JPS59853A - 透過ヒ−トミラ−を備えた白熱光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 白熱電灯の効率を改良するための試みがなされている。

充填ガスとしてアルゴン又は窒素又はアルゴンと窒素の
混合物を便用し、タングステンフィラメントを使用した
代表的な白熱電灯は、電力のりット当りｌフルーメンの
光の効率を持つ。この効率は、たとえば、アルゴン充填
がスをクリプトン１こ変えることによっていくらか改良
することができる。

従来、外岐番こコーティングを配置し、タングステンフ
ィラメントによって生じる赤外エネルギーをフィラメン
ト４Ｃ反射させ、フィラメントによって生じるｏＩ視レ
ンジのエネルギーは外波をｉＩｉ過させることによって
、電灯の効率を改良する試みがなされてきｌこ。

こ°のｉｂ　’９４は、外波、フィラメント、及び反射
コーティングを予め設定された関係をもって使用し、タ
ングステンフィラメントによって生じる赤外（Ｉｎ）エ
ネルギーを反射さｔ％町視エネルギーを透挿させて全体
の電灯の効率を改良するようにした白熱電灯に関するも
のである１、この発明に使用されるコーティングは、赤
外（ＩＲ）エネルギーを反射し、町視元緑エネルギーに
対しては透過性をもつため、透過ヒートミラーと呼ぶこ
とができる。好ましいコーティングは、筒い透過率の金
属１−からなり、これは透過誘瑣盾の間に狭まれ、その
可視レンジの光エネルギーに対する屈折率は、実質上金
属の屈折率（仮定上）にマツチする。金属は、訪い透過
率を持ち、ＩＲエネルギーは反射するが、その厚さは十
分４＜、＝＝Ｉ視レンジのエネルギーは透過させること
ができる。誘ｗ１層は、川のつり合い（マツチング）及
び対反射特性を提供する。この発明の好ましい実施例で
は、３つの１−のコーティングが使用され、これは、二
ｆｆ１ｉｓチタン、銀、二醒化チタンのフィルムからな
る。

以ド、この発明の実施例を図面について詳細に説明する
。図に２いて、白熱電灯ｕｌｊはねじ接点（１４１と底
面ボタン接点ｄｉのある症通のベース（ｌを有する。ス
テム面がベースの内面１こ取り付けられ、その部分にシ
ールがなされる。一対の導入ａＬ１ｇＪ及び囚がステム
を貫通してのび、各ワイヤーの一端はベース接点ｕＣ及
びｔＪ６１と接触する。

フィラメント＠がステムに収り１１けられる。

弔１図に示されたフィラメント（２）はタングステンワ
イヤーからなり、これは所望に応じて濃液を塗装するこ
とができる。しかしながらタングステンは外波の形状に
適合するように設計されていることが好ましい。すなわ
ち、フィラメントは電灯の外被に対し適当な形状を持ち
、外波はし７レクタ面としての働きをし、外波によって
反射されるエネルギーがフィラメント＆Ｃよって捕捉さ
れる可能性が最大になるように構成されている。これに
ついては［４する。フィラメントにはサポート（至）、
１によって垂ばに取り付けられ、サポート（ハ）、（至
）はワイヤーｍ及び固のリードに接洸される。その旧の
フィラメント取付＋Ｉｊｔ遣を使用してもよい。

＠５１Ａに示されているように、一般的に球状の外１ａ
ｔｌｌｌが設けられ、この外波の底端は球状ではなく、
そこにステム０′０が配置される。その球状の部分にお
いて、外被はできるだけ光学的に完全に成形される。す
なわち、円滑に、かつ一対の半径の曲率をもって成形さ
れ、フィラメントが外波の光学上の中心に配置されると
、外波がエネルギーを反射することができると仮定した
場合、実質上すべてのＩＲエネルギーを外被の球形面か
らフィラメントに反射させることができる。フィラメン
トは外波の球状の部分において、できる限り光学上の中
心に近接させて配置することが好ましい。透過ヒートミ
ラーコーテイ７りｔｔ２は、外被ｕＤに配置される。こ
の発明の好ましい実施例では、コーテイ、ング０２は異
なった材料の多ノーコーティングからなり、その詳細に
ついては後述する。コーティングＯｚのすべての層はそ
れを保護する意味で、外波の内面に配置されていること
が好ましい。しかしながら適当に設ｄ１された層のコー
ティングを外波の内面のコーティングに加えて、又はそ
れに代えて、外被の外面に配置してもよい。

