JP2004022545A

JP2004022545A - メタルハライドランプ用電極システムおよび放電ランプ

Info

Publication number: JP2004022545A
Application number: JP2003170790A
Authority: JP
Inventors: Frank Henning; フランク　ヘニング; Rene Roatzsch; レネ　ロアチュ
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2004-01-22
Also published as: CA2432255A1; EP1372184A2; US6995514B2; EP1372184A3; US20050280370A1

Abstract

【課題】導出部と電極との間の接続を構成して、これが持続的に機械的および熱的な負荷に耐えるようにすること。
【解決手段】メタルハライドランプ用電極システムであって、この電極システムは、導電性の導出部と、この導出部に接続された、心棒を有する電極とからなり、ここでこの導出部および電極は、溶融した材料による接続領域を有しており、この電極は、導出部側を向いた心棒端部がこの接続領域に埋め込まれており、電極の心棒はタングステンから作製されている形式のメタルハライドランプ用電極システムにおいて、上記の電極は、上記の接続領域内に形状接続のための手段を有しており、この手段は、上記の電極の心棒における少なくとも局所的な凹部からなることを特徴とするメタルハライドランプ用電極システムを構成する。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルハライドランプ用電極システムであって、該電極システムは、導電性の導出部と、この導電性の導出部に接続された、心棒を有する電極とからなり、ここでこの導出部および電極は、溶融した材料による接続領域を有しており、上記の電極は、上記の導出部側を向いた心棒端部がこの接続領域に埋め込まれており、上記の電極の心棒はタングステンから作製されているメタルハライドランプ用電極システムと、放電ランプとに関する。ここでこのランプは、例えば、少なくとも２０Ｗ、有利には１００Ｗ以上４００Ｗ以下の電力、場合によって１０００Ｗを上回る電力を有するランプである。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＰ−Ａ５８７２３８からセラミック放電容器を有するメタルハライドランプが公知であり、ここでは長く延びたストッパ毛細管（Ｓｔｏｐｆｅｎｋａｐｉｌｌａｒｅ）にある、２つの部分からなる導出部（Ｄｕｒｃｈｆｕｅｈｒｕｎｇ）が、ガラスはんだにより、放電側とは反対側のストッパの端部において封止されている。導出部の外側部分は透過性の材料（ニオブピン）からなり、内側部分はハロゲン化耐性材料（例えばタングステンまたはモリブデン製のピン）からなる。（約４００Ｗまでの）比較的大きなランプ出力に対しては別の解決手段が適用される。すなわち内側のＭｏピン部分をサーメット部分によって置き換えるのである。その熱膨張率は、別の金属部分の熱膨張率とセラミックの熱膨張率との間で所望のように調整することが可能である。
【０００３】
このような解決手段において不利であるのは、導出部の内側部分と電極との間の接続部が極めて破損し易いことである。これは電極システムを後続処理する際にも、ランプ動作時におけるシステムの寿命特性にも当てはまることである。最後には折れた電極によって動作時に放電容器が破裂してしまう可能性がある。
【０００４】
ＷＯ０１／８２３３１では、この導出部を複数の部分で配置構成することによってこれを回避する試みがなされている。しかしながらこれは根本的な問題を十分には解決していない。一般に電極の直径は上記の内側部分よりも小さく、双方の部材は、この内側部分の端部を溶融してその中に電極の端部を埋め込むことによって接続される。この溶融は硬ろう付けまたはレーザはんだ付けによって行われることが多い。内側部分はほとんどの場合、モリブデンまたはＭｏ含有サーメットからなる。しかしながらこの際にこの内側部分における溶融量を、所要の精度内で再現可能に保証することはできない。対策を講じれば溶融の長さを大きくすることができる。しかしながらこれの妨げになるのが、最大許容の「溶接突出高さ（Ｓｃｈｗｅｉｓｓｂｕｃｋｅｌｈｏｅｈｅ）」の制限である。これが意味するのは、溶接またははんだ付けゾーンの領域において局所的な溶接材またははんだの累積物によって発生する突出である。これはスラッグ（殊にサーメット接続の場合）のこともある。ここでこの最大限に許容される突出の程度は、放電容器の最小限に許容される毛細管内径によって決定される。
