特許 6222525 白熱電球、および白熱電球の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6222525

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】白熱電球、および白熱電球の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01K 1/46 20060101AFI20171023BHJP

   H01K 1/40 20060101ALI20171023BHJP

【ＦＩ】

   H01K1/46 Z

   H01K1/40

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-62222(P2014-62222)

(22)【出願日】2014年3月25日

(65)【公開番号】特開2015-185449(P2015-185449A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2016年9月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003757

【氏名又は名称】東芝ライテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(72)【発明者】

【氏名】小川 渥司

【審査官】 杉田 翠

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６２−１１１１６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０４−１０６８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−０６４５６５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５６−１４７５６３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−２３６０１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００９５０６６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ６１／００−６１／２８

Ｈ０１Ｋ１／００−１／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バルブと；
それぞれが、モリブデンを主成分として含む保持部と、前記保持部の一方の端部に接合され、ジュメット線からなる導入部と、を有する一対のリード部と；
前記バルブの内部において、一対の前記保持部の前記導入部が接合される側とは反対側の端部同士の間に保持されたフィラメント部と；
前記バルブの一方の端部を封止し、前記一対の前記導入部を保持する封止部と；
を具備し、
前記保持部の断面寸法は、前記導入部の断面寸法よりも短い白熱電球。

【請求項2】

前記保持部の断面寸法をＤ１、前記導入部の断面寸法をＤ２とした場合に、以下の式を満足する請求項１記載の白熱電球。
０．２≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９

【請求項3】

前記保持部の断面寸法は、０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下である請求項１または２に記載の白熱電球。

【請求項4】

前記バルブの内部には、不活性ガスが封入されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の白熱電球。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１つに記載の白熱電球を製造する方法の発明であって、
保持部と、導入部とを、抵抗溶接により接合する白熱電球の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、白熱電球、および白熱電球の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

軟質ガラスからなり端部に封止部が設けられたバルブと、一端側がバルブの内部を伸び、他端側が封止部から露出する一対のリード部と、バルブの内部において一対のリード部の端部同士の間に設けられたフィラメント部とを備えた白熱電球がある。
ここで、封止部は、軟質ガラスからなるバルブの端部を加熱し、加熱されたバルブの端部を一対のリード部とともに押しつぶすことで形成される。
そのため、一対のリード部は、ガラスの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するジュメット線から形成されている。
ところが、一対のリード部をジュメット線から形成すると、点灯と消灯を繰り返すうちに、一対のリード部のフィラメント部を保持している部分が開き、不導通による故障が発生するという問題がある。
そのため、フィラメント部側をニッケルから形成し、封止部側をジュメット線から形成した一対のリード部が提案されている。
しかしながら、リード部のフィラメント部を保持している部分は、点灯により加熱されるので、リード部のニッケルと、フィラメント部のタングステンとにより合金が形成されるおそれがある。ニッケルとタングステンとの合金が形成されると、フィラメント部の端部が脆くなり、断線が発生するおそれがある。
また、一対のリード部をモリブデンから形成する技術も提案されている。
しかしながら、単に、一対のリード部をモリブデンから形成すると、リード部にフィラメント部を保持させる際の塑性加工（折り曲げ加工）が困難となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−４５２９１号公報

【特許文献2】特開２００８−６６２３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、フィラメント部における断線の発生を抑制することができ、製造が容易な白熱電球、および白熱電球の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る白熱電球は、バルブと；それぞれが、モリブデンを主成分として含む保持部と、前記保持部の一方の端部に接合され、ジュメット線からなる導入部と、を有する一対のリード部と；前記バルブの内部において、一対の前記保持部の前記導入部が接合される側とは反対側の端部同士の間に保持されたフィラメント部と；前記バルブの一方の端部を封止し、前記一対の前記導入部を保持する封止部と；を具備している。
そして、前記保持部の断面寸法は、前記導入部の断面寸法よりも短い。

【発明の効果】

【0006】

本発明の実施形態によれば、フィラメント部における断線の発生を抑制することができ、製造が容易な白熱電球、および白熱電球の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施の形態に係る白熱電球１を正面側から見た場合の模式部分断面図である。

