JP4754038B2 - 電気白熱電球 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、電気白熱電球であって、
鋳型形成されたガラス板であって、電流導体と当該板を介して延在する金属管とに気密的に接続されたガラス板と、
上記鋳型形成された板に対して所定の位置を占めると共に上記電流導体に接続された白熱体と、
上記白熱体を囲むと共に前記鋳型形成された板にエナメルにより気密的に接続されたガラス球と、
上記ガラス球内で少なくとも１バールの圧力を有する充填ガスと、
を有し、前記金属管が前記ガラス球外に気密封止部を有するような電気白熱電球に関する。
背景技術
上記のような電気白熱電球はフランス国特許出願公開第FR-B-913,579号から既知である。
この既知の電球は、位置決めスタッドを備える円形の縁を持つような鋳型形成又は圧縮形成されたガラス板を有している。この電球は、そのガラス球を前にして反射器の開口を介して通過され、該開口の境界に対して上記板の縁を当てて十分に押圧されるように設計されている。この電球付き反射器は、追い越しビーム又は走行ビームを発生するための動力車両用ヘットランプとして使用することができる。
上記の既知の電球の欠点は、上記ガラス板が大きな寸法的許容誤差でのみしか製造できない点にある。このことは、前記白熱体の位置が劣悪にしか定まらないということを意味している。
例えば自動車等の車両の後部におけるような白熱電球の他の利用分野においては、後方に、即ち支持体に向けて電球口金（即ち電球基部）を前にして移動することができるような白熱電球であって、その場合に白熱体がガラス球を上記支持体から離れる方向に向けて該支持体に対して正確に定まった位置を占めるような白熱電球が利用可能であることが望まれる。このような電球は、停止ランプ、尾灯、バック灯、後部フォグランプ、指示ランプ等に用いることができる。
これらの機能のための既知の電気白熱電球には電球口金が設けられている。この電球の白熱体は、上記電球口金に対して広い限界内でしか定まらないような位置しか有しておらず、これら電球は比較的短い寿命しか有していない。加えて、電球の漏れに起因して比較的高い初期故障率がある。
発明の開示
本発明の一つの目的は、冒頭で述べたような種類の電気白熱電球であって、ガラス板に対する白熱体の正確な予め決められた位置を可能とし、且つ、小型の構造を可能とするような電気白熱電球を提供することにある。
本発明によれば、上記目的は、前記ガラス板が焼結された部材であり、該焼結部材が前記ガラス球のガラスの組成に相当するような組成を有するようにして達成される。
上記の焼結されたガラス板は、高い寸法的精度で製造することができる。前記電流導体及び金属管は最初から存在させることができ、その場合、該ガラスを介して気密的に通すことができる。焼結された上記ガラス板は、例えば白色又は青白い灰色のような明るい色を有するので、入射光を反射するという他の利点も有している。これにより、該ガラス板に入射する光が、反射器により形成される光ビームに対して失われるのを防止することができる。ガラス組成の一致は、ガラスの歪みを防止する。
本電球は、１バールを越える圧力のお陰で比較的長い寿命を持つ。上記充填ガスの圧力は、室温で２バールと１５バールとの間、通常は２バールと８バールとの間、例えば３バールと５バールとの間になるよう選定するのが好ましい。電球の寿命のため、及び白熱体から蒸発したタングステンの付着によるガラス球の黒化に起因する当該電球の光束の減少を防止するため、上記充填ガスは、例えば大気中に存在するような比で（即ち、約６容積パーセントのXe等）、Xe、Kr又はこれらの混合物を含んでいるのが好ましい。タングステンの蒸発は、これらガスの高い分子量及びそれらの圧力により強力に防止されるので、比較的小さなガラス球を用いながら高い光束維持を達成することが可能となる。これにより、当該電球に非常に小さな構造的高さを与えることが可能となるから、当該電球を収容するであろう照明器具は比較的平らにすることができる。該電球は、例えば、前記ガラス板の外側からガラス球の頂部までが２cm未満の寸法を有することができる。
