JP2016134270A - コイルフィラメント及び白熱電球 - Google Patents

Abstract

【課題】巻回部の全長に亘って均一な巻線ピッチを有することにより、安定した発光特性及び安定した信頼性を備えたコイルフィラメント及びそれを用いた白熱電球を提供することにある。
【解決手段】タングステンからなる２本の線材１ａ、１ｂが互いに平行に接触してなる平行素線１に、モリブデンからなる巻付線材１０を螺旋状に巻き付けることにより１本の元線１１を作製し、該元線１１を螺旋状に巻回してコイルフィラメント形状１４に成形し、その後、モリブデンからなる巻付線材１０を混酸を用いて溶解して除去することによりタングステンからなる平行素線１によるコイルフィラメント３を形成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、コイルフィラメント及びコイルフィラメントを用いた白熱電球に関する。

従来、ランプに用いるコイルフィラメントとしては、特許文献１に「熱源用ヒータランプ」の名称で開示されたものがある。

開示された熱源用ヒータランプは、図１０（ａ）にあるように、複数（２本）の素線８０ａ、８０ｂを撚り線にした巻線を螺旋状に巻回することにより形成されたコイルフィラメント８０、あるいは、図１０（ｂ）にあるように、複数（２本）の素線８０ａ、８０ｂを平行に接触配置した巻線を螺旋状に巻回することにより形成されたコイルフィラメント８０が熱源として用いられている。

特開２００５−３２５５２号公報

ところで、上記巻線の形態が異なる二種類のコイルフィラメントはいずれも、特に車両用灯具に用いる小型の白熱電球の発光源となる、コイルの外径が１．５ｍｍ以下で、コイル長が５ｍｍ以下のコイルフィラメントにおいては、巻線を芯棒あるいは芯線等の芯材に巻き付けた後に芯材を抜き取る従来の平行巻の巻線方法では、安定した巻線ピッチが得られずコイルフィラメントの巻回部の全長に亘って均一な巻線ピッチを実現することは難しい。

そのため、巻回部における隣り合う巻線同士の間隔の広狭によって、コイルフィラメント全体の発光分布が変わり、車両用灯具の照射光の配光特性にバラツキが生じることになる。

また、隣り合う異電位の巻線同士が接触（ショート）した場合、その間の電位差がなくなって同電位となり、フィラメント全体の電気特性が変わって発光特性が変わると共にフィラメント寿命が短縮して信頼性を損なうことになる。

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、巻回部の全長に亘って均一な巻線ピッチを有することにより、安定した発光特性及び安定した信頼性を備えたフィラメント及びそれを用いた白熱電球を提供することにある。

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、複数の線材が互いに平行に接触してなる平行素線を形成する工程と、前記平行素線を被包するように該平行素線に巻付線材を螺旋状に巻き付けて元線を形成する工程と、前記元線を螺旋状に巻回してコイル状元線を形成する工程と、前記コイル状元線から前記巻付線材を除去して前記平行素線を露出させることにより該平行素線によるコイルフィラメントを形成する工程と、を備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記コイルフィラメントの両端部に巻付線材を残すことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２において、前記線材はタングステン線であり、前記巻付線材はモリブデン線であり、前記モリブデン線からなる巻付線材を、混酸を用いて溶解して除去することにより、前記平行素線によるコイルフィラメントを形成することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜請求項３のいずれかの方法で作製したコイルフィラメントを発光源に用いたことを特徴とするものである。

本発明は、複数の線材が互いに平行に接触してなる平行素線に、巻付線材を螺旋状に巻き付けることにより１本の元線を作製し、該元線を螺旋状に巻回してコイルフィラメント形状に成形し、その後、巻付線材を除去することにより平行素線によるコイルフィラメントを形成した。

その結果、巻回部の全長に亘って均一な巻線ピッチを有することにより、安定した発光特性及び安定した信頼性を備えたコイルフィラメント及びそれを発光源に用いた白熱電球を実現できた。

実施形態のコイルフィラメントの製造工程に係る説明図である。 同じく、実施形態のコイルフィラメントの製造工程に係る説明図である。 同じく、実施形態のコイルフィラメントの製造工程に係る説明図である。 同じく、実施形態のコイルフィラメントの製造工程に係る説明図である。 実施例と比較例との比較試験結果の表である。 比較例の説明図である。 他のコイルフィラメントの説明図である。 同じく、他のコイルフィラメントの説明図である。 同じく、他のコイルフィラメントの説明図である。 従来例の説明図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜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。

