JPH09512382A - 自己位置決め性及び光方向性を有する表面実装用小型白熱ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 表面実装用小型白熱ランプアセンブリは、長尺な略円筒状のガラスエンベロープ（２０）を有し、そのエンベロープには、ガラス−金属シールを有する金属部材（２６）及び（３６）に接触するフィラメント（２２）が収容されている。ガラスエンベロープ（２０）の外表面の大部分は、光反射金属コーティング（５０）によって被覆されると共に、平面を照射するように、コーティングされていない長尺窓（５２）を有している。金属部材（２６）及び（３６）はエンベロープから軸方向に沿って外方に延びており、回路基板に実装される際、ランプに電気的接続をもたらす。少なくとも１つの端部材は、独特な表面、例えば、異なる円筒状平面の平坦部（５４）を備えている。そして、それは、ガラスエンベロープ（２０）の窓（５２）に対して方向付けされて固定され、所望の方向に配置された窓（５２）と共に、ランプアセンブリを、支持面（回路基板）に実装するためのキーすなわち指標面として作用する。

Description

【発明の詳細な説明】 自己位置決め性及び光方向性を有する表面実装用小型白熱ランプ 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、表面実装用小型白熱ランプアセンブリ、特に、主に一方向に光を方 向付けると共に、表面に回転方向の固定をすることにより、所望の方向に光を方 向付けしてランプを位置決めできる表面実装用小型白熱ランプアセンブリに関す る。 ２．従来技術の詳細な説明 小型白熱ランプは、主な例として提供されるデジタル時計を備えた電子機器や 装置等に多いに適用される。一般に、製造コスト節減のため、小型白熱ランプに 表面実装技術を適用しなければならないことは周知である。すなわち、小型白熱 ランプを、回路基板にはんだ付けや溶接により固定する必要なしに、電子組立ラ インで、装置（例えば、デジタル時計）に組み込み可能とすることである。 小型白熱ランプアセンブリは、回路基板にはんだ付けや溶接により固定する必 要なしに回路基板に実装され、例えば、相対的に製造が簡略化し、組立が容易に なるという他の効果を有し、それは本出願と同一出願人に譲渡された本発明者の 米国特許第5,138,226号に記載されている。米国特許3,060,334、3,346,751、4,5 37,323、4,713,580、4,952,838、及び4,970,428は、本発明のさらに以前の従来 技術を構成する。 小型白熱ランプは、例えばデジタル時計のバッテリーのような相対的に小型の 電源によって電力を供給されるようになっているので、ランプの電力消費が、デ ザインや用途にとって重要な要因となる。このため、普通のデジタル時計でラン プを頻繁に使用すれば、そのバッテリーの有効寿命は短くなり、ひどいものでは 、白熱ランプの１分の使用により、時計の通常電力のためのバッテリー寿命は数 日短くなる。これに鑑みて、バッテリーからのより少ない電力でランプを使用で きるように、小型白熱ランプの電力消費を減らしたり、及び／又は、もっと効率 的な手法で小型ランプによって生じる光を利用したりすることが切望されている 。本発明は、米国特許第5,138,226号に記載された小型白熱ランプアセンブリの 相対的に容易な製造と組立の効果を有しつつ、これらの目的を達成する。 本発明の概要 本発明の目的は、はんだ付けや溶接をすることなく、例えば、回路基板のよう な表面に実装するのに適した小型白熱ランプアセンブリを提供することである。 本発明の他の目的は、主に、所望の方向にのみ光を照射すると共に、支持面、 例えば、回路基板に対してランプアセンブリを回転方向に位置決めするための搭 載手段を装着し、これにより、実装されたランプアセンブリを、所望の方向に光 を方向付けるように自動的に配置することである。 前記目的及び効果は、長尺な略円筒状のガラスエンベロープを有し、このガラ スエンベロープには、ガラス−金属シールを有する金属部材に接触するように、 フィラメントが内蔵される小型白熱ランプアセンブリによって達成される。