JP2013105728A

JP2013105728A - 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およびそれを用いたセラミックメタルハライドランプ

Info

Publication number: JP2013105728A
Application number: JP2011251195A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yamada; 誠司山田; Tomohiro Kikuchi; 智広菊地; Hiroyuki Takei; 弘幸武井; Takao Tomita; 高生冨田
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-05-30
Anticipated expiration: 2031-11-17
Also published as: JP5928977B2

Abstract

【課題】
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耐ハロゲン性中間材と、比較的低融点の封着性部材との突合せ溶接時に、封着性部材の溶接部が膨らみ、または封着性部材が不均一に溶融してセラミックメタルハライドランプ発光管のキャピラリに挿入できなくなることを防ぐ。
【解決手段】
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耐ハロゲン性中間材５と封着性部材６とを突合せ溶接する前に、封着性部材６の溶接側端面が突合せ溶接の通電開始時にロッド部分のみに接触するような形状の小径部を前記封着性部材６に加工した後、耐ハロゲン性中間材５の片端部と封着性部材６とを突き合わせ溶接することとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミックメタルハライドランプに関するものであり、特にセラミックメタルハライドランプの発光管に電力を供給する電極アセンブリの構造に関する。

近年のメタルハライドランプは、石英製発光管に代えて、石英よりも耐熱性、耐食性に優れた透光性アルミナで成るセラミック製発光管を用いたセラミックメタルハライドランプが数多く商品化されている。この種のランプは、透光性セラミックで成る発光管の両端にアルミナセラミック等の細管で成る一対のキャピラリを焼きばめて取り付けるシリンドリカル型が一般的であったが、最近は、焼嵌め加工の面倒を解消するため、発光管とその両端に設けるキャピラリとを透光性セラミックで一体成形したワンピース型が普及している（特許文献１参照）。

このようなワンピース型のメタルハライドランプを、例えば図４を参照して説明すると、ランプ本体を構成する発光管２とキャピラリ３Ｒ、３Ｌが、夫々の境界部分に角隅部を生じない丸みを帯びた滑らかな曲面形状に設計されて、透光性アルミナの粉末圧縮体で一体成形されている。

そして、発光管２の両端に形成されたキャピラリ３Ｒ、３Ｌ内には、一対の電極アセンブリ２１が挿通されて、そのキャピラリ３Ｒ、３Ｌの両端が、電気絶縁性を有するフリットガラス１０などのシール材によって気密にシールされると同時に、各電極アセンブリ２１がキャピラリ３Ｒ、３Ｌ内の定位置に固定されており、発光管２の内部には金属ハロゲン化物、水銀、始動用ガス等が封入されている。

電極アセンブリ２１は、夫々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、焼結して成る導電性サーメットの封着性部材６とが直列的に突合せ溶接された構成となっており、キャピラリ３Ｒ、３Ｌ内に挿通された各電極アセンブリ１の外表面とキャピラリ３Ｒ、３Ｌの内表面との間には、発光管２の内部へ通ずる空隙７が形成されている。

そして、各電極アセンブリ２１は、封着性部材６の端部にモリブデン線またはニオブ線で成る電力供給リード８が突合せ溶接されて、その溶接部に補強用リング９が外嵌され、該リング９内から各キャピラリ３Ｒ、３Ｌ内にかけて、耐ハロゲン性中間材５と封着性部材６の接合部Ｗを覆うようにフリットガラス１０が充填されている。

ところで、耐ハロゲン性中間材５の外径と封着性部材６の外径が大きく異なって両者の接合部Ｗに段差が生ずると、ランプの点滅による温度変化により、フリットガラス１０が接合部Ｗのひずみの影響を受け、その段差部分で応力集中を起こしてクラックが入りやすいという問題があるため、従来より、耐ハロゲン性中間材５及び封着性部材６は同径のものが用いられている。
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）。

図５はこのような電極アセンブリ２１の製造方法を示している。耐ハロゲン性中間材５としてはモリブデンコイル棒、封着性部材６としては導電性サーメットを使用している。まず、例えば直径０.４〜０.５ｍｍのモリブデンロッド５ａの外周部に、直径０.１５〜０.２ｍｍのモリブデン線５ｂを密巻きしていく（図５（ａ）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））。

