JP3915310B2 - ハロゲン電球、反射鏡付き電球および照明器具 - Google Patents
ハロゲン電球、反射鏡付き電球および照明器具 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は可視光透過赤外線反射膜を備え発光効率を向上したハロゲン電球および反射鏡付き電球ならびにこれら電球を装着した照明器具に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガス入り電球は気密容器を形成するガラスバルブ内にアルゴンなどの不活性ガスとともに、タングステン素線をコイル状に巻回したフィラメントが光源として封装されている。そして、点灯時に高温となるフィラメントの蒸発を不活性ガスにより抑制させているが、フィラメントが序々に痩せ細り、遂には断線して寿命となる。
【0003】
また、このガス入り電球の発光特性および寿命を改善するため、バルブ内に不活性ガスとともに微量のハロゲン族元素(I、Br、Cl、F)を封入したハロゲン電球がある。
【0004】
このハロゲン電球は、フィラメントから蒸発したタングステンと、バルブ内に封入したハロゲン族元素との間の化学的な循環反応(ハロゲンサイクル)を利用して、フィラメントに戻しバルブの黒化を防ぎ効率を高めるとともに長寿命化を図ったものである。ハロゲン電球は、ハロゲンサイクルを円滑に行うため、ガラスバルブの温度が250℃以上になるよう小形に設計され、また、効率を高めるために封入される不活性ガスの圧力も3.0×105 〜7.0×105 Pa(パスカル)に高められている。
【0005】
そして、このハロゲン電球は、通常のガス入り電球に比べて小形で高効率であるところから、ダウンライト用やスポットライト用として、店舗や家庭などで多く用いられるようになってきている。
【0006】
そして、最近はさらにの高効率化および省エネルギー化の一環として電球分野においても種々の工夫がなされている。このハロゲン電球においては、バルブのほぼ中心軸線上に沿ってコイル状のフィラメントを配設するとともに、バルブの表面に高屈折率層を作る二酸化チタン(TiO2 )などと低屈折率層膜を作る二酸化ケイ素(SiO2 )などとを交互に繰り返えし所定層積層した多層光干渉膜からなる可視光透過赤外線反射膜を形成して、フィラメントから放射した可視光はバルブを透過させ、赤外線をこの反射膜で効率よく反射してフィラメントに帰還させ、これによってフィラメントを加熱して発光効率を高めることが行われている。
【0007】
この可視光透過赤外線反射膜を形成したハロゲン電球においては、この反射膜の効果を向上すべく種々の開発がなされている。たとえば特公平6−26615号公報、特公平6−28152号公報、特開平5−144419号公報、特開平7−45254号公報や特開平8−45482号公報に記載されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
また、この可視光透過赤外線反射膜を形成したハロゲン電球において、特開平4−47660号公報に開示されているように回転楕円形状を有するバルブを用い、バルブの2つの焦点間を結ぶ線上にフィラメントを配設して、反射膜で赤外線を効率よく反射してフィラメントに帰還させ、これによってフィラメントを加熱して発光効率を高めることが知られている。
【0009】
本発明者等は上記可視光透過赤外線反射膜を形成したハロゲン電球について、さらに発光効率の向上した電球が要求されているのに鑑み種々究明した。
【0010】
本発明は、可視光透過赤外線反射膜を形成したハロゲン電球において、コイル状フィラメントのディメンション(大きさ)とバルブの大きさとの相対的な寸法関係を規制することによりさらに発光効率の向上と小形化がはかれる電球および照明器具を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に記載のハロゲン電球は、透光性の気密容器を構成する、端部に封止部が形成された回転楕円形部を有するバルブと、このバルブの表面に形成された可視光透過赤外線反射膜と、上記バルブ内に封入された不活性ガスおよびハロゲン化物と、上記バルブの封止部に気密封着された導入部材と;
この導入部材に継線して上記バルブの焦点間を結ぶバルブのほぼ中心軸線上に配設された二重コイル状のコイル状フィラメントとを備え;
上記バルブの内容積をVBmm 3 、内径をDBmmとし、コイル状フィラメントの巻回したタングステン素線部分およびこの線間の空間を含むコイル状部が占める仮想筒状体部の全体積をVCmm 3 、この二重コイル状に巻回したタングステン素線部分が占める体積をVWmm 3 、二重コイルの外径をD2mmとしたとき、
