(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間を形成する発光管部の両側にピンチシール部が形成されてなる石英ガラス製のアークチューブ本体と、上記放電空間へ先端部を突出させるようにして上記各ピンチシール部にピンチシールされた１対のタングステン電極と、を備えてなるアークチューブにおいて、
上記各タングステン電極の表面が、平均粗さ２μｍ以下の強電解研磨処理面として構成されており、
上記各ピンチシール部における上記タングステン電極との接合面近傍領域の周縁に、該接合面近傍領域に生じる残留圧縮応力によるミラー状の界面が形成されている、ことを特徴とするアークチューブ。
【請求項２】
放電空間を形成する発光管部の両側にピンチシール部が形成されてなる石英ガラス製のアークチューブ本体と、上記放電空間へ先端部を突出させるようにして上記各ピンチシール部にピンチシールされた１対のタングステン電極と、を備えてなるアークチューブを製造する方法であって、
タングステン電極の表面に強電解研磨を施して、該表面の平均粗さを２μｍ以下にした後、該タングステン電極を石英ガラス管のピンチシール予定部に挿入配置し、該ピンチシール予定部を２０００℃以上に加熱した状態で該ピンチシール予定部をピンチシールすることにより上記各ピンチシール部を形成し、これにより上記各ピンチシール部における上記タングステン電極との接合面近傍領域の周縁に、該接合面近傍領域に生じる残留圧縮応力によるミラー状の界面を形成する、ことを特徴とするアークチューブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、車両用前照灯等の光源として用いられるアークチューブおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アークチューブは高輝度照射が可能なことから、近年では車両用前照灯等の光源としても多く用いられるようになってきている。
【０００３】
車両用前照灯等に用いられるアークチューブは、一般に、図５に示すように、放電空間１０２を形成する発光管部１０４ａの両側にピンチシール部１０４ｂが形成されてなる石英ガラス製のアークチューブ本体１０４と、放電空間１０２へ先端部を突出させるようにして各ピンチシール部１０４ｂにピンチシールされた１対のタングステン電極１０６とを備えた構成となっている。
【０００４】
このようなアークチューブにおいては、所期の放電特性が得られるようにするため、各タングステン電極１０６に電解研磨を施してその表面の平滑化を図るようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アークチューブ本体１０４にリークが発生してしまうのを防止する観点からは、このように単に放電特性確保のための電解研磨を施した程度ではタングステン電極１０６の表面の平滑性がまだ十分でないことが、発明者らの実験により明らかになった。
【０００６】
すなわち、タングステン電極１０６の表面にある程度以上の粗さが残っていると、このタングステン電極１０６がピンチシール部１０４ｂにピンチシールされたとき、図６に示すように、タングステン電極１０６とピンチシール部１０４ｂとが大きな凹凸で噛み合った状態となるので、ピンチシール部１０４ｂにおけるタングステン電極１０６との接合面近傍領域に極めて大きな圧縮応力が残ってしまう。そしてこの残留圧縮応力により、アークチューブの使用中にアークチューブ本体１０４に大きなクラックが生じ、最終的には放電空間１０２と外部空間との間にリークが発生するに至る。このため従来のアークチューブは比較的寿命が短いものとなっているという問題がある。
【０００７】
本願発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、アークチューブ本体のクラックによるリーク発生を防止することにより長寿命化を図ることができるアークチューブおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、タングステン電極の表面の平滑性を従来よりも高めることにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
