JPH04357664A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バルブの外面に赤外線
反射可視光透過膜を形成した白熱電球に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば店舗などで使用されているスポッ
トダウンライトは、照射する商品を他の商品と区別して
目立つように引き立たせるため、すなわち照明効果を高
めるために高演色性でク−ルな色の光が好ましく、この
ため光源として白熱電球、特にハロゲン電球を使用して
いる。このような白熱電球は、ランプから放出される熱
が多いと当然ランプ効率が低くなり、またこの熱は器具
を加熱し、同一室内で多数のこの種の電球を使用する場
合はこれらから放出される熱量が相当に多くなり、空調
設備にかなりの負担をかけることになる。したがって、
この種の白熱電球はランプ効率の向上が望まれる。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。

【０００３】この赤外線反射可視光透過膜は多層光干渉
膜で形成されており、バルブに収容したフィラメントか
ら放出される可視光を透過させ、しかしながら赤外線を
反射するものであり、このものは反射した赤外線をフィ
ラメントに戻すようにしたものである。反射された赤外
線はフィラメントを再加熱し、このためフィラメントの
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利点がある。

【０００４】しかしながら、バルブ形状が円筒形（Ｔ形
）バルブをなしているランプの場合、反射面が円筒形と
なるので、フィラメントから放射された赤外線が円筒形
バルブの外面に形成した赤外線反射膜で反射されると、
フィラメントから遠ざかる方向に反射されることがあり
、赤外線反射膜で反射された赤外線が元のフィラメント
に戻る割合が少なくなる。そして、フィラメントから遠
ざかる方向に反射される赤外線を捕らえようとするとフ
ィラメントの長さを長くしなければならず、フィラメン
ト長が長くなり、高電圧タイプとなってしまう。

【０００５】これに対し、バルブ形状を球形（Ｇ形）バ
ルブまたはこれに近い楕円球形状にすると、フィラメン
トから放出された赤外線が赤外線反射膜で反射された場
合に基本的にバルブの中心または焦点位置の方向に向か
い、フィラメントに確実に戻るようになる。このため、
フィラメントの赤外線吸収効率が良くなり、発光効率が
向上する。

【０００６】また、反射された赤外線はバルブの中心ま
たは焦点位置の方向に向かうので、フィラメント長を小
さくしても赤外線の捕獲率が高く、赤外線吸収効率が高
くなる。

【０００７】しかし、バルブ形状を球形や楕円球にした
場合に赤外線反射膜で反射された光がバルブの中心点に
戻ろうとするのは、もともとバルブの中心または焦点位
置から放射された光であり、バルブ中心点より偏心した
位置から放射された光はバルブ中心に戻り難い。しかる
に、フィラメント形状を点光源にするのは難しく、Ｃ形
と呼ばれている円筒形にならざるを得ない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】つまり、バルブ形状が
球形の場合は円筒形バルブよりも効率は向上するが、バ
ルブが球形であってもフィラメントの形状は円筒形であ
るのを避けられないため、この円筒形フィラメントの端
部から出た光、すなわちバルブ中心から外れた位置から
放射された光はフィラメントに戻る割合が低くなること
があり、期待する程の効率向上が望めない場合がある。

【０００９】そして、バルブの内面に赤外線反射可視光
透過膜を形成した場合は、バルブ壁の肉厚の影響がない
ので反射された赤外線はフィラメントに戻り易いが、こ
れに対しバルブの外面に赤外線反射可視光透過膜を形成
した場合はバルブ壁のガラス肉厚が存在するため、この
ガラスの中を透過するとき屈折率の影響を受けて赤外線
の反射方向がずれてしまい、フィラメントに戻らないこ
とがあり、ランプ効率に影響をもたらす不具合がある。

【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、バルブの肉厚によ
る影響を少なくして、赤外線がフィラメントに吸収され
る効率を向上させ発光効率が向上する白熱電球を提供し
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、フィラメント
を収容したバルブの外面に赤外線反射可視光透過膜を形
成し、上記フィラメントから放射された赤外線を上記赤
外線反射可視光透過膜により反射してフィラメントに戻
すようにした白熱電球において、上記電球は、バルブの
形状を球形もしくは略楕円形に形成し、このバルブの平
均外径Ｄと平均肉厚ｔの関係を、０．０５≦ｔ／Ｄ≦０
．１２としたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明によると、バルブ形状を球形または楕円
球にしたので、バルブに収容したフィラメントから放出
される赤外線が赤外線反射膜で反射された場合にバルブ
の中心または焦点位置の方向に向かい、フィラメントに
確実に戻るようになる。そして、この場合、バルブの肉
厚を規制したのでバルブ壁の肉厚による屈折率の影響を
軽減することができ、赤外線の帰還率を高めて、ランプ
効率およびランプ寿命を向上させることができる。

