JPH05205705A - 一体的に支持されたフィラメントおよび白熱電球 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 白熱電球のガラス質エンベロープの内部に配
置するフィラメントをその支持部と一体に形成する。 【構成】 複数のフィラメントセグメント２４と一体的
支持部２６を一本の連続したフィラメントワイヤで形成
する。支持部はリング状またはコイル状に作って、その
直径をフィラメントセグメントよりも大きくして、電球
のエンベロープ１２の内面に隣接するようにし、もって
フィラメントをエンベロープ内に支持できるようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一体的支持部を有し、
電球内に使用される耐火性金属フィラメントに関する。
更に詳しくは、本発明は、複数の一体的支持部によって
接続された複数の発光セグメントを有する細長い連続し
たタングステンワイヤフィラメントに関するとともに、
前記フィラメントを使用し、前記支持部が電球のエンベ
ロープの内面に接触して、フィラメントをエンベロープ
内部に支持している細長い白熱電球に関する。

【０００２】

【従来の技術】内部にコイル状フィラメントを取り囲ん
でいる細長い光透過性のほぼ管状の本体部を有する白熱
電球は本技術分野に専門知識を有する者に周知のもので
あり、３０年以上にわたって使用されているものであ
る。この種の電球は屋内および屋外の一般的な照明用途
のみならず、加熱電球およびリプログラフィー用電球の
ような特殊用途に使用される。フィラメントは、相変わ
らずタングステンで形成されているが、電球内に長手方
向に配設され、その長手軸は電球のエンベロープの長手
軸とほぼ一致し、フィラメントはフィラメントの一部で
ないフィラメント支持部の１つ、一般的には複数のフィ
ラメント支持部によって所定位置に保持されている。各
フィラメント支持部の中心部はフィラメントのコイルに
取り付けられ、支持部の外周部は電球のエンベロープの
内面に接触し、フィラメントを所定位置に保持してい
る。典型的なフィラメント支持部は例えば米国特許第
３，７３６，４５５号、第３，７８４，８６５号および
第３，３９２，２９９号に開示されている。フィラメン
ト自身の一体的部分でないフィラメント支持部によって
フィラメントを長い電球エンベロープ内に支持すること
はフィラメントおよびフィラメントの使用される電球の
価格を増大する追加部品の製造、使用および組み立てを
意味することになる。白熱電球の場合、このような支持
部はしばしばニオビウムまたはタンタルからなる螺旋形
のものであり、これは高価であるとともにフィラメント
上に組み立てるのが困難なものである。更に最近、多数
の直径を有するフィラメントが米国特許第４，９５９，
５８５号に開示されており、ここでは巻回部の１つの直
径はフィラメントを電球のエンベロープ内に軸方向に支
持するように電球のエンベロープの内壁に接触するのに
充分大きな直径を有し、またフィラメントの長手軸は電
球のエンベロープの長手軸と一致している。

【０００３】

【発明の概要】一体的フィラメント支持部を有する白熱
電球フィラメントは一本のフィラメントワイヤから形成
されたもので、複数のフィラメントセグメントおよびフ
ィラメントの一部として形成された一体的支持部を有す
るおおよそ細長いまたは線形のコイル状または非コイル
状のフィラメントを有する。一実施例においては、フィ
ラメントは複数のフィラメントコイルセグメントおよび
一体的フィラメント支持部を有する細長いコイルであ
る。他の実施例では、フィラメントセグメントのあるも
のはまっすぐなワイヤセグメントであり、またあるもの
は細長いコイルセグメントである。更に他の実施例で
は、フィラメントセグメントの全ては一体的フィラメン
ト支持部によって分離されたまっすぐなワイヤセグメン
トである。これらの実施例の全てにおいて、一体的フィ
ラメント支持部はフィラメントセグメントがコイル状で
あるか、まっすぐなワイヤであるか、またはコイルとま
っすぐなワイヤセグメントとの両方を有するものである
かに関わりなく、隣接するフィラメントセグメントの間
に設けられる（しかしながら、必ずしも常に全ての隣接
したセグメントの間に設けられるとは限らない）。一体
的支持部はほぼ螺旋またはリング状である。しかしなが
ら、所望により、一体的支持部は楕円形、部分的リング
状、六角形、矩形、三角形などのような多辺形のような
他の形状のものであってもよい。最後に、フィラメント
支持部はフィラメント部と同様に熱および光を発生する
ことを本技術分野に専門知識を有する者は理解するであ
ろう。

