JP5838899B2 - Ｅ形口金を備えたランプ - Google Patents

Description

本発明は、Ｅ形口金を備えたランプに関する。更に具体的には、半田フリーのＥ形口金構造を備えたランプに関する。

ランプは、多くの場合、ガラス製外球（「バルブ」ともいう。）に金属製の口金を取り付け、これをソケット（図示せず。）にねじ込んで給電する方式が採用されている。図１は、ランプの口金の構造を説明する図である。図１（Ａ）は、ランプの一例として、ＨＩＤランプ１０を示している。このようなランプの口金１２は、Ｅ形口金（「Ｅ口金」ともいう。）と呼ばれている。Ｅ形口金には、複数のサイズがあり、エジソンベースを表すＥにねじ込み部分の直径をｍｍで併記し、Ｅ１４，Ｅ１７，Ｅ２６，Ｅ３９等と表記している。

図１（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、Ｅ形口金１２は、３個の主要部品で構成されている。概略的に言えば、Ｅ形口金１２は、外形形状が上段約１/３は円柱状で周囲に雄ネジ２６ａが形成され、中段約１/３が凸球面状に形成され、下段約１／３は上部より径の小さい円柱状底部が形成され、全体的には略円錐台形状の絶縁体２６（（Ｂ）参照）と、この絶縁体２６を内部に組み込む金属製胴部（「シェル」ともいう。）１８（（Ｃ）参照）と、絶縁体２６の下段部に取り付けられた金属製アイレット２８（（Ｄ）参照）とから成る。円錐台形状の絶縁体２６は、セラミック製であり、内部は円錐台頭部に向かって窄まったすり鉢形の空間が形成されている。

ランプ１０のガラス製バルブ１６のネック部１４には雄ねじ部分１４ａ（図２(Ａ)参照）が形成されている。金属製胴部１８（図１（Ｃ）参照）は、板状金属をプレス加工によりねじ形状に整形されて製造されている。即ち、金属製胴部１８の形状は、内周面はバルブネック部１４の雄ねじ部に螺合する（即ち、ねじ作用で嵌め合わせる）雌ねじ形状となり、外周面はソケットの雌ねじ部に嵌合する雄ねじ形状となっている。

金属製胴部１８の内部に、略円錐台形状の絶縁体２６を組み込む。即ち、金属製胴部１８の内周面の雌ねじに対して絶縁体２６の雄ネジ２６ａを奥まで螺合させ、絶縁体２６が金属製胴部１８に下端部で係止して、開口１８ｃから円柱状底部２６ｄが頭を出すまで組み込む。次に、円柱状底部２６ｄに金属製アイレット２８を、脚部２８ｂ，２８ｃを絶縁体２６の開孔２６ｂ，２６ｃに夫々挿入しカシメ止めにより固定する。金属製胴部１８の外周面の雄ねじ部分１８ａ，１８ｂを利用して、ソケットの雌ねじ部分にねじ込み勘合させる。

図２（Ａ）に示すように、例えば、ＨＩＤランプの発光管のようなランプの光源部（図示せず。）から、２本のリード線３０ａ，３０ｂが延びている。各リード線は、ビーム部材、支柱、線材等によりバルブ１６のネック部１４まで導かれている。一方のリード線３０ａはＥ形口金の絶縁体２６内部空間の先端部に形成された配線孔（図示せず。）を通って金属製アイレット２８に対して電気的に接続され、他方のリード線３０ｂは、Ｅ形口金の金属製胴部１８に対して電気的に接続される。ランプ１０をソケットにねじ込むと、ソケットから、（金属製アイレット−一方のリート線−光源部−他方のリード線−金属製胴部）を経てソケットに戻る電気的接続が確立され、ランプ１０はソケットから給電され点灯する。

このランプ１０への電気的接続に加えて、Ｅ形口金１２は、ランプ１０のネック部１４に対して固定されて、緩んだり、脱落したりしないことが必要である。Ｅ形口金１２の金属製アイレット２８は、絶縁体の下段の円柱状底部２６ｄにカシメ止めにより固定されている。これに対して、絶縁体２６を保持する金属製胴部１８は、バルブ１６のネック部１４に螺合状態にある。従って、利用者が、Ｅ形口金の金属製胴部１８を、バルブ１６のネック部１４からねじを緩める方向にトルクを加えたとき、所定の力以下でねじ止めが実質的に緩んだり、或いはネック部１４から外れたりしないことが必要となる。

