JP6303728B2

JP6303728B2 - ランプ

Info

Publication number: JP6303728B2
Application number: JP2014073904A
Authority: JP
Inventors: 大橋　剛; 剛大橋; 正明高塚; 義貴藤田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: EP2927932B1; CN104952694B; US20150279652A1; US9263246B2; EP2927932A1; TWI658490B; TW201537615A; JP2015197959A; CN104952694A

Description

本発明の実施形態は、ランプに関する。

従来、ランプ、例えばハロゲンランプは、被照射体を加熱するハロゲンヒータに使用されている。ハロゲンヒータは、例えば、ペットボトルの成型工程におけるプリフォームの加熱や、樹脂成型工程における材料である樹脂の加熱に使用されている。

特開２００５−３２５５２号公報

ところで、ハロゲンヒータとして使用されるハロゲンランプは、１つの施設で多数使用される場合がある。このような場合では、省エネ化を目的として、施設が使用する消費電力の低減が要望されている。この要望に対応するためには、ランプの効率改善が要望されている。

本発明は、照射強度を向上するランプを提供することを目的とする。

実施形態のランプは、バルブと、フィラメントと、ガスと、反射膜とを具備する。フィラメントは、バルブの内部に、管軸に沿って配置されている。ガスは、バルブの内部に充填されている。反射膜は、バルブの外周面に形成され、フィラメントからの光をバルブの内部に向けて反射する。また、反射膜は、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２およびＢａＳＯ_４を含む反射膜材料を前記バルブの外周面に付着させることで形成されている。

本発明によれば、照射強度を向上することができる。

図１は、実施形態のランプを示す正面図である。図２は、実施形態のランプを示す断面図である。図３は、粒径分布を示す説明図である。図４は、波長と照射の強度との関係を示す説明図である。図５は、実施形態のランプの変形例１を示す正面図である。図６は、実施形態のランプの変形例１を示す概略断面図である。図７は、実施形態のランプの変形例２を示す概略断面図である。

以下で説明する実施形態に係るランプ１は、バルブ２と、フィラメント３と、ガス４と、反射膜５とを具備する。フィラメント３は、バルブ２の内部２ａに、管軸に沿って配置されている。ガス４は、バルブ２の内部２ａに充填されている。反射膜５は、バルブ２の外周面２ｂに形成され、フィラメント３からの光をバルブ２の内部２ａに向けて反射する。また、反射膜５は、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２およびＢａＳＯ_４を含む。

また、以下に説明する実施形態に係るランプ１は、反射膜５が、反射膜材料をバルブ２の外周面２ｂに付着させることで形成されている。反射膜材料は、ＴｉＯ_２が３３．７重量％〜５４．５重量％、ＢａＳＯ_４が６．８重量％〜１８．１重量％である。

また、以下に説明する実施形態に係るランプ１の反射膜材料において、反射膜材料は、ＢａＳＯ_４の粒度分布の第１のピークの粒径ａ１が、ＴｉＯ_２の粒度分布の第２のピークの粒径ａ２よりも小さい。

また、以下に説明する実施形態に係るランプ１の反射膜材料において、粒度分布の第１のピークの粒径ａ１［μｍ］は、０．１≦ａ１≦１であり、前記粒度分布の第２のピークの粒度分布ａ２［μｍ］は、１＜ａ２≦２０である。

〔実施形態〕
図１、図２を参照して、実施形態を説明する。図１は、実施形態のランプを示す正面図である。図２は、実施形態のランプを示す断面図である。図３は、粒径分布を示す説明図である。なお、図１は、ランプの管軸方向における一部を省略した図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。なお、図３に示す粒径分布は、ＭＩＣＲＯＴＲＡＣ社製のマイクロトラックＭＴ３０００を用いて測定した。

本実施形態のランプは、加熱したい被照射体や被照射空間に熱を与えるものであり、一例として、ペットボトルの成型工程においてプリフォームを加熱する照射装置、樹脂成型工程において材料である樹脂を加熱する照射装置に使用することが想定されている。ランプ１は、図１に示すように、バルブ２と、フィラメント３と、ガス４と、反射膜５と、金属箔６１，６２と、アウターリード７１，７２とを含んで構成されている。なお、ランプ１は、ランプ電力が１５００Ｗ〜２５００Ｗである。

