(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ランプを製造する方法であって、
モリブデンマンドレルの周りにモリブデンオーバーワインドを巻くステップであって、隣接するターンが前記オーバーワインドの直径に対して１０％から５０％の間隙によって間隔を置かれるように前記モリブデンマンドレルの周りに前記モリブデンオーバーワインドを巻くステップと、
ニオブマンドレルの内側の端に前記モリブデンマンドレルを接続し、該モリブデンマンドレルの内側の端にタングステンマンドレルを接続して、モリブデンオーバーワインドが巻かれたシャンクを備える電極アセンブリを形成するステップと、
放電チャンバと、前記放電チャンバと連通してそこを通る開口を有する少なくとも１つの脚部とを有するセラミック本体を形成するステップと、
前記電極アセンブリを前記開口に挿入するステップと、
ガラスシールフリットを前記脚部に配置するステップと、
前記脚部に配置された前記シールフリットを加熱および溶融して、前記ニオブマンドレルの少なくとも一部にわたって、および前記オーバーワインドおよびモリブデンマンドレルの限られた部分にわたって延びる少なくとも第１のシールを形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記間隙が５μｍよりも大きい、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記モリブデンマンドレルの直径の前記オーバーワインドの直径に対する比が１：１よりも大きい、請求項１または２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電極アセンブリおよびそれを形成する方法、ならびに電極アセンブリを組み込んでいるセラミックメタルハライド（ＣＭＨ）ランプなどの放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
脚部温度が十分に高い場合、シール腐食がＣＭＨランプなどの放電ランプの主要な故障モードである。特に、材料不適合性がセラミック発光管の金属ワイヤのシールに伴う問題点である。すなわち、それぞれの材料の熱膨脹係数が十分に近いものでない場合、最終的にシールガラスまたはセラミックに亀裂が生じ、それがドーズの漏洩および／またはランプ故障をもたらす。例えば、ＣＭＨランプで使用される通常のセラミックのアルミナは、ニオブの熱膨脹係数と比較的厳密に整合する熱膨脹係数を有することが知られている。このため、リードまたは電極ワイヤ用の唯一の材料としてニオブを使用することを考えがちである。しかし、ニオブは、ＣＭＨランプで一般に使用されるドーズ材料に適合しない。実際に、ニオブは、ハロゲン化物ドーズにさらされると数時間たらずで劣化することになり、最終的にランプ故障をもたらす。これは、ニオブをリードアセンブリで使用しないことを示唆している。一方、タングステンおよびモリブデンは、ドーズ材料に、より適合しやすい。タングステンおよびモリブデンは、アルミナと比較的不適合な熱膨脹係数を有し、その結果、これらの材料の不整合がセラミック材料に亀裂をもたらすという問題がある。
【０００３】
これらの相容れない問題に対処する試みの結果として開発されたものが、放電ランプ、特にＣＭＨランプ用の複合電極アセンブリであり、リードワイヤまたは電極アセンブリが、そのアセンブリの中間または中央部分としてのモリブデンに突合せ溶接された第１または外側端部のニオブと、モリブデンの他端部で固定されたタングステン電極との複合物である。さらに、モリブデンの中間領域は、好ましくは、２つの別個の部分、すなわち、まわりに巻き付けられたモリブデンオーバーワインド、つる巻線、またはコイルを受け取るモリブデンマンドレルまたはシャンクからなる。このようにして、脚部を通る開口は、導電性であり、熱抵抗性であり、ドーズに対して抵抗性である電極アセンブリで充填される。モリブデンオーバーワインドをもつモリブデンマンドレルはこれらの要求を満たしており、従来の考えは、ドーズが凝縮または凝結する領域が少ないように緊密な巻線により脚部をできるだけ完全に充填することが望ましいというものである。すなわち、ランプ脚部は冷点に相当するものであるので、脚部は、ＣＭＨランプでは、例えば、ドーズが脚部で凝縮または凝結するという欠点を有する。放電チャンバに導入される最初の数ミリグラムのドーズは最終的に脚部に行き着き、それが費用のかかる問題となる。したがって、熱抵抗性であるが、導電性であり、ドーズ抵抗性のある材料で脚部のできるだけ多くを充填することが従来望まれていた。
