(57)【要約】【課題】予めフィラメントに、昇温時の伸び量を相殺するための張力をかけておくことによって、点灯・消灯を繰り返してもフィラメントが垂下しない白熱ランプを提供することにある。【解決手段】本発明の白熱ランプは、一端に封止部２１が形成されたガラスバルブ２内に、両端が内部リード棒３に接続されたフィラメント４がガラスバルブ２の軸方向に配置され、フィラメント４は、昇温時の伸び量に相当する伸び量として、予め常温時のフィラメント４に張力をかけて内部リード棒３間に張り渡されていることを特徴とする。【選択図】    図１
2004273234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に封止部が形成されたガラスバルブ内に、両端が内部リード棒に接続されたフィラメントが該ガラスバルブの軸方向に配置された白熱ランプにおいて、
前記フィラメントは、昇温時の伸び量に相当する伸び量として、予め常温時のフィラメントに張力をかけて前記内部リード棒間に張り渡されていることを特徴とする白熱ランプ。
【請求項２】
前記フィラメントにかかる張力は、フィラメントの再結晶温度時にフィラメントの伸びによって張力が打ち消されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の白熱ランプ。
【請求項３】
前記ガラスバルブの封止部にベースが固定され、当該ベースは放熱機構を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の白熱ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハを急速加熱する光加熱装置の光源として使用される白熱ランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハを急速に加熱する光源として白熱ランプが使用され、半導体ウエハに赤外線を含む光を照射することにより、半導体ウエハを急速に所定の温度まで昇温させることができる。
【０００３】
図４は、従来の白熱ランプであって、白熱ランプ１は、水平点灯するランプであり、一端に封止部２１が形成されたガラスバルブ２内に、内部リード棒３間に張り渡されたタングステンフィラメント４がサポーター５によって支持された状態でガラスバルブ２の軸方向に沿って配置されている。そして、ガラスバルブ２の封止部２１にセラミック製のベース６０が接着によって固定されている。
【０００４】
このような白熱ランプ１は、消費電力が１．５ｋＷ程度のものであり、点灯・消灯を繰り返して使用され、点灯時のフィラメント４の温度は、フィラメント４を構成するタングステンの再結晶温度領域である１５００℃〜２３００℃を超えて２３００℃〜３２００℃まで上昇するものである。
なお、再結晶温度はフィラメントの素線径やコイル径、加工過程における残留応力等によって変わるものであり、一般的に光加熱用装置に組み込まれる白熱ランプの再結晶温度は、上述した１５００℃〜２３００℃の範囲になるものである。
【０００５】
このような白熱ランプ１では、フィラメント４は、昇温するにつれて熱によって伸びはじめ、また、再結晶温度領域を超えてフィラメント４の温度が上昇すると、塑性変形を起こし、フィラメント４が常温時の状態に戻らなくなるとともに、フィラメント４のバネ係数が常温時の１／２以下となり、バネ性が弱くなるものである。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２９４５６６１号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような特性を有するフィラメントを組み込んだ白熱電球では、フィラメント４は昇温するにつれて伸びはじめるが、図４に示すように、予めフィラメント４に張力をかけずに内部リード棒３間にフィラメント４を張り渡して固定すると、フィラメント４の伸びを逃がすことができず、点灯時にフィラメントが垂下し、この状態で再結晶温度領域である１５００℃〜２３００℃を超えて２３００℃〜３２００℃までフィラメント４が上昇すると、塑性変形を起こし、垂下した状態でフィラメント４の形状が固定されるという問題があった。
【０００８】
このような問題が起こらないために、予めフィラメント４に張力をかけて内部リード棒３間にフィラメント４を張り渡して固定するともある。