VB/VC≦40………(数式5)
(VB/VC)/(VC/VW)≦2.5………(数式6)
DB/D2≦6.5………(数式7)
の関係にあることを特徴とする。
【0012】
フィラメントから放射されバルブ表面の赤外線反射膜で反射した赤外線が、フィラメント方向に戻り一部は素線に入射し、残りの一部はコイルピッチ間を透過して反対側のバルブ面に向かっていたのを、コイル状部の上記体積比率を規制することにより、ピッチ間を透過する赤外線の量を減らして素線に当たり入射する量を多くなるようにしたもので、フィラメントの赤外線吸収率を高めることができる。
【0018】
そして、上記数式5のフィラメントを包囲する体積に対するバルブ1の内容積を規制するVB/VC値が40を超える場合は、フィラメントの温度分布が高温部と低温部との温度差が顕著になり、温度勾配が原因となる断線やホットスポットの発生による短寿命やバルブの中心軸に対するコイル状フィラメントの軸ずれの影響が大きくなる。また、実験的にも赤外線がフィラメントに帰還するまでのバルブへの反射回数が多くなるなどの理由で好ましくなく、そのほか、コイル状部が占める仮想筒状体部の全体積に対するバルブの大きさを示す指数VB/VCは小さい方が効率アップすることが確認されている。
【0019】
また、この下限値は10程度で、これより小さくなると物理的に電球の製造が困難になるとともにバルブの表面温度が900℃以上に達し、石英ガラスが結晶化して脆化するなどの理由で好ましくない。
【0020】
また、上記数式6のタングステン素線の密度比(VC/VW)に対する上記(VB/VC)の比率(VC/VW)/(VB/VC)は、コイル状部に対するバルブの大きさを示す指数と、コイルの密巻き度を示す指数との相対関係を表し、この(VC/VW)/(VB/VC)値が2.5を超える場合は、赤外線のフィラメントへの帰還率が低下し、また、バルブ中心軸に対するコイル状フィラメントの偏心の影響が大きくなる。そのほか、実験結果からみても好ましくない。
【0021】
また、この下限値は1.0程度で、これより小さくなると、コイル状フィラメントにホットスポットが発生し易くなったり、バルブ表面の温度が異常に上昇し、石英ガラスが結晶化して脆化するなど好ましくない。
【0022】
また、上記数式7のフィラメントのコイル状部外径に対するバルブ1の内径を規制するDB/D2は、バルブの内径に対するコイルの外径の比を示し、このDB/D2値が6.5を超える場合は、バルブの中心軸に対するコイル状フィラメントの偏心ずれの影響が大きくなったり、フィラメントへの赤外線帰還率が低下するなどの理由で好ましくない。また、この下限値は3.0程度で、これより小さいとバルブ表面の温度が異常に上昇し、石英ガラスが結晶化して脆化するなど好ましくない。
また、上記発光をなす仮想筒状体部の全体積VCと、この中におけるタングステン素線部分が占める体積VWとの比率Y((VW/VC)×100%)が(5/9)Mg+2≦Y≦5/9)Mg+8.2………(数式1)であるのが望ましい。(なお、(Mg:タングステン素線重量mg/200mm。)
そして、コイル状部の上記体積比率Yが、(数式1)の範囲内にあれば、発光効率が向上でき、下限値を下回ると発光効率の向上は望めず、また、上限値を超えるとターン間ショートの発生などの虞がある。
また、上記(数式1)が適用されるコイル状フィラメントは、単コイルであっても二重コイルなどの多重コイルであってもよい。
また、可視光透過赤外線反射膜の形成はバルブの外表面に限らず、バルブの内表面であってもあるいは内外表面の両面であってもよい。
また、本発明が適用される電球は、投光用ハロゲン電球に限らず、他の用途の電球であってもよく、また、バルブに形成する封止部は片端に限らず、バルブの両端部に設けてあるものでもよい。また、封止部は圧潰封止部に限らず、バルブを収縮して形成した封止部でもよく、また、封着部材はモリブデン箔などの金属箔に限らず、線状の部材を用いるものであってもよい。
【0023】
本発明の請求項2に記載のハロゲン電球は、回転楕円形部を有するバルブの内径DBが、10mm以下であることを特徴とする。
【0024】
バルブの最大内径DBが10mmを超えた場合は、電球の小形化が果たせず、電圧100V級(90〜110V)10〜150W(0.1〜1.5A)程度の電球では、実用的には6〜12mm程度で、下限値を下回るとバルブの表面温度が異常上昇することによる石英ガラスの脆化やバルブ内に配設されるステムの製造が難しくなるなどの理由で好ましくない。
【0025】
本発明の請求項3に記載のハロゲン電球は、コイル状フィラメントを形成するタングステン素線のMgが3.0〜15の範囲内であることを特徴とする。