【０００４】
ランプ寿命低下の危険性を緩和するためにＣＭＨランプのシール空隙の量を減少させることが重要である。シールガラスまたはフリットシールが、ドーズからニオブを保護するためにリードワイヤアセンブリの少なくとも一部に沿って設けられ、さらに、好ましくは、モリブデンマンドレルおよび螺旋状オーバーワインドの部分に沿って内部に延びる。空隙は時には構造構成中に見いだされ、シール空隙は、一般に、フリットシール（例えばシールガラス）がない、またはポケットもしくは開口、すなわち空隙を有する、モリブデンマンドレルの外径に沿った領域、またコイルの内径領域に沿った、コイルの隣接するターンの間の領域を指すとされている。シーリングプロセスの間にシール空隙が形成される理由は、完全に理解されているわけではない。しかし、シール空隙の量の高い変動が、単一のバッチ内でならびにバッチごとに見つかっている。ランプ脚部温度が高く、かつ／またはシール空隙の量が多い製品ほど漏洩が生じがちである。フリットがモリブデンターンの中に完全には入らないことがあるとされているが、従来の考えは、オーバーワインドの隣接するターン間に間隙を許容するのは望ましくないというものであった。
【０００５】
したがって、シール空隙の範囲を低減し、それによってランプ寿命の改善をもたらす必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第１２９８７０５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示では、シール空隙の可能性を低減し、そのような空隙の量を減少させるようにモリブデンターン間の間隙を増大させる。
【０００８】
放電ランプ用の電極アセンブリは、セラミックと良好に整合するが、ランプのドーズによる腐食を受ける、第１の熱膨脹係数を有する第１の部分を含む。電極アセンブリの第２の部分は、第１の部分に接続された第１の端部と、第２の端部とを有する。電極アセンブリの第２の部分は第１の部分と異なる材料から形成され、第２の熱膨脹係数を有し、第１の部分よりもドーズによる腐食に対する抵抗性がある。螺旋状オーバーワインドは第２の部分にわたって受け取られ、オーバーワインドの隣接するターンは、オーバーワインドおよび第２の部分で関連シール材料を受け取りやすいように離間される。タングステン電極は、第２の部分の第２の端部に取り付けられる。
【０００９】
螺旋状オーバーワインドは、好ましくは、オーバーワインドの直径に対して約１０パーセント（１０％）よりも大きい、好ましくは約１０パーセント（１０％）から５０パーセント（５０％）の間の、オーバーワインドの隣接するターン間で測定した第１の寸法の間隙を有する。
【００１０】
間隙は、より好ましくは、２０から３０（２０〜３０％）の間である。
【００１１】
ＣＭＨ放電ランプは、放電チャンバと、放電チャンバと連通する開口を有する少なくとも１つの脚部とを有するセラミック本体を含む。電極アセンブリは本体の中で少なくとも部分的に受け取られ、電極アセンブリは、ニオブマンドレル、モリブデンマンドレル、タングステン部分、およびモリブデンマンドレル上で受け取られるモリブデンオーバーワインドを含み、オーバーワインドの隣接するターンは間隙によって間隔を置かれる。フリットシールは、ニオブマンドレルの少なくとも一部にわたって、およびオーバーワインドおよびモリブデンマンドレルの限られた部分にわたって延びる。
【００１２】
モリブデンマンドレルの直径は、好ましくは、モリブデンオーバーワインドの直径の約１倍から５倍（１：１から５：１）の範囲である。
【００１３】
フリットシールは、モリブデンマンドレルの約１から２ミリメートル（１〜２ｍｍ）にわたって延びる。
【００１４】
電極アセンブリを製造する方法は、第１の端部でニオブマンドレルに連結され、第２の端部でタングステン部分に連結されるモリブデンマンドレルおよびオーバーワインドを供給するステップを含む。この方法は、ターンおよびモリブデンマンドレルでシールフリットを受け取るようにモリブデンマンドレルの隣接するターン間に間隙を設けるステップをさらに含む。
【００１５】
好ましくは、間隙は５ミクロン（５μ）よりも大きい。
【００１６】