【０００５】
【特許文献１】
ＥＰ−Ａ５８７２３８
【特許文献２】
ＷＯ０１／８２３３１
【特許文献３】
ＵＳ−Ａ５４５１８３７
【特許文献４】
ＥＰ−Ａ１０５６１１５
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に記載した電極システムを提供することであり、ここで導出部と電極との間の接続を構成して、これが持続的に機械的および熱的な負荷に耐えるようにすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明により、メタルハライドランプ用電極システムであって、この電極システムは、導電性の導出部と、この導出部に接続された、心棒を有する電極とからなり、ここでこの導出部および電極は、溶融した材料の接続領域を有しており、この電極は、導出部側を向いた心棒端部がこの接続領域に埋め込まれており、電極の心棒はタングステンから作製されている形式のメタルハライドランプ用電極システムにおいて、上記の電極は、上記の接続領域内に形状接続のための手段を有しており、この手段は、上記の電極の心棒における少なくとも局所的な凹部からなることを特徴とするメタルハライドランプ用電極システムを構成することによって解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の殊に有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００９】
本発明では形状接続のための手段、例えばノッチまたは溝が、導出部側を向いた電極端部の近くに配設される。この手段は心棒端部の近くに配設されて、これが接続領域ないしは溶融領域からの導出部の材料によって被覆されるようにする。この手段は少なくとも１つの局所的な凹部またはノッチを含んでいる。Ｖ字またはＵ字、矩形またはトラフ状に形成することの可能な周囲取り巻き形の凹部が有利である。このノッチは例えば研削または打抜きによって作製可能である。
【００１０】
このノッチは、電極の断面を不規則または規則的に狭めたものとすることが可能である。例えばこれはＵまたはＶ字形の周囲取り巻き形のノッチまたは溝である。はんだ付け（硬ろう付けまたはレーザはんだ付け）または溶接によって行われることの多い導出部と電極との接続の際には、付加的に形状接続が行われ、この形状接続によってこの接続部の機械的な耐性が向上する。溶接／はんだ付けゾーンの許容されないほどの大きさを有する突出に起因する欠陥品も低減される。それはここでは過剰な溶融ないしはスラッグに対するリザーバが提供されるからである。
【００１１】
付加的な利点は、長く延びた電極心棒の、放電側とは反対側の端部に場合によっては設けられる螺旋部に対して、この凹部によって一時的な固定が可能になることである。ここでこの螺旋部は、つぎに導出部の端部領域が溶融することによって最終的かつ殊に確実に固定される。これはＵＳ−Ａ５４５１８３７（特許文献３参照）からの公知の固定の仕方と類似に行われる。
【００１２】
導出部は、一体形に作製することも、または２つの部分またはそれ以上の部分から構成することも可能であり、ここでこれは外側部分がニオブまたは別の水素透過性材料からなり、その一方で内側部分が心棒との接続に有利な特性を有するようにすることによって行われる（下記を参照されたい）。内側部分は、電極の延長された心棒によって置き換えることが可能であり、この際には本発明の接続技術が、唯一残った外側の導出部部分と、相応して延長されたコアピンとの間の接続に適用される。
【００１３】
セラミック放電容器の公知の構造にはさらに、長く引き伸ばされた毛細管（以下ではストッパ毛細管と称する）が含まれる。ここでこのストッパ毛細管を通して、１つまたは２つの部分からなる導電性の導出部が気密に案内される。この導出部は、放電部を基準にして内側の部分とピン状の外側の部分とからなる。この導出部の外側は、ストッパにおいてガラスはんだにより封止されることが多い。導出部の内側には心棒を有する電極が固定されており、ここでこの電極は放電容器の内部に突き出ている。
【００１４】
