(57)【要約】【課題】光束及び寿命を確保した状態で小型化が可能であり、外形寸法及び光束を確保した状態で長寿命化が可能であり、外形寸法及び寿命を確保した状態で高光束化が可能な電球用フィラメントを提供すること。【解決手段】芯線２に芯線２よりも径が細い巻付線３を所定のピッチで螺旋状に巻き付けてフィラメント線４を形成し、そのフィラメント線４を所定のピッチで螺旋状に巻いてコイル状の電球用フィラメント１を形成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯線に前記芯線よりも径が細い巻付線が所定のピッチで螺旋状に巻き付けてなるフィラメント線が、所定のピッチで螺旋状に巻かれてなるコイル部を有することを特徴とする電球用フィラメント。
【請求項２】
前記芯線及び前記巻付線はいずれも断面が円形状を呈していることを特徴とする請求項１に記載の電球用フィラメント。
【請求項３】
前記芯線の径をｄ１、前記巻付線の径をｄ２、前記巻付線の巻き付けピッチをＰｄ２及び前記コイル部の外径をＣＤとしたときに、下記式１及び式２が成り立つことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電球用フィラメント。
式１・・・［｛ＣＤ−ｄ１−（２×ｄ２）｝／｛ＣＤ−（２×ｄ１）−（３×ｄ２）｝］×ｄ２＜Ｐｄ２＜（７×ｄ２）
式２・・・（ｄ２／ｄ１）＜０．２５  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電球用フィラメントに関するものであり、詳しくは、電球の発光源に用いるコイル状のフィラメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電球の発光源に用いるコイル状フィラメントとしては、「白熱電球」の名称で開示された特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
開示され白熱電球は、赤外線の放出を低減して発光効率（光束／電力）の向上を図ることを目的としたものであり、図１０にあるように、コイル状に形成された芯金タングステンワイヤー５０の外周に該芯金タングステンワイヤー５０よりも細い細線タングステンワイヤー５１を可視波長レベルまで間隔をつめたピッチで巻付けてなるフィラメント５２を、表面に赤外線反射膜を設けたバルブ内に固定支持した構成を有している。
【０００４】
これにより、電圧印加により加熱された芯金タングステンワイヤー５０から放射されてバルブの表面で反射された赤外線が、細線タングステンワイヤー５１間で反射し吸収されてバルブからの赤外線の放出が少なくなり、発光効率の向上が図られる。というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平５−２０２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記構成からなるフィラメント５２は、芯金タングステンワイヤー５０に対して細線タングステンワイヤー５１を可視波長レベルまで間隔をつめたピッチで巻付けることが必要とされるが、巻付け間隔が密になるにつれてコイル全長に亘って所定の間隔で均一に巻付けることが難しくなり、巻付け精度の低下を招くことになる。
【０００７】
そのため、目的とする発光効率の向上が阻害されると共に発光効率のフィラメント間のばらつきが生じることになる。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、断面積を増やして発光光量を増加させると共に表面積密度を増やして放熱効果を高めることにより、光束及び寿命を確保した状態で小型化が可能であり、外形寸法及び光束を確保した状態で長寿命化が可能であり、外形寸法及び寿命を確保した状態で高光束化が可能であり、且つ前記パラメータを適宜に変えることにより所望の適正化を図るもとができるフィラメントを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、芯線に前記芯線よりも径が細い巻付線が所定のピッチで螺旋状に巻き付けてなるフィラメント線が、所定のピッチで螺旋状に巻かれてなるコイル部を有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記芯線及び前記巻付線はいずれも断面が円形状を呈していることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２において、前記芯線の径をｄ１、前記巻付線の径をｄ２、前記巻付線の巻き付けピッチをＰｄ２及び前記コイル部の外径をＣＤとしたときに、下記式１及び式２が成り立つことを特徴とするものである。
式１・・・［｛ＣＤ−ｄ１−（２×ｄ２）｝／｛ＣＤ−（２×ｄ１）−（３×ｄ２）｝］×ｄ２＜Ｐｄ２＜（７×ｄ２）
式２・・・（ｄ２／ｄ１）＜０．２５  
