JPH0268894A - 交流電圧源から白熱電球を動作する回路装置と白熱電球 - 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】 （技術分野） 本発明は交流電圧源から白熱電球を動作する回路装置で
あって、該回路装置が出力端子に至る導体を有するもの
に関連している。

（背景技術） 白熱電球は一般に直流電圧あるいは低周波交流電圧（５
０から６０１１ｚ）で動作している。もっと高い周波数
での交流電圧動作は効率的でないと考えられている。と
言うのは、それに関連する回路の複雑性が増大しても、
それが顕著な技術的あるいは経済的利点により補償され
ないからである。

（発明の開示） 従って、本発明の目的は白熱電球を動作する回路装置を
与えることであり、それにより白熱電球の寿命の実質的
延長が効率を変化させないまま達成できることである。

本発明によると、この目的は回路装置がｌ　ＭＨｚと　
１ＧＨｚの間の周波数ををする交流電圧を生成する冒頭
の記事に述べられた種類の回路装置で達成されている。

この回路装置により、白熱電球０寿命の実質的な延長が
達成できる。これは非常に高い周波数における螺旋フィ
ラメントの変更された導電メカニズムに明らかに基づい
ている。直線ワイヤーでは、電流は高周波でワイヤーの
表面の薄い層のみで導通される。このいわゆる表皮効果
は、高周波におけるワイヤーの抵抗が低周波交流電流あ
るいは直流電流に対するものより高いことを保証する。

その上、フィラメントワイヤーのバーニングスルーメカ
ニズム（ｂｕｒｎｉｎｇ−ｔｈｒｏｕｇｈ　ｍｅｃｈａ
ｎｉｓｍ）は表皮効果により変化する。と言うのは、ワ
イヤーの減少した厚さの一部分あるいは僅かばかり増大
したフィラメント温度の領域は同じフィラメントワイヤ
ーの場合のようにこの領域における同じ程度の抵抗の増
大を導かず、それを通して直流電流あるいは低周波交流
電流が全ワイヤー直径に流れるからである。従って、ワ
イヤーの擾乱（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｆ　ｗｉｒｅ
）と擾乱の領域においてそれと関連する断面積のさらに
急速な増大との間の相互作用は直流電流あるいは低周波
交流電流動作よりも電球の高周波動作でより小さい。高
周波動作から生じる１０までのファクターの寿命の延長
は既に観測された。

表皮効果により増大された抵抗は、同じ印加電圧を持つ
白熱電球のフィラメントワイヤーが直流電源電圧あるい
は低周波電源電圧よりも高周波電源電圧の場合にかなり
厚く選び得ることを保証する。しかし、良く知られてい
るように、厚いワイヤーを有する電球の寿命は同じフィ
ラメント温度、電力および光出力で薄いワイヤーを有す
る電球よりもそれ自身で既に大きい。この追加の効果に
より、非常に高い周波数の交流電圧により供給された電
球の寿命は厚いフィラメントワイヤーの選択によりなお
さらに増大できる。

表皮効果は螺旋巻きワイヤーのターンの相互作用により
追加的に増大され、従って螺旋形状は高周波交流電流に
よる動作で特に好ましいことを証明している。

非常に高い周波数において、白熱電球の螺旋フィラメン
トの等価回路図はインダクターＬと抵抗器Ｒの直列接続
からなり、抵抗器Ｒは表皮効果と近接効果により増大さ
れた動作温度に２おけるフィラメントワイヤーの抵抗で
ある。螺旋フィラメントのインダクタンスＩ２は最適電
力適応を得るために内部オーミック抵抗を有する交流電
圧源を用いる場合に補償されなければならない。これは
もし本発明による回路装置の別の実施例に従うなら、キ
ャパシターが出力端子を分路しおよび／または出力端子
に至る導体に含まれることが達成できる。この場合、出
力端子に接続すべき白熱電球の螺旋フィラメントのイン
ダクタンスＩ、と追加的に含まれたキャパシターのキャ
パシタンスＣは以下の角周波数を有する並列あるいは直
列発振回路を構成する。

