(57)【要約】【課題】マイクロキャビティの形状、配置や寸法などを規制することによって白熱体の早期損傷が防げる、発光効率、寿命特性や耐衝撃性の向上がはかれる白熱電球を提供することを目的とする。【解決手段】透光性気密容器１と；透光性気密容器１内に導入された少なくとも一対のリード線３，４と；高融点材料からなる板状体表面に整列した複数の方形のマイクロキャビティＭＣ、…を有し、各マイクロキャビティＭＣ、…が隣接する行列のマイクロキャビティＭＣ、…と点対称の位置にある交互行列が半ピッチずれた関係にあって、各マイクロキャビティＭＣ、…の開口部の最大差し渡し長さが０．３〜１．０μｍ、深さが開口部の最大差し渡し長さの１０倍以上で、かつ、隣接するキャビティＭＣ、…間の壁厚が０．３〜１．０μｍであるとともにリード線３，４に接続された白熱体２と； 透光性気密容器１内に封入された不活性ガスと；を具備している白熱電球Ｌである。【選択図】図２
2007317620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性気密容器と；
透光性気密容器内に導入された少なくとも一対のリード線と；
高融点材料からなる板状体表面に縦横に整列した複数の方形のマイクロキャビティを有し、各マイクロキャビティが一方の方向に整列するマイクロキャビティ列に対して隣接するマイクロキャビティ列の各マイクロキャビティの配置が半ピッチずれた関係にあって、各マイクロキャビティの開口部の最大差し渡し長さが０．３〜１．０μｍ、深さが開口部の最大差し渡し長さの２倍以上で、かつ、隣接するキャビティ間の壁厚が０．３〜１．０μｍであるとともにリード線に接続された白熱体と；
透光性気密容器内に封入された不活性ガスと；
を具備していることを特徴とする白熱電球。
【請求項２】
白熱体は、少なくとも片面にマイクロキャビティを形成したリボン状の板状部材からなり、板状部材がマイクロキャビティ形成側を外側にしてコイル状に巻回されていることを特徴とする請求項１記載の白熱電球。
【請求項３】
白熱体は、少なくとも片面にマイクロキャビティを形成した板状部材からなり、かつ、１ないし複数の板状部材がそれぞれ外側に向いたマイクロキャビティを有しているとともに管軸の周りに等配されていることを特徴とする請求項１記載の白熱電球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロキャビティを備えた白熱電球に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロキャビティは、John．F.Waymouthが、空洞量子電磁気学の理論を応用して提唱した構造で、ある放射体からの放射波長（輻射）域を制限できるような選択波長放射体のことである。
【０００３】
上記理論を実際に応用した白熱電球は既知である（例えば、特許文献１および２など
を参照。）。この白熱電球においては、タングステンなどの高融点材料からなる基体の表面に正方形や円形の開口を有するマイクロキャビティを規則的に形成することが必要となる。
【０００４】
上記選択波長放射体においては、マイクロキャビティからはカットオフ波長以上のフォトンが放出されることがなく、その放射束は黒体レベル（タングステンの１／１０）に近づくために、発光効率が高くなるとされている。その動作原理は、空洞量子電磁気学に基づいており、マイクロキャビティの開口径の２倍より大きい波長は、マイクロキャビティの内部で抑制され、それ以外の波長は放射される。
【０００５】
したがって、マイクロキャビティのカットオフ波長を赤外域に設定して、マイクロキャビティを加熱すれば、プランクの放射則から可視光の放射が増え、発光効率が高くなるということである。
【０００６】
例えば０．３５μｍの開口径を有するマイクロキャビティであれば、波長０．７μｍ以上の赤外域は放射されず、可視光のみが放射されることになる。そこで、このマイクロキャビティを白熱電球の発熱体として応用した場合には、発熱体温度が２０００〜２１００Ｋ、寿命１００００時間、発光効率６０〜８０ｌｍ／Ｗで、一般照明用の８０Ｗの白熱電球と比較すると、発光効率が４倍以上、寿命が５倍以上となる画期的な諸特性が得られるとされている。
