JPH07230796A - ランプ用の電極リード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 熱膨張または収縮率がバルブを形成するガラ
スのそれに近似する電気ランプ用電極リードを提供す
る。 【構成】 電極リード５ａ，５ｂ，５ｃは約１０乃至９
０重量％のタングステンと約１０乃至９０重量％のモリ
ブデンを含有する合金から形成される。これにより、電
極リードの熱膨張／収縮率がバルブ３を形成するガラス
の熱膨張／収縮率に近似し、２つの材料間の膨張／収縮
の不一致による応力が低減すれ、さらに、上記合金組成
はリードの酸化や劣化を低減する機能も果たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ランプ用の電気リー
ド、特にモリブデンとタングステンの合金からなるラン
プ用の電気リードに関する。モリブデンとタングステン
の合金からなる電気リードは、点灯温度が比較的高いラ
ンプに用いるのに適当である。したがって、本発明のリ
ードは、高融点ガラスまたは石英からなるランプに適当
であり、ハロゲンランプに特に適当である。なお、本明
細書においては、モリブデンとタングステンの合金から
なる電気リードを、石英、アルミノ珪酸ガラスまたは硼
珪酸ガラスのバルブを有する高温ランプに使用する例に
ついて主に説明するが、本発明は他のランプにも、他の
形式のガラスまたは石英エンベロープにも使用できるこ
とに留意されたい。

【０００２】

【従来の技術】電灯などの電気装置の工業では、ランプ
エンベロープまたはバルブ（ガラス球）とその内部の電
極またはフィラメントへのリードとの間に強固な耐久性
のある気密シールを形成するのが困難であることが、以
前から関心事であった。リードは、代表的には、タング
ステンやモリブデンなどの、石英および耐熱バルブをシ
ールするのに必要な高温に耐える耐火金属からなる。ま
たリードは最近開発されたランプの高い点灯温度にも耐
えること、たとえば、ハロゲンランプで５００°Ｃ、高
圧放電灯で７００°Ｃに耐えることが必要である。

【０００３】石英またはガラスエンベロープを溶融封止
してバルブを形成する際、代表的には、電気リードをバ
ルブの外部からネック部分を通して内部に延在させる。
しかし、たいていの場合、リードの熱膨張／収縮係数が
石英または耐熱ガラスのそれとは大きく異なるので、問
題が生じる。シール形成直後にネック部分を冷却する
と、リードと石英またはガラスとの間に、熱膨張／収縮
の不一致による大きな応力が発生する。大きな応力のた
め、石英やガラスにひびや亀裂が入り、ランプが不良品
となるか、早期に故障する。ガラスまたは石英と金属と
の間の熱膨張／収縮の不一致、ガラスまたは石英の熱流
動学的性質、材料の熱履歴、ガラスまたは石英と金属の
弾性、シールの幾何形状それぞれが気密シールの品質に
影響する。しかしながら、金属とガラスまたは石英との
間の熱膨張／収縮の不一致が、大きな応力をもたらす主
要因である。

【０００４】バルブを形成するには、ガラスまたは石英
を収縮シールにより密封することが多い。収縮シールで
は、ガラスまたは石英管をリード組立体のまわりに置
き、加熱する。バーナ圧力と表面張力によりガラスまた
は石英をリードに収縮させる。リード組立体を密封する
別の通常の方法では、石英またはガラス管の一端をリー
ド組立体のまわりに置き、石英またはガラスをその軟化
点まで加熱し、１対の向かい合った速動ジョー間に挟ん
だ管の端部を圧潰またはプレスする。

【０００５】膨張／収縮の不一致の影響を軽減するため
に、高圧放電灯やハロゲンランプの電気リード組立体を
モリブデンの箔またはリボンから構成することが多い。
箔の幾何形状は薄く、金属とバルブとの間に熱的に誘引
される不一致応力を軽減するのに十分である。米国特許
第４，２５４，３５６号および第５，１５８，７０９号
に箔型インリードが開示されており、これらの特許を本
発明の先行技術として援用する。

【０００６】あるいは、高圧ナトリウム放電灯などのラ
ンプには、融点が６００°Ｃ以上のシールボタンを使用
してもよい。熱膨張の不一致を補償するために、発光管
の熱膨張と補足し合う熱膨張を有するシールボタンにイ
ンリードを挿通する。米国特許第５，００１，３９６号
がこの型式のランプの例であり、本発明の先行技術とし
て援用する。

