JP3901637B2 - 白熱灯のためのフィラメント構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィラメント構造体に関し、より具体的には、白熱灯に使用するのに適したフィラメント構造体に関する。
【０００２】
【発明の背景】
白熱灯のためのフィラメントは、一般的にコイル部分と非コイル部分とを含み、コイル部分がフィラメントの実際に発光する部分である。フィラメントの非コイル部分は、フィラメント構造体全体をリード線に取り付けるために使用される。この目的のために、チューブを非コイル部分の自由端上に置き、次いで該チューブをリード線に熔接することが知られている。タングステンフィラメントは、通常モリブデンで作られるリード線に容易には熔接できないから、この手順は必要である。チューブもまたモリブデンで作られるならば、それは好ましいことである。
【０００３】
米国特許第５，８０８，３９９号は、フィラメントを白熱灯のリード線に固定するための方法を開示している。この公知の方法においては、モリブデン箔が使用される。箔でフィラメントの非コイル部分の自由端の周りを包み、次いで箔はその両端部において互いに押しつぶされる。箔のヒレ状の両端部が熔接電極の位置にくる場合があり、それが熔接不良を招くことになる。
【０００４】
箔で包む代わりに、チューブを使用し、これをフィラメントの両端部に被せることも知られている。普通、モリブデンチューブは、帯板材料で作られ、チューブ状に巻かれる。その結果、チューブの外套には軸方向のスリットがある。スリットの存在、更に詳しく言えば、フィラメント構造体の製造工程中におけるスリットの位置が、幾つかの問題の原因となる。製造工程において、チューブはフィラメントの非コイル部分上に圧接される。チューブが圧接顎の間で不都合な位置にきた場合には、スリットが広く口を開くことがある。熔接工程中にこの広く開いたスリットが電極の間で回転した場合には、熔接機は所定量の材料を熔接（そして溶融）するように調整されているから、フィラメントとチューブとの間に基準以下の電気的接触が生じる。広いスリットが熔接位置にくる場合には、熔接される材料の量が少な過ぎて、電気的接触不良を招くことになる。
【０００５】
従って、標準熔接品質を達成するために、上記の悪影響を軽減してチューブを正しく位置決めできるフィラメント構造体に対する特別な要請がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の例示的な一実施形態においては、フィラメント構造体は、コイル部分と非コイル部分とを有するフィラメントを含む。フィラメントの非コイル部分は、該非コイル部分の自由端上に置かれたチューブを備えている。チューブは、中心軸線と２つの端部とを有する。チューブの少なくとも１つの端部は、該チューブ端部の中間平面より明確に上方に突出した延長部を含む。この中間平面は、チューブの中心軸線に対して垂直である。「中間平面（medium plane）」という用語によって、この平面がチューブ端部の末端点からほぼ等距離にあることが示されている。
【０００７】
チューブをフィラメントの自由端上に位置決めするための方法も開示される。この方法の例示的な実施形態には、以下の段階が含まれる。
【０００８】
フィラメントの自由端は、該自由端が上向きに突出するように、２つの平行な支持面の間のスリット内に挿入される。スリットの幅は、チューブの直径よりも明確に小さい。チューブの端部には延長部が設けられ、この延長部は該チューブ端部の中間平面より明確に上方に突出する。該中間平面は、チューブの中心軸線に対して垂直である。フィラメントの自由端が実質的にチューブの全長に沿って挿入されるように、チューブが該フィラメントの自由端上に置かれる。この位置において、フィラメントの自由端はチューブの中心軸線と実質的に同心であり、チューブの延長部は支持面に向かって下向きに突出する。重力によって、チューブの下端部は支持面の少なくとも１つに当接する。フィラメントは、支持面に沿ってスリット内で前進させられる。フィラメントの移動中に、チューブの延長部と支持面の１つとの間で生じる摩擦力により、チューブはフィラメントの自由端の周りで回転させられる。この摩擦力は、延長部と対応する支持面との間の相対運動に際して生じる。
【０００９】