透過ヒートミラーコーティングはフィラメントによって
生じたＩＩＩＩ視レンジのできるだけ大きいエネルギー
を透過させ、フィラメントによって生じたできるだけ大
きいＩＲエネルギーをフィラメントに反射させる必要が
ある。フィシ１．メントへのＩＲエネルギーの反射は、
一定の動力でその温度を増加させ、フィラメントの効率
をｊｌ　７ＪＤさせることによって、小さい動力レベル
においてその温度を維持する。これは電灯のワット当り
のルーメンの効率を改良する。

この発明の好ましい実施例に従えば、レンジ（たとえば
ほぼ４００ナノメータからほぼ７００ナノメータ）の可
視エネルギーの平均値に対するコーティング０２の透過
率は、少なくともほぼ６０％であり、平均ＩＩ’（エネ
ルギー（たとえはほぼ７００ナノメ一タ以上）に対する
コーティングの反射率は、平均８〜８５％以上にすべき
である。＝Ｊ　ｆｆｌレンジの平均透過率と！Ｒレンジ
の平均透過率の比率（１−反射率）はしたがって少なく
とも１５％分の６０９６．すなわち４：ｌである。はぼ
２’ｌＯＯ°にで作用する白熱フィラメントによって生
じる可視光線スペクトルは第２図　　−のグラフに示さ
れている。

理想的なヒートミラーの特性では、可視レンジのすべて
のエネルギーを透過し、ＩＲレンジのすべてのエネルギ
ーを反射する。理論上、透過か反射かが決定する値はほ
ぼ７００ナノメータである。すなわち、７００ナノメー
タ以−ドのエネルギーは外被を通って填過され、７００
ナノメ一タ以上のエネルギーは反射される。実際には、
この間の（＋ＩＩは８５０ナノメータ又はそれよりもい
くらか制い値まで上がっても無視することができる。好
ましいコーティングの透過特性が！＠２Ａ図のグラフに
示されている。

Ｗ１述したように、好ましいコーティングは誘電材料の
２つの１１の間に狭まれた金一層で形成される。特に効
界的／ｊコーティングとして、Ｔｉｏ、／　Ａｇ　／　
Ｔｉｏ、のｊ−のコーティングカアル。

コノコーティングは電灯の球状の外被の内面に配置され
ていることが好ましい。このタイプの層のコーティング
の一般的な構成は、１９７６年４月に発行された文献が
トラスバレント　ヒート　ミラーズ　７オア　ソラーエ
ネルギー　アプリケーションズ〃のＬＯ１２〜ＬＯ１７
頁に＆［されている。この文市大では、’ｒｉｏ、’　
／　Ａｇ　／　Ｔｉｏ。

コーティングはガラスフラットプレートレフレクタの下
面に使用され、これはソラーアブソーバ−の上方に配置
される。入射太陽エネルギーはガラス及びコーティング
を通ってアブソーバ−に達する。加熱されたアブソーバ
−からのＩＲはアブソーバ−に反射される。

この発明に従えば、第２図に示されているように外被ｏ
ｎは電灯の外被として使用されている普通のガラス、た
とえば石灰ガラδからなることが好ましい。そのほかの
ｄ宜なガラスを使用することもできる。コーティングの
Ｊｌｌはフィラメントに最も近い第１Ｔｉｏ、層（１２
Ｂ）、金属のＩｔ４（１２ｂ）、フィラメントから最も
遠いＴ１０１層（１２０）からなり、ガラスの内向に順
次配置される。これは、たとえばアルゴンなどの不活性
ガスの環境内でＨＦスバ・ツタリングによって行われる
。

コーティングの層はその他の普通の技術、たとえば浸し
掛け、吹掛け、蒸気沈殿、化学沈澱、によって形成する
こともできる。いずれにしても、各層の厚さは適正に維
持すべきであり、各１−が望ましい厚さを持つようにす
べきである。

