WO2005038847A1

WO2005038847A1 - ランプ

Info

Publication number: WO2005038847A1
Application number: PCT/JP2004/013474
Authority: WO
Inventors: Takeshi Meguro; Tsutomu Koino; Naoki Kohyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2005-04-28
Also published as: CN1868022A; JP2005122970A; US7211955B2; KR20060130548A; US20060061281A1

Abstract

　本発明に係るランプは、凹部１が形成されているガラスバルブ２と、前記凹部１の少なくとも一部を覆うように固着された口金７と、前記凹部１に先端が位置する電力供給用のリード線１１と、前記凹部１に流し込まれ、前記口金７とリード線１１とを電気的に接続させる鉛フリーはんだ１７とを備え、　前記鉛フリーはんだ１７は、Ｓｎを主成分とし、残部の組成として少なくともＳｂが５質量％～４０質量％、かつＣｕが０質量％～１０質量％であり、固相線温度が２３５℃以上である。

Description

明細書

ランプ技術分野

本発明は、ハロゲンランプや H I Dランプ等のランプに関する。背景技術

ランプ、例えばメタルハライドランプは、一般的に、端部に凹部が形成されているガラスバルブ（外管パルプ）と、このガラスバルブの端部に固着され、かつアイレット部およびシェル部とを有する E形の口金とを備えている。

ガラスバルブ内には、内部に電極が配置された発光管が設けられている。

また、ガラスバルブの口金側の端部からは、前記電極に電力を供給するための二本のリード線が導出している。

そして、一方のリ一ド線は、口金のアイレット部に設けられた貫通孔に揷通され、アイレツト部の外面にはんだ付けされ、上記アイレツト部と電気的に接続されている。

他方の'リ一ド線は、ガラスバルブと口金のシヱル部との間を通ってガラスバルブの凹部へ導出され、この凹部と口金との間に流し込まれたはんだによつてシヱル部と電気的に接続されている。

この凹部と口金との間に流し込まれたはんだは、ガラスバルブと口金との両方に接しており、口金がガラスパルプに対して回転するのを防止する機能も有している。

ここで、メタルハライドランプ等のランプにおいては、点灯時、発光管から発せられる熱によって口金の温度が 2 0 0 °C以上にもなる。そこで、このような口金の部分に使用されるはんだとしては、高温はんだの中でも 2 0 0 °C以上でも溶融しないはんだが用いられている。

なお、本明細書では、固相線温度が、 P b— 6 3 S nの融点である 1 8 3 °C以上のはんだを高温はんだと称している。

従来、ランプの口金の部分に用いられている高温はんだとしては、 J

I S Z 3 2 8 1 ( 1 9 9 9 ) に記載されている P b— 2 0 S nや P b _ 1 0 S n等が広く使用されていた。これら P bを主成分とする高温はんだは、黄銅製の口金や黄銅にニッケルめつきされた口金等に対して良好なはんだ付け性を有している。

なお、ここで言う「良好なはんだ付け性」とは、製造工程面においては、線はんだを使用することができ、はんだ付け部分へのはんだの供給が容易であり、また溶融したはんだの固化が早いことを意味し、品質面においては、リード線の材料と口金の材料とはんだとがそれぞれ合金層を形成し、それらの電気的接合が安定することを意味している。

しかしながら、近時、地球環境保護の観点から、 P bを主成分とする高温はんだの使用が世界的に規制されるようになってきている。

このため、 P bを含まない鉛フリーはんだが強く要望されている。鉛フリーはんだとしては、 S nを主成分として、それに他の元素を適宜添加したものが検討されている。

特に、ランプ用の鉛フリーはんだとしては、 C uの含有量が 1重量％を超え 2 . 5重量％未満、残部が S nからなる合金が提案されている（日本の特開 2 0 0 2— 2 4 5 9 7 4号公報参照）。

しかしながら、このような S n— C uからなる鉛フリーはんだを用いたランプを、例えば寒冷地のような周囲温度が一 4 0 °Cとなるようなところで使用した場合、はんだ付け部分にひび割れやクラックが発生し、リ一ド線と口金との導通不良を引き起こすという問題が起こつた。このような問題について検討した結果、次のような結論が得られた。すなわち、ランプを周囲温度が一 4 0 °Cの寒冷地で使用すると、ランプを点灯していないときの口金の温度は周囲温度と同じく — 4 0 °Cであるが、点灯中の口金の温度は 2 0 0 °C以上となり、点灯時と消灯時の温度差が極めて大きくなる。

