JP2970999B2 - モリブデン箔とモリブデンリード部の接続方法、および当該接続方法を利用したランプの封止部製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はモリブデン箔とモリブ
デンリード部の接続方法に関する。そして、この接続部
材を使ったランプ封止部の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ランプの材料には従来から石英ガラスが
よく使われるが、この石英ガラスはリード棒であるタン
グステンやモリブデンとは膨張係数が大きく異なる。こ
のため、封止部を形成する際には、石英ガラスとリード
棒を直接封止するのではなく、モリブデン箔を使って、
このモリブデン箔にリード棒を溶接することによりこと
によりランプの内外で電気的接続を維持することができ
る。

【０００３】図５は従来の白熱電球の封止部を示す。バ
ルブ１は石英ガラスよりなり、その端部にはモリブデン
箔４が埋設された封止部１１が形成される。モリブデン
箔４にはフィラメント２に接続された内部リード３と、
外部から電力を供給するための外部リード５がそれぞれ
抵抗溶接されて電気的接続が維持されている。これらの
リードにはタングステンやモリブデンが用いられる。内
部リード３の端部３１と外部リード５の端部５１におい
て、モリブデン箔４との抵抗溶接がなされるわけである
が、その間には、比較的融点の低い白金や白金クラッド
モリブデンがバインダー７として介在する。このバイン
ダー７のうち、例えば、白金クラッドモリブデンは、図
６に示すように、モリブデン箔７１を白金膜７２で覆っ
たものであり、例えば、モリブデン箔７１の厚みは２８
μｍ、白金膜７２の厚みは１μｍである。

【０００４】ここで、仮にリード棒とモリブデン箔を直
接溶接すると、これらが高温になって酸化、窒化を起こ
し、溶接できたとしても機械的強度は低いものになって
しまう。特に、モリブデン箔は薄いため、高温になり易
くわずかな引っ張り力が働くだけで穴が開いてしまうこ
ともある。また、リード棒を構成するモリブデンやタン
グステンは焼結金属であって微細な結晶粒で構成される
が、高温にさらされると、この微細な結晶粒が互いにく
っついてしまう。これは、通常、再結晶と呼ばれ、この
再結晶によって、微細な結晶粒で構成されていたリード
棒が大きい結晶粒より構成されるなるリード棒に変化す
る。この変化に伴いリード棒自体が脆くなり、機械的強
度も低下してしまう。このような理由により、直接溶接
するのではなくバインダを使うわけであるが、バインダ
ーを使うことにより、バインダーである低融点の白金が
先に融けてモリブデン箔とリード棒を接合することがで
きる。つまり、溶接時の電気エネルギーはバインダーを
使った方が少なくて良いことになる。このためモリブデ
ン箔とリード棒の温度上昇を抑えることができ、上記モ
リブデン箔およびリード棒の窒化、酸化、再結晶による
機械的強度の低下も防ぐことができる。また、白金箔等
のバインダーに溶接時の電気エネルギーが奪われるた
め、モリブデン箔およびリード棒の温度上昇が少なくな
り、溶接時にこれらが溶接用電極棒へ付着してしまうと
いうこともなく、比較的容易に溶接できる利点がある。
しかしながら、白金は高価な貴金属でありコストアップ
になるとともに、白金とバルブ材料である石英ガラスと
の膨張係数の違いにより、封止部１１にクラックが入る
という問題点も有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような事情から、
白金や白金クラッドモリブデンなどのバインダーを使わ
ないで、モリブデン箔とリード部を直接溶接する方法で
種々工夫したものが、例えば、実公昭５３−１３２５１
号や特公昭６３−４０３５４号に開示される。これらに
開示される方法は、リード部の形状を変形させてモリブ
デン箔とリード部の接触面積を少なくし、溶接電流を集
中化させて溶接強度を上げようとするものである。しか
し、このような方法でも白金や白金クラッドモリブデン
などのバインダーを使った場合に比較すると機械的強度
は低いものであり、強度の強いものにするために溶接電
流を上げると、結果的には、モリブデン箔およびリード
棒に窒化、酸化、再結晶化という現象を招いてしまう。
特に、両端封止型白熱電球を製造する場合は、石英バル
ブを加熱しながら、内部リード、封止用モリブデン箔、
外部リードより構成されるフィラメント組立体の両端を
引っ張りながら封止するので、フィラメント組立体にテ
ンションをかけることになり、このため封止用モリブデ
ン箔と内部リード、及び外部リードの溶接は機械的強度
の強いものが要求される。