本発明のランプの出力は有利には２０〜４００Ｗであるが、より大きな出力（２０００Ｗそれ以上）も可能である。
【００１５】
以下の表は、種々異なるランプ出力（３５，７０および１５０Ｗ）に対してつぎに示す部分の設計値を示している。
【００１６】
【表１】

【００１７】
コアピン：材料およびμｍで示した外径；
コアピンの溝：それぞれμｍで示した深さＴ，幅Ｂおよび放電側とは反対側のピン端部と溝との間隔；
導出部：材料およびμｍで示した外径；
溶融領域：μｍで示した示した双方の部材間の長さ。
【００１８】
２つの部材間、導出部とコアピンとの間の接続はレーザはんだ付けで行われる。
【００１９】
導出部および電極ピンは円筒状であり、導出部の直径は、電極ピンの直径の８０〜３００％である。
【００２０】
凹部はＵまたはＶ字形であり、ＵまたはＶの底部によって最大の切り込み深さＴが定められる。
【００２１】
最大の切り込み深さＴは、心棒の直径の２５〜４０％である。
【００２２】
形状接続のための手段は、導出部側を向いた心棒端部から０．１〜２ｍｍ離隔されている。
【００２３】
有利にはノッチの幅Ｂとその深さＴとの比は、Ｂ／Ｔ＝１：１の範囲であり、殊に０．８〜２．２の間になければならない。安定性の理由からノッチ領域におけるコアピンの外径の残りは、元々の直径の少なくとも６０％であるべきであり、有利には６５〜７５％である。
【００２４】
２つの部材からなる導出部の場合、電極と接触する、導出部の内側の端部領域（以下では溶融領域と称する）はＭｏ，Ｗまたはサーメットから作製され、ここでこれは、このサーメットとを溶接可能に維持する量のＷを含む。接続すべき双方の部分の直径は、この実施形態においてほぼ同じ大きさとすることが可能である。電極は有利にはタングステンからなる。その第１の端部は接続領域に埋め込まれ、第２の端部は放電部を向いている。電極の心棒は、無駄な容積（Ｔｏｔｖｏｌｕｍｅｎ）を制限するために、それ自体公知のように、さらにモリブデンからなる螺旋部で被覆することが可能である。
【００２５】
択一的にはつぎのようにすることも可能である。すなわちＥＰ−Ａ１０５６１１５（特許文献４参照）に相応して、電流導出部の内側部分の代わりに、（通例タングステンからなる）電極コアピンを（通例ニオブからなる）外側の導出部まで延長することも可能である。このように延長された電極のピンは、無駄な容積を制限するために同様に、有利にはモリブデンからなる螺旋部によって被覆することが可能である。これは、それ自体２つの部分からなる電流供給部（ＥＰ−Ａ５８７２３８（特許文献１））においても実施されている通りである。
【００２６】
２つの部分からなる導出部の場合、導出部または少なくともその外側部分は、熱膨張率が（酸化アルミニウム）セラミックに適合された、Ｈ_２およびＯ_２透過性の外側の部分（例えばニオブからなるピンまはたチューブ、しかしながらタンタルの使用も可能である）からなり、これはガラスはんだによって覆われて封止される。
【００２７】
２つの部分からなる導出部の場合、導出部の内側部分は、ハロゲン化耐性を有する金属（モリブデンまたはタングステンまたはそれらの合金）か、または相応するサーメットからなる。この材料はモリブデンが有利である。内側部分は、その外側の端部が部分的にだけガラスはんだによって覆われており、溶融されている。この内側部分は例えば、サーメットまたはモリブデンまたは溶融し易いタングステンからなるピンである。タングステンは、合金としてまたは表面におけるめっきとしてレニウム添加物を有することが可能である。レニウムにより、タングステンの高温度耐性および腐食耐性が向上する。水銀を含有する充填剤に対してモリブデンが有利であるのに対して、タングステンは有利には水銀を含有しない充填剤に使用される。殊にタングステンは、７０Ｗ以上の比較的ワット数の小さなランプにも有利である。
【００２８】
２つの部分からなる導出部の内側部分は、一方の側が外側部分（ニオブピンまたはチューブ）に、また他方の側が電極に接続されている。内側部分それ自体を複数の部分から構成することが可能であり、これは例えばＷＯ０１／８２３３１（特許文献２）に記載されているとおりである。
【００２９】
ストッパは一体形とすることができるが、複数の部分から実施することも可能である。例えば公知のようにストッパ毛細管をリング状のストッパ部分によって包囲することが可能である。
【００３０】
【実施例】
以下では本発明を複数の実施例に基づいて詳しく説明する。
