JP4735655B2

JP4735655B2 - 反射鏡付き管球

Info

Publication number: JP4735655B2
Application number: JP2008102295A
Authority: JP
Inventors: 進也川越; 尚隆橋本; 敏靖小島; 拓池田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2028-04-10
Also published as: JP2009252679A

Description

本発明は反射鏡付き管球に関する。

反射鏡付き管球、例えば反射鏡付きハロゲン電球は、凹面状の反射鏡内にハロゲン電球が組み込まれた構成を有し、例えば商業施設におけるスポットライト等の一般照明用として広く使用されている。近時、この種の反射鏡付きハロゲン電球に対して省エネルギー化が要望されている。具体的には、反射鏡付きハロゲン電球の中心照度を向上させ、その分、消費電力を低減することが提案されている。例えば、現在市販されている定格電力６５［Ｗ］の反射鏡付きハロゲン電球に対して中心照度を向上させる技術を採用した上で、中心照度が定格電力６５［Ｗ］の反射鏡付きハロゲン電球と同程度を維持しつつ消費電力を低減し、定格電力４０［Ｗ］の反射鏡付きハロゲン電球として提供するものである。

ここで、ハロゲン電球は、バルブとこのバルブ内に配置されたフィラメントとを備えている。このフィラメントがコンパクトであればあるほどフィラメントを点光源に近づけることができ、反射鏡との組み合わせにおいて集光効率を向上させることができる。しかし、一般的に定格電圧［Ｖ］および定格電力［Ｗ］、さらには定格寿命時間（例えば３０００時間）が決定されると、フィラメントを構成しているタングステン線の素線長や素線径がその定格電圧、定格電力および定格寿命時間に応じて実質的に定まってしまうので、例えば単純に素線長を短くしてフィラメントをコンパクト化することは困難である。

なお、ここで言う「集光効率」とは、電力当たりの照度［ｌｘ／Ｗ］を示している。

また、「定格電圧」、「定格電力」、および「定格寿命時間」のそれぞれの関係については次のとおりである。すなわち、定格電圧と定格電力が決定すると、フィラメントの抵抗値が決定する。したがって、素線長を短くすると、抵抗値を維持するために素線径を細くする必要が生じる。ところが、素線径を細くすると点灯中、タングステンの蒸発によってタングステン線が細って断線しやすくなり、寿命時間は短くなる傾向にある。一方、寿命時間を確保するために素線径を太くした場合、抵抗値を維持するために素線長を長くする必要が生じる。ところが、素線長が長くなりすぎると、バルブの大きさ等に応じてフィラメントの寸法を一定の範囲内に収める必要があるので、ピッチを狭くしたり、バルブ内に設けられた状態におけるフィラメントにかかるテンションを小さくしなくてはならなくなり、フィラメントの機械的強度が弱くなって断線してしまうおそれがある。したがって、所定の定格電圧、定格電力、および定格寿命時間を満足するためには、実質的に素線長および素線径がほぼ一義的に決定される。

そこで、一般的に定格電圧１００［Ｖ］以上、例えば１１０［Ｖ］のハロゲン電球においては、コンパクト化を図るためにフィラメントに二重巻きコイルが用いられていることが多い。そして、上述したとおり省エネルギー化の要望を実現するべく、さらに一層のコンパクト化を図るために、このフィラメントに三重巻きコイルを用いることが提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−３４５０７７号公報

