(57)【要約】  本発明は、円筒形の幹部（１２）と、該円筒形の幹部（１２）に繋がる先端（１１）とを有する、放電ランプ（Ｉ）用の電極において、該電極（１）の長手方向（Ａ）に、コアを形成する第１の材料領域（１３）が形成されており、該コアは少なくとも局所的に、ジャケットを形成する第２の材料領域（１４）によって包囲されていることを特徴とする電極に関する。本発明はさらに、この種の電極を有する放電ランプと、放電ランプ用の電極の製造方法とに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形の幹部（１２）と、該円筒形の幹部（１２）に繋がる先端（１１）とを有する、放電ランプ（Ｉ）用の電極において、
該電極（１）の長手方向（Ａ）に、コアを形成する第１の材料領域（１３）が形成されており、
該コアは少なくとも局所的に、ジャケットを形成する第２の材料領域（１４）によって包囲されていることを特徴とする、電極。
【請求項２】
前記第１の材料領域（１３）は、前記円筒形の幹部（１２）および前記先端（１１）の全長（ｌ２，ｌ３）にわたって延在する、請求項１記載の電極。
【請求項３】
前記第１の材料領域（１３）は、前記先端（１１）の前方端部において所定の長さ（ｌ４）にわたって露出されている、請求項１または２記載の電極。
【請求項４】
前記第１の材料領域（１３）と前記第２の材料領域（１４）との間の結合部は焼結処理で形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電極。
【請求項５】
前記第１の材料領域（１３）は長手軸（Ａ）を中心として形成されており、前記電極（１）内にセンタリングされて配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電極。
【請求項６】
前記第２の材料領域（１４）はタングステン材料から、トリウム不含で形成される、請求項１から５までのいずれか１項記載の電極。
【請求項７】
前記第１の材料領域（１３）は添加材料を含むタングステン材料から、とりわけトリウム含有で形成される、請求項１から６までのいずれか１項記載の電極。
【請求項８】
前記第１の材料領域（１３）の直径（ｄ１）と前記電極（１）全体の直径（ｄ２）との比は０．１〜０．７の間である、請求項１から７までのいずれか１項記載の電極。
【請求項９】
１２ｍｍ以上の直径（ｄ２）を有し、とりわけ１５ｍｍ以上の直径（ｄ２）を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の電極。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項記載の電極（１）を有する放電ランプ、とりわけ高圧放電ランプ。
【請求項１１】
４ｋＷ以上の電力を有し、とりわけ５ｋＷ以上の電力を有する、請求項１１記載の放電ランプ。
【請求項１２】
水銀蒸発ランプとして構成されている、請求項１０または１１記載の放電ランプ。
【請求項１３】
水銀濃度は８ｍｇ／ｃｃｍ以上であり、とりわけ１０ｍｇ／ｃｃｍ以上である、請求項１２記載の放電ランプ。
【請求項１４】
キセノンランプとして構成されている、請求項１０または１１記載の放電ランプ。
【請求項１５】
キセノン低温充填圧は６バールを上回り、とりわけ８バールを上回る、請求項１４記載の放電ランプ。
【請求項１６】
円筒形の幹部（１２）と該円筒形の幹部（１２）に繋がる先端（１１）とを有するように形成された、放電ランプ（１）用の電極（１）の製造方法において、
該電極（１）の長手方向（Ａ）に、コアを形成する第１の材料領域（１３）を形成し、
少なくとも局所的に該コアを中心として、ジャケットを形成する第２の材料領域（１４）を形成することを特徴とする製造方法。
【請求項１７】
少なくとも、前記材料領域（１３，１４）の結合部を、焼結処理によって形成する、請求項１６記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、円筒形の幹部と該円筒形の幹部に続く先端とを有する、放電ランプ用の電極に関する。さらに本発明は、放電ランプ用のこの種の電極の製造方法と、相応の放電ランプとにも関する。
【０００２】
従来技術
ＤＣ高圧放電ランプのカソード、たとえばＨＢＯランプ（水銀蒸発ランプ）またはＸＢＯランプ（キセノンランプ）のカソードは通常、酸化トリウムがドープされたタングステンから成る。このようなカソードでは、酸化トリウムの割合は約０．４〜約２質量％である。酸化トリウムは放射性物質であるから、トリウム含有のタングステン電極の場合でも放射能が検出される。法的な規定が放射能物質の取り扱いを規制する。クリティカルな放射能に達すると、このような物質の取り扱いでの表示義務と措置とを変更する必要がある。カソードに酸化トリウムをドープすることは、カソード先端での出射動作を低減することにより、ランプ動作中にカソード先端温度を低減するという作用を有する。このことに関連して、ランプ寿命の間は発生するカソード戻り燃焼（Rueckbrand）は低減され、このことは、使用者に対してはポジティブに、有効光束ないしは有効放射光の低減が小さくなることに繋がる。
