JP4536753B2 - 管球および反射鏡付き管球 - Google Patents
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Description
一般的な、二重コイルフィラメントにおける、前記封止部分に近い側の端部の支持構造について、図19(a)、図19(b)を参照しながら説明する。
一方、バルブ(不図示)から延出された内部リード線202は、もう一方の内部リード線(不図示)等との間の相対的な位置決め等のため、その一部がステムガラス204に固着されている。ステムガラス204から延出された内部リード線202は、「く」字状に屈曲した屈曲部202Aを有していて、当該延出部分に対し、図19(a)の矢印Hで示す方向に、単コイル部200Bを完全に嵌装することにより、二重コイルフィラメント200の一端部が内部リード線202に支持される(図19(b))。ここで、屈曲部202Aは、単コイル部200Bの内部リード線202からの抜け防止のために設けられている。
しかしながら、コイルの重ね巻数を増やせば増やすほど、ハロゲン電球に外力(衝撃力)が加えられた際に生じるコイルの振動の振幅が大きくなり、これが原因で断線し易くなるといった問題が生じる。
すなわち、内部リード線210のステムガラス212からの延出部分を、扁平コイル214の長内径に合わせて「コ」字状に曲げると共に、抜け防止のため、「く」字状に屈曲した屈曲部210Aを設けることとした。屈曲部210Aにより抜け防止には成功したものの、以下の不具合が生じた。「コ」字の幅W1を扁平コイルに長内径W2に合わせると、扁平コイル(継線部)が嵌装しづらいことから、幅W1は長内径W2よりも若干短い目にした。そうすると、継線部214Bにおけるフィラメント線の内部リード線210への接触状態が不安定になり、継線部214Bが発光するものが出現し、消費電力にばらつきが生じることとなった。これでは、発光部214Aを安定させるため、継線部214Bと発光部214Aとの間に発光部214Aよりもコイルピッチを広げた拡開部214Eを設けた意味がなくなってしまう。
<実施の形態1>
図1は、実施の形態1に係る管球の一例として示すハロゲン電球14を有する照明装置10の概略構成を示す一部切欠き図である。なお、図1を含む全ての図面において、各部材間の縮尺は統一していない。
照明器具12は、有底円筒状をした器具本体16と器具本体16に収納された反射鏡18とを有する。
器具本体16の底部には、ハロゲン電球14の口金30(図2参照)を取り付けるための受け具(図示せず)が設けられている。なお、器具本体16は、円筒状に限らず、種々の公知形状とすることができる。
反射鏡18は、漏斗状をした硬質ガラス製基体20を有する。基体20において回転楕円面または回転放物面等に形成された凹面部分20Aには、反射面を構成する多層干渉膜22が形成されている。多層干渉膜22は、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)等で形成することができる。また、多層干渉膜22に代えてアルミニウムやクロム等からなる金属膜で反射面を構成することもできる。反射鏡18の開口径(ミラー径)は100mmであり、ビームの開き(ビーム角)が、狭角(約10°)のものである。なお、反射面には必要に応じてファセットを形成してもよい。
ハロゲン電球14は、前記受け具(不図示)に取り付けられ、反射鏡18内に組み込まれて使用される。組み込まれた(取り付けられた)状態で、ハロゲン電球14の後述するバルブ26の中心軸Bと反射鏡18の光軸Rとが略同軸上に位置することとなる(中心軸Bと光軸Rとが略一致することとなる)。ハロゲン電球14は、定格電圧が100[V]以上150[V]以下で、かつ定格電力が100[W]以下に設定された電球である。
ハロゲン電球14は、気密封止されたバルブ26と、バルブ26の後述する封止部38側に接着剤28によって固着された、例えばE型の口金30とを有している。
バルブ26は、封止切りの残痕であるチップオフ部32、後述するフィラメント体61等を収納するフィラメント体収納部34、略円筒状をした筒部36、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38がこの順に連なった構造をしている。
