(57)【要約】  金属蒸気を含有する放電ランプのための電極（３５）は高溶融性で導電性の材料、有利にはタングステン又はタングステンを主として含有する材料から成っている。この電極は長手方向軸線Ｌを規定するピン状のヘッド部（３７）を備えたシャフト（３６）から成っている。この場合、ヘッド部分（３７）の領域には少なくとも１つの孔（３９）が長手方向軸線に対しほぼ横方向に、特に長手方向軸線に対し６０°から９０°の角度を成して配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属蒸気を含有する放電ランプのための電極（３５）であって、高溶融性の導電材料、有利にはタングステンから成るか又は主としてタングステンを含有する材料から成り、シャフト（３６）と長手方向軸線Ｌを規定するピン状のヘッド部分（３７）とから構成されている形式のものにおいて、前記ヘッド部分（３７）の領域に少なくとも１つの孔（３９）が長手方向軸線に対しほぼ横方向に、特に長手方向軸線に対し６０°から９０°の角度で配置されていることを特徴とする、高圧放電ランプ用の電極。
【請求項２】
シャフトとヘッド部分とが統一的な所定のピン直径Ｄを有している、請求項１記載の電極。
【請求項３】
ヘッド部分がシャフトを超える直径Ｄ２を有している、請求項１記載の電極。
【請求項４】
前記孔が貫通孔として又は盲孔として構成されている、請求項１記載の電極。
【請求項５】
ヘッド部分が最高３つの孔を有している、請求項１記載の電極。
【請求項６】
前記孔の直径が変化しており、該孔が最大直径Ｂを有している、請求項１記載の電極。
【請求項７】
複数の孔がある場合に、最大直径がそれぞれほぼ同じ大きさである、請求項６記載の電極。
【請求項８】
孔が直線的である、請求項１記載の電極。
【請求項９】
複数の孔が一平面内に位置している、請求項１記載の電極。
【請求項１０】
複数の孔が互いに接続されている、請求項８記載の電極。
【請求項１１】
各盲孔が直径Ｄの少なくとも５０％の深さを有している、請求項４記載の電極。
【請求項１２】
ヘッド部分の先端（７）に丸味が付けられている、請求項１記載の電極。
【請求項１３】
先端からの孔（孔の中心）の間隔をＡとした場合に比Ａ／Ｄが１と６の間（最終値を含む）に位置している、請求項１記載の電極。
【請求項１４】
孔の直径Ｂとヘッド部分の直径Ｄとの間の比が０．０５と０．３との間（最終値を含む）に位置する、請求項１記載の電極。
【請求項１５】
請求項１の電極を少なくとも１つ有し、金属蒸気、特に水銀及び／又はナトリウムを含有する放電容器を有し、該放電容器がガラス又はセラミックから製作されていることを特徴とするランプ。
【請求項１６】
長手方向軸線を有するピン状のヘッド部分を備えた電極を製作する方法において、長手方向軸線に対しほぼ横方向の孔を最大１０μｓ継続時間の短いレーザパルスによって形成することを特徴とする、電極を製作する方法。
【請求項１７】
レーザ光線をフォーカス化する、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
パルスの反復値が少なくとも１ＫＨｚである、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
フォーカス化されたレーザ光線のエネルギ密度が電極の材料の昇華に必要なエネルギ密度の上にある、請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求の範囲の上位概念に記載した、金属蒸気で充填された高圧放電ランプ用の電極から出発している。その際、本発明は特に水銀及び／又はナトリウムを含んでいる高圧放電ランプ、特にナトリウム高圧ランプのための電極を対象としている。他の使用領域は例えばメタルハロゲナイドランプである。別の使用領域は水銀が用いられていないメタルハロゲン化ランプである。
【０００２】
公知技術
ＤＥ−ＰＳ９７６２２３号明細書によれば金属蒸気で充填された高圧放電ランプのための電極であって、貫通する孔を使用したものがすでに公知である。前記孔はほぼ軸方向に配置されている。この孔はアーク動揺を減じることで貴ガスを含有する高圧放電ランプを安定化させるために用いられる。蒸気化しにくい金属、例えば水銀及びナトリウムを含まずガス形態である貴ガスを含む前記ランプにおいては即座の着火性が特徴である。この場合にはしたがって燃焼過程及び着火改善処置が採られる必要はない。
【０００３】
発明の開示
本発明の課題は請求項１の上位概念に記載した電極であって、簡単な処置で金属蒸気を含有するランプの着火性が改善される電極を提供することである。
