專利名稱：電極及其制造方法以及金屬蒸氣放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可很好地應(yīng)用于金屬蒸氣放電燈的發(fā)光管中的電極及其制造方法。此外，本發(fā)明還涉及金屬蒸氣放電燈。
下面，就放電燈中所使用的電極的現(xiàn)有制造方法進(jìn)行說明。
圖9是對兩個(gè)棒狀電極零件進(jìn)行焊接的、現(xiàn)有的電極制造方法概略加以展示的側(cè)視剖視圖。圖9中，3a、3b是待焊接的兩個(gè)棒狀電極零件，20a、20b是電阻焊焊機(jī)的一對電極?？恳粚﹄姌O20a、20b分別對電極零件3a、3b進(jìn)行保持，使電極零件3a、3b的彼此的端部相互對接。通過一對電極20a、20b在電極零件3a、3b之間向使它們相互進(jìn)行推壓的方向施加頂推力F0，同時(shí)，使電流經(jīng)由電極20a、20b從電極零件3a、3b之間流過。利用兩個(gè)電極零件3a、3b對接部分的界面的電阻產(chǎn)生的熱量使對接部分熔融而接合。此時(shí)，要不斷地將高純度氬氣吹向兩個(gè)電極零件3a、3b的對接部分。
這種電阻焊焊接法存在如下問題，即，當(dāng)電極零件3a、3b均由金屬構(gòu)成時(shí)是有效的，但在至少某一方為非金屬的金屬陶瓷時(shí)，不能可靠接合。金屬陶瓷是氧化鋁與金屬二者的燒結(jié)體，因而兼有陶瓷的性質(zhì)和金屬的性質(zhì)。因此，僅靠上述電阻焊的瞬間加熱使界面可靠熔融而接合是困難的。
此外，除了上述電阻焊焊接法之外，還提出了這樣一種焊接方法，即，在電極零件3a、3b彼此的端部保持對接的狀態(tài)下，向?qū)硬糠终丈渲T如CO2激光或YAG激光等激光進(jìn)行焊接的方法。但是，作為這種激光焊接法，由于激光束的斷面形狀大致為圓形，因此當(dāng)將激光照射在對接部分上時(shí)，使得熱量沿周向分布不均，要使界面可靠接合是困難的。而且，在電極零件的長度方向上除了對接部分之外其它部分也被加熱，因此當(dāng)電極零件的材料含有鎢時(shí)，鎢將變脆，作為電極其強(qiáng)度無法保證。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的制造方法，屬于一種將棒狀的第1電極零件與熔點(diǎn)高于所說第1電極零件的棒狀的第2電極零件二者，使彼此的端部相對接后進(jìn)行焊接而制造電極的方法，其特征是，包括，使所說第1電極零件在上、所說第2電極零件在下，使各自的長度方向與垂直方向一致，并使所說第1電極零件的端部與所說第2電極零件的端部彼此進(jìn)行推壓的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對接的工序，以及，接下來的、向所說兩個(gè)電極零件的對接部分或其附近照射激光將所說兩個(gè)電極零件焊接起來的工序；所說激光的光束形狀是以垂直方向?yàn)槎梯S方向、水平方向?yàn)殚L軸方向的細(xì)長形狀。
此外，本發(fā)明的電極，屬于一種具有棒狀的第1電極零件和直徑小于所說第1電極零件的棒狀的第2電極零件，所說第1和第2電極零件的端部相互對接進(jìn)行焊接而成為一體的電極，其特征是，所說第1電極零件由導(dǎo)電性金屬陶瓷構(gòu)成，所說第2電極零件由鎢構(gòu)成，在所說第1電極零件與所說第2電極零件的焊接部處，由構(gòu)成所說第1電極零件的所說導(dǎo)電性金屬陶瓷的鉬與所說第2電極零件的鎢所形成的合金層形成于所說第2電極零件的端面的整個(gè)面上。
如上所述，按照本發(fā)明的電極的制造方法，使第1電極零件在上、熔點(diǎn)高于該第1電極零件的第2電極零件在下，使各自的長度方向與垂直方向一致，使所說第1電極零件的端部與所說第2電極零件的端部彼此進(jìn)行推壓的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對接。接下來，向兩個(gè)電極零件的對接部分或其附近照射激光將所說兩個(gè)電極零件焊接起來。
由于是照射激光進(jìn)行加熱，因而便于對電極零件的對接部分的溫度進(jìn)行控制，與現(xiàn)有的靠電阻發(fā)熱進(jìn)行焊接時(shí)那樣的瞬間加熱不同，能夠引入預(yù)熱、焊接、冷卻等溫度過程。因此，即使電極零件中至少有一方是氧化鋁和金屬的燒結(jié)體、是兼有陶瓷的性質(zhì)和金屬的性質(zhì)的金屬陶瓷，也能夠使界面可靠熔融、穩(wěn)定且可靠地接合。其結(jié)果，能夠杜絕焊接不良，穩(wěn)定地得到高的質(zhì)量，提高材料利用率。
此外，不存在現(xiàn)有的靠電阻發(fā)熱進(jìn)行焊接時(shí)那樣的、對電極零件進(jìn)行保持的同時(shí)供電流流向電極零件的部件(圖9的電極20a、20b)。也就是說，是以非接觸方式加熱電極零件的，因此，不會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)有的電阻焊焊機(jī)所存在的焊接用電極(圖9的電極20a、20b)磨損的問題，不必進(jìn)行頻繁的維護(hù)保養(yǎng)，因此能夠保證良好的維護(hù)性。
