JPH04329256A - 管球の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハロゲン電球等の管球
バルブの表面に、例えば赤外線反射可視光透過膜のよう
な多層干渉膜を形成する等の管球の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、店舗などで使用されているスポッ
トダウンライトの光源として白熱電球、特にハロゲン電
球を使用しており、ハロゲン電球は小形で光出力が高く
、商品を目立つように引き立たせるのに有効である。 しかしながら、この種のハロゲン電球に代表される白熱
電球は、ランプから放出される熱が多いのでランプ効率
が低く、またこの熱は器具を加熱して同一室内で多数の
この種の電球を使用する場合はこれら電球から放出され
た熱量が相当に多くなり、室内温度を高くして空調設備
にかなりの負担をかけたり、熱を嫌う商品に熱負担を与
えることになる。

【０００３】したがって、この種の電球は熱の放出を低
減し、ランプ効率の向上が望まれている。ランプ効率を
向上させるため、最近、電球バルブの外面に赤外線反射
可視光透過膜を形成する提案がなされている。

【０００４】この赤外線反射可視光透過膜は金属酸化膜
、すなわち酸化チタン（ＴｉＯ２　）、酸化タンタル（
Ｔａ２　Ｏ５　）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２　）、
硫化亜鉛（ＺｎＳ）などからなる高屈折率層と、酸化ケ
イ素（シリカ＝ＳｉＯ２　）、ふっ化マグネシウム（Ｍ
ｇＦ２　）などからなる低屈折率層とを交互に重層し、
例えば合計９〜１７層の多層膜として構成されている。 このような多層干渉膜、つまり赤外線反射可視光透過膜
は赤外線を反射し、しかしながら可視光を透過するので
、バルブに収容したフィラメントから放出される可視光
は外部に向けて透過し、これに対し赤外線を反射する。 このように反射された赤外線はフィラメントに戻され、
この赤外線はフィラメントを再加熱し、よってフィラメ
ントの白熱発光のために外部から供給する電力を低減す
ることができ、よって発光効率が向上する。また、無駄
に捨てられていた熱エネルギーの放出が少なくなるので
、空調設備や熱を嫌う商品等に悪影響を及ぼす割合が少
なくなる利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記バルブ
の外面に多層干渉膜のような金属酸化膜を形成する場合
、多層干渉膜を構成する各層の厚さはきわめて薄いので
、塗布基材となるバルブの表面は平滑でなければならな
い。

【０００６】しながら、上記ハロゲン電球などは一見し
て表面が滑らかそうに見えるが、バルブの封止や排気管
の封止切り工程ではバルブをバ−ナで加熱軟化させて作
業を行うため、これらの加熱時に石英ガラスなどの組成
となっているシリカ（酸化ケイ素＝ＳｉＯ２　）の微粉
末が飛散し、これがバルブの表面に付着してバルブの表
面に１．０μｍ〜０．０１μｍ程度の微細な凹凸が形成
されることがある。

【０００７】このような微細な凹凸面に上記多層干渉膜
をコーティングすると、塗布母材の凹凸面がそのまま多
層干渉膜の凹凸面として現れ、干渉機能が低下し、良好
な赤外線反射作用ができなくなる不具合がある。

【０００８】特に、多層干渉膜をディップ法により形成
する場合に比べて、真空蒸着やイオンプレーティングな
どのようなＰＶＤ（物理蒸着法）、またはＣＶＤ（化学
蒸着法）などのような方法で製造した場合は、膜厚をき
わめて薄く作ることができるので、バルブ表面の凹凸状
態が大きな影響を及ぼす。つまり、凹凸面に多層干渉膜
を形成すると、最悪の場合は白濁化して透過率が著しく
低下する欠点がある。

【０００９】従来において、バルブ表面の凹凸面を除去
して平滑面を作るには、バルブを弗硫酸の液に浸漬して
、凹凸面をエッチングするなどの手段が考えられている
が、これら弗硫酸は取り扱いが危険であり、また処理時
間が長いなどの不具合がある。

