JP2008545227A - モリブデン合金からなる遮光カバーを有するハロゲン電球 - Google Patents

Abstract

本発明は、実質的に１つのガラス球と、１つの遮光カバーと、３つの保持ピンと、２つのコイルフィラメントとを含み、ガラス球の内部空間がハロゲン含有ガスを封入され、少なくとも１つの保持ピンが遮光カバーに溶接されているハロゲン電球に関する。遮光カバーは、０．１〜１．５重量％の酸化イットリウムおよび／または１種または複数種のランタニド酸化物を含むモリブデン合金からなる。これにより、一定した酸素取込み、従って一定したハロゲンサイクルが達成される。さらに、溶接特性の向上によって遮光カバーの壁厚を低減することができる。

Description

本発明は、実質的に１つのガラス球と、１つの遮光カバーと、３つの保持ピンと、２つのコイルフィラメントとを含み、ガラス球の内部空間がハロゲン含有ガスを封入され、少なくとも１つの保持ピンが遮光カバーに溶接されているハロゲン電球に関する。

ハロゲン電球は、タングステンからなるコイルフィラメントが直接的通電によってふつう２３００℃〜３２００℃の範囲内の温度に加熱されることによって可視光を生成する。ガラス球用に硬質ガラスまたは石英ガラスが利用される。封入ガスは、希ガスの他に、ハロゲンに属するヨウ素、臭素または塩素を単独で含み、またはハロゲン化炭化水素と組合せて含む。これによりＣＶＴ（chemical vapour transport;化学的気体輸送）プロセス、いわゆるハロゲンサイクルが生成され、これによりコイルフィラメントから蒸発してガラス球壁に凝縮したタングステンが再びコイルフィラメントへ輸送されて戻る。

封入ガス中の僅かな含有量の酸素または水蒸気がハロゲンサイクルの再生に強く影響することが知られている。低い温度範囲ではガス状オキシハロゲン化タングステンが形成される。臭素を使用した場合、ガラス球壁の領域でＷＯ₂Ｂｒ₂、ＷＯＢｒ₂、Ｗ₆Ｂｒ₁₈が４００：１０：１の強度比で検出された。１．５×１０²ＰａのＨＢｒ、Ｋｒを封入した電球の数値シミュレーションは、１Ｐａの酸素の添加がガラス球の領域でタングステン含有種の分圧を７倍高めることを示した。封入ガス中の酸素含有量を僅かに高めると、非常に敏感に輸送率が高まる。それとは逆に封入ガスが酸素を殆ど含まないと、固形ハロゲン化物の形成によって反応性ハロゲンガスの封入圧力が低下するので、ガラス球の強い黒化が現れる。逆に酸素含有量が過度に高くなると、コイルフィラメントを除いてふつうモリブデン合金からなるマウントコンポーネントも腐食される。従って、モリブデンはハロゲンサイクルに関与し、酸素含有量の増加に伴ってコイルフィラメントに強く堆積する。酸素はマウントコンポーネントを介しても電球内に持ち込まれ、酸素は表面に吸着された態様、溶解した態様、または結合された態様で存在することができる。殊に、表面吸着酸素の違いはハロゲン電球の寿命に明確に影響する。殊にマウントの電球コンポーネントが高い表面積を有する電球の場合、表面での比酸素濃度の違いは寿命特性に深刻な変動を引き起こす。

そのことは、特に遮光カバーを備えたハロゲン電球の場合にあてはまる。というのも遮光カバーは大きな表面積を有するからである。遮光カバーを備えたハロゲン電球は自動車ヘッドランプガラス球において利用される。これらのハロゲン電球はふつうＨ４電球と称される。遮光カバーはガラス球の内部空間内にあり、ガラス球はさらに２つのコイルフィラメントと３つの保持ピンも含む。第１コイルフィラメントは遮光カバーの領域に配置されている。遮光カバーが光ビームを限定し、これにより眩惑が防止される。このコイルフィラメントはすれ違いビーム用フィラメントと称される。第２コイルフィラメントは遮光カバー領域の外側にあり、走行ビームを生成する。このコイルフィラメントは走行ビーム用フィラメントと称される。すれ違いビーム用フィラメントは遮光カバーとモリブデン保持ピンとに結合されている。接合法としてふつう抵抗溶接が利用され、接合帯域を一層安定的に実施するためにコイルフィラメントの接続領域にモリブデン製スリーブが嵌着される。遮光カバーはすれ違いビーム用フィラメントの一端に溶接するのに役立つ溶接片を有することができ、そのことは東独国特許第２２４４４５号明細書に述べられている。この溶接片は、すれ違いビーム用フィラメントの一端にプロジェクション溶接するのに役立つ横リブを備えることができる。遮光カバーの底はふつう扁平に構成され、ふつうやはりモリブデン保持ピンとのプロジェクション溶接を可能とする２つの溶接ビードを備えている。遮光カバー用の素材としてこれまで純モリブデンのみが利用された。というのも、合金元素がハロゲンサイクルの恒常性に影響すると考えられたからである。特に、ＯＤＳ（oxide dispersion strengthened:酸化物分散強化）モリブデン素材もその高い酸素含有量および大抵はハロゲン化物を形成するその合金元素のゆえに利用されなかった。

