JP2005216638A - 反射鏡付き白熱ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】フィラメント位置が楕円反射鏡の所定の規定位置からずれた場合でも、ビーム有効角度内に放射される光束の低下を防止することを可能にした反射鏡付き白熱ランプを提供すること。
【解決手段】楕円反射鏡１の光軸にフィラメント２が配置された反射鏡付き白熱ランプにおいて、楕円反射鏡１が、光軸上に存在する楕円反射鏡１の中心軸長をａ、中心軸に直交する楕円反射鏡１の開口軸長をｂとするとき、０．８≦ｂ／ａ≦１．７の範囲に規定されていることを特徴とする反射鏡付き白熱ランプである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反射鏡付き白熱ランプに係わり、例えば、店舗内を照明するのに好適な反射鏡付き白熱ランプに関する。

従来、円筒状の透明ガラスを封止した構造のバルブ内に、バルブ軸と同軸上に１重巻または２重巻のフィラメントを配置し、かつバルブ内に不活性ガスと微量のハロゲンを含むガスを封入した白熱ランプを反射鏡の光軸に配置した反射鏡付き白熱ランプが知られている。
このような反射鏡付き白熱ランプでは、反射鏡が楕円反射鏡の場合、その長軸が反射鏡の光軸となっている。

特開平５−２１０４３号公報

しかし、このような長軸が反射鏡の光軸となっている楕円反射鏡は、楕円反射鏡の第１焦点にフィラメントが配置されており、このフィラメントが第１焦点からずれた場合はビーム有効角度内に放射される光束が低下し、白熱ランプから放射される光を有効に利用できないという問題があった。
このような問題は、フィラメントが規定の位置（第１焦点）に配置されていれば問題とはならないが、実際には、各部品の寸法精度に加え、フィラメントとランプのバルブの位置決めや、バルブと反射鏡の位置決めの際に、フィラメント位置が楕円反射鏡の規定位置からずれる要因が数多く存在する。

従来技術の楕円反射鏡ではこれらの要因を抑制するために設備の高精度化やフィラメント位置の個別調整等の対策が必要であり、これらはコスト面でもまた生産能力の面でも多大な負担を与えるものであった。
また、楕円反射鏡の長軸を光軸とした反射鏡付き白熱ランプは、反射鏡の反射面が深くなるためランプが大型化し、ダウンライト等で使用した場合、ランプ全長が長くなり使用箇所が制限されるという問題があった。

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、光軸上に存在する楕円反射鏡の中心軸長をａ、中心軸に直交する該楕円反射鏡の開口軸長をｂとするとき、反射鏡付き白熱ランプにおける楕円反射鏡を、０．８≦ｂ／ａ≦１．７の範囲に規定することにより、フィラメント位置が楕円反射鏡の所定の規定位置からずれた場合でも、ビーム有効角度内に放射される光束の低下を防止することを可能にした反射鏡付き白熱ランプを提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の数値範囲に規定される複数の相似形の楕円反射鏡を組み合わせることにより、鏡面深さを長くすることを可能にした反射鏡付き白熱ランプを提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、楕円反射鏡の光軸にフィラメントが配置された反射鏡付き白熱ランプにおいて、前記楕円反射鏡は、光軸上に存在する該楕円反射鏡の中心軸長をａ、中心軸に直交する該楕円反射鏡の開口軸長をｂとするとき、０．８≦ｂ／ａ≦１．７の範囲に規定されていることを特徴とする反射鏡付き白熱ランプである。

第２の手段は、楕円反射鏡の光軸にフィラメントが配置された反射鏡付き白熱ランプにおいて、前記楕円反射鏡は、光軸上に存在する反射鏡部分の中心軸長をａ１，ａ２，・・・ａｎ、中心軸に直交する該反射鏡部分の開口軸長をｂ１，ｂ２，・・・ｂｎとするとき、０．８≦ｂ１／ａ１≦１．７、０．８≦ｂ２／ａ２≦１．７、・・・０．８≦ｂｎ／ａｎ≦１．７の範囲に規定される相似形状の反射鏡部分が組み合わされて構成されていることを特徴とする反射鏡付き白熱ランプである。

