JP2752873B2

JP2752873B2 - 放電ランプ装置用電極棒の製造方法

Info

Publication number: JP2752873B2
Application number: JP4349961A
Authority: JP
Inventors: 伸一入澤; 信雄大川井; 恭芳沼尻; 毅史福代
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-12-03
Filing date: 1992-12-03
Publication date: 1998-05-18
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: JPH06342628A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放電ランプ装置用電極
棒の製造方法に関し、特に、自動車用ヘッドランプとし
て用いられる放電ランプ装置用電極棒の製造方法に関す
る技術である。

【０００２】

【従来の技術】近時、自動車用ヘッドランプのバルブと
して、発光効率および演色性が良好で、かつ、寿命もフ
ィラメント方式のバルブに比べて長いという利点から、
放電ランプ装置の採用が検討されており、この種の放電
ランプ装置では、その光源体としてアークチューブが用
いられている。この種の放電ランプ装置の構造は、図１
６に示すように、絶縁性の口金（ベース）１から突出す
る一対の金属製リードサポート２，３によってアークチ
ューブ４が支持されている。

【０００３】アークチューブ４は、石英ガラス管の開口
端をピンチシールして、長手方向中央部に放電部となる
密閉ガラス球４ａを形成している。ピンチシール部４ｂ
には、タングステン製の電極棒５ａとモリブデン箔５ｂ
とモリブデン製リード線５ｃとが一体化された電極アッ
シー５が封着されており、密閉ガラス球４ａ内に電極棒
５ａの先端が突出していて、対向する一対の電極を構成
している。

【０００４】リード線５ｃは、ピンチシール部４ｂから
外方に導出され、リードサポート２，３に溶接されてい
る。このリードサポート２，３は、アークチューブ４を
支持するとともに、リード線５ｃへの通電路にもなって
いる。放電部であるアークチューブ４の密閉ガラス球４
ａ内には、発光物質である水銀および金属沃化物が不活
性ガス（Ｘｅ）とともに封入されている。しかしなが
ら、このような構造の放電ランプ装置においては、特
に、電極棒５ａの製造方法に、以下に説明する技術的課
題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上述した構
造の放電ランプ装置の電極棒５ａは、通常、タングステ
ンで作られているが、その熱劣化を防止するために、電
極部５ａの先端に球状の頭部を形成し、熱容量の拡大を
図っている。このような頭部の形成には、ＹＡＧレーザ
加工機で電極棒５ａの先端を照射し、瞬時に熱を加える
ことにより、先端の丸め加工を行っている。

【０００６】ところが、このようなレーザ加工機による
丸め加工では、頭部の表面に多量の酸化物（ＷＯ_x）が
付着し、放電ランプの各種の特性を低下させるので、こ
のような丸め加工の後に酸化物を除去する処理が検討さ
れているが、例えば、薬剤などを利用する方法では、酸
化物が除去されたとしても、薬剤の残渣がランプ特性に
悪影響を及ぼすことになり、残渣の後処理が非常に厄介
になる。

【０００７】一方、還元ないしは真空雰囲気中の熱処理
により酸化物を除去する方法も検討されているが、放電
ランプ装置用の電極棒として好適な熱処理条件は、未だ
確定されておらず、その開発が望まれていた。そこで、
本発明者らは、電極棒に関する熱処理と、熱処理が放電
ランプ装置の各種特性に及ぼす影響との相関関係を比較
検討することにより、放電ランプ装置用の電極棒として
の好適な熱処理条件を知得し、本発明を完成するに至っ
たものであり、その目的とするところは、放電ランプ装
置としての各種の特性を良好に維持しつつ、しかも、酸
化物の除去が可能になる電極棒の製造方法を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、密閉されたガラス球内にＸｅガスと、水
銀と、金属沃化物とが封入された放電ランプ装置の前記
ガラス球内に対向設置されるタングステン製電極棒の製
造方法において、前記電極棒の先端をレーザ加工機によ
り丸め加工した後に、水素ガス雰囲気中で一次熱処理を
施し、この後に、真空度が５×１０^-5ｔｏｒｒの真空雰
囲気中において、１６００〜１８００℃の温度で二次熱
処理を施すことを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記構成の放電ランプ装置用電極棒の製造方法
によれば、電極棒の先端をレーザ加工機により丸め加工
した後に、水素ガス雰囲気中で一次熱処理を施し、この
後に、真空度が５×１０^-5ｔｏｒｒの真空雰囲気中にお
いて、１６００〜１８００℃の温度で二次熱処理を施す
ので、一次熱処理により、電極棒の酸化物を予備的に除
去できるとともに、二次熱処理により残った酸化物がさ
らに除去される。

