JP5765354B2 - ハロゲンランプ - Google Patents

Description

本発明は、ランプ取付時に水平姿勢となったコイル状のフィラメントの中間部位をその上方からワイヤで吊り支えるサポートロッドを備えたハロゲンランプに関し、特に、ヒータ用のランプとして好適なものである。

ハロゲンランプは、ガラス封体内に封入する窒素やアルゴン等の不活性ガスに、ヨウ素、臭素などのハロゲンガスを微量添加したものである。
点灯時には、白熱したタングステンフィラメントから昇華するタングステンが、ハロゲンと反応してハロゲン化タングステンとなり、再び高温のフィラメントに戻るハロゲンサイクルを生じる。
これにより、長寿命を図ると共に、蒸発したタングステンがガラス封体内面に付着しないため、ヒータとして用いる場合に、ガラス封体黒化による熱量の低下もなく、良好に熱放射させることができる。

図５及び図６はこのような従来のヒータ用の片口金形のハロゲンランプ１１の側面図及び正面図を示し、ランプ取付時に横向きとなるガラス封体１２内に、その軸方向に延びるコイル状のフィラメント１３が配設されると共に、ランプ取付時に水平姿勢となったフィラメント１３の中間部位をその上方及び下方からワイヤ１４で吊り支えるサポートロッドＬ１１が、フィラメント１３の長手方向に沿って、フィラメント１３の中心線直上位置に片持ち式に配されている。
また、フィラメント１３の下方にも、ワイヤ１５で支えるサポートロッド１６が、フィラメント１３の長手方向に沿って片持ち式に配されている（特許文献１参照）。

また、図７及び図８は、従来の他の片口金形のハロゲンランプ２１の側面図及び正面図を示しており、本例では、ガラス封体１２内に、ランプ取付時に水平姿勢となったフィラメント１３の略中央を上方からワイヤ２２で支えるサポートロッドＬ１２が、その両端をガラス封体１２の両端側に配されたガラス支柱２３，２４に支持されてフィラメント１３の中心線直上位置に架設されている。
また、サポートロッドＬ１２と前記フィラメント１３の間には、フィラメント１３の両端側をその上方からワイヤ２５、２６で吊り支えるサポートロッドＬ１３、Ｌ１４が、前記ガラス支柱２３、２４からフィラメント１３の長手方向に沿って延設され、フィラメント１３の中心線直上位置に片持ち式に配されている（特許文献２参照）。

いずれのハロゲンランプ１１、２１も、フィラメント１３の両端は、口金側封止部１７に封止された給電ロッド１８Ａ、１８Ｂに夫々接続されており、フィラメント１３の先端側に接続される給電ロッド１８Ａは、フィラメント１３を避けるように屈曲され、水平姿勢となったフィラメント１３の側方を通って先端側に達するように配されている。

これらのハロゲンランプ１１、２１を水平に取り付けてオンすれば、フィラメント１３が通電して発熱するので、これを熱源として利用することができる。
このとき、夫々のフィラメント１３はサポートロッドＬ１１及び１６、Ｌ１２−Ｌ１４で支えられているので、オンオフを繰り返すことによりフィラメント１３が伸張収縮しても、変形が生じにくくなっている。

しかしながら、フィラメント１３が加熱されると、複写熱がフィラメント１３を中心に放射されるだけでなく、ガラス封体１２内で対流が生じて、熱気がフィラメント１３の直上に上昇するため、フィラメント１３の直上位置に配されたサポートロッドＬ１１−Ｌ１４が、その熱に晒されることになる。

このため、ランプ１１、２１のオンオフ操作によりサポートロッドＬ１１−Ｌ１４が熱の膨張収縮を繰り返すうちに、その内部組織が脆弱化する熱劣化や、常時作用しているフィラメント１３の荷重により撓むという熱変形を生じやすい。
また、サポートロッドＬ１１−Ｌ１４は耐熱性の高いタングステンで形成されるが、製造工程で残留応力が残っている場合は、点灯時に生ずるフィラメント１３の熱により変形することもある。
いずれの場合も、サポートロッドＬ１１−Ｌ１４が変形した場合にはフィラメント１３の変形を助長し、フィラメント１３が短絡して定格以上の電流が流れ、早期にランプ切れを起こすという問題があった。

特許第２９４５６６１号公報 特開２００９−１４６７３１号公報

そこで本発明は、フィラメントの直上に生ずる熱対流の影響を低減することにより、サポートロッドの熱劣化や熱変形を防止し、ひいては、フィラメントの変形を抑えてランプ寿命を長くすることを特徴としている。