【図2】本実施の形態に係る白熱電球１を側面側から見た場合の模式部分断面図である。

【図3】図２におけるＡ部の模式拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

実施形態に係る発明は、バルブと；それぞれが、モリブデンを主成分として含む保持部と、前記保持部の一方の端部に接合され、ジュメット線からなる導入部と、を有する一対のリード部と；前記バルブの内部において、一対の前記保持部の前記導入部が接合される側とは反対側の端部同士の間に保持されたフィラメント部と；前記バルブの一方の端部を封止し、前記一対の前記導入部を保持する封止部と；を具備し、前記保持部の断面寸法は、前記導入部の断面寸法よりも短い白熱電球である。
この白熱電球によれば、保持部と導入部の接続強度を向上することができる。また、フィラメント部における断線の発生を抑制することができ、保持部の塑性加工（折り曲げ加工）、ひいては白熱電球の製造が容易となる。

【0009】

この場合、前記保持部の断面寸法をＤ１、前記導入部の断面寸法をＤ２とした場合に、以下の式を満足するようにすることもできる。
０．２≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９
この様にすれば、保持部と導入部の接続強度を向上することができる。また、フィラメント部における断線の発生を抑制することができ、保持部の塑性加工（折り曲げ加工）、ひいては白熱電球の製造が容易となる。

【0010】

また、前記保持部の断面寸法は、０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下となるようにすることができる。
この様にすれば、保持部が溶断されるのを抑制することができ、保持部の塑性加工（折り曲げ加工）を容易とすることができる。

【0011】

また、前記バルブの内部には、不活性ガスが封入されているものとすることができる。 この様にすれば、白熱電球の長寿命化を図ることができる。

【0012】

また、上記の白熱電球を製造する方法の発明であって、保持部と、導入部とを、抵抗溶接により接合する白熱電球の製造方法とすることができる。
この様にすれば、接合部の信頼性の向上と、製造コストの低減を図ることができる。

【0013】

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本実施の形態に係る白熱電球１を正面側から見た場合の模式部分断面図である。
図２は、本実施の形態に係る白熱電球１を側面側から見た場合の模式部分断面図である。
図３は、図２におけるＡ部の模式拡大図である。
本実施の形態に係る白熱電球１は、二輪車や四輪車（自動車）などの車両に設けられる制動灯、方向指示灯あるいは尾灯などに用いられるものとすることができる。
また、図１および図２に例示をする白熱電球１は、口金を有さないウエッジベース電球である。
ただし、白熱電球１の用途や形態は例示をしたものに限定されるわけではない。
本実施の形態に係る白熱電球１は、バルブ２の内部においてフィラメント部４を保持する一対のリード部が設けられたものに広く適用することができる。
例えば、本実施の形態に係る白熱電球１は、屋内や屋外において用いられる照明装置（灯具）に用いることもできるし、口金が設けられたものとすることもできる。
この場合、本実施の形態に係る白熱電球１は、車両用の照明装置などのように振動が加わる照明装置に用いることが好ましい。

【0014】

図１および図２に示すように、白熱電球１には、バルブ２、封止部３、フィラメント部４、固定部材５、およびリード部６が設けられている。
バルブ２は、一端が半球状を呈した筒状体となっている。
バルブ２の形状は、例示をしたものに限定されるわけではなく、例えば、Ａ形、Ｇ形、ＰＳ形、Ｒ形、Ｔ形やこれらの複合形、あるいは板状体や皿状体などからなる平板形などとすることもできる。
バルブ２の他端には、封止部３が設けられている。
また、バルブ２は、透光性材料から形成されている。
そのため、バルブ２は、透光性を有する気密容器となっている。

【0015】

バルブ２は、例えば、ソーダライムガラスやアルカリ・アルカリ土類ケイ酸ガラス（鉛フリーガラスなどとも称される）などの軟質ガラスから形成することができる。
軟質ガラスの物理的特性は、例えば、軟化点が６６５℃、徐冷点が４８０℃、歪点が４４０℃、熱伝導率（１００℃）が１．１（Ｗ／（ｍ・Ｋ））、熱膨張係数（３０℃〜３８０℃）が５×１０^−６／℃以上（例えば、９．４５×１０^−６／℃）である。
この場合、バルブ２は、透光性を有していればよい。例えば、バルブ２は、無色透明であってもよいし、着色されていてもよい。また、バルブ２の表面や内面には、着色膜、反射膜、散光膜、蛍光体膜などの被膜や、凹凸が設けられていてもよい。バルブ２は、散乱材や蛍光体などを含む材料から形成されていてもよい。