しかしながら、コイルを三重巻きとその巻き数を多くしていくに従って、耐衝撃性が低くなっていく。そこで、特に三重巻きコイルをバルブ内に設けるに当たっては、耐衝撃性を向上させるために三重巻きコイルをその長手方向に引っ張った状態で、つまりテンションをかけた状態で内部リード線等に電気的に、かつ機械的に接続する必要がある。しかしながら、そうしたときには三重巻きコイルにおける三次コイルのピッチが大きくなり、三重巻きコイル全体としてその長手方向に長くなって十分なコンパクト性が得られなくなるという問題が起こる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、フィラメントの耐衝撃性を十分に確保しつつ、中心照度をほとんど低下させることなく、低消費電力の反射鏡付き管球を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の管球は、反射鏡と、この反射鏡内に組み込まれ、かつ内部にフィラメントが配置されたバルブを有するハロゲン電球とを備えた定格電圧が１１０［Ｖ］であり、定格電力が略４０［Ｗ］の反射鏡付き管球であって、前記フィラメントは前記反射鏡の光軸方向に延びる略直線状の二重巻きコイル部を有し、かつ前記二重巻きコイル部の素線が前記反射鏡の光軸と交差しており、前記フィラメントにおける二重巻きコイル部のコイル長をＬ［ｍｍ］、コイル外径をＲ［ｍｍ］とした場合、前記コイル長Ｌおよび前記コイル外径Ｒは座標（Ｌ，Ｒ）で表される点（５．５０，１．８５）、点（７．５０，１．６５）、点（７．５０，０．８５）、点（５．５０，１．０５）を順次結んだ線分で囲まれた範囲内（ただし、前記線分上を含む）から選択された値を有し、前記二重巻きコイル部は、その素線長が３４０［ｍｍ］以上５００［ｍｍ］以下の範囲内、素線径が０．０３２［ｍｍ］以上０．０４２［ｍｍ］以下の範囲内、一次コイルのマンドレル径が０．２０［ｍｍ］以上０．３２［ｍｍ］以下の範囲内、一次コイルのピッチが０．０３［ｍｍ］以上０．１２［ｍｍ］以下の範囲内、二次コイルのマンドレル径が０．３［ｍｍ］以上１．２［ｍｍ］以下の範囲内、二次コイルのピッチが０．５［ｍｍ］以上０．９［ｍｍ］以下の範囲内にそれぞれ設定される。

なお、本発明に係る反射鏡付きハロゲン電球は定格電圧１１０［Ｖ］とし、すなわち商用電源で点灯されるものを対象としている。また、定格電力は「略４０［Ｗ］」としているが、ここでの「略」はそのばらつきの範囲を含むことを意味し、実質的には３６．８［Ｗ］以上４３．２［Ｗ］以下の範囲内は含む。

また、本発明に係る反射鏡付きハロゲン電球は、フィラメントにおいて「反射鏡の長手方向に延びる直線状の二重巻きコイル部を有し」ているが、ここでいう「略直線状」とは厳密な意味での直線状を含むことはもちろんのこと、設計上は直線状とするものの製造上のばらつきによって例えば弓形状や蛇行状になったものも含む。

本発明は、フィラメントの耐衝撃性を十分に確保しつつ、中心照度をほとんど低下させることなく、低消費電力の反射鏡付き管球を提供することができるものである。

以下、本発明の最良な実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態である反射鏡付きハロゲン電球１は、一例として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ものであって、反射鏡２と、この反射鏡２内に組み込まれた定格電圧が１１０［Ｖ］であり、定格電力が略４０［Ｗ］のハロゲン電球３とを備えている。

反射鏡２は、その基体が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４を、他端部に筒状のネック部５をそれぞれ有し、かつ内面に回転楕円体面または回転放物体面等からなる回転体の反射面６が形成されている。

開口部４には、前面ガラス７が設けられ、かつ接着剤８によって固定されている。前面ガラス７の固定方法としては、接着剤８に代えて公知の止め金具（図示せず）を用いたり、止め金具と接着剤８とを併用したりすることもできる。もっとも、前面ガラス７は必ずしも設ける必要はない。

ネック部５の外側には、照明器具のソケット（図示せず）に装着される口金９がこのネック部５の端部を覆うように設けられ、接着剤（図示せず）を介して固着されている。一方、ネック部５内には、ハロゲン電球３の後述する封止部１４が挿入され、同じく接着剤（図示せず）を介して固着されている。

反射面６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。また、この反射面６には必要に応じてファセットを形成してもよい。

なお、一例として、反射鏡２は、その最大外径（口径）Ｄ₀が５０［ｍｍ］であり、ビーム角が中角のタイプである。

ハロゲン電球３は、図２に示すように、石英ガラスや硬質ガラス等からなるバルブ１０と、このバルブ１０の内部に配置されたフィラメント１１とを有している。

バルブ１０には、封止切りの残痕であるチップオフ部１２、略円筒状の発光部１３、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１４がそれぞれ順次連なるように形成されている。発光部１３内には、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。

フィラメント１１は、タングステンからなり、略直線状に延びるように略円形形状に巻かれた二重巻きコイル部１５とその両端部にとばし部１６を介して形成された脚部１７とを有している。このフィラメント１１は、バルブ１０内において略直線状の二重巻きコイル部１５が反射鏡２の光軸Ｘ（図１参照）の方向に延びるように位置されているとともに、一端部がそれぞれの脚部１７に電気的にかつ機械的に接続された２本の内部リード線１８，１９によって支持されている。

なお、とばし部１６は非発光の部分であり、フィラメント１１における発光部分（二重巻きコイル部１５）と非発光の部分との境を明確にし、発光部分の消費電力を安定化させ、ハロゲン電球３個体間でのフィラメント１１からの発光光束のばらつきを抑制する機能を有している。