この課題を解決するために、本発明は、ランプ取付時に横向きとなるガラス封体内に、その軸方向に延びるコイル状のフィラメントが配設されると共に、ランプ取付時に水平姿勢となった前記フィラメントの中間部位をその上方からワイヤで吊り支える第一および第二のサポートロッドが前記フィラメントの長手方向に沿って配設されたハロゲンランプにおいて、前記第一のサポートロッドと第二のサポートロッドが、前記フィラメントのランプ取付時における直上位置を避けてその直上位置から夫々左方と右方に偏倚した位置に配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、ランプ取付時に水平姿勢となったコイル状のフィラメントの中間部位をその上方からワイヤで吊り支える第一のサポートロッドと第二のサポートロッドが、フィラメントの直上位置を避けてその直上位置から夫々左方と右方に偏倚した位置に配設されているので、ランプ点灯時にフィラメントの放熱により当該フィラメントの直上に生ずる熱対流の上昇流に触れて温度が上昇する度合いが低減して、両サポートロッドの熱劣化や熱変形が抑制されると同時に、両サポートロッドが熱変形することによって生ずるフィラメントの捩じれ・撓みなどの変形も抑制されて、フィラメントの変形による短絡事故が防止され、長寿命のハロゲンランプが得られるという効果がある。

本発明に係るハロゲンランプの一例を示す斜視図。 その正面図。 その平面図。 その側面図。 従来のハロゲンランプを示す側面図。 その正面側断面図。 従来の他のハロゲンランプを示す側面図。 その正面側断面図。

本例では、フィラメントの直上に生ずる熱対流の影響を低減することにより、サポートロッドの熱劣化や熱変形を防止し、ひいては、フィラメントの変形を抑えてランプ寿命を長くするという目的を達成するために、ランプ取付時に横向きとなるガラス封体内に、その軸方向に延びるコイル状のフィラメントが配設されると共に、ランプ取付時に水平姿勢となった前記フィラメントの中間部位をその上方からワイヤで吊り支える第一および第二のサポートロッドが前記フィラメントの長手方向に沿って配設されたハロゲンランプにおいて、前記第一のサポートロッドと第二のサポートロッドを、前記フィラメントのランプ取付時における直上位置を避けてその直上位置から夫々左方と右方に偏倚した位置に配設した。

図１〜図４は、本発明に係るハロゲンランプ１の一例を示す。
ハロゲンランプ１は、ランプ取付時に横向きとなるガラス封体２内に、その軸方向に延びるコイル状のフィラメント３が配設されている。

ガラス封体２は、片端が加熱圧着されて封止部４が形成され、当該封止部４には、フィラメント３の両端を支持すると共に当該フィラメント３に給電する一対のリード５Ａ，５Ｂが封止されている。
リード５Ａ，５Ｂは、基端側が封止部４の近傍に配された円柱状のガラスビーズ６に貫通されている。
一方の内部リード５Ａはフィラメント３を避けるようにクランク状に屈曲されて、その先端がガラス封体２の先端チップオフ部２ａに挿入支持され、ガラス封体２の光軸方向に沿って配されたフィラメント３の先端側３ａを支持すると共に、他方の内部リード５Ｂがフィラメント３の基端側３ｂを支持している。

両端を前記内部リード５Ａ，５Ｂに支持されるフィラメント３は、タングステン素線を小径螺旋状に巻いてコイル状に形成した一次コイルをさらに大径螺旋状に巻いて二次コイルが形成された二重巻きコイルからなる。

また、外力により、フィラメント３が撓んだり振動したりしないように、ランプ取付時に水平姿勢となったフィラメント３の中間部位をその上方からワイヤＷ１、Ｗ２で吊り支える第一および第二のサポートロッドＬ１、Ｌ２が配されている。
各サポートロッドＬ１、Ｌ２は、フィラメント３の吊下げ位置に応じて夫々の長さが異なり、基端部が前記ガラスビーズ６に挿通支持されて片持ち式に形成されると共に、フィラメント３のランプ取付時における直上位置を避けてその直上位置から夫々左方と右方に偏倚した位置に配設されるようにクランク状に屈曲されて、先端側がフィラメント３の長手方向に沿って延設されている。

本例では、フィラメント３の全長を略４等分する三つの中間位置でフィラメント３が支持され、先端側の中間位置が第一のサポートロッドＬ１のワイヤＷ１で、中央の中間位置が第二のサポートロッドＬ２のワイヤＷ２で、基端側の中間位置が後述する第三のサポートロッドＬ３のワイヤＷ３で支持されている。
また、フィラメント３を掛止するワイヤＷ１、Ｗ２は、各サポートロッドＬ１、Ｌ２の先端側でフックを形成すると共に、サポートロッドＬ１、Ｌ２のフィラメント３に並行して配された部分の全長にわたって、当該サポートロッドＬ１、Ｌ２を覆うように巻回されており、その巻回部分がサポートロッドＬ１、Ｌ２の放熱フィン及び補強部材として機能する。

