JP5958818B2

JP5958818B2 - 電極マウント、および放電ランプ

Info

Publication number: JP5958818B2
Application number: JP2012202732A
Authority: JP
Inventors: 宰白川
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2016-08-02
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: JP2014059963A

Description

本発明の実施形態は、電極マウント、および放電ランプに関する。

放電ランプは、発光管とシール部とを備える発光管のシール部に、電極マウントが封着されてなるランプである。電極マウントは、金属箔と電極とで構成されており、それらはレーザ照射により、溶接することができる。このレーザ溶接により接合した電極マウントにおいて、金属箔と電極の接合が外れる不具合が生じており、接合強度の改善が求められている。

特開２０１２−８４４５４号公報特許第４９７２１７２号明細書特許第４４９４２２４号明細書特開２００５−３４９４７７号公報特開２００４−３６３０１４号公報

本発明が解決しようとする課題は、接合強度が優れた電極マウント、および放電ランプを提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態の電極マウントは、表裏に位置する第１、第２の面を有する金属箔と、前記金属箔と接続された電極と、を具備し、前記金属箔と前記電極は、前記第１の面と前記電極の少なくとも一部が重なり合うように配置され、その重なり合った部分には前記金属箔側から前記電極の内部に延伸するように溶接痕が形成されており、前記溶接痕は、前記第２の面側から見たときに長丸形状であるとともに、前記溶接痕の中心線と、前記第２の面の垂線方向と、がなす角度が１０°以上５０°以下となっている。

第１の実施形態の放電ランプについて説明するための図である。第１の実施形態の放電ランプの断面について説明するための図である。第１の実施形態の放電ランプの金属箔を第２の面側から見たときの状態について説明するための図である。図３に示した範囲Ａについて説明するための図である。第１の実施形態の電極マウントの断面について説明するための図である。第１の実施形態の電極マウントの一製造方法について説明するための図である。第１の実施形態の電極マウントのレーザ照射について説明するための図である。電極マウントの他の例について説明するための図である。

（第１の実施形態）
図１および図２を参照して、第１の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の放電ランプについて説明するための図であり、図２は、第１の実施形態の放電ランプの断面について説明するための図、図３は、第１の実施形態の放電ランプの金属箔を第２の面側から見たときの状態について説明するための図である。

本実施形態の放電ランプは、自動車前照灯用のヘッドランプに用いられるランプであり、気密容器として内管１を備えている。内管１は細長い形状であり、その中央付近には略楕円形の発光部１１が形成されている。発光部１１の両端には、ピンチシールにより形成された板状のシール部１２、その両端には境界部１３を介して円筒部１４が連続形成されている。この内管１としては、例えば石英ガラスなどの耐熱性と透光性を具備した材料で構成されるのが望ましい。また、シール部１２はシュリンクシールにより形成されることにより円柱状の形状であってもよい。

発光部１１の内部には、中央が略円柱状で、両端に向かってテーパ状となっている放電空間１１１が形成されている。放電空間１１１には、金属ハロゲン化物２および希ガスが封入されている。金属ハロゲン化物２は、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化亜鉛、臭化インジウムで構成されている。なお、この金属ハロゲン化物２の組合せはこれに限らず、スズ、セシウムのハロゲン化物を追加するなどしてもよい。

希ガスは、キセノンが使用されている。この希ガスの圧力は、１２ａｔｍ〜１８ａｔｍ、望ましくは１３ａｔｍ〜１６ａｔｍである。なお、希ガスとしてはキセノンとネオン、アルゴン、クリプトンなどを組み合わせた混合ガスで使用することもできる。

ここで、本実施形態のランプは、水銀フリー放電ランプである。この「水銀フリー」とは、水銀を実質的に含んでいないという意味である。

発光部１１の両側に形成されたシール部１２には、それぞれ電極マウント３が封着されている。電極マウント３は、金属箔３１、電極３２、コイル３３およびリード線３４により構成されている。

金属箔３１は、例えば、モリブデンからなる薄板状の部材であり、表裏に平坦な第１の面３１１と第２の面３１２を備えている。その平坦面の短手方向の両端は、徐々に厚みが薄くなるナイフエッジ形状になっている。本実施形態では、電極３２が接続される側の第１の面３１１と第２の面３１２の半面（ただし、端部および電極３２との重ね合わせ部分は除く）には、粗面３１３が形成されている。この粗面３１３は、図４に示すように、複数の円形状の凹部３１３からなるものである。凹部３１３は例えば、直径は１８μｍ、深さは３μｍである非貫通の半円状の凹みであり、ＹＡＧレーザを照射することで形成することができる。

