(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
楕円体状の部分輪郭（３）を持ち、長手軸線（ＲＡ）を有しかつ壁面に赤外放射を反射する被膜（１４）を備えた回転対称形のガラス球（２；１０）と、このガラス球（２；１０）の内部において軸線に配置され２つのリード線（１６、１７）によって支持されている回転対称形の発光体（４；１５）とを備え、２つのリード線がガラス球の１つの又は２つの側部で１つの密封部（１２）もしくは２つの密封部によって気密に外部へ案内されているハロゲン電球（９）において、ガラス球（２；１０）の楕円体状の部分輪郭は、半短軸ｂが長手軸線に対して垂直に、即ちガラス球（２；１０）の回転軸線（ＲＡ）に対して垂直に向けられ、かつ半短軸ｂがガラス球（２；１０）の最大半径Ｒより長い、即ちｂ＞Ｒである楕円部分（３）によって作成されていることを特徴とするハロゲン電球。
【請求項２】
半短軸ｂの長さがＲ＜ｂ＜Ｒ＋５・ｗr（Ｒ及びｗrはガラス球の最大半径ならびに回転対称形の発光体の最大半径を表す）の範囲内にあることを特徴とする請求項１記載のハロゲン電球。
【請求項３】
半短軸ｂの長さがＲ＋ｗr≦ｂ＜Ｒ＋３・ｗrの範囲内にあることを特徴とする請求項２記載のハロゲン電球。
【請求項４】
膜（１４）が電球（９）の外面上に設けられ、ガラス球（１０）と密封部（１２）の少なくとも一部とを包囲していることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のハロゲン電球。
【請求項５】
楕円部分（３）の半長軸ａの長さが次の範囲、即ちｗ1／２＜ａ＜３・ｗ1（大きさｗ1は発光体（４；１５）の長さを表す）内にあることを特徴する請求項１乃至４の１つに記載のハロゲン電球。
【請求項６】
ガラス球（１０）が少なくとも一方の端部に電球頸部（１１）を有し、この頸部が少なくとも１つのリード線（１６、１７）をできるだけ接近して取囲み、その頸部の反ガラス球側端部が密封部（１２）によって気密に閉鎖されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のハロゲン電球。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は請求項１の前文による赤外反射膜を備えたハロゲン電球に関する。
このような電球は全般照明においても、また例えば同様に投射技術における反射器と組合わせて特殊な照明目的のためにも使用されている。
ガラス球の回転対称形状はその内面及び／又は外面に設けられた赤外放射を反射する被膜（以下においては短縮して赤外膜と称する）と協働して、発光体から放射された赤外放射パワーの大部分を反射して戻している。このようにして得られたランプ効率の向上は一方では入力電力が一定の際には発光体の温度上昇のために、それゆえ光束の増大のために利用することができる。他方では僅かな入力電力でもって予め定められた光束を得ることができる（有利な“エネルギ節約効果”）。他の所望の効果は、ガラス球を透過して放射される赤外放射パワーが赤外膜のために明らかに僅かとなり、従って周囲が通常の電球の場合より加熱される点である。
赤外膜での吸収による損失は避けることができないので、ガラス球の内部における赤外成分の出力密度は反射の回数と共に減少し、その結果電球の効率も減少する。それゆえ、実際に達成可能な効率増大のために重要なことは個々の赤外線が発光体へ戻るために必要な反射回数を最少にすることである。このために赤外膜を備えたガラス球が特別に形成される。
従来の技術
このような電球は例えば米国特許第４１６０９２９号明細書、ヨーロッパ特許出願公開第０４７０４９６号公報、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３０３５０６８号及び第４４２０６０７号公報に開示されている。その米国特許は、ランプ効率の最適化のために発光体の形状をガラス球の形状に整合させることを示している。さらに、発光体はガラス球の光学中心部にできるだけ正確に位置決めされるものとする。これによって、発光体の表面から放射された波前面はガラス球面で乱されずに反射して戻される。その結果収差が最少になる。球状のガラス球は例えば理想的な場合中心に配置された同様に球状の発光体を有しなければならない。相応するフィラメント形状は、このために通常使用されるタングステン線の延性が限られていることに起因して、何れにしても実現が非常に制限される。球への近似が粗いが実現可能なものとして立方体状のフィラメントが提案されている。他の例ではフィラメントがその中央部に最大直径を有している。これはフィラメントの両端へ向かって徐々に減少する。楕円体形のガラス球のために、楕円体の２つの焦点にそれぞれ１つの発光体を配置することが提案されている。