フィラメント３の直上位置は、フィラメント３の二重巻コイル部分の直上領域Ａにより定義され、当該領域Ａは、その幅がフィラメント３の外径に等しく、その長さがフィラメント３の二重巻き部分の長さに等しい（図２、図３参照）。
また、サポートロッドＬ１、Ｌ２がフィラメント３の直上位置を避けてその直上位置から夫々左方と右方に偏倚した位置に配設されるというときは、サポートロッドＬ１、Ｌ２の中心軸が、前記直上領域Ａ内を通過せず、図２の正面側から見たときに、直上領域Ａからフィラメント３の長手方向に直交する水平方向である左方と右方に偏倚していることを言うが、さらに、サポートロッドＬ１、Ｌ２とその周囲に巻回されたワイヤＷ１、Ｗ２（フック部分を除く）からなる構造物が、直上領域Ａ内を通過せず、その外側の領域Ｂを通過するように配されていれば、フィラメント３の熱の影響を低減する上でより好ましい。

各サポートロッドＬ１、Ｌ２は、夫々左方と右方に偏倚した位置に配設されて、フィラメント３の長手方向の比較的近接した部分を両側から引っ張り合うように吊り支えることとなり、力学的なバランスがとりやすいだけでなく、各サポートロッドＬ１、Ｌ２同士が左右に離れていることから接触のおそれが少なく、仮に熱変形を生じたとしても短絡事故を生じにくい。

また、図２に示すように、第一および第二のサポートロッドＬ１、Ｌ２が、フィラメント３の上端位置Ｈより上方に配されていれば、ワイヤＷ１、Ｗ２によるフィラメント３の鉛直方向に対する吊下角度をより小さくすることができるので、各サポートロッドＬ１、Ｌ２に作用するモーメントをより小さくすることができ、熱の影響を受けたときにモーメントによる変形を軽減することができる。

さらに、図２に示すように、第一および第二のサポートロッドＬ１、Ｌ２が、その中心と、フィラメント３の中心を結んだ線Ｇが鉛直方向に対して４５°以下の角度となるように配されていれば、ワイヤＷ１、Ｗ２によるフィラメント３の鉛直方向に対する吊下角度を４５°以下にすることができるので、この場合も、各サポートロッドＬ１、Ｌ２に作用するモーメントを小さくすることができ、熱の影響を受けたときにモーメントによる変形を軽減することができる。

また本例では、フィラメント３の長手方向に沿って、第一および第二のサポートロッドＬ１、Ｌ２により吊り支えられる位置よりもフィラメント３の基端側でフィラメント３を下方から支持するワイヤＷを先端に備えた第三のサポートロッドＬ３が、前記ガラスビーズ６から片持ち式に延設されている。

フィラメント３をワイヤＷ３で下支えする第三のサポートロッドＬ３を配することにより、上方から吊り支える第一および第二のサポートロッドＬ１、Ｌ２と併せて、フィラメント３の長手方向３カ所を略等間隔で支持するように配することができるので、フィラメント３の熱変形をより確実に防止することができる。
第三のサポートロッドＬ３は、フィラメント３の端部側から片持ち式に延設され、フィラメント３の当該端部側を下支えしているので短くて済み、万一フィラメント３が熱変形しても短絡のおそれが少なく、下方に向かって照射される輻射熱を遮ることもない。

以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
ヒータ熱源として使用するため、ハロゲンランプ１を水平に取り付けて点灯させると、リード５Ａ、５Ｂを介してフィラメント３が通電されて発熱する。
フィラメント３で生じた熱は、輻射熱として、ガラス封体２を透過して外部に放射されると共に、ガラス封体２内には、フィラメント３から直上に上昇し、ガラス封体２近傍で冷却されて内周面に沿って降下する熱の対流が形成される。
すなわち、輻射熱の影響はフィラメント３の周囲で上下に関係なく略均一であるが、対流熱の影響により、フィラメント３の直上領域Ａがガラス封体２内で最も温度の高い領域となっており、その外側の領域Ｂは、直上領域Ａに比して比較的温度が低い領域となっている。

このとき、フィラメント３を上から吊り支える第一および第二のサポートロッドＬ１、Ｌ２は、直上位置を避けて左方、右方に偏倚して配されているので、フィラメント３から直上に上昇する対流熱による熱の影響を受けにくい。
すなわち、第一および第二のサポートロッドＬ１、Ｌ２の中心軸が、直上領域Ａから外れているので、サポートロッドＬ１、Ｌ２とこれに一体的に巻回されたワイヤＷ１、Ｗ２（フック部分を除く）からなる構造物の断面の一部が直上領域Ａ内を通過する場合であっても、そのほとんどが直上領域Ａから外れて領域Ｂを通過することとなるので、フィラメント３から直上に上昇する対流熱による熱の影響は軽減される。