図１〜図４は、本発明のコイル状フィラメント（以下、コイルフィラメントと呼称する）の実施形態に係る製造工程の説明図である。以下に、図１〜図４を参照してコイルフィラメントの製造方法を説明する。

まず、素線の作製工程（図１参照）において、タングステンからなる２本の線材１ａ、１ｂが互いに平行に接触してなる素線（平行素線）１に、モリブデンからなる巻付線材１０を螺旋状に巻き付けることにより、タングステンからなる平行素線１にモリブデンからなる巻付線材１０が螺旋状に巻き付けられてなる１本の元線１１を作製する。

なお、本実施形態においては、線材１ａ、１ｂの夫々に線径が０．０９６ｍｍのタングステン線を用い、巻付線材１０に線径が０．０５０ｍｍのモリブデン線を用いている。

次に、元線の巻線工程（図２参照）において、元線１１の中央部を従来と同様に、所定の外径を有する円柱状あるいは円筒状の芯材(図示せず)に螺旋状に巻き付けることにより巻回部（コイル部）１２を形成すると共に両端部側を直線状に延長して延長部１３を設け、その後、芯材を抜き取ることによって元線１１をコイルフィラメント形状１４に成形する。

最後に、巻付線材の溶解工程（図３参照）において、コイルフィラメント形状１４に成形した元線１１の両延長部１３の夫々の先端部以外の部分について、モリブデンからなる巻付線材１０を混酸を用いて溶解して除去する。これにより、平行素線１の延長部５の、巻付線材１０が残る先端部５ａを除いて露出した、タングステンからなる平行素線１によるコイルフィラメント３が形成される。

平行素線１によるコイルフィラメント３は、巻線時に巻付線材１０によって巻線間隔が一定に保持された状態で巻回される。そのため、巻付線材１０を溶解除去した後の平行素線１によるコイルフィラメント３は巻回部（コイル部）４の全長に亘って均一な巻線ピッチを再現性良く実現することができる。

なお、コイルフィラメントを白熱電球の発光源に用いることを想定して、図４にあるように、平行素線１の延長部５の先端部５ａの、モリブデンからなる巻付線材１０が溶解除去されずに残った部分に、モリブデンパイプやモリブデン箔等からなる接合用端子６を取り付けることもある。これにより、白熱電球のバルブ内に導入された導入線２０に接合用端子６を介してコイルフィラメント３を固定支持する。

上述の実施形態におけるコイルフィラメントと、該コイルフィラメントに電気的に等価な従来のコイルフィラメントとの比較試験結果を図５に示した。

実施例として、線径が０．０９６ｍｍの２本のタングステン線からなる平行素線１を、外径が１．０ｍｍ、コイル長（巻回部の長さ）が３．５ｍｍのコイル状に巻回した上述の実施形態のコイルフィラメント３を用い、比較例として、図６にあるような、線径が０．０９６ｍｍのタングステンからなる２本の素線３０、３１の夫々を、外径が１．０ｍｍ、コイル長が３．５ｍｍのコイル状に巻回し、互いの先端部３０ａ、３１ａ同士を接続すると共に互いの巻回部３２の巻線（素線３０、３１）が、空芯部を同軸上として交互に位置するように配置されてなる従来のコイルフィラメント３５を用いる。

つまり、線径、外径、コイル長及び巻線ピッチの夫々が同一なタングステンからなる２本のコイルフィラメントについて、実施例は、その全長に亘って平行に接触してなる１本の平行素線１を形成してコイルフィラメント３を構成し、比較例は、夫々コイルフィラメント状に成形した２本の素線３０、３１によってコイルフィラメント３５を構成している。

電気的には、比較例のコイルフィラメント３５は、実施例のコイルフィラメント３に対し並列接続で構成されているが、総断面積が実施例のコイルフィラメント３と同じであるため、印加電圧に対して流れる電流の総和もほぼ同じになる。したがって、消費電力もほぼ同じになる。

そこで、図５の比較試験結果を見ると、全光束が実施例及び比較例のいずれにおいても１３８０（ｌｍ）であるのに対し、消費電力は比較例が５２．１（Ｗ）、実施例が５１．５（Ｗ）であり、したがって発光効率は比較例が２６．５（ｌｍ／Ｗ）、実施例が２６．８（ｌｍ／Ｗ）となる。

このように、実施例（本実施形態）は比較例（従来例）に対し、発光効率ついて１．１％の改善がなされている。これは、比較例のコイルフィラメントが、安定した巻線ピッチが得られないためにコイルフィラメントからの発熱に対する放熱性が良好ではなく、安定した巻線ピッチを有して放熱性が良好な実施例に対して、熱損失の大きさが発光効率の低下の要因の一つと考えられる。

