CN102239537B - 灯制造方法以及石英真空管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种灯制造方法以及石英真空管。本发明的目的是能够以使得电弧长度成为一定的方式正确地定位电极前端，在加热密封部而密封电极支架时，不会发生由钼箔的弯曲、歪扭引起的密封部的泄漏，为了达到该目的，使用在形成有发光部以及密封部的躯干管(11)的两端开口部，熔接具有比其开口内径大的内径的延长管(14A、14B)而形成有定位阶差(1)的石英真空管(10)，插入在从电极前端离开规定长度的位置形成有定位卡合部(24)的电极支架(20A、20B)，在使电极支架(20A、20B)的定位卡合部(24)卡合到定位阶差(15)处的状态下，对密封部(13A、13B)进行密封。
Description
技术领域
本发明涉及在石英管的长方向中间部形成作为发光部的空腔、并且在其两端侧形成为直管状的密封部的石英真空管中，从其两端开口部插入电极支架(mouts)，在使内部成为负压的状态下封装上述密封部的灯制造方法以及在其中使用的石英真空管。
背景技术
当前，在汽车用的前照灯、投影仪用的背光灯等中一般使用的高压放电灯，如果放电管的壁厚分布不均匀，则由于在高温、高压的动作中有导致破裂的可能性，因此使用在发光部中没有排气管残部(排气部)(tips)的壁厚分布均匀的放电管，也称为无排气管灯(tipless lamps)。
作为这种无排气管灯的制造方法，例如，如图5(a)～(c)所示，使用在石英管的长方向中间部形成作为发光部的空腔53、并且其两端侧成为直管状的密封部52a、52b的石英真空管51，和将钨电极56经由钼箔55而焊接到引线54的前端侧的电极支架57，将电极支架57插入到石英真空管51内，在维持内部为负压的状态下进行封装。
专利文献1：日本特许第3653195号公报
这种情况下，为了使电弧长度(电极间距离)与设计值一致，要求将电极56的前端定位在空腔53内的规定位置上。
因此，在现有的电极支架57中，形成将引线54弯曲成W字形的管内壁按压部58。
由此，当将电极支架57插入到石英真空管51中时，该按压部58按压石英真空管51的内周面而产生摩擦力，其结果是，由于能够将电极支架57暂时固定在任意的位置，因此只要没有作用外力，电极支架57就能够没有位置偏移地进行定位。
同样，在专利文献2中，在电极支架中形成U字形的管内壁按压部，电极支架能够没有位置偏移地临时固定。
专利文献2：日本特开2000-21312号公报
然而，在像这样地发生摩擦力而暂时固定到任意位置的方法中，难以容易地识别电极支架57是否定位在正确的位置，虽然一边通过CCD照相机等放大观测设备监视位置一边将电极支架插入到适当的位置，但是，受到玻璃的折射、变形等透镜效果的影响，易于发生调整误差，产生电弧长度的偏差。
另外，在进行密封时，在首先临时密封了上端侧59以后，从钨电极56附近按照钼箔55、引线54的顺序进行密封(参照图5(b))。
这时，由于不仅W字形或者U字形的管内壁按压部58被定位，还暂时密封着上端侧59，因此电极支架57由于钼箔55发生热膨胀而在钼箔55中易于发生歪扭，该钼箔55的歪扭牵涉到密封部的泄漏，有导致制造不良的可能性。
从而，提出了如下的灯制造方法：在石英真空管61的作为密封部62、62的部分的内周面设置突起63(参照图6(a))，如图6(b)所示，在石英真空管61的发光部64与密封部62之间形成内凸缘65，使用在从电极前端离开了规定长度的位置形成有定位卡合部66的电极支架67，通过将该定位卡合部66挂在突起63、内凸缘65上，能够将电极前端正确地定位。
专利文献3：日本特开平6-290748号公报