前記充填ガスは、例えば２４ボルト又はそれ以上の比較的高い点灯電圧の場合に、降伏を防止するために数容積パーセントのＮ₂を含んでいるのが好ましい。また、該充填ガスにハロゲン又はハロゲン化合物を添加してガラス球の黒化を防止するようにするのが好ましい。
好ましい実施例においては、前記ガラス球内に水蒸気ゲッタが設けられる。該水蒸気ゲッタは前記ガラス板上又は電流導体に対して設けることもできるが、特に便利なゲッタは前記電流導体の少なくとも１つ上へのコーティングにより形成される。該水蒸気ゲッタは、前記ガラス球及び前記板を比較的高い温度まで加熱させるのを可能にし、かくして比較的小さなガラス球内で比較的高い電力を消費させることを可能にする。従って、該電球は前記のような小さい寸法で約２５Ｗまでの電力を消費することが可能である。当該ガラスから放出される水蒸気は該ゲッタにより結合されるので、水蒸気サイクルが当該電球内で発生し、タングステンが白熱体から前記板及びガラス球壁に移送されるのを防止することができる。
前記金属管の閉止を凝固された溶融金属とするのが魅力的である。その場合、例えば気密室内等の清浄な雰囲気内で、例えばレーザにより、電球を封止離しすることが可能となる。他の可能性は、例えばタングステン等の金属の滴が被着されるようにし、これにより例えばＴＩＧ溶接が得られるようにしてもよい。気密封止を行うこれらの方法は、これらが素早く実現することができ、非常に信頼性があるという利点を有している。金属管は、該金属管及び該金属管の封止があまり脆弱でなく、歪みを防止しながら該管を封止離しすることができるという利点を有している。
好ましい実施例では、前記白熱体は前記電流導体に凝固された溶融金属により接続される。この実施例は、はさみ潰し又は抵抗溶接等の他の実施例よりも、素早く実現することができ且つ信頼性があるのみならず、正確であるという利点を有している。前記白熱体は、前記焼結された板に対して正確な前もって決められた位置に位置されるが、その場合、好ましくは該焼結された板の前記ガラス球からは遠い側の外表面に対するものとし、該白熱体の端部は電流導体に接近するように移動させればよく必ずしもこれら電流導体に当てる必要はない。後者の場合、溶融金属が電流導体と白熱体の端部との間の間隙をブリッジし、該溶融金属の凝固により、これら２つを相互接続する。上記溶融金属は外部から、例えばディスペンサを介しての例えばモリブデンを、所謂滴下被着方法（drop deposition process）で供給することともできるが、他の例として、例えばレーザにより電流導体自体を前記板側から見て白熱体の端部を越えて溶融させることもできる。
好ましい実施例では、前記電流導体の各々は、前記板に隣接して、第１金属からなると共に前記鋳型形成された板を介して前記ガラス球内に侵入する第１導体部分と第２金属からなり前記白熱体に向かって延在する第２部分との間に溶接部を有する。この実施例は、前記板の製造後に、例えば突き合わせ溶接により上記第２部分を設けることができるという利点を有している。その場合、上記第２部分は前記板を製造するに要する温度に曝されることがなく、従って同一の太さが与えられた場合前記第１部分より大きな剛性を有することができる。何故なら、第２部分は軟焼き鈍し（soft-anneal）されていないからである。これの重要な利点は、本実施例が広い選択自由度を提供することができる点にある。かくして、上記第２部分を例えば比較的小さな直径を有するように選定し、該部分が、発生された光ビーム中に陰を形成するのを防止することができる。
