JP4197035B2 - 管球、反射鏡付き管球および照明装置 - Google Patents
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Description
当該ハロゲン電球に対して、更なる集光効率の向上が求められている。ここでいう「集光効率」とは、電力当たりの照度[lx/W]を示している。
さらに、管球に対して寿命の延長が望まれている。
上記の制約の下で集光効率ならびに中心照度の向上を図るべく、以下の発明がなされている。
さらに、一般的に定格電圧100[V]以上のハロゲン電球においては、フィラメント体をコンパクトにして点光源に近づけるための他の手段として二重巻きコイルをフィラメント体として用いることが多く、さらに一層のコンパクト化を図るために、三重巻きコイルをフィラメント体として用いたものが提案されている(例えば特許文献3参照)。
上記3つのフィラメント要素は、それぞれが一重巻きされたコイルで、上記反射鏡の光軸上に1本が配され、上記中央フィラメント要素の軸に平行な軸上に残りのコイルの1本以上が配され、上記3つのフィラメント要素の各々は、巻き軸方向から見たときの輪郭が略円形とは異なるように成形されていて、前記3つのフィラメント要素は、それぞれの巻き軸が同一平面上に配されるように前記バルブ内に設けられてなる構成とした。
上記輪郭が長方形、略トラック形あるいは長円形であれば、さらに製造容易となって、好ましく、特に、略トラック形あるいは長円形は、従来からフィラメント要素を作製するのに用いられる芯線を用いて作製することができ、よりいっそう製造容易となって、好ましい。
上記反射鏡が、その反射面が回転楕円体外周面状あるいは回転放物面状であり、開口内径が30[mm]以上100[mm]以下であれば、ビーム角を7.5度以上12.5度以下、所謂、狭角に調整することが容易となり、好ましい。
上記管球を、反射鏡を備えた照明器具に組み込んでも、上記効果が同様に得られる。
以下、参考形態について、それぞれ図面を用いて説明する。
図1は、参考形態1において、ハロゲン電球が反射鏡を備えた照明器具に組み込まれてなる照明装置の一部を切り欠いた概略構成図である。
図1に示すように、第1の参考形態である照明装置110は、一例として主にスポットライト等の一般照明用であって、開口部111から光が出射され、かつ内部に反射鏡112が収納されている円筒状の照明器具113と、反射鏡112内に組み込まれた定格電力65[W](定格電圧110[V])のハロゲン電球114とを備えている。
ハロゲン電球114のバルブ115の長手方向の中心軸X6と反射鏡112の光軸Y6とは、略同一軸上に位置している。
照明器具113の底部には、ハロゲン電球114の口金116(図2参照)が取り付けられる受け具(図示せず)が設けられている。
また、照明器具113自体は円筒状に限らず、公知の種々の形状のものを使用することができる。
図2は、参考形態1において、照明装置に組み込み予定のハロゲン電球の一部を切り欠いた概略構成図である。
バルブ115には、封止切りの残痕であるチップオフ部122、略回転楕円体形状の発光部123、縮径部124、略円筒状の筒部125および公知のピンチシール法によって形成された封止部120がそれぞれ順次連なるように形成されている。このバルブ115の外面のうち、チップオフ部122、発光部123および縮径部124の外面には、可視光透過赤外線反射膜126が形成されている。
なお、バルブ115の形状としてはチップオフ部122、略回転楕円体形状の発光部123、縮径部124、筒部125および封止部120がそれぞれ順次連なって形成されたものに限らず、チップオフ部(場合によっては無い場合もある)、略回転楕円体形状の発光部、縮径部および封止部が順次連なって形成されたバルブや、チップオフ部(場合によっては無い場合もある)、略回転楕円体形状の発光部および封止部が順次連なって形成されたバルブ、またはチップオフ部(場合によっては無い場合もある)、略円筒形状の発光部および封止部が順次連なって形成されたバルブ等の公知の種々の形状のバルブを用いることができる。もちろん、発光部の形状として上記した略回転楕円体形状に代えて、略球形状のものや略複合楕円体形状のものも用いることができる。
各フィラメント要素(コイル)131,132,133,134は、いずれもタングステン製であり、かつ略直線状に真っ直ぐ伸びた一重巻きコイルであって、その長手方向から見たときの輪郭が略円形形状とは異なる形状、好ましくは扁平形状、例えば長方形状、あるいは曲線部が外側に向くように互いに対向する2つの半円部とそれらをつなぐ平行な2つの直線部とからなる略トラック形状(長円形状)を有している。
ただし、ここで言う「略円形形状」とは、真円を含むのはもちろんのこと、製造上のばらつきや加工の精度等によって真円からは多少その形状がくずれてしまった真円に近い円も含むことを意味している。つまり、「略円形形状とは異なる形状」とは、真円あるいは上記真円に近い円とは異なるようにしている形状を意味している。また、「略直線状に真っ直ぐ伸びた」とは、芯線に巻き付けた後のコイルを積極的に曲げてはいないという意味であって、製造上の加工ばらつきや加工の精度等によって曲がってしまった場合も含むものとする。もっとも、ここで言う略直線状に真っ直ぐ伸びた一重巻きコイルとは、単に略直線状に真っ直ぐに巻いた一重巻きコイルを含むことはもちろんのこと、例えばその一重巻きコイルを、そのコイルの長手方向の中心軸を回転軸としてねじったもの等も含むものとする。
すなわち、図4に示すとおり各々のフィラメント要素(コイル)131,132,133,134の一端面は略同一平面上にある。また、フィラメント要素(コイル)131,132,133,134のコイル長Ls4が全て同じであるために、各々のフィラメント要素(コイル)131,132,133,134の他端面も略同一平面上にある。特に、フィラメント要素(コイル)131,132,133,134の端面のうち、封止部120とは反対側の端面は、それぞれ略同一平面上に位置していることが好ましい。これにより、各フィラメント要素(コイル)131,132,133,134によって照射される照射面への照度を一様にし、均一な配光曲線を得ることができる。
《参考形態1におけるハロゲン電球が装着された照明装置の効果》