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、芯線に芯線よりも径が細い巻付線を所定のピッチで螺旋状に巻き付けてフィラメント線を形成し、そのフィラメント線を所定のピッチで螺旋状に巻いてコイル状のフィラメントを形成することにより、光束及び寿命を確保した状態で小型化が可能であり、外形寸法及び光束を確保した状態で長寿命化が可能であり、外形寸法及び寿命を確保した状態で高光束化が可能な電球用フィラメントを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の電球用フィラメントの製造手順に係る説明図である。
【図２】同じく、実施形態の電球用フィラメントの製造手順に係る説明図である。
【図３】同じく、実施形態の電球用フィラメントの製造手順に係る説明図である。
【図４】同じく、実施形態のコイルフィラメントの製造工程に係る説明図である。
【図５】図３のＡ部拡大図である。
【図６】比較例のフィラメントの説明図である。
【図７】実施例のフィラメントの説明図である。
【図８】比較例と実施例における光束の対フィラメント温度特性のグラフである。
【図９】比較例における発光寿命の対フィラメント温度特性のグラフである。
【図１０】従来例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図９を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。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旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【００１５】
図１〜図４は、電球の発光源に用いる本発明のコイル状のフィラメント（以下、「フィラメント」と略称する）の製造手順を説明する説明図である。以下、図1〜図４を参照して製造手順を説明する。
【００１６】
まず、フィラメントの芯線２となる、断面が円形状の高融点金属（例えば、タングステン）線を準備する（図１参照）。
【００１７】
次に、芯線２のタングステン線よりも径が細い、断面が円形状の高融点金属（例えば、タングステン）線からなる巻付線３を準備して、芯線２に所定のピッチで螺旋状に巻き付けてフィラメント線４を形成する（図２参照）。
【００１８】
最後に、芯線２に巻付線３が巻き付けられてなるフィラメント線４を所定のピッチで螺旋状に巻いてフィラメント１を形成する（図３（正面図）及び図４（側面図）参照）。
【００１９】
上記手順を経て製造されたフィラメント１は、図５（図３のＡ部拡大図）にあるように、フィラメント１の芯線２の径をｄ１、巻付線３の径をｄ２及び巻付線３の巻き付けピッチをＰｄ２とし、図３に戻って、フィラメント１のコイル状巻部（以下、「コイル部」と呼称する）１ａの外径をＣＤとすると、
（式１）・・・［｛ＣＤ−ｄ１−（２×ｄ２）｝／｛ＣＤ−（２×ｄ１）−（３×ｄ２）｝］×ｄ２＜Ｐｄ２＜（７×ｄ２）
（式２）・・・（ｄ２／ｄ１）＜０．２５
の２つの式を満足するように条件設定される。
【００２０】
この場合、式１は巻付線３の巻き付けピッチの設定条件であり、その左辺は芯線２に巻き付けた巻付線３が重なり合ったり接触したりしないための巻き付けピッチの条件であるＭＩＮ値を示している。これは、芯線のみからなる従来の一般的なコイル状フィラメントと同様に、巻付線３の重なりあるいは接触がフィラメント１の電気的、光学的特性を不安定にすると共に点灯寿命を低下させる、ことを抑制するためのものである。
【００２１】
更に、式１の右辺の（７×ｄ２）は、巻付線３の巻き付けピッチの条件であるＭＡＸ値を示している。このＭＡＸ値は、巻付線３の巻き付けピッチが粗なほど表面積密度が小さくなって放熱効果が低減するため、芯線のみからなるフィラメントを基に、放熱効果によるフィラメント温度の温度低下が認められる限界値に設定した。
【００２２】
また、式２は、芯線２と巻付線３との線径比の設定値を示している。芯線のみからなるフィラメントにおいては、線径の大きい方がフィラメント温度に対する点灯寿命が長くなる傾向にあり、芯線２に巻付線３が巻き付けられてなるフィラメント１においては、巻付線３に対して芯線２の線径が相対的に大きくなることが長寿命化の要因となる。具体的には、芯線２の線径ｄ１に対する巻付線３の線径ｄ２の比（ｄ２／ｄ１）が０．２５以下であれば、線径ｄ１の芯線２のみからなるフィラメントの点灯寿命よりも長寿命化を図ることができる。
【００２３】
なお、この場合の点灯寿命は、芯線のみからなるフィラメントと、芯線２に巻付線３が巻き付けられてなるフィラメント１とを同じ光束値で点灯したときの、フィラメント温度に対する点灯寿命を比較したものである。
【００２４】
次に、上記構成のフィラメント１の性能特性評価のために行った点灯試験の試験結果を以下に説明する。
【００２５】
点灯試験は、試験サンプルに実施例と比較例のフィラメントを用い、夫々のフィラメントを電球に組み込んで性能特性を調べた。
【００２６】
比較例のフィラメント１１の試験サンプル（図６（比較例のフィラメントの説明図）参照）は、巻付線を巻き付けないフィラメント線１４を用い、フィラメント線１４の径（ｄ１）を０．１４３ｍｍ、コイル部１１ａの外径（ＣＤ）を１．２ｍｍ、コイル部１１ａの長さ（以下、「コイル長」と呼称する）（ＣＬ）を３．６ｍｍ、コイル部１１ａの巻線数を１７ターンとした。
