(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ内に二重コイルからなるフィラメントが収容され、当該フィラメントが、当該フィラメントの軸が垂直向きにその上端および下端が内部リードを兼ねた一対のサポータに接続されてフィラメント長が変化しないように固定されてなり、前記フィラメントのコイルピッチが下方に向かって漸次広くなっていることを特徴とする熱源用白熱ランプ。
【請求項２】
バルブ内にコイル状のフィラメントが収容され、該フィラメントが、当該フィラメントの軸が垂直向きにその上端および下端が内部リードを兼ねた一対のサポータに接続されてフィラメント長が変化しないように固定されてなり、前記コイルは円錐又は円錐台形であり、コイル径の小さい一端を上にして配設されていることを特徴とする熱源用白熱ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は白熱ランプに関し、なかでもフィラメントのコイル軸を垂直向きにして点灯される白熱ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に使用される一端封止型の白熱ランプにおいては、例えば、筒状のガラス製のバルブの内部に、コイル状のフィラメントが、該フィラメントの両端において内部リード線を兼ねたサポータに接続されて、該バルブの管軸とコイル軸とが一致するようにして保持されて、配設されている。
このような白熱ランプは、垂直点灯して使用されることにより、点灯時間とともに、フィラメントのコイルが垂下して、当該コイルが下向きに伸びて、変形してしまう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような白熱ランプにおいては、フィラメントのコイル軸が垂直向きであるため、当該フィラメントにコイル自重と等しい大きさの荷重がかかるようになる。そして、この自重により生ずる荷重は、フィラメントの下端から上方に向かうに伴って漸次増大し、フィラメント上端において最大になる。このため、フィラメント下端では、当該フィラメントにかかる荷重が小さいので、コイルの垂下を生じ難くて変形しにくいが、上端に向かうにしたがって荷重が大きくなるためコイルの垂下を顕著に生じ、コイルの伸びもこれに伴って大きくなる。
【０００４】
一方で、上述したような白熱ランプのフィラメントは、その上端及び下端がサポータに接続されて固定されているため、フィラメント長、及び、コイルの巻数が変化することは無く、よって、フィラメント上方においてコイルの垂下が生じると、それより下方に位置されるコイルのピッチが漸次狭くなり、最終的に上下に隣在するコイル同士が接触してしまう。このようになると、フィラメントの短絡や溶断といった事態を招来し、ランプの不点灯に至るためランプ寿命が短くなるといった不具合を生じるようになる。
特に、フィラメントの温度が例えば２６００℃以上になるような高温で使用され、オン・オフを短時間で繰り返してパルス点灯される白熱ランプの場合、コイルの垂下が顕著で、ランプ寿命が極めて短かいという問題があった。
【０００５】
上記問題に鑑み、例えばフィラメントの上端、下端のみならず、フィラメントの長手方向にわたってサポータを取り付け、コイル同士の接触を防止することも可能である。しかしながら、かかる方法によると、フィラメント部分の構造が複雑になって、生産性が極めて悪くなってしまう。
又、更には、白熱ランプを熱源として利用する場合、特に、その白熱ランプのフィラメントが、該フィラメント長とコイルの径とが同程度である場合、ランプの熱効率を低下させてしまうので、サポータはできる限り少ない方が好ましい。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、簡単な構成でコイルの垂下に伴うランプの不点灯及び短寿命化を防止し、使用寿命の長い白熱ランプを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に記載の発明は、バルブ内に二重コイルからなるフィラメントが収容され、当該フィラメントが、当該フィラメントの軸が垂直向きにその上端および下端が内部リードを兼ねた一対のサポータに接続されてフィラメント長が変化しないように固定されてなり、前記フィラメントのコイルピッチが下方に向かって漸次広くなっていることを特徴とする。
【０００８】