前記ガラス球が、曲率中心を有すると共に円筒部を介してエナメルにより前記鋳型形成された板に接続された球状端部を有するようにし、前記白熱体が上記曲率中心を囲むようにするのが好ましい。上記白熱体は、通常、上記鋳型形成された板を横切るように前記ガラス球の中心線上に配置される。好ましい実施例では、上記円筒部及び上記端部の隣接する部分は白色の散乱コーティングを有する。この実施例は、上記コーティングが発生された光を前記板から離れる方向に反射するという利点、及び、上記コーティングは熱的放射も反射するので当該電球を保持する担持体（carrier）を低熱抵抗の材料から製造することができるという利点を有している。
他の例として、前記ガラス球は、例えば放物状部分又は楕円状部分のような異なる形状の部分を有することもできる。また、該ガラス球は鏡コーティング、又は他の例として例えばＩＲ放射を白熱体に戻すためのＩＲ反射コーティングを有していてもよい。
前記鋳型形成された板は前記ガラス球の外側に突出する丸くない縁部を有するのが好ましい。この場合、該縁部は当該電球用の保持体（例えば、該電球が設けられる担持体）が当該電球を把持するのを可能にする。その場合、上記縁部の丸くない形状は前記電流導体が何処で前記板から外部へ出ているかを示すことができる。上記の丸くない縁部は、前記白熱体を、該縁部に対して上記板と平行な方向に位置決めするよう作用することもできる。該縁部は相対向する平らな側部を有しているのが好ましい。このような平らな側部は上述したような目的にとり非常に効果的であり、それでいて、簡単な方法で実現することができる。これら側部は、例えば担持体に対して装着された電球が該担持体に対して回転するのを防止するようにも作用する。
環境保護のため、前記ガラス球及び前記鋳型形成された板のガラスが少なくとも実質的に鉛を含まないのが好ましい。電球用に適した無鉛ガラスは、例えば米国特許第５４７０８０５号から既知であり、略、SiO₂ ６０〜７２;Al₂O₃ １〜５;Li₂O ０.５〜１.５;Na₂O ５〜９;K₂O ３〜７;MgO １〜２;CaO １〜３;SrO １〜５;BaO ７〜１１;残部＜０.５なる重量パーセントの組成を有している。このようなガラスは、２５℃と４８０℃との間で、約１１ｘ１０^-6℃^-1なる線形熱膨張係数を有している。該ガラスは、例えばニッケル−鉄合金からなる電流導体及び金属管と組み合わせで使用するのに極めて適している。他の例として、当該電球容器は、特に前記充填ガスがハロゲン又はハロゲン化合物を含む場合は、硬質ガラス又は石英ガラスから形成することもできる。
前記焼結された板は前記ガラス球から遠い側の表面が平らであることが好ましい。この表面は例えば担持体等の保持体に装着させることができ、従って前記白熱体の位置に関する基準として作用させるに適した面である。好ましい実施例では、上記板の前記ガラス球に面する側の表面は中央の隆起を有し、該隆起は電球の製造過程において上記板に対して上記ガラス球を芯出しするよう作用するが、該隆起はエナメル材料の事前整形されたリングを位置決めするためにも有効である。
好ましい実施例では、前記焼結された板は前記ガラス球から遠い側に面する表面よりも広い前記ガラス球側に面する表面を有している。この場合、上記ガラス板は円錐状の側面を有し、当該電球が保持体内に配置される場合に自己位置決めする。
本発明による電気白熱電球は、通常、１３.５ボルトの電圧で約５ないし２５Ｗの電力を消費する。当該電球は１８lm/Wなる光源効率に対して少なくとも２００時間の有効寿命を有することができる。
【図面の簡単な説明】
本発明による電気白熱電球の一実施例が図面に示されており、これら図面において：
第１図は、該電球の側面を示す。
第２図は、該電球の側面をコーティングを除き、且つ、拡大して示す。
第３図は、焼結板を第２図のIII線に沿って示す。
第４図は、該電球の光度の分布を示す。
発明を実施するための最良の形態