【００１３】

【実施例】以下本発明について、図面に示す一実施例に
もとづき説明する。

【００１４】図において１はハロゲン電球であり、この
ハロゲン電球１は石英ガラスからなる球形（Ｇ形バルブ
）のバルブ２を有している。球形バルブ２は外径Ｄが８
〜１５ｍｍ程度、例えば１２Ｖ、５０Ｗタイプの場合は
バルブ径Ｄ＝１０ｍｍの透明な石英ガラスからなり、肉
厚ｔが例えば０．６ｍｍ程度に形成されている。このバ
ルブ２の一端には圧潰封止部３が形成されている。この
ハロゲン電球１は低電圧、例えば６〜３６Ｖ程度で動作
するもので、上記封止部３にはモリブデンなどからなる
一対の金属箔導体４、４が封着されており、これら金属
箔導体には内部導入線５、５が接続されている。これら
内部導入線５、５はバルブ２内に導かれ、これらの両端
間にタングステンコイルからなるフィラメント６が架設
されている。フィラメント６は、コイル軸がバルブ軸に
沿ってバルブ軸の上に位置されるよう配置され、つまり
Ｃ形フィラメントが採用されている。フィラメント６の
コイル径ｄは、上記１２Ｖ、５０Ｗタイプのランプでｄ
＝１．２ｍｍ程度であり、コイル長さｎは４ｍｍ程度と
されている。上記封止部３に封着された一対の金属箔導
体４、４には外部導入線７、７が接続されている。上記
の構成においては、バルブの平均外形Ｄと、バルブの平
均肉厚ｔの関係が以下のように設定されている。 ０．０５≦ｔ／Ｄ≦０．１２　　　　…（１）なお、上
記バルブ２内には所定圧のアルゴンガスと、臭素化合物
などのハロゲンが封入されている。

【００１５】このようなバルブ２の外面には、赤外線反
射可視光透過膜９が形成されている。この赤外線反射可
視光透過膜９は光干渉膜であり、公知であるから図示し
ないが高屈折率層と低屈折率層を交互に重層し、例えば
合計９〜１７層の多層膜として構成されていて、赤外線
を反射し、しかしながら可視光を透過する性質がある。 高屈折率層は酸化チタン（ＴｉＯ２　）、酸化タンタル
（Ｔａ２　Ｏ５　）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２　）
、硫化亜鉛（ＺｎＳ）などからなり、また低屈折率層は
酸化ケイ素（シリカ＝ＳｉＯ２　）、ふっ化マグネシウ
ム（ＭｇＦ２　）などにより構成されている。

【００１６】このような構成のハロゲン電球の作用につ
いて説明する。ハロゲン電球１を点灯してフィラメント
６を発光させると、この光はバルブ２を透過する。バル
ブ２を透過した光は、バルブ２の外面に形成した赤外線
反射可視光透過膜９に入射する。この赤外線反射可視光
透過膜９に達した光のうち、例えば７００〜１３００ｎ
ｍの赤外線領域の光はこの赤外線反射可視光透過膜９で
反射され、主として可視光が透過される。

【００１７】反射された赤外線はフィラメント６に戻さ
れ、このためフィラメント６は上記反射された赤外線で
再び加熱されることになり、したがって消費電力が少な
くてすみ、発光効率が向上する。

【００１８】この場合、図２の（ａ）図に示すように、
バルブ中心点Ｏまたはその近傍から放射された光Ａは、
バルブ２は球形をなしておりかつ外面に形成された赤外
線反射可視光透過膜９も略球形に配置されているので、
この赤外線反射可視光透過膜９で反射された赤外線はバ
ルブ２の中心に向かわされる。このため赤外線はバルブ
２の中心に配置されているフィラメント６に確実に戻さ
れ、すなわち赤外線の帰還効率が良い。