【０００９】
すなわち、本願発明に係るアークチューブは、
放電空間を形成する発光管部の両側にピンチシール部が形成されてなる石英ガラス製のアークチューブ本体と、上記放電空間へ先端部を突出させるようにして上記各ピンチシール部にピンチシールされた１対のタングステン電極と、を備えてなるアークチューブにおいて、
上記各タングステン電極の表面が、平均粗さ２μｍ以下の強電解研磨処理面として構成されており、
上記各ピンチシール部における上記タングステン電極との接合面近傍領域の周縁に、該接合面近傍領域に生じる残留圧縮応力によるミラー状の界面が形成されている、ことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本願発明に係るアークチューブの製造方法は、
放電空間を形成する発光管部の両側にピンチシール部が形成されてなる石英ガラス製のアークチューブ本体と、上記放電空間へ先端部を突出させるようにして上記各ピンチシール部にピンチシールされた１対のタングステン電極と、を備えてなるアークチューブを製造する方法であって、
タングステン電極の表面に強電解研磨を施して、該表面の平均粗さを２μｍ以下にした後、該タングステン電極を石英ガラス管のピンチシール予定部に挿入配置し、該ピンチシール予定部を２０００℃以上に加熱した状態で該ピンチシール予定部をピンチシールすることにより上記各ピンチシール部を形成し、これにより上記ピンチシール部における上記タングステン電極との接合面近傍領域の周縁に、該接合面近傍領域に生じる残留圧縮応力によるミラー状の界面を形成する、ことを特徴とするものである。
【００１１】
上記「タングステン電極」は、その母材がタングステンを主成分とするものものであれば、純粋なタングステン製のものであってもよいし、その他の成分が添加されたものであってもよい。
【００１２】
上記「タングステン電極の表面」は、ピンチシール部にピンチシールされる部分の表面を含むものであれば、必ずしも表面全域である必要はない。
【００１３】
【発明の作用効果】
上記構成に示すように、本願発明に係るアークチューブは、そのアークチューブ本体の発光管部両側に形成されたピンチシール部に、発光管部の放電空間へ先端部を突出させるようにして１対のタングステン電極がピンチシールされているが、各タングステン電極の表面は、平均粗さ２μｍ以下の強電解研磨処理面として構成されており、また、各ピンチシール部におけるタングステン電極との接合面近傍領域の周縁には、該接合面近傍領域に生じる残留圧縮応力によるミラー状の界面が形成されているので、次のような作用効果を得ることができる。
【００１４】
すなわち、タングステン電極がピンチシール部にピンチシールされたとき、両者は微小凹凸で噛み合った状態となるので、従来のようにピンチシール部のタングステン電極との接合面近傍領域に極めて大きな圧縮応力が残ってしまうことはない。
【００１５】
このため、残留圧縮応力によりアークチューブの使用中にアークチューブ本体にクラックが生じても、このクラックは接合面近傍領域に限定された局所的なものとなり、アークチューブ本体の表面に達するような大きなものとはならないので、放電空間と外部空間との間にリークが発生するのを防止することができる。
【００１６】
したがって、本願発明に係るアークチューブは、アークチューブ本体のクラックによるリーク発生を防止することによりその長寿命化を図ることができる。
【００１７】
また、本願発明に係るアークチューブの製造方法は、アークチューブ本体の発光管部両側に形成されたピンチシール部に、発光管部の放電空間へ先端部を突出させるようにして１対のタングステン電極がピンチシールされたアークチューブを製造する際、タングステン電極の表面に強電解研磨を施して、該表面の平均粗さを２μｍ以下にした後、該タングステン電極を石英ガラス管のピンチシール予定部に挿入配置し、該ピンチシール予定部を２０００℃以上に加熱した状態で該ピンチシール予定部をピンチシールすることにより各ピンチシール部を形成し、これにより各ピンチシール部におけるタングステン電極との接合面近傍領域の周縁に、該接合面近傍領域に生じる残留圧縮応力によるミラー状の界面を形成するようになっているので、次のような作用効果を得ることができる。
【００１８】
