(57)【要約】【課題】樹脂バルブの温度上昇を抑制された樹脂バルブを有する白熱電球を提供すること。【解決手段】フィラメント４にマイクロキャビティ６を設けることにより、赤外放射の量を減らし、かつ、可視放射を多くすることができ、ランプ効率の向上とともにバルブに樹脂製バルブ１を用いた場合でも樹脂製バルブ１の温度を格段に低く保つことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂製バルブと、
前記樹脂製バルブに封着されたステムと、
前記ステムに配置された一対のリード線と、
一対の前記リード線に架け渡され、前記樹脂製バルブ内に配置されたフィラメントと、
前記リード線に電気的に接続され、前記フィラメントに電力を供給する口金と、
を備え、
前記フィラメントには複数のマイクロキャビティが設けられている、白熱電球。
【請求項２】
前記ステムは樹脂からなり、
前記ステムと前記フィラメントとの間に、一対の前記リード線を含むように構成されたガラス構造体が配置された、請求項１に記載の白熱電球。
【請求項３】
前記樹脂製バルブの内部に不活性ガスが封入されている、請求項１または請求項２に記載の白熱電球。
【請求項４】
前記マイクロキャビティが円柱形状の孔であり、前記マイクロキャビティのピッチが該円柱形状の直径の２倍以下である、請求項１から３の何れか一つに記載の白熱電球。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、白熱電球に関し、特に、樹脂製バルブを有する白熱電球に関する。
【０００２】
【従来の技術】
白熱電球は、演色性に優れ簡単な使用器具で点灯でき、また歴史的に長く使用されている関係で広く普及している。しかし、フィラメントの発熱による放射を利用する白熱電球は、可視波長域の放射が全体の１０％程度で、それ以外は主に赤外放射が７０％、封入ガスによる熱伝導や対流による熱損失が２０％である。ランプ効率は１５［ｌｍ／Ｗ］程度と低く、赤外放射や封入ガスによる熱損失により、バルブ表面の温度は最大１５０℃まで達する。このため、バルブにソーダガラス、硬質ガラスなど耐熱性のガラス材を使用しており、ランプ取扱い時に破損し、割れたガラス破片でケガをするため、安全性の向上という課題があった。
【０００３】
この安全性を良くする発明として、不燃性ガラスファイバーを混合した合成樹脂をバルブに使用する白熱電球がある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第４７６４７０７号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、合成樹脂に２５％ガラスファイバーを混合することによりバルブの耐熱温度が１４２℃と記載されているが、従来白熱電球のバルブ表面温度が１５０℃にまで達することを考えると、バルブ温度を低減するためにフィラメントとバルブの距離を大きくする必要があり、白熱電球が大型化する。さらに密閉器具などの熱がこもる器具に使用した場合は、バルブ温度が更に上昇し、バルブの耐熱温度以上になる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、樹脂バルブの温度上昇を抑制された樹脂バルブを有する白熱電球を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の白熱電球は、樹脂製バルブと、前記樹脂製バルブに封着されたステムと、前記ステムに配置された一対のリード線と、一対の前記リード線に架け渡され、前記樹脂製バルブ内に配置されたフィラメントと、前記リード線に電気的に接続され、前記フィラメントに電力を供給する口金と、を備え、前記フィラメントには、複数のマイクロキャビティが設けられている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の一つの実施形態は、樹脂製バルブと、前記樹脂製バルブに封着されたステムと、前記ステムに配置された一対のリード線と、一対の前記リード線に架け渡され、前記樹脂製バルブ内に配置されたフィラメントと、前記リード線に電気的に接続され、前記フィラメントに電力を供給する口金と、を備え、前記フィラメントは、複数のマイクロキャビティが設けられている白熱電球である。
【０００９】
また別の白熱電球の実施形態は、前記ステムは樹脂製であり、前記ステムと前記フィラメントとの間に一対の前記リード線を含むように構成されたガラス構造体が配置される。
【００１０】
さらに別の白熱電球の実施形態は、前記樹脂製バルブの内部に不活性ガスが封入されている。
【００１１】
さらに別の白熱電球の実施形態は、前記マイクロキャビティが円柱形状の孔であり、前記マイクロキャビティのピッチが該円柱形状の直径の２倍以下である。
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡素化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１３】
（実施の形態１）
