(57)【要約】【課題】長寿命のコイル状の電球用フィラメントを提供することにある。【解決手段】両端部を同一の巻線数及び巻線ピッチで密に巻いて夫々を片端密巻部とする両端密巻部と中央部を疎に巻いた中央疎巻部とでコイル状フィラメントを構成し、両端密巻部の巻線数をフィラメントの総巻線数の１２．５％以下とすると同時に、両端密巻部の巻線ピッチを１３５％〜１７３％の範囲とした。【選択図】図１
2012119081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電球に用いるコイル状のフィラメントであって、
前記フィラメントは、両端部を同一の巻線数及び巻線ピッチで密に巻いて夫々を片端密巻部とする両端密巻部と中央部を疎に巻いた中央疎巻部を有し、
前記両端密巻部の巻線数が前記フィラメントの総巻線数の１２．５％以下であり、且つ前記両端密巻部の巻線ピッチが１３５％〜１７３％の範囲であることを特徴とする電球用フィラメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電球用フィラメントに関するものであり、詳しくは、長寿命のコイル状の電球用フィラメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコイル状の電球用フィラメントには、例えば、全長に亘って間隙ｐを隔て規則的に巻回したもの（例えば、特許文献２参照。）、中央部１３ｂの巻きピッチを両端部１３ａの巻きピッチよりも疎にしたもの（例えば、特許文献２参照。）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５０３２１号公報
【特許文献２】実開平０１−１６１５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、全長に亘って一定のピッチで巻いたコイル状のフィラメントは、通電時の温度分布が図９のサンプル（８）に示すように均一とはならず、両端部の温度に対して発熱が集中する中央部の温度が高くなる。
【０００５】
フィラメントが、例えばタングステン（Ｗ）からなる場合、高温になるにつれてフィラメントからのタングステンの蒸発量が多くなり、その結果、フィラメントは消耗されて細くなり最終的には断線に至る。つまり、フィラメントの全長のうち相対的な最高温部分で断線が生じ、絶対的な温度によって断線に至るまでの時間が決まる。
【０００６】
したがって、図９のサンプル（１）に示す温度分布を有するような、全長に亘って一定のピッチで巻いたコイル状のフィラメントにおいては、相対的な最高温部分で且つ絶対的な温度も高い中央部で集中的に且つ早期に断線が起こる可能性が高い。
【０００７】
そこで、中央部の巻線ピッチを両端部よりも疎にすることにより、フィラメントの全長に亘って温度分布の均整化を図ると共に最高温度の低温度化を図り、それによって断線箇所の集中を防止すると共に断線寿命を延ばすことが考えられる。
【０００８】
このような巻線構造を有するフィラメントは上述の特許文献２に開示されているが、その中では、フィラメントの中央部と両端部における巻線数や巻線ピッチの関係等に関する具体的な数値が開示されておらず、現実に実施するにあたっては実現性に乏しいものである。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、長寿命のコイル状の電球用フィラメントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、電球に用いるコイル状のフィラメントであって、前記フィラメントは、両端部を同一の巻線数及び巻線ピッチで密に巻いて夫々を片端密巻部とする両端密巻部と中央部を疎に巻いた中央疎巻部を有し、前記両端密巻部の巻線数が前記フィラメントの総巻線数の１２．５％以下であり、且つ前記両端密巻部の巻線ピッチが１３５％〜１７３％の範囲であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電球用フィラメントは、両端部を同一の巻線数及び巻線ピッチで密に巻いて夫々を片端密巻部とする両端密巻部と中央部を疎に巻いた中央疎巻部とでフィラメントを構成し、片端密巻部の巻線数をフィラメントの総巻線数の１２．５％以下とすると同時に、片端密巻部の巻線ピッチを１３５％〜１７３％の範囲とした。
【００１２】
その結果、フィラメントの全長に亘って一定の巻線ピッチで巻かれた従来のコイルフィラメントに対して、温度分布が全長に亘って均整化されると共に中央部における最大色温度が下がり、フィラメントの断線寿命の長寿命化を図ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係わるコイルフィラメントの説明図である。