【００３１】
図１には１５０Ｗの電力を有するメタルハライドランプが概略的に示されている。これは、ランプの軸を定める円筒状の、石英ガラス製の外管１からなり、これは２つの側が押し潰ぶ（２）されており、ソケット（３）が付けられている。軸方向に配置されるＡｌ_２Ｏ_３セラミック製の放電容器４は円筒状または膨らんだ胴状に成形されており、２つの端部６を有する。この放電容器は、外管１において２つの電流供給部７により、保持されていおり、この電流供給部は、箔８を介してソケット部３に接続されている。電流供給部７は導出部９に溶接されており、これらはそれぞれ放電容器の端部６の端部ストッパ１２にはめ込まれている。このストッパ部は、長く引き伸ばされた毛細管１２（ストッパ毛細管）として実施されている。放電容器の端部６とストッパ毛細管１２とは、例えば、互いに直接焼結される。
【００３２】
導出部９はそれぞれ２つの部分からなる。外側部分１３はそれぞれニオブピンとして実施されており、毛細管１２の長さの約４分の１までこれに入り込んでいる。内側部分１４は、毛細管１２内で放電体積体（Ｅｎｔｌａｄｕｎｇｓｖｏｌｕｍｅｎ）にまで延びている。この内側部分により、タングステン製の電極心棒１６と、この心棒の放電側の端部にずらされた螺旋部１７とからなる放電側の電極１５が保持ｓれる。導出部の内側部分１４は、一方では電極心棒１５にレーザはんだ付けされており、他方では導出部の外側部分１３にレーザ溶接されている。ニオブピン１３は約３ｍｍの深さでストッパ毛細管１２に入れられており、ガラスはんだ１０によって封止されている。
【００３３】
放電容器の充填剤は、不活性の始動ガス、例えばアルゴンの他、水銀および金属ハロゲン化物の添加物からなる。また例えば、水銀なしに金属ハロゲン化物の充填剤を使用することも可能である。ここでは始動ガスとして有利にはキセノンおよび１．３ｂａｒよりもはるかに上回る高い圧力を選択することが可能である。
【００３４】
図２には電極システムが詳細に示されている。導出部９として、外側部分１３としてのニオブピン（またはチューブも可）と、内側部分１４としてのモリブデンピンとかなるシステムが使用される。
【００３５】
ニオブピン１３は、放電側においてモリブデン片からなる内側部分１４に溶接される。放電側において内側部分１４は同様に電極心棒１６にはんだ付けされる。
【００３６】
択一的にはサーメットからなる内側部分１４が使用され、これはＭｏの割合が高く、残りはＡｌ_２Ｏ_３を有する。
【００３７】
心棒１６の直径は０．４ｍｍである。内側部分の直径は０．８ｍｍであり、外側部分の直径は０．８８ｍｍである。すなわち内側部分１４は電極心棒１６よりも１００％大きな直径を有する。
【００３８】
図３ａには本発明による接続の原理が示されている。考察するランプ出力に依存して電極心棒１６の導出部側の端部から約０．５ｍｍ〜２ｍｍ離れて、溝１８が周囲を取り巻いて配設されている。この溝も同様に出力に依存して０．５〜２ｍｍの深さと、０．５ｍ〜２ｍｍの幅を有する。レーザはんだ付け（矢印）の際、溶融領域２５は、ここでは矩形に構成されている溝１８まで延びる。溶融したモリブデンははんだとして使用され、タングステン心棒１６が埋め込まれる。この溝によって、付加的な形状接続（Ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｓｓ）が可能となり、過剰な溶融に対するリザーバないしはサーメットが分解する際に発生するスラッグのリザーバとして使用される。
【００３９】
択一的には上記の溝は、別の形状の断面を有する切り込みが周囲取り巻いたものとすることができ、ここでこれは例えば、Ｖ字形の切り込み２６（図３ｂ）またはトラフ状の切り込み２７（図３ｃ）である。別の択一的な例は、互いに向き合う、心棒における２つのノッチ２８からなる形状接続手段（図３ｄ）である。
【００４０】
殊に有利な実施形態（図４）では、大きく延長され、したがって内側の導出部の代わりをする心棒３６にモリブデン製の螺旋部２０が取り付けられて無駄な容積が除去される。最後の巻線２１は溝１８において保持される。これにより作製中に、溶融領域が作製されるレーザ溶接までに一時的な固定が行われる。
【００４１】
図５には１実施形態が示されており、ここでは導出部３０（ニオブからなる一体成形）と、タングステン製の延長されたコアピン３１とが硬ろう付けまたは溶接される。双方の部材はほぼ同じ外径を有する。形状接続のための手段はノッチ３２である。双方の部材からの材料を含むことの可能な接続領域３３は、ここでは極めて概略的に示されている。
