JP2007109579A - 白熱電球および照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】フィラメント巻線間にアーク放電が発生しにくく、かつ発光効率が良好な白熱電球およびこの白熱電球を配設する照明器具を提供する。
【解決手段】白熱電球１は、内部に８０〜９５容積％のキセノンガスおよび５〜２０容積％の窒素ガスが封入された円筒状のガラスバルブ２と、０．２〜０．５ｍｍのピッチを有する二重コイル９のタングステン線からなり、ガラスバルブ２の長手方向の中心軸に沿うように配設されて１０〜１５ｍｍの発光部１０が形成されたフィラメント３と、一端側６ａが発光部１０の長手方向の中央部に配設されてフィラメント３の振れを規制する振動規制手段１１を形成するとともに、他端側６ｂがガラスバルブ２の一端側８ａに封着されているアンカー線６を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、キセノンガスを封入した白熱電球およびこの白熱電球を配設する照明器具に関する。

白熱電球は、一般に、フィラメント温度を上げると発光効率が改善されることが知られている。そして、封入ガスの分子量が大きいほどガラスバルブでの熱損失が低下し、フィラメントの温度が高くなることが知られている。このため、アルゴンガスやクリプトンガスに代えて、分子量の大きいキセノンガスを封入する白熱電球が実用化されている。一方、キセノンガスは、イオン化電圧が低く、ガラスバルブでの封入量が増加するとフィラメント巻線間にアーク放電が発生して、フィラメントが溶断しやすくなるという問題がある。

上記問題を解決するものとして、例えば、約２０〜７５体積％のキセノンガスと約２５〜８０体積％の窒素ガスとからなる組成物を封入している白熱電球が提案されている（特許文献１参照。）。この従来技術の白熱電球は、キセノンガスが高効率と長寿命に寄与するとともに、窒素ガスがアーク放電を効果的に抑制するので、高効率と長寿命に加えて安定動作が可能になるというものである。
特開平４−３１２７５８号公報（第３頁、第１図）

ガラスバルブ内にキセノンガスが封入されると、フィラメントコイルのピッチ間でアーク放電が発生しやすくなるので、このピッチ間隔を大きくする必要がある。しかし、ピッチ間隔を大きくすると、フィラメントの剛性が低下して撓みやすくなる。このため、点灯状態の白熱電球に外部から衝撃が加わると、フィラメントが振動して、高温状態のフィラメントがバルブに接触してバルブクラックが発生するおそれがあり、また、フィラメントのピッチ間が縮まることがある。

点灯中にフィラメントのピッチ間隔が縮まると、特許文献１の白熱電球に示すキセノンガスおよび窒素ガスの封入割合であっても、フィラメント巻線間にアーク放電が発生して早期断線することがあった。

本発明は、フィラメント巻線間にアーク放電が発生しにくく、かつ発光効率が良好な白熱電球およびこの白熱電球を配設する照明器具を提供することを目的とする。

請求項１に記載の白熱電球の発明は、円筒状の本体部を有し、この本体部の両端側が封止され、内部に８０〜９５容積％のキセノンガスおよび５〜２０容積％の窒素ガスが封入されたガラスバルブと；０．２〜０．５ｍｍのピッチを有する二重コイルのタングステン線からなり、ガラスバルブの長手方向の中心軸に沿うように配設されて１０〜１５ｍｍの発光部が形成されたフィラメントと；フィラメントの両端側をそれぞれ支持し、ガラスバルブの一端側に封着されている一対のリード線と；一端側がフィラメントの発光部の長手方向の中央部に配設されてフィラメントの振れを規制する振動規制手段を形成するとともに、他端側がガラスバルブの一端側に封着されているアンカー線と；一対のリード線と電気的に接続された口金を有し、ガラスバルブの一端側に固着されているベース部と；を具備していることを特徴とする。

本発明および以下の発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。

フィラメントは、タングステン線からなり、タングステン線の素線径は、０．０２〜０．０２５ｍｍであり、一重コイルのパーセントピッチ（％Ｐ）は、１５０〜２５０％であり、二重コイルのパーセントピッチ（％Ｐ）は、１５０〜２５０％である。ここで、二重コイルのピッチは、０．２〜０．５ｍｍとする。

二重コイルのピッチが０．２ｍｍを下回ると、二重コイル間にアーク放電が発生しやすくなる。また、二重コイルのピッチが０．５ｍｍを上回ると、所定のランプ電力となるフィラメント長が得られないか、または、フィラメント長が大きくなって白熱電球が小形化できない。したがって、二重コイルのピッチは、０．２〜０．５ｍｍとする。好ましくは、０．２５〜０．４５ｍｍであり、さらに０．３〜０．４ｍｍであることが望ましい。