【００１９】一方、フィラメント６の端部から放射され
た光Ｂは、仮に赤外線反射可視光透過膜がバルブの内面
に形成されている場合は、この赤外線反射可視光透過膜
で反射された赤外線は破線Ｃで示すように、フィラメン
ト６の他端に達する。ところが、赤外線反射可視光透過
膜９はバルブ２の外面に形成されているので、上記フィ
ラメント６の端部から放射された光Ｂは実線で示す通り
、バルブ壁を透過して外面の赤外線反射膜９で反射され
、バルブ２内に戻される時には入射位置がずれる。この
ため、フィラメント６の他端に達しなくなる。

【００２０】この点について、図２の（ｂ）図で詳しく
説明すると、フィラメント６から放出された光がバルブ
２の内面Ｐ点でバルブ壁に入射すると、この点の入射角
αと屈折角βはスネルの法則、ｎｏ　ｓｉｎ　α＝ｎｇ
　ｓｉｎ　β（但し、ｎｏ　はバルブ内のガス中の屈折
率、ｎｇ　は石英ガラスの屈折率）の関係から直進しな
くなり、方向がずれてＱ点に達する。Ｑ点では赤外線が
入射角γ＝反射角γの関係で赤外線反射可視光透過膜９
により反射され、この反射光はバルブ壁内をＲ点に向か
って進む。Ｒ点においては、上記スネルの法則と同様に
して、入射角βと屈折角αの関係からｎｇ　ｓｉｎ　β
＝ｎｏ　ｓｉｎ　αにより、Ｂ´の方向に屈折される。 すなわち、バルブ２の内面のＰ点に入射した光が同じく
内面のＲ点からバルブ内に戻され、距離Ｐ−Ｒに相当す
る分だけ光の進む方向がずれることになる。さらに、実
際上では、各Ｐ，Ｑ，Ｒ点での透過や反射は完全でなく
、また赤外線反射可視光透過膜９では多重反射がなされ
るため、複雑な反射がなされることになる。

【００２１】このような原因で、フィラメント６の端部
から出た赤外線の内の一部はフィラメント６に戻らない
ことがある。つまり、帰還率が低く、よってランプ効率
の向上を阻害する一因にもなっている。また、フィラメ
ント６の中心部には集中的に赤外線が戻るため、フィラ
メント６は端部に比べて中心部が集中的に加熱され、タ
ングステンの蒸発等により早期に折損、溶断するなどの
不具合も生じる。そこで、本実施例は、バルブ２の肉厚
を規制することにより、反射された赤外線がフィラメン
ト６に戻る割合を高めるようにしたものある。つまり、
バルブ２の肉厚ｔを小さくすれば、先の距離Ｐ−Ｒを小
さくすることができ、反射された赤外線の経路のずれを
少なくすることができ、帰還率を高めることができる。

【００２２】しかし、肉厚ｔを小さくし過ぎると、バル
ブの機械的強度が低下し、寿命が短くなる。そこで最適
な条件を研究した結果、先に説明した（１）式を満足す
ればよいことが判った。

【００２３】上記（１）式は実験でも確かめられており
、以下この実験の結果について説明する。図３は、バル
ブ外径Ｄとバルブ肉厚ｔの比、ｔ／Ｄが変化した場合ラ
ンプ効率の向上率およびランプ寿命がどのように変化す
るかを調べた結果の特性図である。使用したランプは、
１２Ｖ、５０Ｗタイプのハロゲン電球で、バルブ径Ｄ＝
１０ｍｍの透明な石英ガラスからなる球形（Ｇ形バルブ
）のバルブ２を用いた。フィラメント６は、Ｃ形フィラ
メントであり、フィラメント６のコイル径ｄは１．２ｍ
ｍ、、コイル長さｎは４ｍｍとした。バルブ２内には３
気圧のアルゴンガスと臭素化合物を封入し、バルブ２の
外面には、酸化チタン（ＴｉＯ２　）と酸化ケイ素（Ｓ
ｉＯ２　）の交互多層膜からなる外線反射可視光透過膜
９を形成してある。このようなハロゲン電球で、バルブ
２の肉厚ｔを０．６ｍｍにした場合は、明るさが約９０
０ｌｍ、寿命は３０００時間であった。