激光光束的形狀是，以垂直方向?yàn)槎梯S方向、水平方向?yàn)殚L軸方向的細(xì)長形狀。這樣，能夠?qū)⒓す庖栽陔姌O零件周向上較大、長度方向上較小的范圍照射在對接部分或其附近。因此，能夠減輕周向溫度分布不均的程度，以良好的效率僅對對接部分進(jìn)行加熱。此外，在使用兩臺(tái)以上激光照射單元的場合，能夠以較少數(shù)量的激光照射單元照射到對接部分或其附近的整周。
此外，由于第1、第2電極零件在垂直方向上對接而熔點(diǎn)低的第1電極零件位于上方，因此，能夠使熔融的第1電極零件的材料向下方轉(zhuǎn)移而將第2電極零件的外周覆蓋從而形成接合部分。其結(jié)果，接合強(qiáng)度在周向上能夠均勻且得到提高。
在以上的說明中，最好是，所說第1電極零件的截面面積大于所說第2電極零件的截面面積。例如最好是，所說第1電極零件及第2電極零件均為圓筒形狀，而所說第1電極零件的直徑大于所說第2電極零件的直徑。這樣，熔融的第1電極零件的材料容易將第2電極零件的外周覆蓋，使周向上的接合強(qiáng)度更為均勻。
此外，最好是，所說第1電極零件由導(dǎo)電性金屬陶瓷構(gòu)成，所說第2電極零件由鎢構(gòu)成。這樣，可將本發(fā)明應(yīng)用于現(xiàn)有的一般金屬蒸氣放電燈的給電體的制造中。
此外，最好是，所說激光的照射位置在所說兩個(gè)電極零件的對接面以下。具體地說，所發(fā)射的所說激光的照射位置，最好是比所說兩個(gè)電極零件的對接面低0.3～1.0mm。這樣，下方的高熔點(diǎn)的第2電極零件將最先被激光加熱，該熱量向上方的第1電極零件傳遞從而使第1電極零件開始熔融。因此，與激光照射低熔點(diǎn)的第1電極零件的場合相比，高熔點(diǎn)的第2電極零件也能夠被加熱到高溫，因而能夠形成可靠的接合面，使接合強(qiáng)度得到提高。
此外，也可以在所說第2電極零件的、至少在所說對接部分之相反側(cè)的端部上卷繞線圈。此時(shí)，所說線圈也可以一直卷繞到所說第2電極零件的所說對接部分一側(cè)的端部或其附近。
此外，最好是，使多個(gè)激光在水平面內(nèi)從不同方向同時(shí)照射所說對接部分或其附近。這樣，由于多個(gè)激光從不同角度同時(shí)照射電極零件的對接部分或其附近，因此，電極零件不必進(jìn)行旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作便能夠以較短時(shí)間大體均勻地加熱對接部分整周。因此，易于對對接部分的溫度進(jìn)行控制，而且能夠提高作業(yè)效率。
此外，最好是，使用多個(gè)激光照射單元，以所說各多個(gè)激光照射單元發(fā)射的所說多個(gè)激光不互相照射其它激光照射單元的激光發(fā)光部的狀態(tài)，將所說多個(gè)激光照射單元配置在所說對接部分周圍。由于配置成各多個(gè)激光照射單元發(fā)射的激光不互相照射其它激光照射單元的激光發(fā)光部，因而能夠防止激光照射單元受損。為此，最好是，激光照射單元的數(shù)量不是偶數(shù)而是奇數(shù)。這樣，能夠在各激光不照射其它激光照射單元的激光發(fā)光部的情況下，將多個(gè)激光照射單元以等角度間隔配置在對接部分周圍，能夠在周向上以良好的效率均勻地加熱。
此外，也可以在照射所說激光時(shí)使對接的所說兩個(gè)電極零件旋轉(zhuǎn)。這樣，能夠在減少激光照射單元的個(gè)數(shù)的情況下大體同時(shí)對對接部分的整周進(jìn)行加熱。
此外，最好是，在照射所說激光時(shí)使所說對接部分的周圍保持惰性氣體氣氛。這樣，能夠防止接合部分氧化。
此外，最好是，將所說第1和第2電極零件配置在保持惰性氣體氣氛的容器內(nèi)，從所說容器之外照射激光。由于是從容器外部引入激光，因此可將激光照射單元配置在容器之外，減小容器的體積。其結(jié)果，可以減少惰性氣體使用量，實(shí)現(xiàn)低成本化。
此外，最好是，所說第1電極零件與所說第2電極零件對接后兩個(gè)電極零件之間的推力為5～20N。若推力小于此，則難以形成良好的焊接部。若推力大于此，則不僅焊接部得以改善的效果降低，而且有可能發(fā)生電極彎曲等問題。
此外，最好是，所說第1電極零件與所說第2電極零件進(jìn)行對接時(shí)，通過對所說第2電極零件施加0.7±0.2N的水平方向的推壓力以將所說第2電極零件在水平面內(nèi)定位。若推壓力小于此，則有可能在兩個(gè)電極零件的中心線彼此錯(cuò)開的狀態(tài)下完成焊接。若推壓力大于此，則兩個(gè)電極零件之間的上述對接推力降低，有可能得不到良好的焊接部。
其次，本發(fā)明的金屬蒸氣放電燈，其特征是，具有以上述本發(fā)明的制造方法得到的電極。這樣，可提供一種穩(wěn)定且使用壽命長的放電燈。