請求項１に記載の発明によれば、楕円反射鏡の光軸にフィラメントが配置された反射鏡付き白熱ランプにおいて、前記楕円反射鏡は、光軸上に存在する該楕円反射鏡の中心軸長をａ、中心軸に直交する該楕円反射鏡の開口軸長をｂとするとき、０．８≦ｂ／ａ≦１．７の範囲に規定したので、各部品の寸法精度に加え、フィラメントとランプのバルブの位置決めや、バルブと反射鏡の位置決めの際に、フィラメント位置が楕円反射鏡の規定位置からずれた位置に配置されても、ビーム有効角度内に放射される光束の変動が少なく、しかも、照射面の中心照度の変化が少なく、白熱ランプから放射される光を有効に利用することを可能とする。さらに、楕円反射鏡の中心軸長が、従来の楕円反射鏡の中心軸長より短くすることができるので、反射鏡の深さを小さくすることができ、ランプ全体を小型化することができる。

請求項２に記載の発明によれば、楕円反射鏡の光軸にフィラメントが配置された反射鏡付き白熱ランプにおいて、前記楕円反射鏡は、光軸上に存在する反射鏡部分の中心軸長をａ１，ａ２，・・・ａｎ、中心軸に直交する該反射鏡部分の開口軸長をｂ１，ｂ２，・・・ｂｎとするとき、０．８≦ｂ１／ａ１≦１．７、０．８≦ｂ２／ａ２≦１．７、・・・０．８≦ｂｎ／ａｎ≦１．７の範囲に規定される相似形状の反射鏡部分が組み合わして構成したので、反射鏡の鏡面深さを稼ぐことが可能となる。

本発明の第１の実施形態を図１乃至図６を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る反射鏡付き白熱ランプの構成を示す図である。なお、同図においては反射鏡付き白熱ランプを簡略化して、白熱ランプの楕円反射鏡とフィラメントのみを示している。
同図において、１は楕円反射鏡、２は楕円反射鏡の光軸に配置された白熱ランプのフィラメント、ａは光軸方向の楕円軸方向の中心軸長、ｂはこの中心軸に直交する開口軸長である。楕円反射鏡１の鏡面は、曲線を光軸方向の軸を中心に１回転させた回転体として示される。
なお、ここでは、中心軸長ａと開口軸長ｂを用いて、ｂ／ａなる関係式によって楕円の形状を表すこととする。また、フィラメントは、外形が円筒状にフィラメント素線を巻回したものに限らず、フィラメント素線を外形がＭ字状になるように巻回したものでもよい。この場合、立体的に形成されたＭ字状のフィラメントの中心点が反射鏡の光軸に位置するようにするものである。

図１（ａ）において、ｂ／ａ＜１．０の場合は、光軸方向が長軸となる楕円を表し、図１（ｂ）において、ｂ／ａ＝１の場合は、は真円を表し、図１（ｃ）において、ｂ／ａ＞１．０の場合は、光軸方向が短軸となる楕円を表す。

はじめに、本発明の楕円反射鏡１の光軸にフィラメント２が配置された反射鏡付き白熱ランプにおいて、楕円反射鏡１を０．８≦ｂ／ａの範囲に規定する理由について説明する。

図２は、楕円反射鏡１内におけるフィラメント２の位置に応じてビーム開き角度における光度分布の変化を示す図である。
図２の各図に示すように、楕円反射鏡１内において、光軸方向におけるフィラメント２の位置に応じて光度分布が変化することがわかる。なお、後述する光束は、このような光度分布をあるビーム開き角度（例えば、±１０°）内において積算したものである。

図３は、ある中心軸長ａと開口軸長ｂの比ｂ／ａにおいて、光軸方向にフィラメント２を移動させたとき、最大の光束φ１が得られる位置をｘ１、最小の光束φ２が得られる位置をｘ２とするとき、関係式Ｙ＝｜φ１−φ２｜／｜ｘ１−ｘ２｜を説明するための図である。