なお、フィラメント体収納部34の外面には赤外線反射膜が形成されている。もっとも、この赤外線反射膜は必ずしも必要なものではなく、適宜形成されるものである。
ハロゲン物質は、点灯中、ハロゲンサイクルによって、フィラメント体61から蒸発したその構成物質であるタングステンを再びフィラメント体61に戻し、バルブ26の黒化を防止するためのものである。ハロゲン物質の濃度は10[ppm]〜300[ppm]の範囲内にあることが好ましい。また、ハロゲンサイクルを活性化させるためには、バルブ26内面における最冷点温度が200[℃]以上であることが好ましい。さらに、ハロゲンサイクルを適切に機能させるためには、バルブ26内の酸素濃度を100[ppm]以下にすることが好ましい。
特に、封入ガスは、クリプトンを主成分とした、窒素ガスおよびハロゲン物質を含むものとし、バルブ26内での常温時におけるガス圧を2[atm]〜10[atm]の範囲内に設定することが好ましい。当該ガス圧が10[atm]を超えると、万一バルブ26が破損した場合に、飛散する破片で照明器具が破損するおそれがあり、一方、2[atm]未満であると、フィラメント体61の構成物質であるタングステンが蒸発し易く、ランプ寿命が短くなるからである。換言すると、ガス圧の上記範囲は、当該ガス圧が適度に抑制されているため、万一バルブ26が破損したとしても、照明器具が破損するほどの勢いで破片が飛散せず、かつ、当該ガス圧が適度に高いため、フィラメント体61の構成物質であるタングステンが蒸発しにくく、長寿命化を実現でき、さらには、点灯時に隣接する発光部間の任意の場所で点灯時にアーク放電が発生して、断線するのを抑制することができる範囲である。
金属箔40の一端部には外部リード線44の一端部が、金属箔42の一端部には外部リード線46の一端部が、それぞれ接合されて電気的に接続されている。外部リード線44,46は、タングステン製である。外部リード線44,46の他端部は、バルブ26の外部に導出されていて、それぞれ、口金30の端子部48,50に電気的に接続されている。
フィラメント体61は、単フィラメントコイル60一個で構成されている。
図3に示すように、フィラメント体61の一部を直接に支持する支持部材としては他に、フィラメント体61を、その長手方向ほぼ中央で支持する中間支持部材であるサポート線56がある。サポート線56は、タングステン線からなる。
フィラメント体61は、フィラメント線が、短軸と長軸とを有する扁平な横断面をした筒状に巻かれた単フィラメントコイル60を、その長手方向ほぼ中央部で、短軸方向に略V字状に屈曲させ、当該屈曲部を中間支持部材であるサポート線56で支持し、サポート線56と両内部リード線52,54との間で懸架したものである。本例で示す略V字状は、ステムガラス57,59(封止部38(図2))側に開いている。ここで、「略V字状」とは、厳密に文字「V」の形状を意味していないことは言うまでもなく、コイルを鋭角に屈曲させた際に必然的に形成されるおおよその形状を意味するものである。したがって、屈曲部も丸みを帯びていることは勿論であり、屈曲部から端部に至る部分も完全に直線である必要はなく、若干湾曲している状態を含むものである。また、鋭角に屈曲させず、積極的に円弧状に屈曲させて、全体的に略U字状とすることも可能である。
すなわち、図4に示すように、円柱状をした芯線(マンドレル)62を複数本(図示例では4本)、平行かつ一列に密着させて並べたものの外周に、タングステンからなるフィラメント線64を、後述する拡開部を除き全体的に所定の等ピッチ(一様ピッチ)で巻回した後、芯線62を溶解して作製する。なお、フィラメント線の径は、例えば、0.05mmで、前記所定の等ピッチは、例えば、0.079mmに設定される。
図5の上部に示すように、単フィラメントコイル60は、そのコイル軸心CX方向から見て、平行に配された2本の線分の対応する端同士を半円で結んでなる、いわゆる(陸上競技の)トラック形状をしている。この形状は、上記した作製方法に由来するものであり、芯線62の本数が多いほど、より扁平したトラック形状となる。すなわち、芯線62の本数で、扁平の度合い(扁平率)を調整することができる。