【０００４】

【詳しい説明】一実施例においては、本発明のフィラメ
ントは、フィラメントセグメントおよび一体的支持部の
両方を有するワイヤ巻回部に対して半径方向中心に設け
られた長手軸を有する。この実施例においては、一体的
支持部は電球のフィラメントチャンバ内にフィラメント
を支持し、フィラメントの長手軸は管状または他の形状
のフィラメントチャンバの長手軸に一致している。この
フィラメントチャンバはその長手軸の周りに対称に形成
されている。フィラメントセグメントの長手軸が支持部
の長手軸と一致しない実施例においては、フィラメント
セグメントの長手軸は電球のフィラメントチャンバの長
手軸と一致しない。このフィラメントチャンバはその長
手軸の周りに対称に形成されている。

【０００５】本発明のフィラメントは１本のフィラメン
トワイヤ、好ましくは耐火性金属ワイヤ、更に好ましく
はタングステンワイヤで形成される。本発明における連
続したワイヤフィラメントはフィラメント支持部を含ん
でフィラメントに形成された連続した切れていない耐火
性金属ワイヤを意味している。従って、フィラメント支
持部はフィラメントの一体的な一部である。更に、支持
部は上述したような種々の形状のものであるが、更に一
般的にはリング状、螺旋状またはコイル状であり、フィ
ラメントセグメントよりも実質的に大きな直径（または
非円形支持部の場合には等価な直径）を有している。直
径が実質的に大きいということの意味は一体的支持部の
直径がフィラメントセグメントの直径の少なくとも２倍
であることを意味し、更に一般的には少なくとも３倍で
あることを意味している。複数のフィラメントセグメン
トおよび一体的支持部ということは、本発明によるフィ
ラメントが少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つ
のフィラメントセグメントと、少なくとも２つ、好まし
くは少なくとも３つの一体的フィラメント支持部とを有
していることを意味している。一実施例においては、フ
ィラメントはほぼ均一な直径を有する複数のコイル状フ
ィラメントセグメントおよびフィラメント支持部を有
し、該フィラメント支持部はフィラメントセグメントを
分離するように設けられ、フィラメント支持部の直径は
フィラメントセグメントの直径よりも実質的に大きく、
図に示されるように、フィラメントセグメントと支持部
との間で直径は急激に変化している。

【０００６】次に、図１を参照すると、ダブルエンド型
の管状石英加熱電球１０は融解石英エンベロープ１２を
有し、このエンベロープ１２はフィラメントチャンバ１
３およびモリブデン箔密閉部１６に対して押圧された各
端部の押圧密閉部１４を有している。箔密閉部１６の一
端は電球の外側リード線１８に接続され、他端はフィラ
メント２２のまっすぐなワイヤ部２０に接続されてい
る。フィラメント２２は１本の切れていない適当な耐火
性金属ワイヤで形成されている。この実施例において
は、この金属ワイヤはタングステンである。フィラメン
ト２２は一体的な螺旋状支持部２６によって連結された
一連のコイル状フィラメントセグメント２４から構成さ
れている。支持部２６はエンベロープ１２内で軸方向に
フィラメントを支持し、フィラメント２２の長手軸は電
球１０の長手軸に一致している。フィラメント２２の長
手軸はフィラメントセグメント２４および支持部２６の
両方の巻回部に対して半径方向中心に設けられている。
一体的支持部２６の直径はフィラメントセグメント２４
の直径よりも実質的に大きく、各支持部の外側面がフィ
ラメントチャンバ１３の内側面に隣接または接近するよ
うに充分大きい。フィラメント２２の両端部はまっすぐ
なワイヤ部２０になっていて、このまっすぐなワイヤ部
２０はモリブデン箔密閉部１６の一端に接続されてい
る。所望により、コイル状セグメント２４に類似したコ
イル状端部セグメント（図示せず）にまっすぐなワイヤ
端部２０の一部を置き換えてもよい。必要により、例え
ば米国特許第４，２７２，６９８号および第４，９５
９，５８６号に開示されているように、ほぼまっすぐな
ワイヤのフィラメントセグメント（図示せず）に１つ以
上のコイル状フィラメントセグメント２４を置き換えて
もよい。更に、コイル状フィラメントセグメント２４は
巻回部の直径、ピッチおよび巻回部間のスペースがすべ
て互いに同じである必要はない。本発明の本質的特徴は
電球のフィラメントチャンバ１３内にフィラメントを支
持するように個々の区分２６として示されている一体的
支持部であり、好ましくはフィラメントの長手軸が電球
のフィラメントチャンバの長手軸と一致していることで
ある。支持部の巻回部の間の距離はフィラメントおよび
電球の設計に依存している。

