(57)【要約】【課題】長寿命で小型のフィラメント、白熱電球を提供する。【解決手段】フィラメントは、少なくとも第一の単コイルと、第一の単コイルと並列接続された第二の単コイルとの二つのコイルから構成される。第一の単コイルと第二の単コイルとは主軸が同軸上となるよう配置され、第一の単コイルにおける隣接するターン間の間隙に、前記第二の単コイルのターンが位置する。また、第二の単コイルのコイル外径は、第一の単コイルのコイル内径より大きく、第二の単コイルのコイル内径は、前記第一の単コイルのコイル外径より小さいことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の単コイルと、
前記第一の単コイルと並列接続された第二の単コイルと、を有し、
前記第一の単コイルと前記第二の単コイルとは主軸が同軸上となるよう配置され、
前記第一の単コイルにおける隣接するターン間の間隙に、前記第二の単コイルのターンが位置し、
前記第二の単コイルのコイル外径は、前記第一の単コイルのコイル内径より大きく、
前記第二の単コイルのコイル内径は、前記第一の単コイルのコイル外径より小さいことを特徴とするフィラメント。
【請求項２】
前記第一の単コイルと前記第二の単コイルは、ターン形成領域において非接触であることを特徴とする請求項１のフィラメント。
【請求項３】
前記第一の単コイルおよび前記第二の単コイルは、同一のコイル中心径を有し、各単コイルのコイルピッチは、いずれも３００％以上４００％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかのフィラメント。
【請求項４】
前記第一の単コイルと前記第二の単コイルは、同一のターン数を有し、
前記第一の単コイルのｎ番目とｎ+１番目のターン間の間隙において、前記第二の単コイルのｎ番目のターンが、前記第一の単コイルのn番目のターン側に配置されていることを特徴とする請求項２のフィラメント。
【請求項５】
透光性気密容器と、
前記透光性気密容器内に配置されたフィラメントと、
前記フィラメントに電流を供給する導入線と、を有する白熱電球であって、
前記フィラメントは、請求項１乃至請求項４のいずれかのフィラメントであることを特徴とする白熱電球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白熱電球に関し、特にコイルフィラメントを備えた白熱電球に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、コイルフィラメントを備えた自動車の前照灯用のハロゲン電球が記載されている。空間的にコンパクトな単コイルの線径等を最適化することにより、均一な照射を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５０４６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のような自動車の前照灯用のハロゲン電球においては、配光設計を容易とするため、フィラメントサイズ、つまりコイル長、および／またはコイル外径をできる限り小型化したいという課題があった。
【０００５】
しかし、単コイルのサイズを小さくすると、大きな電力の投入が困難となる。そのため自動車の前照灯に明るさを比較的小さな電力で得ることとなり、効率が大きくなるに伴って寿命が短くなるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決して、寿命が長い小型のコイルフィラメント、およびそれを用いた白熱電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】
【０００７】
本発明のフィラメントは、少なくとも第一の単コイルと、第一の単コイルと並列接続された第二の単コイルとの二つのコイルから構成される。第一の単コイルと第二の単コイルとは主軸が同軸上となるよう配置され、第一の単コイルにおける隣接するターン間の間隙に、前記第二の単コイルのターンが位置するように配置される。また、第二のコイルフィラメントのコイル外径は、第一のコイルフィラメントのコイル内径より大きく、第二のコイルフィラメントのコイル内径は、前記第一のコイルフィラメントのコイル外径より小さいことを特徴とする。
【０００８】
