JPH10241636A

JPH10241636A - 電球および照明器具

Info

Publication number: JPH10241636A
Application number: JP9045021A
Authority: JP
Inventors: Makoto Bessho; 誠別所
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 1998-09-11
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: JP3674218B2

Abstract

(57)【要約】【課題】早期断線の生じないコイル状フィラメントを
封装した電球およびこの電球を装着した照明器具を提供
することを目的とする。【解決手段】ガラスバルブ１と、バルブ１内に配設さ
れたリード部材７と、バルブ１内に封入された不活性ガ
スと、リード部材７に継線された定格点灯時に２５００
Ｋ以上となる部位のタングステン素線６１における温度
勾配が２．５度（℃）／ｍｍ以下のコイル状フィラメン
ト６とを備えている電球Ｌおよびこの電球Ｌを装着した
照明器具９である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発光源として用いら
れるコイル状フィラメントおよびバルブ内にこのコイル
状フィラメントを封装した電球ならびにこの電球を装着
した照明器具に関する。

【０００２】

【従来の技術】電球はガラスバルブ内にアルゴンなどの
不活性ガスとともに、タングステン素線をコイル状に巻
回したものをさらに巻回した二重コイル状のフィラメン
トを発光源として封装している。そして、点灯により上
記コイル状フィラメントが徐々に蒸発して細るなどの原
因で断線するまでが寿命とされ、汎用の電球では定格寿
命が１０００時間程度となっている。

【０００３】また、電球の一種のハロゲン電球は、バル
ブ内に不活性ガスとともに微量のハロゲン族元素（Ｉ、
Ｂｒ、Ｃｌ、Ｆ）が封入され、コイル状フィラメントか
ら蒸発したタングステンとハロゲン族元素との間の化学
的な循環反応（ハロゲンサイクル）を利用している。

【０００４】すなわち、フィラメントから蒸発したタン
グステンをハロゲンサイクルを利用して、フィラメント
に戻しそのやせ細りを防ぐようにしている。しかし、蒸
発したタングステンが元の位置に戻るならば寿命は半永
久的となって好ましいが、実際には完全に元の位置に戻
らずに、フィラメントに徐々にやせ細りの部分が生じつ
いには断線に至るが、汎用の電球に比べ光束を同じとす
れば寿命を２倍の２０００時間まで向上させることがで
きる。

【０００５】また、このハロゲン電球は、ハロゲンサイ
クルを活発化するためバルブの温度が２５０℃以上とな
るよう設計されているとともに、フィラメントの蒸発を
抑制するため不活性ガスの封入圧力が高い、小形で高効
率のものである。

【０００６】そして、近年に至り、さらにの高効率化お
よび省エネルギ化の一環として電球分野においても種々
の工夫がなされている。ハロゲン電球においては、バル
ブの表面に多層光干渉膜からなる可視光透過赤外線反射
膜を形成するとともに、バルブ軸に沿ってコイル状フィ
ラメントを配設することによって、フィラメントから放
射された赤外線をこの反射膜で効率よく反射してフィラ
メントに帰還させ、これによってフィラメントを加熱し
て発光効率を高めることが行われている。

【０００７】また、この種ハロゲン電球で可視光透過赤
外線反射膜を形成していないバルブ内にバルブの軸に沿
ってコイル状フィラメントを配設したものにおいて、定
格点灯時のフィラメントの軸方向における各部温度は図
６に点線Ａで示すようにフィラメントの中央部が最も高
温な山形の分布をなしている。また、可視光透過赤外線
反射膜を形成した直管形などのバルブ内にバルブの軸に
沿ってフィラメントを配設したものにおいても、図７に
実線Ｂで示すようにフィラメントの中央部が最も高温な
山形で、しかも、赤外線反射膜の作用で膜なしに比べて
相対的に高い温度の分布をなしている。

【０００８】上述したように赤外線反射膜の有無に拘ら
ず、コイル状フィラメントの中央部が最高温度となるの
は、端部は放熱が多いが中央部は両側からの伝導熱や放
射熱を受け温度が高まるためで、通常からこのフィラメ
ントの中央部における断線が多い。この断線は、フィラ
メントに欠陥などがあるとその部分が過熱して高温度に
なるホットスポットを生じるためで、フィラメントの中
央部は特に高温度となるためここに欠陥などがあるとホ
ットスポットが発生し易い。そして、このホットスポッ
トはフィラメントを形成するタングステンが蒸発やスパ
ッタされて、他の部分より早くやせ細って電気抵抗値が
上がる結果、ますます過熱され早期に断線してしまうも
のである。

