JP2005514741A

JP2005514741A - 高圧放電ランプ及びこのようなランプの電極フィードスルーの製造方法

Info

Publication number: JP2005514741A
Application number: JP2003558893A
Authority: JP
Inventors: イェーピエナマルティヌス
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2005-05-19
Also published as: WO2003058674A1; EP1466344A1; US20050017642A1; AU2002367333A1; CN1613132A; US7122953B2

Abstract

本発明は、セラミック材料の壁部を有する放電容器と、サーメットロッド（２６）を有する電極の少なくとも１つのフィードスルーとが設けられた高圧放電ランプに関するものである。サーメットロッドはその第１端部（２７）において、主としてタングステンの電極ピン（２９）の第１端部（２８）に溶接により連結され、この電極ピンはサーメットロッドと整列している。本発明によれば、電極ピンにその第１端部において、固化したタングステン溶融部（３５）を設け、この溶融部を電極ピンとサーメットロッドとの間の界面付近に位置させる。

Description

本発明は、セラミック材料の壁部を有する放電容器と、サーメットロッドを有する少なくとも１つの電極フィードスルーとが設けられた高圧放電ランプであって、前記サーメットロッドはその第１端部において電極ピンの第１端部に溶接により固着され、この電極ピンは主としてタングステンから成っているとともに前記サーメットロッドと整列して延在している高圧放電ランプに関するものである。本発明は更に、このような高圧放電ランプ用の電極フィードスルーの製造方法にも関するものである。

上述した種類のランプは、欧州特許出願EP0887839A2 に開示されており、既知である。この既知のランプは、高圧放電ランプ、特にメタルハライドランプである。このランプはセラミック材料の放電容器を有し、このランプには、サーメットロッドを有する２つの電極フィードスルーが設けられている。この欧州特許出願の明細書及び請求の範囲では、セラミック材料とは、酸化アルミニウム又はイットリウムアルミニウムガーネットのような密に焼結した多結晶金属酸化物、或いは窒化アルミニウムのような密に焼結した多結晶金属窒化物を意味するものと解釈している。又、この欧州特許出願の明細書及び請求の範囲では、サーメットとは、金属及びセラミック材料の混合物の焼結化合物、特にモリブデン及び酸化アルミニウムの焼結化合物を意味するものと解釈している。このようなサーメットは導電特性を有する耐熱材料である。特に、モリブデンを３５〜７０％有する酸化アルミニウムのサーメットは、高圧放電ランプの電極フィードスルーに用いるのに極めて適していることが確かめられている。既知のランプの電極フィードスルーのサーメットロッドは溶接により電極ピンに固着され、この電極ピンは、主としてタングステンから成っている。サーメットロッドと電極ピンとの間の前記の溶接は突合せ溶接となるように具現化されており、サーメットロッドの端部が僅かな力を加えることにより電極ピンの端部に押圧され、サーメットロッドと電極ピンとの間の界面にレーザビームを向けることにより溶接が行われる。

既知のランプの電極フィードスルーには種々の欠点がある。サーメットロッドと電極ピンとの間を溶接するのにレーザビームを用いる処理の結果として、電極フィードスルーや工具上に比較的多量の不純物が得られてしまう。これらの不純物は特に、レーザビームがサーメットロッド上に入射される個所での気化の結果としてサーメットロッドから生じる酸化アルミニウムより成る。この問題は、直径が大きいサーメットロッドを用い、サーメット材料のモリブデン含有量が比較的少ない場合に一層大きくなる。その結果、ワット量が多く、電流強度の高いランプが、実際には問題となるものである。更に、溶接の個所に溶接エッジが形成され、これにより放電容器の壁部中に電極フィードスルーを形成するのに著しく妨害を及ぼす。

本発明の目的は、上述した欠点を回避しうる手段を提供することにある。

本発明によれば、頭書に記載した種類の高圧放電ランプにおいて、前記電極ピンが、この電極ピンと前記サーメットロッドとの間の界面付近でこの電極ピンの第１端部に、固化したタングステン溶融部を有していることを特徴とする。