ガラ スエンベロープの外表面の大部分は、光を反射するコーティングが施され、表面 に残されたコーティングされていない長尺な窓を備え、フィラメントに通電した 際、光が通過して外部に光を方向付ける。金属部材は、前記エンベロープから外 側に向かって軸方向に延び、ランプに電気接続する。金属部材の少なくとも一端 は、独特な表面特徴を有し、それはガラスエンベロープの窓に対して方向付けさ れて連結され、「キー」、すなわち、支持面（回路基板）に、所望の方向に配置 された窓と共にランプアセンブリを実装するための指標面として作用する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明に係る小型ランプアセンブリの第１の好ましい実施例の斜視図 である。 図２は、平坦面に実装されたランプアセンブリの概略を示す左端図である。 図３は、第１の好ましい実施例の側面図である。 図４は、図２の４，４線断面図である。 図５は、図４の５，５線断面図である。 図６は、本発明に係る小型ランプアセンブリの第２の好ましい実施例の斜視図 である。 図７は、平坦面に実装されたランプアセンブリの概略を示す左端図である。 図８は、第２の好ましい実施例の側面図である。 図９は、図７の９，９線断面図である。 図１０は、図９の１０，１０線断面図である。 図１１は、第３の実施例の斜視図である。 図１２は、平坦面に実装されたランプアセンブリの概略を示す第３の好ましい 実施例の左端図である。 好ましい実施例の説明 以下、本発明の好ましい実施例を添付図面に従って説明する。ここに記載され た本発明の実施例は、本発明者によって発明を実施するために考えられた最も好 ましい形態であり、本発明の範囲内で達成可能な種々の変形例が考え得る。 まず、本発明の小型ランプアセンブリの主な新規の特徴が、小型ランプアセン ブリを支持面に実装するために、例えば、「キー」すなわち指標面のような手段 を備えた透光性の窓の結合に関係しており、このため、透光性の窓が所望の方向 に配置されている点に言及する。これらの新規な特徴は、米国特許第5,138,226 号に記載される小型ランプアセンブリの特徴を備えた好ましい実施例に有効に結 びつけられる。前記米国特許の明細書は参照することによって本出願の中に組み 込まれている。本発明のランプアセンブリの好ましい実施例の特徴及び構成要素 は、参照特許のランプアセンブリの特徴とほぼ共通しており、ここでは簡単に、 本発明を説明するのに必要な程度に記載している。 図１ないし５には、本発明のライトアセンブリの第１の好ましい実施例が開示 されている。米国特許第5,138,226号に記載されるように、小型白熱ランプアセ ンブリは略円筒状のガラスエンベロープ（envelope）２０を備えている。ガラス エンベロープ２０は、その外表面の一部の反射コーティングを除き、従来の一般 的な方法で、米国で購入可能なＧＯ１２０（ソーダ鉛）ガラスから形成される。 本発明で使用される一般的な直径は約0.062インチで、一般的な長さは約0.350イ ンチである。本発明の好ましい実施例で使用されるガラスエンベロープ２０は、 製造者により既に所望の長さに切断されて購入される。 白熱フィラメント２２（それ自体、周知技術である。）は、ガラスエンベロー プ２０の略中央部に、エンベロープ２０の中心線に沿って略同軸上に配設されて いる。一般に、本発明のランプアセンブリに使用されるフィラメント２２は、タ ングステン合金で構成され、約0.100インチの螺旋長さを有する。本発明の好ま しい実施例に使用される白熱フィラメント２２も購入可能である。 フィラメント２２は、ガラスエンベロープ２２をシールする金属端部材に電気 接続して配設されている。詳しくは、第１金属端部材すなわち（図１、３及び４ の右側に示す）端部片２４は、略円柱状の本体２６（スラグ（slug））と脚部片 ２８を有する。スラグ２６は、ガラスエンベロープ２０と共に、相対的に広い領 域で、略円筒形状のガラス−金属シールを提供する。スラグ２６は、図４に示す ように、外方に向かう軸方向に延設部３２を備えている。