【０００９】そこで、このコイル状フィラメント中央部
の昇温を避け、フィラメント各部位における温度差をで
きるだけ少なくする手段として、フィラメントの中央部
と端部とでそのコイルのピッチや径を変えたり、また、
可視光透過赤外線反射膜を形成したものでは上記のほか
被膜の厚さを部分的に変えたりあるいはバルブの形状を
変えバルブ部位によって反射特性を変えるなどのことが
行なわれている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
に手段を講じても定格寿命以下でコイル状フィラメント
の中央部に断線を生じる電球があり、本発明者はこのフ
ィラメントの断線について究明をした。

【００１１】本発明者の考察によると、点灯時にコイル
状フィラメントの温度が高温度となる部分においてフィ
ラメントの隣接部位との温度差が大きいと、すなわち、
温度勾配の大きい部分に断線が多いことを見出だした。

【００１２】これは、上記ホットスポットの発生にも関
係するかも知れないが、点灯中のコイル状フィラメント
において高温度となる部分は、フィラメント素線を構成
するタングステン原子が移動し、不純物の蒸発や消失に
よつてポア（空孔）が発生し、これが成長してフィラメ
ントの断面積を局部的に小さくし電気的抵抗値を増加す
る結果、この部分が過熱し高温となって断線に至ると考
えられる。

【００１３】そこで、本発明はコイル状フィラメント点
灯時に高温度（２５００Ｋ以上）となる部分において、
延在するフィラメントの温度勾配を規制することによっ
て、タングステン素線中にポア（空孔）の生じ難い長寿
命のコイル状フィラメントおよびこのコイル状フィラメ
ントを封装した電球ならびにこの電球を装着した照明器
具を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の電球は、ガラスバルブと、バルブ内に配設されたリー
ド部材と、バルブ内に封入された不活性ガスと、リード
部材に継線された定格点灯時に２５００Ｋ以上となる部
位のタングステン素線における温度勾配が２．５度
（℃）／ｍｍ以下のコイル状フィラメントとを具備して
いることを特徴とする。

【００１５】電球点灯時にコイル状フィラメントの２５
００Ｋ以上となる部分において温度分布を改良して、フ
ィラメント延在方向の温度勾配を小さくして急激な温度
差部分をなくし、タングステン素線中にポア（空孔）が
生じ難く、フィラメントに局部的な高温部の発生がな
い。

【００１６】そして、上記でコイル状に巻回されたもの
を展開したタングステン素線における温度勾配が２．５
度（℃）／ｍｍを越えると、点灯中タングステン素線中
にポア（空孔）が生じ易く、その部分が過熱し高温とな
って早期に断線に至るという問題がある。

【００１７】本発明の請求項２に記載の電球は、ガラス
バルブと、バルブの表面に形成された可視光透過赤外線
反射膜と、バルブ内に配設されたリード部材と、バルブ
内に封入された不活性ガスと、バルブ中心軸に沿うよう
リード部材に継線された定格点灯時に２５００Ｋ以上と
なる部位のタングステン素線における温度勾配が２．５
度（℃）／ｍｍ以下のコイル状フィラメントとを具備し
ていることを特徴とする。

【００１８】可視光透過赤外線反射膜を有する電球は、
赤外線反射膜により赤外線をフィラメントに戻しフィラ
メントを加熱しているので、被膜を形成していない電球
に比べてフィラメントの温度が高くなるが、上記請求項
１に記載したと同様な作用によりフィラメントに局部的
な高温部の発生がない。

【００１９】なお、可視光透過赤外線反射膜の形成はバ
ルブの外表面に限らず、バルブの内表面であってもよ
く、内外表面の少なくとも一方に形成してあればよい。
また、可視光透過赤外線反射膜の材料として、高屈折率
層膜には二酸化チタン（ＴｉＯ₂）、五酸化タンタル
（Ｔａ₂Ｏ₅）、二酸化ジルコン（ＺｒＯ₂）、二酸化
亜鉛（ＺｎＯ₂）など、低屈折率層膜としては二酸化ケ
イ素（ＳｉＯ₂）やふっ化マグネシウム（ＭｇＦ）など
がある。

【００２０】本発明の請求項３に記載の電球は、バルブ
形状が直管状、楕円状、長円状、球状のうちから選ばれ
た少なくとも一種を有することを特徴とする。

【００２１】バルブ形状を適宜選ぶことにより、バルブ
の表面に形成した可視光透過赤外線反射膜の反射特性を
変化させて赤外線の戻りを調整しコイル状フィラメント
の温度分布の均一化をはかることができ、る。

