JP3797093B2 - ランプ - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体加熱、ガラス加熱、あるいは食品加熱等に用いられる熱源用のランプに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体加熱、ガラス加熱、あるいは食品加熱に利用される熱源用のランプは、図7に示すように、ガラス製の管型封体6内に発熱体であるフィラメント7が配置されたものであり、フィラメント7から放射される光によって被加熱物を加熱するものである。そして、管型封体6の外表面に便宜状点線で示すセラミックスよりなる赤外線放射物質5をコーティングして赤外線を良好に放射させるものである。
【0003】
この場合、管型封体6の外表面に形成された赤外線放射物質5であるセラミックスに、振動や衝撃が加わると、その表面部分が剥がれ落ちて被加熱物を汚染してしまう問題があるので、管型外容器8によって管型封体6を気密に覆っている。
【0004】
具体的に上記のランプを説明すると、管型封体6は両端部に封止部61が形成されており、この封止部61には金属箔62が気密に埋設されている。金属箔62の一端にはフィラメント7の端部から伸びる素線が溶接されており、他端には封止部61から外方に伸びる給電部材63が溶接されている。
【0005】
そして、管型封体6を気密に覆うように管型外容器8が設けられており、この管型外容器8は両端部に封止部81が形成されており、この封止部81に気密に埋設された金属箔82の一端に給電部材63が溶接されており、他端には封止部81から外方に伸びる外部リード棒83が溶接されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなランプでは、点灯中、給電部材63が高温になり膨張して管軸方向に伸びる現象が発生する。
この結果、給電部材63の一端が封止されている管型外容器8の封止部81に給電部材63の膨張に伴う管軸方向の応力が加わり、封止部81にクラックが入り、さらには、封止部81が破壊されるという問題があった。
【0007】
また、両端の給電部材63によって管型封体6を管型外容器8内に、それぞれが接触しないように保持しているが、このランプに衝撃が加わった場合、給電部材63だけでは耐衝撃性が弱く、給電部材63が折れるという問題があった。
【0008】
このような問題を解決するために、図8に示すように、給電部材63の一部に管軸方向に弾性を有するバネ部631を形成して、バネ部631が管型外容器8の内面に当接して管型封体6を支えるサポータとしての役目を果たすとともに、フィラメント7からの熱に起因した給電部材63の膨張に伴う管軸方向の応力をこのバネ部631で吸収し、応力が管型外容器8の封止部81に加わらないようにする構造も考えられる。
この場合、給電部材63は、耐熱性と硬性を考慮して高融点金属よりなるものであり、バネ部631は、弾性作用を有するためには、バネ部631の素線径を小さくしなければならず、素線径が小さい場合抵抗値が大きくなり、通電中、給電部材63のバネ部631が高温になり塑性変形を起こしバネ性がなくなったり、更には、供給される電流の大きさによっては発光してしまい、塑性変形という問題を超えて、バネ部631が発光してしまい、ついにはバネ部631が溶断してランプが不点灯に至るという問題が発生する。
【0009】
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであって、管型外容器内に配置された白熱電球の封止部から伸びる給電部材の膨張に伴う管軸方向の応力を確実に吸収して管型外容器の封止部にクラックが発生することを防止し、しかも、不点灯が起こらないランプを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に記載のランプは、両端に封止部を有する管型外容器の内部に、管軸に沿って管型の白熱電球が配置されたランプにおいて、前記白熱電球の両端には封止部が形成され、当該各々の封止部から導電性の給電部材が突出しており、前記一方の給電部材は、前記管型外容器の一方の封止部に直接埋設され、他方の給電部材は、第1通電部材と第2通電部材を介して、前記管型外容器の他方の封止部に埋設され当該管型外容器内に伸びる導電性の内部リード部材に接続されており、前記第1通電部材は、一端部が前記内部リード部材に接続固定され、他端部が前記給電部材に接続固定され、一端部と他端部との中間部が管軸方向に弾性を有するとともに前記管型外容器の内部に当接する弾性部となっており、前記第2通電部材は、前記給電部材或いは前記内部リード部材に対して摺動自在に嵌合されていることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明の実施の形態を具体的に説明する。
図1は、本発明のランプの構成を示す断面図である。