本発明の第１の好まし い実施例に係るスラグ２６は、約0.120インチの長さを有する。脚部片２８は、 スラグ２６に突合せ溶接により同心で設けられている。フィラメント２２は、ス ラグ２６の脚部片２８に溶接されている。 ガラスエンベロープ２０の他（左）端では、エンベロープ２０は第２の金属端 部材、すなわち、端部片によってシールされている。この端部片は「プラグ」３ ６として言及されている。また、プラグ３６は、それに突合せ溶接される脚部片 ３８を有している。フィラメント２２は、溶接によりプラグ３６の脚部片３８に 装着されている。 プラグ３６は、ガラスエンベロープ２０に嵌合し、ガラス−金属シールを形成 するような寸法の略円柱状の本体４０を有する。ここに記載した好ましい実施例 では、略円柱状の本体４０（ガラスエンベロープ２０の内径と同一外径を有する 。）は約0.052インチの長さを有する。プラグ３６の蓋部材４４は、略円柱状本 体４０と一体に構成されている。蓋部材４４は、ガラスエンベロープ２０よりも 大きい。さらに詳細に後述するように、その独特な形態すなわち形状のために、 蓋部材４４は、表面実装可能な電気接点（コンタクト）としての役割と、「ガイ ド」、すなわち、小型ランプアセンブリを、それが実装される支持面で回転方向 に位置決めするための手段としての役割を果たす。互いに約１２０°の角度をな すように、放射状に配置された３つの突起すなわちリブ４６は、プラグ３６の円 柱状の本体４０に隣接する蓋部材４４の端面に配設されている。この突起すなわ ちリブ４６の目的は、小型ライトの構成要素が組み立てられた後、ガラスエンベ ロープとプラグ３６とのガラス−金属シールが真空（in vacuo）加熱により形成 される前に、ガラスエンベロープ２０の内部から空気の排出を可能とすることで ある。 スラグ２６とプラグ３６は共に、通常、同様な目的で使用される数種の金属合 成物すなわち合金で形成されている。これらの部品用に本発明の好ましい実施例 で使用される適切な金属合成物は、銅（図示せず）で被覆されたニッケル−鉄コ アである。そのような金属合成物すなわち合金は、商標DUMET^Rとして市販されて いる。これらの部品にとって適切な他の合金はニッケル４２合金で、それも又市 販されている。これらの部品を形成する合金に関して重要な必要条件は、合金が ガラスエンベロープ２０とほぼ同様な熱膨張性を有することである。好ましい実 施例の脚部片２８及び３８はニッケルで形成されている。ニッケルは、銅に比べ て熱伝導性が悪い。この熱伝導性の悪さは、小型白熱ランプには有効である。す なわち、通電したフィラメント２２からの熱損失を最小にすることが切望されて いるからである。この理由のため、現在の技術水準によれば、本発明の小型ラン プ（従来技術に係る小型白熱ランプも同様）は、不活性ガスを封入するよりもむ しろ、製造工程中にガラスエンベロープ２０内で排気され、真空にされる。 図１、３及び４の右側は、スラグ２６の外方円柱部３２に装着された環状蓋部 材４８を示す。環状蓋部材４８は、スラグ２６に嵌合し、はんだ付けや溶接が施 されている。一般に、蓋部材４８は、ニッケルからなるが、スラグ２６に溶接可 能な周知の種々の導電材料及び合金で構成することができる。図１、３及び４の 右側に示された蓋部材４８は略円筒形状である。参照米国特許5,138,226では、 蓋部材４８はランプの電気接点としての役割を果たし、そこでランプアセンブリ が実装される回路基板に物理的及び電気的に接触している。 上述のように、ガラスエンベロープ２０の外表面の一部は、光反射コーティン グ５０を有する。光反射コーティング５０は、当該コーティングがない所に窓５ ２が形成されるように、エンベロープの外表面を被覆する。窓５２は、略長尺形 状で、長尺なエンベロープ２０の軸に沿って略一直線上に設けられている。反射 コーティング５０は、アルミニウム、金あるいは銀で構成され、それぞれ「真空 金属蒸着（vacuum metallized deposition）」技術によってガラスエンベロープ に形成可能である。