【図２】従来例のコイルフィラメントの説明図である。
【図３】試験サンプルの仕様の一覧表である。
【図４】通電試験による断線寿命のグラフである。
【図５】同じく、通電試験による断線寿命のグラフである。
【図６】通電試験による断線寿命の表である。
【図７】図６をグラフ化したものである。
【図８】通電試験による断線位置の表である。
【図９】温度分布のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の好適な実施形態を図１から図９を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係わるフィラメントの概略図である。
【００１６】
フィラメント１は、例えばタングステン（Ｗ）からなるコイル状のフィラメント（以下、コイルフィラメントと呼称する）であり、両端部を密に巻いた両端密巻部５と中央部を疎に巻いた中央疎巻部１０で構成されている。
【００１７】
両端密巻部５は、片端部の夫々を密巻部とする片端密巻部５ａ、５ｂからなり、片端密巻部５ａ、５ｂ同士は互いに巻線数及び巻線ピッチが同一である。
【００１８】
本発明は、コイルフィラメント１を両端密巻部５と中央疎巻部１０で構成することにより通電時の断線による寿命（以下、断線寿命と呼称する）を、コイルの全長（以下、全長と略称する）に亘って一定の巻線ピッチで巻かれた従来のコイルフィラメントよりも長寿命化したものである。
【００１９】
発明者は、両端密巻部５と中央疎巻部１０で構成されたコイルフィラメント１について、具体的に巻き方の最適化を図るために種々の巻き方のサンプルを作製して通電試験に供し、それにより夫々のサンプルの性能・断線寿命を確認・評価した。そして、その確認・評価の結果に基づいて具体的な最適化を図った。
【００２０】
以下に、図１から図９を参照して、上記通電試験に係わる詳細を説明する。
【００２１】
まず、全長１５に亘って一定の巻線ピッチで巻かれた従来のコイルフィラメント２０（図２参照）は、一般的にその巻線ピッチがおおよそ１５０％〜１８０％の範囲とされ、その中でも多くは１５０％〜１６５％の範囲とされている。ちなみに、％で表された巻線ピッチＰ［％］はコイルの巻線ピッチ（巻線間隔）[ｍｍ]をコイルの線径ｄ[ｍｍ]で割った値であり、通常％で表記される。つまり、式で表すと、Ｐ[％]＝（巻線間隔／ｄ）×１００となる。
【００２２】
図３は、通電試験に投入したコイルフィラメントの試作サンプルの仕様を一覧表にまとめたものである。コイルフィラメントの試作サンプルは、コイルの巻き方によって４種類（サンプル（１）、（７）〜（９））のものを夫々１５個（ｎ＝１５）ずつ、５種類（サンプル（２）〜（６））のものを夫々５個（ｎ＝５）ずつ作製した。なお、図３の一覧表にないサンプル（１）の仕様は、上記従来の、全長に亘って一定の巻線ピッチで巻かれたコイルフィラメントを採用し、巻線ピッチを１５４％、総巻線数を３２Ｔ（ターン）とした。
【００２３】
なお、サンプル（１）〜（９）は、いずれも全長及び総巻線数を同一とし、具体的には、サンプル（１）の全長及び総巻線数を基準とした。つまり、総巻線数ＴａはＴａ＝３２Ｔ、全長ＣＬはコイルの線径をｄ[ｍｍ]とすると、ＣＬ＝ｄ×１．５４×３２ｍｍである。
【００２４】
そのため、サンプル（２）〜（９）は、全長ＣＬ＝ｄ×１．５４×３２ｍｍ及び総巻線数Ｔａ＝３２Ｔの条件下でコイルの巻き方を様々に変えたものであり、コイルの両端部の夫々（片端部）を中央部よりも密に巻いて両端密巻部を形成し、中央部を両端密巻部よりも疎に巻いて中央部疎巻部を形成したものである。
【００２５】
なお、中央疎巻部を挟んだ、両端密巻部を構成する片端密巻部同士は、上述したように巻線数及び巻線ピッチとも同一である。
【００２６】
そこで、図３の一覧表に記載された個々の試作サンプルの巻線仕様を見てみると、サンプル（２）、（４）、（６）はいずれも両端密巻部の巻線ピッチは１２０％で同一であり、両端密巻部の巻線数が、サンプル（２）が４Ｔ、サンプル（４）が６Ｔ、サンプル（６）が８Ｔで夫々異なる。
【００２７】
したがって、サンプル（２）、（４）、（６）の夫々の中央疎巻部の巻線ピッチは、サンプル（２）、（４）、（６）の夫々の両端密巻部の巻線数及び巻線ピッチと、全長及び総巻線数から求められ、一覧表中に（  ）付の数字で示すサンプル番号と共に記載されているように、サンプル（２）は１６５％、サンプル（４）は１７５％、及びサンプル（６）は１８８％となっている。
【００２８】