また、単フィラメントコイル60は、全体的には、略一様なピッチで巻かれているのであるが、その中間部の両側に、上記略一様なピッチよりも拡げられた拡開部60E1,60E2を有する。拡開部60E1,60E2は、1〜2巻(ターン)の範囲で形成される。拡開部60E1,60E2は、前述した単フィラメントコイル60の作製工程において、芯線62にフィラメント線64を巻く際に形成される。なお、「拡開部」は、コイルにおいてピッチがとんでいる(ピッチが大きくなっている)部分であることから「とばし部」と称することもある。
拡開部60E1,60E2を設ける目的は、フィラメント体61において、発光領域(発光するフィラメント線部分の長さ)を安定させるためである。内部リード線52,54と接触するフィラメント線部分は、通電状態において発光しない。拡開部60E1,60E2を設けない場合(すなわち、継線部となるべき部分と発光部となるべき部分とが、拡開部を介することなく、連続している場合)、両継線部60B1,60B2間が発光すべきなのであるが、発光部と継線部60B1,60B2との境界が不明確となり、継線部となるべき部分が不用意に発光したり、その逆に、発光すべき部分が発光しなかったりする事態が生じる。そこで、拡開部60E1,60E2を設け、継線部60B1,60B2と発光部との間に存するフィラメント線部分(すなわち、拡開部60E1,60E2に存するフィラメント線部分)は、積極的に発光させないこととすることにより、発光部の基端(フィラメント線の発光端)を明確にすることとしているのである。これにより、発光するフィラメント線部分の長さが安定する関係上、消費電力が安定することとなる。
図3に戻り、単フィラメントコイル60の端部から導入された内部リード線52,54は、拡開部60E1,60E2から導出されていて、導出部52A,54Aが、単フィラメントコイル60の対応する端部側に折り曲げられている。
また、屈曲の形態も「く」字状に限定されるものではなく、上述した目的が達成できる(効果が得られる)形態であれば構わない。上記の例では、内部リード線54を3箇所で折曲して「く」字状にしたが、例えば、4箇所で折曲して「コ」字状としても構わない。あるいは、円弧状や蛇行状等としても構わない。
また、導出部54Aを折り曲げることで、継線部60B2が内部リード線54から脱落するのを防止できる。図6において、二点鎖線で示す折り曲げない状態のままであると、ハロゲン電球14に外力が加わって、例えば、フィラメント体61が扁平の長軸方向に振動した場合に導出部54Aから継線部60B2が抜け出してしまう事態が生じるのであるが、上記のように折り曲げることで、フィラメント線が内部リード線54の端部を越えて振動することが無いので、上記のような事態を防止できるのである。
継線部60B2の内部リード線54への取り付け方法について、図7を参照しながら説明する。
また、フィラメント体61の屈曲部において、サポート線56に支持されて接触している数巻き(数ターン)部は、隣接するターン同士の一部が接触して電気的に短絡状態となるため通電中においても発光しない。発光しない範囲は、屈曲部の態様、屈曲の程度(屈曲角度)、サポート線の形状等に拠るが、少なくとも屈曲部の一部は非発光部60C3となる。すなわち、フィラメント体61では、非発光部60C3を含む屈曲部からフィラメント体61の一端部に至る間に第1発光部60A1が、他端部に至る間に第2発光部60A2が存することとなる。
サポート線56の外径は、例えば、0.25mmといったように小さい(細い)ため、サポート線56に、単フィラメントコイル60を直接引っ掛けたのでは、当該引っ掛け部分における隣接するターン同士の接触が安定せず、その結果、設計上意図したように非発光部が形成されない場合がある。そこで、隣接するターン同士が安定して接触する程度に太い外径(例えば、0.5mm)を有する支持コイル58をサポート線56に挿通して、支持コイル58に単フィラメントコイル60を直接引っ掛ける(巻き掛ける)ようにするのである。