溶接処理の途中で、サーメットロッドと電極ピンとの間の界面の付近における領域であって、サーメットロッドまで延在していない当該領域で電極ピンに溶接エネルギーを供給することにより、サーメットロッドと電極ピンとの間の良好な溶接が得られるということを確かめた。この領域を以後、溶接領域と称する。必要条件は、溶接領域を前記の界面の付近に位置させること、すなわち、溶接領域の中心点から前記の界面までの距離を長くとも電極ピンの直径の半分に等しくすることである。更に、溶接エネルギーレベルは、固化したタングステン溶融部が溶接領域の位置で電極ピン上に形成されるような値とする必要がある。溶接領域をこのように選択し、溶接エネルギーを上述した値にすることにより、電極ピンの第１端部は、サーメットロッドの第１端部における温度がサーメットの構成要素の溶融点よりも高く上昇するように加熱され、従って、サーメットロッドと電極ピンとの間の界面に溶接が得られるようになる。

本発明によるランプの利点は、電極フィードスルーが不純物を（殆ど）有さないということである。その理由は、本発明によれば、サーメットの気化が生じなくなる為である。この場合、電極フィードスルーの製造に対する利点もある。その理由は、工具の汚染も回避される為である。更に、本発明によるランプは、サーメットロッドと電極ピンとの間の界面に、妨害を及ぼす溶接エッジ又は溶接ドリップ（点滴）を有さない利点がある。

本発明によるランプは、固化したタングステン溶融部の寸法が大きくとも電極ピンの直径に等しく、この固化したタングステン溶融部から、前記電極ピンと前記サーメットロッドとの間の界面までの距離は電極ピンの直径の半分よりも短くなっているようにするのが好ましい。このようなランプでは、溶接エネルギーが供給される領域の寸法を大きくとも電極ピンの直径に等しくし、溶接領域を電極ピンとサーメットロッドとの間の界面に極めて接近させて位置させ、溶接を行なう処理中に失われる溶接エネルギーの量が最少となるようにする。しかし、固化したタングステンは界面を越えて延在しないようにする必要がある。

本発明によるランプの他の好適例では、前記電極ピンがその第１端部で且つその周囲の３個所の位置にタングステン溶融部有し、これらタングステン溶融部が互いに１２０°の角度で且つ前記界面から同じ距離に配置されているようにする。この例によれば、サーメットロッドと電極ピンとの間の溶接を極めて信頼的なものとしうる。その理由は、溶接を行なう際に、サーメットロッドと電極ピンとの間の界面に極めて接近した個所における電極ピンの第１端部に、例えば３つのレーザビームにより溶接エネルギーを、ほぼ均一に分布されるように供給しうる為である。

本発明によるランプの実際例では、電極フィードスルーのサーメットロッドの第２端部をニオビウムピンに連結する。その理由は、これによりランプに対する信頼のある電流供給が達成される為である。

本発明によるランプは電極ピンを有し、その第２端部がタングステンらせん電極を有するようにするのが好ましい。

本発明による高圧放電ランプの電極フィードスルーの製造方法では、サーメットロッドを、その第１端部がこのサーメットロッドと整列して位置する主としてタングステンの電極ピンの第１端部と突合せされるように配置し、電極ピンとサーメットロッドとの間の界面の付近の目標点で電極ピンの第１端部にレーザビームを向け、その結果、サーメットロッドと電極ピンとの間の界面に溶接点が得られるとともに、冷却時に固化する溶融部が電極ピンの第１端部上の目標点に形成されるようにすることを特徴とする。

本発明による方法では、サーメットロッドと電極ピンとの間の界面付近の所望位置に極めて正確に溶接エネルギーを供給することができ、その結果、一方では不純物が排除され、他方ではサーメットロッドにおける溶接エッジ及び溶接フィンが回避されるという利点がえられる。