【００２２】また、バルブの形状は、楕円状や球状部の
間に直管状部を連設するなど複数の形状が組合わせられ
たものであってもよく、フィラメントへの赤外線の戻り
を平均的によくするよう設計するのが好ましい。

【００２３】本発明の請求項４に記載の電球は、バルブ
内にハロゲンガスおよび不活性ガスが封入されているこ
とを特徴とする。

【００２４】ハロゲン電球に適用して、上記請求項１な
いし３に記載したと同様な作用を奏する。

【００２５】本発明の請求項５に記載の照明器具は、器
具本体と、器具本体に配設されたソケットと、ソケット
に装着された請求項１ないし４のいずれか一記載の電球
とを具備していることを特徴とする。

【００２６】上記請求項１ないし４に記載の作用を奏す
る電球は、フィラメントに局部的な高温部の発生がなく
短寿命とならないので、電球交換頻度の低い照明器具が
得られる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は小形投光用のハロゲン電球
Ｌの一部断面正面図、図２は二重コイル状フィラメント
を拡大した一部切欠正面図、図３は図１の電球Ｌをバル
ブ軸が水平な状態で点灯したときの二重コイル状フィラ
メントの温度分布を示す。

【００２８】図中１は、石英ガラスからなる回転楕円形
状のバルブ、２はバルブ１の一端部に形成された圧潰封
止部、３はバルブ１の他端部に設けられた排気管、４は
バルブ１の外表面に形成されている可視光透過赤外線反
射膜、５は圧潰封止部２に耐熱性接着剤５１を介し接合
された口金である。

【００２９】上記バルブ１は、長軸長さ２ａが１８．０
ｍｍ、短軸長さ２ｂが１４．０ｍｍ、焦点間距離が１
１．３ｍｍ、両端部の円筒部径が１０．５ｍｍであり、
（ｘ²／ａ²）＋（ｙ²／ｂ²）＝１の周を有してい
る。そして、バルブ１の外表面に形成された可視光透過
赤外線反射膜（以下、赤反膜と称する。）４は、高屈折
率層を形成する二酸化チタン（ＴｉＯ₂）膜と、低屈折
率層を形成する二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）膜とを交互に
積層した多層干渉膜からなる。

【００３０】また、バルブ１の内部には二重コイル状の
フィラメント６およびハロゲン（ＣＨ₂Ｂｒ₂…４００
ｐｐｍ）を含む不活性ガス（Ａｒ９０容量％、残部Ｎ）
が約３気圧封入してある。上記コイル状フィラメント６
は両端の足部６３，６３がリード部材を形成する内部リ
ード線７１，７１に継線され、バルブ１の中心軸に沿っ
て配設されている。また、この内部リード線７１，７１
の他端はバルブ１の端部の圧潰封止部２内に封止された
モリブデン箔７２，７２に接続されている。また，各モ
リブデン箔７２，７２の他端側には外部リード線７３，
７３が接続されている。また、８はコイル状フィラメン
ト６の中間部を支持するアンカである。また、このハロ
ゲン電球Ｌはたとえば定格が１１０Ｖ６５Ｗで、上記二
重コイル状フィラメント６の構成（コイルデータ）は、
ＭＧが約８．９２のタングステン素線６１を、内径Ｄ１
が約０．３０ｍｍ、ピッチＰ１が約０．１０９ｍｍで約
５５３ターン巻回した長さが約６０．３ｍｍの単コイル
６２を、さらに、内径Ｄ２が約０．８０ｍｍ、ピッチＰ
２が約０．８２ｍｍで両端部に約８ｍｍの単コイルから
なる足部６３，６３を残して約１１ターン巻回した二重
コイル６４部の長さＬ２が約９ｍｍで、その全長ＣＬを
約２５ｍｍとした。

【００３１】上記構成の電球Ｌを点灯すると、バルブ１
の中心軸上に配設した二重コイル状のフィラメント６か
ら放射した光のうち可視光はバルブ１および赤反膜４を
透過してバルブ１外方へと放射される。また、フィラメ
ント６から放射した赤外線は赤反膜４で反射されてフィ
ラメント６に戻りフィラメント６を加熱する。なお、こ
のフィラメント６と赤反膜４との間での赤外線の授受は
反復行われる。