現在、Ｅ形口金１２の金属製胴部１８のバルブのネック部１４に対する固定は、半田を利用して行われている。図２（Ａ）に示すように、ガラス製のバルブネック部１４のねじ部分１４ａに、ランプ軸線方向に（即ち、ねじ山、ねじ谷の走行方向に略垂直方向に）延在する溝４０が形成されている。この溝４０の中に、他方のリード線３０ｂを溝の底に沿って折り曲げて配置した状態で、図２（Ｂ）に示す金属製胴部１８をバルブネック部１４にねじ込む。図２（Ｃ）に示すように、金属製胴部１８のリップ（上端部）１８ｄから露出するリード線３０ｂの端部を金属製胴部１８の外周面に沿って折り返し、僅かに露出する溝４０から、溝の内部の線材３０ｂの周囲に溶融した高温半田を流し込み、溝４０を半田で充填する。その後、リード線３０ｂの端部を金属製胴部１８の外周面に半田付けする。高温半田は、共晶半田より鉛リッチにして融点を高くした半田である。

これにより、リード線３０ｂは、半田によってＥ形口金の金属製胴部１８に電気的且つ機械的に接続される。更に、リード線３０ｂは、溝４０に充填され固化した半田に機械的に固定されている。従って、利用者が、Ｅ形口金の金属製胴部１８をバルブネック部１４からねじを緩める方向に回そうとしたとき、金属製胴部１８は、リード線３０ｂを介して溝４０に固定された半田に接続しているため、緩めることは出来ない。即ち、Ｅ形口金の金属製胴部１８は、ネック部１４から緩んだり、外れたりせず、ネック部１４に固定されている。

US Patent No. 6,791,250 B2 "SAEL AND FLAG ASSEMBLY FOR LAMP BASE SIDEWIRE WELDING" issued on Sep. 14, 2004 (Assignee: Eye Lighting International (US))

しかし、半田は、鉛とスズを主成分とした合金であり、鉛は人体や環境に有害である。このため、鉛を含まない（即ち、鉛フリー）のＥ形口金の固定手段の開発が要請されている。

半田フリーのＥ形口金の１つとして、特許文献１に開示する固定手段が挙げられる。特許権者である米国Eye Lighting International社 （以下、単に「ＥＬＩ」と略す。）は、本出願人の子会社の関係にある。本発明者は、特許文献１に開示する半田フリーのＥ形口金の固定技術を導入しようとした。しかし、後で詳しく説明するように、日本国内に於けるランプ製造に、特許文献１に開示する半田フリーのＥ形口金固定技術をそのまま導入した場合、米国内では発生していない幾つかの問題が発生することが判明した。

従って、本発明は、新規な半田フリーのＥ形口金構造を備えたランプを提供することを目的とする。

本発明に係るＥ形口金を備えたランプは、前記ランプのバルブネック部のねじ部にランプ軸線方向に溝が形成され、前記Ｅ形口金は、内部に絶縁体が組み込まれた金属製胴部と、該金属製胴部の端部から露出する該絶縁体の底部に固定された金属製アイレットとを有し、該金属製胴部は前記バルブネック部に螺合しており、前記バルブネック部の溝と前記金属製胴部に囲まれた空間内に、中間部がテフロンチューブで被覆された線材から成るフラグアセンブリが該溝に沿って配置され、前記ランプの光源部から延びる２本のリード線の内の一方は、前記絶縁体の内部空間を通って前記金属製アイレットに電気的に接続され、他方は、前記フラグアセンブリの線材の一端に接続され、該線材の他端は、前記金属製胴部の外周部に電気的且つ機械的に接続され、前記バルブネック部の溝の底の幅寸法は、前記フラグアセンブリを全体的に拘束しており、前記バルブネック部の溝の内部の壁面面積は、該バルブネック部の最上部のねじ谷が該溝に達する直前で埋めることにより、拡大されており、前記バルブネック部の溝は、上方に拡張され、前記フラグアセンブリが移動可能な逃がしエリアが形成されている。

