JP5928977B2 - セラミックメタルハライドランプ用電極アセンブリの製造方法 - Google Patents
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Description
また、モリブデンで成る耐ハロゲン性中間材5よりもニオブ線またはアルミナ粉末とモリブデン粉末とを混合、焼結した導電性サーメットからなる封着性部材6の方が低融点であり、これらを突合せ溶接する際に封着性部材6の溶融物が流れ出るため、耐ハロゲン性中間材5の片端部に溶融物を流し込む流入部を予め形成して溶接する方法も提案されている(特許文献2または特許文献3参照)。
これを所定長さに切断することにより耐ハロゲン性中間材5を形成すると共に、その片端部にモリブデン線5bが巻かれずにモリブデンロッド5aが露出された流入部22を形成しておく(図5(b))。
突合せ溶接は抵抗溶接の一種であり、耐ハロゲン性中間材5の流入部22を下向きにして、封着性部材6の上端に突合せた状態で加圧し瞬間的に大電流を流すことにより接合部Wにジュール熱を発生させる(図5(c))。
これにより接合部Wが加熱され、所定の温度に達したところでモリブデンでなる耐ハロゲン性中間材5より融点の低い封着性部材6からアルミナ成分が溶出して耐ハロゲン性中間材5の流入部22に流入するため、これが冷却して溶接が完了したときに接合部Wの外周が膨らむこともない(図5(d))。
ここでは、耐ハロゲン性中間材5の先端側に、電極4のタングステンロッド4aを突き合わせた状態で瞬間的に大電流を流すことにより接合部にジュール熱を発生させ、これにより接合部が加熱され、所定の温度に達したところでタングステン電極4より融点の低い耐ハロゲン性中間材5のモリブデンロッド5aが溶融し、電極4が突合せ溶接されて電極アセンブリ21が完成する(図5(e))。
この問題は、特許文献3記載の構成、すなわち耐ハロゲン性中間材がモリブデン線であって封着性部材がニオブ線であるような構成の電極アセンブリにおいても同様に発生する。
(1)耐ハロゲン性中間材として、モリブデンロッドにモリブデン線を密巻きして形成したモリブデンコイル棒を使用していた。モリブデンコイル棒の端面は薄刃砥石により中心軸に対して垂直に切断されていた。
(2) 封着性部材として、端部をバレル研磨により小径加工した導電性サーメット棒を使用していた。
(3)端部を除く導電性サーメットの外径を「元径」としたとき、元径を突合せ溶接後に残った小径部まで延長した場合の体積から溶接後に残った小径部体積を引いた値を空隙の体積とすると、空隙の体積は突合せ溶接によって発生した溶融物の体積より十分に大きかった。
(4)導電性サーメット棒の小径部端面は、その外径がモリブデンコイル棒のモリブデンロッド外径より大きい形状となっていた。
(5)導電性サーメット棒の溶融部は均一ではなく、モリブデンコイル棒のコイル端面と導電性サーメット棒の端面とが接触した部分が他の部分より格段に多く溶融していた。
(6)突合せ溶接前のモリブデンコイル棒端部を観察すると、コイル線の端部がほどけて緩むように変形しているものがあった。
(7)突合せ溶接の工程を高速ビデオカメラで観察したところ、モリブデンコイル棒と導電性サーメットとが突き合わせられた時に導電性サーメット棒端面がコイル線にのみ接触し、モリブデンロッドには接触していない状態で通電されたものがあった。
(8)突合せ溶接機において、溶接機の給電兼モリブデンコイル棒固定部品は、通電時にはモリブデンコイル棒のコイル部分をつかんでいた。そのため、モリブデンロッドとモリブデン線との間に微小な隙間ができているようなモリブデンコイル棒をつかんだ場合には、通電時にモリブデンロッドよりモリブデン線を流れる電流のほうが大きくなる場合もあった。
なお、図4と共通する部分は同一符号を付して詳細説明は省略する。
金属蒸気放電灯の発光管2の両端に形成されたキャピラリ3R、3Lに気密封止される電極アセンブリ1は、図1に示すごとく、タングステンロッドで成る電極棒4aの先端側にタングステン線4bを密巻きして放熱用のコイル部が形成された電極4と、モリブデンロッド5aの外周部にモリブデン線5bを密巻きしてコイル部が形成された耐ハロゲン性中間材5と、アルミナ粉末とモリブデン粉末とを混合、焼結して成る封着性部材6と、電力供給リード8とが直列的に突合せ溶接された構成となっている。
突合せ溶接は抵抗溶接の一種であり、耐ハロゲン性中間材5と封着性部材6のそれぞれを溶接電源に接続されたチャックで固定し、耐ハロゲン性中間材5と封着性部材6とを突合せた状態で瞬間的に大電流(本例では、0.9V、90A)を流すことにより接合部Wにジュール熱を発生させて溶接させる。
