ％以下とすることが好ましいことがわかった。
【００３７】
また、同様の発光管１０を用いて、ランプの長さ２６ｃｍ、ランプ投入電力３５００Ｗ（単位長さ当たりのランプ投入電力：１３５Ｗ／ｃｍ）、ランプ長さ２８ｃｍ、ランプ投入電力３０００Ｗ（単位長さ当たりのランプ投入電力：１０７Ｗ／ｃｍ）、ランプ長さ５０ｃｍ、ランプ投入電力７０００Ｗ（単位長さ当たりのランプ投入電力：１４０Ｗ／ｃｍ）の条件でヒータランプ１１０を作成し、同様の試験を行ったが、単位長さ当たりのランプ投入電力は７０Ｗ／ｃｍ以上、色温度Ｔは２６００Ｋ以上であるとき、窒素ガス堆積濃度Ｃｖが１〜３０ｖｏｌ％であれば、放電が抑制された。
本実施形態によれば、放電を抑制できる。そして、フィラメントの損傷も抑制できる。これにより、ヒータランプの寿命を長くすることができる。
【００３８】
なお、フィラメントにレニウムを添加することで、常温時と点灯時の抵抗差を縮小し、突入電流を低減することが試みられる。しかしながら、レニウムの添加により電子放射性が増し、始動時のフィラメント抵抗値が増す。このため、気中放電が発生しやすくなる。
【００３９】
本実施形態においては、このような電子放射性の上昇や、始動時のフィラメント抵抗値の上昇は、実質的に生じない。
【００４０】
本実施形態に係るヒータランプ１１０は、例えば、樹脂容器（例えば、ペットボトルなど）の成型に用いられる。本実施形態に係るヒータランプ１１０により加熱される被照射体は、任意である。
【００４１】
本実施形態によれば、長寿命のヒータランプが提供できる。
【００４２】
図３は、本実施形態に係る別のヒータランプを例示する模式図である。  
図３に示すように、ヒータランプ１１１には、発光管１０、封止部１１ｃ、１１ｄ、屈曲部１４、フィラメント２０、アンカー２１、第１導電部３１、第２導電部３２、アウターリード４１、４２、チップ５０が設けられている。
【００４３】
アンカー２１は、フィラメント２０を支持する。この場合、アンカー２１は、発光管１０の内部の略中央にフィラメント２０を支持するものとすることができる。アンカー２１は、フィラメント２０に略等間隔で設けるようにすることができる。また、例えば、アンカー２１は、耐熱性を有する線材を巻回して形成されたものとすることができる。アンカー２１は、例えば、タングステンなどからなる線材を巻き回して形成されたものとすることができる。  
なお、アンカー２１の形態、大きさ、材料、数、配置などは例示をしたものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
【００４４】
チップ５０は、発光管１０の略中央に設けられている。チップ５０は、気密に封止された発光管１０の内部の空間３０に、不活性ガスや窒素ガスや臭素（図示しない）を封入するために設けられたガラス管（図示しない）を、不活性ガスや窒素ガスや臭素を封入した後に加熱して焼ききった残留分である。チップ５０は、例えば、発光管１０と同じように、石英ガラスなどから形成されている。ただし、チップ５０の材料は例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００４５】
図３に表したように、ヒータランプ１１１においては、発光管１０は、例えば、全体が湾曲した管状体とすることができる。例えば、発光管１０は、略Ｕの字状を呈したものとすることができる。
【００４６】
なお、封入されるガスに対する窒素ガスの体積濃度Ｃｖは、前述したものと同様とすることができるので詳細な説明は省略する。
【００４７】
また、単位長さ当たりのランプ投入電力は、７０Ｗ／ｃｍ以上となっている。
【００４８】
本実施の形態に係るヒータランプ１１１においても、前述したヒータランプ１１０と同様に気中放電の発生などを抑制することができる。
【００４９】
以上に例示をしたように、封入ガスに対する窒素ガス体積濃度Ｃｖを前述のようにすれば、ヒータランプの外観形態に係わらず気中放電の発生などを抑制することができる。
【００５０】
（第２の実施形態）  
本実施形態は、加熱モジュールに係る。この加熱モジュールは、第１の実施形態に関して説明したヒータランプのいずれか、または、それらの変形のヒータランプを含む。以下の例では、ヒータランプ１１０を用いる場合について説明する。
【００５１】
図４は、第２の実施形態に係る加熱モジュールを例示する模式図である。  
図４に表したように、本実施形態に係る加熱モジュール２１０は、ヒータランプ１１０を含む。この例では、複数のヒータランプ１１０が設けられる。加熱モジュール２１０に保持部１５０がさらに設けられている。保持部１５０は、ヒータランプ１１０を保持する。  
本実施形態に係る加熱モジュール２１０によれば、長寿命の加熱モジュールが提供できる。
【００５２】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【００５３】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、ヒータランプ及び加熱モジュールに含まれる発光管、フィラメント、導電部及び電極などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【００５４】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００５５】
その他、本発明の実施の形態として上述したヒータランプ及び加熱モジュールを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのヒータランプ及び加熱モジュールも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００５６】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００５７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５８】
１０…発光管、  １０ａ…一端、  １０ｂ…他端、  １１…直線部、  １１ａ…一端、  １１ｂ…他端、  １１ｃ、１１ｄ…封止部、  １２…直線部、  １２ａ…一端、  １２ｂ…他端、  １２ｃ…第１封止部、  １３…直線部、  １３ａ…一端、  １３ｂ…他端、  １３ｃ…第２封止部、  １４、１５…屈曲部、  ２０…フィラメント、  ２０ａ…第１端、  ２０ｂ…第２端、  ２１…アンカー、  ３０…空間、  ３１…第１導電部、  ３２…第２導電部、  ４１、４２…アウターリード、  ５０…チップ、  １１０、１１１…ヒータランプ、  １５０…保持部、  ２１０…加熱モジュール、  Ｃｖ…窒素ガス体積濃度、  Ｔ…色温度、  Ｗａ…ランプ投入電力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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