ところで純モリブデン製の遮光カバーを使用すると、電球のロットごとに寿命特性の変動を決定することができ、多くの影響要因がそのことを決定できる。それに加えて付記するなら、Ｈ４電球の作製は大きな費用圧力を受けており、無難な費用または費用を下げる解決のみを市場は受け入れる。

そこで本発明の課題は、極力一定した長い寿命と極力僅かな費用を有する遮光カバーを備えたハロゲン電球を提供することである。

他の課題は、極力僅かな程度にハロゲン電球の寿命変動を生じ、既存の解決に比べてこの遮光カバーの費用をさらに低減する遮光カバーを提供することである。

本発明によればこれは独立請求項によって達成される。

０．１〜１．５重量％の酸化イットリウムおよび／または１種または複数種のランタニド酸化物を含むモリブデン合金からなる遮光カバーを利用することによって、Ｈ４電球の著しく一定した改良された寿命特性を達成することができる。そのことは、コイルフィラメントのホットスポット形成によって故障したＨ４電球から取り出したコイルフィラメントの分析値でも明らかとなる。ホットスポット形成の考えられる原因はコイルフィラメント領域でモリブデン値が局所的に高まることであり、そのため融解温度の低下によってタングステンの自己拡散速度が高まり、従ってクリープが加速される。クリープ現象によって、その結果としてコイルフィラメント横断面が減少し、そのことがやはりコイルフィラメント温度の局所的高まりを引き起こす。この局所的に高まったコイルフィラメント温度がクリープの加速を引き起こし、これによりそれ自身で成長する作用が生じる。封入ガス中の酸素含有量もしくは水蒸気含有量の僅かな違いがさまざまなモリブデン除去率を引き起こす。封入ガス中の酸素含有量もしくは水蒸気含有量はごく僅かであるので、遮光カバーの吸着された酸素に起因するさまざまな酸素持込みは封入ガス中に顕著に異なる酸素含有量をもたらし、従ってさまざまなモリブデン切除率をもたらす。切除されたモリブデンはその結果としてハロゲンサイクルに関与する。さまざまなモリブデン割合は一方でサイクルの有効性に違いを生じ、他方でコイルフィラメント上へのさまざまなモリブデン堆積率も生じる。前者はガラス球の黒化を強め、後者はコイルフィラメントの故障を早める。利用されたコイルフィラメントの分析から、純モリブデン遮光カバーを使用するとモリブデン値の変動することが判明した。次にこの積算値を、堆積したＭｏ層の仮定した厚さに換算すると、純モリブデン遮光カバーを使用した場合層厚は０．０３〜０．５５μｍとなる。０．１〜１．５重量％の酸化イットリウムおよび／または１種または複数種のランタニド酸化物を含むモリブデン合金からなる遮光カバーを使用した場合、表１から読み取ることができるように著しく一定した値を達成することができる。実施例による電球製造では遮光カバーの材料のみが変更されたので、モリブデン堆積のばらつきの低減は本発明に係る遮光カバーの使用に帰すことができると考えることができる。モリブデン堆積は一義的に封入ガスの酸素含有量もしくは水蒸気含有量にのみ依存しているので、本発明に係る遮光カバーの場合含有量が一層一定していると考えることができる。その際に遮光カバーが主要な影響を及ぼすことは、遮光カバーが最大の表面積を有する金属コンポーネントであることで説明することができる。電球製造業者にとって、持ち込まれる酸素もしくは水蒸気の絶対値は、相応する調量添加によって調整できるのであまり重要でない。それとは逆に遮光カバーに起因する酸素もしくは水蒸気のさまざまな含有量が持ち込まれると、これは電球製造時にもはや修正できない。Ｍｏ堆積の特に僅かなばらつきはＹ₂Ｏ₃とＹ₂Ｏ₃×Ｃｅ₂Ｏ₃を添加した素材の利用時に達成することができる。最適な酸化物含有量は０．３〜１．０重量％である。Ｌａ₂Ｏ₃を添加した素材でも著しい改善を達成することができた。しかし、含有量＞０．５重量％ではガラス球黒化傾向が強まることに注意しなければならない。

本発明に係る遮光カバーの他の利点は、溶接結合部の強度が損なわれることなく遮光カバーの壁厚を低減できることにある。本発明に係る素材を使用すると、実施例で詳しく述べるように、コンポーネントの保持ピンおよび／または遮光カバーの剥離力がほぼ同じように高い場合遮光カバーの壁厚は０．１３ｍｍから約０．１０ｍｍに低減することができる。従って著しい費用低減が達成される。そのことが決定的に重要であるのは、この１０年間にＨ１、Ｈ７、Ｈ８および放電ランプの導入によってＨ４電球が高い費用圧力を受けているからである。以下において実施例によって本発明を詳細に説明する。