【0016】

気密容器であるバルブ２の内部は、真空状態、または、不活性ガスが封入される。
封入される不活性ガスは、例えば、キセノン（Ｘｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、または、これらの混合ガスなどとすることができる。
また、封入される不活性ガスは、窒素（Ｎ_２）ガスなどをさらに含むこともできる。
不活性ガスが封入される場合には、バルブ２の内部の圧力が、０．５ＭＰａ〜３．０ＭＰａ程度となるようにすることができる。
不活性ガスを封入すれば、輻射のみならず対流による放熱を図ることができる。
そのため、白熱電球１の消費電力が１５Ｗ（ワット）以上の場合であっても、白熱電球１の温度上昇を抑制することができる。

【0017】

封止部３は、直方体形状を有している。
前述したように、封止部３は、バルブ２の一方の端部を封止している。
例えば、封止部３は、バルブ２の端部を加熱し、加熱されたバルブ２の端部を一対の導入部６ｂとともに押しつぶすことで形成することができる。
この場合、封止部３も軟質ガラスから形成されることになる。
封止部３には、封止部３の内部を貫通し、バルブ２の内部に通じた排気管３ａが設けられている。排気管３ａは、バルブ２の内部を排気したり、バルブ２の内部に不活性ガスを封入したりする際に用いられる。排気管３ａの外気側の端部は、封止されている。
また、封止部３には、白熱電球１を灯具側に保持させる際に用いる凸状の爪部３ｂが設けられている。

【0018】

フィラメント部４は、本体部４ａと、本体部４ａの両端にそれぞれ設けられた端部４ｂを有している。
本体部４ａは、コイル状を呈している。
本体部４ａは、線材を巻き回すことで形成されている。
端部４ｂは、直線状を呈し、本体部４ａの軸方向に伸びている。
本体部４ａと端部４ｂは、一体に形成することができる。
フィラメント部４（本体部４ａ、端部４ｂ）は、例えば、タングステン（Ｗ）を主成分として含むものとすることができる。

【0019】

固定部材５は、バルブ２の内部に設けられている。
固定部材５は、一対のリード部６の導入部６ｂを保持する。
固定部材５は、保持部６ａと導入部６ｂの接合部６ｃと、封止部３との間に設けられている。
固定部材５は、例えば、軟質ガラスから形成することができる。
固定部材５は、例えば、加熱された軟質ガラスからなる部材を一対の導入部６ｂとともに押しつぶすことで形成することができる。
この場合、バルブ２、封止部３、および固定部材５は、同じ材料から形成することもできる。

【0020】

リード部６は、保持部６ａ、および導入部６ｂを有する。
保持部６ａは線状を呈している。
線状を呈する保持部６ａの断面寸法（直径寸法）は、例えば、０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下とすることができる。
保持部６ａの断面寸法（直径寸法）に関する詳細は後述する。
図３に示すように、保持部６ａの一端は折り曲げられ、フィラメント部４の端部４ｂを挟み込むようにして保持している。
保持部６ａの他端は、導入部６ｂの一端と接合されている。
後述するように、保持部６ａは、モリブデン（Ｍｏ）を主成分として含むものとすることができる。

【0021】

導入部６ｂの一端は保持部６ａと接合され、導入部６ｂの他端は封止部３から露出している。導入部６ｂの封止部３から露出している部分は、外部の電源などと接続するための端子となる。
後述するように、導入部６ｂは、ジュメット線から形成されている。

【0022】

保持部６ａと、導入部６ｂとの接合は、例えば、抵抗溶接法などを用いて行うことができる。
保持部６ａと、導入部６ｂとの接合部６ｃは、固定部材５と、フィラメント部４との間に設けられている。
すなわち、固定部材５、および封止部３は、導入部６ｂと封着されているが、保持部６ａとは封着されていない。

【0023】

ここで、白熱電球１を点灯させる際には、リード部６を介して、フィラメント部４に電圧を印加する。
フィラメント部４に電圧が印加されると、フィラメント部４に電流が流れ、発熱および発光が生じる。
そのため、フィラメント部４の端部４ｂを保持している保持部６ａが加熱されることになる。
この場合、保持部６ａをジュメット線から形成すると、以下の様にして不導通による故障が発生するおそれがある。