【０００７】
そして、複数のマイクロキャビティは基体の表面に縦横の規則正しい等寸位置（格子状）に形成されていたり（上記特許文献１に記載。）あるいは縦横の隣接する交互行列をずらした規則正しい位置に形成されていたり（上記特許文献２に記載。）している。
【特許文献１】特開平０３−１０２７０１号公報
【特許文献２】特開２００４−２５９６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記従来技術における複数のマイクロキャビティの配設位置関係では、不具合が発生するという問題がある。すなわち、特許文献１に記載のように正四角形状に開口したマイクロキャビティが縦横に格子状に配設形成されていると、隣接しているマイクロキャビティとの相互の縦（行）辺および横（列）辺が相対しているため両者間に介在する壁の強度が機械的にも熱的にも弱くなる。
【０００９】
そして、マイクロキャビティを密接して形成した場合などに、振動や衝撃が加わったときの影響で一部の壁が変形や崩れると隣り合うマイクロキャビティも共通の同じ壁で形成されているため連鎖的に多くの壁が崩壊など変形し、放射波長に影響のあるマイクロキャビティの大きさが変わるなど白熱体を損傷して発光効率の低下を招く不具合がある。
【００１０】
また、特許文献２など円形状に開口した複数のマイクロキャビティを形成したものでは、隣接しているマイクロキャビティ相互の間には１点に最短間隔（壁厚）を有し、この最短間隔部から離間するに従いマイクロキャビティを形成する壁の厚さが厚くなって面全体から放射する赤外波長が増加するなどの問題があるとともに隣接するマイクロキャビティ間の最短間隔部分は壁厚が最も薄いので強度的、熱的に弱く、この部分から破損して上述したと同様な不具合を生じることがある。
【００１１】
本発明は、上記不具合を解決するためになされたもので、マイクロキャビティの形状、配置や寸法などを規制することによって白熱体の早期損傷が防げる、発光効率や寿命特性の向上がはかれる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】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の白熱電球は、透光性気密容器と；透光性気密容器内に導入された少なくとも一対のリード線と；高融点材料からなる板状体表面に縦横に整列した複数の方形のマイクロキャビティを有し、各マイクロキャビティが一方の方向に整列するマイクロキャビティ列に対して隣接するマイクロキャビティ列の各マイクロキャビティの配置が半ピッチずれた関係にあって、各マイクロキャビティの開口部の最大差し渡し長さが０．３〜１．０μｍ、深さが開口部の最大差し渡し長さの２倍以上で、かつ、隣接するキャビティ間の壁厚が０．３〜１．０μｍであるとともにリード線に接続された白熱体と； 透光性気密容器内に封入された不活性ガスと；を具備していることを特徴としている。
【００１３】
上記マイクロキャビティは、板状部材の表面に縦横に等間隔に配設されており、かつ、１列おきに半ピッチ（１ピッチは縦横に隣接するマイクロキャビティ形成中心線間の間隔を意味する。）ずれた位置に整列形成されている。すなわち各マイクロキャビティ（最外行列を除く）は、自マイクロキャビティを中心として模式的にはＸ文字の交点および各先端部位置に、隣接する行列（縦横）のマイクロキャビティが配設された点対称の位置関係としている。
【００１４】
したがって、各キャビティを区隔形成する各辺の壁のうち、一方の方向に平行な一対の辺の中間部には隣接するキャビティ列の一方の方向に直交する辺に相当する部分が存在するように形成できるので、マイクロキャビティの区隔壁の強度が向上する。
【００１５】
そして、本発明では形成された上記マイクロキャビティの最大差し渡し長さ、深さおよび壁厚を規制することにより、所望のカットオフ波長の高精度に制御できる。
【００１６】
また、白熱体はマイクロキャビティを形成した面を光放射方向に向けて配設される。
【００１７】