次いで、耐ハロゲン性中間材５と封着性部材６を突合せ溶接する。
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））。

そして最後に、耐ハロゲン性中間材５とタングステン電極４を突合せ溶接する。
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））。

このような電極アセンブリ２１において、耐ハロゲン性中間材５と封着性部材６を突合せ溶接する場合に、流れ出した溶融物で流入部２２を完全に塞ぐことができれば、接合部Ｗは外周面に凹凸のない直径が略一定の棒状体となるが、実際には、溶融物で外径が膨らまないように流入部２２を大きめに形成せざるを得ないので、図５（ｄ）に示すように、接合部Ｗに凹部２３が残ることが多い。

また、高融点部材である耐ハロゲン性中間材５と比較的低融点である封着性部材６とを突合せ溶接する場合、図５（ｄ）に示すように、耐ハロゲン性中間材５の端部が軟化した封着性部材６の端部を押し広げながら進入し、封着性部材６の端部径を拡げてしまうという問題が生じる。このため、封着性部材６の溶融物が空隙に収まったとしても溶融していない部分の封着性部材６端部が元径より膨らみ、発光管のキャピラリに挿入できなくなることがあり、また挿入できたとしても封止時にフリットの流れが不均一になって封止部にフリット不足の箇所が生じ、ランプ製造の後工程で発光管がリークするなどといった不具合が生じる危険がある。
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。

上記問題の発生を防ぐためには特許文献２に記載されているように封着性部材側に空隙を設ける必要がある。すなわち図５に記載された構成とは逆に、耐ハロゲン性中間材５の溶接側端面は元径と同じ最大径を持つ平面とし、封着性部材６の溶接側端部に小径部を設ける。小径部の具体的な形状としては、端部に円筒状の小径部を設ける「段付」や円錐台状の「直線面取り」、球帯状の小径部を形成する「Ｒ面取り」などが考えられる。このような端部形状の封着性部材６を使用すれば、突合せ溶接後に封着性部材６の溶け残った小径部を特許文献２における「空隙」として利用できる。突合せ溶接後の溶融物をこの空隙に収納すれば、封着性部材６の溶接側端部が元径より膨らむことも無く、溶融物がはみ出して接合部Ｗの外周が膨らむこともない。

しかし上記の構成で試作を繰り返すうち、空隙の設定寸法にかかわらず封着性部材の溶融物が溶接部から不均一に膨出するという不具合が発生することに気付いた。

この新しい問題について不良品および溶接工程を観察し原因を究明したところ、以下のことがわかった。
（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。

前項の観察結果から、モリブデンコイル棒のコイル線と導電性サーメット端面とが突合せ溶接の通電直前の時点で接触していると、溶接電流が溶接機のモリブデンコイル棒固定部品からコイル線を通って導電性サーメット棒の溶接側端面へ流れ、コイル線と導電性サーメットの接触部分が発熱して導電性サーメットが局部的に溶融してしまうことが分かった。このようにコイル線すなわちモリブデンコイル棒の外側から溶融が開始されると、溶融部により多くの電流が流れるため、導電性サーメット中心部に流れる電流は大きくなりえず、不均一な溶融部は通電時間が長くなるほどますます不均一になっていく。

なお、封着性部材としてニオブ線を使用しても同じ理由で同様の不具合が生じる。耐ハロゲン性中間材が「コイル棒」の構造で無ければこの問題は生じないが、コイルもしくはモリブデンロッドの材質を変えても同様の問題が生じることは自明である。当然、電極心棒のタングステンロッドを延長し、放電側と反対の端部にモリブデンもしくはタングステン線を巻きつけて封着性部材と溶接する構成であっても同じである。

特開２００５−３０２６２４号公報特開２００７− ７３３４０号公報特開平０７− １９２６９７号公報

そこで本発明は、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の突合せ溶接時に溶融した封着性部材の局部的な膨出を防止することを技術的課題としている。

これらの課題を解決するため、本発明は、金属蒸気放電灯の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、そ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している。

本発明に係るセラミックメタルハライドランプによれば、突合せ溶接時に溶融した封着性部材が局部的に膨出し、電極アセンブリを発光管のキャピラリに挿入できなくなる、または挿入できてもフリットの進入不足により後工程で発光管リークとなるという不具合を劇的に低減できる。

