(57)【要約】【課題】耐熱性を向上させることができ、特に温度差の激しい環境下で使用されても、はんだ付け部分にひび割れやクラックが発生するのを防止することができるとともに、リード線がはんだから剥離するのを防止することができ、リード線と口金との導通不良を防止する。【解決手段】端部に凹部１が形成されているガラスバルブ２と、このガラスバルブ２の端部に凹部１の少なくとも一部を覆うように固着された口金７と、凹部１と口金７との間に流し込まれた鉛フリーはんだ１７を介して口金７と接続された電力供給用のリード線１０とを備え、鉛フリーはんだ１７は、凹部１においてガラスバルブ２と口金７とに接しているとともに、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１０質量％以下であり、固相線温度が２３５℃以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管球本体と、この管球本体の端部に固着された口金と、前記口金に鉛フリーはんだを介して接続された電力供給用のリード線とを備え、前記鉛フリーはんだは、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１０質量％以下であるとともに、固相線温度が２３５℃以上であることを特徴とする管球。
【請求項２】
端部に凹部が形成されているガラスバルブと、このガラスバルブの端部に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、前記凹部と前記口金との間に流し込まれた鉛フリーはんだを介して前記口金と接続された電力供給用のリード線とを備え、前記鉛フリーはんだは、前記凹部において前記ガラスバルブと前記口金とに接しているとともに、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１０質量％以下であり、固相線温度が２３５℃以上であることを特徴とする管球。
【請求項３】
前記鉛フリーはんだにおいて、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｏ、ＣｒおよびＭｎの各成分の含有量の合計が０．５質量％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の管球。
【請求項４】
前記鉛フリーはんだにおいて、ＡｇおよびＢｉの各成分の含有量の合計が１質量％以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の管球。
【請求項５】
前記鉛フリーはんだにおいて、残部の組成としてＰ、ＧｅおよびＧａの中から選ばれた少なくとも一種が含有されており、各成分の含有量の合計が０．００１質量％〜０．０５質量％であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の管球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハロゲンランプやＨＩＤランプ等の管球に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
管球、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）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。
【０００３】
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。
【０００４】
また、ガラスバルブの口金側の端部からは、前記電極に電気的に接続されて電力を供給するための二本のリード線が導出している。
【０００５】
そして、一方のリード線は、口金のアイレット部に設けられた貫通孔に挿通され、アイレット部の外面にはんだ付けによって電気的に接続されている。
【０００６】
他方のリード線は、ガラスバルブと口金のシェ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ってシェル部と電気的に接続されている。
【０００７】
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、口金がガラスバルブに対して回転するのを防止する機能も有している。
【０００８】
ここで、メタルハライドランプ等の管球では、点灯時、発光管から発せられる熱によって口金の温度が２００℃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、２００℃以上でも溶融しない高温はんだが用いられている。
【０００９】
なお、「高温はんだ」の定義は明確ではないが、一般的には固相線温度がＰｂ−６３Ｓｎの融点である１８３℃以上のものを高温はんだと称している。
【００１０】
従来、管球の口金の部分に用いられている高温はんだとしては、ＪＩＳ  Ｚ  ３２８１（１９９９）に記載されているＰｂ−２０ＳｎやＰｂ−１０Ｓｎ等が広く使用されていた。これらＰｂ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っ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。
【００１１】
なお、ここで言う「良好なはんだ付け性」とは、製造工程面にあっ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、品質面にあっ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である。
【００１２】
しかしながら、近時、Ｐｂを主成分とする高温はんだは、公害において新たな問題が生じている。つまり、Ｐｂ自体の使用が地球環境の面で世界的に規制されるようになってきている。
【００１３】
そこで、Ｐｂを含まない鉛フリーはんだが強く要望されている。
【００１４】
鉛フリーはんだとしては、Ｓｎ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。
【００１５】
