(57)【要約】【課題】本発明は、長期間使用しても破損することのない、信頼性の高い赤外線電球を提供することを目的とする。【解決手段】赤外線電球は、棒状体の発熱体と、発熱体からの熱を輻射する放熱手段と、発熱体と放熱手段とを封入する硝子管と、放熱手段と電気的に接続された内部リード線とを有し、内部リード線が、発熱体が挿入された放熱手段における挿入位置の外側を巻回して締め付け、発熱体と放熱手段とを固着するコイル状部と、コイル状部と電極との間に形成され、コイル状部より粗に巻回されたスプリング状部と、有して構成されている。【選択図】図１
2006310325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本の棒状体で形成された発熱体、
前記発熱体の両端が挿入され、熱伝導を有する材料で形成されて前記発熱体からの熱を輻射する放熱手段、
前記発熱体と前記放熱手段を封入する硝子管、及び
前記放熱手段と電気的に接続され、前記硝子管の封止部に埋設された電極を介して前記硝子管外に導出されたリード線、を具備する赤外線電球であって、
前記リード線は、前記電極を間にして、前記硝子管内の内部リード線と前記硝子管外に導出される外部リード線とに分けられ、
前記内部リード線は、前記発熱体が挿入された前記放熱手段における挿入位置の外側を巻回して締め付け、前記発熱体と前記放熱ブロックとを固着するコイル状部と、前記コイル状部と前記電極との間に形成され、前記コイル状部より粗に巻回されたスプリング状部と、有することを特徴とする赤外線電球。
【請求項２】
前記放熱手段は、前記発熱体の端部が挿入されて炭素系接着剤で結合される貫通孔を有して構成されたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球。
【請求項３】
前記リード線が、タングステン、モリブデン、或いはチタンのいずれかの材質を含んで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球。
【請求項４】
前記放熱手段の外表面部に、表面積を増加するような形状を有することを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球。
【請求項５】
前記放熱手段が円筒状のブロックであり、その表面にコイル状部がねじ込まれるネジ状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球。
【請求項６】
放熱手段が電気伝導を有する材料で形成され、冷却機能を有する形状を持つことを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球。
【請求項７】
前記放熱手段に放熱フィンが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球。
【請求項８】
前記発熱体が平板状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球。
【請求項９】
前記放熱手段の貫通孔において、前記発熱体が挿入される側に当該貫通孔より孔径の大きな径大部が形成されたことを特徴とする請求項３に記載の赤外線電球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱および暖房などに使用される赤外線電球に関するものであり、特に、発熱体として炭素系物質を使用し、熱源としてより優れた赤外線電球を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より熱源として使用されている赤外線電球としては、タングステンスパイラルフィラメントを多数個のタングステンサポートにより硝子管の中心部に保持したものが一般的である。しかしながら、タングステンの赤外線放射率は、３０〜３９％と低く、また、その突入電流も大きい。さらに、タングステンスパイラルフィラメントを硝子管の中心部に保持するためには、多数個のタングステンサポートを使用するため、その組立も複雑であり、特に、高出力を得るために複数本のタングステンスパイラルフィラメントを硝子管に封入することは非常に困難であった。
【０００３】
これらの問題点を解決するために、従来のタングステンスパイラルフィラメントに代え、棒状に形成された炭素系物質を発熱体として使用する赤外線電球が提案されている。例えば、本発明と同一出願人による、特開平１１−５４０９２号がある。炭素系物質の赤外線放射率は７８〜８４％と高いため、発熱体として炭素系物質を用いることで赤外線電球の赤外線放射率も高くなる。また、炭素系物質は、温度上昇とともに抵抗値が低下する負の抵抗温度特性を有するため、点灯時の突入電流も小さくなるという大きな特徴を有している。
【０００４】
