(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にフィラメントコイルを有する発光部、および前記発光部の一端部に連設され、かつ導入箔が封止された封止部を備えた発光管と、前記封止部に設けられた口金とを備え、前記フィラメントの両端部には、内部導入線の一端部がそれぞれ接続され、前記内部導入線の他端部には前記導入箔を介して外部導入線の一端部がそれぞれ接続されているとともに、前記外部導入線の他端部は前記発光管外にそれぞれ導出しており、前記外部導入線の一方は前記口金に、かつ他方はヒューズを介して前記口金に接続されたハロゲン電球であって、前記封止部内に位置する部分全体に亘って前記内部導入線の線径が、前記発光部内に位置する前記内部導入線の線径よりも細く、前記発光部内に位置する前記内部導入線の線径をｄ１（ｍｍ）、前記封止部内に位置する前記内部導入線の線径をｄ２（ｍｍ）としたとき、線径ｄ２（ｍｍ）がｄ２≧０．１ｍｍであり、かつｄ１／ｄ２≧２．０を満足することを特徴とするハロゲン電球。
【請求項２】
前記発光管が閉塞部、球形状の膨出部、筒部、封止部が順次連設されて構成されており、前記フィラメントコイルは、前記膨出部内に位置して設けられていることを特徴とする請求項１記載のハロゲン電球。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハロゲン電球に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の片封止形のハロゲン電球は、図６に示すように、閉塞部２２、筒部２３、封止部２４が順次連設され、かつ内部にフィラメントコイル９を有する発光管２１と、封止部２４に固着された口金７とを備えている。
【０００３】
タングステンからなるフィラメントコイル９は発光管２１の中心軸上に位置して配置され、このフィラメントコイル９の両端部には、２本の内部導入線２５，２６の一端部がそれぞれ接続されている。これら内部導入線２５，２６の他端部は図７に示すように、封止部２４内で導入箔１２，１３、すなわちモリブデンからなる金属箔の一端部にそれぞれ接続されている。導入箔１２，１３の他端部には外部導入線１４，１５の一端部が接続されており、外部導入線１４，１５の他端部は封止部２４から発光管２１の外部に導出されている。また、内部導入線２５，２６の中間部はステム１６で保持され、外部導入線１４，１５はそれぞれ口金７に接続されている。一方の外部導入線１４，１５は口金７にヒューズ１７を介して接続されている。
【０００４】
かかる従来のハロゲン電球において、ランプ寿命終了時にフィラメントコイルが断線すると、その断線箇所を起点としてアーク放電が発生することがある。このようなアーク放電が発生すると大電流が流れるので、通常はランプ内、すなわち口金７内に具備された安全保護素子であるヒューズ１７が溶断して通電を絶ち、再点灯を不能にする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のハロゲン電球では、ヒューズ１７を具備しているにもかかわらず、特にランプ寿命終了時に確率として非常に希ではあるが発光管２１の破損が発生し、発光管材料である石英が飛散することがあった。
【０００６】
この破損について解析を行なったところ、ランプ寿命終了時のフィラメントコイル９の断線によって、断線箇所を起点としてアーク放電が誘発され、フィラメントコイル９の両端部間および、そのアーク放電が各々対峙する内部導入線２５，２６間で誘発され、それが持続したまま、やがて封止部２４の近傍に達する。
封止部２４内の内部導入線２５，２６の周囲には、小さな隙間部分が生じているが、この隙間部分に、ヒューズ１７が溶断する以前に、アーク放電による増加した封入圧力および熱衝撃が加わって、発光管２１が破損していることがわかった。つまり、アーク放電の誘発による発光管２１の破損を防止するために装備されたヒューズ１７が、本来の機能を果たしていないことがわかった。
【０００７】
