JP7351247B2

JP7351247B2 - ハロゲンランプ

Info

Publication number: JP7351247B2
Application number: JP2020050337A
Authority: JP
Inventors: 忠和河村
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2023-09-27
Anticipated expiration: 2040-03-20
Also published as: JP2021150211A

Description

この発明は、発光管内に発光部を形成するコイル状のフィラメントを有するハロゲンランプに関するものである。

従来から、プリンタや複写機の画像形成装置には、記録媒体上にインクを加熱定着させる定着ユニットが搭載されており、この定着ユニット内部にはハロゲンランプが搭載されている。
特許第３８７３６３５（特許文献１）には、このハロゲンランプの代表的な構造が開示されている。この文献に示されたハロゲンランプでは、発光管内にコイル状のフィラメントからなる発光部と、非発光部とが形成されており、非発光部の電気抵抗を小さくして消費電力を抑える目的で、当該非発光部には短絡導電棒が取り付けられている。

このようなハロゲンランプでは、特許文献１にも示されるように、発光管の端部の封止部では金属箔を介してシールされる構造が一般的であり、この金属箔に接合された内部リードの他端部が、前記発光部に電気的に接続される構造とされている。
この内部リードは発光することはなく、通常はフィラメントの素線と同様に線状に細く形成されているので、電気抵抗が大きく、これによって電力消費又は発熱による熱ロスを発生させてしまっていた。これにより、ランプ点灯直後の発光部（フィラメント）の立ち上がり時間が遅くなってしまい、エネルギーの使用効率が低くなり、発光部での熱エネルギーが低減してしまうという問題があった。

特許第３８７３６３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、発光管内部にコイル状のフィラメントからなる発光部を備えてなるハロゲンランプにおいて、封止部の金属箔と発光部を電気的に接続する内部リードでの熱ロスを低減させ、発光部の立ち上がりを速くするとともに、当該発光部での熱エネルギーを高めることができるハロゲンランプを提供することである。

上記課題を解決するために、この発明のハロゲンランプでは、前記発光管の端部には金属箔がシールされた封止部を備えてなり、前記金属箔には、発光管の外部に延びる外部リードと、発光管の内部に延びる内部リードがそれぞれ通電可能に取り付けられており、前記内部リードは、一端が前記金属箔に接続されるとともに、他端は前記発光部に電気的に接続されてなり、前記内部リードの少なくとも一部は、結晶組織が再結晶化された再結晶化部を有していることを特徴とする。

また、前記内部リードの再結晶化部は、前記金属箔との接合部分以外の部分に形成されていることを特徴とする。
また、前記内部リードの径は、前記発光部を構成するフィラメントの内径よりも大きいことを特徴とする。
また、前記内部リードは、軸方向の中間位置に膨径部が形成されていることを特徴とする。
また、前記内部リードには、前記発光管内の位置を保持するサポータが設けられていることを特徴とする。
また、前記発光部は、複数の素線がコイル状に巻回されたフィラメントで構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、発光管内の発光部と封止部内の金属箔とを接続する内部リードの少なくとも一部を再結晶化させる構造とすることで、当該内部リードの電気抵抗値を低下させ、内部リードでの電力ロスを低減させて、発光部に十分な電気的エネルギーを供給することができるようにしたものである。
また、内部リードの径を、発光部を構成するフィラメントの内径よりも大きくすることで、更にその電気抵抗値を低下させることができる。
また、内部リードの中間位置に膨径部を形成することで、その電気抵抗値をより一層低下させることができる。

本発明のハロゲンランプの断面図（Ａ）、部分拡大図（Ｂ）。要部の部分拡大図。他の実施例の断面図。更に他の実施例の断面図。フィラメントの別の実施例の断面図。

図１（Ａ）は、本発明のハロゲンランプ１、２の全体断面図であって、図１（Ｂ）はその端部の部分拡大図である。
なお、図１では異なる形状の２種類のハロゲンランプ１、２が示されていて、第１のハロゲンランプ１においては、管状のガラス製発光管１１内にコイル状のタングステン製のフィラメントからなる発光部１２が設けられ、発光管１１の両端部の封止部１３内には金属箔１４がピンチシールされている。こうして密閉された発光管１１内にはハロゲンが封入されている。
そして、前記金属箔１４にはタングステン製の内部リード１５の一端と外部リード１６の一端とが接合されて電気的に接続されている。
そして、内部リード１５は、その他端側が前記発光部（フィラメント）１２に接続されている。
ここで、フィラメント１２は、金属素線がコイル状に巻回されて構成されるが、内部リード１５は、電気抵抗値を抑える観点から、その径は当該フィラメント１２の素線径よりも大きくすることが望ましい。