然而，在密封部62的内周面形成突起63的情况下，必须一边从外部加热要形成突起的部分一边接触辊68而使之向内侧变形，不仅其加工麻烦，而且根据石英管的尺寸(特别是壁厚)、除此以外的加热条件等，在突起63的形状上产生偏差，在以该突起63为基准定位了电极的情况下，在电弧长度中易于发生偏差。
另外，在发光部64与密封部62之间形成内凸缘65的情况下，必须从石英真空管61的开口部插入刳刨工具69而切削由高硬度的石英管构成的密封部62的内周面，因此存在加工困难，易于断裂，成品率低，生产性差这样的问题。
另外，在这样的无排气管灯中为了去除加工时的热变形，一般是在灯完成以后进行退火处理(annealing)，通过以适当的温度进行退火处理而能够得到高耐压强度。
专利文献4：日本特开2004-335457号公报
然而，由于退火处理时的温度是非常高的温度，因此如果对完成了的灯进行退火处理，则露出到外部的金属引线将氧化。从而，为了进行退火处理，需要能够在真空氛围气内进行热处理的真空烤焙(baking)炉、真空加热炉等特殊的装置。
进而，为了满足灯的高效率、长寿命的要求，要在石英真空管中使用高精度石英，其原料价格与现有的石英相比较为非常高的价格，在制造无排气管灯的情况下，由于切断其两端部的关系，石英真空管必须形成得比实际的灯充分长，并最终切除舍弃的部分也必须使用极高价格的高纯度的石英管，因此存在材料费增大这样的问题。
发明内容
因而，本发明以如下内容作为技术课题：第一，能够对电极前端正确地定位，使得电弧长度成为恒定，第二，在加热密封部而封装电极支架时，不发生由该钼箔的弯曲、歪扭引起的密封部的泄漏，第三，为了得到高耐压强度，不必使用压热器(autoclave)等特殊装置，能够不氧化电极引线地进行退火处理，第四，能够降低材料费。
用于解决课题的手段
为了解决该课题，方案1的灯制造方法在石英管的长方向中间部形成作为发光部的空腔、且其两端侧形成为直管状的密封部的石英真空管中，从其两端开口部插入电极支架，在使内部成为负压的状态下，封装上述密封部，该等制造方法的特征在于，
a)在上述石英真空管中，在形成有上述发光部以及密封部的躯干管的至少一方的开口部，熔接具有比该开口部内径大的内径的延长管而形成定位阶差，上述电极支架在从电极前端离开了规定长度的位置形成定位卡合部，
b)在将形成有上述定位阶差的一侧的相反侧开口部密封了的状态下，从形成有阶差的一侧的开口部插入电极支架，并将内部维持为负压而暂时密封开口部，
c)在竖立起上述石英真空管，使电极支架的定位卡合部卡合在上述定位阶差处的状态下，一边使加热部位从躯干管的发光部朝向上方开口部移动一边对密封部进行密封，在密封了电极支架以后，
d)通过切断密封了电极支架的石英真空管的端部，去除各延长管而将石英真空管形成为规定的长度。
在方案2的方法中，在石英真空管的两端开口部形成上述定位阶差，从两端开口部插入一对电极支架并顺序封装。
在方案3的方法中，电极支架是通过将钨电极经由钼箔与电极引线的前端侧焊接而形成的，并且，在上述电极引线上，在距电极前端规定长度的位置，作为上述定位卡合部而安装有挂在上述定位阶差处的金属制卡合片。
在方案4的方法中，电极支架是通过将钨电极经由钼箔与电极引线的前端侧焊接而形成的，并且，作为上述定位卡合部，在距电极前端规定长度的位置，形成将电极引线折弯了的弯曲部。
在方案5的方法中，在密封了电极支架以后，在切断其两端部之前，在将电极引线气密地保持在延长管内的状态下，对灯整体进行退火。
方案6的发明的特征在于，在灯制造中使用的电极阀中，在石英管的长方向中央部形成作为发光部的空腔、并且其两端侧形成为直管状的密封部的躯干管的至少一方的开口部，熔接具有比该开口部内径大的内径的延长管，形成定位阶差。
方案7的石英真空管的延长管用纯度比躯干管低的石英形成。
方案8的石英真空管的延长管用壁厚比躯干管薄的石英管形成。
方案9的石英真空管的定位阶差形成在躯干管的两端开口部。
