CN101436518B - 灯中的熔融结合结构体及其制造方法 - Google Patents

灯中的熔融结合结构体及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可获得稳定的高强度的焊接强度、可减少变形不良、减少焊接强度不足不良、减少焊接穿孔不良的灯中的熔融结合结构体及其制造方法。灯中的由高熔点金属构成的导电部件(5)和金属箔(6)的熔融结合结构体，其特征在于，在由高熔点金属构成的导电部件(5)的表面上重叠有金属箔(6)的区域中，使导电部件的高熔点金属(5)和金属箔(6)熔融，导电部件的高熔点金属(5)覆盖在金属箔(6)表面形成的开口的周边。并且，灯中的熔融结合结构体的制造方法，其特征在于，在由高熔点金属构成的导电部件(5)的表面上重叠有金属箔(6)的区域中，从金属箔(6)一侧通过纤维激光装置照射能量40MW/cm2以上的激光，使导电部件(5)和金属箔(6)结合。

Description

灯中的熔融结合结构体及其制造方法
技术领域
本发明涉及到一种灯的供电结构相关的熔融结合结构体及其制造方法。
背景技术
以往，在OA用卤素灯、液晶投影光源用的水银灯、普通照明用的金属卤化物灯等中，在密封部中经由金属箔结合内部导线和外部导线，确保灯内的发光空间的气密性。内部导线和外部导线在金属箔结合时，例如通过压紧密封(pinch seal)而封住的OA用卤素灯的金属箔和内部导线的结合部分、或通过收缩密封(shrink seal)而封住的投影仪光源用的水银灯的金属箔和内部导线的结合部分，以往通过电阻焊接法结合。
但是，在电阻焊接法中，因焊接电极棒的经时变化，焊接条件变动，焊接质量不稳定，出现焊接强度不足并剥离的剥离不良、或因焊接而在金属箔中产生穿孔的穿孔不良。进一步，在电阻焊接中，为了获得焊接强度，在焊接时需要加压，通过该加压，在电极、导线棒等细小配件中可能产生变形不良、弯折不良。
专利文献1公开了：在高压放电灯的制造中，为了结合钨电极和钼箔，替代电阻焊接，通过使用了YAG激光的激光焊接进行结合。
专利文献1：JP特开2004-363014号公报
专利文献2：JP特开2003-257373号公报
但是，本发明人发现，当实际通过YAG激光对灯电极的导线棒和金属箔进行焊接时，如图10所示，在灯中使用的钨电极和钼箔等金属箔中，经常由于YAG激光焊接的能量，导致焊接熔核部再结晶，并因焊接后的热收缩，容易使再结晶部分和非再结晶部分的晶界易断裂，成为非常脆弱的焊接，发生焊接剥离不良。
发明内容
本发明的目的在于，鉴于上述现有技术的问题，提供一种可获得稳定的高强度的焊接强度、可减少变形不良、减少焊接强度不足不良、并减少焊接穿孔不良的灯中的熔融结合结构体及其制造方法。
本发明为了解决上述问题采用如下方式。
第1方式的灯中的熔融结合结构体，是灯中的由高熔点金属构成的导电部件和金属箔的熔融结合结构体，其特征在于，在上述由高熔点金属构成的导电部件的表面上重叠有上述金属箔的区域中，使上述导电部件的高熔点金属和上述金属箔熔融，上述导电部件的高熔点金属覆盖在金属箔表面形成的开口的周边。
第2方式的灯中的熔融结合结构体，在第1方式中，其特征在于，上述由高熔点金属构成的导电部件是钨或钼，上述金属箔是钼。
第3方式的灯中的熔融结合结构体的制造方法，制造第1方式或第2方式所述的灯中的熔融结合结构体，其特征在于，在上述由高熔点金属构成的导电部件的表面上重叠有上述金属箔的区域中，从上述金属箔一侧通过纤维激光装置照射能量40MW/cm2以上的激光，使上述导电部件和上述金属箔结合。
根据本发明的灯中的熔融结合结构体，可获得稳定的高强度的焊接强度，可实现变形不良的减少、焊接强度不足不良的减少、焊接穿孔不良的减少。进一步，根据本发明的灯中的熔融结合结构体的制造方法，可提供一种具有稳定的高强度的焊接强度的熔融结合结构体。
附图说明
图1是表示第1实施方式涉及的使用了一个金属箔密封件的两端密封型的放电灯的构成的截面图。
图2是表示图1所示的放电灯的密封部中的熔融结合结构体的整体构成的平面图。
