JP3772811B2

JP3772811B2 - 箔シールランプ

Info

Publication number: JP3772811B2
Application number: JP2002258603A
Authority: JP
Inventors: 繁樹藤澤; 克己中森
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: JP2004095504A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、金属箔を利用した箔シールランプに関し、特にシール部に使用される封着剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のフォグランプなど補助灯にはいわゆる一端封止型のハロゲンランプが使用されている。係るハロゲンランプは、例えば図２（ａ）に示すように、石英ガラスからなる発光管１０の一端部１１にシール部１２が形成され、このシール部１２に金属箔２０を介してタングステンフィラメント２１と外部リード２３とが一体に形成されて埋設されている。このような金属箔２０を使用したシール部１２は、例えば、発光管用石英ガラス管の内部において所定位置に上記金属箔１２を配置して石英ガラス管における金属箔近傍を高温に加熱して圧潰する、いわゆるピンチシール方式によるものである。
【０００３】
係るピンチシール方式により形成されたシール部においては、図２（ｂ）の拡大図に示すように、シール部１２を構成する石英ガラスと、外部リード２３との界面に、ピンチシール後の冷却過程で、当該外部リード２３と石英ガラスが収縮したことにより微小な間隙Ｓが不可避に形成されている。上述のハロゲンランプの点灯、消灯が繰り返されると、前記微小間隙を通じて金属箔２０が酸化、腐食して、該金属箔２０が早期に破断してしまうという問題がある。
このため、前記微小間隙Ｓの内部には、所要の封着剤３０が充填されている。
【０００４】
上記封着剤としては、例えば特公平６−５４６５７号公報に記載のものが知られている。
上記公報に記載の技術は酸化鉛或いは酸化鉛を主成分とした封着剤に関するものであり、調製液の流動性が良好であるため、該封着剤の膜を、微小間隙の金属箔の表面上に過不足なく形成することが可能で、酸素の浸入を効果的に防止でき、金属箔の破断を回避することができるようになる。
【０００５】
従来技術に係る酸化鉛或いは酸化鉛を主成分とした封着剤を用いた箔シールランプについて一例を述べると、封着剤の調製液は、硝酸鉛０．５ｍｏｌ／Ｌ、硝酸カリウム０．０１ｍｏｌ／Ｌ、及び、ホウ酸０．０３ｍｏｌ／Ｌを混合することにより得られ、この調製液を箔シールランプにおけるシール部の外部リード周囲に滴下し、温度５５０℃の炉中に１５分間おいて加熱分解すると、封着剤不使用の箔シールランプに比較して、使用寿命が２．４倍以上という長い使用寿命を実現できる箔シールランプを提供できる。なお、ランプの使用寿命とは、金属箔の酸化等に起因して電気供給経路の断絶が生じたり発光管の黒化等に由来して照度低下が生じたりした結果、ランプが使用不可となるまでのランプの点灯時間を平均したものである。
【０００６】
【特許文献１】
特公平６−５４６５７号公報
【特許文献２】
特開平３−２５４０６１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では、環境問題に鑑み各産業界で鉛を使用しない仕様の製品が求められている。これは上述した自動車用のハロゲンランプ、その他の用途に係る箔シールランプにおいても同様であり、有鉛の封着剤が使用された従来の箔シールランプと同等以上に機能し、かつ、その構成材料に鉛を使用していないものが要求されている。
【０００８】
上述した自動車用のハロゲンランプにおいては、当該ランプの点灯時において振動や衝撃が与えられた条件下で十分な耐酸化性を備えたものである必要があり、そのためにも上記微小間隙に露出する金属箔の表面全域が封着剤で被覆されるのが望ましく、更には、自動車用のランプでは点灯と消灯が頻繁に繰り返されるため、点灯、消灯の都度で、空気中の酸素が間隙内に進入する畏れのないものであるのが望ましい。