【0024】

ジュメット線は、例えば、鉄・ニッケル合金を芯金とし，それに銅を被覆した複合線である。またさらに、ジュメット線の表面には、ニッケルメッキ処理や、オキシダイズ仕上げや、ボレート仕上げなどを施すことができる。
そのため、保持部６ａをニッケルメッキ処理したジュメット線から形成すると、ジュメット線の鉄・ニッケル合金から成る芯金と、それを被覆する銅層と、銅層の周囲のニッケルメッキの熱膨張係数がそれぞれ異なるため、白熱電球１の点灯に伴う加熱により、保持部６ａのフィラメント部４の端部４ｂを挟み込むようにして保持している部分（折り曲げられた部分）が開き、不導通による故障が発生するおそれがある。

【0025】

この場合、保持部６ａをモリブデンから形成すれば、保持部６ａは単一の金属で構成されるため、熱膨張係数が異なる複数の金属で構成されるジュメット線に比べて、保持部６ａのフィラメント部４の端部４ｂを挟み込むようにして保持している部分（折り曲げられた部分）が開く現象を抑制することが出来る。その結果、フィラメント部４の不導通による故障の発生を抑制することができる。
ところが、保持部６ａをニッケルから形成すれば、加熱により、ニッケルと、フィラメント部４の材料であるタングステンとの合金が形成されるおそれがある。
ニッケルと、タングステンとの合金が形成されると、フィラメント部４の端部４ｂが脆くなり、断線が発生するおそれがある。

【0026】

そこで、本実施の形態においては、保持部６ａは、モリブデンを主成分として含むものとしている。なお、保持部６ａは、純モリブデンから形成してもよい。
この場合、ニッケルの融点は１４５５℃程度、モリブデンの融点は２６２３℃程度である。
そのため、融点のより高いモリブデンを用いているので、タングステンの合金が形成されるのを抑制することができる。
その結果、フィラメント部４における断線の発生を抑制することができる。

【0027】

表１は、ＳＡＥ規格に基づく衝撃試験の結果である。

【表1】

衝撃試験は、ＳＡＥ規格に基づくものとし、白熱電球１が無点灯（消灯）の時に８００Ｇの衝撃加速度を印加した。
点灯条件は、２分間の点灯、３０秒間の無点灯を繰り返すものとした。
試験結果は、「断線した個数／試験数」により評価した。
表１から分かるように、モリブデンを主成分として含む保持部６ａとすれば、断線に至るまでの時間を大幅に延ばすことができ、ひいては白熱電球１の寿命を大幅に延ばすことができる。

【0028】

ところが、モリブデンは塑性加工（折り曲げ加工）がし難いという性質を有する。
そのため、図３に示すように、保持部６ａの一端を折り曲げる際に、保持部６ａが折れやすくなるという問題がある。
表２は、フィラメント部４の端部４ｂを保持させるために保持部６ａの一端を折り曲げる加工を行った際の歩留まり（良品率）を表すものである。

【0029】

【表2】

表２から分かるように、保持部６ａの断面寸法（直径寸法）を０．５ｍｍ以下とすれば、歩留まりを向上させることができる。
この場合、保持部６ａの断面寸法（直径寸法）を０．３ｍｍ以下とすれば、室温において加工をしても高い歩留まりを得ることができる。
一方、保持部６ａの断面寸法（直径寸法）を余り小さくすると、保持部６ａが溶断しやすくなる。
例えば、白熱電球１の消費電力が１５Ｗ（ワット）以上の場合に、保持部６ａの断面寸法（直径寸法）を余り小さくすると、保持部６ａが溶断しやすくなる。
本発明者の得た知見によれば、保持部６ａの断面寸法（直径寸法）は０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。
この様にすれば、白熱電球１の消費電力が１５Ｗ（ワット）以上の場合であっても、保持部６ａが溶断されるのを抑制することができる。

【0030】

ここで、モリブデンの熱膨張係数は４．９×１０^−６／℃程度である。
これに対して、封止部３、および固定部材５の材料である軟質ガラスの熱膨張係数は９．４５×１０^−６／℃程度である。

【0031】

そのため、モリブデンの熱膨張係数と、軟質ガラスの熱膨張係数との差が大きくなるので、リード部６全体をモリブデンから形成すると、リード部６と封止部３との封着、およびリード部６と固定部材５との封着が不完全となるおそれがある。
リード部６と封止部３との封着が不完全となると、封止部３においてリークが発生するおそれがある。
リード部６と固定部材５との封着が不完全となると、白熱電球１を製造する際などにおいて、固定部材５が欠け易くなる。固定部材５が欠けると、バルブ２の内部にガラス片が生じ、ガラス片がフィラメント部４に付着して断線が発生するおそれがある。