バルブ２は、内部の光を外部に透過させるものであり、筒状部２１と、シール部２２，２３とを含んで構成されている。バルブ２は、例えば、石英ガラスで形成され、透明で、かつ無着色であり、管径と比較して全長が長い長尺物である。

筒状部２１は、内部空間として内部２ａが形成され、その内部２ａにフィラメント３が配置されている。

シール部２２，２３は、筒状部２１の管軸方向における両端部に配置されている。シール部２２，２３は、封着部であり、筒状部２１を封止する。本実施形態におけるシール部２２，２３は、ピンチシールにより板状に形成されている。なお、シール部２２，２３は、シュリンクシールにより円柱状に形成されてもよい。

なお、バルブ２には、図示しないチップが形成されている。チップは、ランプ１の製造時に、内部２ａの排気およびガス４の導入を行うために設けられた排気管の焼切痕である。チップは、ランプ１の完成時に閉塞されている。また、バルブ２には、図示しないディンプルが形成されていてもよい。ディンプルは、フィラメント３のバルブ２に対する周方向の回転や、管軸方向の移動を規制するものであり、管軸方向においてフィラメント３の密の部分および疎の部分が形成されることを抑制するものである。ディンプルは、バルブ２の外周面２ｂにおいて、バルブ２の内部２ａに向かって突出して形成される。ディンプルは、少なくとも１つ形成されていればよいが、バルブ２およびフィラメント３の形状に応じてフィラメント３の移動を規制するため、２つ以上形成してもよい。

フィラメント３は、バルブ２の内部２ａに、管軸に沿って配置され、主部３１と、レグ部３２，３３と、アンカー３４が一体的に形成されている。本実施形態におけるフィラメント３は、タングステンからなる金属線である。

主部３１は、点灯時に発熱して光を放出する部分であり、バルブ２の内部２ａに配置されている。主部３１は、金属線を巻くことで形成されている。主部３１は、図２に示すように、管軸方向から見た場合に円形状に形成されている。つまり、主部３１は、円筒形状に形成されている。

レグ部３２，３３は、主部３１の管軸方向における両端部に配置され、一部がシール部２２，２３に埋め込まれて配置される。レグ部３２，３３は、主部３１に電力を供給する部分である。レグ部３２，３３は、一端が主部３１の両端部にそれぞれ接続され、他端が金属箔６１，６２にそれぞれ電気的に接続されている。

アンカー３４は、主部３１のサポート部材であり、主部３１およびレグ部３２，３３とは、別部材として構成されている。アンカー３４は、一方の端部が主部３１の周回りに数ターン巻きつけられていることで主部３１と接続されている。アンカー３４は、中央部がバルブ２の内壁２ｃに向かって形成されている。アンカー３４は、他方の端部が管軸方向からみた場合に、内壁２ｃに沿うように円弧状に形成されている。アンカー３４は、１つ以上の、所定ピッチを保つように、管軸方向に複数設けられ、フィラメント３の主部３１をバルブ２の内部２ａの略中央に位置するように支持している。

ガス４は、バルブ２の内部２ａに充填される。本実施形態におけるガス４は、微量のジブロモメタン（ＣＨ_２Ｂｒ_２）が含まれた約０．８気圧のアルゴンガスである。なお、ガス４は、熱伝導率が低いものがよく、具体的には、クリプトン、キセノン、アルゴン、ネオンなどのうち１種類、または複数種組み合わせたガスを含んで構成されていればよい。さらに、臭素、ヨウ素などのうち１種類、または複数種組み合わせたハロゲン物質を含んで構成されていてもよい。