この方法は、オーバーワインドの直径の約１０％よりも大きい、好ましくは約１０パーセント（１０％）から約５０パーセント（５０％）の間の範囲の間隙を形成するステップを含む。
【００１７】
好ましくは、モリブデンマンドレルの直径のオーバーワインドの直径に対する比は約１：１よりも大きく、好ましくは約１：１から５：１の範囲である。
【００１８】
主要な利益はランプ寿命を増加することにある。セラミックの亀裂の低減がランプ寿命の増加に関連する。
【００１９】
製造に関連する歩留りの向上は、このランプ構造およびそれを形成する方法からもたらされることになると考えられる。
【００２０】
さらなる別の利益は、既知の製造プロセスの残りの部分を実質的に変更することなく、この改善を組み込むことができることにある。
【００２１】
さらなる他の利益および利点は、以下の詳細な説明を読みかつ理解することから一層明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】好ましい実施形態による、部分的に断面で示されたランプアセンブリの正面図である。
【図２】従来技術の構成による、図１の丸で囲んだ部分の部分的に断面の拡大図である。
【図３】本開示の図２に類似した図である。
【図４】本開示の別の例示的実施形態の図３に類似した図である。
【図５】ランプアセンブリ内のシール空隙を示す画像である。
【図６】図５に類似した画像であり、モリブデンマンドレル／オーバーワインドの長さの一部に沿ってシール空隙が低減または除去されているのを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
最初に図１を参照すると、ランプアセンブリまたはＣＭＨランプアセンブリ２０は中空発光管本体または封体部２２を有することが示される。本体は内部空所またはアーク放電チャンバ２４を含む。第１および第２の脚部２６、２８は長手方向で反対の軸方向に延びる。このタイプのセラミック発光管の脚部の各々は、それぞれ外部電源（図示せず）に接続される電極／リードワイヤアセンブリ３０、３２を受け取る開口を含む。さらに、脚部に対して電極アセンブリを気密シールするために、シール３４、３６が脚部の各々に設けられる。例えば、好ましいシールは、リードワイヤアセンブリのニオブ部分に沿って一般に設けられ、電極アセンブリのモリブデン部分にわたって部分的に延びるフリットシールである。
【００２４】
より詳細には、リードワイヤ／電極アセンブリ３０、３２は、好ましくは、熱膨張不整合からの応力に関連する故障を好ましくは低減または除去する熱膨張整合部分とも呼ばれる第１または外側リード部分４０を含む３部分からなるアセンブリである。第１のリード部分４０は、好ましくは、ニオブから形成されるが、本開示から逸脱することなく所望の熱膨張整合を与える他の材料を使用することができることが理解されよう。例えば、レニウムはそのような一材料であるが、一般により高価な代替物である。第２または中間構成要素（図２）はハロゲン化物抵抗性材料として働き、１つの好ましい構造構成はモリブデンオーバーワインド４４をもつモリブデンマンドレル４２である。当然、モリブデンと同じ望ましい特性の多くを有し、ハロゲン化金属ランプの高温環境で適切に動作することが見いだされているタングステンまたはサーメット（セラミック金属）のような他の材料を使用することができる。第３または内側リード部分４６は、共に一般にタングステンで製作されるシャンク４８およびコイル５０で構成される。したがって、外側リード部分またはニオブは中間構成要素に例えば溶接などによって連結され、同様に、モリブデン構成要素の第２の端部はタングステンシャンクおよびコイルで構成された内側リードまたは電極に溶接プロセスによって連結される。
【００２５】
図２は、ランプの脚部の一方の丸で囲んだ部分を拡大したものを示す。特に、それは、モリブデンマンドレル４２とモリブデンオーバーワインド４４とで構成された中間構成要素を含む。この構成では、オーバーワインドの隣接するターンは空きがないことが意図され、すなわち、オーバーワインドのコイル間に間隔がないことが望ましい。上記のように、オーバーワインドのコイル間の間隔をなくす理由は、隣接するターン間に間隙がなく、それによって、放電チャンバ２４からのドーズがこの領域で凝結または凝縮しないように脚部を通る開口をできるだけ多く確実に充填するためであった。同様に、緊密な巻線は、特に、熱伝達の観点から有用であった。ソリッドワイヤのみから形成される場合に熱損失が最終的に大き過ぎる単一でより大きい直径のモリブデンワイヤまたはシャンクを使用するのではなく、細長い経路が螺旋状コイルまたはオーバーワインドによって設けられる。
