JP2000507388A - 反射膜を備えた電球 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回転対称形のガラス球（１０）と赤外放射を反射する被膜（１４）とを備えた電球、特にハロゲン電球（９）は楕円体状の部分輪郭を有している。ガラス球の楕円体状の部分輪郭は、半短軸が長手軸線に対して垂直に、即ちガラス球（１０）の回転軸線に対して垂直に向けられかつガラス球（１０）の最大半径Ｒより長い楕円部分によって作成されている。半短軸ｂの長さがＲ＜ｂ＜Ｒ＋５・ｗ_r（Ｒ及びｗ_rはガラス球の最大半径ならびに回転対称形の発光体（１５）の半径を表す）の範囲内にあると好ましい。この電球（９）は、ランプ効率が増大することの他に、ガラス球（１０）の内部において中心で軸線に配置された発光体（１５）への赤外放射の均一な反射、従って均一な温度分布が得られる点で優れている。

Description

【発明の詳細な説明】 反射膜を備えた電球 技術分野 本発明は請求項１の前文による赤外反射膜を備えた電球、特にハロゲン電球に 関する。 このような電球は全般照明においても、また例えば同様に投射技術における反 射器と組合わせて特殊な照明目的のためにも使用されている。 ガラス球の回転対称形状はその内面及び／又は外面に設けられた赤外放射を反 射する被膜（以下においては短縮して赤外膜と称する）と協働して、発光体から 放射された赤外放射パワーの大部分を反射して戻している。このようにして得ら れたランプ効率の向上は一方では入力電力が一定の際には発光体の温度上昇のた めに、それゆえ光束の増大のために利用することができる。他方では僅かな入力 電力でもって予め定められた光束を得ることができる（有利な“エネルギ節約効 果”）。他の所望の効果は、ガラス球を透過して放射される赤外放射パワーが赤 外膜のために明らかに僅かとなり、従って周囲が通常の電球の場合より加熱され る点である。 赤外膜での吸収による損失は避けることができないので、ガラス球の内部にお ける赤外成分の出力密度は反射の回数と共に減少し、その結果電球の効率も減少 する。それゆえ、実際に達成可能な効率増大のために重要なことは個々の赤外線 が発光体へ戻るために必要な反射回数を最少にすることである。このために赤外 膜を備えたガラス球が特別に形成される。 従来の技術 このような電球は例えば米国特許第４１６０９２９号明細書、ヨーロッパ特許 出願公開第０４７０４９６号公報、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３０３５０ ６８号及び第４４２０６０７号公報に開示されている。その米国特許は、ランプ 効率の最適化のために発光体の形状をガラス球の形状に整合させることを示して いる。さらに、発光体はガラス球の光学中心部にできるだけ正確に位置決めされ るものとする。これによって、発光体の表面から放射された波前面はガラス球面 で乱されずに反射して戻される。その結果収差が最少になる。球状のガラス球は 例えば理想的な場合中心に配置された同様に球状の発光体を有しなければならな い。相応するフィラメント形状は、このために通常使用されるタングステン線の 延性が限られていることに起因して、何れにしても実現が非常に制限される。球 への近似が粗いが実現可能なものとして立方体状のフィラメントが提案されてい る。他の例ではフィラメントがその中央部に最大直径を有している。これはフィ ラメントの両端へ向かって徐々に減少する。楕円体形のガラス球のために、楕円 体の２つの焦点にそれぞれ１つの発光体を配置することが提案されている。 ヨーロッパ特許出願公開第０４７０４９６号公報には、球状のガラス球を備え 、その中心部に円筒状の発光体を配置した電球が開示されている。この公報は、 効率の損失が発光体を理想的な球形状から偏らせることによって次の条件の下に 許容可能な量に限定され得ることを示している。