以上のとおり第1の参考形態にかかる照明装置110の構成によれば、第一に一重巻きコイルを用いているので、多重巻きコイルに比べて耐振動性を高くすることができ、ピッチを多重巻きコイルのピッチに比して十分に小さくすることができるとともに、第二に一重巻きコイルを分割して複数化し、しかもコイル(フィラメント要素)131,132,133,134を長手方向から見た輪郭が略円形形状とは異なる輪郭、好ましくは扁平形状、例えば長方形状、略トラック形状(長円形状)となるようにしているので、フィラメント要素(コイル)131,132,133,134の軸方向長さLs4すなわちフィラメント体127の長手方向の長さを短縮化することができる。その結果、反射鏡112内における中心照度寄与領域内に存在するフィラメント体127の割合を増加させることができ、集光効率を向上させることができる。
<評価試験>
次に、第1の参考形態である照明装置110の作用効果を確認するための評価試験を行った。ただし、試験を簡素化するために、照明装置そのものではなく、ハロゲン電球114(以下、単に「参考品A」という)単体を公知の反射鏡付きハロゲン電球(松下電器産業株式会社製、品番:JDR110V65WKN/5E11)の反射鏡(前面ガラス含む)(狭角タイプ)、また別の公知の反射鏡付きハロゲン電球(松下電器産業株式会社製、品番:JDR110V65WKM/5E11)の反射鏡(前面ガラス含む)(中角タイプ)、さらに別の公知の反射鏡付きハロゲン電球(松下電器産業株式会社製、品番:JDR110V65WKW/5E11)の反射鏡(前面ガラス含む)(広角タイプ)にそれぞれ組み込んだものを用いて評価試験を行った。
実験の結果、参考品Aでは中心照度が狭角タイプで9390[lx]、中角タイプで5092[lx]、広角タイプで2072[lx]であったのに対して、比較品Aでは中心照度が狭角タイプで5587[lx]、中角タイプで3005[lx]、広角タイプで1421[lx]であった。
なお、参考品Aのビーム角は、それぞれのビーム角のタイプにおいて比較品Aとほぼ同じであった。
ここで、本比較においては、参考品Aと比較品Aのハロゲン電球を同一の電力(65[W])で点灯させたので、上記照度の向上率は、集光効率[lx/W]の向上率と一致する。すなわち、参考品Aが比較品Aに対して集光効率の向上を実現したことが確認された。
(実施の形態1)
実施の形態1の照明装置では、フィラメント体の構成が参考形態1と異なるのみであるので、その他の説明は省略する。
《実施の形態1におけるハロゲン電球を装着した照明装置の効果》
実施の形態1にかかる照明装置では、参考形態1に比べると、フィラメント体136において反射鏡112の光軸Y6(バルブ115の中心軸X6)上のフィラメント要素(コイル)131とその軸同士が平行なフィラメント要素(コイル)の数が減っているので、反射鏡112の光軸Y6(バルブ115の中心軸X6)上のフィラメント要素(コイル)131から出射された光を、フィラメント要素(コイル)131の周囲に配されたフィラメント要素(コイル)によって当該光が遮られることなく、中心照度の向上に寄与させることができ、集光効率を向上させることができる。
そのうえ、実施の形態1における照明装置では、各フィラメント要素(コイル)131,132,133の軸が同一平面上に配されるように、バルブ115内に設けられているので、照射面における配光の均一化を図ることができる。
{中心照度(集光効率)比較試験}
本発明の第1の実施の形態であるフィラメント体136を備えた照明装置110の中心照度が、参考形態1のフィラメント体126を備えた照明装置110のそれに比べて、向上していることを確認するために比較試験を行った。
(フィラメント要素(コイル)の寸法)
コイル素線径:0.053[mm]
コイル素線長:463[mm]
コイル全長:5.5[mm]
コイルピッチ(コイル素線中心軸間距離):0.074[mm]
コイル断面輪郭:略トラック状(長円状)
コイル最大幅(Wmax):1.0[mm]
コイル最小幅(Wmin):0.5[mm]
(実施例1) 実施例1のフィラメント体は、上記フィラメント要素(コイル)を3本備えており、各フィラメント要素(コイル)は、実施の形態1で示したように配され、かつ長さが5.5[mm]になっている。
(試験内容)
実施例1のフィラメント体および比較例1のフィラメント体のそれぞれに対し、以下の条件下で反射鏡の光軸に配されたフィラメント要素(以下、「中央フィラメント要素」という。)を固定し、中央フィラメント要素を囲うように林立するフィラメント要素(以下、「周辺フィラメント要素」という。)と中央フィラメント要素との軸間距離を変動させ、それに伴って中心照度がどのように変化するかシミュレーション試験を行った。
(その他の試験条件)
定格電力:65[w]
定格電圧:110[V]
ランプ光束:1100[lm]
反射鏡外径:50[mm](反射鏡開口径:41[mm])
反射鏡のタイプ:狭角タイプ(ビーム角:10[°]、誤差許容範囲:±2.5[°])
(試験結果)
シミュレーション試験の結果を図9に示す。図9に示すように、実施例1および比較例1のそれぞれにおいて、従来のフィラメント体が用いられたハロゲン電球に比べて中心照度の大きい上記軸間距離が存在することが確認でき、なおかつ、実施例1と比較例1とを比べると実施例1の中心照度が比較例1のそれより大きいことが確認できた。
上記試験結果から、中央フィラメント要素から発せられる光束が周辺フィラメント要素に遮蔽されたために、周辺フィラメント要素の数が実施例1より多い比較例1において、中心照度が実施例1のそれに比べて低くなったと考えられる。
したがって、フィラメント体において、反射鏡の光軸に中央フィラメント要素が配され、その周囲に周辺フィラメント要素が配された構成を採用するとき、周辺フィラメント要素の数を増加させるに伴い、中心照度が低下傾向を示すと考えられる。
実施の形態1のフィラメント体136において、中心照度を最も高くすることが可能な、中央フィラメント要素と周辺フィラメント要素との間隙を確認するために、シミュレーション試験および実測試験の両方の評価試験を行った。
フィラメント要素の寸法やその他の試験条件は、上記評価試験と同じであるので、説明を省略する。
上記評価試験において用いられた実施例1のフィラメント体を備えたハロゲン電球において、中央フィラメント要素と周辺フィラメント要素との間隙を変動させ、それに伴って変化する中心照度を測定し、最も高い中心照度の得られる最適間隙を探るべくシミュレーション試験を行った。
