JP2004296246A - 放電ランプの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】封止された発光空間内に配された電極組立体の所定の位置にレーザ照射して溶融切断することにより一対の電極を形成する場合において、溶融した電極材料が一対の電極のいずれの側に移動するかの制御を容易にすることができる放電ランプの製造方法を提供する。
【解決手段】電極組立体４２の溶断部位１８を、発光管１０の外部からレーザ６０を照射して加熱溶断させる際に、電極組立体４２の軸方向に略垂直な面Ｓ１との間で所定の角度θ１を有する方向からレーザ６０を照射する。
【選択図】 図５
【解決手段】電極組立体４２の溶断部位１８を、発光管１０の外部からレーザ６０を照射して加熱溶断させる際に、電極組立体４２の軸方向に略垂直な面Ｓ１との間で所定の角度θ１を有する方向からレーザ６０を照射する。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプの製造方法に関し、特に点光源に近づけるため電極間距離を短縮したショートアーク型放電ランプの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶プロジェクタやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いたプロジェクタなど、大画面への表示を実現するプロジェクタが種々検討されている。このようなプロジェクタの光源として、より点光源に近づけるため電極間距離を短縮したショートアーク型の高圧水銀ランプ等の放電ランプが注目されている。
【０００３】
このような放電ランプの製造方法として、放電ランプの一対の電極となる電極構造部分を含む電極組立体を、発光管部と側管部とを有する放電ランプ用ガラスバルブ内に挿入し、前記側管部を封止して、内部に電極構造部分が位置する発光管を形成した後に、前記電極構造部分の一部を選択的に溶融切断させることにより、発光管内に一対の電極を形成する放電ランプの製造方法が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３３３０５９２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平７−４５２３７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような放電ランプの製造方法においては、前記電極組立体を構成するタングステン棒の所定の位置をレーザ照射により加熱溶融させ、レーザ照射を止めた後、電極材料が電極の根元に近い部分から徐々に冷却される際、表面張力の作用によりタングステン棒が切断される（このようなプロセスによる切断を「溶融切断」若しくは単に「溶断」という）。
【０００７】
この溶断を利用した放電ランプの製造方法において、放電ランプの量産を図るには、多くとも２度のレーザ照射で一対の電極が形成されることが好ましい。即ち、１度目のレーザ照射で前記電極組立体の所定位置を溶断させるとともに一方の電極の先端部を半球状に加工し、２度目のレーザ照射で他の電極の先端部を半球状に加工するのである。しかしながら、本願発明者らの検討によると、１度目のレーザ照射でどちらの電極の先端部が加工されるかの制御が困難であることがわかった。どちらの電極の先端部が加工されるか不明である、ということは、２度目のレーザ照射をどちらの電極に対して行えばよいかが不明である、ということであり、放電ランプの製造に際して現実的には大きな問題となる。