発光部が１０ｍｍを下回ると、フィラメントに衝撃が加わってもフィラメントが大きく振動することはなく、二重コイルのピッチが変化しにくい。一方、発光部が１５ｍｍを上回ると、発光部の長手方向の中央部に振動規制手段が配設されているので、発光部の一端側、他端側および振動規制手段側がそれぞれ支点となり、フィラメントに衝撃が加わったときにフィラメントが大きく振動しやすくなる。したがって、発光部は、１０〜１５ｍｍとする。好ましくは、８〜１３ｍｍである。

振動規制手段は、例えば、発光部の長手方向の中央部をアンカー線の一端側で支持または包囲することなどが挙げられる。

本発明によれば、白熱電球に衝撃が加わると、フィラメントは、一対のリード線の支持部を支点として振動する。このとき、アンカー線の一端側に形成された振動規制手段がフィラメントの振れを規制するので、フィラメントは大きく振れなくなる。これにより、巻回されている二重コイルは、変位しにくくなり、二重コイルのピッチが変化しにくくなる。この結果、二重コイルのピッチが部分的に縮まることが抑制されて、二重コイル間にアーク放電が発生することが抑制される。

また、フィラメントが振動したときに、振動規制手段によりフィラメントがガラスバルブの本体部に当ることが阻止され、ガラスバルブの破壊が防止される。

請求項２に記載の照明器具の発明は、請求項１記載の白熱電球と；この白熱電球が装着されるランプソケットと；ランプソケットを配設している器具本体と；を具備していることを特徴とする。

本発明によれば、器具本体を介して白熱電球に衝撃が加わっても、白熱電球にアーク放電が発生しにくい照明器具が提供される。

請求項１の発明によれば、白熱電球に衝撃が加わってもアンカー線の振動規制手段がフィラメントの振動を所定の振幅内に規制して、二重コイルのピッチが縮まることを抑制するので、二重コイル間のアーク放電の発生およびフィラメントの断線を抑制することができる。また、振動規制手段がフィラメントの振動を規制することにより、フィラメントがガラスバルブに当ることが阻止されるので、ガラスバルブの破壊を防止することができる。

請求項２の発明によれば、器具本体に衝撃が加わっても、アーク放電の発生によるフィラメント断線が抑制される白熱電球を具備する照明器具を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１ないし図３は、本発明の第１の実施形態を示し、図１は白熱電球であり、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は概略側面図、図２はフィラメントにおける概略正面図、図３は白熱電球の衝撃に対するアークの発生およびフィラメント断線の結果を示す説明図である。

図１において、白熱電球１は、ガラスバルブ２、フィラメント３、一対のリード線４，５、アンカー線６およびベース部７を有して構成されている。

ガラスバルブ２は、例えば硬質ガラスからなり、両端側８ａ，８ｂが封止された円筒状の本体部８を有している。本体部８の一端側８ａは、一対のリード線４，５およびアンカー線６を圧潰封止し、他端側８ｂは、排気管を封止している。

本体部８の他端側８ｂは、封止前に排気管が溶着されている。この排気管から本体部８の内部が排気された後、キセノン（Ｘｅ）ガスおよび窒素（Ｎ_２）ガスが封入され、この後、排気管がチップオフされている。そして、本体部８の内部に、キセノンガスが８０〜９５容積％、窒素ガスが５〜２０容積％となるように封入されている。封入圧力は、８６〜１２０ＫＰａ（パスカル）となっている。

フィラメント３は、タングステン線の二重コイル９からなり、ガラスバルブ２の本体部８の長手方向の中心軸に沿うように配設されている。そして、フィラメント３は、図２に示すように、二重コイル９のピッチＰ１が０．２〜０．５ｍｍとなるように、発光部１０の全長Ｌ１が１０〜１５ｍｍとなるように形成されている。巻回して二重コイル９を形成しているタングステン線の素線径は、例えば０．０２〜０．０２５ｍｍである。

一対のリード線４，５は、例えばモリブデン（Ｍｏ）線であり、フィラメント３がガラスバルブ２の本体部８の長手方向の中心軸に沿うようにフィラメント３の両端側３ａ，３ｂをそれぞれ支持している。すなわち、図２に示すように、リード線４の一端側４ａは、フィラメント３の一端側３ａを狭持し、リード線５の一端側５ａは、フィラメント３の他端側３ｂを狭持している。そして、リード線４の他端側４ｂおよびリード線５の他端側５ｂは、ガラスバルブ２の一端側８ａに封着されている。

