JP4229985B2 - 反射膜を備えた電球 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は請求項１の前文による赤外反射膜を備えた電球、特にハロゲン電球に関する。
このような電球は全般照明においても、また例えば同様に投射技術における反射器と組合わせて特殊な照明目的のためにも使用されている。
ガラス球の回転対称形状はその内面及び／又は外面に設けられた赤外放射を反射する被膜（以下においては短縮して赤外膜と称する）と協働して、発光体から放射された赤外放射パワーの大部分を反射して戻している。このようにして得られたランプ効率の向上は一方では入力電力が一定の際には発光体の温度上昇のために、それゆえ光束の増大のために利用することができる。他方では僅かな入力電力でもって予め定められた光束を得ることができる（有利な“エネルギ節約効果”）。他の所望の効果は、ガラス球を透過して放射される赤外放射パワーが赤外膜のために明らかに僅かとなり、従って周囲が通常の電球の場合より加熱される点である。
赤外膜での吸収による損失は避けることができないので、ガラス球の内部における赤外放射成分の出力密度は反射の回数と共に減少し、その結果電球の効率も減少する。それゆえ、実際に達成可能な効率増大のために重要なことは個々の赤外線が発光体へ戻るために必要な反射回数を最少にすることである。このために赤外膜を備えたガラス球が特別に形成される。
従来の技術
このような電球は例えば米国特許第４１６０９２９号明細書、ヨーロッパ特許出願公開第０４７０４９６号公報、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３０３５０６８号及び第４４２０６０７号公報に開示されている。その米国特許は、ランプ効率の最適化のために発光体の形状をガラス球の形状に整合させることを示している。さらに、発光体はガラス球の光学中心部にできるだけ正確に位置決めされるものとする。これによって、発光体の表面から放射された波前面はガラス球面で乱されずに反射して戻される。その結果収差が最少になる。球状のガラス球は例えば理想的な場合中心に配置された同様に球状の発光体を有しなければならない。相応するフィラメント形状は、このために通常使用されるタングステン線の延性が限られていることに起因して、何れにしても実現が非常に制限される。球への近似が粗いが実現可能なものとして立方体状のフィラメントが提案されている。他の例ではフィラメントがその中央部に最大直径を有している。これはフィラメントの両端へ向かって徐々に減少する。楕円体形のガラス球のために、楕円体の２つの焦点にそれぞれ１つの発光体を配置することが提案されている。
ヨーロッパ特許出願公開第０４７０４９６号公報には、球状のガラス球を備え、その中心部に円筒状の発光体を配置した電球が開示されている。この公報は、効率の損失が発光体を理想的な球形状から偏らせることによって次の条件の下に許容可能な量に限定され得ることを示している。ガラス球直径及び発光体直径もしくは発光体長さが許容範囲内で綿密に互いに合わせられるか、又は発光体の直径がガラス球の直径より明らかに小さくされなければならない（０．０５倍小さい）。さらに、楕円体状のガラス球を備え、その焦線上で軸線に縦長の発光体を配置した電球が示されている。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３０３５０６８号公報は最後に挙げた例においても避けることのできない収差損失の最少化を図るための教えを与えている。これによれば楕円体状のガラス球の２つの焦点が円筒状の発光体の軸線上にそれぞれの端部から予め定められた距離をもって配置される。
最後にドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２０６０７号公報は楕円体状の又は楕円体に似た樽に成形され赤外膜を備えたガラス球を有するハロゲン電球を開示している。樽の輪郭を作成する楕円体状の又は場合によっては楕円体に似た部分は楕円部分によって形成され、その半短軸ｂは電球長手軸線すなわちガラス球の回転軸線に垂直に配置されている。さらに、母線の半短軸はガラス球半径Ｄ／２より小さく、そして回転軸線に対して平行にほぼ発光体の半径ｄ／２だけずらされ、これによって最終的に樽が形成される。発光体の長さは作成された楕円部分の２つの焦点の間隔にほぼ一致している。さらに、発光体は、縦断面図において両焦点が発光体の相応する２つの頂点とほぼ符合するようにガラス球の内部に位置決めされる。何れにしてもフィラメントはこれによって不均一に加熱される。その他にこの解決策の欠点は、電球効率の達成可能な改善がガラス球の内部での発光体の寸法設定及び位置決めに比較的強く依存する点である。
発明の説明
本発明の課題は、上述の欠点を除去し、そして放出された赤外放射を発光体上へ効率良く戻す点で、その結果効率の高い点で優れている電球を提供することにある。さらに、特に低電圧形ハロゲン電球のために得ようとしているように、高い輝度と共にコンパクトな電球寸法が可能になるようにしたい。
この課題は本発明によれば請求項１の特徴事項によって解決される。本発明の他の有利な特徴事項は従属請求項に記載されている。
本発明の思想を説明するために以下において図１を参照する。この図１は原理的な関係の概略図を示し、本発明を理解するために重要な幾つかの寸法が記入されいてる。例えば、半長軸ａ、半短軸ｂ及び２つの焦点Ｆ₁、Ｆ₂を有する楕円１が示されている。
本発明によれば、回転対称形のガラス球２（極めて概略的に示されている。リード線及びピンチ部は簡略化のために示されていない）は主として楕円１の楕円部分３（図１には太い実線で示されている）によって作成され、この場合この楕円部分３は半長軸ａがガラス球２の回転軸線ＲＡに対して垂直に向くように的確に選定される。回転対称形の、例えば円筒状の外形輪郭（図１の概略縦断面図には矩形として示されている）を持つ発光体４はガラス球２の内部において中心で軸線に配置されている。これによって焦軸

