(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大電力用のショートアーク放電灯用陽極の製造方法であって、
結晶方向が軸方向に長くなるように、軸方向に直交する方向から鍛造加工された高融点金属で構成された円筒状部位を準備し、
前記円筒状部位を焼結ダイ内に載置し、前記円筒状部位の周囲に同じ金属の粉末を充填し、
前記充填した金属粉末を前記円筒状部位に加圧焼結させ、
前記円筒状部位が電極の先端の一部を構成するように成形すること、
を特徴とする大電力用のショートアーク放電灯用陽極の製造方法。
【請求項２】
ショートアーク放電灯用電極の製造方法であって、
結晶方向が軸方向に長くなるように、軸方向に直交する方向から鍛造加工された高融点金属で構成された円筒状部位を準備し、
前記円筒状部位を焼結ダイ内に載置し、前記円筒状部位の周囲に同じ金属の粉末を充填し、
前記充填した金属粉末を前記円筒状部位に加圧焼結させ、
前記円筒状部位が電極の先端の一部を構成するように成形するショートアーク放電灯用電極の製造方法において、
前記円筒状部位の先端は球状であり、
前記充填した金属粉末は前記円筒状部位の球状面に加圧焼結されること、
を特徴とするショートアーク放電灯用電極の製造方法。
【請求項３】
先端部および、本体部で構成されたショートアーク放電灯用電極であって、
前記本体部は高融点金属で構成されており、
前記先端部は、前記本体部と比べると、結晶方向が前記電極の軸方向に長い高融点金属で構成されており、
前記本体部と前記先端部の境界面は球面接触していること、
を特徴とするショートアーク放電灯用電極。
【請求項４】
大電力用のショートアーク放電灯用陽極の製造方法であって、
第１の特性を有する金属で構成された１の円筒状部位を準備し、
前記円筒状部位を焼結ダイ内に載置し、前記円筒状部位の周囲に、第２の特性を有する金属の粉末を充填し、
前記充填した金属粉末を前記円筒状部位に加圧焼結させ、
前記前記円筒状部位が電極の先端の一部を構成するように成形すること、
を特徴とする大電力用のショートアーク放電灯用陽極の製造方法。
【請求項５】
第１の特性を有する金属で構成された円筒状部位を準備し、
前記円筒状部位を焼結ダイ内に載置し、前記円筒状部位の周囲に、第２の特性を有する金属の粉末を充填し、
前記充填した金属粉末を前記円筒状部位に加圧焼結させ、
前記前記円筒状部位が電極の先端の一部を構成するように成形するショートアーク放電灯用電極の製造方法であって、
前記円筒状部位の先端は球状であり、
前記充填した金属粉末は前記円筒状部位の球状面に加圧焼結されること、
を特徴とするショートアーク放電灯用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショートアーク型放電灯の電極に関し、特に、大電流、大電力のショートアーク型放電灯電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、タングステン材料の熱伝導力および耐熱クリープ性を高める為に、陽極端面の中心領域において軸方向に鍛造することにより、タングステン材料の圧縮度を高めることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平6-119907号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のような軸方向からの鍛造処理においては、陽極の大電力化に伴い、大型の製造装置が必要となる。
【０００５】
本件発明は、大型の製造装置を必要することなく、大電力用の陽極を簡易に製造できる陽極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
(1)本発明に係る大電力用のショートアーク放電灯用陽極の製造方法は、結晶方向が軸方向に長くなるように、軸方向に直交する方向から鍛造加工された高融点金属で構成された円筒状部位を準備し、前記円筒状部位を焼結ダイ内に載置し、前記円筒状部位の周囲に同じ金属の粉末を充填し、前記充填した金属粉末を前記円筒状部位に加圧焼結させ、前記円筒状部位が電極の先端の一部を構成するように成形する。
したがって、大電力用のショートアーク放電灯用陽極を簡単に製造することができる。
【０００７】
(2)本発明に係るショートアーク放電灯用電極の製造方法は、前記円筒状部位の先端は球状であり、前記充填した金属粉末は前記円筒状部位の球状面に加圧焼結される。したがって、加圧時の圧力を前記球状面に対して与えることができるので、強固に接合することが可能となる。
【０００８】