シミュレーション試験の結果を図10に示す。図10に示すように、フィラメント要素どうしの間隙が0.015[mm]では、従来のフィラメント体を備えたハロゲン電球と比べて低いが、当該間隙が0.02[mm]から0.1[mm]までの間において、従来のものに比べて中心照度が増大し、かつ間隙の増大に伴って中心照度が上昇し、フィラメント要素同士の間隙が0.1[mm]から0.2[mm]の間において、中心照度が最大となり、フィラメント要素どうしの間隙が0.2[mm]以上では、当該間隙が大きくなるにしたがって、中心照度が低下し、したがって、フィラメント要素どうしの間隙が0.02[mm]以上1.3[mm]以下で従来のフィラメント体を備えたハロゲン電球に比べて中心照度が大きくなることが確認できた。
フィラメント要素どうしの間隙がかぎりなく0[mm]に近いと、各コイルから発せられた光が各コイルに遮られてしまうために、中心照度が従来のものに比べて低下したと考えられる。そして、フィラメント要素どうしの間隙が0.1[mm]以上0.2[mm]以下で中心照度が最大となるのは、当該間隙の場合に上記中心照度寄与領域にフィラメント体の存在する割合が最も高くなると考えられ、当該間隙が0.2[mm]を超えると、当該中心照度寄与領域にフィラメント体の存在する割合が徐々に減り、その結果、当該間隙が1.3[mm]を越えた時点で、従来のものに比べて中心照度が低くなったと考えられる。
(実測試験の内容)
上記評価試験において用いられた実施例1のフィラメント体を備えたハロゲン電球において、中央フィラメント要素と周辺フィラメント要素との間隙を変動させ、それに伴って変化する中心照度を測定し、最も高い中心照度の得られる最適間隙を探るべく実測試験を行った。同時に、所望のビーム角が得られる最適間隙を探るべく、上記間隙を変動させながら、それに伴って変化するビーム角を実際に測定した。
比較試験では、サンプルのフィラメント体はいずれも、素線径が0.053[mm]、素線長さが463[mm]、そのピッチが0.074[mm]に設定され、タングステンを巻いてなるフィラメント要素を備えており、当該フィラメント要素では、その軸に垂直な平面において、輪郭は略トラック形状(長円形状)であり、上述した最大幅Wmaxが1[mm]、最小幅Wminが0.5[mm]に設定されている。
フィラメント要素同士の間隙と中心照度との関係を示した実測試験の結果を図11に、フィラメント要素同士の間隙とビーム角との関係を示した実測試験の結果を図12に示す。
図11から分かるように、当該間隙が0.3[mm]未満では、フィラメント要素どうしにおいて、アーク放電が発生し、また、短絡が発生したため、中心照度を測定することができず、当該間隙が0.3[mm]以上1.25[mm]未満では、中心照度が従来のものに比べて増大し、当該間隙が1.25[mm]以上では、中心照度が従来のものに比べて低くなった。
上記試験結果から、定格電圧等の制約下では、設定したビーム角の規格(7.5度以上12.5度以下)を満たし、中心照度の増大、集光効率の向上を図るために、上記間隙は0.3[mm]以上0.75[mm]以下に設定されることが望ましい。なお、上記設定した規格(7.5度以上12.5度以下)を超えて、一般に中角タイプと呼ばれるビーム角の下限以下でも良いとするなら、上記間隙を0.3[mm]以上1.1[mm]以下に設定しても良い。
実施の形態1におけるフィラメント体136の構成によって、中心照度の増大および配光の均一化を図ることができることを確認するための評価試験を行った。
コイルの素線径、コイルの素線長、その他の条件は、中心照度(集光効率)比較試験で示したとおりであるので、ここでは説明を省略する。
図13は、当該評価試験で用いられた各サンプルについて、コイル軸に垂直な平面におけるコイル配置を模式的に示した概略構成図である。
(比較例1) 図13(a)は、比較例1のフィラメント体を、二次コイルの軸に垂直な平面において切断した概略断面図である。図13(a)に示すように、比較例1のフィラメント体は、所謂2重巻きコイルであり、詳細には、フィラメント体を螺旋状に巻いてなる1次コイルがさらに巻かれて2次コイルを形成している。
上記各サンプルを既述の条件で点灯させ、光源から1[m]離れた照射面における中心照度を測定し、比較例1の中心照度を基準とした各サンプルの照度比を求め、そして、図13で示したX軸、Y軸に対応した照射面でのそれらにおけるビーム角を測定し、その測定結果から照射面における配光の均一化を評価した。なお、評価基準は以下のとおりである。すなわち、X軸,Y軸におけるビーム角が7.5度以上12.5度以下であり、なおかつX軸およびY軸のうちいずれか一方におけるビーム角を基準にして他方のビーム角との差を算出したとき、当該差が、狭いほうのビーム角の10%以下である場合に照射面における配光の均一性が良いと判定した。
そして、比較例4のサンプルでは、比較例1のサンプルに比べて中心照度が増大しているが(照度比にして40%増)、X軸のビーム角が7.5度を下回り、Y軸のそれに比べて小さく、照射面において、配光がいびつで、同心円には程遠く、配光の均一化を図れていない。
また、実施例1のサンプルでは、X軸のビーム角とY軸のそれとが大差なく、かついずれのビーム角も7.5度以上12.5度以下の範囲に収まり、所望の狭いビーム角が得られるとともに中心照度が参考例1に比べて大きく、配光の均一化をよりいっそう図ることができる。
(考察)
上記結果および考察から、実施例1のサンプルでは、参考例1のサンプルに比べて周辺フィラメント要素(コイル)の数を減らしたことによって、中心フィラメント要素から発せられた光が周辺フィラメント要素に遮られることを抑制することができ、その結果、中心照度を増大させることができたと考えられる。
さらに、上記結果および考察から、実施例2のサンプルのように、フィラメント要素の巻き軸に垂直な平面での各フィラメント要素の略トラック(長円)状の輪郭において、最大幅を最小幅に比べて大きくするにしたがって、各フィラメント要素の巻き軸方向の長さを短縮することができ、それによって上記中心照度寄与領域にフィラメント体が存在する割合を増大させることができ、したがって、よりいっそう中心照度を増大させることができると考えられる。ただし、最大幅を最小幅に比べて大きくするにしたがって、耐衝撃性、耐振動性および寿命が低下傾向を示すと考えられるので、当該弊害を抑制できる限度において、最大幅を最小幅に比べて大きくすることがより好ましいと考えられる。
(実施の形態2)
図14は、実施の形態2における反射鏡付きハロゲン電球の概略断面図である。