電極３２は、例えばタングステンに酸化トリウムをドープした、いわゆるトリエーテッドタングステンからなる棒状の部材である。その一端は金属箔３１の発光部１１側の端部に接続され、他端は放電空間１１１内に突出し、所定の距離を保って互いの先端部同士が対向するように対設されている。直径は、０．２２〜０．４ｍｍである。例えば０．３８ｍｍである。自動車前照灯の用途の場合には、電極３２同士の先端間の距離を、外管５を通して観察したときに３．７ｍｍ〜４．４ｍｍの範囲に位置決めするのが好ましい。

コイル３３は、例えば、ドープタングステンからなる金属線であって、シール部１２に封着される電極３２の軸部の軸周りに螺旋状に巻装されている。

リード線３４は、例えば、モリブデンからなる金属線である。リード線３４の一端は、発光部１１から電極接続側に対して反対側の金属箔３１の端部に接続されており、他端は内管１の外部まで管軸に略平行に延出されている。ランプの前端側、すなわちソケット６から遠位側に延出されたリード線３４には、例えば、ニッケルからなるＬ字状のサポートワイヤ３５の一端がレーザ溶接により接続されている。このサポートワイヤ３５には、内管１と平行に延在する部位に、例えば、セラミックからなるスリーブ４が装着されている。

上記で構成された内管１の外側には、発光部１１を覆うように筒状の外管５が内管１とほぼ同心状に設けられている。これら内外管の接続は、内管１の円筒部１４付近に外管５の端部をそれぞれ溶着することにより行なわれている。内管１と外管５との間に形成された閉空間５１には、ガスが封入されている。このガスには、誘電体バリア放電可能なガス、例えばネオン、アルゴン、キセノン、窒素から選択された一種のガスまたは混合ガスを使用することができる。ガスの圧力は０．３ａｔｍ以下、特に０．１ａｔｍ以下であるのが望ましい。なお、外管５としては、内管１に熱膨張係数が近く、かつ紫外線遮断性を有する材料で構成するのが望ましく、例えば、チタン、セリウム、アルミニウム等の酸化物を添加した石英ガラスを使用することができる。

外管５が接続された内管１の一端には、ソケット６が接続されている。これらの接続は、外管５の外周面に金属バンド７１を装着し、その金属バンド７１をソケット６から４本突出形成させた金属製の舌片７２で把持することで行なっている。また、ソケット６の底部には底部端子８１、側部には側部端子８２が形成されており、底部端子８１と側部端子８２には、それぞれリード線３４とサポートワイヤ３５が接続されている。

これらで構成された箔シールランプは、底部端子８１が高圧側、側部端子８２が低圧側になるように点灯回路（図示なし）と接続され、始動時はランプ電力が７５Ｗ、安定点灯時は３５Ｗとなるように点灯される。

ここで、金属箔３１と電極３２の接続について説明する。金属箔３１と電極３２は、第１の面３１１と電極３２の少なくとも一部が重なり合うように配置された状態で溶接されている。その溶接により、重なり合った部分には金属箔３１側から電極３２の内部に延伸するような形状の溶接痕３６、および凹部３７が形成されている。溶接痕３６は、略楕円錐状である。すなわち、第２の面３１２側から見たときの形状は、図４に示すように長丸である。その長丸は、例えば短辺の長さＬ１は２００μｍ、長辺の長さＬ２は３００μｍである。Ｌ１とＬ２の比であるＬ２／Ｌ１は、接合強度を向上させるために、１．３〜２．０が好適である。また、金属箔３１の短手方向に沿う断面における形状は、図５（ａ）に示すように、中心線Ｂ−Ｂ’（溶接痕３６の電極３２の最も内部に位置する頂点付近を通り、溶接痕３６の面積を略二分する線）が第２の面３１２と略直交する略三角形状である。金属箔３１の長手方向に沿う断面における形状は、図５（ｂ）に示すように、中心線Ｂ−Ｂ’が第２の面３１２の垂線方向に対して傾斜した略三角形状になっている。例えば、傾斜角α１は２５°、傾斜角α２は４０°である。傾斜角αは、接合強度を向上させるために、１０°〜５０°が好適である。また、凹部３７の頂点は、溶接痕３６が傾いた方向とは反対の方向に偏在している。なお、金属箔３１とリード線３５も同様の構造をしている。