其次，本發(fā)明的電極，是將由導(dǎo)電性金屬陶瓷構(gòu)成的第1電極零件、以及、與之相比直徑小的由鎢構(gòu)成的第2電極零件二者，使端部相互對接而焊接成一體的。并且，在第1電極零件與第2電極零件的焊接部，由構(gòu)成第1電極零件的所說導(dǎo)電性金屬陶瓷的鉬與第2電極零件的鎢所形成的合金層形成于第2電極零件的端面的整個(gè)面上。這樣，不僅能夠提高焊接部的焊接強(qiáng)度，而且能夠減小其離散性。
在上述說明中，最好是，構(gòu)成所說第1電極零件的所說導(dǎo)電性金屬陶瓷的氧化鋁在所說焊接部附近的外周析出。這樣，氧化鋁層可使焊接部的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)一步提高。
此外，本發(fā)明的金屬蒸氣放電燈，屬于一種具有發(fā)光管的金屬蒸氣放電燈，該發(fā)光管具有，具有放電空間的主管、連接在所說主管的兩端的細(xì)管、以及、分別插在所說各細(xì)管內(nèi)的給電體，其特征是，所說給電體是上述本發(fā)明的電極，所說電極以所說第2電極零件位于所說主管一側(cè)的狀態(tài)插在所說細(xì)管內(nèi)。這樣，可提供一種質(zhì)量穩(wěn)定的金屬蒸氣放電燈。
圖2A是對

圖1A所示裝置的保持部的概略結(jié)構(gòu)加以展示的局剖主視圖，圖2B是圖2A的2B-2B向剖視圖。
圖3A～圖3C是對本發(fā)明的實(shí)施形式1的制造方法按照順序加以展示的側(cè)視圖。
圖4是按照本發(fā)明實(shí)施形式1的實(shí)施例1進(jìn)行焊接而得到的電極的焊接部的示意性剖視圖。
圖5A是采用現(xiàn)有的電阻焊焊接法進(jìn)行焊接后的電極的焊接部的示意性剖視圖，圖5B是圖5A的局部放大剖視圖。
圖6A是對本發(fā)明實(shí)施形式2所涉及的電極的制造方法中所使用的裝置的概略結(jié)構(gòu)加以展示的俯視圖，圖6B是圖6A的6B-6B向剖視圖。
圖7是展示本發(fā)明的金屬蒸氣放電燈的一個(gè)例子的主視圖。
圖8是對安裝在金屬蒸氣放電燈中的發(fā)光管的結(jié)構(gòu)加以展示的剖視圖。
圖9是概略展示現(xiàn)有的電極的制造方法的剖視圖。
下面，結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施形式進(jìn)行具體的說明。
圖7是展示金屬蒸氣放電燈的一個(gè)例子的主視圖。如圖7所示，氧化鋁陶瓷制發(fā)光管51在外管55內(nèi)被電力供給線53a、53b保持在既定位置上。外管55內(nèi)密封有既定壓力的氮?dú)?，在密封部位附近裝有燈頭56。
發(fā)光管51配置在具有阻擋紫外線的效果的石英玻璃制套管52內(nèi)。套管52兼起對發(fā)光管51進(jìn)行保溫、保持足夠大的蒸氣壓力、發(fā)光管51破損時(shí)防止外管55破裂等作用。套管52通過套管支撐板54a、54b得到電力供給線53a的保持。
圖8是展示發(fā)光管51的結(jié)構(gòu)的剖視圖。如圖8所示，在形成放電空間的主管(發(fā)光部)57的兩端連接有細(xì)管58a、58b。主管57的放電空間內(nèi)，密封有水銀、稀有氣體、發(fā)光金屬。
各細(xì)管58a、58b中，插有由線圈60a、60b、電極銷59a、59b、以及電極支持體61a、61b構(gòu)成的給電體65a、65b。
電極支持體61a、61b是靠玻璃料(密封材料)62a、62b封裝在細(xì)管58a、58b內(nèi)的。玻璃料62a、62b由氧化金屬、氧化鋁、以及硅等構(gòu)成。
線圈60a、60b由鎢構(gòu)成，卷繞在電極銷59a、59b的前端上，在主管57內(nèi)相向配置。電極銷59a、59b由鎢構(gòu)成，電極支持體61a、61b由導(dǎo)電性金屬陶瓷構(gòu)成。所謂導(dǎo)電性金屬陶瓷，是例如將鉬等金屬粉末與氧化鋁粉末混合后進(jìn)行燒結(jié)而成，其熱膨脹系數(shù)大致與氧化鋁相等。
本發(fā)明提供一種電極的制造方法，該制造方法適合在，在如上所述的放電燈中，使棒狀的電極支持體(第1電極零件)61a、61b與比之熔點(diǎn)高的棒狀的電極銷(第2電極零件)59a、59b通過焊接而接合從而制造給電體(電極)65a、65b時(shí)使用。此外，本發(fā)明提供一種作為由棒狀的電極支持體61a、61b與棒狀的電極銷59a、59b二者連接而成的給電體65a、65b可加以使用的電極。
(實(shí)施形式1)圖1A是對本發(fā)明的實(shí)施形式1所涉及的電極的制造方法中使用的裝置的概略結(jié)構(gòu)加以展示的俯視圖，圖1B是圖1A的1B-1B向剖視圖。