反射鏡138は、硬質ガラスまたは石英ガラス等からなり、一端部に光を照射する開口部143を、他端部に筒状のネック部144をそれぞれ有し、内面に回転楕円面または回転放物面等からなる回転体の反射面145が形成されている。開口部143には、前面ガラス146が設けられ、かつ公知の止め金具(図示せず)によって固定されている。前面ガラス146の固定方法としては、止め金具に代えて公知の接着剤(図示せず)を用いたり、止め金具と接着剤とを併用したりすることもできる。もっとも、前面ガラス146は必ずしも設ける必要はない。
反射面145には、アルミニウムやクロム等の金属膜の他、二酸化ケイ素(SiO2)、二酸化チタン(TiO2)、フッ化マグネシウム(MgF)、硫化亜鉛(ZnS)等からなる多層干渉膜が形成されている。反射面145には必要に応じてファセットを形成してもよい。
次に、各コイル131,132,133,134の位置関係は、図4および図5に示すとおりである。
すなわち、図4に示すとおり各々のコイル131,132,133,134の一端面は略同一平面上にある。また、コイル131,132,133,134のコイル長Ls4が全て同じであるために、各々のコイル131,132,133,134の他端面も略同一平面上にある。特に、コイル131,132,133,134の端面のうち、封止部120とは反対側の端面は、それぞれ略同一平面上に位置していることが好ましい。これにより、各コイル131,132,133,134によって照射される照射面への照度を一様にし、均一な配光曲線を得ることができる。
(実施の形態3)
次に、本発明の第3の実施の形態である照明装置は、本発明の第2の実施の形態にかかる反射鏡付きハロゲン電球137が図1に示す第1の参考形態である照明装置110の照明器具113(反射鏡112を除く)に取り付けられている点を除いて第1の参考形態である照明装置110と同じ構成を有している。
(参考形態2)
以下、参考形態について、図面を用いて説明する。
本参考形態において、反射鏡2のミラー径φ1は、35[mm]以上100[mm]以下であれば良く、本参考形態では、50[mm]に設定している。
反射鏡2は、硬質ガラスまたは石英ガラス等からなり、一端部に光を照射する開口部5を、他端部に筒状のネック部6をそれぞれ有し、内面に回転楕円面または回転放物面等からなる反射面7が形成されている。反射面7には必要に応じてファセットを形成してもよい。
ネック部6の外側には、口金4がこのネック部6のほぼ半分を覆うように設けられ、接着剤9を介して固着されている。一方、ネック部6内には、後述するハロゲン電球3の封止部12が挿入され、同じく接着剤9を介して固着されている。
ハロゲン電球3は、封止切りの残痕であるチップオフ部10、略円筒状の発光部11、および公知のピンチシール法によって形成された封止部12がそれぞれ順次連なって形成された石英ガラスや硬質ガラス等からなるバルブ13と、発光体であるフィラメント体14、内部リード線15、金属箔16および外部リード線17がそれぞれ順次接続された組立体18とを有している。
発光部11内には、既述のフィラメント体14が配置されているとともに、ハロゲン物質と希ガスとがそれぞれ所定量封入されている。フィラメント体14の両端部には、例えばタングステン製の内部リード線15の一端部がそれぞれ接続されている。内部リード線15の他端部は、封止部12に封止されているモリブデン製の金属箔16を介して外部リード線17の一端部に接続されている。外部リード線17の他端部は、バルブ13の外部に導出しており、口金4の端子部分4a,4bにそれぞれ電気的に接続されている。
中央フィラメント要素19は、その長手方向の中心軸a1が反射鏡2の光軸Y1上に略位置している。周辺フィラメント要素20,21,22は、中央フィラメント要素19の周りに、その長手方向の中心軸b1,c1,d1が中央フィラメント要素19の長手方向の中心軸a1と略平行になるように配置されている。また、これら3つの周辺フィラメント要素20,21,22は、図17に示すように、各々の長手方向の中心軸b1,c1,d1と中央フィラメント要素19の長手方向の中心軸a1に対して垂直な任意の平面P1とが交わる交点をそれぞれ結んだ際、中央フィラメント要素19の長手方向の中心軸a1上の点を重心(「図心」)とする略正三角形を形成するように配列されている。つまり、中央フィラメント要素19と各々の周辺フィラメント要素20,21,22との間の距離D1は全て略等しく、かつある一つの周辺フィラメント要素20(21または22)とこれと隣り合う二つの周辺フィラメント要素21,22(20,22または20,21)との間の距離D2はそれぞれ略等しいことを意味している。
また、周辺フィラメント要素20,21,22もこれに準じており、各周辺フィラメント要素20,21,22は、それぞれ後述する反射鏡2内の点Fb1,Fc1,Fd1(図16では、点Fb1,Fc1のみを図示する)の位置を含み、かつ各周辺フィラメント要素20,21,22の中心軸b1,c1,d1上にある中心点B1,C1,D1(図16では、点B1,C1のみを図示する)が上記の点Fb1,Fc1,Fd1の位置よりも開口部5とは反対側に位置するように配置されている。ただし、点Fb1,Fc1,Fd1は、反射面7を形成している回転体の焦点F1の位置を含むとともに反射鏡2の光軸Y1に対して垂直に交わる平面Q1と、中心軸b1,c1,d1との交点をそれぞれ示す。一例として、焦点F1と中心点A1との間の距離は2.35[mm]であり、点Fb1,Fc1,Fd1と中心点B1,C1,D1との間の距離はそれぞれ1.21[mm]である。
このようなフィラメント体14は、中央フィラメント要素19および周辺フィラメント要素20,21,22が一つの円柱体内に収まり、この円柱体を、仮想的に中央フィラメント要素19および周辺フィラメント要素20,21,22を一体化した1つのフィラメントとしてみなすことができる。
まず、上記した定格電力65[W]の反射鏡付きハロゲン電球1について、中央フィラメント要素19のコイル長LC1、および周辺フィラメント要素20,21,22のコイル長LS1を表2に示すとおり種々変化させたものをそれぞれ5本ずつ作製した。そして、各々作製したものを定格電力で点灯させ、そのビーム角(度)および中心照度[lx]を調べたところ、表2および図18(LS1/LC1とビーム角との関係)に示すとおりの結果が得られた。また、代表的な配光曲線としてLS1/LC1=0.9の場合のものを図19に、LS1/LC1=0.6の場合のものを図20にそれぞれ示した。
