JP3686286B2 - アークチューブおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本願発明は、車両用前照灯等の光源として用いられるアークチューブおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
アークチューブは高輝度照射が可能なことから、近年では車両用前照灯等の光源としても多く用いられるようになってきている。
【0003】
車両用前照灯等に用いられるアークチューブは、一般に、図5に示すように、放電空間102を形成する発光管部104aの両側にピンチシール部104bが形成されてなる石英ガラス製のアークチューブ本体104と、放電空間102へ先端部を突出させるようにして各ピンチシール部104bにピンチシールされた1対のタングステン電極106とを備えた構成となっている。
【0004】
このようなアークチューブにおいては、所期の放電特性が得られるようにするため、各タングステン電極106に電解研磨を施してその表面の平滑化を図るようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アークチューブ本体104にリークが発生してしまうのを防止する観点からは、このように単に放電特性確保のための電解研磨を施した程度ではタングステン電極106の表面の平滑性がまだ十分でないことが、発明者らの実験により明らかになった。
【0006】
すなわち、タングステン電極106の表面にある程度以上の粗さが残っていると、このタングステン電極106がピンチシール部104bにピンチシールされたとき、図6に示すように、タングステン電極106とピンチシール部104bとが大きな凹凸で噛み合った状態となるので、ピンチシール部104bにおけるタングステン電極106との接合面近傍領域に極めて大きな圧縮応力が残ってしまう。そしてこの残留圧縮応力により、アークチューブの使用中にアークチューブ本体104に大きなクラックが生じ、最終的には放電空間102と外部空間との間にリークが発生するに至る。このため従来のアークチューブは比較的寿命が短いものとなっているという問題がある。
【0007】
本願発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、アークチューブ本体のクラックによるリーク発生を防止することにより長寿命化を図ることができるアークチューブおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、タングステン電極の表面の平滑性を従来よりも高めることにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
【0009】
すなわち、本願発明に係るアークチューブは、
放電空間を形成する発光管部の両側にピンチシール部が形成されてなる石英ガラス製のアークチューブ本体と、上記放電空間へ先端部を突出させるようにして上記各ピンチシール部にピンチシールされた1対のタングステン電極と、を備えてなるアークチューブにおいて、
上記各タングステン電極の表面が、平均粗さ2μm以下の強電解研磨処理面として構成されており、
上記各ピンチシール部における上記タングステン電極との接合面近傍領域の周縁に、該接合面近傍領域に生じる残留圧縮応力によるミラー状の界面が形成されている、ことを特徴とするものである。
【0010】
また、本願発明に係るアークチューブの製造方法は、
放電空間を形成する発光管部の両側にピンチシール部が形成されてなる石英ガラス製のアークチューブ本体と、上記放電空間へ先端部を突出させるようにして上記各ピンチシール部にピンチシールされた1対のタングステン電極と、を備えてなるアークチューブを製造する方法であって、
タングステン電極の表面に強電解研磨を施して、該表面の平均粗さを2μm以下にした後、該タングステン電極を石英ガラス管のピンチシール予定部に挿入配置し、該ピンチシール予定部を2000℃以上に加熱した状態で該ピンチシール予定部をピンチシールすることにより上記各ピンチシール部を形成し、これにより上記ピンチシール部における上記タングステン電極との接合面近傍領域の周縁に、該接合面近傍領域に生じる残留圧縮応力によるミラー状の界面を形成する、ことを特徴とするものである。
【0011】
上記「タングステン電極」は、その母材がタングステンを主成分とするものものであれば、純粋なタングステン製のものであってもよいし、その他の成分が添加されたものであってもよい。
【0012】
上記「タングステン電極の表面」は、ピンチシール部にピンチシールされる部分の表面を含むものであれば、必ずしも表面全域である必要はない。
【0013】
【発明の作用効果】
上記構成に示すように、本願発明に係るアークチューブは、そのアークチューブ本体の発光管部両側に形成されたピンチシール部に、発光管部の放電空間へ先端部を突出させるようにして1対のタングステン電極がピンチシールされているが、各タングステン電極の表面は、平均粗さ2μm以下の強電解研磨処理面として構成されており、また、各ピンチシール部におけるタングステン電極との接合面近傍領域の周縁には、該接合面近傍領域に生じる残留圧縮応力によるミラー状の界面が形成されているので、次のような作用効果を得ることができる。