そして、請求項２に記載の発明は、バルブ内にコイル状のフィラメントが収容され、該フィラメントが、当該フィラメントの軸が垂直向きにその上端および下端が内部リードを兼ねた一対のサポータに接続されてフィラメント長が変化しないように固定されてなり、前記コイルは円錐又は円錐台形であり、コイル径の小さい一端を上にして配設されていることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
［１］
通常、フィラメントの上方において、前述したようにコイルの垂下を顕著に生じ、コイルが伸びて垂れ下がると、フィラメントの下側において、コイルのピッチが狭くなり、やがて、コイルの接触に至る。
そこで、請求項１に記載の発明では、フィラメント長やコイルの巻数を変えず、フィラメント下方側のコイルに比較して上方側のコイルの方を密に巻回し、あらかじめコイルの変形を見込んで、フィラメント上方のコイルピッチを、下方側に比較して狭くし、フィラメントの下方側のピッチを広く巻回しておく。
かかる構成により、コイルが垂下して、下方側のコイルピッチが狭くなっても、コイル同士が接触に至るまで相当の時間を要すため、コイルの接触を回避することが可能となり、フィラメントの短絡、溶断を防止することができるようになる。そして、その結果、ランプの不点灯を防止でき、ランプの長寿命化を図ることができるようになる。
【００１０】
［２］
コイル径が小さくなるに従い、コイル軸方向の荷重に対し、当該コイルにかかるせん断応力が小さくなり、よって、コイルにかかけられた荷重に対する耐性、つまり耐垂下性が増大する。
したがって、請求項２に記載の発明によれば、フィラメントの下端から上端に向かって、荷重が増大するに伴ってコイル径を徐々に小さくすることで、コイルの耐垂下性が増大され、コイルの垂下を効果的に抑制できるようになる。
そして、フィラメント上方においても、コイルの垂下による変形を生じ難くなるので、フィラメントの下方においてコイルピッチが狭くなることを防止できて、コイル同士の接触を回避することが可能となる。その結果、フィラメントの短絡、溶断を防止でき、ランプの不点灯を防止できて、ランプの長寿命化を図ることができるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本願発明にかかる第一の実施の形態の白熱ランプである。この白熱ランプ10は、例えば、ガラス製のバルブ11内部に二重コイルからなるフィラメント20が配設され、ハロゲン物質を含む不活性ガスが封入され、当該バルブ11の一端において封止部12が形成された、いわゆる一端封止型のハロゲンランプである。この白熱ランプ10は、バルブ11の管軸を略垂直向きに設置し、例えば同図のように前記封止部12を上にして垂直点灯される。
フィラメント20の上端、及び、下端に接合されたサポータ30,30'は、封止部12に埋設されたモリブデン箔31,31'に接続され、更にモリブデン箔31,31'は、当該バルブ11の外方に突出してなる外部リード棒32,32'に接続されている。かかるサポータ30,30'は、フィラメント20を保持するとともに、当該フィラメント20への給電機構を兼ね備えており、内部リードの役割をも果たしている。
【００１２】
フィラメント20を構成するコイル21は、例えば、素線を二重に巻回したコイル21であって、先ず、素線径φ０．２２のタングステン線を、径０．９８ｍｍで等ピッチに巻回することにより一次コイルを作製し、次いで、この一次コイルを、コイルの巻回軸の方向でピッチを変位しながら、コイル径Ｒ＝４．８ｍｍで二重に巻回したものである。このコイル21は、例えば、巻数でいうと６〜７ターン使用される。
【００１３】
ここで、フィラメント20部分の説明用拡大図を図２に示す。なお、ここでは簡単のために一重コイルの図面を用いて説明する。
フィラメント20は、上方と下方においてコイル21のピッチが異なって巻回されており、下方におけるピッチに比較して、上方におけるピッチの方が、より狭くなっている。一例をあげると、コイル21の巻回始点（０）から当該（０）点より一巻回した点（１）までのピッチｐ1は０．９８ｍｍ、同様にその下のピッチｐ2は１．１６ｍｍ、更にその下のピッチｐ3は１．３４ｍｍ・・と、コイル21が巻回される毎にピッチが広くなっている。
【００１４】