（これは母線３の２つの焦点Ｆ₁、Ｆ₂を結ぶ接続直線）も同様にガラス球２の回転軸線ＲＡに対して垂直に向く。特に、母線の半長軸ａはガラス球２の半径Ｒより長い。これによって、ガラス球２はもはや“純粋な”回転楕円体の形状を持たなくなる。驚くべきことに、従来の学説をこのように放棄することによって電球効率の明らかな増大及び発光体４の均一加熱が達成されることが判明した。
高い効率に関してはその他に半長軸ａの長さがＲ＜ａ＜Ｒ＋５・ｗ_rの範囲から、特にＲ＋ｗ_r≦ａ＜Ｒ＋３・ｗ_rの範囲から選定されると有利であることが判明している。なお、Ｒ及びｗ_rはガラス球２の最大半径ならびに円筒状の又は円筒に似た発光体４の半径を表す。作成された楕円部分３の半短軸ｂは発光体４のほぼ２倍の長さである。
従来技術との相違は図２ａ、２ｂの概略原理図との比較から明らかである。図２ａは主としてドイツ連邦共和国特許出願公開第３０３５０６８号公報における様子に相当する。これは楕円体状のガラス球５を示し、その内部には、回転楕円体の両焦点Ｆ₁、Ｆ₂が発光体６の両端部に符合するように発光体６が中心で軸線に配置されている。その結果、焦軸

は、本発明と異なり、ガラス球５の回転軸線ＲＡに対して平行に向けられている。
図２ｂは最後にドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２０６０７号公報における様子を示す。ここではガラス球７は楕円体状の又は楕円体に似た樽として形成されている。概略断面図には２つの直線部分によって互いに接続された２つの楕円半部が示されている。その場合両楕円半部の焦点対Ｆ₁、Ｆ₂もしくはＦ₁´、Ｆ₂´は発光体８の頂点に符合している。その結果、焦軸Ｆ₁Ｆ₂もしくは

