JP3097135B2 - 電 球 - Google Patents

電 球

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JP3097135B2
JP3097135B2 JP03014388A JP1438891A JP3097135B2 JP 3097135 B2 JP3097135 B2 JP 3097135B2 JP 03014388 A JP03014388 A JP 03014388A JP 1438891 A JP1438891 A JP 1438891A JP 3097135 B2 JP3097135 B2 JP 3097135B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、白熱電球またはハロゲ
ン電球等の電球に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に白熱電球は、通電により発熱する
熱放射体、すなわちフィラメントをバルブ内に収容し、
このフィラメントに通電することによりこのフィラメン
トを発熱させ、この熱放射によって可視光を放射するよ
うになっていることは知られている。このようなフィラ
メントは通常、タングステンやモリブデン等のような高
融点金属からなるワイヤを単コイルまたは二重コイルに
して成形されている。
【0003】この種のフィラメントは熱放射により可視
光を放射するものであるが、波長によって分光放射率の
異なる選択放射性を有している。そして、通電による発
熱によって熱放射するという特性のため、可視光の放射
ばかりでなく、熱放出つまり赤外線およびそれ以上の波
長域の放射が避けられない。
【0004】しかしながら、フィラメントを発光源とし
て用いる限りにおいては、赤外線の放出は必要でなく、
可視光のみを発してくれることが望ましい。つまり、熱
エネルギーとして無駄に捨てられる電力が少ない程ラン
プ効率は高くなる。
【0005】したがって、このように熱放射により可視
光を放射させるフィラメントは、図7に示す通り、可視
光域(波長が約380〜650nm)のエネルギーの放射
率εがε=1であって、かつ熱として無駄に放熱される
赤外線域(波長は約650nm以上)およびそれ以上の領
域のエネルギーの放射率εがε=0に近い放射体である
ことが理想である。
【0006】例えば、E.Kauerの計算によると、
色温度2000Kの放射体では、波長700nm以下のエ
ネルギーの放射率εがε=1であり、波長700nmを超
えるエネルギーの放射率εがε=0の場合は、この放射
体の効率は約200lm/Wにも及ぶことが呈示されてい
る。
【0007】本発明者等の計算によれば、可視光域(波
長が約380〜650nm)のエネルギーの放射率εがε
=1であり、その他の波長域のエネルギーの放射率εが
ε=0とした仮想放射体の場合、その放射体の色温度を
2200Kとすればその効率は約350lm/Wにも達す
ることが判っている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらは理論
上でのことであり、実際にこのような理想放射体を作り
出すことは不可能である。
【0009】ところで、本発明者等は回析格子を詳細に
研究したところ、表面に微細な凹凸を規則正しく形成す
ることにより特定波長域の光を選択的に透過し、他の波
長域の光を遮断することができるとの結論に達した。こ
れは波長単位の規則的な凹凸面が一種の回析格子として
働き、高度な波長選択性を示すものと考えられる。
【0010】したがって、本発明の目的とするところ
は、上記回折格子の原理を応用し、可視光域の放射率が
高く、赤外線の放射率を低くして効率を向上させること
ができる電球を提供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の電球は、通電に
より発熱する高融点金属からなるコイルを、10μm以
下の極微細な隙間を有する包囲体で包囲し、この包囲体
の上記極微細な隙間によりコイルのみの場合に比べ赤外
線波長の放射率が少なくなるように構成されたフィラメ
ントと;上記フィラメントを収容し、内面または外面
に、赤外線を反射し可視光を透過するフィルタ膜を設け
たバルブと;具備していることを特徴とする。
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【作用】本発明の電球に使用されるフィラメントは、
イルを、10μm以下の極微細な隙間を有する包囲体で
包囲するようにしたので、フィラメントの表面に極微細