【０００７】１６００ワット、２４０ボルトおよび２４
５０゜Ｋの定格の加熱電球が本発明により図１に示すよ
うに良好に形成された。この加熱電球は図１に示すもの
と同様なフィラメントを内部に取り囲んだ、長さが４９
７ｍｍ（押圧密閉部を含む）で、外径が１０ｍｍである
石英または融解石英からなるエンベロープを有してい
る。フィラメントの長さは４０５ｍｍである。フィラメ
ントは１１．５３ミルの直径のタングステンフィラメン
トワイヤで形成され、１７個のフィラメントセグメント
２４を有する。各フィラメントセグメントは２０ｍｍの
長さであり、直径が６９ミルの３２個の巻回部、すなわ
ちコイルを有し、巻回部間のスペースは０．６１ｍｍで
ある。１８個の一体的螺旋状支持部２６の各々は３ｍｍ
のスペースに対して２．５の巻回部で構成され、各巻回
部は外径が２７０ミルであり、フィラメント２２を支持
するようにフィラメントチャンバ１３の内面に隣接して
いる。最初、これらの電球はフィラメント支持部の各巻
回部間の距離がゼロで作られたが、この隙間がなくつま
ったコイル構造は支持部に隣接している電球の石英の内
壁がランプ動作中に黒くなって、失透する結果となっ
た。支持部２６のコイルを広げることによってフィラメ
ントチャンバの内壁に支持部によって加えられる加熱密
度が低減し、黒くなって、石英が失透する現象が実質的
に低減した。また、電球は１５００トル以上の圧力でク
リプトンを含有するとともに、わずかな量の水素および
臭素を含有していた。動作の間、フィラメントセグメン
ト２４の色温度は２４７８゜Ｋであり、支持部２６の色
温度は２１８７゜Ｋであった。支持部２６の間の石英エ
ンベロープの壁部の温度は４０５゜Ｃまたは６２８゜Ｋ
であり、支持部に隣接する壁部分の温度は５３５゜Ｃま
たは８０８゜Ｋであった。これらの電球は５０００時間
以上継続して動作した。

【０００８】図２は、典型的な白熱電球またはハロゲン
白熱電球であるシングルエンド型電球５０を示してい
る。この電球はガラスエンベロープ５２を有し、このガ
ラスエンベロープ５２はフィラメントチャンバ５３およ
びモリブデン箔密閉部５６に対する押圧密閉部５４を有
している。箔密閉部５６は一端が外側リード線５７に取
り付けられ、他端がフィラメント支持ワイヤ５８および
６０に取り付けられている。フィラメントは支持ワイヤ
５８および６０によって支持され、この支持ワイヤの一
方は一体的フィラメント支持コイル部６８の内側を通り
抜けている。フィラメントはそれを細長いフィラメント
チャンバ５３内に位置決めする一体的支持部６８によっ
て分離された３つのコイル状フィラメントセグメント６
４、６５および６６を有し、フィラメントの長手軸はチ
ャンバ５３の長手軸に一致している。

