JP3555051B2 - ガラス封着用金属線および管球ならびに電気部品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスバルブに代表される透光性気密容器内に発光源を封入した電球や蛍光ランプなどの管球や電子部品の密封などに用いられる封着用の金属線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
管球たとえば電球や蛍光ランプなどは、透光性容器を形成するガラスバルブ内にフィラメントの蒸発を抑え発光効率を高めるためあるいは発光放電媒体としてアルゴンなどの希ガスを封入し、このバルブ内を気密に保っている。管球を構成するバルブとステムとは、ほぼ同じ熱膨張率のガラス相互であるので融着して容易に気密が保持できるが、フィラメントへの通電をなさしめる導入導体としては金属線が必要で、軟質ガラス封着用の金属線としてはガラス部材との熱膨張率を近ずけたジュメット線がよく知られ、また、多用されている。
【０００３】
このジュメット線はガラスに対する熱膨張率および融着性の点から完成されたもので、Ｆｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）合金芯線の上にＣｕ（銅）層が形成され、さらに、このＣｕ（銅）層の表面にはガラスとの融着の際その酸化速度をやや鈍らせ過度の酸化を防ぐため水分のない硼砂（Ｂ４ Ｏ７ Ｎａ２ ）の薄膜、いわゆるボレーション処理がなされている。そして、このボレーション処理した封着用金属線と軟質ガラスとの封着は７８０〜８２０℃程度で行なわれ、ガラス質の硼砂（Ｂ４ Ｏ７ Ｎａ２ ）がステムのガラスと融合するとともに封着用金属線の表面のＣｕ２ Ｏ（亜酸化銅）膜がガラス中に拡散してガラスと密着した高気密度の封着ができる。
【０００４】
そして、この封着用金属線をガラスとの封着部のみに用いる、たとえばバルブ内のフィラメントを保持する内部導入線部分、ガラスとの封着部分およびバルブ外の口金の端子に接続される外部導入線部分の各部を別部材の３部品で構成した導入線を使用する場合もあるが、表示用の小形ランプなどの場合内部導入線部および外部導入線部をも封着用の金属線を共通して用いる、導入線を単一の部材で構成することもある。
【０００５】
無口金電球など導入線を単一の部材で構成する場合、発光源をなすフィラメントは内部導入線部分に叩き込みあるいは挟み込まれることによって継線保持されるのが一般的であるが、硼砂（Ｂ４ Ｏ７ Ｎａ２ ）は電気絶縁物でありこの硼砂（Ｂ４ Ｏ７ Ｎａ２ ）膜が破壊して、かつ、Ｃｕ（銅）層などの導電体と直接接触していないとフィラメントと内部導入線部分との接続が不確実、かつ、不安定であって、この継線部における電気抵抗に瞬間的な変動が起こり易いということがあった。すなわち、導入線に通電してもフィラメントが不所望に点滅することがあった。特に、この抵抗の変動は電球に振動が加わったときなどに多く発生していた。
【０００６】
また、外部導入線は口金を有する電球の場合は口金の金属端子部と半田付けや溶接などの手段で接続され、無口金電球の場合は封着部と端子とが単なる圧接による接続で、外部導入線部分の表面に絶縁膜があるとこれまた電気的な接続が不安定で電球に不所望な点滅を起こすなどの問題があった。
【０００７】
そこで、接続部の硼砂（Ｂ４ Ｏ７ Ｎａ２ ）膜を酸処理により除去することが行われていたが、除去処理や除去したのちメッキ処理などを行う作業が環境問題などで実施困難な状態にある。
【０００８】
また、導入線を内部、外部導入線および封着着用金属線の３部品で構成したものは、互いの端面を突合わせ溶接によって接合しているが、溶接部に硼砂（Ｂ４ Ｏ７ Ｎａ２ ）分の混融があると接合強度の低下を招くことがあった。
【０００９】
そこで、上記の問題を解消するものとして、Ｆｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）合金芯線の表面あるいは芯線上のＣｕ（銅）層の表面にＮｉ（ニッケル）層を形成した封着線（ジュメット線）が開発、実用化され、また、このことは特公昭４６−３６５５号公報や特開昭５０−１０２６１号公報に開示されている。このＮｉ（ニッケル）層を形成した封着線もガラスとの封着に際しては、Ｎｉ（ニッケル）層を酸化させガラスとの気密封着性をよくするようにしている。しかし、封着作業における加熱において、Ｎｉ（ニッケル）層を有する封着線に酸化膜を形成させることは、加熱条件が微少に変化しても酸化膜の量や質が変わりそのコントロールが難しかった。この従来の封着線に形成したのＮｉ（ニッケル）層の厚さは１．０〜１．５μｍ程度であり、酸化雰囲気で封着させても表面に生成できるＮｉＯ（ニッケルの酸化物）のガラス中への拡散がしにくいことから、ガラスに溶解し難くリークなどが発生して封着性が低下するなど、信頼性の高い封着ができないことがあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者等はこの表面にＮｉ（ニッケル）層を形成した封着線（ジュメット線）が、フィラメントとの接続など封着部外においての電気的接続性がよいことから注目して、さらにガラスとの封着性を向上すべく研究した。
【００１１】
本発明は、上記問題点を除去し、最外表面に緻密な酸化物が形成されガラスとの密着性がよくリークやクラックなどの発生の虞がないとともに封着作業が容易な軟質ガラスとの気密封着用の金属線およびこの金属線を用いた管球ならびに電気部品を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のガラス封着用金属線は、芯線と、芯線の表面に形成された銅層と、銅層の外側に０．１〜０．５μｍの層厚で形成され、上記銅層から銅（Ｃｕ）が拡散されて予めＮｉ−Ｃｕ合金が形成されたニッケル層とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
下地層のＣｕ（銅）層部分が外表面側のＮｉ（ニッケル）層部分に拡散してＮｉ−Ｃｕ合金をつくるとともに外表面側のＮｉ（ニッケル）層が薄いので表面にもＣｕ（銅）が拡散してくる。そして、軟質ガラスとの封着時に予め形成されたＮｉ−Ｃｕ合金層は、Ｃｕ（銅）がガラスとの封着性のよい緻密な酸化物すなわちＣｕ2 Ｏ（亜酸化銅）となってガラス中に拡散していき、気密性の高い封着が行える。また、耐酸化性の高い表面のＮｉ（ニッケル）は薄いのでＣｕ（銅）と合金化することで適度に酸化して、ガラスとの気密封着性を阻害することが少ない。
【００１４】
本発明の請求項２に記載のガラス封着用金属線は、芯線と、芯線の表面に形成されたニッケル層と、ニッケル層の外側に形成された銅層と、銅層の外側に０．１〜０．５μｍの層厚で形成され、上記銅層から銅（Ｃｕ）が拡散されて予めＮｉ−Ｃｕ合金が形成されたニッケル層とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
上記請求項１記載と同様な作用を奏する。
【００１６】
本発明の請求項３に記載のガラス封着用金属線は、焼鈍処理により前記銅層から銅（Ｃｕ）が拡散されてＮｉ−Ｃｕ合金を形成していることを特徴とする。
【００１７】
焼鈍処理時に銅層から銅（Ｃｕ）を拡散させてＮｉ−Ｃｕ合金を形成することができる。
【００１８】
本発明の請求項４記載のガラス封着用金属線は、単一線であることを特徴とする。
【００１９】
内部導入線部、外部導入線部および封着部に一本の導入線を共用して使用しても、フィラメントや外部端子との接続時に導電的になんら支障が生じない。また、この場合は他の線材との溶接などが不要であるとともに材料も節約できる。
【００２０】