なギャップを形成することができる。この極微細なギャ
ップは一種の回折格子の作用を奏する。つまり、可視光
の通過は許すが、赤外線およびそれ以上の波長域の放射
を規制する。このため、可視光域の放射率が高くなり、
効率が向上する。さらに、本発明の電球に使用されるバ
ルブの内面ないし外面には、赤外線を反射し可視光を透
過するフィルタ膜を設けたので、このフィルタ膜により
赤外線を反射してフィラメントに戻すようにして、フィ
ラメントを加熱してその発熱を助けるので、ランプ効率
を向上させることができる。
【0016】
【実施例】以下本発明について、図1ないし図3に示す
第1の実施例にもとづき説明する。
【0017】図は投光器等の光源として使用されるハロ
ゲン電球を示し、1は石英ガラスからなるバルブであ
る。このバルブ1は一端が圧潰封止されているととも
に、このバルブ1内に熱放射体としてのフィラメント2
が収容されている。このフィラメント2は両端が内部リ
ード線3、3に連なっており、これら内部リード線3、
3は上記圧潰封止部4に導入されている。この圧潰封止
部4にはモリブデンなどからなる金属箔導体5、5は封
着されており、上記内部リード線3、3は金属箔導体
5、5に接続されている。これら金属箔導体5、5には
外部リード線6、6が接続されており、これら外部リー
ド線6、6は圧潰封止部4の端部から導き出されてい
る。なお、バルブ1内にはよう素、塩素、臭素などのハ
ロゲンと不活性ガスが封入されている。
【0018】上記フィラメント2は、図3にも示す通
り、タングステンやモリブデンなどの高融点ワイヤを単
コイルに成形したもので、例えば線径70μm程度のタ
ングステンよりなるコイル素線7が使用されている。
【0019】このコイル素線7は包囲体8により包囲さ
れている。本実施例の包囲体8は微細径の高融点ワイ
ヤ、例えばタングステンにより構成されており、上記コ
イル素線7の外面に線径1〜6μm程度、例えば線径6
μmのタングステンワイヤを赤外線波長(0.8〜10
μm)に相当する間隔の1/2(0.4〜5μm)、例
えば0.5μmの等間隔ピッチをなしてコイル状に巻い
てある。
【0020】このような極細径のタングステンワイヤ8
をコイル素線7の外面に巻回することにより、このフィ
ラメント2の表面にはタングステンワイヤ8による赤外
線波長単位の規則正しい微細な凹凸面が形成されること
になる。
【0021】上記バルブ1の外表面または内表面には、
赤外線を反射し可視光を透過する波長選択透過性、つま
り光干渉作用をなすフィルタ膜9が形成されている。こ
のフィルタ膜9は、例えばTiO2 等の高屈折率の金属
酸化膜からなる層と、SiO2 等の低屈折率の金属酸化
膜からなる層を交互に重層して構成した多層干渉膜構造
により形成され、中心波長が1μm(=1000nm)の
赤外線域の光は反射し、380〜650nmの可視光を透
過する機能をもつ。このような構成のハロゲン電球につ
いて作用を説明する。
【0022】フィラメント2に通電すると、このフィラ
メント2は抵抗発熱により発光する。この場合、フィラ
メント2は、単コイル7の表面に極細径のタングステン
ワイヤ8を巻回することにより、コイル素線7の表面を
赤外線波長単位の規則正しい微細な凹凸面にしてあるか
ら、放射率の顕著な波長選択性を奏する。つまり、この
フィラメント2から放射される光は、表面に形成された
凹凸面の状況に応じた光の回析現象を奏し、波長選択作
用を生じる。上記凹凸面は極細径のタングステンワイヤ
8を規則正しいピッチで巻回することにより形成されて
おり、具体的にはコイル間を0.5μm(=500nm)
のピッチとなるように間隙を形成してあるから、このピ
ッチの2倍に応じたカット波長、つまり1μm(=10
00nm)を中心とした赤外線領域の光の放出がカットさ
れる。
【0023】一般にタングステンからなるフィラメント
の放射率は、全波長域で一様でなく放射選択性を有して
おり、可視光域(380〜650nm)の放射率εは0.
45程度で、10μmの領域では放射率ε=0.1〜
0.15程度である(二重コイルの場合放射率は高くな
る)。したがって遠赤外線域での放射率は比較的低いか
ら、極細ワイヤの径を大きくしたり、コイルピッチを1
0μmを超えるように形成しても、波長選択性の効果が
少なくなる。
【0024】このような実施例のフィラメント2を電球
に組み込んで点灯させた場合、2500Kの温度で最大
効率は約49lm/Wが得られた。また、2800Kの温
度の場合は最大効率約65lm/Wを得ることができた。
【0025】またタングステンワイヤ8のピッチを0.