図１（Ａ）は、本発明のハロゲンランプを定着加熱装置に用いた場合の構成例であって、第２のハロゲンランプ２においては、発光部２２が第１の発光部２２ａと第２の発光部２２ｂとに２分割されていて、その中間に短絡導体棒２８が設けられており、この短絡導体棒２８は非発光部となる。これにより、第１のハロゲンランプ１と第２のハロゲンランプ２とでは発光領域が異なるものが得られる。
このような２種類のランプ１、２を用いることで、加熱対象物（紙媒体）のサイズに応じて加熱領域を可変にすることができるように構成されている。
例えば、第１のハロゲンランプ１のみを点灯することで、その発光部１２が発光してＡ４用紙に対応し、第１のハロゲンランプ１と第２のハロゲンランプ２を同時に点灯することで、第１のハロゲンランプ１の発光部１２と、第２のハロゲンランプ２の発光部２２（２２ａ、２２ｂ）とが併せて発光して、Ａ３用紙に対応するものである。

上記の構成において、内部リード１５、２５の径は、発光部１２、２２を形成するフィラメントの内径よりも大きなものとすることが好ましい。これは、内部リード１５、２５の抵抗値を小さなものとして、これによる電力ロスをできるだけ小さなものとして、発光部１２、２２に十分な電気的エネルギーを供給するためである。この内部リード１５、２５の径は、封止部１３、２３でのシールに支障が生じない範囲で大きなものとされる。

そして、この内部リード１５、２５はタングステンにより構成され、その結晶組織が再結晶化されている。再結晶化される領域は長さ方向の全領域であってもよいし、後述するように、長さ方向の一部であってもよい。
図１（Ｂ）は、要部の拡大図であり、再結晶化された内部リード１５は、一端部を封止部１３内で金属箔１４に溶接接合されており、また、その他端部にはコイル状のフィラメント（発光部）１２が取り付けられている。
また、図１（Ａ）に示す第２のハロゲンランプ２における、２つの発光部２２である第１の発光部２２ａと第２の発光部２２ｂの間に挿入された短絡導体棒２８も再結晶化された構造とすることが好適である。
こうして再結晶化された内部リード１５、２５は、再結晶化前の状態に比べて、その電気抵抗値が小さなものとなり、当該部位での電力ロスを抑制して、発光部１２、２２に十分な電気的エネルギーを供給できるものである。

図１（Ａ）に示す第１のハロゲンランプ１の例では、発光部１２の領域が発光管１１の全長に対して限定的となり、相対的に内部リード１５が長くなる。このような場合、内部リード１５に発光管１１内の位置を保持するサポータ１７を設けてもよい。こうすることで、封止部１３への負荷を軽減することができる。また、内部リード１５自身が再結晶化により強度低下を招くことがあっても、このサポータ１７により強度面で補強することができる。
一方、図１（Ａ）に示す第２のハロゲンランプ２の例では、短絡導体棒２８にサポータ２７が設けられている。こうすることで、短絡導体棒２８の両側に位置する発光部２２（２２ａ、２２ｂ）への負荷を軽減して、その変形を防止することができる。
なお、第２のハロゲンランプ２では、内部リード２５にサポータが設けられていない形態が示されているが、発光管２１内での突出長さによっては、第１のハロゲンランプ１と同様に、当該内部リード２５にもサポータを取り付ける構造としてもよい。

上記のようなタングステン製の内部リード１５、２５や短絡導体棒２８を再結晶化させる工程は、素材であるタングステン棒を水素ガスまたは水素と窒素の混合ガスなどの還元雰囲気中で通電加熱することにより行われる。
詳述すると、
（１）還元雰囲気中にタングステン素材（内部リード部材）を配置する。
（２）素材の端部に、それぞれ通電用部材を電気的に接続する。
（３）各通電用部材の間に所定の高電圧を加えて素材を通電加熱する。
（４）この通電加熱を一定時間維持し、素材を再結晶温度まで加熱する。
以下その一具体例を示す。
通電用部材間の離間距離：３００ｍｍ
通電用部材間の印加電圧：２００Ｖ
通電加熱時間：１５秒
なお、素材（内部リード）の一部領域を再結晶化させるには、再結晶化させたい領域の両端部に通電用部材を配置し、この間に通電すればよい。

こうして得られる再結晶化による結晶組織が図２に示されている。
図２（Ａ）（Ｂ）は、再結晶化前の素材断面写真（Ａ）とその模式図（Ｂ）であり、図２（Ｃ）（Ｄ）は、再結晶化後の素材断面写真（Ｃ）とその模式図（Ｄ）である。図２（Ａ）（Ｂ）に示すように再結晶化前の素材（タングステン棒）は繊維状組織構造であり、図２（Ｃ）（Ｄ）に示すように再結晶化後の素材は粗大化組織構造となっている。
ここで、本発明でいう再結晶化後の粗大化組織とは、素材断面において、長手方向に垂直な検証線を引いたとき、当該検証線を横切る結晶粒の数が２０個以下の状態まで組織が粗大化された状態とする。

このように再結晶化処理を施した内部リードの電気抵抗値を測定した。２つのサンプルＡ、Ｂについて同条件で上記再結晶化処理した後に、その電気抵抗値の変化を見た。その結果が表１に示される。
＜表１＞