本発明の請求項５記載のガラス封着用金属線は、最外ニッケル層が形成されていない部分を有していることを特徴とする。
【００２１】
封着部以外の内部導入線部や外部導入線部の最外面にＮｉ（ニッケル）層が形成されていなくても、それぞれ電気的な接続部材としての機能を有する。また、この場合は他の線材との溶接などが不要であるとともに材料も節約できる。
【００２２】
本発明の請求項６記載のガラス封着用金属線は、少なくとも一方の端部に内部導入線または／および外部導入線を接続していることを特徴とする。
【００２３】
封着線の端部に内部導入線またはおよび外部導入線を容易に接続することができる。すなわち、導入線を封着線の端部に内部導入線および外部導入線の３っの線材を接続した３部品線や、封着線と内部導入線を共用しこれに外部導入線を接続したものや封着線と外部導入線を共用しこれに内部導入線を接続した２部品線であってもよい。
【００２４】
本発明の請求項７記載のガラス封着用金属線は、芯線がＦｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｃｏ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｍｏ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｗ合金、Ｐｔから選ばれたものであることを特徴とする。
【００２５】
上記材質から選ばれ、線材の半径方向の熱膨張率が８５〜１０５×１０ −７ ℃−１ の範囲内にあり、封着される軟質ガラスの熱膨張率と同じか近似した値のものであればよい。また、被封着物のガラス材質や価格などに応じ種々の芯線や金属層材料が選べられる。
【００２６】
本発明の請求項８記載の管球は、軟質ガラスからなる透光性容器と、透光性容器の封着部に封着された上記請求項１ないし請求項７のいずれか一に記載されたガラス封着用金属線と、容器内の封着用金属線に電気的に接続された電極とを具備していることを特徴とする。
【００２７】
軟質ガラス製の透光性容器と気密性の高い封着を行うことができ、管球を長寿命化できる。また、管球としては実施の形態に示す小形電球に限らず、透光性気密容器として軟質ガラス製のバルブあるいはステムを用いる、汎用の電球や蛍光ランプ、点灯管、ネオン管などの放電ランプなど種々のものに適用できる。また、蛍光ランプなどの放電ランプの場合はフィラメントは電極と呼び変えられ、また、フィラメント電極ではなく、金属板、金属棒や金属塊からなる冷陰極であってもよい。また、これらフィラメント（電極）は、封着線に直接継線せずに他の部材を介して電気的接続と機械的な保持がなされていればよい。
【００２８】
本発明の請求項９記載の管球は、軟質ガラスからなる透光性容器と、透光性容器の封着部に封着されるとともに最外ニッケル層を形成していない部分を封着部外に延在した上記請求項５または請求項６に記載されたガラス封着用金属線と、容器内の封着用金属線に電気的に接続された電極とを具備していることを特徴とする。
【００２９】
上記請求項８記載と同様な作用を奏する。
【００３０】
本発明の請求項１０記載の管球は、軟質ガラスからなる透光性容器と、透光性容器の封着部に封着された軟質ガラス製のステムと、ステムに封着された上記請求項１ないし請求項７のいずれか一に記載されたガラス封着用金属線と、容器内の封着用金属線に電気的に接続された電極とを具備していることを特徴とする。軟質ガラス製のステムと気密性の高い封着を行うことができ、管球を長寿命化できる。
【００３１】
本発明の請求項１１記載の管球は、軟質ガラスからなる透光性容器と、透光性容器の封着部に封着された軟質ガラス製のステムと、ステムに封着されるとともに最外ニッケル層を形成していない部分を封着部外に延在した上記請求項５または請求項６に記載されたガラス封着用金属線と、容器内の封着用金属線に電気的に接続された電極とを具備していることを特徴とする。
【００３２】
上記請求項１０記載と同様な作用を奏する。
【００３３】
本発明の請求項１２記載の電気部品は、軟質ガラスからなる容器と、容器に封着された上記請求項１ないし請求項７のいずれか一に記載されたガラス封着用金属線と、容器内の封着用金属線に電気的に接続された電子部品素子とを具備していることを特徴とする。
【００３４】
軟質ガラス製の容器などと気密性の高い封着を行うことができ、電子部品を長寿命化できる。本発明は管球のほか耐塵埃性、耐湿性、耐水性、耐酸化性などガラス製などの容器内に主要機能部が収容されるダイオード素子、スイッチング素子やセンサなどの電子部品の密封に対しても適用ができるものである。そして、上記素子類は封着線に直接あるいは封着線に他の線材や部材を接続した２部品線や３部品線などで電気的接続がなされていればよい。
【００３５】
本発明の請求項１３記載の電気部品は、軟質ガラスからなる容器と、容器に封着されるとともに最外ニッケル層を形成していない部分を封着部外に延在した上記請求項５または請求項６に記載されたガラス封着用金属線と、容器内の封着用金属線に電気的に接続された電子部品素子とを具備していることを特徴とする。
上記請求項１２記載と同様な作用を奏する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１および図２を参照して説明する。図１はガラス封着用金属線の横断面を示し、図２はこの封着用金属線を用いた表示用などの小形電球の縦断面図である。
【００３７】
図１において、１は導入線でここではガラス封着用金属線をなし、中心にはたとえばＦｅ（鉄）５０重量％−Ｎｉ（ニッケル）５０重量％の合金からなる直径約０．２５ｍｍで半径方向の熱膨脹率（３０〜３００℃）が９５〜１００×１０−７ ／℃ −１ の芯線２を有し、この芯線２の周囲外側表面には層厚が約１μｍのＣｕ（銅）層３が形成され、さらに、このＣｕ（銅）層の外側表面には最外層として層厚が約０．３μｍのＮｉ（ニッケル）層４１が形成されている。
【００３８】
このような構成の導入線１の製造は、外径を所定寸法に仕上げた芯線２の外側表面に所定層厚のＣｕ（銅）およびＮｉ（ニッケル）を重層めっきしてＣｕ（銅）層３およびＮｉ（ニッケル）層４１を形成することによって得たり、あるいは所定寸法より大径の芯線２にＣｕ（銅）スリーブを被せ圧延することによって所定外径のＣｕ（銅）被覆線をつくり、この被覆線にＮｉ（ニッケル）層４１を施して得るようにしてもよい。
【００３９】
また、図２は上記ガラス封着用金属線１を使用してなる小形電球Ｌ１で、この電球Ｌ１は外径が約５ｍｍ、全長が約１０ｍｍのソーダライムガラスまたは鉛ガラス製（熱膨脹率（３０〜３００℃）が８５〜１０５×１０ −７ ／℃ −１ ）の透光性気密容器を形成するバルブ５を備え、このガラスバルブ５の閉塞した封着部５１（バルブを圧潰でも焼き細めた封着部であってもよい）内には一対の上記封着用金属線１、１が封着されている。この封着用金属線１は、全体の熱膨脹率（３０〜３００℃）はたとえば９５〜１００×１０ −７ ／℃ −１ で、所定長さたとえば約１５ｍｍに切断され、封着線（被封着部）１１部分とバルブ５内に延在する内部導入線１２部分およびバルブ５外に延在する外部導入線１３部分とを共通する単一線からなる。
【００４０】
そして、バルブ５内の内部導入線１２、１２の先端部間には発光源としてタングステン線を巻回したフィラメント６がクランプや溶接などの手段で継線してあるが、最外表面のＮｉ（ニッケル）層４１は良好な導電体でありこの継線部において接触不良とはならず、確実な電気的接続とフィラメント６の保持をなす。また、封着部５１からバルブ１外に延出した外部導入線１３、１３は互いに接触しないよう分けられている。なお、上記バルブ５内にはアルゴンなどの不活性ガスが封入されるか、あるいは真空雰囲気にしてある。
