JP4893352B2 - 白熱電球 - Google Patents

Description

本発明は、投光器や舞台照明器の光源として用いられる白熱電球に関するものである。

投光器や舞台照明器などの照明装置は、光源として白熱電球を用いたものが広く知られている。
これらの照明装置に利用される白熱電球は、反射鏡と組み合わせて使用するものであり、反射鏡の焦点近傍に白熱電球のフィラメントを適切に位置させる必要があるので、一端に封止部が形成され他端に排気管残部が形成された一端封止型のバルブ内にフィラメントを配置した白熱電球が最適である。

このような一端封止型のバルブ内にフィラメントを配置する場合、フィラメントの両端をバルブ内に伸びる内部リード棒で接続支持するものであるが、内部リード棒だけでフィラメントを支持すると点灯中にフィラメントが撓み変形するので、内部リード棒以外にアンカーによってフィラメントを支持するものである。

特に、光出力を大きくする必要がある舞台照明用の白熱電球の場合、フィラメント形状は、複数のフィラメントセグメントを直列に結線して平面状にしたものであり、このフィラメントの場合、複数のアンカーによってフィラメントを支持する構造である。

このような従来の白熱電球を図７を用いて説明する。
白熱電球Ｃは、一端封止型の石英ガラス製のバルブ１内に、フィラメント２が配置され、フィラメント２は、複数のフィラメントセグメント２０が管軸にほぼ並行に配置され、それぞれのフィラメントセグメント２０の軸が同一の平面上に存在するように平面状に配置されている。

フィラメント２は、その両側に配置されたフィラメントセグメント２０に内部リード棒３が接続されており、この内部リード棒３はガラス片４によって固定されている。
また、ガラス片４には、フィラメントセグメント２０間のトビ部２１を引っ掛けてフィラメント２をバルブ１内に架設するためのアンカー５が固定されている。

そして、封止部１１をセラミック製のベース６の凹部６１内に挿入し、接着剤７により封止部１１にベース６が取り付けられている。

この白熱電球Ｃは、１本のフィラメントセグメントの長さが１７ｍｍであり、６本のフィラメントセグメントからなる発光面積が１７ｍｍ×１７mmであり、内部リード棒の外径が０．８ｍｍ、アンカーの外径が０．５mmである。
ガラス片は外径３．０ｍｍ、長さ１９ｍｍの円筒状のガラス部材を２つ用いて内部リード棒とアンカーを挟み込むように溶融した構造である。
そして、定格電力が１５００Ｗで点灯するものである。

このような白熱電球を用いた舞台照明用の照明装置は、照明領域の照明径を調節可能とする必要がある。

図８は、照明装置内に配置された、従来の白熱電球と反射鏡とレンズとの位置関係を示す説明図であり、白熱電球と反射鏡とレンズの保持機構は省略して示すものである。
この照明装置では、球面反射鏡Ｍの光軸Ｘ１上に白熱電球Ｃと平凸レンズＲが配置されており、反射鏡Ｍと白熱電球Ｃの位置関係は固定されており、レンズＲと白熱電球Ｃの間隔を変化させることにより、照明径を変化させるものである。
そして、白熱電球ＣとレンズＲの間隔を変化させるためには、反射鏡Ｍと白熱電球Ｃは装置内で固定されているものであるので、レンズＲが光軸Ｘ１方向に沿って移動することにより、レンズＲと白熱電球Ｃとの間隔を変化させるものである。
レンズＲが不図示の移動機構により移動するものであり、さらに、白熱電球Ｃの管軸Ｘ２が球面反射鏡Ｍの光軸Ｘ１と直交するようになっている。

図８中、白熱電球Ｃは、図７に示す白熱電球を管軸を中心にして９０°回転させたものであり、フィラメント２で構成された平面状の発光面が紙面に直交する方向に配置されたものである。