【０００４】
前記課題は、請求項１の特徴によって解決された。特に有利な構成は従属請求項に記載されている。
【０００５】
本発明の別の課題は、前記の如き電極を有するランプを提供すること及び前記の如き電極の簡単な製作方法を提供することである。
【０００６】
前記両課題は請求項１５もしくは１６の特徴によって解決された。
【０００７】
通常の形式では金属蒸気を含有する放電ランプのための電極は着火を改善するために、ヘッド部分に螺旋溝を備えている。これに対する公知の選択的な構成は球ヘッド又は円筒ヘッドを備えることである。これらの処置は、着火とアーク受取りとを改善するために役立つ。もちろん、小さな電極に螺旋溝を装備するか又は球ヘッドを装備することは面倒である。球ヘッドは溶融し、不都合な構造変化をもたらす。両方の技術は少なくとも付加的な方法ステップを必要とする。
【０００８】
驚くべきことには電極のヘッド部分の領域における単数又は複数の孔は同じ働きを有することが確認された。これは電極製造の著しい簡易化のための基本状態を提供する。特に前記孔は２０ｗから１００ｗまでの領域の小さな出力のためにミニチュア化された電極の好適な形状付与を可能にする。特に電極の構成はコンスタントな直径を有するピンをシャフトとして、統合されたヘッド部分と共に使用できることによって特に簡単になる。従来はこの簡易化には、この場合にアークの発着点が電極上で往復移動し、片側で圧潰されたランプでは圧潰部位へすら移動し、ランプの破壊をもたらすという問題があった。
【０００９】
孔あけの基本原理は、孔が着火のための前イオン化空間を提供することで中空カソード効果が達成されることにある。有利には前記空間の容積は０．０２ｍｍ３と２ｍｍ３との間にある。この結果、ランプ稼動開始持にグロー電圧が低くなり、これにより２つの利点が得られるようになった。その１つは電極の材料、通常はタングステンのみ又は少なくとも合金の主要成分としてのタングステンのスパッタリング損耗が減少し、この結果、黒化が減じ、ひいてはルーメンメンテナンスが改善されることでもある。もう１つの利点は高められたグロー電流が達成されることである。これは電極の迅速な加熱をもたらす。特に両方の電極が前述の如き孔を備えていると、この結果、ランプ稼動開始が早くなる。グローアーク移行は容易になる。
【００１０】
孔の特に好適な効果は前記孔が先端部に所定の断熱効果を発揮することである。これによって電極はより迅速に加熱し、ランプ稼動開始が加速される。さらに熱伝導による稼働中の熱損失も小さくなる。
【００１１】
したがって好適な成果を得るためには前イオン化に対する要求と断熱に対する要求との間にコンプロミスを見出す必要ある。
【００１２】
電極を製造するためのベース材料としては、事情によってはタングステンの他に、他の高溶融性の金属、すなわちタンタル、レニウム又はこれらの金属の合金又はカーバイト又はこれらの金属をタングステンの他に５０〜２０重量％含有する材料を使用することができる。
【００１３】
本発明による電極は高圧放電ランプのあらゆるセラミック製の放電容器内でもガラス製の放電容器内でも使用することができる。この場合には放電容器が片側で閉じられているか又は両側で閉じられているかは問題にならない。片側で圧潰されている場合には電極は折り曲げられる。その際、孔は折り曲げられたヘッド部分内に位置している。電極は放電容器にそのシャフトにより、例えば貫通案内部により、又はシャフトの部分により保持されるか又はこれに取付けられる。この場合、前記貫通部は公知のようにセラミック製の毛細管にてシールされるか又は圧潰部又は溶融部にてシールされる。
【００１４】
電極の簡単な製作は孔が機械的な又は電気的な作用で形成されると達成される。特に有利であることは電極の製作が最高１０μｓの継続時間の、有利には最高２μｓの継続時間の、エネルギ密度の高い短いレーザパルスで行なわれることである。この場合、レーザパラメータは溶融相が生ぜしめられることなく、つまりタングステンが直接的に孔から昇華されるように調節される。孔の典型的な直径は２００μｍであり、ピンの典型的な直径は２０から４００ｗであるワットに関連して０．５から５ｍｍであり、２０から７５ｗの領域の小さなワット値のために特に有利である。
【００１５】
ヘッド部分の領域においては長手方向軸線に対しほぼ横方向に、特に長手方向軸線に対し６０°から９０°の角度で少なくとも１つの孔が配置されている。有利には１つから３つの孔が使用される。
【００１６】