图3是表示图1所示的放电灯的密封部中的熔融结合结构体的整体构成的透视图。
图4是图3所示的焊接部8的放大截面图。
图5是表示第2实施方式涉及的使用了多个金属箔密封件的两端密封型的放电灯的构成的截面图。
图6是表示图5所示的放电灯的密封部焊接时的熔融结合结构体的整体构成的平面图及侧面图。
图7是表示第3实施方式涉及的、以卤素灯为代表的白炽灯的密封部焊接时的熔融结合结构体的整体构成的平面图。
图8是表示用于测定焊接强度的实验方法的图。
图9是表示焊接强度的测定结果的图。
图10是表示在由高熔点金属构成的导电部件和金属箔的熔融结合结构体中通过YAG激光焊接产生焊接剥离不良的情况的图。
具体实施方式
作为应用本发明的熔融结合结构体的灯，包括以卤素灯为代表的白炽灯或放电灯。另外在本发明中，“导电部件”在白炽灯中是指内部导线棒及外部导线棒，在使用一个金属箔密封件的放电灯中是指电极芯棒及外部导线棒，在使用多个金属箔密封件的放电灯中是指焊接多个金属箔的、与电极芯棒连设的盘状部件及与外部导线连设的盘状部件。
参照图1至图4说明本发明的第1实施方式。
图1是表示使用了一个金属箔密封件的两端密封型的放电灯的构成的截面图。
如该图所示，在该放电灯1的放电容器2内配置有一对电极3，在与放电容器2连设的密封部4内，结合了由高熔点金属构成的电极芯棒5的金属箔6气密性密封在一对电极3上，进一步在金属箔6上结合有外部导线7。其中，金属箔6例如如专利文献2所示，在高压水银灯的密封部中，改良了平面四角平板形状的金属箔，使金属箔与电极的焊接部分小幅化，缠绕电极的外表面而形成，小幅化的部分以外的宽幅部的截面大致形成为Ω状或W字状。
图2是表示图1所示的放电灯的密封部中的熔融结合结构体的整体构成的平面图，图3是其透视图。
如该图2、图3所示，在由高熔点金属构成的作为导电部件的电极芯棒5的表面上重叠有金属箔6的区域内，照射纤维激光使之熔融，使电极芯棒5和金属箔6结合。焊接部8表示照射纤维激光使电极芯棒5和金属箔6结合的位置。此外，此处示出了电极芯棒5使用钨芯棒、金属箔6使用钼箔的例子。
图4是图3所示的焊接部8的放大截面图。
如该图所示，当照射纤维激光时，由钨芯棒构成的电极芯棒5和由钼箔构成的金属箔6熔融，钨芯棒5的熔融的钨9覆盖在钼箔6表面形成的开口的周边。这样一来，钨芯棒5和覆盖在钼箔6表面的开口周边的钨9成为一体并结合，因此钨芯棒5和钼箔6牢固地结合。
此外，典型的导电部件材料和金属箔材料的组合是钨(W)和(Mo)、或者钼(Mo)和钼(Mo)。这些组合是在开灯时变为高温的密封部中防止产生密封不良、箔焊接断裂的优选组合。
本实施方式涉及的熔融结合结构体如下制造。
使作为导电部件的电极芯棒5和金属箔6重叠，从金属箔6一侧照射能量密度为40MW/cm2以上的来自纤维激光装置的激光。
具体而言，在钼(Mo)箔-钨(W)芯棒的焊接中，使来自纤维激光装置的激光直径集中为约20μm，在能量密度40MW/cm2以上例如60MW/cm2、激光输出200W的输出下，从钼(Mo)箔一侧离开100mm，照射激光2.5msec。其中，钼(Mo)箔使宽0.7mm的钼箔与钨芯棒的形状对应地弯曲为槽状，宽0.5mm、厚20μm，钨(W)芯棒直径为0.4mm。如上所述，可以是图4所示的如下焊接结构：照射激光时，贯通作为重叠材料的上部材料的钼(Mo)箔，作为下部材料的钨(W)喷出，喷出的钨(W)的一部分升华，其他喷出的钨(W)的表面粘性下降，流到周边，蔓延到钼(Mo)箔上，在蔓延的钨(W)和作为下部材料的钨(W)芯棒之间圆周状地夹住钼(Mo)箔，作为下部材料的钨(W)芯棒凹陷为喷出的凹状。
参照图5及图6说明本发明的第2实施方式。
图5是表示使用了多个金属箔密封件的两端密封型的放电灯的构成的截面图。
如该图所示，在该放电灯11的放电容器12内，一对电极13相对配置，在与放电容器12连设的密封部14内，多个金属箔16气密性地密封在一对电极13上，上述多个金属箔16结合到与由高熔点金属构成的电极芯棒15一体形成的金属盘18上，并且金属箔16与外部导线17结合。