(3)本発明に係るショートアーク放電灯用電極の製造方法は、結晶方向が軸方向に長くなるように、軸方向に直交する方向から鍛造加工された高融点金属で構成された円筒状部位を準備し、前記円筒状部位を焼結ダイ内に載置し、前記円筒状部位の周囲に同じ金属の粉末を充填し、前記充填した金属粉末を前記円筒状部位に加圧焼結させ、前記前記円筒状部位が電極の先端の一部を構成するように成形するショートアーク放電灯用電極の製造方法において、前記円筒状部位の先端は球状であり、前記充填した金属粉末は前記円筒状部位の球状面に加圧焼結される。したがって、強固に接合することが可能となる。
【０００９】
(4)本発明に係る大電力用のショートアーク放電灯用陽極の製造方法であって、第１の特性を有する金属で構成された１の円筒状部位を準備し、前記円筒状部位を焼結ダイ内に載置し、前記円筒状部位の周囲に、第２の特性を有する金属の粉末を充填し、前記充填した金属粉末を前記円筒状部位に加圧焼結させ、前記円筒状部位が電極の先端の一部を構成するように成形する。したがって、異なる特性を有する金属で構成された部位を有する大電力用陽極を簡単に製造することができる。
【００１０】
(5)本発明に係るショートアーク放電灯用電極の製造方法は、第１の特性を有する金属で構成された円筒状部位を準備し、前記円筒状部位を焼結ダイ内に載置し、前記円筒状部位の周囲に、第２の特性を有する金属の粉末を充填し、前記充填した金属粉末を前記円筒状部位に加圧焼結させ、前記前記円筒状部位が電極の先端の一部を構成するように成形するショートアーク放電灯用電極の製造方法であって、前記円筒状部位の先端は球状であり、前記充填した金属粉末は前記円筒状部位の球状面に加圧焼結される。
したがって、加圧時の圧力を前記球状面に対して与えることができるので、強固に接合することが可能となる。
【００１５】
本明細書において、「円筒状部位」とは、端面が球状になっているものを含む概念である。また、「先端部」は実施形態では、柱状結晶部５が該当する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る陽極１を模式的に示す図である。
【図２】上記実施形態における加圧焼結用の装置を示す概略図である。
【図３】加工時の変遷を説明するための図である。
【図４】他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に、本発明に係るショートアーク放電灯用電極である陽極１を示す。なお、図１においては、特徴が伝わりやすくするために、結晶構造をモデル化して記載している。
【００１８】
陽極１は、柱状結晶部５および、本体部３で構成されている。柱状結晶部５、および本体部３は、ともに高融点金属であるタングステンで構成されている。柱状結晶部５は、結晶方向が前記電極の軸方向に長い。これは、軸方向に直交する方向から鍛造加工されているからである。この鍛造加工により、柱状結晶部５は、結晶が柱状となり再結晶しづらくなる。これに対して、本体部３は、後述するように、タングステン粉をＳＰＳ装置（図２参照）で拡径方向に圧縮して製造される。したがって、結晶構造は、図１に示すように、等方性を有している。
【００１９】
かかる等方性を有する本体部を設けることによって、大型の製造装置無しに、大電力の陽極を簡単に製造できる。また発明者としては陽極先端の熱を効率よく陽極全体に伝えることができると理解している。
【００２０】
図１において、柱状結晶部５と本体部３は球面状に接触している。これは以下のような理由による。点灯時には、陽極先端の中央でアーク放電を受け止め、発生した熱は陽極先端の中央を中心としてほぼ同心円上に同一温度となる。よって、高温となる領域を軸方向に直交する方向から鍛造加工された高融点金属で構成することができる。
【００２１】
図３、図４を用いて、陽極１の製造方法について説明する。本実施形態における製造方法は、以下の第１行程〜第５行程で構成されている。
【００２２】
［第１工程］  
第１工程では、軸方向に直交する方向から熱間鍛造（スエージ）によって緻密化させたタングステン棒の先端を球面状に加工した素形材１４０(図３Ａ参照）を準備する。
【００２３】
［第２工程］
第２工程では、本体部３用のタングステン粉末を混合する。本実施形態においては、原料粉末を焼結ダイに充填する際、粒子間の隙間を小さくするために複数の粒度のタングステン粉末を混合するようにした。これにより、後の焼結行程にて、高密度な（ポアが少ない）焼結接合体を得ることができる。複数の粒度のタングステン粉末を混合するためには、ボールミルなどの公知の混合機を用いればよい。
【００２４】
［第３工程］
第３工程では、素形材１４０を覆うような円柱を製作する。具体的には、図３２に示すパンチ１３２の上に第１工程で製作した素形材１４０をセットし、これをダイ１３０の下から挿入する。ダイ１３０と素形材１４０の隙間に第２工程で調製したタングステン粉１３３を充填する。ダイ１３０の上の開口部に上のパンチ１３１を挿入する。これらを放電プラズマ焼結装置１００にセットし、装置チャンバー１３４内を真空にする。
