(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管球における高融点金属からなる導電部材と金属箔の溶融接合構造体であって、
前記高融点金属からなる導電部材の表面に前記金属箔が重ねられた領域において、前記導電部材の高融点金属と前記金属箔とがファイバーレーザー光の照射によって溶融化されて、前記金属箔を貫通し該金属箔の表面に開口が形成され、前記導電部材の溶融化された高融点金属が前記金属箔の表面の前記開口の周縁を肉盛りされたように覆っていることを特徴とする管球における溶融接合構造体。
【請求項２】
前記高融点金属からなる導電部材がタングステンまたはモリブデン、前記金属箔がモリブデンであることを特徴とする請求項１に記載の管球における溶融接合構造体。 
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の管球における溶融接合構造体の製造方法であって、
前記高融点金属からなる導電部材の表面に前記金属箔が重ねられた領域において、前記金属箔側から、ファイバーレーザー装置によってエネルギーが４０ＭＷ／ｃｍ２以上のレーザー光を照射して前記導電部材と前記金属箔を接合したことを特徴とする管球における溶融接合構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管球の給電構造に係わる溶融接合構造体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＯＡ用ハロゲンランプや、液晶プロジェクタ光源用の水銀ランプや、一般照明用のメタルハライドランプ等においては、封止部において内部リードと外部リードとを金属箔を介して接合し、管球内における発光空間の気密性を確保している。内部リードと外部リードとを金属箔に接合する場合、例えば、ピンチシールで封止されるＯＡ用ハロゲンランプの金属箔と内部リードの接合部分や、シュリンクシールで封止されるプロジェクタ光源用の水銀ランプの金属箔と内部リードの接合部分は、従来は抵抗溶接法により接合されていた。
【０００３】
しかし、抵抗溶接法では、溶接電極棒による経時変化により、溶接条件が変動し、溶接品質が安定せず、溶接強度が不足して剥離する剥離不良や、溶接により金属箔に穴があく穴あき不良が発生していた。さらに、抵抗溶接においては、溶接強度を得るために溶接時に加圧する必要があり、その加圧により電極やリード棒などの微細な部品に変形不良や折れ不良が発生するおそれがあった。
【０００４】
特許文献１には、高圧放電ランプの製造において、タングステン電極とモリブデン箔の接合のために、抵抗溶接に替えＹＡＧレーザーを用いたレーザー溶接により接合することが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３６３０１４号公報
【特許文献２】特開２００３−２５７３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、本件発明者らが実際にランプ電極のリード棒と金属箔をＹＡＧレーザーによって溶接を行ったところ、図１０に示すように、ランプに使用されるタングステン電極とモリブデン箔などの金属箔では、ＹＡＧレーザー溶接のエネルギーにより、溶接ナゲット部が再結晶し、溶接後の熱収縮によって再結晶部分と非再結晶部分の粒界が破断し易く、非常に脆い溶接となってしまう場合が多く、溶接剥がれ不良が発生することが分かった。
【０００６】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑みて、安定した高強度な溶接強度を得られ、変形不良の削減、溶接強度不足不良の削減、溶接穴あき不良の削減が実現できる、管球における溶融接合構造体およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。  
第１の手段は、管球における高融点金属からなる導電部材と金属箔の溶融接合構造体であって、前記高融点金属からなる導電部材の表面に前記金属箔が重ねられた領域において、前記導電部材の高融点金属と前記金属箔とが溶融化されて、前記導電部材の高融点金属が前記金属箔の表面に形成された開口の周縁を覆っていることを特徴とする管球における溶融接合構造体である。