【００１０】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするところは、バルブ表面の凹凸
を解消し、金属酸化膜の機能を充分に発揮することがで
きる管球の製造方法を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、管球バルブの
表面に多層干渉膜のような金属酸化膜を形成する管球の
製造方法において、上記管球バルブの表面に金属酸化膜
をコーティングする前に、このバルブの表面にアルゴン
（Ａｒ）ガスのイオンを衝突させてバルブ表面をエッチ
ング処理するようにしたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明の製造方法によれば、アルゴン（Ａｒ）
ガスのイオンがバルブの表面に衝突すると、この運動エ
ネルギーにより表面がエッチングされ、シリカ粉末など
の付着によるバルブ表面の凹凸が解消され、高精度な平
滑面になる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。

【００１４】図１は、管球の製造に用いられる装置、具
体的には図２に示すハロゲン電球２０の表面に赤外線反
射可視光透過膜２２を形成する装置を示す図である。こ
の装置は、バルブ２１の表面を処理し、引続きこのバル
ブ２１の表面にイオンプレーティング方法により多層干
渉フィルタからなる赤外線反射可視光透過膜２２を作る
ものである。

【００１５】図において１は真空容器であり、この真空
容器１の底部には酸素ガスを供給するための第１の配管
２およびアルゴンガスを供給するための第２の配管４が
連結されており、これら各配管２には第１の弁３および
第２の弁５が設置されている。上記真空容器１の上部に
は、ヒータ６が取り付けられている。

【００１６】また、真空容器１内の底部付近には、蒸着
物質を電子銃からの電子ビームの照射により蒸発させる
ためのルツボ７が配置されている。このルツボ７の上方
には、蒸発した蒸着物質およびアルゴンガスを励起させ
てイオン化させるためのラセン状の高周波（ＲＦ）コイ
ル８が配置されている。このＲＦコイル８は、マッチン
グボックス９を介して高周波発振器１０に接続されてい
る。上記ＲＦコイル８の上方には、金属酸化物よりなる
多層干渉フィルタを形成する対象物（タ−ゲット）とし
ての管球バルブ２１が設置される。

【００１７】このバルブ２１は図２に示すように略球形
をなし、一端に圧潰封止部２３を有し、内部にフィラメ
ント２４を収容してある。圧潰封止部２３に封着された
金属箔導体２５、２５に接続された内部リード線２６、
２６が上記フィラメント２４に接続されている。なお、
金属箔導体２５、２５には外部リード線２７、２７が接
続されているものである。そして、バルブ２１内にはハ
ロゲンが封入されている。

【００１８】このような構成のハロゲン電球２０は、そ
のバルブ２１がイオン化された蒸着物質の蒸発方向と直
交する方向に対してこのバルブ２１の軸方向が０〜３０
°の角度θとなるように傾斜してランプホルダ１１に支
持されるとともに、このランプホルダ１１は上記バルブ
２１を矢印Ａ方向に自転するととともに矢印Ｂ方向に公
転するように、図示しない駆動装置により支持されてい
る。また、このバルブ２１は可変直流電源１２の負極側
に接続されている。このような装置を用いてバルブ２１
の表面処理および被膜形成方法を説明する。

【００１９】バルブ２１を真空容器１に収容してランプ
ホルダ１１に取付け、バルブ２１の軸方向が０〜３０°
の角度θとなるように傾斜して支持する。この状態で真
空容器１内を排気して減圧し、所定の真空度に保つ。

【００２０】この後、駆動装置を介して上記バルブ２１
を矢印Ａ方向に自転させるととともに矢印Ｂ方向に公転
させ、かつ真空容器１の上部に設置したヒータ６により
バルブ２１の表面温度を３００℃程度となるように暖め
る。

【００２１】そして、第２の弁５を開き、第２の配管４
を通じて真空容器１内にアルゴンＡｒを供給する。真空
容器１のアルゴンＡｒ圧力は、１．０×１０−２　〜１
．０×１０−１　Ｔｏｒｒとする。この状態で高周波発
振器１０からＲＦコイル８に１〜２０ＭＨｚ、０．５〜
２ｋＷ程度の高周波電力を供給し、かつバルブ２１を負
極に接続する。

【００２２】すると、真空容器１のアルゴンＡｒガスは
ＲＦプラズマによりイオン化され、このアルゴンイオン
は負に帯電されているバルブ２１の表面に引かれて、バ
ルブ２１表面に衝突する。