すなわち、タングステン電極がピンチシール部にピンチシールされたとき、両者は微小凹凸で噛み合った状態となるので、従来のようにピンチシール部のタングステン電極との接合面近傍領域に極めて大きな圧縮応力が残ってしまうことはない。
【００１９】
このため、残留圧縮応力によりアークチューブの使用中にアークチューブ本体にクラックが生じても、このクラックは接合面近傍領域に限定された局所的なものとなり、アークチューブ本体の表面に達するような大きなものとはならないので、放電空間と外部空間との間にリークが発生するのを防止することができる。
【００２０】
また、ピンチシール予定部を２０００℃以上の高温で加熱してピンチシールを行うことにより、タングステン電極とピンチシール部との接合強度が高まるので、ピンチシール部のタングステン電極との接合面近傍領域に広い範囲にわたって小さな圧縮応力が略均等に残ることとなる。
【００２１】
このため、残留圧縮応力によりアークチューブの使用中に生じるアークチューブ本体のクラックは、接合面近傍領域に略均一に分布したものとなり、それ以外の領域へのクラックの波及が効果的に阻止されるので、放電空間と外部空間との間にリークが発生するのを一層確実に防止することができる。
【００２２】
したがって、本願発明に係るアークチューブの製造方法を採用することにより、アークチューブの一層の長寿命化を図ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
図１は、本願発明の一実施形態に係るアークチューブが組み込まれた放電バルブ１０を示す側断面図であり、図２は、そのII部拡大図である。
【００２５】
これらの図に示すように、この放電バルブ１０は車両用前照灯に装着される光源バルブであって、前後方向に延びるアークチューブユニット１２と、このアークチューブユニット１２の後端部を固定支持する絶縁プラグユニット１４とを備えてなっている。
【００２６】
アークチューブユニット１２は、アークチューブ１６と、このアークチューブ１６を囲むシュラウドチューブ１８とが、一体的に形成されてなっている。
【００２７】
アークチューブ１６は、石英ガラス管を加工してなるアークチューブ本体２０と、このアークチューブ本体２０内に埋設された前後１対の電極アッシー２２Ａ、２２Ｂとからなっている。
【００２８】
アークチューブ本体２０は、中央に略楕円球状の発光管部２０ａが形成されるとともにその前後両側にピンチシール部２０ｂ１、２０ｂ２が形成されてなっている。発光管部２０ａの内部には前後方向に延びる略楕円球状の放電空間２４が形成されており、この放電空間２４には水銀とキセノンガスと金属ハロゲン化物とが封入されている。
【００２９】
各電極アッシー２２Ａ、２２Ｂは、棒状のタングステン電極２６Ａ、２６Ｂとリード線２８Ａ、２８Ｂとがモリブデン箔３０Ａ、３０Ｂを介して連結固定されてなり、各ピンチシール部２０ｂ１、２０ｂ２においてアークチューブ本体２０にピンチシールされている。その際、各モリブデン箔３０Ａ、３０Ｂはすべてピンチシール部２０ｂ１、２０ｂ２内に埋設されているが、各タングステン電極２６Ａ、２６Ｂは、その先端部が前後両側から互いに対向するようにして放電空間２４内に突出している。
【００３０】
各タングステン電極２６Ａ、２６Ｂは、トリエーテッドタングステン（酸化トリウムが数％ドープされたタングステン）を母材として構成されている。これら各タングステン電極２６Ａ、２６Ｂの外周表面２６Ａａ、２６Ｂａには強電解研磨が施されており、これにより外周表面２６Ａａ、２６Ｂａの中心線平均粗さＲａは３μｍ以下（ただし、カットオフ値λｃ＝０．８ｍｍ、評価長さｌｎ＝４ｍｍ）に設定されている。また、各タングステン電極２６Ａ、２６Ｂの先端面２６Ａｂ、２６Ｂｂにはバレル研磨が施されており、該先端面２６Ａｂ、２６ＢｂのコーナＲは、良好な放電特性が得られるようにするため、０．０４〜０．０６ｍｍ程度に設定されている。
【００３１】
図３は、図２のIII 部拡大図であって、放電バルブ１０を何度か点消灯させた後におけるタングステン電極２６Ｂとピンチシール部２０ｂ２との接合面の様子を示す図である。なお、もう一方のタングステン電極２６Ａとピンチシール部２０ｂ１との接合面についても同様である。
【００３２】
