(57)【要約】【課題】フィラメントの変形や破損が生ずることを防止しながら、フィラメントの非発光領域における発光を抑制することのできる新規なフィラメント保持構造を有するフィラメントランプを提供すること。【解決手段】このフィラメントランプは、発光領域と非発光領域とを有するフィラメントが発光管内においてサポータによって支持されて配設されてなり、サポータは、発光管の内面に当接してフィラメントを発光管の管軸上に位置されるよう保持するリング状の保持部と、フィラメントの非発光領域に形成されたコイル状の被係合部に係合されるコイル状の係合部とを有し、係合部はフィラメントにおける被係合部の外周全域を覆う状態で設けられた構成とされている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光領域と非発光領域とを有するフィラメントが発光管内においてサポータによって支持されて配設されてなるフィラメントランプにおいて、
前記フィラメントの非発光領域の一部には、コイル状の被係合部が形成されており、
前記サポータは、前記発光管の内面に当接して前記フィラメントを前記発光管の管軸上に位置されるよう保持するリング状の保持部と、前記フィラメントの被係合部に係合されるコイル状の係合部とを有し、当該係合部は前記フィラメントにおける被係合部の外周全域を覆う状態で設けられていることを特徴とするフィラメントランプ。
【請求項２】
前記サポータにおける係合部の両端が、前記フィラメントにおける被係合部の両端より軸方向外方に位置されていることを特徴とする請求項１に記載のフィラメントランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電子写真方式を利用した画像形成装置に搭載された熱ローラ方式の定着装置の熱源、あるいは、半導体製造工程における光照射式加熱処理装置の熱源として用いられるフィラメントランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えば、電子写真方式を利用した画像形成装置に搭載された熱ローラ方式の定着装置の熱源、あるいは、半導体製造工程における光照射式加熱処理装置の熱源として、フィラメントランプが使用されている。例えば、特許文献１には、熱ローラ方式の定着装置における熱源として用いられるヒータランプ装置が開示されている。
【０００３】
フィラメントランプにおいては、通常、コイル状のフィラメントのたわみや垂下を防止するため、フィラメントを支持するサポータが略全長にわたって局所的に設けられている。
図５は、従来のフィラメントランプにおけるフィラメントの保持構造の一例を概略的に示す説明図である。図５（ａ）はフィラメントの中心軸Ｃに垂直な方向から見た平面図、図５（ｂ）は、フィラメントの中心軸Ｃに沿った断面図である。
フィラメント４０は、例えば、素線がコイル状に密に巻回された密巻部により構成された発光領域（発光部）と、例えば略直線状または素線が疎に巻回されたコイル状の素線部４２により構成された非発光領域（非発光部）を有する。非発光領域には、素線が密に巻回されたコイル状の被係合部４１が形成されている。そして、フィラメント４０は、発光管の内面１１ａによって、フィラメント４０の発光領域の適宜の箇所および非発光領域における被係合部４１の外周に設けられたサポータ４５を介して間接的に保持されている。
サポータ４５は、フィラメント４０の発光領域および非発光領域における被係合部４１に係合されるコイル状の係合部４７と、フィラメントランプの発光管の内面１１ａに当接されるリング状の保持部４６とを有する。
【０００４】
このようなフィラメント保持構造にあっては、例えばサポータ４５が回転してフィラメント４０より外れることを防止するために、フィラメント４０の非発光領域における被係合部４１の軸方向寸法（長さ）Ｌｆは、サポータ４５の係合部４７の軸方向寸法Ｌｓより大きい状態で形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２５８６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のようなフィラメント保持構造においては、サポータ４５の係合部４７の両端より軸方向外方に突出するフィラメント４０の被係合部４１の両端が発光して発熱し、電力の無駄が生じるという問題がある。また、例えば、熱ローラ方式の定着装置の熱源として、互いに発光領域の異なる複数本のフィラメントランプを用いた場合に、加熱ローラの表面温度を所期の温度分布状態となるよう、フィラメントランプの点灯制御を行うことが困難となる、という問題がある。