特に、管球用の鉛フリーはんだとしては、Ｃｕの含有量が１重量％を超え２．５重量％未満、残部がＳｎからなる合金が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２４５９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、このようなＳｎ−Ｃｕからなる鉛フリーはんだを用いた管球を、例えば寒冷地のような周囲温度が−４０℃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、リー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った。
【００１７】
このような問題が起こった原因について検討した結果、次のような原因が考えられる。
【００１８】
つまり、管球を例えば周囲温度が−４０℃の寒冷地で使用すると、ランプを点灯していないときはその口金の温度は周囲温度と同じく−４０℃であるが、一度点灯されると口金の温度は２００℃以上にもなる。
【００１９】
しかも、Ｓｎ−Ｃｕ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。
【００２０】
これらの結果、寒冷地で点灯していた管球を消灯すると、口金は２００℃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、はんだにひび割れやクラックが発生してしまうと考えられている。
【００２１】
また、Ｓｎ−Ｃｕからなる鉛フリーはんだを用いた管球では、リード線がはんだから剥離するという問題もあった。
【００２２】
これは、Ｓｎ−Ｃｕからなる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。
【００２３】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、耐熱性を向上させることができ、特に温度差の激しい環境下で使用されても、はんだ付け部分にひび割れやクラックが発生するのを防止することができるとともに、リード線がはんだから剥離するのを防止することができ、リード線と口金との導通不良を防止することができる管球を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の請求項１記載の管球は、管球本体と、この管球本体の端部に固着された口金と、前記口金に鉛フリーはんだを介して接続された電力供給用のリード線とを備え、前記鉛フリーはんだは、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１０質量％以下であるとともに、固相線温度が２３５℃以上であるという構成を有している。
【００２５】
なお、本発明における鉛フリーはんだにおいて、不可避的不純物が含まれる場合もある。また、「鉛フリー」とは鉛を添加していないことを意味しているが、鉛が不回避的に含まれる場合もある。
【００２６】
また、本発明の請求項２記載の管球は、端部に凹部が形成されているガラスバルブと、このガラスバルブの端部に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、前記凹部と前記口金との間に流し込まれた鉛フリーはんだを介して前記口金と接続された電力供給用のリード線とを備え、前記鉛フリーはんだは、前記凹部において前記ガラスバルブと前記口金とに接しているとともに、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１０質量％以下であり、固相線温度が２３５℃以上であるという構成を有している。
【００２７】
本発明の請求項３記載の管球は、前記鉛フリーはんだにおいて、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｏ、ＣｒおよびＭｎの各成分の含有量の合計が０．５質量％以下であるという構成を有している。
【００２８】
本発明の請求項４記載の管球は、前記鉛フリーはんだにおいて、ＡｇおよびＢｉの各成分の含有量の合計が１質量％以下であるという構成を有している。
【００２９】
本発明の請求項５記載の管球は、前記鉛フリーはんだにおいて、残部の組成としてＰ、ＧｅおよびＧａの中から選ばれた少なくとも一種が含有されており、各成分の含有量が合計が０．００１質量％〜０．０５質量％であるという構成を有している。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の請求項１記載の管球の構成によれば、耐熱性を向上させることができ、点灯時、口金の温度が２００℃以上になっても、リード線がはんだから剥離するのを防止することができるとともに、特に温度差の激しい寒冷地等の環境下で使用されても、長期間の使用に亘ってはんだ付け部分にひび割れやクラックが発生するのを防止することができる。その結果、リード線と口金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。
【００３１】
本発明の請求項２記載の管球の構成によれば、耐熱性を向上させることができ、点灯時、口金の温度が２００℃以上になっても、リード線がはんだから剥離するのを防止することができるとともに、特に温度差の激しい寒冷地等の環境下で使用されても、長期間の使用に亘ってはんだ付け部分にひび割れやクラックが発生するのを防止することができる。その結果、リード線と口金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。しかも、鉛フリーはんだの引張強度（Ｐａ）が高いため、口金がガラスバルブに対して回転しようとしても鉛フリーはんだは変形しにくく、その結果、口金がガラスバルブに対して回転するのを確実に防止することができる。
【００３２】
本発明の請求項３記載の管球の構成によれば、はんだのぬれ性を向上させることができ、はんだ付け性を向上させることができる。
【００３３】
本発明の請求項４記載の管球の構成によれば、耐熱性を一層向上させることができる。
【００３４】