しかも、 S n— C uからなる鉛フリーはんだは、点灯時のように固相線温度近くまたはそれ以上になると、仮に溶けなかったとしても接合強度が極めて弱くなる。

これらの要因により、点灯していたランプを消灯すると、口金は 2 0 0 °C以上の高温から極低温まで一気に冷やされ、その際、はんだの熱膨張率と口金の熱膨張率との相違からはんだに大きなストレスがかかり、はんだ付け部分にひび割れやクラックが発生してしまうと考えられる。また、 S n— C uからなる鉛フリーはんだを用いたランプでは、リード線がはんだから剥離し易いという問題も起こつた。

これは、上記鉛フリーはんだの耐熱性が不十分であるためと考えられる。発明の開示

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、鉛フリ一はんだを使用したランプにおいて、上記鉛フリーはんだの耐熱性を向上させることによりリード線のはんだからの剥離を防止し、かつ、特に点灯時と消灯時の温度差の激しい環境下の使用においての、はんだ付け部分のひび割れやクラックが発生しないランプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るランプは、ガラスバルブと、このガラスバルブの一端部に固着された口金と、電力供給用のリード線と、前記口金とリード線とを電気的に接続する鉛フリーはんだとを備え、前記鉛フリーはんだは、 S nを主成分とし、残部の組成として少なくとも S bが 5質量％〜4 0質量％、かつ C uが 0質量％〜 1 0質量％であるとともに、固相線温度が 2 3 5 °C以上であることを特徴とする。

この構成によれば、鉛フリ一はんだの耐熱性が従来より向上するので、リード線のはんだからの剥離を防止することができる。また、点灯時と消灯時の温度差の激しい寒冷地等の環境下で使用されても、長期間の使用に亘つてはんだ付け部分のひび割れやクラックが発生しない。

これらの結果、ランプの長寿命化を実現することが可能である。また、本発明に係るランプは、凹部が形成されているガラスバルブと、前記凹部の少なくとも一部を覆うように固着された口金と、前記凹部に先端が位置する電力供給用のリード線と、前記凹部に流し込まれ、前記口金とリ一ド線とを電気的に接続させる鉛フリ一はんだとを備え、前記鉛フリーはんだは、 S nを主成分とし、残部の組成として少なくとも S bが 5質量％〜4 0質量％、かつじ uが 0質量％〜 1 0質量％であり、固相線温度が 2 3 5 °C以上であることを特徴とする。

この構成によれば、鉛フリーはんだの耐熱性が向上するので、リード線のはんだからの剥離を防止することができる。また、点灯時と消灯時の温度差の激しい寒冷地等の環境下で使用しても、長期間の使用に亘ってはんだ付け部分のひび割れやクラックが発生しない。

しかも、鉛フリーはんだの引張強度（P a ) が高いため、口金とガラスバルブに間に回転力が加わつても鉛フリ一はんだは変形しにくい。このため、口金がガラスパルプに対して回転することを確実に防止することができる。

また、前記鉛フリーはんだはさらに、 N i、 C o、 F e、 M o、 C r および M nの各成分の含有量の合計が 0質量％〜 0 . 5 %質量であることを特徴とする。この構成によれば、はんだの濡れ性が向上するので、はんだ付け性を向上させることができる。

また、前記鉛フリーはんだはさらに、 A gおよび B i の各成分の含有量の合計が 0質量％〜 1質量％であることを特徴とする。この構成によれば、はんだの耐熱性を一層向上させることができる。

また、前記鉛フリーはんだはさらに、 P、 G eおよび G aの中から選ばれた少なくとも一種を含有しており、各成分の含有量の合計が 0 . 0 0 1質量％〜 0 . 0 5質量％であることを特徴とする。はんだの耐酸化性を向上させることができ、はんだ表面の酸化に起因する接触抵抗の上昇を抑制することができる。図面の簡単な説明図 1 は、本発明の実施の形態であるメタルハライドランプ一部切欠正面図である。