電極ピンの第１端部の周囲上の２つ以上の目標点に２つ以上のレーザビームを向け、これら目標点は電極ピンの周囲上で互いに同じ角度で位置するとともに電極ピンとサーメットロッドとの間の界面から等しい距離に位置するようにする本発明による方法を用いるのが好ましい。この方法によれば、極めて容易に再現できる信頼性のある溶接を行なうことができることを確かめた。要するに、供給する溶接エネルギー、目標点の直径及びレーザビームの集束が僅かに変化することにより、溶接処理はほんの僅かしか影響を受けない。更に、溶接処理はサーメットロッドの直径及び組成に殆ど依存しない。本発明の方法は、例えば１．０ｍｍ以上の大きな直径を有する電極ピンに特に適していることが分った。この方法では、互いに１２０°の角度となるように配置した３つのレーザビームを用いることにより、実際に極めて良好な結果が得られることを確かめた。更に、溶接エネルギーは界面付近の所望位置に充分局所的に且つ再現的に供給される。

本発明によるランプ及びその製造方法は、以下の図面に関する説明から明らかとなるであろう。
図１は、ハロゲン化金属を含むイオン化可能な充填剤が設けられた放電容器１を具える高圧放電ランプを示す。このランプの出力は４００Ｗである。放電容器１は密焼結の多結晶酸化アルミニウムから成り、これには２つの電極フィードスルー２及び３が設けられている。電極フィードスルー２は、放電容器１の端壁５内に焼結結合された密焼結の酸化アルミニウム管４に、封止用ガラスにより気密に連結されている。この電極フィードスルー２はサーメットロッド６を有し、このサーメットロッドはその第１端部７で電極ピン９の第１端部８に溶接により固着されている。サーメットロッドは、酸化アルミニウムと３５％のモリブデンとの焼結混合物より成っている。電極ピンの材料は、例えば、Ｋ及びReの双方又はいずれか一方をドーピングしうるタングステンとするか、又は例えば、Reをドーピングしたタングステン合金とする。サーメットロッド６はその第２端部１２によりニオビウムピン１３に連結されており、電極ピン９はその第２端部１０にタングステンらせん電極１１を有している。

図２は、図１に示すランプの電極フィードスルーをより詳細に示す。サーメットロッド２６は２．０５ｍｍの直径を有し、その第１端部２７で溶接によりタングステン電極ピン２９の第１端部２８に固着されている。タングステン電極ピン２９は１．１８ｍｍの直径を有し、その第２端部３０にらせん電極３１を有する。タングステン電極ピン２９は、このタングステン電極ピンとサーメットロッド２６との間の界面３４の付近に、固化したタングステン溶融部３５を有しており、この溶融部は、電極フィードスルーの製造中にこの位置に溶接エネルギーを与えることにより生ぜしめたものである。この溶融部３５は０．６ｍｍの直径を有しており、界面３４から測って約０．１ｍｍの点まで延在させ（溶融部３５と界面３４との間の距離が約０．１ｍｍ）、この溶融部３５を界面３４に接触させない。更に、サーメットロッド上には、溶接エッジや溶接フィンのような損傷が生じない。溶融部３５と界面３４との間の距離（溶融部の中心点から界面までの距離）は約０．４ｍｍである。電極フィードスルーの製造中に、サーメットロッドの第１端部の温度を界面３４に溶接点を形成するのに充分高くするために、上記の距離は一般にタングステン電極ピンの直径を越えないようにする必要がある。タングステン電極ピン２９は、その第１端部２８に、溶融部３５とほぼ同じ大きさの他の固化したタングステン溶融部（図２には示されない）を有し、この他の固化したタングステン溶融部は、溶融部３５とは直径的に反対側に且つ界面３４から同じ距離に位置している。結局、溶接部の製造中、溶接エネルギーを電極ピン上の関連の個所にほぼ等しく分布させる。

