JPH08102307A - 管 球 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光干渉膜のひび割れや剥離を少なくした管球を
提供することを目的とする。 【構成】管球は、ガラスバルブ（２）およびこのガラス
バルブ（２）の内部に封装した発光手段を含む管球本体
と、酸化チタン、酸化タンタルおよび酸化ジルコニウム
のうちの少なくとも１種を主成分とする高屈折率居（２
１）、ならびにシリカを主成分とし、りんおよびほう素
のうちの少なくとも１種を含有させてなる低屈折率層
（２２）を交互に形成してなる光干渉膜と、を具備する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明はバルブ面に形成した光干
渉膜を利用した管球に関する。

【従来の技術】近年、管形バルブの中心にフィラメント
を配設し、かつバルブ面に可視光透過赤外線反射膜を設
け、フィラメントから放射された光のうち赤外線をこの
反射膜で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とともに放
射光中の赤外線を減らしたハロゲン電球が知られてい
る。このような可視光透過赤外反射膜は酸化チタン（Ｔ
ｉＯ２）などからなる高屈折率層とシリカ（ＳｉＯ２）
などからなる低屈折率層とを５〜７層交互重層したもの
で、層の厚さを規制することにより光の干渉を利用し
て、所望の波長城の光を選択的に透過または反射させる
ものである。そこで、このような膜を光干渉膜と総称す
る。

【発明が解決しようとする課題】しかして、点灯中のこ
の電球の光干渉膜の温度は約４００℃と極めて高い。し
かも、この光干渉膜付の電球は、通常寿命が２０００時
間と長い。さらに、２０００時間の寿命中、例えば店舗
照明であれば、約２００回の点滅が繰り返される。この
ように、電球に形成される光干渉膜は、これまで知られ
ていたコールドミラーやフィルターなどの光干渉膜の用
途に比べて、極めて過酷な条件下で使用される。このた
め、電球に形成される光干渉膜は、コールドミラーやフ
ィルターなどに比べると、寿命中に光干渉膜にひび割れ
や剥離が著しく発生しやすい。この顕著な差は、以下の
ように解される。すなわち、第１に光干渉膜とガラスバ
ルブはもともと熱膨張率が相違している。このため、４
００℃前後に加熱されている点灯中は、光干渉膜は、常
にストレスがかかっていることになる。第２に常温から
４００℃前後へのヒートサイクルが繰り返されるため、
連続点灯の場合よりもひび割れや剥離が生じやすい。ま
たこのひび割れや剥離は光干渉膜が比較的小径すなわち
曲率の大きいガラスバルブ表面に形成されているので、
従来のコールドミラーやフィルターに形成する場合に比
べると、著しく発生しやすい。また電球にチップオフ部
が形成され、光干渉膜がこの部分に形成されている場合
には、この部分にひび割れや剥離が、部分に比べて発生
しやすいことが分かった。これは、チップオフ部近傍が
温度勾配が最も大きく、そのためにストレスが集中しや
すいからである。また、このチップオフ部は、さらに大
きな曲率なので、光干渉膜に働く引っ張り応力は、平面
上の光干渉膜に働く引っ張り応力よりも大きい。このこ
とがチップオフ部近傍の光干渉膜がひび割れや剥離を起
こしやすい理由であると推定できる。このようなひび割
れや剥離を少なくするために、たとえば、特開昭５７−
１２４３０１号公報に見られるように、シリカ（ＳｉＯ
２）からなる低屈折率層と酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ
３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化チタン
（ＴｉＯ２）のうち少なくとも１種からなる高屈折率層
とを交互重層してなる光干渉膜において、シリカに錫お
よびジルコニウム（いずれも元素名）の少なくとも１種
を含有させたことにより、この光干渉膜の安定性を向上
し、ひび割れや剥離を少なくしたものが知られている。
しかしながら、この光干渉膜をハロゲン電球のように石
英ガラスやほうけい酸ガラスなどの硬質ガラスでバルブ
を構成した管球に適用すると、ひん繁な点滅によるヒー
トサイクル、４００℃という高温下での長時間点灯、比
較的小径すなわち曲率の大きいガラスバルブ表面上での
膜形成、大きな温度勾配を有する場所での膜形成、など
の管球特有の原因が複合して、やはり光干渉膜にひび割
れや剥離が発生することがあり、このような管球に適用
するには不充分であった。そこで、さらに調査研究した
結果、有機けい素化合物が熱分解してシリカ層が生成す
る場合の体積収縮率はガラス質添加剤の種類や添加量に
よって異るが、かなり大きなものになること、および高
屈折率層と低屈折率層との熱膨張率に大差があること、
さらに酸化チタンとシリカとが固溶体を形成せず、層間
での結合が不充分であることに着目し、この熱膨張差の
緩和および層間の結合を強化するための優れた添加剤を
探求した結果本発明を完成したものである。本発明は、
光干渉膜のひび割れや剥離を少なくした管球を提供する
ことを目的とする。

