(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エジソン形口金を備えた管球における口金アイレットとリード線とをはんだ合金を用いて接合する方法において、錫と銅の二つの元素から構成され、銅の含有量が１．４〜１．６重量％の範囲である無鉛はんだ合金を前記口金アイレットの孔を塞ぐようにして用いこれをガスバーナーで加熱溶解して前記口金アイレットと前記リード線とを接合することを特徴とする管球の口金とリード線との接合方法。
【請求項２】
無鉛はんだ合金の銅の含有量が１．５重量％である請求項１記載の管球の口金とリード線との接合方法。
【請求項３】
無鉛はんだ合金の形状が線状、あるいは棒状である請求項１又は２記載の管球の口金とリード線との接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電球、蛍光ランプ、電球形蛍光ランプ、ＨＩＤランプ等のエジソン形口金を備えた管球における口金とリード線とをはんだ合金を用いて接合する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電球等の口金アイレットあるいは口金シェルとリード線の接合に用いられる鉛と錫からなるはんだ合金として、ＪＩＳＺ３２８２（１９９９）Ｐ．１２解説表には、電球用その他高温用としてＳ−Ｐｂ８０Ｓｎ２０とＳ−Ｐｂ９０Ｓｎ１０が開示されている。これらのはんだ合金は、鉛の含有量がＳ−Ｐｂ８０Ｓｎ２０では約８０重量％、Ｓ−Ｐｂ９０Ｓｎ１０では約９０重量％と多く、形状は線状あるいは棒状に加工されており、作業性、コスト等の面で有利であることから電球製造に広く利用されてきた。
【０００３】
近年、地球環境面から鉛の使用を抑制する必要が生じ、鉛含有はんだ合金に代わって鉛を含まない無鉛はんだ材料を使用していくことが重要となっており、以下のような材料が提案されている。
【０００４】
公知の素材である錫１００％の材料は、電子部品におけるリード端子のメッキ材料のひとつとして広く利用されている。
【０００５】
特許第３０３６６３６号公報には、鉛を含むはんだ合金で接合された電子機器が廃棄された場合に、酸性雨によって鉛が溶けだし環境汚染を引き起こすという問題を回避するための無鉛はんだ材料として、０．０５〜２．０重量％の銅と０．０１〜２．０重量％のニッケルと残部が錫からなる合金を開示している。
【０００６】
特許第３０２７４４１号公報には、人口衛星は高温時には１５０℃となり低音時には−４０℃となる環境下にあることから、そこに搭載される電子機器に使用されるはんだにクラックが発生しやすくなるという問題解決のためのはんだ材料として、３．０重量％超５．０重量％以下の銀と０．５〜３．０重量％の銅と残部が錫からなる高温はんだを開示している。
【０００７】
特許第２６３８７５９号公報には、提案されている無鉛はんだは溶融温度が高い高温用無鉛はんだとなるため、一般部品のはんだ付けには難しいという問題を解決するはんだ材料として、３．１〜７重量％の銀と6 〜３０重量％のビスマスと残部が錫からなる無鉛はんだを開示している。
【０００８】
特許第２６８１７４２号公報には、鉛錫共晶はんだの代替として、２０〜５７重量％のビスマスと０．２〜５重量％のアンチモンと０．０１〜１重量％のガリウムと残部が錫からなる無鉛はんだ合金を開示している。
【０００９】
特開平１０−１０７４２０号公報には、基板と電子部品の組立において、鉛がはんだに必須の元素ではなく環境的にも好ましくなく有毒であるが、はんだに鉛が含まれていないと、製造段階ではんだ接合部分が剥離したり、はんだ接合部分にクラックが生じたりして信頼性が低いという問題を解決する手段として、ほぼ９９．３重量％の錫と０．７重量％の銅からなる合金のはんだにより、錫系の合金や銀銅合金や銀パラジウム合金からなるコアの表面にほぼ９９．３重量％の錫と０．７重量％の銅からなる合金の層を設けたリードと銅ベースの基板を、２２７℃のはんだ付け温度接続する技術が開示されている。
【００１０】
前記提案されている諸材料の中で、前記電球等の口金アイレットあるいは口金シェルとリード線を接合する無鉛はんだ材料として、錫１００％の材料が最も高い固相線温度を持つことから検討され、作業性の面からも利用可能なことが確認されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記電球等の口金アイレットあるいは口金シェルとリード線の接合に用いられるはんだに望まれる特性として、安価であることとＪＩＳＣ７５０１（１９９６）Ｐ．１２に書かれている口金接着強さの試験温度である１６５℃に絶えうることが挙げられる。従って、前記無鉛はんだ材料の中で、錫１００％の材料および特開平１０−１０７４２０号公報の９９．３重量％の錫と０．７重量％の銅からなる合金（錫銅共晶合金) 以外のものでは以下のような問題がある。
