JP4188480B2 - コイル体を備えた電極および該電極を製造する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイル体を被せ嵌められたコアピンから成る、高融点の導電性材料から形成された電極に関する。
【０００２】
本発明は、特に高圧放電ランプのための電極に関するものであるが、しかし、白熱電球の、コイルを施された発光体のための保持手段にも関連している。
【０００３】
【従来の技術】
米国特許第５４５１８３７号明細書に基づき公知の、高圧放電ランプのための電極の場合、コアピンは対称的な切欠きまたは対称的な膨隆部を有している。この切欠きまたは膨隆部によって、被せ嵌められたコイル体のためのより良好な保持を保証しようとしている。このような構造の欠点は、この構造が小さなランプ出力には殆ど適していないことである。それというのは、このような小さな出力を有するランプには小さなコアピンが使用され、これらの小さなコアピンは機械的な加工が相応に困難であるからである。
【０００４】
国際出願公開第９５／３０２３７号パンフレットに基づき、小さなランプ出力のための高圧放電ランプが公知である。この高圧放電ランプの電極は、丸くないコアピンを備えている。コアピンの不規則的または対称的な変形加工部がコアピンの、コイル体が被せ嵌められている領域全体に延びている。これらの変形加工部は、研削プロセスによって大きな手間をかけて製造されなければならない。このようなコアピンは、コアピンの直径が１５０〜１７０μｍオーダに過ぎないことを考慮すると、その製造は極めて困難である。このような小さなコアピンの、前述の研削プロセスによる機械的な加工は、極めて大きな手間がかかり高い不良品発生率を伴う。
【０００５】
米国特許第４８１２７１０号明細書に基づき公知のハロゲン電球の電極は内部給電部として、二重コイルを施された発光体を保持している。給電部の端部には、対称的な平らな面取り部が形成されている。これらの面取り部には、発光体の端部が被せ嵌められている。このような配置は自動化しにくい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は冒頭で述べた形式の電極を改良して、容易に、かつ損傷を与えずに製造することができ、しかも、被せ嵌められたコイルの極めて信頼性の高い保持が可能であるような電極を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、コアピンに側方で頂部から所定の間隔を置いて、コアピンの直径を超えて突出する突起が形成されており、コイル体の少なくとも１つの巻条が突起の背後に配置されており、コアピンの、第１の突起（９ａ）に対向する側に第２の突起（９ｂ）を設けてあり、前記第２の突起（９ｂ）が前記第１の突起（９ａ）に対してコアピンの長手方向にずらされて配置されている。
【０００８】
【発明の効果】
本発明による電極は高溶融点の導電性材料、有利にはタングステンから製作されているが、しかしモリブデンまたはタンタルも考えられる。この電極は、通常の場合円筒形横断面を有するコアピンから成っている。しかしこのコアピンは、楕円形または平らに面取りされていてもよい。このようなコアピンの端部にはコイル体が被せ嵌められている。コイル体はコアピンの頂部から突出しているか、または頂部の手前で既に終わっていてもよい。このようなコイル体は高圧放電ランプの場合、電極の熱バランス(Waermehaushalt)を調整するか、または、コイル体の巻条の間に導入されたエミッタ材料を保持するためのホルダとして役立つ。白熱電球、有利にはハロゲン電球の場合には、電極は内部給電部として形成されている。被せ嵌められたコイル体はこの場合発光体の端部である。
【０００９】
本発明によれば、コアピンには側方に、頂部から所定の間隔を置いて、コアピンの直径を超えて突出する突起が形成されている。この突起の突出高さのための典型的な値は１０μｍである。この場合コイル体は、少なくとも１つの巻条が突起の背後に来るまで、突起に被せ嵌められている。
【００１０】
第２の突起が第１の突起に対してずらされて配置されていて、しかも、両突起の相互間隔が、長手方向軸線に沿って測定して、コイル体の幾何学的形状つまりジオメトリに調和させられている。個々の巻条が接触し合うようにコイル体がピッチを有さずに巻かれている場合、第２の突起がコイル体の線材直径の半分だけずらされていることが特に望ましい。個々の巻条が互いに間隔を有するようにコイル体がピッチを有して形成されている場合には、両突起がコイル体のピッチの半分だけ互いにずらされていることが望ましい。こうして、コイル体は両突起の間に係合し、この場所で最適に保持されることが保証される。
【００１１】
原則的には、比較的長いコイル体において、２つよりも多い突起が使用されてもよい。
【００１２】
突起がコイル体のほぼ真ん中に配置されていると、特に確実な保持が高圧放電ランプのための電極において達成される。このコイル体は一重に巻かれていて、ほぼ４〜１０個の巻条から成っている。このようなコイル体の、ばね作用による自己保持力は比較的小さい。この場合には、突起がコアピンの表面を超える突高さが比較的大きいと有利である。典型的な値は１０〜３０μｍである。