図 2は、同じくメタルハライドランプの要部拡大断面図である。

図 3は、同じくメタルハラィドランプに用いられているガラスバルブの要部拡大正面図である。

図 4は、鉛フリーはんだの組成を変化させた場合の、溶融温度の測定結果と温度サイクル試験結果を示す表である。発明を実施するための最良の形態

本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図 1 に示すように、本発明の実施の形態であるメ夕ルハライドランプは、内部に発光管 6を有するガラスバルブ 2と、このガラスバルブ 2の凹部 1 (図 2参照）の少なくとも一部を覆うように固着された口金 7とを備えている。

ガラスバルブ 2は例えば硬質ガラス製や石英ガラス製である。

ガラスバルブ 2内の口金側にはステム部 3が封着されており、このステム部 3には 2本のステム線 4 a , 4 bが封止されている。

2本のステム線 4 a , 4 bは、ステム部 3に封止され、かつ一端部がこのステム部 3からガラスバルブ 2内に延出している。

このステム線 4 a , 4 bのステム部 3側端部にはリード線 1 1， 1 0 が接続されており、ガラスバルブ 2内に延出した部分には電力供給線 5 a , 5 bが接続されている。

この一対の電力供給線 5 a , 5 bは、発光管 6内の電極 9 a , 9 bに電力を供給すると共に、発光管 6を支持している。

発光管 6は、内部に一対の電極 9 a , 9 bが互いに対向するように配置されて放電空間を形成している発光部 1 8と、この発光部 1 8の両端部に設けられた封止部 1 9 a , 1 9 bとを有している。

発光部 1 8内には、金属ヨウ化物、水銀および希ガス等がそれぞれ所定量封入されている。一対の電極 9 a , 9 bは、封止部 1 9 a , 1 9 bに封止されているモリブデン箔 2 0 a , 2 0 bを介して外部リード線 2 1 a , 2 1 bに接続されている。この外部リード線 2 l a , 2 1 bは上記電力供給線 5 a， 5 bに接続されている。

口金 7は、ねじこみ式（E型）の口金である。

図 2に示すように、ガラスパルプ 2の口金 7が固着される側には、凹部 1 とねじ部 8が設けられている。

図 3に示すように、口金 7は、中央部に貫通孔 1 2を有するアイレツト部 1 3と、このアイレット部 1 3にガラス製の絶縁部 1 4を介して設けられたシェル部 1 5とを有している。アイレット部 1 3とシヱル部 1 5の材料は、例えば黄銅にニッケルめつきされたものである。なお、図 2は図 3の X方向から見たときの図である。

口金 7のシェル部 1 5は、ガラスバルブ 2のねじ部 8と螺合されることによつて機械的に固着されている。

一方のリード線 1 0は、口金 7の底面に穿設された貫通孔 1 2に揷通されており、アイレット部 1 3の外面に鉛フリーはんだ 1 6によってはんだ付けされている。

他方のリード線 1 1 は、ガラスバルブ 2の他端部から導出した後、ガラスバルブ 2とシヱル部 1 5との間を通り抜けて凹部 1 の位置に配設されている。

そして、この他方のリ一ド線 1 1 は、凹部 1 と口金 7との間に流し込まれた鉛フリ一はんだ 1 7を介してシェル部 1 5に電気的に接続されている。

このとき、鉛フリーはんだ 1 7は、凹部 1 においてガラスバルブ 2と口金 7との両方に接しており、口金 7がガラスパルプ 2に対して特に逆方向に回転するのを防止する機能も有している。

なお、凹部 1の形状、深さ等については、後述する鉛フリーはんだ 1 7の流し込み量や流し込みの作業性等を考量して適宜決定されるものである。鉛フリーはんだ 1 6， 1 7は、 S ηを主成分とし、残部の組成として少なくとも S bが 5質量％〜40質量％、かつ C uが 1 0質量％以下であるとともに、固相線温度が 235°C以上である。

なお、「鉛フリー」はんだとは、本来鉛が全く添加されていないいはんだの意であるが、本明細書においては、不可避的に微量の鉛が混入されてしまう場合も含む。

S bの含有量が 5質量％未満の場合、固相線温度が 235 °Cよりも低くなり、耐熱性が低下するため、点灯時に温度が 200 °C以上になる口金 7部分への使用には適しないことがわかった。一方、 S bの含有量が 40質量％を超えると、脆性がでてきて、はんだ付け部分に外部から何らかの衝撃が加わった際、はんだが剥離し易いことがわかった。したがつて、 S bの含有量を 5質量％〜40質量％と規定している。

