JP7424142B2 - 加熱用ランプ - Google Patents

Description

本発明は、加熱用ランプに関する。更に具体的には、特有の端部構造を有する加熱用ランプ及びその製造方法に関する。

本発明は、本発明者等が中赤外線ヒータの研究・開発の過程で完成したものであり、具体的には、中赤外線ヒータの新規な端部構造（「口金構造」ともいう。）を創作して、中赤外線ヒータに組み込んだものである。この発明の成立過程により、以下の説明では、本発明を中赤外線ヒータを例にとって説明する。

中赤外線ヒータは、発光のピーク波長が2,600 ｎｍ付近にあり、主として近赤外線を照射するハロゲンヒータと比較して長波長側にピークがある。このため、中赤外線ヒータは、水分等の液体、塗装の塗料等の加熱・乾燥に使用されている。
加熱用ランプにおいて棒状のランプの端部構造を開示した先行技術文献として、次の特許文献１が検索された。

特開2017-228493「赤外線ヒータ」出願人：東芝ライテック株式会社（公開日：2017.12.28）

特許文献1は、照射効率を高める赤外線ヒータを提供することを課題とし、円筒状の複数の発光管と、発光管の端部を連結する連結部材と、発光管の周面に設けられ、赤外線を反射する反射膜とを備えている。この連結部材は、フィラメント－金属箔－外部リード線から成る導体アセンブリの金属箔部分を覆って封止する封止部から成る（「要約」参照）。従って、本発明は、連結部材の構造に関し、特許文献1と相違する。

現状の中赤外線ヒータでは、発熱線と外部リード線を接続する構造は、比較的複雑な構造となっている。更に、発熱線と外部リード線は、溶接接続され、ランプ端部に取り付けられた金属スリーブ内に収納されているが、溶接部分が外れて断線する故障事例も報告されている。また、金属スリーブが、発光の邪魔になることも指摘されている。

従って、本発明は、特徴的な端部構造（口金構造）を備えた新規な加熱用ランプを提供することを目的とする。

上記発明の目的に鑑みて、本発明に係る加熱用ランプは、一面に於いて、内部にコイル状の発熱源フィラメントを収納した、１本又は複数本の管状外管と、前記管状外管の給電用の端部に取り付けられた端部閉塞兼フィラメント固定部材とを備え、前記発熱源フィラメントは端部に引掛部が形成され、前記発熱源フィラメントのコイル復元力により前記引掛部が端部閉塞兼フィラメント固定部材に引っかかることで発熱源フィラメントが端部閉塞兼フィラメント固定部材の内部で保持されていることを特徴とする。

更に、上記加熱用ランプにおいて、前記引掛部は、前記発熱源フィラメントの端部と外部リード線とを接続する接続部材であり、 前記端部閉塞兼フィラメント固定部材は、前記接続部材が通過する開口を有し、該開口には局所的に狭い箇所が形成されおり、該端部閉塞兼フィラメント固定部材に対して、該接続部材が所定の姿勢を維持した場合のみ該狭い箇所を通過可能であり、前記接続部材が前記狭い箇所に引っかかることで前記発熱源フィラメントが端部閉塞兼フィラメント固定部材の内部で保持されていてもよい。

更に、上記加熱用ランプにおいて、前記接続部材は前記発熱源フィラメントと外部リード線とを圧着接続する部材であり、圧着することで断面方向に長辺と短辺が形成され、前記長辺が前記端部閉塞兼フィラメント固定部材の前記狭い箇所に引っかかることで前記発熱源フィラメントが端部閉塞兼フィラメント固定部材の内部で保持されていてもよい。更に、上記加熱用ランプにおいて、前記接続部材は、更に、前記端部閉塞兼フィラメント固定部材の内部で接着剤により固定されている、加熱用ランプ。

更に、上記加熱用ランプにおいて、前記複数本の管状外管の発熱源フィラメントの折り返し端部には、該発熱源フィラメントを保持する端部閉塞兼フィラメント折り返し保持部材を備えていてもよい。