【００１３】
ハロゲン電球のためには、コイル体として２重コイルを施された発光体端部がしばしば使用される。このような端部は、高い自己保持力を備えた大きなばね作用を有しているので、この場合には比較的僅かな突出高さ（５〜１０μｍ）で十分である。
【００１４】
コアピンに設けられた突起に基づくこのような保持機構は、小さな出力、例えば３５〜１５０Ｗを有するランプに特に適している。このようなランプの場合、電極は極めて小さく、機械的な加工には困難を伴う。コアピンの典型的な直径は、約１５０〜１０００μｍである。しかしながらこの保持機構は原理的には、より大きな直径、例えば５ｍｍの直径のコアピンにも適している。コイル体の線材直径は、コアピンの直径の約１０〜５０％であると有利である。
【００１５】
コイル体がコアピンにおいて確実な保持状態を有するように、コアピンを超えた突起の突出高さが約５〜３０μｍであると有利である。コイル体のための線材の直径は約５０〜５００μｍオーダである。コアピンの横断面変化に基づく公知の保持技術においては、コアピンの周面は不変のままであるか、または著しく拡大されるのに対し、本発明による保持技術の場合、コアピンは効果的に僅かにだけ、それも約３〜１０％だけ拡大される。本発明による保持技術の格別な利点は、コイル体の巻条に調和された相互間隔を有する、互いにずらされた２つの突起を使用することにより、最適な保持作用を大きな力手間なしに達成することができることである。コイル体の被せ嵌めは簡単かつ信頼性良く実施可能である。全体的に見て、このような保持技術は極めて簡単に自動化することができ、僅かな不良品発生しか伴わない。個々の突起の範囲におけるコアピンの周面の拡大部を比較的小さく保つことができるので、これらの突起を簡単な技術によって製造することが可能である。
【００１６】
上述のような電極を製造するのに特に適した方法は、コアピンをレーザビームで側方から照射することにより、コアピンの材料を局部的に溶融して突起を形成することである。次いでコイル体を、突起を超えるようにコアピンに被せ嵌める。このような方法は、コアピンを同時に２つの側からレーザビームで照射して、２つの突起を形成するように、種々の変更を簡単に加える（例えばビームスプリッタによって）ことができる。レーザビーム、一般的には高出力を有して１０６４ｎｍの波長を有するＮｄ：ＹＡＧレーザが、コアピンの、突起の形成のための個所に集束される。レーザの出力は、コアピンの材料が溶融し、表面張力に基づき円頂部（突起）を形成するように調節される。この円頂部はしばしば凹部内に位置している。このような加工技術の場合、コアピンの材料は除去されることも、追加されることもない。この材料は単に重ね替えられるだけである。しかも突起を取り囲むように形成された凹部は狭幅であるので、コイル体は凹部を認識しないが、その代わりに突起の突出部を極めて良好に感知する。
【００１７】
コアピンの公知の切欠きおよび平らな面取り部の場合、コイル体は、コアピンのこれにより形成された凹部内に押し込まれる。これらの切欠きもしくは平らな面取り部は対称的なので、コイル体の巻条のずれにより、コイル体の一部しか切欠きもしくは平らな面取り部に良好に固定されない。これとは異なり、今やコアピンの直径は突起によってむしろ点状に拡大されている。コイル体が適宜な力でコアピンに被せられると、被せ嵌められたコイル体は容易に突起に被さるようにスライドする。このために必要な力は測定し評価することができ、場合によって行われる選別化のための試験尺度として使用することができる。互いに所定の間隔を置いて２つの突起が設けられている場合、コアピンとコイル体との特に良好な噛み合い(Verzahnung)が得られる。それというのはこの場所ではコアピンとコイル体のジオメトリとの間の調和が行われるからである。
【００１８】
本発明による保持技術は、突起の形成時に、コアピンの無接触式の、ひいては特に傷をつけにくい加工を可能にする。このことは材料としてタングステンを使用した場合に、大きな利点を有する。それというのはタングステンは周知のように極めて壊れやすいからである。コアピンとコイル体との形状接続、つまり形状による係合は、特に２つの突起の場合には噛み合いに基づいて、やはり大きな力手間をかけずに行うことができる。費やされるべき力の典型的な値は約１０Ｎである。つまり、壊れやすいコアピンへの高い負荷は２度回避される。すなわち一度目は突起形成時、二度目はコイル体の被せ嵌め時である。
【００１９】
突起の形成時における材料移動(Materialumsatz)のための典型的な値は、当該ディスク状の容積の約２０％である。コアピンの直径が比較的大きな値の場合、前記値は減じられる。直径の所定の値範囲を超えると、材料移動のこのような値は、高められたレーザ出力によって後調節することができる。レーザ出力の典型的な値は５〜５０Ｊである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に本発明を図面に示した実施の形態について説明する。
【００２１】