“＝Ｆ７ 本発明は上述の回路装置で動作する白熱電球にもさらに
関連している。

使用された高い動作周波数において、表皮効果によりこ
の電球の螺旋フィラメントに電流がワイヤー表面に実質
的に流れるから、螺旋フィラメントは中実ワイヤー（ｓ
ｏｌｉｄ　ｗｉｒｅ）から構成される必要はないが、し
かし本発明によるとそれは螺旋的に巻かれた管（ｔｕｂ
ｅ）から構成されている。

白熱電球の関連高周波動作の場合には、ガス放電が螺旋
フィラメントの軸に起こり、そしてこのガス放電は螺旋
フィラメントの破壊（ｄｅｓｔｒｕｃｔ　１ｏｎ）とな
るであろう。これを回避するために、本発明による好ま
しい実施例によると、白熱電球は場合によりハロゲンと
０．Ｏｌから１０バール（充填圧力）の窒素である希ガ
スの充填を含んでいる。この場合、付加された窒素は螺
旋フィラメントの軸上のガス放電の消滅となる。低い窒
素充填圧力は比較的低い周波数で十分であり、一方、高
い充填圧力は高周波で十分である。代案として、ハロゲ
ン化水素あるいはハロゲン化炭化水素のようなハロゲン
あるいはハロゲン化合物の比較的大量を備えることでブ
レークダウンは妨げられよう。例えば８から７０バール
の圧力を有する高い充填圧力の例えばクリプトンあるい
はアルゴンのような希ガスの使用は非常に魅力的である
。

白熱電球の高い周波数の電源電圧で起こる電磁干渉放射
は白熱電球を取り巻く導電性スリーブによりシールドで
きる。本発明によると、これは電球外囲器が大地電位に
つながれている回路装置の接続端子に接続されている導
電性コーティングを備えることで実行できる。そのよう
な導電性コーティングは例えばフッ素をドープした２酸
化錫からなっている。

しかし本発明による白熱電球は、反射器とカバーディス
クからなり、かつ大地電位につながれた回路装置の出力
端子に接続されている導電性コーティングを備える収容
体に配設することができる。

この場合、例えば反射器は金属からなり、かつ金属製格
子はカバーディスクにつながれるかあるいはそれを備え
るであろう。回路装置と白熱電球はユニットを形成する
ために結合でき、これは例えば通常の交流主電圧電源に
接続されよう。

本発明を容易に実行するために、添付図面を参照して本
発明をさらに詳しく説明する。

（実施例） 第１図に示された回路装置において、白熱電球１は１組
１ｚからｌ　ＧＨｚの間の周波数を有する交流電圧を生
成する高周波発生器２に接続されている。

この回路装置は出力端子２３．２４に至る導体２１．２
２を有している。第２ａ図と第３ａ図において、高周波
発生器２に接続された白熱電圧１の螺旋フィラメント３
のみが示されている。第２ａ図において、キャパシター
４は螺旋フィラメント３に並列に接続されかつこのよう
に出力端子２３．２４を分路し、一方、第３ａ図におい
て、キャパシター４は導体２１に含まれた螺旋フィラメ
ント３に直列に接続されている。

第２ｂ図と第３ｂ図は対応する等価回路図を示し、ここ
で螺旋フィラメント３はインダクターＬと抵抗器Ｒの直
列結合からなり、この抵抗器Ｒは表皮効果と近接効果に
より増大された動作温度の螺旋フィラメント３の抵抗で
ある。Ｃ１は並列キャパシタのキャパシタンスを示し、
そしてＣ１は直列キャパシター４のキャパシタンスを示
している。キャパシタンスＣとインダクタンスＩ、は以
下の角周波数を有する並列あるいは直列発振周波数を構
成している。