【００２６】
図３では、モリブデンマンドレルは構成要素１４２として参照され、一方、オーバーワインドは１４４として参照される。図２と図３との比較で気付くように、最も著しい差はオーバーワインドの隣接するターンまたはコイルの間に間隙Ｇまたは小さい間隔を備えることである。オーバーワインドコイルの直径Ｄに対するこの間隙寸法の比較は、約２０パーセント（２０％）の間隙対直径比（Ｇ／Ｄ）を与える。したがって、間隙寸法の絶対値が重要であるが、間隙Ｇは、好ましくは、５ミクロン（５μ）よりも大きく、好ましくは、約０．０５よりも大きいＧ／Ｄ比がさらに望ましい。間隙Ｇを備えると、ガラスフリット用のより大きい間隔が生成される。少量だけ間隔を開けることによって、次に、シールガラスまたはシールフリットが隙間間隔に行き渡ることができ、モリブデンオーバーワインドおよびモリブデンマンドレルの限られた長さのまわりに効果的なシールを行うことができる。ランプ性能の観点から、オーバーワインドのわずかな間隙が電極アセンブリのニオブ部分に隣接して設けられれば理想である。しかし、アセンブリの現実的なものでは、アセンブリのより経済的側面においてオーバーワインドの長さの全体にわたって間隙Ｇを設けることが要求される。間隙および追加の容積がランプの性能を影響を与えるという初期の問題があったが、初期の試験により、初期ドーズの増量は実質的に必要でないことが示されている。
【００２７】
図２の従来技術の設計構想では、一般に、０％から１％の間隙、すなわち、できるだけ緊密なターンを有することが必要とされ、隣接するターンの大部分が互いに接触するが、一方、約１０パーセント（１０％）よりも大きい間隙、好ましくは、約１０パーセント（１０％）の間隙から約５０パーセント（５０％）の間隙を設けることと、１０パーセント（１０％）から３０パーセント（３０％）の間隙に関する関連のランプ性能データとにより、性能に実質的な劣化が生じないことが実証されている。熱膨脹係数の問題のために、ガラスフリットによってシールされるオーバーワインドの量を制限することが依然として望ましいことを当業者は理解するであろう。したがって、ニオブマンドレルに隣接する電極アセンブリのモリブデン部分のわずかに約１〜２ｍｍだけがシールフリットで覆われることになる可能性がある。
【００２８】
図４を参照すると、モリブデンマンドレルは、ここでは、参照番号２４２で参照され、一方オーバーワインドは参照番号２４４で示される。ここで、オーバーワインドの隣接するコイル間に５０パーセント（５０％）の程度のさらに大きい間隔または間隙が設けられる。ニオブに隣接する電極アセンブリのモリブデン部分の端部におけるシールフリットの適用範囲を限定することによって、モリブデンとセラミックとの間の潜在的な熱膨張不整合が限定的な影響だけとなる。同様に、シールおよびモリブデンは、さもなければニオブと悪く反応するハロゲン化物ドーズの悪影響からニオブに所望の保護を与える。時間がたつにつれて、ドーズは最終的にシールガラスを通って拡散し、寿命機構の限界となることがある。しかし、モリブデン上のシール長を注意深く制御すると、熱膨張不整合からの応力に起因する故障が除去される。本開示でも、ニオブをより良好に保護することによってより長いランプ寿命を増進するためにモリブデンオーバーワインドの隙間間隔を充填することが望ましい。
【００２９】
本開示は、モリブデンマンドレルの直径のモリブデンオーバーワインドの直径に対する比が約１：１よりも大きく、好ましくは約１：１から５：１の範囲であることも意図している。標準の比は約３：１であり、隙間間隔はシールフリットで充填される可能性が高いので、ピッチを広げると今では中間構成要素のオーバーワインドおよびマンドレル部分は確実にシールされる。
【００３０】