本発明は、フィラメントコイルの断線によるアーク放電が発生しても、発光管の破損が生じることのない安全なハロゲン電球を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のハロゲン電球は、内部にフィラメントコイルを有する発光部、および前記発光部の一端部に連設され、かつ導入箔が封止された封止部を備えた発光管と、前記封止部に設けられた口金とを備え、前記フィラメントの両端部には、内部導入線の一端部がそれぞれ接続され、前記内部導入線の他端部には前記導入箔を介して外部導入線の一端部がそれぞれ接続されているとともに、前記外部導入線の他端部は前記発光管外にそれぞれ導出しており、前記外部導入線の一方は前記口金に、かつ他方はヒューズを介して前記口金に接続されたハロゲン電球であって、前記封止部内に位置する部分全体に亘って前記内部導入線の線径が、前記発光部内に位置する前記内部導入線の線径よりも細く、前記発光部内に位置する前記内部導入線の線径をｄ１（ｍｍ）、前記封止部内に位置する前記内部導入線の線径をｄ２（ｍｍ）としたとき、線径ｄ２（ｍｍ）がｄ２≧０．１ｍｍであり、かつｄ１／ｄ２≧２．０を満足した構造を有する。
【０００９】
これによって、ランプ寿命終了時において、アーク放電が誘発されてもヒューズが溶断しない場合、封止部に加わる増加した封入圧力および熱衝撃等の応力を軽減できるので、発光管の破損を抑制することができる。
特に、前記発光部内に位置する前記内部導入線の線径をｄ１（ｍｍ）、前記封止部内に位置する前記内部導入線の線径をｄ２（ｍｍ）としたとき、線径ｄ２（ｍｍ）がｄ２≧０．１ｍｍであり、かつｄ１／ｄ２≧２．０を満足するランプ寿命終了時にフィラメントコイルが断線してアーク放電が発生し、それによって増加した封入圧力や熱衝撃が封止部に加わっても、封止部に加わる封入圧力や熱衝撃を一層軽減することができる。また、機械的強度が一層向上し、フィラメントコイルの発光管に対する中心性の維持を一層確実にすることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記発光管が閉塞部、球形状の膨出部、筒部、封止部が順次連設されて構成されており、前記フィラメントコイルは、前記膨出部内に位置して設けられている構成を有する。
【００１１】
これにより、アーク放電が封止部側に達しにくくなる。つまり膨出部は筒部よりも太く形成されるので、フィラメントの断線間で生じるアーク放電を膨出部内で留めることができアーク放電が封止部に達する時間を長くできるとともに、アーク放電が封止部に達する前にヒューズを溶断でき、このため封止部を破損させることがない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、本発明の一実施の形態の片封止形ハロゲン電球（以下、本発明品という）は、閉塞部２、球形状の膨出部３、円筒部４が順次連設された発光部５、および円筒部４に連設された封止部６からなる発光管１と、封止部６に固着された口金７とを備えている。
【００１５】
発光管１内には不活性ガスおよび微量のハロゲン有機化合物の混合ガスが０．６ＭＰａ封入されており、また、発光管１の表面にはＴａ2Ｏ5−ＳｉＯ2の多層干渉膜からなる赤外線反射膜８が形成されている。
【００１６】
膨出部３内の中心軸付近にタングステンからなるフィラメントコイル９が配置され、フィラメントコイル９の両端部には、２本の内部導入線１０，１１の一端部がそれぞれ接続されている。内部導入線１０，１１の他端部は封止部６内において気密に封止されたモリブデンからなる導入箔１２，１３の一端部にそれぞれ接続されている。導入箔１２，１３の他端部には外部導入線１４，１５の一端部がそれぞれ接続されており、外部導入線１４，１５の他端部は封止部６から外部にそれぞれ導出されている。
【００１７】
フィラメントコイル９と封止部６との間に位置する内部導入線１０，１１の中間部はステム１６で保持されている。外部導入線１４，１５はそれぞれ口金７に接続されている。一方の外部導入線１４は、安全保護素子としてのヒューズ１７を介して口金７に接続されている。ヒューズ１７は線径０．１４ｍｍの銅−ニッケル合金線を用いた。他方の外部導入線１５は、電流導入線１８を介して口金７に接続されている。
【００１８】
そしてこのような本発明品は、口金７を介し、外部導入線１４，１５を通じて電流が供給されると、フィラメントコイル９が発光する。そして、フィラメントコイル９から放出された赤外放射は発光管１の外表面に形成されている赤外線反射膜８によって再びフィラメントコイル９へと効率的に反射されるとともに、フィラメントコイル９の再加熱に利用され、これによって高いランプ効率が実現できる。