そのような「真空金属蒸着」は、それ自体周知技術である「 真空蒸着室（vacuum metallization chamber）」内で行われる。窓５２は、ガラ スエンベロープ２０の金属コーティング５０が真空蒸着工程中に故意に蒸着され ない部分である。 窓５２を備えたガラスエンベロープ２０の反射金属コーティング５０の目的は 、白熱フィラメント２２によって発生する光を窓の方向に向けることである。一 般に、好ましい実施例では、窓５２は、円筒状ガラスエンベロープ２０の周囲３ ６０°のうち約１８０°から２２０°まで広がっており、これにより、所望の平 面、例えば、デジタル時計（図示せず）の液晶ディスプレイ領域（図示せず）の ために、バックライト照射する。しかしながら、窓５２の寸法と反射コーティン グの寸法は、本発明の観点からは重要でなく、共に円筒状エンベロープの周囲で 異なる範囲を占有することが理解されなければならない。反射コーティング５０ と窓５２の組み合わせは、このような特徴のない同様なランプアセンブリに比べ て、より所望の方向に白熱フィラメントの全部の光を方向付けることは、当業者 であれば容易に理解される。実際に、本発明による光の出力が、従来技術の小型 ランプアセンブリと比較して所望の方向に５００％に増大することが検出されて いる。実験では（by-way-of example）、本発明に従って組み立てられた小型ラ ンプアセンブリは、約２０から１４０ミリアンペアの電流が流れるように設計さ れている。 ガラスエンベロープ２０の外表面に真空蒸着を施すのに適した金属のうち、ア ルミニウムが可視光を反射するのに好ましく、銀も又この目的のために使用する ことができる。主に、赤外線の反射が望まれるとき、反射コート５０は金からな るのが好ましい。ここで記載された好ましい実施例のアルミニウムの真空蒸着反 射コート５０は、約５−１０マイクロインチの厚みである。 主に、図１の左側と、図２及び５を参照すると、プラグ３６の蓋４４は、ガラ スエンベロープ２０の窓５２に対して一定の位置関係を有する略平坦面５４を有 することが図示されている。平坦面５４は、ランプアセンブリが、オペレータ（ 図示せず）あるいは自動機械（図示せず）のいずれかによって「表面実装」され るとき、本発明に係る小型ランプアセンブリを位置決めする「キー」すなわち指 標面（index surface）として作用する。換言すれば、蓋部材４４の平坦な「キ ー」面５４は、回転方向の位置決め、すなわち、小型ランプアセンブリを支持面 （プリント回路基板）に位置決めするための手段として作用し、これにより、窓 ５２は所望の方向に位置決めされる。本発明において、小型ランプはそれが実装 される回路基板に並設されることが望まれているので、蓋４４の直径は切頭面５ ４を補強するために、他のキャップ４８よりも大きくなっている。 また、本発明の範囲内において、１以上の「キー」すなわち「指標面」を小型 ライトアセンブリに採用すること、例えば、スラグ２６の蓋部材４８の平坦面に も採用することが可能である。しかし、これは、明らかに好ましくはない。なぜ なら、当業者によって容易に理解されるように、もし両蓋部材が指標面を有する ならば、製造工程中に２つの平面を互いに回転方向に位置決めすることが必要と なるからである。そのような追加ステップは、好ましい実施例に記載されるよう に、１つの「回転するキー」すなわち指標面のみを採用すれば取り除かれる。本 発明に係る小型ランプアセンブリを製造するのに好適な方法では、反射金属コー ティングは真空蒸着室内で既に完全に蓋部材を組み付けたランプに施される。こ のため、蓋部材４４の「キー」すなわち平坦な指標面５４は、位置決めガイドす なわち金属蒸着工程のための位置決め指標として作用する。 添付図面の図６ないし１０には、本発明に係る小型白熱ライトの第２の好まし い実施例が開示されている。第２の好ましい実施例は、反射コーティング、光案 内窓（light directing window）及び自己位置決め「キー」すなわち指標面に関 する新規な特徴以外は、参照米国特許第5,138,226号に記載された第２の好まし い実施例とほぼ同様な構成である。