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、発光管外部からレーザ照射することで電極組立体の所定位置を溶断させることにより、一対の電極を形成する放電ランプの製造方法において、１度目のレーザ照射でいずれの電極先端部が加工されるかを適切に制御することができる放電ランプの製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る放電ランプの製造方法は、一対の電極となる棒を含む電極組立体を、発光管部と、この発光管部の両端部に形成された二つの側管部を有する放電ランプ用ガラスバルブに挿入し、前記二つの側管部をそれぞれ封止した後、前記ガラスバルブの外部からレーザ照射して前記電極組立体の一部を溶融切断することにより、一対の電極を形成する放電ランプの製造方法において、前記電極組立体の所定の位置に対して、当該電極組立体の軸方向に垂直な面との間で０°を超える所定の角度θ１を有する方向からレーザ照射することにより、電極組立体の一部を溶融切断するとともに、溶融切断により形成される一対の電極のうちの一の電極の先端部を溶融加工する第１のレーザ照射ステップを含むことを特徴としている。
【００１０】
本願発明者らは、まず、電極組立体の真横からレーザ照射を行って電極組立体の所定部分を溶断させることを試みた。即ち、図１に示される電極組立体の電極構造部分４２の真横からレーザ６０を照射して溶断させた結果（図１（ａ））、溶融した電極材料がいずれの電極の側に移動するかが適切に制御できない、という問題が明らかとなったのである（図１（ｂ）及び（ｃ）参照）。この場合、１度目のレーザ照射でどちらの電極の先端部が半球状に加工されるか不明であることから、２度目のレーザ照射で、他の電極の先端部を半球状に加工しようとしても、２度目のレーザ照射をいずれの電極に対して行えばよいかも不明であり、量産に際しては大きな問題となる。この問題に対処するべく鋭意検討した結果、上記本願発明に係る放電ランプの製造方法に到達したものである。
【００１１】
即ち、上記本発明に係る放電ランプの製造方法によると、いずれの側の電極先端部が半球状に加工されるか、確実に制御することができ、従って、２度目のレーザ照射をどちらに対して行えばよいかも明確である。
なお、前記所定の角度θ１は、０°を超えて略４５°以下であることが好ましい。なお、角度θ１の下限は０°を超えていればよいが、５°以上がより好ましい。角度θ１があまり大きくなると、レーザが電極組立体に当たる際のスポット形状が長円となることから、溶断させるための加熱が十分でなくなる可能性が生じたり、発光管を構成するガラス材料のレンズ効果によりレーザのエネルギー効率に問題が生じる可能性もあるので、略４５°以下とすることが好ましいが、角度の上限はランプの種類や発光管の材料、形状によっても変化し得る。本願発明者らの検討では、およそ５°から１５°程度の間が好適なようである。
【００１２】
なお、前記第１のレーザ照射ステップでレーザ照射する前記電極組立体の所定の位置は、前記電極組立体が、前記二つの側管部をそれぞれ封止した後に形成される発光空間内に存在する部分の両端間の中央に当たる位置Ｃから見て、照射されるレーザの中心軸の位置が、先端部が加工される前記一の電極の側にずれた位置であることが好ましい。このようにレーザが照射される位置が中央からずれることにより、前記一の電極の先端部の側を、より確実に溶融加工することができる。なお、レーザ光にも幅があるため、レーザの中心軸の位置が位置Ｃと略一致するような場合には、適切に所望の位置を加工することができない場合もあるようである。もっとも、このような不都合の発生の有無や発生割合等については、電極組立体の構造、即ち、後述するコイル等の被覆部材の有無、被覆部材の形状や位置などの諸条件によっても変わり得ると考えられる。
【００１３】
さらに、前記製造方法はさらに、前記一の電極と異なる他の電極の先端部にレーザ照射し、当該他の電極の先端部を溶融加工する第２のレーザ照射ステップを含むとすることができるが、これに限定されず、１度のレーザ照射で電極が完成できる場合も有りうる。特に直流点灯の放電ランプの場合には現実的に１度のレーザ照射でよい場合も考えられるであろう。もっとも、２度目の照射を行うことが好ましい場合は多いと思われる。なお、２度目のレーザの照射に際しては、角度を付けて前記他の電極の先端部に照射してもよいが、真横から照射してもよいことが確認されている。また、レーザ照射を２度行う場合に限定されず、さらに３度目、あるいはそれ以上の回数のレーザ照射を行って電極先端部の形状の調整等を図ってもよいことは勿論である。
【００１４】