なお、本発明中での板状部材の表面に縦横に形成されるマイクロキャビティの行列とは、板状部材の長手方向に形成されたマイクロキャビティ群を行（縦）とした場合は、短尺方向が列（横）であり、また、短尺方向を行（縦）とした場合は、長手方向が列（横）を意味する関係にある。
【００１８】
本発明の請求項２に記載の白熱電球は、 白熱体が少なくとも片面にマイクロキャビティを形成したリボン状の板状部材からなり、板状部材がマイクロキャビティ形成側を外側にしてコイル状に巻回されていることを特徴としている。
【００１９】
白熱体がマイクロキャビティを形成したリボン状の板状部材を、マイクロキャビティ形成側を外側にしてコイル状に巻回構成され、コイル軸周りに均一な発光がなされる作用を奏する。
【００２０】
本発明の請求項３に記載の白熱電球は、 白熱体が少なくとも片面にマイクロキャビティを形成した板状部材からなり、かつ、１ないし複数の板状部材がそれぞれ外側に向いたマイクロキャビティを有しているとともに管軸の周りに等配されていることを特徴としている。
【００２１】
白熱体が、マイクロキャビティを形成した板状部材をマイクロキャビティ形成側を外側にして筒状体の中心軸周りに角筒形状や円筒形状に形成したものからなり、この筒状体は１枚の板状部材を折り曲げたものでもあるいは複数枚の板状部材を接続することによっても形成できるとともに白熱体軸周りに均一な発光がなされる作用を奏する。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１記載の発明によれば、マイクロキャビティの配置構造を最適化することにより、白熱体のマイクロキャビティの崩壊を抑制して白熱体の強度向上がはかれ発光効率（ｌｍ／Ｗ）、寿命などの特性および衝撃や振動などの耐衝撃性に優れた白熱電球を提供することができる。また、白熱体を構成する板状部材にマイクロキャビティを高密度で形成できるので発光効率の向上がはかれる。
【００２３】
請求項２および３記載の発明によれば、白熱体の軸周りに均一な発光がなされる配光特性の向上した白熱電球を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図１ないし図４を参照して説明する。 図１は白熱電球の正面図、図２は白熱体の構成部材を模式的に示す一部を拡大した斜視図、図３は図２中のａ−ａ線に沿って縦断した部分を示す要部の拡大断面図、図４は白熱体の斜視図である。
【００２５】
白熱電球Ｌは、透光性気密容器１、白熱体２、リード線３、４および口金５とで構成されている。
【００２６】
透光性気密容器１は、ガラス、セラミックスまたは合成樹脂などの透光性材料で所望の形状および大きさに成形された通常バルブと呼ばれているものからなり、内部にアルゴンやクリプトンなどの不活性ガスや窒素ガスが所定圧封入されている。なお、透光性気密容器１は透明でもよいし、内面にシリカ微粉末などからなる光拡散膜やアルミニウムなどからなる光反射膜が形成してあってもあるいは着色されていてもよい。
【００２７】
また、透光性気密容器１がガラスで形成されている場合、一般照明用白熱電球におけるように既知のガラスステムを備えた構造を採用することができる。また、上記透光性気密容器１の端部に直接あるいはガラスステムなどを介し少なくても一対のリード線３、４を気密貫通させてある。
【００２８】
白熱体２は、高融点材料、例えばタングステン薄板（箔）の片面の表面に図２，３に示すような開口部が正四角形の四角筒体状の空洞をなす複数のマイクロキャビティＭＣ、…が形成された板状部材２Ａから構成される。
【００２９】
上記マイクロキャビティＭＣ、…は、板状部材２Ａの表面に一方向に向けて等間隔で形成されて、マイクロキャビティ列を構成している。各イクロキャビティＭＣ、…はかつ、１列おきに半ピッチ（１ピッチは縦横の隣接するマイクロキャビティＭＣ形成中心線間の間隔を意味する。）ずれた位置に形成されている。すなわちどのマイクロキャビティＭＣ（最外行列を除く）も、自キャビティＭＣを中心として模式的にはＸ文字の交点および各先端部位置に、隣接する行列（縦横）のマイクロキャビティＭＣが配設された点対称の位置関係にある。
【００３０】