第１図及び第２図において、当該電気白熱電球はガラス製の鋳型形成された板１を有し、該ガラス板は電流導体２と、該ガラス板を介して通過された金属管３とに気密的に接続されている。電流導体２には白熱体４が接続され、該白熱体は上記鋳型形成板１に対して予め規定された位置を占めている。白熱体４を覆うようにガラス球５が配置され、該ガラス球は上記鋳型形成板に対してエナメル６により気密的に接続されている。ガラス球５内には、少なくとも１バールの圧力の充填ガスが存在する。また、金属管３はガラス球５の外側に気密封止部３０を有している。
ガラス板１は、ガラス球５のガラスの組成に相当する組成を持つ焼結された部材である。図のものでは、該ガラス組成は、略、SiO₂ 67.59;Al₂O₃ 3.56;Li₂O 1.27;Na₂O 7.38;K₂O 4.88;MgO 1.24;CaO 1.89;SrO 3.04;BaO 8.81;CeO₂ 0.12;SO₃ 0.17;残部0.05なる重量パーセントである。ガラス球５のガラス及び鋳型形成板１のガラスは少なくとも実質的に鉛を含んでいない。
前記充填ガスは、室温において２ないし１５バールの圧力、通常は２ないし８バール、特には３ないし５バールの圧力を有すると共に、Xe、Kr又はこれらの混合物を含み、図のものでは５バールの圧力のクリプトンを含む。該充填ガスは数容積パーセントのＮ₂、及び多分ハロゲン又はハロゲン化合物を含んでいてもよい。
ガラス球５内には水蒸気ゲッタ２０が存在し、該ゲッタは図のものでは両電流導体２上のコーティングの形態のものである。該ゲッタはZrAlの粉体コーティングにより形成されるが、他の例として例えばZrPdのコーティングを有してもよい。
金属管３の封止部３０は凝固された溶融金属であり、図のものでは放電アークにより溶融された管３の端部から生じる滴である。
白熱体４は、凝固された溶融金属２１により、第２図のものにおいては電流導体２の第２部分２３がレーザにより局部的に溶融されたことにより、電流導体２に接続されている。
図においては、電流導体２は前記板１に隣接して、例えばニッケル−鉄−クロム合金等の第１金属からなり鋳型形成板１を介してガラス球５内に侵入する該導体の第１部分２２と、第２金属からなり白熱体４に向かって延びる第２部分２３との間に溶接部を有している。第２図の場合は、上記第２部分はＭｏからなるが、他の例として例えばMnNiからなっていてもよい。これら２つの部分は突き合わせ溶接により一緒に接合されている。
ガラス球５は、曲率中心５１を有すると共に円筒部５２を介してエナメル６により鋳型形成板１に接続された球状端部５０を有している。白熱体４は上記曲率中心５１を囲むと共に、板１に垂直に当該ガラス球５の軸５４に一致するように位置されている。
第１図においては、ガラス球５の円筒部５２と球状端部５０の隣接部分とは白色コーティング５３を有している。図における該コーティングは、TiO₂又は代わりとしてZrO₂のスラリが塗布されることにより得られている。
鋳型形成板１（第３図も参照）はガラス球５の外側に突出する丸くない（unround）縁部１０を有している。該縁部１０は相対向する平らな側部１１を有している。該板は、ガラス球５に面する表面１３に、該球５を芯出しする中央隆起部１２を有している。該板１のガラス球５から遠い方に面する表面１４は上記表面１３より狭く、従って該板１は円錐状側面を有して、当該電球が保持部（holder）内に又は担持部（carrier）に対して配置される場合に自己位置決めをする。上記白熱体は上記板１のガラス球５から遠い側に面する表面１４に対して垂直に整列されており、平らな側部１１に対して板１と平行な方向に整列されている。
該電球は、精度、寿命及び光束維持、並びに高度に信頼性のある気密性に関して高品質のものである。加えて、約１６mmなる最大直径、及びガラス球から前記板の外側までの２０mm未満の距離を有するというように非常に小型である。