【0012】
本発明のランプは、石英ガラスよりなる管型外容器1内に、管軸に沿って管型の白熱電球2が配置されている。
白熱電球2は、石英ガラスよりなる管型封体20の外表面には便宜上点線で示す赤外線放射部材であるセラミックス5がコーティングされており、管型封体20の内部に管軸に沿ってフィラメント21が配置され、フィラメント21の両端を引き伸ばした素線が、管型封体20の両端部の封止部22に気密に埋設された金属箔23の一端に溶接されている。
そして、この金属箔23の他端には、給電部材24が溶接されており、給電部材24が封止部22から伸びだしている。給電部材24は、白熱電球2の構成部分の一つである外部リード棒のことである。
【0013】
この白熱電球2を気密に覆うように管型外容器1が設けられており、管型外容器1は両端に封止部11が形成されている。
この封止部11には金属箔12が気密に埋設されており、一方の封止部11の金属箔12には、白熱電球2の一方の給電部材24が溶接され直接封止されている。
また、他方の封止部11にも金属箔12が気密に埋設されており、一端がこの金属箔12に溶接され、他端が管型外容器1の内部に伸び出る内部リード部材13が設けられている。
【0014】
この内部リード部材13と給電部材24との間には、内部リード部材13と給電部材24を電気的につなぐ第1通電部材3と第2給電部材4が設けられている。
第1通電部材3は、中間部分においてバネ状に巻回されており、そのバネ状に巻回されたコイル部内を第2通電部材4が延在するように配置されている。
この第1通電部材3と第2通電部材4は、耐熱性と硬性を考慮し高融点金属であるニッケルなどよりなるものである。
【0015】
次に、第1通電部材3と第2通電部材4について図2を用いて説明する。図2は、図1の一部破段拡大図である。この図は、第1通電部材3のコイル内の第2通電部材4の状態がわかるように、第1通電部材3の一部を破段して示している。
第1通電部材3は、一端部31が内部リード部材13に溶接によって接続固定され、他端部32が給電部材24に溶接によって接続固定され、一端部31と他端部32との中間部が管軸方向に弾性を有するようにバネ状にコイリングされて弾性部33となっている。
この弾性部33は、管型外容器1の内部に当接しており、白熱電球2を管型外容器1内に離間した状態で支持するサポータの役目を成している。
なお、弾性部33は加工上の精度の関係で、必ずしも管型外容器1の内部に当接するものではなく、弾性部33と管型外容器1の内部との間に若干の隙間が空いていてもよい。この隙間は、ランプに衝撃が加わった際に、給電部材24が折れたり、内部リード部材13が折れたりしない程度の隙間であれば、特に、問題はない。
【0016】
第2通電部材4は、一端部41が第1通電部材3と同様に内部リード部材13に溶接によって接続固定され、他端部42が第1通電部3の他端部32が溶接固定されている給電部材24に対して摺動自在に嵌合されている。
この図において、第2通電部材4の一端部41は溶接によって形が変形しており、内部リード部材13と溶接接合されている状態を示す。
【0017】
第2通電部材41の他端部42は、コイル状に形成されており、このコイル内部に給電部材24が挿入され、他端部42が給電部材24の外表面に接触しながら摺動自在に動くようになっている。
つまり、他端部42は給電部材24と電気的につながっているものである。
なお、図1と同一符号は同一部分を示す。
【0018】
次に、第1通電部材と第2給電部材の内部リード部材と給電部材の接続構造が異なる他の例を図3に示す。
図3に示すように、第1通電部材3は、図2と同様に、一端部31が内部リード部材13に溶接によって接続固定され、他端部32が給電部材24に溶接によって接続固定され、一端部31と他端部32との中間部が管軸方向に弾性を有するようにバネ状にコイリングされて弾性部33となっている。この弾性部33は前述したように白熱電球2を支えるサポータとなっている。
第2通電部材4が、図2と異なり、一端部41が内部リード部材13に対して摺動自在に嵌合され、他端部42が図3において形が変形して示されているように給電部材24に溶接によって接続固定されている。
この場合、一端部41は、コイル状に形成されており、このコイル内部に内部リード部材13が挿入され、一端部41が内部リード部材13の外表面に接触しながら摺動自在に動くようになっている。
つまり、一端部41は内部リード部材13と電気的につながっているものである。
なお、図1と同一符号は同一部分を示す。
【0019】
図4に示すように、内部リード部材13と第1通電部3は一体に形成されており、つまり内部リード部材13の管型封体1内に伸びだした部分が第一通電部3となっている。この場合、内部リード部材13の一部分が弾性部130となり他端部131が給電部材24に溶接によって接続固定されている。