上述した種類の電極フィードスルーは以下のようにして製造した。直径が２．０５ｍｍのサーメットロッドと直径が１．１８ｍｍのタングステン電極ピンとを軸線方向に自由に移動し得るようにしておき、１〜２Ｎの力を加えることにより、サーメットロッドをタングステン電極ピンに押圧した。次に、出力を４ｋＷに設定したレーザを用いて、パルス持続時間が２０ｍ秒のレーザパルスビームを発生させ、このレーザパルスビームを２つのサブビームに分割し、これらサブビームを、サーメットロッドとタングステン電極ピンとの間の界面付近におけるタングステン電極ピンの第１端部上の、直径的に互いに対向する目標点に集束させた。目標点上のサブビームの直径は０．６ｍｍとし、目標点の中心点から界面までの距離は０．４ｍｍとした。レーザパルスにより供給されるエネルギーを８０Ｊとした。このようにして、サーメットロッドと電極ピンとの間に強い溶接が得られ、冷却時に固化したタングステンの溶融部はレーザビームの目標点に形成された。この方法は、容易に再現でき、処理パラメータの僅かな変動にほんの僅かしか依存しないことを確かめた。

本発明によるランプを部分的に断面として示す線図的側面図である。本発明によるランプの電極フィードスルーをより詳細に示す線図である。

Claims

セラミック材料の壁部を有する放電容器と、サーメットロッドを有する少なくとも１つの電極フィードスルーとが設けられた高圧放電ランプであって、前記サーメットロッドはその第１端部において電極ピンの第１端部に溶接により固着され、この電極ピンは主としてタングステンから成っているとともに前記サーメットロッドと整列して延在している高圧放電ランプにおいて、
前記電極ピンが、この電極ピンと前記サーメットロッドとの間の界面付近でこの電極ピンの第１端部に、固化したタングステン溶融部を有していることを特徴とする高圧放電ランプ。
請求項１に記載の高圧放電ランプにおいて、固化したタングステン溶融部の寸法は大きくとも電極ピンの直径に等しく、この固化したタングステン溶融部から、前記電極ピンと前記サーメットロッドとの間の界面までの距離は電極ピンの直径の半分よりも短くなっていることを特徴とする高圧放電ランプ。
請求項１又は２に記載の高圧放電ランプにおいて、前記電極ピンはその第１端部で且つその周囲の３個所の位置にタングステン溶融部有し、これらタングステン溶融部が互いに１２０°の角度で且つ前記界面から同じ距離に配置されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の高圧放電ランプにおいて、前記サーメットロッドがその第２端部でニオビウムピンに連結されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の高圧放電ランプにおいて、前記電極ピンはその第２端部にタングステンらせん電極を有していることを特徴とする高圧放電ランプ。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ用の電極フィードスルーを製造する電極フィードスルーの製造方法において、
サーメットロッドを、その第１端部がこのサーメットロッドと整列して位置する主としてタングステンの電極ピンの第１端部と突合せされるように配置し、
電極ピンとサーメットロッドとの間の界面の付近の目標点で電極ピンの第１端部にレーザビームを向け、その結果、サーメットロッドと電極ピンとの間の界面に溶接点が得られるとともに、冷却時に固化する溶融部が電極ピンの第１端部上の目標点に形成されるようにすることを特徴とする電極フィードスルーの製造方法。
請求項６に記載の電極フィードスルーの製造方法において、電極ピンの第１端部の周囲上の２つ以上の目標点に２つ以上のレーザビームを向け、これら目標点は電極ピンの周囲上で互いに同じ角度で位置するとともに電極ピンとサーメットロッドとの間の界面から等しい距離に位置するようにすることを特徴とする電極フィードスルーの製造方法。
請求項７に記載の電極フィードスルーの製造方法において、３つのレーザビームを互いに１２０°の角度で与えることを特徴とする電極フィードスルーの製造方法。