JP3575431B2 - 管球 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管球に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
管球、例えば白熱電球は、一般的に、内部にフィラメントが設けられたバルブおよびこのバルブの端部に封着されたステムを有する管球本体と、この管球本体の端部に熱硬化性の接着剤によって固着され、かつアイレット部およびシェル部を有するねじ込み式の口金と、一部がステム内に封止されているとともに、一端部がフィラメントに接続され、かつ他端部が管球本体から導出されてアイレット部およびシェル部にはんだ合金を介してそれぞれ接続された電力供給用の２本のリード線とを備えている。
【０００３】
従来、アイレット部およびシェル部にリード線をそれぞれ接続するためのはんだ合金としては、ＪＩＳＺ３２８２（１９９９）の解説表に記載されたＳ−Ｐｂ８０Ｓｎ２０やＳ−Ｐｂ９０Ｓｎ１０が広く利用されている。
【０００４】
しかしながら、近時、このような鉛を含むはんだ合金の使用は地球環境の面から好ましくなく、そのために鉛等の有毒物質を含まないはんだが提案されている。
【０００５】
例えば、特開平１０−１０７４２０号公報には、基板と電子部品との組立てに使用することを目的とした、はんだ合金の全重量の９９．３重量％が錫、０．７重量％が銅からなる無鉛はんだ合金（以下、単に「錫銅共晶合金」という）が開示されている。
【０００６】
また、アイレット部およびシェル部にリード線をそれぞれ接続するための別のはんだとして、固相線温度の高い錫１００％のはんだも提案されている。
【０００７】
ここで、上記白熱電球の製造方法について説明する。
【０００８】
通常どおりの製造方法によってバルブの端部にステムを封着した後、バルブ内の不純ガス等を真空排気して管球本体を製造する。この時点で、管球本体の口金を固着した側の端部の温度は７００℃前後に達している。
【０００９】
続いて内部に液状の接着剤が塗布された口金を、この高温の管球本体の端部に嵌装した後、バルブの余熱とガスバーナーによる加熱とによって接着剤を硬化することにより、管球本体の端部に固着する。口金の嵌装時、管球本体の外部に導出している２本のリード線のうち一方はアイレット部の中央部に設けられた貫通孔に挿通させて、また他方のリード線は折り曲げてバルブとシェル部との間を通して口金の外部にそれぞれ導出させておく。
【００１０】
外部に導出させたリード線の不要部分をガスバーナー等によってそれぞれ溶断した後、アイレット部の表面全体、およびシェル部の表面のうちリード線と接続する部分の表面にフラックスを塗布する。その後、アイレット部およびシェル部の表面上にガスバーナー等によって溶融させたはんだ合金を付け、それを冷却固化することにより、アイレット部およびシェル部にリード線をそれぞれ接続する。はんだ付けの際のアイレット部およびシェル部の表面温度は３００℃前後である。
【００１１】
この後、ランプを自然冷却し、白熱電球を製造する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した製造方法を用いて白熱電球を製造する際、特にアイレット部にリード線を接続するためのはんだ合金として、前記錫銅共晶合金や錫１００％のはんだを用いた場合では、アイレット部の表面上に溶融したはんだを付けてしばらくした後、アイレット部の貫通孔付近に位置している溶融状態のはんだに穴が空き、そのままの状態ではんだが固化してしまい、このためアイレット部とリード線とを確実に接続することができないという問題がある。
【００１３】
発明者がこの問題について検討したところ、アイレット部にリード線をはんだを介して接続する際、アイレット部の表面温度が３００度前後の高温な状態にあるときに、そのアイレット部の表面上にはんだを付けるため、溶融したはんだが固化し始めるまでに時間がかかり、その間に管球本体と口金とを固着している接着剤に含まれる残留揮発成分から発生するガスがアイレット部の貫通孔を通って外部へ噴流しようとし、そのガスの噴流圧力によって溶融したはんだに穴が空いていることがわかった。
【００１４】