このフィラメント構造体と方法は、常にチューブが好適に定められた姿勢で、熔接位置に到達するという利点を提供する。チューブの姿勢が実質的に同一であることによって、チューブのスリットを常に熔接位置から外すことができる。その結果として、信頼できる標準品質の熔接が得られる。更にもう１つの利点は、提案した方法は、複雑な追加的装置の使用を必要とせず、現存の製造施設に容易に適用できるということである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１及び図２には、コイル部分１４と非コイル部分１６とを備えたフィラメント１２を含むフィラメント構造体１０が示されている。図１に示すように、通常、フィラメント１２は対称形であって、２つの非コイル部分１６が、コイル部分１４の各端部にある。別の構成では、一方の非コイル部分１６が他方の非コイル部分１６に対して或る角度をなす、例えば図２のフィラメント構造体１１で示すように実質的に垂直をなすことも通例である。この構成は、特定の用途、つまりそのフィラメント構造体が使用される白熱灯の形式に応じて決まる。例えば自動車の前照灯のためのハロゲン白熱灯のようなランプはよく知られており、これ以上の説明は要しない。
【００１１】
チューブ１８は、フィラメント１２の各々の非コイル部分１６上に、更に詳しく言えば、非コイル部分１６の自由端２０上に置かれる。チューブ１８の役割については上に説明したが、それはすなわち、チューブ１８をリード線（図１及び図２には示さず）に熔接することにより、タングステンフィラメント１２がリード線に固定されるということである。
【００１２】
チューブ１８の形状及び機能については、図３から図７を参照しながら説明する。
【００１３】
図３には、フィラメント構造体１０のチューブ１８が拡大図で示されている。チューブ１８は、普通、モリブデンで作られ、シート材料を巻いて形成されるから、結果としてチューブ１８の外套に沿ってスリット２２が生じる。チューブ１８の中心軸線Ａは、その胴部の母線に対して平行であると見なされる。
【００１４】
チューブ１８は、第１の端部２４と第２の端部２６とを有し、図３においては第１の端部２４が上向きに示されている。チューブ１８の少なくとも１つの端部２４は、延長部２８を含む。この延長部２８は、チューブ１８の端部２４の中間平面Ｐ１より明確に上方に突出している。すなわち、延長部２８は、中心軸線Ａに沿ってチューブ１８から離れる方向へ突出している。中間平面Ｐ１は、図４において最も良く分るように、チューブの中心軸線Ａに対して垂直な平面として定義される。「中間平面」という用語によって、平面Ｐ１が、おおよそ端部２４におけるチューブ１８の全ての末端点の「重心」にあることを意味している。更に詳しく言えば、中間平面Ｐ１は、点３０においてチューブ１８の中心軸線Ａと交叉し、ここで、チューブの中央垂直面Ｐ３から点３０までの距離は、第１の端部２４における全ての末端点の中央垂直面Ｐ３からの距離の平均値である。換言すると、延長部２８は、チューブ１８の中央垂直面Ｐ３から最も大きな距離にあることになる。
【００１５】
チューブ１８の他方の端部２６も、延長部２９を備えているのが好ましい。以下において説明する理由で、延長部２８、２９は互いに実質的に等しい。このことは、延長部２９もまた、チューブ１８の他端部２６の中間平面Ｐ４より明確に上方に突出していることを意味し、中間平面Ｐ４は、第１の端部２４の中間平面Ｐ１と同様に定義される。図３及び図４において、他方の端部２６の延長部２９は下向きに突出することは明らかである。
【００１６】
特に好ましい実施形態においては、チューブ１８の端部２４、２６は、鋭角に切られている。このことは、第１の端部２４の主端部平面Ｐ２は、該主端部平面Ｐ２が対応するチューブ端部２４の中間平面Ｐ１と交叉するように、垂直中間平面Ｐ１に対して角度αをなすことを意味する。この場合、延長部２８は、対応する中間平面Ｐ１に対して外向き方向に突出するチューブ端部２４の部分によって構成される。チューブ１８の反対側の対応する中間平面Ｐ４の側にある他方のチューブ端部２６の延長部２９に対し、同じことが当てはまることは明らかである。
【００１７】
中間平面Ｐ１と主端部平面Ｐ２との間の角度αの値は、１０〜４０°の範囲、好ましくは２０〜２５°の間にある。
【００１８】
チューブ１８の使用法を、図５から図７を参照しながら説明する。これらの図は、本発明の別の態様を具体化した方法において実行される段階を示したものである。この方法は、フィラメントの自由端上におけるチューブの位置決め、更に詳しく言えば、チューブの配向、例えば適正な熔接のための、フィラメント１２の自由端２０上でのチューブ１８の適正な配向に関する。しかしこの方法は、チューブの正しい位置決めが必要となる同様な他の目的のためにも、利用することができる。該方法は、以下の段階を含む。
【００１９】
フィラメント（その非コイル部分１６のみが図示されている）の自由端２０は、図５において最もよく分るように、該自由端２０が上向きに突出するように、２つの平行な支持面６２、６４の間のスリット６０内に挿入される。スリット６０の幅ｄは、チューブ１８の直径Ｄより明確に小さくなるように選ばれる。これにより、チューブ１８がフィラメント１２の自由端２０上に置かれた時、チューブ１８が支持面６２、６４の間のスリット６０に落ち込まないことを保証する。