本発明によれば、新規な半田フリーのＥ形口金構造を備えたランプを提供することが出来る。

図１は、図１は、ランプの口金の構造を説明する図である。 図２は、現状の半田を利用したＥ形口金の固定方法を説明する図である。 図３は、特許文献１のFIG.１に相当する図である。 図４は、特許文献１のFIG.２に相当する図である。 図５Ａは、特許文献１のFIG.３に相当する図である。 図５Ｂは、特許文献１のFIG.４に相当する図である。 図６Ａは、特許文献１のFIG.４Ａに相当する図である。 図６Ｂは、特許文献１のFIG.４Ｂに相当する図である。 図６Ｃは、特許文献１のFIG.４Ｃに相当する図である。 図６Ｄは、特許文献１のFIG.４Ｄに相当する図である。 図７は、ＥＬＩ及び国内のＥ形口金に関して、成形後のアニール処理の有無を説明する図である。 図８は、ＥＬＩ及び国内のＥ形口金に関して、金属製胴部を横に置き、軸線方向に垂直な荷重Ｆをゼロ〜７０［Ｎ］加えたデータを示すグラフである。 図９は、本実施形態に係るランプのバルブネック部に形成された溝底の幅寸法及び溝内の側壁に関して、変更前と比較しながら説明する図である。 図１０は、本実施形態に係るランプのバルブネック部に形成された溝に形成されたフラグアセンブリの逃げ領域に関して、変更前と比較しながら説明する図である。

以下、本発明に係るＥ形口金を備えたランプの実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。

［ＥＬＩのＥ形口金と日本国内で製造した場合の問題点］
（構成）
本実施形態を容易に理解できるように、図３〜図６Ｄを参照しながら、最初にＥＬＩのＥ形口金の構造に関して簡単に説明する。なお、図３〜図６Ｄと特許文献１の図面との対応関係は、図３（特許文献１のFIG.１）、図４（同FIG.２）、図５Ａ（同FIG.３）、図５Ｂ（同FIG.４）、図６Ａ（同FIG.４Ａ）、図６Ｂ（同FIG.４Ｂ）、図６Ｃ（同FIG.４Ｃ）、図６Ｄ（同FIG.４Ｄ）である。なお、本出願書類で使用される図面の参照符号と区別するため、特許文献１の図面の参照符号は、１００を加算して３桁に変更してある。

図３に示すように、ＨＩＤランプ１１０は、バルブ（外側防護被覆）１１６のネック部１１４に、金属製胴部（金属ねじベース）１１８がねじ込まれている。金属製胴部１１８には、絶縁体１２６が取り付けられ、その下端に金属製アイレット１２８が取り付けられている。リード線１３０ａは、箇所Ｘ１１でアイレット２８に溶接されている。リード線１３０ｂは、箇所Ｘ１２でフラグアセンブリ１６０に溶接され、フラグアセンブリ１６０は溝１４０を通り抜け、その先端は溶接点Ｘ１３で金属製胴部１１８に溶接されている。

図４は、バルブ１１６のネック部１１４の拡大図であり、ネック部１１４のねじ形成部に、ランプ軸線方向に沿って溝１４０が形成されている。

フラグアセンブリ１６０は、金属製丸棒１６２と平らな金属片１６１を箇所Ｘ１４ａ，Ｘ１４ｂで溶接し（図５Ａ参照）、重なる部分の金属片１６１を金属製丸棒１６２に巻き付ける（図５Ｂ参照）。この部分を、筒状のポリテトラフルオロエチレンテフロン（商品名「テフロン」（登録商標））製スリーブで覆い（図６Ａ参照）、金属片１６１を加工し（図６Ｂ，Ｃ）、金属製丸棒１６２と金属片１６１を最終形状に成形する（図６Ｄ）。これを、フラグアセンブリ１６０と呼んでいる。図３に示すように、フラグアセンブリ１６０は、バルブのネック部１１４の溝１４０の内部に保持されている。

（問題点と原因究明）
国内で、ＥＬＩの製品及び製造の規格に従ってＥ形口金を製造してランプに取り付けて、Ｅ形口金の金属製胴部１８に対してねじを緩める方向に所定の力を加えると、フラグアセンブリ６０が一定の確率でバルブネック部１４の溝４０から引き出されてしまう現象が生じ、バルブネック部１４に螺合状態にある金属製胴部１８が緩んでしまう問題が発生した。このような問題は、米国内のＥＬＩ製ランプでは発生していない。この「所定の力」は、客先での口金外れ事故を防止するため、例えばＥ３９口金に関しては、設計値として緩め回転トルク３Ｎｍに堪えることを意味する。

そこで、本発明者は、この問題の原因究明を行った結果、次のことが判明した。なお、本出願書類で用語「日本国内で製造」の意味は、国内市場で普通に入手可能な材料、部品等を使用して製造した意味であり、国内で通常入手可能な外国産の材料、部品等を使用する場合も含まれる。