更に、上記加熱用ランプにおいて、複数本の前記管状外管と、夫々の前記管状外管内に前記発熱源フィラメントを備え、前記管状外管の両端部には前記端部閉塞兼フィラメント固定部材が夫々取り付けられていてもよい。

更に、本発明に係る加熱用ランプの製造方法は、一面に於いて、内部にコイル状の発熱源フィラメントを収納した、1本又は複数本の管状外管を有する加熱用ランプの製造方法であって、前記管状外管は、給電用の端部閉塞兼フィラメント固定部材を有し、該端部閉塞兼フィラメント固定部材は、前記発熱源フィラメントと外部リード線の接続部材が通過する開口を有し、該開口には局所的に狭い箇所が形成されおり、該端部閉塞兼フィラメント固定部材に対して、該接続部材が所定の姿勢を維持した場合のみ該狭い箇所を通過可能であり、該製造方法は、前記発熱源フィラメントと外部リード線を接続部材を用いて圧着接続し、前記接続部材を所定の姿勢を維持しながら、前記外部リード線を引き出して接続部材を前記狭い箇所に通過させ、前記接続部材は、前記発熱源フィラメントのコイル復元力により前記管状外管に向かって引かれるが、前記狭い箇所がストッパとして機能して、該接続部材を前記端部閉塞兼フィラメント固定部材の開口内に固定させる諸工程を含んでいる。

更に、上記加熱用ランプの製造方法は、前記接続部材を前記端部閉塞兼フィラメント固定部材の開口内に固定させる工程の後、該接続部材を該端部閉塞兼フィラメント固定部材の開口内にセラミック系接着剤で固定する工程を含んでいてもよい。

本発明によれば、特徴的な端部構造（口金構造）を備えた新規な加熱用ランプを提供することができる。

図1は、従来の加熱用ランプを説明する図である。 図２Ａは、図２Ａ～２Ｆを通して、図１に示す従来の加熱用ランプの製造方法を説明する図である。 図２Ｂは、図２Ａ～２Ｆを通して、図１に示す従来の加熱用ランプの製造方法を説明する図である。 図２Ｃは、図２Ａ～２Ｆを通して、図１に示す従来の加熱用ランプの製造方法を説明する図である。 図２Ｄは、図２Ａ～２Ｆを通して、図１に示す従来の加熱用ランプの製造方法を説明する図である。 図２Ｅは、図２Ａ～２Ｆを通して、図１に示す従来の加熱用ランプの製造方法を説明する図である。 図２Ｆは、図２Ａ～２Ｆを通して、図１に示す従来の加熱用ランプの製造方法を説明する図である。 図３は、第１実施形態に係る片側給電タイプの加熱用ランプを説明する図である。 図４Ａは、図４Ａ～４Ｅを通して、図３に示す第１実施形態に係る加熱用ランプの製造方法を説明する図である。 図４Ｂは、図４Ａ～４Ｅを通して、図３に示す第１実施形態に係る加熱用ランプの製造方法を説明する図である。 図４Ｃは、図４Ａ～４Ｅを通して、図３に示す第１実施形態に係る加熱用ランプの製造方法を説明する図である。 図４Ｄは、図４Ａ～４Ｅを通して、図３に示す第１実施形態に係る加熱用ランプの製造方法を説明する図である。 図４Ｅは、図４Ａ～４Ｅを通して、図３に示す第１実施形態に係る加熱用ランプの製造方法を説明する図である 図３は、第２実施形態に係る両側給電タイプの加熱用ランプを説明する図である。

本発明に係る加熱用ランプ及びその製造法の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。ここで、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。
［加熱用ランプの範囲］
本実施形態は、特徴的な端部構造（口金構造）を備えた加熱用ランプに関するものであり、発熱源フィラメント（例えば、中赤外線ヒータではカンタル線）自体には直接関係がない。そのため、本実施形態の対象は、中赤外線ヒータには限定されず、棒状の加熱用ランプ全般に適用可能である。

ここで、本出願書類では、「棒状のランプ」とは、ランプの外管形状が直線状（Ｉ字状）ランプ、並びに複数本の外管をＵ字状、Ｚ字状、及びＷ字状等に配置した各ランプを含んでいる。なお、Ｕ，Ｚ，Ｗ字状と表現しても、各外管は相互に平行に配置されており、Ｕ字状では外管2本、Ｚ字状は外管3本、Ｗ字状は外管4本を、夫々並置したランプである。