より具体的な方法として、前記電極組立体は、一本のタングステン棒に、それぞれが一対の電極のそれぞれの先端部に固着される二つの被覆部材を取り付けたものであり、前記第１のレーザ照射ステップにて、前記一本のタングステン棒が溶融切断され、前記一の電極を構成する側のタングステン棒及び被覆部材の一部が溶融一体化されるとともに、形成される一の電極の先端部が略半球状に溶融加工され、前記第２のレーザ照射ステップにて、他の電極を構成する側のタングステン棒及び被覆部材の一部が溶融一体化されるとともに、当該他の電極の先端部が略半球状に加工されるとすることができる。なお、被覆部材は、コイル状の部材を用いることができるが、これに限定されず、筒状の部材でもよい。
【００１５】
なお、前記一対の電極間の最終的な距離は４．５ｍｍ以下（０ｍｍは含まない。）であることが好適であり、より好ましくは２ｍｍ以下とすることができる。このようにするには、被覆部材の取り付け位置、被覆部材やタングステン棒の径、レーザ出力などの各条件を最適化することが好ましいことは勿論である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る放電ランプの製造方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図２〜図４は、本発明の実施の形態に係る放電ランプの製造方法の一例としての高圧水銀ランプの製造方法について説明するための図である。
【００１７】
本実施の形態では、まず図２に示すように放電ランプ用ガラスバルブ（以下、単に「ガラスバルブ」という。）５０と、放電ランプの一対の電極となる電極構造部分４２を含む１個の電極組立体４０とを用意した後、ガラスバルブ５０内に電極組立体４０を挿入する。
ガラスバルブ５０は放電ランプの発光管となる略球形の発光管部１０と、発光管部１０から伸ばされた側管部２２とを有している。側管部２２の一部は放電ランプの封止部となる部分である。ガラスバルブ５０は、例えばチャック５２によって保持するようにして固定すればよい。本実施の形態では、水平方向にガラスバルブ５０を保持しているが、鉛直方向に保持してもよい。
【００１８】
ガラスバルブ５０は、例えば石英ガラスによって構成されており、本実施の形態で用いるガラスバルブ５０の発光管部１０の内径は６ｍｍ、ガラス厚は３ｍｍであり、側管部２２の内径は３．４ｍｍ、長手方向の長さはそれぞれ２５０ｍｍである。電極組立体４０は、電極構造部分４２を構成する一本のタングステン棒１６と、一本のタングステン棒１６の両端に接合された金属箔２４及び２４‘を含んでいる。金属箔２４、２４‘は、例えばモリブデン箔から構成することができる。タングステン棒１６は放電ランプにおける一対の電極のそれぞれの電極軸となる部分である。タングステン棒１６の長さは、例えば２０ｍｍ程度であり、その外径は例えば０．４ｍｍ程度である。タングステン棒１６の中央部分には、後工程で溶断されることとなる溶断部位１８がある。タングステン棒１６のうち溶断部位１８の外側に位置する箇所は、電極先端となる部分であり、本実施の形態では、その部分に被覆部材としてのコイル１４及び１４’が取り付けられている。本実施の形態では、コイル１４とコイル１４‘との、それぞれの放電側先端部同士の間の間隔は約１ｍｍ〜１．５ｍｍであり、この場合最終的な電極間の距離（Ｄ）は約１ｍｍとなる。
【００１９】
なお、コイル１４及び１４‘をタングステン棒１６に取り付けるに際しては、巻回形成後のコイル１４及び１４’の内径がタングステン棒１６の直径よりも小さくなるようにコイル１４及び１４‘を形成した後に、当該コイルの中にタングステン棒１６を圧挿入することが好ましい。タングステン棒１６とコイル１４及び１４’との間の密着の度合いが均一となり、後工程において、例えばレーザ照射により、溶断部位を溶断させた際に、コイル部分の放熱量がほぼ一定となるため、同じレーザ出力で加工を行った後の電極等の状態にバラツキが生じにくいからである。もっとも圧挿入に限定されず、コイル１４及び１４‘の内径を大きくして、タングステン棒１６を挿入した後、例えば抵抗溶接により取り付けるようにしてもよい。
【００２０】