そこで、口金を管球本体の端部に嵌装してから時間を十分にあけた後、つまり接着剤中の残留揮発成分から発生するガスを十分に抜いた後、アイレット部の表面上にはんだを付けることにより、上述したような固化後のはんだに穴が空くという現象は発生しなくなった。しかしながら、この方法では、生産速度を遅くしなければならず、生産効率が低下してしまうという問題がある。
【００１５】
一方、前記はんだを介したシェル部とリード線との接続については、同じく溶融したはんだが固化し始めるまでに時間がかかるため、次の工程への搬送時の振動等ではんだがシェル部から垂れ落ちてしまうという問題がある。
【００１６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、製造工程において、生産効率を低下させることなく、口金と電力供給用のリード線とを安定にかつ確実に接続することができ、また地球環境に配慮した管球を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の管球は、バルブを有する管球本体と、この管球本体の端部に揮発成分を含む接着剤を用いて固着され、かつ貫通孔が設けられたアイレット部およびシェル部を有するねじ込み式の口金と、前記バルブの外に延びる電力供給用のリード線とを備え、前記リード線は前記貫通孔に挿通され、無鉛はんだ合金を介して前記アイレット部に接続されており、前記無鉛はんだ合金は、二つの元素からなり、かつ液相線温度が２３３℃を越え３０５℃未満であって、その液相線温度と前記アイレット部の表面上に溶融した前記無鉛はんだ合金を付ける時の前記アイレット部の表面温度との温度差が６７℃未満である構成を有している。
【００１８】
これにより、特に口金として、中央部にリード線を挿通させるための貫通孔が設けられたアイレット部とシェル部とを有するねじ込み式の口金を用いる場合、製造工程において、無鉛はんだ合金の液相線温度と、アイレット部の表面上に溶融した無鉛はんだ合金を付ける時のアイレット部の表面温度との温度差を小さくすることができ、その結果、無鉛はんだ合金をアイレット部の表面上に溶融付着させた後、アイレット部の表面温度が下がるのにともなって溶融した無鉛はんだ合金が固化し始めるのに要する時間が短時間になるため、管球本体と口金とを固着している接着剤に含まれる残留揮発成分から発生したガスがアイレット部の貫通孔を通じて外部へ噴流しようとしても、無鉛はんだ合金はその一部がすでに固化して粘性が増しているので、そのガスの噴流圧力に十分耐え得ることができ、アイレット部の貫通孔付近に位置する部分に穴が空くのを防止することができる。その上、口金を管球本体の端部に嵌装した後、接着剤中の残留揮発成分から発生するガスを抜く必要等がないため、生産速度を従来の生産速度とほぼ同じ速度を維持することができ、よって生産効率が低下することはない。
【００１９】
なお、前記無鉛はんだ合金をリード線とシェル部との接続に用いた場合おいては、上述のように溶融した無鉛はんだ合金が短時間で固化し始めてその粘性が増しているので、次の工程への搬送時の振動等が口金に加わったとしても、その溶融した無鉛はんだ合金がシェル部から垂れ落ちるのを防止することができる。
【００２０】
さらに、無鉛はんだ合金は二つの元素からなるため、組成管理が容易になり、製造コストを低く抑えることができ、しかも有毒な鉛を含んでいないため、地球環境に優しい管球を実現することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２２】
本発明の実施の形態である定格電圧１００Ｖ、定格電力５４Ｗの白熱電球は、図１および図２に示すように、バルブ１とこのバルブ１の端部に封着されたステム２とを有するガラス製の管球本体３と、この管球本体３の端部に接着剤４によって固着されたねじ込み式の口金５とを備えている。
【００２３】
なお、図１および図２中、６はアンカー線を示す。
【００２４】
ステム２には、２本の電力供給用のリード線７，８の一部がそれぞれ封止されている。
【００２５】
この２本のリード線７，８のバルブ１内に延びる部分の端部間には、タングステンからなるフィラメント９が架設されている。一方、バルブ１外に延びるリード線７，８の端部は、後述の口金５のアイレット部１０とシェル部１１とにはんだ合金１２，１３を介してそれぞれ接続されている。
【００２６】