第一の単コイルと前記第二の単コイルは、ターン形成領域において非接触であることが好ましい。
【０００９】
第一の単コイルおよび第二の単コイルは、同一のコイル中心径を有し、各コイルピッチは、いずれも３００％以上４００％以下であることことが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のフィラメントおよび該フィラメントを用いた白熱電球によれば、寿命の長い小型のフィラメントおよび該フィラメントを用いた白熱電球を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）本発明の実施例１の白熱電球における要部の概略平面図、（ｂ）本発明の実施例１のフィラメントの概略平面図である。
【図２】本発明の実施例１の白熱電球の電気的光学的特性について、（ａ）電圧―電力特性、（ｂ）電圧―光束特性を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例１の白熱電球の電気的光学特性について示す表である。
【図４】（ａ）本発明の実施例２のフィラメント、（ｂ）本発明の実施例３のフィラメント、（ｃ）本発明の実施例４のフィラメント、（ｄ）本発明の実施例５のフィラメントの要部の概略平面図である。
【図５】（ａ）本発明の実施例６のフィラメントの要部の概略平面図、（ｂ）本発明の実施例６のフィラメントの第一のコイルと第二のコイルの内径と外径との関係を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の好適な実施形態を詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る白熱電球１０は、透光性気密容器２と、透光性気密容器２の内部に配置されたフィラメント１と、フィラメント１の両端に電気的に接続されると共にフィラメント１を支持する一対の導入線３を備えて構成される。
【００１４】
透光性気密容器２は、例えばガラスバルブにより構成される。透光性気密容器２の内部は、１０−１〜１０−６Ｐａの高真空状態となっている。なお、透光性気密容器２の内部に１０５〜１０−１ＰａのＯ２、Ｈ２、ハロゲンガス、不活性ガス、並びにこれらの混合ガスを導入することができる。
【００１５】
導入線３は、例えばモリブデンからなり、封止部７から挿入されてブリッジガラス８で保持されており、フィラメント１と導入線３とはモリブデン箔を介して接続されている。導入線３とモリブデン箔は溶接により、モリブデン箔とフィラメン１トとは圧接により接続されている。
【００１６】
本発明のフィラメント１は、タングステンからなる複数の単コイルから構成されている。複数の単コイルは、各コイルの主軸が同軸上に位置するよう配置されている。また、一のコイルの隣接するターン間の間隙に他のコイルのターンが位置するよう配置されている。また、車両前照灯として用いるためには、フィラメント１は、全体の外径が１．５ｍｍ以下、長さが５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
各コイルの線径、コイル径、ターン数は、同一のもののみならず、異なるものを用いることができる。ただし、コイル径が異なる場合においては、いずれのコイルも、コイル外径が他のコイルの内径より大きく、かつ、コイル内径が他のコイル外径より小さいものを用いる。つまり、一のコイルが他のコイルに取り囲まれることのないよう構成する。一のコイルが他のコイルにより取り囲まれてしまうことによって起こる、フィラメント小型化が妨げられること、放射光の遮蔽、および熱籠りなどの問題を抑制することができる。
【００１８】
各コイル同士は、コイル形成領域が電気的に非接触となるよう配置されることが好ましい。ただし、同電位となる領域については、電気的に接触して配置されてもよい。同電位領域が接触しても各コイルの電気的特性は変化しないためである。また、各コイルのターン数が同じ場合において、同一ターン領域は、略同電位領域として電気的に接触することが許容される。
【００１９】