図１１（ａ）、（ｂ）、及び図１２は、炭素系物質を発熱体として使用する、特開平１１−５４０９２号に記載の従来の赤外線電球の構造を示す図である。図１１（ａ）は、１本の発熱体を硝子管内に封入した従来の赤外線電球のリード線導出部の構造を示す図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の赤外線電球の発熱体２とリード線１０４の接続部の部分拡大図である。図１２は、２本の発熱体を硝子管内に封入した従来の赤外線電球の発熱体とリード線の接続部の構造を示す図である。尚、図１１（ａ）は、赤外線電球の一方の端の構造を示したものであり、赤外線電球の他方の端も同様の構造となっている。また、図１２に示した赤外線電球は、図に示した２本の発熱体２ａ及び２ｂとリード線１０４の接続部以外は、図１１（ａ）と同様の構造となっている。
【０００５】
図１１（ａ）において、炭素系物質よりなる棒状に形成された発熱体２の端に、コイル状に巻かれた金属線１０２が巻回され、前記コイル状金属線１０２を覆うように、金属箔スリーブ１０３が前記発熱体２の端にカシメにより固着されている。前記金属スリーブ１０３の一端には、途中にスプリング状に巻かれた部分１０５を有する金属線からなる内部リード線１０４が電気的に接合されており、その内部リード線１０４のもう一方の端には、モリブデン箔７がスポット溶接されている。さらに、そのモリブデン箔７の他端には、モリブデン線からなる外部リード線８が溶接されている。このように一連に接続された、前記発熱体２、前記内部リード線１０４、前記モリブデン箔７、前記外部リード線８を、硝子管１内に挿入し、内部にアルゴン、窒素などの不活性ガスを封入した状態で、モリブデン箔７の箇所で硝子管１を溶融結合して赤外線電球が完成する。図１１（ｂ）には、発熱体２と内部リード線１０４の接続部を拡大して示している。
【０００６】
図１２は、２本の発熱体２ａ及び２ｂを１本の硝子管１に封入した、従来の赤外線電球の発熱体と金属リード線の接続部の構造を示す図である。図１２では、発熱体２ａ及び２ｂの端部にコイル状金属線１０２ａ及び１０２ｂを巻回した後、金属箔スリーブ１０６を挿入することにより、金属箔スリーブ１０６を前記発熱体２ａ及び２ｂにカシメにより固着している。この金属箔スリーブ１０６には、途中にスプリング状に巻かれた部分１０５を有する金属リード線１０４が電気的に接合されている。
【特許文献１】特開平１１−５４０９２号公報
【特許文献２】実開昭６１−１６８５８７号公報
【特許文献３】特公昭２６−６２４２号公報
【特許文献４】特開平６−５２９７１号公報
【特許文献５】特開平３−１２７４７８号公報
【特許文献６】特開昭５９−１７７８８９号公報
【特許文献７】特許第１７２７４１号明細書
【特許文献８】特開平５−１８２７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の構造の赤外線電球は、発熱体に炭素系物質を用いているため、赤外線放射率のよい電球であるが、次の課題を有している。
すなわち、図１１の構造の従来の赤外線電球において、赤外線電球のワット数が高く、つまり消費電力が大きくなると、コイル状金属線１０２が高温状態になる。その結果、本構造の赤外線電球を長期間使用した場合、コイル状金属線１０２と金属箔スリーブ１０３の接続部の接触抵抗が温度上昇のために増大し、電球全体のワット数（消費電力）が規格値を越えてしまう。さらに、コイル状金属線１０２と金属スリーブ１０３の接合部の温度が上昇し続けると、最悪の場合にはこの接合部が溶断してしまう恐れもある。
【０００８】
また、図１２に示す複数本の発熱体をもつ構造においては、以下のような課題も有している。即ち、２本の発熱体２ａ及び２ｂの両端を金属箔スリーブ１０６でカシメる工程において、２本の発熱体２ａ及び２ｂが均一な張力或いは圧縮力でカシメられれば問題はないが、張力或いは圧縮力のバランスが崩れた状態でカシメられることも起こりうる。その場合、発熱体２ａ及び２ｂを発熱させると、２本の発熱体２ａ及び２ｂが熱膨張するため、発熱体２ａ及び２ｂにかかる張力或いは圧縮力のバランスのくずれがより拡大され、カシメ状態のバランスが悪い場合には、張力或いは圧縮力の大きくかかった方の炭素系発熱体が破断してしまう。
【０００９】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、長期間使用しても破損することのない、信頼性の高い赤外線電球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】
【００１０】
本発明の赤外線電球は、少なくとも１本の棒状体で形成された発熱体、
前記発熱体の両端が挿入され、熱伝導を有する材料で形成されて前記発熱体からの熱を輻射する放熱手段、
前記発熱体と前記放熱手段を封入する硝子管、及び
前記放熱手段と電気的に接続され、前記硝子管の封止部に埋設された電極を介して前記硝子管外に導出されたリード線、を具備する赤外線電球であって、
前記リード線は、前記電極を間にして、前記硝子管内の内部リード線と前記硝子管外に導出される外部リード線とに分けられ、
前記内部リード線は、前記発熱体が挿入された前記放熱手段における挿入位置の外側を巻回して締め付け、前記発熱体と前記放熱ブロックとを固着するコイル状部と、前記コイル状部と前記電極との間に形成され、前記コイル状部より粗に巻回されたスプリング状部と、有するものである。ここで、放熱手段は、後述の実施例において放熱ブロックとして説明する。