【０００７】インリードとランプエンベロープとの間の
応力を軽減する別の方法が米国特許第５，２００，６６
９号に開示されており、電極系統の電気要素を金属箔で
包んでから、ランプのネック部分に融着する。箔がリー
ドとガラスまたは石英との間の不一致応力を軽減するこ
とが確認されている。当業者は、電気リードとガラス質
エンベロープとの間の応力を軽減するこれらの方法が、
複雑で、費用がかさみ、ランプ製造プロセスの弱点工程
であることを、認識している。

【０００８】

【発明の目的】したがって、本発明の目的は、ランプエ
ンベロープと電気リードとの界面で遭遇する熱膨張／収
縮の不一致により誘引される応力を軽減する新規な改良
リードを有する電気ランプを提供することにある。本発
明の別の目的は、耐熱ガラスまたは石英ランプエンベロ
ープに気密にシールしてランプの耐久性を高めることが
できる簡単な安価な放電灯用リードを提供することにあ
る。

【０００９】本発明の他の目的は、モリブデンの「コー
ルドレッグ腐食（cold leg corrosion）」の結果として
のランプエンベロープ内のリードの劣化の速度を低下
し、耐酸化性インリードを提供することにある。

【００１０】

【発明の概要】上記目的を達成するために、本発明によ
れば、約１０乃至９０重量％のタングステンと約１０乃
至９０重量％のモリブデンの合金からなるランプ用リー
ドが提供される。本発明のリードは、アルミノ珪酸ガラ
ス製バルブを有するハロゲンランプに用いるのに特に適
していることが判った。アルミノ珪酸ガラス製バルブ用
のリードは、約２０乃至４０重量％のタングステンと約
６０乃至８０重量％のモリブデンを含有する合金で構成
するのが好ましい。さらに、アルミノ珪酸ガラス製バル
ブエンベロープを有するハロゲンランプに用いるリード
は、約３０％のタングステンと約７０％のモリブデンを
含有する合金からなるのが特に好ましい。

【００１１】

【具体的な構成】以下、本発明の好適な実施例について
詳しく説明する。本発明の１例を図面に示す。本発明を
好適な実施例に関して説明するが、本発明をその実施例
のみに限定するものではなく、本発明は、その範囲内に
包含されるあらゆる代替例、変更例、均等物を包含する
ものである。

【００１２】白熱電球か放電灯かにかかわらず、電気ラ
ンプの製造において一番難しいのは、電極またはフィラ
メントに接続した導電性リードをそのランプエンベロー
プとの界面でシール（密封）する工程である。ほとんど
の場合に、強固で耐久性のある気密シールが必要とされ
る。ガラスや石英は、それが固体および液体両方として
存在する特定の融点をもたない。融点をもつのではなく
て、ガラスも石英も、温度上昇につれて、次第に軟化し
て塑性状態に、そして最終的には液体になる。軟化点以
上の温度で、材料を複雑な形状に成形または加工するこ
とができる。「軟質」ガラスは７００°Ｃ程度の温度で
軟化し、「硬質」ガラスが軟化する温度はそれより高
い。石英の軟化点は約１６００°Ｃである。

【００１３】ランプ用のガラスまたは石英バルブの設計
や製造には、３つの温度範囲を考慮しなければならな
い。第一に、室温では、これらの材料は弾性範囲で存在
する。弾性範囲において、ガラスおよび石英は、他の弾
性材料と同様、曲げの後に元の形状に戻る。しかし、ガ
ラスおよび石英は脆く、内部応力や表面欠陥が原因で弾
性範囲で簡単に破損する。第二に、加熱につれて、材料
は焼なまし範囲を通過し、ひずみ点、変態点そして焼な
まし点を過ぎる。焼なまし範囲において、ガラスは粘弾
性または時間および履歴依存特性を示す。第三の範囲で
ある塑性範囲において、ガラスおよび石英は簡単に流動
し、応力があればそれを解放する。