アンカー線６は、例えば素線径０．１〜０．３ｍｍのモリブデン（Ｍｏ）線であり、一端側６ａがリング状に曲成されたリング部１１に形成され、他端側６ｂがガラスバルブ２の一端側８ａに封着されている。リング部１１は、フィラメント３の発光部１０を包囲する略円状に形成され、発光部１０の長手方向の中央部に配設されている。リング部１１は、フィラメント３が振動したときに発光部１０が当って、発光部１０の振れをリング部１１内にする。リング部１１は、フィラメント３の振れを規制する振動規制手段を形成している。

ベース部７は、略円筒状のセラミックスからなり、図１に示すように、一端側７ａにガラスバルブ２の一端側８ａを固着し、他端側７ｂに例えばＥ１７形の口金１２を配設している。ガラスバルブ２の一端側８ａから一対のリード線４，５のそれぞれの一端側４ｂ，５ｂが導出されており、ベース部７の内部において、一対のリード線４，５は、口金１２のシェル部１２ａおよびアイレット部１２ｂにそれぞれ電気的に接続されている。

次に、本発明の第１の実施形態の作用について述べる。

フィラメント３の両端側３ａ，３ｂは、一対のリード線４，５に支持されているので、車の走行や地震あるいは落下などにより白熱電球１に衝撃が加わると、フィラメント３の発光部１０は、両端側３ａ，３ｂを支点として振動する。そして、発光部１０が大きく振れると、アンカー線６の一端側６ａに形成され、発光部１０を包囲しているリング部１１に衝突する。これにより、発光部１０の振れは、リング部１１内に規制されて、その振れは小さいものとなる。

発光部１０の振れが小さいと、発光部１０を形成している二重コイル９は、変位しにくくなり、二重コイル９，９間のピッチＰ１も変化しにくくなる。そして、フィラメント３の長手方向が地表に対して鉛直方向となるように白熱電球１が照明器具などに配設されていると、二重コイル９の自重により下方（地表）側に変位しやすくなるが、発光部１０の振れが小さいことにより、二重コイル９は変位しにくく、二重コイル９，９間のピッチＰ１も変化しにくい。

二重コイル９，９間のピッチＰ１が変化しにくくなると、当該ピッチＰ１が部分的に縮まることが抑制される。この結果、ガラスバルブ２にイオン化電圧が低いキセノンガスが８０〜９５容積％、窒素ガスが５〜２０容積％で封入されていても、二重コイル９，９間にアーク放電が発生することが抑制される。これにより、フィラメント３の断線が防止される。

図３は、白熱電球１および白熱電球１と同様に形成されリング部１１を有するアンカー線６を配設しない従来の白熱電球に衝撃を加えたときのアーク放電の発生およびフィラメント３の断線の試験結果である。この試験に用いた白熱電球は、電源電圧１１０Ｖ用のランプ電力４０Ｗであり、ガラスバルブ２にキセノンガスが９５容積％、窒素ガスが５容積％封入され、二重コイル９，９間のピッチＰ１が０．２ｍｍ、発光部１０の全長Ｌ１が１５ｍｍである。白熱電球を点灯させている状態で、落下０．８ｍｍに相当する振動を加えた。

上記試験の結果、従来の白熱電球は、最大１１回目の衝撃で、サンプル１〜１０の１０本の全てのサンプルにフィラメント３の断線が確認された。一方、本発明の白熱電球１は、サンプル１１〜２０の１０本に対して、３０回の衝撃を加えても、二重コイル９，９間のアーク放電の発生およびフィラメント３の断線は確認されなかった。この結果、振動規制手段としてのリング部１１は、二重コイル９，９間のアーク放電の発生およびフィラメント３の断線の防止に効果的である。

また、リング部１１は、フィラメント３の発光部１０が振れたときに、ガラスバルブ２の本体部８の内壁に衝突することを阻止する。これにより、フィラメント３の振動によりガラスバルブ２の破壊が防止されるとともに、本体部８を小形化することができ、白熱電球１を小形化することができる。

そして、白熱電球１は、ガラスバルブ２内に８０〜９５容積％のキセノンガスが封入されるので、フィラメント３の発光部１０の温度を高くすることができ、従来の白熱電球よりもさらに発光効率が向上する。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図４は、本発明の第２の実施形態を示す白熱電球のフィラメントにおける概略正面図である。なお、図２と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