【００１１】
本発明の赤外線電球は、少なくとも１本の炭素系物質で構成された棒状の発熱体の両端に、それぞれリード線が電気的に接続され、前記リード線の端部が硝子管外に導出されるように、前記発熱体及び前記リード線が硝子管内に封入された赤外線電球において、前記棒状の発熱体の両端部近傍に密な嵌合でとりつけられた、熱伝導率の良い材料で形成された放熱ブロックを有することを特徴とする。
上記の構成によれば、発熱体の両端部近傍に勘合された、熱伝導率のよい材質で構成された放熱ブロックにより、発熱体の両端部のリード線取付部の温度が局所的に高温になることを防止することができる。その結果、前記リード線取付部が温度上昇により溶断することも防止できる。
【００１２】
更に、他の発明の赤外線電球は、少なくとも１本の炭素系物質で構成された棒状の発熱体の両端に、それぞれリード線が電気的に接続され、前記リード線の端部が硝子管外に導出されるように、前記発熱体及び前記リード線が硝子管内に封入された赤外線電球において、前記発熱体の両端部近傍に、前記発熱体が貫通するよう形成された孔に前記発熱体が炭素系接着剤で接合される熱伝導率の良い材料で形成された放熱ブロックを有し、かつ前記リード線が、前記放熱ブロックの外周に巻回されたコイル状部、及びスプリング状部を有することを特徴とする。
【００１３】
上記の構成は、特に２本以上の発熱体を１本の硝子管内に封入する構成の赤外線電球において有効である。本構成の赤外線電球においては、複数の発熱体の両端部が放熱ブロックの貫通孔に炭素系接着剤で接合されている。したがって複数の発熱体を放熱ブロックに挿入した段階では炭素系接着剤がまだ柔らかいので、発熱体間の張力或いは圧縮力のバランスにひずみが生じていたとしても、その後の接着剤を硬化する熱処理の段階でひずみが緩和され、複数本の発熱体間での張力或いは圧縮力のバランスが均一化された後、接着剤が硬化、炭素化されることになる。その結果、発熱体が高温になった場合でも、発熱体間の張力或いは圧縮力のバランスのひずみが、発熱体が破壊される程増大することはなくなり、複数本の発熱体を一本の硝子管内に封入した赤外線電球が容易に作成できるようになる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の赤外線電球によれば、炭素系物質を発熱体として用いても、発熱体の両端部近傍に熱伝導性に優れ、発熱体より大きな径を有する放熱ブロックを設けることにより、赤外線電球の点灯時においても、発熱体とリード線の接続部の温度上昇を低く押さえることができ、リード線取付部の信頼性を飛躍的に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の赤外線電球の好適な実施例について、図面を参照して説明する。
【００１６】
《第１の実施例》
図１は、本発明の第１の実施例における赤外線電球のリード線導出部の構造を示す図である。尚、図１は、本実施例の赤外線電球の一方の端の構造を示したものであり、本実施例の赤外線電球の他方の端も同様の構造を有している。また、図２、３は、図１の赤外線電球の発熱体とリード線の接続部の部分拡大図である。
【００１７】
図１に示す赤外線電球は、硝子管１内に封入された炭素系物質からなる棒状の発熱体２、発熱体２と熱伝導的に接続された放熱ブロック３、発熱体２に電気的に接続された内部リード線４、封止部で硝子管内の内部リード線４と外部リード線８とを接続するモリブデン箔７、外部リード線８、を有している。発熱体２は、黒鉛などの結晶化炭素、抵抗値調整物質、及びアモルファス炭素の混合物からなる炭素系物質であり、例えば、直径２ｍｍ、長さ３００ｍｍの棒状体に形成されている。放熱ブロック３は、熱伝導性に優れた黒鉛で形成され、内部リード線４はタングステン線、外部リード線８はモリブデン線からなる。棒状の発熱体２の端部近傍に、放熱ブロック３が密着嵌合され、発熱体２の先端部は放熱ブロック３を貫通して突出している。その発熱体２の突出した先端部には、内部リード線４が、一端を放熱ブロック３を発熱体２に圧接するように放熱ブロック３の貫通孔に挿入した後、コイル状に巻回されて放熱ブロック３を固定している。前記内部リード線４には、前記コイル状部５より巻き径の大きいスプリング状部６も形成され、さらにその先端は硝子管封止部の中にあるモリブデン箔７に電気的に接続されている。このモリブデン箔７の他端には同じく封止部内で外部リード線８が接続されている。このように一連に接続された、発熱体２、放熱ブロック３、コイル状部５、及び内部リード線４を、耐熱性硝子管１に挿入し、硝子管内の空間にアルゴン、窒素などの不活性ガスを封入した後、硝子管１の端部を溶解融合して封止する。なお、前記内部リード線の一部、モリブデン箔７、外部リード線８の一部は、この硝子管１の封止部に封止されている。以上のようにして、赤外線電球が形成されている。
【００１８】
