JPH11135011A

JPH11135011A - 高圧放電ランプ用電極、その製造方法及び製造装置並びに高圧放電ランプ

Info

Publication number: JPH11135011A
Application number: JP10249257A
Authority: JP
Inventors: Bernhard Dr Altmann; アルトマンベルンハルト; Rudolf Richter; リヒタールードルフ; Klaus Stedele; シュテーデレクラウス
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1998-09-03
Publication date: 1999-05-21
Also published as: EP0901150A2; HU9802006D0; US6109995A; DE59811983D1; ATE277423T1; EP0901150B1; HUP9802006A2; DE19738574A1; CN1210360A; EP0901150A3; HU221580B; CN1151537C; HUP9802006A3

Abstract

(57)【要約】【課題】円筒状軸部（５）と円錐形に形成された先端部
（９）とを備えた高融点材料、特にタングステンからな
る高圧放電ランプ用電極において、製造の際の材料の削
り屑を少なくするとともに点灯特性を改善する。【解決手段】高圧放電ランプのタングステン材からなる
電極（４）は円筒状の軸部（４）と円錐形に形成された
先端部（９）とを備える。この先端部は主として半径方
向の成形（半径方向鍛造或いは横断転造）により作られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、円筒状軸部と円
錐形に形成された先端部とを備えた高融点材料、特にタ
ングステンからなる電極、特にキセノン或いは水銀ラン
プのような高圧放電ランプ用電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】タングステンからなる電極の製造方法
は、それ自体公知のように、タングステン粉末を圧縮
し、次いで焼結することを基本にしている。通常、この
ようにして得られた素材は、それから、先ず例えば鍛造
及び／又は転造による成形及び圧縮プロセスを受ける。
これは、主として円筒状の素材の半径方向に向けて行う
鍛造である。これらの基礎については例えばドイツ連邦
共和国特許出願公開第２５１９０１４号公報及び米国特
許第４８５９２３９号明細書に記載されている。

【０００３】円筒状の素材を半径方向に向けて鍛造する
際に、素材は平坦な鍛造ダイスを通過させながら成形さ
れる。この方法の目的は、素材の直径をその材料を同時
に延ばしながら均一に減少させることである。同様なこ
とはまた転造及び引抜きの加工工程についても言える。
鍛造に際しての代表的な減少は加工工程当たり元の直径
の２０％である。

【０００４】凡そ４ｍｍの直径から、さらに小さい最終
的直径が望まれる場合には、材料は引抜きプロセスによ
りさらに成形される。

【０００５】米国特許第５４２２５３９号明細書により
既に高圧放電ランプ用電極及びその製造方法は公知であ
る。それによれば、電極における先端部の製造は、通
常、機械的な成形、即ち旋盤加工或いは研磨により行わ
れる。これは、この文献の教理に従へば付加的な軸方向
の鍛造（すえ込み）により、その場合先端部の付加的な
圧縮が行われるので、さらに改善される。

【０００６】この公知の技術によれば、従来、電極素材
における組織構造の安定性の影響は尽きていた。結晶粒
界構造は電極素材の軸に対して平行、即ち軸の範囲にお
いてだけでなく、電極の先端部の範囲においても平行で
ある。電極先端部の形状が公知の機械的切削加工によ
り、例えば旋盤加工や研磨により作られるときには、結
晶粒界構造は即ち均一に分布して先端部の傾斜面に達
し、図１に示されるように、そこで終わっている。

【０００７】先端部の範囲の結晶粒界構造を軸方向に向
かって或いは電極先端部の平坦部に向けて転向したり或
いは中心に向けることは、それ故、不可能であった。従
来の技術においては、その他に、機械切削技術において
我慢せざるを得ない切削屑の量が大きくなることが欠点
である。この切削屑は形成された電極先端部の形状とそ
れに対応する円筒状素材の差から生ずる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、製
造の際の削り屑が少なく製造され、点灯時の点灯特性が
改善されるような請求項１の前文に記載の電極を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１の
特徴事項によって解決される。特に好ましい構成例はそ
れ以下の請求項に記載されている。