【００１４】ガラスをシールまたは圧潰するのに理想的
な温度は、ガラスの塑性変形点である軟化点のわずかに
上である。この温度で、ガラスまたは石英は、加工によ
り引きちぎられるのを回避するのに十分な熱さ、その流
れを制御するのに十分な冷たさにある。ガラスも石英も
それぞれの軟化点で他の材料に接着する。通常ガラスお
よび石英をランプエンベロープに形成するのはこの温度
であり、また電気リードをエンベロープに挿通し、密封
する温度でもある。石英および硬質ガラスでは、これは
高温である。

【００１５】本発明の１態様では、電気リードとランプ
エンベロープの界面での不一致応力を軽減することによ
り、すぐれたシールを形成する。モリブデンとタングス
テンの合金からなるリードは、高圧ナトリウム放電灯、
ハロゲンランプ、水銀灯などの多くの型式のランプに有
効である。モリブデンとタングステンの合金からなるリ
ードをアルミノ珪酸ガラスと組み合わせて用いるのが、
特に好適である。

【００１６】アルミノ珪酸ガラスから形成したランプに
関して、たいていの場合、モリブデンワイヤのインリー
ドまたはその改良品が使用されている。しかし、モリブ
デンワイヤとエンベロープのガラスとの熱膨張の差のた
め、ガラス・金属間シール領域に高レベルの残留応力が
生じる。この応力は亀裂や破損につながり、ランプの寿
命が短くなる。モリブデンとタングステンの合金からな
るインリードは、ガラスの熱膨張／収縮によく合致した
熱膨張／収縮を有することを確かめた。

【００１７】モリブデン７０％とタングステン３０％よ
りなるインリードをゼネラル・エレクトリック社の製品
型名１８０アルミノ珪酸ガラス製のバルブと組み合わせ
ることにより、応力成分の減少が、約２０乃至５５％で
あることを確かめた。さらに、本発明のインリードを用
いて製造したランプでは、亀裂や破損が５０％以上減少
した。

【００１８】図１に、ゼネラル・エレクトリック（Ｇ
Ｅ）社の製品型名１８０アルミノ珪酸ガラスの熱収縮
を、モリブデン、タングステンおよび７０％モリブデン
・３０％タングステン合金（近似値）の熱収縮と比較し
て示す。図１からわかるように、モリブデンの熱収縮率
（８００°Ｃでの初期長さに対する長さの変化）は、ガ
ラスのそれより大きく、タングステンの熱収縮率はガラ
スのそれを下回る。これに対して、ガラスの熱収縮率と
７０％モリブデン・３０％タングステン合金の熱収縮率
はそれより均等である。したがって、単独で用いるとい
ずれの金属もガラスの熱収縮率に近づくことがないが、
モリブデン・タングステン合金は、熱収縮率がガラスの
それに近く、したがって、ランプの形成、冷却および使
用中に経験する熱膨張／収縮の不一致に誘引される応力
を減少させる。図１のグラフに示すような特性を有する
モリブデンとタングステンとの組合せにより、本発明
は、それ以外では予想もできなかった結果を達成し、し
たがってランプ業界で長い間懸案であった問題を解決す
る。

【００１９】図２に、ＧＥ社の製品型名１８０アルミノ
珪酸ガラスに対する、モリブデン金属、タングステン金
属および７０％モリブデン・３０％タングステン合金
（近似値）の熱収縮差［（８００°Ｃでの初期長さに対
するガラスの長さの変化）−（８００°Ｃでの初期長さ
に対する金属の長さの変化）］を示す。このグラフ表示
からすぐにわかるように、タングステン・モリブデン合
金は、当業界で現在使用されているモリブデン金属やタ
ングステン金属より、ガラスの熱収縮率に密接に一致す
る。

【００２０】ガラスはガラスごとに独自の熱膨張／収縮
率と熱履歴を持っているので、特定のガラスによく近似
するようにモリブデンとタングステンの比を調節するこ
とができる。たとえば、タングステンの割合を高くする
と、合金の熱膨張率が小さくなる。したがって、図１お
よび図２で用いたガラスの焼なまし条件より低い温度で
長時間焼なまししたＧＥ社の製品型名１８０アルミノ珪
酸ガラスでは、約７０％のタングステンと約３０％のモ
リブデンの合金が必要になる。ランプ形成プロセスの結
果として、熱膨張／収縮率の一致が重要なのは、弾性範
囲とガラスの塑性変形点付近との間、そして点灯温度で
ある。