図１には、３５Ｗの出力を有するメタルハライドランプ１が、２つの側で閉じられた、セラミックスから成る放電容器(Entladungsgefaess)２を備えた状態で示されている。ストップピン(Stopfen)３には、ガラス封止部(Glaslot)４によって、２つの外部給電部５がシールされている。これらの外部給電部は放電容器内部の電極６に接続されている。これらの電極６はコアピン７から成っている。これらのコアピンにはコイル体８が被せ嵌められている。両構成部分つまりコアピンおよびコイル体はタングステンから成っている。コアピンの直径は１５０μｍであり、コイル体８の直径は５０μｍである。
【００２２】
図２ａは電極６の拡大図を示している。コイル体８は互いに接触し合う４つの巻条から成っている。これらの巻条はコアピン７の頂部に被せ嵌められている。これらの巻条は２つの突起９ａ，９ｂによって保持される。これらの突起は、コアピンから側方に突出していて、第２の巻条と第３の巻条との間でこのコイル体を固定している。両突起９の相互間隔はコアピンの長手方向で見て、ｄ／２、つまりコイル体の線材直径ｄの半分である。コアピンにおける突起の突出高さは約１５μｍである。
【００２３】
図２ｂには、図２ａと同様のコアピン７が、コイル体を有しない状態で示されている。このコアピンは、図２ａのコアピンを僅かに回動させた状態で示されている。これにより、突起９が大きな面積にわたって、狭幅の凹部１０によって取り囲まれていることが判る。
【００２４】
図３は、電極の別の実施例を示している。この電極の場合、コイル体８は１つの突起９だけによってコアピン７に保持される。コアピンに設けられた突起の突出高さはほぼ３０μｍである。このような実施例はとりわけコアピンの直径が大きい（有利には最小５００μｍ）場合に有意義である。
【００２５】
図４には、７５Ｗの出力を有するハロゲン電球(Halogengluelampe)１５が示されている。バルブ１６には、二重コイルを施された発光体１７がフレーム１８によって真ん中に保持されている。二重コイルを有する発光体端部１９ａは、コイルを施されていない中間素子１９ｂを介して発光部分１９ｃに取り付けられている。これらの発光体端部１９ａはＶ字形に曲げられた、内部給電部として機能する電極２０に被せ嵌められており、この場所で１つまたは２つの突起２１によって保持される。電極の直径は５５０μｍであり、発光体の一次コイルの直径は２００μｍである。コアピンの突起２１の突出高さは２０μｍである。２つの突起が設けられている場合には、突出高さはそれぞれ１０μｍである。
【００２６】
第５図には突起の製造原理が示されている。２００μｍの直径を備えたコアピン７が、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２５によって、互いに対向する２つの側から５Ｊのエネルギで照射される。レーザビーム２６はレンズ２７によってコアピン７に集束される。１つの突起を製造するために、約６μｓの時間のレーザパルスが導入される。
【図面の簡単な説明】
【図１】高圧放電ランプを示す断面図である。
【図２】図１のランプのための電極を示す断面図ａと、電極のコアピンを、図２ａのコアピンを僅かに回動させた状態で示す平面図ｂである。
【図３】高圧放電ランプのための電極の別の実施例を示す図である。
【図４】ハロゲン電球の電極の実施例をと共に示す図である。
【図５】突起を形成するための製造法を示す図である。
【符号の説明】
１ メタルハライドランプ、 ２ 放電容器、 ３ ストッパピン、 ４ ガラス封止部、 ５ 外部給電部、 ６ 電極、 ７ コアピン、 ８ コイル体、 ９ａ，９ｂ 突起、 １０ 凹部、 １５ ハロゲン電球、 １６ バルブ、 １７ 発光体、 １８ フレーム、 １９ａ 発光体端部、 １９ｂ 中間素子、 １９ｃ 発光部分、 ２０ 電極、 ２１ 突起、 ２５ Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、 ２６ レーザビーム、 ２７ レンズ

Claims (4)

1. コイル体（８）を被せ嵌められた直径の一定なコアピン（７）から成る、高融点の導電性材料から形成された電極において、
   コアピン（７）に側方で頂部から所定の間隔を置いて、コアピンの直径を超えて点状に突出する突起（９）が形成されており、コイル体（８）の少なくとも１つの巻条が突起（９）の背後に配置されており、コアピンの、第１の突起（９ａ）に対向する側に第２の突起（９ｂ）を設けてあり、前記第２の突起（９ｂ）が前記第１の突起（９ａ）に対してコアピンの長手方向にずらされて配置されていることを特徴とする、コイル体を備えた電極
2. 請求項１記載の電極が設けられていることを特徴とする、ランプ。
3. 請求項１記載の電極を製造する方法において、
   直径の一定なコアピン（７）に側方からレーザビーム（２６）を照射し、コアピンの材料を局部的に溶融させて点状の突起を形成し、該製造方法によって、コアピンの、第１の突起（９ａ）に対向する側に第２の突起（９ｂ）を形成し、前記第２の突起（９ｂ）を前記第１の突起（９ａ）に対してコアピンの長手方向にずらしてあることを特徴とする、電極を製造する方法。
4. コアピンを同時に２つの側からレーザビームで照射して、２つの突起を形成する、請求項３記載の方法。

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