【００１０】先端部を作るための半径方向の鍛造技術
は、従来、延性のある金属（鉄）において非常に小さい
開き角（縫い針の場合１０°以下）に対してのみ適用さ
れていた。タングステンはこの技術の適用のためには今
まで余りにも脆弱であるとされていた。１０°以上の開
き角は実用できないものとされていた。

【００１１】電極の先端部を成形するためのこの発明に
よる半径方向の鍛造においては、焼結素材の公知の円筒
状鍛造のために必要とされる平坦な鍛造ダイスに代わっ
て、所望の先端部に合わせた形状に形成された鍛造ダイ
スが使用される。この加工工程は、焼結素材がその最終
直径に変形され、しかる後それから個々の電極素材の長
さに切り取られた後に初めて行われる。

【００１２】この発明による電極の材料は高融点材料、
特にタングステン材料からなる。原理的には例えばレニ
ウム、オスミウム、タンタル（・カーバイド）等もまた
適している。これに活性化材料として例えばＴｈＯ₂の
ようなドープ材を添加することもできる。しばしば、ア
ルミニウム、カリウム或いはシリコンのようなドープ材
も添加される。しかし、このドープ材としては、また合
金、特にタングステン合金も挙げられる。

【００１３】この発明によれば、電極はしばしば軸部と
も呼ばれる円筒状の基本部と、円錐形に形成された先端
部とからなり、この先端部は主として半径方向の成形に
よって作られている。

【００１４】この発明は以下の一連の利点を備えてい
る。ａ）電極の先端部範囲における組織構造の安定性が向上
する。ｂ）先端部における結晶粒界構造が電極の軸に、特に電
極先端部の平坦部に向かって指向している。ｃ）電極先端部を直接所望の形状に形成できる。ｄ）電極材料の削り屑が少ない。ｅ）電極先端部の範囲の組織構造を所望のとおりに調整
できる。ｆ）成形のための工具（例えば、旋盤のたがね、研磨盤
等）における材料の消耗が少ない。

【００１５】決定的な利点は、注意深い半径方向の成形
によりドープ材の通路として作用する結晶粒界が寧ろ軸
方向に指向され、実際上専ら先端部の近くの範囲で終わ
るので、点灯特性が非常に安定することである。結晶粒
界の範囲では放射を促進するドーピングが特に浸透する
ことができる。

【００１６】先端部が円錐の外套部と平坦部とを備えた
円錐台であるのが好ましく、この場合結晶粒界は主に平
坦部の範囲で終わる。この場合ドーピング物質は主に平
坦部の範囲に移送される。逆にドーピング物質が円錐の
外套部から蒸発することによる損失がこれにより最小に
なる。これはランプの寿命にプラスに貢献する。

【００１７】半径方向の成形により電極先端部は簡単な
形状に作ることができる。この成形は、好ましくは、半
径方向の鍛造によるか横断転造により行われる。成形パ
ラメータ（例えば、温度、開き角、成形率）を自由に選
択できるこの成形作業により組織構造に対して、点灯特
性及び電極の寿命にプラスに作用する所望の付加的な加
工性が得られる。

【００１８】横断転造の一般的原理は例えば既にＶＤＩ
・ナハリヒテン(VDI-Naxhriten) 第２０号、９６年５月
１７日、１１頁により公知である。そこではこの方法
は、もっとも直径が大きく突然に変化する構造部品（チ
タン合金からなる鍛造加工品）に対して使用されてい
る。さらに横断転造工具は、くさび状に形成されている
丸型ダイスを備えている。この形状は対称である。この
発明による適用においてはその形状が非対称の丸型ダイ
スが使用される。この形状は、唐突な変化が生ずること
なく、電極の先端部を形成する。

【００１９】半径方向の鍛造により、事情によっては、
電極の直径及び成形パラメータに関係して、非常に微細
な組織構造（粒径の明らかな減少）が生じ、この構造は
さらに付加的な成形作業により著しく強固（硬度の、場
合によってはまた密度の明らかな増加）にされる。先端
部における粒径及び密度は軸部に比較して代表的には２
倍或いはそれ以上、場合によっては３乃至１０倍に変化
し得る。

【００２０】電極は付加的にドープ、特に酸化トリウム
をドープされるのが有利である。この付加的なドープ材
も半径方向の成形によって著しく微小化されることが判
明している。それ故、ドープ物質のより微細なそして均
一な分散が行われる。