【００２１】図３に、本発明のリードを用いたハロゲン
ランプを示す。図３のランプ１は、アルミノ珪酸ガラス
から作った外管（エンベロープ）３を備える。モリブデ
ンとタングステンの合金からなる３本のリード５ａ、５
ｂ、５ｃにより、１対のタングステンフィラメント７に
対して電気を流す。ガラスブリッジ９が、成形された中
空エンベロープ部分１１の内側に位置し、リード５ａ、
５ｂ、５ｃを支持している。ランプはピンチシール１３
で気密にシールされている。ハロゲン封入物は図示して
いない。

【００２２】本発明によれば、ピンチシール１３との境
界でのリード５ａ、５ｂ、５ｃの収縮率は、従来法によ
るよりもはるかによく合致している。したがって、これ
らの材料間の熱膨張／収縮率の変動から生じる応力が最
小限になり、寿命の長いランプが製造される。石英およ
び硬質ガラスハロゲンランプに関して、本発明によれ
ば、「コールドレッグ腐食」機構と称される腐食機構に
よるランプ室内でのリードの劣化が減少するという利点
も得られる。

【００２３】普通の白熱電球では、フィラメントから蒸
発するタングステン原子がランプ内壁に不透明な膜とし
て凝縮、堆積し、光出力を減少させる。ハロゲンランプ
の点灯時には、フィラメントから蒸発したタングステン
原子がランプの比較的低温部分でハロゲン種と化学反応
して、揮発性の透明または半透明なタングステン含有化
合物を形成する。高熱フィラメントに出会うと、これら
の揮発性タングステン含有化合物は化学的に分解され
て、タングステンとハロゲン種に戻され、こうして壁ク
リーニングサイクルが継続する。ランプの低温部分で
は、ハロゲン種が金属とも化学反応し、金属を腐食す
る。その結果、リード材料が多少劣化する。これがいわ
ゆる「コールドレッグ腐食」機構である。一般に、この
劣化は、リード破損につながるような過剰量を避け、し
かも壁黒化を防止するのにちょうど十分なハロゲンを使
用することで、制御する。本発明のタングステン−モリ
ブデン合金を用いることにより、リードが受ける劣化の
速度は、純モリブデンのリードを用いた場合より遅くな
る。理論に拘束されたくはないが、合金の熱力学的活性
がタングステンの添加割合により減少し、その結果、潜
在的な腐食のおそれが低くなる、と考えられる。さら
に、モリブデンが合金リードの表面から腐食されるにつ
れて、反応性の低いタングステンの表面が残り、これが
それ以上の腐食を防止する。

【００２４】モリブデン・タングステン合金を石英およ
びガラス製ランプにインリードとして用いる別の利点
は、酸化傾向が低下することである。また、酸化タング
ステンは酸化モリブデンより安定である。当業界で通常
用いられているモリブデンリードにタングステンを添加
することで、リード全体の耐酸化性が上昇する。したが
って、アルミノ珪酸ガラスハロゲンランプにおいて、本
発明のリードは、純モリブデンより「コールドレッグ腐
食」機構による影響が少なく、寿命が長くなる。酸化も
減少し、熱膨張はガラスエンベロープによく合致し、不
一致ひずみが減少し、ランプのピンチシールの亀裂およ
び／または疲労が減少する。本発明のリードを他のガラ
ス、たとえば硼珪酸塩ガラスと使用すると、耐酸化性が
得られ、応力を軽減する熱膨張の一致が一層はかられ
る。石英ランプでも耐酸化性が高まり、そしてハロゲン
ランプの場合、モリブデン「コールドレッグ腐食」劣化
が減少する。

【００２５】以上述べたように、本発明によれば、前述
した目的、効果、利点を完全に満たす、新規な改良ラン
プリードが得られる。本発明を特定の実施例について説
明したが、上述の説明から、当業者には種々の代替、変
更、改変が明らかである。したがって、このような代替
例、変更例、改変例もすべて本発明の範囲内に包含され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】タングステン、モリブデン、アルミノ珪酸ガラ
ス、および７０％モリブデン・３０％タングステン合金
のそれぞれの熱収縮率を示すグラフである。

【図２】アルミノ珪酸ガラスと、モリブデン金属、タン
グステン金属および７０％モリブデン・３０％タングス
テン合金のそれぞれとの間の熱収縮率の差を示すグラフ
である。