【００２４】バルブ肉厚ｔを変えた場合の効率と寿命の
関係を図３に示す。図３において、「白抜き丸」印の特
性１は、本発明の対象とする球形（Ｇ形）バルブの場合
の効率向上率を示し、「白抜き三角」印の特性２は、本
発明の対象とする球形（Ｇ形）バルブの相対寿命を示す
。本発明と比較するため、外径８ｍｍの円筒形（Ｔ形）
バルブを用い、フィラメントは上記の条件のハロゲン電
球について実験し、肉厚ｔを変化させた。図３において
、「黒丸」印の特性３は円筒形（Ｔ形）バルブの効率向
上率を示し、「黒三角」印の特性４は、その相対寿命を
示す。

【００２５】円筒形（Ｔ形）バルブのランプは、反射面
が円筒形となるので、フィラメントから放射された赤外
線が円筒形バルブの外面に形成した赤外線反射膜で反射
されると、フィラメントから遠ざかる方向に反射される
割合が多く、赤外線反射膜で反射された赤外線の帰還率
が低いから、ランプ効率の向上率はせいぜい４〜５％に
過ぎないが、球形（Ｇ形）バルブの場合は、赤外線の帰
還率が向上するのでランプ効率の向上率は３０〜４０％
も向上する。

【００２６】しかし、図３から理解できるように、ｔ／
Ｄの値が０．１２を超えると、バルブ２の肉厚が相対的
に大きくなるので、図２の距離Ｐ−Ｒが大きくなり、反
射光のずれが大きくなるので赤外線の帰還率が低下し、
このためランプ効率の向上は望めなく、しかもフィラメ
ントの中心部が集中的に加熱されて寿命が低下する。一
方、ｔ／Ｄの値が０．５未満になると、バルブ２の肉厚
が小さくなり過ぎ、熱的にもたなくなり、球形（Ｇ形）
バルブおよび円筒形（Ｔ形）バルブを問わず破裂等の不
具合を生じる。したがって、 ０．０５≦ｔ／Ｄ≦０．１２　　　　…（１）を満足す
るのがよい。

【００２７】なお、本発明は上記実施例に制約されるも
のではない。すなわち、図１の実施例では、バルブ２が
球形である場合を説明したが、バルブは球に近い楕円球
であってもよい。楕円球バルブを使用する場合は、内部
に収容するフィラメントはコイル軸が楕円の長軸に沿う
ように配置するとともに、このフィラメントが楕円の第
１および第２焦点の位置に存在するように構成し、この
場合のバルブ径Ｄは焦点位置の中間点のバルブ径に相当
する。

【００２８】また、図１の例ではコイルフィラメント６
をコイル軸がバルブ軸に沿って配置したランプの例を示
したが、フィラメントはバルブ軸に対して９０度の方向
に交わる姿勢で配置した構造であってもよい。

【００２９】さらに本発明は、使用する電球としてはハ
ロゲン電球に制約されず、一般白熱電球であってもよく
、端部の封止構造は圧潰封止形に制約されず、ステム封
止であってもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、バ
ルブ形状を球形または楕円球にしたので、バルブに収容
したフィラメントから放出される赤外線が赤外線反射膜
で反射された場合にバルブの中心または焦点位置の方向
に向かい、フィラメントに確実に戻るようになる。そし
て、この場合、バルブの肉厚を規制したのでバルブ壁の
厚さによる屈折率の影響を軽減することができ、フィラ
メントへの帰還率が向上する。このため、ランプ効率お
よびランプ寿命を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すハロゲン電球の断面図
。

【図２】（ａ）図および（ｂ）図はそれぞれ同実施例の
赤外線の反射具合を説明する図。

【図３】同実施例のランプ効率および寿命特性を示す図
。

【符号の説明】

１…ハロゲン電球、２…球形バルブ、６…フィラメント
、９…赤外線反射可視光透過膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フィラメントを収容したバルブの外面
   に赤外線反射可視光透過膜を形成し、上記フィラメント
   から放射された赤外線を上記赤外線反射可視光透過膜に
   より反射してフィラメントに戻すようにした白熱電球に
   おいて、上記電球は、バルブの形状を球形もしくは略楕
   円形に形成し、このバルブの平均外径Ｄとバルブ壁の平
   均肉厚ｔの関係を、 ０．０５≦ｔ／Ｄ≦０．１２ としたことを特徴とする白熱電球。
2. 【請求項２】　　上記電球は、バルブ内部にハロゲンを
   封入したハロゲン電球であることを特徴とする請求項１
   に記載の白熱電球。