【００２１】先端部における成形により組織構造の形成
は期待どおりに影響され、その結果熱的に高い負荷を受
ける電極先端部の範囲における組織構造の安定性が改善
される。かくして軸部に比べて付加的な成形により所望
の組織構造が得られる。

【００２２】最終形状に近い形状に形成することにより
機械切削の加工工程が、場合によっては行われる僅かな
最終修正を除いて、省略される。それ故、材料の過剰消
費も明らかに（５乃至２５％）削減される。開き角に関
係する削減は、就中、トリウムを添加した材料において
も、放射性のある特別な廃棄物として処理される削り屑
が削減されるので好ましい影響がある。

【００２３】同時に、非常に高価であるダイヤモンドの
研磨盤の需要及び損耗も著しく削減される。

【００２４】電極の直径が小さければ小さい程、半径方
向の成形プロセス、特に鍛造プロセスはそれだけ容易に
実施することができる。原理的には、しかしながら、こ
の方法は凡そ５０ｍｍまでの比較的大きな直径の場合に
も適用可能である。特に良好な結果は直流電流で作動さ
れる陰極に適用する場合に得られる。しかし、交流電流
で作動されるランプの陰極及び陽極もまたこれにより作
られる。

【００２５】半径方向の成形（鍛造）は常に正接方向の
成分を含んでいる。それ故、これにより最大９０°の全
開き角αを持つ先端部も作ることができるが、開き角α
は６０°以下が好ましい。これより大きい開き角の場合
成形力は表面の近くにおいてのみ作用する。中心範囲に
はこのような成形力は作用しない。その場合、より深く
にある中心範囲における表面の近くの層の滑りが生ず
る。この行程の際に望ましくない空洞が形成される。

【００２６】特に先端部は円錐形或いは円錐台形状であ
るのがよい。後者の場合、結晶粒界が放電側の平坦部で
終わり、この結晶粒界に沿ってドープ材が移送されるこ
とになるので、特に好ましい。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下にこの発明を幾つかの実施例
を参照して詳細に説明する。図１には、カリウム、シリ
コン及びアルミニウムを添加物として備えたタングステ
ン材料からなる、１．５ｍｍの直径を持ち、先端部が研
磨されている電極が詳細に示されている。これは従来の
方法でダイヤモンドの研磨盤により成形したものであ
る。

【００２８】これとは対照的に、図２には、同じ材料で
ドープされたタングステン材料からなる１．５ｍｍの直
径を持ち、先端部が円形に鍛造されている電極が詳細に
示されている。これはこの発明による方法で半径方向の
鍛造により成形されたものである。

【００２９】図３は、トリウムをドープしたタングステ
ン材料の例で円錐形の先端部の範囲において半径方向の
鍛造を行うことにより期待どおりに組織構造に影響を与
え得ることを示している。電極４は３ｍｍの直径と先端
部における４０°の開き角とを持っている。図３ａは先
端部９（成形域）及び軸部５の範囲における２つの切取
り写真の位置を示している。先端部（図３ｂ）において
成形により、点灯中再結晶化される円形に鍛造した組織
構造が形成されている。この組織構造は、通常の公知の
引抜き組織構造によって形成されている軸部（図３ｃ）
の範囲におけるより著しく微細化されている。このこと
はまた再結晶化の焼鈍処理の後についてもも言える。

【００３０】この発明による電極の製造は、タングステ
ン粉末を、通常のように、先ず圧縮し、次に焼結するこ
とによって行われる。これに続いて、焼結体の素材につ
いて転造、鍛造及び場合によっては引き抜きが所望の最
終直径に達するまで行われる。これにより製造された電
極素材に半径方向の鍛造により電極の先端部が作られ、
その際鍛造ダイスには先端部の所望の側面形状が形成さ
れる。