第２の手段は、第１の手段において、前記高融点金属からなる導電部材がタングステンまたはモリブデン、前記金属箔がモリブデンであることを特徴とする請求項１に記載の管球における溶融接合構造体である。
第３の手段は、第１の手段または第２の手段に記載の管球における溶融接合構造体の製造方法であって、前記高融点金属からなる導電部材の表面に前記金属箔が重ねられた領域において、前記金属箔側から、ファイバーレーザー装置によってエネルギーが４０ＭＷ／ｃｍ２以上のレーザー光を照射して前記導電部材と前記金属箔を接合したことを特徴とする管球における溶融接合構造体の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の管球における溶融接合構造体によれば、安定した高強度な溶接強度を得られ、変形不良の削減、溶接強度不足不良の削減、溶接穴あき不良の削減が実現される。さらに、本発明の管球における溶融接合構造体の製造方法によれば、安定した高強度な溶接強度を有する溶融接合構造体を提供することができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の溶融接合構造体が供される管球としては、ハロゲンランプに代表される白熱ランプや放電ランプがある。なお、本発明において、「導電部材」とはハロゲンランプで言えば、内部リード棒および外部リード棒を指し、１枚の金属箔封止を用いる放電ランプについては、電極芯棒および外部リード棒を指し、多数枚の金属箔封止を用いる放電ランプについては、金属箔が多数枚溶接される、電極芯棒に連設されたディスク状部材および外部リードに連設されたディスク状部材を指す。
【００１０】
本発明の第１の実施形態を図１ないし図４を用いて説明する。
図１は、１枚の金属箔封止を用いた両端封止型の放電ランプの構成を示す断面図である。
同図に示すように、この放電ランプ１の放電容器２内には、一対の電極３が対向配置されており、放電容器２に連設された封止部４内に一対の電極３に高融点金属からなる電極芯棒５が接合された金属箔６が気密封止され、さらに金属箔６には外部リード７が接合されている。ここで、金属箔６は、例えば、特許文献２に示すように、高圧水銀ランプの封止部において平らで四角い平板形状の金属箔を改良した、金属箔の電極との溶接部分を小幅化し、電極の外表面を巻き付くように形成され、小幅化された部分以外の幅広部の断面が概略Ω状または概略Ｗ字状に形成されている。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、管球における高融点金属からなる導電部材と金属箔の溶融接合構造体であって、前記高融点金属からなる導電部材の表面に前記金属箔が重ねられた領域において、前記導電部材の高融点金属と前記金属箔とがファイバーレーザー光の照射によって溶融化されて、前記金属箔を貫通し該金属箔の表面に開口が形成され、前記導電部材の溶融化された高融点金属が前記金属箔の表面の前記開口の周縁を肉盛りされたように覆っていることを特徴とする管球における溶融接合構造体である。
第２の手段は、第１の手段において、前記高融点金属からなる導電部材がタングステンまたはモリブデン、前記金属箔がモリブデンであることを特徴とする管球における溶融接合構造体。 
第３の手段は、第１の手段または第２の手段に記載の管球における溶融接合構造体の製造方法であって、前記高融点金属からなる導電部材の表面に前記金属箔が重ねられた領域において、前記金属箔側から、ファイバーレーザー装置によってエネルギーが４０ＭＷ／ｃｍ２以上のレーザー光を照射して前記導電部材と前記金属箔を接合したことを特徴とする管球における溶融接合構造体の製造方法である。
【００１２】
図４は、図３に示した溶接部８の拡大断面図である。
同図に示すように、ファイバーレーザーを照射すると、タングステン芯棒からなる電極芯棒５とモリブデン箔からなる金属箔６とが溶融化して、タングステン芯棒５の溶融化されたタングステン９がモリブデン箔６の表面に形成された開口の周縁に肉盛りされたように覆われる。このように、タングステン芯棒５とモリブデン箔６表面の開口周縁に肉盛りされたタングステン９とが一体となって結合されているため、タングステン芯棒５とモリブデン箔６とが強固に結合される。
