(57)【要約】【課題】電極軸部よりも太い先端部を有する高圧放電ランプ用電極において、高い生産性及び高い強度を実現する構成を提供する。  【解決手段】本発明の高圧放電ランプ用電極の製造方法は、電極軸部となる小径部を準備するとともに、小径部よりも径が大きく長手方向にわたって同一径を有する大径部を準備する工程、小径部の端部と大径部の一方の端面を当接させ、大径部の一方の端面又はその周縁部にレーザを照射し、溶融部が小径部の端部外周面を略全周にわたって覆うように大径部の一方の端面を溶融する工程、コイルの大径部の他方の端面側の部分を溶融する工程を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧放電ランプ用電極の製造方法であって、
（Ａ）電極軸部となる小径部を準備するとともに、該小径部よりも径が大きく長手方向にわたって同一径を有する大径部を準備する工程、
（Ｂ）前記小径部の端部と前記大径部の一方の端面を当接させ、該大径部の一方の端面又は該一方の端面の周縁部にレーザを照射し、溶融部が該小径部の端部外周面を略全周にわたって覆うように該大径部の一方の端面を溶融する工程、
（Ｃ）前記大径部にコイルを巻回する工程、及び
（Ｄ）前記コイルの、前記大径部の他方の端面側の部分を溶融する工程
を備える製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法であって、前記工程（Ｄ）において、前記大径部の他方の端面が平坦面として残存されつつ、該コイルが該大径部の他方の端面側に向かって細くなるように溶融される、製造方法。
【請求項３】
高圧放電ランプ用電極であって、
電極軸部を形成する小径部、
一方の端部において前記小径部の端部に結合された大径部であって、該小径部よりも径が大きく、長手方向にわたって略同一径を有し、該一方の端部に該小径部の端部外周面の略全周を覆う溶融部が形成された大径部、及び
前記大径部に巻回され、該大径部の他方の端面側の部分が溶融されたコイル
を備えた高圧放電ランプ用電極。
【請求項４】
請求項３に記載の高圧放電ランプ用電極において、前記大径部の他方の端面が平坦面をなし、前記コイルが該大径部の他方の端面側に向かって細くなるように溶融された高圧放電ランプ用電極。
【請求項５】
各々が請求項３又は４に記載の高圧放電ランプ用電極及び該高圧放電ランプ用電極の前記小径部が固定された金属箔を有する一対の電極マウント、並びに該一対の電極マウントが内部に対向配置された発光管を備えた高圧放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高圧放電ランプ用電極、高圧放電ランプ用電極の製造方法、及び高圧放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧放電ランプにおいては、発光管内に一対の電極が対向配置され、その一対の電極間でアーク放電が行われる。一般に、電極先端側は、アーク放電の安定に必要な熱容量を確保するために軸部よりも太く形成されるとともにアーク放電の起点を定めるために先細りとなるように形成される。
【０００３】
例えば、特許文献１は、電極軸部（１ｂ）の先端付近にコイル（４´）が巻回され、コイルが溶融されて円錐状の先端部が形成された電極（１）を開示する。しかし、上記のように熱容量確保に必要な層厚のコイルを電極軸部に直接巻回してそれを溶融すると、溶融後の先端形状のばらつきが大きくなることや溶融部に空孔や未溶融部分が残存することが問題となる。
【０００４】
一方、電極先端側にコイルを巻く代わりに大径部を形成することによって上記熱容量を確保する構成が提案されている。特許文献２は、電極軸部となる小径部（電極後方部１３２´）と、予め切削加工によりその前方及び後方がテーパー状に形成された大径部（電極前方部１３１´）が当接され、当接部がレーザ照射により溶融及び接合される構成を開示する。ここで、大径部の後方側端面は小径部の前方側端面と同じ径となるように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２４７０９２号公報