【０００６】この発明は、以上の問題点を解決するため
になされたものであり、その目的とするところは、白金
や白金クラッドモリブデンなどの高価なバインダーを使
用しないで、十分な強度で確実にモリブデン箔とリード
部を接続する方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明にかかるモリブデン箔とモリブデンリード
部の抵抗溶接による接続方法は、前記モリブデン箔と前
記モリブデンリード部との間に炭素を有するモリブデン
部材を介在させて、両者を抵抗溶接することを特徴とす
る。また、好ましい方法として、前記炭素を有するモリ
ブデン部材は、炭素がモリブデン部材を被膜して形成す
ることができる。また、さらに好ましい方法として、前
記炭素を有するモリブデン部材は、３０重量ｐｐｍ以上
の炭素を有することができる。また、さらに好ましい方
法として、前記炭素を有するモリブデン部材は、モリブ
デン部材の表面に炭化モリブデンの層を形成することが
できる。さらに、この発明にかかる接続方法により接続
されたモリブデン箔とモリブデン部材を使ってランプの
封止部を製造することができる。さらに、両端封止型の
白熱電球の封止部を製造する際に、この接続体を適用す
ると効果的である。

【０００９】

【作用】上記方法は、炭素を有するバインダー用モリブ
デン部材を、モリブデン箔とモリブデンリード部との間
に介在させるものである。炭素の電気抵抗は一般的に大
きいので、抵抗溶接時の温度は炭素を有するバインダー
用モリブデン部材において最高になり、このバインダー
用モリブデン部材が溶融して、モリブデン箔とモリブデ
ンリード部の溶接がなされる。そして、この時にモリブ
デン箔とモリブデンリード部は、炭素の存在により脆化
が防止されて強固に溶接できることを見い出した。この
理由は、必ずしも明らかではないが、炭素の融点はモリ
ブデンより高いため、炭素を溶かすだけの温度を与える
と、当然ながらモリブデンは前述のごとく再結晶化して
しまう。従って、脆化を一層進めてしまうようにも考え
られるが、炭素が、再結晶化したモリブデン粒子の間に
入り込み却って強固なものにしていると推測される。

【００１０】

【実施例】図１は、封止用モリブデン箔とリード部の溶
接方法の説明図である。一対の溶接用電極１００、１０
１の間には、封止用モリブデン箔４とモリブデンリード
３を挟んで、その間には、炭素で表面が被膜されたバイ
ンダ用モリブデン部材であるモリブリデン箔８（以後、
「バインダ」とも称する）を介在させて狭持している。
この状態から、両電極１００、１０１に電力を供給して
圧力を加え、バインダ８を溶かしながら溶接を行う。具
体的に説明すると、まず、両電極１００、１０１を離し
た状態において、下側の電極１０１の上部に、封止用の
モリブデン箔４を載置するとともに、ピンセット等によ
りバインダ８を積み重ね、さらにその上に内部リード３
の溶接部を重ねて、その後、上側の電極１００を下げな
がら図１に示す状態にて、所謂、抵抗溶接を行う。な
お、この抵抗溶接はスポット溶接のため、電極１０１に
バインダ８を載せる面積は、例えば、２mm² と比較的小
さいため、予め、封止用モリブデン箔４とバインダ８を
仮接着させたうえで、前述のごとく抵抗溶接をすること
もできる。なお、外部リード５がモリブデンリードの場
合は、封止用のモリブデン箔４と外部リード５との溶接
にも、上記同様にその間にバインダを介在させて溶接す
ることができる。この方法における数値例をあげれば、
両電極１００、１０１に供給する電力は３０(W.Sec) 、
溶接加重 0.5Kg、モリブデンリード部３の直径0.4 mm、
封止用のモリブデン箔４の厚さ0.03mm、バインダー用の
モリブデン部材８の厚さ0.03mmであって、このバインダ
ー用のモリブデン部材８の温度は2700℃まで上昇する。
このようなモリブデン箔とリード部の溶接方法は、バイ
ンダとしては、白金や白金モリブデン箔のような高価な
ものを使うことなく、安価に行えるという利点を有す
る。また、炭素を有するバインダを使うので、モリブデ
ン箔とリード部の溶接を強固に行うことができる。この
実施例では、バインダー用モリブデン部材として、箔と
いう形態を有するものについて説明したが、後述するよ
うに、必ずしも箔である必要はなく、ワイヤを用いるこ
ともできる。この場合はモリブデンワイヤーの表面に炭
素を被覆することになる。