上記の構成において、両端の外部リード線８の間に電流を流して、赤外線電球を点灯することにより、炭素系物質からなる発熱体２が高熱になる。発熱により発熱体２がその長手方向に膨張した場合でも、前記発熱体２とモリブデン箔７との間に、内部リード線４からなるスプリング状部６が介存しているため、発熱体２の膨張による寸法変化はスプリング状部６の収縮で吸収される。その結果、発熱体２に圧縮による不要な曲げ力が働くことを防ぐことができ、それにより発熱体２が高温になっても発熱体２が破損することがない。発熱体２の端部近傍に熱伝導率の良い素材からなり、且つ表面積（輻射面積）が大きい放熱ブロック３を設けたことで、内部リード線４と発熱体２の接続部であるコイル状部５の温度を下げることができる。
【００１９】
図２及び図３は、発熱体２と放熱ブロック３との嵌合の構造例について、より詳細に説明したものである。
図２の構造では、発熱体２の端部近傍にテーパー状部９を設け、放熱ブロック３−１の貫通孔も前記発熱体２のテーパー状部９に嵌合するように加工して挿入されている。さらに、内部リード線４を発熱体２の端部よりねじ込み、放熱ブロック３−１を発熱体２の中心に向かって押すように締め付ける構造になっている。
【００２０】
図３の構造では、発熱体２の端部近傍に段差部１０を設け、そこに放熱ブロック３−２の貫通孔が前記発熱体２の段差部１０に嵌合するように加工して挿入されている。さらに、内部リード線４を発熱体２の端部よりねじ込み、放熱ブロック３−２を発熱体２の中心に向かって押すように締め付ける構造になっている。
【００２１】
図２及び図３の構造によれば、発熱体２と放熱ブロック３がより密に嵌合することになり、発熱体２から放熱ブロック３への熱伝導性も良くなり、放熱効果をあげることができる。また、図２及び図３において、内部リード線４で形成されたコイル状部５の硝子管端側に、より巻き線の径が大きくて、粗に巻いたスプリング状部６を形成している。この構造は、スプリング状部６が発熱時の発熱体２の熱膨張を吸収するスプリング効果と、前記コイル状部５で発生する熱を放熱する効果を有しており、その径が大きく、且つ粗に巻回された状態であることが有効である。
【００２２】
なお、本実施例においては、発熱体２の端部に巻回された内部リード線４として、炭素の熱膨張係数に近似したタングステン線を使用したが、耐熱性に問題がなければ、モリブデン、チタンなどの他の金属線に代えても問題はない。また、放熱ブロック３が黒鉛材料であるとして説明したが、耐熱性があり、熱伝導率の良い材料であれば、黒鉛以外の材料を用いてもかまわない。
【００２３】
《第２の実施例》
図４は、本発明の第２の実施例における赤外線電球の発熱体とリード線の接続部の部分拡大図である。本実施例の赤外線電球は、図４で示した発熱体とリード線の接続部の構造以外は、図１の赤外線電球と同じ構造である。図４において、発熱体２のテーパー状に加工された端部近傍に、黒鉛で形成した放熱ブロック１３が貫通した状態で挿入されており、前記発熱体２の端部には、タングステン線からなるコイル状金属線１７が巻回されて固着されている。前記コイル状金属線１７で前記放熱ブロック１３を発熱体２の中心に向かって締め付けることで、前記発熱体２と前記放熱ブロック１３が密に嵌合され電気的に接続される。さらに、前記放熱ブロック１３の外周部に、タングステン線よりなる内部リード線１４がコイル状に巻回して固定され、内部リード線１４と発熱体２が放熱ブロック１３を介して電気的に接続されている。前記内部リード線１４の途中には、前記コイル状部１５に連結され、それよりは粗に巻回して形成したスプリング状部１６も形成されている。
【００２４】
本実施例の構成では、熱伝導性に優れ、発熱体２より大きな径を有する放熱ブロック１３に内部リード線１４のコイル状部１５が巻回されて接続されているため、第１の実施例のように、発熱体２の端部でリード線との電気的接続を行った場合より、発熱体２とリード線の接続部の温度上昇を抑える効果がある。
【００２５】
また、発熱体２の端部に巻回したコイル状金属線１７、及び放熱ブロック１３に巻回した内部リード線１４のコイル状部１５の巻き線の装着前の内径は、それぞれ、発熱体２の端部の直径、及び放熱ブロック１３の外周径より小さめにしてある。そのため、コイル状金属線１７、及び内部リード線１４のコイル状部１５が、あたかもねじを締め付けたのと同様の状態となり、より密に接続できる。その結果、一度巻回されたコイル状金属線１７、及び内部リード線１４のコイル状部１５はねじを逆に回す要領で回してもはずすことが困難な程しっかりと固定され、振動等でコイル状の接続部がはずれることが無いという効果も有している。
【００２６】
《第３の実施例》