口金５は、図２に示すように、中央部に一方のリード線７を挿通させるための貫通孔１４が設けられた真鍮製のアイレット部１０と、アルミニウム製または真鍮製のシェル部１１と、アイレット部１０とシェル部１１とを絶縁する絶縁ガラス部１５とを有している。
【００２７】
なお、真鍮製のアイレット部１０およびシェル部１１の表面にはニッケルめっきが施されていてもよい。
【００２８】
アイレット部１０およびシェル部１１にリード線７，８をそれぞれ接続するためのはんだ合金１２，１３としては、二つの元素、例えば銅と錫とからなり、かつ液相線温度が２３３℃を越え３０５℃未満の無鉛はんだ合金が用いられている。
【００２９】
この無鉛はんだ合金１２，１３が銅と錫とからなる場合、その成分比率は銅が１．０重量％を越え２．５重量％未満、残部が錫になるように規定する。好ましくは、銅が１．２重量％以上２．０重量％以下、残部が錫である。
【００３０】
なお、この無鉛はんだ合金１２，１３には、フラックス等が含まれていてもよく、また不可避的不純物が含まれている場合もあり得る。
【００３１】
管球本体３と口金５とを固着させる接着剤４としては、例えばノボラックやロジン等の耐熱樹脂を含むエタノール調合のものが用いられている。
【００３２】
次に、このような本発明の実施の形態にかかる白熱電球の作用効果について検討した。
【００３３】
まず、銅と錫とからなり、かつその成分比率が銅０．０重量％（実施例１）、銅０．７重量％（実施例２）、銅１．０重量％（実施例３）、銅１．２重量％（実施例４）、銅１．５重量％（実施例５）、銅２．０重量％（実施例６）、銅２．５重量％（実施例７）、残部をそれぞれ錫とした無鉛はんだ合金１２，１３をそれぞれ用いて従来どおりの製造方法によって白熱電球を１０００本ずつ作製した。そして、各々作製した白熱電球において、リード線７とアイレット部１０との接続状態、およびリード線８とシェル部１１との接続状態についてそれぞれ調べたところ、表１に示すとおりの結果が得られた。
【００３４】
なお、各実施例に用いられた無鉛はんだ合金１２，１３の固相線温度（℃）および液相線温度（℃）を表１に併せて示す。固相線温度および液相線温度の測定には、示差熱量計（理学電機（株）製；ＴＡＳ３００ ＤＳＣ８２３０Ｄ）を用いた。
【００３５】
また、使用したリード線７，８は直径０．２ｍｍのモネル線であり、アイレット部１０の貫通孔１４の直径は１．２ｍｍである。
【００３６】
さらに、使用した製造ラインの製造速度は１秒当たりに換算して１個である。
【００３７】
【表１】

【００３８】
表１から明らかなように、液相線温度が２３３℃を越える無鉛はんだ合金１２，１３を用いた例えば実施例４、実施例５および実施例６では、１０００本中全てのものにおいて、アイレット部１０の貫通孔１４付近に位置しているリード線７とアイレット部１０とを接続する無鉛はんだ合金１２に穴が空いているものはなく、リード線７とアイレット部１０とが安定にかつ確実に接続されていた。
【００３９】
一方、液相線温度が２３３℃以下の無鉛はんだ合金を用いた例えば実施例１では１０００本中１０本のものが、実施例２では１０００本中６本のものが、実施例３では１０００本中２本のものがアイレット部１０の貫通孔１４付近に位置している無鉛はんだ合金１２に穴が空いているのが確認され、リード線７とアイレット部１０との接続が不十分であった。
【００４０】
リード線７とアイレット部１０とを安定にかつ確実に接続することができた実施例４、実施例５および実施例６の場合、製造工程において、これらの実施例に用いられた無鉛はんだ合金１２，１３の液相線温度と、アイレット部１０の表面上に溶融した無鉛はんだ合金１２を付ける時のアイレット部１０の表面温度（３００℃前後）との温度差が６７℃未満と小さく、その結果、無鉛はんだ合金１２をアイレット部１０の表面上に溶融付着させた後、アイレット部１０の表面温度が下がるのにともなって溶融した無鉛はんだ合金１２が固化し始めるのに要する時間が短時間になるためであると考えられる。つまり、管球本体３と口金５とを固着している接着剤４に含まれる残留揮発成分から発生したガスがアイレット部１０の貫通孔１４を通じて外部へ噴流しようとしても、無鉛はんだ合金１２はその一部がすでに固化して粘性が増しているので、そのガスの噴流圧力に十分耐え得ることができたためであると考えられる。
【００４１】