従来の白熱ランプの場合、コイル21の垂下が生じると、フィラメント20の上端では、点灯時間に伴ってコイル21が伸びてピッチが広くなり、それより下方に向かうにしたがって、ピッチが徐々に狭められるが、かかる第一の実施の形態によれば、そのようなコイル21の変形に対応して、ピッチが下方に向かって漸次広くなっているので、フィラメント20の長手方向にわたり、上下に隣在するコイル21同士の接触を回避でき、フィラメント20の短絡、溶断を防止することが可能となる。
その結果、ランプの不点灯を防止でき、ランプ寿命を長くすることができるようになる。
【００１５】
つづいて、請求項２の発明について、実施の形態を説明する。
図３は第二の実施の形態を示し、請求項２の発明にかかる白熱ランプの要部を示す図で、同図（ａ）は当該フィラメント20を上から見た正面図、同図（ｂ）はフィラメント20を横から見た正面図である。
フィラメント20は、タングステン線をコイル軸方向に径を順次変化させながら巻回して作製した、外観が円錐（若しくは、円錐台ともいう）形のコイル21である。
【００１６】
かかるフィラメント20は、例えばピッチ角が一定のコイル21で、図中フィラメント20の下方の点（４）におけるコイルの半径ｒ（ｍｍ）は、例えばｒ4＝２．３３で、これより一周巻回される毎に半径が小さくなり、具体的には、ｒ3＝２．１８、ｒ2＝２．０２・・・のように、漸次コイル21の径が減少し、上端22においては、例えばｒ0＝１．７０になる。
【００１７】
フィラメント20は、図示しないが、コイル21の上端22と下端23に一対のサポータが取り付けられ、コイル21の円錐形状の頂部24を上に、更にコイル軸を略垂直向きにして、コイル径の小さい一端、つまり上端22を上に、コイル径の大きい他端、つまり下端23を下になるように、バルブ内部に配設される。
なお、この第二の実施の形態にかかる白熱ランプについては、その全体構造についての説明を省略したが、フィラメント20を除く、白熱ランプに関するその他の構成、例えば、バルブ、封入ガス、或いはサポータ等の構成については、先に説明した第一の実施の形態と同様である。
【００１８】
以上の構成、つまり、コイル軸が垂直向きで、上方側のコイルの径が、下方側に比較して小さいと、フィラメントの上方においてコイルの垂下を好適に抑制できる。すなわち、コイルの各部にかかる荷重に対応して、耐垂下性を大きくすることができるので、コイルの垂下に伴うコイルの変形を生じ難く、フィラメントの下方でもコイルピッチは狭くなり難いものとなる。
フィラメントのコイル同士の接触を回避できるようになるので、このフィラメントの接触に伴う短絡、溶断を防止できることが可能となる。
その結果、ランプの不点灯を防止して、ランプの長寿命化を図ることができるようになる。
【００１９】
なお、請求項２に記載の発明は、フィラメントの外観が、円錐（若しくは円錐台）形であれば足りるので、フィラメントのコイル軸方向で、コイル径が一定の割合で変位していなくても良い。
又、フィラメントを上から見たとき、図３（ａ）のようにコイル間に間隙が形成されているものに限定されず、例えば、この間隙が形成されなくても良いので、コイルの素線が重なって見えるものでも良い。
【００２０】
ところで、請求項２に記載の発明は、ランプの点灯使用時のフィラメント上方側のコイルの径が小さければ良く、種々変更が可能である。例えば、コイル軸方向でコイルピッチ（図３（ｂ）においてｐ1〜ｐ4）が変位していても良く、請求項１に記載の発明と組み合わせることも可能である。すなわち、図３（ｂ）のような外観が円錐状のコイルであり、コイルピッチ（ｐ1〜ｐ4）がフィラメントの上方から下方に向かって広くなっているものでも良い。
【００２１】
請求項１及び請求項２に記載の発明を組み合わせた構成にすると、ランプの長寿命化に対し、一層の向上が期待できる。このような構成にすると、フィラメントの上方におけるコイル径を、下方側に比較して小さくすることで、コイルの荷重に対する耐垂下性を増大させる、という効果に加え、ランプの長期使用に伴ってコイルの垂下が生じ、未使用のランプに比較して下方側のコイルピッチが狭くなったとしても、あらかじめその部分のコイルのピッチを広くしておくことで、コイルの接触を長期間回避することが可能で、フィラメントの短絡等の不具合を防止できて、ランプの不点灯を防止できるようになる。
その結果、ランプの長寿命化に対し、絶大な効果が得られるようになる。
【００２２】
以上、説明した第一、及び、第二の実施の形態は、いずれの場合も、適宜変更が可能であり、数値等に関しては上記したものに限定されないことはもちろん、その他の構成についても変更が可能で、例えば、フィラメントのコイルは、一重コイル、二重コイルのいずれの場合でも、本発明を実施することができる。