内部リード線１８，１９の他端部は、封止部１４に封着された金属箔２０，２１を介して外部リード線２２，２３の一端部に接続されている。外部リード線２２，２３の他端部は、図１に示すように、封止部１４の端面から外部に導出しており、必要に応じてヒューズ等を介して口金９の端子部２４，２５にそれぞれ電気的に接続されている。

ここで、図２および図３に示すように、二重巻きコイル部１５と反射鏡２の光軸Ｘとの位置関係は、二重巻きコイル部１５の長手方向の中心軸Ｙが反射鏡２の光軸Ｘと一致しないように平行にずらされて、二重巻きコイル部１５と光軸Ｘとが交差するようになっている。すなわち、二重巻きコイル部１５の素線と光軸Ｘとを直接的に交差させるものであり、ここで光軸Ｘと交差する二重巻きコイル部１５の部分には、二重巻きコイル部１５の長手方向の中心軸Ｙが通過する二重巻きコイル部１５の内径（二次コイルのマンドレル径）部分の空間は含まない。その際、図２に示すようにバルブ１０の長手方向の中心軸Ｚと二重巻きコイル部の中心軸Ｙとは略一致させつつ、バルブ１０の長手方向の中心軸Ｚを光軸Ｘからずらすことにより、二重巻きコイル部１５を光軸Ｘと交差させてもよいし、図示はしていないが反射鏡２の光軸Ｘとバルブ１０の長手方向の中心軸Ｚとは略一致させつつ、二重巻きコイル部１５の中心軸Ｙをバルブ１０の長手方向の中心軸Ｚからずらすことにより、二重巻きコイル部１５を光軸Ｘと交差させてもよい。

また、二重巻きコイル部１５のコイル長をＬ［ｍｍ］（図３参照）、コイル外径をＲ［ｍｍ］（図３参照）とした場合、図４に示すようにコイル長Ｌおよびコイル外径Ｒは座標（Ｌ，Ｒ）で表される点（５．５０，１．８５）、点（７．５０，１．６５）、点（７．５０，０．８５）、点（５．５０，１．０５）を順次結んだ線分で囲まれた範囲内（ただし、前記線分上を含む）から選択された値を有する。その際、二重巻きコイル部１５における他の寸法パラメータとして、定格電圧が１１０［Ｖ］であり、定格電力が略４０［Ｗ］のハロゲン電球３において、二重巻きコイル部１５（フィラメント１１における発光部分）はその素線長が３４０［ｍｍ］以上５００［ｍｍ］以下の範囲内で、素線径が０．０３２［ｍｍ］以上０．０４２［ｍｍ］以下の範囲内のものが用いられる。このとき、コイル長Ｌおよびコイル外径Ｒが前記範囲内に設定された場合、一次コイルのマンドレル径が０．２０［ｍｍ］以上０．３２［ｍｍ］以下の範囲内で、一次コイルのピッチが０．０３［ｍｍ］以上０．１２［ｍｍ］以下の範囲内で、二次コイルのマンドレル径が０．３［ｍｍ］以上１．２［ｍｍ］以下の範囲内で、二次コイルのピッチが０．５［ｍｍ］以上０．９［ｍｍ］以下の範囲内でそれぞれ設定される。

以上のとおり本発明の実施の形態にかかる反射鏡付きハロゲン電球１の構成によれば、フィラメント１１に三重巻きコイルを用いることなく二重巻きコイルを用いながら、フィラメント１１を耐衝撃性を十分に確保しつつコンパクト化することができ、消費電力（定格電力）を４０［Ｗ］としながらも、従来の定格電圧１１０［Ｖ］、定格電力６５［Ｗ］の反射鏡付きハロゲン電球の中心照度とほぼ同じ程度の中心照度を確保することができる。特に、フィラメント１１をコンパクト化するに当たり、従来、コイル長Ｌを短くするとコイル外径Ｒを大きくせざるを得ず、そのために耐衝撃性が著しく低下する傾向にあったが、コイル長Ｌとコイル外径Ｒとを最適化する中で二重巻きコイル部１５を反射鏡２の光軸Ｘと交差させることにより、コイル長Ｌおよびコイル外径Ｒをフィラメント１１全体の機械的強度を確保できる程度に留めて耐衝撃性が低下するのを抑制し、上記したように所望の中心照度を確保することができる。

また、このような反射鏡付きハロゲン電球１の配光特性を評価したところ、照射面の輪郭がはっきりとした配光特性が得られ、空間照明における明暗をはっきりとさせたい場合の用途に適切である。

