(57)【要約】【課題】ガラスバルブと外部電極との間へのはんだの充填をより一層確実かつ容易なものとする。【解決手段】管軸方向と直交する断面が円形である円筒状のガラスバルブ１０と、ガラスバルブ１０の内部に封入された放電媒体と、ガラスバルブ１０の両端部の外面に、該外面の全周にわたってはんだ付けされた外部電極２０とを備えた外部電極型放電ランプであって、外部電極２０は、ガラスバルブ１０をその円周方向に取り巻く金属板からなり、ガラスバルブ１０の管軸方向と直交する断面が多角形である角筒状の形状を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管軸方向と直交する断面が円形である円筒状のガラスバルブと、前記ガラスバルブの内部に封入された放電媒体と、前記ガラスバルブの両端部の外面に、該外面の全周にわたってはんだ付けされた外部電極とを備えた外部電極型放電ランプであって、
前記外部電極は、前記ガラスバルブをその円周方向に取り巻く金属板からなり、前記ガラスバルブの管軸方向と直交する断面が多角形である角筒状の形状を有することを特徴とする外部電極型放電ランプ。
【請求項２】
前記外部電極の、前記ガラスバルブの管軸方向と直交する断面が５角形乃至１５角形の多角形であることを特徴とする請求項１に記載の外部電極型放電ランプ。
【請求項３】
前記外部電極を形成している前記金属板の長手方向両端同士が互いに重なり合っていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の外部電極型放電ランプ。
【請求項４】
前記ガラスバルブの外面と対向する前記外部電極の内面に金属めっきが施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の外部電極型放電ランプ。
【請求項５】
前記外部電極の内面と対向する前記ガラスバルブの外面に金属めっきが施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の外部電極型放電ランプ。
【請求項６】
放電媒体が封入され、管軸方向と直交する断面が円形である円筒状のガラスバルブの外面に、該外面の全周にわたってはんだ付けされる外部電極であって、
前記ガラスバルブをその円周方向に取り巻く金属板からなり、軸線方向と直交する断面が多角形である角筒状の形状を有することを特徴とする外部電極。
【請求項７】
前記断面が５角形乃至１５角形の多角形であることを特徴とする請求項６に記載の外部電極。
【請求項８】
前記金属板の長手方向両端同士が互いに重なり合っていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の外部電極。
【請求項９】
内面に金属めっきが施されていることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の外部電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部電極型放電ランプ及び該ランプに用いられる外部電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５（ａ）（ｂ）に、従来の外部電極型放電ランプの基本構造を示す。同図に示すように、従来の外部電極型放電ランプは、円筒状のガラスバルブ１の両端部の外面に、外部電極２Ａ、２Ｂが一つずつ設けられている。外部電極２Ａと外部電極２Ｂとは、電気的に絶縁状態にある。ガラスバルブ１は、例えば、ほう珪酸ガラスなどからなる。ガラスバルブ１の内部空間（放電室）には、放電媒体として、例えば、キセノンと水銀蒸気との混合ガス或いは、その混合ガスとアルゴンやネオンなどの他の希ガスとの混合ガスが封入されている。封入圧力は、１．３×１０3〜４０×１０3Ｐａ（１０〜３００Ｔｏｒｒ）程度である。放電に関わる基本構成は、上述したガラスバルブ１と、放電媒体としての気体と、外部電極２Ａ、２Ｂの３つであるが、その他に、ガラスバルブ１の内面には蛍光体層４が設けられている。蛍光体層４は、放電によってガラスバルブ１内に生じる紫外線を、例えば可視光のような他の波長の光に変換する役割を担っている。また、ガラスバルブ１の内面の、外部電極２Ａ、２Ｂと重なる領域には、保護層３が形成されている。この保護層３は、ガラスバルブ１の内面を保護するためのもので、例えば、酸化イットリウムなどのような金属酸化物からなる。