ガラス球直径及び発光体直径も しくは発光体長さが許容範囲内で綿密に互いに合わせられるか、又は発光体の直 径がガラス球の直径より明らかに小さくされなければならない（０．０５倍小さ い）。さらに、楕円体状のガラス球を備え、その焦線上で軸線に縦長の発光体を 配置した電球が示されている。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３０３５０６８号公報は最後に挙げた例にお いても避けることのできない収差損失の最少化を図るための教えを与えている。 これによれば楕円体状のガラス球の２つの焦点が円筒状の発光体の軸線上にそれ ぞれの端部から予め定められた距離をもって配置される。 最後にドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２０６０７号公報は楕円体状の又 は楕円体に似た樽に成形され赤外膜を備えたガラス球を有するハロゲン電球を開 示している。樽の輪郭を作成する楕円体状の又は場合によっては楕円体に似た部 分は楕円部分によって形成され、その半短軸ｂは電球長手軸線すなわちガラス球 の回転軸線に垂直に配置されている。さらに、母線の半短軸はガラス球半径Ｄ／ ２より小さく、そして回転軸線に対して平行にほぼ発光体の半径ｄ／２だけずら され、これによって最終的に樽が形成される。発光体の長さは作成された楕円部 分の２つの焦点の間隔にほぼ一致している。さらに、発光体は、縦断面図におい て両焦点が発光体の相応する２つの頂点とほぼ符合するようにガラス球の内部に 位置決めされる。何れにしてもフィラメントはこれによって不均一に加熱される 。その他にこの解決策の欠点は、電球効率の達成可能な改善がガラス球の内部で の発光体の寸法設定及び位置決めに比較的強く依存する点である。 発明の説明 本発明の課題は、上述の欠点を除去し、そして放出された赤外放射を発光体上 へ効率良く戻す点で、その結果効率の高い点で優れている電球を提供することに ある。さらに、特に低電圧形ハロゲン電球のために得ようとしているように、高 い輝度と共にコンパクトな電球寸法が可能になるようにしたい。 この課題は本発明によれば請求項１の特徴事項によって解決される。本発明の 他の有利な特徴事項は従属請求項に記載されている。 本発明の思想を説明するために以下において図１を参照する。この図１は原理 的な関係の概略図を示し、本発明を理解するために重要な幾つかの寸法が記入さ れいてる。例えば、半長軸ａ、半短軸ｂ及び２つの焦点Ｆ₁、Ｆ₂を有する楕円１ が示されている。 本発明によれば、（極めて概略的にかつ簡略に示された）回転対称形のガラス 球２の輪郭は主として楕円１の楕円部分３（図１には太い実線で示されている） によって作成されている。即ち、この輪郭は回転軸線ＲＡを中心とする楕円部分 ３の回転によって簡単に描くことができる。その際、楕円部分３は、第一に半短 軸ｂがガラス球２の回転軸線ＲＡに対して垂直に向き、第二に半短軸がガラス球 ２の半径Ｒより長くなるように的確に選定される。これによって、ガラス球２は もはや“純粋な”回転楕円体の形状を持たなくなる。驚くべきことに、従来の学 説をこのように放棄することによって電球効率の明らかな増大及び発光体の均一 加熱が達成されることが判明した。回転対称形の、例えば円筒状の外形輪郭（図 １の概略縦断面図においては矩形として示されている）を持つ発光体４はガラス 球２の内部において中心で軸線に配置されている。これによって焦軸Ｆ₁Ｆ₂ （これはガラス球２の内部において２つの焦点Ｆ₁、Ｆ₂を結ぶ接続直線）も同様 にガラス球２の回転軸線ＲＡに対して平行に移動し、母線３の方向へ離れている 。高い効率に関してはその他に半短軸ｂの長さがＲ＜ｂ＜Ｒ＋５・ｗ_rの範囲か ら、特にＲ＋ｗ_r≦ｂ＜Ｒ＋３・ｗ_rの範囲から選定されると有利であることが判 明している。