【図３】本発明によるモリブデン・タングステン合金の
リードを組み込んだハロゲン白熱電球の正面図である。

【符号の説明】

１ ランプ ３ エンベロープ ５ａ、５ｂ、５ｃ リード ７ フィラメント １３ ピンチシール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウエイン・エー・ラッチ アメリカ合衆国、オハイオ州、シェーカ ー・ハイツ、ハンティントン・ロード、 2913番 (72)発明者 ジョセフ・マイケル・ラニッシュ アメリカ合衆国、オハイオ州、クリーブラ ンド・ハイツ、セント・アルバンス・ロー ド、3566番 (72)発明者 ミラン・ラドジェ・ヴァックセビッチ アメリカ合衆国、オハイオ州、ユニバーシ ティー・ハイツ、ユニバーシティー・ブル バード、2576番 (72)発明者 トーマス・ヒューイチャン・ユー アメリカ合衆国、オハイオ州、リッチモン ド・ハイツ、スナベリー・ロード、486番 (72)発明者 ベルナード・ホワイト・レイチェル アメリカ合衆国、オハイオ州、ハイラン ド・ハイツ、デイビッドソン・ドライブ、 668番、 (72)発明者 リチャード・ギャリー・リンス アメリカ合衆国、オハイオ州、チェスター ランド、キャメロット・ドライブ、8668番 (72)発明者 イストバン・メスザロス ハンガリー、ブダペスト、1046、エルドソ ール・ウト・26・２／36 （番地なし) (72)発明者 ジョルジー・ナギー ハンガリー、ブダペスト、1046、エルドソ ール・ウト・４・10／60 （番地なし) (72)発明者 タマス・ギャル ハンガリー、ハジュダボスゾルメニー、 4220、ギヨロシー・カート・29・２／７ （番地なし)

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 約１０乃至９０重量％のタングステンと
   約１０乃至９０重量％のモリブデンを含有する合金から
   なる、ランプ用の電極リード。
2. 【請求項２】 前記リードがワイヤの形である請求項１
   に記載の電極リード。
3. 【請求項３】 前記リードが箔の形である請求項１に記
   載の電極リード。
4. 【請求項４】 前記合金が約２０乃至４０重量％、好ま
   しくは約３０重量％のタングステンと、約６０乃至８０
   重量％、好ましくは約７０重量％のモリブデンを含有す
   る請求項１に記載の電極リード。
5. 【請求項５】 中空部分を有する密封ガラス質エンベロ
   ープとこのエンベロープをその中空部分の中まで貫通す
   る少なくとも１本の電極リードとを含む電気ランプにお
   いて、前記電極リードが約１０乃至９０重量％のタング
   ステンと約１０乃至９０重量％のモリブデンを含有する
   合金からなることを特徴とするランプ。
6. 【請求項６】 さらに、前記電極リードと前記エンベロ
   ープとの間に気密シールを形成するピンチシール部を含
   む請求項５に記載のランプ。
7. 【請求項７】 さらに、前記電極リードと前記エンベロ
   ープとの間に気密シールを形成する収縮シール部を含む
   請求項５に記載のランプ。
8. 【請求項８】 さらに、前記中空部分にガス、好ましく
   はハロゲン封入ガスが封入されている請求項５に記載の
   ランプ。
9. 【請求項９】 前記ガラス質エンベロープが石英、また
   は硼珪酸ガラス、またはアルミノ珪酸ガラスからなる請
   求項５に記載のランプ。
10. 【請求項１０】 さらに、前記中空部分内で前記電極リ
    ードに電気接続されたタングステンフィラメントを含む
    請求項８に記載のランプ。
11. 【請求項１１】 前記合金が約６０乃至８０重量％、好
    ましくは約７０重量％のモリブデンと、約２０乃至４０
    重量％、好ましくは約３０重量％のタングステンを含有
    する請求項９に記載のランプ。
12. 【請求項１２】 前記ランプが白熱電球または放電灯で
    ある請求項５に記載のランプ。
13. 【請求項１３】 直径が約０．０１０乃至０．０４０イ
    ンチ（０．２５４乃至１．０１６ｍｍ）である請求項２
    に記載の電極リード。
14. 【請求項１４】 厚さが約０．０００７乃至０．２０１
    ４インチ（０．０１７８乃至５．１１５６ｍｍ）である
    請求項３に記載の電極リード。