そして、第2通電部材4の一端部41は、第1通電部材3の弾性部130の端部から外部に伸びたし、内部リード部材13に溶接によって接続固定され、他端部42は、コイル状に形成されており、このコイル内部に給電部材24が挿入され、他端部42が給電部材24の外表面に接触しながら摺動自在に動くようになっている。
【0020】
このように、本発明のランプは、第1通電部材3は、内部リード部材13と給電部材24に溶接によって接続固定され、第2通電部材4も、内部リード部材13と給電部材24に電気的に接続されているので、内部リード部材13と給電部材24との間に第1通電部材3と第2通電部材4を介して電流が流れ、フィラメント21を発光させることができる。
【0021】
そして、内部リード部材13と給電部材24との間に流れる電流が第1通電部材3と第2通電部材4の双方を通れ、さらに、第2通電部材4の抵抗値を第1通電部材3の抵抗値より小さくすることにより、第1通電部材3に流れる電流を第2通電部材4に流れる電流より小さくすることができ、従って、第1通電部材3の弾性部33の発熱を抑制でき、第1通電部材3の塑性変形が起こらず、常に、弾性部33が弾性力を有する状態になっている。なお、弾性部33の発熱を抑制できるので、弾性部33が発光し溶断することもない。
【0022】
この結果、図1を用いて説明すると、フィラメント21の熱によって、給電部材24が管軸方向に膨張して伸びても、第1通電部材3の弾性部33(図2、図3、図4参照)によって、その伸びを吸収することができる。この結果、内部リード部材13には、給電部材24が伸びることによる応力が伝わらないので、内部リード部材13の端部が封着された封止部11には何ら応力がかからず、封止部11にクラック発生せず、封止部11が破損することがない。また、図1に示す給電部材24が直接封止されたいる方の封止部11に関しても何ら応力がかからず、この封止部11にもクラック発生せず、破損することがない。
【0023】
また、第2通電部4は、図2、図4で説明したように、他端部42が給電部材24に対して摺動自在に嵌合されているので、給電部24が膨張し管軸方向に移動しても、給電部材24が第2通電部4の他端部42のコイル内部を接触しながら滑るように移動するので、第2通電部材4には、何ら応力がかかることがなく、内部リード部材13の端部が埋設された封止部11に応力が伝わることがない。
【0024】
なお、図3では、一端部41が内部リード部材13に対して摺動自在に嵌合されているので、給電部24が膨張し管軸方向に移動し第2通電部材4が管軸方向に移動しても、第2通電部4の一端部41のコイル内部と内部リード部材13が接触しながら、第2通電部4が滑るように移動するので、内部リード部材13には、何ら応力がかかることがなく、内部リード部材13の端部が埋設された封止部11に応力が伝わることがない。
【0025】
次に、第1通電部材3の発熱を抑制し、塑性変形が起こらず、弾性部33が発光しない原理を図5の模式図を使って説明する。
図中2は白熱電球、3は第1通電部材であり、33は第1通電部材の弾性部、4は第2通電部材を示す。
【0026】
下記に白熱電球2間(A−B間)、第1通電部材3間(B−C間)、第2通電部材4間(B−C間)、ランプ全体間(A−C間)の電流値、抵抗値、電圧値の一実測値を示す。
<白熱電球2間(A−B間)>
電流値・・・9.94(A)
抵抗値・・・0.28(Ω)
電圧値・・・2.82(V)
<第2通電部材4間(B−C間)>
電流値・・・7.27(A)
抵抗値・・・0.03(Ω)
電圧値・・・0.18(V)
<第1通電部材3間(B−C間)>
電流値・・・2.67(A)
抵抗値・・・0.07(Ω)
電圧値・・・0.18(V)
<ランプ全体間(A−C間)>
電流値・・・9.94(A)
抵抗値・・・0.30(Ω)
電圧値・・・3.00(V)
【0027】
上記の測定結果からわかるように、第1通電部材3間(B−C間)の抵抗値が0.07Ωであるのに対し、第2通電部材4間(B−C間)の抵抗値が0.03Ωであり、第2通電部材4の抵抗値が第1通電部材3の抵抗値より小さく、第2通電部材4の抵抗値が小さいぶん、第2通電部材4に7.27Aという大きな電流が流れ、一方、第1通電部材3には2.67Aという小さな電流しか流れず、第1通電部材3に流れる電流を小さくできるので、第1通電部材3の発熱を抑制できる。
【0028】
次に、ランプ全体間(A−C間)にかかる電流値、電圧値を同じにして、第2通電部材4を取り外した場合に第1通電部材3にかかる電流値を測定すると、8.54Aであった。
この場合、第1通電部材3に流れる電流値が大きくなり、第1通電部材3の温度が上昇し発光していない状態であっても長時間ランプを点灯すると、第1通電部材3は高温のため塑性変形が起こり、弾性部33の弾性力がなくなった。