なお、サポート線210は、内部リード線52,54とは異なり、導電性を有する必要はなく、フィラメント体61を機械的に支持できれば構わないため、絶縁性部材、例えばセラミック材料やガラス材料で形成することも可能である。この場合であっても、フィラメント体61の屈曲部の内側では、隣接する巻き線同士(ターン同士)が接触するほどにコイルピッチが狭くなるので、当該コイルピッチが狭くなり接触する部分で短絡が生じる。その結果、当該短絡部分は、発光しないこととなる。
<実施の形態2>
実施の形態1に係るハロゲン電球14では、単フィラメントコイル60一個でフィラメント体61を構成したが(図3)、実施の形態2に係るハロゲン電球では、単フィラメントコイル二個でフィラメント体を構成している。
図11(a)に、実施の形態2に係るハロゲン電球のマウント70を示す斜視図を、図11(b)に、マウント70における後述するサポート線78の一部の斜視図を示す。図11に示すマウント70おいて、実施の形態1のマウント55(図3)と実質的に同じ構成の部材には、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
サポート線78の一端部部分は、ステムガラス57,59で挟持されており、他端部部分に、図11(b)に示すように、「コ」字状に屈曲したコイル支持部78A,78Bを有する。
なお、上記の例では、図11(a)に示すように、2つの中間部74A,76Aは、ステムガラス57,59から遠ざかるほど、その間隔が狭くなるように構成したが、この逆に、広くなるように構成しても構わない。あるいは、2つの中間部74A,76Aが略平行となるように構成しても良い。この場合、中間部74A,76Aの各々がバルブ中心軸Bと略平行となるように構成することが好ましい。
<実施の形態3>
実施の形態2が、フィラメント体72を二個の単フィラメントコイル74,76で構成したのに対し、実施の形態3では、フィラメント体を三個の単フィラメントコイルで構成することとした。実施の形態3に係るハロゲン電球も、実施の形態2と同様、マウントの構成が異なる以外は、実施の形態1のハロゲン電球と基本的に同様の構成である。したがって、以下、異なる部分を中心に説明する。
上記したように、実施の形態3のフィラメント体84は、3個の単フィラメントコイル81,82,83からなる。単フィラメントコイル81,82,83の各々も、実施の形態2の場合と同様、基本的に実施の形態1の単フィラメントコイル60(図3、図5)と同様である。すなわち、単フィラメントコイル81,82,83の各々は、略一様なピッチでフィラメント線が巻かれた中間部81A,82A,83Aの両側に、拡開部81E1,81E2,82E1,82E2,83E1,83E2を介して継線部81B1,81B2,82B1,82B2,83B1,83B2を有する構成とされている。
フィラメントコイル81の継線部81B2は、実施の形態1と同様の内部リード線52によって支持されている。
サポート線85の一端部部分は、ステムガラス57,59で挟持されており、他端部部分は、他端部部分に、「コ」字状に屈曲したコイル支持部85A,85Bを有する。
単フィラメントコイル82の継線部82B2は、サポート線86の屈曲部86Aで支持されており、単フィラメントコイル83の継線部83B2は、屈曲部86Bで支持されている。これによって、単フィラメントコイル82と単フィラメントコイル83とが、サポート線86で、機械的に連結されるとともに、電気的に直列接続されることとなる。この意味で、サポート線86は、連結線と捉えることもできる。
単フィラメントコイル83の継線部83B1は、内部リード線87のコイル支持部87Aで支持されている。
<実施の形態4>
実施の形態1では、フィラメント体61を、単フィラメントコイル60を略V字状に屈曲させたものとして構成したが、実施の形態4では、単フィラメントコイルを屈曲させることなく、ストレートのままでフィラメント体を構成することとした。
図14(a)に、実施の形態4に係るハロゲン電球のマウント90の斜視図を、図14(b)に、マウント90における後述する内部リード線94の一部の斜視図を示す。図14に示すマウント90おいて、実施の形態1のマウント55(図3)と実質的に同じ構成の部材には、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