【0014】
すなわち、タングステン電極がピンチシール部にピンチシールされたとき、両者は微小凹凸で噛み合った状態となるので、従来のようにピンチシール部のタングステン電極との接合面近傍領域に極めて大きな圧縮応力が残ってしまうことはない。
【0015】
このため、残留圧縮応力によりアークチューブの使用中にアークチューブ本体にクラックが生じても、このクラックは接合面近傍領域に限定された局所的なものとなり、アークチューブ本体の表面に達するような大きなものとはならないので、放電空間と外部空間との間にリークが発生するのを防止することができる。
【0016】
したがって、本願発明に係るアークチューブは、アークチューブ本体のクラックによるリーク発生を防止することによりその長寿命化を図ることができる。
【0017】
また、本願発明に係るアークチューブの製造方法は、アークチューブ本体の発光管部両側に形成されたピンチシール部に、発光管部の放電空間へ先端部を突出させるようにして1対のタングステン電極がピンチシールされたアークチューブを製造する際、タングステン電極の表面に強電解研磨を施して、該表面の平均粗さを2μm以下にした後、該タングステン電極を石英ガラス管のピンチシール予定部に挿入配置し、該ピンチシール予定部を2000℃以上に加熱した状態で該ピンチシール予定部をピンチシールすることにより各ピンチシール部を形成し、これにより各ピンチシール部におけるタングステン電極との接合面近傍領域の周縁に、該接合面近傍領域に生じる残留圧縮応力によるミラー状の界面を形成するようになっているので、次のような作用効果を得ることができる。
【0018】
すなわち、タングステン電極がピンチシール部にピンチシールされたとき、両者は微小凹凸で噛み合った状態となるので、従来のようにピンチシール部のタングステン電極との接合面近傍領域に極めて大きな圧縮応力が残ってしまうことはない。
【0019】
このため、残留圧縮応力によりアークチューブの使用中にアークチューブ本体にクラックが生じても、このクラックは接合面近傍領域に限定された局所的なものとなり、アークチューブ本体の表面に達するような大きなものとはならないので、放電空間と外部空間との間にリークが発生するのを防止することができる。
【0020】
また、ピンチシール予定部を2000℃以上の高温で加熱してピンチシールを行うことにより、タングステン電極とピンチシール部との接合強度が高まるので、ピンチシール部のタングステン電極との接合面近傍領域に広い範囲にわたって小さな圧縮応力が略均等に残ることとなる。
【0021】
このため、残留圧縮応力によりアークチューブの使用中に生じるアークチューブ本体のクラックは、接合面近傍領域に略均一に分布したものとなり、それ以外の領域へのクラックの波及が効果的に阻止されるので、放電空間と外部空間との間にリークが発生するのを一層確実に防止することができる。
【0022】
したがって、本願発明に係るアークチューブの製造方法を採用することにより、アークチューブの一層の長寿命化を図ることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。
【0024】
図1は、本願発明の一実施形態に係るアークチューブが組み込まれた放電バルブ10を示す側断面図であり、図2は、そのII部拡大図である。
【0025】
これらの図に示すように、この放電バルブ10は車両用前照灯に装着される光源バルブであって、前後方向に延びるアークチューブユニット12と、このアークチューブユニット12の後端部を固定支持する絶縁プラグユニット14とを備えてなっている。
【0026】
アークチューブユニット12は、アークチューブ16と、このアークチューブ16を囲むシュラウドチューブ18とが、一体的に形成されてなっている。
【0027】
アークチューブ16は、石英ガラス管を加工してなるアークチューブ本体20と、このアークチューブ本体20内に埋設された前後1対の電極アッシー22A、22Bとからなっている。
【0028】
アークチューブ本体20は、中央に略楕円球状の発光管部20aが形成されるとともにその前後両側にピンチシール部20b1、20b2が形成されてなっている。発光管部20aの内部には前後方向に延びる略楕円球状の放電空間24が形成されており、この放電空間24には水銀とキセノンガスと金属ハロゲン化物とが封入されている。
【0029】
各電極アッシー22A、22Bは、棒状のタングステン電極26A、26Bとリード線28A、28Bとがモリブデン箔30A、30Bを介して連結固定されてなり、各ピンチシール部20b1、20b2においてアークチューブ本体20にピンチシールされている。その際、各モリブデン箔30A、30Bはすべてピンチシール部20b1、20b2内に埋設されているが、各タングステン電極26A、26Bは、その先端部が前後両側から互いに対向するようにして放電空間24内に突出している。
【0030】