なお、典型的な導電部材材料と金属箔材料との組合わせは、タングステン(Ｗ)とモリブデン(Ｍｏ)、またはモリブデン(Ｍｏ)とモリブデン(Ｍｏ)である。これらの組合わせはランプ点灯時に高温となる封止部において、気密不良、箔溶断の防止のためにも好適な組み合わせである。  
【００１３】
本実施形態に係る溶融接合構造体は、次のようにして製造される。
導電部材としての電極芯棒５と金属箔６を重ね合わせ、金属箔６側から、エネルギー密度が４０ＭＷ／ｃｍ２以上としたファイバーレーザー装置からのレーザー光を照射する。
具体的には、モリブデン（Ｍｏ）箔−タングステン（Ｗ）芯棒の溶接において、ファイバーレーザー装置からのレーザー光の径を約２０μｍに絞り、エネルギー密度が４０ＭＷ／ｃｍ２以上、例えば、６０ＭＷ／ｃｍ２で、レーザー出力２００Ｗの出力でモリブデン（Ｍｏ）箔側から１００ｍｍ離間させて、レーザー光を２.５ｍｓｅｃ照射した。ここで、モリブデン（Ｍｏ）箔は、幅０．７ｍｍのモリブデン箔をタングステン芯棒の形状に合わせて樋状に湾曲させて幅０．５ｍｍとし、厚さが２０μｍであり、タングステン（Ｗ）芯棒は０.４ｍｍ径である。前述のように、レーザー光を照射したところ、重ねた材料の上材であるモリブデン（Ｍｏ）箔を貫通し、下材であるタングステン（Ｗ）が噴出し、噴出したタングステン（Ｗ）の一部は昇華するが、その他の噴出したタングステン（Ｗ）は表面の粘性が下がり周辺に流れ、モリブデン（Ｍｏ）箔の上に回りこみ、回り込んだタングステン（Ｗ）と下材であるタングステン（Ｗ）芯棒の間にモリブデン（Ｍｏ）箔を円周状に挟み、下材であるタングステン（Ｗ）芯棒の噴出した凹形状に凹んでいる図４で示した溶接構造とすることができた。  
【００１４】
本発明の第２の実施形態を図５および図６を用いて説明する。
図５は、多数枚の金属箔封止を用いた両端封止型の放電ランプの構成を示す断面図である。
同図に示すように、この放電ランプ１１の放電容器１２内には、一対の電極１３が対向配置されており、放電容器１２に連設された封止部１４内に一対の電極１３に高融点金属からなる電極芯棒１５と一体に形成された金属ディスク１８に接合された多数枚の金属箔１６が気密封止され、さらに金属箔１６は外部リード１７が接合されている。
【００１５】
図６（ａ）は、図５に示した放電ランプの封止部の溶接時における溶融接合構造体の全体構成を示す平面図、図６（ｂ）はその側面図である。
これらの図に示すように、高融点金属からなる導電部材としての電極芯棒５と一体に形成された金属ディスク１８の表面に多数枚の金属箔１６が重ねられた領域において、ファイバーレーザーを照射して溶融化し、金属ディスク１８と金属箔１６とを接合したものである。溶接部１９はファイバーレーザーが照射されて金属ディスク１８と金属箔１６とが接合された箇所を示す。なお、溶接後の金属箔１６は図示矢印の方向に折り曲げられて、図５に示すように、封止部１４内に配置される。ここでは、金属ディスク１８としてモリブデンディスク、金属箔６としてモリブデン箔を用いた場合の例を示す。
【００１６】
次に、本実施形態に係る溶融接合構造体は、次のようにして製造される。
導電部材としての電極芯棒５と一体に形成された金属ディスク１８と金属箔６を重ね合わせ、金属箔６側から、エネルギー密度が４０ＭＷ／ｃｍ２以上としたファイバーレーザー装置からのレーザー光を照射する。
具体的には、モリブデン（Ｍｏ）箔−モリブデン（Ｍｏ）ディスクの溶接において、ファイバーレーザー装置からのレーザー光の径を約２０μｍに絞り、エネルギー密度を４０ＭＷ／ｃｍ２以上、例えば、６０ＭＷ／ｃｍ２とし、モリブデン（Ｍｏ）箔側から１００ｍｍ離間させて、治具等でモリブデン（Ｍｏ）箔をモリブデン（Ｍｏ）ディスクに密着させておき、レーザー出力２００Ｗの出力を数十ｍｓｅｃ照射した。モリブデン（Ｍｏ）箔は幅８〜１２ｍｍ、厚み４０μｍであり、モリブデン（Ｍｏ）ディスクはφ１７ｍｍ径である。上材であるモリブデン（Ｍｏ）箔４０μｍ、下材であるφ１７ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのモリブデン（Ｍｏ）ディスクを重ね、モリブデン（Ｍｏ）箔上からファイバーレ−ザーを用い、ビーム径を２０μｍ以下に絞込み、レーザー出力２００Ｗの出力を数十ｍｓｅｃ照射したところ、下材のモリブデン（Ｍｏ）ディスクから噴出したモリブデンにより上材のモリブデンＭｏを挟み込み、図４で示したと同様の溶接構造が得られた。