图6(a)是表示图5所示的放电灯的密封部焊接时的熔融结合结构体的整体构成的平面图，图6(b)是其侧面图。
如该图所示，在与由高熔点金属构成的作为导电部件的电极芯棒5一体形成的金属盘18的表面上重叠有多个金属箔16的区域中，照射纤维激光使之熔融，结合金属盘18和金属箔16。焊接部19表示照射纤维激光使金属盘18和金属箔16结合的位置。此外，焊接后的金属箔16在图示箭头的方向上弯曲，如图5所示配置在密封部14内。其中，示出了作为金属盘18使用钼盘、作为金属箔6使用钼箔时的例子。
其次，本实施方式涉及的熔融结合结构体如下制造。
使与作为导电部件的电极芯棒5一体形成的金属盘18和金属箔6重叠，从金属箔6一侧照射能量密度40MW/cm2以上的来自纤维激光装置的激光。
具体而言，在钼(Mo)箔-钼(Mo)盘的焊接中，使来自纤维激光装置的激光直径集中为约20μm，以能量密度40MW/cm2以上例如60MW/cm2、并从钼(Mo)箔一侧离开100mm，用夹具等使钼(Mo)箔与钼(Mo)盘紧贴，在激光输出200W的输出下照射数十msec。钼(Mo)箔宽8～12mm，厚40μm，钼(Mo)盘直径φ17mm。重叠作为上部材料的钼(Mo)箔40μm、及作为下部材料的φ17mm、厚0.5mm的钼(Mo)盘，从钼(Mo)箔上，使用纤维激光，使束径集中到20μm以下，在激光输出200W的输出下照射数十msec时，通过从下部材料的钼(Mo)盘喷出的钼夹住上部材料的钼(Mo)，获得和图4所示结构相同的焊接结构。
参照图7说明本发明的第3实施方式。
图7是表示以卤素灯为代表的白炽灯的密封部焊接时的熔融结合结构体的整体构成的平面图。
如该图所示，在由高熔点金属构成的作为导电部件的外部导线21的表面上重叠了与灯丝线圈(filament coil)23连接的金属箔22的区域中，照射纤维激光使之熔融，结合外部导线21和金属箔22。在本实施方式的熔融结合结构体中，与第1及第2实施方式的熔融结合结构体一样，获得了与图4所示的结构相同的焊接结构。
其次，图9表示利用通过现有的电阻焊接、专利文献1所述的使用了YAG激光的焊接、及使用了本发明的纤维激光的焊接所制造出的各10个熔融结合结构体，根据图8所示的实验方法获得的焊接强度的结果。
实验方法中，电阻焊接的条件是，加压2.0kgf，电压2.0V，电流2.0kA，保持时间7msec。YAG激光焊接的条件是，在15MW/cm2的能量密度下照射4msec。纤维激光焊接的条件与第1、2实施方式所示的条件相同。
如图8所示，固定作为下部材料的电极芯棒，暂时弯曲焊接的上部材料的金属箔，相对于下部材料在垂直方向上拉伸，测量金属箔断裂时的剥离强度。设电阻焊接下的结合强度的平均值为100％，相对比较YAG激光焊接及纤维激光焊接的结合强度。
图9是表示焊接强度的测定结果的图。从该图可知，在钼(Mo)-钨(W)结合时、或钼(Mo)-钼(Mo)结合时，本发明的熔融结合结构体和其他熔融结合体结构相比，焊接强度的波动很少，非常稳定、牢固地结合。

Claims (3)

1.一种灯中的熔融结合结构体，是灯中的由高熔点金属构成的导电部件和金属箔的熔融结合结构体，其特征在于，
在上述由高熔点金属构成的导电部件的表面上重叠有上述金属箔的区域中，使上述导电部件的高熔点金属和上述金属箔熔融，贯通该金属箔而在该金属箔的表面形成开口，作为该金属箔的下部材料的上述导电部件成为凹状，上述导电部件的高熔点金属覆盖该开口的周边。
2.根据权利要求1所述的灯中的熔融结合结构体，其特征在于，上述由高熔点金属构成的导电部件是钨或钼，上述金属箔是钼。
3.一种灯中的熔融结合结构体的制造方法，制造权利要求1或2所述的灯中的熔融结合结构体，其特征在于，
在上述由高熔点金属构成的导电部件的表面上重叠有上述金属箔的区域中，从上述金属箔一侧通过纤维激光装置照射能量40MW/cm2以上的激光，使上述导电部件和上述金属箔结合。
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