つまり、第1通電部材3だけでは、ランプ点灯初期は、給電部材24の膨張に伴う管軸方向の応力を第1通電部材3の弾性部33で吸収することができるが、長時間ランプを点灯すると弾性部33の弾性力がなくなり給電部材24の膨張に伴う管軸方向の応力が直接、管型外容器1の封止部11に加わり封止部11の破壊につながる。
【0029】
次に、第1通電部材3に流れる電流値と第1通電部材3の温度上昇を示す実験を行なった。その結果を図6に示す。
なお、第1通電部材3の抵抗値は、上述したように、0.07(Ω)である。
図6からわかるように、電流値を上げていくと第1通電部材3の温度が上がっていくことがわかる。
そして、電流値が6.2Aの時第1通電部材3の温度が300℃となり塑性変形が始まり、電流値が10Aを超えると第1通電部材3の温度が490℃以上となり発光し始め長時間この状態であると第1通電部材3が溶断する。
なお、第1通電部材3は、ニッケルを用いたものであり、材質によって、塑性変形温度や発光温度は異なる。
【0030】
このようなことから、ランプ全体にかかる電流値や抵抗値に基づいて、第1通電部材3と第2通電部材4の各抵抗値や各電流値を適切な値になるようにそれぞれ設計することによって、第1通電部材3が塑性変形しない、また、発光しないようにでき、この結果、給電部材24の膨張に伴う管軸方向の応力を第1通電部材3の弾性部33で常に吸収することができ、給電部材24の膨張に伴う管軸方向の応力が管型外容器1の封止部11に加わらず、封止部11が破壊することがない。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、両端に封止部を有する管型外容器の内部に、管軸に沿って管型の白熱電球が配置されたランプであって、白熱電球の一方の封止部から突出する給電部材は管型外容器の一方の封止部に直接埋設され、白熱電球の他方の封止部から突出する給電部材は第1通電部部材と第2通電部材を介して管型外容器の他方の封止部に埋設され管型外容器内に伸びる導電性の内部リード部材に接続されており、第1通電部材は、一端部が内部リード部材に接続固定され、他端部が給電部材に接続固定され、一端部と他端部との中間部が管軸方向に弾性を有するとともに前記管型外容器の内部に当接する弾性部となっており、第2通電部材は、給電部材或いは内部リード部材に対して摺動自在に嵌合されているので、内部リード部材と給電部材との間の第1通電部材と第2通電部材を介して電流が流れ、第1通電部材と第2通電部材のそれぞれの抵抗値を適切に設定することにより、第1通電部材3に流れる電流を第2通電部材4に流れる電流より小さくすることができ、第1通電部材の弾性部の発熱を抑制でき、弾性部が発光せず、つまり、第1通電部材が溶断することがなく、しかも、第1通電部材の塑性変形が起こらず、常に、弾性部が弾性力を有する状態になっている。
【0032】
この結果、給電部材が膨張し管軸方向に伸びても、第1通電部材の弾性部によって、その伸びを吸収することができ、内部リード部材には、給電部材の膨張による管軸方向の応力が伝わらないので、内部リード部材および他方の給電部材の端部が封着された管型外容器の封止部には何ら応力がかからず、管型外容器の封止部が破損することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のランプの説明図である。
【図2】第1通電部材3と第2通電部材4の状態を示す図1の一部破段拡大図である。
【図3】第1通電部材3と第2通電部材4の状態を示す他の例の一部破段拡大図である。
【図4】第1通電部材3と第2通電部材4の状態を示す他の例の一部破段拡大図である。
【図5】本発明のランプの電気的つながりを示す模式図である。
【図6】第1通電部材の弾性部の温度と電流値との関係を示すデータ説明図である。
【図7】従来のランプの説明図である。
【図8】従来のランプの説明図である。
【符号の説明】
1 管型外容器
13 内部リード部材
2 白熱電球
24 給電部材
3 第1通電部材
33 弾性部
4 第2通電部材
5 赤外線放射物質
Claims (1)
- 両端に封止部を有する管型外容器の内部に、管軸に沿って管型の白熱電球が配置されたランプにおいて、
前記白熱電球の両端には封止部が形成され、当該各々の封止部から導電性の給電部材が突出しており、
前記一方の給電部材は、前記管型外容器の一方の封止部に直接埋設され、他方の給電部材は、第1通電部材と第2通電部材を介して、前記管型外容器の他方の封止部に埋設され当該管型外容器内に伸びる導電性の内部リード部材に接続されており、
前記第1通電部材は、一端部が前記内部リード部材に接続固定され、他端部が前記給電部材に接続固定され、一端部と他端部との中間部が管軸方向に弾性を有するとともに前記管型外容器の内部に当接する弾性部となっており、
前記第2通電部材は、前記給電部材或いは前記内部リード部材に対して摺動自在に嵌合されていることを特徴とするランプ。
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