JP4748466B1 - 放電灯用電極及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切削型電極において、コイル抜けを防止するとともに、点滅の繰り返しによるコイル間の隙間の発生を抑制する構成を提供する。
【解決手段】放電灯用電極において、放電用の先端部（１１）が切削加工された芯棒（１０）、及び先端部を露出させた状態で芯棒にｎターン巻回されたコイル（２０）からなり、少なくとも第１ターンとその隣接ターンの間の第１の部分（Ｆａ）及び第ｎターンとその隣接ターンの間の第２の部分（Ｆｂ）が溶接される構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は放電灯用電極及びその製造方法に関し、より具体的には、コイルが巻回される先端切削型の放電灯用電極の構造に関する。

放電灯用の電極は先端溶融型電極と先端切削型電極に大別される。先端溶融型電極とは、芯棒の先端部にコイルを巻回し、芯棒先端部及びその付近のコイルをともに溶融してドーム状の先端部を形成した電極である。先端切削型電極とは、先端をテーパー状に切削加工してその先端部を露出させた状態で芯棒にコイルを巻回及び固定した電極である。本発明は、溶接の容易性等から後者の切削型電極を採用する。

一般に、芯棒に被覆されるコイルは電極の温度を調整する機能を持ち、これによって始動特性及び放電中の放熱特性が決定され、結果として放電特性が決まる。切削型電極では、コイルが芯棒から抜け落ちるコイル抜けを防止する構造が必要となる。特許文献１−３に切削型電極の例が開示されている。

特許文献１によると、芯棒に巻回されたコイルの後端部を芯棒とともに溶接して芯棒とコイルを一体化し、コイル抜けやコイルが後方に伸びるスプリングバックを防止する構成が開示されている。
特許文献２によると、芯棒に多層に巻回されたコイルのうち下層コイルの前端部及び後端部を芯棒に対してレーザー溶接し、コイルを芯棒に固定する構成が開示されている。
特許文献３によると、芯棒に突起が設けられ、その突起によってコイル位置が規制されて位置決めされる構成が開示されている。

特許第４３２５５１８号公報 特表２００１−５２７２７１号公報 特許第４１８８４８０号公報

特許文献１−２の構成によりコイル抜けは防止されるが、コイル自体のアライメントの乱れを抑制することはできない。例えば、特許文献１の構成によると、放電灯の点灯／消灯の繰り返し（点滅）により電極が熱膨張／収縮を繰り返し、これによりコイルが前方に伸びる等してコイル間に隙間ができる場合がある。また、特許文献２の場合でも、下層コイルの両端部の位置は固定されることが期待されるが、点滅による電極の熱膨張／収縮の繰り返しによって、上層コイルの整列状態が緩み、コイル間に隙間ができる場合がある。

このようにコイル間に隙間が発生することによって、コイルの熱伝導特性が設計当初のものから変化してしまい、点滅回数が累積的に多くなるにつれて所望の始動性又は点灯特性が得られなくなる可能性がある。また、コイル間の隙間が発生することにより放電開始の起点位置も変化し、やはり始動時動作が設計当初の所望の状態ではなくなる可能性がある。

また、特許文献３のように、コイルの各ターンの位置を固定するためにはターン数に応じて多数の突起が必要となり、芯棒の構成が複雑となるために生産性が悪いという問題がある。

そこで本発明は、切削型電極において、コイル抜けを防止するとともに、点滅の繰り返しによるコイル間の隙間の発生を防止する構成を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、放電灯用電極であって、放電用の先端部（１１）が切削加工された芯棒（１０）、及び先端部を露出させた状態で芯棒にｎターン巻回されたコイル（２０）からなり、少なくとも第１ターンとその隣接ターンの間の第１の部分（Ｆａ）及び第ｎターンとその隣接ターンの間の第２の部分（Ｆｂ）が溶接された放電灯用電極である。

本発明の第２の側面は、上記第１の側面の放電灯用電極からなる一対の電極（３０）及び発光管（４０）を備え、一対の放電灯用電極が発光管の内部に対向配置された放電灯である。

本発明の第３の側面は、放電灯用電極の製造方法であって、放電用の先端部が切削加工された芯棒を用意する工程、先端部を露出させた状態で芯棒にコイルをｎターン巻回する工程、及び少なくとも第１ターンとその隣接ターンの間の第１の部分及び第ｎターンとその隣接ターンの間の第２の部分を溶接する工程を備える製造方法である。

上記の各側面において、第１の部分と第２の部分の間を線状に溶接することもできる。ここで、第１の部分から第２の部分までを芯棒の長手方向に沿って略直線状に連続して溶接するようにしてもよい。

本発明の第１の実施例を示す放電灯用電極を示す写真である。 本発明の第１の実施例の変形例を示す図である。 本発明の第１の実施例の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施例を示す放電灯用電極を示す写真である。 本発明の第２の実施例を示す放電灯用電極を示す図である。 本発明の第２の実施例の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施例の変形例を示す図である。 本発明の放電灯を示す図である。 本発明の放電灯用電極の製造方法を示すフローチャートである。 本発明を補足説明する図である。 本発明を補足説明する図である。