この場合、フィラメント４に張力がかかっているので、フィラメント４の温度が再結晶温度領域である１５００℃〜２３００℃前まで、具体的にはフィラメント４が塑性変形する前までは、フィラメント４が伸びようとしても、張力を受けて垂下しない状態を保てるが、更に高温の２３００℃〜３２００℃までフィラメント４が昇温すると、今度は、フィラメント４のバネ係数が常温時の１／２以下となり、バネ性が弱くなっている状態にもかかわらずフィラメントに張力がかかっているので、フィラメントが大きく引き伸ばされ、結果的にフィラメントが垂下し、この状態で塑性変形が起こり、フィラメント４の形状が垂下した状態で固定されるという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、予めフィラメントに、昇温時の伸び量を相殺するための張力をかけておくことによって、点灯・消灯を繰り返してもフィラメントが垂下しない白熱ランプを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の白熱ランプは、一端に封止部が形成されたガラスバルブ内に、両端が内部リード棒に接続されたフィラメントが該ガラスバルブの軸方向に配置された白熱ランプにおいて、前記フィラメントは、昇温時の伸び量に相当する伸び量として、予め常温時のフィラメントに張力をかけて前記内部リード棒間に張り渡されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の白熱ランプは、請求項１に記載の白熱ランプであって、特に、前記フィラメントにかかる張力は、フィラメントの再結晶温度時にフィラメントの伸びによって張力が打ち消されるようになっていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の白熱ランプは、請求項１または請求項２に記載の白熱ランプであって、特に、前記ガラスバルブの封止部にベースが固定され、当該ベースは放熱機構を有していることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の白熱ランプであって、白熱ランプ１は、水平点灯するランプであり、一端に封止部２１が形成されたガラスバルブ２内に、内部リード棒３間に張り渡されたタングステンフィラメント４がサポーター５によって支持された状態でガラスバルブ２の軸方向に沿って配置されている。そして、ガラスバルブ２の封止部２１にセラミック製のベース６が接着によって固定されている。
【００１４】
この白熱ランプ１は、定格１２０Ｖ、２０００Ｗで点灯するものであり、フィラメント４の再結晶温度は１６００℃、ランプ点灯時のフィラメント温度は３０００℃である。
【００１５】
また、ベース６は、複数の縦溝６ａと複数の横溝６ｂが交差するように形成され、溝によって切り取られていない部分が放熱機構である放熱フィン６１となってベース６の熱を逃がす構造になっており、この構造によって、白熱ランプ１の封止部２１を冷却するものである。
【００１６】
この結果、封止部２１に埋設された箔の酸化を防止することができ、しかも、サポーター５の端部が封止部２１に埋設された構造であるので、サポーター５をも冷却することができ、サポーター５の封止部２１側の根元の熱的変形を抑制し、フィラメント４がサポーター５の変形によって変形することも防止することができる。
【００１７】
さらに、フィラメント４は、昇温時の伸び量に相当する伸び量として、予め常温時のフィラメントに張力をかけて内部リード棒３に張り渡されている。
詳細に原理を説明すると、フィラメント４は、再結晶温度である１６００℃を超えると、フィラメント４自体のバネ係数が常温時の１／２以下となり、バネ性が弱くなるので、この温度領域でフィラメント４に張力がかかるとフィラメント４が著しく伸びてしまうので、この温度領域ではフィラメント４に張力をかけないようにしなければならない。一方、フィラメント４は昇温するにつれて伸びはじめるので、その伸びを打ち消すために張力をかける必要がある。
【００１８】
つまり、フィラメント４には、フィラメント４の再結晶温度である１６００℃の時に、フィラメント４自体の熱による伸び量に相当する伸び量を、予め常温時のフィラメント４にかけるようにする。
この結果、フィラメント４に予めかかっている張力は、フィラメント４の再結晶温度である１６００℃の時に、フィラメント４の伸びによって打ち消される構造であるので、バネ係数が大きい状態である再結晶温度１６００℃までは、張力によってフィラメント４の垂下が防止され、再結晶温度１６００℃を超える温度領域ではフィラメント４のバネ係数が小さい状態になっておりフィラメント４に応力が加わると簡単にフィラメント４が変形してしまうが、この温度領域ではフィラメント４に張力がかかっていない状態にすることにより、フィラメント４に変形を与えることがないので、フィラメント４は点灯中に常に垂下せず、変形することがない。
【００１９】
具体的な数値を用いて、図１に示す白熱ランプ１を説明する。
図１に示す白熱ランプ１では、内部リード棒３間の離間距離が３０ｍｍである。フィラメント４は、図２に示すように、内部リード棒に張り渡される前の全長Ｌが２３ｍｍである。図２中、伸ばされた状態のフィラメントは破線で示す。
つまり、フィラメント４は、内部リード棒３間に張り渡されると、全長が２３ｍｍから３０ｍｍに引き伸ばされたことになり、常温時のこの状態でのフィラメント４のバネ係数は１９．６Ｎ／ｍで、張力は０．１４Ｎとなっており、常温時に予めフィラメント４に張力をかけていることになる。