【０００３】
以上のように構成された外部電極型放電ランプ（外部電極型水銀蛍光ランプ）では、外部の電源装置１５から二つの外部電極２Ａ、２Ｂの間に、例えば、周波数：１０〜１００ｋＨｚ、電圧：１〜１０ｋＶ程度の交流電力が投入されると、放電室内にガラスバルブ１の管壁を誘電体とする誘電体バリア放電が発生する。そして、その誘電体バリア放電によって発生した紫外線が蛍光体層４を励起し、蛍光体層４によって他の波長に変換された光がガラスバルブ１を通して外部に放射される。
【０００４】
ここで、上記のような外部電極型放電ランプに用いられる外部電極には、アルミニウム箔や銅箔のような金属箔からなるものと、比較的厚みのある金属板からなるものとがある。本件出願人は、後者の金属板からなる外部電極及び該外部電極を備えた外部電極型放電ランプについて特許を取得している（特許文献１）。
【０００５】
特許文献１には、外部電極及び該外部電極を備えた外部電極型放電ランプについて複数の形態が開示されている。特許文献１に開示されている外部電極のうち、本発明と特に関連する外部電極を図６（ａ）（ｂ）に示す。図６（ａ）に示す外部電極２は、ガラスバルブ１をその円周方向に取り囲む金属板からなり、ガラスバルブ１の円周方向の一カ所において金属板の両端部分が重なり合っている深巻き構造を有する。
【０００６】
また、図６（ｂ）に示す外部電極２は、ガラスバルブ１をその円周方向に取り巻く金属板からなり、ガラスバルブ１の円周方向の一カ所において金属板の両端が離れている「Ｃ」字状の形状を有する。
【０００７】
いずれの外部電極２も、ガラスバルブ１にはんだ付けされており、外部電極２の内面とガラスバルブ１の外面との間にははんだ層５が介在している。
【０００８】
さらに特許文献１には、図６（ａ）（ｂ）に示す外部電極２をガラスバルブ１にはんだ付けする方法として、超音波はんだ付け法と、超音波はんだディップ法とが開示されている。前者の方法では、ガラスバルブ１の両端部の外面に外部電極２を装着する。次いで、外部電極２のガラスバルブ１を取り巻く円周の縁に不図示のはんだ棒の先端があてがい、併せてはんだ鏝を外部電極２に接触させる。その後、ガラスバルブ１を管軸回りに回転させながら外部電極２に熱と超音波とを与えて行く。これにより、溶融したはんだが毛管現象によって外部電極２とガラスバルブ１との間の隙間にしみこんではんだ層５が形成される。
【０００９】
後者の方法では、超音波振動子を備える不図示のはんだ浴槽に、はんだを溶融させておく。そして、外部電極２を被せたガラスバルブ１の端部を溶融はんだの中に浸漬させ、超音波振動子を作動させる。これにより、はんだが外部電極２とガラスバルブ１との間の隙間とにしみこんで、例えば厚さ１００μｍ程度のはんだ層５が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４２４９６８９号公報（請求項６、請求項８、段落［００４７］〜［００４９］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１に開示されている外部電極、外部電極型放電ランプ及びその製造方法には特段の問題はない。本発明は、特許文献１に開示されている外部電極及び外部電極型放電ランプの改良に関するものであり、その目的は、外部電極とガラスバルブとの間の隙間へのはんだの充填をさらに確実かつ容易なものとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の外部電極型放電ランプは、管軸方向と直交する断面が円形である円筒状のガラスバルブと、前記ガラスバルブの内部に封入された放電媒体と、前記ガラスバルブの両端部の外面に、該外面の全周にわたってはんだ付けされた外部電極とを備えた外部電極型放電ランプであって、前記外部電極は、前記ガラスバルブをその円周方向に取り巻く金属板からなり、前記ガラスバルブの管軸方向と直交する断面が多角形である角筒状の形状を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の外部電極は、放電媒体が封入され、管軸方向と直交する断面が円形である円筒状のガラスバルブの外面に、該外面の全周にわたってはんだ付けされる外部電極