【００１０】この場合、二次熱処理の温度条件を１６０
０〜１８００℃の範囲に規制する理由は、真空雰囲気中
での熱処理においては、その温度条件が酸化物の除去効
果に影響を及ぼし、熱処理温度が１６００℃以下では、
酸化物の除去効果が不十分となる一方で、、熱処理温度
が２０００℃を超えると、酸化物の除去効果は十分に得
られるが、熱処理時の電極棒材料の再結晶粒の肥大化が
進み、脆化が顕著になる。

【００１１】一方、放電ランプ装置としては、二次熱処
理の温度条件が１６００℃以上であれば、管電圧，光
束，色度，色温度などの初特性が良好に維持されるが、
特に、コールドスタートの起動電圧に関しては、二次熱
処理の温度条件が１８００℃を超えると悪化する。そこ
で、本発明では、上記諸特性を勘案して、いずれもが良
好に維持できる範囲として、二次熱処理の温度条件を１
６００〜１８００℃に設定した。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について詳細に
説明する。本発明に係る放電ランプ装置用の外観上の構
造は、図１６に示した従来構造と同一であるが、電極棒
５ａの製造方法に特徴がある。すなわち、本発明では、
電極棒５ａの先端をＹＡＧレーザ加工機により丸め加工
した後に、水素ガス雰囲気中で一次熱処理を施し、この
後に、真空雰囲気中において二次熱処理を施す。

【００１３】この場合の二次熱処理の条件としては、真
空度が５×１０^-5ｔｏｒｒで、温度条件を１６００〜１
８００℃とする。図１〜図６は、本発明の電極棒５ａの
放電ランプ装置に組付ける前の結晶性および強度をそれ
ぞれ試験した結果を示している。この試験で用いた試験
サンプルは、水素ガス雰囲気中において、９５０℃の温
度で１５分間加熱処理をしたもの（サンプルＡ）と、サ
ンプルＡを真空度が５×１０^-5ｔｏｒｒの真空雰囲気中
において、１６００℃の温度で３時間加熱処理したもの
（サンプルＢ）、サンプルＡを真空度が５×１０^-5ｔｏ
ｒｒの真空雰囲気中において、１８００℃の温度で３時
間加熱処理したもの（サンプルＣ）、サンプルＡを真空
度が５×１０^-5ｔｏｒｒの真空雰囲気中において、２０
００℃の温度で３時間加熱処理したもの（サンプル
Ｄ）、サンプルＡを真空度が５×１０^-5ｔｏｒｒの真空
雰囲気中において、２３００℃の温度で３時間加熱処理
したもの（サンプルＥ）の５つを準備した。

【００１４】なお、サンプルＡに関しては、熱処理方法
および熱処理時間がともに他のサンプルと異なっている
が、熱処理が不十分な場合の参考例として示している。
まず、本発明者らは、各サンプルの熱処理後の外観拡大
（×１００）写真を撮影し、その外観を観察した。その
結果、真空雰囲気中での二次熱処理温度が高いほど、電
極棒５ａの丸め加工部分の酸化物の除去率が高く、ま
た、水素ガス雰囲気中での熱処理よりも真空雰囲気中で
の熱処理の方が酸化物の除去効果が大きいことが判明し
た。

【００１５】図１〜図５は、各サンプルの丸め加工部の
近傍を熱処理後に採取して、研磨，エッチング処理して
断面を撮影した顕微鏡写真（×２０００）である。この
写真から明らかなように、熱処理の温度により、電極棒
５ａのタングステンの再結晶粒が大きく変わっているの
がわかる。温度が高くなるに従って再結晶粒が肥大化
し、サンプルＥ（２３００℃の熱処理）では、ほぼ全面
が平らな面になっている。