図示のように、外周表面２６Ｂａの中心線平均粗さＲａが３μｍ以下に設定されているので、タングステン電極２６Ｂがピンチシール部２０ｂ２にピンチシールされたとき、両者は微小凹凸で噛み合った状態となる。このため、従来のようにピンチシール部のタングステン電極との接合面近傍領域に極めて大きな圧縮応力が残ってしまうことはない。
【００３３】
したがって、残留圧縮応力によりアークチューブ１６の使用中にアークチューブ本体２０にクラックが生じても、このクラックは接合面近傍領域に限定された局所的なものとなる。すなわち、図２に示す破線領域Ａにおいて石英ガラスが細かく砕けるようなクラックが発生し、ピンチシール部２０ｂ２には２点鎖線で示すようなミラー状の界面Ｂが形成される。このため、アークチューブ本体２０の表面に達するような大きなクラックが生じることはなく、これにより放電空間２４と外部空間との間にリークが発生するのを防止することができる。
【００３４】
図４は、タングステン電極２６Ｂを石英ガラス管２０´のピンチシール予定部２０ｂ２´にピンチシールするピンチシール工程を示す図である。
【００３５】
まず、同図（ａ）に示すように、発光管部２０ａが形成されたアークチューブ本体２０となるべき石英ガラス管２０´の下方から電極アッシー２２Ｂを所定位置まで挿入した状態で、ピンチシール予定部２０ｂ２´の下端部をバーナ２で加熱し、同図（ｂ）に示すように、仮ピンチャ４で該下端部に電極アッシー２２Ｂを仮ピンチシールする。
【００３６】
次に、同図（ｃ）に示すように、ピンチシール予定部２０ｂ２´をバーナ６で２０００℃以上（好ましくは２１００〜２２００℃）に加熱し、この状態で、同図（ｄ）に示すように、本ピンチャ８でピンチシール予定部２０ｂ２´に電極アッシー２２Ｂを本ピンチシールし、これによりピンチシール部２０ｂ２を形成する。
【００３７】
このように、本ピンチシールの際にピンチシール予定部２０ｂ２´を２０００℃以上の高温で加熱してピンチシールを行うことにより、電極アッシー２２Ｂのタングステン電極２６Ｂとピンチシール部２０ｂ２との接合強度が高まるので、ピンチシール部２０ｂ２のタングステン電極２６Ｂとの接合面近傍領域に広い範囲にわたって小さな圧縮応力が略均等に残ることとなる。
【００３８】
このため、残留圧縮応力によりアークチューブ１６の使用中に生じるアークチューブ本体２０のクラックは、接合面近傍領域に略均一に分布したものとなり、上記ミラー状の界面Ｂが容易に形成され、それ以外の領域へのクラックの波及が効果的に阻止されるので、放電空間２４と外部空間との間にリークが発生するのを一層確実に防止することができる。
【００３９】
表１は、タングステン電極の外周表面の表面粗さ（中心線平均粗さ）Ｒａとアークチューブの寿命（平均寿命Ｔｃおよび初期欠陥発生時間Ｂ3 ）との関係を示す表であり、表２は、本ピンチシールの際のピンチシール予定部の加熱温度ｔとアークチューブの寿命（平均寿命Ｔｃおよび初期欠陥発生時間Ｂ3）との関係を示す表である。
【００４０】
【表１】
0003686286.tif 000002
【００４１】
【表２】
0003686286.tif 000003
【００４２】
表１から明らかなように、表面粗さＲａを３μｍ以下に設定することにより、略２０００時間以上の平均寿命を実現することができる。また、表２から明らかなように、本ピンチシールの際のピンチシール予定部の加熱温度ｔを２０００℃以上に設定することにより、略２０００時間以上の平均寿命を実現することができる。
【００４３】
なお、上記両表において、平均寿命Ｔｃは、サンプル全体の６３．２％がＮＧ（不灯）になるまでの時間である。また、初期欠陥発生時間Ｂ3 は、サンプル全体の３％がＮＧ（不灯）になるまでの時間であり、平均寿命Ｔｃと併用して考察することにより寿命のバラツキを知ることができる。
【００４４】
以上詳述したように、本実施形態に係るアークチューブ１６においては、そのアークチューブ本体２０の発光管部２０ａ両側のピンチシール部２０ｂ１、２０ｂ２にピンチシールされた各タングステン電極２６Ａ、２６Ｂが、その外周表面２６Ａａ、２６Ｂａの中心線平均粗さＲａが３μｍ以下と極めて表面平滑性に優れているので、該タングステン電極２６Ａ、２６Ｂがピンチシール部２０ｂ１、２０ｂ２にピンチシールされたとき両者は微小凹凸で噛み合った状態となり、従来のようにピンチシール部２０ｂ１、２０ｂ２のタングステン電極２６Ａ、２６Ｂとの接合面近傍領域に極めて大きな圧縮応力が残ってしまうことはない。