【０００７】
このような問題に対して、特許文献１には、サポータにおけるコイル状の係合部の内部に、短絡用の金属芯棒が挿入されて配置された構成とされることが記載されている。
しかしながら、この金属芯棒は、ある種の高融点金属材料により構成することが要求されると共にある程度の太さが要求されるため、被係合部の重量が大きくなってサポータに対する負担が大きくなる。その結果、サポータが変形したり破損しやすくなり、サポータ本来の機能が果たせなくなるという問題がある。また、コスト的にも、所期のフィラメントランプを有利に製造することができないという問題がある。
【０００８】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、フィラメントの変形や破損が生ずることを防止しながら、フィラメントの非発光領域における発光を抑制することのできる新規なフィラメント保持構造を有するフィラメントランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のフィラメントランプは、発光領域と非発光領域とを有するフィラメントが発光管内においてサポータによって支持されて配設されてなるフィラメントランプにおいて、
前記フィラメントの非発光領域の一部には、コイル状の被係合部が形成されており、
前記サポータは、前記発光管の内面に当接して前記フィラメントを前記発光管の管軸上に位置されるよう保持するリング状の保持部と、前記フィラメントの被係合部に係合されるコイル状の係合部とを有し、当該係合部は前記フィラメントにおける被係合部の外周全域を覆う状態で設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のフィラメントランプにおいては、前記サポータにおける係合部の両端が、前記フィラメントにおける被係合部の両端より軸方向外方に位置された構成とされていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のフィラメントランプによれば、基本的には、サポータが線径の小さい線材のみから構成されているため、サポータの重量が大幅に増大することがないので、フィラメントの自重およびサポータの自重によって、サポータが変形または破損することが抑制され、従って、フィラメントの変形または破損が生ずることを確実に回避することができる。しかも、非発光領域において、サポータにおける係合部が、フィラメントにおける被係合部の外周全域を覆う状態で配置されていることにより、フィラメントの被係合部における電気抵抗が大幅に減少するため、非発光領域における被係合部が発光して発熱することを抑制することができ、消費電力の低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のフィラメントランプを具えたランプ装置の一例における構成を概略的に示す説明図である。
【図２】図１に示すフィラメントランプにおけるフィラメント保持構造の一例を概略的に示す説明図である。
【図３】実験例１において作製した本発明に係るフィラメントランプの配熱分布を示す図である。
【図４】比較実験例１において作製した比較用のフィラメントランプの配熱分布を示す図である。
【図５】従来のフィラメントランプにおけるフィラメントの保持構造の一例を概略的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のフィラメントランプに係る実施の形態について、熱ローラ方式の定着装置の熱源として用いられるランプ装置に適用した場合を例に挙げて説明する。
図１は、本発明のフィラメントランプを具えたランプ装置の一例における構成を概略的に示す説明図である。
このランプ装置は、フィラメントの発光領域が互いに異なる位置に形成された２つのフィラメントランプ１０ａ，１０ｂを具えている。
【００１４】
第１のフィラメントランプ１０ａは、例えば石英ガラスよりなり、両端に封止部１２が形成された直管状の発光管１１を具えている。発光管１１の内部には、フィラメント２０ａがその中心軸が発光管１１の管軸上に位置されて配設されている。フィラメント２０ａの両端部は、発光管１１の封止部１２に気密に埋設された金属箔１５を介して、封止部１２から軸方向外方に突出して延びる外部リード１６に電気的に接続されている。また、発光管１１の内部には、例えば不活性ガスが封入されている。
【００１５】