【００１６】なお、上記各サンプルには、電子放出の補
助材としてＴｈＯ₂がドーピングしてあったので、各サ
ンプルについてこれを確認したところ、それぞれのサン
プルにおいてこれが確認された。図６は、各サンプルに
ついて、強度試験を行った結果を示している。この強度
試験は、図７に示すような条件で行った。強度の測定に
は、プッシュプルゲージ１０を使用し、３．５ｍｍ幅の
凹部１２が形成された試験台１４上において、凹部１２
を跨ぐようにして各サンプルを載置し、凹部１２の幅方
向の中心軸上からサンプルにゲージ１０の先端が当接す
るようにセットして、ゲージ１０を下方に押圧して、そ
の強度を測定した。

【００１７】図６に示す結果から明らかなように、熱処
理温度と強度とは反比例の関係にある。ところが、熱処
理温度がサンプルＣ（１８００℃の熱処理）以下のもの
では、ゲージ１０の押圧によりくの字形に曲がるのに対
して、サンプルＥ（２３００℃の熱処理）では、曲がら
ずに折れてしまった（この状態の変化は約２０００℃で
認められた）。

【００１８】以上のことから、電極棒５ａの機械的特性
を考慮すると、電極棒５ａの丸め加工部は、二次熱処理
の温度が高いほど酸化物は除去されるが、２０００℃を
超えると、再結晶化が急激に進み、電極の脆化が著しく
なる。このため、二次熱処理においては２０００℃以下
の温度が望ましい。図８から図１５は、上記サンプルＡ
〜Ｅについて、放電ランプ装置に組込んで管電圧，光
束，色度ｘ（赤），色度ｙ（緑），色温度，平均演色評
価数Ｒａ，コールドスタート起動電圧、ホットリスター
ト再起動電圧のそれぞれの初特性を試験した結果を示し
ている。なお、これらの各特性の測定では、サンプルＡ
〜Ｅを５個ずつ準備し、これらをそれぞれ放電ランプに
組み込み、各特性の５個ずつの測定値の平均値を図示し
ている。

【００１９】このときの試験条件は、密閉ガラス球４ａ
の内容積が約３３μｌ、電極棒５ａ間の間隔を３．８〜
４．２ｍｍとし、封入金属沃化物をＮａＩとＳｃＩ₃と
して、その比率をＮａＩ：ＳｃＩ₃＝７５：２５（＝
３：１）重量％に設定した（ＳｃＩ₃の封入量は０．２
ｍｇ）。また、封入ガスはＸｅとし、その圧力を６気圧
に設定し、水銀の封入密度を２．７×１０^-2（ｍｇ／μ
ｌ）に設定した。さらに、点灯電力を３５Ｗとした。

【００２０】図８は、各サンプルＡ〜Ｅを用いた放電ラ
ンプ装置の初期状態（初特性）における管電圧の測定結
果を示している。この測定結果から、熱処理条件によっ
て管電圧は殆ど変わらないことがわかる。図９〜図１３
は、各サンプルＡ〜Ｄを用いた放電ランプの初期状態に
おける光束，色度ｘ（赤），色度ｙ（緑），色温度，平
均演色評価数Ｒａのそれぞれの測定結果を示している。

【００２１】これらの測定結果から、光束および色に関
する特性は、水素ガス雰囲気中の熱処理と、真空雰囲気
中の熱処理とでは、大きな相違が認められる。すなわ
ち、水素ガス雰囲気中の熱処理では、光束が小さく（発
光効率が悪い）、発光が赤くなり（色温度が低い）、平
均演色評価数Ｒａも低い。一方、真空雰囲気中の熱処理
では、温度が高いほど上記特性のそれぞれで良好になる
傾向があるが、熱処理温度によらずほぼ等しいレベルに
あるといえる。以上のことから、放電ランプの初特性
は、水素ガス雰囲気中の熱処理と、真空雰囲気中の熱処
理とでは、大きな相違が認められるが、１６００℃以上
の真空雰囲気中の熱処理であれば特性が損なわれないと
考えられる。

【００２２】図１４は、各サンプルＡ〜Ｅを用いた放電
ランプ装置のコールドスタート特性を示している。同図
に示す測定結果から明らかなように、コールドスタート
の起動電圧は、１８００℃の真空雰囲気中の熱処理で最
小になっている。これに対して、水素ガス雰囲気中の熱
処理では、コールドスタートの起動電圧が極めて高くな
っている。図１５は、各サンプルＡ〜Ｅを用いた放電ラ
ンプ装置のホットリスタート特性を示している。この特
性の測定では、一旦放電ランプ装置を点灯した後に消灯
し、１５秒間の消灯時間をおいて再点灯させた場合の起
動電圧を測定したものである。