本発明の請求項５記載の管球の構成によれば、はんだの耐酸化性を向上させることができ、接触抵抗の上昇を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３６】
本発明の実施の形態であるメタルハライドランプは、図１に示すように、一端部が閉塞され、かつ他端部に凹部１（図２参照）が形成されている例えば硬質ガラス製や石英ガラス製のガラスバルブ２と、このガラスバルブ２内の他端部側に封着されているステム部３と、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内に延出した二本のステム線４と、このステム線４に接続された電力供給線５によって支持された発光管６とを有する管球本体と、この管球本体の端部、つまりガラスバルブ２の他端部に凹部１の一部を覆うように固着されたねじ込み式（Ｅ形）の口金７とを備えている。
【００３７】
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１７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。
【００３８】
図２に示すように、ガラスバルブ２の他端部にはねじ部８が設けられており、口金７はこのねじ部８に螺合されて機械的に固着されている。
【００３９】
電力供給線５の他端部には、図３に示すように、後述する電極９に外部からの電力を供給するためのリード線１０，１１がそれぞれ接続されている。
【００４０】
そして、これらのリード線１０，１１はガラスバルブ２の他端部から外部に導出している。
【００４１】
口金７は、中央部に貫通孔１２を有する例えば黄銅にニッケルめっきされたアイレット部１３と、このアイレット部１３にガラス製の絶縁部１４を介して設けられた例えば黄銅にニッケルめっきされたシェル部１５とを有している。
【００４２】
一方のリード線１０は、貫通孔１２に挿通されており、アイレット部１３の外面に鉛フリーはんだ１６によってはんだ付けされている。
【００４３】
他方のリード線１１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とシェル部１５との間を通り抜けて凹部１の位置に配設されている。
【００４４】
そして、この他方のリード線１１は、凹部１と口金７との間に流し込まれた鉛フリーはんだ１７を介してシェル部１５に電気的に接続されている。
【００４５】
このとき、鉛フリーはんだ１７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がガラスバルブ２に対して回転するのを防止する機能も有している。
【００４６】
発光管６は、図１に示すように、内部に一対の電極９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１８と、この発光部１８の両端部に設けられた封止部１９とを有している。
【００４７】
発光部１８内には、金属沃化物、水銀および希ガス等がそれぞれ所定量封入されている。
【００４８】
一対の電極９は、封止部１９に封止されているモリブデン箔２０を介して外部リード線２１に接続されている。この外部リード線２１が電力供給線５に接続されている。
【００４９】
鉛フリーはんだ１６，１７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１０質量％以下であるとともに、固相線温度が２３５℃以上である。
【００５０】
Ｓｂの含有量が５質量％未満の場合、固相線温度が２３５℃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℃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、Ｓｂ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、はんだが剥離してしまうことがわかった。したがって、Ｓｂの含有量を５質量％〜４０質量％と規定した。
【００５１】
また、Ｃｕの含有量が１０質量％を超えると、液相線温度が４５０℃以上となり、それに伴ってはんだ付け温度も４５０℃以上必要となる。はんだ付け温度が４５０℃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。
【００５２】
ここで、鉛フリーはんだ１６，１７における残部の組成として、ぬれ性を向上させ、口金７とリード線１０，１１との接合強度を向上させるため、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｏ、ＣｒおよびＭｎ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。
【００５３】
また、鉛フリーはんだ１６，１７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Ｂｉ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。
【００５４】
さらに、鉛フリーはんだ１６，１７における残部の組成として、耐酸化性を向上させ、接触抵抗が上昇するのを抑制するため、Ｐ、ＧｅおよびＧａの中から選ばれた少なくとも一種が含有されており、各成分の含有量の合計が０．００１質量％〜０．０５質量％であることが好ましい。各成分の含有量の合計が０．００１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ことがわかった。一方、各成分の含有量の合計が０．０５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。
【００５５】
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。
【００５６】
まず、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、鉛フリーはんだ１６，１７の組成を表１に示すとおり種々変化させたものを作製した。
【００５７】