【０００３】
ランプ出力を増加するには通常、カソード寸法を大きくして、温度ひいては電極戻り燃焼を可能な限り小さく抑える必要がある。最大約５ｋＷの出力の放電ランプの場合、カソード全体ないしはカソード頂部は、放射能の限界値を上回ることなく、トリウム含有材料から形成することができる。８ｋＷを上回る出力の場合、このことは可能でなくなる。
【０００４】
従来技術から公知のカソードが図１に示されている。サイズとトリウム含有量とから全体の放射能が臨界値を上回るカソード１′では、放射能は２つの機械的に相互に結合された材料を使用することによって調整され、これらの材料のうち１つに酸化トリウムがドープされている。こうするためにカソード１′は、トリウム含有材料から形成されたされた前方先端領域１１′を有する。このブロック１１′は、長手方向で見て後方に配置された第２の領域１２′に載せられており、この第２の領域はトリウム不含の材料から形成されている。図１に示されたカソード１′の製造は比較的面倒である。カソード１′のこれら２つの部分１１′および１２′を結合するのは比較的面倒であり、こうするためにははんだ付けまたはねじ留めが行われる。このような比較的面倒な製造および組立の他に、このように形成されるカソード１′では、放電ランプの始動の問題が生じる。このような問題の原因は、これら２つの部分１１′および１２′の間の結合領域にアーク光が到達し、これは先端領域１１′の前方端部で必要とされているようには到達しないことである。
【０００５】
発明の開示
それゆえ本発明の課題は、電極を製造する手間が小さくなり、かつ電極の材料の放射能の臨界値を所要の範囲に抑えることができる放電ランプ用の電極と方法とを提供することである。さらに、このような電極を有する相応の放電ランプとこのような放電ランプの製造方法とを提供する課題もある。
【０００６】
前記課題は、請求項１に記載の構成を有する電極と、請求項１０に記載の構成を有する放電ランプとによって解決される。さらに前記課題は、請求項１６に記載の特徴を有する方法によっても解決される。
【０００７】
放電ランプ用の本発明の電極は、円筒形の幹部と該円筒形の幹部に続く先端とを有する。電極の長手方向に、少なくとも局所的にジャケットによって包囲されたコアが形成されている。このコアは第１の材料領域から形成され、前記ジャケットを形成する第２の材料領域によって包囲されており、これらの材料領域の組成は異なる。電極のこのような構造形成により、該電極の製造が簡単になり、とりわけ両材料領域間の結合領域の手間を小さくすることができ、ひいてはコアとジャケットとの間の結合領域の手間を小さくすることができる。さらにこのような電極で、材料のクリティカルな放射能の限界ととりわけ第１の材料領域のクリティカルな放射能の限界とに関する法的要件も満たすことができる。
【０００８】
有利にはコア領域は、幹部および先端の全長にわたって延在することにより、電極の長手方向に完全に延在するコア領域を第１の材料領域として形成する。また、コアひいては第１の材料領域が部分的にのみ電極の全長にわたって延在することもできる。したがって、コアは基本的に、ジャケットに完全に埋め込まれて配置される。
【０００９】
有利には、コアは先端の前方端部でのみ、所定の長さにわたって露出される。したがって、第１の材料領域は有利にはこの前方端部でのみ露出され、この前方端部ではジャケットひいては第２の材料領域は、電極の全長にわたって延在しない。このことにより、ランプの動作条件ととりわけカソード先端温度とを低減することができる。とりわけこのことにより、アーク光の到達を局所的に非常に集束させて、さらに電極の所望の領域に抑えることもできる。
【００１０】
特に有利には、電極ととりわけ材料領域の形成と、とりわけ第１の材料領域と第２の材料領域との間の結合部とを、焼結処理によって形成する。このようにして、従来技術ではたとえばはんだ付けまたはねじ留めによって設けられるような、設けるのが面倒であった機械的結合部は、この電極では必要なくなる。
【００１１】
第１の材料領域は有利には、電極の長手方向に該電極の長手軸を中心として形成され、電極内にセンタリングされて配置される。このように棒形のコアを中心に配置することにより、コアを均等に包囲するジャケットを形成することができ、長手軸を基準として対称的な構成が可能になる。このことによっても、電極の動作に好影響が及ぼされる。
【００１２】
第１の材料領域は有利には、トリウムを含有するタングステン材料から形成され、該タングステン材料にはとりわけ酸化トリウムがドープされている。しかし第１の材料領域のタングステン材料には、電極材料として適した別の任意の材料をドープすることもできる。たとえば、タングステン材料に酸化ランタンまたは酸化イットリウムをドープすることができる。または、タングステン材料に別の公知のドーピングおよび添加混合を行うこともできる。第１の材料領域は、別の材料または別の材料の組み合わせから形成することもできる。