【００１９】
さらに本発明品においては、図２に示すように、発光部５内に位置する内部導入線１０，１１の線径ｄ１を０．２８ｍｍとし、円筒部４と封止部６とを境として、封止部６内に位置する内部導入線１０，１１の部分１９，２０の線径ｄ２を０．１４ｍｍと縮径している。
【００２０】
このような構成により、本発明品は、ランプ寿命終了時におけるフィラメントコイル９の断線によって、アーク放電が誘発されたにもかかわらずヒューズ１７が溶断されない場合、アーク放電の熱によって発光管１内の圧力が急激に上昇するが、封止部６に加わる封入圧力や熱衝撃等の応力を軽減できるため、発光管１の破損を抑制することができる。
【００２１】
なお、上記実施形態はランプ電力９０Ｗの片封止形ハロゲン電球であるが、６５Ｗ、５０Ｗについても同様である。
【００２２】
次に、本発明品と同様な構成で、異なるのは、閉塞部、筒部、封止部と順次連設された円筒形状の発光管を有し、内部導入線１０，１１の線径ｄ１が０．２８ｍｍであり、円筒部４と封止部６とを境として、封止部６内に位置する内部導入線１０，１１の部分１９，２０の線径ｄ２も線径ｄ１と同様に０．２８ｍｍとした片封止形ハロゲン電球（以下、比較品という）を定格電圧である１１０Ｖで水平点灯させた状態で落下衝撃を与え、フィラメントコイル９を断線させ、その時のアーク放電の誘発から発光管１の破損に至る現象を高速度ビデオカメラとオシロスコープを用いて観測した。なお、この観測において、比較品としては、９０Ｗタイプで、ヒューズ１７を用いず外部導入線１４を直接口金７に接続したものを用いた。
【００２３】
その結果、フィラメントコイル９の断線と同時に、その断線箇所を起点としてアーク放電が誘発されて、時間の経過とともにアーク放電は内部導入線１０，１１間に移行し、次いでアーク放電はステム１６の上側の内部導入線１０，１１間からステム１６の下側の内部導入線１０，１１間へと移行することがわかった。
また同時に、アーク放電による熱のため、急激に上昇した発光管１内の圧力や、アーク放電による熱衝撃が、封止部６に大きな応力を発生させることが分かった。
【００２４】
比較品（サンプル数１００）については、アーク放電の発生によって１００個のうち８８個が封止部６において破損し、残り１２個は破損せずにそのままアーク放電が停止したことが確認された。しかしながらこの破損しなかった１２個の比較品のうち８個において、封止部６に微小クラックが発生していることが確認された。
【００２５】
次に、この比較品において封止部６が破損しなかったものと、破損したものについて検討を行ったところ、円筒部４と封止部６との境に位置する内部導入線１０，１１の周囲に形成される封止部６の隙間が、破損の原因に関連することが分かった。
【００２６】
すなわち、内部導入線１０，１１の封止部６に位置する部分１９，２０の周辺部には、図３に示すような小さな隙間（隙間長２ＣＡ）が存在する。封入圧力による急激な圧力上昇がみられると、上述のとおり、小さな隙間に応力集中が起こる。隙間先端に発生する最大応力σＡmaxは、σＡmax＝２σ０（ＣＡ／ρ）０．５であり、ここでσ０は基準応力、ρは先端曲率半径を示す。
【００２７】
ピンチ封止ではρを一定とみなせるためσＡmaxはＣＡに依存する。したがって、封止部６に加わる最大応力を小さくするためには、隙間長２ＣＡを短くすればよい。そして、隙間長２ＣＡを短くするためには、内部導入線１０，１１の封止部６内に位置する部分１９，２０の線径を細くすれば実現できる。
【００２８】
本発明品において、１００個を上記と同様にして試験した結果、２２個が封止部６において破損し、残り７８個は破損せずにそのままアーク放電が停止したことが確認された。そしてこの破損しなかった７８個の本発明品のうち、封止部６に微小クラックが発生しているのはわずか８個であることがわかった。
【００２９】
すなわち、封止部６内に位置する内部導入線１０，１１の部分１９，２０の線径ｄ２を発光部５内に位置する内部導入線１０，１１の線径ｄ１よりも細くすることによって、封止部６に加えられる最大応力を軽減でき、その結果、従来よりも安全性を高めることができた。
【００３０】