また、表2中、「ビーム角」は5本のサンプルの平均値を示す。ビーム角は現在市販されているものの主流である10度(許容範囲:7.5度〜12.5度)を評価基準とした。
(参考形態3)
次に、第3の参考形態である照明装置は、例えばスポットライト等の一般照明として使用されるものであって、上記した第2の参考形態である定格電力65[W]の反射鏡付きハロゲン電球1が公知の種々の照明器具(図示せず)に取り付けられた構成を有している。
(参考形態4)
次に、第4の参考形態である照明装置は、例えばスポットライト等の一般照明として使用されるものであって、上記した第2の参考形態である定格電力65[W]の反射鏡付きハロゲン電球1に用いられているハロゲン電球3と、このハロゲン電球3の封止部12側の端部に取り付け可能な公知の種々の口金、例えばE形の口金(図示せず)とを備えた構成を有するハロゲン電球が、当該照明装置内に備えられた反射鏡部に取り付けられてなる。
このような第4の参考形態にかかるハロゲン電球の構成によれば、上記した第2の参考形態である反射鏡付きハロゲン電球1と同様に、中央フィラメント要素19および周辺フィラメント要素20,21,22の両者の寄与によって中心照度を上げつつも、周辺フィラメント要素20,21,22による照射光の広がりを抑制することができ、狭いビーム角を得て良好な配光特性を実現することができる。
なお、上記各参考形態では、3つの周辺フィラメント要素20,21,22を略正三角形を形成するように配列した場合について説明したが、これ以外に、4つの周辺フィラメント要素を略正方形を形成するように配列した場合や、5つの周辺フィラメント要素を略正五角形を形成するように配列した場合、6つの周辺フィラメント要素を略正六角形を形成するように配列した場合、またはそれ以上の場合であっても上記と同様の作用効果を得ることができる。
また、上記各参考形態では、ハロゲン電球3におけるガラスバルブ13の形状としてチップオフ部10、略円筒状の発光部11および封止部12がそれぞれ順次連なって形成されたものを用いた場合について説明したが、これに限らずチップオフ部(場合によっては無い場合もある)、略球状または略回転楕円体状の発光部および封止部が順次連なって形成されたガラスバルブや、チップオフ部(場合によっては無い場合もある)、略球状または略回転楕円体状の発光部、縮径部および封止部が順次連なって形成されたガラスバルブ、またはチップオフ部(場合によっては無い場合もある)、略球状または略回転楕円体状の発光部、縮径部、円筒部および封止部が順次連なって形成されたガラスバルブ等の公知の種々の形状のガラスバルブを用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
以下、参考形態について、それぞれ図面を用いて説明する。
(参考形態5)
図21に示すように、第5の参考形態である定格電力65[W](定格電圧110[V])のハロゲン電球31は、石英ガラスや硬質ガラス等からなるバルブ32と、後述するバルブ32の封止部40側に公知の接着剤33によって固着された例えばE形の口金34とを備えている。
発光部37内には、フィラメント体42が配置されているとともに、ハロゲン物質と希ガス、またはハロゲン物質と希ガスと窒素ガスとがそれぞれ所定量封入されている。
また、これら3つのフィラメント要素46,47,48は、図23に示すように、その長手方向の中心軸b2,c2,d2がバルブ32の長手方向の中心軸X2と略平行であり、かつバルブ32の長手方向の中心軸X2を囲むように林立した状態であって、各々の長手方向の中心軸b2,c2,d2とバルブ32の長手方向の中心軸X2に対して垂直な任意の平面P2とが交わる交点をそれぞれ結んだ際、バルブ32の長手方向の中心軸X2上の点を重心(図心)とする略正三角形を形成するように配列されている。つまり、ある一つのフィラメント要素46(47または48)とこれと隣り合う二つのフィラメント要素47,48(46,48または46,47)との間の距離D3はそれぞれ略等しく、かつ各フィラメント要素46,47,48とバルブ32の長手方向の中心軸X2との間の距離D4もそれぞれ略等しいことを意味している。
ここで、最大外径r1は、各フィラメント要素46,47,48の最大外径r0と隣り合う二つのフィラメント要素の間の距離D3(または上記距離D4)を適宜変更することによって調整することができる。また、一般的に、フィラメント体42のコイルを構成するタングステン線の長さはハロゲン電球の定格電力に応じて決定される。一例として、定格電力65[W]のハロゲン電球に用いられるもののタングステン線の長さは例えば420[mm]〜480[mm]、定格電力20[W]のハロゲン電球に用いられるもののタングステン線の長さは例えば250[mm]〜300[mm]、定格電力100[W]のハロゲン電球に用いられるもののタングステン線の長さは例えば540[mm]〜620[mm]である。したがって、各フィラメント要素46,47,48の最大外径r0は、各フィラメント要素46,47,48のコイル長LS2や、コイルのピッチ(隣り合うコイル部分同士の間隔)を適宜変更することによって調整することができる。一例として、定格電力65[W]のハロゲン電球に用いられるものの場合、図8および図9に示すように、フィラメント体42が同寸法の一重巻きコイルからなる3つのフィラメント要素46,47,48から構成されているとして、コイル長LS2は4.0[mm]〜6.7[mm]の範囲に設定されている。また、コイルのピッチは、0.05[mm]〜0.07[mm]の範囲に設定されている。
次に、バルブ32のうち、フィラメント体42が位置している部分の最大内径をR2[mm]、フィラメント体42の最大外径をr1[mm]とした場合、0.25≦r1/R2≦0.75なる関係式を満たすように規定した理由について説明する。
また、作製した各サンプルにおいて、フィラメント要素46,47,48はいずれも同じ形状、同じ寸法の一重巻きコイルからなり、そのピッチpが0.05[mm]〜0.07[mm]、最大外径r0が0.65[mm]、コイル長LS2が5.4[mm]である。
このような結果となった理由については次のように考えられる。
つまり、0.25>r1/R2なる関係式を満たす場合、バルブ32とフィラメント体42との間の隙間が大きくなり、点灯中、バルブ32とフィラメント体42との間で発生する対流層が厚くなる。その結果、点灯中に蒸発したフィラメント体42の構成材料であるタングステンの移動速度が速くなり、それに応じてタングステンの蒸発量が増加する。
(参考形態6)