（１）硬さの違い
ＥＬＩのＥ形口金の金属製胴部１１８と国内の金属製胴部１８とは硬さが異なり、特に国内の金属製胴部１８は成形後にアニール処理を十分にやっているため、柔らかくなっていることが判明した。

図７は、ＥＬＩ及び国内のＥ形口金に関して、ＥＬＩ製（Ａ）及び国内（Ｂ）の金属製胴部に関して、残留歪みの違いを説明する図である。図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、金属製胴部１８を軸線方向に沿って２箇所で切断すると、（Ａ）のＥＬＩの金属製胴部１１８は切断個所が拡がって歪みが残留していることが分かる。一方、（Ｂ）の国内の金属製胴部１８では、切断個所は拡がらず、残留歪みは除去されていることが分かる。

これに対して、アニール処理を行わない対策案を検討した。しかし、アニール処理は、過去に金属製胴部にシーズンクラック（自然割れ）が発生する問題が生じ、この対策として、アニール処理を行って残留歪みを除去していたのである。従って、アニー処理を行わないと、シーズンクラックの問題が再現されるおそれが有るので、この対策案は採用できなかった。

（２）弾性の降伏点の相違
ＥＬＩの金属製胴部１１８と国内の金属製胴部１８とを比較すると、弾性変形領域から塑性変形領域に変わる降伏点が相違する。即ち、降伏点強度が異なることが判明した。

図８は、ＥＬＩ及び国内のＥ形口金に関して、金属製胴部を横に置き、軸線方向に垂直に荷重Ｆを０〜７０［Ｎ］まで加えたデータである。ＥＬＩ金属製胴部１１８は、少なくとも荷重７０［Ｎ］までは弾性変形領域であるのに対し（グラフの◇）、国内の金属製胴部１８は２０〜３０［Ｎ］付近で塑性変形領域に変わり、降伏点が１０〜２０［Ｎ］付近にあることが分かった（グラフの●）。

以上により、ＥＬＩ金属製胴部１１８と国内の金属製胴部１８とを比較すると、ＥＬＩ製は比較的硬く、国内製は比較的柔らかく塑性変形し易いことが判明した。

国内のＥ形口金では、金属製胴部に対しねじを緩める方向に回転トルクを加えると、金属製胴部１８に固定されたフラグアセンブリ６０が比較的柔らかい金属製胴部を押圧して塑性変形させ、金属製胴部１８とバルブネック部１４との隙間を拡げて、フラグアセンブリ６０が溝４０から引き出されてしまうことが判明した。

これに対して、フラグアセンブリ６０が溝４０から引き出されないように、溝の底を深くする対策案が提案された。Ｅ３９口金のランプを使って金属製胴部を緩める方向に回転トルクを加えた結果、設計値３Ｎｍは満足したが、一定の割合で、溝内の壁面（即ち、溝の脇）のガラスに割れが発生した。溝の底を深くした場合、フラグアセンブリ６０は溝内で移動可能となり、リード線３０ｂに引かれて溝内の側面のガラスに局所的に当接し、金属製胴部が変形する前に当接部分のガラスを損傷するものと思われる。これらの経緯を踏まえて、以下に説明する本実施形態が開発された。

［本実施形態］
本実施形態に係るＥ形口金は、次の変更を行った。

（１）バルブネック部１４に形成される溝４０の底の幅寸法を狭くした。

図９は、変更後（Ａ）の溝底の幅Ｗ１を、変更前（Ｂ）の溝底の幅Ｗ２と対比して示す図である。図では、ガラス製のネック部１４の溝４０及びその周辺のねじ部の凹凸を分かり易くするため、等高線が描かれていることに注意されたい。変更後の底の幅Ｗ１は、変更前の底の幅Ｗ２より相対的に狭くなっている（Ｗ１＜Ｗ２）。

溝底の幅を狭くした場合、フラグアセンブリ６０は当初より溝内で全体的に拘束され、幅方向の移動も制限されている。従って、フラグアセンブリ６０は、リード線３０ｂに引かれても、溝内の側面ガラス部分に全体的に密着するので、ガラスの損傷は発生しないものと思われる。