そして、装置内に固定された白熱電球Ｃと反射鏡Ｍに対して、レンズＲを紙面の左右方向（光軸Ｘ１方向）に移動させることにより、反射鏡Ｍの焦点に対してレンズＲの位置を変えることにより、照明径を調節して照明領域を広くしたり狭くしたりするものである。

特開２００１−３１９６２４号公報

しかしながら、このような照明装置では、照明領域の中心が最も照度が高くなり、中心から離れるに従って照度が徐々に低下することが理想であるが、中心から離れた部分に、中心と略同じ程度の照度が高くなる領域が発生するという、所謂、ハレーション現象が発生し、照明領域が所望の照度分布にならないという問題があった。

このハレーション現象が発生する原理について、図９を用いて説明する。
図９は、従来の白熱電球Ｃの封止部側の一部拡大断面図である。
図９に示すように、フィラメント２から放射された直射光Ｌ１や反射鏡で反射した反射光Ｌ２やベース６の接着剤７の表面で反射した反射光Ｌ３が、ガラス片４に照射され、ガラス片４で反射した光Ｌ４やガラス片４を透過した光Ｌ５の一部が、レンズに照射され、照明領域に照射されることになる。
このような、光は、所定の設計上の光路を進むものではないので、この光によってハレーション現象が発生するものである。

図１０は、図８の照明装置から放射され光で照明領域を照明した時の照度分布を示すデータ説明図であり、反射鏡の頂部と白熱電球のフィラメントで構成された平面状の発光面までの距離Ｄ１が５０ｍｍ、白熱電球の発光面からレンズの入射面までの距離Ｄ２が４５０ｍｍ、レンズの入射面から照明領域までの距離が５０００ｍｍの条件下でのデータである。

図１０に示すように、照明領域の中心部では、照度が１４０００ルクスであり、照明領域の下方部分では、中心から離れるに従い照度が低下している。
しかしながら、照明領域の上方部分では、中心から離れた位置に、照度が
８０００ルクスとなる照度の高い部分が存在しており、この部分がハレーション発生部分であり、照明領域の上方部分では、中心から離れるに従って照度が徐々に低下せず、照明領域が理想的な照度分布になっていないことがわかる。

このような問題を解消するために、ガラス片と対向するバルブの表面に黒色顔料を塗布乾燥した遮光膜を形成する技術も提案されているが、点灯中、バルブの温度が９００℃程度と高温状態になるため、長時間点灯すると遮光膜が剥がれてしまい、照明領域の一部にハレーションが発生し、結果的に、確実にハレーションの発生を防止することができなった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、照明領域にハレーションが発生せず、照明領域の中心から離れるに従って照度が徐々に低下する照度分布となる白熱電球を提供することにある。

本発明の白熱電球は、白熱電球の管軸が反射鏡の光軸に直交するように配置された照明装置に用いられる白熱電球であって、一端に封止部が形成され他端に排気管残部が形成されたバルブ内にフィラメントが管軸と平行に配置され、当該フィラメントがバルブ内の封止部側に配置されたガラス片に固定されたアンカーによって架設され、前記封止部がベースの凹部に挿入されて接着剤によって固定された白熱電球において、前記ガラス片が、前記ベースの凹部内に位置していることを特徴とする。
さらに、前記封止部の一部は、ベースの凹部内で接着剤の上面より突出していることを特徴とする。

本発明の白熱電球によれば、フィラメントを架設するためのアンカーが固定されたガラス片を、封止部に固定されたベースの凹部内に位置させることにより、ガラス片に光が照射されることを防止でき、或いは、ガラス片に光が照射されても、ガラス片で反射した光やガラス片を透過した光が照明領域に向かって照射されることが防止でき、照明領域の中心から離れるに従って照度が徐々に低下する照度分布となる。

以下、本願発明の白熱電球を説明する。
図１は、本願発明の白熱電球の説明図である。
白熱電球Ａは、一端封止型の石英ガラス製のバルブ１内に、フィラメント２が配置され、フィラメント２は、複数のフィラメントセグメント２０が管軸にほぼ並行に配置され、それぞれのフィラメントセグメント２０の軸が同一の平面上に存在するように平面状に配置されている。