次に、図25に示すように、第6の参考形態である定格電力65[W](定格電圧110[V])のハロゲン電球53は、主にスポットライト等の一般照明用として使用されている公知の照明装置54の反射鏡部55内に組み込まれるものであって、石英ガラスや硬質ガラス等からなるバルブ56と、このバルブ56の後述する封止部66側に公知の接着剤(図示せず)によって固着された例えばE形の口金(図示せず)とを備えている。
照明装置54は、前面の開口部57から光が照射され、かつ内部に上記反射鏡部55とハロゲン電球53の口金が取り付けられる受け具(図示せず)とが収納されている円筒状の照明器具58を有している。
バルブ56には、封止切りの残痕であるチップオフ部62、略回転楕円体形状の発光部63、縮径部64、略円筒状の筒部65および公知のピンチシール法によって形成された封止部66がそれぞれ順次連なるように形成されている。このバルブ56の外面のうち、発光部63および縮径部64の外面には、可視光透過赤外線反射膜67が形成されている。
発光部63内には、フィラメント体68が配置されているとともに、ハロゲン物質と希ガス、またはハロゲン物資と希ガスと窒素ガスとがそれぞれ所定量封入されている。
中央フィラメント要素70は、このハロゲン電球53が照明装置54の反射鏡部55内に組み込まれた際、その長手方向の中心軸a3が反射鏡部55の光軸Y3上に略位置する。具体的に、中央フィラメント要素70は、その長手方向の中心軸a3がバルブ56の長手方向の中心軸X3上に略位置するように配置されている。そして、ハロゲン電球53が反射鏡部55内に組み込まれた際、バルブ56の長手方向の中心軸X3が反射鏡部55の光軸Y3上に略位置するので、結果的に中央フィラメント要素70の長手方向の中心軸a3が反射鏡部55の光軸Y3上に略位置するようになる。
ただし、点Fb3,Fc3,Fd3は、反射面61を形成している回転体の焦点F2の位置を含むとともに反射鏡部55の光軸Y3に対して垂直に交わる平面Q3と、中心軸b3,c3,d3との交点をそれぞれ示す。一例として、焦点F2と中心点A3との間の距離は2.35[mm]であり、点Fb3,Fc3,Fd3と中心点B3,C3,D3との間の距離はそれぞれ1.21[mm]である。このように中央フィラメント要素70および周辺フィラメント要素71,72,73を、中央フィラメント要素70の中心点A3および周辺フィラメント要素71,72,73の中心点B3,C3,D3が反射鏡部55の反射面61の焦点F2に対して、開口部59とは反対側に位置するように配置することにより、反射鏡部55内における中心照度に寄与する領域、すなわち焦点F2を含むその近傍領域(以下、単に「中心照度寄与領域」という)内でのフィラメント体68の密度を大きくすることができ、中心照度を高めることができる。
その際、例えば定格電力65[W]のハロゲン電球用の場合で、コイル長LC3が3.5[mm]〜15.0[mm]の範囲内に設定され、コイル長LS3がいずれも1.5[mm]〜4.5[mm]の範囲内でそれぞれ異なるように設定されていることが好ましい。
一重巻きのコイルのピッチは、中央フィラメント要素70および周辺フィラメント要素71,72,73のいずれにおいても0.05[mm]〜0.07[mm]の範囲に設定されている。
さらに、中央フィラメント要素70のコイル長LC3[mm]、および周辺フィラメント要素71,72,73のコイル長LS3[mm]は、中央フィラメント要素70および周辺フィラメント要素71,72,73の両者の寄与によって中心照度を増大させつつ、所望のビーム角(狭角、例えば10度であって、その許容範囲が7.5度〜12.5度である)を得て良好な配光特性を実現するために、0.2≦LS3/LC3≦0.9なる関係式を満たすことが好ましい。ただし、この場合、各周辺フィラメント要素71,72,73のコイル長LS3はそれぞれ略等しい。もちろん、「略等しい」とは、上記と同様にコイルの製造工程上におけるばらつきによって、各々のコイル長LS3がばらつく場合も含むことを意味している。
(参考形態7)
次に、図29に示すように、第7の参考形態である定格電力65[W](定格電圧110[V])の反射鏡付きハロゲン電球79は、ミラー径φ2が35[mm]〜100[mm]、例えば50[mm]の凹面状の反射鏡80と、この反射鏡80の内部に配置された第2の参考形態である定格電力65[W](定格電圧110[V])のハロゲン電球31(ただし、口金34を除く)と、反射鏡80の端部に取り付けられた例えばE形の口金81とを備えている。
反射鏡80は、硬質ガラスまたは石英ガラス等からなり、一端部に光を照射する開口部82を、他端部に筒状のネック部83をそれぞれ有し、内面に回転楕円面または回転放物面等からなる回転体の反射面84が形成されている。反射面84には必要に応じてファセットを形成してもよい。
ネック部83の外側には、口金81がこのネック部83のほぼ全体を覆うように設けられ、接着剤87を介して固着されている。一方、ネック部83内には、ハロゲン電球31の封止部40が挿入され、同じく接着剤87を介して固着されている。
以上のとおり第7の参考形態にかかる反射鏡付きハロゲン電球79の構成によれば、第5の参考形態であるハロゲン電球と同様に、バルブ32とフィラメント体42との間で発生する対流層を極めて薄くすることができるので、フィラメント体42の構成材料であるタングステンの蒸発量を著しく低減することができ、その結果、フィラメント体42を構成するコイルのタングステン線が細って断線するのを防止することができ、長寿命化を図ることができる。しかも、バルブ32とフィラメント体42との間の隙間が適度に保たれているので、点灯中、バルブ32とフィラメント体42とが共に異常に高温になるのを抑制することができるので、バルブ32が破損したり、フィラメント体42の過剰な蒸発によってバルブ32の内面が黒化したりするのを防止することができる。
(参考形態8)
次に、図30に示すように、第8の参考形態である定格電力65[W](定格電圧110[V])の反射鏡付きハロゲン電球88は、ミラー径φ3が35[mm]〜100[mm]、例えば50[mm]の凹面状の反射鏡89と、この反射鏡89の内部に配置されたハロゲン電球90と、反射鏡89の端部に取り付けられた例えばE形の口金91とを備えている。
反射鏡89は、硬質ガラスまたは石英ガラス等からなり、一端部に光を照射する開口部93を、他端部に筒状のネック部94をそれぞれ有し、内面に回転楕円面または回転放物面等からなる回転体の反射面95が形成されている。反射面95には必要に応じてファセットを形成してもよい。