第４図において、曲線ａは透明ガラス球を有する１５Ｗの電球の光度分布を表し、曲線ｂは同一の電球であるが第１図に示すように外部に拡散的に反射するZrO₂層を備える電球の同様の分布を表している。測定の際には、当該電球は白熱体を該グラフの中心にして図示の位置であった。
曲線ａは、透明ガラス球を有する電球は、実際には、通常有用でない斜め後方と同程度に斜め前方に光を投射していることが分かる。また、当該電球が真っ直ぐ前方には約４cdなる低い光度しか有していないことは明らかである。
曲線ｂからは、コーティングされた電球は当該コーティングの境界にわたり、後方には最早実質的に何の光も放射していないことが明らかである。実際に、全ての光が斜め前方に放射され、ここで特に更に前の方の方向は上記コーティングのお陰である。また、光度は真っ直ぐ前方では１２cdに上昇した。

Claims (12)

1. 鋳型形成されたガラス板であって、電流導体と該板を介して延在する金属管とに気密的に接続されたガラス板と、
   前記鋳型形成された板に対して所定の位置を占めると共に、前記電流導体に接続された白熱体と、
   前記白熱体を囲み、エナメルにより前記鋳型形成された板に気密的に接続されたガラス球と、
   前記ガラス球内部で室温において少なくとも１バールの圧力を持つ充填ガスと、
   を有し、前記金属管が前記ガラス球の外部に気密封止部を有するような電気白熱電球において、
   前記ガラス板が、ガラスの歪みを防止するために前記ガラス球のガラスの組成に相当する組成を有するような焼結された部材であり、前記ガラス板の前記ガラス球から遠い側に面する表面は、前記ガラス板の前記ガラス球側に面する表面よりも広いことを特徴とする電気白熱電球。
2. 請求項１に記載の電気白熱電球において、前記充填ガスは室温において２ないし１５バールの圧力を有すると共にXe、Kr又はこれらの混合物を有し、N₂を含んでいてもよいことを特徴とする電気白熱電球。
3. 請求項２に記載の電気白熱電球において、前記ガラス球内に水蒸気ゲッタが設けられていることを特徴とする電気白熱電球。
4. 請求項３に記載の電気白熱電球において、前記水蒸気ゲッタが前記電流導体の少なくとも１つの上に施されたコーティングであることを特徴とする電気白熱電球
5. 請求項１、２又は３に記載の電気白熱電球において、前記金属管の封止部が凝固された溶融金属であることを特徴とする電気白熱電球。
6. 請求項１、２又は３に記載の電気白熱電球において、前記白熱体が凝固された溶融金属により前記電流導体に接続されていることを特徴とする電気白熱電球。
7. 請求項６に記載の電気白熱電球において、前記電流導体の各々が前記板の近傍で、第１の金属からなり前記鋳型形成された板を介して前記ガラス球内に侵入する第１の導体部分と、第２の金属からなり前記白熱体に向かって延びる第２の導体部分との間に溶接部を有することを特徴とする電気白熱電球。
8. 請求項１、２又は３に記載の電気白熱電球において、前記ガラス球は曲率中心を有し円筒部を介してエナメルにより前記鋳型形成された板に接続された球状端部を有し、前記白熱体が前記曲率中心を囲むことを特徴とする電気白熱電球。
9. 請求項８に記載の電気白熱電球において、前記円筒部と前記端部の隣接する部分とが白色コーティングを有していることを特徴とする電気白熱電球。
10. 請求項１、２又は３に記載の電気白熱電球において、前記鋳型形成された板が前記ガラス球の外側に突出する丸くない縁部を有することを特徴とする電気白熱電球。
11. 請求項１０に記載の電気白熱電球において、前記縁部が相対向する平坦な側部を有していることを特徴とする電気白熱電球。
12. 請求項１に記載の電気白熱電球において、前記ガラス球及び前記鋳型形成された板のガラスが少なくとも実質的に鉛を含んでいないことを特徴とする電気白熱電球。

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