JP2008519394A - 放電ランプ、電極、及び、放電ランプの電極部分を製造する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、２つの電極を収容する密封バルブを有する放電ランプに係る。該電極の少なくとも一方は、第１の粒子寸法分布（１１）によって定義付けられる第１の平均粒子寸法（μ１）を有する第１の粒子と、第２の粒子寸法分布（２１）によって定義付けられる第２の平均粒子寸法（μ２）を有する第２の粒子（２０）とを有する、少なくとも１つの多孔性の部分を有する。第１の平均粒子寸法（μ１）は、第２の平均粒子寸法（μ２）より小さい。その結果、より高い多孔率及びより長い寿命を有する電極部分は、得られる。

Description

本発明は、２つの電極を収容する密封バルブを有する放電ランプに係る。該電極の少なくとも一方は、少なくとも１つの多孔性部分を有する。本発明は更に、電極、及び、放電ランプの電極を製造する方法に係る。

放電ランプは典型的に、ガスを有して充填される密封された透明又は半透明のバルブにおいて、互いに対して対向して位置付けられる２つの電極を有する。稼働中、電流は、かかる電極に対して与えられ、電極の顕著な加熱がもたらされる。結果として、例えば超高圧（ＵＨＰ）又は高輝度放電（ＨＩＤ）ランプにおける電極の熱設計は、稼働中のランプの初期不良の防止において重要な問題である。

電極の寿命に影響を与える温度を低減する１つの方法は、電極の表面積を増大させることである。ＵＳ ６，２１８，０２５（特許文献１）は、明確な粒子寸法を有する球形の金属粉から作られる高融点金属を有する焼結された電極を開示する。平均粒子寸法は、５μｍ乃至７０μｍである。粒子寸法分布は、平均粒子寸法を下回って最大限に２０％から（ｆｒｏｍ ａｔ ｍｏｓｔ ２０％ ｂｅｌｏｗ）、平均粒子寸法を最大限に２０％上回るまで（ｔｏ ａｔ ｍｏｓｔ ２０％ ａｂｏｖｅ）の範囲を覆う。焼結された電極の残留多孔性は、容積の１５−３０％が達成される。

先行技術の電極の不利点は、大きな粒子に対する焼結時間は長いため、多孔性電極を得るよう前出の電極を焼結することが困難である、ということである。
ＵＳ ６，２１８，０２５

本発明は、より容易に製造され得る多孔性電極を有する放電ランプを与える、ことを目的とする。

この目的は、２つの電極を収容する密封バルブを有する放電ランプによって達成される。該電極の少なくとも一方は、第１の粒子寸法分布によって定義付けられる第１の平均粒子寸法を有する第１の粒子と、第２の粒子寸法分布によって定義付けられる第２の平均粒子寸法を有する第２の粒子とを有する、少なくとも１つの多孔性の部分を有する。また、第１の平均粒子寸法は、第２の平均粒子寸法より小さい。

この目的は更に、放電ランプに対する電極を製造する方法によって達成される。当該方法は、
・ 第１の粒子寸法分布によって定義付けられる第１の平均粒子寸法を有する第１の粒子と、第２の粒子寸法分布によって定義付けられる第２の平均粒子寸法を有する第２の粒子との混合物を与える段階と、
・ 前出の電極部分を得るよう該混合物を焼結する段階と、
を有する。第１の平均粒子寸法は、第２の平均粒子寸法より小さい、
この目的はまた、第１の粒子寸法分布によって定義付けられる第１の平均粒子寸法を有する第１の粒子と、第２の粒子寸法分布によって定義付けられる第２の平均粒子寸法を有する第２の粒子とを有する少なくとも１つの多孔性部分を有する電極によって、達成される。第１の平均粒子寸法は、第２の平均粒子寸法より小さい。

本発明によれば、著しく異なる平均粒子寸法を有する少なくとも２つの粉は、電極部分を得るよう混合及び焼結される。本発明の特に有利な実施例では、平均粒子寸法は、少なくとも因数５，望ましくは因数１０の差で異なる。より小さな粒子は、電極部分の残留多孔性に関与するより大きな粒子に対して焼結補助として機能する、ことが観察されている。その結果、向上された多孔性電極部分は、適度な焼結時間内で得られる。

請求項３，４及び８記載の本発明の実施例は、焼結された生成物の多孔率が多孔性電極部分の容積の４０−５０％の範囲にある、という利点を有する。

請求項５及び９記載の本発明の実施例は、電極部分の多孔率によってもたらされる強度における低減は緩和され得る、という利点を有する。これは、多孔性部分は、電極の特に高温である部分に対してのみ与えられ、無孔性且つより強いロッド等の部分は、電極の残りの部分に対して使用される、ためである。