本願発明は、上記事情に鑑み、封着剤が、外部リードと石英ガラスの界面に形成された微小間隙内に露出する金属箔の表面を十分に被覆することができて、該金属箔の酸化を防止でき、かつ、その成分に鉛を含んでいない、箔シールランプを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の箔シールランプは、ガラスからなるバルブのシール部に金属箔が埋設されてこの金属箔に前記シール部の外方に伸びるリード棒が接続され、該シール部を構成するガラスと前記リード棒の間に形成された微小な空隙内に封着剤が充填されてなる箔シールランプにおいて、前記封着剤は非晶質状シリカとアルミナ（酸化アルミニウム；Ａｌ_２Ｏ_３）とよりなり、前記アルミナは４．５〜５０質量％の割合で混合されてなることを特徴とする。
更に好ましくは、上記アルミナの濃度が５〜１０質量％であるのが良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、実施例に基づいて本願発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本願発明に係る箔シールランプは、従来技術とは封着剤の成分が異なるのみでその他の形状についてはほとんど同様であるため、先に用いた図２を参照して説明する。石英ガラス製の発光管１０の一端部１１に、シール部１２が形成されており、該シール部１２には、一対のモリブデン等の金属箔２０と、タングステンからなるフィラメント２１の両端を延長して形成した内部リード２２と、外部リード２３とが一体的に埋設されている。発光管１０の他端部１１’には、当該発光管１０内部を排気し、始動補助ガスとしてのアルゴンガス及び沃化水素等のハロゲンガスを導入するため使用したチップ管の残部が形成されている。
【００１１】
また、外部リード２３とシール部１２を構成する石英ガラスとの界面には微小な間隙Ｓが形成されており、係る微小間隙Ｓ内に露出している金属箔２０の表面全域が封着剤３０によって被覆されている。
前記封着剤は、非晶質状シリカとアルミナ（酸化アルミニウム；Ａｌ_２Ｏ_３）とよりなり、前記アルミナは４．５〜５０質量％の割合で混合されている。
アルミナが混合された非晶質シリカからなる封着剤によれば、箔シールランプのシール部に埋設された金属箔が微小間隙に露出した表面を気密に被覆することができ、しかも、低融点ガラスとは異なり当該ランプの点灯時に溶融することがないので、自動車用のハロゲンランプのように点灯、消灯が繰り返されて使用されるものであっても、微小間隙への空気の浸入を完全に遮断できて、使用寿命時間内において金属箔が破断することがない、長寿命の箔シールランプとすることができる。
以下、封着剤の形成方法について詳述する。
【００１２】
シリカ粉末及びアルミナ粉末との混合粉末が適宜の酸と共に純水に加えられて、シリカ及びアルミナが分散されたコロイド溶液が調製される。なおここで、混合される酸としては、例えば濃度が約０．０１質量％の塩酸コロイド溶液であり、その水素イオン濃度（ｐＨ）は約４〜６とされる。
上記シリカ粉末とアルミナ粉末の割合は、コロイド溶液を蒸発させて最終形状としたときに、アルミナ粉末の質量が４．５〜５０質量％となるように調製されて混合されている。それよりアルミナの量に過不足が生じた場合は、金属箔の酸化防止機能が低下し、フィラメントの使用寿命以前に金属箔が酸化してランプが不点灯になる可能性が高くなる。
【００１３】
以上のように調製したコロイド溶液からなる充填液を、注入器によりランプのリード棒の周囲に滴下する。充填液は毛細管現象によって間隙の開口から深部に進入して、当該間隙内部において露出している金属箔表面を被覆する。係る充填液は、例えば低融点ガラス等に見られるような粘性の高いペースト状の溶液とは異なり、非常に流動性が高い溶液であるために、例えば外部リードの周りに１〜２滴程度滴下すれば、微小間隙内に露出した金属部材表面上にムラなく封着剤を被覆できる。
【００１４】