次に口金構造に注目すると、加熱用ランプの駆動源が直流又は交流のいずれにおいても、給電用の端子は2個である。片側給電のランプでは、一方の端部に給電用端子が2個備えられ、両側給電のランプでは両側の端部に給電用端子が夫々1個備えられている。ランプ形状が、Ｕ，Ｚ，及びＷ字状のいずれであっても、給電用端子以外の端部は、発熱源フィラメントの折り返し端部となっている。
このため、本実施形態では、外部リード線に繋がる口金構造に注目して、片側給電の例（第１実施形態）、及び両側給電の例（第２実施形態）を説明し、各実施形態に属する外管形状を説明する。

［従来の加熱用ランプ］
最初に、本実施形態に係る加熱用ランプの理解を容易にするため、従来の加熱用ランプに関して簡単に説明する。
図１は、従来の加熱用ランプ１００を説明する図であり、図２Ａ～図２Ｆは従来の加熱用ランプ１００の製造方法を説明する図である。図１において、（Ａ）は外観図であり、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は左端部構造の拡大断面図、（Ｄ）は右側面図、（Ｄ）は右端部構造の拡大断面図、（Ｆ）はフィラメントの発光部を説明する図である。

図１に示すように、加熱用ランプ１００は、石英ガラス製の管状外管１６の内部に、発熱源フィラメント２が収納されている。発熱源フィラメント２は、（Ｄ）に示すように右側で折り返し構造となっており、（Ｃ）に示すように左側で、フィラメント２の両端が、2本の外部リード線４に夫々接続され給電されている。外管１６の外周面の被照射体に対向する面と反対側に、反射膜（例えば、ホワイト膜）（図示せず。）を設けてもよい。

このような加熱用ランプ１００の端子構造の製造方法を説明する。図２Ａに示すように、フィラメント２と外部リード線４を金属スリーブ６内で溶接接続する。フィラメント２の発光部２－１は、実際は図１（Ｆ）に示すように螺旋状（コイル状）に形成されているが、図を見易くするため簡略化して矩形で図示している。コイル部分は弾性を有し、引っ張ると元に戻る復元力を有している。

図２Ｂに示すように、フィラメント２をセラミック製の右端部口金（「端部閉塞兼フィラメント折り返し保持部材」ともいう。）１２にはめて、フィラメントをセラミック系接着剤１４で固定する。図中、破線の円で囲まれた部分を図１（Ｄ）に拡大して図示している。

図２Ｃに示すように、フィラメント２を外管（ランプ外球）１６に挿入する。次に、セラミック製の左端部口金（「端部閉塞兼リード線固定部材」ともいう。）１８０と金属製スリーブ２０を、外部リード線４に通す。金属製スリーブ２０は、一端の径が大きくなっており、左端部口金１８０に挿入されると、一端が左端部口金１８０の内部に引っかかる。

図２Ｄに示すように、フィラメント２を左方向に引っ張った状態で所定の位置で金属製スリーブ２０をカシメることで、外部リード線４を金属製スリーブ２０で保持し、金属製スリーブ２０が潰され拡がるため、左端部口金１８０に位置決めされる。

図２Ｅに示すように、フィラメントのコイル部分の復元力により、フィラメント２に外部リード線を介して固定された金属製スリーブ２０及び左端部口金１８０は、外管１６の内部に移動する。その後、筒碍子２４を外部リード線４に通す。

図２Ｆに示すように、筒碍子２４を左端部口金１８の内部に移動して、セラミック系接着剤２４で固定して、完成に至る。破線の円で囲まれた部分を図１（Ｃ）に拡大して図示している。図１（Ｃ）は、上半分はランプ軸線に沿って切断した断面図であり、下半分は金属製スリーブ２０、金属スリーブ６等の外観図である。

［本実施形態に係る加熱用ランプ］
（第１実施形態）
片側給電の例として、Ｕ字状ランプに関して説明する。図３は、第１実施形態に係る加熱用ランプ１０－１を説明する図であり、図４Ａ～図４Ｄは第１実施形態に係る加熱用ランプの製造方法を説明する図である。