さらに、サポートロッドＬ１、Ｌ２およびワイヤＷ１、Ｗ２（フック部分を除く）からなる構造物が、直上領域Ａ内を通過せず、領域Ｂを通過するように配されていれば、フィラメント３から直上に上昇する熱の対流に晒されることがない。

したがって、ランプ点灯時にフィラメント３の放熱によりフィラメント３の直上に生ずる熱対流の上昇流に触れて温度が上昇する度合いが低減され、両サポートロッドＬ１、Ｌ２の熱劣化や熱変形が抑制されると同時に、両サポートロッドＬ１、Ｌ２が熱変形することによって生ずるフィラメントの捩じれ・撓みなどの変形も抑制されて、フィラメント３の変形による短絡事故が防止され、ひいては、長寿命のハロゲンランプが得られる。

なお、実施例では、ガラスビーズ６を片側に配して、片持ち式のサポートロッドＬ１及びＬ２を２本設けた場合について説明したが、ガラスビーズ６を図７に示す従来技術と同様にガラス封体の両端に配してもよい。
この場合、例えば、１本のサポートロッドを両端支持としてフィラメント３の直上位置から左右片側に偏倚して配し、残り２本のサポートロッドを片持ち式として反対側に偏倚させて配することができ、フィラメント３を上方から三本のサポートロッドで吊り支える場合に、夫々のサポートロッドを離して配することができるのでサポートロッド同士の短絡事故を防止できる。

また、実施例では、ワイヤＷ１、Ｗ２をサポートロッドＬ１、Ｌ２のフィラメント３に並行して配された部分の全長にわたって、当該サポートロッドＬ１、Ｌ２を覆うように巻回した場合について説明したが、巻回範囲は任意であって、先端側の所定範囲にのみ巻回させる場合であってもよい。ただし、その全長にわたって巻回した場合は、ワイヤＷ１、Ｗ２による放熱効果及び補強効果がより高いと考えられる。
さらに、下方に配された第三のサポートロッドＬ３に巻回されたワイヤＬ３は、当該サポートロッドＬ３の先端側にのみ巻回した場合について説明したが、上述した理由により、フィラメント３に並行して配された部分の全長にわたって巻回してもよいことはもちろんである。

本発明は、ランプ取付時に水平姿勢となったコイル状のフィラメントの中間部位をその上方からワイヤで吊り支えるサポートロッドを備えたヒータ用のハロゲンランプの用途に適用できる。

１ ハロゲンランプ
２ ガラス封体
３ フィラメント
Ｗ１、Ｗ２ ワイヤ
Ｌ１、Ｌ２ サポートロッド

Claims (5)

1. ランプ取付時に横向きとなるガラス封体内に、その軸方向に延びるコイル状のフィラメントが配設されると共に、ランプ取付時に水平姿勢となった前記フィラメントの中間部位をその上方からワイヤで吊り支える第一および第二のサポートロッドが前記フィラメントの長手方向に沿って配設されたハロゲンランプにおいて、
   前記第一のサポートロッドと第二のサポートロッドが、前記フィラメントのランプ取付時における直上位置を避けてその直上位置から夫々左方と右方に偏倚した位置に配設されていることを特徴とするハロゲンランプ。
2. 前記第一および第二のサポートロッドが、前記フィラメントの上端位置より上方に配された請求項１記載のハロゲンランプ。
3. 前記第一および第二のサポートロッドの中心と、前記フィラメントの中心を結んだ線が鉛直方向に対して４５°以下の角度となるように前記各サポートロッドが配されて成る請求項１又は２記載のハロゲンランプ。
4. 前記ガラス封体の片端が加熱圧着された封止部に形成され、前記第一および第二のサポートロッドは、その基端部で片持ち式に支持されると共に、その先端側が前記フィラメントの長手方向に沿って延設され、前記ワイヤによりフィラメントを吊り支えるように異なる長さに形成された請求項１乃至３いずれか記載のハロゲンランプ。
   
   
   
5. 前記フィラメントの長手方向に沿って、前記第一および第二のサポートロッドにより吊り支えられる位置よりもフィラメントの端部側で前記フィラメントを下方から支持するワイヤを先端に備えた第三のサポートロッドが、当該端部側から片持ち式に延設された請求項１乃至４いずれか記載のハロゲンランプ。
   
   
   

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