実施例１．
図１に本発明の第１の実施例による放電灯用電極１を示す。放電灯用電極１は、放電用の先端部１１が切削加工された芯棒１０、及び先端部１１を露出させた状態で芯棒にｎターン巻回されたコイル２０からなる。本実施例では、コイル２０のうち、少なくとも第１ターンＴ１とその隣接ターンＴ２の間の第１の部分Ｆａ及び第ｎターンＴｎとその隣接ターンＴｎ−１の間の第２の部分Ｆｂが溶接される。溶接はレーザー、ＴＩＧ、抵抗溶接等で行なわれる。なお、芯棒１０とコイル２０の間は溶接されない。

上記二箇所の溶接により、コイル２０の先端径部分（第１ターンＴ１から第２ターンＴ２にかけて）及び後端径部分（第ｎ−１ターンＴｎ−１から第ｎターンＴｎにかけて）の径が規定されるので、コイル２０が緩むことなく、コイル抜けが防止できる。また、コイル２０の先端径部分及び後端径部分の形状が確定されることにより、これらの部分が芯棒１０を確実にホールドすることができ、コイル２０が電極軸方向にずれることがない。従って、コイル間隙間の発生を防止することができる。

また、特許文献１及び２ではいずれも溶接がコイルと芯棒の異種材料間（仮に同種であったとしても熱容量が大きく異なる）で行なわれるが、本実施例では溶接がコイル間という同種材料間であるため、溶接の作業性が良い。

さらに、図２Ａ及び２Ｂに本実施例の変形例である電極２及び３を示す。電極２及び３は、溶接部分ＦａとＦｂの間に中間的な溶接部分Ｆｃ、Ｆｄ、Ｆｅ及びＦｆを設けて溶接部分の数を増やし、コイル抜け防止及びコイル間隙間の発生防止の効果をより補強するものである。電極２では溶接部分Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ及びＦｄが同じ方向に面しており、図２Ｂでは溶接部分Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｅ及びＦｆが電極軸に対して多方向に分散される。電極２においては、電極２に対してほぼ一方向から溶接できる（例えば、一方向からレーザーを照射できる）ので溶接作業の効率が良い。電極３においては、溶接部分が電極３上で分散されているので、少ない溶接箇所で補強効果を得ることが可能である。なお、図２Ａ及び２Ｂではそれぞれ２個の中間的溶接部分を示しているが、中間的溶接部分の数は任意である。

実施例２．
上記第１の実施例では溶接箇所が点状のものを示したが、第２の実施例では溶接箇所が線状のものを示す。図３Ａに本発明の第２の実施例による電極４の写真を示し、図３Ｂにその図解を示す。本実施例では、第１ターンＴ１とその隣接ターンＴ２の間の部分Ｆａから、第ｎターンＴｎとその隣接ターンＴｎ−１の間の部分Ｆｂにかけて、芯棒１０の長手方向に略直線状に連続して溶接部Ｆａ−ｂとして溶接される。溶接部Ｆａ−ｂは一連となっていることが望ましいが、途中で部分的に途切れていても問題はない。本実施例でも、溶接はレーザー、ＴＩＧ、抵抗溶接等で行なわれ、芯棒１０とコイル２０の間は溶接されない。

上記の溶接部Ｆａ−ｂにより、コイル２０の各ターンの径が規定されるので、コイル２０が緩むことなく、コイル抜けが防止できる。また、コイル２０の各ターンの形状が確定されることにより、これらの部分が芯棒１０を確実にホールドすることができ、コイル２０が軸方向にずれることがない。従って、コイル間隙間の発生を防止できる。

また、本実施例は各ターンを一体化するので、実施例１の図１の場合と比べてコイル抜け防止及びコイル間隙間の発生防止の効果が高く、しかも、図２Ａ又は２Ｂの場合に比べて溶接の位置決め精度が要求されず、容易な溶接が可能となる。また、溶接部分を直線状にすることにより最小限の溶接とすることができ、生産性が良い。

図４Ａに本実施例の変形例による電極５を示す。上記電極４では溶接部分Ｆａ−ｂをほぼ同一面で直線上に溶接するものとしたが、電極５では溶接部分Ｆａ−ｂが螺旋状に溶接される。このように、電極５では溶接範囲を広くすることにより、コイル抜け防止及びコイル間隙間の発生防止の効果がさらに向上する。また、溶接箇所が電極軸に対して全方向に分散されるので、電極の物理的プロファイルを電極軸に対して対称にすることができる。

図４Ｂに本実施例の変形例による電極６を示す。上記電極４及び５では溶接部Ｆａ−ｂを一列としたが、電極６では溶接部を複数列とする。図示するように一方の溶接部Ｆａ´は溶接部Ｆａを含み、他方の溶接部Ｆｂ´は溶接部Ｆｂを含む。そして、各溶接部が電極軸に対して平行となるようにしている。この構成により、コイル２０の端部２１及び２２付近を溶接しつつも溶接長を最小にすることができる。また、例えばレーザー溶接する場合に、一回の溶接動作において、レーザーと電極６とを電極軸に対して相対的に回転させながら溶接を行なう必要がなく（即ち、電極６を軸回転させながらレーザーを照射したり、レーザーを電極６の周りに回転させながら照射したりする必要がなく）、製造が容易となる。

