WO2011074356A1

WO2011074356A1 - 高圧放電ランプの電極及びその製造方法並びに高圧放電ランプ

Info

Publication number: WO2011074356A1
Application number: PCT/JP2010/070033
Authority: WO
Inventors: 和志冨永
Original assignee: 岩崎電気株式会社
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2011-06-23
Also published as: JP4711243B1; US20120229011A1; CN102656663A; JP2011129306A

Abstract

高圧放電ランプ用電極において、コイル後方側においてコイルの巻始め又は巻終り端部及び溶着による凸部が存在しないようにしてコイルをヘッド部に固定する電極構造を提供する。芯棒（１０）、ヘッド部（２０）及びヘッド部に被覆されたコイル（３０）からなる高圧放電ランプ用電極において、ヘッド部が芯棒側の細径部（２１）及び先端側の太径部（２２）からなり、コイルが、細径部に被覆された第１のコイル（３１）及び太径部に被覆された第２のコイル（３２）からなり、第１のコイルはその両端部（３１ａ、３１ｂ）が細径部の先端側に位置するように多層に被覆され、第２のコイルは第１のコイルに接するように太径部に被覆され、第１のコイルの両端部と第２のコイルの芯棒側の最外ターンの少なくとも一部が互いに溶着され、第２のコイルの太径部先端側のコイル端部（３２ａ）側の少なくとも最外ターンの一部分が太径部に溶着される構成とした。

Description

高圧放電ランプの電極及びその製造方法並びに高圧放電ランプ

　本発明は高圧放電ランプの電極構造に関する。

　図８に従来の高圧放電ランプ用電極（以下、「電極」という）を示す。同図に示すように、電極は芯棒１０、ヘッド部６０及びコイル７０からなり、ヘッド部６０にコイル７０が被覆され、コイル７０の先端部７０ａ及び後端部７０ｂがヘッド部６０に溶着される（例えば、特許文献１）。特許文献１では、コイルが芯棒に多層に巻回され、コイル前端部及び後端部がレーザー溶融され、後端部が芯棒に固定されるとともに前端部がドーム状に形成される。一般に、ヘッド部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。

　ここで、コイル後端部は完全に溶融されてコイル端部及び溶着による凸凹部（特に、凸部）が残らないことが望ましい。コイル後方にコイル端部や溶着による凸部が残っていると、ランプ始動開始時にコイル後端を起点とする放電が、その部分から開始されやすく、飛散したタングステンが発光管内壁に付着する黒化や、スパッタ現象を引き起こしてしまう。これは、ランプ始動時に、滑らかではない溶接部端面に電流が集中し、局所的に加熱されたタングステンが放射状に飛散するように蒸発してしまうことによる。

　また、コイル端部をヘッド部に滑らかな形状で溶着する技術として、例えば特許文献２には、コイル端部をフィレット状に溶融するものが開示されている。このようにコイル端部をヘッド部にフィレット状に溶融することによって、溶融したコイル端部がなだらかに形成されて溶着による凸部が存在しなくなる。　

特開２００４－３６２８６１号公報特開２０００－２３１９０２号公報

　しかし、特許文献２に示すように、コイル端部をヘッド部にフィレット状に溶融する技術は、密に巻かれたコイルの端部に適用するのが難しい。上記技術はコイル端部をその隣接するコイル巻回部から離してから溶融する必要があるが、この離隔の程度の管理が難しく、製造上ばらつきが大きくなる結果として始動特性のばらつきを生じてしまう。またコイル間の隙間によって、放電中のコイルの放熱特性（即ち放電特性）にもばらつきが生じてしまう。

　そこで、本発明は、コイルを密に巻きつつも、コイル後方側にコイルの巻始め又は巻終り端部及び溶着による凸部が存在しないようにしてコイルをヘッド部に固定する電極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、芯棒（１０）、ヘッド部（２０）及びヘッド部に被覆されたコイル（３０）からなる高圧放電ランプ用電極であって、コイルの少なくとも一部分が多層巻で構成され、コイルの端部（３０ａ、３０ｂ）よりも芯棒側に１ターン以上のコイルが巻回されている高圧放電ランプ用電極である。
　ここで、コイルの巻始め端部（３０ａ）が上層コイル部分に覆われている構成としてもよい。