金属端部片６０及び６２は、それぞれ略円筒 形状のガラスエンベロープ２０の中に配置されている。金属端部片６０及び６２ の各々は、略円柱形状でガラスエンベロープ２０と共にガラス−金属シールを形 成する。端部片６０は、組立の際、この端部片６０が完全にガラスエンベロープ ２０に収容されることを防止するアップセットすなわち膨出部（an upset or bu lge）６４を有する。金属端部片６０及び６２は共に、ガラスエンベロープ２０ から軸方向に沿って外方に延びる部分と、小型ランプの白熱フィラメント２２が 装着される脚部片６６とを備える。 第２の好ましい実施例に係るガラスエンベロープ２０は、第１の好ましい実施 例と同様で、その外表面に真空蒸着による光反射金属コート５０（好ましくは、 アルミニウム）と、透光性の窓５２とを有する。本実施例では、回転方向の「キ ー」すなわち指標面５４は、端部片の突出部分にはんだ付け又は溶接された中空 の金属蓋６８の平坦面として組み込まれている。他方の端部片６２は、同様に、 はんだ付け又は溶接された略円筒形状の金属蓋７０を有する。金属蓋６８及び７ ０は、ガラスエンベロープ２０よりも大きく、小型ライト電球の表面実装可能な 電気接点として作用する。加えて、平坦な「キー」すなわち指標面５４は、小型 ランプが表面実装されたとき、所望の位置で窓５２を回転方向に位置決めする。 図１１及び１２は、本発明に係る小型ランプアセンブリの第３の好ましい実施 例を示す。この実施例は、一方の端部材（プラグ７０）が四角形である点を除き 、第１の好ましい実施例と同様な構成である。四角形で終端するプラグ７０の平 坦面は、「キー」すなわち指標面として作用し、第３の実施例が支持面、例えば 、回路基板に実装されたとき、エンベロープ２０の透光性の窓５２を回転方向に 位置決めする。四角プラグ７０の側面は、他の蓋４８の直径と同一であるのが好 ましく、これにより、小型ランプアセンブリは回路基板に並設される。 本発明に係る白熱ライトアセンブリの主な利点は、ほぼ所望の方向にのみ光を 向かわせると共に、小型ライト電球の効率を増大させる能力を含む。さらに、小 型ランプは、正規の位置に透光性の窓を備え、表面、例えば、回路基板に容易に 実装される。加えて、本発明に係る小型ランプの好ましい実施例は、米国特許第 5,138,226号に記載されたランプアセンブリの効果をも備えている。本発明に係 る小型ランプの変形例では、ガラスロッド（図示せず）が、透光性の窓に隣接し てランプに設けられてもよい。この組み合わせにより、ガラスロッドは、レンズ として作用し、ある出願で望まれている細長い光を供給する。 前述の開示を考慮すると、本発明のさらに多くの変形例が当業者に明らかとな る。それで、本発明の範囲は、後述する請求項が明細書の開示を考慮して読まれ る限り、その請求項から解釈されるべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１端部及び第２端部を有すると共に、外表面の一部に配される光反射コー ティングを有し、該外表面の一部は透光性の窓が形成された長尺な略円筒状のガ ラスエンベロープと、 ガラスエンベロープの第１端部をシールする第１金属端部片、及び、第２端部 をシールする第２金属端部片と、 ガラスエンベロープの内部で、第１及び第２金属端部片に電気接続する第１及 び第２金属端部片の間のフィラメントと、 前記窓を予め決められた方向に配置してランプアセンブリを基準面に対して回 転方向に位置決めするために、ガラスエンベロープの透光性の窓の位置に方向付 けされて連結され、前記少なくとも１つの端部片に含められた（形成された）位 置決め手段と、 から構成される表面実装用小型白熱ランプアセンブリ。 ２．前記位置決め手段は、前記端部片の１つに含まれる略平坦面で構成されてい る請求項１に記載のランプアセンブリ。 ３．前記略平坦面は、長尺な略円筒状のガラスエンベロープの長軸に沿って並設 されている請求項２に記載のランプアセンブリ。 ４．前記反射コーティングは、アルミニウム、銀及び金で構成されるグループか ら選択された金属からなる請求項１に記載のランプアセンブリ。 ５．