次に、本発明の実施の形態である反射鏡付きハロゲン電球１（以下、単に「本発明品」という）の作用効果を確認するための実験を行った。

上記した本発明品において、表１に示すようにフィラメント１１の二重巻きコイル部１５の寸法のみを、すなわちコイル長Ｌを５．０［ｍｍ］以上８．０［ｍｍ］以下の範囲内で、同じくコイル外径Ｒを０．６０［ｍｍ］以上２．２０［ｍｍ］以下の範囲内で種々変化させたサンプル（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３５）をそれぞれ５本ずつ作製し、それらの中心照度［ｌｘ］を測定するとともに、それらの耐衝撃性について評価を行った。その結果をそれぞれ表１に示す。

「中心照度」の評価は、各サンプルを定格どおりで点灯させ、サンプルから距離１［ｍ］離れた照射面における中心照度［ｌｘ］を測定した。そして、表１では、各サンプルの中心照度の値を絶対値ではなく、従来の定格電力６５［Ｗ］（定格電圧１１０［Ｖ］）の反射鏡付きハロゲン電球の中心照度（３０００［ｌｘ］）を１００とした場合の相対値で表している。ただし、その相対値は５本のサンプルの平均値であり、表１中「−」で示したサンプルは後述するように耐衝撃性が得られなかったので評価していない。また評価の際、相対値として９５以上であれば、実用上、従来の定格電力６５［Ｗ］の反射鏡付きハロゲン電球の中心照度とほぼ同じであるといえるために、９５以上を良否の判定基準とした。

「耐衝撃性」の評価には次のような振動試験を用いた。まず、上記した各サンプルを、口金を上方にして定格どおりで点灯させる。この状態のままで各サンプルに０．６［Ｇ］の力を加え、かつ１０［Ｈｚ］以上１００［Ｈｚ］以下の範囲で２０分間振動させる。この動作を１回として連続して６０回繰り返す。そして、この振動試験によるフィラメント１１の断線有無を評価する。ただし、５本のサンプルのうち１本でも断線したものがあった場合は「有」の評価とした。

なお、上記したようにコイル長Ｌおよびコイル外径Ｒを種々変化させるに当たり、二重巻きコイル部１５の他の寸法パラメータ（マンドレル径やピッチ）については上記した範囲内で適宜設定した。通常、コイル長Ｌを一定にした場合、一次コイルのマンドレル径を小さくし、かつ二次コイルのマンドレル径を大きくすることによってコイル外径Ｒを大きくすることができる。一方、コイル長Ｌを一定にした場合、一次コイルのマンドレル径を大きくし、かつ二次コイルのマンドレル径を小さくすることによってコイル外径Ｒを小さくすることができる。

反射鏡２には最大外径（口径）が５０［ｍｍ］、ビーム角が２０［°］のものを用いている。また、バルブ１０には可視光透過赤外線反射膜等のような光干渉膜は形成していない。

表１から明らかなように、フィラメント１１における二重巻きコイル部１５のコイル長Ｌおよびコイル外径Ｒが座標（Ｌ，Ｒ）で表される点（５．５０，１．８５）、点（７．５０，１．６５）、点（７．５０，０．８５）、点（５．５０，１．０５）を順次結んだ線分で囲まれた範囲内（ただし、前記線分上を含む）から選択された値、例えば点（５．５０，１．８５）、点（５．５０，１．４５）、点（５．５０，１．０５）、点（６．００，１．８０）、点（６．００，１．４０）、点（６．００，１．００）、点（６．５０，１．７５）、点（６．５０，１．３５）、点（６．５０，０．９５）、点（７．００，１．７０）、点（７．００，１．３０）、点（７．００，０．９０）、点（７．５０，１．６５）、点（７．５０，１．２５）、および点（７．５０，０．８５）である場合、中心照度が従来の定格電力６５［Ｗ］の反射鏡付きハロゲン電球の中心照度とほぼ同じであるとともに、耐衝撃性も実用上十分耐え得るものであることが確認された。一方、コイル長Ｌおよびコイル外径Ｒが座標（Ｌ，Ｒ）で表される点（５．５０，１．８５）、点（７．５０，１．６５）、点（７．５０，０．８５）、点（５．５０，１．０５）を順次結んだ線分で囲まれた範囲外（ただし、前記線分上を含まない）の値、例えば点（５．００，２．２０）、点（５．００，１．９０）、点（５．００，１．５０）、点（５．００，１．１０）、点（５．００，０．９０）、点（５．５０，２．１５）、点（５．５０，０．８５）、点（６．００，２．１０）、点（６．００，０．８０）、点（６．５０，２．０５）、点（６．５０，０．７５）、点（７．００，２．００）、点（７．００，０．７０）、点（７．５０，１．９５）、点（７．５０，０．６５）、点（８．００，１．９０）、点（８．００，１．６０）、点（８．００，１．２０）、点（８．００，０．８０）および点（８．００，０．６０）である場合、上記した振動試験によってフィラメントが断線し、一部のものについては中心照度が従来の定格電力６５［Ｗ］の反射鏡付きハロゲン電球の中心照度に比してかなり下回ることが確認された。このような結果となったのは、特にコイル長Ｌが５．００［ｍｍ］の場合、二次コイルのピッチ間隔が狭くなりすぎて両者間で容易にピッチタッチし、それに起因して消費電力が過剰に上昇してフィラメントが溶断したためであると考えられる。また、座標（Ｌ，Ｒ）が点（５．５０，０．８５）、点（６．００，０．８０）、点（６．５０，０．７５）、点（７．００，０．７０）、点（７．５０，０．６５）、および点（８．００，０．６０）の場合、一次コイルおよび二次コイルともにピッチ間隔が狭くなりすぎて上記と同様にフィラメントが溶断したためであると考えられる。もっとも、これらの場合においてフィラメントの機械的強度の不足も影響していると考えられる。