【０００９】上述した図１に示す本発明の電球に使用さ
れるフィラメントは、従来ではコイル状タングステンフ
ィラメントを作るのに通常必要とされるマンドレルを使
用することなく、１本の切れていない（連続した）タン
グステンワイヤから形成されたものである。この発明の
フィラメントはミシガン州サウスフィールド４８０３４
のＫ．Ｐ．アメリカンコーポレーション(K.P.American
Corporation)から入手し得るＩＴＡＹＡ ＭＣＳ Ｅシ
リーズ引張ばねコイラ型番ＭＣＳ−８Ｅを使用して作っ
た。この機械はワイヤばねを作るのに設計されたコンピ
ュータ利用コイルばね成形機械であるが、またこれは本
発明のフィラメントを形成するのに有益であることがわ
かった。このような機械を使用して本発明のフィラメン
トを作るのには、まっすぐに延ばされたタングステンフ
ィラメントのワイヤが一対の溝付供給ロールによってス
プールから硬質金属クイルを通して供給される。ワイヤ
はクイルを出ると、カムによって移動することができる
スライドまたは工具ホルダに取り付けられた総形工具に
当たる。この総形工具はクイルを出たフィラメントワイ
ヤの長手軸に対してある角度で取り付けられた溝付金属
ホイールまたはローラである。フィラメントワイヤはク
イルを出ると総形工具の溝に当り、連続的に所望のコイ
ルの大きさにさせられる。コイルが形成されながら、総
形工具からワイヤまでの距離が時々刻々変化する結果、
コイルの大きさが変化し、コイルまたはまっすぐなワイ
ヤフィラメントセグメント、または両者を有するフィラ
メントが形成され、またフィラメントセグメントから支
持部のセグメントに代わる場合に直径も徐々にまたは急
激に増大する。上述したように、支持セグメントすなわ
ち支持部は、たいていコイルまたはリング状であるが、
ばねコイラによって種々の他の形状に作ることができ
る。種々の他の工具を同時に使用して、ピッチおよび巻
回部の間の距離を変えることができる。１１．５ミルの
直径を有するタングステンワイヤを使用して、上記ＩＴ
ＡＹＡばねコイラ機械で１６００ワットの加熱電球用の
上述したフィラメントを作る場合、クイルの出口の総形
工具との間においてワイヤを３００゜Ｃの空気で加熱す
ることが有益であることがわかった。更に、ＩＴＡＹＡ
機械を使用して、所望により細長いフィラメントセグメ
ントの１つ以上またはすべての長手軸を（米国特許第
２，４５４，７６５号に示されているように）中心から
ずらしたり、支持部の中心軸と一致させないようにフィ
ラメントを形成することもできる。このように、フィラ
メントセグメントの長手軸を支持部の長手軸に平行であ
るがそれと一致しないようにしてもよい。

【００１０】本発明のフィラメントおよびこのフィラメ
ントを使用した電球の上述した例は単なる例示であっ
て、限定を意味するものではない。本発明のフィラメン
トは本技術分野に専門知識を有する者に明らかなように
種々の構造の他の白熱電球の実施例に使用することがで
きる。更に、本発明のフィラメントを有するこのような
電球は電磁スペクトルの種々の部分を選択的に透過する
ように電球のエンベロープの少なくとも一部上に薄膜光
干渉コーティングまたはフィルムを設けることができ
る。このようなフィルムまたはコーティングは本技術分
野に専門知識を有する者に周知であり、屈折率が異なる
２つの異なった耐火性酸化金属の交互の層で形成され
る。このようなフィルムは電球から発生する可視光の色
を変えたり、赤外線を反射してフィラメントに戻し、少
なくとも一部を可視光に変換することができる。また、
熱および可視光反射コーティングを一体的反射器として
設けることもできる。電磁放射線の少なくとも一部が反
射されてフィラメントに戻される電球においては、フィ
ラメントの長手軸はフィラメントチャンバの長手軸と正
確に半径方向で一列すなわち一致していなければならな
い。これは本発明のフィラメントを使用して簡単かつ正
確に経済的な方法で達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一体的に支持されたフィラメント
を使用したダブルエンド型白熱電球の一実施例を示す正
面図である。