十分に充填液を導入したのち、充填液に含まれる水分を飛ばすと、シリカの粉末が非晶質に析出して皮膜が形成され、ランプの封止部において形成された間隙の内部で露出している金属箔の表面が、非晶質状シリカとアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含有しており特に、成分中含まれるアルミナの割合が４．５〜５０質量％の範囲とされる封着剤で被覆される。
なお、シリカ粉末及びアルミナ粉末平均粒径は好ましくは２００ｎｍ以下であり、更には１００ｎｍ以下とするのが望ましい。これは、充填液が封止部隙間に浸透し易くなると共に、最終形状としたときには金属箔表面上に緻密な組織が形成されるからであり、目的とする金属箔の耐酸化効果を一層優れたものとすることができるようになるからである。
【００１５】
以下、本願発明の実施例について説明する。
上記実施形態で述べた方法により、最終計形状のランプとしたとき、封着剤に含まれるアルミナの質量が様々になるよう、シリカの粉末とアルミナの粉末の割合を種々変化させて、封着剤用の充填液を調製した。なおアルミナ粉末は繊維状構造の微粒子であり、シリカ粉末は平均粒度分布２０ｎｍの微粒子であった。
【００１６】
図２と同様の自動車用（具体的にはフォグ用）の一端封止型ハロゲンランプを多数製作した。なお、箔シールランプは、定格消費電力が８５Ｗ、定格消費電圧が１３．２Ｖのハロゲンランプとした。
【００１７】
後段に示す表は、最終的な封着剤としたとき、つまり、水分を含まない状態としたときのアルミナおよび／またはシリカの含有割合である。なお、アルミナが０質量％のものは、充填液調製時にシリカ粉末のみを混合しアルミナ粉末を混合しなかったものであり、一方、アルミナが１００質量％のものは充填液調製時に、アルミナ粉末のみを混合しシリカ粉末を混合しなかったものである。
充填液１〜充填液７を、上記試料用箔シールランプにおけるシール部の外部リード周囲に、充填液を注射器により滴下し、その浸透性を評価した。ここで、供給された充填液が円滑に空隙内に進入してその全領域に該充填液が注入されたことが認められたものについて「良好」であるとし、液の付着にむらが生じている場合は、「むら有」とした。
この結果を下記表１にまとめて示す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
上記充填液で微小間隙内部を封着した試料用の箔シールランプを製作した。各充填液に対し箔シールランプを１０本用意し、微小間隙内に充填液を注入して、充填液に含まれる水分を完全に蒸発して、合計７０本の箔シールランプを製作した。
【００２０】
＜使用寿命評価＞
上記箔シールランプを用いて点灯試験を行った。
試験方法は次の通りである。
点灯条件：直流１３．２Ｖ、灯具内にて点滅点灯
点滅条件：１０分点灯、２０分消灯
試験時のシール部温度：５５０℃
周囲温度：３０℃
【００２１】
また、上記箔シールランプと全く同様の仕様であって、微小間隙の内部に封着剤が充填されていない箔シールランプを作製して、上記点灯試験と同様の点灯方法で点灯した。
【００２２】
以上のランプに関し、点灯テストの結果を図１に示す。
同図は、封着剤が充填されていない箔シールランプが、封止部に埋設された金属箔が酸化して破断したことにより不点灯となった時間を１００とし、上述の各種箔シールランプが不点灯となった時間（平均値）を相対値で示した図であり、ランプ寿命のアルミナ含有割合依存性を示す図である。従来製品に係る箔シールランプの寿命時間の相対値は２４０であるため、同図においてランプ寿命相対値が２４０より下回ったものについては「×」、２４０以上となったものについて「○」で点を付した。なお、傍点の数値は、ランプ寿命のアルミナの割合との関係を容易に理解できるよう、アルミナの質量％を記載したものである。
【００２３】
アルミナを含まない（すなわち、アルミナ０質量％である）非晶質状シリカのみで封着剤が構成された箔シールランプにおけるランプの寿命は、相対値で約１７０であり、ランプの寿命が従来製品よりも格段に短くなってしまった。これは、充填液に含まれるシリカ粉末が、粗大微小間隙中において粗大になり易いために、金属箔、或いは、外部リード棒が酸化されやすくなってしまったからと考えられる。