フィラメント２０ａは、例えばタングステンよりなる１本の素線（以下、「フィラメント素線」ともいう。）によって形成されており、軸方向中央部に位置される発光領域２１とこの発光領域２１の両端の各々に連続する非発光領域２５とを有している。発光領域２１は、素線がコイル状に密に巻回されてなる密巻部２２により形成されており、非発光領域２５は、実質的に素線それ自体の形態のままとされた素線部２７により形成されている。なお、素線部２７は、フィラメント素線が例えば螺旋状に延びる状態を含む。
【００１６】
フィラメント２０ａには、金属製のサポータ３０ａ，３０ｂが軸方向に互いに離間した位置に取り付けられており、これにより、フィラメント２０ａが発光管１１の内面１１ａによって間接的に保持されている。フィラメント２０ａの非発光領域２５においては、図２に示すように、フィラメント素線がコイル状に密に巻回されてなる被係合部２６が局所的に形成され、この被係合部２６にサポータ３０ａが取り付けられている。
【００１７】
サポータ３０ａ，３０ｂは、例えばタングステンよりなる１本の素線（以下、「サポータ素線」ともいう。）がフィラメント２０ａ，２０ｂにおける密巻部２２および被係合部２６の外周に巻き回されて形成されている。
サポータ３０ａ，３０ｂは、発光管１１の内面に当接してフィラメント２０ａ，２０ｂを発光管の管軸上に位置されるよう保持するリング状の保持部３１と、フィラメント２０ａの被係合部２６に係合されるコイル状の係合部３２とを有する。ここに、サポータ３０ａにおける係合部３２のピッチの大きさｐｓは、例えば、フィラメント２０ａにおける被係合部２６のピッチの大きさｐｆと同一であるが、フィラメント２０ａにおける被係合部２６と素線部２７との境界領域においては、サポータ素線の線径と等しい大きさのピッチとされている。
【００１８】
第２のフィラメントランプ１０ｂは、上述したように、発光領域が第１のフィラメントランプ１０ａと異なる位置に形成させていることの他は、第１のフィラメントランプ１０ａと同一の構成を有する。便宜上、第１のフィラメントランプ１０ａと同一の構成部材には、同一の符号が付してある。
第２のフィラメントランプ１０ｂにおけるフィラメント２０ｂは、例えばタングステンよりなる１本の素線によって形成されており、軸方向中央部に位置される非発光領域２５とこの非発光領域２５の両端の各々に連続する発光領域２１とを有している。
【００１９】
このランプ装置においては、第１のフィラメントランプ１０ａおよび第２のフィラメントランプ１０ｂは、互いに発光領域２１が非発光領域２５に対向して配置されている。そして、例えば記録紙やＯＨＰシートなどの記録材の大きさによって、第１のフィラメントランプ１０ａが単独で点灯されて、あるいは、第１のフィラメントランプ１０ａおよび第２のフィラメントランプ１０ｂが共に点灯される。
【００２０】
而して、上記の第１のフィラメントランプ１０ａおよび第２のフィラメントランプ１０ｂにあっては、フィラメント２０ａ，２０ｂの非発光領域２５において、サポータ３０ａが、係合部３２がフィラメント２０ａ，２０ｂにおける被係合部２６の外周全域を覆う状態で、設けられている。すなわち、図２に示すように、コイル状の係合部３２が、フィラメント２０ａ（２０ｂ）における被係合部２６の軸方向一端側外方に位置される素線部３３ａから被係合部２６の軸方向他端側外方に位置される素線部３３ｂに至る領域にわたって巻かれており、サポータ３０ａにおける係合部３２の軸方向寸法Ｌｓがフィラメント２０ａ（２０ｂ）における被係合部２６の軸方向寸法Ｌｆより大きい状態とされている。そして、サポータ３０ａにおける係合部３２を構成する各巻線部がフィラメント２０ａ（２０ｂ）における被係合部２６を構成する各巻線部間において径方向内方側に入り込むことによって、サポータ３０ａにおける係合部３２を構成する各巻線部がフィラメント２０ａ（２０ｂ）における被係合部２６を構成する各巻線部と係合している。
【００２１】
また、サポータ３０ａにおける係合部３２の両端に位置される巻線部３３ａ，３３ｂの各々は、隣接する巻線部の径方向内方側に入り込むよう縮径されて巻き回されている。これにより、フィラメント２０ａ（２０ｂ）における被係合部２６がサポータ３０ａにおける係合部３２の両端の巻線部３３ａ，３３ｂによって軸方向に挟み込まれた状態とされ、サポータ３０ａがフィラメント２０ａ（２０ｂ）より脱落することが防止された構造とされている。
【００２２】
フィラメント２０ａ（２０ｂ）の発光領域２１においては、サポータ３０ｂは、係合部３２がフィラメント２０ａ（２０ｂ）における密巻部２２の外周に巻かれて取り付けられている。ここに、フィラメント２０ａ（２０ｂ）の発光領域２１に取り付けられるサポータ３０ｂにおける係合部３２は、非発光領域２５に取り付けられるサポータ３０ａの係合部３２の軸方向寸法（長さ）Ｌｓａより小さい大きさＬｓｂで形成されている。