であって、前記ガラスバルブをその円周方向に取り巻く金属板からなり、軸線方向と直交する断面が多角形である角筒状の形状を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、外部電極とガラスバルブとの間へのはんだの充填が確実かつ容易に行われ、はんだを介した外部電極内面とガラスバルブ外面との接触が安定かつ均一なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る外部電極型放電ランプを示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、外部電極のガラスバルブへのはんだ付けの方法の一例を示す工程である。
【図３】外部電極の変形例の１つを示す断面図である。
【図４】外部電極の好適な断面形状を確認すべく行った試験の結果を示す図である。
【図５】従来の外部電極型放電ランプの一例を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は、特許文献１に開示されている外部電極の異なる例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に本発明の第１の実施形態に係る外部電極型放電ランプの側面図及び断面図を示す。具体的には、図１（ａ）は、本実施形態に係る外部電極型放電ランプの一部を示す側面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００１７】
本実施形態に係る外部電極型放電ランプは、水銀蛍光ランプであって、その構成部材は従来の外部電極型放電ランプと共通である。また、放電及び発光の原理も従来の外部電極型放電ランプと共通である。すなわち、本実施形態に係る外部電極型放電ランプは、ガラスバルブ１０と、ガラスバルブ１０の両端の外面上に設けられた２つの外部電極２０とを有する。ガラスバルブ１０は、ほう珪酸ガラスなどからなる。また、ガラスバルブ１０は、管軸方向と直交する断面が円形である円筒状の気密容器であり、キセノンと水銀蒸気との混合ガスのような放電媒体が封入されている。
【００１８】
さらに、ガラスバルブ１０の内面には、蛍光体層４０と、保護層３０とが形成されている。蛍光体層４０及び保護層３０の材料や形成領域は従来の外部電極型放電ランプと共通である。
【００１９】
ここで、図１（ａ）には、外部電極型放電ランプの一部のみを示してある。具体的には、ガラスバルブ１０の管軸方向両端のうち、外部電極２０が設けられている端部側のみを図示してある。しかし、ガラスバルブ１０の管軸方向他端側にも外部電極２０と同一の形状及び構造を有する外部電極が設けられている。すなわち、ガラスバルブの両端に外部電極がそれぞれ設けられている点においては、図５（ａ）（ｂ）に示す外部電極型放電ランプと変わるところはない。
【００２０】
なお、保護層３０や蛍光体層４０を構成する材料は特に限定されない。例えば、蛍光体層４０を構成する蛍光材料は、放射すべき光の波長に応じて適当なものを選択すればよい。また、これらの保護層３や蛍光体層４は、本発明の作用効果に何ら影響を及ぼすものではない。そこで、図１（ｂ）に示す断面図では、ガラスバルブ１０の内面に形成されている保護層３の図示を省略してある。
【００２１】
本実施形態に係る外部電極型放電ランプの特徴は、ガラスバルブ１０の両端部の外面にそれぞれ設けられた外部電極にある。そこで、以下では、外部電極の形状や構造について詳細に説明する。もっとも、上記のように、本実施形態に係る外部電極型放電ランプが備えている２つの外部電極は共通の形状及び構造を有する。そこで、以下では、図１に示されている外部電極２０についてのみ説明する。
【００２２】
外部電極２０は、例えば４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）やコバール（ＫＯＶ）などからなる帯状の金属板を折り曲げ、軸線方向と直交する断面が多角形である角筒状に成形したものである。外部電極２０は、ガラスバルブ１０に装着される前の状態では、その内寸（Ｗ）がガラスバルブ１０の外寸（外径Ｒ）よりも小さい。また、外部電極２０は、ガラスバルブ１０に装着される前の状態において、その周方向一方の端部（帯状金属板の長手方向一方の端部）と、他方の端部とが適当な距離をもって重なり合っており、ガラスバルブ１０に装着された後の状態においても、上記重なり合う部分が残る「深巻き」構造を有する。このような構造を、「深巻き」または「重ね巻き」と呼ぶ。端と端とが重なり合っている部分の長さＬは、特には限定されない。