【図２】本発明の一体的に支持されたフィラメントを使
用したシングルエンド型電球を示す正面図である。

【符号の説明】

１２ エンベロープ １３ フィラメントチャンバ ２０ ワイヤ部 ２２ フィラメント ２４ フィラメントセグメント ２６ 支持部

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のフィラメントセグメントおよび一
   体的支持部を有する細長い連続したワイヤフィラメン
   ト。
2. 【請求項２】 少なくとも２つのフィラメントセグメン
   トおよび少なくとも２つの一体的支持部を有する請求項
   １記載のフィラメント。
3. 【請求項３】 少なくとも３つのフィラメントセグメン
   トおよび少なくとも３つの一体的支持部を有する請求項
   ２記載のフィラメント。
4. 【請求項４】 前記支持部は前記フィラメントセグメン
   トの直径よりも大きな直径を有している請求項３記載の
   フィラメント。
5. 【請求項５】 前記フィラメントセグメントの少なくと
   も一部はコイルである請求項４記載のフィラメント。
6. 【請求項６】 前記フィラメントセグメントの少なくと
   も一部の長手軸は前記支持部の長手軸と一致している請
   求項５記載のフィラメント。
7. 【請求項７】 複数のフィラメントセグメントおよび一
   体的支持部を有し、前記フィラメントセグメントの少な
   くとも１つはコイル状に巻かれていないワイヤの形であ
   る細長い連続したワイヤフィラメント。
8. 【請求項８】 複数の前記フィラメントセグメントはま
   っすぐなワイヤセグメントである請求項７記載のフィラ
   メント。
9. 【請求項９】 前記フィラメントセグメントは前記支持
   部によって相互に接続されている請求項７記載のフィラ
   メント。
10. 【請求項１０】 複数のフィラメントセグメントおよび
    複数の一体的支持部を有する連続したワイヤフィラメン
    トを囲んでいる光透過性エンベロープを有し、各支持部
    の少なくとも一部は前記エンベロープの内壁に隣接し
    て、前記フィラメントを前記エンベロープ内に支持して
    いる白熱電球。
11. 【請求項１１】 前記フィラメントは前記エンベロープ
    内に長手方向に配設されている請求項１０記載の電球。
12. 【請求項１２】 前記セグメントおよび前記支持部の両
    方は共通の長手軸に沿って配設されている請求項１１記
    載の電球。
13. 【請求項１３】 前記共通の長手軸は前記電球のエンベ
    ロープの長手軸と一致している請求項１１記載の電球。
14. 【請求項１４】 ほぼ同じ直径の巻回部からなる細長い
    コイルを有する複数のフィラメントセグメントを有し、
    該フィラメントセグメントは一体的支持リングによって
    互いに分離され、該一体的支持リングの直径は前記フィ
    ラメントセグメントの直径よりも実質的に大きくなって
    いる細長い連続したワイヤフィラメント。
15. 【請求項１５】 タングステンワイヤからなる請求項１
    ４記載のフィラメント。
16. 【請求項１６】 前記支持リングは共通の長手軸に沿っ
    て配設されている請求項１５を記載のフィラメント。
17. 【請求項１７】 前記フィラメントセグメントは共通の
    長手軸に沿って配設されている請求項１６記載のフィラ
    メント。
18. 【請求項１８】 前記支持リングおよびフィラメントセ
    グメントの長手軸の両方が一致している請求項１６記載
    のフィラメント。
19. 【請求項１９】 細長い光透過性エンベロープと、該エ
    ンベロープ内に長手方向に配設され且つ密閉して取り囲
    まれた、複数のコイル状フィラメントセグメントおよび
    一体的支持部を有する細長い連続したタングステンワイ
    ヤフィラメントとを有し、前記支持部は前記フィラメン
    トセグメントの直径よりも実質的に大きい直径を有する
    リングまたはコイルの形状であり、前記支持部の外面は
    前記エンベロープの内面に隣接して、前記フィラメント
    を前記エンベロープ内に支持している白熱電球。
20. 【請求項２０】 前記フィラメントセグメントおよび前
    記支持部は長手軸を有している請求項１９記載の電球。
21. 【請求項２１】 前記軸の両方は一致している請求項２
    ０記載の電球。
22. 【請求項２２】 前記エンベロープおよび前記フィラメ
    ントは長手軸を有し、該軸の両方は一致している請求項
    ２１記載の電球。
23. 【請求項２３】 前記エンベロープの少なくとも一部に
    光干渉コーティングが設けられている請求項２２記載の
    電球。
24. 【請求項２４】 前記フィラメントセグメントと前記支
    持部の間で直径が急激に変化している請求項１９記載の
    電球。
25. 【請求項２５】 前記フィラメントセグメントと前記支
    持部の間で直径が急激に変化している請求項２３記載の
    電球。
26. 【請求項２６】 前記エンベロープ上に光および熱反射
    コーティングを有する請求項１９記載の電球。
27. 【請求項２７】 前記エンベロープ上に光および熱反射
    コーティングを有する請求項２４記載の電球。