各タングステン電極26A、26Bは、トリエーテッドタングステン(酸化トリウムが数%ドープされたタングステン)を母材として構成されている。これら各タングステン電極26A、26Bの外周表面26Aa、26Baには強電解研磨が施されており、これにより外周表面26Aa、26Baの中心線平均粗さRaは3μm以下(ただし、カットオフ値λc=0.8mm、評価長さln=4mm)に設定されている。また、各タングステン電極26A、26Bの先端面26Ab、26Bbにはバレル研磨が施されており、該先端面26Ab、26BbのコーナRは、良好な放電特性が得られるようにするため、0.04〜0.06mm程度に設定されている。
【0031】
図3は、図2のIII 部拡大図であって、放電バルブ10を何度か点消灯させた後におけるタングステン電極26Bとピンチシール部20b2との接合面の様子を示す図である。なお、もう一方のタングステン電極26Aとピンチシール部20b1との接合面についても同様である。
【0032】
図示のように、外周表面26Baの中心線平均粗さRaが3μm以下に設定されているので、タングステン電極26Bがピンチシール部20b2にピンチシールされたとき、両者は微小凹凸で噛み合った状態となる。このため、従来のようにピンチシール部のタングステン電極との接合面近傍領域に極めて大きな圧縮応力が残ってしまうことはない。
【0033】
したがって、残留圧縮応力によりアークチューブ16の使用中にアークチューブ本体20にクラックが生じても、このクラックは接合面近傍領域に限定された局所的なものとなる。すなわち、図2に示す破線領域Aにおいて石英ガラスが細かく砕けるようなクラックが発生し、ピンチシール部20b2には2点鎖線で示すようなミラー状の界面Bが形成される。このため、アークチューブ本体20の表面に達するような大きなクラックが生じることはなく、これにより放電空間24と外部空間との間にリークが発生するのを防止することができる。
【0034】
図4は、タングステン電極26Bを石英ガラス管20´のピンチシール予定部20b2´にピンチシールするピンチシール工程を示す図である。
【0035】
まず、同図(a)に示すように、発光管部20aが形成されたアークチューブ本体20となるべき石英ガラス管20´の下方から電極アッシー22Bを所定位置まで挿入した状態で、ピンチシール予定部20b2´の下端部をバーナ2で加熱し、同図(b)に示すように、仮ピンチャ4で該下端部に電極アッシー22Bを仮ピンチシールする。
【0036】
次に、同図(c)に示すように、ピンチシール予定部20b2´をバーナ6で2000℃以上(好ましくは2100〜2200℃)に加熱し、この状態で、同図(d)に示すように、本ピンチャ8でピンチシール予定部20b2´に電極アッシー22Bを本ピンチシールし、これによりピンチシール部20b2を形成する。
【0037】
このように、本ピンチシールの際にピンチシール予定部20b2´を2000℃以上の高温で加熱してピンチシールを行うことにより、電極アッシー22Bのタングステン電極26Bとピンチシール部20b2との接合強度が高まるので、ピンチシール部20b2のタングステン電極26Bとの接合面近傍領域に広い範囲にわたって小さな圧縮応力が略均等に残ることとなる。
【0038】
このため、残留圧縮応力によりアークチューブ16の使用中に生じるアークチューブ本体20のクラックは、接合面近傍領域に略均一に分布したものとなり、上記ミラー状の界面Bが容易に形成され、それ以外の領域へのクラックの波及が効果的に阻止されるので、放電空間24と外部空間との間にリークが発生するのを一層確実に防止することができる。
【0039】
表1は、タングステン電極の外周表面の表面粗さ(中心線平均粗さ)Raとアークチューブの寿命(平均寿命Tcおよび初期欠陥発生時間B3 )との関係を示す表であり、表2は、本ピンチシールの際のピンチシール予定部の加熱温度tとアークチューブの寿命(平均寿命Tcおよび初期欠陥発生時間B3)との関係を示す表である。
【0040】
【表1】
【0041】
【表2】
【0042】
表1から明らかなように、表面粗さRaを3μm以下に設定することにより、略2000時間以上の平均寿命を実現することができる。また、表2から明らかなように、本ピンチシールの際のピンチシール予定部の加熱温度tを2000℃以上に設定することにより、略2000時間以上の平均寿命を実現することができる。
【0043】
なお、上記両表において、平均寿命Tcは、サンプル全体の63.2%がNG(不灯)になるまでの時間である。また、初期欠陥発生時間B3 は、サンプル全体の3%がNG(不灯)になるまでの時間であり、平均寿命Tcと併用して考察することにより寿命のバラツキを知ることができる。
【0044】
以上詳述したように、本実施形態に係るアークチューブ16においては、そのアークチューブ本体20の発光管部20a両側のピンチシール部20b1、20b2にピンチシールされた各タングステン電極26A、26Bが、その外周表面26Aa、26Baの中心線平均粗さRaが3μm以下と極めて表面平滑性に優れているので、該タングステン電極26A、26Bがピンチシール部20b1、20b2にピンチシールされたとき両者は微小凹凸で噛み合った状態となり、従来のようにピンチシール部20b1、20b2のタングステン電極26A、26Bとの接合面近傍領域に極めて大きな圧縮応力が残ってしまうことはない。
【0045】