Ｈ４電球１（図１参照）は従来技術に基づいて作製され、ガラス球２は硬質ガラスで実施された。マウントは、図２に詳しく示す遮光カバー３で構成された。この遮光カバーの２つの溶接ビード９にモリブデン保持ピン４が溶接され、またすれ違いビーム用フィラメント５がスリーブを介して溶接片の横リブ８に抵抗溶接によって溶接された。前記保持ピン４に走行ビーム用フィラメント５がやはりスリーブ付きで溶接された。走行ビーム用フィラメント５もしくはすれ違いビーム用フィラメント６のまだ結合されていない末端は他のモリブデン保持ピン４に結合された。保持ピン４の固定は硬質ガラスからなるブリッジによって行われた。マウントは保持ピンの領域でガラス球２に真空密に結合された。付記しておくなら、本発明に係る遮光カバーは、保持ピンに溶接された溶融箔を通して気密通電が保証された石英ガラス電球においても利用することができる。

遮光カバーの製造には、表１に示すようにイットリウム、ランタニドの群からなる酸化物を含むさまざまなモリブデン合金が利用された。厚さ０．１０ｍｍの帯材から出発して、遮光カバーはエンボスプロセスおよび／または打抜きプロセスによって製造された。これと比較するため、厚さ０．１３ｍｍの帯材から作製した純モリブデン遮光カバーも製造された。各材料種類から１０個の電球が作製され、標準条件のもとで１０００時間連続的にテストされた。その後、電球は破壊され、コイルフィラメントのモリブデン含有量が測定され、そこから仮定のＭｏ層厚が計算された。これらの値が表１に示してある。十分に明らかとなるように、純モリブデン遮光カバーを備えた電球におけるばらつき範囲は本発明に係る遮光カバーを備えた電球におけるよりも著しく大きい。他の実験において、直径０．６ｍｍのモリブデン保持ピンのみを抵抗溶接によって図２のコンポーネントに相当する遮光カバーに結合することによって実験部品が製造された。その後、１０個の試料の溶接結合部の強度が引張実験において剥離試験によって測定され、平均値が計算された。表２から明らかになるように、本発明に係る遮光カバーを備えたコンポーネントは遮光カバーの底領域の壁厚０．１０ｍｍにおいて、壁厚０．１３ｍｍの純モリブデン遮光カバーに匹敵する溶接強度を示す。

表１はすれ違いビーム用フィラメント上のモリブデン層の仮定された厚さを示す。

表２は保持ピンを遮光カバーから分離するのに必要な剥離力を示す。

硬質ガラス製ガラス球を有するＨ４電球を示す図 モリブデン保持ピンを溶接した遮光カバーを示す図

符号の説明

１ 電球
２ ガラス球
３ 遮光カバー
４ 保持ピン
５、６ フィラメント

Claims (10)

1. 実質的に１つのガラス球（２）と、１つの遮光カバー（３）と、複数の保持ピン（４）と、複数のコイルフィラメント（５、６）とを含み、ガラス球の内部空間がハロゲン含有ガスを封入され、少なくとも１つの保持ピン（４）が遮光カバー（３）に溶接されているハロゲン電球（１）において、遮光カバー（３）が、０．１〜１．５重量％の酸化イットリウムおよび／または１種または複数種のランタニド酸化物を含むモリブデン合金からなることを特徴とするハロゲン電球。
2. モリブデン合金がモリブデン相、０．１〜１．５重量％の酸化イットリウムおよび／または１種または複数種のランタニド酸化物からなり、モリブデン相の金属純度が９９．０重量％以上であることを特徴とする請求項１記載のハロゲン電球。
3. 酸化物含有量が０．３〜１．０重量％であることを特徴とする請求項１または２記載のハロゲン電球。
4. 酸化物がＹ₂Ｏ₃であ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。
5. 酸化物がイットリウム‐セリウム混合酸化物であ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。
6. 酸化物がＬａ₂Ｏ₃であ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。
7. 遮光カバー（３）の底領域における壁厚が０．０７ｍｍ〜０．１２ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載のハロゲン電球。
8. 底領域（８）における壁厚が０．０８ｍｍ〜０．１０ｍｍであることを特徴とする請求項７記載のハロゲン電球。
9. ハロゲン電球（１）が３つの保持ピン（４）と２つのコイルフィラメント（５、６）とを含むことを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載のハロゲン電球。
10. ハロゲン電球（１）用遮光カバー（３）において、遮光カバー（３）が、０．１〜１．５重量％の酸化イットリウムおよび／または１種または複数種のランタニド酸化物を含むモリブデン合金からなることを特徴とするハロゲン電球用遮光カバー。

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