【００１３】
第２の材料領域は有利にはタングステン材料から、トリウム不含で形成される。
【００１４】
このような方法によって、比較的大きな電極でも、第１の材料領域において均質に混合された材料を生成することができる。
【００１５】
複合材料から形成された電極、とりわけカソードを形成することができ、とりわけタングステン複合材料から形成された電極、とりわけカソードを形成することができる。このような複合材料は、内側の軸近傍のコアに、有利にはトリウム含有の材料領域を有し、その上にあるジャケットはトリウム不含で形成される。このような構成により、完全にトリウム含有のタングステンから成る同サイズの電極と比較して格段に低減された放射能度で電極を形成することができる。戻り燃焼特性に関しても、ここで提案される本発明の電極では、従来技術から公知の電極と比較して不利な特性は現れない。
【００１６】
さらに、図１に示されたカソード１′の結合箇所にアーク光が誤って到達するのも阻止することができる。この提案された複合電極の別の利点に、寿命が経過すると、アーク光がたとえば放電ランプの再始動時にカソードエッジに誤って到達するのを回避できるという利点もある。その理由は、アーク光は有利には、出射動作が低減された場所に到達し、有利にはトリウム含有材料領域に到達するからである。しかし、ここで提案される電極の有利な構成では、ジャケットはトリウムを含有しないので、アーク光が到達することもない。
【００１７】
有利には、電極のコアの直径と電極全体の直径との比は、０．１〜０．７の間の値領域内である。特に有利なのは、約０．４の値である。このような寸法決めにより、カソードのサイズと該カソードの最適な動作特性とに関する最高水準を実現し、クリティカルな放射能に関する必要な法的規定を満たすことができる。
【００１８】
有利な実施形態では、電極は１２ｍｍ以上の直径を有し、とりわけ１５ｍｍ以上の直径を有する。
【００１９】
本発明の別の側面は、本発明の電極または該電極の有利な実施形態を含む放電ランプに関し、とりわけ高圧放電ランプに関する。有利には放電ランプは、４ｋＷ以上の電力を有するように構成され、とりわけ５ｋＷ以上の電力を有するように構成される。８ｋＷを上回る電力をも有する、放電ランプ用のここで提案された電極が特に有利であることが判明している。このような電極の構成により、このような出力を有する放電ランプでも、放射能の限界値を遵守することができる。
【００２０】
放電ランプは水銀蒸発ランプとして構成するか、またはキセノンランプとして構成することができる。水銀蒸発ランプとして構成する場合には、水銀濃度は有利には８ｍｇ／ｃｃｍ以上であり、とりわけ１０ｍｇ／ｃｃｍ以上である。放電ランプがキセノンランプとして構成される場合、キセノン低温充填圧は有利には６バールを上回り、とりわけ８バールを上回る。
【００２１】
放電ランプ用の電極の本発明による製造方法では、電極は円筒形の幹部と、該円筒形の幹部に繋がる先端とを有するように形成される。電極の長手方向に、コアを形成する第１の材料領域を形成し、少なくとも局所的に該コアを包囲するジャケットを形成し、組成が該第１の材料領域の組成と異なる第２の材料領域によって該ジャケットを形成する。このような製造方法により、電極の材料のクリティカルな放射能に関する法的な規定を満たし、なおかつ小さい手間で製造できる電極を実現することができる。とりわけこのような構成では、両材料領域を有利には焼結処理によって生成することができる。このことにより、両材料間の機械的な結合部を、少なくとも、組み立てに関して比較的不精確で面倒なさらなる別個の製造工程で形成しなくてもよくなる。このことによって、このように製造された電極を含む放電ランプを製造することにより、非常に高い電力を有する放電ランプも、電極の材料の放射能の限界値を超えないようにすることができる。
【００２２】
本発明による電極の有利な実施形態および本発明による放電ランプの有利な実施形態は、電極の本発明の製造方法の有利な実施形態およびこのような電極を有する放電ランプの製造方法の有利な実施形態と見なすことができる。
【００２３】
図面の簡単な説明
以下で、本発明の実施例を概略図に基づいて詳しく説明する。
【００２４】
図面
図１  従来技術から公知のカソードの断面図である。
【００２５】
図２  本発明による電極の断面図である。
【００２６】
図３  本発明による高圧放電ランプの断面図である。
【００２７】
本発明の有利な実施形態
図２に、カソード１として形成された電極の断面が概略的に示されている。カソード１は先端１１を有し、この先端１１はこの実施例では円錐形に形成されている。先端１１は円筒形の幹部１２に続く。カソード１の長手方向ひいては長手軸Ａの方向に、該カソード１は、円筒形の幹部１２の長さｌ２と先端１１の長さｌ３とから成る長さｌ１を有する。図中の実施形態は単なる一例であり、長さ比も形状も変更することができる。