ネック部94の外側には、口金91がこのネック部94のほぼ半分を覆うように設けられ、接着剤97を介して固着されている。一方、ネック部94内には、ハロゲン電球90の後述する封止部100が挿入され、同じく接着剤97を介して固着されている。
ハロゲン電球90は、封止切りの残痕であるチップオフ部98、略円筒形状の発光部99、および公知のピンチシール法によって形成された封止部100がそれぞれ順次連なって形成された石英ガラスや硬質ガラス等からなるバルブ101を有している。バルブ101の外面には、必要に応じて可視光透過赤外線反射膜を形成してもよい。
発光部99内には、フィラメント体102が設けられているとともに、ハロゲン物質と希ガスと、またはハロゲン物資と希ガスと窒素ガスとがそれぞれ所定量封入されている。
フィラメント体102は、図26および図27に示すように、1つの中央フィラメント要素106と3つの周辺フィラメント要素107,108,109とから構成されている。これら中央フィラメント要素106および周辺フィラメント要素107,108,109は、いずれもタングステン製であって、直線状に伸びた円筒状の一重巻きコイルからなり、かつ各々が電気的に直列に接続されている。この一重巻きコイルを構成しているタングステン線の線径は、0.015[mm]〜0.100[mm]、例えば0.050[mm]である。
なお、ここで言う「略位置している」とは、理想的には中心軸a5が反射鏡89の光軸Y5上に完全に位置していることが好ましいが、製造工程における位置合わせ精度のばらつきによって実用上、中心軸a5が反射鏡89の光軸Y5からずれる場合があり、その場合も含むことを意味している。
さらに、中央フィラメント要素106のコイル長LC5[mm]、周辺フィラメント要素107,108,109のコイル長LS5[mm]は、後述する理由により、0.2≦LS5/LC5≦0.9なる関係式を満たすことが好ましい。ただし、各周辺フィラメント要素107,108,109のコイル長LS5はそれぞれ略等しい。もちろん、「略等しい」とは、上記と同様にコイルの製造工程上におけるばらつきによって、各々のコイル長LS5がばらつく場合も含むことを意味している。
まず、上記した定格電力65[W]の反射鏡付きハロゲン電球88において、バルブ101のうち、フィラメント体102が位置している部分の最大内径R4を9[mm]と一定にし、フィラメント体102の最大外径r6[mm]を、隣り合う二つの周辺フィラメント要素の距離D8を適宜変えることによって表4に示すとおり種々変化させたものをそれぞれ10本ずつ作製した。そして、各々作製したものを定格電力で点灯させ、3500時間点灯経過時までと4000時間点灯経過時までとにフィラメント体102が断線したものの本数、およびフィラメント体102が断線しなかったもののうち、4000時間点灯経過時においてバルブ69の内面に黒化が発生したものの本数についてそれぞれ調べたところ、同じく表4に示すとおりの結果が得られた。
また、作製した各サンプルにおいて、中央フィラメント要素106および周辺フィラメント要素107,108,109はいずれもピッチが0.05[mm]〜0.07[mm]、最大外径r0が0.65[mm]の一重巻きコイルからなる。ただし、中央フィラメント要素のコイル長LC5は5.7[mm]、周辺フィラメント要素のコイル長LS5は3.4[mm]である。
したがって、バルブ101のうち、フィラメント体102が位置している部分の最大内径をR4[mm]、フィラメント体102の最大外径をr6[mm]とした場合、バルブ101の内面が黒化するのを防止しつつ、フィラメント体102の断線を防止し、長寿命化を図るために、0.25≦r6/R4≦0.75なる関係式を満たせばよいことがわかった。特に、一層の長寿命化を図るために、0.35≦r6/R4≦0.75なる関係式を満たせばよいことがわかった。
まず、上記した定格電力65[W]の反射鏡付きハロゲン電球88について、中央フィラメント要素106のコイル長LC3、および周辺フィラメント要素107,108,109のコイル長LS3を表5に示すとおり種々変化させたものをそれぞれ5本ずつ作製した。そして、各々作製したものを定格電力で点灯させ、そのビーム角(度)および中心照度[lx]を調べたところ、表5および図31(LS3/LC3とビーム角との関係)に示すとおりの結果が得られた。また、代表的な配光曲線としてLS3/LC3=0.9の場合のものを図32に、LS3/LC3=0.6の場合のものを図33にそれぞれ示した。
さらに、「中心照度」は5本のサンプルの平均値を示す。現在、市販されているビーム角10度の定格電力65[W](定格電圧110[V])の反射鏡付きハロゲン電球(以下、「従来品」という)では、その中心照度が例えば6500[lx](中心光度換算で6500[cd])である。そこで、評価基準としては、市場からの要望等を考慮し、従来品の中心照度(6500[lx])に対して約10%増し、つまり7200[lx](中心光度換算で7200[cd])以上を評価基準とした。
つまり、LS3/LC3≦0.9なる関係式を満たし、中央フィラメント要素106のコイル長LC3を周辺フィラメント要素107,108,109のコイル長LS3に対して適度な範囲で相対的に長くすることにより、照射面における中心部分の周辺領域の照度の増減に大きく寄与する周辺フィラメント要素107,108,109のコイルLS3を適度に短くすることができる一方、その分、照射面における中心部分の照度(中心照度)の増減に大きく寄与する中央フィラメント要素106のコイル長LC3をできるだけ長くすることができる。その結果、第一に、周辺フィラメント要素107,108,109による照射面の中心部分に対する照度の増大への寄与を残しつつ、照射面における中心部分の周辺領域の照度を可能な限り低減することができる。第二に、中央フィラメント要素106のコイル長LC3の増大によって照射面の中心部分への照度を一層増大させることができる。そして、これらの結果が重なり合って図32および図33に示すような良好な配光曲線が得られたと考えられる。しかしながら、LS3/LC3<0.2なる関係式を満たしてしまうと、中央フィラメント要素106のコイル長LC3は長くなるものの、反射鏡89内における中心照度寄与領域から外れる部分も多くなる上、中央フィラメント要素106のコイル長LC3に対する周辺フィラメント要素107,108,109のコイル長LS3の相対的な長さがあまりにも小さくなりすぎ、周辺フィラメント要素107,108,109を設置した効果が著しく減ってしまったと考えられる。一方、LS3/LC3>0.9なる関係式を満たす場合では、中央フィラメント要素106のコイル長LC3が周辺フィラメント要素107,108,109のコイル長LS3に対して相対的に十分長くないので、周辺フィラメント要素107,108,109によって照射面における中心部分の周辺領域の照度が増大してしまい、所望のビーム角が得られなかったと考えられる。