【００２３】
（実施例）
請求項１に記載の発明において、次式を適用することにより、コイルピッチの変位を簡単に決定することができる。
・Ｐn＝ａ（２πｎ）m-1
（但し、ａは任意の定数、１＜ｍ≦３）
以下、この実施例について説明する。
図４は、コイルの巻回始点（０）から、コイル上をｎ周した任意の点（Ｎ）における、該始点（０）からの径方向の変位θと、ピッチＰnとの関係を示す図である。なお、点（Ｎ）におけるピッチＰnとは、該点（Ｎ−１）と点（Ｎ）との間のピッチを表している。
コイル上を１ピッチ移動すると、径方向ではコイル上を一周して２π変位することになるので、点（Ｎ）における、始点（０）からの径方向の変位は、一般にθn＝２πｎと表記できる。
ここで、コイル上の任意点を座標で表してみる。まず、コイル半径（ｒ）の描く円上の点をＸ，Ｙとして、コイル軸をＺ軸として長手方向の位置をＺとすると、
Ｘ＝ｒcosθ、Ｙ＝ｒsinθ、Ｚ＝ｋθm
と各々表すことができる。（なお、ｋ及びｍは任意の定数である。）
【００２４】
よって、２点間のピッチは上式Ｚから導くことができ、点（Ｎ）における径方向の変位θnはｎを用いて書け、点（Ｎ−１）と点（Ｎ）との間のピッチＰnをコイルの巻数ｎを用いて次式で表すことができる。
・Ｐn＝ａ（２πｎ）m-1（ａ及びｍは任意の定数）
この式において、ｍ＝１とするとＰn＝ａ（定数）となり、かかる場合は、コイルピッチが一定であることを表している。
続いて、ｍの値が１を超えると、コイルの上端から下端に向かってピッチが増大するので、請求項１に記載の発明は、１＜ｍの範囲で好適に利用することができる。例えば、ｍ＝２とすると、ピッチはＰn＝２πａｎになるのでコイルの巻数ｎの一次関数で表され、ピッチがコイルの上端から下端に向かって、ピッチが同じ幅ずつ広くなる。また、ｍ＝３とすると、ピッチは巻数に対して二次関数的に増大していく。
【００２５】
ところで、ｍの値があまりに大きいと、一般に使用される白熱ランプのスペックを外れてしまうため、上式を適用できなくなる。本発明者らは、従来のランプのスペックを満足し、且つ、上式を適用できるｍの値について解析を行ったところ、ｍ＝３としたときは、定数ａを小さく設定することで十分実施可能であると判明した。よって、ｍが３以下の場合において実施可能と理解される。
【００２６】
以上の結果、次式が導かれる。
Ｐn＝ａ（２πｎ）m-1    （但し、ａは任意の定数、１＜ｍ≦３）
また更に、最も広いピッチｐmaxは、最も狭いピッチｐminに対し、ｐmin＜ｐmax≦３×ｐminの範囲が最適であることも見出している。
【００２７】
請求項１の発明において、コイルピッチが狭められる割合が、概して、コイル下端において大きく、それより上方に向かって小さくなるような場合は、上式を満足しながら、コイルピッチを漸次変位させることで、そのコイルの変形量に則したピッチを簡単に求めることができる。
その結果、フィラメント全長にわたってコイル同士の接触を回避することができ、長寿命のランプとすることが可能となる。
【００２８】
以上のように、本発明によれば、バルブ内にコイルからなるフィラメントが収容され、該フィラメントの軸が垂直方向に位置されて点灯される熱源用白熱ランプにおいて、長期使用によりコイルの垂下や伸び等の変形が生じても、簡単な構成でコイル同士が接触することを回避することができ、フィラメントの短絡や溶断を防止できて、長寿命の熱源用白熱ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願請求項１に記載の発明の一実施の形態
【図２】図１のフィラメントを拡大した説明図
【図３】（ａ）フィラメントを上から見た正面図
（ｂ）フィラメントを横から見た正面図
【図４】径方向の変位θとピッチＰnとの関係を示す図
【符号の説明】
１０          白熱ランプ
１１          バルブ
１２          封止部
２０          フィラメント
２１          コイル
２２          上端
２３          下端
２４          頂部
３０、３０’  サポータ
３１、３１’  モリブデン箔
３２、３２’  外部リード棒
【図１】
0003852242.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003852242.tif 000004
【図４】
0003852242.tif 000005