【0032】

ここで、ジュメット線の熱膨張係数は、６．５×１０^−６／℃程度であり、軟質ガラスの熱膨張係数との差が小さい。
そのため、封止部３、および固定部材５と封着される導入部６ｂをジュメット線から形成すれば、封着が不完全となるのを抑制することができる。
その結果、封止部３においてリークが発生するのを抑制することができる。
また、白熱電球１を製造する際などにおいて、バルブ２の内部にガラス片が生じるのを抑制することができるので、フィラメント部４における断線の発生を抑制することができる。

【0033】

ここで、前述したように、ジュメット線は、鉄・ニッケル合金を芯金とし、それに銅を被覆し、更に銅の周囲にニッケルメッキ処理を施した複合線である。
そのため、ジュメット線の融点は、モリブデンの融点よりも低くなる。
従って、ジュメット線から形成される導入部６ｂの断面寸法（直径寸法）は、モリブデンを主成分として含む保持部６ａの断面寸法（直径寸法）よりも長くすることが好ましい。
言い換えると、モリブデンを主成分として含む保持部６ａの断面寸法（直径寸法）は、ジュメット線から形成される導入部６ｂの断面寸法（直径寸法）よりも短くすることができる。
表３は、保持部６ａと導入部６ｂの断面寸法（直径寸法）をそれぞれ変化させて溶接接合したときの、保持部６ａと導入部６ｂとの接合部６ｃの接続強度を表すものである。

【0034】

【表3】

表３から分かるように、保持部６ａの断面寸法（直径寸法）をＤ１、導入部６ｂの断面寸法（直径寸法）をＤ２とした場合、以下の式を満足するようにすると接続強度が高くなり、好ましい。
０．２≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９
更に、以下の式を満足すると、更に接続強度が向上するので、望ましい。
０．４≦Ｄ１／Ｄ２≦０．７
保持部６ａがモリブデンの場合、モリブデンの融点が高いため、溶接性が悪いが、保持部６ａの断面寸法（直径寸法）Ｄ１に対し、導入部６ｂの断面寸法（直径寸法）Ｄ２を大きくすると、保持部６ａと導入部６ｂとの溶接部６ｃにおいて、図３に示すように、融点が低いジュメット線で構成される導入部６ｂが、融点が高いモリブデンで構成される保持部６ａの周囲を覆うような形状で溶接されるため、接続強度を向上させることができる。 しかし、導入部６ｂの断面寸法（直径寸法）Ｄ２が大きすぎると、言い換えると、Ｄ１／Ｄ２が小さすぎると、導入部６ｂに溶接時の熱を奪われて溶接性が低下し、接続強度が低下する。

【0035】

次に、白熱電球１の製造方法について例示をする。
まず、一対のリード部６の保持部６ａにフィラメント部４を保持させ、加熱された軟質ガラスからなる部材を一対のリード部６の導入部６ｂとともに押しつぶすことで固定部材５を形成する。
次に、円筒状の軟質ガラス管の内部に、フィラメント部４および固定部材５を挿入する。
この際、導入部６ｂが軟質ガラス管の外部に導出されるようにする。
また、軟質ガラスからなる排気管３ａを、軟質ガラス管の導入部６ｂが導出される側の開口部分に配置する。
次に、軟質ガラス管の両端部をガスバーナーで加熱し、一対のピンチャにより挟むことで、一端が半球状に封止されたバルブ２を形成する。また、バルブ２の他端に封止部３を形成する。
形成された封止部３からは、外部に向けて一対の導入部６ｂが伸びている。
次に、排気管３ａを介してバルブ２の内部を排気し、必要に応じてバルブ２の内部に不活性ガスを供給する。
次に、排気管３ａをバーナーで焼き切り、バルブ２および排気管３ａをアニールする。 次に、封止部３から外部に向けて伸びている一対の導入部６ｂを折り曲げて端子を形成する。
以上のようにして、白熱電球１を製造することができる。

【0036】

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0037】

１ 白熱電球、２ バルブ、３ 封止部、４ フィラメント部、４ａ 本体部、４ｂ 端部、５ 固定部材、６ リード部、６ａ 保持部、６ｂ 導入部、６ｃ 接合部

【図1】

【図2】

【図3】