【0026】
この発明が適用されるタングステン素線のMg(タングステン素線200mm当たりの重量mg(素線外径WDに換算すると約0.032〜0.070mm))で、電圧100V級(90〜110V)の場合、10〜150W(0.1〜1.5A)程度の電球用フィラメントに適用できる。
【0027】
そして、Mg3.0(素線径WDが約0.032mm)未満のものでは、コイルを高い精度で巻回できないとともに強度維持も困難となって使用できない。また、Mg15(素線径WDが約0.070mm)を超えたものには、Y値(図4)がMg値と比例しなくなるため適用できない。
【0028】
本発明の請求項4に記載のハロゲン電球は、コイル状フィラメントの単コイル部のピッチ間隔P1とタングステン素線径WDとの比率(%ピッチ)P1/WD×100%が110〜220%で、かつ、二重コイル部のピッチ間隔P2と単コイル外径D1との比率(%ピッチ)P2/D1×100%が110〜220%であることを特徴とする。
【0029】
コイル状フィラメントの%ピッチP1/WD×100%およびP2/D1×100%が上記の下限値未満であると、コイル巻回工程で通常発生するピッチのばらつきによる特性への影響が大きいため適用できない。
【0030】
また、%ピッチP1/WD×100%およびP2/D1×100%が上記の上限値を超えると、コイルによる保温効果が低減するためにランプの効率アップという本発明の主旨からは外れ好ましくない。
【0031】
本発明の請求項5に記載のハロゲン電球は、コイル状フィラメントの単コイル部の内径MD1とタングステン素線径WDとの比率(%マンドレル)MD1/WD×100%が250〜700%で、かつ、二重コイル部の内径MD2と単コイル外径D1との比率(%マンドレル)MD2/D1×100%が150〜250%であることを特徴とする。
【0032】
コイル状フィラメントの%マンドレルMD1/WD×100%およびMD2/D1×100%が下限値未満であると、1stおよび2ndコイルの展開長CLが長くなり、適切な発光長におさまりにくくなるために適用できない。
【0033】
また、コイル状フィラメントの%マンドレルMD1/WD×100%およびMD2/D1×100%が上限値を超えると、二重コイルとしたときのコイル強度が低下するため適用できない。
【0037】
本発明の請求項6に記載の反射鏡付き電球は、基部を有する反射鏡と、この反射鏡の基部内に配設された請求項1ないし5のいずれか一に記載のハロゲン電球とを具備していることを特徴とする。
【0038】
反射鏡の基部内に耐熱性の接着剤を介して電球の封止部を固着して、両者を一体化したものや基部内のソケットに電球を装着した一体的なものであって、反射鏡を用いることにより高い発光効率や配光特性を得ることができる。
【0039】
本発明の請求項7に記載の照明器具は、器具本体と、器具本体に配設されたソケットと、このソケットに装着された請求項1ないし5のいずれか一記載のハロゲン電球または請求項6記載の反射鏡付き電球とを具備していることを特徴とする。
【0040】
器具本体のソケットに装着された上記請求項1ないし6に記載の電球は、上記請求項1ないし6に記載したと同様な作用を奏する。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は小形投光用の定格100〜110V65Wのハロゲン電球L1の正面図、図2はコイル状フィラメントを拡大して示す説明図、図3はバルブの表面に形成した多層光干渉膜からなる可視光透過赤外線反射膜の一部を拡大して示す断面図である。
【0042】
図中1は石英ガラスからなる回転楕円状部1Aに円筒状部1Bを連接した形状のバルブで、円筒状部1Bの端部に形成した圧潰封止部2内には導入導体の一部を構成するモリブデンMo箔などからなる一対の金属箔31,31が封着され、回転楕円状部1Aの他端部には排気管4が接続されている。
【0043】
このバルブ1は、肉厚が約1mm、楕円状部の最大内径DBが約8mm、2焦点間長さが約9mm、楕円状部の内部長さが約10mm、封止部2を含む全長が約40mm、内容積が約6.5ccで透光性の気密容器を構成している。
【0044】
また、バルブ1一端の圧潰封止部2内に埋設して封着されたそれぞれの金属箔31,31には、長短の内部リード線32,32および外部リード線33,33が接続され、この金属箔31、内部リード線32および外部リード線33の3つの部材で導入部材3を構成している。
【0045】