好ましい３つの膚Ｔｉｏ、　／’Ａｇ　／　Ｔｉｏ−ラ
ーが望まれた場合には、金属の中心１１！（１２ｂ）は
可視エネ゛ルギ一番こ対しては透過性をもち、ＩＲエネ
ルギーは反射する。はぼ２０ナノメータの金属の好まし
い層は、６エ視波艮レンジのエネルギーのほぼ１０％、
又はそれ以下だけを吸収する。二酸化チタン層も同様に
ｉｑ可視線を透過し、かつ対反射及び十目つい合い１−
としての働きをする。すなわち、フィラメントに最も近
い内側ｆｉ（１２ｍ）はｉＩ税エネルギーの相を金属の
１ｌｄ（１２ｂ）にマツチさせ、１ｍ（１２ｂ）はＩＲ
エネルギーを反射するが、町視光緑は透過する。外側＋
ｍ（１２ｃ）は透過回部エネルギーの相をガラスにマツ
チさせ、最終的に外被を通って透過させ・少［Ｆ］の可
視エネルギーだけが反射する。

コーチインｙｕａの層の厚さは、白熱フィラメントによ
ってその作用温度時に生じる可視エネルギーを透過し、
ＩＲエネルギーを反射させる上に有利なように選定され
る２、この温度はほぼ２へ０００’Ｋからほぼ２へ００
０’　Ｋの範囲内である。

電灯の作用温度は、一般的に電灯の寿命その他を考慮し
て選定される。電灯の寿命が短い場合、たとえば、ｗｉ
鼻の寿命がほぼ７５０時間である場合には、フィラメン
ト作用温度はほぼ２９００°にである。電灯の寿命が長
い場合、たとえば電灯が４０００〜４５００時間以上作
用する場合には、作用温度はほぼ４７５０°にである。

色温度は一般にほぼ５０°に以下である。

銀コーテイングは、可視エネルギー１こ対する透過性を
増加することを容易にする。コーティングの１つの形で
は、Ｔ１０１の内側及び外側層（１２Ｍ）及び（１２Ｇ
）の厚さは、１対１又は１対３の比率にすることができ
、たとえばフィラメント＃Ｃ最も近い内側１４（ｘ２ａ
）の３はの厚さにすることができる。１対ｌコーテイン
グの場合には、はぼ２０ナノメータの銀の層は、内側（
１２Ｂ）及び外側（１２ｏ　）　Ｔｌｏ、：Ｉ−ｆイン
グが１８ナノメータの厚さの場合に、はぼ２６００’Ｒ
〜はぼＺ　９００’にのフィラメント作用温度範囲にお
いて効果的であることが知られている。１対３比率コー
テイングの場合には、効果的なコーティングは、６ナノ
メータの厚さの銀の層と６０ナノメータの外ｔ＋１ｌＴ
ｘｏ、層と２０ナノメータの内側Ｊｉｉｌｌからなる。

この発明に従った白熱電灯において発生するＩＲエネル
ギーの、少なくともほぼ８０〜８５％を反射させ、可視
エネルギーの少なくとも６０％を透過させることができ
る有効な透過ヒートミラーのためのコーティング層の比
率は次の通りである。

１対１　　１対３゛ １’１０ｍＭ　（１２Ｍ　）　　　１３−２８ナノメー
タ　１３〜２８ナノメ一タＡｇｒｍ（ｔｚｂ）　　　　
　　　　　　１３〜２８ナノメータ　　　４〜９ナノメ
ータ好ましいｌ’ｉｏ、　／　Ａｇ　／　Ｔｉｏ、の組
合せ以外のコーティングを使用することもできる。又、
１°１０゜ｔ」、以外の誘電体を使用することもできる
。

前述したように、コーティングの層の要素を選定する場
合に主な基皐になるものとして、誘電ｊ−の光エネルギ
ーの吸収指数（りが波長（λＰ）のレンジＪＣ近い金属
の指数（ｋ）にマツチすることがあげられる。マツチす
る金４と誘電体は次の通りである。

誘電体　　　　響　　　　金　　　＠　　　　ｋ。

テｉｏ、　　　　　　１６　　　　　　　　銀　　　　
　　　３．６そのほかの特性も考慮せねばならｒ、その
うしち′トのン主要な１つとして金属の可視光線に対す
る透過度がある。