发明的效果
依据本发明，在石英真空管中，通过在躯干管的两端开口部熔接具有比该开口部内径大的内径的延长管而形成定位阶差，因此能够在躯干管的两端开口部正确地形成定位阶差。
因此，不用接触锟使密封部热变形，或者用刳刨工具等对密封部内部进行切削加工，仅在一定长度的躯干管上熔接延长管，就能够在极其正确的位置形成定位阶差。
电极支架在从电极前端离开规定长度的位置，如方案2那样地在电极引线上安装金属制卡合片，或者，如方案3那样地折弯电极引线而形成定位卡合部。
如果将该电极支架插入到躯干管内，竖立起石英真空管而将电极支架的定位卡合部卡合到上述定位阶差处，则能够将电极前端定位在正确的位置上，在电弧长度中不会发生偏差。
在该状态下，如果使加热部位从躯干管的发光部朝向上方开口部移动而对密封部进行密封，封装电极支架，则由于电极支架的定位卡合部挂在定位阶差处，因此在封装的过程中，即使电极支架的钼箔热膨胀，也能够预先防止定位卡合部从定位阶差上浮而钼箔弯曲、歪扭，也不会发生密封部的泄漏。
另外，如果在封装了电极支架以后，在切断其两端部之前，在将电极引线气密地保持在延长管内的状态下对石英真空管进行退火处理，则由于金属引线不会与外气接触，因此能够不使用压热器等特殊装置而在大气中进行热处理。
如方案7那样，如果使用由纯度比躯干管低的石英形成延长管的石英真空管，则由于被切断了的延长管能够使用杂质多的低价的石英管，因此能够减少包含在废弃部中的高价的石英管的比例，降低成本。
另外，如方案8那样，如果用壁厚比躯干管薄的石英管形成延长管，则由于能够减少被切断部的石英，因此作为延长管，如方案7那样使用低纯度石英的情况自不用说，即使使用高纯度石英管，也能够降低成本。
附图说明
图1是表示本发明的灯制造方法的一个例子的整体工序图。
图2是表示石英真空管的制造工序的制造工序图。
图3是封装一方电极支架的工序图。
图4是封装另一方电极支架的工序图。
图5是表示现有方法的说明图。
图6是表示另一个现有方法的说明图。
(符号的说明)
1：超高压水银灯；10：石英真空管；11：躯干管；12：空腔；13A、13B：密封部；14A、14B：延长管；15：定位阶差；16：喷烧炉；17A、17B：开口部；20A、20B：电极支架；21：电极引线；22：钼箔；23：钨电极；23a：线圈；24：定位卡合部
具体实施方式
(用于实施发明的最佳形态)
在本例中，为了达到能够正确地定位电极前端而使得电弧长度成为恒定、对密封部进行加热封装电极支架时不会发生因其钼箔的弯曲、歪扭而引起的密封部的漏泄这样的目的，在石英管的长方向中间部形成作为发光部的空腔、并且其两端侧形成为直管状的密封部的石英真空管中，从其两端开口部插入电极支架，在使内部成为负压的状态下封装上述密封部的灯制造方法中，
a)在上述石英真空管中，在形成有上述发光部以及密封部的躯干管的至少一方的开口部，熔接具有比该开口部内径大的内径的延长管而形成定位阶差，上述电极支架在从电极前端离开了规定长度的位置形成定位卡合部，
b)在对形成有上述定位阶差的一侧的相反侧的开口部进行了密封的状态下，从形成有阶差一侧的开口部插入电极支架，将内部维持为负压而暂时密封开口部，
c)在竖立起上述石英真空管、使电极支架的定位卡合部卡合到上述定位阶差处的状态下，使加热部位从躯干管的发光部朝向上方开口部移动而对密封部进行密封，在封装了电极支架以后，
d)通过切断封装了电极支架的石英真空管的端部，去除各延长管而将石英真空管形成为规定的长度。
以下，根据在附图中表示的实施例说明本发明。
图1是表示本发明的灯制造方法的1个例子的整体工序图，图2是表示石英真空管的制造工序的制造工序图，图3是封装一方电极支架的工序图，图4是封装另一方支架的工序图。
实施例1
在本例中，说明额定150W的超高压水银灯1的制造方法。