【００２３】図１５からみると、水素ガス雰囲気中の熱
処理では、ホットリスタートの起動電圧が高くなるもの
の、真空雰囲気中の熱処理では、ホットリスタートの起
動電圧が処理温度によらずほぼ一定であることが判る。
図１４および図１５の起動電圧特性からいえることは、
電極棒５ａの真空雰囲気中の熱処理としては、その処理
温度を１８００℃近傍に設定することが望ましい。

【００２４】以上の各試験結果から明らかなように、密
閉されたガラス球内にＸｅガスと、水銀と、金属沃化物
とが封入された放電ランプ装置の前記ガラス球内に対向
設置されるタングステン製の電極棒の製造方法において
は、水素ガス雰囲気中で一次熱処理を施し、この後に、
真空度が５×１０^-5ｔｏｒｒの真空雰囲気中において、
１６００〜１８００℃の温度で二次熱処理を施すことに
より、電極棒として必要な機械的特性を維持しつつ、放
電ランプとしての光束や各種の色特性および起動特性も
良好に維持される。

【００２５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
かかる放電ランプ装置用電極棒の製造方法によれば、電
極としての強度が大きく、しかも、レーザ加工時の酸化
物が効果的に除去できるので、放電ランプ装置に組み込
んだ際に、光束および色に関する特性が良好で、かつ、
起動性能も良好なものが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の参考例で得られた電極棒の金属組成を
示す顕微鏡拡大図面代用写真である。

【図２】本発明の実施例で得られた電極棒の金属組成を
示す顕微鏡拡大図面代用写真である。

【図３】本発明の実施例で得られた電極棒の金属組成を
示す顕微鏡拡大図面代用写真である。

【図４】本発明の比較例で得られた電極棒の金属組成を
示す顕微鏡拡大図面代用写真である。

【図５】本発明の比較例で得られた電極棒の金属組成を
示す顕微鏡拡大図面代用写真である。

【図６】本発明の実施例および比較例で得られた電極棒
の強度試験の結果を示す図である。

【図７】図２に示した強度試験の試験方法の説明図あ
る。

【図８】本発明の実施例と比較例で得られた電極棒をそ
れぞれ用いた放電ランプ装置の管電圧の測定結果を示す
図である。

【図９】本発明の実施例と比較例で得られた電極棒をそ
れぞれ用いた放電ランプ装置の光束の測定結果を示す図
である。

【図１０】本発明の実施例と比較例で得られた電極棒を
それぞれ用いた放電ランプ装置の色温度の測定結果を示
す図である。

【図１１】本発明の実施例と比較例で得られた電極棒を
それぞれ用いた放電ランプ装置の平均演色評価数の測定
結果を示す図である。

【図１２】本発明の実施例と比較例で得られた電極棒を
それぞれ用いた放電ランプ装置の色度ｘ（赤）の測定結
果を示す図である。

【図１３】本発明の実施例と比較例で得られた電極棒を
それぞれ用いた放電ランプ装置の色度ｙ（緑）の測定結
果を示す図である。

【図１４】本発明の実施例と比較例で得られた電極棒を
それぞれ用いた放電ランプ装置のコールドスタート時の
起動電圧の測定結果を示す図である。

【図１５】本発明の実施例と比較例で得られた電極棒を
それぞれ用いた放電ランプ装置のホットリスタート時の
起動電圧の測定結果を示す図である。

【図１６】本発明が適用される放電ランプ装置の全体構
成図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福代毅史静岡県清水市北脇500番地株式会社小糸製作所静岡工場内 (56)参考文献特開平４−48546（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−134547（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−52879（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 9/02 H01J 9/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉されたガラス球内にＸｅガスと、水
銀と、金属沃化物とが封入された放電ランプ装置の前記
ガラス球内に対向設置されるタングステン製電極棒の製
造方法において、前記電極棒の先端をレーザ加工機により丸め加工した後
に、水素ガス雰囲気中で一次熱処理を施し、この後に、
真空度が５×１０^-5ｔｏｒｒの真空雰囲気中において、
１６００〜１８００℃の温度で二次熱処理を施すことを
特徴とする放電ランプ装置用電極棒の製造方法。