【００１１】図２は、上記方法で製作したモリブデン箔
とモリブデンリードを使った両端封止型ハロゲン白熱電
球の一方の封止部を示す。このハロゲン白熱電球では、
内部リード、外部リードともモリブデン製である。フィ
ラメント２は、バルブ１の管軸に沿ってその内部に配設
され、バルブ１の端部近傍において内部リード３と接続
する。バルブ１の封止部１１には、封止用のモリブデン
箔４が埋設され、これに内部リード３の端部３１および
外部リード５の端部５１がバインダ８を介在して溶接に
より接続されている。このバインダ８には、モリブデン
箔８１の表面に便宜上点線で示す炭素膜８２が形成され
る。なお、フィラメント２、内部リード３、封止用モリ
ブデン箔４、外部リード５が接続された構造物をフィラ
メント組立体と称する。なお、バルブ１の内部には、例
えば、圧力６５０Torr、0.01体積％の塩素を含んだアル
ゴン等のガスが封入される。

【００１２】フィラメント組立体は、前述の溶接によっ
て組み立てられた後、まず、その表面を洗浄液にて洗浄
して、その後水素雰囲気の加熱炉で加熱される。この加
熱時に、バインダに塗布された炭素のうち、適当量の炭
素が封止用モリブデン箔４の内部にも拡散する。この拡
散によって、フィラメント組立体の溶接強度を一層強固
にすることができる。そして、このフィラメント組立体
を、パイプ状の石英管内に配設して、モリブデン箔４が
配置された部分を外部から加熱し、その後、封止機によ
り偏平に圧潰することにより封止部１１は作られる。

【００１４】このようにして、ハロゲン白熱電球の封止
部が形成されるわけであるが、バインダ８の表面に形成
された炭素膜８２は、特に、リード部と封止用モリブデ
ン箔４との溶接強度を強める効果を有する。従って、前
述のごとくテンションを与えながら封止部を作る両端封
止型ハロゲン白熱電球では、本願発明の方法によるフィ
ラメント組立体を使うことは特に効果があるといえる。

【００１５】図３は、炭素膜８２をバインダ８の表面に
塗布した時の膜厚と、このバインダ８を使ってモリブデ
ン箔とリード部を溶接した時の溶接強度との関係を示
す。実験は、外部リード５を垂直に立てて固定するとと
もに、モリブデン箔４を外部リード５に対して垂直方向
に引っ張った時の溶接部の破壊強度を示している。図に
おけるピール強度とは、この破壊強度を示し、例えば、
塗布膜厚が0.01μｍときはピール強度は約９０gfである
ので、９０gfの引っ張り力でモリブデン箔４と外部リー
ド５は剥がれてしまうことを意味する。図において、塗
布膜厚が増すにつれてピール強度も上昇し、約0.01μｍ
の膜厚からはピール強度は約165 gfとほぼ一定の値にな
る。この実験から、炭素膜は、最低0.01μｍの厚さを有
していれば、それ以上に厚くしても溶接強度的には変わ
らないことがわかる。一方、炭素膜を不必要に厚くする
と溶接時に炭素、あるいは、バインダが爆飛し、封止用
モリブデン箔４に穴があくなどの不具合が生じてしま
う。炭素膜の厚さとしては、通常、0.2 〜15μｍが最適
とされる。尚、参考までに、バインダ８を介することな
く直接モリブデン箔とリード部を溶接した場合は、ピー
ル強度５０gf程度においてモリブデン箔とリード部が剥
がれてしまう。

【００１６】次に、バインダ８の作り方について説明す
る。バインダ８の表面に塗布する炭素の塗布液は、炭素
の微粉末を有機化合物の界面活性剤とともに希薄なアン
モニア水に懸濁もしくは分散させたもので、例えば市販
品を使用することができる。この液の中にテープ状モリ
ブデン部材を浸すか、あるいはモリブデン部材に噴霧塗
布、刷毛塗り、静電塗装をして表面に被覆することがで
きる。また、いずれも、塗布後は濡れいるので大気乾燥
させてから細断して使用する。なお、炭素を被覆するの
は、テープ状のモリブデン箔に限るものでなく、細いモ
リブデンワイヤーに塗布することもできる。従って、バ
インダー用モリブデン部材とは、モリブデン箔のみなら
ずモリブデンワイヤーをも意味する。