在本方法中，将电极支架20A、20B从石英真空管10的两端开口部插入到石英真空管10内，在使内部成为负压的状态下对它们进行封装。
图1表示整体工序图，包括：对从通过石英真空管加工工序(参照图2)制造的石英真空管10的一端侧插入的第1电极支架20A进行封装的第1电极支架封装工序(图1(a)～(b))、对从石英真空管10的另一端侧插入的第2电极支架20B封装进行的第2电极支架封装工序(图1(c)～(d))、去除在石英上产生的变形的退火处理工序、以及切断石英真空管10的两端部而加工成规定长度的切断工序(图1(e))，各工序由进一步细化了的工序构成。
[石英真空管加工工序]
通过在石英管的长方向中间部形成成为发光部的空腔12、且其两端侧形成为直管状的密封部13A、13B的躯干管11的两端开口部，熔接延长管14A、14B而形成石英真空管10。
躯干管11使用内径2mm，外径6mm的例如飞利浦公司制的PH370等高纯度石英管，如图2(a)所示，通过使中央部膨胀为外径10mm、内径4mm的大致旋转椭圆体，形成作为发光部的空腔12。
然后，以空腔12为中心，在两侧对称地延长要密封的直管状的密封部13A、13B，空腔12和密封部13A、13B用1个石英管材制作。
以使得密封部13A以及13B的长度均等的方式通过切削磨床将躯干管11切削为总长73mm。
在该躯干管11的两端开口部，熔接具有比开口部内径大的内径的延长管14A以及14B，从而成形形成有定位阶差15的石英真空管10。
延长管14A、14B具有比躯干管11的开口部内径大的内径，使用壁厚比躯干管11薄的石英管，在本例中，使用内径3.5mm，外径5mm，长度100mm的例如飞利浦公司制的PH300等石英纯度比躯干管11低的一般灯用石英管。
连接方法是将躯干管11的一方端部和一方延长管14A的开口端之间相对而夹装在玻璃转盘上，一边使端部之间接触而旋转，一边通过从外部用喷烧器16等加热其连接位置，通过使外部溶解而对其熔接(图2(b))。
同样，将躯干管11的相反一侧的端部和另一方延长管14B的开口端之间相对而夹装在玻璃转盘上，一边使端部之间接触而旋转，一边通过从外部用喷烧器16等加热其连接位置，通过使外部溶解而对其熔接(图2(c))。
由此，石英真空管10在躯干管11的两端开口部形成定位阶差15，将躯干管11和延长管14A以及14B合起来的总长形成为273mm(图2(d))。
另外，与全部使用高纯度石英管制作的现有的石英真空管相比较，这样制作的石英真空管10能够极其廉价地制作。
另外，在本例中，作为延长管14A使用两端开口型的管，作为延长管14B使用一端开口另一端闭塞类型的管。
另外，在进行熔接作业的情况下，需要调整火力、延长管14A以及14B的按压力等，使得成为定位阶差15的基准面的躯干管11的开口部不会变形。
[电极支架]
电极支架20A、20B通过在由
0.5mm×长15mm的钼线构成的电极引线21的前端侧，经由宽2mm×长18mm的钼箔22，熔接芯棒直径为0.3mm×长大约9mm且在其前端安装有线圈23a的钨电极23而形成(图3(a)、图4(b))。
另外，在电极引线21上，在距电极前端规定长度的位置，作为定位卡合部24而安装挂在定位阶差15处的金属制卡合片。
在本例中，焊接有比密封部13A、13B的内径大且比延长管14A、14B的内径小的宽2.5mm×长20mm的钼板。
由此，虽然定位卡合部24进入到延长管14A、14B内，但由于没有进入到躯干管11，因此由在躯干管11的开口端部形成的定位阶差15卡合。
成为该定位卡合部24的金属卡合片例如使用夹具点焊到引线上，使得从电极23前端到定位卡合部24的电极侧端部的尺寸正确地一致(accurately uniform)。在本例中，形成为电极23前端位于距空腔12的中心0.5mm的位置，在密封部13A、13B上封装了电极支架20A以及20B时，形成为电弧长度为1.0mm。