製造プロセスの一部として、ニオブワイヤが購入され、真っすぐにされ、所定の長さに切断される。次に、オーバーワインド用のモリブデンワイヤおよびシャンク用のモリブデンワイヤが連続片として一緒に巻かれ、次に、同様に所定の長さに切断される。次に、電極アセンブリの第２の部分またはモリブデン複合物はニオブマンドレル／シャンクに突合せ溶接され、一方、タングステンマンドレル／シャンクおよび電極はモリブデン複合物の他の端部で突合せ溶接される。電極アセンブリは放電脚部の開口を通して挿入され、ガラスシールフリット円板が脚部に配置される。電極アセンブリの特定の場所は、電極がアーク放電チャンバ内に正確に位置決めされ、さらに、ニオブ−モリブデン境界の場所が脚部の所望の場所で正確に適合するように注意深く制御される。このようにして、ニオブのまわりのシールフリットを加熱および溶融して所望のシールが行われる。同様に、シールフリットの部分は、ニオブシャンクに隣接するモリブデン構成要素の約１〜２ｍｍにわたって延び、上述のようにハロゲン化物ドーズからニオブの所望の保護を行う。
【００３１】
モリブデンターン間の間隙を増大させることによって、シール空隙を有する可能性が低減し、さらに、そのような空隙の量が減少する。モリブデンコイル間により広い間隙を導入することにより、その問題に堅固な解決策が提供される。モリブデンターン間の間隙を増大させることによって、溶けたフリットはより容易に空隙に流れ込むことができる。１インチ当たりの巻数が少ないモリブデンの電極により、高いワット（１５０Ｗから４００Ｗ）ならびに低いワット（３９Ｗから７０Ｗ）の両方のＣＭＨランプのシール空隙をなくすのに効果があることが示された。発光管のセラミック脚部のシール空隙をなくすことによって、初期シール漏洩の危険性が減少する。上記のように、低いワットおよび高いワットのランプの両方に実現性試行が行われたが、これらの特定の値は本開示を過度に制限するように見なされるべきでない。
【００３２】
図５と図６との比較は、特に、モリブデンマンドレルおよびオーバーワインドの少なくとも一部に沿ってシール空隙が低減または除去されているのを示す。より詳細には、図５は、モリブデンマンドレルの外径に沿って、およびニオブシャンクに隣接する軸位置のモリブデンオーバーワインドの内径に沿って接する領域に位置する望ましくない数のシール空隙を示す。そのようなシール空隙は上記の理由で望ましくなく、モリブデンマンドレルおよびオーバーワインドにわたって延びるシールガラスの主要部分でシール空隙が見いだされる場合、ハロゲン化物ドーズがニオブに達する可能性が結果的に増大するので、特に望ましくない。したがって、本質的に３つの領域がある。第１の領域は、フリットシールがニオブシャンク上で受け取られる左手端部に設けられる。第２の領域は、一般に、モリブデンマンドレルおよびオーバーワインドによって右手端部に形成され、第３の領域は、一般に、第１の領域と第２の領域との間に配置され、そこで、フリットシールはニオブ／モリブデン溶接部を覆い、ハロゲン化物ドーズ抵抗性区画として働くハロゲン化物抵抗性またはモリブデン構成要素（マンドレルおよびオーバーワインド）の限られたまたは最小の長さにわたって延びる。一方、図６は、モリブデンマンドレルおよびオーバーワインドにわたって延びる第３の領域のシールガラスのより大きな範囲に沿ってシール空隙が低減または除去されているのを示す。シール空隙の割合を減少させるのは、モリブデンマンドレルの上およびオーバーワインドの下でフリットシールを受け取りやすくするように１インチ当たりの巻数が少ないオーバーワインド（すなわち、オーバーワインドの隣接するターンが離間している場所）を有する構成で実現される。
【００３３】
本開示が好ましい実施形態を参照しながら説明された。明らかに、変形および変更が、先の詳細な説明を読みかつ理解する際第三者には思い浮かぶであろう。本開示はそのような変形および変更をすべて含むものと解釈されることが意図される。
【符号の説明】
【００３４】
２０  ランプアセンブリ
２２  発光管本体
２４  アーク放電チャンバ
２６  第１の脚部
２８  第２の脚部
３０  第１の電極アセンブリ
３２  第２の電極アセンブリ
３４  シール
３６  シール
４０  第１の電極／リード部分（ニオブマンドレル）
４２  第２の部分（モリブデンマンドレル）
４４  第２の部分（モリブデンオーバーワインド）
４８  タングステンマンドレル／シャンク
５０  タングステンコイル
１４２  モリブデンマンドレル
１４４  モリブデンオーバーワインド
２４２  モリブデンマンドレル
２４４  モリブデンオーバーワインド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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