そして、たとえばモリブデンMo線からなる内部リード線32,32間には、二重コイル状のフィラメント5の両端のレグ部5L,5Lが嵌挿、過締めや溶接などの手段で継線され、このフィラメント5はバルブ1の2焦点間を結ぶ中心軸線上にほぼ沿って配設してある。
【0046】
この二重コイル状のフィラメント5は、タングステンW線を巻回した一次コイル(1st)51をさらに二次巻回(2nd)52したもので、従来の二重コイル状のフィラメントと外形は両者間に変わりはないが、細部のディメンションが後述するように異なっている。なお、この二重コイル状のフィラメント5の各部を示す符号の内容はつぎの通りである。
【0047】
Mg;タングステン素線200mm当たりの重量mg、
WD;タングステン素線径mm、
OAL;タングステン素線全長mm、
P1;1stコイルのピッチ間隔mm、
MD1;1STコイルの内径mm、
D1;1stコイルの外径mm、
CL1;1stコイルの全長mm、
TPC1;1stコイルの10mm当たりの巻回(ターン)数、
P2;2ndコイルのピッチ間隔mm、
MD2;2ndコイルの内径mm、
D2;2ndコイルの外径mm、
CL2;2ndコイルの全長mm、
TPC2;2ndコイルの10mm当たりの巻回(ターン)数、
L2;2ndコイルの有効発光長mm、
%P(%ピッチ);P1/WD、P2/D1、
%M(%マンドレル);MD1/WD、MD2/D1、
VC;コイル端部の発光にあまり寄与しないレグ部5Lを除いた有効発光長部分が占める仮想筒状体部Cの体積、
VW;仮想筒状体部C内に在るタングステン素線部分が占める体積、
として説明する。(なお、ピッチ間隔P1、P2mmは、WD、TPC1およびD1、TPC2から算出できる。)
この定格100〜110V65Wの電球L1に用いたコイル状フィラメント5は、Mgが約9.80(線径WDは約0.057mm)、OALが約562mmのタングステン素線を、ピッチ間隔P1が約0.098mm、内径MD1が約0.3mmで、%ピッチP1/WDが約171%、%マンドレルMD1/WDが約527%、全長CL1が約60mmで1stコイル51が巻回され、さらに、ピッチ間隔P2が約0.599mm、内径MD2が約0.9mmで、%ピッチP2/D1が約145%、%マンドレルがMD2/D1が約217%のレグ部5Lを含む全長CL2が約9mmの2ndコイル52として巻回した二重コイル状のフィラメント5としてある。
【0048】
そして、このフィラメント5は同一定格の電球において、電圧および電力を考慮すれば本発明品も従来品も同じMgや長さのタングステン素線が用いられコイルの有効発光長部分の体積VWも同一として、仮想筒状体部Cの体積VCを従来品より小さくしてある。
【0049】
すなわち、本発明品は1stコイル51や2ndコイル52のピッチ間隔P1、P2やコイル部の内径MD1、MD2や外径D1、D2などの巻回条件、ここではCL2、D2、MD1、P1、P2などを調整して、仮想筒状体部Cの体積VCを変えてある。
【0050】
また、バルブ1内には少量のCH2 Br2 やCH3 Brなどのハロゲン化物およびアルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)と窒素(N2 )とを混合したガスが常温(25℃)で約1.5×105 Pa(パスカル)封入してある。
【0051】
また、バルブ1の外表面の周囲部分には、可視光透過赤外線反射膜(以下、赤反膜と称する。)6が形成してある。この赤反膜6は、図3にその一部を拡大して示すようにバルブ1のガラス面に高屈折率層膜6H,…を作る二酸化チタン(TiO2 )と低屈折率層膜6L,…を作る二酸化ケイ素(SiO2 )とを交互に繰り返えし所定層積層した多層光干渉膜からなる。
【0052】
また、図示していないが、バルブ1の端部の圧潰封止部2を覆うようにステアタイトやコージライトなどのセラミック製の筒状の本体部および金属シェルやアイレット、端子ピンなどの導電部を備えた口金が耐熱性の接着剤を介し接合されているとともに金属シェルおよびアイレット部に外部リード線が電気的に接続されている。
【0053】
このような構成の電球L1を点灯すると、フィラメント5は発熱して可視光とともに大量の赤外線を放射し、フィラメント5から放射した光のうち可視光の殆どはバルブ1および赤反膜6を透過してバルブ1外方へと放射される。また、フィラメント5は回転楕円形状をなすバルブ1の2焦点間を結ぶバルブ1のほぼ中心軸線上に沿って配設してあるので、フィラメント5から放射した780〜1500nmの波長域はもとより2000nm位までの赤外線を、回転楕円形面に形成してある赤反膜6で反射して効率よくフィラメント5に戻し、(この赤外線のフィラメント5からの放射と赤反膜6での反射は反復行われる。)フィラメント5を再加熱して発光をより高くし、この結果フィラメント5からの可視光放射が増して、発光効率を向上できる。