図５は、本発明の第３の実施例の赤外線電球における、発熱体とリード線の接続部の部分拡大図である。本実施例の赤外線電球は、２本の発熱体を有し、図５に示す２本の発熱体２ａ及び２ｂと内部リード線１４の接続部の構造以外は、図１で示した赤外線電球と同じ構造である。図５では、棒状の発熱体２ａ及び２ｂを放熱ブロック２３に貫通し、それを介して１本のリード線１４に接続する構造となっている。図５において、黒鉛で形成された放熱ブロック２３の貫通孔には棒状の発熱体２ａ及び２ｂの端部が挿入され、さらに放熱ブロック２３を貫通して突出した前記棒状の発熱体２ａ及び２ｂの端部にはタングステン線からなるコイル状金属線１７ａ、１７ｂが強く巻回されて、放熱ブロック２３を発熱体２ａ及び２ｂの中心に向かって締め付けるように固定されている。放熱ブロック２３の外周部にはタングステン線からなる内部リード線１４がコイル状に巻回して固定され、内部リード線１４と発熱体２ａ及び２ｂが放熱ブロック２３を介して電気的に接続されている。前記内部リード線１４には、前記コイル状部１５に連結して、スプリング状部１６が形成されている。
【００２７】
本実施例の構成によれば、限られた硝子管内に複数本の炭素系発熱体を組み込むことが可能となり、より高いワット数の赤外線電球が作成できる。ここで、放熱ブロック２３は、複数本の発熱体を一つにまとめる電極の役割と発熱体とリード線の接続部の昇温を抑制する放熱効果を有している。
【００２８】
《第４の実施例》
図６は、本発明の第４及び第５の実施例における赤外線電球のリード線導出部の構造を示す図である。尚、図６は赤外線電球の一方の端の構造を示したものであり、他方の端も同様の構造となっている。また、図７は、第４の実施例における赤外線電球の発熱体と放熱ブロックの接合部の部分拡大断面図である。本実施例では、複数本の棒状の発熱体を一つの放熱ブロックに接合する赤外線電球の構造について説明する。
【００２９】
図６において、２本の炭素系物質からなる棒状の発熱体２ａ及び２ｂが黒鉛からなる放熱ブロック３３に開けられた貫通孔に挿入されており、その挿入部分は後述の炭素系接着剤で接合さてれている。この発熱体と放熱ブロックとの接続方法については、後に図７を用いて詳細に説明する。また、前記放熱ブロック３３と内部リード線１４の接続方法は、第２の実施例として図４に示した、放熱ブロック１３と内部リード線１４の接続方法と同じである。つまり、前記放熱ブロック３３の外周部には、タングステン線からなる内部リード線１４がコイル状に巻回されたコイル状部１５が設けられ、放熱ブロック３３を介して内部リード線１４と発熱体２ａ及び２ｂが電気的に接続されている。前記内部リード線１４のコイル状部１５の手前には、コイル状部１５より粗に巻回したスプリング状部１６を有し、その一端は硝子管封止部の中にあるモリブデン箔７にスポット溶接されている。そのモリブデン箔７の他端は同じく封止部内でモリブデンからなる外部リード線８が溶接されている。このように一連に接続された、発熱体２ａ及び２ｂ、放熱ブロック３３、コイル状部１５、スプリング状部１６、及び内部リード線１４を耐熱性硝子管１に挿入し、硝子管内の空間にアルゴンガスを封入した後、硝子管１の端部を溶解融合して封止する。なお、前記内部リード線１４の一部、モリブデン箔７、及び外部リード線８の一部は、この硝子管１の封止部に封止されている。以上のようにして、赤外線電球が形成されている。
【００３０】
前記炭素系物質からなる棒状の発熱体２ａ及び２ｂと放熱ブロック３３の接合法について、さらに詳細に述べる。本発明においては、炭素系物質で形成された発熱体は１０００℃以上の高温になる。また、発熱体を形成する炭素系物質の熱膨張係数が、金属や通常のセラミックス材より小さいこと、さらに発熱体と放熱ブロックの接合部が電気伝導性を有することが必要であるため、接合材料としては、炭素系接着剤が用いられる。上記の条件に適合する接着剤としては、一般的炭素系接着剤である、カーボンブラックを熱硬化性樹脂（ポリエステル樹脂やポリイミド樹脂が望ましい）にブレンドし、ペースト状にしたものが最適である。その接合方法としては、黒鉛からなる放熱ブロック３３に開けられた貫通孔に前記炭素系接着剤を塗布し、前記発熱体２ａ及び２ｂを挿入した後、まず、８０〜２００℃の温度で熱硬化性樹脂を硬化させ、さらに窒素ガス雰囲気の電気炉で１０００〜１３００℃の温度で２〜１０時間保持して熱硬化樹脂を炭素化させればよい。このようにして前記放熱ブロック３３と炭素系物質からなる棒状の発熱体２ａ及び２ｂを接合することができる。なお、本実施例は、炭素系接着剤の種類を制限するものではなく、熱処理後炭素質状態を形成し、接合強度、電気伝導性が優れた材料であれば、如何なる材料を用いてもよい。また、熱可塑性樹脂の硬化温度は、用いた熱可塑性樹脂に応じて最適な温度を設定すればよく、熱可塑性樹脂を炭素化するための電気炉の雰囲気も、不活性ガスであれば窒素ガスに限るものではない。
【００３１】
図７は、図６の発熱体２ａ及び２ｂと放熱ブロック３３の接合部の部分拡大断面図である。図７において、黒鉛からなる放熱ブロック３３−１は、炭素系物質からなる棒状の発熱体２ａ及び２ｂが挿入される貫通孔３５ａ及び３５ｂを有している。棒状の発熱体２ａ及び２ｂと貫通孔３５ａ及び３５ｂとの間隔は１０〜５０μmが最適で、最も良く接着剤１１が回り込み、且つ、硬化後に接着剤１１欠如の空間が最も出来にくい間隔である。しかし、５〜１００μmの範囲内であれば、接着剤の流動性、硬化時の温度と時間の注意深い管理により使用可能である。本発明において重要なことは、放熱ブロック３３−１に開けられた貫通孔３５ａ及び３５ｂの棒状の発熱体２ａ及び２ｂを挿入する側に、前記貫通孔３５ａ及び３５ｂより孔径の大きい部分（径大部）３４ａ及び３４ｂを設けたことである。その理由を以下説明する。