なお、溶接長を最小にするために溶接部Ｆａ´とＦｂ´は長さ方向に重なりを持たない長さとしているが、各溶接部の長さは図示したものよりも長くてもよい。例えば、Ｆａ´が第ｎターンＴｎに到達していてもよいし、Ｆｂ´が第１ターンＴ１に到達していてもよい。言い換えると、図３における線状の溶接部を複数本としてもよい。

図５に上記各実施例による一対の電極３０を用いる放電灯を示す。放電ランプは石英ガラス等の発光管４０、及び発光管４０内に対向配置された一対の電極３０を備える。一対の電極３０は上記の電極１−６のいずれかであればよい。発光管４０は各電極３０に接続されたモリブデン箔３１及びリード３２を備える。なお、発光管４０の内部には少なくとも水銀及び不活性ガスが封入されている。本発明の電極は高圧放電灯に特に適している。
これにより、始動特性及び放電特性について、点滅回数が累積されても設計当初の所望の特性を維持できる放電灯が得られる。

図６に本発明の放電灯用電極の製造方法のフローチャートを示す。
工程Ｓ１００で、放電用の先端部１１が切削加工された芯棒１０が用意される。
工程Ｓ１１０で、先端部１１を露出させた状態で芯棒１０にコイル２０がｎターン巻回される。

工程Ｓ１２０で、少なくとも第１ターンＴ１とその隣接ターンＴ２の間の第１の部分Ｆａ及び第ｎターンＴｎとその隣接ターンＴｎ−１の間の第２の部分Ｆｂを溶接する。ここで、前述したように、第１の部分Ｆａと第２の部分Ｆｂとの間に他の溶接部分を設けてもよいし、第１の部分Ｆａと第２の部分Ｆｂとの間を線状に溶接してもよい。

上記製造方法により、コイル抜けを防止するとともに、点滅の繰り返しによるコイル間の隙間の発生を防止する構成の電極を高い生産性で製造することができる。

以上に、本発明の最も好適な実施例を示したが、本発明は発明の趣旨を逸脱しない範囲で以下のように変形可能である。
（１）上記各実施例において、図７Ａに示すように、溶接部分Ｆａが第１ターンＴ１の端部を含み、溶接部分Ｆｂが第ｎターンＴｎの端部を含むようにしてもよい。これにより、コイル端部からの望ましくない放電を防止できる。
（２）上記実施例では単層巻きコイルを示したが、多層巻きコイルの場合でも、例えば図７Ｂのように、下層から上層にわたって連続して溶接することにより本発明の効果を達成できる。
（３）上記実施例では、コイル２０の巻き方向について、電極先端側を第１ターン（電極根元側を第ｎターン）としているが、電極根元側を第１ターン（電極先端側を第ｎターン）としてもよい。また、溶接部Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ、Ｆｅ及びＦｆの溶接順序は任意であり、溶接部Ｆａ−ｂ、Ｆａ´又はＦｂ´の溶接方向も任意である。

１−６．電極
１０．芯棒
１１．先端部
２０．コイル
３０．電極
４０．発光管
Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ、Ｆｅ、Ｆｆ、Ｆａ−ｂ、Ｆａ´、Ｆｂ´．溶接部

Claims (7)

1. 放電灯用電極であって、
   放電用の先端部（１１）が切削加工された芯棒（１０）、及び
   前記先端部を露出させた状態で前記芯棒にｎターン巻回されたコイル（２０）
   からなり、
   少なくとも第１ターンとその隣接ターンの間の第１の部分（Ｆａ）及び第ｎターンとその隣接ターンの間の第２の部分（Ｆｂ）が溶接された放電灯用電極。
2. 請求項１の放電灯用電極であって、前記第１の部分と前記第２の部分の間が線状に溶接された放電灯用電極。
3. 請求項２の放電灯用電極であって、前記第１の部分から前記第２の部分までが前記芯棒の長手方向に沿って略直線状に連続して溶接された放電灯用電極。
4. 請求項１記載の放電灯用電極からなる一対の電極（３０）及び発光管（４０）を備え、該一対の放電灯用電極が該発光管の内部に対向配置された放電灯。
5. 放電灯用電極の製造方法であって、
   放電用の先端部が切削加工された芯棒を用意する工程、
   前記先端部を露出させた状態で前記芯棒にコイルをｎターン巻回する工程、及び
   少なくとも第１ターンとその隣接ターンの間の第１の部分及び第ｎターンとその隣接ターンの間の第２の部分を溶接する工程
   を備える製造方法。
6. 請求項５の製造方法であって、前記溶接する工程が、前記第１の部分と前記第２の部分との間を線状に溶接する工程を含む、製造方法。
7. 請求項５の製造方法であって、前記溶接する工程が、前記第１の部分から前記第２の部分までを前記芯棒の長手方向に沿って略直線状に連続して溶接する工程を含む、製造方法。