【００１２】
特許第３０３６６３６号公報の錫銅系合金では、高融点のニッケルを含むためはんだ製造における鋳込み温度が高くなる上、３元素からなるため組成管理も難しくなるため、結果として製造コストが高くなる。
【００１３】
特許第３０２７４４１号公報の錫銀銅系合金では、高価な銀を含むため材料コストが高くなる上、最低でも３元素含むことから組成管理が難しくなり製造コストも高くなる。
【００１４】
特許第２６３８７５９号公報の錫銀ビスマス系合金では、高価な銀を含むため材料コストが高くなる上、３元素の組成管理が難しく製造コストも高くなり、また、合金の融解温度を下げる効果のあるビスマスを含むことから耐熱性が悪くなる。
【００１５】
特許第２６８１７４２号公報の錫ビスマス系合金では、最低でも４元素含むことから組成管理が難しくなり製造コストが高くなる上、ビスマスを多く含むため耐熱性が悪くなる。
【００１６】
そこで、錫１００％と錫銅共晶合金の２種類の材料を線状に加工したものを用いて電球自動製造機により試作を種々行なったところ、製造機が異なれば、口金アイレットの孔を塞いだ溶融状態の錫あるいは錫銅共晶合金に穴が空き、錫あるいは錫銅共晶合金を介してリード線と口金アイレットとの接合ができない電球が発生することが判明した。
【００１７】
本発明は、電球自動製造機の電球製作速度に差があっても、管球のリード線と口金との安定した接合を維持できる接合方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エジソン形口金を備えた管球における口金アイレットとリード線とをはんだ合金を用いて接合する方法において、錫と銅の二つの元素から構成され、銅の含有量が１．４〜１．６重量％の範囲である無鉛はんだ合金を前記口金アイレットの孔を塞ぐようにして用いこれをガスバーナーで加熱溶解して前記口金アイレットと前記リード線とを接合することを特徴とする。これにより、前記無鉛はんだ合金の固相線温度が従来電球に使用していた鉛錫はんだにおけるＳ−Ｐｂ８０Ｓｎ２０の固相線温度以上となり、前記無鉛はんだ合金の液相線温度が前記鉛錫はんだ合金におけるＳ−Ｐｂ９０Ｓｎ１０の液相線温度以下となることで、従来の鉛錫はんだ合金と同じ作業温度域で前記無鉛はんだ合金を用いた電球製造を可能にする。また錫と銅の二つの元素から構成されることにより、合金の組成管理が行いやすく、また、錫１００％の材料と比較して大幅なコストアップをすることなく、電球におけるリード線と口金アイレットとの接合部のはんだ合金の無鉛化を図ることができる。
【００１９】
なお本発明の無鉛はんだ合金は、請求成分以外に不純物程度の物質を含む。
【００２０】
上記無鉛はんだ合金は、形状を線状あるいは棒状とすることにより、電球製造におけるリード線と口金アイレットの接合を行なうにあたり、既存設備を何ら変更することなく使用することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
表１は無鉛はんだ合金の各銅含有量における固相線温度および液相線温度と、比較として、錫１００％材料および錫銅共晶合金、従来の鉛錫はんだ合金であるＳ−Ｐｂ８０Ｓｎ２０とＳ−Ｐｂ９０Ｓｎ１０の固相線温度および液相線温度を示す。
【００２３】
【表１】
0003725789.tif 000002
錫銅はんだ合金における銅含有量の確認には化学分析による定量を行い、固相線温度および液相線温度の測定には示差熱量計を用いた。従来の電球に使用されていた鉛錫はんだ合金の固相線温度は最低でＳ−Ｐｂ８０Ｓｎ２０の約１８３℃であり、この温度以上の固相線温度を持つことが無鉛はんだ合金材料の最低条件となる。従って、錫１００％の材料は、融点が約２３２℃であることから十分に電球に使用できる。次に、錫銅はんだ合金材料は、固相線温度は約２２７℃と錫１００％材と比較して５℃低い程度であり、十分に電球に使用できるレベルにある。また錫銅はんだ合金材料は、銅含有量を共晶組成（０．７重量％）から増やすことにより液相線温度を高め、液相線温度を錫の融点から従来の鉛錫はんだ合金の液相線温度にまで合わし込むことができる。つまり、錫の融点である約２３２℃から鉛錫はんだ合金の最高の液相線温度であるＳ−Ｐｂ９０Ｓｎ１０の約３０５℃の間に液相線温度を持つ合金は、電球における従来の鉛錫はんだ合金や錫１００％の材料の代替はんだとなることができ、錫銅はんだ合金における銅含有率が１．０〜２．５重量％の範囲にある合金であるといえる。