図４に示す白熱電球１３のフィラメント３は、発光部１０の長手方向の中央部がアンカー線１４の一端側１４ａに引っ掛けられている。そして、アンカー線１４の他端側１４ｂは、ガラスバルブ２の一端側８ａに封着されている。フィラメント３の二重コイル９に対するアンカー線１４の引っ掛け（支持）は、フィラメント３の振れを規制する振動規制手段を形成している。白熱電球１３のその他の構成は、図１および図２と同様に形成されている。

白熱電球１３は、落下などにより衝撃が加わるとフィラメント３が振動するように作用する。しかし、フィラメント３の発光部１０の長手方向の中央部がアンカー線１４の一端側１４ａに支持され、アンカー線１４の他端側１４ｂがガラスバルブ２の一端側８ａに封着されているので、フィラメント３はアンカー線１４の一端側１４ａとともに振動することになって、振動しにくくなる。この結果、フィラメント３の発光部１０の振れは小さくなる。

発光部１０の振れが小さいと、二重コイル９の変位が生じにくく、二重コイル９，９間のピッチＰ１が部分的でも縮まりにくい。この結果、ガラスバルブ２内にイオン化電圧が低いキセノンガスが８０〜９５容積％封入されていても、二重コイル９，９間にアーク放電が発生することが抑制され、フィラメント３の断線が防止される。このように、白熱電球１３は、耐衝撃性が向上されている。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

図５は、本発明の第３の実施形態を示す照明器具の一部切り欠き正面図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

図５に示す照明器具１５は、天井などの造営物に埋設されるダウンライトであり、器具本体１６、ランプソケット１７および図１に示す白熱電球１を有して構成されている。器具本体１６は、円筒体１８に天板１９などを有して形成され、天板１９の内面に支持金具２０を配設している。支持金具２０には、ランプソケット１７が取り付けられている。

また、器具本体１６は、円筒体１８の下部１８ａに円状であって断面逆台形の枠体２１を配設し、内部に白熱電球１を包囲するようにして反射板２２，２３を配設している。円筒体１８の外面１８ｂには取り付け用の板ばね２４，２４が配設され、天板１９の上面には、外部電源の電源線が接続されている電源端子台２５が取り付けられている。

白熱電球１が点灯すると、白熱電球１からの放射光が直接光および反射板２２，２３で反射された反射光となって、枠体２１の開口２１ａから外部空間に出射される。

そして、地震や車両等の移動などにより照明器具１５が振動しても、白熱電球１は、フィラメント３の二重コイル９，９間のアークの発生やフィラメント３の断線が抑制されているので、白熱電球１の不所望な点灯や不点が防止される。これにより、照明器具１５は、照明光を安定的に出射する。

本発明の第１の実施形態を示す白熱電球であり、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は概略側面図。 同じく、フィラメントにおける概略正面図。 同じく、白熱電球の衝撃に対するアークの発生およびフィラメント断線の結果を示す説明図。 本発明の第２の実施形態を示す白熱電球のフィラメントにおける概略正面図。 本発明の第３の実施形態を示す照明器具の一部切り欠き正面図。

符号の説明

１，１３…白熱電球
２…ガラスバルブ
３…フィラメント
４，５…一対のリード線
６，１４…アンカー線
７…ベース部
１５…照明器具
１６…器具本体
１７…ランプソケット

Claims (2)

1. 円筒状の本体部を有し、この本体部の両端側が封止され、内部に８０〜９５容積％のキセノンガスおよび５〜２０容積％の窒素ガスが封入されたガラスバルブと；
   ０．２〜０．５ｍｍのピッチを有する二重コイルのタングステン線からなり、ガラスバルブの長手方向の中心軸に沿うように配設されて１０〜１５ｍｍの発光部が形成されたフィラメントと；
   フィラメントの両端側をそれぞれ支持し、ガラスバルブの一端側に封着されている一対のリード線と；
   一端側がフィラメントの発光部の長手方向の中央部に配設されてフィラメントの振れを規制する振動規制手段を形成するとともに、他端側がガラスバルブの一端側に封着されているアンカー線と；
   一対のリード線と電気的に接続された口金を有し、ガラスバルブの一端側に固着されているベース部と；
   を具備していることを特徴とする白熱電球。
2. 請求項１記載の白熱電球と；
   この白熱電球が装着されるランプソケットと；
   ランプソケットを配設している器具本体と；
   を具備していることを特徴とする照明器具。

Images