　本発明の第２の側面は、芯棒（１０）、ヘッド部（２０）及びヘッド部に被覆されたコイル（３０）からなる高圧放電ランプ用電極であって、ヘッド部が芯棒側の細径部（２１）及び先端側の太径部（２２）からなり、コイルが、最下層の巻始め端部（３０ａ）が細径部の先端側に位置するようにして細径部に被覆されるとともに最上層の巻終り端部（３０ｂ）が太径部上に位置するようにして、細径部及び太径部に被覆され、コイルの少なくとも一部分が太径部に溶着された高圧放電ランプ用電極である。

　本発明の第３の側面は、芯棒（１０）、ヘッド部（２０）及びヘッド部に被覆されたコイル（３０）からなる高圧放電ランプ用電極であって、ヘッド部が芯棒側の細径部（２１）及び先端側の太径部（２２）からなり、コイルが、細径部に被覆された第１のコイル（３１）及び太径部に被覆された第２のコイル（３２）からなり、第１のコイルはその両端部（３１ａ、３１ｂ）が細径部の先端側に位置するように多層に被覆され、第２のコイルは第１のコイルに接するように太径部に被覆され、第１のコイルの両端部と第２のコイルの芯棒側の最外ターンの少なくとも一部分が互いに溶着され、第２のコイルの太径部先端側のコイル端部（３２ａ）側の少なくとも最外ターンの一部分が太径部に溶着された高圧放電ランプ用電極である。

　本発明の第４の側面は、高圧放電ランプ用電極の製造方法であって、（Ｓ１０）ヘッド部（２０）を切削加工して芯棒側の細径部（２１）及び先端側の太径部（２２）を形成する工程、（Ｓ１１）細径部及び太径部の外径に対して内径が合致するコイル（３０）を予め形成する工程であって、コイルの巻始め端部（３０ａ）が下層、巻終り端部（３０ｂ）が上層となり、巻始め端部が上層で覆われるように形成する工程、（Ｓ１２）コイルをヘッド部に嵌め込む工程であって、芯棒側から巻終り端部を前方にして巻始め端部が太径部に当接するまで嵌め込む工程、及び（Ｓ１３）太径部先端側のコイル端部（３２ａ）側の少なくとも最外ターンの一部分を太径部に溶着する工程を備える製造方法である。

　本発明の第５の側面は、高圧放電ランプ用電極の製造方法であって、（Ｓ２０）ヘッド部（２０）を切削加工して芯棒側の細径部（２１）及び先端側の太径部（２２）を形成する工程、（Ｓ２１）内径が細径部の外径に合致する多層の第１のコイル（３１）を形成する工程であって、第１のコイルの両端部（３１ａ、３１ｂ）が対向するように形成する工程、（Ｓ２２）内径が太径部の外径に合致する等しい第２のコイル（３２）を形成する工程、（Ｓ２３）第１のコイルを細径部に嵌め込む工程であって、芯棒側から両端部を前方にして太径部に当接するまで嵌め込む工程、（Ｓ２４）第２のコイルを太径部に嵌め込む工程であって、先端側から第１のコイルに当接するまで太径部に嵌め込む工程、（Ｓ２５）第１のコイルの両端部と第２のコイルの芯棒側の最外ターンの少なくとも一部とを互いに溶着する工程、及び（Ｓ２６）第２のコイルの太径部先端側のコイル端部（３２ａ）側の少なくとも最外ターンの一部分を太径部に溶着する工程を備える製造方法である。

　本発明の第６の側面は、上記の高圧放電ランプ用電極からなる一対の電極（４０）及び発光管（５０）を備え、一対の高圧放電ランプ用電極が発光管の内部に対向配置された高圧放電ランプである。

本発明の電極を説明する図である。本発明の電極を説明する図である。本発明の第１の実施例による電極の製造方法を説明する断面図である。本発明の第１の実施例による電極の製造方法を説明する断面図である。本発明の第１の実施例による電極の製造方法を説明する断面図である。本発明の第１の実施例による電極を示す断面図である。第１の実施例の電極の製造方法を示すフローチャートである。本発明の第２の実施例による電極の製造方法を説明する断面図である。本発明の第２の実施例による電極の製造方法を説明する断面図である。本発明の第２の実施例による電極を示す断面図である。本発明の第２の実施例を説明する写真である。本発明の第２の実施例を説明する写真である本発明の第２の実施例を示す写真である。第２の実施例の電極の製造方法を示すフローチャートである。本発明の高圧放電ランプを示す図である。従来の電極を示す図である。