ヨーロッパ特許出願公開第０４７０４９６号公報には、球状のガラス球を備え、その中心部に円筒状の発光体を配置した電球が開示されている。この公報は、効率の損失が発光体を理想的な球形状から偏らせることによって次の条件の下に許容可能な量に限定され得ることを示している。ガラス球直径及び発光体直径もしくは発光体長さが許容範囲内で綿密に互いに合わせられるか、又は発光体の直径がガラス球の直径より明らかに小さくされなければならない（０．０５倍小さい）。さらに、楕円体状のガラス球を備え、その焦線上で軸線に縦長の発光体を配置した電球が示されている。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３０３５０６８号公報は最後に挙げた例においても避けることのできない収差損失の最少化を図るための教えを与えている。これによれば楕円体状のガラス球の２つの焦点が円筒状の発光体の軸線上にそれぞれの端部から予め定められた距離をもって配置される。
最後にドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２０６０７号公報は楕円体状の又は楕円体に似た樽に成形され赤外膜を備えたガラス球を有するハロゲン電球を開示している。樽の輪郭を作成する楕円体状の又は場合によっては楕円体に似た部分は楕円部分によって形成され、その半短軸ｂは電球長手軸線すなわちガラス球の回転軸線に垂直に配置されている。さらに、母線の半短軸はガラス球半径Ｄ／２より小さく、そして回転軸線に対して平行にほぼ発光体の半径ｄ／２だけずらされ、これによって最終的に樽が形成される。発光体の長さは作成された楕円部分の２つの焦点の間隔にほぼ一致している。さらに、発光体は、縦断面図において両焦点が発光体の相応する２つの頂点とほぼ符合するようにガラス球の内部に位置決めされる。何れにしてもフィラメントはこれによって不均一に加熱される。その他にこの解決策の欠点は、電球効率の達成可能な改善がガラス球の内部での発光体の寸法設定及び位置決めに比較的強く依存する点である。
発明の説明
本発明の課題は、上述の欠点を除去し、そして放出された赤外放射を発光体上へ効率良く戻す点で、その結果効率の高い点で優れている電球を提供することにある。さらに、特に低電圧形ハロゲン電球のために得ようとしているように、高い輝度と共にコンパクトな電球寸法が可能になるようにしたい。
この課題は本発明によれば請求項１の特徴事項によって解決される。本発明の他の有利な特徴事項は従属請求項に記載されている。
本発明の思想を説明するために以下において図１を参照する。この図１は原理的な関係の概略図を示し、本発明を理解するために重要な幾つかの寸法が記入されいてる。例えば、半長軸ａ、半短軸ｂ及び２つの焦点Ｆ1、Ｆ2を有する楕円１が示されている。
本発明によれば、（極めて概略的にかつ簡略に示された）回転対称形のガラス球２の輪郭は主として楕円１の楕円部分３（図１には太い実線で示されている）によって作成されている。即ち、この輪郭は回転軸線ＲＡを中心とする楕円部分３の回転によって簡単に描くことができる。その際、楕円部分３は、第一に半短軸ｂがガラス球２の回転軸線ＲＡに対して垂直に向き、第二に半短軸がガラス球２の半径Ｒより長くなるように的確に選定される。これによって、ガラス球２はもはや“純粋な”回転楕円体の形状を持たなくなる。驚くべきことに、従来の学説をこのように放棄することによって電球効率の明らかな増大及び発光体の均一加熱が達成されることが判明した。回転対称形の、例えば円筒状の外形輪郭（図１の概略縦断面図においては矩形として示されている）を持つ発光体４はガラス球２の内部において中心で軸線に配置されている。これによって焦軸Ｆ1Ｆ2（これはガラス球２の内部において２つの焦点Ｆ1、Ｆ2を結ぶ接続直線）も同様にガラス球２の回転軸線ＲＡに対して平行に移動し、母線３の方向へ離れている。高い効率に関してはその他に半短軸ｂの長さがＲ＜ｂ＜Ｒ＋５・ｗrの範囲から、特にＲ＋ｗr≦ｂ＜Ｒ＋３・ｗrの範囲から選定されると有利であることが判明している。なお、Ｒ及びｗrはガラス球の最大半径ならびに円筒状の又は円筒に似た発光体の半径を表す。
実際のガラス球においては、リード線引込みのために回転軸線の範囲で一方又は両方の側部に密封部、例えばピンチシール部又は溶融密封部が設けられる（概要を理解し易くするために図１には示されていない）。片側リード線方式の場合、ガラス球のリード線引込み部とは反対側が通常ドーム状に成形され、場合によってはさらにポンプチップを有する（図１には同様に示されていない。図３参照）。
従来技術との相違は図２ａ、２ｂの概略原理図との比較から明らかである。図２ａは主としてドイツ連邦共和国特許出願公開第３０３５０６８号公報における様子に相当する。これは楕円体状のガラス球５を示し、その内部には、回転楕円体の両焦点Ｆ1、Ｆ2が発光体６の両端部に符合するように発光体６が中心で軸線に配置されている。その結果、焦軸は、本発明と異なり、ガラス球５の回転軸線ＲＡに対して共直線に配置される。