【００２８】
図２から見て分かるように、カソード１はコア１３を有し、このコア１３はこの実施例では、カソード１中の中心に、センタリングされて配置されているので、実質的に長手軸Ａを中心として回転対称的に形成されている。この実施例では、第１の材料領域によって形成されたコア１３はカソード１の全長にわたって延在し、このカソード１３はこの実施例では、トリウムを含有するタングステン材料から形成される。コア１３には酸化トリウムがドープされている。
【００２９】
このコア１３はジャケット１４によって周囲を包囲され、ジャケット１４は第２の材料領域によって形成されている。この第２の材料領域は、この実施例ではトリウム不含のタングステン材料である。
【００３０】
図中の実施形態では、コア１３は先端１１の前方端部で、ジャケット１４から突出して延在する。ここでは、ジャケット１４から長さｌ４にわたって突出して延在する盛り上がった領域が形成されている。したがってこの前方領域では、コア１３は長さｌ４にわたって露出されて配置されており、ジャケット１４によって包囲されない。概略的に示された長さｌ１〜ｌ４も、これらの長さｌ１〜ｌ４の相互間のそれぞれの比も単なる例であり、場合によっては、状況および要求に応じて異なって形成することができる。また、コア１３はカソード１の全長ｌ１にわたって延在せず、たとえば先端１１の領域にのみ延在して該先端１１の前方端部から出発してたとえば長さｌ３にわたって延在するように構成してもよい。また、このコア１３は先端１１から出発して、円筒形の幹部１２内部にまで延在するように構成してもよい。
【００３１】
この実施例では、コア１３はピン状に形成され、長さｌ１にわたって実質的に等しい直径ｄ１を有する。先端１１の前方端部だけ、ひいては長さｌ４にわたってだけ、このコア１３を円錐形に形成して先細りに形成する。コア１３のこのようなピン状の形状は必須ではなく、コア１３の直径ｄ１および成形を異なって形成することもできる。とりわけ、直径ｄ１を幹部１２の領域と、先端１１中に突出する領域とにおいても、変化することができる。
【００３２】
このことによってとりわけ、電力が比較的高くとりわけ８ｋＷを上回るランプで電極を使用することに関して、要求を満たすようにとりわけコア１３を形成することができ、また、放射能の限界値に関する法的な規定も満たされる。
【００３３】
たとえばここでは、コア１３はとりわけ先端１１の領域において幅を拡げられることにより、実際には先端１１の斜行縁部に合流するように拡げることもできる。このような構成では、図２において円筒形の幹部１２の下方の領域に示された直径ｄ１から、コア１３の直径ｄ１が先端１１の方向に拡大するように形成され、とりわけ連続的に拡大するように形成され、とりわけ先端１１の前方領域に向かって、該コア１３の縁部領域が先端１１の斜行縁部に合流するまで拡大するように形成される。ここから最終長さｌ１まで、コア１３の直径は先端１１の斜行縁部によって再び低減する。このことは、図２において長さｌ４にわたって例として示されている通りである。また、コア１３のこのような連続的な拡幅ひいては直径の連続的な拡大は、幹部１２が先端１１に移行して初めて開始し、上方に向かって続行されるように構成することもできる。
【００３４】
図２に示されたコア１３の直径ｄ１の他に、カソード１の全直径ｄ２も示されている。この実施例では、直径ｄ１と直径ｄ２との比の値は０．４である。
【００３５】
図２に示されたカソード１は焼結処理で形成され、とりわけ両材料領域は、ひいてはコア１３とジャケット１４とは、焼結処理によって結合される。このようにしてカソード１は複合電極として形成され、タングステン複合材料から形成される。
【００３６】
図３に、図２に示された実施形態によるカソード１を有する高圧放電ランプＩが概略的に示されている。
【００３７】
さらにアノード２も形成されており、ここではカソード１は保持バー３に固定されており、アノード２は保持バー４に固定されている。これらの保持バー３ないしは４はそれぞれ、別の固定エレメント５ないしは６に合流し、たとえば水晶バーに合流する。高圧放電ランプＩの上記の部品は、石英ガラス製の放電容器７内に配置されており、とりわけアノード２およびカソード１は、楕円形に形成された放電エンベロープ７１内に配置されている。保持バー３および４は図中にないモリブデンフィルムに結合されており、このモリブデンフィルムは放電容器７の管形端部内に真空密に溶融封入されている。さらに、高圧放電ランプは端子ソケット８および９も有する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来技術から公知のカソードの断面図である。
【図２】本発明による電極の断面図である。
【図３】本発明による高圧放電ランプの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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