　本発明は、コイルの巻始め又は巻終り端部及びコイルの溶着部が芯棒側の端部（以下、「後方端」という）に来ないように配置することを基本的な構成としている。最も基本的な具体例を図１Ａに示す。図１Ａは電極１の側方断面図である。図１Ａでは、ヘッド部２０に一連のコイル３０が、３０ａを巻始め端部、３０ｂを巻終り端部として被覆されている。コイル３０は図示するような形状に予め形成され、その後ヘッド部２０に装着される。そして、コイル３０の少なくとも巻始めの最外ターンの一部分（例えば、巻始め端部３０ａ）がヘッド部２０に溶着される。これにより、コイル３０のいずれの端部も後方端３０ｃ付近に配置されずにコイル３０がヘッド部２０に固定される。巻終り端部３０ｂが後方端３０ｃから離れることにより、そこからの放電は図８に示す従来例に比べて起こり難くなる。

　さらに、図１Ａを発展させた例を図１Ｂに示す。図１Ｂの電極２では、ヘッド部２０に一連のコイル３０が、３０ａを巻始め端部、３０ｂを巻終り端部として被覆されている。そして、コイル３０の少なくとも最外ターンの少なくとも一部分（例えば、巻終り端部３０ｂ）がヘッド部２０に溶着される。図１Ａとの相違は巻始め端部３０ａが完全に上層コイルに覆われて露出せず、即ち、少なくとも巻始め端部３０ａからの放電が起らない構成となっている。

　このように、上記図１Ａ又は１Ｂのような構成であっても、本発明の目的（即ち、コイル後方端にコイルの巻始め又は巻終り端部及び溶着による凸部が存在しないようにしてコイルをヘッド部に固定すること）を達成できるが、電極性能や生産性を考慮して最も好適な実施例を以下に説明する。

実施例１．
　図２Ｄに第１の実施例による電極３を示す。電極３は芯棒１０、ヘッド部２０及びヘッド部に被覆されたコイル３０からなり、ヘッド部２０は芯棒側の細径部２１及び先端側の太径部２２からなる。コイル３０について、最下層（第１層）の巻始め端部３０ａが細径部２１の先端側に位置するようにして細径部２１に被覆されるとともに最上層（第２層）の巻終り端部３０ｂが太径部２２上に位置するように、コイル３０が細径部２１及び太径部２２に被覆される。そして、巻終り端部３０ｂが太径部２２に溶着固定される。

　上記構成には以下の有利な効果がある。
　コイル３０をヘッド部２０に固定するにあたり、コイル３０の後方端３０ｃにおいて巻始め端部３０ａ又は巻終り端部３０ｂ及び溶着による凸部が存在せず、黒化やスパッタが抑制される。
　また、ヘッド部２０の芯棒１０側に熱容量の小さいコイル３０が多く被覆されることにより、始動時に電極が瞬時に加熱され易くなり、放電開始が容易となる。
　さらに、細径部２１と太径部２２との段差によりコイル３０の位置決めができ、電極性能における製造ばらつきも少ない。

　図２Ａ－Ｄの参照の下、図３に電極３の製造方法のフローチャートを示す。
　工程Ｓ１０において、図２Ａに示すように、ヘッド部２０を切削加工して細径部２１及び太径部２２を形成する（図５Ａ参照）。細径部２１は芯棒側にテーパー部を有するのが好ましい。テーパー部の角度は電極軸Ｘに対して４０度程度が好適であり、これにより芯棒側との折れを防止できる。また、太径部２２も先端側にテーパー部を有するのが好ましい。このテーパー部の角度は電極軸に対して５０度程度が好適であり、これによりアークスポットの移動が抑制されアークが安定する。実際に切削されるのは細径部２１の全部及び太径部２２のテーパー部分となる。

　工程Ｓ１１において、図２Ｂに示すように、細径部２１及び太径部２２の形状（それぞれの外径）に対して内径が合致するコイル３０を予め形成する。このコイル３０の形成には、型となる専用の治具を用いる。ここで、コイル３０の巻始め端部３０ａが下層に、巻終り端部３０ｂが上層となり、巻始め端部３０ａが上層で覆われるようにする。また、図２Ｂに示すコイルよりも多層のコイルを形成する場合でも、巻終り端部３０ｂが後方端３０ｃ付近に配置されないようにする必要がある。なお、工程Ｓ１０と工程Ｓ１１はどちらを先に行なってもよい。

　工程Ｓ１２において、工程Ｓ１１で形成したコイル３０を、図２Ｃに示すように巻終り端部３０ｂを前方にして芯棒側からヘッド部２０に嵌め込む。ここで、巻始め端部３０ａが太径部２２に当接するまで嵌め込む。
　工程Ｓ１３において、コイル３０の少なくとも一部分（例えば、巻終り端部３０ｂ）を太径部２２に溶着する。これにより、図２Ｄに示す電極３が製造される。