【００４１】
上記の小形電球Ｌ１はバルブ５に導入線１、１を封着する作業時に、封着部５１においてバルブ５を溶融加熱するバーナ熱がバルブ５に近接する封着線１１（被封着部）部分をも加熱し、大気中にある最外表面のＮｉ（ニッケル）層４１部分および下地層のＣｕ（銅）層３部分が酸化されバルブ１のガラスがこの層内に拡散していき両者は密着して気密封着される。
【００４２】
さらに詳述すると、本発明に係わる導入線１は加熱されることによって、下地層のＣｕ（銅）層３部分が外側表面のＮｉ（ニッケル）層４１部分に拡散してＮｉ−Ｃｕ合金をつくるとともに外側表面のＮｉ（ニッケル）層４１が薄いので表面にもＣｕ（銅）が拡散してくる。そして、表面側にＣｕ（銅）が拡散されたＮｉ−Ｃｕ合金のうちＣｕ（銅）が緻密なＣｕ２ Ｏ（亜酸化銅）となってガラス中に拡散して高い気密性の封着が行える。
【００４３】
このように、軟質ガラスのバルブ５の封着用に用いられる金属線１の封着線（被封着部）１１部は、熱膨張率が封着されるガラスの熱膨張率と近似していることは必須であり、この封着線（被封着部）１１部に形成されるＮｉ（ニッケル）層４１が薄層であれば、応力もないかあっても僅かであり、封着部５１にリークや歪みによるクラックなどの発生がない。
【００４４】
また、封着作業などにより上記導入線１の封着線（被封着部）１１部外に延出する外部導入線１３部分は封着線（被封着部）１１ほど昇温せず、最外層のＮｉは耐酸化性や耐蝕性に優れ酸化しにくく、この外部導入線１３を直接に端子板に圧接して接触させることも、あるいは端子板に半田付けを行うことも可能である。
なお、上記の下地層であるＣｕ（銅）層３部分の、外側表面のＮｉ（ニッケル）層４１部分への拡散は、上述したガラスバルブ５との封着時の加熱によらず、封着線の光輝焼鈍（９５０℃で２０秒間）時などに行うことができる。
【００４５】
つぎに、上記小形電球Ｌ１の構成において封着強さを調べるため、最外層のＮｉ（ニッケル）層４１部分の層厚さのみを種々変えて封着部５１の封着線（被封着部）１１界面部分における導入線１の引張り強度（図３）および耐酸化性（表１）を調査した。
【００４６】
この引張り強度試験は、上記実施の形態に示した小形電球Ｌ１を治具に固定し、外部導入線１３を引張って、導入線１が封着部５１から抜けたときの荷重（ｋｇｆ）を調査した。（なお、この試験条件は実使用に比べ相当過酷なものである。） この図３は、横軸に最外層のＮｉ（ニッケル）層４１の層厚（μｍ）を、縦軸は引張り強度（ｋｇｆ）を示す。この図３からＮｉ（ニッケル）層４１部分の層厚が厚くなるほど引張り強度が低下することが分かるが、これは酸化が少なくガラスとの密着性が悪くなるためと考える。そして、Ｎｉ（ニッケル）層４１の層厚が１．０μｍ程度であると引張り強度が最大であるが、Ｃｕ（銅）層３の外表面側にＮｉ（ニッケル）層を形成しない場合と同程度とすれば約１．２μｍまで許容される。
【００４７】
また、表１は上記封着用金属線１に形成したＮｉ（ニッケル）層４１部分の層厚と耐酸化性との関係を示し、小形電球Ｌ１点灯経過後の外部導入線１３の酸化の状態を調べたもので、○印はＮｉ（ニッケル）の金属光沢があり変色なし、×印はＮｉ（ニッケル）の金属光沢が鈍く変色が生じたものである。
【００４８】
【表１】
【００４９】
この表１から、Ｎｉ（ニッケル）層４１の層厚が０．１μｍ以上あれば、小形電球Ｌ１点灯後における酸化の発生もきわめて軽度であって、実用上何ら問題なかった。また、Ｎｉ（ニッケル）層４１の層厚が０．１μｍ未満であると、酸化が過度に進行して下地層との密着性が悪い酸化膜が形成されてしまうほか、耐蝕性が劣る。また、層厚が厚い方が酸化は少なくなるが０．５μｍを越えると表面側へのＣｕ（銅）を拡散させるための熱処理によって、下地Ｃｕ（銅）層へのＮｉ（ニッケル）の拡散量も多くなり、その結果、導入線１の電気抵抗の増加、熱伝導度の低下などの特性変動の要因ともなる。
【００５０】
これら導入線１の引張り強度、耐酸化性、耐蝕性および特性変動などを考慮すると、導入線１の最外表面層のＮｉ（ニッケル）層４１の層厚が０．１〜０．５μｍの範囲内にあれば、封着線１１とガラスとの界面からのリークやクラックおよび内部や外部導入線１２，１３の酸化程度もフィラメントや端子板との電気的接続には実用上ほとんど支障はなかった。
【００５１】
また、上記実施の形態では導入線１（封着用金属線）の最外表面にＮｉ（ニッケル）層４１を形成したが、導入線１を形成する芯線２とＣｕ（銅）層３との間にもＮｉ（ニッケル）層が形成してあってもよい。これは図４に示すように中心にはたとえばＦｅ（鉄）４８〜５１重量％−Ｎｉ（ニッケル）４９〜５２重量％の合金からなる直径約０．２５ｍｍで半径方向の熱膨脹率（３０〜３００℃）が９５〜１００×１０ −７ ／℃ −１ の芯線２を有し、この芯線２の周囲外側表面にはメッキ処理などで層厚が約１．０μｍのＮｉ（ニッケル）層４２を形成し、このＮｉ（ニッケル）層４２の外側表面に層厚が約０．２μｍのＣｕ（銅）層３を形成し、さらに、このＣｕ（銅）層の外側表面には最外層として層厚が約０．２μｍのＮｉ（ニッケル）層４１を形成する。
【００５２】
このような構成の導入線１を、小形電球などで使用される軟質ガラスで形成したバルブ５と封着すると、上述した実施の形態と同様にバルブ５を溶融加熱するバーナ熱がバルブ５に近接する封着線１１部分をも加熱されることによって、下層のＣｕ（銅）層３部分が外側表面のＮｉ（ニッケル）層４１部分に拡散しＮｉ−Ｃｕ合金をつくるとともに外側表面のＮｉ（ニッケル）層４１が薄いので表面にもＣｕ（銅）が拡散してくる。そして、Ｎｉ−Ｃｕ合金層中に存在するＣｕ（銅）が酸化して緻密なＣｕ２ Ｏ（亜酸化銅）をつくり、バルブ６のガラスがこの層内に拡散していき両者は密着して高い気密性が得られる。このとき、封着線１１の最外金属層５とバルブ６のガラスとの界面からガラス側の約３μｍにまでＣｕ（銅）が拡散しているのが確認された。
【００５３】
この場合、導入線１は芯線２に近い周囲部分には耐酸化性および耐蝕性に優れたＮｉ（ニッケル）層４２が、最外表面部分には薄いＣｕ（銅）−Ｎｉ（ニッケル）合金層が形成されているので、大気中における通常の加熱では問題なくＣｕ（銅）−Ｎｉ（ニッケル）合金層中のＣｕ（銅）部分が緻密なＣｕ２ Ｏ（亜酸化銅）となりガラスと融着でき、また、たとえ加熱が強すぎてＣｕ（銅）部分が過酸化しても合金層中および下層のＮｉ（ニッケル）層４２は過酸化されず、ガラスは上記最外側表面の合金層中およびＮｉ（ニッケル）層４２に拡散していき気密性の高い封着が行える。
【００５４】
そして、この導入線自体および導入線をバルブと封着して形成した小形電球について種々の強度試験を行った結果について、表２に示す。試験は上記と同様な（一部別試験もある。）、１）電球の封着部を固定し外部導入線部分を延出方向に２ｋｇｆで引張った後のリーク発生試験、２）同じく２ｋｇｆで引張った後の導入線の封着線（被封着部）部がガラス中から剥がれ抜ける強度試験、３）同じく３．５ｋｇｆで引張ったときの強度試験（封着部破壊とは導入線が切断せず導入線とガラスとの界面から破壊したもの、また、導入線切断とは封着部が破壊せずに導入線が切断したものをいう。）、４）小形電球を１０％シアン化カリウム水溶液（ａｔ２０℃）中に浸漬してのリーク発生試験、５）導入線（封着線）を大気中で約６００℃、３分間経過後の酸化重量の増加を測定、の５項目について従来品と比較し実施した。（なお、この試験条件は実使用に比べ相当過酷なものである。）
【表２】
【００５５】
これらの１）〜５）の試験結果から、芯線２とＣｕ（銅）層３との間にＮｉ（ニッケル）層４２を形成した場合も、従来品に比べガラスとの気密密着性に優れていることが確認できた。
【００５６】