アルミナが４質量％の割合で混合された非晶質状シリカよりなる封着剤を用いた箔シールランプでは、上述したアルミナを０質量％としたものに比較して、金属箔が破断に至るまでの時間が長くなり、すなわち、ランプ寿命が長くなったと確認された。しかしながら、ランプ寿命の相対値は２２２であり、従来製品と同程度のランプ寿命を得ることは出来なかった。
非晶質状シリカを含まず、封着剤がアルミナのみで（すなわち、アルミナ１００質量％である）封着剤が構成された箔シールランプにおけるランプの寿命は、相対値で２１１であり、従来製品以上のランプ寿命を得ることができなかった。これは、長時間の点灯においてはアルミナの層が気密を維持できなくなるから、と推察される。
【００２４】
アルミナを４．５質量％の割合で混合された非晶質状シリカよりなる封着剤で充填された箔シールランプでは、ランプ寿命の相対値が２４０となり、従来製品と同等のランプ寿命を得ることができると確認された。
【００２５】
更に、アルミナの混合割合を５質量％にした封着剤を用いた箔シールランプでは、ランプの点灯時間が更に伸び、相対値で２５９になり、極めて長いランプ寿命を達成することが可能であった。
また更に、アルミナの混合割合を１０質量％にした箔シールランプでは、点灯時間が最長になり、従来製品に比較して極めて長いランプの寿命が得られる、と確認された。この箔シールランプのランプ寿命の相対値は、２７０であった。
アルミナを２０質量％或いは５０質量％含む封着剤で充填された箔シールランプにおいては、ランプ寿命の相対値はそれぞれ２４８、２４０であり、いずれのものもの従来製品以上の点灯時間となった。
【００２６】
以上の結果から、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を４．５〜５０質量％の割合で含有する非晶質状シリカよりなる封着剤で充填された箔シールランプによれば、従来製品以上にランプの点灯時間を長くすることができることが確認された。無論、係る封着剤においてはシリカおよびアルミナからなるので、鉛のように環境汚染を懸念することもなく、安全に使用することができる。
【００２７】
なお、本願発明に係る封着剤は、上述の一端封止型ハロゲンランプに限定されることなく、その他形状の白熱ランプ、或いは、放電ランプの電気導入部を封着する封着剤としても使用可能であることはいうまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、ガラスからなるバルブのシール部に金属箔が埋設されてこの金属箔に前記シール部の外方に伸びるリード棒が接続され、該シール部を構成するガラスと前記リード棒の間に形成された微小な空隙内に封着剤が充填されてなる箔シールランプにおいて、前記封着剤は、非晶質状シリカとアルミナ（酸化アルミニウム；Ａｌ_２Ｏ_３）とよりなり、前記アルミナが４．５〜５０質量％の割合で混合されてなるので、鉛などの環境汚染物質を一切使用せずに、従来以上のランプの使用寿命が得られる箔シールランプを提供できるようになる。
特に、上記アルミナの割合が５〜１０質量％とされていると、その効果が絶大なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ランプ点灯実験の結果を示す図であり、アルミナ含有割合とランプ寿命との関係を示す図である。
【図２】箔シールランプの構成の説明図である。
【符号の説明】
１０発光管
１１一端部
１１’ 他端部
１２シール部
２０金属箔
２１フィラメント
２２内部リード
２３外部リード
Ｓ微小間隙
３０封着剤

Claims

ガラスからなるバルブのシール部に金属箔が埋設されてこの金属箔に前記シール部の外方に伸びるリード棒が接続され、該シール部を構成するガラスと前記リード棒の間に形成された微小な空隙内に封着剤が充填されてなる箔シールランプにおいて、
前記封着剤は非晶質状シリカとアルミナ（酸化アルミニウム；Ａｌ_２Ｏ_３）とよりなり、前記アルミナは４．５〜５０質量％の割合で混合されてなることを特徴とする箔シールランプ。
前記アルミナの割合が、５〜１０質量％であることを特徴とする請求項１記載の箔シールランプ。