【００３２】
放熱ブロック３３−１の貫通孔に前記径大部３５ａ及び３５ｂを設けていない場合には、棒状の発熱体２ａ及び２ｂを挿入しても接着剤１１の巻き込みが十分には起こらず、貫通孔内に均一に接着剤が塗布できない。その結果、発熱体２ａ及び２ｂと放熱ブロック３３−１との電気的接合面積が低下し、接触抵抗が増大することとなる。最悪の場合にはこの接合部の発熱により、放熱ブロック３３−１が異常高温となり、放熱ブロック３３−１の外周部に巻回された内部リード線１４からなるコイル状部１５が溶断してしまう。
【００３３】
本実施例の構成により、放熱ブロック３３−１の貫通孔３４ａ及び３４ｂに接着剤１１を塗布し、棒状の発熱体２ａ及び２ｂを挿入した場合、径大部３４ａ及び３４ｂを設けたことにより、棒状の発熱体２ａ及び２ｂが接着剤１１を巻き込みながら挿入される。その結果、接着剤１１は貫通孔３４ａ、３５ａ内に均一に塗布される。また、放熱ブロック３３−１の貫通孔が内部より外側が大きい構造になっているため、接着剤１１の乾燥が速くなり、その結果、乾燥時の接着剤１１の割れ等が発生しないという利点もある。
【００３４】
また、第３の実施例として図５に示した、放熱ブロック２３に炭素系物質からなる棒状の発熱体２ａ及び２ｂの端部を挿入し、挿入部をテーパー状として他端より締め付ける構成では、放熱ブロック２３と発熱体２ａ及び２ｂの接続が物理的接触のみで行われているため、もしテーパー形状に狂いが生じていたり、テーパー部に異物が入っていたりした場合には、放熱ブロック２３の貫通孔の内面と発熱体２ａ及び２ｂの挿入部の接触が点接触状態になる可能性があった。その結果、この点接触部が異常発熱して放熱ブロック２３が昇温し続け、最後には内部リード線１４で形成したコイル状部１５が溶断する不良が発生していた。図７に示す本実施例の構成によれば、導電性を有する炭素系接着剤１１が放熱ブロックと発熱体の間に均一に塗布されて、放熱ブロックと発熱体の電気的接合が接着剤を介してなされるため、テーパー形状に狂いが生じていたり、テーパー部に異物が入っていたりした場合でも接合部が点接触になることはなくなる。その結果、より信頼性の高い赤外線電球を提供することができる。
【００３５】
《第５の実施例》
図８（ａ）は、本発明の第５の実施例における赤外線電球の発熱体と放熱ブロックの接合部の部分拡大断面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の発熱体２ａと放熱ブロック３３−２の接続部の部分拡大断面図である。本実施例は、図７で示した第４の実施例をさらに改善したものであり、図７と共通の部分については同一の符号で示して、説明を省略する。本実施例が、第４の実施例と異なる点は、次の２点である。まず１点目は、本実施例では、放熱ブロック３３−２に、炭素系物質からなる棒状の発熱体２ａ及び２ｂの挿入部と反対側にも、放熱ブロック３３−２に形成した貫通孔３５ａ、３５ｂより孔径の大きい部分（径大部）３６ａ、３６ｂを有していることである。２点目は、本実施例では、放熱ブロック３３−２の貫通孔の前後に、発熱体２ａ及び２ｂを固定するための固定部材３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂを有していることである。
【００３６】
本実施例では、第４の実施例と同様の方法で、放熱ブロック３３−２と棒状の発熱体２ａ及び２ｂを炭素系接着剤１１で接合しているが、前記炭素系接着剤１１を硬化させる前に、固定部材３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂを用いて、発熱体２ａ及び２ｂと放熱ブロック３３−２を固定した後、前記炭素系接着剤１１を硬化、炭素化する。固定部材３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂとしては、種々のものが考えられるが、検討の結果、以下の部材を貫通孔の径大部３４ａ、３４ｂ、３６ａ、３６ｂにはめ込む方式が最適であった。即ち、（ａ）タングステン、ステンレス鋼、又はモリブデンからなる線或いは板をＣリング状に加工したもの、（ｂ）シリコーン樹脂のようなゴム弾性を有する各種樹脂材料で形成したＯ−リング、及び（ｃ）各種材料で形成したくさび状部材、である。尚、くさび状部材の材料としては、接着剤１１が硬化するまでの間だけ発熱体２ａ及び２ｂと放熱ブロック３３−２の位置関係が固定できればよい。これらの材料に有機物などの不純物が含まれていても、接着剤の硬化のために行う１０００℃の熱処理の段階で有機物は分解されて放出されてしまうので、絶縁性、導電性を問わず、金属、有機物、無機物など各種材料が使用できる。
【００３７】