另外，虽然省略了图示，但作为定位卡合部24，也可以形成从电极前端到规定长度的位置折弯了电极引线21的弯曲部。
因此，在使插入侧的开口部17A、17B朝上而竖立起石英真空管10时，电极支架20A、20B通过电极支架20A的自重，定位卡合部24挂到定位阶差15处，在该状态下，由于钨电极前端23位于预先设计的高度，因此能够高精度定位空腔12内的电极位置。
[第1电极支架封装工序]
在对石英真空管10进行了真空加热处理以后，从延长管14A一侧的开口部17A插入第1电极支架20A(图3(a)～(b))。
真空泵(未图示)与开口部17A连接，在通过真空泵将石英真空管10内抽真空以后，封入13kPa的氩气，在该状态下，对延长管14A的开口端部17A进行加热熔融而暂时密封(图3(c))。
由此，在石英真空管维持为负压、对密封部13A进行密封时，电极支架20A的金属不会氧化。
接着，在使插入侧的开口部17A朝上而竖立起石英真空管10的状态下，通过加热熔融密封部13A而进行密封(图3(d))。
该密封加工通过使喷烧器16从密封部13A的空腔12侧向上方开口部17A移动，一边使加热部位移动一边顺序溶融密封部13A，进行密封。
由此，密封部13A最初空腔12侧端部被密封，在该时刻，由于没有对成为电极支架20A的定位基准的定位阶差15附近进行加热，因此在保持电极支架20A插入时的位置关系的状态下，从下方的空腔12侧起顺序封装。
接着，如果伴随着喷烧器16的移动，钼箔22附近的密封部13A发生溶融，则钼箔22以及电极引线21等也被加热而膨胀，而由于定位卡合部24只是搭在定位阶差15处，因此即使有时电极支架20A整体热膨胀，定位卡合部24从定位阶差15处浮动，而向上方释放由膨胀而延伸的量。
从而，即使在封装过程中发生热膨胀，由于不会在钼箔22、电极引线21上施加强迫的力，因此不会发生钼箔22的弯曲、歪扭。
然后，通过使喷烧器16移动到定位阶差15的附近，对躯干管11的密封部13A进行完全密封。
[第2电极支架封装工序]
接着，从相反侧的延长管14B插入第2电极支架20B并进行封装。
首先，以对于其长边方向正交的方式，彻底地切割延长管14B的前端部，从其开口部17B向空腔12内注入大约17mg水银，插入与第1电极支架20A相同结构的第2电极支架20B(图4(a)～(c))。
然后，将真空泵(未图示)与开口部17B连接，通过真空泵将石英真空管10内抽真空以后，封入包含微量溴化物的氩气，在该状态下，对延长管14B的开口端部17B加热熔融，暂时密封。
由此，在维持石英真空管内为负压、对将密封部13B密封时，电极支架20B的金属也不会氧化。
接着，使插入侧的开口部17B朝上而竖立起石英真空管10，在将成为发光部的空腔12的一部浸泡在由液体氮构成的制冷剂的状态下，与第1电极支架20A的封装相同地对密封部13B进行密封，封装第2电极支架20B(图4(e))。
这种情况下，即使在封装过程中在电极支架20B上发生了热膨胀，由于不会在钼箔22、电极引线21上施加强迫的力，因此不会发生钼箔22的弯曲、歪扭，对躯干管11的密封部13B进行完全密封。
[退火处理工序]
然后，在将双方的电极支架20A、20B封装了以后，在切断石英真空管10的两个端部之前，为了去除在石英中产生的变形，在将电极引线21气密地保持在各个延长管14A、14B内的状态下，对石英真空管10整体进行退火处理。
[切断工序]
退火处理工序结束以后，通过切断封装了电极支架20A、20B的石英真空管10的端部，去除各个延长管14A、14B，将石英真空管10形成为规定长度，完成超高压水银灯1(图1(d)～(e))。