また、図５は本発明の導入線１の他の実施の形態を、図６は図５の導入線１を用いた管球（要部のみ示す。）の他の実施の形態を示し、図中図１ないし図２と同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。上記実施の形態では導入線１としてガラスとの封着用金属線を単一の線材からなるものについて説明したが、図５および図６のものはバルブ端部を閉塞する構造の一般照明用の電球や蛍光ランプＬ２などの管球に用いられるステム８を示す。このステム８は、たとえば鉛ガラス製のステムチューブ８１の一端をバルブ５の開口部と適合するよう拡開されたフレア部８２を有し、他端側の溶融圧潰されたピンチシール部８３内には一対の導入線１、１の封着線１１部を気密に封着している。なお、８４は排気管、７はバルブ１の内面に形成された蛍光体膜である。
【００５７】
この導入線１は３っの線材、すなわちピンチシール部８３内に埋設される部分のみを封着線１１とし、この封着線１１の端部に内部導入線１２および外部導入線１３を溶接（点１４）などで接続したものからなる。一般的に封着部５１や８３はガラスと金属との異質の部材の接合であり、封着線１１部は電流容量などを勘案してできる限り細いものがよい。また、内部導入線１２はフィラメント６や電極などを支持して振動や衝撃に耐えねばならないので大径化するなどして強靭性を保たねばならない。また、外部導入線１３はそのまま端子部材としてあるいは口金などに接続されランプを安全に点灯し、異常発生時には溶断してヒューズ作用をなし他への影響を防止するなど、この導入線１においては単なる電力供給だけでなく他の役割を備えているものである。
【００５８】
そして、この３っの線材からなる導入線１のうち、封着線１１部は上記図１に示す構成の線材からなり、内部導入線１２はたとえばＮｉ（ニッケル）線で端部にフィラメント６が継線され、外部導入線１３はたとえばＣｕ（銅）線からなる。そして、このステム８のピンチシール部８３内に封着された導入線１、１も上述した実施例と同様にステムガラスと高い気密性を保って封着され、その封着部にリークやクラックの発生のない長寿命のランプを提供できる。また、内部導入線１２および外部導入線１３は、封着線１１とは異なるそれぞれの役割に適した材質、径などを選ぶことができる。
【００５９】
なお、本発明は上記実施の形態に限るものではなく、たとえばガラス封着用金属線の封着は圧潰封着（ピンチシール、ボタンステムなど）、焼き細め封着などその手段は問わない。
【００６０】
また、本発明は容器にガラス封着用金属線を封着したものとして上記管球に限らず、耐塵埃性、耐湿性、耐水性、耐酸化性などガラス製などの容器内に主要機能部が収容されるダイオード素子、スイッチング素子やセンサなどの電子部品の密封に対しても適用ができるものである。そして、上記素子類は封着線に直接あるいは封着線に他の線材や部材を接続した２部品線や３部品線などで電気的接続がなされていればよい。
【００６１】
また、導入線の各線材や線径は管球や電子部品などの構造、目的、形式、定格、負荷、用途、価格などに応じて適宜選択して決めればよい。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項３の発明では、銅層の外側に０．１〜０．５μｍの層厚で形成され上記銅層から銅が拡散されて予めＮｉ−Ｃｕ合金が形成されたニッケル層を有していることによって、封着性のよい緻密な酸化膜が得られ、熱膨脹率が近似した軟質ガラスと封着して、リークやクラックの発生がなく、気密性の高い封着が行える封着用金属線を提供できる。
【００６３】
また、請求項４の発明では、単一の導入線で内部導入線部や外部導入線部を共用しても、フィラメントや外部端子との接続時に導電的になんら支障を生じることがない。
【００６４】
また、請求項５の発明では、封着部以外の最外面部分にＮｉ（ニッケル）層が形成されていなくても、それぞれ電気的な接続部材としての機能を有する。
【００６５】
また、請求項６の発明では、上記封着線の端部にこの封着線と異径や強靭性のある内部導入線またはおよび外部導入線を接続でき、容器内のマウントの保持を強固にしたり、容器外の外部導入線にヒューズ機能を持たすことなどができる。
また、請求項７の発明では、封着するガラス材質や価格などに応じ種々の芯線や金属層材料を選ぶことができる。
【００６６】
また、請求項８ないし請求項１１の発明では、上記請求項１ないし請求項７に記述したような効果を奏するとともに、軟質ガラス製の透光性容器やステムと気密性の高い封着を行うことができ、長寿命化した管球を提供できる。
【００６７】
さらに、請求項１２および請求項１３の発明では、上記請求項１ないし請求項７に記述したような効果を奏するとともに、電子部品などを収容した軟質ガラス製の容器などと気密性の高い封着を行うことができ、長寿命化した密封形の電気部品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラス封着用金属線の実施の形態を拡大して示す横断面図である。
【図２】本発明の小形電球の実施の形態を示す縦断面図である。
【図３】ガラス封着用金属線の封着部のＮｉ（ニッケル）層厚（μｍ）と封着部から封着用金属線が抜ける引抜き強度（ｋｇｆ）とを対比したグラフである。
【図４】本発明のガラス封着用金属線の他の実施の形態を拡大して示す横断面図である。
【図５】本発明の導入線の他の実施の形態を示す正面図である。
【図６】本発明の管球の他の実施の形態を示す要部の縦断面図である。
【符号の説明】
１：ガラス封着用金属線（導入線）
１１：封着線部（被封着部）
１２：内部導入線
１３：外部導入線
２：芯線
３：Ｃｕ（銅）層
４１，４２：Ｎｉ（ニッケル）層
５：ガラスバルブ（透光性気密容器）
５１：封着部
６：フィラメント（電極）
８：ステム
Ｌ１：小形電球（管球）
Ｌ２：蛍光ランプ（管球）
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスバルブに代表される透光性気密容器内に発光源を封入した電球や蛍光ランプなどの管球や電子部品の密封などに用いられる封着用の金属線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
管球たとえば電球や蛍光ランプなどは、透光性容器を形成するガラスバルブ内にフィラメントの蒸発を抑え発光効率を高めるためあるいは発光放電媒体としてアルゴンなどの希ガスを封入し、このバルブ内を気密に保っている。管球を構成するバルブとステムとは、ほぼ同じ熱膨張率のガラス相互であるので融着して容易に気密が保持できるが、フィラメントへの通電をなさしめる導入導体としては金属線が必要で、軟質ガラス封着用の金属線としてはガラス部材との熱膨張率を近ずけたジュメット線がよく知られ、また、多用されている。
【０００３】
このジュメット線はガラスに対する熱膨張率および融着性の点から完成されたもので、Ｆｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）合金芯線の上にＣｕ（銅）層が形成され、さらに、このＣｕ（銅）層の表面にはガラスとの融着の際その酸化速度をやや鈍らせ過度の酸化を防ぐため水分のない硼砂（Ｂ４ Ｏ７ Ｎａ２ ）の薄膜、いわゆるボレーション処理がなされている。そして、このボレーション処理した封着用金属線と軟質ガラスとの封着は７８０〜８２０℃程度で行なわれ、ガラス質の硼砂（Ｂ４ Ｏ７ Ｎａ２ ）がステムのガラスと融合するとともに封着用金属線の表面のＣｕ２ Ｏ（亜酸化銅）膜がガラス中に拡散してガラスと密着した高気密度の封着ができる。
【０００４】