【００２３】このアルゴンイオンの衝突による運動エネ
ルギーで、バルブ２１の表面がエッチングされる。この
ため、バルブ２１の表面に付着していたシリカの微粉末
が除去され、また凸面が浸蝕され、よって表面が高精度
な平滑面になる。これによりバルブ２１の表面処理がな
されることになる。引続いて、バルブ２１の表面に多層
干渉膜２２を形成する。

【００２４】この場合は、ルツボ７に蒸着物質、例えば
高屈折率膜を作るためのＴｉＯ２　粉末を収容してこれ
を加熱溶融して蒸発させ、この蒸気を後で説明するイオ
ンプレーティング方法によりバルブ２１の表面にコーテ
ィングし、次にこのルツボ７または他のルツボ７に低屈
折率膜を作るためのＳｉＯ２粉末を収容してこれを加熱
溶融して蒸発させ、この蒸気を同じく後で説明するイオ
ンプレーティング方法によりバルブ２１の表面にコーテ
ィングする。このような被膜形成処理を多数回繰り返し
て、例えば１２層の光干渉フィルタ（赤外反射膜；中心
カット波長約１．１μｍ）を形成する。

【００２５】上記イオンプレーティング方法について説
明すれば、前記のようなバルブ表面のエッチング処理が
終了すると、前記と同様に、バルブ２１を図示しない駆
動装置により支持してバルブ２１の軸方向が０〜３０°
の角度θとなるように傾斜させてこのバルブ２１を矢印
Ａ方向に自転させるととともに矢印Ｂ方向に公転させ、
かつ真空容器１の上部に設置したヒータ６によりバルブ
２１の表面温度を３００℃程度となるように暖める。

【００２６】そして、第１の弁３を開き、第１の配管２
を通じて真空容器１内に酸素Ｏ２　を供給し、真空容器
１の酸素分圧を１．０×１０−４　〜８．０×１０−４
　Ｔｏｒｒ程度にする。この状態でＲＦコイル８に１３
．５６ＭＨｚ、１００〜１０００Ｗ程度の高周波電力を
供給する。

【００２７】このようにすれば、ルツボ７で蒸発された
蒸着物質の蒸気がＲＦプラズマによりイオン化され、こ
のイオンは負に帯電されているバルブ２１の表面に引か
れて、バルブ２１表面に付着する。これにより、バルブ
２１表面に金属酸化物の蒸着物質がコーティングされる
。したがって、このような被覆を繰り返すことにより多
層光干渉フィルタ２２が形成される。このようにして得
られた電球２０のバルブ２１表面に形成された赤外線反
射可視光透過膜２２の光透過特性，光反射特性を調べた
結果を図３に示す。また、上記のような表面処理の効果
を確認するため、他の表面処理および表面処理なしの各
ランプについて調べた結果を以下に説明する。

【００２８】下記表１は、表面未処理のランプと、表面
を弗硫酸に浸漬してエッチング処理したランプと、上記
実施例に示したアルゴンイオンの衝突によるエッチング
処理したランプとの、それぞれ電力比、光束比および効
率比を測定した結果を示す。なお、弗硫酸は、ＨＦ：Ｈ
ＳＯ４　：Ｈ２　Ｏ＝３：１０：残り、の割合の溶液で
あり、この弗硫酸に浸漬する時間は約１時間である。ま
た、各ランプのバルブ２１表面に形成された赤外線反射
可視光透過膜２２は、上記実施例のイオンプレーティン
グ方法により形成したものである。

【００２９】

【表１】

【００３０】そして、各ランプにおける可視光全透過率
について、図３、図４および図５にそれぞれ示す。なお
、図３は表面未処理のランプ、図４は弗硫酸に浸漬して
エッチング処理したランプ、図５は本実施例のアルゴン
イオンの衝突によるエッチング処理したランプの場合で
ある。

【００３１】上記表１および図３ないし図５の結果から
、本実施例によるアルゴンイオンの衝突によるエッチン
グ処理は、未処理の場合よりも遥かに光束比や効率比に
おいて優れており、弗硫酸に浸漬してエッチング処理し
た場合と遜色がないことが認められた。