固定部材３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂが無い場合、接着剤の塗布から硬化の為の熱処理までの間に、大きな衝撃や取り扱い上の不注意により、前記棒状の発熱体２ａ及び２ｂと放熱ブロック３３−２との位置関係がずれてしまうこともありうる。棒状の発熱体２ａ及び２ｂと放熱ブロック３３−２との位置関係がずれると、発熱部の抵抗値が変わり、赤外線電球のワット数も変わってしまう。また、炭素系物質からなる棒状の発熱体の抵抗値に、個体差によるバラツキがあり、このため赤外線電球のワット数が一定しないという問題もあった。
【００３８】
本実施例の構成によれば、固定部材３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂにより、接着剤１１を硬化する前に棒状の発熱体２ａ及び２ｂと放熱ブロック３３−２との位置関係を固定できるため、取り扱いが容易になり、赤外線電球のワット数も一定に保つことができる。また、接着剤１１には炭素系材料が添加されているため、接着剤１１を硬化、焼成する前でも低い電気伝導性を有する。したがって、個々の棒状の発熱体の抵抗値にバラツキがあっても、接着剤１１を硬化する前に、放熱ブロック３３−２を介して発熱体の抵抗値を計測しながら、棒状の発熱体２ａ及び２ｂと放熱ブロック３３−２との位置関係を変えて、必要な抵抗値に設定した後、固定部材３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂで、発熱体２ａ及び２ｂと放熱ブロック３３−２との位置関係を固定することができる。その結果、一定のワット数の赤外線電球を量産することが容易になる。
【００３９】
《第６の実施例》
図９は、本発明の第６の実施例における赤外線電球のリード線導出部の構造を示す図である。尚、図９は本実施例における赤外線電球の一方の端の構造を示したものであり、本実施例の赤外線電球は他方の端にも同様の構造を有している。本実施例における赤外線電球の特徴は、発熱体２ａ及び２ｂの端部近傍に嵌合接着した放熱ブロック４３の、前記発熱体２ａ及び２ｂ側に、リング状の放熱構造４４を１個或いは複数個形成したことである。図９において、発熱体２ａ及び２ｂと黒鉛で形成された放熱ブロック４３の接続は、今までに述べてきた第１〜第５の実施例のいずれかの構造でなされている。前記リング状の放熱構造４４を設けることで、発熱体２ａ及び２ｂと内部リード線１４の接続部である放熱ブロック４３の温度が放熱構造４４の拡大された表面からも放熱される。このため、赤外線電球の点灯時に放熱ブロック４３の昇温がさらに抑えられ、放熱ブロック４３をより低温に保つことができる。その結果、内部リード線１４と発熱体２ａ及び２ｂの接続部であるコイル状部１５の温度を低く抑えることができ、リード線が発熱により断線することがなくなり、赤外線電球の信頼性を大きく向上することができる。前記リング状の放熱構造４４は放熱ブロック４３の表面積を増加させることが目的であるので、図示のリング状の他に種々の形状が適用できる。例えば、本実施例のように、放熱ブロック４３に溝を形成したり、孔を複数個穿ったり、角状の突起を多数設けたり、別の耐熱性材料を放熱フィンとして取り付けることでも同じ効果が得られる。
【００４０】
《第７の実施例》
図１０は、本発明の第７の実施例における赤外線電球のリード線導出部の構造を示す図である。尚、図１０は本実施例における赤外線電球の一方の端の構造を示したものであり、本実施例の赤外線電球は他方の端にも同様の構造を有している。図１０において、本実施例における赤外線電球の特徴は、放熱ブロック５３にネジ状溝部５４を形成したことである。
【００４１】
本実施例の構造によれば、放熱ブロック５３の表面に形成されたネジ状溝部５４に、内部リード線１４をコイル状に巻いたコイル状部１５が密なる嵌合でねじ込まれている。このため、放熱ブロック５３と内部リード線１４の電気的接合がより確実に得られる。また、赤外線電球のオン・オフにより、放熱ブロック５３と内部リード線１４のコイル状部１５間に熱衝撃が繰り返されても、ネジ状溝部５４による密なる嵌合がゆるむ事が無いので、熱衝撃に対する信頼性の高い電気的接続が得られる。また、ネジ状溝部５４により、内部リード線１４のコイル状部１５が密に嵌合されているため、スプリング部１４で引っ張り力が生じても、コイル状部１５が放熱ブロック５４から抜けることがない。
【００４２】
なお、本実施例では、放熱ブロック５３の一部分にネジ状溝部５４を形成した構造について説明したが、それに制限されるものではなく、放熱ブロック５４の全表面にネジ状の溝を形成してもよい。そうすれば、さらに放熱ブッロク５３表面積が増加するため、放熱効果がよくなる。また、ネジ状溝部５４のピッチに特に制限はない。
【００４３】
また、本発明の第２〜７の実施例では、放熱ブロックの端部に巻回された内部リード線１４として、炭素の熱膨張係数に近似したタングステン線を使用したが、耐熱性に問題がなければ他の金属線、例えば、モリブデンやチタンなどに代えても問題はない。