そして、この封着用金属線をガラスとの封着部のみに用いる、たとえばバルブ内のフィラメントを保持する内部導入線部分、ガラスとの封着部分およびバルブ外の口金の端子に接続される外部導入線部分の各部を別部材の３部品で構成した導入線を使用する場合もあるが、表示用の小形ランプなどの場合内部導入線部および外部導入線部をも封着用の金属線を共通して用いる、導入線を単一の部材で構成することもある。
【０００５】
無口金電球など導入線を単一の部材で構成する場合、発光源をなすフィラメントは内部導入線部分に叩き込みあるいは挟み込まれることによって継線保持されるのが一般的であるが、硼砂（Ｂ４ Ｏ７ Ｎａ２ ）は電気絶縁物でありこの硼砂（Ｂ４ Ｏ７ Ｎａ２ ）膜が破壊して、かつ、Ｃｕ（銅）層などの導電体と直接接触していないとフィラメントと内部導入線部分との接続が不確実、かつ、不安定であって、この継線部における電気抵抗に瞬間的な変動が起こり易いということがあった。すなわち、導入線に通電してもフィラメントが不所望に点滅することがあった。特に、この抵抗の変動は電球に振動が加わったときなどに多く発生していた。
【０００６】
また、外部導入線は口金を有する電球の場合は口金の金属端子部と半田付けや溶接などの手段で接続され、無口金電球の場合は封着部と端子とが単なる圧接による接続で、外部導入線部分の表面に絶縁膜があるとこれまた電気的な接続が不安定で電球に不所望な点滅を起こすなどの問題があった。
【０００７】
そこで、接続部の硼砂（Ｂ４ Ｏ７ Ｎａ２ ）膜を酸処理により除去することが行われていたが、除去処理や除去したのちメッキ処理などを行う作業が環境問題などで実施困難な状態にある。
【０００８】
また、導入線を内部、外部導入線および封着着用金属線の３部品で構成したものは、互いの端面を突合わせ溶接によって接合しているが、溶接部に硼砂（Ｂ４ Ｏ７ Ｎａ２ ）分の混融があると接合強度の低下を招くことがあった。
【０００９】
そこで、上記の問題を解消するものとして、Ｆｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）合金芯線の表面あるいは芯線上のＣｕ（銅）層の表面にＮｉ（ニッケル）層を形成した封着線（ジュメット線）が開発、実用化され、また、このことは特公昭４６−３６５５号公報や特開昭５０−１０２６１号公報に開示されている。このＮｉ（ニッケル）層を形成した封着線もガラスとの封着に際しては、Ｎｉ（ニッケル）層を酸化させガラスとの気密封着性をよくするようにしている。しかし、封着作業における加熱において、Ｎｉ（ニッケル）層を有する封着線に酸化膜を形成させることは、加熱条件が微少に変化しても酸化膜の量や質が変わりそのコントロールが難しかった。この従来の封着線に形成したのＮｉ（ニッケル）層の厚さは１．０〜１．５μｍ程度であり、酸化雰囲気で封着させても表面に生成できるＮｉＯ（ニッケルの酸化物）のガラス中への拡散がしにくいことから、ガラスに溶解し難くリークなどが発生して封着性が低下するなど、信頼性の高い封着ができないことがあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者等はこの表面にＮｉ（ニッケル）層を形成した封着線（ジュメット線）が、フィラメントとの接続など封着部外においての電気的接続性がよいことから注目して、さらにガラスとの封着性を向上すべく研究した。
【００１１】
本発明は、上記問題点を除去し、最外表面に緻密な酸化物が形成されガラスとの密着性がよくリークやクラックなどの発生の虞がないとともに封着作業が容易な軟質ガラスとの気密封着用の金属線およびこの金属線を用いた管球ならびに電気部品を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のガラス封着用金属線は、芯線と、芯線の表面に形成された銅層と、銅層の外側に０．１〜０．５μｍの層厚で形成され、上記銅層から銅（Ｃｕ）が拡散されて予めＮｉ−Ｃｕ合金が形成されたニッケル層とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
下地層のＣｕ（銅）層部分が外表面側のＮｉ（ニッケル）層部分に拡散してＮｉ−Ｃｕ合金をつくるとともに外表面側のＮｉ（ニッケル）層が薄いので表面にもＣｕ（銅）が拡散してくる。そして、軟質ガラスとの封着時に予め形成されたＮｉ−Ｃｕ合金層は、Ｃｕ（銅）がガラスとの封着性のよい緻密な酸化物すなわちＣｕ2 Ｏ（亜酸化銅）となってガラス中に拡散していき、気密性の高い封着が行える。また、耐酸化性の高い表面のＮｉ（ニッケル）は薄いのでＣｕ（銅）と合金化することで適度に酸化して、ガラスとの気密封着性を阻害することが少ない。
【００１４】
本発明の請求項２に記載のガラス封着用金属線は、芯線と、芯線の表面に形成されたニッケル層と、ニッケル層の外側に形成された銅層と、銅層の外側に０．１〜０．５μｍの層厚で形成され、上記銅層から銅（Ｃｕ）が拡散されて予めＮｉ−Ｃｕ合金が形成されたニッケル層とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
上記請求項１記載と同様な作用を奏する。
【００１６】
本発明の請求項３に記載のガラス封着用金属線は、焼鈍処理により前記銅層から銅（Ｃｕ）が拡散されてＮｉ−Ｃｕ合金を形成していることを特徴とする。
【００１７】
焼鈍処理時に銅層から銅（Ｃｕ）を拡散させてＮｉ−Ｃｕ合金を形成することができる。
【００１８】
本発明の請求項４記載のガラス封着用金属線は、単一線であることを特徴とする。
【００１９】
内部導入線部、外部導入線部および封着部に一本の導入線を共用して使用しても、フィラメントや外部端子との接続時に導電的になんら支障が生じない。また、この場合は他の線材との溶接などが不要であるとともに材料も節約できる。
【００２０】
本発明の請求項５記載のガラス封着用金属線は、最外ニッケル層が形成されていない部分を有していることを特徴とする。
【００２１】
封着部以外の内部導入線部や外部導入線部の最外面にＮｉ（ニッケル）層が形成されていなくても、それぞれ電気的な接続部材としての機能を有する。また、この場合は他の線材との溶接などが不要であるとともに材料も節約できる。
【００２２】
本発明の請求項６記載のガラス封着用金属線は、少なくとも一方の端部に内部導入線または／および外部導入線を接続していることを特徴とする。
【００２３】
封着線の端部に内部導入線またはおよび外部導入線を容易に接続することができる。すなわち、導入線を封着線の端部に内部導入線および外部導入線の３っの線材を接続した３部品線や、封着線と内部導入線を共用しこれに外部導入線を接続したものや封着線と外部導入線を共用しこれに内部導入線を接続した２部品線であってもよい。
【００２４】
本発明の請求項７記載のガラス封着用金属線は、芯線がＦｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｃｏ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｍｏ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｗ合金、Ｐｔから選ばれたものであることを特徴とする。
【００２５】
上記材質から選ばれ、線材の半径方向の熱膨張率が８５〜１０５×１０ −７ ℃−１ の範囲内にあり、封着される軟質ガラスの熱膨張率と同じか近似した値のものであればよい。また、被封着物のガラス材質や価格などに応じ種々の芯線や金属層材料が選べられる。
【００２６】
本発明の請求項８記載の管球は、軟質ガラスからなる透光性容器と、透光性容器の封着部に封着された上記請求項１ないし請求項７のいずれか一に記載されたガラス封着用金属線と、容器内の封着用金属線に電気的に接続された電極とを具備していることを特徴とする。