さらに線径ｄ１と線径ｄ２との比率を変化させて上記と同様にヒューズ１７を用いずに点灯落下衝撃試験を行なった時の破損割合を確認したところ、図４に示すような結果が得られた。つまりｄ１／ｄ２＝２．０を境にして、 ｄ１／ｄ２＜２．０になると封止部６の破損割合が急激に増加し、また、ｄ１／ｄ２≧２．０になると封止部６の破損割合が大幅に減少することが確認された。
【００３１】
また本発明品では、発光管１に膨出部３を具備していることによって、破損割合が減少していることも、図４から確認できる。これは膨出部３内にフィラメントコイル９が収容されているので、アーク放電が封止部６側に達しにくいためであり、つまり膨出部３は円筒部４よりも内径を太く形成されるので、膨出部３内で飛散するアーク放電が増加し、封止部６に与える応力を緩和できるためである。
【００３２】
また、封止部６に位置する内部導入線１０，１１の線径ｄ２がｄ２＝０．１４ｍｍである。この時、機械的強度が一層向上し、さらにフィラメントコイル９の発光管１に対する中心性の維持を一層確実に実現することができる。
【００３３】
次に、ｄ１／ｄ２≧２．０を満たす条件下でｄ２の値を変化させた時のランプの発光効率上昇率の関係を図５に示す。なお、○印はｄ１／ｄ２＝２．０、□印はｄ１／ｄ２＝３．０、△印はｄ１／ｄ２＝４．０の場合をそれぞれ示す。
【００３４】
発光効率上昇率とは赤外線反射膜８が発光管１に形成される前と形成された後のランプの発光効率の上昇値を計算したものであり、フィラメントコイル９の発光管１に対する中心性を示す値である。つまり発光管１の中心軸上にフィラメントコイル９が存在する場合、フィラメントコイル９から放射される赤外線は、発光管１に形成されている赤外線反射膜８によって反射され、フィラメントコイル９に帰還するが、中心軸上にない場合は、その帰還率が低くなり、フィラメントコイル９が効率的に再加熱されないため、発光効率の低下につながる。ここでｄ２が小さいと、ピンチ封止を行った際、その封止圧で内部導入線１０，１１の曲がりが生じてしまう確率が高くなり、そのためフィラメントコイル９が発光管１の中心軸上からずれてしまう。
【００３５】
図５から明らかなように、ｄ１／ｄ２の値が変化する時の発光効率上昇率は、ｄ２≧０．１ｍｍの時はほぼ５０％と一定であるが、ｄ２＜０．１ｍｍの時は、円筒部４に位置する内部導入線１０，１１と封止部６内に位置する内部導入線１９，２０の境界部分での曲げなどの影響によって、発光効率上昇率が著しく減少していることが確認できる。またこのとき、境界部分の機械的強度が弱くなり、耐衝撃性、耐震性も同様に低下する。また線径ｄ１と線径ｄ２の境界部分で曲がりが生じやすくなり、フィラメントコイル９の発光管１に対する中心性が悪くなる。中心性が悪くなると、フィラメントコイル９から放射された赤外線が赤外線反射膜に反射されて効率的に、再びフィラメントコイル９に戻らなくなり、発光効率が減少することとなる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ランプ寿命終了時におけるアーク放電が誘発されたにもかかわらずヒューズが溶断しなくても、封止部に加わる応力を軽減でき、発光管破損を抑制することができるハロゲン電球を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるハロゲン電球の一部切欠正面図
【図２】同じく要部拡大正面図
【図３】図１におけるＡ−Ｂ間の拡大断面平面図
【図４】ｄ１／ｄ２値を変化させたときの封止部の破損割合の変化を示す図
【図５】ｄ２が変化したときの発光効率上昇率の変化を示す図
【図６】従来のハロゲン電球の一部切欠正面図
【図７】同じく発光管の円筒部と封止部との境界付近の拡大正面図
【符号の説明】
１  発光管
３  膨出部
４  円筒部
５  発光部
６  封止部
９  フィラメントコイル
１０，１１  内部導入線
１９，２０  封止部に位置する内部導入線
【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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【図６】
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【図７】
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