【００３１】図４は一対の鍛造ダイス１５を３つの面で
示す。この鍛造ダイスは、電極の軸部側の前面１６に、
狭側面１４に沿って延びる半円形の空洞１７を備えてい
る直方体の部材からなる。空洞１７は内部に向かって先
細に、即ち基本的には円錐形をしている。この空洞１７
は３つの部分、即ち急激に円錐形になっている入口開口
部１８、直径が一定に保たれている（電極軸部のため
の）案内軸部１９、及び電極の先端部の所望の開き角で
円錐形に形成されている先端部成形部２０からなってい
る。円筒状の電極素材は加工のためにダイス１５の間隔
を置いた両狭側面１４の間に挿入される。半径方向の鍛
造の前にこの電極素材は通常のように加工に適した温度
にされねばならない。その後ダイス１５により先端部が
鍛造される。

【００３２】図５には直流電流で作動される１５０Ｗ電
力を持つ写真光学用キセノンショートアークランプが概
略的に示されている。石英ガラスからなる楕円球状の放
電管２は陽極３と陰極４を内蔵している。各電極はモリ
ブデン箔６に接続されている軸部５を持っている。電極
は放電管２の端部に気密に封着されている。

【００３３】図６には陰極４が再び拡大して示されてい
る。この陰極は０．４重量％のＴｈＯ₂をドープしたタ
ングステンからなっている。アークの高度の安定性を確
保するために、陰極の軸部５を形成する円筒状の基本部
は円錐台状に先細になって先端部９を形成し、その円錐
の外套部１１は放電側が平坦部１０に終わっている。先
端部９は半径方向の鍛造により作られ、図３に示す構造
を持っている。開き角αはここでは２０°である。平坦
部１０のみが最終的に研磨によって後処理される。

【図面の簡単な説明】

【図１】先端部が研磨されている公知技術のタングステ
ン電極の断面写真。

【図２】先端部が半径方向に鍛造されている本発明によ
り製造されたタングステン電極の断面写真。

【図３】図２の電極の基本図（図３ａ）で、先端部の範
囲（図３ｂ）及び軸部の範囲（図３ｃ）を拡大して示す
写真。

【図４】半径方向の鍛造のための鍛造ダイス対を示す側
面図（図４ａ）、前面図（図４ｂ）及び鍛造ダイス対の
１つを示す斜視図（図４ｃ）。

【図５】半径方向に成形された図２の陰極を備えた高圧
放電ランプの断面図。

【図６】図５の陰極の拡大図。

【符号の説明】

１キセノンランプ２放電管３陽極４陰極５軸部６モリブデン箔９先端部１０平坦部１１円錐の外套部１４狭側面１５鍛造ダイス１６前面１７空洞１８入口開口１９案内軸部２０円錐形状部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ベルンハルトアルトマンドイツ連邦共和国 86853 ランガーリンゲンフルラッヒャーシュトラーセ５ (72)発明者ルードルフリヒタードイツ連邦共和国 86830 シュワープミュンヘンアウエンシュトラーセ 34 (72)発明者クラウスシュテーデレドイツ連邦共和国 86916 カウフェリングシュワーベンシュトラーセ 11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状軸部（５）と円錐形に形成された先
端部（９）とを備え、この先端部（９）が主として半径
方向の成形によって作られていることを特徴とする高融
点材料、特にタングステンからなる高圧放電ランプ用電
極。
【請求項２】タングステン材料がドープされていること
を特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項３】成形が半径方向の鍛造或いは横断転造によ
って行われていることを特徴とする請求項１に記載の電
極。
【請求項４】先端部（９）の範囲では硬度が及び場合に
よってはまた密度も軸部（５）より高くされていること
を特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項５】先端部（９）の先端が平坦部（１０）で終
わっていることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項６】先端部（９）の範囲では平均粒径が軸部
（５）の範囲より小さいことを特徴とする請求項１に記
載の電極。
【請求項７】請求項１ないし６の１つに記載の電極を備
えたことを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項８】軸部（５）と円錐形先端部（９）とを備
え、この先端部（９）が主として半径方向の成形によっ
て作られることを特徴とするタングステンからなる高圧
放電ランプ用電極の製造方法。
【請求項９】半径方向の成形が鍛造或いは横断転造によ
って行われることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】前面（１６）と電極に対向する狭側面
（１４）とを備えた一対の直方体状の鍛造ダイス（１
５）からなり、内部に向かって狭くなっている半円状の
空洞（１７）が電極の一部を収納するために前記前面
（１６）から狭側面（１４）に沿って延びていることを
特徴とする請求項１に記載の電極を半径方向に鍛造する
ための製造装置。