また、開口部が正四角形の四角筒体状をなす上記マイクロキャビティＭＣは、各マイクロキャビティＭＣの開口部の最大差し渡し長さが０．３〜１．０μｍ、深さが上記差し渡し長さの２倍以上で、かつ、隣接する行列（縦横）のキャビティＭＣ、ＭＣ間のピッチ（中心線間隔）が０.５〜２．０μｍ、壁厚が０．２〜１．０μｍで形成してある。（なお、上記イクロキャビティＭＣは、微小なものであり、図面中では一部のみ模式的に表示している。（図２、５、６では省略。））
そして、この実施の形態の場合、上記板状部材２Ａを４枚、マイクロキャビティＭＣ形成側を外側に向け正四角筒状体に接続一体化して、板状部材２Ａ、…を管軸の周りに等配した図４に示すような白熱体２構造をしている。また、この白熱体２はサポート線３ａ、…、４ａ、…を介し上記リード線３、４に接続支持され、リード線３、４の他端は口金５に接続している。
【００３１】
口金５は、汎用のＥ形などからなるものが透光性気密容器１のネック部に装着固定され、図示しないランプソケットに取り付けられることで白熱電球を機械的に支持するとともに電気的に電源に接続され、点灯させることができる。
【００３２】
なお、上記マイクロキャビティＭＣの開口部の大きさによりカットオフ波長の設定が行われるが、キャビティＭＣの開口部の最大差し渡し長さが０．３μｍ未満であるとカットオフ波長が０．６μｍより短くなり、可視光線の大半を放出されないなどの不具合があり、また、１．０μｍを超えるとカットオフ波長が２μｍ以上となり大半の近赤外線が放出されるので発光効率が十分上がらないなどの不具合があり、この長さは好ましくは０．４〜０．６μｍ程度であった。
【００３３】
また、キャビティＭＣの深さは、開口部の最大差し渡し長さの２倍未満であると発光効率が上がらないなどの不具合があり、また、１０倍を超えると機械的および熱的な強度が低下するなどの不具合があった。
【００３４】
また、隣接する行列（縦横）のキャビティＭＣ、ＭＣ間のピッチ（中心間隔）が０．５μｍ未満であると機械的および熱的な強度が低下するなどの不具合があり、また、２．０μｍを超えるとマイクロキャビティ形成面のマイクロキャビティＭＣ形成部の積算面積が非マイクロキャビティＭＣ形成部の積算面積より小さくなり発光効率が上がらないなどの不具合があり、好ましくは０．７〜１．８μｍ程度であった。
【００３５】
さらに、キャビティＭＣ、ＭＣ間の壁厚が０．２μｍ未満であると機械的および熱的な強度が低下するなどのことがあり、また、１．０μｍを超えるとマイクロキャビティ形成面のマイクロキャビティＭＣ形成部の積算面積が非マイクロキャビティＭＣ形成部の積算面積より小さくなり発光効率が上がらないなど上記キャビティＭＣ、ＭＣ間のピッチ（中心間隔）と同様な不具合があった。
【実施例】
【００３６】
白熱体２：タングステン材料からなる長さ約１０ｍｍ、幅約３ｍｍ、厚さ約１ｍｍの板
状部材を４枚接続して正四角形筒状体に形成。
【００３７】
マイクロキャビティＭＣ：キャビティ形成数（板状部材１枚当り）2.000行Ｘ6.000列、
一辺の長さ    約０．６μｍ、
開口部の最大差し渡し長さ    約０．８μｍ、
深さ          約７．５μｍ、
隣接する行列のキャビティ間の中心間隔  約１．０μｍ、
壁厚          約０．３μｍ、
透光性気密容器１、封入ガス、リード線３，４および口金５は、一般照明用白熱電球の仕様
[比較例]
白熱体に形成してあるマイクロキャビティの行列（縦横）配置が格子状（模式的には四角隅部に在る）である以外は、実施例と略同構造、略同数値である。
【００３８】
実施例と比較例の発光効率および寿命特性は次のとおり。
【００３９】
ｌｍ／Ｗ          寿命（時間）
実施例        ４０            ６．０００
比較例        ４０            ５．０００
上記本発明に関わる白熱電球Ｌは、白熱体２を構成する板状部材２Ａに縦横に形成されたマイクロキャビティＭＣの配置を１行列置きにピッチをずらしたことにより、隣接したキャビティＭＣと対向する壁が均一の壁厚でなく周囲辺の中央部においては１行（列）隔てた行（列）のキャビティＭＣと対向しているので中央部では壁厚が厚くなる。
【００４０】