【課題を解決するための手段】請求項１の管球は、ガラ
スバルブおよびこのガラスバルブの内部に封装した発光
手段を含む管球本体と；酸化チタン、酸化タンタルおよ
び酸化ジルコニウムのうちの少なくとも１種を主成分と
する高屈折率層、ならびにシリカを主成分とし、りんお
よびほう素のうちの少なくとも１種を含有させてなる低
屈折率層を交互に形成してなる光干渉膜と；を具備する
ことを特徴とする。管球とは、例えば司視光透過赤外線
反射膜を設けたハロゲン電球、信号灯のようにひん繁に
反覆点滅する光干渉膜形成普通電球、可視光反射赤外線
透過膜を有する反射形電球、発光管や外管などに光干渉
膜を形成したメタルハライドランプなどである。

【作用】請求項１の管球は、光干渉膜がひん繁な点滅に
よるヒートサイクル、４００℃という高温下での長時間
点灯という過酷な環境下でありながら、また封止部など
が特殊な３次元曲面を構成していて、その部分の温度勾
配が大きくても、光干渉膜を構成する低屈折率層に適当
な添加剤を含有させたことにより、光干渉膜を構成する
各層間の熱膨張率に起因する歪みの緩和および層間の縫
合力の強化を図り、この結果として光干渉膜のひび割れ
や剥離を少なくしたものである。

【実施例】本発明の光干渉膜を設けた管球、具体的には
ハロゲン電球の一実施例を図面を参照して説明する。第
１図は、ハロゲン電球の一部切欠正面図である。図中、
（１）は石英ガラス、アルミナシリケートガラスなどか
らなる耐熱性管形ガラスバルブ、（２）はこのガラスバ
ルブ（１）の内外両面のうち少なくとも一方の面たとえ
は外面に形成され司視光を透過し赤外線を反射する光干
渉膜、（３）はガラスバルブ（１）の端部を圧潰封止し
てなる封止部、（４）、（４）はこの封止部（３）に埋
設したモリブデン導入箔、（５）、（５）はこれら導入
箔（４）、（４）に接続してガラスバルブ（１）内の両
端部にそれぞれ導入された内導線、（６）は発光手段の
コイルフイラメントで、内導線（５）、（５）間にガラ
スバルブ（１）の中心線に沿って装架されている。
（７）はガラスバルブ（１）端部に装着された口金であ
る。ガラスバルブ（１）内にはアルゴンなどの不活性ガ
スとともに所要のハロゲンが封入されている。ガラスバ
ルブ（１）、コイルフイラメント（６）、ガラスバルブ
（１）内のアルゴンなどの不活性ガスなどが管球本体を
構成している。第２図は、光干渉膜（２）の拡大模式図
である。光干渉膜（２）は、ガラスバルブ（１）の面に
酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）
および酸化ジルコン（ＺｒＯ２）のうちの少なくとも一
種を主成分とし、これにりん（Ｐ）、ほう素（Ｂ）、ひ
素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛
（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、カリウム（Ｋ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）およびコバルト（Ｃｏ）のうちの少なくとも１種を
含有させてなる高屈折率層（２１）とシリカ（ＳｉＯ
２）を主成分とし、これにりんおよびほう素のうちの少
なくとも１種を含有させてなる低屈折率層（２２）とを
９〜１２層交互重層してなる。そうして、高屈折率層
（２１）および低屈折率層（２２）の厚さを適当にした
ことにより、光の干渉によって可視光の大部分を透過
し、赤外線の大部分を反射する性質を有する。つぎに、
この光干渉膜（２）の形成方法に一例を説明する。ま
ず、チタン、タンタルあるいはジルコンの有機化合物の
１種または複数種をとり、、れをアルコール系有機溶剤
に溶解する。つぎに、この溶液にりん、ほう素、ひ素、
アンチモン、錫、亜鉛、鉛、カリウム、ニッケルまたは
コバルトのうちの少なくとも１種のアルコール可溶性化
合物（必要量が溶ける程度の可溶性があればよい。）を
適量添加して塗布液を用意する。この後、ガラスバルブ
（１）の外面にこの塗布液を塗布し、乾燥後大気中で約
５００〜６００℃で約１０分間焼成し、高屈折率層（２
１）を形成する。つぎに、アルコキシシランのアルコー
ル系溶液を反応させてＳｉＯ２に換算した濃度が５．０
重量％のアルコキシシラン縮合体密溶液に変成し、この
変成した液にりんおよびほう素のうち少なくとも１種の
アルコール可溶性化合物を適量添加して塗布液に調製
し、この液を高屈折率層（２１）表面に塗布し、乾燥後
大気中で約５００〜６００℃で数１０分間焼成して低屈
折率層（２２）を形成する。このようにして、高屈折率
層（２１）の形成と低屈折率層（２２）の形成とを所望
回数交互に操返せば所望の光干渉膜（２）が得られる。
このようにして得られたハロゲン電球は発光部材（６）
から発した光のうち可視光は光干渉膜（２）を透過して
外部に放射され、赤外線は光干渉膜（２）で反射して発
光部材（６）に帰還して発光部材（６）を再加熱して発
光効率を向上させる。したがって、このハロゲン電球は
高効率でしかも放射光中の赤外線は少ない。しかして、
ハロゲン電球は点灯中ガラスバルブ（１）が非常な高温
に熱せられるが、本実施例の電球においては光干渉膜
（２）を構成する低屈折率層（２２）に上述したりんま
たはほう素を含有させたので、両層（２１）、（２２）
間における熱膨張差に起因する歪みが緩和され、さらに
低屈折率層（２１）に含まれる添加剤の結合力も期待で
きるので、光干渉膜（２）を構成する両層（２１）、
（２２）の層数を６層程度にしても光干渉膜（２）のひ
び割れや剥離が少なくなり、長期点灯に耐えられる。特
に上記実施例では、高屈折率層（２１）にもりん、ほう
素、ひ素、アンチモン、錫、亜鉛、鉛、カリウム、ニッ
ケルまたはコバルトのうちの少なくとも１種の適当な添
加剤を添加しているので、両層（２１）、（２２）間に
おける熱膨張差に起因する歪みがより一層緩和され、さ
らに高屈折率層（２１）に含まれる添加剤の結合力も期
待できるので、光干渉膜（２）のひび割れや剥離がより
一層少なくなり、長期点灯に耐えられる。つぎに、第１
図に記載したハロゲン電球につき、本発明の光干渉膜を
有するものおよびこれと近似した光干渉膜を有する比較
例とを作製し、反覆点滅して剥離状態を調査した。この
結果を第１表に示す。表中でりんを添加した場合の添加
量は三酸化りん（Ｐ２Ｏ３）換算で３重量％である。