【００４５】
このため、残留圧縮応力によりアークチューブ１６の使用中にアークチューブ本体２０にクラックが生じても、このクラックは接合面近傍領域に限定された局所的なものとなり、アークチューブ本体２０の表面に達するような大きなものとはならないので、放電空間２４と外部空間との間にリークが発生するのを防止することができ、これによりアークチューブ１６の長寿命化を図ることができる。
【００４６】
また、本実施形態においては、石英ガラス管２０´のピンチシール予定部２０ｂ２´を２０００℃以上に加熱した状態でピンチシールを行うことによりピンチシール部２０ｂ２を形成するようになっているので、タングステン電極２６Ｂとピンチシール部２０ｂ２との接合強度が高まり、これによりピンチシール部２０ｂ２におけるタングステン電極２６Ｂとの接合面近傍領域の広い範囲にわたって小さな圧縮応力が略均等に残る。このことは、ピンチシール部２０ｂ１におけるタングステン電極２６Ａとの接合面近傍領域においても同様である。
【００４７】
このため、残留圧縮応力によりアークチューブ１６の使用中に生じるアークチューブ本体２０のクラックは、接合面近傍領域に略均一に分布したものとなり、それ以外の領域へのクラックの波及が効果的に阻止されるので、放電空間２４と外部空間との間にリークが発生するのを一層確実に防止することができ、これによりアークチューブ１６の長寿命化を図ることができる。
【００４８】
なお、本実施形態においては、図４（ｂ）に示す仮ピンチシールに先立って行われるバーナ２によるピンチシール予定部２０ｂ２´の下端部の加熱（同図（ａ）参照）に関しては、タングステン電極２６Ｂとピンチシール部２０ｂ２との接合強度に直接関係しないので、その加熱温度に言及していないが、本ピンチシールと同様に２０００℃以上に設定するようにしてもよいことはもちろんである。
【００４９】
また、本実施形態においては、各タングステン電極２６Ａ、２６Ｂの外周表面２６Ａａ、２６Ｂａの中心線平均粗さＲａを３μｍ以下に設定するとともに、本ピンチシールの際のピンチシール予定部２０ｂ２´の加熱温度を２０００℃以上に設定した場合について説明したが、表１および２から明らかなように、例えば、上記中心線平均粗さＲａを２μｍ以下に設定するとともに上記加熱温度を２１００℃以上に設定することがアークチューブ１６の長寿命化を図る上でより好ましい。
【００５０】
本実施形態においては、アークチューブが、車両用前照灯に装着される放電バルブ１０のアークチューブ１６である場合について説明したが、これ以外の用途に用いられるものであってもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態に係るアークチューブが組み込まれた放電バルブを示す側断面図
【図２】図１のII部拡大図
【図３】図２のIII 部拡大図
【図４】タングステン電極を石英ガラス管のピンチシール予定部にピンチシールするピンチシール工程を示す図
【図５】従来例を示す、図２と同様の図
【図６】従来例を示す、図３と同様の図
【符号の説明】
２  バーナ
４  仮ピンチャ
６  バーナ
８  本ピンチャ
１０  放電バルブ
１２  アークチューブユニット
１４  絶縁プラグユニット
１６  アークチューブ
１８  シュラウドチューブ
２０  アークチューブ本体
２０´  石英ガラス管
２０ａ  発光管部
２０ｂ１、２０ｂ２  ピンチシール部
２０ｂ２´  ピンチシール予定部
２２Ａ、２２Ｂ  電極アッシー
２４  放電空間
２６Ａ、２６Ｂ  タングステン電極
２６Ａａ、２６Ｂａ  外周表面
２６Ａｂ、２６Ｂｂ  先端面
２８Ａ、２８Ｂ  リード線
３０Ａ、３０Ｂ  モリブデン箔
【図１】
0003686286.tif 000004
【図２】
0003686286.tif 000005
【図３】
0003686286.tif 000006
【図４】
0003686286.tif 000007
【図５】
0003686286.tif 000008
【図６】
0003686286.tif 000009