請求項６及び１０記載の本発明の実施例は、押出し後の適切な段階における電極部分に対する製造工程の中断が焼結前の再成形を可能にする、という利点を有する。これは例えば、ロッド等の更なる部品を多孔性電極部分に対して接続するよう、有利である。更には、高価で複雑な専用金型は、求められない。最後に、押出しにより、電極材料は、焼結前の適切な再成形工程において再成形され得る多量のエミッタ材料を有し得る。

本発明は、本発明に従った望ましい実施例を概略的に示す、添付の図面を参照して更に説明される。本発明がこの特定及び望ましい実施例に対していかようにも制限されない、ことは理解される。

図１は、以降はランプ１と称される、ＡＣ高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ１を示す。ランプ１は、各々が多孔性電極部分４及び細長い部分５を有する電極３、即ち明確な電極チップを有する電極を収容する放電チャンバを形成する密封の透明又は半透明バルブ２を有する。電流は、リード６及びフィードスルー７を介して電極３に及び電極３から与えられ得る。図２は、電極３の詳細な図を示す。多孔性電極部分４は、再成形押出し円筒形部分であり、細長い部分５は、延伸ロッドである。

図３は、本発明の一実施例に従った多孔性電極部分４を得るための材料の混合物の典型的な粒子寸法の図である。粉の容積パーセントは垂直方向に、粒子寸法ｄは水平方向に示される。図４は、焼結後の部分４の走査電極顕微鏡画像である。

多孔性部分４は、第１の粒子寸法分布１１によって定義付けられる第１の平均粒子寸法μ１を有する第１の粒子１０と、第２の粒子寸法分布２１によって定義付けられる第２の平均粒子寸法μ２を有する第２の粒子２０と、を有する。第１の平均粒子寸法μ１第２の平均粒子寸法μ２より小さい。一例として、Ｈ．Ｃ． Ｓｔａｒｃｋ社のタングステン粉末混合物ＷＨＣ ４００／４０００は、４μｍである平均粒子寸法μ１を有する第１のタングステン粒子１０の１０容積パーセント、及び４０μｍである平均粒子寸法μ２を有する第２のタングステン粒子２０の９０容積パーセントの容積率を備えられる。図４中に示される通り、より小さなタングステン粒子１０は、第２のより大きな粒子２０に対する焼結補助として機能する。

多孔性電極部分４は、押出し又は金属射出成形（ＭＩＭ）によって得られ得る。押出しは、押出し生成物を得るようダイを介して、粉、溶媒、及び結合剤の混合物の加圧成形を有し、その後該生成物の焼結が続く。ＭＩＭは、電極の所望される形状に対して特別に設計される金型において耐熱材料を有する混合物の鋳造を有する。グリーン製品（ｇｒｅｅｎ ｐｒｏｄｕｃｔ）は、その後焼結される。

本発明の特に有利な実施例では、多孔性電極部分４は、図５中に示される押出し生成物Ｐを得るよう、上述された通り少なくとも２つの平均粒子寸法μ１，μ２、及び結合剤を有する混合物の押出しによって、作られる。該混合物は更に、アルコール灯の溶媒及び電子エミッタ物質を有し得る。該混合物は、中間生成物を得るようピン（図示せず）を有するダイを介して押圧される。溶媒は続いて、取扱いに適切である強い生成物を有するよう取り除かれる。この段階における生成物は、グリーン製品と一般的に称される。該グリーン製品は、押出し生成物Ｐを得るよう適切な寸法の断片へと切断される。押出し該グリーン製品は、押出し生成物Ｐを得るよう適切な寸法の断片へと切断される。押出し生成物は、押出しダイのピンによってもたらされるスルーホールＨを有する。

この段階において、１つ又はそれ以上の焼結段階、即ち、粉粒子が完全高密度（ｆｕｌｌｙ ｄｅｎｓｅ）生成物を得るよう互いと同化するところの温度まで押出し生成物を加熱する段階は、従来通り適用される。しかしながら図５中の実施例によれば、この工程は、再成形段階によって中断される。

図５中の実施例において、アルコール等の溶媒は、押出し生成物Ｐの再成形が意図される場所において押出し生成物Ｐに対して選択的に加えられる。それによって結合剤は、一時的に弱化される。溶媒の位置選択的追加は例えば、押出し生成物Ｐの関連部分のみを溶媒において浸漬することによって、達成される。

続いて、押出し生成物Ｐの弱化された部分は、圧縮力Ｆを生成する再成形ツール３０，３１によって加圧下で再成形され、電極３の多孔性部分４に対する突起３３及び凹部３２を有するタングステンの再成形押出し生成物Ｒを得るようにする。続いて溶媒は、再成形された押出し生成物Ｒから取り除かれる。延伸ロッド５は続いて、ＨＩＤランプ１に対する明確な電極チップを有する電極３を得るよう凹部３２へと挿入される。ロッド５はまた、一般的にはワイヤ延伸よりきれいな処理である押出しによって製造され得る。