【００２７】
軟質ガラス製の透光性容器と気密性の高い封着を行うことができ、管球を長寿命化できる。また、管球としては実施の形態に示す小形電球に限らず、透光性気密容器として軟質ガラス製のバルブあるいはステムを用いる、汎用の電球や蛍光ランプ、点灯管、ネオン管などの放電ランプなど種々のものに適用できる。また、蛍光ランプなどの放電ランプの場合はフィラメントは電極と呼び変えられ、また、フィラメント電極ではなく、金属板、金属棒や金属塊からなる冷陰極であってもよい。また、これらフィラメント（電極）は、封着線に直接継線せずに他の部材を介して電気的接続と機械的な保持がなされていればよい。
【００２８】
本発明の請求項９記載の管球は、軟質ガラスからなる透光性容器と、透光性容器の封着部に封着されるとともに最外ニッケル層を形成していない部分を封着部外に延在した上記請求項５または請求項６に記載されたガラス封着用金属線と、容器内の封着用金属線に電気的に接続された電極とを具備していることを特徴とする。
【００２９】
上記請求項８記載と同様な作用を奏する。
【００３０】
本発明の請求項１０記載の管球は、軟質ガラスからなる透光性容器と、透光性容器の封着部に封着された軟質ガラス製のステムと、ステムに封着された上記請求項１ないし請求項７のいずれか一に記載されたガラス封着用金属線と、容器内の封着用金属線に電気的に接続された電極とを具備していることを特徴とする。軟質ガラス製のステムと気密性の高い封着を行うことができ、管球を長寿命化できる。
【００３１】
本発明の請求項１１記載の管球は、軟質ガラスからなる透光性容器と、透光性容器の封着部に封着された軟質ガラス製のステムと、ステムに封着されるとともに最外ニッケル層を形成していない部分を封着部外に延在した上記請求項５または請求項６に記載されたガラス封着用金属線と、容器内の封着用金属線に電気的に接続された電極とを具備していることを特徴とする。
【００３２】
上記請求項１０記載と同様な作用を奏する。
【００３３】
本発明の請求項１２記載の電気部品は、軟質ガラスからなる容器と、容器に封着された上記請求項１ないし請求項７のいずれか一に記載されたガラス封着用金属線と、容器内の封着用金属線に電気的に接続された電子部品素子とを具備していることを特徴とする。
【００３４】
軟質ガラス製の容器などと気密性の高い封着を行うことができ、電子部品を長寿命化できる。本発明は管球のほか耐塵埃性、耐湿性、耐水性、耐酸化性などガラス製などの容器内に主要機能部が収容されるダイオード素子、スイッチング素子やセンサなどの電子部品の密封に対しても適用ができるものである。そして、上記素子類は封着線に直接あるいは封着線に他の線材や部材を接続した２部品線や３部品線などで電気的接続がなされていればよい。
【００３５】
本発明の請求項１３記載の電気部品は、軟質ガラスからなる容器と、容器に封着されるとともに最外ニッケル層を形成していない部分を封着部外に延在した上記請求項５または請求項６に記載されたガラス封着用金属線と、容器内の封着用金属線に電気的に接続された電子部品素子とを具備していることを特徴とする。
上記請求項１２記載と同様な作用を奏する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１および図２を参照して説明する。図１はガラス封着用金属線の横断面を示し、図２はこの封着用金属線を用いた表示用などの小形電球の縦断面図である。
【００３７】
図１において、１は導入線でここではガラス封着用金属線をなし、中心にはたとえばＦｅ（鉄）５０重量％−Ｎｉ（ニッケル）５０重量％の合金からなる直径約０．２５ｍｍで半径方向の熱膨脹率（３０〜３００℃）が９５〜１００×１０−７ ／℃ −１ の芯線２を有し、この芯線２の周囲外側表面には層厚が約１μｍのＣｕ（銅）層３が形成され、さらに、このＣｕ（銅）層の外側表面には最外層として層厚が約０．３μｍのＮｉ（ニッケル）層４１が形成されている。
【００３８】
このような構成の導入線１の製造は、外径を所定寸法に仕上げた芯線２の外側表面に所定層厚のＣｕ（銅）およびＮｉ（ニッケル）を重層めっきしてＣｕ（銅）層３およびＮｉ（ニッケル）層４１を形成することによって得たり、あるいは所定寸法より大径の芯線２にＣｕ（銅）スリーブを被せ圧延することによって所定外径のＣｕ（銅）被覆線をつくり、この被覆線にＮｉ（ニッケル）層４１を施して得るようにしてもよい。
【００３９】
また、図２は上記ガラス封着用金属線１を使用してなる小形電球Ｌ１で、この電球Ｌ１は外径が約５ｍｍ、全長が約１０ｍｍのソーダライムガラスまたは鉛ガラス製（熱膨脹率（３０〜３００℃）が８５〜１０５×１０ −７ ／℃ −１ ）の透光性気密容器を形成するバルブ５を備え、このガラスバルブ５の閉塞した封着部５１（バルブを圧潰でも焼き細めた封着部であってもよい）内には一対の上記封着用金属線１、１が封着されている。この封着用金属線１は、全体の熱膨脹率（３０〜３００℃）はたとえば９５〜１００×１０ −７ ／℃ −１ で、所定長さたとえば約１５ｍｍに切断され、封着線（被封着部）１１部分とバルブ５内に延在する内部導入線１２部分およびバルブ５外に延在する外部導入線１３部分とを共通する単一線からなる。
【００４０】
そして、バルブ５内の内部導入線１２、１２の先端部間には発光源としてタングステン線を巻回したフィラメント６がクランプや溶接などの手段で継線してあるが、最外表面のＮｉ（ニッケル）層４１は良好な導電体でありこの継線部において接触不良とはならず、確実な電気的接続とフィラメント６の保持をなす。また、封着部５１からバルブ１外に延出した外部導入線１３、１３は互いに接触しないよう分けられている。なお、上記バルブ５内にはアルゴンなどの不活性ガスが封入されるか、あるいは真空雰囲気にしてある。
【００４１】
上記の小形電球Ｌ１はバルブ５に導入線１、１を封着する作業時に、封着部５１においてバルブ５を溶融加熱するバーナ熱がバルブ５に近接する封着線１１（被封着部）部分をも加熱し、大気中にある最外表面のＮｉ（ニッケル）層４１部分および下地層のＣｕ（銅）層３部分が酸化されバルブ１のガラスがこの層内に拡散していき両者は密着して気密封着される。
【００４２】
さらに詳述すると、本発明に係わる導入線１は加熱されることによって、下地層のＣｕ（銅）層３部分が外側表面のＮｉ（ニッケル）層４１部分に拡散してＮｉ−Ｃｕ合金をつくるとともに外側表面のＮｉ（ニッケル）層４１が薄いので表面にもＣｕ（銅）が拡散してくる。そして、表面側にＣｕ（銅）が拡散されたＮｉ−Ｃｕ合金のうちＣｕ（銅）が緻密なＣｕ２ Ｏ（亜酸化銅）となってガラス中に拡散して高い気密性の封着が行える。
【００４３】
このように、軟質ガラスのバルブ５の封着用に用いられる金属線１の封着線（被封着部）１１部は、熱膨張率が封着されるガラスの熱膨張率と近似していることは必須であり、この封着線（被封着部）１１部に形成されるＮｉ（ニッケル）層４１が薄層であれば、応力もないかあっても僅かであり、封着部５１にリークや歪みによるクラックなどの発生がない。
【００４４】
また、封着作業などにより上記導入線１の封着線（被封着部）１１部外に延出する外部導入線１３部分は封着線（被封着部）１１ほど昇温せず、最外層のＮｉは耐酸化性や耐蝕性に優れ酸化しにくく、この外部導入線１３を直接に端子板に圧接して接触させることも、あるいは端子板に半田付けを行うことも可能である。
なお、上記の下地層であるＣｕ（銅）層３部分の、外側表面のＮｉ（ニッケル）層４１部分への拡散は、上述したガラスバルブ５との封着時の加熱によらず、封着線の光輝焼鈍（９５０℃で２０秒間）時などに行うことができる。
【００４５】