本発明のフィラメントは、各コイルのターン間に空間領域が形成されている。そのため、本発明においてフィラメントをコイル中心径（コイル外径−線径）の等しい二つのコイルから構成する場合には、各コイルのピッチは、２００％より大きい。また、この場合において各コイルピッチは、コイルの近接による熱籠りを抑制するため、３００％以上４００％以下であることが好ましい。尚、コイル中心径の異なる複数のコイルから構成する場合は、この限りではなく、各コイルのコイルピッチを２００％以下としても各コイルのターン間に空間領域を形成して本発明のフィラメントを構成することができる。
【００２０】
以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２１】
以下に、本発明の実施例１に係る白熱電球１０およびフィラメント１について、図１を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、本発明の実施例１に係る白熱電球１０の概略平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した実施例１に係るフィラメント１を拡大して示した概略平面図である。
【００２３】
本実施例の白熱電球１０は、透光性気密容器２にハロゲンガスを封入したハロゲン電球である。
【００２４】
本実施例に係るフィラメント１は、第一のコイル４と第二のコイル５との二つのコイルから構成されている。第一のコイル４と第二のコイル５は、いずれも同じサイズであり、例えば、コイル外径が１．０ｍｍ、コイル長が約３．４ｍｍ、コイルピッチが３００％、線径が０．０９１ｍｍ、ターン数が１２．５である。
【００２５】
第一のコイル４と第二のコイル５は、それぞれの主軸が同軸上となるように、かつ、第一のコイル４の隣接するターン間に第二のコイルのターンが存在するように配置されている。つまり、各コイルのターンが交互に配列するように配置されている。また、第一のコイル４のｎ番目のターン４（ｎ）とｎ+１番目のターン４（ｎ＋１）との間に、第二のコイル５のｎ番目のターン５（ｎ）が存在するように配置されている。
【００２６】
第二のコイルのｎ番目のターン５（ｎ）は、第一のコイルのｎ番目のターン４（ｎ）とｎ+１番目のターン４（ｎ＋１）との間隙の略中央に位置している。つまり、各ターンが等間隔に配置されている。
【００２７】
例えば、第一のコイル４と第二のコイル５とは、コイルの空芯に芯材を挿入して、同軸上に組み合わせることができる。
【００２８】
本実施例のフィラメントは、第一のコイル４と第二のコイル５の両端部がまとめられた形状として形成され、二つの端部として導入線に接続されている。第一のコイル４と第二のコイル５は電気的に並列に接続されており、同時に点灯される。
【００２９】
本実施例のフィラメント１において、巻き回されたコイル状領域、すなわちターン形成領域は、相互に非接触状態となっている。非接触とすることにより、接触させた場合と比較して、強度分布の均一な発光を得ることができ、車両前照灯に用いた場合に、リフレクタを用いた配光設計を容易とすることができる。
【００３０】
本実施例において、各コイルのピッチは、３００％として、所定の空間をターン間に形成し、コイルの近接による熱籠り、熱籠りにより寿命低下を抑制している。尚、本願において、コイルピッチは、ターン間の隙間の距離／線径である。
【００３１】
本実施例のフィラメント１の電気的光学的特性について、図２を用いて説明する。
【００３２】
図２（ａ）は電圧ー電力特性、図２（ｂ）は電圧ー光束特性をグラフで示したものである。また、図２（ａ）、（ｂ）において、比較のため、同じコイルを一つ用いたフィラメント（比較例１）の電気的光学的特性を同じグラフ上に示している。それぞれハロゲン電球を構成し、点灯させて電気的光学的特性の測定を行った。
【００３３】
図２（ａ）および（ｂ）の結果から、本実施例のフィラメントを用いることにより、比較例１のフィラメントと比較して、約２倍の電力および光束を得ることができることが確認できた。つまり、略同一のフィラメントサイズであっても同電圧で高い電力を投入することができ、高い光束を得ることができる。
【００３４】
続いて、図３を用いて、本実施例のフィラメントの寿命について、従来のフィラメント（比較例２）と比較して説明する。比較例２のフィラメントとして、フィラメントの外形サイズが本実施例のフィラメントと等しいものであって、ピッチが１５０％のコイル一つからなるフィラメントを用いた。比較例２のフィラメントは、単コイルを従来技術の手法により高光束を得るためにピッチを小さくして最適化したものである。ピッチは１５０％より小さくすることも可能であるが、１５０％より小さくすると熱籠りを起因とする寿命低下が予測されるため、１５０％とした。