反射膜５は、バルブ２の外周面２ｂに形成される。反射膜５は、外周面２ｂのうち、筒状部２１の領域に形成されている。反射膜５は、管軸方向からみた場合に、外周面２ｂに沿って円弧状に形成されている。反射膜５は、フィラメント３からの光をバルブ２の内部２ａに向けて反射する。つまり、反射膜５は、フィラメント３からバルブ２を透過して、バルブ２の外部に照射される光の一部をバルブ２の内部２ａに向けて反射する。なお、管軸方向からみた場合に、反射膜５がバルブ２の外周面２ｂを覆う領域は、任意に決定されるものである。バルブ２が直線状のランプ１おける反射膜５がバルブ２の外周面２ｂを覆う領域は、バルブ２の軸心Ｏに対してなす角（膜角度）が１７０度〜２３０度であることが好ましい。本実施形態における反射膜５は、膜角度が１８０度である。

反射膜５は、ＴｉＯ_２（酸化チタン）、ＳｉＯ_２（酸化ケイ素）およびＢａＳＯ_４（硫酸バリウム）を含む。反射膜５は、反射膜材料をバルブ２の外周面２ｂに付着させて形成されるものである。つまり、反射膜５の原材料が、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２およびＢａＳＯ_４を含むこととなる。反射膜材料は、本実施形態では、塗布膜乾燥後の重量比換算（１００重量％）で、ＴｉＯ_２が３３．７重量％〜５４．５重量％、ＢａＳＯ_４が６．８重量％〜１８．１重量％である。ここで、反射膜材料は、粒径の異なる粒子で構成されている。反射膜材料は、図３に示すように、粒度分布（同図に示すＡ）に２つのピークａ１，ａ２を有している。第１ピークａ１は、粒径の小さい側であり、粒径０．１μｍ以上１μｍ以下の範囲である。第２ピークａ２は、粒径の大きい側であり、粒径１μｍ超え２０μｍ以下の範囲である。さらに、反射膜材料は、小さい側のピークａ１における占有率が大きい側のピークａ２における占有率よりも高く、ピークａ１における占有率がピークａ２における占有率の３倍〜４倍である。つまり、反射膜材料は、大部分が小さい粒径の材料で占め、一部大きい粒径の材料を含むものである。なお、反射膜５は、反射膜材料を含む液体をバルブ２の外周面２ｂに繰り返し塗布し、所定の膜厚を形成した後、ランプ１を通電し、フィラメント３からの放熱で焼成することで形成される。ここで、ＴｉＯ_２が３３．７重量％未満であると、小さい側の粒子比率が低下し十分に粒子間の隙間を埋めることができず反射効率が低下する。一方、ＴｉＯ_２が５４．５重量％を超えると、製造工程上、反射膜５の膜割れが発生しやすく、製造が困難となる。また、ＢａＳＯ_４が６．８重量％未満であると反射率の高いＢａＳＯ_４の比率が低下するため、反射効率が低下する。一方、ＢａＳＯ_４が１８．１重量％を超えると大きい側粒子比率が増加するため、粒子間の隙間が大きくなり過ぎ、透過光が増えるため、反射効率が低下する。なお、ＳｉＯ_２は結着剤である。つまり、反射膜材料がＴｉＯ_２やＢａＳＯ_４のみで構成されると、バルブ２の外表面２ｂに塗布しても、焼成後に反射膜５が剥がれ落ちる。また、ＳｉＯ_２が反射膜材料に含まれることで、ＴｉＯ_２やＢａＳＯ_４と相互作用をすることで、反射膜５となったときにバルブ２の外表面２ｂにとどまることができる。

金属箔６１，６２は、一端がフィラメント３のレグ部３２，３３と接続され、他端がアウターリード７１，７２と接続される。金属箔６１，６２は、シール部２２，２３の内部にそれぞれ埋設されている。本実施形態における金属箔６１，６２は、モリブデン箔であり、シール部２２，２３の板状面に沿うように配置されている。

アウターリード７１，７２は、金属箔６１，６２と外部の図示しない電源とを接続する。アウターリード７１，７２は、一端が金属箔６１，６２にそれぞれ接続され、他端がバルブ２の外部に露出している。アウターリード７１，７２の一部は、シール部２２，２３にそれぞれ埋設されている。アウターリード７１，７２の他端は、シール部２２，２３とともに、図示しないコネクタにそれぞれ挿入され、コネクタに設けられている図示しないケーブルと電気的に接続され、ケーブルを介して電源と接続される。アウターリード７１，７２は、モリブデン棒である。