続いて焼結の従来の工程は、再開され、再成形押出し生成物Ｒから結合剤を取り除くよう例えば１０００−１２００℃の温度における事前焼結段階、及び、図１中の電極３に対する多孔性部分４を得るよう２０００−２６００℃における焼結段階を有する。

本発明に従った放電ランプは、部分４の容積の４０−５０％の範囲における多孔率を有する電極部分４を有する。表面粗さＲａは、粉ＷＨＣ ４００／４０００が使用される際に、５．５μｍである。比較すると、Ｓｔａｒｃｋ社によるＨＣ４０Ｓ等の粉は、典型的に０．５μｍの表面粗さＲａをもたらす。表面粗さは、例えば、光学的に、あるいは走査表面チップを有して測定される。本発明の多孔性電極部分４は、電極部分４から離れる熱流量を増大させる。それによって放電ランプ１の稼動寿命は、向上される。

上述された実施例が本発明を制限するのではなく例示するものであり、また、当業者が添付の請求項の範囲を逸脱することなく多くの他の実施例を設計することができる、ことは、留意されるべきである。特には、多孔性電極部分４に対する他の形状は、実現可能である。請求項中、括弧内に置かれた参照符号は、請求項を制限するものとして解釈されるべきではない。「有する」という後は、請求項に記載される、もの以外の要素又は段階の存在を除外しない。単数形で示される要素は、かかる要素の複数の存在を除外しない。一定の基準が互いに異なる従属請求項において列挙されるという単なる事実は、かかる基準の組合せが有利に使用され得ない、ことを示すものではない。

ＡＣ ＨＩＤランプを概略的に図示する。 本発明の一実施例における図１中の電極を概略的に図示する。 本発明の一実施例に従った電極に対する混合物の典型的な粒子寸法図である。 本発明の一実施例に従った電極部分の走査電極顕微鏡画像である。 本発明の一実施例に従った図２中の電極部分を得る多種の製造段階を示す。

Claims (10)

1. ２つの電極を収容する密封バルブを有する放電ランプであって、
   前記電極の少なくとも一方は、第１の粒子寸法分布によって定義付けられる第１の平均粒子寸法を有する第１の粒子と、第２の粒子寸法分布によって定義付けられる第２の平均粒子寸法を有する第２の粒子とを有する、少なくとも１つの多孔性の部分を有し、
   前記第１の平均粒子寸法は、前記第２の平均粒子寸法より小さい、
   放電ランプ。
2. 前記第１の平均粒子寸法は、前記第２の平均粒子寸法より、少なくとも因数５、望ましくは少なくとも因数１０の差で小さい、
   請求項１記載の放電ランプ。
3. 前記多孔性部分は、第１の容積パーセントの前記第１の粒子と第２の容積パーセントの前記第２の粒子とによって形成され、
   前記第１の容積パーセントは、前記第２の容積パーセントより少ない、
   請求項１記載の放電ランプ。
4. 前記多孔性部分は、前記多孔性部分の容積の４０乃至５０％の多孔率を有する、
   請求項１記載の放電ランプ。
5. 前記多孔性部分は、例えば超高圧ランプ又は高輝度放電ランプのロッド上に与えられる、
   請求項１記載の放電ランプ。
6. 前記多孔性部分は、再成形押出し耐熱材料を有して作られる、
   請求項１記載の放電ランプ。
7. 放電ランプに対する電極部分を製造する方法であって：
   ・ 第１の粒子寸法分布によって定義付けられる第１の平均粒子寸法を有する第１の粒子と、第２の粒子寸法分布によって定義付けられる第２の平均粒子寸法を有する第２の粒子との混合物を与える段階と、
   ・ 前記電極部分を得るよう前記混合物を焼結する段階と、
   を有し、
   前記第１の平均粒子寸法は、前記第２の平均粒子寸法より小さい、
   方法。
8. 前記電極部分の容積によって測定される、前記第２の粒子の容積パーセントより小さい前記第１の粒子の容積パーセントを与える段階、を更に有する、
   請求項７記載の方法。
9. 前記電極部分に対してロッドを与える段階と、焼結収縮によって前記ロッドを前記電極部分に対して電気的に接続させる段階と、を更に有する、
   請求項７記載の方法。
10. ・ 結合剤を有する混合物と前記混合物を押出し生成物を得るようダイを介して押し出す段階と、
    ・ 焼結前に前記電極部分に対して適切な形状を得るよう前記押出し生成物を再成形する段階と、
    を更に有する、
    請求項７記載の方法。

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