フィラメント２は、その両側に配置されたフィラメントセグメント２０に内部リード棒３が接続されており、この内部リード棒３はガラス片４によって固定されている。
また、ガラス片４には、フィラメントセグメント２０間のトビ部２１を引っ掛けてフィラメント２をバルブ１内に架設するためのアンカー５が固定されている。

そして、バルブ１内のガラス片４が、セラミック製のベース６の凹部６１内に位置するように封止部１１を凹部６１内に挿入し、白色シリカ系の接着剤７をガラス片４を超えてベース６の先端面６１０近傍まで充填して、ベース６を封止部１１に取り付けている。
この結果、ガラス片４がベース６の外方には存在せず、後述する反射鏡の光軸Ｘ１から白熱電球Ａを見た時に、ガラス片４が見えず、ガラス片４がベース６内に隠れた構造である。

この白熱電球Ａは、１本のフィラメントセグメントの長さが１７ｍｍであり、６本のフィラメントセグメントからなる発光面積が１７ｍｍ×１７mmであり、内部リード棒の外径が０．８ｍｍ、アンカーの外径が０．５mmである。
ガラス片は外径３．０ｍｍ、長さ１９ｍｍの円筒状のガラス部材を２つ用いて内部リード棒とアンカーを挟み込むように溶融した構造である。
そして、定格電力が１５００Ｗで点灯するものである。

図２は、照明装置内に配置された、本発明の白熱電球と反射鏡とレンズとの位置関係を示す説明図であり、白熱電球と反射鏡とレンズの保持機構は省略して示すものである。
この照明装置では、球面反射鏡Ｍの光軸Ｘ１上に白熱電球Ａと平凸レンズＲが配置されており、反射鏡Ｍと白熱電球Ａの位置関係は固定されており、レンズＲと白熱電球Ａの間隔を変化させることにより、照明径を変化させるものである。
そして、白熱電球ＡとレンズＲの間隔を変化させるためには、反射鏡Ｍと白熱電球Ａは、装置内で固定されているものであり、レンズＲを光軸Ｘ１方向に沿って移動させることにより、レンズＲと白熱ランプＡの間隔を変化させるものである。
レンズＲが不図示の移動機構により移動するものであり、そして、白熱電球Ａの管軸Ｘ２が球面反射鏡Ｍの光軸Ｘ１と直交するようになっている。

図２中、白熱電球Ａは、図１に示す白熱電球を管軸を中心にして９０°回転させたものであり、フィラメント２で構成された平面状の発光面が紙面に直交する方向に配置されたものであり、装置内に固定された反射鏡Ｍと白熱電球Ａに対して、レンズＲを紙面の左右方向（光軸Ｘ１方向）に移動させることにより、反射鏡Ｍの焦点に対してレンズＲの位置を変えて、照明径を調節して照明領域を広くしたり狭くしたりするものである。

図３は、図１に示す本発明の白熱電球の封止部側の一部拡大断面図であり、図１における白熱電球Ａを管軸を中心にして９０°回転させたものである。
図３に示すように、フィラメント２から放射された直射光Ｌ１や反射鏡で反射した反射光Ｌ２が、ベース６内に位置するガラス片４に照射されるが、ガラス片４で反射した光Ｌ４やガラス片４を透過した光Ｌ５のほとんどは、凹部６１内の接着剤７の内面に向かって進行し、この凹部６１内の接着剤７の内面で、繰り返し反射して減衰するために、ガラス片４で反射した光Ｌ４やガラス片４を透過した光Ｌ５のほとんどは、ベース内６から外方に出射されないものである。