以下に、ランプ１と、従来品１、従来品２との試験結果を示す。図４は、波長と照射の強度との関係を示す説明図である。なお、「照射の強度」は、分光スペクトル測定によって得られたものであり、本試験結果では、従来品１の波長１０００ｎｍにおける分光強度を基準（１００％）とした場合における他の波長域、ランプ１、従来品２の光の強度である。具体的には、オプトリサーチ社製ＭＳＲ７０００Ｎを用いて測定する。

ランプ１である「本発明」、「従来品１」、「従来品２」は、全長、管径、内径、有効発光長、ランプ電力、反射膜５の形状（膜厚および膜角度も含む）が同一条件であり、反射膜５の反射膜材料が異なる。

「本発明」の反射膜材料は、塗布膜乾燥後の重量比換算（１００重量％）で、ＴｉＯ_２が３８重量％、ＢａＳＯ_４が１５重量％、ＳｉＯ_２が４７重量％である。「従来品１」の反射膜材料は、塗布膜乾燥後の重量比換算（１００重量％）で、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）が３５重量％、ＺｒＯ（酸化ジリコニウム）が２３重量％、ＳｉＯ_２が４２重量％である。「従来品２」の反射膜材料は、ＢＮ（窒化ホウ素）が７８重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が２２重量％である。

また、「本発明」の反射膜材料は、図３に示すように、粒度分布（同図に示すＡ）が約０．３μｍおよび約５μｍに２つのピークａ１，ａ２を有し、大部分が小さい粒径の材料で占め、一部大きい粒径の材料を含むものである。「従来品１」の反射膜材料は、粒度分布（同図に示すＢ）が約２．５μｍに１つのピークｂ１を有し、大部分が大きい粒径の材料で占められるものである。

図４に示すように、「本発明」（同図に示すＣ）は、「従来品１」（同図に示すＤ）と比較して、波長６００ｎｍ〜１８００ｎｍの範囲で照射の強度を高くすることができる。特に、波長１０００ｎｍ前後で、照射の強度を約１４％高くすることができる。また、「本発明」は、「従来品２」（同図に示すＥ）と比較して、波長４００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲で照射の強度を高くすることができる。特に、波長１０００ｎｍ前後で、照射の強度を約１７％高くすることができる。つまり、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＢａＳＯ_４からなる反射膜５が形成された「本発明」のランプ１は、ＴｉＯ_２およびＢａＳＯ_４を含まず、Ａｌ_２Ｏ_３あるいはＢＮが主成分の反射膜が形成された「従来品１」、「従来品２」のランプよりも、照射の強度を向上することができる。従って、「本発明」の反射膜５は、反射膜材料として使用される材料の種類が異なる「従来品１」、「従来品２」の反射膜よりも反射効率が高い。また、粒度分布が２つのピークａ１，ａ２を有し、粒径の小さい側のピークａ１における占有率が粒径の大きい側のピークａ２における占有率よりも高い「本発明」のランプ１は、粒度分布が１つのピークｂ１を有し、ピークｂ１がピークａ２と同様大きい側である「従来品１」のランプよりも、照射の強度を向上することができる。従って、「本発明」の反射膜５は、粒度分布におけるピークが異なる「従来品１」、「従来品２」の反射膜よりも反射効率が高い。

以上のように、本実施形態に係るランプ１は、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＢａＳＯ_４で反射膜５が構成されることで、ＴｉＯ_２およびＢａＳＯ_４を含まない反射膜と比較して、反射膜５の反射効率が向上するので、照射の強度を向上することができる。従って、ＴｉＯ_２およびＢａＳＯ_４を含まない反射膜を有するランプと比較して、同じ照射の強度を得るのに要求される消費電力を減少させることができる。これにより、多数のランプを製造工程で使用する施設における消費電力を大幅に低減することができ、省エネ化を図ることができる。

また、反射膜５を形成する反射膜材料は、ＴｉＯ_２が３３．７重量％〜５４．５重量％、ＢａＳＯ_４が６．８重量％〜１８．１重量％であることから、上記数値範囲外で形成する反射膜に比べて反射効率の向上と、反射膜の焼成時における割れの抑制とを両立することができる。