一方、リード線７とアイレット部１０との接続が不十分であった実施例１、実施例２および実施例３の場合、製造工程において、これらの実施例に用いられた無鉛はんだ合金の液相線温度と、アイレット部１０の表面上に溶融した無鉛はんだ合金を付ける時のアイレット部１０の表面温度との温度差が６７℃以上と大きく、アイレット部１０の表面上に溶融付着させた無鉛はんだ合金は直ちに固化し始めないので、その粘性が低く、よって上記残留揮発成分から発生し、アイレット部１０の貫通孔１４を通じて外部へ噴流しようとするガスの噴流圧力に耐え得ることができなかったためであると考えられる。
【００４２】
また、表１から明らかなように、液相線温度が２３３℃を越える無鉛はんだ合金１２，１３を用いた例えば実施例４、実施例５および実施例６では、１０００本中全てのものにおいて、製造工程中、シェル部１１の表面上に溶融付着させた無鉛はんだ合金１３が垂れ落ちることはなく、リード線８とシェル部１１とが安定にかつ確実に接続されていた。
【００４３】
一方、液相線温度が２３３℃以下の無鉛はんだ合金を用いた例えば実施例１では１０００本中４本のものが、実施例２では１０００本中２本のものが、実施例３では１０００本中１本のものが、製造工程中、シェル部１１の表面上に溶融付着させた無鉛はんだ合金の一部が垂れ落ちているのが確認され、リード線８とシェル部１１との接続が不十分であった。
【００４４】
リード線８とシェル部１１とを安定にかつ確実に接続することができた実施例４、実施例５および実施例６の場合、製造工程において、これらの実施例に用いられた無鉛はんだ合金１２，１３の液相線温度と、シェル部１１の表面上に溶融した無鉛はんだ合金１３を付ける時のシェル部１１の表面温度との温度差が小さいために、溶融した無鉛はんだ合金１３は短時間で固化し始めてその粘性が増しているので、次の工程への搬送時の振動等が口金５に加わったとしても、シェル部１１から垂れ落ちにくい状態にあったためであると考えられる。
【００４５】
一方、リード線８とシェル部１１との接続が不十分であった実施例１、実施例２および実施例３の場合、製造工程において、これらの実施例に用いられた無鉛はんだ合金の液相線温度と、シェル部１１の表面上に溶融した無鉛はんだ合金１３を付ける時のシェル部１１の表面温度との温度差が大きいために、溶融した無鉛はんだ合金は直ちに固化し始めず、その粘性が低い状態のままなので、口金５に加わる搬送時の振動等に対して垂れ落ちやすい状態にあったためであると考えられる。
【００４６】
さらに、実施例７に用いられている液相線温度が３０５℃である銅２．５重量％、錫９７．５重量％からなる無鉛はんだ合金は、その液相線温度がアイレット部１０およびシェル部１１の表面上に溶融した無鉛はんだ合金１２，１３を付ける時のアイレット部１０およびシェル部１１の表面温度とほぼ同じであるため、アイレット部１０およびシェル部１１の表面上の無鉛はんだ合金１２，１３が初期の段階から完全に溶融せずに、その結果、リード線７，８とアイレット部１０およびシェル部１１とを確実に接続することができない。そこで、その無鉛はんだ合金１２，１３を初期の段階で完全に溶融させるために、アイレット部１０およびシェル部１１の表面温度を高くすればよいが、その場合、製造コストが高くなるだけでなく、省エネルギーの観点から好ましくない。また、液相線温度が３０５℃である銅２．５重量％、錫９７．５重量％からなる無鉛はんだ合金を完全に溶融させることができたとしても、銅の含有量が多いために無鉛はんだ合金の硬度が大きくなりすぎ、リード線７，８とアイレット部１０およびシェル部１１との接続作業が困難になる。
【００４７】
以上のように管球本体３と、この管球本体３の端部に固着された口金５と、この口金５に無鉛はんだ合金１２，１３を介して接続された電力供給用のリード線７，８とを備えた管球において、二つの元素からなり、かつ液相線温度が２３３℃を越え３０５℃未満の無鉛はんだ合金１２，１３、例えば銅の含有量が１．０重量％を越え２．５重量％未満、残部が錫からなる無鉛はんだ合金１２，１３を用いることにより、リード線７とアイレット部１０とを無鉛はんだ合金１２を介して接続する際、アイレット部１０の貫通孔１４付近に位置している無鉛はんだ合金１２に穴が空くのを防止することができ、リード線７とアイレット部１０とを安定にかつ確実に接続することができる。その上、口金５を管球本体３の端部に嵌装した後、接着剤４中の残留揮発成分から発生するガスを抜く必要等がないため、生産速度を従来の生産速度とほぼ同じ速度を維持することができ、よって生産効率が低下することはない。