这时，躯干管11的端部为了使长度一致仅被稍稍切断，被切除的部几乎都是延长管14A、14B。而且，该延长管14A、14B由于用石英纯度比躯干管11低的廉价的材料构成，因此没有废弃高价、高纯度石英管的浪费，还能够降低制造成本。
而且，用X线测定了这样制造的超高压水银灯1，其结果是其电弧长度如所设计的那样全部进入到1.0mm±0.1mm的范围，另外，也没有发生钼箔22的歪扭等的不理想状况。
另外，将该灯1放置在作为冷反射镜(cold mirror)的凹面反射镜(未图示)上，以其焦点位于产生电弧的电极23、23之间的方式固定，制作液晶投影仪用的光源单元。
将所制作的光源单元安装在小型轻量的液晶投影仪中，通过用规定的电子器件点亮，进行了比较寿命试验(反复进行5小时点亮1小时熄灭)的结果是，组装了根据本发明的方法制造的超高压水银灯1的电源光源达到了额定2000小时的寿命，没有发生任何问题，也能够满足亮度维持率。
产业上的可利用性
如上所述，本发明能够适用于制造在石英管的长方向中间部形成作为发光部的空腔、并且在其两端侧形成为直管状的密封部的所谓双端型无排气管灯的用途。
Claims (9)
1.一种灯制造方法，在石英管的长方向中间部形成作为发光部的空腔、且其两端侧形成为直管状的密封部的石英真空管中，从其两端开口部插入电极支架，在使内部成为负压的状态下，封装上述密封部，该灯制造方法的特征在于，
a)在上述石英真空管中，在形成有上述发光部以及密封部的躯干管的至少一方的开口部，熔接具有比该开口部内径大的内径的延长管而形成定位阶差，上述电极支架在从电极前端离开了规定长度的位置形成定位卡合部，
b)在将形成有上述定位阶差的一侧的相反侧的开口部密封了的状态下，从形成有阶差的一侧的开口部插入电极支架，将内部维持为负压而暂时密封开口部，
c)在竖立起上述石英真空管，使电极支架的定位卡合部卡合到上述定位阶差处的状态下，一边使加热部位从躯干管的发光部朝向上方开口部移动一边对密封部进行密封，在密封了电极支架以后，
d)通过切断密封了电极支架的石英真空管的端部，去除各延长管而将石英真空管形成为规定的长度。
2.根据权利要求1所述的灯制造方法，其特征在于，
在石英真空管的两端开口部形成上述定位阶差，从两端开口部插入一对电极支架并顺序封装。
3.根据权利要求1或2所述的灯制造方法，其特征在于，
上述电极支架是通过将钨电极经由钼箔与电极引线的前端侧焊接而形成的，并且，在上述电极引线上，在距电极前端规定长度的位置，作为上述定位卡合部而安装有挂在上述定位阶差处的金属制卡合片。
4.根据权利要求1或2所述的灯制造方法，其特征在于，
上述电极支架是通过将钨电极经由钼箔与电极引线的前端侧焊接而形成的，并且，作为上述定位卡合部，在距电极前端规定长度的位置，形成将电极引线折弯了的弯曲部。
5.根据权利要求1或2所述的灯制造方法，其特征在于，
在密封了上述电极支架以后，在切断其两端部之前，在将电极引线气密地保持在延长管内的状态下，对灯整体进行退火处理。
6.一种石英真空管，该石英真空管使用在灯制造中，其特征在于，
具备躯干管，该躯干管在石英管的长方向中央部形成作为发光部的空腔、且其两端侧形成为直管状的密封部，
在该躯干管的至少一方的开口部，熔接内径比上述躯干管的开口部内径大、且外径比上述躯干管的开口部外径小的延长管，从而在内侧面形成定位阶差，该定位阶差卡合插通该躯干管的电极支架的定位卡合部。
7.根据权利要求6所述的石英真空管，其特征在于，
上述延长管用纯度比躯干管低的石英形成。
8.根据权利要求6或7所述的石英真空管，其特征在于，
上述延长管用壁厚比躯干管薄的石英管形成。
9.根据权利要求6或7所述的石英真空管，其特征在于，
在躯干管的两端开口部形成上述定位阶差。
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