は、同様に本発明とは異なり、ガラス球の回転軸線ＲＡに対して平行に向けられている。
本発明の利点は、効率が増大することの他に、赤外放射をフィラメントへ反射して戻すことの高い均一性が得られる点である。これによって、フィラメントの早期の破壊を惹き起こす局部過熱が防止される。さらに、ランプ効率の達成可能な改善がドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２０６０７号公報に比較してガラス球の内部への発光体の位置決めの製造上のバラツキに僅かしか関係しないことは有利である。
発光体としては軸線に配置されたタングステン製単コイル又は二重コイルフィラメントが使用される。形状的な寸法設定、即ち直径、ピッチ及び長さはとりわけフィラメントの抵抗Ｒに関係し、これは供給電圧Ｕが予め定められている場合には所望の入力電力Ｐに関係する。Ｐ＝Ｕ²／Ｒのために、フィラメントは高電圧（ＨＶ）形電球の場合には通常低電圧（ＮＶ）タイプの場合より長い。
発光体は２つのリード線と導電的に接続され、このリード線は共通にガラス球の一端部を通って又はガラス球の両端部を通って気密に外部へ案内される。密封は一般に圧潰によって行われる。しかしながら他の閉鎖技術、例えば板状体の封じ込み方式も可能である。片側閉鎖の例は特にＮＶへの適用に適している。この場合、比較的短い発光体に基づいて非常にコンパクトな電球寸法を実現することができる。
電球の効率の最適化のために、ガラス球壁のできるだけ多くの部分を有効反射面として使用することができると有利である。このことは特にガラス球が一方の又は場合によっては両方の端部においてリード線の領域に電球頸部を有することによって実現することができる。この電球頸部はリード線をできるだけ密接に取囲み、密封部へ移行する。このための詳細はドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２０６０７号公報に記載されている。
ガラス球は通常不活性ガス、例えばＮ₂、Ｘｅ、Ａｒ及び／又はＫｒを封入される。特に、ガラス球は、ガラス球の黒化を防ぐためにタングステン−ハロゲンサイクルを維持するハロゲン添加物を含む。ガラス球は光透過性材料、例えば石英ガラスから作られる。
電球は外管を備えることができる。周囲に放射される赤外パワーの特に強い減少が望まれる場合、この外管は同様に赤外膜を有することができる。
赤外膜は例えば公知の干渉フィルタ（通常異なった屈折率の誘電体膜が交互に配置された積層体）として実施される。適当な赤外膜の原理的な構成は例えばヨーロッパ特許出願公開第０４７０４９６号公報に説明されている。
図面の説明
以下において本発明を複数の実施態様に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の原理の概略図を示す。
図２は従来の技術の概略図を示す。
図３は赤外膜及び赤外放射が内部へ戻されるフィラメント並びに本発明により最適化されたガラス球形状を有する低電圧形ハロゲン電球の１つの実施形態を示す。
図３には本発明による電球９の第１の実施形態が概略的に示されている。この場合、電球は１２Ｖの定格電圧及び３５Ｗの定格電力を持つハロゲン電球である。このハロゲン電球は楕円体に似た本体として形成された片側圧潰形ガラス球１０から構成されている。ガラス球１０の楕円体状の部分輪郭の母線は、半長軸が７．４ｍｍの長さで電球９の長手軸線に垂直に向けられている楕円部分である。この母線の半短軸は６．３ｍｍの長さである。ガラス球１０は約１ｍｍの壁厚を持つ石英ガラスから作られ、約１２ｍｍの最大外径を有している。ガラス球１０はその第１の端部で頸部１１に移行し、この頸部はピンチシール部１２で終了している。ガラス球１０はその反対側の端部にポンプチップ１３を有している。ガラス球外面上には２０層以上のＴｉＯ₂及びＳｉＯ₂層を持つ干渉フィルタから構成された赤外膜１４が被着されている。この赤外膜はさらに追加的にピンチシール部１２のほぼ半分を覆っている。このようにして一方では赤外膜１４の特に程よい形状が達成される。というのは、ガラス球１０を作成する際その外面が楕円体状本体の予定された輪郭を形成するからである。他方では赤外膜１４がピンチシール部１２の一部分上に広がることによって個々の膜がガラス球表面の範囲において特に均一になる。これによって色収差が減少する。電球頸部１１は長さが約２．５ｍｍで、約６ｍｍの外径を持つ。ガラス球１０の内部には、Ｘｅ：Ｎ＝８８：１２の割合で約６６７０ｈＰａのキセノン（Ｘｅ）及び窒素（Ｎ）の混合ガスから成る封入ガスが２００ｐｐｍのジブロムメタンを添加されて封入されており、さらに３．０７ｍｍの長さ及び１．８７ｍｍの外径を持ち軸線に配置された発光体１５が存在している。この発光体１５は１５２μｍの直径を持つタングステン線から作られている。このタングステン線は２４３μｍのピッチを持つ単コイルフィラメントに巻回されている。
リード線１６ａ、ｂはフィラメント線によって直接形成され、ピンチシール部１２内のモリブデン箔１７ａ、ｂに接続されている。このモリブデン箔１７ａ、ｂは外部の口金ピン１８ａ、ｂに接続されている。第１のリード線１６ａは電球長手軸線に対してほぼ平行でしかも発光体１５の外被面に対してほぼ面一で案内されている。発光体１５の第２のリード線１６ｂは電球長手軸線へ向けて折り曲げられ、そして発光体１５の巻回の軸線に沿って、即ちコイルフィラメントの内部の中心を反口金側端部へ向けて延びている。このようにして放射がリード線によって遮られるのが防止される。
電球９は約３０５０Ｋの色温度を持っている。光束は１０００１ｍで、約２８１ｍ／Ｗの効率に相当する。赤外膜を持たない同程度の電球の場合、同じ光束を得るためには約５０Ｗの入力電力が必要である。それゆえ、これに比較すると、本発明による電球は電力を４２％ほど節約することができる。
同様に１２Ｖ用で５０Ｗもしくは６５Ｗのハロゲン電球の第２の実施形態はガラス球のための母線の楕円パラメータとフィラメントパラメータとが異なっているだけである。構造は図１の構造と一致している。次の表は３つの実施形態に関する上記パラメータを示す。