【００３５】
それぞれのフィラメントを用いてＨ７型ハロゲン電球を構成し、車両前照灯に必要な光束１３８０ｌｍが得られるときの電力を測定し、効率を求めて図３に表として示した。また効率の値に基づいて、寿命の相対値（比較例２のフィラメントの寿命を１とした場合）を算出した。寿命の相対値は、タングステンのコイルフィラメントの寿命は、効率比の７乗に比例するという経験則に基づいて算出した。
【００３６】
実施例のフィラメントを用いた場合、比較例２のフィラメントを用いた場合と比較して、電力は１５％高く、効率は１５％低く、寿命は、約２．６倍長くなった。高い光束の得られる長寿命なフィラメントとするためには、効率は、２３ｌｍ／Ｗ以上２７ｌｍ／Ｗ以下であることが好ましい。
【００３７】
本実施例に係るフィラメントは、外径が１．０ｍｍ、長さが約３．５ｍｍと小型であると共に、車両前照灯に必要な光束を寿命の低下を抑えて得ることができる。つまり、車両前照灯に用いることができ、その光学設計を容易とし、グレア光を抑制することができる。
【００３８】
つまり、本実施例のフィラメントを用いたハロゲン電球からの発光を前方へ照射するリフレクタやレンズを含む光学系とを組み合わせることにより、長寿命でグレア光の低減された車両用前照灯を構成することができる。
【実施例２】
【００３９】
以下に、本発明の実施例２に係るフィラメント１ａについて、図４（ａ）を参照して説明する。図４（ａ）は、本発明の実施例２に係るフィラメントを示す概略平面図である。
【００４０】
実施例２に係るフィラメントは、第一のコイル４ａと第二のコイル５ａがそれぞれ導入線に接続される端子を有しており共通端子を形成していないこと以外の構成に関しては、実施例１のフィラメント１の構成と同一である。
【００４１】
実施例２のフィラメント１ａを用いた場合のように、導入線３への接続形態は、適宜選択することができる。
【実施例３】
【００４２】
以下に、本発明の実施例３に係るフィラメント１ｂについて、図４（ｂ）を参照して説明する。
【００４３】
実施例３に係るフィラメント１ｂは、第一のコイル４ｂと第二のコイル５ｂとを同電位側に偏在させて配置していること以外の構成に関しては、実施例１のフィラメント１の構成と同一である。第一のコイル４ｂのｎ番目のターンとｎ＋１番目のターンとの間の間隙において、第二のコイル５ｂのｎ番目のターンが同電位である第一のコイルのｎ番目のターン側に寄って配置されている。つまり、第二のコイル５ｂのｎ番目のターンは、第一のコイル４ｂのｎ番目のターンとｎ＋１番目のターンとの間の間隙の中央位置より第一のコイルのｎ番目のターン側に配置されている。
【００４４】
実施例３に係るフィラメント１ｂのように、両コイルを同電位側に偏在させて配置することにより、両コイルが異なる電位領域において電気的に接触する確率を低減することができる。
【００４５】
また、実施例３に係るフィラメント１ｂにおいて、第一のコイル４ｂと第二のコイル５ｂとは空間的に非接触であり、電気的に非接触である。第一のコイル４ｂと第二のコイル５ｂとが空間的に非接触な構成は、空間的に接触とした構成と比較して、発光強度分布を均一とすることができる。
尚、実施例３においては、第一のコイル４ｂと第二のコイル５ｂとのターン形成領域を電気的に非接触とした構成を示しているが、同電位領域については電気的に接触させた構成としてもよく、その場合において、同電位領域は空間的に接触させた構成としてもよい。第一のコイル４ｂと第二のコイル５ｂとを空間的に接触させた構成は、製造容易であるという利点がある。例えば、第一のコイルと第二のコイルとが同じターン数であれば、同じターン領域を電気的に接触させることが許容されるため、空間的に接触させることができるが、このような構成は、二本の線材を一緒に巻き回してコイル状に形成することができ製造が容易である。
【実施例４】
【００４６】
以下に、本発明の実施例４に係るフィラメント１ｃについて、図４（ｃ）を参照して説明する。
【００４７】
実施例４に係るフィラメント１ｃは、第一のコイル４ｃと第二のコイル５ｃのターン数が異なること以外の構成に関しては、実施例１のフィラメント１の構成と同一である。実施例４に係るフィラメント１ｃにおいて、第一のコイル４ｃは、第二のコイル５ｃより１ターン分ターン数が多い。