【００３２】なお、真空容器内でバルブの表面にイオン
プレーティングにより金属酸化膜を形成する場合、真空
容器内の酸素ガス圧力を１．０×１０−４　〜８．０×
１０−４Ｔｏｒｒの範囲とすることが望ましく、その理
由は、酸素圧力を１．０×１０−４　Ｔｏｒｒ未満にす
るとイオン化された蒸着物質と酸素ガス分子との衝突が
小さくなるため蒸着物質の拡散が不十分となってバルブ
表面への付き回りが悪化する。また、酸素圧力が８．０
×１０−４　Ｔｏｒｒを越えるとバルブ表面の膜が結晶
化し易くなるため透過率の低下を招く。

【００３３】上記のようなイオンプレーティング法によ
り金属酸化膜を形成した場合は、真空蒸着と比べて高密
度でピンホールの少ない密着性に優れた金属酸化膜を形
成できる。また、前記イオンプレーティングでは、形成
する膜のモルフォロジー（膜質）を良くするために酸素
ガス圧を低めることが望ましいが、蒸着物質の付き回り
を良くして膜厚を均一にするために酸素ガス圧をある程
度高める必要がある。さらに、バルブ２１を蒸着物質の
蒸発方向に直交する方向に対して該バルブの軸方向が０
〜３０°（１５°±１５°）の角度となるように配置し
、かつ自転させると共に公転させることが望ましく、こ
の角度が３０°を越えるとバルブトップやバルブ封止部
付近の膜厚が厚くなり過ぎたり、或いは薄くなり過ぎる
恐れがある。

【００３４】前記イオンプレーティングにおける蒸着物
質をイオン化させる方法としては、特に制限はないが、
例えば高周波励起方式によるものや中空陰極放電方式に
よるもの等が挙げられる。しかしながら、本発明は上記
実施例の方法に制約されるものではない。

【００３５】すなわち、上記実施例では多層光干渉フィ
ルタ２２を形成する方法として、イオンプレーティング
方法を用いたが、本発明は多層光干渉膜を形成する前の
表面処理を対象としたものであり、光干渉膜の成形方法
は、ディップ法や真空蒸着、その他のＰＶＤ（物理蒸着
法）、またはＣＶＤ（化学蒸着法）などのような方法に
より成形してもよい。また、本発明は、バルブの表面に
多層光干渉膜を形成する場合のみに制約されず、他の金
属酸化被膜を作る方法に場合にも適用かのうである。さ
らに、アルゴンイオンはＲＦコイル８により励起されて
イオン化されるようにしたが、カウフマン型イオンガン
などでイオン化してもよい。

【００３６】そしてまた、バルブの形状は球形に限らず
、楕円や円筒形、直管形などであってもよく、ランプは
ハロゲン電球に代表される白熱電球の他に放電灯の場合
であっても実施可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ア
ルゴンガスのイオンがバルブの表面に衝突してこの運動
エネルギーにより表面をエッチングするので、シリカ粉
末などの付着によるバルブ表面の凹凸が解消され、高精
度な平滑面になる。このため、このような表面に金属酸
化膜を形成すれば、金属酸化膜の凹凸がなくなり、白濁
などの不具合がなくなって透過性がよくなり、高効率の
管球を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す管球の製造装置を示す
説明図。

【図２】同実施例に用いたハロゲン電球の側面図。

【図３】本発明の方法で製造したハロゲン電球の光透過
率および光反射率を示す特性図。

【図４】表面処理しないランプの場合の可視光透過率を
示す特性図。

【図５】弗硫酸により表面処理したランプの場合の可視
光透過率を示す特性図。

【図６】アルゴンイオンにより表面処理したランプの場
合の可視光透過率を示す特性図。

【符号の説明】

１…真空容器、４…アルゴン供給配管、８…ＲＦコイル
、１０…高周波発振器、１２…可変直流電源、２０…ラ
ンプ、２１…バルブ、２２…赤外線反射可視光透過膜（
多層光干渉フィルタ）、２４…フィラメント。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　管球バルブの表面に金属酸化膜を形成
   する管球の製造方法において、上記管球バルブの表面に
   金属酸化膜をコーティングする前に、このバルブの表面
   にアルゴンガスのイオンを衝突させて表面をエッチング
   処理することを特徴とする管球の製造方法。
2. 【請求項２】　　管球バルブの表面に金属酸化膜を形成
   する場合は、蒸着被覆法により形成することを特徴とす
   る請求項１に記載の管球の製造方法。
3. 【請求項３】　　金属酸化膜は多層干渉膜であることを
   特徴とする請求項１または請求項２に記載の管球の製造
   方法。