シャフトとヘッド部分は有利には統一的な所定のピン直径Ｄを有していることができる。しかし大体においてはヘッド部分の直径は事情によってはシャフトの直径よりも大きく、ヘッド部分はシャフトの直径Ｄ１を上回る直径Ｄ２を有していることができる。
【００１７】
孔は貫通して構成されるか又は盲孔として構成されていることができる。
【００１８】
ヘッド部分は特にヘッド部分の周方向に分配された最高３つの孔を有していると有利である。
【００１９】
有利な寸法設定を説明するためには孔が最大直径Ｂを有することが規定されている。これは完全に一定である必要はない。
【００２０】
複数の孔がある場合には最大直径はしばしばほぼ等しい。さらに孔は有利には直線的であるが、しかし孔は湾曲されていることもできる。熱勘定の好適化にとっては、異なる直径の孔又は直径の変化する孔が可能である。
【００２１】
複数の孔がある場合にはこれらの孔は有利にはほぼ一平面内に位置している。これは前記複数の孔が互いに接続され、イオン化室としての作用が改善されるという利点を有している。盲孔として孔を実現する場合には盲孔は有利にはＤの少なくとも５０％の深さ、最高８０％の深さを有している。
【００２２】
他の加工が省略されることで特別な利点を提供する簡単なピンの場合にはヘッド部分の先端に丸味がつけられていると有利である。これはもっとも簡単な場合にはピンのタンブリングによって達成することができる。これにより、まくれ及び縁のスパッタ損耗は阻止され、孔との協働により寿命がさらに改善される。これは特に２０ｗから１５０ｗの小さなワット値で達成される。
【００２３】
電極の先端からの孔（孔の中心）の間隔を符号Ａで示すと、有利には比Ａ／Ｄは１と６の間（最終値を含む）に位置していると有利である。特に効果的であるのは孔の直径Ｂとヘッド部分Ｄとの間の比が０．０５と０．３との間（最終値を含む）にある孔である。
【００２４】
孔を有する少なくとも１つの電極を備えた典型的なランプは、少なくとも１つの放電容器を有し、該放電容器が金属蒸気、特に水銀及び／又はナトリウムを有している。この場合、放電容器はガラス又はセラミックから製作されている。このランプは最高４００ｗの出力を有する比較的にワット値の低いランプである。
【００２５】
タングステンから成る電極であって、電極が長手方向軸線を有するピン形状のヘッド部分を備えた電極を製作するための有利な製作方法の特徴は、１つの孔を長手方向軸線に対しほぼ横方向に、最大１μｓの継続時間の短いレーザパルスによって形成することである。レーザとしてはパルス化したＮｅｏｄｙｍ−ＹＡＧ−レーザが使用される。このレーザのエネルギはタングステンを昇華するために必要なエネルギ密度の上に位置するようにフォーカス化される。反復値１ＫＨｚの上にある。
【００２６】
本発明の有利な実施態様
図１において示された３５ｗの出力を有するメタルハロゲン化ランプ１は片側で閉じた、石英ガラスから成る放電容器２を有している。電極３は圧潰部４によりシールされている。この場合、電極はタングステンＷから製作されかつ放電容器の内部にシャフト５を有し、該シャフト５には円筒形のヘッド６が側部に取り付けられている。ヘッド６の先端の間には放電部が構成されている。円筒状のヘッド６はヘッドの長手方向軸線に対し横方向に位置する孔を備えている（図１１Ｅ参照）。電極３はほぼＷから、すなわち５０％よりも多くのタングステンＷから製作され、残りは例えばレニウムであることができる。充填物は水銀とナトリウム、Ｓｎ、ＴＩ、Ｔｍ等のハロゲン化を有している。充填物は主としてほぼ水銀又はナトリウム蒸気だけを含有することもできる。正確な充填物は問題ではない。
【００２７】
図２には１５０ｗの出力を有する、両側で閉じられたセラミック製の放電容器１１を有する金属ハロゲニトポンプ１０が示されている。電極１２は一貫してコンスタントな直径を有するピン１３から成っている。ピン１３は一貫してコンスタントな直径を有している。前記直径は３００μｍである。先端から２ｍｍの間隔をおいて直径１５０μｍの孔が電極の長手方向軸線に対し横方向に形成されている（図３を参照）。
【００２８】
図３には図２のランプのための電極が詳細に示されている。電極は直径Ｄを有する一貫したピン１３を有している。ピン１３の先端から間隔Ａをおいて孔１４が長手方向軸線Ｌに対し横方向に形成されている。孔１４は横軸に対し中心的に位置し、直径Ｂを有している。有利な寸法は比Ｂ／Ｄ＝０．０５から０．３０である。有利な比Ａ／Ｄは１から６までである。
【００２９】