また、サンプル（３）、（４）、（５）については、いずれも両端密巻部の巻線数が６Ｔで同一であり、巻線ピッチが、サンプル（３）が１１０％、サンプル（４）が１２０％、サンプル（５）が１３０％で夫々異なる。
【００２９】
したがって、サンプル（３）、（４）、（５）の夫々の中央疎巻部の巻線ピッチは、上記同様、サンプル（３）、（４）、（５）の夫々の両端密巻部の巻線数及び巻線ピッチと、全長及び総巻線数から求められ、サンプル（３）は１８１％、サンプル（４）は１７５％、及びサンプル（５）は１６９％となっている。
【００３０】
更に、サンプル（７）、（８）、（９）については、いずれも両端密巻部の巻線数が４Ｔで同一であり、巻線ピッチが、サンプル（７）が１３１％、サンプル（８）が１４３％、サンプル（９）が１５０％で夫々異なる。
【００３１】
したがって、サンプル（７）、（８）、（９）の夫々の中央疎巻部の巻線ピッチは、上記同様、サンプル（７）、（８）、（９）の夫々の両端密巻部の巻線数及び巻線ピッチと、全長及び総巻線数から求められ、サンプル（７）は１６３％、サンプル（８）は１５９％、及びサンプル（９）は１５７％となっている。
【００３２】
次に、上記サンプル（１）〜（９）を用いた通電試験及びそれにより得られた性能・断線寿命に係わるデータ及びその評価について詳細に説明する。
【００３３】
まず、サンプル（２）〜（６）を各５個ずつ通電試験に投入し、図４及び図５に示すような結果を得た。
【００３４】
図４のグラフは、横軸が両端密巻部の巻線数を表し、縦軸が５個の試験サンプルの平均断線寿命を表しており、グラフ中の３点は夫々サンプル（２）、（４）、（６）の平均断線寿命を示している。
【００３５】
このグラフは、サンプル（２）が最も平均断線寿命が長く、続いてサンプル（４）となり、サンプル（６）が最も平均断線寿命が短いことを示している。これにより、両端密巻部の巻線ピッチが同一の場合は、両端密巻部の巻線数の少ない方が平均断線寿命が長いことがわかる。
【００３６】
一方、図５のグラフは、横軸が両端密巻部の巻線ピッチを表し、縦軸が５個の試験サンプルの平均断線寿命を表しており、グラフ中の３点は夫々サンプル（３）、（４）、（５）の平均断線寿命を示している。
【００３７】
このグラフは、サンプル（５）が最も平均断線寿命が長く、続いてサンプル（４）となり、サンプル（３）が最も平均断線寿命が短いことを示している。これにより、両端密巻の巻線数が同一の場合は、両端密巻部の巻線ピッチの大きい方が平均断線寿命が長いことがわかる。
【００３８】
以上より、図４及び図５の両グラフで示されるサンプル（２）〜（６）の通電試験の試験結果より明らかなことは、両端密巻部の巻線ピッチが同一の場合は巻線数の少ない方が平均断線寿命が長く、両端密巻部の巻線数が同一の場合は巻線ピッチの大きい方が平均断線寿命が長いということである。
【００３９】
同時に、両端密巻部の巻線数が同一の場合に最も平均断線寿命が長かったサンプル（５）と、両端密巻部の巻線ピッチが同一の場合に最も平均断線寿命が長かったサンプル（２）の平均断線寿命を比較するとサンプル（２）の方が長い。
【００４０】
これにより、両端密巻部の巻線ピッチ（１２０％）が小さくても巻線数（４Ｔ）の少ない方が、両端密巻部の巻線数（６Ｔ）が多くても巻線ピッチ（１３０％）の大きいものよりも平均断線寿命が長いことがわかる。
【００４１】
そこで、上記結果を踏まえ、両端密巻部の巻線数を４Ｔとするサンプル（１）、（７）〜（９）を各１５個ずつ通電試験に投入し、図６、図７及び図８に示すような結果を得た。
【００４２】
図６の表は、サンプル（１）、（７）〜（９）の夫々１５個の通電試験の結果について、最大（ＭＡＸ）断線寿命、最小（ＭＩＮ）断線寿命、及び平均断線寿命をまとめたものであり、図７はそれをグラフ化したものである。また、図８は、断線位置についての結果を表にしたものである。
【００４３】
図６及び図７により、サンプル（７）〜（９）においては、最大（ＭＡＸ）断線寿命、最小（ＭＩＮ）断線寿命、及び平均断線寿命のいずれにおいてもサンプル（８）が最も長く、続いてサンプル（９）となり、サンプル（７）が最も平均断線寿命が短いことがわかる。また同時に、サンプル（７）は断線寿命のサンプル間のバラツキが極めて大きい。
【００４４】
そこで、サンプル（７）〜（９）の通電試験の試験結果より、両端密巻部の巻線ピッチの小さいサンプル（８）の方が巻線ピッチの大きいサンプル（９）よりも断線寿命が長いことがわかる。
【００４５】
つまり、両端密巻部の巻線数を少なくした場合、巻線ピッチを大きくしても必ずしも断線寿命が延びるとは限らず、断線寿命を長寿命化する最適な巻線ピッチが存在することを意味している。