図１にマイクロキャビティを加工したフィラメントと樹脂製バルブを使用した白熱電球の例を示す。白熱電球は、樹脂製バルブ１と、樹脂製バルブ１に封着されたステム２と、ステム２に配置された一対のリード線３と、一対のリード線３に架け渡されて樹脂製バルブ内に配置されたフィラメント４と、リード線３に電気的に接続されて商用電源からフィラメントに電力を供給する口金５とから大きく構成されている。
【００１４】
樹脂製バルブ１は、従来のガラス製のバルブから構成される白熱電球と略同一な形状を持ち、最大径６０ｍｍのポリプロピレンでできた透光性の樹脂からなる。樹脂製バルブ１にはアルゴン（Ａｒ）９２％、窒素（Ｎ２）８％からなる不活性ガスが封入されている（図示せず）。不活性ガスは点灯時に１気圧程度になる量で封入されている。１気圧程度に合わせることで、点灯時の樹脂製バルブ１内部と外部との圧力差を無くすことができ、樹脂製バルブ１の厚みを薄くしても樹脂製バルブ１の破損を抑制できる。なお、不活性ガスは点灯時に１気圧程度になる量で限定されることはなく、１気圧以下でも構わない。不活性ガス量が減るにつれ、不活性ガスの対流による樹脂製バルブ１への熱伝導が少なくなり、樹脂製バルブの温度上昇を抑制するには好ましい。樹脂バルブ１の厚みを厚くすれば、樹脂バルブ１内は真空でも構わない。
【００１５】
ステム２は、鉛ガラスを用いた。なお、樹脂製バルブ１とステム２とは接着剤によって接着している。リード線３は、ニッケルメッキ珪銅製からなり、ステム２に覆われる部分はジュメット線（鉄−ニッケル合金に津尾を被覆した線）からできている。口金５は、Ｅ２６（ＪＩＳ  Ｃ  ７７０９）を使用した。口金５はＥ２６には限定されない。
【００１６】
フィラメント４は幅０．５ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍのリボン形状のものをコイル形状にしたものである。コイル形状にしたフィラメント４の樹脂製バルブ１の外に向く外表面には、複数のマイクロキャビティ６が設けている。マイクロキャビティ６は円柱形状の孔であり、フェムト秒レーザで加工した。マイクロキャビティ６は直径０．４μｍ、ピッチ（隣接するマイクロキャビティ同士の中心軸間の距離）０．８μｍ、深さ２．０μｍである。
【００１７】
図２に上記フィラメント４が２２００Ｋになるように口金５から電力を投入し、放射強度を測定した結果を示す。横軸は放射波長であり、縦軸は分光放射強度である。比較例としてフィラメントにマイクロキャビティ６を加工しなかった従来型フィラメントの例も示す。従来型フィラメントの場合と比較して、本発明のマイクロキャビティ６が設けられたフィラメントを使用した場合は、波長０．８μｍ以上の放射強度が抑えられる傾向にあることがわかる。すなわち、赤外放射を抑制する傾向にある。しかし、波長０．８μｍ以下の放射強度は２倍以上になることが初めてわかった。この作用により、ランプ効率（ｌｍ／Ｗ）は従来の白熱電球の１５（ｌｍ／Ｗ）よりも際だって高くなり、５０（ｌｍ／Ｗ）という３倍以上の効率が得られた。
【００１８】
さらに、樹脂製バルブ１の表面温度を測定した。口金５を上にした状態で２２００Ｋに点灯したところ、樹脂製バルブ１の表面温度は最も高い部分で７０℃であり、従来の白熱電球よりもおよそ８０℃低くなることがわかった。なお、樹脂製バルブ内に不活性ガスを封入しない場合、すなわち、１．０×１０−２Ｐａに減圧した場合は口金５を上にして２２００Ｋで点灯したときの樹脂バルブ１の表面温度の最も高い部分は５０℃であり、従来の白熱電球よりもおよそ１００℃低くなることがわかった。
【００１９】
以上のようにフィラメント４にマイクロキャビティ６を設けることにより、赤外放射の量を減らし、かつ、可視放射を多くすることができ、ランプ効率の向上とともにバルブに樹脂製バルブ１を用いた場合でも樹脂製バルブ１の温度を格段に低く保つことができる。このことにより、樹脂製バルブ１の有した白熱電球の小型化や密閉器具の使用においても、樹脂製バルブ１の耐熱温度以上になる割合をかなり抑制できる。
【００２０】
（実施の形態２）
本実施形態の白熱電球は、図１の実施形態１と比較して、ステム２とフィラメント４との間に一対のリード線３を含むように構成されたガラス構造体７を有している点、および、ステム２が樹脂製（ポリプロピレン製）である点で相違する。その他の構成は図１の実施形態１と同一であるので、実施形態１と同一符号を記して説明を省略する。
【００２１】
ガラス構造体７は鉛ガラスでできており、一対のリード線３を内部に貫通させている。このガラス構造体７は、フィラメント４からの熱がリード線３を伝導して樹脂製のステム２に達し、リード線３に接しているステム２の部分が溶融することを防止する。すなわち、フィラメント４から伝導してきた熱はガラス構造体７全体に拡散し、樹脂製バルブ１内にその熱を放出する。
【００２２】
ステム２とフィラメント４との間に一対のリード線３を含むように構成されたガラス構造体７を設けることによって、フィラメント４からの熱がステム２に達することを抑制でき、ステム２を樹脂製にすることができる。ステム２を樹脂製にすることにより、樹脂製バルブ１とステム２とを同一の樹脂で作ることができ、封着が容易にできる。