（２）バルブネック部１４に形成される溝内の側面面積を拡大した。具体的には、図で見て溝４０に左方から達する一番上のねじ谷を埋めて（即ち、ねじ谷を溝の直前で止めて、溝に達しないようにして）、溝内の側面面積を拡大した。図９（Ａ）に楕円で示すように、一番上のねじ谷を埋めて、ねじ谷が溝に達しないようにしている。これにより、溝内の壁面部（溝の脇の）ガラスの強度を増加した。

（３）溝４０を上方に拡張し、逃がしエリア４０ａを形成した。

先ず、溝底の幅寸法を狭くしたことにより、溝内のフラグアセンブリは全体的に拘束され、溝内の壁面に全体的に密着する。更に、一部のねじ谷を埋めて溝内の壁面面積を拡大したことにより、肩部（溝の脇部分）の全体的な強度を増大ことが出来た。

フラグアセンブリ６０は、線材に弾性を有するテフロンチューブが被覆されているため、リード線３０ｂによって引っ張られると溝内で僅かに移動する。溝内の壁面ガラスに局所的に当接しないようにこの移動を吸収するため、溝４０を上方に拡張して逃がしエリア４０ａを形成した。溝底の幅を狭くし、一番上のねじ谷を埋めた溝（図１０（Ｂ）参照）に加えて、図１０（Ａ）に丸で示すように、溝４０を上方に拡張して逃がしエリア４０ａを形成した。

フラグアセンブリ６０が引っ張られたとき、僅かな上方への移動を許容することで、フラグアセンブリ６０は金属製胴部１８とネック部１４に挟まれず、又これらの寸法のバラツキの影響を受けないようにするが出来る。

実験の結果、金属製胴部１８を緩める方向に所定のトルクを加えて、リード線３０ｂによりフラグアセンブリ６０を引っ張っても、金属製胴部１８が緩む不良及びバルブネック部１４の溝脇の肩部（溝内の壁面部）の損傷は発生しなかった。

[本実施形態の利点・効果]
以上の実施形態により、国内に於いても、ＥＬＩのＥ形口金の固定技術の実施が可能となった。これにより、半田フリーのＥ形口金構造を備えたランプを提供することが出来る。

［まとめ］
以上、本実施形態に係るＥ形口金を備えたランプについて説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の記載によって定められる。

１０、１１０：ランプ、 １２：Ｅ形口金，Ｅ口金、 １４，１１４：ネック部，バルブネック部、 １４ａ：雄ねじ部分、 １６，１１６：ガラス製バルブ，バルブ、 １８，１１８：金属製胴部、 １８ａ：部分、 １８ｃ：開口、 ２６，１２６：絶縁体、 ２６ａ：雄ネジ、 ２６ｂ：開孔、 ２６ｄ：円柱状底部、 ２８：アイレット，金属製アイレット、 ２８ｂ，２８ｃ：脚部、 ３０ａ，３０ｂ，１３０ａ，１３０ｂ：リード線，線材、 ４０，１４０：溝、 ４０ａ：逃がしエリア、 ６０，１６０：フラグアセンブリ、 １６１：金属片、 １６２：金属製丸棒、
Ｗ１，Ｗ２：幅、 Ｘ１１，Ｘ１２，Ｘ１３，Ｘ１４ａ：箇所，溶接点

Claims (1)

1. Ｅ形口金を備えたランプにおいて、
   前記ランプのバルブネック部のねじ部にランプ軸線方向に溝が形成され、
   前記Ｅ形口金は、内部に絶縁体が組み込まれた金属製胴部と、該金属製胴部の端部から露出する該絶縁体の底部に固定された金属製アイレットとを有し、該金属製胴部は前記バルブネック部に螺合しており、
   前記バルブネック部の溝と前記金属製胴部に囲まれた空間内に、中間部がポリテトラフルオロエチレン製チューブで被覆された線材から成るフラグアセンブリが該溝に沿って配置され、
   前記ランプの光源部から延びる２本のリード線の内の一方は、前記絶縁体の内部空間を通って前記金属製アイレットに電気的に接続され、他方は、前記フラグアセンブリの線材の一端に接続され、該線材の他端は、前記金属製胴部の外周部に電気的且つ機械的に接続され、
   前記バルブネック部の溝の底は、前記フラグアセンブリを全体的に拘束する幅寸法に形成され、
   前記バルブネック部の溝の内部の壁面面積は、該バルブネック部の最上部のねじ谷が該溝に達する直前で埋めることにより、拡大されており、
   前記バルブネック部の溝は、上方に拡張され、前記フラグアセンブリが移動可能な逃がしエリアが形成されている、ランプ。

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