本発明に係る電極アセンブリの製造方法の一例を示す説明図である。本発明に係る電極アセンブリの製造方法と溶接前後の封着性部材の小径部体積の関係を示す説明図である。封着性部材の小径部形状の例を示す説明図である。従来のセラミックメタルハライドランプ発光管の全体構成図である。従来の電極アセンブリの製造方法を示す説明図である。

本発明は、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を突合せ溶接して形成される電極アセンブリの製造方法において、前記耐ハロゲン性中間材と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元径と同じ最大径を持つ平面に加工し、前記封着性部材の少なくとも片端部を前記耐ハロゲン性中間材のロッド部にのみ接触するような小径部を有する形状に加工した後、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き合わせ溶接することとした。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
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。

この電極アセンブリ１を製造する際は、図２（ａ）に示すように、封着性部材６の端部に小径部を設け、耐ハロゲン性中間材５と突合せ溶接などで接合し、その後図１に示すような電極４及び電力供給リード８を突合せ溶接する。以下、順に説明する。

図２に示す例では、５は耐ハロゲン性中間材であり、直径０.５ｍｍのモリブデンロッド５ａの外周部に、直径０.２ｍｍのモリブデン線５ｂを密巻きし、所定長さに切断された直径０.９０ｍｍの部材である。耐ハロゲン性中間材５の両端面は、モリブデン線５ｂが密巻きされた状態で、中心軸に対して垂直な平面となっている。６は封着性部材であり、アルミナ粉末とモリブデン粉末とを容量比５０対５０で混合し、成形、焼結して直径０．９ｍｍ、長さ８ｍｍとした導電性サーメットである。封着性部材６の端部には小径部が設けられており、小径部の条件は、その封着性部材６が溶接される耐ハロゲン性中間材５の溶接側端部のモリブデンロッド５ａの端面のみに接触するような形状であることである。簡単な具体例としては、耐ハロゲン性中間材５の溶接側端部のモリブデンロッド５ａの端面径より封着性部材６の小径部端面径が小さくなるように形成すればよい。本例では、封着性部材６を成形、焼結後に所定の長さに切断し、少なくとも一方の端部を旋盤で面取り加工している。封着性部材６端面の直径φ₁は０．５ｍｍであり、耐ハロゲン性中間材５のモリブデンロッド５ａの径φ₂と同じである。導電性サーメット棒６の小径部は端面から４５度の角面取り加工をしたもので、旋盤にチャックして導電性サーメットを回転させヤスリを斜めに接触させるか、または電動鉛筆削り器のように導電性サーメットを固定してヤスリを回転させるなどの一般的な加工方法で小径部を成形することができる。本例では小径部の長さＬは０．２ｍｍとなる。

上述の説明では、封着性部材６の端部を１本ずつ旋盤で切削する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、任意の方法を用いることができる。例えばレーザー照射によって不要部分を蒸発させてもよいし、バレル研磨でも、化学研磨でもよい。要するに直径０．５ｍｍから１．５ｍｍ程度の脆性細棒材の片端部を適量範囲だけ小径に加工することができれば、加工方法は任意である。

上記２つの部材を突合せ溶接して図２（ｂ）の形状とする。
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。

このときアルミナが溶出した後の導電性サーメット端部にはモリブデンリッチの部分が生じ、これが耐ハロゲン性中間材端部と融合して耐ハロゲン性中間材５と封着性部材６が一体化し、通電終了後には硬化した溶出アルミナが接合部Ｗ付近に留まり、図２（ｂ）に示すような形状となって突合せ溶接が完了する。
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。

ただし、小径部端面の面積φ₁がモリブデンロッド端面の面積φ₂以下であっても小径部の長さＬが小さすぎると、封着性部材６の溶接後に封着性部材６の元外径φ₀より小径となる空間がほとんどなくなり、溶出したアルミナが接合部に収まらず、封着性部材６の外径より膨らんでしまうことがある。このような場合、電極アセンブリとしては不良品となる。本例のような構成とした場合、製造時の歩留まりを上げるためには、数回の試作を行って導電性サーメット端面径φ₁と面取り角度θの最適値を決定するのが好ましい。実用的には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度の円錐台状にするのが好ましい。