次に、金属箔３１と電極３２の溶接方法について説明する。まず、図６に示すように、電極３２およびリード線３５が溝９１１に嵌るように、治具９１に配置する。次に、電極３２およびリード線３５の一部に第１の面３１１が重複するように金属箔３１を配置したのち、第２の面３１２の四隅に抑え部材９２を配置して金属箔３１を固定する。そして、図７に示すように、ＹＡＧレーザ照射装置のレーザ照射部９３で、金属箔３１と電極３２の重ね合わせ部分に、第２の面３１２側からレーザを照射する。その際、図７（ｂ）に示すように、レーザ照射部９３を第２の面３１２の垂線方向に対してリード線３２側に傾斜させて、レーザを照射する。その時の傾斜角β１は、例えば３５°である。傾斜角βは、接合強度を向上させるため、また溶接しやすくするため、１０°〜５０°が好適である。このレーザ照射工程を、位置を変えて複数回行い、金属箔３１と電極３２の重ね合わせ部分に複数の溶接痕３６を形成する。

このように、金属箔３１と電極３２の重ね合わせ部分にレーザを斜めに照射することにより、第２の面３１２側から見た溶接痕３６の形状が長丸になるため、同じ径のレーザを用い、第２の面３１２に対して垂直にレーザを照射する場合（従来方法）に形成される円形の溶接痕と比較して、サイズが大きくなる。サイズが大きくなると、電極３２と溶接痕３６の接触面積が大きくなるため、金属箔３１と電極３２の接合強度を強化することができる。

なお、従来方法で金属箔３１と電極３２の接合強度を強化したい場合、一般的にはレーザの出力を上げる方法が用いられてきた。この方法の場合、電極に与えるダメージが大きくなり、電極の結晶粗大化や脆化を引き起こしてしまう。また、電極３２内部における溶接痕３６の高さｈが高くなりすぎることを起因とする電極折れが発生するおそれがある。また、レーザの照射径を大きくする方法もあるが、使用可能なレーザの照射径は電極の直径に依存するため、場合によってはレーザの照射径を大きくすることはできない。これに対して、本実施形態の方法は、レーザの出力を上げることなく、上記のような問題の発生を抑制しつつ、金属箔３１と電極３２の接合強度を強化することができる。

第１の実施形態においては、金属箔３１と電極３２の重なり合った部分に、第２の面３１２の垂線方向に対して傾斜させた状態で、第２の面３１２側からその重なり合った部分にレーザを照射して溶接することで、その重なり合った部分に、第２の面３１２側から見たときの形状は長丸で、第２の面３１２の垂線方向に対して中心線Ｂ−Ｂ’が傾斜している溶接痕３６を形成することができる。そのため、レーザの出力を上げることなく、金属箔３１と電極３２の接合強度を強化することができる。

本発明は上記実施態様に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、金属箔３ａ１、３ｂ１の材料としては、モリブデンに限らず、レニウムモリブデン、タングステン、レニウムタングステンなどで構成しても本発明の効果を得ることができ、材料に限定されない。また、表面に薄膜や層を形成したものであってもよい。

電極３２の形状は、先端の径を基端の径よりも大きくした段付き状であるもの、先端が径大の球状であるもの、一方の電極径と他方の電極径が異なる形状であってもよい。また、電極材料は、純タングステン、タングステンにアルミニウム、珪素、カリウムを微量にドープしたドープタングステン、タングステンにレニウムをドープしたレニウムタングステンなどであってもよい。

溶接痕３６は、図８（ａ）のように、第２の面３１２の垂線方向に対して金属箔３１の短手方向に傾斜させた形状にしてもよい。また、図８（ｂ）のように、第２の面３１２の垂線方向に対して発光部１１側に傾斜させた溶接痕３６１と、リード線３４側に傾斜させた溶接痕３６２を、一の金属箔３１と電極３２の重ね合わせ部分に形成してもよい。この形状では、溶接痕３６１、３６２が電極３２をホールドするため、さらに接合外れを抑制することができる。

金属箔３１と電極３２（およびリード線３４）の溶接に用いるレーザは、ＹＡＧレーザに限らず、ＣＯ２レーザなどであってもよい。

この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１内管
１１発光部
１２シール部
３電極マウント
３１金属箔
３２電極
３６溶接痕

Claims

表裏に位置する第１、第２の面を有する金属箔と、前記金属箔と接続された電極と、を具備する電極マウントにおいて、
前記金属箔と前記電極は、前記第１の面と前記電極の少なくとも一部が重なり合うように配置され、その重なり合った部分には前記金属箔側から前記電極の内部に延伸するように溶接痕が形成されており、前記溶接痕は、前記第２の面側から見たときに長丸形状であるとともに、前記溶接痕の中心線と、前記第２の面の垂線方向と、がなす角度が１０°以上５０°以下となっている電極マウント。
内部に放電空間を有する発光部と、前記発光部の端部に形成されたシール部と、を備える発光管と、
請求項１に記載の電極マウントと、
を具備し、
前記電極マウントは、電極の一部が前記放電空間に位置するように、前記シール部に、封着されている放電ランプ。