【００４６】
また、通電試験による断線位置を表にした図８によると、夫々１５個ずつのサンプル（１）、（７）〜（９）のうち、サンプル（１）、（９）はサンプル１５個すべてが中央疎巻部に集中し、サンプル（７）はサンプル１５個のうち１４個が両端密巻部に集中し、１個が中央疎巻部となっている。それに対し、サンプル（８）はサンプル１５個のうち６個が両端密巻部、９個が中央疎巻部となっており、断線位置が分散していることがわかる。
【００４７】
このことより、サンプル（８）は、フィラメントの中央部の温度集中が緩和されて全長に亘って均整化された温度分布を有していると考えられる。
【００４８】
そこで、実際に、全長に亘って一定の巻線ピッチで巻かれた従来のコイルフィラメントであるサンプル（１）（巻線ピッチ：１５４％）と、上記通電試験において断線寿命が最も長く且つ温度分布の均一化が最も優れていたサンプル（８）（（両端密巻部の巻線数：４Ｔ、巻線ピッチ：１４３％）（中央疎巻部の巻線数：２４Ｔ、巻線ピッチ：１５９％））の全長に亘る色温度分布を測定して結果を比較した。
【００４９】
図９はその測定結果を示すものであり、横軸がフィラメントの位置を巻線位置（Ｔ）で表し、縦軸が色温度（Ｋ）を表している。
【００５０】
このグラフより、サンプル（８）はサンプル（１）に対して、温度分布が全長に亘って均整化されていると共に中央部における最大色温度が下がっていることがわかる。この結果より、全長に亘って一定の巻線ピッチで巻かれた従来のコイルフィラメントに対して両端密巻部と中央部疎巻部からなる本発明のコイルフィラメントが、温度分布が全長に亘って均整化されると共に中央部における最大色温度が下がることにより、断線寿命が長寿命化されたことが明らかになった。
【００５１】
ちなみに、上記したように、サンプル（１）の平均断線寿命は５２４時間（ＭＩＮ断線寿命は４２５時間）であり、サンプル（８）の平均断線寿命は６２１時間（ＭＩＮ断線寿命は４８２時間）であった。その結果、コイルフィラメントの巻線方法を、従来のコイルフィラメントのように全長に亘って一定の巻線ピッチで巻く方法から本発明のコイルフィラメントのように両端密巻部と中央部疎巻部からなる巻線方法に変えることにより、平均断線寿命を２０％近く（ＭＩＮ断線寿命は１５％近く）長寿命化できる。
【００５２】
そこで、コイルフィラメントの総巻線数をＴａ[Ｔ]とし、両端密巻部の夫々の片端密巻部の巻線数をＴｃ[Ｔ]とすると、ＴｃとＴａはＴｃ／Ｔａ≦０．１２５の関係にあることが好ましい。つまり、コイルフィラメントの両端密巻部を構成する各片端密巻部の巻線数は、コイルフィラメントの総巻線数の２５％以下であることが好ましい。
【００５３】
更に、両端密巻部の夫々の片端密巻部の巻線ピッチをＰ[％]とすると巻線ピッチＰは、上述のように多くの場合に一般的に用いられる巻線ピッチ１５０％〜１８０％の範囲を１００％としたときに、その巻線ピッチの９０％〜９６％の範囲が好ましい。つまり、コイルフィラメントの両端密巻部を構成する各片端密巻部の巻線ピッチは、１３５％〜１７３％の範囲が好ましい。
【００５４】
なお、本発明において記載するフィラメントのピッチＰ％の数値範囲は、電球製品にする前のフィラメント単体の設計値である。実際に電球製品にする場合は、フィラメント単体を１１０％〜１１５％程度引っ張って使用する場合があり、その場合、電球製品に実装された各片端密巻部の巻線ピッチは、１４９％〜１９９％程度になる。
【００５５】
以上のように、コイルフィラメントを両端密巻部と中央疎巻部で構成すると共に、両端密巻部の巻線数及び巻線ピッチを上述の範囲に設定することにより、全長に亘って一定の巻線ピッチで巻かれた従来のコイルフィラメントに対して、温度分布が全長に亘って均整化されると共に中央部における最大色温度が下がる。その結果、フィラメントの断線寿命の長寿命化が図られることになる。
【符号の説明】
【００５６】
１…  フィラメント
５…  両端密巻部
５ａ…  片端密巻部
５ｂ…  片端密巻部
１０…  中央疎巻部
１５…  全長
２０…  フィラメント
【図１】
2012119081.tif 000003
【図２】
2012119081.tif 000004
【図３】
2012119081.tif 000005
【図４】
2012119081.tif 000006
【図５】
2012119081.tif 000007
【図６】
2012119081.tif 000008
【図７】
2012119081.tif 000009
【図８】
2012119081.tif 000010
【図９】
2012119081.tif 000011