【0054】
そして、本発明に係わる電球L1は、コイル状フィラメント5の両端側の発光にあまり寄与しないレグ部5L,5Lを除く、二重コイル(2ndコイル)52部分の有効発光長部分である仮想筒状体部体積VC中に占めるタングステン素線の体積VWの比率Y(VW/VC=1.29/18.0×100%)は約7.17%で従来品(VW/VC=1.29/21.7×100%=5.94%)より約1.2%増やしてある。
【0055】
要するに、フィラメント5から放射されてバルブ1表面の赤反膜6で反射した赤外線が、フィラメント5方向に戻り一部は素線に入射し、残りの一部はコイルピッチ間を透過して反対側のバルブ1面に向かっていたのを、本発明ではコイルピッチを密にすることによってピッチ間を透過する赤外線の量を減らして素線に当たり入射する量が多くなるようにしたもので、フィラメント5の赤外線吸収率を高めることができた。その結果、本発明の電球L1は従来品に比べ寿命を同一(3000時間)とした場合、光束(Lm)が約5%、効率(Lm/W)が約5%向上できることが確認できた。また、バルブ1言い換えると電球L1の小形化がはかれた。
【0056】
なお、図1に示すものと略同一の形状を有する回転楕円形状のバルブ1を用いた他の品種の電球について、上記実施の形態と同様に二重コイル(2ndコイル)部分の有効発光長部分である仮想筒状体部体積VC中に占めるタングステン素線の体積VWの比率Y((VW/VC)×100%)を変えた結果を下記表1に示す。
【0057】
【表1】
表1に本発明品と従来品とを対比して示したが、二重コイル(2ndコイル)部分の有効発光長部分である仮想筒状体部体積VC中に占めるタングステン素線の体積VWの比率Y((VW/VC)×100%)は、単なる平面の比率ではなく断面円形でかつ巻回したものであるため各品種とも揃ったほぼ同一値とはならずフィラメントを構成するタングステン素線のMg(=線径)によって、その範囲は変わり本発明者らの実験によれば、図4に示す勾配線が描かれる。この図4において、横軸はMg(mg/200mm)を、縦軸は仮想筒状体部体積VC中に占めるタングステン素線の体積VWの比率Y((VW/VC)×100%)を対比して示すグラフである。
【0058】
そして、この勾配線から算出された下記数式(数式1)の範囲内にあれば、他の定格品種の電球でも同様に発光効率の向上できることが確認できた。また、実用的には下限YLは(数式2)以上であればよいが、ばらつきなどを考慮すると下限YSは(数式3)以上が好ましく、また、上限は密ピッチ傾向となりターン間のショートなどを考慮すると上限YUは(数式4)以下がよかった。
【0059】
(5/9)Mg+2≦Y≦(5/9)Mg+8.2 ……(数1)
(5/9)Mg+2≦YL ………(数式2)
(5/9)Mg+2.5≦YS ……(数式3)
(5/9)Mg+8.2≧YU ……(数式4)
また、上述したように、回転楕円形状を有するバルブ内の2焦点間を結ぶ線上にフィラメントを配設すれば、バルブ表面に形成した赤反膜により反射された赤外線はフィラメントに効率よく戻り、発光効率を向上することができるが、本発明者等が究明したところによれば、さらにバルブの大きさやフィラメント各部のディメンションを規制することにより発光効率を高められることが分かった。
【0060】
すなわち、バルブの大小を問わずバルブ内の2焦点間を結ぶ線上にフィラメントを配設すれば、理論上はバルブ表面に形成した赤反膜からフィラメントに戻る赤外線の帰還率はほぼ同じである。しかし、バルブを小形化しこのバルブに似合ったフィラメントとすると、大形のバルブを用いた場合より発光効率が高まった。
【0061】
これは、バルブを小形化すれば内容積および2焦点間の間隔が小さくなるとともにフィラメントもその長さCL2やピッチP2が小さくなり、狭小部分に密ピッチのフィラメントが配置される結果と推測される。
【0062】
また、二重コイル状に巻回したフィラメント5の仮想筒状体部Cの体積VCに対し回転楕円形状をなすバルブ1の内容積VBが大きいことおよびフィラメント5の外径D2に対しバルブ1の内径DBが大きいことは、フィラメント5とバルブ1との間隔が離れていて、フィラメント5の発光熱がバルブ1に伝り難く温度上昇が抑制され発光特性を高められないことなどのことから、下記条件を規制することによって、さらにの特性の向上と小形化をはかることができた。
【0063】
すなわち、フィラメント5の仮想筒状体部Cの体積VCmm3 に対するバルブ1の大きさを示す内容積VBmm3 (VB/VC)、タングステン素線の密度比(VC/VW)に対する上記(VB/VC)の比率(VC/VW)/(VB/VC)およびフィラメント5の外径D2mmに対するバルブ1の内径DBmm(DB/D2)を規制した。