また、図３に示すように、ベース６の先端面６１０の厚みは２ｍｍ以上であり、本実施例では２ｍｍである。
このように先端面６１０の厚みＨが２ｍｍ以上であれば、この先端面６１０に照射された光が反射され、照射面に照射されることにより、ベースの輪郭がぼやけ、ベースの映り込みがなくなり、照射面における照度部分が極端に変わる境界部をなくすことができる。
一方、バルブの表面に遮光膜を直接つけた場合は、遮光膜が厚みが０．１ｍｍ程度のものであるので、照射面に遮光膜によって遮光される部分が明らかに発生し、照射面における照度部分が極端に変わる境界部が発生し、照射面上に遮光膜が映りこむことになり、自然な配光分布が得られないものである。

さらに、ベース６は、図１に示すように、バルブ側に向かって外径が小さくなるテーパー状の形状であるので、図２に示す照明装置内に白熱電球を配置した場合に、反射鏡ＭとレンズＲとの間において、光路上の障害物となるベースの大きさを小さくでき、ベース６における遮光割合を低減し、光の利用効率を上げることができる。

さらに、バルブの表面に遮光膜を直接つけた場合は、ランプ入力が１．５ＫＷ以上では遮光膜の劣化のみならず、遮光膜によって蓄熱される熱量が大きくなりすぎ、バルブの温度が上がり、バルブ変形や封止部の温度が上昇する問題があるが、図１、図３に示すように、ベース６の先端面６１０に光が照射されベース６の温度が上昇しても、ベース６は、接着剤７によって完全にバルブ１と封止部１１から隔離されているために、ベース６の熱がバルブ１と封止部１１には伝わりにくく、ランプ入力が２ＫＷ以上となっても、バルブ１の変形が起こらず封止部１１の温度上昇も抑制することができる。
また、必要に応じて、ベース６に放熱フィンをつけるなどして、放熱作用を有する構造にすれば、さらに、効果的である。

図４は、図２の照明装置から放射され光で照明領域を照明した時の照度分布を示すデータ説明図であり、反射鏡の頂部と白熱電球のフィラメントで構成された平面状の発光面までの距離Ｄ１が５０ｍｍ、白熱電球の発光面からレンズの入射面までの距離Ｄ２が４５０ｍｍ、レンズの入射面から照明領域までの距離が５０００ｍｍの条件下でのデータである。

図４に示すように、照明領域の中心部では照度が１４０００ルクスであり、中心から離れるに従い照度が徐々に低下しており、照明領域において、中心から離れた位置に照度が高くなる領域は存在せず、ハレーションが発生していないことがわかる。

つまり、本願発明の白熱電球を用いた照明装置においては、バルブ内のガラス片からの反射光や透過光が白熱電球から放射されることを防止でき、照明領域にはハレーションを起こす原因となる不要な光が照射されず、照明領域の中心が最も照度が高く、中心から離れるに従って照度が徐々に低下する理想的な照度分布となる。

図５は、本願発明の白熱電球の他の例の説明図であり、図５（イ）は、フィラメントで構成された平面状の発光面が紙面と並行になるように配置した説明図であり、図５（ロ）は、図５（イ）の白熱電球をフィラメントで構成された平面状の発光面が紙面に直交する方向に配置した説明図である。

図５に示す白熱電球と図１に示す白熱電球との異なる構成は、ベース６内に充填される接着剤７の充填量が異なる。図１と同一符号は同一部分を示すものであり説明は省略する。
図５に示すように、白熱電球Ｂは、バルブ１内のガラス片４が、セラミックベース６の凹部６１内に位置するように封止部１１を凹部６１内に挿入している。そして、凹部６１内に白色シリカ系の接着剤７を充填するが、封止部１１のフィラメント２側が接着剤７によって埋もれていない構造になっている。
すなわち、封止部１１のフィラメント側の一部は、ベース６の凹部６１内で接着剤７の上面７０から突出しており、ガラス片４と対向するバルブ１の外部には接着剤７は存在しておらず、ガラス片４がベース６の外方には存在せず、反射鏡の光軸Ｘ１から白熱電球Ｂを見た時に、ガラス片４が見えず、ガラス片４がベース６内に隠れた構造である。