【００２３】
以上において、サポータ３０ａ，３０ｂは次のようにしてフィラメント２０ａ（２０ｂ）に取付けられる。すなわち、フィラメント２０ａ（２０ｂ）における非発光領域２５においては、先ず、フィラメント２０ａ（２０ｂ）における被係合部２６の内部にマンドレル芯棒がある状態で、サポータ素線を被係合部２６の一端側外方に位置される素線部２７の適宜の位置より被係合部２６と素線部２７との境界位置に至る領域に、所定の大きさの巻線径ｄ１でかつ所定のピッチで巻き回す。次いで、巻線径の大きさを変更して、当該サポータ素線を被係合部２６の外周に巻線径ｄ２で所定のピッチｐｓでコイリングしてコイル状の係合部３２を形成する。そして、巻線径の大きさを変更して、当該サポータ素線を被係合部２６の他端側に位置される素線部２７の周囲に所定の大きさの巻線径ｄ１でかつ所定のピッチで巻き回す。その後、巻線径の大きさを変更して、当該サポータ素線を、発光管の内径に応じた大きさの巻線径で巻き回すことによりリング状の保持部３１を形成し、以て、係合部３２がフィラメント２０ａ（２０ｂ）の被係合部２６に係合されたサポータ３０ａを形成することができる。
一方、フィラメント２０ａ（２０ｂ）の発光領域２１においては、サポータ素線をフィラメント２０ａ（２０ｂ）における密巻部の外周に所定のピッチでコイリングしてコイル状の被係合部３２を形成した後、当該サポータ素線を発光管の内径に応じた大きさの巻線径で巻き回すことによりリング状の保持部３１を形成し、以て、係合部３２がフィラメント２０ａ（２０ｂ）の密巻部２２に係合されたサポータ３０ｂを形成することができる。
【００２４】
上記構成のフィラメントランプ１０ａ，１０ｂによれば、サポータ３０ａ，３０ｂが線径の小さい線材のみから構成されているため、サポータ３０ａ，３０ｂの重量が大幅に増大することがないので、フィラメント２０ａ，２０ｂの自重およびサポータ３０ａ，３０ｂの自重によって、サポータ３０ａ，３０ｂが変形または破損することが抑制される。従って、フィラメント２０ａ，２０ｂの変形または破損が生ずることを確実に回避しながら、フィラメント２０ａ，２０ｂを適正な姿勢で確実に保持することができる。
しかも、非発光領域２５において、サポータ３０ａにおける係合部３２が、フィラメント２０ａ，２０ｂにおける被係合部２６の外周全域を覆う状態で配置されていることにより、被係合部２６が発光して発熱することを抑制することができる。具体的には、サポータ３０ａにおける係合部３２の両端の巻線部３３ａ，３３ｂが、フィラメント２０ａ，２０ｂにおける被係合部２６の両端の巻線部と係合された構成とされていることにより、サポータ３０ａにおける係合部３２の巻数およびピッチを適宜設定することによって、被係合部２６を短絡させた状態、あるいは、導電に係る断面積（フィラメントの中心軸Ｃに沿った断面におけるフィラメント素線の断面積およびサポータ素線の断面積の総面積）を増加させた状態を実現することができる。これにより、フィラメント２０ａ，２０ｂの被係合部２６における電気抵抗が大幅に減少するため、非発光領域において、被係合部２６が発光して発熱することを抑制することができ、消費電力の低減化を図ることができる。
【００２５】
このような構成のフィラメントランプ１０ａ，１０ｂを具えてなるランプ装置によれば、各フィラメントランプ１０ａ，１０ｂに係る非発光領域２５において無用な発熱が抑えられるので、ランプ装置全体として消費電力の低減化を図ることができる。しかも、非発光領域２５に係る配熱を十分無視できる程度に小さくすることができるので、複数のフィラメントランプ１０ａ，１０ｂを同時に点灯する場合における点灯制御を容易に行うことができる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、サポータにおけるコイル状の係合部の、ピッチ、巻き数およびその他の具体的な構成は、適宜変更することができる。また、フィラメントにおける被係合部は、密巻のコイル状であっても、疎巻のコイル状であってもよい。
また、本発明のフィラメントランプは、熱ローラ方式の定着装置の熱源としてだけでなく、例えば、半導体製造工程において被処理物（例えば半導体ウエハなど）に対して行われる成膜、拡散、アニールなどの加熱処理に用いられる熱処理装置の熱源として用いられてもよい。
また、本発明のフィラメントランプは、熱ローラ方式の定着装置の熱源としてだけでなく、例えば、半導体製造工程において被処理物（例えば半導体ウエハなど）に対して行われる成膜、拡散、アニールなどの加熱処理に用いられる熱処理装置の熱源として用いられてもよい。