また、反射膜５は、ＢａＳＯ_４の粒度分布の第１のピークの粒径ａ１が、ＴｉＯ_２の粒度分布の第２のピークの粒径ａ２よりも小さい反射膜材料をバルブ２の外周面２ｂに付着させることで形成されるので、反射膜５に疎の部分と密の部分とが分布することとなる。反射膜材料がすべて小さい粒径で構成されている場合は、反射膜がすべて密の部分で構成されるため、反射効率を向上させることができる。しかし、反射膜の焼成時に、反射膜材料の流動性が低いため割れが発生する。一方、反射膜材料がすべて大きい粒径で構成されている場合は、反射膜がすべて疎の部分で構成されるため、反射効率を向上は望めない。しかし、反射膜の焼成時に、反射膜材料の流動性が高いため割れの発生が抑制される。反射膜５に疎の部分と密の部分とが分布する場合は、反射効率の向上と、反射膜の焼成時における割れの抑制とを両立することができる。

また、反射膜５において、粒度分布の第１のピークの粒径ａ１［μｍ］は、０．１≦ａ１≦１であり、粒度分布の第２のピークの粒径ａ２［μｍ］は、１＜ａ２≦２０である反射膜材料をバルブ２の外周面２ｂに付着させることで形成されるので、更に反射膜５に疎の部分と密の部分とが分布することとなり、反射効率の向上と、反射膜の焼成時における割れの抑制とのを両立することができる。

なお、本実施形態におけるランプ１は、直線状に形成されているがこれに限定されるものではない。図５は、実施形態のランプの変形例１を示す正面図である。図６は、実施形態のランプの変形例１を示す概略断面図である。図７は、実施形態のランプの変形例２を示す概略断面図である。なお、図５は、ランプの管軸方向における一部を省略した図である。図６は、図５のＢ−Ｂ断面であり、断面よりも奥側の図示を省略した図である。

図５，図６に示す変形例１のように、ランプ１は、バルブ２の両端部２ｄ，２ｅが曲がっていてもよい。本実施形態における両端部２ｄ、２ｅは、管軸方向に対してそれぞれ９０度屈曲して形成されている。なお、２ｆは、チップである。フィラメント３の主部３１の両端部もバルブ２の両端部２ｄ，２ｅに追従して屈曲して、内部２ａに配置されている。変形例１における反射膜５は、チップ２ｆを一部覆って形成されており、膜角度が９０度である。なお、バルブ２が両端部２ｄ、２ｅで曲がっている屈曲状のランプ１における反射膜５がバルブ２の外周面２ｂを覆う領域は、膜角度が７０度〜１１０度であることが好ましい。また、図７に示す変形例２のように、反射膜５は、チップ２ｆの対向面側に形成され、膜角度が１８０度であってもよい。この場合にバルブ２が両端部２ｄ、２ｅで曲がっている屈曲状のランプ１における反射膜５がバルブ２の外周面２ｂを覆う領域は、膜角度が１７０度〜２３０度であることが好ましい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ランプ
２バルブ
２ａ内部
２ｂ外周面
３フィラメント
４ガス
５反射膜

Claims

バルブと；
前記バルブの内部に、管軸に沿って配置されたフィラメントと；
前記バルブの内部に充填されたガスと；
前記バルブの外周面に反射膜材料を付着させることで形成され、前記フィラメントからの光を前記バルブの内部に向けて反射する反射膜と；
を具備し、
前記反射膜材料は、ＴｉＯ_２、ＢａＳＯ_４およびＳｉＯ_２を含み、前記ＴｉＯ_２が３３．７重量％〜５４．５重量％、前記ＢａＳＯ_４が６．８重量％〜１８．１重量％であり、
前記反射膜材料の粒度分布は、第１のピーク及び第２のピークを有し、前記第１のピークの粒径ａ１が前記第２のピークの粒径ａ２よりも小さく、
前記第１のピークの粒径ａ１［μｍ］は、０．１≦ａ１≦１であり、
前記第２のピークの粒径ａ２［μｍ］は、１＜ａ２≦２０であるランプ。