そして、作製した各ランプにおいて、その鉛フリーはんだ１６，１７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、表１に示すとおりの結果が得られた。
【００５８】
なお、表１中の比較例１〜比較例５におけるメタ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。
【００５９】
また、表１中の溶融温度の※１、温度サイクル試験の※２は次のとおりである。
【００６０】
※１溶融温度：示差熱分析により固相線温度と液相線温度を測定した。
【００６１】
※２温度サイクル試験：各ランプをまず−４０℃雰囲気中に３０分間放置し、その後２００℃の雰囲気中に３０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カウントする。２５０サイクルまでにひび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、２５０サイクルまでにはんだ付け部にひび割れやクラックが生じたものを「不可」とした。
【００６２】
【表１】
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【００６３】
表１から明らかなように、鉛フリーはんだ１６，１７の組成を、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１０質量％以下、例えば実施例１〜実施例２６のようにすることにより、固相線温度を２３５℃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１０，１１が鉛フリーはんだ１６，１７から剥離するのを防止することができるとともに、長期間の使用に亘ってはんだ付け部分にひび割れや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１０，１１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った。
【００６４】
一方、比較例１〜比較例５において、固相線温度が２３５℃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。
【００６５】
次に、実施例１〜実施例２６、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１０Ｎ・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。
【００６６】
なお、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｃ７６０４）では、口金のトルク強度をねじりモーメントで、Ｅ２６形の口金の場合で２Ｎ・ｍと規定されているが、実使用を想定して１０Ｎ・ｍを基準値とした。
【００６７】
その結果、実施例１〜実施例２６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２６のものは鉛フリーはんだ１７の引張強度が高いため、口金７がガラスバルブ２に対して回転しようとしても鉛フリーはんだが変形しないためであると考えられる。
【００６８】
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がガラスバルブ２に対して回転しようとした際にはんだが変形したためであると考えられる。
【００６９】
よって、リード線１１とシェル部１５との接続に、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１０質量％以下であるとともに、固相線温度が２３５℃以上である鉛フリーはんだ１７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。
【００７０】
なお、一例として、実施例１、実施例２、実施例１３、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３０ＭＰａ、５８ＭＰａ、９０ＭＰａ、２８ＭＰａ、３２ＭＰａ、４１ＭＰａである。
【００７１】
なお、上記実施の形態では、リード線１０とアイレット部１３とのはんだ付け、およびリード線１１とシェル部１５とのはんだ付けにそれぞれ同じ鉛フリーはんだ１６，１７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１６，１７の組成が異なっていてもよい。
【００７２】
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やキセノンランプ等の高圧放電ランプ、またハロゲン電球等にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の管球は、耐熱性を向上させることができ、特に温度差の激しい寒冷地等の環境下で使用されても、はんだ付け部分にひび割れやクラックが発生するのを防止することができ、その結果、リード線と口金との間での接触不良を防止することが必要な管球等の用途にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】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
【図２】同じくメタルハライドランプの要部拡大断面図
【図３】同じくメタルハライ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
【符号の説明】
【００７５】
１  凹部
２  ガラスバルブ
３  ステム部
４  ステム線
５  電力供給線
６  発光管
７  口金
８  ねじ部
９  電極
１０，１１  リード線
１２  貫通孔
１３  アイレット部
１４  絶縁部
１５  シェル部
１６，１７  鉛フリーはんだ
１８  発光部
１９  封止部
２０  モリブデン箔
２１  外部リード線
【図１】
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【図２】
2005122970.tif 000005
【図３】
2005122970.tif 000006