在圖1A和圖1B中，1是激光照射單元；2是激光照射單元1發(fā)射的激光；3a、3b是待焊接的第1、第2電極零件；4是在第1、第2電極零件3a、3b的端部彼此同心對接的狀態(tài)下，以良好的精度對電極零件3a、3b進(jìn)行保持以使它們的中心線不發(fā)生錯(cuò)位的保持部；5是上下機(jī)構(gòu)，該上下機(jī)構(gòu)5可使對第1、第2電極零件3a、3b進(jìn)行保持的保持部4上下移動(dòng)進(jìn)行定位以使得第1、第2電極零件3a、3b的對接部分與激光照射單元1發(fā)射的激光2的高度大致一致。7是在第1、第2電極零件3a、3b的周圍提供充滿惰性氣體的環(huán)境的鐘形罩，6是設(shè)置在鐘形罩7的外部的、將激光照射單元1發(fā)射的激光2導(dǎo)入鐘形罩7內(nèi)的玻璃窗。8是安裝在鐘形罩7上的惰性氣體的導(dǎo)入口。9是安裝在鐘形罩7上的惰性氣體的排出口，惰性氣體與進(jìn)行焊接時(shí)產(chǎn)生的金屬蒸氣一起經(jīng)排出口9排放到鐘形罩7之外。10是安裝有激光照射單元1、保持部4、鐘形罩7的底座。
下面，對使用如上構(gòu)成的裝置的本發(fā)明的實(shí)施形式1的電極的制造方法進(jìn)行說明。
首先，將待焊接的第1、第2電極零件3a、3b以二者的中心線對齊并且彼此的端部從上下方向上對接的狀態(tài)保持在保持部4上。此時(shí)，使熔點(diǎn)低的第1電極零件3a(例如電極支持體61a、61b)在上，熔點(diǎn)高的第2電極零件3b(例如電極銷59a、59b)在下。
圖2A示出保持部4的概略結(jié)構(gòu)。而圖2B是圖2A的2B-2B向剖視圖。在底板40上，設(shè)有分別對第1電極零件3a和第2電極零件3b進(jìn)行保持的第1保持機(jī)構(gòu)41a和第2保持機(jī)構(gòu)41b。如圖2B所示，第2保持機(jī)構(gòu)41b具有，具有V形槽的V形塊42b、可圍繞支點(diǎn)44b搖動(dòng)的推壓板43b、以及、對推壓板43b的一個(gè)端部施加作用力的螺旋壓簧45b。第2電極零件3b，與V形塊42b的V形槽接觸，在來自推壓板43b的另一個(gè)端部的推壓力F2的作用下，定位在水平面內(nèi)(平行于圖2B的紙面的面內(nèi))的既定位置上。如圖2B所示，第1保持機(jī)構(gòu)41a也與第2保持機(jī)構(gòu)41b同樣，具有，具有V形槽的V形塊42a、可圍繞支點(diǎn)44a搖動(dòng)的推壓板43a、以及、對推壓板43a施加作用力的螺旋壓簧45a(未圖示)；第1電極零件3a被定位在水平面內(nèi)的既定位置上。圖2A中，46是具有陽螺紋的螺栓，47是設(shè)置在底板40上的、與螺栓46旋合的陰螺紋。通過第1電極零件3a的上端與螺栓46的下端接觸，可使第1電極零件3a在中心線11(從底座10的開口中通過的垂直方向的中心線，請參照圖1B)方向上相對于保持部4進(jìn)行定位。48是能夠在中心線11的方向上滑動(dòng)的滑動(dòng)部件，49是對滑動(dòng)部件48施加指向圖2A的紙面的上方的作用力的螺旋壓簧。通過使螺旋壓簧49的作用力F′經(jīng)滑動(dòng)部件49作用于第2電極零件3b，可使第1電極零件3a與第2電極零件3b在二者之間作用有既定推力的狀態(tài)下進(jìn)行對接。下面，作為例子列舉具體的數(shù)值。圖2A中，推壓板43a、推壓板43b在中心線11方向上的寬度W1、W2均為4mm，第1電極零件3a從推壓板43a伸出的長度L1、第2電極零件3b從推壓板43b伸出的長度L2均為4mm。另外，在圖2B中，推壓板43b對第2電極零件3b施加的推壓力F2以0.7±0.2N為宜，最好是0.7±0.1N。若推壓力F2小于0.5N，則第2電極零件3b在水平面內(nèi)的定位精度低，難以做到在第2電極零件3b與第1電極零件3a二者中心線對齊的情況下進(jìn)行焊接。而若推壓力F2超過0.9N，則作用于第1電極零件3a與第2電極零件3b之間的推力小，無法得到如后所述的良好的焊接部。上述數(shù)值只是一個(gè)例子，顯然，也可根據(jù)所使用的第1、第2電極零件3a、3b的尺寸適當(dāng)改變之。
圖3A示出以端部相互對接的狀態(tài)得到保持的第1、第2電極零件3a、3b的側(cè)視圖。此時(shí)，在第1電極零件3a與第2電極零件3b之間，作用有上述螺旋壓簧49的作用力F′所產(chǎn)生的使彼此相推合的力F。推力F以5N～20N為宜。
如圖1A、圖1B所示，所說保持部4載置在上下機(jī)構(gòu)5上。作為通過保持部4對電極零件3a、3b進(jìn)行保持與固定的上下機(jī)構(gòu)5，從下側(cè)安裝在載置有3個(gè)激光照射單元1與鐘形罩7的底座10的中央的開口中。3個(gè)激光照射單元1以中心線11為中心間隔120度呈輻射狀配置，以使得各自發(fā)射的激光2在從底座10的開口通過的垂直方向的中心線11上交匯于同一點(diǎn)。第1、第2電極零件3a、3b的中心線與底座10的中心線11大致對齊。為了使第1、第2電極零件3a、3b的對接部分在中心線11方向上的位置(高度)與3個(gè)激光照射單元1發(fā)射的激光的交匯點(diǎn)大致對齊，利用上下機(jī)構(gòu)5將被保持在保持部4上的電極零件3a、3b在中心線11方向上定位。上下機(jī)構(gòu)5的升降機(jī)構(gòu)可以是任何一種，例如可以使用由馬達(dá)和送進(jìn)絲桿構(gòu)成的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