【００２０】
図３及び図４を参照して説明したように、チューブ１８はその両端に延長部２８、２９を、すなわちチューブ端部の中間平面より明確に上方に突出した延長部２８、２９を備えている。換言すると、延長部２８、２９は、チューブ１８の両端部において、チューブ１８の中心軸線と平行に突出している。
【００２１】
フィラメント１２の自由端２０が、実質的にチューブの全長に沿ってチューブ１８内に挿入されるように、チューブ１８は、支持面６２、６４の間のスリット６０から突き出た非コイル部分１６の上に置かれる。この位置において、フィラメント１２の自由端２０は、チューブ１８の中心軸線と実質的に同心である。チューブ１８の延長部の１つは、下向きに、すなわち支持面６２、６４に向かって突出している。チューブ１８はフィラメント１２の非コイル部分１６の上に緩く嵌合するから、チューブ１８は非コイル部分１６に沿って完全に滑り落ちて、図６において最もよく分るように、チューブ１８の下端部が支持面６２、６４の少なくとも１つに当接する。
【００２２】
この位置において、フィラメント１２は、支持面６２、６４に沿ってスリット６０内で前進させられる。その結果、チューブ１８の延長部２８又は２９と支持面６２、６４の１つとの間で生じる摩擦力により、チューブ１８はフィラメント１２の自由端２０の周りで回転させられる。図７を参照して説明されるように、摩擦力は、延長部２８、２９と対応する支持面６２、６４との間の相対運動によって生じる。
【００２３】
フィラメント１２は、様々な手段、例えば振動送りによってスリット内で移動させることができる。フィラメント１２が方向Ｆに向かって動くと仮定すると、支持面６２又は６４とチューブ１８との間で摩擦力Ｆｆが生じる。この摩擦力は、チューブ１８と支持面６２とが接触する位置において、すなわちチューブ１８の最下点において生じる。チューブ１８の各々の端部上の延長部２８、２９によって、チューブ端部上に適切に形成された最下点が設けられる。言い換えると、チューブ１８は延長部２８又は２９によって支持面上に支持される。
【００２４】
摩擦力Ｆｆは、接線方向成分Ｆｔと半径方向成分Ｆｒとで構成されると見なすことができる。半径方向成分Ｆｒは、フィラメント１２の非コイル部分１６によって相殺され、該非コイル部分１６は軸として働き、かつその上でチューブ１８がほぼ自由に回転できる。しかしながら、摩擦力Ｆｆの接線方向成分Ｆｔは、他の力によって相殺されず、従ってこの成分は、チューブ１８をＦＲで示した方向へ回転させることになる。
【００２５】
当業者には明らかなように、チューブ１８は、該チューブ１８に作用する力が対称的でない場合にのみ回転されることになる。延長部２８又は２９がフィラメントの後方（移動方向に対して）に位置決めされると、チューブ１８は両方の支持面６２、６４上に支持され、２つの側部に作用する回転力は互いに相殺されることになる。この位置において、チューブ１８はそれ以上回転することなく、好適に定められた配向方向に維持される。
【００２６】
チューブ１８は、多くのやり方でフィラメント１２の自由端２０上に被せることができる。１つの可能な方法は、多数の実質的に等しいチューブ１８を、支持面６２、６４の間のスリット６０内で上向きに突き出たフィラメント１２の自由端２０上に落下させる方法である。実施においては、チューブ１８の１つが常にフィラメント１２の自由端２０上に落下することになる。
【００２７】
チューブ１８の配向に続く工程が、図８に図示されている。この工程において、チューブ１８は２つの電極６８、７０の間でリード線６６に熔接される。品質の良い信頼できる熔接を達成するために、チューブ１８のスリット２２が熔接点７２にも、又電極７０にも位置しないことが保証されなくてはならない。本発明によって提案した方法及びフィラメント構造体は、常に、チューブ１８が好適に定められた配向で熔接位置に到達することを保証する。
【００２８】
ここに提案したフィラメント構造体は、例えば図９に示された自動車用ランプ８０のような白熱灯において有利に使用することができる。自動車用ランプ８０は、金属基部８４に固定されたガラス球８２を備えたハロゲン白熱灯である。球８２は、図２に示されたフィラメント構造体１１と同様なフィラメント構造体８６を取り囲む。タングステンフィラメント８８の両端部には、図３に示されたチューブ１８と同じチューブ１８が設けられる。フィラメント１２は、適切に配向されたモリブデンチューブ１８の助けによって、リード線９２、９４に熔接される。それによって、ランプ８０の長い寿命と信頼性のある作動が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を具体化したフィラメント構造体の側面図。