また、 C uの含有量が 1 0質量％を超えると、液相線温度が 450°C 以上となり、それに伴ってはんだ付け温度も 450 °C以上必要となる。はんだ付け温度が 450°Cを超えると、その熱影響でランプのガラス部分に歪が生じて破損したり、はんだ付けの作業性が低下したりするおそれがある。

ここで、鉛フリーはんだ 1 6， 1 7における残部の組成として、濡れ性を向上させ、口金 7とリード線 1 0， 1 1 との接合強度を向上させるため、 N i、 C o、 F e、 Mo、 C rおよび M nの各成分の含有量の合計が 0. 5質量％以下であることが好ましい。

また、鉛フリーはんだ 1 6 , 1 7における残部の組成として、耐熱性を向上させるため、 Agおよび B iの各成分の含有量の合計が 1質量％以下であることが好ましい。

さらに、鉛フリーはんだ 1 6, 1 7における残部の組成として、 P、

G eおよび G aの中から選ばれた少なくとも一種を含有し、かつ各成分の含有量の合計が 0. 00 1質量％〜0. 05質量％であることが好ましい。

これは、各成分の含有量の合計が 0. 00 1質量％未満では、耐酸化性を十分に向上させることができないし、一方、各成分の含有量の合計が 0 . 0 5質量％を超えると、はんだ付け性を阻害するおそれがあることがわかったからである。

次に、本発明の実施の形態にかかるメタルハライドランプにおいて、その作用効果を確認するための実験を行った。

まず、本発明の実施の形態にかかるメタルハラィドランプにおいて、鉛フリーはんだ 1 6， 1 7の組成を図 4に示すとおり種々変化させたものを作製した。

そして、作製した各ランプにおいて、その鉛フリーはんだ 1 6， 1 7 の溶融温度を測定するとともに、温度サイクル試験を行ったところ、図 4に示すとおりの結果が得られた。

なお、図 4中の比較例 1〜比較例 5におけるメ夕ルハライドランプは、本発明の実施の形態にかかるメタルハライドランプにおいて、はんだの組成が異なる以外は同じ構成を有している。

また、図 4中の溶融温度測定、温度サイクル試験は具体的には次のように行った。

溶融温度測定： J I S Z 3 1 9 8 ( 2 0 0 3 ) の規格に従った示差熱分析により固相線温度と液相線温度を測定した。

温度サイクル試験：各ランプをまず一 4 0 °C雰囲気中に 3 0分間放置し、その後 2 0 0 °Cの雰囲気中に 3 0分間放置するというヒートサイクルをかける。口金 7のはんだ付け部にひび割れやクラックが生じるまでのヒートサイクル数を力ゥントする。 2 5 0サイクルまでにひぴ割れやクラックが生じなければ、実用上長期間（例えば定格寿命時間まで）の使用に耐えられるものであり、その判定を「良」（良好）とした。一方、 2 5 0サイクルまでにはんだ付け部にひぴ割れやクラックが生じたものを「不可」とした。

図 4から明らかなように、鉛フリーはんだ 1 6， 1 7の組成を、 S n を主成分とし、残部の組成として少なくとも S bが 5質量％〜4 0質量％、かつ C uが 1 0質量％以下、例えば実施例 1〜実施例 2 6のようにすることにより、固相線温度を 2 3 5 °C以上にすることができるので、耐熱性を向上させることができ、リード線 1 0 , 1 1が鉛フリーはんだ 1 6， 1 7から剥離するのを防止することができるとともに、長期間の使用に亘つてはんだ付け部分にひび割れゃクラックが発生するのを防止することができ、その結果、口金 7とリード線 1 0 , 1 1 との導通不良を防止することができ、長寿命化を実現することができることがわかつた。

一方、比較例 1〜比較例 5において、固相線温度が 2 3 5 °C未満であり、耐熱性が不十分であるとともに、はんだ付け部にひび割れやクラックが発生することがわかった。

次に、実施例 1〜実施例 2 6、および比較例 1〜比較例 5において、ソケット（図示せず）にランプを取り外しする際に発生する程度の回転トルク 1 O N · mを口金 7にかけ、口金 7がガラスバルブ 2に対して回転するか否か確認した。