より好ましい実施例では、導電性サーメットは耐ハロゲン性中間材との溶接側端部に小径部を有し、その小径部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に設計されている。すなわち突合せ溶接を開始してからの押込量をHとし、低融点側の先端からH寸法を切断して突合せた溶接モデルを想定して、その先端形状で定まる切断部分の体積をＶ₁、流入部となる部分の容積をＶ₂としたときに、０．８Ｖ₂≦Ｖ₁≦Ｖ₂となるようにHを決定する。Hの寸法は、実際の小径部の形状により変わる。また導電性サーメットのアルミナ−モリブデン比率など、材料の条件によっても必要な押し込み量が変わるので、それに応じた小径部寸法を決定する必要がある。押込量Hは、封着性部材６の溶け込み長さでもある。

小径部の形状については図２（ａ）に示すテーパ形状に限らず、図３に示すようなさまざまな形状であってよい。図３の（ａ）から（ｆ）に記載されている図はすべて封着性部材６の変形例である。

例えば図３（ａ）の例では、小径部形状が導電性サーメットの元径φ₀より小さいφ₁を有する円柱である。このような形状の場合、溶け込み長さ（押込量）Ｈがばらついても小径部の溶融体積Ｖ₁の変動が小さいため、突合せ溶接の溶接条件が精密に制御できない製造環境に適用すると有利である。

図３（ｂ）の例では、小径部形状が円錐である。このような形状の場合、溶接時に導電性サーメットと耐ハロゲン性中間材との接触部が点接触となるため、導電性サーメット端面が確実に耐ハロゲン性中間材のロッド部分のみに当たる。また小径部加工が旋盤などで簡単に加工できる。

図３（ｃ）の例では、小径部形状が半球である。このような形状の場合、溶接時に導電性サーメットと耐ハロゲン性中間材との接触部が点接触となるため、導電性サーメット端面が確実に耐ハロゲン性中間材のロッド部分のみに当たる。さらに溶け残り部分Ｊの形状を見ると、元径部分との境界が滑らかな曲線で接続しているため、溶け込み量を少なめにしてＪの部分が完全に溶融アルミナに覆われない場合であっても導電性サーメット外径の急激な変化がなく、フリットシール後に応力が集中しにくい形状となる。

図３（ｄ）の例では、小径部形状が球冠形状である。このような形状の場合、図３（ｃ）の例と異なり、溶け込み長さＨを自由に設定できる。

図３（ｅ）の例では、小径部形状が導電性サーメットの肩部を丸面取りした形状である。このような形状の場合、図３（ｃ）または（ｄ）の例と異なり、溶接時に導電性サーメットと耐ハロゲン性中間材との接触部が面接触となるため、初期から大電流を流しても比較的安定な突合せ溶接を行うことができる。

図３（ｆ）の例では、小径部形状が球帯形状である。全体が円柱形状の導電性サーメットをバレル研磨すると両端面がこのような形状となる。バレル研磨によって製造できるため、大量に生産する場合に有利である。また、溶け残り部分Ｊの形状を見ると元径部分との境界が上記の形状例よりさらに滑らかな曲線で接続しているため、溶け込み量を少なめにしてＪの部分が完全に溶融アルミナに覆われない場合であっても導電性サーメット外径の急激な変化がなく、フリットシール後に応力が集中しにくい形状となる。

総じて図３の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように導電性サーメット端面に平面部を設けない形状では、溶接時に導電性サーメットと耐ハロゲン性中間材との接触部が点接触となるため、導電性サーメット端面が耐ハロゲン性中間材のロッド部分のみに当たる確率が高い。また溶接電流通電直後に導電性サーメット端部を流れる電流密度が非常に大きくなるため、導電性サーメットが溶融しやすい。ただし電流密度が大きすぎて導電性サーメット端部が蒸発してしまうような不良を防ぐために、溶接電流通電初期には電流値を小さく設定し、徐々に大きくしていくような電流制御が必要となる。

また図３の（ａ）、（ｅ）、（ｆ）のように導電性サーメット端面に平面部を設けた形状では、溶接時に導電性サーメットと耐ハロゲン性中間材との接触部が面接触となるため、初期から大電流を流しても導電性サーメット端部が蒸発するようなこともなく、比較的安定な突合せ溶接を行うことができる。このためコンデンサに電荷を蓄積して一気に放電させるタイプの溶接電源にも適用できる。