このため、残留圧縮応力によりアークチューブ16の使用中にアークチューブ本体20にクラックが生じても、このクラックは接合面近傍領域に限定された局所的なものとなり、アークチューブ本体20の表面に達するような大きなものとはならないので、放電空間24と外部空間との間にリークが発生するのを防止することができ、これによりアークチューブ16の長寿命化を図ることができる。
【0046】
また、本実施形態においては、石英ガラス管20´のピンチシール予定部20b2´を2000℃以上に加熱した状態でピンチシールを行うことによりピンチシール部20b2を形成するようになっているので、タングステン電極26Bとピンチシール部20b2との接合強度が高まり、これによりピンチシール部20b2におけるタングステン電極26Bとの接合面近傍領域の広い範囲にわたって小さな圧縮応力が略均等に残る。このことは、ピンチシール部20b1におけるタングステン電極26Aとの接合面近傍領域においても同様である。
【0047】
このため、残留圧縮応力によりアークチューブ16の使用中に生じるアークチューブ本体20のクラックは、接合面近傍領域に略均一に分布したものとなり、それ以外の領域へのクラックの波及が効果的に阻止されるので、放電空間24と外部空間との間にリークが発生するのを一層確実に防止することができ、これによりアークチューブ16の長寿命化を図ることができる。
【0048】
なお、本実施形態においては、図4(b)に示す仮ピンチシールに先立って行われるバーナ2によるピンチシール予定部20b2´の下端部の加熱(同図(a)参照)に関しては、タングステン電極26Bとピンチシール部20b2との接合強度に直接関係しないので、その加熱温度に言及していないが、本ピンチシールと同様に2000℃以上に設定するようにしてもよいことはもちろんである。
【0049】
また、本実施形態においては、各タングステン電極26A、26Bの外周表面26Aa、26Baの中心線平均粗さRaを3μm以下に設定するとともに、本ピンチシールの際のピンチシール予定部20b2´の加熱温度を2000℃以上に設定した場合について説明したが、表1および2から明らかなように、例えば、上記中心線平均粗さRaを2μm以下に設定するとともに上記加熱温度を2100℃以上に設定することがアークチューブ16の長寿命化を図る上でより好ましい。
【0050】
本実施形態においては、アークチューブが、車両用前照灯に装着される放電バルブ10のアークチューブ16である場合について説明したが、これ以外の用途に用いられるものであってもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の一実施形態に係るアークチューブが組み込まれた放電バルブを示す側断面図
【図2】図1のII部拡大図
【図3】図2のIII 部拡大図
【図4】タングステン電極を石英ガラス管のピンチシール予定部にピンチシールするピンチシール工程を示す図
【図5】従来例を示す、図2と同様の図
【図6】従来例を示す、図3と同様の図
【符号の説明】
2 バーナ
4 仮ピンチャ
6 バーナ
8 本ピンチャ
10 放電バルブ
12 アークチューブユニット
14 絶縁プラグユニット
16 アークチューブ
18 シュラウドチューブ
20 アークチューブ本体
20´ 石英ガラス管
20a 発光管部
20b1、20b2 ピンチシール部
20b2´ ピンチシール予定部
22A、22B 電極アッシー
24 放電空間
26A、26B タングステン電極
26Aa、26Ba 外周表面
26Ab、26Bb 先端面
28A、28B リード線
30A、30B モリブデン箔
Claims (2)
- 放電空間を形成する発光管部の両側にピンチシール部が形成されてなる石英ガラス製のアークチューブ本体と、上記放電空間へ先端部を突出させるようにして上記各ピンチシール部にピンチシールされた1対のタングステン電極と、を備えてなるアークチューブにおいて、
上記各タングステン電極の表面が、平均粗さ2μm以下の強電解研磨処理面として構成されており、
上記各ピンチシール部における上記タングステン電極との接合面近傍領域の周縁に、該接合面近傍領域に生じる残留圧縮応力によるミラー状の界面が形成されている、ことを特徴とするアークチューブ。 - 放電空間を形成する発光管部の両側にピンチシール部が形成されてなる石英ガラス製のアークチューブ本体と、上記放電空間へ先端部を突出させるようにして上記各ピンチシール部にピンチシールされた1対のタングステン電極と、を備えてなるアークチューブを製造する方法であって、
タングステン電極の表面に強電解研磨を施して、該表面の平均粗さを2μm以下にした後、該タングステン電極を石英ガラス管のピンチシール予定部に挿入配置し、該ピンチシール予定部を2000℃以上に加熱した状態で該ピンチシール予定部をピンチシールすることにより上記各ピンチシール部を形成し、これにより上記各ピンチシール部における上記タングステン電極との接合面近傍領域の周縁に、該接合面近傍領域に生じる残留圧縮応力によるミラー状の界面を形成する、ことを特徴とするアークチューブの製造方法。
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