５口丁「 もし高周波発生器の内部抵抗がキャパシター〇による補
償の後で生じた螺旋フィラメントの実抵抗よりも高いか
低いなら、この補償は付加変成器あるいはいくつかのキ
ャパシターおよび／あるいはコイルを具える付加整合回
路網を用いて実行されなければならない（例えばマイン
ヶ・グルンドラッハ［Ｍｅｉｎｋｅ−Ｇｒｕｎｄｌａｃ
ｈ］の１高周波技術ハンドブック［Ｔａ５ｃｈｅｎｂｕ
ｃｈ　ｄｅｒ　Ｉｆｏｃｈｒｒｅｑｕｅｎｚｔｅｃｈｎ
ｉｋ］　Ｊの章Ｂ　１０−１６を見よ）。この場合、例
えば２つのキャパシターは共通に使用でき、すなわち並
列キャパシターＣ１と直列キャパシターＣ６が使用でき
る。

実際の実施例についてこれから説明する。

ａ）１０ターンを具える螺旋フィラメントを有するハロ
ケン白熱電球タイプ７３８８６Ｖ、　２０Ｗ、　　ｔ＋
Ｌこの電球が温度３５００にで５０Ｈｚの交流電圧で動
作するなら、それは２０時間の平均寿命に達する。９０
ＭＨｚの周波数の高周波電流電源の場合には、電球は螺
旋フィラメントの同じ温度で６５時間の平均寿命に達す
る。

ｂ）ハロゲン電球タイプＨ３６Ｖ、５５Ｗ、　　この螺
旋フィラメントは１０ターンからなっている。温度３５
００　Ｋの螺旋フィラメントの温度で５０Ｈｚの交流電
圧で動作する場合、電球は３５時間の平均寿命に達する
。９０ＭＨｚの周波数の高周波電流電源の場合には、こ
の電球の寿命はフィラメント温度を変えないで約１８０
時間に増大される。

ｃ）ハロゲン白熱電球タイプＨ３１２Ｖ、５５Ｗ０この
螺旋フィラメントは８ターンからなっている。

５０Ｈｚの交流電圧動作と３５００にのフィラメント温
度の場合に、電球の平均寿命は５０時間である。９０ｋ
ｌＨｚの周波数の高周波電流電源の使用では、この電球
の寿命はフィラメント温度を変化せずに約１５０時間に
増大される。

実際の測定では、内部抵抗５０Ωを有する商用の高周波
発生器２が使用された。整合・補償回路網はその各々が
１００ｐＦのキャパシタンスを有する２つのトリミング
キャパシターＣＩとＣ２からなっていた。

これらの測定において、発生器２の高周波出力電圧は約
２０から３０Ｖであった。回路にキャパシターＣ１と０
２を付加して、約２００■　　までの高周波電源電圧が
螺旋フィラメントで測定された。電球は５バールのクリ
プトンと０．００５バールの三臭化メチレンと０，２バ
ールの窒素で充填された。

第４図は上述の回路装置に適している白熱電球１を示し
ている。この電球は電球外囲器５を有し、これは１つの
側にピンチ６が備えられ、ここで螺旋フィラメント３の
電流電源導体７が封入されている。電磁放射のシールド
のために、電球外囲器５は例えばフッ素をドープした２
酸化錫からなる導電性コーティング８を備え、これは電
流電源導体７の１つに接続され、従って動作中に高周波
発生器２に接続され、すなわち大地電位につながれた接
続で動作されている。

第５図に示された電球ユニットにおいて、コートされな
い電球外囲器５を有する白熱電球１はベース９に固定さ
れている。白熱電球１は金属製格子１２を備えるガラス
カバーディスク１１によりカバーされている金属反射器
１Ｇに配設されている。金属反射器ＩＯと金属製格子１
２は白熱電球１の電流電源導体の１つに接続され、従っ
て高周波発生器（大地電位）に接続されている。