75μmとして遮断波長域を1.5μmにした場合で
も、2800Kの温度の場合は約29lm/Wの効率を得
ることができた。したがって、このような本発明のフィ
ラメント2は、赤外線およびそれ以上の波長域を規制し
て可視光域の放射率を高くすることができ、効率が向上
する。
【0026】また、上記可視光波長の選択透過性に優れ
たフィラメント2は、タングステンコイル素線7の外面
に、極細のタングステンワイヤ8を等ピッチで巻き付
け、これをコイリング成形することにより得られるから
製造が容易であり、規則正しい凹凸面を容易に得ること
ができる。
【0027】そして、このようなフィラメント2を収容
したバルブ2の外表面に、光干渉作用をなすフィルタ膜
9を形成した場合は、このフィルタ膜9は中心波長が1
μm(=1000nm)の赤外線域の光を反射してフィラ
メント2に戻し、380〜650nmの可視光を透過する
ので、ランプから赤外線が外部に無駄に放射されること
が少なくなり、しかもフィラメント2に戻された赤外線
はフィラメント2を加熱してその発熱を助けるからラン
プ効率がきわめて向上する。
【0028】この場合、フィラメント2自身が1μmの
赤外線領域の放射を低減し、かつ上記バルブ2の外表面
に形成したフィルタ膜10も同じく1μmの赤外線領域
を反射するので、効率は極めて向上することになる。
【0029】また、上記フィラメント2は可視光域での
単位面積当りの放射エネルギーが増えるので、従来のラ
ンプと同等の光量を得ようとするとフィラメント2を小
形、コンパクト化することもでき、ランプの小形化に有
効となる。
【0030】図3は分光特性を示すもので、特性Aは図
1および図2で示す本発明のハロゲン電球、特性Bは従
来のフィラメントを用いしかしながらバルブの外面に光
干渉フィルタ膜9を形成したハロゲン電球、特性Cは従
来のフィラメントを用いしかしながらバルブの外面に光
干渉フィルタ膜9を形成しないタイプのハロゲン電球の
場合である。特性Aから理解できるように、本発明の電
球は赤外線およびそれ以上の波長域を規制し、可視光域
の放射率を高くすることができる。なお、本発明は上記
実施例に制約されるものではない。
【0031】すなわち、上記実施例では包囲体として、
極細径のタングステンワイヤ8を等ピッチでコイル素線
7の外面に巻き付けて構成したが、図4の第2の実施例
で示す通り、コイル素線7の外面に、多数の微小孔10
…を規則正しく形成したチューブ11を被せ、これをコ
イリング成形してフィラメントを作るようにしてもよ
い。この場合、上記多数の微小孔10…を形成したこと
によりチューブ11の外面は凹凸面となり、この微小孔
10…の径を0.5μm(=500nm)に形成すること
により、これらのギャップに応じた波長をカットするこ
とができる。
【0032】また、本発明は、上記実施例のようにコイ
ル素線7の外面に包囲体を設ける代りに、図5の第3の
実施例に示す通り、既にコイル成形されたフィラメント
となるコイル本体21を全体に亘り包囲体22で覆い、
この包囲体22をコイルまたはチューブで構成するよう
にしてもよい。
【0033】この場合、コイルまたはチューブからなる
包囲体22は、放射を阻止しようとする波長域に相当す
る大きさの隙間や孔23…などのようなギャップを形成
するものである。
【0034】さらに、本発明は、図6の第4の実施例の
ように、コイル素線7の表面に直接凹凸面30を形成し
てもよい。この場合、凹凸面30の粗さは放射を阻止し
ようとする波長域に相当する大きさの凹凸とすればよ
く、このようにしても凹凸面30が偏光および干渉作用
により特定波長の光を選択的に放射する機能を奏する。
そして、ランプは図8に示す第5の実施例のように、フ
ィラメント2を縦形(C−8形)にした場合であっても
よい。また、本発明のフィラメントは、ハロゲン電球に
使用することに制約されるものではなく、一般の白熱電
球に適用してもよい。また、バルブ1の表面に赤外線反
射可視光透過のフィルタ膜9を形成したランプに制約さ
れるものでもない。
【0035】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、
イルを、10μm以下の極微細な隙間を有する包囲体で
包囲するようにしたので、フィラメントの表面に極微細
なギャップを形成することができる。この極微細なギャ
ップは一種の回折格子の作用を奏し、つまり、可視光の
通過は許すが、赤外線およびそれ以上の波長域の放射を
規制する。このため、可視光域の放射率が高くなり、効
率が向上する。さらに、バルブの内面ないし外面に、赤
外線を反射し可視光を透過するフィルタ膜を設けたの
で、このフィルタ膜により赤外線を反射してフィラメン
トに戻すようにして、フィラメントを加熱してその発熱
を助けるので、ランプ効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)図は本発明の一実施例に係るハロゲン電
球の正面図、(b)図はそのフィラメントの正面図。
【図2】同実施例のフィラメントを拡大して示す断面
図。
【図3】同実施例のランプと従来のランプの分光特性を
示す特性図。
【図4】本発明の第2の実施例に係るフィラメントを拡
大して示す断面図。
【図5】本発明の第3の実施例に係るフィラメントの断
面図。
【図6】本発明の第4の実施例に係るフィラメントを拡
大して示す断面図。
【図7】理想的な分光放射率の特性図。
【図8】本発明の第5の実施例に係るハロゲン電球の正
面図。
【符号の説明】
1…バルブ、2…フィラメント、7…コイル素線、8…
極細径のコイルワイヤ、9…干渉フィルタ膜、11、2
2…チューブ、30…凹凸面。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通電により発熱する高融点金属からなる
    コイルを、10μm以下の極微細な隙間を有する包囲体
    で包囲し、この包囲体の上記極微細な隙間によりコイル
    のみの場合に比べ赤外線波長の放射率が少なくなるよう
    に構成されたフィラメントと; 上記フィラメントを収容し、内面または外面に、赤外線
    を反射し可視光を透過するフィルタ膜を設けたバルブ
    と; 具備していることを特徴とする電球。
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