この結果、封止部１１全体が接着剤７に埋もれておらず、封止部１１のフィラメント側の周りには接着剤が存在せず、ベース６の外部と連通する空隙６２が形成されているので、この空隙６２によって封止部１１で発生した熱が逃がされるため、封止部１１が高温状態とならず、封止部１１に埋設された金属箔や外部リードの酸化を抑制することができ、封止部１１の破損を防止することができる。

図６は、図５（ロ）に示す本発明の白熱電球の封止部側の一部拡大断面図である。なお、図１と同一符号は同一部分を示すものであり説明は省略する。
図６に示すように、フィラメント２から放射された直射光Ｌ１や反射鏡で反射した反射光Ｌ２や接着剤の表面で反射したＬ３が、ベース６内に位置するガラス片４に照射されるが、ガラス片４で反射した光Ｌ４やガラス片４を透過した光Ｌ５のほとんどは、ベース６の凹部６１の内壁面や接着剤の上面７０に向かって進行し、凹部６１の内部で繰り返し反射して減衰するために、ガラス片４で反射した光Ｌ４やガラス片４を透過した光Ｌ５のほとんどは、ベース内６から外方に出射されないものである。

この結果、この白熱電球Ｂを用いた照明装置においては、バルブ内のガラス片からの反射光や透過光が白熱電球から放射されることを防止でき、照明領域にはハレーションを起こす原因となる不要な光が照射されず、照明領域の中心が最も照度が高く、中心から離れるに従って照度が徐々に低下する理想的な照度分布となる。

なお、図５に示す白熱電球Ｂの場合、ベース６の凹部６１の内壁面を黒色顔料で着色することにより、内壁面に照射された光を確実に吸収することができ、バルブ内のガラス片からの反射光や透過光が白熱電球から放射されることを確実に防止することができる。

なお、図１、図５では、フィラメントが複数のフィラメントセグメンが直列に結線した平面状の発光面を有する白熱電球を示したが、フィラメントの形状は、どのような形状であってもよく、バルブ内にガラス片を有する白熱電球に本願発明は適用されるものである。

本発明に係る白熱電球の説明図である。 本発明に係る白熱電球を用いた照明装置内に配置された白熱電球と反射鏡とレンズとの位置関係を示す説明図である。 図１に示す本発明の白熱電球の封止部側の一部拡大断面図である。 図２の照明装置から放射され光で照明領域を照明した時の照度分布を示すデータ説明図である。 本発明に係る他の実施例の白熱電球の説明図である。 図５（ロ）に示す本発明の白熱電球の封止部側の一部拡大断面図である。 従来の白熱電球の説明図である。 従来の白熱電球を用いた照明装置内に配置された白熱電球と反射鏡とレンズとの位置関係を示す説明図である。 従来の白熱電球の封止部側の一部拡大断面図である。 図８の照明装置から放射され光で照明領域を照明した時の照度分布を示すデータ説明図である。

符号の説明

１ バルブ
１１ 封止部
２ フィラメント
２０ フィラメントセグメント
２１ トビ部
３ 内部リード棒
４ ガラス片
５ アンカー
６ ベース
６１ 凹部
６１０ 先端面
７ 接着剤

Claims (2)

1. 白熱電球の管軸が反射鏡の光軸に直交するように配置された照明装置に用いられる白熱電球であって、
   一端に封止部が形成され他端に排気管残部が形成されたバルブ内にフィラメントが管軸と平行に配置され、当該フィラメントがバルブ内の封止部側に配置されたガラス片に固定されたアンカーによって架設され、前記封止部がベースの凹部に挿入されて接着剤によって固定された白熱電球において、
   前記ガラス片が、前記ベースの凹部内に位置していることを特徴とする白熱電球。
2. 前記封止部の一部は、ベースの凹部内で接着剤の上面より突出していることを特徴とする請求項１に記載の白熱電球。
   
   

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