【００４８】
実施例４のフィラメント１ｃのように各コイルのターン数は、同一でなくてもよく、異なるものとすることができる。
【実施例５】
【００４９】
以下に、本発明の実施例５に係るフィラメント１ｄについて、図４（ｄ）を参照して説明する。
【００５０】
実施例５に係るフィラメント１ｄは、組み合わせるコイル数が異なること以外の構成に関しては、実施例１のフィラメント１の構成と同一である。実施例５に係るフィラメント１ｄは、第一のコイル４ｄ、第二のコイル５ｄ、および第三のコイル６ｄの三つのコイルを備えている。
【００５１】
実施例５に係るフィラメント１ｄのように、組み合わせるコイル数は任意のものとすることができる。
【００５２】
このとき、コイル間に空間が確保できるよう、例えば線径および中心径が同じコイルを用いる場合には、コイル数をａとした場合に、コイルピッチは（ａ＋１）×１００％とすることが好ましい。
【実施例６】
【００５３】
以下に、本発明の実施例６に係るフィラメント１ｅについて、図５（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。
【００５４】
実施例６に係るフィラメント１ｅは、第一のコイル４ｅと第二のコイル５ｅのコイル径が異なること以外の構成に関しては、実施例１のフィラメント１の構成と同一である。
【００５５】
図５（ｂ）に本実施例の各コイルの径を説明するための模式図を示す。
第一のコイル外径（ｏｄ１）は第二のコイル外径（ｏｄ２）より大きく、第一のコイル内径（ｉｄ１）は第二のコイル内径（ｉｄ２）より大きい。ここで、第二のコイル外径（ｏｄ２）は第一のコイル内径（ｉｄ１）より大きく、第二のコイル内径（ｉｄ２）は第一のコイルの外形（ｏｄ１）より小さく、主軸方向に各コイルが重なる領域が存在している。つまり、図５（ｂ）の断面図において、第一のコイルと第二のコイルが部分的に重なっている。
【００５６】
実施例６に係るフィラメントのように、各コイル径（コイル外径、コイル内径、コイル中心径）は、異なるものを用いることもできる。ただし、コイル径が異なる場合においても、いずれのコイルも、コイル外径が他のコイルの内径より大きく、かつ、コイル内径が他のコイル外径より小さいものを用いる。つまり、一のコイルが他のコイルに取り囲まれることのないよう（一のコイルが他のコイルの空芯内に納まることのないよう）構成する。このような構成により、一のコイルが他のコイルにより取り囲まれてしまうことによって起こる、フィラメント小型化が妨げられること、放射光の遮蔽、および熱籠りなどの問題を抑制することができる。
【００５７】
尚、本発明の発光装置は、上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることは勿論である。
【００５８】
例えば、上記実施例において、適宜ピッチ間ショートを防ぐために、単コイルの線材を絶縁膜で被覆する、各ターン間を絶縁物で埋めるなど適宜な構成をとることができる。例えば、安定化ジルコニアなどからなる耐熱絶縁被膜をタングステン線材に設けたものを用いることができる。
【００５９】
例えば、上記実施例においては、一の単コイルにおいて、各ターンのピッチやコイル径は同一としているが、適宜ピッチやコイル径を異なるものとしてもよい。例えば、中央部のピッチを両端部より密とすることができる。
【００６０】
例えば、上記実施例においては、単コイルの巻き形状を円形としたが、楕円形状などとしてもよい。
【００６１】
例えば、上記実施例においては、断面が円形の線材を用いた単コイルを用いたが、断面が楕円形状の線材を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１：フィラメント
２：ガラスバルブ
３：導入線
４：第一のコイル
５：第二のコイル
６：第三のコイル
７：封止部
８：ブリッジガラス
１０：白熱電球
【図１】
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【図２】
2015065006.tif 000004
【図３】
2015065006.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015065006.tif 000007