【００３２】そして、上記では赤反膜４を形成したバル
ブ１の形状を楕円面としてあるので、赤反膜４からの反
射赤外線はフィラメント６の中心部に集中して戻らず各
部分に分散されて、点灯時のフィラメント６の温度は図
３に示すような分布となる。すなわち、この場合のフィ
ラメント６の温度分布は図３に示すように、全長に亘り
ほぼ均一になり、高温のホットスポットの発生はなく、
中心部の温度を下げ部分的な過熱を防ぐことができる。

【００３３】したがって、この実施の形態によれば、コ
イル状フィラメント６の材料であるタングステンの局部
的な蒸発がなく早期に細まって断線することを防ぎ、長
寿命の電球Ｌを提供できる。

【００３４】そして、上記構成としたフィラメント６の
各部位の温度をさらに詳細に検討すると、端部を除くフ
ィラメント６中間部の２５００Ｋ以上となる高温部にお
ける隣接部の温度差（温度勾配）が従来品に比べて小さ
くなっていた。すなわち、図４に示すように、バルブ１
軸を水平にして点灯した電球Ｌの二重コイル６４の中間
部の或るターンＴ１と隣接するターンＴ２とのほぼ同一
位置Ｅ，Ｆ点にあるタングステン素線６１の温度は一方
が約２８００Ｋに対して他方は約２７５０Ｋで、その温
度差ΔＴは約５０℃であった。そして、この二重コイル
６４の１ターンは、コイル部６４および６２を巻き戻し
タングステン素線６１として展開した長さＰＬは約４
１．３ｍｍあり、その温度勾配（温度差ΔＴ／展開した
長さＰＬ）は、タングステン素線６１の１ｍｍ当たり
１．２１℃であった。

【００３５】したがって、点灯中のコイル状フィラメン
ト６において２５００Ｋ以上の高温度となる二重コイル
６４部分の温度勾配が大きいと、フィラメント素線中に
タングステン原子の移動、蒸発や不純物の消失によるポ
ア（空孔）の発生が起き易く、フィラメント６の断面積
を小さくして電気的抵抗値を増す結果、早期にこの部分
が過熱し高温となって断線となる短寿命を生じるが、上
記のように温度勾配を小さくすることによって適正な寿
命を得ることができた。

【００３６】また、本発明者の実験によれば定格が１０
０／１１０Ｖ６５Ｗの上記品種において、コイル状フィ
ラメント６が２５００Ｋ以上の高温度となる部分の温度
勾配（温度差ΔＴ／展開した長さＰＬ）が、コイル部を
展開した素線６１部位で測定して２．５度（℃）／ｍｍ
以下であればよかった。また、二重コイル６４部分でも
１ターン目や１１ターン目の端部では温度勾配が大きく
ても点灯時のフィラメント６温度が２５００Ｋ未満であ
れば、タングステン原子の移動、蒸発や不純物の消失に
よるポア（空孔）が生じないので、局部的なやせ細りが
なくこの部分からの断線はなかった。

【００３７】なお、上記コイル状フィラメント６の温度
勾配の測定は、パイロメータを用い行った。上記タング
ステン素線６１部分では二重コイルの隣り合うターンの
ほぼ同一箇所が展開した場合の３８ｍｍ離れた位置であ
る。

【００３８】そして、上記実施の形態では１１０Ｖ６５
Ｗのハロゲン電球Ｌについて述べたが、本発明は定格が
１００／１１０Ｖ４０〜１００Ｗの電球に適用して、コ
イル状フィラメント６の温度勾配を２．５度／ｍｍ以下
と抑えることにより、上記と同様な作用効果が得られ
た。

【００３９】したがって、フィラメント６設計にあた
り、上記のような温度勾配を考慮したフィラメントデー
タとすることによって、電球Ｌの短寿命の発生を防止で
きる。また、図５は本発明の実施の形態を示す照明器具
９である。この図４中、９１は天井面などに取着される
基台、９２は支持ポール、９３はポール９２の先端に回
動自在に取付けられた自在継手、９４はこの自在継手が
設けられた器具本体、９５は器具本体の前方開口部内に
設けられた反射体で、この反射体９５の部分にはソケッ
ト（図示しない。）が配設され、このソケット（図示し
ない。）にたとえば図１に示すハロゲン電球Ｌの口金５
を装着することにより照明器具９が構成されている。

【００４０】この器具９のソケット（図示しない。）へ
装着された電球Ｌは、フィラメント６に通電して点灯す
る。そして、上述した電球Ｌと同様な作用をして定格寿
命を全うすることができる。