【００２０】
この張力は０．１４Ｎは、内部リード棒３間の離間距離と、フィラメント４が再結晶温度１６００℃に到達した時の伸び量を基に、計算して求めたものである。
【００２１】
図３は、図１に示す白熱ランプと同じ構造のランプに種々のフィラメントを用いた場合のフィラメントの変形例を示す図である。
なお、それぞれの図は、内部リード棒間の離間距離が３０ｍｍのものに張り渡されるフィラメントを示すものであり、図３（欄イ）は内部リード棒間に張り渡される前のフィラメント長が３０ｍｍで張力が０Ｎのフィラメントを示し、図３（欄ロ）は内部リード棒間に張り渡される前のフィラメント長が２８ｍｍで張力が０．０５Ｎのフィラメントを示し、図３（欄ハ）は内部リード棒間に張り渡される前のフィラメント長が２３ｍｍで張力が０．１４Ｎのフィラメントを示し、図３（欄ニ）は内部リード棒間に張り渡される前のフィラメント長が２０ｍｍで張力が０．３２Ｎのフィラメントを示すものである。
また、それぞれのフィラメントの温度に対応するフィラメント状態を示している。
【００２２】
図３（欄イ）に示すフィラメントは、予め張力が加えられていないので、ランプが点灯し、フィラメントの温度が上昇しフィラメントの温度が１０００℃になった時点からフィラメントの垂下が始り、再結晶温度を超えた１６５０℃では、フィラメントが大きく垂下した状態になる。
【００２３】
図３（欄ロ）に示すフィラメントは、予め張力が加えられているが、フィラメントの再結晶温度である１６００℃の時にフィラメントの伸びによって張力が打ち消される張力より小さな張力が加わっているだけであるので、フィラメントが１０００℃になるまではフィラメントは垂下しないが、１５００℃を超えると張力が打ち消され、逆にフィラメントの伸び量が大きくなり、フィラメントの伸びが内部リード棒間で逃げ場がなく、ついにはフィラメントが垂下した状態になる。
【００２４】
図３（欄ハ）に示すフィラメントは、予めフィラメントの再結晶温度である１６００℃の時にフィラメントの伸びによって張力が打ち消される張力が加わっているので、再結晶温度より低い温度である１０００℃や１５００℃でもフィラメントが垂下せず、さらには、再結晶温度である１６００℃を超えた１６５０℃でもフィラメントが垂下しないことがわかる。
【００２５】
図３（欄ニ）に示すフィラメントは、予めフィラメントの再結晶温度である１６００℃の時にフィラメントの伸びによって張力が打ち消される張力より大きな張力が加わっているので、再結晶温度より低い温度である１０００℃や１５００℃ではフィラメントが垂下しないが、再結晶温度である１６００℃を超えて１６５０℃になった時には既にフィラメントのバネ係数が小さくなっている状態であり、この時にフィラメントに張力が加わった状態であるので、フィラメントは張力によって引っ張られ点灯中は垂下しないが、電圧降下時に垂下した状態になる。
【００２６】
つまり、図３（欄ハ）に示すフィラメントのように、フィラメントに予めかける張力は、フィラメントの再結晶温度である１６００℃の時に、フィラメントの伸びによって打ち消される張力であるので、バネ係数が大きい状態である再結晶温度１６００℃までは、張力によってフィラメントの垂下が防止され、再結晶温度１６００℃を超える温度領域ではフィラメントに張力がかかっていない状態になっているので、フィラメントは点灯中にどの温度領域においても垂下せず、変形することがない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の白熱ランプによれば、内部リード棒間に張り渡されるフィラメントは、昇温時の伸び量に相当する伸び量として、予め常温時のフィラメントに張力をかけて内部リード棒間に張り渡されているので、点灯時フィラメントが垂下することがない。
【００２８】
封止部に固定されたベースは放熱機構を有しているので、白熱ランプの封止部を冷却するとともに、封止部に一端部が埋設されたサポーターも冷却することができ、サポーターの封止部側の根元の熱的変形を抑制し、フィラメントがサポーターの変形によって変形することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の白熱ランプの説明図である。
【図２】本発明の白熱ランプのフィラメントの説明図である。
【図３】フィラメントに加わる張力と温度によるフィラメントの変形状態を示す図である。
【図４】従来の白熱ランプの説明図である。
【符号の説明】
１      白熱ランプ
２      ガラスバルブ
２１    封止部
３      内部リード棒
４      フィラメント
５      サポーター
６      ベース
６ａ    縦溝
６ｂ    横溝
６１    放熱フィン
【図１】
2004273234.tif 000003
【図２】
2004273234.tif 000004
【図３】
2004273234.tif 000005
【図４】
2004273234.tif 000006