図３において、（Ａ）は外観図であり、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は左端部構造の拡大断面図、（Ｄ）は右端部構造の拡大断面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は左端部口金（端部閉塞兼フィラメント固定部材）の拡大断面図、（Ｇ）は左端部構造を撮影した写真、である。図３に示す第１実施形態に係る加熱用ランプ１０－１は、図１の従来の加熱用ランプ１００と比較して、左端部構造が相違し、部品点数が少なく且つ製造工程が簡易なものとなっている。ない、外管１６の外周面の被照射体に対向する面と反対側に、反射膜（例えば、ホワイト膜）（図示せず。）を設けてもよい。

このような加熱用ランプ１０－１の端子構造の製造方法を説明する。図４Ａ（Ａ）に示すように、フィラメント２と外部リード線４をジョイント端子３０を使って圧着接続する（「胴締め」ともいう。）。ジョイント端子３０は、スズメッキで表面処理を施した黄銅製（またはステンレス製）であり、インターネット上で型番29017-0として入手出来る。ジョイント端子３０は、例えば、（Ｂ－１）に示すようなＵ字形の金属部材であり、（Ｂ－２）に示すようにフィラメント２と外部リード線４の接続部分をジョイント端子３０で囲んで押圧することにより、接続を確実なものとする。ここで、押圧後のジョイント端子３０の端面の大きさを、ｗ１（幅）×ｔ１（厚み）とする。

図４Ｂに示すように、フィラメント２をセラミックス製の右端部口金（「端部閉塞兼フィラメント折り返し保持部材」ともいう。）１２にはめて、セラミック系接着剤１４で固定する。図中、破線の円で囲まれた部分を図３（Ｄ）に拡大して図示している。この図４Ｂの工程は、図２Ｂの工程と同じである。

図４Ｃに示すように、フィラメント２を外管１６に挿入する。次に、セラミックス製の左端部口金（「端部閉塞兼フィラメント固定部材」ともいう。）１８を外部リード線４に通す。

図４Ｄに示すように、左端部口金１８及びジョイント端子３０を利用して、フィラメント２を左端部口金１８に固定する。

具体的に説明すると、図４Ｄ（ａ）は左端部口金１８の断面図、図４Ｄ（ｂ）は左側面図である。左端部口金１８の外部リード線４が通る開口１８ａには相対的に狭くなった箇所１８ｂが形成されている（図３（Ｆ）も参照）。狭くなった箇所１８ｂは、例えば、円形開口１８ａの上下を狭めた長円形の箇所である。図４Ｄ（ｂ）では、狭めた箇所は、角丸長方形（２つの等長平行線と２つの半円形から成る長円形）で図示されている。この狭くなった箇所１８ｂは、ｗ２（幅）×ｔ２（厚み）である。

図４Ｄ（Ａ）に示すように、ジョイント端子３０を利用してフィラメント２に接続した外部リード線４を、左端部口金１８に通す。

図４Ｄ（Ｂ）に示すように、開口１８ａがジョイント端子３０より大きい場合（即ち、ｗ１＞ｗ２，ｔ１＞ｔ２が成立する。）、ジョイント端子３０は左端部口金１８の開口１８ａの内部に収納される。

図４Ｄ（Ｃ）に示すように、外部リード線４を捩ってジョイント端子３０をリード線の周りに略90度回転させる。

図４Ｄ（Ｄ）に示すように、狭めた箇所１８ｃよりジョイント端子３０が部分的にでも大きい箇所が有る場合、フィラメント２がコイルの復元力により引き戻されても、ジョイント端子３０は狭めた箇所１８ｃを通過できない。即ち、狭めた箇所１８ｃはストッパとして働く。左端部口金１８の開口内のジョイント端子３０をセラミック系接着剤１９で固定する。