【００２３】
続いて、本実施形態の製造方法について説明する。
【００２４】
まず、図４に示すような、フィラメント４が架け渡された一対のリード線３とその一対のリード線３を含むように配置されたガラス構造体７とからなる第１の電極構造体８を準備する。続いて、ポリプロピレン製の第２の電極構造体９を準備する。第２の電極構造体は同材料でできたステム２と排気管１０とを有し、ステム２には一対のリード線３が貫通するリード線３の径よりも僅かに大きい貫通穴が空いている。さらにステム２にはねじ山が形成されている。準備された第１の電極構造体８のリード線３を第２の電極構造体９の貫通穴に通し、第２の電極構造体９を加熱して柔らかくした後、型で成形して貫通穴を埋めてリード線３と第２の電極構造体９とを密着させて第３の電極構造体１１を作る。なお、第２の電極構造体を予め用意せず、リード線３を第２の電極構造体の型に挿入し、溶融したポリプロピレンを型に流し込んで、第２の電極構造体を形成してもよい。
【００２５】
続いて、図５に示すように、ねじ山が設けられた樹脂製バルブ１を準備し、第３の電極構造体１１のステム２に設けられたねじ山と樹脂製バルブ１のねじ山とで接合する。ねじ山構造による接合部は接着剤を流し込んで封着されている。なお、接着剤を用いず、ねじ山同士を熱で溶着させてもよいし、ねじ山自体を設けなくても封着できればよい。
【００２６】
その後、排気管１０から排気し、不活性ガスを封入して排気管１０を溶かして機械で押し切る。最後に、樹脂製バルブ１に口金５を接着剤で取り付け、ステム２から外部に取り出されているリード線３と口金５とを半田付けして白熱電球が完成する。
【００２７】
（他の実施の形態）
上記実施形態では、赤外放射を抑制する構造として、円柱形状のマイクロキャビティ６を用いたが、四角柱形状でも同様な効果が得られる。
【００２８】
隣接するマイクロキャビティ６を上から見た時のマイクロキャビティ６の中心点を結ぶ図形（図１を参照）が正三角形になるようにマイクロキャビティ６を配置した場合、マイクロキャビティ６のピッチは、マイクロキャビティ６の直径の２倍以下が好ましい。これは、マイクロキャビティ６が加工されている面の面積に対するマイクロキャビティ６の孔の面積の比率（開口率）が２０％以上になり、赤外放射を抑制する効果が顕著になるからである。なお、マイクロキャビティ６の外周と隣接するマイクロキャビティ６の外周との最短距離（図１を参照）は、０．１μｍ以上であることが構造的に好ましい。
【００２９】
更に、赤外放射のすべてをカットするには、マイクロキャビティ６の直径は約０．３９μｍとするのが好ましい。また、マイクロキャビティ６の直径をコントロールすることによりカットする波長がコントロールできるので、マイクロキャビティ６の直径を０．３９μｍ以下とすることにより、白熱電球の可視放射の赤成分をカットでき、光色をコントロールできる。ただし、マイクロキャビティ６の直径を０．２７μｍ以下にすると、０．５５５μｍ以上の波長がカットされ、ランプ効率（ｌｍ／Ｗ）を悪化させるので、マイクロキャビティ６の直径は、０．３０μｍ以上が好ましい。
【００３０】
また、フィラメント４の外表面にマイクロキャビティ６を施したが、外表面とその裏面の両方、あるいは側面も含めた全表面に施しても同様な効果が得られる。
【００３１】
更に、フィラメント４はリボン形状のものをコイル形状にしたが、リボン形状に限定されず、また望む電気特性に合わせて、１重コイル、２重コイルや３重コイルにしてもよい。
【００３２】
樹脂製バルブ１はポリプロピレンを用いたが、耐熱温度が８０℃以上で、成形加工性の優れた材質であれば、他の樹脂でもかまわず、機械的強度の強いポリカーボネートやポリスルフォンなども使用可能である。
【００３３】
また、バルブ形状において、本実施形態では白熱電球形状であるが、白熱電球形状に限定されず、楕円形状、円柱形状、星形状など樹脂成形できる形状から選択できる。
【００３４】
【発明の効果】
フィラメント４にマイクロキャビティ６を設けることにより、赤外放射の量を減らし、かつ、可視放射を多くすることができ、ランプ効率の向上とともにバルブに樹脂製バルブ１を用いた場合でも樹脂製バルブ１の温度を格段に低く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の白熱電球の断面図
【図２】マイクロキャビティ６有無による放射強度の傾向を示す図
【図３】本発明の実施形態２の白熱電球の断面図
【図４】電極構造体８，９，１１を示す図
【図５】樹脂バルブ１と電極構造体１１との接合状態を示す図
【符号の説明】
１  樹脂製バルブ
２  ステム
３  リード線
４  フィラメント
５  口金
６  マイクロフィラメント
７  ガラス構造体
８  第１の電極構造体
９  第２の電極構造体
１０  排気管
１１  第３の電極構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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