なお耐ハロゲン性中間材５の外径と封着性部材６の外径とはほぼ同径で、共にキャピラリ内径よりわずかに小さい寸法となっているため、封着性部材６の端面径φ₁がモリブデンロッド５ａの直径より十分小さい場合でも（あるいは導電性サーメット端部が点接触になる場合でも）、突き合わせ溶接時には、耐ハロゲン性中間材５と封着性部材６との軸ずれ許容差はあまり大きくできないことに留意すべきである。

次に、耐ハロゲン性中間材５の他端部に電極４を突合せ溶接する。
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。

このように製造された電極アセンブリ１は、同径の耐ハロゲン性中間材５と封着性部材６とを突合せ溶接する場合に、溶融した導電性サーメットが局部的に元外径を越える領域に膨出することがなく、また、接合部Ｗには径方向に凹部や凸部が形成されることもなく、一定の外径で連結される。
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。

そして最後に、各電極アセンブリ１は、封着性部材６の端部にモリブデン線またはニオブ線で成る電力供給リード８が突合せ溶接され、必要に応じてその溶接部に補強用リング９が外嵌され、該リング９内から各キャピラリ３Ｒ、３Ｌ内にかけて、耐ハロゲン性中間材５と封着性部材６の接合部Ｗを覆うようにフリットガラス１０が充填される。

封着性部材６の端部に形成すべき小径部についてさらに説明する。耐ハロゲン性中間材５と封着性部材６との溶接側には必ず小径部を設ける必要がある。封着性部材６の反対側端部には電力供給リード８が溶接される。通常電力供給リード８の直径は封着性部材６の直径よりも十分小さいため、こちらの端部には小径部を形成する必要はない。しかし封着性部材６の直径と電力供給リード８の直径にあまり差がない場合には小径部を設けてあったほうが好ましい。すなわち溶接時に接触面に流れる電流密度が大きくなるため材料が早く溶ける。また、封着性部材６が外径よりはみ出すことがない。ただし、封着性部材６と電力供給リード８との溶接部は発光管２のキャピラリ３Ｒ３Ｌより外に出ているため、キャピラリ内に挿入されるほうの接合部Ｗとは異なり、溶融した導電性サーメットがその外径を越えてはみ出していても実害はない。封着性部材および電力供給リードの外径がほぼ等しく、両者の溶接部に補強用もしくは酸化防止用のリング部材が外嵌されるような構造では、本発明の技術を適用するのが好ましい。

以上説明したとおり、本発明の製造方法に従って製造された電極アセンブリは、同径の耐ハロゲン性中間材５と封着性部材６とを突合せ溶接する場合に、溶融した導電性サーメットが局部的に元外径を越える領域に膨出することがなく、また、接合部Ｗには径方向に凹部や凸部が形成されることもなく、一定の外径で連結されているため、電極アセンブリをキャピラリに挿入する際に引っかかることがない。また引っかかりによる不良を防止するためにあらかじめ電極アセンブリの接合部を研磨するなどの余計な工程が不要となる。

また、本発明の製造方法に従って製造された電極アセンブリを使用したセラミックメタルハライドランプは、電極アセンブリをキャピラリ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。

なお、本例では、耐ハロゲン性中間材５と封着性部材としての封着性部材６とを突合せ溶接した後、電極４と耐ハロゲン性中間材５を突合せ溶接する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、電極４と耐ハロゲン性中間材５を突合せ溶接した後、耐ハロゲン性中間材５と封着性部材６とを突合せ溶接する場合であってもよい。また、耐ハロゲン性中間材５はモリブデンコイル棒のみならずタングステンロッドとタングステンコイルを組み合わせてもよいし、電極のタングステンモリブデンロッドを延長して封着性部材と溶接する端部にモリブデンもしくはタングステンのワイヤを巻き付ける構造の電極アセンブリであっても同じ効果が得られる。

以上述べたように、本発明は、セラミックメタルハライドランプの製造方法であり、特に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より融点の低い封着性部材とを突合せ溶接して電極アセンブリを製造する用途に適用し得る。

１電極アセンブリ
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

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、そ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、その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。
請求項１から請求項７に記載された電極アセンブリの製造方法によって製造された電極アセンブリを有するセラミックメタルハライドランプ。