本発明のすべての実施例において、発熱体２の断面を円形とした場合を示したが、多角形状にしてもよい。多角形状にする事により表面積が増し、より発熱量を多くすることが可能となる。さらに、多角形状、特に、平板状にすれば、赤外線電球の放熱に方向性をもたせることもできる。また、放熱効果と電極端子機能を有する放熱ブロックが黒鉛であるとして説明したが、その材質は黒鉛だけに限定されるものではなく、１２００℃の耐熱性があり、電気伝導率、及び熱伝導率が優れた素材であれば各種のものが適用できる。黒鉛単独では硬度、強度が低いので、その強度向上を行った各種材料、例えば、黒鉛に炭化物、窒化物、ホウ化物などを混合して焼成した材料、黒鉛に硝子状炭素を加え焼成した材料などが問題なく適用できる。
【００４４】
さらに、本発明の実施例では、複数本の炭素系物質からなる棒状の発熱体を平行に固定した構造のものを説明したが、放熱ブロックに互いにある角度をもって設けられた貫通孔を穿ち棒状の発熱体を固定することで種々の形状の赤外線電球が提供できる。例えば、放熱ブロックを３個用い、貫通孔の角度を６０度にして３本の棒状の発熱体を固定し、硝子板を用いて封入すれば、平板三角形状の赤外線電球を作成することができる。
【００４５】
本発明の赤外線電球によれば、炭素系物質を発熱体として用いても、発熱体の両端部近傍に熱伝導性に優れ、発熱体より大きな径を有する放熱ブロックを設けることにより、赤外線電球の点灯時においても、発熱体とリード線の接続部の温度上昇を低く押さえることができ、リード線取付部の信頼性を飛躍的に向上することができる。
【００４６】
また、発熱体と放熱ブロック間を炭素系接着剤で接着する構成にすることで、
接合部の強度が大きくなり、且つ接着剤が発熱体及び放熱ブロックと同じ炭素系物質であり、それぞれの熱膨張係数がほぼ等しいため、オン・オフのサイクルに強い、信頼性の高い赤外線電球を提供できる。
【００４７】
さらに、２本以上の発熱体を炭素系接着剤で放熱ブロックに接合する構成にすることで、炭素系接着剤が硬化する前に発熱体間の張力或いは圧縮力のバランスにひずみが生じていたとしても、その後の接着剤を硬化する熱処理において、接着剤が硬化する前にひずみが緩和される。したがって、その結果発熱体が高温になった場合でも、発熱体間の張力或いは圧縮力のバランスのひずみが、発熱体が破壊される程増大することはなくなり、複数の発熱体をもつ赤外線電球を容易に作成することができる。
【００４８】
さらに、発熱体と放熱ブロックを炭素系接着剤で接合する場合、発熱体と放熱ブロックの抵抗値を測定しながら固定部材を用いて位置決めすることで、必要とするワット数の赤外線電球を簡単に量産することができる。
【００４９】
また、発熱体に接続された放熱ブロックに溝を形成し、その溝に沿ってコイル状リード線を密なる嵌合状態で取り付ける構造にすることで、発熱体とリード線の電気的接続の信頼性を飛躍的に向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、加熱および暖房などにおいて熱源として使用される赤外線電球において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施例における赤外線電球のリード線導出部の構造を示す図
【図２】図１の赤外線電球の発熱体とリード線の接続部の部分拡大図
【図３】図１の赤外線電球の発熱体とリード線の接続部の部分拡大図
【図４】本発明の第２の実施例における赤外線電球の発熱体とリード線の接続部の部分拡大図
【図５】本発明の第３の実施例における赤外線電球の発熱体とリード線の接続部の部分拡大図
【図６】本発明の第４及び第５の実施例における赤外線電球のリード線導出部の構造を示す図
【図７】本発明の第４の実施例における赤外線電球の発熱体と放熱ブロックの接合部の部分拡大断面図
【図８】本発明の第５の実施例における赤外線電球の発熱体と放熱ブロックの接合部の部分拡大断面図
【図９】本発明の第６の実施例における赤外線電球のリード線導出部の構造を示す図
【図１０】本発明の第７の実施例における赤外線電球のリード線導出部の構造を示す図
【図１１】従来の赤外線電球のリード線導出部の接続部の構造を示す図
【図１２】２本の発熱体を硝子管内に封入した、従来の赤外線電球の発熱体とリード線の接続部の構造を示す図
【符号の説明】
【００５２】
１  硝子管
２、２ａ、２ｂ  発熱体
３、３−１、３−２、１３、２３、３３、３３−１、３３−２、４３、５３  放熱ブロック
４、１４  内部リード線
５、１５  コイル状部
６、１６  スプリング状部
７  モリブデン箔
８  外部リード線
９  テーパー状部
１０  段差部
１１  接着剤
１７  コイル状金属線
３５ａ、３５ｂ  貫通孔
３４ａ、３４ｂ、３６ａ、３６ｂ  径大部
３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ  固定部材
４４  放熱構造
５４  ネジ状溝部
【図１】
2006310325.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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