上式Ｙ＝｜φ１−φ２｜／｜ｘ１−ｘ２｜によって、異なる各中心軸長ａと開口軸長ｂの比ｂ／ａにおける、位置ｘの変化に対する光束φの変化率Ｙを知ることができる。
即ち、変化率Ｙが大きいことは、位置ｘの微小な変化に対して光束φの変化が大きい傾向にあることを示す。

図４は、異なる各中心軸長ａと開口軸長ｂの比ｂ／ａにおける、楕円反射鏡１の底部から楕円反射鏡１の開口部に向かってフィラメント２の位置を変化させたときの光束φの変化を示す図である。
同図に示すように、従来技術に相当するｂ／ａ＝０．５においては、フィラメント２の位置ｘの変化に対して光束φの変化が大きく、変化率Ｙが大きな値を示すことがわかる。また、ｂ／ａが０．８，１．０，１．７と次第に大きくなるに従って、位置ｘの変化に対して光束φの変化が小さくなり、変化率Ｙが小さな値を示すことがわかる。

同図において、ｂ／ａ＝０．５，０．８，１．０においては、楕円反射鏡１の底部からフィラメント２の位置が大きくなると、中抜けが発生するため、その点をフィラメント２の位置ｘの最大値とし、また光束φの最小値とした。ｂ／ａ＝１．７ではフィラメント２が楕円反射鏡１外部に出てしまう１２ｍｍ以上の点を除外して、その間の光束φの最大・最小をとっている。なお、上記の中抜けとは、楕円反射鏡１内におけるフィラメント２の位置に応じてビーム開き角度における光度分布において、照射面の中心よりも周辺部の光度の方が高いドーナツ状の光度分布をいう。

図５は、図４に示すグラフに基づいて、中心軸長ａと開口軸長ｂの比ｂ／ａに対する変化率Ｙの関係をまとめたグラフである。
同図に示すように、ｂ／ａ＜０．８では、変化率Ｙは大きく、フィラメント２の位置の微小な変化に対しても、光束φの変化が大きく、反対にｂ／ａ≧０．８では、フィラメント２の位置の変化に対して、光束φの変化が小さくなるため、ランプのバルブの位置決めや、バルブと楕円反射鏡の位置決めの際に、フィラメント位置が楕円反射鏡の規定位置からずれても、ビームの有効角度内に放射される光束の変動が少なくなる。

次に、本発明の楕円反射鏡１の光軸にフィラメント２が配置された反射鏡付き白熱ランプにおいて、楕円反射鏡１をｂ／ａ≦１．７の範囲に規定する理由について説明する。

図６は、中心軸長ａと開口軸長ｂの比ｂ／ａに対する最大光束の変化を示すグラフである。
同図に示すように、ｂ／ａ＞１．７以上では最大光束が減少していく。その理由は、計算上、実際用いた楕円反射鏡１の開口径はφ４０．５（ｂ＝２０．２５）ｍｍであったが、ｂ／ａ＝１．７の場合、楕円反射鏡１の中心軸長ａは１１．９ｍｍとなるが、光度の最大となるフィラメント２の位置は、楕円反射鏡１底部から１０ｍｍの点であり、ｂ／ａ＞１．７ではフィラメント２の位置が楕円反射鏡１の外部で光束φが最大となり、ｂ／ａ＞１．７では、最大光束は得られないためである。

また、楕円反射鏡１の開口径が異なる場合において、開口径の変化と同じ割合でフィラメント移動量が変化するため、光束の変化のし易さとｂ／ａの関係は、値は異なるが傾向は変化せず、開口径に係わらず、ｂ／ａ≦１．７において有効となる。

以上述べたように、本発明の楕円反射鏡１の光軸にフィラメント２が配置された反射鏡付き白熱ランプにおいては、光軸方向の楕円軸方向の中心軸長ａ、中心軸に直交する開口軸長ｂとするとき、楕円反射鏡１が０．８≦ｂ／ａ≦１．７の範囲に規定されるとき、フィラメント２が多少楕円反射鏡１の第１焦点からずれた位置に配置されても、ビーム有効角度内に放射される光束の変動が少なく、しかも、照射面の中心照度の変化が少なく、白熱ランプから放射される光を有効に利用することが可能となる。