【００２４】
図２は従来例の不具合い点を示す説明図である。電球２等の口金アイレット４とリード線５ａとは口金アイレット４の孔６を塞ぐかたちで位置する錫１００％の材料７ａ、７ｂで接合される。しかし前記錫１００％の材料７ａ、７ｂは、リード線５ａとの接合後に穴６が接着剤８からの放出される揮発性ガス流により空けられ、リード線５ａとの電気的接続が不成功になる。
【００２５】
図１は本発明の無鉛はんだ合金を用いて電球２等の前記口金アイレット４とリード線５ａとを接合した状態及び口金シェル３とリード線５ｂとを接合した状態等を示す図である。
【００２６】
リード線５ａは口金アイレット４の孔６の付近に配置されて錫銅はんだ合金線材を溶融して形成した本発明の無鉛はんだ合金部材１ａを介して口金アイレット４に接合される。リード線５ｂは口金シェル３と錫銅はんだ線材を溶融して形成した錫銅はんだ合金部材１ｂを介して接合される。どちらの接合においても、図面に示す上下方向に配した電球２等に対してはんだ付け作業は行なわれる。前記口金アイレット４の孔６を塞ぐ無鉛はんだ合金部材１ａでは、電球自動製造機の電球製作速度の大小に関わらず、リード線５ａとの接合作業後に図２のように錫１００％部材７ａ、７ｂの穴６が空いて接合が不成功になる不都合は生じない。
【００２７】
以下、本発明の実施例について述べる。
【００２８】
リード線と口金アイレットとの接合材料としては無鉛はんだ部材のみを用い、（Ａ）錫１００％、（Ｂ）銅０．７重量％含有錫銅はんだ合金、（Ｃ）銅１．０重量％含有錫銅はんだ合金、（Ｄ）銅１．２重量％含有錫銅はんだ合金、（Ｅ）銅１．４重量％含有錫銅はんだ合金、（Ｆ）銅１．５重量％含有錫銅はんだ合金、（Ｇ）銅１．６重量％含有錫銅はんだ合金、（Ｈ）銅２．０重量％含有錫銅はんだ合金を各々径１．８ｍｍの線材として接合実験に供した。接合作業は、口金のはんだ付け部位にフラックスを塗布後はんだ線材をガスバーナーで加熱融解することで行い、作業温度は、錫１００％の材料を安定して融解できる最低温度である約３００℃となるように調整した。尚、銅含有量が２．０％を越える錫銅はんだ合金は、約３００℃の作業温度では完全に融解しない上、硬度が大きくなりすぎて電球の接合用線材としての接合作業に不備が生じる可能性があるため、実験からは除外した。ただし、作業温度を３００℃より高く設定し、線材送り設備を改良することによって、銅含有量が２．０％を越える錫銅はんだ合金でも接合作業は可能であった。しかし、製造における省エネルギーの点から作業温度はできるだけ下げることが好ましい。
【００２９】
上記（Ａ）〜（Ｈ）のはんだ付け評価結果を表２に示す。表２において○は良好、×は不良、××は極めて不良を示している。
【００３０】
【表２】
0003725789.tif 000003
上記表２を参照すると、電球製造速度の高い電球自動製造機に使用する錫銅はんだ合金の銅の含有率は１．２重量％以上必要であるといえる。また、錫銅はんだ合金の銅含有量が増えることにより、錫銅はんだ合金線材の硬度が高くなることから、銅含有量は２．０重量％以下が適当であるといえる。
【００３１】
上記実験において、口金アイレットは真鍮で行ったが、ニッケルメッキを施した真鍮を用いても同様の結果が得られた。
【００３２】
口金シェルとリード線の接合においても、はんだ付け後の固化が遅れれば電球搬送時の振動ではんだがガラスバルブ側へ垂れ落ち、はんだ付け不良を発生する可能性があるが、前記錫銅はんだ合金の使用により前記可能性を低減できる。
【００３３】
口金シェルの材質として上記実験で用いたアルミ以外に、真鍮あるいはニッケルメッキを施した真鍮等が存在するが、これらを使用しても全く問題はない。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、電球用のリード線と口金アイレットの接合用はんだ合金の無鉛化を図ることができる。また、電球製造速度の大きい装置では、銅含有量１．４〜１．６重量％の錫銅はんだ合金を用いることによって、リード線と口金アイレットとの結合不良のない安定した製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無鉛はんだ錫銅合金を接合のために用いた電球の一例を示す要部側断面図。
【図２】従来のはんだ合金を接合のために用いた電球の一例を示す要部側断面図。
【図１】
0003725789.tif 000004
【図２】
0003725789.tif 000005