【特許文献２】特開２００７−２８７３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献２の、小径部の前方側端面とテーパー加工された大径部の後方側端面とがつき合わされてその周囲が溶接される電極においては、以下のような問題がある。
第１に、電極の製造に関して、生産効率が低いという問題がある。上記構成においては、大径部の前方及び後方端部にテーパー部を切削加工する必要があり、さらに、その切削加工に伴い、バリ取りや研磨加工（バレル研磨）の工程が必要となる。従って、製造工程数が多く、生産効率が低いことが問題となる。
【０００７】
第２に、電極の信頼性に関して、強度の確保が難しいという問題がある。上記構成においては、大径部と小径部の境界部周囲の溶融によって両者が接合されるので、接合力を高めるためには溶融範囲を径方向及び軸方向に拡大する必要がある。しかし、接合部は大径部及び小径部の双方の径を同じにしてレーザ照射されるため、小径部の径方向断面積のみで接合されることから、接合力の確保が難しく、結果として所望の電極強度が得難いものとなる。
【０００８】
そこで、本発明は、電極軸部よりも太い先端部を有する高圧放電ランプ用電極において、高い生産性及び高い強度を実現する構成を提供することを課題とする。また、本発明は、そのような構成を有する高圧放電ランプ用電極を用いて信頼性の高い高圧放電ランプを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の高圧放電ランプ用電極の製造方法は、（Ａ）電極軸部となる小径部を準備するとともに、小径部よりも径が大きく軸方向にわたって同一径を有する大径部を準備する工程、（Ｂ）小径部の端部と大径部の一方の端面を当接させ、大径部の一方の端面又はその周縁部にレーザを照射し、溶融部が小径部の端部外周面を全周にわたって覆うように大径部の一方の端面を溶融する工程、（Ｃ）大径部にコイルを巻回する工程、及び（Ｄ）コイルの大径部の他方の端面側の部分を溶融する工程を備える。
【００１０】
本発明の高圧放電ランプ用電極は、電極軸部を形成する小径部、一方の端部において小径部の端部に結合された大径部であって、小径部よりも径が大きく軸方向にわたって略同一径を有し、一方の端部に小径部の端部外周面の略全周を覆う溶融部が形成された大径部、及び大径部に巻回され、大径部の他方の端面側の部分が溶融されたコイルを備える。
【００１１】
上記の製造方法及び高圧放電ランプ用電極において、大径部の他方の端面が平坦面として残存されつつ、コイルが大径部の他方の端面側に向かって細くなるように溶融されることが好ましい。
【００１２】
本発明の高圧放電ランプは、各々が上記の高圧放電ランプ用電極及びその小径部が固定された金属箔を有する一対の電極マウント、並びに一対の電極マウントが内部に対向配置された発光管を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の高圧放電ランプを示す図である。
【図２】本発明の実施例による高圧放電ランプ用電極の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例による高圧放電ランプ用電極を説明する図である。
【図４】本発明の実施例による高圧放電ランプ用電極を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に本発明の高圧放電ランプ１を示す。高圧放電ランプ１は発光管２及びそれに含まれる一対の電極マウント８からなる。発光管２は放電空間３及びそれを挟んだ一対の封止部４からなり、各電極マウント８は互いに溶接された高圧放電ランプ用電極５（以下、「電極５」という）、金属箔６及びリード線７からなる。電極５の先端側が発光管２の放電空間３に露出され、電極５の根元側の一部、金属箔６及びリード線７の一部が封止部４に埋設される。放電空間３には０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀、希ガスおよびハロゲンガスが封入され、点灯時の水銀蒸気圧は１５０気圧以上になる。なお、以降の説明において、各電極５の金属箔６側を後方、対向する電極側を前方というものとする。
【００１５】