誘電体及び金属のフィルムの厚さの組合せは、次のと詣
りである。

（２１／Ｌ、−λｐ　／ｓｖ’ ｔ、＝３１ｐ／８ダ　　　　：誘導体 ここで： ダ、＝ガラス外被のＩ旨奴 Ｌｌはフィラメントに最も近いｌ［層の厚さくナノメー
タ） ｔ、は金ｗ４＋−の厚さくナノメータ）ｔ、はフィラメ
ントから最も遠い誘電層の厚さくナノメータ） 外被の充填ガスは、フィラメント寿錐の棹準設計基準、
エネルギー消＊ｔの減少などに従って選定することがで
きる。したがって、普通のアルゴン充填ガス、クリプト
ン充填ガス、又は真空状態を使用することができる。そ
の池の普通の充填がス又はその混合物を使用することも
できる。

球状の外被を使用する場合、湾曲した反射シールド凶が
、外被のネック部分に配置され、外被のその頭載からの
エネルギーがフィラメントに反射するようにすることが
好ましい。シールド内は反射金属材料からなり、ステム
０７１に取り付けることができる。どのような適宜な取
付手段を使用しＣもよい。比較的良好なレフレクタとし
てアルミニウムがある。さらに良好なレフ・レクタは銀
又は金である。シールド（至）は外被の球状部分と同一
の半仕の曲率にすることができ、外被のネック部分内に
２いて球状の部分に近接した位置に配置ｄされ、エネル
ギーをフィラメントに向かって反射させる。その曲率の
半径を適宜に選定することによってシールド暖はフィラ
メントにさらに近い異なった位置に配置することができ
、エネルギーをフィラメントに反射させることができる
。。

ヒートミラーを使用する白ＦＡ１ｉ灯の最も直装な特徴
は、ミラー目体、すなオ〕ちそれがＩＨレフレクタ及び
可視光緑透過よとし′Ｃいかに有効であるかということ
、及びフィラメントの設計（幾何学的）及びそのセンタ
ーリングにある１、フィラメントのセンターリングは重
要であるが、所定の形状の外ｄ（し７レクタ）に対し適
正な形状のフィラメントを使用し、ミラーのＩＲ反射率
が４５〜５０チを超えると、フィラメントが外被の光学
上の軸心からフィラメントの直径の２分のｌの距離をも
ってはずれている場合にす、電灯の出力ワット当りのル
ーメンを実質的に増加させることができる。

電灯の効率の向上を容易にするため、フィラメントの形
状は、外被のそれに対応今せるべきであり、外被の光学
的中心に配置すべきである。

たとえば、球状の外被内において、球状のフィラメント
が使用され、外被の光学上の中心に配置されることが理
想的である。これらの２つの条件が満足されると、フィ
ラメントは光学的に理想的に構成され、外被から反射さ
れるずべてのエネルギーはフィラメントに達する。

実際には、フィラメントの形状を球状の外被のそれに対
応させることは不可能である。たとエバ、タングステン
ワイヤーから球状のフィラメントを製造する場合１こは
多くの誤差が生じる。

このため、いくつかの折衷案が提出されている。＠ｌに
、フィラメントの形状ができる限り外被の形状に対応す
るように構成される。第２に、フィラメントは比較的閉
じた形状に成形される。フィラメントを閉じた形状にす
ると、外被コーティングから反射される赤外エネルギー
の最小鎗だけがフィラメントに吸収されずにフィラメン
トを通過して対壁に達するようにすることができる。好
ましい実施例では、フィラメントの開口度は、フィラメ
ントをそのまま通過する反射光線は全体のほぼ５０チ以
丁になるよう番〔設定され、はぼ４０チ以下になるよう
番こすることが好ましい。すなわち、反射ＩＲエネルギ
ーの６０％またはそれ以上がフィラメントに吸収される
ものである。

第３図は、この発明の電灯に使用することができるフィ
ラメントを示すものである。フィラメントは、普通のフ
ィラメント材料と製造技術によって球状の輪郭をもつよ
うに設計されている。円筒状のフィラメントは、十分に
効果的なラジェーターを提供し、円筒の長さ方向の軸心
が外被の光学上の中心からはずれている場合にも、十分
に有効に作用する。

第３図のフィラメント（至）は、鯉通のフイラメント材
料、例えばタングステンワイヤで成形され、所電に応じ
てこれに濃液を塗布して、改良することができる。・こ
のような濃液の塗布は普通に行なわれており、それ自体
はこの発明には関係ない。第３図のフィラメントは三重
コイルからなる。