なお、上記した実施の形態では、反射鏡２としてビーム角が２０［°］のものを用いた場合について説明したが、これに限らずビーム角が例えば７［°］以上１３［°］以下の狭角のものや、例えば２６［°］以上４４［°］以下の広角のものを用いた場合でもそれぞれのビーム角に応じて上記と同様の作用効果を得ることができる。

本発明は、フィラメントをコンパクト化し、中心照度をほとんど低下させることなく、低消費電力化させることが必要な用途にも適用することができる。

本発明の第１の実施の形態である反射鏡付きハロゲン電球の一部切欠正面図同じく反射鏡付きハロゲン電球に用いられているハロゲン電球の一部切欠正面図同じく反射鏡付きハロゲン電球に用いられているフィラメントの正面図同じく反射鏡付きハロゲン電球に用いられているフィラメントにおけるコイル長Ｌとコイル外径Ｒとの関係を座標（Ｌ，Ｒ）で表した図

符号の説明

１反射鏡付きハロゲン電球
２反射鏡
３ハロゲン電球
４開口部
５ネック部
６反射面
７前面ガラス
８接着剤
９口金
１０バルブ
１１フィラメント
１２チップオフ部
１３発光部
１４封止部
１５二重巻きコイル部
１６とばし部
１７脚部
１８，１９内部リード線
２０，２１金属箔
２２，２３外部リード線
２４，２５端子部

Claims

反射鏡と、この反射鏡内に組み込まれ、かつ内部にフィラメントが配置されたバルブを有するハロゲン電球とを備えた定格電圧が１１０［Ｖ］であり、定格電力が略４０［Ｗ］の反射鏡付き管球であって、
前記フィラメントは前記反射鏡の光軸方向に延びる略直線状の二重巻きコイル部を有し、かつ前記二重巻きコイル部の素線が前記反射鏡の光軸と交差しており、
前記フィラメントにおける二重巻きコイル部のコイル長をＬ［ｍｍ］、コイル外径をＲ［ｍｍ］とした場合、前記コイル長Ｌおよび前記コイル外径Ｒは座標（Ｌ，Ｒ）で表される点（５．５０，１．８５）、点（７．５０，１．６５）、点（７．５０，０．８５）、点（５．５０，１．０５）を順次結んだ線分で囲まれた範囲内（ただし、前記線分上を含む）から選択された値を有し、
前記二重巻きコイル部は、その素線長が３４０［ｍｍ］以上５００［ｍｍ］以下の範囲内、素線径が０．０３２［ｍｍ］以上０．０４２［ｍｍ］以下の範囲内、一次コイルのマンドレル径が０．２０［ｍｍ］以上０．３２［ｍｍ］以下の範囲内、一次コイルのピッチが０．０３［ｍｍ］以上０．１２［ｍｍ］以下の範囲内、二次コイルのマンドレル径が０．３［ｍｍ］以上１．２［ｍｍ］以下の範囲内、二次コイルのピッチが０．５［ｍｍ］以上０．９［ｍｍ］以下の範囲内にそれぞれ設定される、
ことを特徴とする反射鏡付き管球。