したがって、マイクロキャビティＭＣを形成する周囲の壁は中央部において厚く、キャビティＭＣ角部近くの壁を補強することになるので、経時して白熱体２が劣化などしてきて衝撃や振動などを受けてもキャビティＭＣ周囲の壁の崩壊を抑制してキャビティＭＣの強度の向上がはかれる。
【００４１】
また、マイクロキャビティＭＣを構成する周囲壁の強度向上がはかれることから、板状部材２Ａに縦横に形成するマイクロキャビティＭＣの形成密度を高め単位面積当りのキャビティ数の増加が可能となって、発熱体２の効率および寿命の向上をはかることができる。
【００４２】
そして、本発明に関わる白熱電球Ｌは、比較用の電球に対し発光効率（ｌｍ／Ｗ）、寿命および耐衝撃性に優れるとともに従来の一般照明用電球の照明器具に装着して用いることができる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施の形態に示す白熱電球の構造に限るものではない。例えば白熱体を構成する材料は、タングステンに限らず白熱体の動作温度が２０００〜２１００ｋ程度とすることができるのでタンタル、ニオブ、モリブデンなどの金属やこれら金属の合金あるいはカーボンなどの高融点材料からなる薄板状体を用いることができる。また、板状の白熱体はマイクロキャビティを形成した面の反対面に傍熱ヒータなどを配置した加熱手段が設けられていてもよい。
【００４４】
また、マイクロキャビティは、板状部材の少なくとも一面に形成され、白熱体構成時にマイクロキャビティ形成面が光放射側に在ればよく、また、マイクロキャビティが形成されていない表面を鏡面加工しておくことにより、放射率を抑制することができる。白熱体は１枚ないし複数枚の板状部材で構成されるが、リボン状の板状部材を図５に正面図で示すようにコイル状に巻回してもあるいは２枚の板状部材を背中合わせに接続したり、複数枚を４枚に限らず多数枚用い多角筒状や円筒状に筒状体軸の周りに等配して接続して構成してもよい。
【００４５】
板状部材の表面にマイクロキャビティを形成する手段は、リソグラフィによるものやフェムト秒レーザにより行うことができる。
【００４６】
また、開口部は角筒体状の凹所をなすマイクロキャビティは空洞内部に比べ横断面積が小さくてもよく、また、空洞内の角部や開口部に多少の凹凸や丸みが生じていても差し支えない。また、マイクロキャビティは、板状部材の少なくとも一面に形成され、白熱体構成時にマイクロキャビティ形成面が光放射側に在ればよい。
【００４７】
この板状部材の表面に形成される複数のマイクロキャビティの方形の開口部の形状は、正四角形が好ましいが、変形例としては最小壁厚部分を長く確保できる図６（ａ）にその要部を模式的に正面図で示す正六角形などであってもよい。また、キャビティＭＣの方向を図６（ｂ）に示すように交互に変えても（ここでは約４５°回転させてある。）よい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態を示す白熱電球の正面図である。
【図２】図１の白熱電球に用いられた白熱体の構成部材を模式的に一部を拡大して示す斜視図である。
【図３】図２中のａ−ａ線に沿って切断した部分を示す要部の拡大断面図である。
【図４】図１に示す白熱電球に用いられた白熱体の斜視図である。
【図５】本発明に用いられる白熱体の他の実施の形態を示す正面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）本発明に用いられる白熱体を形成する方形のマイクロキャビティの他の実施の形態を模式的に示す正面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…透光性気密容器、  ２…白熱体、  ２Ａ…板状部材、  ３、４…リード線、  
５…口金、  ＭＣ…マイクロキャビティ、
【図１】
2007317620.tif 000003
【図２】
2007317620.tif 000004
【図３】
2007317620.tif 000005
【図４】
2007317620.tif 000006
【図５】
2007317620.tif 000007
【図６】
2007317620.tif 000008