フィラメントは、まず普通の二車コイルを成形すること
によって、すなわちタングステンワイヤーを使用し、こ
れをらせん状のコイルにし、次いでそのコイルの外側に
らせん状のコイルを配、ｉｌすることによって成形され
る。二車コイルの上にさらにらせん状のコイルを設ける
と、三重コイルを成形することができる。三重コイルは
、一般的に円筒状を／ｊすらせん状に巻かれる。

円筒の洲さと直径はほぼ同一にされ、球に近い円＋４が
形成される。ワイヤーによって形成される円面の半匝は
、少なくとも外板の球状の部分のはぼ１またはそれ以下
であることが好ましい。

開口度は、はぼ４０　ｓ、またはそれ以下であることが
好ましい。＠ｉＪ述した形状および開口度を使用すると
、効率を改良することができる。

第４図は、ｆｉｌの形の１イラメント（ト）を示すもの
で、その外面は、はぼ球に近い。ここでも三重コイルフ
ィラメントワイヤーが使用され、ワイヤーは端では緊密
−こ、中央では粗く巻かれている。このタイプのフィラ
メントは、電灯の外被の球の形状により近く、従って光
学的にさらに正嬬に整合させることが出来る。

以上、球状の外板の場合について脱明したが、その他の
球状の外板およびそれに対応するフィラメントを使用し
ても、適宜な有効な透過ヒートミラーによって、効率の
よい電灯を得ることができる。例えば、外板を円筒状に
し、円筒状の光蝉をワイヤーまたは円筒状の多孔スソー
ブで形成してもよい。外被は、長円体にしてもよい。後
者の場合、フィラメントは外被の形状にできる限り近い
パターンの光を発するに必要な形状にすることが好まし
い。長円体の外被を使用する場合５Ｃは、二つのフィラ
メントを使用し、長円体の二つの中心に配置することも
できるう

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかカ）る白熱電灯のｌｆｒ面図、第
２図はこの発明に〃）かる好ましい形のコーティングの
断面図、第２Ａ図は好ましいコーティングの特性を示Ｖ
グラフ、′＠３図はこの発明に使用される好ましい形の
フィラメントの正面図、第４図はフィラメントの曲の実
施例を示す正面図である。 ａｔｉ　−−−−一白熱電灯 ０シーーーーー透過ミラーコーテイング（２）、（２）
）　−−−−−Ｔｉｏ、１ｄ（２））−−−−一銀層 □□□−−−−−フィラメント 特許出願人　　デユーローテスト　コーポレイション代
　理　　人　　新　　　実　　　健　　　部（他１名） 図面の浄書（内容に変更なし） 第１頁の続き ０発　明　者　ピータ−・ワルシュ アメリカ合衆国ニューシャーシ ー州ステアリング・ジョセフ・ ドライブ・フォーティ・ストリ ート（番地なし） 特許庁長官　　　　　殿 ■、小事件表示　昭和、５８年特許願第８３９６３号２
、発明の名称　　　透過ヒートミラーを留１えた白熱光
源３、補正をする者 事イ′１との関係　　特許出願人 氏名（名称）　　　　デユーローテスト　コーボレＩジ
ョン４、代理人　　　　〒６０４ ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象　図面全図 ８、補正の内容 １１）　　図面の浄潜。（内容に父史なし）ニー２６５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 碩　外波と、前記外被内に配置され、電流の供給時に可
   視レンジ及び赤外レンジの白熱エネルギーを発生する白
   熱フィラメントとを含む白熱電幻において、前記フィラ
   メントは、前記外波の内向に対し適所に配置され、前記
   外波は、前記フィラメントの白熱時に前記外波に達する
   赤外エネルギーの少なくとも、一部が１１１記フイラメ
   ントに向かって反射されるように構成され、さらに、金
   属の層によって１ｉＪ記外披に形成された透明ヒートミ
   ラーコーティングと、それに近接して配置された誘電Ｍ
   料の少１４　くとも一つのノーとを備え、ＭｉＪ記フィ
   ラメントによって生じる赤外レンジのエネルギーの平均
   値のほぼ４０％以上が前記フィラメントに向って反射し
   、ｍ１記フィラメントから前記コーティングに達した可
   視レンジのエネルギーの平均値のほぼ６０％以上がそれ
   を透過するようにしたことを特徴とする白熱電灯。