【図２】 フィラメント構造体の別の実施形態の側面図。
【図３】 図２に示すフィラメント構造体のチューブの拡大斜視図。
【図４】 図３に示すチューブの概略側面図。
【図５】 図３に示すチューブを位置決めする方法の段階を示す図。
【図６】 図３に示すチューブを位置決めする方法の別の段階を示す図。
【図７】 図５及び図６に示す位置決め装置の拡大概略平面図。
【図８】 フィラメント上でのチューブの位置決めに続く熔接工程の概略図。
【図９】 本発明を具体化したフィラメント構造体を備えた白熱灯の側面図。
【符号の説明】
１０ フィラメント構造体
１２ フィラメント
１４ コイル部分
１６ 非コイル部分
１８ チューブ
２０ 自由端

Claims (10)

1. 白熱灯のためのフィラメント構造体であって、
   コイル部分と非コイル部分とを有するフィラメントと、
   前記非コイル部分の自由端上に置かれたチューブと、を含み、
   該チューブが、中心軸線と２つの端部とを有し、該チューブの少なくとも１つの端部が、該チューブの中心軸線に対して垂直な、該チューブの端部の中間平面よりも上方に突出した延長部を含む、
   ことを特徴とするフィラメント構造体。
2. 前記チューブ端部の主端部平面は、該主端部平面が前記中間平面と交叉するように、該中間平面に対して或る角度をなし、前記延長部が、前記中間平面に対して外向き方向に突出した前記チューブ端部の一部によって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のフィラメント構造体。
3. 前記主端部平面が、前記中間平面に対して１０〜４０°の角度をなすことを特徴とする、請求項２に記載のフィラメント構造体。
4. 前記主端部平面が、前記中間平面に対して２０〜２５°の角度をなすことを特徴とする、請求項３に記載のフィラメント構造体。
5. 前記チューブの両端部が、延長部を含むことを特徴とする、請求項１に記載のフィラメント構造体。
6. 前記チューブが、該チューブの中心軸線に対して実質的に平行なスリットを含むことを特徴とする、請求項１に記載のフィラメント構造体。
7. フィラメント構造体を含む白熱灯であって、
   コイル部分と非コイル部分とを有するフィラメントと、
   該非コイル部分の自由端上に置かれたチューブと、を含み、
   該チューブが、中心軸線と２つの端部とを有し、該チューブの少なくとも１つの端部が、該チューブの中心軸線に対して垂直な、該チューブの端部の中間平面よりも上方に突出した延長部を含む、
   ことを特徴とする白熱灯。
8. 直径と中心軸線とを有するチューブを、フィラメントの自由端上に位置決めするための方法であって、
   該フィラメントの自由端を、該自由端が上向きに突出するように、２つの平行な支持面の間の、前記チューブの直径よりも小さい幅を有するスリット内に挿入する段階と、
   前記チューブの中心軸線に対して垂直な、該チューブの端部の中間平面よりも上方に突出するように、該チューブの端部上に延長部を設ける段階と、
   前記フィラメントの自由端が実質的に前記チューブの全長に沿って該チューブ内に挿入され、該フィラメントの自由端が前記チューブの中心軸線と実質的に同心になり、前記チューブの延長部が前記支持面に向かって下向きに突出し、かつ前記チューブの下端部が前記支持面の少なくとも１つに当接するように、前記チューブを該フィラメントの自由端上に置く段階と、
   前記フィラメントを前記支持面に沿って前記スリット内で前進させる段階と、
   前記チューブの延長部と対応する前記支持面との間の相対運動に際して、該延長部と該支持面の１つとの間で生じる摩擦力によって、前記フィラメントの自由端の周りで前記チューブを回転させる段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
9. 前記チューブの１つが前記フィラメントの自由端上に落下するように、前記支持面の間のスリット内で上向きに突き出る前記フィラメントの自由端上に、多数の実質的に同一のチューブを落下させることによって、前記チューブが該フィラメントの自由端上に置かれることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記フィラメントが、振動送りによって前記支持面の間のスリット内で前進させられることを特徴とする、請求項８に記載の方法。

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