一方、リード線８とシェル部１１との接続においては、同じく二つの元素からなり、かつ液相線温度が２３３℃を越え３０５℃未満の例えば銅の含有量が１．０重量％を越え２．５重量％未満、残部が錫からなる無鉛はんだ合金１３を用いることにより、製造工程において、シェル部１１の表面上に溶融付着させた無鉛はんだ合金１３が垂れ落ちるのを防止することができ、リード線８とシェル部１１とを安定にかつ確実に接続することができる。また、無鉛はんだ合金１２，１３は二つの元素からなるため、組成管理が容易になり、製造コストを低く抑えることができ、しかも有毒な鉛を含んでいないため、地球環境に優しい管球を実現することができる。
【００４８】
特に、銅の含有量が１．２重量％以上２．０重量％以下、残部が錫からなる無鉛はんだ合金１２，１３を用いてリード線７，８とアイレット部１０およびシェル部１１とを接続することにより、溶融した無鉛はんだ合金１２，１３がさらに短時間で固化し始めて粘性が一層増すので、リード線７，８とアイレット部１０およびシェル部１１とを一層安定にかつ確実に接続することができる。
【００４９】
また、表１から明らかなように好ましい結果が得られた実施例４、実施例５および実施例６に用いられた無鉛はんだ合金１２，１３はいずれも固相線温度が２２７℃以上であり、ＪＩＳＣ７５０１（１９９６）記載の口金接着強度の試験温度である１６５℃を上回っており、この規定を満足している。
【００５０】
さらに、特に、無鉛はんだ合金１３に銅が含まれ、かつシェル部１１の材料としてアルミニウムが用いられている場合、製造工程において、溶融した無鉛はんだ合金１３を構成する銅とシェル部１１の材料であるアルミニウムとがその界面で化合物を形成するため、シェル部１１と溶融したはんだ合金１３との接着力は強く、よって溶融したはんだ合金１３が垂れ落ちるのを一層防止することができる。もちろん点灯中においても、万一、リード線８とシェル部１１とを接続している無鉛はんだ合金１３の一部が溶けてしまうことがあっても、上述した理由により、溶融したはんだ合金１３がシェル部１１から垂れ落ちることはない。
【００５１】
なお、上記実施の形態では、白熱電球を例示して説明したが、本発明は白熱電球以外にハロゲン電球、電球形蛍光ランプ、および高圧放電ランプ等にも適用することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、製造工程において、生産効率を低下させることなく、口金と電力供給用のリード線とを安定にかつ確実に接続することができるとともに、組成管理が容易なために製造コストを低く抑えることができ、また地球環境に配慮した管球を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である白熱電球の一部切欠正面図
【図２】同じく白熱電球の要部拡大断面図
【符号の説明】
１ バルブ
２ ステム
３ 管球本体
４ 接着剤
５ 口金
６ アンカー線
７，８ リード線
９ フィラメント
１０ アイレット部
１１ シェル部
１２，１３ 無鉛はんだ合金
１４ 貫通孔
１５ 絶縁ガラス部

Claims (4)

1. バルブを有する管球本体と、この管球本体の端部に揮発成分を含む接着剤を用いて固着され、かつ貫通孔が設けられたアイレット部およびシェル部を有するねじ込み式の口金と、前記バルブの外に延びる電力供給用のリード線とを備え、前記リード線は前記貫通孔に挿通され、無鉛はんだ合金を介して前記アイレット部に接続されており、前記無鉛はんだ合金は、二つの元素からなり、かつ液相線温度が２３３℃を越え３０５℃未満であって、その液相線温度と前記アイレット部の表面上に溶融した前記無鉛はんだ合金を付ける時の前記アイレット部の表面温度との温度差が６７℃未満であることを特徴とする管球。
2. 前記無鉛はんだ合金は、銅と錫とからなることを特徴とする請求項１記載の管球。
3. 前記銅の含有量が１．０重量％を越え２．５重量％未満、残部が前記錫からなることを特徴とする請求項２記載の管球。
4. 前記銅の含有量が１．２重量％以上２．０重量％以下、残部が前記錫からなることを特徴とする請求項２または請求項３記載の管球。

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