【0064】
ここでフィラメント5は、上記100V(90〜110V)10〜150W(0.1〜1.5A)程度の電球に用いられる、Mgが3.0〜15のタングステン素線(素線径に換算すると約0.032〜0.070mm)で形成し、このフィラメント5を小形化した回転楕円形状をなすバルブ1内に封装しハロゲン電球を製作した。なお、使用したフィラメント5のディメンションは表1に示すものを用いた。
【0065】
下記表2に本発明品と従来品とを対比して示す。表1および2中の左端のNo(番号)は共通した同一のものである。
【0066】
【表2】
表2中、VBはバルブの内容積mm3 、DBはバルブの内径mmを示す。
【0067】
そして、上記表2の結果から、
VB/VC≦40 ……(数式5)
(VB/VC)/(VC/VW)≦2.5 ……(数式6)
DB/D2≦6.5 ……(数式7)
を満足すれば、さらに発光効率を向上できるとともにバルブの小形化がはかれた。
【0068】
そして、上記数式5のフィラメント5の体積に対するバルブ1の内容積を規制するVB/VC値は小さいほどよく40を超える場合は、フィラメントの温度分布が高温部と低温部との温度差が顕著になり、温度勾配が原因となる断線やホットスポットの発生による短寿命やバルブの中心軸に対するコイル状フィラメントの軸ずれの影響が大きくなる。また、実験的にも赤外線がフィラメントに帰還するまでのバルブへの反射回数が多くなるなどの理由で好ましくなく、そのほか、コイル状部が占める仮想筒状体部の全体積に対するバルブの大きさを示す指数VB/VCは小さい方が効率アップすることが確認されている。
【0069】
また、この下限値は10程度で、これより小さくなると物理的に電球の製造が困難になるとともにバルブの表面温度が900℃以上に達し、石英ガラスが結晶化して脆化するなどの理由で好ましくない。
【0070】
また、上記数式6のタングステン素線の密度比(VC/VW)に対する上記(VB/VC)の比率(VC/VW)/(VB/VC)は、コイル状部に対するバルブの大きさを示す指数と、コイルの密巻き度を示す指数との相対関係を表し、この(VC/VW)/(VB/VC)値が2.5を超える場合は、赤外線のフィラメントへの帰還率が低下し、また、バルブ中心軸に対するコイル状フィラメントの偏心の影響が大きくなる。そのほか、実験結果からみても好ましくない。
【0071】
また、この下限値は1.0程度で、これより小さくなると、コイル状フィラメントにホットスポットが発生し易くなったり、バルブ表面の温度が異常に上昇し、石英ガラスが結晶化して脆化するなど好ましくない。
【0072】
さらに、上記数式7のフィラメントのコイル状部外径に対するバルブ1の内径を規制するDB/D2は、バルブの内径に対するコイルの外径の比を示し、このDB/D2値が6.5を超える場合は、バルブの中心軸に対するコイル状フィラメントの偏心ずれの影響が大きくなったり、フィラメントへの赤外線帰還率が低下するなどの理由で好ましくない。また、この下限値は3.0程度で、これより小さいとバルブ表面の温度が異常に上昇し、石英ガラスが結晶化して脆化するなど好ましくない。
【0073】
なお、この可視光透過赤外線反射膜付きのハロゲン電球について、たとえばR,S,Bergmanが‘COMPACT QUARTS HALOGEN LAMPSWITH INFRARED FILTER’ FIFTH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON THE SCIENCE AND TECHNOLOGY OF LIGHT SOURCE に、コイル状フィラメントが吸収する赤外エネルギーFを高めれば、発光効率が向上することが記載されている。すなわち、
F=a・G・R/(1ー(1ーa)・G・R)
F:フィラメントが吸収する赤外エネルギー
G:形状係数(gain factor)
R:平均赤外線反射率
a:フィラメントによる赤外吸収率
したがって、上式によればフィラメントが吸収する赤外エネルギーFはG・R・aによって決定される。上記Gはバルブとフィラメントの形状によって決定される。また、Rはバルブに形成される赤外線反射膜によって決定される。さらに、aは通常定数として扱われており0.4程度とされる。
【0074】
そして、本発明もフィラメントによる赤外吸収エネルギーFを高められるもので、この論理に矛盾するものではない。
【0075】