実施例２．
　図４Ｃに第２の実施例の電極４を示す。実施例１では一連のコイル３０を用いて電極を製造するものを示したが、図２Ｂのように内径に段差を持つコイルを形成するのに専用の治具を要する等、コイルの製作が必ずしも容易ではない。そこで、実施例２では実施例１よりもコイルの製作を容易にしたものを示す。

　電極４は芯棒１０、ヘッド部２０及びヘッド部２０に被覆されたコイル３０からなり、コイル３０は第１のコイル３１及び第２のコイル３２からなる。ヘッド部２０は図２Ａと同様に芯棒側の細径部２１及び先端側の太径部２２からなり、第１のコイル３１が細径部２１に被覆され、第２のコイル３２が太径部２２に被覆される。ここで、第１のコイル３１の両端部３１ａ及び３１ｂが細径部２１の先端側に位置するように多層（本実施例では２層）に被覆される。第２のコイル３２は第１のコイル３１に接するように配置され、第１のコイル３１の両端部３１ａ及び３１ｂと第２のコイル３２の一部分が互いに溶着される。また、第２のコイル３２の先端側の端部３２ａが太径部２２に溶着固定される。

　本実施例でも第１の実施例と同様の効果を有するが、さらに、第１及び第２のコイル３１及び３２の製作のために（通常の治具は必要であるが）特殊な治具を必要とせず、生産効率が高いという有利な効果がある。

　図４Ａ－４Ｃ及び図５Ａ－５Ｃの参照の下、図６に電極４の製造方法のフローチャートを示す。なお、図４Ａ－４Ｃは電極の側方断面図を示し、図５Ａ－５Ｃは電極上面の写真である。
　工程Ｓ２０において、（図３の工程Ｓ１０と同様に）ヘッド部２０を切削加工して細径部２１及び太径部２２を形成する。図５に完成したヘッド部２０の写真を示す。
　工程Ｓ２１において、両端部３１ａと３１ｂが対向する多層（本実施例では２層）の第１のコイル３１を形成する。第１のコイル３１の内径は細径部２１の外径に合致するように巻回される。
　工程Ｓ２２において、通常の態様で第２のコイル３２を形成する。第２のコイル３２の内径は太径部２２の外径に合致するように巻回される。
　なお、工程Ｓ２０、Ｓ２１及びＳ２２の順序は任意である。

　工程Ｓ２３において、図４Ａに示すように、第１のコイル３１を芯棒側から細径部２１に嵌め込む。ここで、両端部３１ａ及び３１ｂを前方にして第１のコイル３１が太径部２２に当接するまで嵌め込む。工程Ｓ２３の終了時の写真を図５Ｂに示す。図５Ｂの写真から分かるように、両端部３１ａ及び３１ｂは、必ずしも図４Ａに示すように下層と上層の関係になくてもよい。

　工程Ｓ２４において、図４Ｂに示すように、第２のコイル３２を先端側から太径部２２に嵌め込む。ここで、第２のコイル３２が第１のコイル３１に当接するまで嵌め込む。
　工程Ｓ２５において、第１のコイル３１の両端部３１ａ及び３１ｂと第２のコイル３２の一部分とを互いに溶着固定する。
　工程Ｓ２６において、第２のコイル３２の少なくとも一部分（例えば、先端側端部３２ａ）を太径部２２に溶着する。
　なお、工程Ｓ２５とＳ２６の順序は任意である。
　工程Ｓ２５及びＳ２６の終了時の側方断面図を図４Ｃに、上面の写真を図５Ｃに示す。

　図７に上記各実施例によって製造された一対の電極４０を用いる高圧放電ランプを示す。高圧放電ランプは石英ガラス等の発光管５０、及び発光管５０内に対向配置された一対の電極４０を備える。一対の電極４０は上記の電極１－４のいずれかであればよい。発光管５０は各電極４０に接続されたモリブデン箔５１及びリード５２を備える。なお、発光管５０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。
　これにより、黒化等が少なく始動性も良く信頼性等に優れた高圧放電ランプを提供することができる。

　以上に本発明の好適な実施例を示したが、以下を注記しておく。
　（１）各図は（写真を除いて）寸法通りではなく、説明の便宜上、構成要素によっては誇張又は省略されている。
　（２）説明の便宜上、各図では各コイルの巻始め端部と巻終り端部は同一断面上（即ち、軸Ｘから同一角度上）に表されているが、軸Ｘから異なる角度上に存在してもよい。
　（３）芯棒１０は、別体であるヘッド部２０に接合されてもよいし、一体となっていたヘッド部２０から切削加工されてもよい。
　（４）溶着加工はレーザー加工、電子ビームによる加工が採用されるが、他の溶着加工方法であってもよい。