第６図はユニットを形成するために反射器１ｏとカバー
ディスク１１と高周波発生器２とに結合され、それは通
常の交流主電圧に直接に、あるいは高周波フィルタを通
して接続できる。

第７図は白熱電球の上部を示し、その外囲器５には螺旋
フィラメント３が配設され、そのコイル状ワイヤー１３
は管状である。中実ワイヤーと比べると、この場合に材
料が節約される。

高周波交流電流で動作する標準電球の一例が表１に示さ
れている。

表１ 従って交流電流の周波数が増大するにつれて、電球の導
電率が減少する。所定のエネルギーが電球で消費される
ために、電圧の増大が要求される。

電球のブレークダウンの危険性はｌ　ＧＨｚ以上の周波
数で強く増大する。

同じ動作温度に達するための電球にわたる実効電圧の周
波数についての依存性は種々の電球について表２に示さ
れている。

表２

【図面の簡単な説明】

第１図は交流電圧源から白熱電球を動作する回路装置の
原理を示し、 第２ａ図はこの種の回路の修正回路装置を示し、第２ｂ
図は対応する等価回路図を示し、第３ａ図は修正回路装
置を示し、 第３ｂ図は対応する等価回路図を示し、第４図は第１図
から第３図に示された回路装置で使用され得る導電性コ
ーティングを備える白熱電球を示し、 第５図は白熱電球と反射器とカバーディスクとを備える
電球ユニットの縦断面図であり、第６図は集積回路を持
つ第５図に示された電球ユニットの側面図であり、 第７図は管状螺旋フィラメントを有する白熱電球の拡大
された寸法の部分正面図である。 ■　・・・白熱電球 ２・・・高周波発生器あるいは交流電圧源３・・・螺旋
フィラメント　４　・・・キャパシター５・・・電球外
囲器　　　　６・・・　ピンチ７　・・・ ８　・・・ ９　・・・ １１　・・・ １２　・・・ １３　・・・ ２１、２２ 電流電源導体 導電性コーティング ベース　　　　　　１０・・・（金属）反射器ガラスカ
バーディスク 金属製格子 コイル状ワイヤーある０（ま管

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電圧源から白熱電球を動作する回路配列であっ
   て、該回路装置が出力端子に至る導体を有するものにお
   いて、 交流電圧源（２）が１ＭＨｚと１ＧＨｚの間の周波数を
   有する交流電圧を生成することを特徴とする回路装置。 ２、キャパシター（４）が白熱電球（１）の螺旋フィラ
   メント（３）に並列および／または直列に接続されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。 ３、ガスが充填されかつそこに螺旋フィラメントが配設
   されている電球容器を具える請求項１あるいは２に記載
   の回路装置で動作する白熱電球において、 螺旋フィラメント（３）が螺旋形状の管（１３）からな
   ることを特徴とする白熱電球。 ４、電球外囲器（５）の充填が、場合によりハロゲンと
   ０．０１から１０バールの窒素である希ガスを含むこと
   を特徴とする請求項１あるいは２に記載の回路装置で動
   作する白熱電球。 ５、電球が８から７０バールの圧力で希ガスを含むガス
   充填を有することを特徴とする請求項１あるいは２に記
   載の回路装置で動作する白熱電球。 ６、電球外囲器（５）が大地電位につながれている交流
   電圧源（２）に接続されている導電性コーティング（８
   ）を備えることを特徴とする請求項１あるいは２に記載
   の回路装置で動作する白熱電球。 ７、反射器（１０）とカバーディスク（１１）からなり
   、かつ大地電位につながれている交流電圧源（２）に接
   続されている導電性コーティング（１２）を備える収容
   体に白熱電球（１）が配設されていることを特徴とする
   請求項１あるいは２に記載の回路装置で動作する白熱電
   球。 ８、回路装置と白熱電球（１）がユニットを形成するよ
   うに結合されていることを特徴とする請求項１あるいは
   ２に記載の回路装置で動作する白熱電球。