本発明の第２の実施形態を図７を用いて説明する。
図７は、本実施形態の発明に係る反射鏡付き白熱ランプの構成を示す図である。なお、同図においても反射鏡付き白熱ランプを簡略化して、白熱ランプの反射鏡とフィラメントのみを示している。
同図において、３は楕円曲線が相似形の反射鏡部分３１，３２，３３を複数組み合わさせて構成された反射鏡、３１，３２，３３は、それぞれの光軸方向の楕円軸方向の中心軸長ａ１，ａ２，ａ３、中心軸に直交する開口軸長ｂ１，ｂ２，ｂ３とするとき、それぞれが０．８≦ｂ１／ａ１≦１．７、０．８≦ｂ２／ａ２≦１．７、０．８≦ｂ３／ａ３≦１．７の範囲に規定された互いに楕円曲線が相似形の反射鏡３の反射鏡部分である。

同図に示すように、反射鏡３は、互いに楕円曲線が相似形で、上記の数値範囲に規定される各反射鏡部分３１，３２，３３を複数組み合わせて構成したものである。反射鏡３をこのように構成することによって、第１の実施形態のように単一の楕円反射鏡１で構成した場合には、鏡面深さが不足する場合があるが、本実施形態の反射鏡３によれば、第１の実施形態の効果に加えて、鏡面深さを長くすることが可能となる。

第１の実施形態の発明に係る反射鏡付き白熱ランプの構成を示す図である。 楕円反射鏡１内におけるフィラメント２の位置に応じてビーム開き角度における光度分布の変化を示す図である。 ある中心軸長ａと開口軸長ｂの比ｂ／ａにおいて、光軸方向にフィラメント２を移動させたとき、最大の光束φ１が得られる位置をｘ１、最小の光束φ２が得られる位置をｘ２とするとき、関係式Ｙ＝｜φ１−φ２｜／｜ｘ１−ｘ２｜を説明するための図である。 異なる各中心軸長ａと開口軸長ｂの比ｂ／ａにおける、楕円反射鏡１の底部から楕円反射鏡１の開口部に向かってフィラメント２の位置を変化させたときの光束φの変化を示す図である。 図４に示すグラフに基づいて、中心軸長ａと開口軸長ｂの比ｂ／ａに対する変化率Ｙの関係をまとめたグラフである。 中心軸長ａと開口軸長ｂの比ｂ／ａに対する最大光束の変化を示すグラフである。 第２の実施形態の発明に係る反射鏡付き白熱ランプの構成を示す図である。

符号の説明

１ 楕円反射鏡
２ フィラメント
３ 反射鏡
３１，３２，３３ 反射鏡部分
ａ，ａ１，ａ２，ａ３，ａｎ 光軸方向の楕円軸方向の中心軸長
ｂ，ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂｎ 中心軸に直交する開口軸長

Claims (2)

1. 楕円反射鏡の光軸にフィラメントが配置された反射鏡付き白熱ランプにおいて、
   前記楕円反射鏡は、光軸上に存在する該楕円反射鏡の中心軸長をａ、中心軸に直交する該楕円反射鏡の開口軸長をｂとするとき、０．８≦ｂ／ａ≦１．７の範囲に規定されていることを特徴とする反射鏡付き白熱ランプ。
2. 楕円反射鏡の光軸にフィラメントが配置された反射鏡付き白熱ランプにおいて、
   前記楕円反射鏡は、光軸上に存在する反射鏡部分の中心軸長をａ１，ａ２，・・・ａｎ、中心軸に直交する該反射鏡部分の開口軸長をｂ１，ｂ２，・・・ｂｎとするとき、０．８≦ｂ１／ａ１≦１．７、０．８≦ｂ２／ａ２≦１．７、・・・０．８≦ｂｎ／ａｎ≦１．７の範囲に規定される相似形状の反射鏡部分が組み合わされて構成されていることを特徴とする反射鏡付き白熱ランプ。

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