封着性部材6の溶接側端部には小径部が形成されているので、耐ハロゲン性中間材5はその中心にあるモリブデンロッド5aの部分のみが封着性部材6の端面に接触しており、この接触部のみが発熱する。例えモリブデン線5bのコイル端部が少しほどけて耐ハロゲン性中間材5の端面より局部的に飛び出していたとしても、突合せ溶接前の時点ではモリブデン線5bと封着性部材6とは接触していないため発熱することはない。従ってモリブデンロッド5aと接触している封着性部材6の中心部のみが加熱されることとなる。アルミナ粉末とモリブデン粉末とを混合、焼結して成る封着性部材6はその融点がモリブデンからなる耐ハロゲン性中間材5より低いので、大電流を流すことにより封着性部材6の端部が変形すると共にその部分からアルミナが封着性部材6の外径方向へ溶出する。
なお、溶出したアルミナは導電性サーメット外径より小径となる空間に溜まるので、その空間の周囲には溢れ出にくくなり、同径の耐ハロゲン性中間材5と封着性部材6を接合部Wで外径が変化することなく均一な太さに突合せ溶接することができる。
この場合も、耐ハロゲン性中間材5のモリブデンロッド5aの端面に、電極のタングステンロッド4aを突合わせた状態で瞬間的に大電流(本例では、1.0V、100A)を流すことにより溶接させる。
この場合、電極4を構成するタングステンロッド4aよりも、耐ハロゲン性中間材5を構成するモリブデンロッド5aの方が融点が低いので、モリブデンを溶融し得る程度の大電流が流され、これにより生じたジュール熱によりモリブデンロッド5aの突合せ部分が溶融する温度に瞬時に加熱され、この熱により、モリブデン線5bも溶融される。
この結果、モリブデンロッド5aにタングステンロッド4aが埋め込まれると共に、モリブデン線5bも溶融されてモリブデンロッド5aに一体化される。
したがって、電極アセンブリ1をキャピラリ3R,3Lに挿通してその接合部Wまでフリットガラス10を充填して封止したときに、フリットガラス10が均一の厚さで充填されることとなるので、ランプの点灯に伴う熱膨張によりフリットガラス10にクラックが入ることもない。
2 発光管
3R,3L キャピラリ
4a タングステンロッド
4b タングステン線
4 電極
5a モリブデンロッド
5b モリブデン線
5 耐ハロゲン性中間材
6 封着性部材(導電性サーメット)
10 フリットガラス
W 接合部
Claims (7)
- セラミックメタルハライドランプ発光管の両端に形成されたキャピラリに挿入されて気密封止される電極アセンブリの製造方法において、
前記電極アセンブリは、発光管内に対向配設される電極と、タングステンまたはモリブデンのロッド部にタングステン線またはモリブデン線を密巻きして成る耐ハロゲン性中間材と、当該耐ハロゲン性中間材と元径が同径でこれより融点の低い封着性部材とを同軸に突合せ溶接して形成されるものであり、
前記耐ハロゲン性中間材と前記封着性部材とを突合せ溶接する前に、前記耐ハロゲン性中間材の溶接側端面を平面に加工し、
さらに前記封着性部材の少なくとも片側端部を、該端部の端面が前記耐ハロゲン性中間材のロッド部にのみ接触し、かつ溶接時の溶融物を収納できる空隙を溶接後に形成できる小径部を有する形状に加工し、
当該封着性部材の小径部端面と耐ハロゲン性中間材のロッド部のみとが接触する状態で突合せ溶接することを特徴とする電極アセンブリの製造方法。
- 請求項1に記載された電極アセンブリの製造方法において、前記封着性部材の小径部形状は溶接後に溶融した体積と残った小径部の元径より減少した分の体積とが一致するような形状および押し込み量を設定して突合せ溶接することを特徴とする電極アセンブリの製造方法。
- 請求項1から請求項2のいずれかに記載された電極アセンブリの製造方法において、前記封着性部材の小径部は円形の平端面を有し、該平端面の直径は前記耐ハロゲン性中間材のロッド部直径より小さいことを特徴とする電極アセンブリの製造方法。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載された電極アセンブリの製造方法において、前記封着性部材の小径部形状は元径より小径の円柱状である電極アセンブリの製造方法。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載された電極アセンブリの製造方法において、前記封着性部材の小径部形状は円錐台状である電極アセンブリの製造方法。
- 請求項5に記載された電極アセンブリの製造方法において、前記封着性部材の小径部形状は中心軸からの斜面の傾きが30〜50度の円錐台状である電極アセンブリの製造方法。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載された電極アセンブリの製造方法において、前記封着性部材の小径部形状は略球帯状である電極アセンブリの製造方法。
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