(参考形態9)
次に、第9の参考形態である照明装置は、例えばスポットライト等の一般照明として使用されるものであって、上記した第7の参考形態である定格電力65[W]のハロゲン電球31が公知の種々の照明器具(図示せず)に取り付けられた構成を有している。
このような第9の参考形態にかかる照明装置の構成によれば、長寿命な照明装置を実現することができる。
(参考形態10)
次に、第10の参考形態である照明装置は、例えばスポットライト等の一般照明として使用されるものであって、上記した第6の参考形態である定格電力65[W]のハロゲン電球53が公知の種々の照明器具(図示せず)に取り付けられた構成を有している。
(参考形態11)
次に、第11の参考形態である照明装置は、例えばスポットライト等の一般照明として使用されるものであって、上記した第7の参考形態である定格電力65[W]の反射鏡付きハロゲン電球79が公知の種々の照明器具(図示せず)に取り付けられた構成を有している。
(参考形態12)
次に、第12の参考形態である照明装置は、例えばスポットライト等の一般照明として使用されるものであって、上記した第8の参考形態である定格電力65[W]の反射鏡付きハロゲン電球88が公知の種々の照明器具(図示せず)に取り付けられた構成を有している。
なお、上記各参考形態では、定格電力65[W]のハロゲン電球を用いた場合について説明したが、これに限らず、例えば定格電力20[W]〜150[W]のハロゲン電球を用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
2,80,89,112,138 反射鏡
3,31,53,90,114,139 ハロゲン電球
4,34,81,91,116,140 口金
4a,4b,35a,35b,92a,92b,117a,117b,141a,141b 端子部分
5,57,59,82,93,111,143 開口部
6,83,94,144 ネック部
7,61,84,95,119,145 反射面
8,60,85,96,118,146 前面ガラス
9,33,87,97,121,147 接着剤
10,36,62,98,122,149 チップオフ部
11,37,63,99,123,150 発光部
12,40,66,100,120,148 封止部
13,32,56,101,115,142 バルブ
14,42,52,68,78,102 フィラメント体
15,43,69,103 内部リード線
16,44,104,129 金属箔
17,45,105,128 内部リード線
18 組立体
19,70,74,106 中央フィラメント要素
20,21,22,71,72,73,75,76,77,107,108,109 周辺フィラメント要素
38,64,124 縮径部
39,65,125 筒部
41,67,126 可視光透過赤外線反射膜
46,47,48,49,50,51 フィラメント要素
54,110,137 照明装置
55 反射鏡部
58,113 照明器具
86 止め金具
127,135,136 フィラメント体
130 外部リード線
131,132,133,134 コイル(フィラメント要素)
228 サポート線
328 ステムガラス
Claims (10)
- 照明装置の反射鏡内に組み込まれる、定格電圧が100[V]以上250[V]以下に設定された管球であって、
バルブと当該バルブ内に設けられたフィラメント体とが備えられ、
前記フィラメント体は、3つのフィラメント要素を有し、かつ前記管球が前記反射鏡内に組み込まれた状態において、前記反射鏡の焦点を内包するように配され、
前記3つのフィラメント要素は、それぞれが一重巻きされたコイルで、前記反射鏡の光軸上に1本が配され、前記光軸に平行な軸上に残りのコイルの1本以上が配されており、
前記3つのフィラメント要素の各々は、巻き軸方向から見たときの輪郭が略円形とは異なるように成形されていて、
前記3つのフィラメント要素は、それぞれの巻き軸が同一平面上に配されるように前記バルブ内に設けられていることを特徴とする管球。 - 凹面状の反射鏡と、当該反射鏡内に配置され、かつ定格電圧が100[V]以上250[V]以下に設定された管球とを備え、
前記管球はバルブと当該バルブ内に設けられたフィラメント体とを有し、
前記フィラメント体は、3つのフィラメント要素を有し、かつ前記反射鏡の焦点を内包するように配され、
前記3つのフィラメント要素は、それぞれが一重巻きされたコイルで、前記反射鏡の光軸上に1本が配され、前記光軸に平行な軸上に残りのコイルの1本以上が配され、
前記3つのフィラメント要素の各々は、巻き軸方向から見たときの輪郭が略円形とは異なるように成形されていて、
前記3つのフィラメント要素は、それぞれの巻き軸が同一平面上に配されるように前記バルブ内に設けられていることを特徴とする反射鏡付き管球。 - 前記輪郭は、扁平であることを特徴とする請求項1に記載の管球。
- 前記輪郭は、扁平であることを特徴とする請求項2に記載の反射鏡付き管球。
- 前記輪郭は、長方形、略トラック形あるいは長円形であることを特徴とする請求項1に記載の管球。
- 前記輪郭は、長方形、略トラック形あるいは長円形であることを特徴とする請求項2に記載の反射鏡付き管球。
- 前記反射鏡は、その反射面が回転楕円体外周面状あるいは回転放物面状であり、開口内径が30[mm]以上100[mm]以下であることを特徴とする請求項1に記載の管球。
- 前記反射鏡は、その反射面が回転楕円体外周面状あるいは回転放物面状であり、開口内径が30[mm]以上100[mm]以下であることを特徴とする請求項2に記載の反射鏡付き管球。
- 内部に反射鏡を有する照明器具と、前記反射鏡部内に組み込まれた請求項1記載の管球とを備えていることを特徴とする照明装置。
- 請求項2記載の反射鏡付き管球が照明器具に取り付けられていることを特徴とする照明装置。
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