つぎに、上記小形電球Ｌ１の構成において封着強さを調べるため、最外層のＮｉ（ニッケル）層４１部分の層厚さのみを種々変えて封着部５１の封着線（被封着部）１１界面部分における導入線１の引張り強度（図３）および耐酸化性（表１）を調査した。
【００４６】
この引張り強度試験は、上記実施の形態に示した小形電球Ｌ１を治具に固定し、外部導入線１３を引張って、導入線１が封着部５１から抜けたときの荷重（ｋｇｆ）を調査した。（なお、この試験条件は実使用に比べ相当過酷なものである。） この図３は、横軸に最外層のＮｉ（ニッケル）層４１の層厚（μｍ）を、縦軸は引張り強度（ｋｇｆ）を示す。この図３からＮｉ（ニッケル）層４１部分の層厚が厚くなるほど引張り強度が低下することが分かるが、これは酸化が少なくガラスとの密着性が悪くなるためと考える。そして、Ｎｉ（ニッケル）層４１の層厚が１．０μｍ程度であると引張り強度が最大であるが、Ｃｕ（銅）層３の外表面側にＮｉ（ニッケル）層を形成しない場合と同程度とすれば約１．２μｍまで許容される。
【００４７】
また、表１は上記封着用金属線１に形成したＮｉ（ニッケル）層４１部分の層厚と耐酸化性との関係を示し、小形電球Ｌ１点灯経過後の外部導入線１３の酸化の状態を調べたもので、○印はＮｉ（ニッケル）の金属光沢があり変色なし、×印はＮｉ（ニッケル）の金属光沢が鈍く変色が生じたものである。
【００４８】
【表１】
この表１から、Ｎｉ（ニッケル）層４１の層厚が０．１μｍ以上あれば、小形電球Ｌ１点灯後における酸化の発生もきわめて軽度であって、実用上何ら問題なかった。また、Ｎｉ（ニッケル）層４１の層厚が０．１μｍ未満であると、酸化が過度に進行して下地層との密着性が悪い酸化膜が形成されてしまうほか、耐蝕性が劣る。また、層厚が厚い方が酸化は少なくなるが０．５μｍを越えると表面側へのＣｕ（銅）を拡散させるための熱処理によって、下地Ｃｕ（銅）層へのＮｉ（ニッケル）の拡散量も多くなり、その結果、導入線１の電気抵抗の増加、熱伝導度の低下などの特性変動の要因ともなる。
【００５０】
これら導入線１の引張り強度、耐酸化性、耐蝕性および特性変動などを考慮すると、導入線１の最外表面層のＮｉ（ニッケル）層４１の層厚が０．１〜０．５μｍの範囲内にあれば、封着線１１とガラスとの界面からのリークやクラックおよび内部や外部導入線１２，１３の酸化程度もフィラメントや端子板との電気的接続には実用上ほとんど支障はなかった。
【００５１】
また、上記実施の形態では導入線１（封着用金属線）の最外表面にＮｉ（ニッケル）層４１を形成したが、導入線１を形成する芯線２とＣｕ（銅）層３との間にもＮｉ（ニッケル）層が形成してあってもよい。これは図４に示すように中心にはたとえばＦｅ（鉄）４８〜５１重量％−Ｎｉ（ニッケル）４９〜５２重量％の合金からなる直径約０．２５ｍｍで半径方向の熱膨脹率（３０〜３００℃）が９５〜１００×１０ −７ ／℃ −１ の芯線２を有し、この芯線２の周囲外側表面にはメッキ処理などで層厚が約１．０μｍのＮｉ（ニッケル）層４２を形成し、このＮｉ（ニッケル）層４２の外側表面に層厚が約０．２μｍのＣｕ（銅）層３を形成し、さらに、このＣｕ（銅）層の外側表面には最外層として層厚が約０．２μｍのＮｉ（ニッケル）層４１を形成する。
【００５２】
このような構成の導入線１を、小形電球などで使用される軟質ガラスで形成したバルブ５と封着すると、上述した実施の形態と同様にバルブ５を溶融加熱するバーナ熱がバルブ５に近接する封着線１１部分をも加熱されることによって、下層のＣｕ（銅）層３部分が外側表面のＮｉ（ニッケル）層４１部分に拡散しＮｉ−Ｃｕ合金をつくるとともに外側表面のＮｉ（ニッケル）層４１が薄いので表面にもＣｕ（銅）が拡散してくる。そして、Ｎｉ−Ｃｕ合金層中に存在するＣｕ（銅）が酸化して緻密なＣｕ２ Ｏ（亜酸化銅）をつくり、バルブ６のガラスがこの層内に拡散していき両者は密着して高い気密性が得られる。このとき、封着線１１の最外金属層５とバルブ６のガラスとの界面からガラス側の約３μｍにまでＣｕ（銅）が拡散しているのが確認された。
【００５３】
この場合、導入線１は芯線２に近い周囲部分には耐酸化性および耐蝕性に優れたＮｉ（ニッケル）層４２が、最外表面部分には薄いＣｕ（銅）−Ｎｉ（ニッケル）合金層が形成されているので、大気中における通常の加熱では問題なくＣｕ（銅）−Ｎｉ（ニッケル）合金層中のＣｕ（銅）部分が緻密なＣｕ２ Ｏ（亜酸化銅）となりガラスと融着でき、また、たとえ加熱が強すぎてＣｕ（銅）部分が過酸化しても合金層中および下層のＮｉ（ニッケル）層４２は過酸化されず、ガラスは上記最外側表面の合金層中およびＮｉ（ニッケル）層４２に拡散していき気密性の高い封着が行える。
【００５４】
そして、この導入線自体および導入線をバルブと封着して形成した小形電球について種々の強度試験を行った結果について、表２に示す。試験は上記と同様な（一部別試験もある。）、１）電球の封着部を固定し外部導入線部分を延出方向に２ｋｇｆで引張った後のリーク発生試験、２）同じく２ｋｇｆで引張った後の導入線の封着線（被封着部）部がガラス中から剥がれ抜ける強度試験、３）同じく３．５ｋｇｆで引張ったときの強度試験（封着部破壊とは導入線が切断せず導入線とガラスとの界面から破壊したもの、また、導入線切断とは封着部が破壊せずに導入線が切断したものをいう。）、４）小形電球を１０％シアン化カリウム水溶液（ａｔ２０℃）中に浸漬してのリーク発生試験、５）導入線（封着線）を大気中で約６００℃、３分間経過後の酸化重量の増加を測定、の５項目について従来品と比較し実施した。（なお、この試験条件は実使用に比べ相当過酷なものである。）
【表２】
これらの１）〜５）の試験結果から、芯線２とＣｕ（銅）層３との間にＮｉ（ニッケル）層４２を形成した場合も、従来品に比べガラスとの気密密着性に優れていることが確認できた。
【００５６】
また、図５は本発明の導入線１の他の実施の形態を、図６は図５の導入線１を用いた管球（要部のみ示す。）の他の実施の形態を示し、図中図１ないし図２と同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。上記実施の形態では導入線１としてガラスとの封着用金属線を単一の線材からなるものについて説明したが、図５および図６のものはバルブ端部を閉塞する構造の一般照明用の電球や蛍光ランプＬ２などの管球に用いられるステム８を示す。このステム８は、たとえば鉛ガラス製のステムチューブ８１の一端をバルブ５の開口部と適合するよう拡開されたフレア部８２を有し、他端側の溶融圧潰されたピンチシール部８３内には一対の導入線１、１の封着線１１部を気密に封着している。なお、８４は排気管、７はバルブ１の内面に形成された蛍光体膜である。
【００５７】
この導入線１は３っの線材、すなわちピンチシール部８３内に埋設される部分のみを封着線１１とし、この封着線１１の端部に内部導入線１２および外部導入線１３を溶接（点１４）などで接続したものからなる。一般的に封着部５１や８３はガラスと金属との異質の部材の接合であり、封着線１１部は電流容量などを勘案してできる限り細いものがよい。また、内部導入線１２はフィラメント６や電極などを支持して振動や衝撃に耐えねばならないので大径化するなどして強靭性を保たねばならない。また、外部導入線１３はそのまま端子部材としてあるいは口金などに接続されランプを安全に点灯し、異常発生時には溶断してヒューズ作用をなし他への影響を防止するなど、この導入線１においては単なる電力供給だけでなく他の役割を備えているものである。
【００５８】
そして、この３っの線材からなる導入線１のうち、封着線１１部は上記図１に示す構成の線材からなり、内部導入線１２はたとえばＮｉ（ニッケル）線で端部にフィラメント６が継線され、外部導入線１３はたとえばＣｕ（銅）線からなる。そして、このステム８のピンチシール部８３内に封着された導入線１、１も上述した実施例と同様にステムガラスと高い気密性を保って封着され、その封着部にリークやクラックの発生のない長寿命のランプを提供できる。また、内部導入線１２および外部導入線１３は、封着線１１とは異なるそれぞれの役割に適した材質、径などを選ぶことができる。