【表１】 つぎに、上述と同様に本発明の光干渉膜の他の例を有す
るものおよびこれと近似した光干渉膜を有する比較例と
を作製し、反覆点滅して剥離状態を調査した。この結果
を第２表に示す。表中でＣｏを添加した場合の添加量は
２重量％、Ｂを添加した場合の添加量はＢ２Ｏ３換算で
３重量％である。

【表２】 これら第１表および第２表に示したとおり、本実施例の
ものはいずれも低屈折率層（２２）に添加剤を含有させ
たので、両方の層（２１）、（２２）のもいずれにも添
加剤を含有しない比較例と比較して、光干渉膜（２）の
被着強度が向上し層数を多くしてもクラックや剥離を少
なくすることができることが判明した。さらに第１表お
よび第２表に示したとおり、高屈折率層（２１）および
低屈折率層（２２）のいずれにも添加剤を含有させる
と、光干渉膜（２）の被着強度が格段に向上することが
判明した。このことは、本実施例電球の光干渉膜（２）
の少なくとも低屈折率層（２１）、実施例によってはさ
らに高屈折率層（２２）に含有された添加剤相互が結合
していることを示唆する。

【効果】本発明によれば、光干渉膜を構成する各層間の
熱膨張率に起因する歪みの緩和および層間の結合力の強
化を図り、この結果として光干渉膜のひび割れや剥離を
少なくでき、安定した品質の管球が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図は本発明の管球の一実施例の一部切欠断
面図である。

【図２】第２図は同じく光干渉膜の模式的拡大断面図で
ある。

【符号の説明】

（１）…ガラスバルブ （２）…光干渉膜 （２１）…高屈折率層 （２２）…低屈折率層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 弓削 洋二 神奈川県横須賀市船越町１の201の１ 株 式会社東芝横須賀工場内 (72)発明者 川勝 晃 神奈川県横須賀市船越町１の201の１ 株 式会社東芝横須賀工場内 (72)発明者 斉藤 徳良 千葉県市原市有秋台２−４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラスバルブおよびこのガラスバルブの内
   部に封装した発光手段を含む管球本体と；酸化チタン、
   酸化タンタルおよび酸化ジルコニウムのうちの少なくと
   も１種を主成分とする高屈折率層、ならびにシリカを主
   成分とし、りんおよびほう素のうちの少なくとも１種を
   含有させてなる低屈折率層を交互に形成してなる光干渉
   膜と；を具備することを特徴とする管球。