【００２５】
上下のパンチ電極１３５の間に、数Ｖ〜数１０Ｖ程度の低電圧で、数１００Ａ〜数万Ａのパルス状の大電流を通電する。これによりタングステン粉１３３及び素形材１４０は、例えば１００K（ケルビン）／ｍｉｎの上昇率で加熱され、最終的には例えば１５００Kに達するまで加熱する。
【００２６】
さらに、上下のパンチ電極１３５の間に、数１０ＭＰａの圧力を数１０分間加え、タングステン粉１３３の焼結を行う。これにより、焼結したタングステンの層が素形材１４０に接合する。タングステンの層の密度は、理論密度の６０〜９９.５％とする。素形材１４０の先端は図３Ｂに示すように、球面状に形成されているので、その圧力は、境界の接合時に球面の法線方向である矢印α方向に拡散し、強固に接合する。
【００２７】
タングステン粉末の焼結、接合はパルス状の大電流によりなされる。ここで、素形材１４０とタングステン粉１３３との結合について、その原理は明らかではない。発明者は、両者の界面における火花放電現象により発生する放電の高エネルギー密度場とジュール熱による熱拡散、ＯＮ−ＯＦＦパルス電流の流れの方向に沿った電磁場発生による高速物質移動を促進する電界拡散効果などであると推認している。
【００２８】
これにより、図３Ｃに示す円柱形状の複合材料１５０が得られる。
【００２９】
本発明を実施するにあたっては、放電プラズマ焼結法が最適であるが、タングステン粉末の焼結と素形材１４０との拡散接合ができれば、とくに限定されるものではなく、ホットプレス法やＨＩＰ（熱間等方圧加圧）法でもよい。
【００３０】
また、第２工程で複数の粒度のタングステン粉末を混合しているので、焼結後のタングステンの焼結接合層１４Ｂのポアを少なくできる。したがって、ポアの部分に溜まっているガスや不純物がアーク放電中に放出される事を防止できる。これにより、陽極１の温度上昇に伴う蒸発を防ぎ、封体の内面が黒化を防止できる。
【００３１】
［第４工程］
第４工程では、陽極としての形状加工をおこなう。第３工程により得られた複合材料１５０を、図３Ｄの、面Ｘ−Ｘが露出するように切削する。この加工は旋盤などを使った切削加工や、ワイヤーカット放電加工など、通常の金属加工法を採用できる。これを上下反転させることにより、素形材１４０が中心部分の先端に存する陽極１が得られる。
【００３２】
［第５工程］
第５工程では、脱ガス処理を行う。  これにより、陽極１が完成する。
【００３３】
なお、陽極１の形状については、図４Ａ〜Ｇに示すように種々の変形が可能である。
【００３４】
本実施形態においては、装置チャンバー１３４内を真空にした場合について説明したが、水素雰囲気又は不活性ガス雰囲気でもよい。
【００３５】
上記実施形態においては、超高圧水銀放電灯に適用した場合について説明したが、その他のショートアーク放電灯にも適用可能である。
【００３６】
本発明はショートアーク放電灯用の陽極に適用した場合について説明したが、同様にして、電子放射物質を含む高融点金属と、電子放射物質を含まない高融点金属の混合粉を用いて、ショートアーク放電灯用の陰極に適用することもできる。この場合、以下のような発明として把握できる。
【００３７】
ショートアーク放電灯用陰極の製造方法であって、
電子放射性物質を含有する高融点金属で構成された円筒状部位を準備し、
前記円筒状部位を焼結ダイ内に載置し、前記円筒状部位の周囲に、前記電子放射性物質を含有しない高融点金属の粉末を充填し、
前記充填した金属粉末を前記円筒状部位に加圧焼結させ、
前記前記円筒状部位が電極の先端の一部を構成するように成形すること、
を特徴とするショートアーク放電灯用陰極の製造方法。
【００３８】
すなわち、本明細書にて開示された発明は、以下のような発明として把握することができる。
【００３９】
ショートアーク放電灯用電極の製造方法であって、
第１の特性を有する金属で構成された円筒状部位を準備し、
前記円筒状部位を焼結ダイ内に載置し、前記円筒状部位の周囲に、第２の特性を有する金属の粉末を充填し、
前記充填した金属粉末を前記円筒状部位に加圧焼結させ、
前記前記円筒状部位が電極の先端の一部を構成するように成形すること、
を特徴とするショートアーク放電灯用電極の製造方法。
【符号の説明】
【００４０】
１        陽極
３        本体部分
５        柱状結晶部
【図１】
0005670708.tif 000002
【図２】
0005670708.tif 000003
【図３】
0005670708.tif 000004
【図４】
0005670708.tif 000005