なお、 J I S規格（J I S C 7 6 0 4 ) では、口金のトルク耐久度をねじりモーメントで、 E 2 6形の口金の場合で 2 N · mと規定されているが、実使用を想定して 1 0 N · mを基準値とした。

その結果、実施例 1〜実施例 2 6のものは、口金 7がガラスバルブ 2 に対して回転することはなかった。これは、実施例 1〜実施例 2 6のものは鉛フリーはんだ 1 7の引張強度 [ tens i l e strength]が高いため、口金 7にガラスバルブ 2に対して回転する方向の力が働いても鉛フリ一はんだが変形しないためであると考えられる。

一方、比較例 1〜比較例 5では、口金 7がガラスバルブ 2に対してわずかながら回転した。これは、比較例 1〜比較例 5のものでははんだの引張強度が低く、口金 7にガラスバルブ 2に対して回転する方向の力が働いた際にはんだの一部が変形したためであると考えられる。

よって、リード線 1 1 とシヱル部 1 5との接続に、 S nを主成分とし、残部の組成として少なくとも S bが 5質量％〜4 0質量％、かつ C uが

1 0質量％以下であるとともに、固相線温度が 2 3 5 °C以上である鉛フリ一はんだ 1 7を用いることにより、特に、口金 7がガラスバルブ 2に対して回転するのを確実に防止することができる。

なお、一例として、実施例 1、実施例 2、実施例 1 3、比較例 1、比較例 2および比較例 5のはんだの引張強度はそれぞれ 30 MP a、 58 MP a、 90MP a、 28 MP a , 32MP a、 41 MP aであった。なお、上記実施の形態では、リード線 1 0とアイレツト部 13とのはんだ付け、およびリード線 1 1とシヱル部 1 5とのはんだ付けにそれぞれ同じ鉛フリーはんだ 1 6， 17を用いた場合について説明したが、各々の鉛フリーはんだ 1 6， 1 7の組成が異なっていてもよい。

また、上記実施の形態では、一般的なメタルハライドランプに例示して説明したが、本発明はこれに限らず例えば高圧ナトリウムランプゃキ ■ セノンランプ等の高圧放電ランプ、ハロゲン電球または白熱電球等にも適用することができる。産業上の利用可能性

本発明のランプは、リ一ド線のはんだからの剥離を防止することができ、また、点灯時と消灯時の温度差の激しい寒冷地等の環境下での使用に起因して生ずるリ一ド線と口金との間での接触不良を防止できることが必要なランプ等の用途に適用することができる。

Claims

求の範囲

1 . ガラスバルブと、このガラスバルブの一端部に固着された口金と、電力供給用のリ一ド線と、前記口金とリ一ド線とを電気的に接続する鉛フリーはんだとを備え、前記鉛フリーはんだは、 S nを主成分とし、残部の組成として少なくとも S bが 5質量％〜4 0質量％、かつ C uが 0 質量％〜 1 0質量％であるとともに、固相線温度が 2 3 5 °C以上であることを特徴とするランプ。

2 . 凹部が形成されているガラスバルブと、前記凹部の少なくとも一部を覆うように固着された口金と、前記凹部に先端が位置する電力供給用のリード線と、前記凹部に流し込まれ、前記口金とリード線とを電気的に接続させる鉛フリーはんだとを備え、

前記鉛フリーはんだは、 S nを主成分とし、残部の組成として少なくとも S bが 5質量％〜4 0質量％、かつじ uが 0質量％〜 1 0質量％であり、固相線温度が 2 3 5 °C以上であることを特徴とするランプ。

3 . 前記鉛フリーはんだはさらに、 N i、 C 0、 F e、 M o、 C rおよび M nの各成分の含有量の合計が 0質量％〜 0 . 5 %質量であることを特徴とする請求項 1 または請求項 2に記載のランプ。

4 . 前記鉛フリーはんだはさらに、 A gおよび B i の各成分の含有量の合計が 0質量％〜 1質量％であることを特徴とする請求項 1 または請求項 2に記載のランプ。

5 . 前記鉛フリーはんだはさらに、 P、 G eおよび G aの中から選ばれた少なくとも一種を含有しており、各成分の含有量の合計が 0 . 0 0 1質量％〜 0 . 0 5質量％であることを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載のランプ。