【００４２】
図６には別の実施形態が示されており、ここでは放電側とは反対側にある第１の溝３７の他に第２の溝３８が、心棒３９の前方すなわち放電側の端部に使用されており、これによって第２の螺旋端部を固定することができる。この螺旋部は図示されていない。ここでは、例えば、引き続いて行われるレーザはんだ付けに対して自動的な位置および方向決めが簡単にもなるために有利である。２つのノッチ３７および３８はここでは、斜めの側壁を有する溝状に形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】セラミック放電容器を有するメタルハライドランプを示す図である。
【図２】図１のランプにおける電極システムの詳細図である。
【図３】さまざまに成形されたノッチ（ａ〜ｄ）を有する図２の電極システムの接続領域を示す図である。
【図４】接続領域の別の実施例を示す図である。
【図５】接続領域のさらに別の実施例を示す図である。
【図６】端部領域の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１　外管
２　押し潰ぶし部
３　ソケット部
４　放電容器
６　端部
７　電流供給部
８　箔
９　導出部
１０　ガラスはんだ
１２　ストッパ毛細管
１３　導出部の外側部分
１４　導出部の内側部分
１５　放電側の電極
１６　電極心棒
１７　螺旋部
１８　溝
２０　螺旋部
２１　最後の巻線
２５　溶融領域
２６　Ｖ字形切り込み
２７　トラフ状の切り込み
２８　ノッチ
３０　導出部
３１　コアピン
３２　ノッチ
３３　接続領域
３６　心棒
３７　第１の溝
３８　第２の溝
３９　心棒

Claims

メタルハライドランプ用電極システムであって、
該電極システムは、導電性の導出部（９）と、当該導出部に接続された、心棒（１６）を有する電極とからなり、
前記導出部および電極は、溶融した材料による接続領域を有しており、
前記の電極は、導出部側を向いた心棒端部が接続領域に埋め込まれており、
前記の電極の心棒はタングステンから作製されている形式のメタルハライドランプ用電極システムにおいて、
前記電極は、前記接続領域内に形状接続のための手段を有しており、
該手段は、前記電極の心棒における少なくとも局所的な凹部からなることを特徴とする
メタルハライドランプ用電極システム。
前記導出部は、内側部分（１４）と、外側部分（１３）とからなり、
前記電極が内側部分に接続される、
請求項１に記載の電極システム。
前記内側部分は、溶接可能なサーメットからなる、
請求項２に記載の電極システム。
前記の導出部および電極ピンは円筒状であり、
該導出部の直径は、電極ピンの直径の８０〜３００％である、
請求項１に記載の電極システム。
前記の形状接続のための手段は、互いに向き合う局所的または周囲取り巻き形の、心棒における２つの凹部からなる、
請求項１に記載の電極システム。
前記凹部はＵまたはＶ字形であり、
ＵまたはＶの底部によって最大の切り込み深さＴが定められる、
請求項５に記載の電極システム。
前記の最大の切り込み深さＴは、心棒の直径の２５〜４０％である、
請求項６に記載の電極システム。
前記の形状接続のための手段は、導出部側を向いた心棒端部から０．１〜２ｍｍ離隔されている、
請求項１に記載の電極システム。
前記電極は付加的に、放電側とは反対側の端部に螺旋部を含んでおり、
該螺旋部によって前記心棒が被覆され、
導出部側を向いている螺旋部の端部は、心棒における凹部に固定されている、
請求項１に記載の電極システム。
放電ランプにおいて、
請求項１に記載の電極システムを有することを特徴とする、
放電ランプ。
前記ランプは、例えばＡｌ_２Ｏ_３からなるセラミックの放電容器を含む、
請求項１０に記載の放電ランプ。
前記放電容器は２つの端部（６）を有しており、
該端部はセラミックのストッパによって閉じられており、
該ストッパはそれぞれ長く引き伸ばされた、以下ではストッパ毛細管と称される毛細管（１２）を含んでおり、
該ストッパ毛細管（１２）を通して導電性の導出部（９）が案内されており、
該導出部に、心棒（１５）を有する電極（１６）が固定されており、
該電極は放電容器の内部に突き出ている、
請求項１１に記載の放電ランプ。
前記ランプは、金属ハロゲン化物充填材を有する、
請求項１０に記載の放電ランプ。