其次，從惰性氣體導(dǎo)入口8將惰性氣體(例如Ar)導(dǎo)入鐘形罩7內(nèi)，使鐘形罩7內(nèi)充滿惰性氣體。此時(shí)，鐘形罩7內(nèi)的氧氣濃度以200ppm以下為宜。
充滿后，使3個(gè)激光照射單元1發(fā)射的激光2透過玻璃窗6同時(shí)照射電極零件3a、3b的對接部分或其附近。
圖3B示出照射激光時(shí)第1、第2電極零件3a、3b的側(cè)視圖。圖中，帶斜線的區(qū)域15表示激光照射部分。激光照射區(qū)域15，可以對準(zhǔn)第1、第2電極零件3a、3b的對接面17，但最好是，如圖所示是對接面17稍下方的部分。更具體地說，最好是，對接面17與激光照射區(qū)域之間的間隔D為0.3～1.0mm。
對激光照射單元1的輸出功率進(jìn)行調(diào)整后，加熱電極零件3a、3b的對接部分附近使之熔融。對接部分的加熱溫度例如為2600℃±600℃。
對于激光照射條件并無特別限定，但例如在直徑(第1、第2電極零件3a、3b的直徑不相同時(shí)為較粗一方的直徑)約為2mm的電極零件3a、3b對接進(jìn)行焊接時(shí)，作為各激光照射單元1使用波長808nm、輸出功率300W的半導(dǎo)體激光源，激光照射時(shí)間約為10秒。而若直徑(第1、第2電極零件3a、3b的直徑不相同時(shí)為較粗一方的直徑)約為0.5mm的電極零件3a、3b對接進(jìn)行焊接，作為各激光照射單元1則使用波長808nm、輸出功率100W的半導(dǎo)體激光源，激光照射時(shí)間約為1秒。如上所述，最好是，與電極零件3a、3b的直徑成比例地改變激光源的輸出功率和激光照射時(shí)間。
此外，激光2的垂直于行進(jìn)方向的斷面的激光束形狀，是以中心線11方向(垂直方向)為短軸方向、與之相垂直的方向(水平方向)為長軸方向的細(xì)長形狀。在這里，所說“細(xì)長形狀”，包括長方形、橢圓形、長圓形、以及、將長方形的相向的兩對邊中的至少一方(即一對長邊與/或一對短邊)變換為向外凸出的圓弧或與之相近似的曲線而成的形狀。此時(shí)，以設(shè)計(jì)成該細(xì)長形狀的長軸方向的長度WL稍大于激光所照射的第2電極零件3b的直徑φ(約大2mm)為宜。若WL≥1.2φ則更好，而尤以1.2φ≤WL≤2.0φ最好。此外，作為細(xì)長形狀的短軸方向的長度WS，最好是其上限為上述第2電極零件3b的直徑φ以下，而其下限為0.05mm以上。由于激光形狀呈細(xì)長形狀，因此，能夠以良好的效率只對對接部分加熱。而且，由于細(xì)長形狀的長軸垂直于中心線11，因此，能夠與將多個(gè)激光照射單元1呈輻射狀配置而同時(shí)進(jìn)行照射相輔相成地，對電極零件3a、3b的對接部分的大致整周均勻地加熱。因此，容易控制對接部分的溫度，而且不需要后述實(shí)施形式2那樣的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部。如上所述的激光束的形狀，例如可通過在激光照射單元1的激光射出窗上加裝透鏡等公知的方法實(shí)現(xiàn)。
通過激光的照射，第2電極零件3b的照射區(qū)域15的部分被加熱，其熱量經(jīng)由對接面17傳遞到第1電極零件3a上。其結(jié)果，熔點(diǎn)相對低的第1電極零件3a開始熔融。此時(shí)，作為第1電極零件3a的材料的金屬陶瓷中的氧化鋁向外轉(zhuǎn)移，其一部分蒸發(fā)，其余部分結(jié)晶。并且，金屬陶瓷中的鉬與作為第2電極零件3b的材料的鎢二者形成合金。
此外，在該焊接過程中，在施加在第1、第2電極零件3a、3b上的推力F的作用下，小直徑的第2電極零件3b將插進(jìn)熔融的大直徑的第1電極零件3a內(nèi)。進(jìn)而，由于第1電極零件3a配置在上方，對接面17附近的熔融的第1電極零件3a的材料(特別是氧化鋁)向下方變形并轉(zhuǎn)移。其結(jié)果，將如圖3C所示，第1電極零件3a的下端部向下變形成為凸起的鐘形(半球狀)，形成呈其中插入有第2電極零件3b的狀態(tài)的焊接部18。在焊接部18處，第1電極零件3a的構(gòu)成材料將第2電極零件3b的整個(gè)周圍大致均勻地覆蓋，因此，接合強(qiáng)度在周向上穩(wěn)定且得到提高。
焊接結(jié)束后，將上下機(jī)構(gòu)5從底座10上取下，將焊接成一體的第1、第2電極零件3a、3b從保持部4上取下。由此得到焊接成的電極(給電體)。
下面，對相應(yīng)于實(shí)施形式1的具體的實(shí)施例進(jìn)行說明。
第1電極零件3a，使用由成分組成為氧化鋁50％、鉬50％(重量比)的導(dǎo)電性金屬陶瓷構(gòu)成的、直徑1.2mm、長8.25mm的棒狀零件。而第2電極零件3b，使用由鎢構(gòu)成的、直徑0.71mm、長22.3mm的棒狀零件。