フィラメント２は左端部口金１８に固定され、図４Ｅに示すように、完成状態に至る。図中の破線円の部分を図３（Ｃ）に示す。図３（Ｆ）の白色部分は左端部口金１８である。

左端部口金１８とジョイント端子３０の関係は、上記のような長円形の開口と、押し潰されたジョイント端子に限定されない。口金は、端部に配置され、内部をリード線が通過する開口が必須である。一方、フィラメントは、引っ張るとコイル部分の復元力が働く。フィラメントと外部リード線は、部品点数及び工数削減、接続部の信頼性確保のため、接続部材（ジョイント端子）で接続されている。

従って、この関係を一般化すると、開口を有する端部部材に対して、フィラメントと外部リード線の接続部材が特定の姿勢を維持した場合には接続部材は端部部材の開口を通過可能であり、他の姿勢では通過できない、従って一旦通過したら戻れない関係といえる。

第１実施形態のランプは、従来の加熱用ランプのように金属製スリーブ２０を使用せずジョイント端子３０のみで、フィラメント２の外部リード線４への接続及び、フィラメント２の左端部口金１８への位置決めを可能としている。また、ジョイント端子３０と外部リード線４の接続部は左端部口金１８の内部に収納されるため、従来の加熱用ランプの金属製スリーブ２０のようにフィラメント２の光を遮ることもない。

第１実施形態は、上記のＵ字状ランプ以外に、Ｗ字状ランプにも適用できる。口金から延びたフィラメントの第1の折り返し部、第2の折り返し部、第3の折り返し部では、一体化した右端部口金（端部閉塞兼フィラメント折り返し保持部材）１２を取り付け、外部リード線が接続される最初と最後の端部に対して一体化した左端部口金（端部閉塞兼フィラメント固定部材）１８をとりつければよい。右端部口金及び左端部口金は、通過するフィラメントの本数に応じて、適宜、形状及びサイズを変更すればよい。左端部口金に対して、右端部口金をランプ中央側にずらして邪魔にならないようにしてもよい。

（第２実施形態）
両側給電の例として、両側給電の外管２本のランプに関して説明する。図５は、第２実施形態に係る加熱用ランプ１０－２を説明する図である。図５において、（Ａ）はランプ外観図であり、（Ｂ）は左側面図（面対称で右側面図も同じ。）、（Ｃ）は左端部構造の拡大断面図（面対称で右端部構造も同じ。）、である。

第２実施形態に係る加熱用ランプ１０－２は、第１実施形態のランプ１０－１と比較すると、図３に示す左端部口金（端部閉塞兼フィラメント固定部材）１８を両端部に取り付けた点で相違する。

一方の端部に、ジョイント端子３０を取り付け（図４Ｂに相当）、端部口金（端部閉塞兼フィラメント固定部材）１８を挿入し（図４Ｃに相当）、端部口金１８及びジョイント端子３０を利用して、フィラメント２を端部口金１８に固定する（図４Ｄに相当）。次に、他方の端部に、同じ工程で端部口金１８を取り付ける。夫々の端部において、セラミック系接着剤を用いて固定する。

第２実施形態は、上記の外管２本のランプ以外に、１本の発光管から成るＩ字状ランプ、Ｚ字状ランプにも適用できる。Ｉ字状ランプでは、端部口金１８は略半分にして開口１８ａが１つのものを使用する。外管３本のランプでは、口金から延びて第1の折り返し部、第2の折り返し部では、一体化した右端部口金（端部閉塞兼フィラメント折り返し保持部材）１２を取り付け、外部リード線が接続される最初と最後の端部に対して一体化した左端部口金（端部閉塞兼フィラメント固定部材）１８を取り付ける。右端部口金及び左端部口金は、通過するフィラメントの本数に応じて、適宜、形状及びサイズを変更すればよい。左端部口金に対して、右端部口金をランプ中央側にずらして邪魔にならないようにしてもよい。

［本実施形態の利点・効果］
(1)本実施形態は、従来技術に比較して、給電端部の部品点数が少なく、構造が簡素化されている。
(2)外部リード線とフィラメントの接続に関して、本実施形態は、金属製接続部材を利用した機械的圧着接続を利用し、従来技術は、溶接接続を利用している。一般に、金属製接続部材を利用した機械的圧着接続は、溶接接続より信頼性が高い。溶接接続は溶接外れ等が発生するおそれがある。
(3) 本実施形態では、端子部材よりランプ中央側には接続部品が存在しない。一方、従来技術では、端子部材よりランプ中央側に、金属スリーブ６が存在し、発光を遮蔽する存在となっている。