図４においては一平面内で長手方向軸線Ｌに対し横方向に９０°互いにずらされた２つの孔１５，１６を有する電極１３が示されている。両方の孔１５，１６は貫通孔であって、両方の孔１５，１６は中心点にて互いに接続されていることができる（図４Ａを参照）。電極１３はそのヘッド３８にて尖らされて構成されている。
【００３０】
図５においては、異なる平面にて互いに９０°ずらされて配置された２つの孔１７，１８を有する電極１３が示されている。両方の孔１７，１８は貫通しておりかつ同じ直径を有している（図５Ａと図５Ｂとを参照せよ）。
【００３１】
図６においては一平面内で長手方向軸線Ｌに対し９０°横方向に互いにずらされた２つの孔２０，２１を有する電極１３が示されている。両方の孔２０，２１は盲孔として構成され、中心点にて互いに接続されている。（図６Ａを参照せよ）。
【００３２】
図７においては長手方向軸線Ｌに対し２５°傾けられた孔２２を有する電極１３が示されている。この構想は特に水平の燃焼状態に対し応用可能である。
【００３３】
図８においては短い盲孔２４を有する電極１３が示されている。該盲孔２４は有利には直径Ｄの深さの少なくとも５０％、有利には約６５％の深さを有している。この場合には十分な昇華室を準備するためには直径Ｂが比較的に大きく選択される必要がある。Ｂは特に０．８Ｄ≦Ｂ≦１．２Ｄの領域内で選択する必要がある。
【００３４】
図９においてはシャフト２６の直径Ｄ１が比較的に大きい電極２５が示されている。この場合、ヘッド部分２７はより大きい直径Ｄ２を有し、特に個別に取り付けられている。このような電極は１５０から４００ｗの比較的に大きな出力のために好適である。ヘッド部分２７は２つの孔２８と２９を有し、これらの孔２８と２９は異なる平面にて長手方向軸線Ｌに対し９０°互いにずらされて配置されている。この両方の孔２８，２９は貫通しているが、しかし異なる直径Ｂ１とＢ２を有している（図９Ａと９Ｂとを参照せよ）。
【００３５】
図１０には直径Ｄのほぼ５５％の深さを有する短い盲孔３０を有する電極１３が示されている。この場合には盲孔の直径Ｂは外から内へ減少させられている。これは製作技術的に有利である。
【００３６】
図１１においては片側の閉じられた放電容器のための電極３５が示されている。この場合にはシャフト３６はヘッド３７に対して横に位置している。円筒形のヘッド部分は先端３８と孔３９とを有している。孔３９の直径Ｂはヘッド部分の直径Ｄ２に比較して小さく選ぶ必要がある。何故ならばこの場合には十分な昇華室を準備することができるからである。高い熱容量はシャフトの直径Ｄ１に対するヘッド部分の直径Ｄ２が大きいことで既に保証されるからである。
【００３７】
このような電極の製造は例えば５μｓ継続時間、しばしばより短い継続時間を有する短いレーザパルスを使用することで行なわれる。レーザ光線は特にレンズでフォーカス化される。有利にはレーザ光線は例えば３ＫＨｚ又はそれ以上の高い反復値でパルス化される。フォーカス化は有利には、フォーカス化されたレーザ光線のエネルギ密度が電極材料の昇華に必要なエネルギ密度の上にあるように行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】高圧放電ランプの側面図。
【図２】別の高圧放電ランプの側面図。
【図３】図１のランプの電極の断面図。
【図４】電極の別の実施例を示す図。
【図５】電極の別の実施例を示す図。
【図６】電極の別の実施例を示す図。
【図７】電極の別の実施例を示す図。
【図８】電極の別の実施例を示す図。
【図９】電極の別の実施例を示す図。
【図１０】電極の別の実施例を示す図。
【図１１】電極の別の実施例を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１  メタルハロゲン化ランプ、  ２  放圧容器、  ３  電極、  ４  圧潰部、  ５  シャフト、  ６  ヘッド、  １１  放電容器、  １２  電極、  １３  ピン、  １４  孔、  １５，１６  孔、  １７，１８  孔、  ２０，２１  孔、  ２２  孔、  ２４  盲孔、  ２５  電極、  ２６  シャフト、  ２７  ヘッド部、  ２８，２９  孔、  ３０  盲孔、  ３５  電極、  ３６  シャフト、  ３７  ヘッド、  ３８  先端、  ３９  孔
【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４Ａ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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