図２ｂは最後にドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２０６０７号公報における様子を示す。ここではガラス球７は楕円体状の又は楕円体に似た樽として形成されている。概略断面図には２つの直線部分によって互いに接続された２つの楕円半部が示されている。その場合両楕円半部の焦点対Ｆ1、Ｆ2もしくはＦ1´、Ｆ2´は発光体８の頂点に符合している。ここでは焦軸Ｆ1Ｆ2は本発明とは異なり母線の方向へ回転軸線ＲＡに対して平行に移動されている。
本発明の利点は、効率が増大することの他に、赤外放射をフィラメントへ反射して戻すことの高い均一性が得られる点である。これによって、フィラメントの早期の破壊を惹き起こす局部過熱が防止される。さらに、ランプ効率の達成可能な改善がドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２０６０７号公報に比較してガラス球の内部への発光体の位置決めの製造上のバラツキに僅かしか関係しないことは有利である。
発光体としては軸線に配置されたタングステン製単コイル又は二重コイルフィラメントが使用される。形状的な寸法設定、即ち直径、ピッチ及び長さはとりわけフィラメントの抵抗Ｒに関係し、これは供給電圧Ｕが予め定められている場合には所望の入力電力Ｐに関係する。Ｐ＝Ｕ2／Ｒのために、フィラメントは高電圧（ＨＶ）形電球の場合には通常低電圧（ＮＶ）タイプの場合より長い。
発光体は２つのリード線と導電的に接続され、このリード線は共通にガラス球の一端部を通って又はガラス球の両端部を通って気密に外部へ案内される。密封は一般に圧潰によって行われる。しかしながら他の閉鎖技術、例えば板状体の封じ込み方式も可能である。片側閉鎖の例は特にＮＶ及びＭＶ（中電圧）への適用に適している。この場合、比較的短い発光体に基づいて非常にコンパクトな電球寸法を実現することができる。
電球の効率の最適化のために、ガラス球壁のできるだけ多くの部分を有効反射面として使用することができると有利である。このことは特にガラス球が一方の又は場合によっては両方の端部においてリード線の領域に電球頸部を有することによって実現することができる。この電球頸部はリード線をできるだけ密接に取囲み、密封部へ移行する。このための詳細はドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２０６０７号公報に記載されている。
ガラス球は通常不活性ガス、例えばＮ2、Ｘｅ、Ａｒ及び／又はＫｒを封入される。特に、ガラス球は、ガラス球の黒化を防ぐためにタングステン−ハロゲンサイクルを維持するハロゲン添加物を含む。ガラス球は光透過性材料、例えば石英ガラスから作られる。
電球は外管を備えることができる。周囲に放射される赤外パワーの特に強い減少が望まれる場合、この外管は同様に赤外膜を有することができる。
赤外膜は例えば公知の干渉フィルタ（通常異なった屈折率の誘電体膜が交互に配置された積層体）として実施される。適当な赤外膜の原理的な構成は例えばヨーロッパ特許出願公開第０４７０４９６号公報に説明されている。
図面の説明
以下において本発明を複数の実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の原理の概略図を示す。
図２は従来の技術の概略図を示す。
図３は赤外膜及びフィラメント並びに本発明により最適化されたガラス球形状を有する中電圧形ハロゲン電球の１つの実施形態を示す。
図３には本発明による電球９の１つの実施形態が概略的に示されている。この場合、電球は１２０Ｖの定格電圧を持つハロゲン電球である。このハロゲン電球は楕円体に似た本体として形成された片側圧潰形ガラス球１０から構成されている。ガラス球１０の楕円体状の部分輪郭の母線は、半短軸が８．２ｍｍの長さで電球９の長手軸線に垂直に向けられている楕円部分である。この母線の半長軸は９．３ｍｍの長さである。ガラス球１０は約１ｍｍの壁厚を持つ石英ガラスから作られ、約１５ｍｍの最大外径を有している。ガラス球１０はその第１の端部で頸部１１に移行し、この頸部は密封部１２で終了している。ガラス球はその反対側の端部にポンプチップ１３を有している。ガラス球外面上には２０層以上のＴｉＯ2及びＳｉＯ2層を持つ干渉フィルタから構成された赤外膜１４が被着されている。ガラス球の内部には発光体１５が中心で軸線に配置されている。この発光体は９．７ｍｍの長さ及び１．２５ｍｍの外径を有している。発光体１５はタングステン線から作られ、密封部１２を貫通して外部へ案内された２つのリード１６、１７によって保持されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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