図３（ｄ）に本発明の実施例による電極５を示す。電極５は、電極軸部となる小径部５０、小径部５０の端部（前方端部）に結合された大径部５１、及び大径部５１に巻回されたコイル５２を備える。小径部５０、大径部５１及びコイル５２はそれぞれタングステンからなる。大径部５１は、小径部５０よりも径が大きく、その軸方向（長手方向）にわたって略同一径を有している。ここで、大径部５１が軸方向にわたって略同一径であるとは、後述する溶融部５１ｃを除いて大径部５１が軸方向にわたって同一径であることを意味する。
【００１６】
大径部５１の後方端部には、小径部５０の端部外周面の略全周を覆う溶融部５１ｃが形成され、大径部５１の前方端面５１ａは平坦面として残存している。ここで、小径部５０の端部外周面の略全周を覆うとは、小径部５０の外周面を実質的に全周にわたって覆うことを意味し、従って、周方向の一部に未溶融の部分があったとしても本発明の範囲に含まれる。コイル５２は、大径部５１の前方端面５１ａ側の部分が前方側に向かって細くなるように溶融され、溶融部５２ａは円錐形状となる。各部の詳細は、後述の製造方法に従って説明する。
【００１７】
図２及び図３を参照して、本発明の実施例による電極５の製造方法を説明する。
まず、工程Ｓ１０において、所定長に切断された小径部５０及び大径部５１が準備される。大径部５１は小径部５０よりも径が大きく、その軸方向にわたって同一径を有している。
【００１８】
例えば、小径部５０はφ０．４ｍｍ程度であり、大径部はφ０．６ｍｍ程度であればよく、大径部は円柱形状の材料を所定長に切断するだけで作製される。従って、大径部５１の準備において切削加工は行われず、切削加工に伴うバリ取りや表面研磨（バレル研磨）も不要である。なお、小径部は、封止部４のガラスとの密着性を高めて封止特性を向上するために表面研磨が施された材料を使用する。
【００１９】
一般に電極のタングステン純度について、純度が高いほど電極から放電空間に放出される不純物が少なく黒化の防止において有利であるが、熱処理等による結晶成長等に起因して強度が低下し易い（折れ易くなる）ことが知られている。逆に、純度が低いほど黒化の防止において不利であるが、強度の確保において有利となる。そこで、本実施例では、放電空間内への作用よりも構造的強度を優先する必要がある小径部５０のタングステン純度を相対的に低い９９．９９％とし、構造的強度よりも放電空間内への作用を優先する必要がある大径部５１のタングステン純度を相対的に高い９９．９９９％とした。即ち、大径部５１のタングステン純度は小径部５０のタングステン純度よりも小数点一桁だけ高い。
【００２０】
次に、図２及び図３（ａ）に示すように、工程Ｓ２０において、小径部５０の端部５０ａと大径部５１の後方端面５１ｂが当接され、大径部５１の後方端面５１ｂ又はその周縁部が全周にわたってレーザ照射により溶融される。図３（ｂ）に示すように、工程Ｓ２０では、大径部５１の溶融部５１ｃが小径部５０の端部５０ａを含む外周面を略全周にわたって覆うように、大径部５１が溶融される。図４に図３（ｂ）の段階における長手方向断面を示す。図４に示すように、小径部５０と大径部５１の結合は、大径部５１の後方端部を溶かし込むようにして行われ、小径部５０の端部５０ａは溶融部５１ｃの内部に位置することになる。
【００２１】
このように、溶融部５１ｃが小径部５０の端部付近を包み込むように形成される。従って、大径部端部の溶融部が小径部の側面と溶融され結合部の表面積を増大させることにより、その強度が維持される。
【００２２】
なお、工程Ｓ２０における大径部５１の後方端面５１ｂ又はその周縁部の溶融において、レーザは大径部５１の側面に直接照射されてもよいし（図３（ａ）の矢印Ａ及びＢ参照）、後方端面５１ｂに直接照射されてもよいし（同矢印Ｃ参照）、これらを組み合わせてもよい。また、工程Ｓ２０において、レーザ照射源を固定して、当接させた状態（保持した状態）の小径部５０及び大径部５１を電極軸方向に回転させてもよいし、小径部５０及び大径部５１を当接させた状態で（保持した状態）で固定して、レーザ照射源を電極軸に対して回転させてもよい。
【００２３】