激光照射單元1，使用半導(dǎo)體激光器(波長800nm，輸出功率130W)，將其以中心線11為中心在水平面上間隔120度呈輻射狀配置3臺(tái)。各自將具有長方形(WL3mm×WS0.5mm)斷面形狀的激光2，照射在自第1電極零件3a與第2電極零件3b二者的對接面17向下相距距離D＝0.5mm的第2電極零件3b上。激光照射時(shí)間為1.3秒。
所得到的電極的焊接部18的示意性剖視圖示于圖4。圖4中，81是Mo(鉬)層，83是Mo(鉬)-W(鎢)合金層，85是氧化鋁層?？梢哉J(rèn)為上述各層是如下產(chǎn)生的。通過激光的照射，第2電極零件3b被加熱，其熱量傳遞到第1電極零件3a上。其結(jié)果，第1電極零件3a熔融，金屬陶瓷分解為氧化鋁和鉬。氧化鋁向周邊部位擴(kuò)散，在焊接部18的外周偏析而形成氧化鋁層85。另一方面，鉬在中央部位偏析而形成鉬層81的同時(shí)，在與第2電極零件3b之間的接合界面處，與第2電極零件3b的鎢在第2電極零件3b的端面的整個(gè)面上形成Mo-W合金層83。使細(xì)長形狀的激光2從3個(gè)方向照射對接部分附近的第2電極零件3b，可減輕周向加熱不均的程度，因此，能夠形成相對于中心線11(參照圖1)大體對稱的Mo-W合金層83及氧化鋁層85。此外，由于加熱時(shí)間較短，因此能夠抑制氧化鋁層85的形成。其結(jié)果，可避免焊接部18的外徑過大，保證電極的尺寸精度(本實(shí)施例中，外徑精度為1.2mm+0.2mm)。而且，各電極的焊接部18特性的離散性降低。
作為比較例，將與上述實(shí)施例相同的第1、第2電極零件3a、3b采用圖9所示現(xiàn)有的電阻焊焊接法進(jìn)行焊接。焊接部18的示意性剖視圖示于圖5A。此外，圖5A的局部放大圖示于圖5B。本比較例中，中央形成空洞87，鉬層81、以及、由從第1電極零件3a偏析出來的鉬與第2電極零件3b的鎢形成的Mo-W合金層83以將該空洞87圍起來的狀態(tài)形成。即，由比較例得知，Mo-W合金層83，不是象上述實(shí)施例那樣在第1電極零件3a的整個(gè)端面上形成，第1電極零件3a與第2電極零件3b二者，實(shí)質(zhì)上是以局部性的接近于所謂點(diǎn)接合的狀態(tài)相連接的。此外，從第1電極零件3a偏析出來的氧化鋁層85是將焊接部18的外周圍起來且隆起。其結(jié)果，焊接部18的外徑增大，無法達(dá)到終加工尺寸精度(直徑1.2±0.2mm)。另外，Mo-W合金層83及氧化鋁層85相對于中心線明顯不對稱。
對于由上述實(shí)施例和比較例得到的電極的焊接部18的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行了測定。測定方法如下所述。對于電極，通過第1電極零件3a的局部部位進(jìn)行單端支持，向第2電極零件3b的側(cè)面施加與長度方向相垂直的方向上的外力。逐漸加大外力的大小，測定焊接部18損壞時(shí)外力的大小，以此對焊接部18的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行評價(jià)。其結(jié)果，由實(shí)施例得到的電極的焊接部18的機(jī)械強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)值，并且試品之間的離散性小。相對于此，由比較例得到的電極的焊接部18的機(jī)械強(qiáng)度，各試品之間有很大的不同，若以平均強(qiáng)度進(jìn)行比較，與實(shí)施例相比，比較例要低0.98N以上?？梢哉J(rèn)為這是由于，作為實(shí)施例，對焊接部18的機(jī)械強(qiáng)度有很大影響的Mo-W合金層83在第2電極零件3b的整個(gè)端面上形成，因而使得焊接部18的焊接強(qiáng)度提高，并且強(qiáng)度穩(wěn)定。而對于比較例，可以認(rèn)為，由于Mo-W合金層83形成于第2電極零件3b的端面的局部上，相對于中心線非對稱地形成，因此，強(qiáng)度及其離散性均差。
如上所述，通過采用本實(shí)施形式所示的電極的制造方法，能夠改善焊接部的機(jī)械強(qiáng)度和終加工尺寸精度，并且能夠降低特性的離散性。
(實(shí)施形式2)圖6A是對本發(fā)明的實(shí)施形式2所涉及的電極的制造方法中所使用的裝置的概略結(jié)構(gòu)加以展示的俯視圖，圖6B是圖6A的6B-6B向剖視圖。
在圖6A和圖6B中，對于具有與圖1A和圖1B相同功能的部件賦予相同的編號(hào)并省略其詳細(xì)說明。
本實(shí)施形式2的裝置與實(shí)施形式1的裝置的不同點(diǎn)在于，激光照射單元1只有一個(gè)，以及，具有驅(qū)使載置有對第1、第2電極零件3a、3b進(jìn)行保持的保持部4的上下機(jī)構(gòu)5圍繞中心線11旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)部12。