なお、Ｒ及びｗ_rはガラス球の最大半径ならびに円筒状の又は円筒 に似た発光体の半径を表す。 実際のガラス球においては、リード線引込みのために回転軸線の範囲で一方又 は両方の側部に密封部、例えばピンチシール部又は溶融密封部が設けられる（概 要を理解し易くするために図１には示されていない）。片側リード線方式の場合 、ガラス球のリード線引込み部とは反対側が通常ドーム状に成形され、場合によ ってはさらにポンプチップを有する（図１には同様に示されていない。図３参照 ）。 従来技術との相違は図２ａ、２ｂの概略原理図との比較から明らかである。図 ２ａは主としてドイツ連邦共和国特許出願公開第３０３５０６８号公報における 様子に相当する。これは楕円体状のガラス球５を示し、その内部には、回転楕円 体の両焦点Ｆ₁、Ｆ₂が発光体６の両端部に符合するように発光体６が中心で軸線 に配置されている。その結果、焦軸は、本発明と異なり、ガラス球５の回転軸線 ＲＡに対して共直線に配置される。 図２ｂは最後にドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２０６０７号公報におけ る様子を示す。ここではガラス球７は楕円体状の又は楕円体に似た樽として形成 されている。概略断面図には２つの直線部分によって互いに接続された２つの楕 円半部が示されている。その場合両楕円半部の焦点対Ｆ₁、Ｆ₂もしくはＦ₁’、 Ｆ₂’は発光体８の頂点に符合している。ここでは焦軸Ｆ₁Ｆ₂は本発明とは異な り母線の方向へ回転軸線ＲＡに対して平行に移動されている。 本発明の利点は、効率が増大することの他に、赤外放射をフィラメントへ反射 して戻すことの高い均一性が得られる点である。これによって、フィラメントの 早期の破壊を惹き起こす局部過熱が防止される。さらに、ランプ効率の達成可能 な改善がドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２０６０７号公報に比較してガラ ス球の内部への発光体の位置決めの製造上のバラツキに僅かしか関係しないこと は有利である。 発光体としては軸線に配置されたタングステン製単コイル又は二重コイルフィ ラメントが使用される。形状的な寸法設定、即ち直径、ピッチ及び長さはとりわ けフィラメントの抵抗Ｒに関係し、これは供給電圧Ｕが予め定められている場合 には所望の入力電力Ｐに関係する。Ｐ＝Ｕ²／Ｒのために、フィラメントは高電 圧（ＨＶ）形電球の場合には通常低電圧（ＮＶ）タイプの場合より長い。 発光体は２つのリード線と導電的に接続され、このリード線は共通にガラス球 の一端部を通って又はガラス球の両端部を通って気密に外部へ案内される。密封 は一般に圧潰によって行われる。しかしながら他の閉鎖技術、例えば板状体の封 じ込み方式も可能である。片側閉鎖の例は特にＮＶ及びＭＶ（中電圧）への適用 に適している。この場合、比較的短い発光体に基づいて非常にコンパクトな電球 寸法を実現することができる。 電球の効率の最適化のために、ガラス球壁のできるだけ多くの部分を有効反射 面として使用することができると有利である。このことは特にガラス球が一方の 又は場合によっては両方の端部においてリード線の領域に電球頸部を有すること によって実現することができる。この電球頚部はリード線をできるだけ密接に取 囲み、密封部へ移行する。このための詳細はドイツ連邦共和国特許出願公開第４ ４２０６０７号公報に記載されている。 ガラス球は通常不活性ガス、例えばＮ₂、Ｘｅ、Ａｒ及び／又はＫｒを封入さ れる。特に、ガラス球は、ガラス球の黒化を防ぐためにタングステン−ハロゲン サイクルを維持するハロゲン添加物を含む。ガラス球は光透過性材料、例えば石 英ガラスから作られる。 電球は外管を備えることができる。周囲に放射される赤外パワーの特に強い減 少が望まれる場合、この外管は同様に赤外膜を有することができる。 