【００５９】
なお、本発明は上記実施の形態に限るものではなく、たとえばガラス封着用金属線の封着は圧潰封着（ピンチシール、ボタンステムなど）、焼き細め封着などその手段は問わない。
【００６０】
また、本発明は容器にガラス封着用金属線を封着したものとして上記管球に限らず、耐塵埃性、耐湿性、耐水性、耐酸化性などガラス製などの容器内に主要機能部が収容されるダイオード素子、スイッチング素子やセンサなどの電子部品の密封に対しても適用ができるものである。そして、上記素子類は封着線に直接あるいは封着線に他の線材や部材を接続した２部品線や３部品線などで電気的接続がなされていればよい。
【００６１】
また、導入線の各線材や線径は管球や電子部品などの構造、目的、形式、定格、負荷、用途、価格などに応じて適宜選択して決めればよい。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項３の発明では、銅層の外側に０．１〜０．５μｍの層厚で形成され上記銅層から銅が拡散されて予めＮｉ−Ｃｕ合金が形成されたニッケル層を有していることによって、封着性のよい緻密な酸化膜が得られ、熱膨脹率が近似した軟質ガラスと封着して、リークやクラックの発生がなく、気密性の高い封着が行える封着用金属線を提供できる。
【００６３】
また、請求項４の発明では、単一の導入線で内部導入線部や外部導入線部を共用しても、フィラメントや外部端子との接続時に導電的になんら支障を生じることがない。
【００６４】
また、請求項５の発明では、封着部以外の最外面部分にＮｉ（ニッケル）層が形成されていなくても、それぞれ電気的な接続部材としての機能を有する。
【００６５】
また、請求項６の発明では、上記封着線の端部にこの封着線と異径や強靭性のある内部導入線またはおよび外部導入線を接続でき、容器内のマウントの保持を強固にしたり、容器外の外部導入線にヒューズ機能を持たすことなどができる。
また、請求項７の発明では、封着するガラス材質や価格などに応じ種々の芯線や金属層材料を選ぶことができる。
【００６６】
また、請求項８ないし請求項１１の発明では、上記請求項１ないし請求項７に記述したような効果を奏するとともに、軟質ガラス製の透光性容器やステムと気密性の高い封着を行うことができ、長寿命化した管球を提供できる。
【００６７】
さらに、請求項１２および請求項１３の発明では、上記請求項１ないし請求項７に記述したような効果を奏するとともに、電子部品などを収容した軟質ガラス製の容器などと気密性の高い封着を行うことができ、長寿命化した密封形の電気部品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラス封着用金属線の実施の形態を拡大して示す横断面図である。
【図２】本発明の小形電球の実施の形態を示す縦断面図である。
【図３】ガラス封着用金属線の封着部のＮｉ（ニッケル）層厚（μｍ）と封着部から封着用金属線が抜ける引抜き強度（ｋｇｆ）とを対比したグラフである。
【図４】本発明のガラス封着用金属線の他の実施の形態を拡大して示す横断面図である。
【図５】本発明の導入線の他の実施の形態を示す正面図である。
【図６】本発明の管球の他の実施の形態を示す要部の縦断面図である。
【符号の説明】
１：ガラス封着用金属線（導入線）
１１：封着線部（被封着部）
１２：内部導入線
１３：外部導入線
２：芯線
３：Ｃｕ（銅）層
４１，４２：Ｎｉ（ニッケル）層
５：ガラスバルブ（透光性気密容器）
５１：封着部
６：フィラメント（電極）
８：ステム
Ｌ１：小形電球（管球）
Ｌ２：蛍光ランプ（管球）
Claims (13)
- 芯線と；
芯線の表面に形成された銅層と；
銅層の外側に０．１〜０．５μｍの層厚で形成され、上記銅層から銅（Ｃｕ）が拡散されて予めＮｉ−Ｃｕ合金が形成されたニッケル層と；
を備えたことを特徴とするガラス封着用金属線。 - 芯線と；
芯線の表面に形成されたニッケル層と；
ニッケル層の外側に形成された銅層と；
銅層の外側に０．１〜０．５μｍの層厚で形成され、上記銅層から銅（Ｃｕ）が拡散されて予めＮｉ−Ｃｕ合金が形成されたニッケル層と；
を備えたことを特徴とするガラス封着用金属線。 - 焼鈍処理により前記銅層から銅（Ｃｕ）が拡散されてＮｉ−Ｃｕ合金を形成していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス封着用金属線。
- 単一線であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一に記載のガラス封着用金属線。
- 最外ニッケル層が形成されていない部分を有していることを特徴とする請求項４に記載のガラス封着用金属線。
- 少なくとも一方の端部に内部導入線または／および外部導入線を接続していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一に記載のガラス封着用金属線。
- 芯線がＦｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｃｏ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｍｏ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｗ合金、Ｐｔから選ばれたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一に記載のガラス封着用金属線。
- 軟質ガラスからなる透光性容器と；
透光性容器の封着部に封着された上記請求項１ないし請求項７のいずれか一に記載されたガラス封着用金属線と；
容器内の封着用金属線に電気的に接続された電極と；
を具備していることを特徴とする管球。 - 軟質ガラスからなる透光性容器と；
透光性容器の封着部に封着されるとともに最外ニッケル層を形成していない部分を封着部外に延在した上記請求項５または請求項６に記載されたガラス封着用金属線と；
容器内の封着用金属線に電気的に接続された電極と；
を具備していることを特徴とする管球。 - 軟質ガラスからなる透光性容器と；
透光性容器の封着部に封着された軟質ガラス製のステムと；
ステムに封着された上記請求項１ないし請求項７のいずれか一に記載されたガラス封着用金属線と；
容器内の封着用金属線に電気的に接続された電極と；
を具備していることを特徴とする管球。 - 軟質ガラスからなる透光性容器と；
透光性容器の封着部に封着された軟質ガラス製のステムと；
ステムに封着されるとともに最外ニッケル層を形成していない部分を封着部外に延在した上記請求項５または請求項６に記載されたガラス封着用金属線と；
容器内の封着用金属線に電気的に接続された電極と；
を具備していることを特徴とする管球。 - 軟質ガラスからなる容器と；
容器に封着された上記請求項１ないし請求項７のいずれか一に記載されたガラス封着用金属線と；
容器内の封着用金属線に電気的に接続された電子部品素子と；
を具備していることを特徴とする電気部品。 - 軟質ガラスからなる容器と；
容器に封着されるとともに最外ニッケル層を形成していない部分を封着部外に延在した上記請求項５または請求項６に記載されたガラス封着用金属線と；
容器内の封着用金属線に電気的に接続された電子部品素子と；
を具備していることを特徴とする電気部品。
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