下面，對采用如上構(gòu)成的裝置的本實(shí)施形式2的制造方法進(jìn)行說明。
與實(shí)施形式1同樣地，將第1、第2電極零件3a、3b以從上下方向進(jìn)行對接的狀態(tài)保持在保持部4上。將通過保持部件4對第1、第2電極零件3a、3b進(jìn)行保持與固定的上下機(jī)構(gòu)5，從下方安裝在載置有激光照射單元1和鐘形罩7的底座10的開口中。激光照射單元1朝向中心線11配置，以使得其射出的激光2與從底座10的開口中通過的中心線11交匯。第1、第2電極零件3a、3b的各中心線與中心線11大體對齊。為了使激光照射單元1發(fā)射的激光照射在第1、第2電極零件3a、3b的對接部分或其附近，利用上下機(jī)構(gòu)5使被保持部4保持的第1、第2電極零件3a、3b在中心線11方向上進(jìn)行定位。
其次，從惰性氣體導(dǎo)入口8將惰性氣體導(dǎo)入鐘形罩7內(nèi)，與實(shí)施形式1同樣地使鐘形罩7內(nèi)充滿惰性氣體。
充滿后，驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)部12，使上下機(jī)構(gòu)5和保持有第1、第2電極零件3a、3b的保持部4旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)速度為50～60rpm左右。之后，使激光照射單元1發(fā)射的激光2透過玻璃窗6照射第1、第2電極零件3a、3b的對接部分或其附近。此時(shí)，與實(shí)施形式1同樣，激光照射的區(qū)域最好是第1、第2電極零件3a、3b的對接面稍下方的部分。隨著保持部4的旋轉(zhuǎn)，第1、第2電極零件3a、3b以中心線11為旋轉(zhuǎn)中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，可使激光2照射在第1、第2電極零件3a、3b的對接部分或其附近的大致整周上。對激光照射單元1的輸出功率進(jìn)行調(diào)整，與實(shí)施形式1同樣地使第1、第2電極零件3a、3b接合。
之后，將上下機(jī)構(gòu)5從底座10上取下，將焊接成一體的第1、第2電極零件3a、3b從保持部4上取下。由此得到焊接成的電極(給電體)。
下面，對相應(yīng)于實(shí)施形式2的具體的實(shí)施例進(jìn)行說明。
使用與實(shí)施形式1所示的實(shí)施例1相同的由導(dǎo)電性金屬陶瓷構(gòu)成的第1電極零件3a和由鎢構(gòu)成的第2電極零件3b，按照實(shí)施形式2的焊接方法進(jìn)行兩個(gè)電極零件的焊接。
所得到的電極的焊接部，與示意性展示實(shí)施例1的焊接部18的圖4同樣，Mo-W合金層在第2電極零件3b的整個(gè)端面上形成，在焊接部的外周形成氧化鋁層。焊接部的外徑滿足電極的尺寸精度(1.2mm±0.2mm)。此外，焊接部的機(jī)械強(qiáng)度及其離散性達(dá)到與實(shí)施例1的電極相同的程度。
在上述實(shí)施形式1、2中，線圈60a、60b只設(shè)置在電極銷(第2電極零件)59a、59b的一個(gè)端部上，以未設(shè)置線圈60a、60b的另一個(gè)端部與電極支持體(第1電極零件)61a、61b進(jìn)行接合。但本發(fā)明也可以應(yīng)用于，線圈60a、60b沿電極銷59a、59b的大致整個(gè)長度設(shè)置的場合中。在這種場合，在與電極支持體61a、61b接合的接合部分處，不僅有電極銷59a、59b的材料(例如鎢)，而且還有線圈60a、60b的材料(例如鎢)與電極支持體61a、61b的材料(例如導(dǎo)電性金屬陶瓷)進(jìn)行焊接。此外，在這種場合，沿電極銷59a、59b的大致整個(gè)長度設(shè)置的線圈60a、60b的卷繞間距可以不固定，例如也可以在與電極支持體61a、61b進(jìn)行焊接一側(cè)加大其間距。
此外，在上述實(shí)施形式1、2中，對第1電極零件3a、第2電極零件3b是實(shí)心的圓柱形狀的場合進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的第1、第2電極零件只要是棒狀即可，并不受上述實(shí)施例的限定，例如，斷面形狀不必是圓形，各種多邊形或橢圓形也可。另外，其截面積在長度方向不必為一定。還有，中空的也可以。
此外，在上述實(shí)施形式1、2中，對第1電極零件3a由導(dǎo)電性金屬陶瓷構(gòu)成、第2電極零件3b由鎢構(gòu)成的場合進(jìn)行了說明，但各電極零件3a、3b的材料并不受此限定。只要第2電極零件的材料的熔點(diǎn)高于第1電極零件的熔點(diǎn)，便能夠應(yīng)用本發(fā)明的制造方法。
權(quán)利要求