【００２７】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００２８】
＜実験例＞
図１に示す第２のフィラメントランプの構成、および、図２を参照して、本発明に係るフィラメントランプを作製した。このフィラメントランプの具体的な仕様は次に示す通りである。
〔発光管（１１）〕
材質：石英ガラス、全長３７２ｍｍ、内径φ４ｍｍ、肉厚１．０ｍｍ
〔フィラメント（２０ｂ）〕
材質：素線径がφ０．２４７ｍｍであるタングステンワイヤ
発光領域（２１）の長さ：６９ｍｍ、密巻部（２２）のコイル径（外径）：１．２９ｍｍ（内径φ０．８ｍｍ）、ピッチ：０．３３ｍｍ
非発光領域（２５）の長さ：１８５ｍｍ、個々の被係合部（２６）のコイル径：１．２９ｍｍ（内径φ０．８ｍｍ）、個々の被係合部のピッチ：０．３３ｍｍ、巻き数：５．９、長さ（Ｌｆ）：２．０ｍｍ、被係合部の数：４箇所（等間隔毎）
〔サポータ〕
材質：素線径がφ０．２５７ｍｍであるタングステンワイヤ
＜発光領域用（３０ｂ）＞
係合部（３２）のコイル径：１．６６ｍｍ（内径φ１．１４ｍｍ）、ピッチ：０．３７ｍｍ、巻き数：２、長さ（Ｌｓ）：１．１ｍｍ
保持部（３１）の巻線径：４ｍｍ（内径φ３．４８ｍｍ）、巻き数：２
フィラメントの発光領域に取り付けられる数：６個（等間隔毎）
＜非発光領域用（３０ａ）＞
係合部（３２）のコイル径：１．６６ｍｍ（内径φ１．１４ｍｍ）、ピッチ（ｐｓ）：
０．３７ｍｍ、巻き数：８、長さ（Ｌｓ）：２．１８ｍｍ
係合部の一端部における巻線部（３３ａ）の巻線径（ｄ１）：φ１．４７ｍｍ
係合部の他端部における巻線部（３３ｂ）の巻線径：φ１．４７ｍｍ
保持部（３１）の巻線径：４ｍｍ（内径φ３．４８ｍｍ）、巻き数：２
【００２９】
このフィラメントランプを、入力電力５２５Ｗ、電圧１００Ｖの点灯条件で点灯し、フィラメントの中心軸から１４ｍｍ離れた位置の管軸方向の配熱分布を測定した。この結果を図３に示す。図３における縦軸は、管軸方向における発熱量の最大値を１００％としたときの相対値（％）である。
【００３０】
＜比較実験例１＞
実験例１において作製したフィラメントランプにおいて、サポータとして以下の構成のものを用い、図５に示す構成に従って、フィラメント支持構造を形成したことの他は、実験例１に係るフィラメントランプと同一の構成を有する比較用のフィラメントランプを作製した。
〔サポータ（４５）〕
非発光領域において、係合部（４７）が、素線径がφ０．２５７ｍｍであるタングステンワイヤを、コイル径φ１．２１４ｍｍ（内径φ０．７ｍｍ）、ピッチ０．３７ｍｍで、フィラメント（４０）の被係合部（４１）の外周に、フィラメントの被係合部と同方向に巻き回して一次コイル部（４８）を形成した後、さらに、コイル径１．６７ｍｍ（内径φ１．４１ｍｍ）で、一次コイル部の外周に、逆方向に２周巻き回すことにより形成されてなるものである（図５参照）。係合部の長さ（Ｌｓ）は１．１ｍｍである（フィラメントの被係合部の両端において外端よりそれぞれ５．９ｍｍの領域にサポータが存在しない状態）。
【００３１】
このフィラメントランプを、入力電力５２５Ｗ、電圧１００Ｖの点灯条件で点灯し、フィラメントの中心軸から１４ｍｍ離れた位置の管軸方向の配熱分布を測定した。この結果を図４に示す。
【００３２】
以上の結果より、本発明に係るフィラメントランプによれば、非発光領域に相当する領域の配熱が無視することができる程度に小さく、非発光領域が発光して発熱することを抑制することができることが確認された。従って、当フィラメントランプを用いて例えば定着装置用のランプ装置を構成した場合には、消費電力の低減化を図ることが期待される。
【符号の説明】
【００３３】
１０ａ  第１のフィラメントランプ
１０ｂ  第２のフィラメントランプ
１１  発光管
１１ａ  内面
１２  封止部
１５  金属箔
１６  外部リード
２０ａ，２０ｂ  フィラメント
２１  発光領域
２２  密巻部
２５  非発光領域
２６  被係合部
２７  素線部
３０ａ，３０ｂ  サポータ
３１  保持部
３２  係合部
３３ａ，３３ｂ  巻線部
４０  フィラメント
４１  被係合部
４２  素線部
４５  サポータ
４６  保持部
４７  係合部
４８  一次コイル部
【図１】
2014232645.tif 000003
【図２】
2014232645.tif 000004
【図３】
2014232645.tif 000005
【図４】
2014232645.tif 000006
【図５】
2014232645.tif 000007