【００１７】以上の実施例は、バインダー用モリブデン
部材として、その表面に炭素を被覆したものを取り上げ
たが、モリブデンの中に炭素を含有したバインダーを使
うこともできる。この場合も、バインダに含有された炭
素が封止用モリブデン箔４の脆化を防止する役割を果た
す。尚、炭素を含有したバインダーは、炭素を表面に塗
布したバインダーと同様の効果を有するものであるが、
取扱に対しては炭素被膜が剥がれる等の心配がない点で
使いやすいという利点がある。図４は、炭素を含有した
バインダの炭素濃度と、このバインダーを使ってモリブ
デン箔とリード部を溶接した時の溶接強度の関係を示し
たものである。実験の方法は、図３で説明した方法と同
様であるが、炭素濃度の異なるバインダーを使って、複
数個のモリブデン箔と外部リードの溶接体を作り、各々
の溶接体に対して順次に実験をしている。図より、炭素
含有量がモリブデン箔全体の３０重量ｐｐｍ以上になる
と、ピール強度はほぼ一定の値を示すことがわかる。従
って、炭素含有量がモリブデン箔全体の３０重量ｐｐｍ
以上のバインダを使うことが溶接強度との関連で効果的
であることがわかる。

【００１８】さらに、他の実施例として、バインダとし
て、モリブデン箔の表面に炭化モリブデンの層を形成さ
せたものについて説明する。このバインダを作る方法
は、例えば、石英ガラス細管の中にベンゼンの蒸気を含
んだ水素ガスを流し、その中をテープ状のモリブデンを
流して、その際に石英ガラス細管の周囲から水素気流を
加熱することにより容易に得ることができる。もちろん
炭化物の層の厚さは、加熱温度と加熱時間を調節するこ
とにより、所望のものを容易に作ることができる。な
お、本願発明にかかるモリブデン箔とモリブデンリード
の接続方法により作ったフィラメント組立体は、図２に
おいて両端封止型のハロゲン白熱電球に適用できること
を説明したが、これはかかるランプがその封止部の製造
において強い溶接強度を必要とするので例示したにすぎ
ず、かかるランプに以外にも、一端封止型の電球や放電
ランプにも適用することはできる。

【００１９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の封
止用モリブデン箔とモリブデンリード部の接続方法によ
れば、白金箔などの高価なバインダーを使用しないで抵
抗溶接しても、封止用モリブデン箔やモリブデンリード
部の脆化が防止され、強い溶接強度で封止用モリブデン
箔とモリブデンリード部を接続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】封止用モリブデン箔とリード部との抵抗溶接方
法の説明図である。

【図２】本発明におけるハロゲン白熱電球の封止部の説
明図である。

【図３】炭素の塗布膜厚とピール強度との関係を示す説
明図である。

【図４】バインダー用モリブデン箔の炭素の含有量とピ
ール強度との関係を示す説明図である。

【図５】従来例のハロゲン白熱電球における封止部の説
明図である。

【図６】白金クラッドモリブデン箔の説明図である。

【符号の簡単な説明】

１ バルブ １１ 封止部 ２ フィラメント ３ 内部リード ４ 封止用モリブデン箔 ５ 外部リード ７ バインダー ８ バインダー用モリブデン箔 ８１ モリブデン箔 ８２ 炭素膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−310030（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−201359（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−150891（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−124458（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01K 3/00 H01K 3/20

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モリブデン箔とモリブデンリード部との間
   に炭素を有するモリブデン部材を介在させて抵抗溶接す
   ることを特徴とするモリブデン箔とモリブデンリード部
   の接続方法。
2. 【請求項２】前記炭素を有するモリブデン部材は、炭素
   がモリブデン部材を被膜していることを特徴とする請求
   項１記載のモリブデン箔とモリブデンリード部の接続方
   法。
3. 【請求項３】前記炭素を有するモリブデン部材は、３０
   重量ｐｐｍ以上の炭素を有することを特徴とする請求項
   １記載のモリブデン箔とモリブデンリード部の接続方
   法。
4. 【請求項４】前記炭素を有するモリブデン部材は、モリ
   ブデン部材の表面に炭化モリブデンの層を形成してなる
   ことを特徴とする請求項１記載のモリブデン箔とモリブ
   デンリード部の接続方法。
5. 【請求項５】モリブデン箔とモリブデンリード部との間
   に炭素を有するモリブデン部材を介在させ、抵抗溶接し
   てモリブデン箔とモリブデンリード部との接続部材を作
   り、 前記接続部材を、石英ガラスの中に配置して加熱圧着す
   ることにより封止部を形成することを特徴とするランプ
   の封止部製造方法。
6. 【請求項６】前記ランプは両端封止型白熱電球であるこ
   とを特徴とする請求項５記載のランプの封止部製造方
   法。