1.一種電極的制造方法，將棒狀的第1電極零件與熔點(diǎn)高于所說第1電極零件的棒狀的第2電極零件二者，使彼此的端部相互對接進(jìn)行焊接以進(jìn)行電極的制造，包括，使所說第1電極零件在上、所說第2電極零件在下，使各自的長度方向與垂直方向一致，并使所說第1電極零件的端部與所說第2電極零件的端部彼此進(jìn)行推壓的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對接的工序，以及，接下來向所說兩個(gè)電極零件的對接部分或其附近照射激光將所說兩個(gè)電極零件焊接起來的工序；所說激光的光束形狀，是以垂直方向?yàn)槎梯S方向、水平方向?yàn)殚L軸方向的細(xì)長形狀。
2.如權(quán)利要求1所說的電極的制造方法，其特征是，所說第1電極零件的截面面積大于所說第2電極零件的截面面積。
3.如權(quán)利要求1所說的電極的制造方法，其特征是，所說第1電極零件由導(dǎo)電性金屬陶瓷構(gòu)成，所說第2電極零件由鎢構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所說的電極的制造方法，其特征是，所說激光的照射位置在所說兩個(gè)電極零件的對接面以下。
5.如權(quán)利要求1所說的電極的制造方法，其特征是，所照射的所說激光的照射位置比所說兩個(gè)電極零件的對接面低0.3～1.0mm。
6.如權(quán)利要求1所說的電極的制造方法，其特征是，在所說第2電極零件的、至少與所說對接部分相反一側(cè)的端部上卷繞有線圈。
7.如權(quán)利要求6所說的電極的制造方法，其特征是，所說線圈一直卷繞到所說第2電極零件的所說對接部分一側(cè)的端部或其附近。
8.如權(quán)利要求1所說的電極的制造方法，其特征是，多個(gè)激光在水平面內(nèi)從不同方向同時(shí)照射所說對接部分或其附近。
9.如權(quán)利要求8所說的電極的制造方法，其特征是，使用多個(gè)激光照射單元，以所說各多個(gè)激光照射單元發(fā)射的所說多個(gè)激光不互相照射其它激光照射單元的激光發(fā)光部的狀態(tài)，將所說多個(gè)激光照射單元配置在所說對接部分周圍。
10.如權(quán)利要求1所說的電極的制造方法，其特征是，在照射所說激光時(shí)，使對接的所說兩個(gè)電極零件旋轉(zhuǎn)。
11.如權(quán)利要求1所說的電極的制造方法，其特征是，在照射所說激光時(shí)，使所說對接部分的周圍保持惰性氣體氣氛。
12.如權(quán)利要求1所說的電極的制造方法，其特征是，所說第1和第2電極零件配置在保持惰性氣體氣氛的容器內(nèi)，從所說容器之外照射激光。
13.如權(quán)利要求1所說的電極的制造方法，其特征是，所說第1電極零件與所說第2電極零件對接后兩個(gè)電極零件之間的推力為5～20N。
14.如權(quán)利要求1所說的電極的制造方法，其特征是，所說第1電極零件與所說第2電極零件進(jìn)行對接時(shí)，通過對所說第2電極零件施加0.7+0.2N的水平方向的推壓力以將所說第2電極零件在水平面內(nèi)定位。
15.一種金屬蒸氣放電燈，其特征是，具有以權(quán)利要求1所說的制造方法得到的電極。
16.一種電極，具有由棒狀的第1電極零件、以及、直徑小于所說第1電極零件的棒狀的第2電極零件二者，所說第1和第2電極零件的端部相互對接進(jìn)行焊接而成為一體，所說第1電極零件由導(dǎo)電性金屬陶瓷構(gòu)成，所說第2電極零件由鎢構(gòu)成，在所說第1電極零件與所說第2電極零件的焊接部，由構(gòu)成所說第1電極零件的所說導(dǎo)電性金屬陶瓷的鉬與所說第2電極零件的鎢所形成的合金層形成于所說第2電極零件的端面的整個(gè)面上。
17.如權(quán)利要求16所說的電極，其特征是，構(gòu)成所說第1電極零件的所說導(dǎo)電性金屬陶瓷的氧化鋁在所說焊接部附近的外周析出。
18.一種金屬蒸氣放電燈，具有發(fā)光管，該發(fā)光管具有，具有放電空間的主管、連接在所說主管的兩端的細(xì)管、以及、分別插在所說各細(xì)管內(nèi)的給電體，所說給電體是權(quán)利要求16所說的電極，所說電極以所說第2電極零件位于所說主管一側(cè)的狀態(tài)插在所說細(xì)管內(nèi)。
全文摘要
使棒狀的第1電極零件(3a)在上、比之熔點(diǎn)高的棒狀的第2電極零件(3b)在下，將二者的端部相互對接，對對接部分或其附近以激光進(jìn)行照射而進(jìn)行兩個(gè)電極零件的焊接。此時(shí)，激光光束的形狀15是以垂直方向?yàn)槎梯S方向、水平方向?yàn)殚L軸方向。由此，能夠以高的材料利用率制造出具有穩(wěn)定的高質(zhì)量的電極。
文檔編號(hào)H01J61/04GK1405825SQ0212864
公開日2003年3月26日 申請日期2002年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月9日
發(fā)明者川村龍也, 小林壽蔵, 榎并博司, 西浦義晴, 梁田隆春 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社