なお、比較例において、隣り合う異電位の巻線同士が接触（ショート）した場合においても、信頼性の低下と共に発光効率の低下も生じることになる。

ところで、上記実施形態における、タングステンからなる２本の線材１ａ、１ｂが互いに平行に接触してなる素線（平行素線）１に、モリブデンからなる巻付線材１０を螺旋状に巻き付けてなる元線４の代わりに、図７にあるように、タングステンからなる３本以上の線材１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが互いに平行に接触してなる素線（平行素線）１に、モリブデンからなる巻付線材１０を螺旋状に巻き付ける構成、図８にあるように、タングステンからなる太さが異なる２本以上の線材１ａ、１ｂが互いに平行に接触してなる素線（平行素線）１に、モリブデンからなる巻付線材１０を螺旋状に巻き付ける構成、あるいは、図９にあるように、２本以上の線材１ａ、１ｂが所定の間隔で接触してなる素線（平行素線）１に、モリブデンからなる巻付線材１０を螺旋状に巻き付ける構成とすることも可能である。

つまり、モリブデンからなる巻付線材で螺旋状に巻きつけられる素線は、タングステンからなる２本以上の線材が互いに接触して並設されていれば、線材の本数、太さ及び接触箇所が限定されるものではない。

以上説明したように、本発明のコイルフィラメントは、タングステンからなる複数本の線材が互いに平行に接触してなる平行素線に、モリブデンからなる巻付線材を螺旋状に巻き付けることにより１本の元線を作製し、該元線を螺旋状に巻回してコイルフィラメント形状に成形し、その後、モリブデンからなる巻付線材を混酸を用いて溶解して除去することによりタングステンからなる平行素線によるコイルフィラメントを形成するものである。

そのため、コイルフィラメントは、元線をコイルフィラメント形状に成形する際に、モリブデンからなる巻付線材によって巻線間隔が一定に保持された状態で巻回されるため、コイルフィラメントの巻回部の全長に亘って均一な巻線ピッチを再現性良く形成することができる。

その結果、コイルフィラメントの信頼性が向上すると共にコイルフィラメント全体で良好な発光分布が再現性良く得られる。

また、上述したコイルフィラメントの製造方法によれば、特に車両用灯具に用いる小型の白熱電球の発光源となる、コイルの外径が１．５ｍｍ以下で、コイル長が５ｍｍ以下のコイルフィラメントにおいて、巻回部の全長に亘って均一な巻線ピッチを再現性良く得ることができる。

そのため、上記特徴を有する本発明のコイルフィラメントを発光源とする白熱電球を車両用灯具に用いてリフレクタやレンズ等の光学系と組み合わせることにより、長寿命で信頼性が高く且つ配光性能の精度及び再現性が良好な車両用灯具を実現することができる。

１… 素線（平行素線）
１ａ… 線材
１ｂ… 線材
１ｃ… 線材
１ｄ… 線材
３… コイルフィラメント
４… 巻回部(コイル部)
５… 延長部
５ａ… 先端部
６… 接合用端子
１０… 巻付線材
１１… 元線
１２… 巻回部（コイル部）
１３… 延長部
１４… コイルフィラメント形状
２０… 導入線
３０… 素線
３０ａ… 先端部
３１… 素線
３１ａ… 先端部
３２… 巻回部
３５… コイルフィラメント

Claims (4)

1. 複数の線材が互いに平行に接触してなる平行素線を形成する工程と、
   前記平行素線を被包するように該平行素線に巻付線材を螺旋状に巻き付けて元線を形成する工程と、
   前記元線を螺旋状に巻回してコイル状元線を形成する工程と、
   前記コイル状元線から前記巻付線材を除去して前記平行素線を露出させることにより該平行素線によるコイルフィラメントを形成する工程と、
   を備えていることを特徴とするコイルフィラメントの製造方法。
2. 前記コイルフィラメントの両端部に巻付線材を残すことを特徴とする請求項１に記載のコイルフィラメントの製造方法。
3. 前記線材はタングステン線であり、前記巻付線材はモリブデン線であり、前記モリブデン線からなる巻付線材を、混酸を用いて溶解して除去することにより、前記平行素線によるコイルフィラメントを形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコイルフィラメントの製造方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかの方法で作製したコイルフィラメントを発光源に用いたことを特徴とする白熱電球。

Images