【００１７】
本発明の第３の実施形態を図７を用いて説明する。
図７は、ハロゲンランプに代表される白熱ランプの封止部の溶接時における溶融接合構造体の全体構成を示す平面図である。
同図に示すように、高融点金属からなる導電部材としての外部リード２１の表面にフィラメントコイル２３と接続された金属箔２２が重ねられた領域において、ファイバーレーザーを照射して溶融化し、外部リード２１と金属箔２２とを接合したものである。本実施形態の溶融接合構造体においても、第１および第２の実施形態の溶融接合構造体と同様に、図４で示したと同様の溶接構造が得られた。
【００１８】
次に、従来の抵抗溶接、特許文献１に記載されているＹＡＧレーザーを使用した溶接、および本発明のファイバーレーザーを使用した溶接で製作した、各々１０個の溶融接合構造体を用いて、図８に示した実験方法に基づき得られた溶接強度の結果を図９に示す。
実験方法は、抵抗溶接の条件は、加圧２.０ｋｇｆ、電圧２．０Ｖ、電流２．０ｋＡ、保持時間７ｍｓｅｃである。ＹＡＧレーザー溶接の条件は、１５ＭＷ／ｃｍ２のエネルギー密度にて４ｍｓｅｃ照射した。ファイバーレーザー溶接の条件は、第１、２の実施形態で示した条件と同条件である。
図８に示すように、下材である電極芯棒を固定して、溶接された上材の金属箔を一旦折り曲げ、下材に対して垂直方向に引っ張り、金属箔が破断したときのピール強度を測定した。抵抗溶接による接合強度の平均値を１００％として、ＹＡＧレーザー溶接およびファイバーレーザー溶接の接合強度を相対比較した。
図９は、溶接強度の測定結果を示す図である。同図から分かるように、モリブデン（Ｍｏ）−タングステン（Ｗ）接合の場合も、モリブデン（Ｍｏ）−モリブデン（Ｍｏ）接合の場合も、本発明の溶融接合構造体は、他の溶融接合構造体と比べて溶接強度のばらつきが少なく非常に安定して強固に結合されていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１０】高融点金属からなる導電部材と金属箔の溶融接合構造体において、ＹＡＧレーザー溶接によれば溶接剥がれ不良が発生することを示す図である。
【図１】第１の実施形態に係る、１枚の金属箔封止を用いた両端封止型の放電ランプの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した放電ランプの封止部における溶融接合構造体の全体構成を示す平面図である。
【図３】図１に示した放電ランプの封止部における溶融接合構造体の全体構成を示す斜視図である。
【図４】図３に示した溶接部８の拡大断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る、多数枚の金属箔封止を用いた両端封止型の放電ランプの構成を示す断面図である。
【図６】図５に示した放電ランプの封止部の溶接時における溶融接合構造体の全体構成を示す平面図および側面図である。
【図７】第３の実施形態に係る、ハロゲンランプに代表される白熱ランプの封止部の溶接時における溶融接合構造体の全体構成を示す平面図である。
【図８】溶接強度を測定するための実験方法を示す図である。
【図９】溶接強度の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  放電ランプ
２  放電容器
３  電極
４  封止部
５  電極芯棒
６  金属箔
７  外部リード
８  溶接部
９  タングステン
１１  放電ランプ
１２  放電容器
１３  電極
１４  封止部
１５  電極芯棒
１６  金属箔
１７  外部リード
１８  金属ディスク
２１  外部リード
２２  金属箔
２３  フィラメントコイル
【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５】
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【図６】
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【図７】
0005076821.tif 000008
【図８】
0005076821.tif 000009
【図９】
0005076821.tif 000010
【図１０】
0005076821.tif 000011