また、上記の可視光透過赤外線反射膜(赤反膜)6の形成は、たとえば以下に述べる浸漬法により行うことができる。まず、バルブ1内にフィラメント5を封装して排気し、ハロゲンおよび不活性ガスなどを封入した電球を用意する。また別途に、高屈折率層6H,…を形成する物質としてはたとえばテトライソプロピルチタネートなどの有機チタン化合物をアセチルアセトン、ポリエチレングリコールに反応させエタノール系の溶剤に溶かしたチタン含有量が2〜10重量%、粘度約2.0cpsに調整したチタン溶液と、低屈折率層6L,…を形成する物質としてたとえばエチルシリケート重合体などの有機けい素化合物を有機溶剤に溶かし、けい素含有量が2〜10重量%、粘度約1.0cpsに調整したけい素溶液とを用意する。
【0076】
まず、上記電球のバルブ1を、恒温恒湿の雰囲気中で排気管4側から上記のチタン溶液中に封止部2側近くまでを浸漬して所定速度で引き上げ、乾燥後空気中約800℃(700〜900℃)で約10分間焼成して第1層目の酸化チタン(TiO2 )膜からなる高屈折率層6Hを形成する。
【0077】
つぎに、この第1層目の酸化チタン(TiO2 )膜からなる高屈折率層6Hを形成したバルブ1を恒温恒湿の雰囲気中で上記のけい素溶液中に浸漬して所定速度で引き上げ、乾燥後空気中約800℃(700〜900℃)で約10分間焼成して第1層目の酸化けい素(SiO2 )膜からなる低屈折率層6Lを形成する。以下、上記と同様にして第3層目以降の高屈折率層6H、低屈折率層6Lを交互に積層して、ここでは全部でたとえば計8層形成して赤反膜6を得ることができる。
【0078】
また、この可視光透過赤外線反射膜(赤反膜)6の形成は、浸漬法に限らず真空蒸着、PVD、CVD、イオンプレーティングなどの方法によるものであってもよい。また、被膜形成材料も酸化チタン(TiO2 )、酸化けい素(SiO2 )に限らない。
【0082】
また、バルブの形状は回転楕円形状部に、円筒形状、球形状、回転放物面形状や回転長円形体などの形状を少なくとも一部に備えた複合形状を成すものであってもよい。また、焦点を有するバルブの場合は、この焦点を通りフィラメントを配設すれば、効率よく赤外線をフィラメントに帰還させることができる。
【0083】
また、図5は本発明の第2の実施の形態を示す反射鏡付(ハロゲン)電球RLで、電球L1は図1ないし図3に記載のものと同じものなので、図1〜図3と同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
【0084】
図5中、8は硬質ガラス、耐熱性合成樹脂や金属体などで形成された回転放物面、回転楕円面などの形状の反射面を有する反射鏡で、内面にはアルミニウム、クローム、銀などからなる光・熱反射膜81あるいはダイクロイック膜などの可視光反射赤外線透過膜81が形成され、その中央背面の基部82には上記電球L1の圧潰封止部2が収容される透孔(図示しない。)を有している。そして、この透孔内に電球L1の圧潰封止部2が置かれた状態でシリコン系などの耐熱性接着剤が注入され、反射面81に対するフィラメント5位置の焦点合わせが終了したらこの接着剤を固化して、両者を一体化している。
【0085】
そして、この図5の反射鏡付電球RLを点灯すると、ハロゲン電球L1は上記実施の形態と同様の光放射作用を奏し、反射鏡8と一体化されていることから光放射特性も一段と向上でき、さらに高い発光効率を得ることができる。なお、この反射鏡付電球RLにおいては、反射鏡8の前方開口部を覆うようにレンズなどの制光体83や保護のためにカバー部材を設けることは構わない。
【0086】
また、図6は本発明の第3の実施の形態を示す照明器具9である。この図6中、91は天井面などに取着される基台、92は支持ポール、93はポール92の先端に回動自在に取付けられた自在継手、94はこの自在継手が設けられた器具本体、95は器具本体の前方開口部内に設けられた反射体で、この反射体95の部分にはソケット(図示しない。)が配設され、このソケット(図示しない。)にハロゲン電球L1の口金を装着することにより照明器具9が構成される。
【0087】
そして、この図6に示す照明器具9に装着した電球L1を点灯すると、電球L1は上記実施の形態と同様の作用を奏し、高い光放射特性が得られる照明器具9を提供することができる。なお、この照明器具9においては、制光や保護のために反射体95の前方開口部を覆うようにカバー部材を設けることは構わない。また、第2の実施の形態に示す反射鏡付電球RLをソケット(図示しない。)に装着して使用することも構わない。