表１から分かるように、いずれのサンプルにおいても再結晶化後では、再結晶化前に比べてその電気抵抗値が低下していることが確認された。このように再結晶化された内部リードや短絡導体棒を採用することで、当該部位での電力ロスを抑制して、ランプの点灯特性を向上させることができる。

図３には、部分的に再結晶化された内部リード１５を用いた例が示されている。この実施例では、内部リード１５は長手方向の一部が再結晶化された再結晶化部１５ａと、再結晶化されていない非再結晶化部１５ｂとからなり、内部リード１５はこの非再結晶化部１５ｂで金属箔１３に接合される。
一般に、金属を再結晶化処理すると、その機械的強度が低下するが、内部リード１５の一部領域を再結晶化しないままの構造とすることで当該非再結晶化部１５ｂでは機械的強度を維持するので、金属箔１３との接合時に負荷がかかっても内部リード１５が破損することがない。

図４に他の実施例が示されていて、この実施例では、第１のハロゲンランプ１の内部リード１５に膨径部１５ｃが形成されている。この膨径部１５ｃは、金属箔１４や発光部１２との接続部以外の軸方向の中間位置に形成されるものであって、こうすることで、内部リード１５の電気抵抗値を低下させることができる。
また、第２のハロゲンランプ２における短絡導体棒２８にも軸方向の中間位置に膨径部２８ｃを形成することもできる。

図５に示された他の実施例においては、発光部１２を形成するコイル状に巻回されたフィラメントが複数本の素線１２ｘ、１２ｙからなるものである。
発光部１２での発熱はその接続部を介して内部リード１５に伝熱されるが、この伝熱量が大きいと内部リード１５が加熱され、その再結晶化状態がより進む方向に変化させてしまう恐れがある。内部リード１５の最適な再結晶化は、電気抵抗値の減少と機械的強度の低下の兼ね合いで決定されるが、不所望な再結晶化はそのバランスを損ねることになる。
そこで、発熱部１２での必要以上の加熱を避けることから、この実施例のように、発光部１２を複数本（２本）のフィラメント１２ｘ、１２ｙにより構成したものである。同一光量の光照射をする場合、単一のフィラメントの熱容量に対して２本のフィラメントの総熱容量は下がり、発光部１２の熱容量を下げることができるため、内部リード１５への伝熱量を低下させることができる。
これにより、内部リード１５が加熱され再結晶化が不所望に促進されてしまうことを防止できる。

以上説明したように、本発明におけるハロゲンランプでは、封止部内の金属箔と発光部とを接続する内部リードの少なくとも一部が、結晶組織が再結晶化された再結晶化部を有していることにより、該内部リードでの電気抵抗値を低下させることができ、当該部位での電力ロスを低減させて、発光部に十分な電気的エネルギーを供給することができ、ランプ点灯直後の発光部（フィラメント）の立ち上がり時間が早くなるという効果を奏するものである。
また、金属箔との接合部にあたる部位を再結晶化させない構造とすることで、内部リードと金属箔の接合時の負荷により内部リードが破損することを防止できる。

１：（第１の）ハロゲンランプ
１１：発光管
１２：発光部（フィラメント）
１３：封止部
１４：金属箔
１５：内部リード
１５ａ：再結晶化部
１５ｂ：非再結晶化部
１５ｃ：膨径部
１６：外部リード
１７：サポータ
２：（第２の）ハロゲンランプ
２１：発光管
２２：発光部（フィラメント）
２３：封止部
２４：金属箔
２５：内部リード
２６：外部リード
２７：サポータ
２８：短絡導体棒
２８ｃ：膨径部

Claims

発光管内部にコイル状のフィラメントからなる発光部を備えてなるハロゲンランプにおいて、
前記発光管の端部には金属箔がシールされた封止部を備えてなり、
前記金属箔には、発光管の外部に延びる外部リードと、発光管の内部に延びる内部リードがそれぞれ通電可能に取り付けられており、
前記内部リードは、一端が前記金属箔に接続されるとともに、他端は前記発光部に電気的に接続されてなり、
前記内部リードの径は前記フィラメントの素線径よりも大きく、
前記内部リードの少なくとも一部は、結晶組織が再結晶化された再結晶化部を有していることを特徴とするハロゲンランプ。
前記内部リードの再結晶化部は、前記金属箔との接合部分以外の部分に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のハロゲンランプ。
前記内部リードの径は、前記発光部を構成するフィラメントの内径よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のハロゲンランプ。
前記内部リードは、軸方向の中間位置に膨径部が形成されていることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載のハロゲンランプ。
前記内部リードには、前記発光管内の位置を保持するサポータが設けられていることを特徴とする請求項１～４の何れかに記載のハロゲンランプ。
前記発光部は、複数の素線がコイル状に巻回されたフィラメントで構成されていることを特徴とする請求項１～５の何れかに記載のハロゲンランプ。