１－４．電極
１０．芯棒
２０．ヘッド部
２１．細径部
２２．太径部
３０．コイル
３１．第１のコイル
３２．第２のコイル
４０．一対の電極
５０．発光管

Claims

　芯棒、ヘッド部及び該ヘッド部に被覆されたコイルからなる高圧放電ランプ用電極であって、
　前記ヘッド部が前記芯棒側の細径部及び先端側の太径部からなり、
　前記コイルが、最下層の巻始め端部が前記細径部の先端側に位置するようにして前記細径部に被覆されるとともに最上層の巻終り端部が前記太径部上に位置するようにして、前記細径部及び前記太径部に被覆され、
　前記コイルの少なくとも一部分が前記太径部に溶着された高圧放電ランプ用電極。
　請求項１に記載の高圧放電ランプ用電極からなる一対の電極及び発光管を備え、該一対の高圧放電ランプ用電極が該発光管の内部に対向配置された高圧放電ランプ。
　芯棒、ヘッド部及び該ヘッド部に被覆されたコイルからなる高圧放電ランプ用電極であって、
　前記ヘッド部が前記芯棒側の細径部及び先端側の太径部からなり、
　前記コイルが、前記細径部に被覆された第１のコイル及び前記太径部に被覆された第２のコイルからなり、
　前記第１のコイルはその両端部が前記細径部の先端側に位置するように多層に被覆され、前記第２のコイルは前記第１のコイルに接するように前記太径部に被覆され、前記第１のコイルの両端部と前記第２のコイルの芯棒側の最外ターンの少なくとも一部が互いに溶着され、前記第２のコイルの太径部先端側のコイル端部側の少なくとも最外ターンの一部分が前記太径部に溶着された高圧放電ランプ用電極。
　請求項３に記載の高圧放電ランプ用電極からなる一対の電極及び発光管を備え、該一対の高圧放電ランプ用電極が該発光管の内部に対向配置された高圧放電ランプ。
　高圧放電ランプ用電極の製造方法であって、
　ヘッド部を切削加工して芯棒側の細径部及び先端側の太径部を形成する工程、
　前記細径部及び太径部の外径に対して内径が合致するコイルを予め形成する工程であって、該コイルの巻始め端部が下層に、巻終り端部が上層となり、該巻始め端部が該上層で覆われるように、形成する工程、
　前記コイルを前記ヘッド部に嵌め込む工程であって、前記芯棒側から前記巻終り端部を前方にして前記巻始め端部が前記太径部に当接するまで嵌め込む工程、及び
　前記コイルの少なくとも一部分を前記太径部に溶着する工程
を備える製造方法。
　高圧放電ランプ用電極の製造方法であって、
　ヘッド部を切削加工して芯棒側の細径部及び先端側の太径部を形成する工程、
　内径が前記細径部の外径と等しい多層の第１のコイルを形成する工程であって、該第１のコイルの両端部が対向するように、形成する工程、
　内径が前記太径部の外径と等しい第２のコイルを形成する工程、
　前記第１のコイルを前記細径部に嵌め込む工程であって、前記芯棒側から前記両端部を前方にして前記太径部に当接するまで嵌め込む工程、
　前記第２のコイルを前記太径部に嵌め込む工程であって、前記先端側から前記第１のコイルに当接するまで前記太径部に嵌め込む工程、
　前記第１のコイルの両端部と前記第２のコイルの芯棒側の最外ターンの少なくとも一部とを互いに溶着する工程、及び
　前記第２のコイルの太径部先端側のコイル端部側の少なくとも最外ターンの一部分を前記太径部に溶着する工程
を備える製造方法。
　芯棒、ヘッド部及び該ヘッド部に被覆されたコイルからなる高圧放電ランプ用電極であって、
　前記コイルの少なくとも一部分が多層巻で構成され、
　前記コイルの端部よりも芯棒側に１ターン以上のコイルが巻回されている高圧放電ランプ用電極。
　請求項７の高圧放電ランプ用電極であって、前記コイルの巻始め端部が上層コイル部分に覆われている高圧放電ランプ用電極。
　請求項７に記載の高圧放電ランプ用電極からなる一対の電極及び発光管を備え、該一対の高圧放電ランプ用電極が該発光管の内部に対向配置された高圧放電ランプ。