【0088】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、フィラメントから放射されてバルブ表面の赤反膜で反射した赤外線の、フィラメントへの帰還率を上げ赤外線の吸収率を高めることができた。その結果、従来品に比べ寿命を同一(3000時間)とした場合、光束(Lm)が約5%、効率(Lm/W)が約5%向上するとともにバルブの小形化がはかれたハロゲン電球を提供できる。
【0089】
請求項2の発明によれば、バルブを小形化して、ハロゲン電球の小形化がはかれる。
【0090】
請求項3の発明によれば、100V(90〜110V)級0〜150W程度の比較的低出力のハロゲン電球に適用して電球の小形化がはかれる。
【0091】
請求項4および5の発明によれば、コイル状フィラメントの%ピッチおよび%マンドレルを数値規制することにより上記請求項1に記載したと同様な効果を奏する。
【0093】
請求項6の発明によれば、上記請求項1ないし5に記載の効果を奏する電球が設けてあるので、発光特性の向上した反射鏡付き電球を提供できる。
【0094】
請求項7の発明によれば、上記請求項1ないし6に記載の効果を奏する電球が設けてあるので、発光特性の向上した照明器具を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示すハロゲン電球の正面図である。
【図2】コイル状フィラメントを拡大して示す説明図である。
【図3】バルブの表面に形成した多層光干渉膜からなる可視光透過赤外線反射膜の一部を拡大して示す断面図である。
【図4】横軸はフィラメントのMg(mg/200mm)を、縦軸は仮想筒状体部体積V中に占めるタングステン素線の体積Vwの比率Y((Vw/V)×100%)を対比して示すグラフである。
【図5】 本発明の第2の実施の形態を示す反射鏡付きハロゲン電球の一部断面正面図である。
【図6】 本発明の第3の実施の形態を示す照明器具の斜視図である。
【符号の説明】
L1:電球(ハロゲン電球)
RL:反射鏡付電球(反射鏡付ハロゲン電球)
1:バルブ
2:圧潰封止部
3:導入部材
32:内部リード線
5:コイル状フィラメント
C:仮想筒状体部
5L:レグ部
6:可視光透過赤外線反射膜(赤反膜)
8:反射鏡
81:反射面
82:基部
9:照明器具
94:器具本体
Claims (7)
- 透光性の気密容器を構成する、端部に封止部が形成された回転楕円形部を有するバルブと;
このバルブの表面に形成された可視光透過赤外線反射膜と;
上記バルブ内に封入された不活性ガスおよびハロゲン化物と;
上記バルブの封止部に気密封着された導入部材と;
この導入部材に継線して上記バルブの焦点間を結ぶバルブのほぼ中心軸線上に配設された二重コイル状のフィラメントとを備え;
上記バルブの内容積をVBmm 3 、内径をDBmmとし、コイル状フィラメントの巻回したタングステン素線部分およびこの線間の空間を含むコイル状部が占める仮想筒状体部の全体積をVCmm 3 、このコイル状に巻回したタングステン素線部分が占める体積をVWmm 3 、二重コイルの外径をD2mmとしたとき、 VB/VC≦40
(VB/VC)/(VC/VW)≦2.5
DB/D2≦6.5
の関係にあることを特徴とするハロゲン電球。 - 上記回転楕円形部を有するバルブの内径DBが、10mm以下であることを特徴とする請求項1に記載のハロゲン電球。
- コイル状フィラメントを形成するタングステン素線のMgが3.0〜15の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載のハロゲン電球。
- コイル状フィラメントの単コイル部のピッチ間隔P1とタングステン素線外径WDとの比率(%ピッチ)P1/WD×100%が110〜220%で、かつ、二重コイル部のピッチ間隔P2と単コイル外径D1との比率(%ピッチ)P2/D1×100%が110〜220%であることを特徴とする請求項1に記載のハロゲン電球。
- コイル状フィラメントの単コイル部の内径MD1とタングステン素線径WDとの比率(%マンドレル)MD1/WD×100%が250〜700%で、かつ、二重コイル部の内径MD2と単コイル外径D1との比率(%マンドレル)MD2/D1×100%が150〜250%であることを特徴とする請求項1に記載のハロゲン電球。
- 基部を有する反射鏡と;
この反射鏡の基部内に配設された請求項1ないし5のいずれか一に記載のハロゲン電球と;
を具備していることを特徴とする反射鏡付き電球。 - 器具本体と;
器具本体に配設されたソケットと;
このソケットに装着された請求項1ないし5のいずれか一に記載のハロゲン電球または請求項6に記載の反射鏡付き電球と;
を具備していることを特徴とする照明器具。
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