［まとめ］
以上、本発明に係る加熱用ランプ及びその製造方法の実施形態の一例を説明したが、これに限定されない。これら実施形態に対する追加、削除、変更、改良は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。

２：フィラメント，発熱源フィラメント、 ２－１：発光部、 ４：外部リード線、 ６：金属スリーブ、 １０－１，１０２，１００：加熱用ランプ，ランプ、 １２：右端部口金，端部閉塞兼フィラメント折り返し保持部材、 １４：セラミック系接着剤、 １６：外管，管状外管、 １８，１８０：左端部口金，端部閉塞兼フィラメント固定部材、 １８ａ：円形開口，開口、 １８ｂ：狭くなった箇所、 １９：セラミック系接着剤、 ２０：金属製スリーブ、 ２４：筒碍子、 ２６：セラミック系接着剤、 ３０：ジョイント端子、

Claims (6)

1. 内部にコイル状の発熱源フィラメントを収納した、１本又は複数本の管状外管と、
   前記管状外管の給電用の端部に取り付けられた端部閉塞兼フィラメント固定部材と、
   前記発熱源フィラメントと外部リード線とを圧着接続する接続部材とを備え、
   前記接続部材は、圧着することで断面方向に長辺と短辺が形成されており、
   前記端部閉塞兼フィラメント固定部材は、前記接続部材が通過する開口を有し、該開口には該接続部材が所定の姿勢を維持した場合のみ通過可能な局所的に狭い箇所が形成されおり、該接続部材は、該狭い箇所に引っかかることで前記発熱源フィラメントのコイルの復元力により該端部閉塞兼フィラメント固定部材の内部に保持されている、加熱用ランプ。
2. 請求項１に記載の加熱用ランプにおいて、
   前記接続部材は、更に、前記端部閉塞兼フィラメント固定部材の内部で接着剤により固定されている、加熱用ランプ。
3. 請求項１又は２に記載の加熱用ランプにおいて、
   前記複数本の管状外管の発熱源フィラメントの折り返し端部には、該発熱源フィラメントを保持する端部閉塞兼フィラメント折り返し保持部材を備えている、加熱用ランプ。
4. 請求項１～３のいずれかに記載の加熱用ランプにおいて、
   複数本の前記管状外管と、夫々の前記管状外管内に前記発熱源フィラメントを備え、
   前記管状外管の両端部には前記端部閉塞兼フィラメント固定部材が夫々取り付けられている、加熱用ランプ。
5. 内部にコイル状の発熱源フィラメントを収納した、１本又は複数本の管状外管を有する加熱用ランプの製造方法に於いて、
   前記管状外管は、給電用の端部閉塞兼フィラメント固定部材を有し、該端部閉塞兼フィラメント固定部材は、前記発熱源フィラメントと外部リード線の接続部材が通過する開口を有し、該開口には局所的に狭い箇所が形成されおり、該端部閉塞兼フィラメント固定部材に対して該接続部材が所定の姿勢を維持した場合のみ該狭い箇所を通過可能であり、
   前記発熱源フィラメントと外部リード線を、接続部材を用いて圧着接続し、該接続部材は圧着することで断面方向に長辺と短辺が形成されており、
   前記接続部材を所定の姿勢を維持しながら、前記外部リード線を引き出して該接続部材を前記狭い箇所を通過させ、
   前記接続部材は、前記発熱源フィラメントのコイル復元力により引き戻されるが、前記狭い箇所がストッパとして機能して該接続部材を前記端部閉塞兼フィラメント固定部材の開口内に固定する、加熱用ランプの製造方法。
6. 請求項５の加熱用ランプの製造方法において、
   前記接続部材を前記端部閉塞兼フィラメント固定部材の開口内に固定させる工程の後、該接続部材を該端部閉塞兼フィラメント固定部材の開口内にセラミック系接着剤で固定する工程を含む、加熱用ランプの製造方法。

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