次に、図２及び図３（ｃ）に示すように、工程Ｓ３０において、大径部５１にコイル５２が巻回される。本実施例では、コイル５２は前方側で１層巻、後方側で２層巻となるように巻回される。例えば、大径部５１の前方側からコイルの１層目を巻き始め、後方側で折り返して１層目の先端部よりも後方側で巻き終えるようにすればよい。これにより、コイル５２の後方側にコイル端が位置しないようにして、（後方にコイル端がある場合に発生し得る）コイル後方端からのアーク放電による過剰なタングステンの飛散を防止することができる。
【００２４】
例えば、コイル径はφ０．２５ｍｍ程度であればよい。また、前方側と後方側で個別のコイルを巻回してもよい。この場合、前方側のコイルの線径を後方側のコイルの線径よりも細くすることが好ましい。これは、後述するようにコイル前方側を溶融する構成においてその溶融が容易となるからである。この場合、後方側のコイルにおいてもコイル端部が後方側に位置しないように前方側から巻き始めて前方側で巻き終えるようにすることが望ましい。
【００２５】
次に、図２及び図３（ｄ）に示すように、工程Ｓ４０において、コイル５２における大径部５１の前方端面５１ａ側の部分がレーザ照射により溶融される。具体的には、コイル５２が大径部５１の前方端面５１ａ側に向かって細くなるように溶融され、これにより溶融部５２ａが円錐形状となって大径部５１に固定される。また、溶融部５２ａの前後の構成について、大径部５１の前方端面５１ａは平坦面として残存し、コイル５２の後方側は溶融されなくてもよい。
【００２６】
通常、高圧放電ランプ用の電極においては、放電アークの起点となる突起が電極先端に形成される。この突起は製造工程において形成されてもよいし、特定のランプ点灯動作（ランプ電流波形の調整、周波数制御等）によって形成又は成長されるようにしてもよい。本実施例によると、大径部５１の前方端面５１ａが平坦面として残存させ、ランプ点灯動作によって平坦面に強固な突起を形成させることにより、アーク放電の安定化において有利なものとしている。
【００２７】
ここで、大径部が細すぎると、より多くのコイルを巻回する必要が生じ、特許文献１について説明したような溶融後の電極先端形状ばらつきが問題となる。一方、大径部が太すぎると、また、前方端面５１ａが大きくなりすぎると、放電アークの起点を定める突起の位置にばらつきが生じてしまい、ランプの光学特性に影響が及んでしまう。また、コイルの溶融にかかる時間及びエネルギー（消費電力）は減少するものの、大径部の溶融にかかる時間及びエネルギーが増大してしまう。従って、ランプ仕様（定格ランプ電力等）に応じて決定される小径部の径、及び上記のトレードオフを考慮して、小径部の径に対する大径部の径の比は、１：４程度であればよく、より好ましくは、１：１．５程度であればよい。
【００２８】
以上のように、上記実施例の構成によると、円柱状のタングステン材料を所定長に切断するだけで大径部を準備できるので、その前後端部にテーパーを形成する等の加工（切削加工及びその後のバリ取りや研磨加工）を施す必要がなく、製造工程を簡素なものとすることができる。
また、上記実施例の構成によると、小径部を直接加熱せずに大径部の後方端面を溶融して小径部の端部付近を覆いつつ結合する構成としたので、小径部の強度を維持し、かつ大径部と小径部の結合強度を確保することができる。
さらに、上記実施例の構成によると、大径部の前方平坦面を残しつつコイルの前方側を円錐形状としたので、放電アークの起点となる強固な突起が形成され、放電アークが定まり易くなり放電がより安定する。
【００２９】
以上より、本発明によると、電極軸部よりも太い先端部を有する高圧放電ランプ用電極において、高い生産性及び高い強度を実現する構成を提供することができる。また、本発明によると、信頼性及び光学特性に優れる高圧放電ランプを提供することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  高圧放電ランプ
２  発光管
３  放電空間
４  封止部
５  高圧放電ランプ用電極
６  金属箔
７  リード線
８  電極マウント
５０  小径部
５０ａ  端部
５１  大径部
５１ａ  前方端面
５１ｂ  後方端面
５１ｃ  溶融部
５２  コイル
５２ａ  溶融部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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