【００４１】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ない。たとえば、ランプはバルブの一端に封止部を形成
した投光用ハロゲン電球に限らず、他の用途やハロゲン
を封入していない種類の電球でもよく、また、封止部が
バルブの両端部に設けてあるものでもよい。また、封止
部は圧潰封止に限らず、バルブを収縮して形成した封止
部でもよく、また、モリブデン箔などの金属箔に限ら
ず、線状の封着部材を用いるものであってもよい。

【００４２】また、電球は、図６（ａ）に示すように反
射鏡８の基部８１内に電球Ｌの圧潰封止部２を配置して
耐熱性接着剤８２を介して一体に接合したり、あるいは
図示しないが反射鏡の基部近傍に配設したソケットに電
球の口金部を装着して一体的にした反射鏡付き電球に適
用することもできる。

【００４３】また、バルブ形状は楕円状に限らず、図６
（ｂ）に示す直管状のものや長円状、や球状などから選
ばれた少なくとも一種を有するものであって、楕円状や
球状部の間に直管状部を設けるなど複数の形状が組合わ
せられた複合形状であってもよい。また、バルブのガラ
ス材質は石英ガラスに限らず、所要の透光性と光屈折率
と耐熱性を併有するものであれば他の硬質や軟質のガラ
ス材質であってもよい。さらに、ガラスバルブの表面
に可視光透過赤外線反射膜が形成してあっても、形成し
てなくても構わない。

【００４４】さらにまた、照明器具も、上記実施の形態
に示したものに限らず、他の構造のものであってもよ
い。

【００４５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、フィラメント
延在方向の温度勾配が小さく急激な温度差部分がなく、
短寿命を生じることがない、寿命のばらつきが小さい電
球を提供できる。

【００４６】また、請求項２および３の発明によれば、
バルブの表面に可視光透過赤外線反射膜を形成した電球
において、上記請求項１の記載と同様な効果を奏する。

【００４７】また、請求項４の発明によれば、ハロゲン
電球に適用して上記請求項１ないし３の記載と同様な効
果を奏する。

【００４８】さらに、請求項５の発明によれば、請求項
１ないし４のいずれか一記載の電球を備えているので、
電球の短寿命がない、電球交換頻度の低いメンテナンス
の容易な照明器具を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す投光用ハロゲン電球
の一部断面正面図である。

【図２】二重コイル状フィラメントを拡大した一部切欠
正面図である。

【図３】図１の電球Ｌをバルブ軸が水平な状態で点灯し
たときのフィラメントの温度分布を示す説明図である。

【図４】二重コイルフィラメントの隣接するターンの温
度勾配を説明する説明図である。

【図５】本発明の実施の形態を示す照明器具の斜視図で
ある。

【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の他の実施の形
態を示すハロゲン電球の一部断面正面図である。

【図７】従来の電球をバルブ軸が水平な状態で点灯した
ときのフィラメントの温度分布を示す説明図である。

【符号の説明】

Ｌ：電球１：バルブ２：圧潰封止部４：可視光透過赤外線反射膜（赤反膜）６：コイル状フィラメント６１：タングステン素線６２：単コイル６４：二重コイル７：リード部材９：照明器具９４：器具本体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラスバルブと；バルブ内に配設された
リード部材と；バルブ内に封入された不活性ガスと；リ
ード部材に継線された定格点灯時に２５００Ｋ以上とな
る部位のタングステン素線における温度勾配が２．５度
／ｍｍ以下のコイル状フィラメントと；を具備している
ことを特徴とする電球。
【請求項２】ガラスバルブと；バルブの表面に形成さ
れた可視光透過赤外線反射膜と；バルブ内に配設された
リード部材と；バルブ内に封入された不活性ガスと；バ
ルブ中心軸に沿うようリード部材に継線された定格点灯
時に２５００Ｋ以上となる部位のタングステン素線にお
ける温度勾配が２．５度／ｍｍ以下のコイル状フィラメ
ントと；を具備していることを特徴とする電球。
【請求項３】バルブ形状が直管状、楕円状、長円状、
球状のうちから選ばれた少なくとも一種を有することを
特徴とする請求項２に記載の電球。
【請求項４】バルブ内にハロゲンガスおよび不活性ガ
スが封入されていることを特徴とする請求項１ないし３
のいずれか一に記載の電球。
【請求項５】器具本体と；器具本体に配設されたソケ
ットと；ソケットに装着された請求項１ないし４のいず
れか一に記載の電球と；を具備していることを特徴とす
る照明器具。