前記第１端部片は、略円筒状の外表面を有し、該外表面は回路基板に接触す ると共に、回路基板に実装された際に電気接続し、前記第２端部片は、回路基板 に機械的及び電気的に接続する平坦面の位置決め手段を備えた請求項１に記載の ランプアセンブリ。 ６．前記第２端部片は、断面略四角形の外表面を有する請求項５に記載のランプ アセンブリ。 ７．第１端部及び第２端部を有すると共に、外表面の一部に配置された光反射コ ーティングを有し、外表面の一部は透光性の窓を形成する反射コーティングのな い長尺な略円筒状のガラスエンベロープと、 該ガラスエンベロープの第１端部をシールする略円筒状の第１金属端部材と、 前記ガラスエンベロープの第２端部をシールする略円筒状の第２金属端部材と 、 ガラスエンベロープの内部で、第１及び第２金属端部片をその間で電気接続す るフィラメントと、 第１金属端部材に貼着され、表面実装可能な小型発熱ランプに電気接続可能な ガラスエンベロープよりも大径の第１金属蓋と、 第２金属端部材に貼着され、表面実装可能な小型発熱ランプに電気接続可能な ガラスエンベロープよりも大径の第２金属蓋と、 前記窓を予め決められた方向に配置してランプアセンブリを基準面に対して回 転方向に位置決めするために、ガラスエンベロープの透光性の窓の位置に方向付 けされて連結され、前記少なくとも１つの端部片に含められた（形成された）位 置決め手段と、 から構成される表面実装用小型白熱ランプアセンブリ。 ８．前記位置決め手段は、第２金属蓋に含まれる平坦面である請求項７に記載の ランプアセンブリ。 ９．前記第２金属蓋は、第２金属端部材に一体化されている請求項８に記載のラ ンプアセンブリ。 １０．前記略平坦面は、長尺な略円筒状のガラスエンベロープの長軸に沿って並 設されている請求項７に記載のランプアセンブリ。 １１．前記反射コーティングは、アルミニウム、銀及び金で構成されるグループ から選択された金属からなる請求項７に記載のランプアセンブリ。 １２．前記反射コーティングは、アルミニウムである請求項７に記載のランプア センブリ。 １３．前記反射コーティングは、ガラスエンベロープの円筒状外表面の約１８０ °から２２０°の部分に設けられる請求項７に記載のランプアセンブリ。 １４．透光性シリンダ及び電力供給用の少なくとも２つのターミナルからなる略 円筒形状のランプと、 略円筒状に形成されたランプを回転して一直線とするために、透光性シリンダ に方向付けられて連結された少なくとも１つの位置決め手段と、 で構成される基板実装用の単一で（unitize）、自己位置決め性及び光方向性（l ight-directing）を有するランプシステム。 １５．少なくとも１つの位置決め手段は、導電性材料からなり、電力を供給する 少なくとも２つのターミナルの少なくとも一方に電気接続されている請求項１４ に記載のランプアセンブリ。 １６．少なくとも１つの位置決め手段は、少なくとも１つの位置決め用平面で構 成されている請求項１４に記載のランプアセンブリ。 １７．少なくとも１つの位置決め手段は、略円筒形状のランプの中心から長軸に 沿って略平行に延びる位置決め用平面で構成されている請求項１４に記載のラン プアセンブリ。 １８．少なくとも１つの位置決め手段は、略円筒形状のランプに連結するために 、略円筒状の内部平面で構成されている請求項１４に記載のランプアセンブリ。 １９．透光性シリンダ及び電力供給用の少なくとも２つのターミナルからなる略 円筒形状のランプと、 略円筒状に形成されたランプを回転方向に位置決めするために、透光性シリン ダに方向付けられて連結された少なくとも１つの位置決め手段と、 略円筒状のランプによって発生する光を、方向付けると共に増幅するために、 透光性シリンダの表面の一部に設けられ、少なくとも１つの位置決め手段により 、回転方向に位置決めされる反射物質と、 で構成される基板実装用の単一で（unitize）、自己位置決め性及び光方向性（l ight-directing）を有するランプシステム。 ２０．少なくとも１つの位置決め手段は、導電性材料からなり、電力を供給する 少なくとも２つのターミナルに電気接続されている請求項１９に記載のランプシ ステム。