【００２７】
一方、実施例のフィラメント１の試験サンプル（図７（実施例のフィラメントの説明図）参照）は、上記比較例のフィラメント線１４を芯線２とし該芯線２に巻付線３を巻き付けた構成からなり、巻付線３の径（ｄ２）を０．０１３ｍｍ、巻き付けピッチ（Ｐｄ２）を０．０５ｍｍとした。
【００２８】
この実施例の試験サンプルの設定値を上記式１及び式２に代入すると、
（式１）・・・［｛（（１．２（ＣＤ））−（０．１４３（ｄ１））−（２×（０．０１３（ｄ２）））｝／｛（１．２（ＣＤ））−（２×（０．１４３（ｄ１）））−（３×（０．０１３（ｄ２）））｝］×（０．０１３（ｄ２））＜（０．０５（Ｐｄ２））＜（７×０．０１３（ｄ２））
（式２）・・・（０．０１３（ｄ２））／（０．１４３（ｄ１））＜０．２５
となる。
したがって、式１及び式２を計算すると、
（式１）・・・０．０１５３＜０．０５＜０．０９１
（式２）・・・０．０９＜０．２５
となる。
このことより、実施例の試験サンプルの設定値は、フィラメント１に求められる設定条件を満足していることがわかる。
【００２９】
上記構成の比較例と実施例における光束の対フィラメント温度特性のグラフを図８に示している。図８のグラフより、光束値が７００ｌｍから１６００ｌｍの範囲において、全て実施例が比較例よりもフィラメント温度が低く、例えば、１３５０ｌｍの光束値においては、フィラメントのコイル部の温度が、比較例では３３７０Ｋ（Ｐ点）であるのに対し実施例は３２５０Ｋ（Ｑ点）となっており、実施例の温度が１２０Ｋ低くなっている。つまり、同一フィラメントサイズ（ＣＤ＝１．２、ＣＬ＝３．６）及び同一光束で、低温度化が図れることがわかる。
【００３０】
図９は、比較例における発光寿命の対フィラメント温度特性のグラフである。図９のグラフに基づき、同じ光束で連続点灯したときの比較例と実施例のフィラメントの点灯寿命を比較すると、比較例は光束１３５０ｌｍで点灯したときのフィラメント温度が上述したように３３７０Ｋであり、そのときの点灯寿命は図９のグラフより約４００ｈとなっている。一方、実施例は光束１３５０ｌｍで点灯したときのフィラメント温度が上述したように３２５０Ｋであり、そのときの点灯寿命は図９のグラフの発光寿命の対フィラメント温度特性に当てはめると約１１６５ｈであることが読み取れる。したがって、同じ光束で連続点灯したときの発光寿命は、実施例が比較例の約３倍の長さであることが推測される。
【００３１】
実施例について実際に１３５０ｌｍ（３２５０Ｋ）で点灯寿命試験を行ったところ９７０ｈの結果が得られ、比較例に対して２倍強の長さの点灯寿命を有することが確認できた。
【００３２】
また、比較例のフィラメントのコイル部の巻線ピッチを小さくして巻線数を比較例の１７ターンより多くしたフィラメントについて、２０Ｋ程度の温度低下を確認している。しかし、本実施例に及ぶものではない。
【００３３】
以上説明したように、本発明の電球用フィラメントは、芯線２に芯線２よりも径が細い巻付線３を巻き付けてなるフィラメント線４を所定のピッチで螺旋状に巻いてフィラメント１を形成した。
【００３４】
そのため、本発明のフィラメントは、巻付線を巻き付けないフィラメント線を用いた従来構造の一般的なフィラメントに比べて有効な表面積が増えてその分発光光量が増加する。よって、フィラメントの放射率が高まり、その分温度上昇が抑制される。
【００３５】
したがって、所定の光束維持率及び点灯寿命を確保した状態で小型化が可能であり、所定の外形寸法及び光束維持率を確保した状態で長寿命化が可能であり、所定の外形寸法及び点灯寿命を確保した状態で高光束化が可能となる。
【００３６】
また、フィラメントに要求される諸仕様に対しては、上記外形寸法、光束維持率及び点灯寿命の夫々をパラメータとして適宜な設定値を設定することにより、適正化を図ることができる。
【００３７】
なお、フィラメントを形成する芯線及び巻付線の夫々の材質はいずれもタングステンに限られるものではなく、上述したように高融点金属であれば他の材質を用いることも可能である。
【００３８】
本発明の電球用フィラメントは、例えば、車両用灯具に用いられるハロゲン電球や白熱電球等の種々の電球の発光源として用いられる。
【符号の説明】
【００３９】
１…  フィラメント
１ａ…  コイル状巻部（コイル部）
２…  芯線
３…  巻付線
４…  フィラメント線
１１…  フィラメント
１１ａ…  コイル状巻部（コイル部）
１４…  フィラメント線
【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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【図８】
2016119159.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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