赤外膜は例えば公知の干渉フィルタ（通常異なった屈折率の誘電体膜が交互に 配置された積層体）として実施される。適当な赤外膜の原理的な構成は例えばヨ ーロッパ特許出願公開第０４７０４９６号公報に説明されている。 図面の説明 以下において本発明を複数の実施形態に基づいて詳細に説明する。 図１は本発明の原理の概略図を示す。 図２は従来の技術の概略図を示す。 図３は赤外膜及びフィラメント並びに本発明により最適化されたガラス球形状 を有する中電圧形ハロゲン電球の１つの実施形態を示す。 図３には本発明による電球９の１つの実施形態が概略的に示されている。この 場合、電球は１２０Ｖの定格電圧を持つハロゲン電球である。このハロゲン電球 は楕円体に似た本体として形成された片側圧潰形ガラス球１０から構成されてい る。ガラス球１０の楕円体状の部分輪郭の母線は、半短軸が８．２ｍｍの長さで 電球９の長手軸線に垂直に向けられている楕円部分である。この母線の半長軸は ９．３ｍｍの長さである。ガラス球１０は約１ｍｍの壁厚を持つ石英ガラスから 作られ、約１５ｍｍの最大外径を有している。ガラス球１０はその第１の端部で 頸部１１に移行し、この頸部は密封部１２で終了している。ガラス球はその反対 側の端部にポンプチップ１３を有している。ガラス球外面上には２０層以上のＴ ｉＯ₂及びＳｉＯ₂層を持つ干渉フィルタから構成された赤外膜１４が被着されて いる。ガラス球の内部には発光体１５が中心で軸線に配置されている。この発光 体は９．７ｍｍの長さ及び１．２５ｍｍの外径を有している。発光体１５はタン グステン線から作られ、密封部１２を貫通して外部へ案内された２つのリード１ ６、１７によって保持されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミュラー、ジグベルト ドイツ連邦共和国 デー―86356 ノイゼ ース カールスバーダー シュトラーセ 12アー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．楕円体状の部分輪郭（３）を持ち、長手軸線（ＲＡ）を有しかつ壁面に赤外 放射を反射する被膜（１４）を備えた回転対称形のガラス球（２；１０）と、こ のガラス球（２；１０）の内部において軸線に配置され２つのリード線（１６、 １７）によって支持されている回転対称形の発光体（４；１５）とを備え、２つ のリード線がガラス球の１つの又は２つの側部で１つの密封部（１２）もしくは 場合によっては２つの密封部によって気密に外部へ案内されている電球（９）、 特にハロゲン電球において、ガラス球（２；１０）の楕円体状の部分輪郭は、半 短軸ｂが長手軸線に対して垂直に、即ちガラス球（２；１０）の回転軸線（ＲＡ ）に対して垂直に向けられ、かつ半短軸ｂがガラス球（２；１０）の最大半径Ｒ より長い、即ちｂ＞Ｒである楕円部分（３）によって作成されていることを特徴 とする電球。 ２．半短軸ｂの長さがＲ＜ｂ＜Ｒ＋５・ｗ_r（Ｒ及びｗ_rはガラス球の最大半径な らびに回転対称形の発光体の最大半径を表す）の範囲内にあることを特徴とする 請求項１記載の電球。 ３．半短軸ｂの長さがＲ＋ｗ_r≦ｂ＜Ｒ＋３・ｗ_rの範囲内にあることを特徴とす る請求項２記載の電球。 ４．膜（１４）が電球（９）の外面上に設けられ、ガラス球（１０）と密封部（ １２）の少なくとも一部とを包囲していることを特徴とする請求項１、２又は３ 記載の電球。 ５．楕円部分（３）の半長軸ａの長さが次の範囲、即ちｗ₁／２＜ａ＜３・ｗ₁（ 大きさｗ₁は発光体（４；１５）の長さを表す）内にあることを特徴する請求項 １乃至４の１つに記載の電球。 ６．ガラス球（１０）が少なくとも一方の端部に電球頸部（１１）を有し、この 頸部が少なくとも１つのリード線（１６、１７）をできるだけ接近して取囲み、 その頸部の反ガラス球側端部が密封部（１２）によって気密に閉鎖されているこ とを特徴とする請求項１乃至５の１つ又は複数に記載の電球。