【００２３】
上記のような形状及び構造を有する外部電極２０は、ガラスバルブ１０の端部の外面にはんだ付けされている。換言すれば、図１（ｂ）に示すように、ガラスバルブ２０の端部外面と外部電極２０の内面との間にははんだ層５０が形成されている。なお、便宜上の理由から図１（ｃ）でははんだ層の図示は省略してある。
【００２４】
はんだ層５０を形成する方法、すなわち、外部電極２０のガラスバルブ１０へのはんだ付け方法には、はんだディップ法を用いることができる。具体的には、図２（ａ）に示すように、溶融したはんだ６０が入れられたはんだ浴槽６１を用意する。また、管軸方向端部に外部電極２０が被せられたガラスバルブ１０を用意する。このとき、ガラスバルブ１０の端部を外部電極２０の途中まで挿入しておく。換言すれば、ガラスバルブ１０の端面と外部電極２０の端面とが面一にならないように、ガラスバルブ１０の外部電極２０への挿入長（Ｌ1）を外部電極２０の全長（Ｌ2）よりも短くしておく。結果、ガラスバルブ１０の管軸方向に関して、外部電極２０の端部は、ガラスバルブ１０の端部よりも外側に突出した状態となる。
【００２５】
ここで、ガラスバルブ１０に装着される前の外部電極２０の内寸（Ｗ）は、ガラスバルブ１０の外寸（外径Ｒ）よりも小さい。よって、ガラスバルブ１０の端部が挿入されることにより、外部電極２０の内寸（Ｗ）が拡げられる。すると、外部電極２０は、自己のばね弾性によってガラスバルブ１０の端部に仮止めされる。このとき、ガラスバルブ１０は円筒状であるのに対し、外部電極２０は角筒状である。換言すれば、ガラスバルブ１０の断面形状は円形であるのに対し、外部電極２０の断面形状は多角形である。よって、図２（ａ）に示す状態では、外部電極２０の内面とガラスバルブ１０の外面との間に複数の隙間が存在している（図１（ｂ）参照）。
【００２６】
次に、図２（ａ）に示すように、外部電極２０が仮止めされたガラスバルブ１０の端部を下に向けた状態でガラスバルブ１０を垂直に立たせる。このとき、外部電極２０は、自己のばね弾性によってガラスバルブ１０の端部に仮止めされているので、ガラスバルブ１０を垂直に立たせても、外部電極２０が脱落することはない。
【００２７】
その後、ガラスバルブ１０をはんだ浴槽６１に向けて降下させて、図２（ｂ）に示すように、外部電極２０が被せられているガラスバルブ１０の端部を溶融したはんだ６１の中に浸漬させる。ガラスバルブ１０の端部を溶融したはんだの中に浸漬させると、はんだが外部電極２０の内面とガラスバルブ１０の外面との間の隙間に進入する。さらに、隙間に進入したはんだは、毛管現象などによって、線接触している外部電極２０の内面とガラスバルブ１０の外面との間にも進入する。これにより、外部電極２０の内面とガラスバルブ１０の外面との間に、ガラスバルブ１０の全周を取り囲むはんだ層５０（図１（ｂ））が形成され、外部電極２０が固定される。
【００２８】
次に、はんだ浴槽６１の底に設けられているステージ６２に外部電極２０の端面が突き当たるまでガラスバルブ１０をさらに降下させる。すると、端面がステージ６２に突き当たった外部電極２０はそれ以上降下しないので、ガラスバルブ１０のみが降下する。換言すれば、ガラスバルブ端部の外部電極２０への挿入長（Ｌ1）が増大する。その後、図２（ｃ）に示すように、挿入長（Ｌ1）が外部電極２０の全長（Ｌ2）に達した時点（Ｌ１＝Ｌ２となった時点）で、ガラスバルブ１０の端面もステージ６２に突き当たる。これにより、ガラスバルブ１０の端部が完全に外部電極２０に挿入される。なお、図２（ｂ）に示す状態から図２（ｃ）に示す状態へ移行する過程においても、外部電極２０の内面とガラスバルブ１０の外面との間へのはんだの進入は継続している。
【００２９】
然る後、ガラスバルブ１０の端部をはんだ浴槽６１から引き上げ、上下を反転させる。その後、上記工程を繰り返して、管軸方向他端に仮止めされている外部電極を同様にはんだ付けする。
【００３０】
上記はんだは、Ｓｎ（錫）を主成分とし、微量のＣｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、
Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｐ（リン）が添加されていることが好ましい。本実施形態におけるはんだは、主成分である９９．２９重量％のＳｎに、Ｃｕが０．６０重量％、Ｎｉが０．０５重量％、Ｇｅが０．０１重量％、Ｐが０．０５重量％それぞれ添加されている。Ｓｎに対して上記割合でＳｎ、Ｃｕを添加すると、はんだの固相線と液相線が同一となる。また、ＧｅとＰははんだ表面に薄い酸化膜を形成し、はんだが酸化するのを防ぐ働きがある。
【００３１】
外部電極の材料は、４２アロイやＫＯＶに限定されない。しかしながら、ガラスバルブの熱膨張率との関係を考慮すると、熱膨張率がガラスバルブの熱膨張率に近い４２アロイまたはＫＯＶが好ましい。すなわち、外部電極の熱膨張率をガラスバルブの熱膨張率とほぼ等しくすることによって、ガラスバルブの破損の防止が図られている。
【００３２】
また、外部電極の内面には、例えば、フラッシュメッキ法によって金属めっきを施すことが防錆などの観点から好ましい。特に、外部電極は、４２アロイやＫＯＶは、鉄（Ｆｅ）を含む合金からなるので、めっきを施しておくことの効果が大きい。めっき材料としは、例えば金やニッケルなどの酸化しにくい金属や、その他にも銅、スズ、亜鉛、銀などが挙げられるが、もちろんこれに限定されるものではない。また、外部電極の外面にも同様に金属めっきを施すことが効果的である。
【００３３】
さらに、ガラスバルブの端部の外面に、はんだ層の下地として、ニッケルなどの金属めっき層を形成しておくこともできる。この場合、はんだ層とガラスバルブとのなじみがさらに良好になる。
【００３４】
これまでの説明から明らかなように、外部電極を断面円形のガラスバルブに装着した際に、外部電極とガラスバルブとの間に隙間を形成すべく、外部電極の断面形状を多角形としたことが本発明の本質的事項である。よって、外部電極の断面形状は多角形であればよく、その角数は８角に限定されない。外部電極の断面形状は、例えば、図３に示すような１０角形であってもよい。
【００３５】
そこで、外部電極の断面形状における好適な角数を確認すべく行った試験結果について次に説明する。この試験では、断面形状が５角形から２０角形の外部電極を用意し、それぞれの外部電極を上記はんだディップ法を用いて同一形状、同一寸法のガラスバルブにはんだ付けし、それぞれのはんだ充填率（％）を確認した。なお、ここでのはんだ充填率（％）とは、ガラスバルブ外面と外部電極内面との間の隙間の容積に対するはんだの充填量の割合を示す値である。
【００３６】
上記試験の結果を示すグラフを図４に示す。このグラフに示されているように、外部電極の断面形状が５角形から１５角形の範囲で８０％以上の充填率が得られ、５角形から１２角形の範囲では９０％以上の充填率が得られた。しかし、断面形状が６角形以下の場合、ガラスバルブをはんだ浴槽から引き上げた際に、充填されていたはんだの一部が硬化する前に流れ落ちる現象が確認された。また、断面形状が１６角形の場合には７８％程度の充填率が得られたが、１７角形以上になると充填率が７５％で横ばいになった。
【００３７】
以上より、外部電極の断面形状は、５角形から１５角形の範囲であることが好ましく、７角形から１２角形の範囲であることがさらに好ましい。
【００３８】
外部電極をガラスバルブにはんだ付けする方法は、上記はんだディップ法に限られず、特許文献１に開示されている超音波はんだディップ法やはんだ棒を用いたはんだ付け方法を採用することもできる。もっとも、本発明によれば、通常のはんだディップ法によっても、超音波はんだディップ法を用いた場合と同等かそれ以上に確実にはんだを充填することができる。また、はんだ棒を用いる方法を採用した場合、ガラスバルブを垂直に立たせる必要がないので、外部電極にばね弾性を与えてガラスバルブからの脱落防止を図ることは必ずしも必要ではない。
【符号の説明】
【００３９】
１０  ガラスバルブ
２０  外部電極
３０  保護層
４０  蛍光体層
５０  はんだ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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