Claims (8)

1. 楕円体状の部分輪郭（３）を持ち、長手軸線を有しかつ壁面に赤外放射を反射する被膜（１４）を備えた回転対称形のガラス球（２；１０）と、このガラス球（２；１０）の内部において軸線に配置され２つのリード線（１６ａ、１６ｂ）によって支持されている回転対称形の発光体（４；１５）とを備え、２つのリード線（１６ａ、１６ｂ）がガラス球（１０）の１つの側部で１つの密封部（１２）によって気密に外部へ案内されている電球において、ガラス球（２；１０）の楕円体状の部分輪郭は、半長軸ａが、従って焦軸
   

   

   が長手軸線に対して垂直に即ちガラス球（２；１０）の回転軸線（ＲＡ）に対して垂直に向けられた楕円部分（３）によって作成されていることを特徴とする電球。
2. 部分輪郭を作成する楕円部分（３）の半長軸ａがガラス球（２；１０）の最大半径Ｒより長い、即ちａ＞Ｒであることを特徴とする請求項１記載の電球。
3. 半長軸ａの長さがＲ＜ａ＜Ｒ＋５・ｗ_r（Ｒ及びｗ_rはガラス球（２；１０）の最大半径ならびに回転対称形の発光体（４；１５）の最大半径を表す）の範囲内にあることを特徴とする請求項２記載の電球。
4. 半長軸ａの長さがＲ＋ｗ_r≦ａ＜Ｒ＋３・ｗ_rの範囲内にあることを特徴とする請求項３記載の電球。
5. 膜（１４）が電球（９）の外面上に設けられ、ガラス球（１０）と密封部（１２）の少なくとも一部とを包囲していることを特徴とする請求項１、２又は３記載の電球。
6. 部分輪郭を作成する楕円部分（３）の半短軸ｂの長さが次の範囲、即ちｗ₁／２＜ｂ＜３・ｗ₁（大きさｗ₁は発光体（４；１５）の長さを表す）内にあることを特徴する請求項１記載の電球。
7. 発光体はコイルフィラメント（１５）によって形成され、その反密封部側リード線（１６ｂ）がコイルフィラメント（１５）の内部を案内されて戻されることを特徴とする請求項１記載の電球。
8. ガラス球（１０）が前記１つの側部に１つの電球頸部（１１）を有し、この電球頸部（１１）が前記２つのリード線（１６ａ、１６ｂ）をできるだけ接近して取囲み、前記電球頸部（１１）の反ガラス球側端部が気密に閉鎖されていることを特徴とする請求項１記載の電球。

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