バルブの封止部から延出された内部リード線96は、途中部分がステムガラス57,59で挟持されており、延出端部部分に、「コ」字状に屈曲したコイル支持部96Aを有する。
単フィラメントコイル94の継線部94B1は、内部リード線96のコイル支持部96Aで支持されている。
実施の形態5のフィラメント体92は、その中間部94Aが全長に渡って発光する点において、中間部の一部(略真ん中部分)に非発光部60C3(図8)を有する実施の形態1のフィラメント体61(図3、図8)と異なっている。
<実施の形態5>
図15は、実施の形態5に係る反射鏡付きハロゲン電球100の概略構成を示す縦断面図である。
(1)継線部を支持するための内部リード線の屈曲形態は、上記のものに限らず、例えば、以下のような形態とすることもできる。
(i)図16は、変形例に係る内部リード線98のフィラメント体61(継線部60B)内外部における形態を示した図であり、図6に対応する図である。
そして、当該「コ」字に屈曲された屈曲部の一部(導出部304Aとなる部分)を拡開部60E2から導出させた後、当該導出部304Aを単フィラメントコイル60の端部側に折り曲げることとした。なお、当該折り曲げは、内部リード線304の、継線部60B2における拡開部60E2側の最終巻き線(最終ターン)60T1と接触する位置を基点としてなされる。
(2)フィラメントコイルは、上記したトラック形状に限らず、他の扁平形状でも構わない。要は、互いに直交する長軸と短軸を有する扁平な横断面をした筒状に巻回されていれば構わない。また、扁平率も整数に限らず、任意の小数をとり得る。
(i)同図(a)に示すように、コイル軸心CX方向から見て、上記したトラック形状のもの、つまり二つの平行な線分とそれらの各々の両端を略半円で結んだもの。
(iii)同図(c)に示すように、コイル軸心CX方向から見て、略楕円形状のもの
(iv)同図(d)に示すように、コイル軸心CX方向から見て、略長方形のもの。但し、四隅は、加工上、丸みを帯びる。
(3)上記実施の形態では、管球の一例としてハロゲン電球を示したが、本発明は、ハロゲン電球以外の管球にも適用可能である。要は、コイルフィラメントに電流を流して白熱発光させる光源であれば構わないのである。
26 バルブ
38 封止部
52,54,98 内部リード線
56,68 サポート線
58 支持コイル
60,74,76,81,82,83,94 単フィラメントコイル
61,66,70,84,92 フィラメント体
64 フィラメント線
Claims (3)
- 気密封止されたバルブと、
短軸と長軸とを有する扁平な横断面の筒状に巻かれた単フィラメントコイルであって、略一様なピッチでフィラメント線が巻かれた中間部の両側に、前記略一様なピッチよりも広げられた拡開部を介して継線部を有する単フィラメントコイルを少なくとも一個含むフィラメント体と、
封止部分から前記バルブ内空間に延出され、前記単フィラメントコイルにおける一方の前記継線部を支持する内部リード線と、
を有する管球において、
前記継線部の端部から前記単フィラメントコイル内に導入された前記内部リード線が、前記拡開部から前記単フィラメントコイル外へ導出されていて、当該導出部分が、前記継線部における当該拡開部側の最終巻き線部分との接触位置を基点として、当該継線部の前記端部側に折り曲げられており、
さらに前記内部リード線は、前記継線部内に存する部分で、前記長軸方向に屈曲されていることを特徴とする管球。 - 前記内部リード線と同様の構成を有し、前記単フィラメントコイルにおける他方の前記継線部を支持する内部リード線と、
前記単フィラメントコイルを、その長手方向ほぼ中央で支持する中間支持部材と、
を有し、
前記フィラメント体は、前記単フィラメントコイルが、前記中間支持部材の支持位置を基点に、略V字状に屈曲された姿勢で、前記バルブ内で支持されてなるものであることを特徴とする請求項1に記載の管球。 - 反射鏡と、
前記反射鏡内に組み込まれている、請求項1または2に記載の管球と、
を有することを特徴とする反射鏡付き管球。
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