コイル１４及び１４‘は、製造された放電ランプにおいて、電極先端部の温度を低下させる機能を有している。従って、被覆部材としては必ずしもコイル状の部材に限られず、例えば円筒状の部材を取り付けるようにすることもできる。なお、コイル１４及び１４‘が取り付けられた部分の外径は、例えば１．４ｍｍ程度である。本実施の形態では、一対の電極となる電極構造部分４２を一本のタングステン棒１６で構成しているので、一対の電極の中心軸は最初から一致させることが可能となっている。タングステン棒１６と金属箔２４、２４’はそれぞれ溶接によって接合されている。金属箔２４、２４’は例えば矩形の平板とすることができ、寸法は適宜調整すればよい。なお、タングステン棒１６と接合された部分の反対側には、例えばモリブデンにより構成された外部リード３０が溶接により接合されている。
【００２１】
電極組立体４０の挿入は、ガラスバルブ５０の発光管部１０に電極構造部分４２が位置するように行われる。次に、ガラスバルブ５０の側管部２２を電極組立体４０の一部（金属箔２４及び２４‘）と密着させることにより、放電ランプの封止部２０及び２０’（図３参照）を形成する。側管部２２と金属箔２４との密着（封止）は、既知の方法に従って行えばよい。例えばガラスバルブ５０を減圧可能な状態とした後、ガラスバルブ５０内を減圧する（例えば２０ｋＰａ）。この減圧下でチャック５２を用いてガラスバルブ５０を回転させながら、ガラスバルブ５０の側管部２２をバーナーで加熱し軟化させると、側管部２２と金属箔２４とが密着して封止部２０を形成することができる。
【００２２】
一方の封止部２０を形成した後、他方の封止部２０‘を形成する前において、ガラスバルブ５０の発光管部１０の内部に放電ランプの発光物質を導入するようにすると、発光物質の導入を比較的簡単に行うことができる。もっとも封止部２０及び２０’を形成した後に、発光管部１０に穴をあけて発光物質を導入し、導入後に穴を塞ぐようにしてもよい。
【００２３】
本実施の形態では、発光管部１０の内部に、発光物質としての水銀（例えば１５０〜２００ｍｇ／ｃｍ３程度の水銀）１１８と、５〜２０ｋＰａの希ガス（例えばアルゴン）と、少量のハロゲン（たとえば臭素）とを導入している。ハロゲンは、単体（例えば、Ｂｒ２）に限らず、ハロゲン前駆体の形態で封入することもでき、本実施の形態では、臭素をＣＨ２Ｂｒ２の形態で封入している。封入されたハロゲン（若しくはハロゲン前駆体から誘導されたハロゲン）は、ランプ動作時においてハロゲンサイクルを行う役割を有している。
【００２４】
封止部２０、２０‘を形成すると、図３に示すように密閉された発光空間１５に電極構造部分４２が配置された発光管１０が得られる。次に発光管１０内に位置する前記溶断部位１８を選択的に切断することにより、所定の電極間距離Ｄ（図４参照）を有する一対の電極１２、１２’を形成することができる。本実施の形態では、後述するように外部からレーザ照射することにより、電極１２、１２‘の先端部は半球状に加工されている。その後、封止部２０、２０’が所定の長さとなるようにガラスバルブ５０を切断することにより、図４に示すように、一対の電極１２及び１２‘を発光管１０内に形成した放電ランプ１００が得られる。
【００２５】
本実施の形態の放電ランプの製造方法は、前記溶断部位１８を溶断させるべく発光管１０の外部から溶断部位１８に向けて１度目のレーザ照射を行う際に、タングステン棒１６の軸方向に略垂直な面Ｓ１（図５（ａ）参照）と所定の角度θ１を有する方向からレーザ６０を照射することを、一つの特徴としている。図５は、その際の様子を示す図である。
【００２６】
図５（ａ）に示されるように、本実施の形態では、溶断部位１８を溶断させるために１回目のレーザ照射を行う際、電極組立体の軸方向に垂直な面Ｓ１と所定の角度θ１を有する方向からレーザ６０を照射する。なお、図５（ｂ）は、発光管１０の図５（ａ）の面Ｓ１の部分における断面を示す図であり、レーザ６０が、発光管１０の水平方向真横から照射されていることを示しているが、レーザの照射方向はこの例に限らず、面Ｓ１と所定の角度を有していれば、本発明の効果は得られる。この際に、第１の角度θ１を有する方向からレーザ６０を照射することにより、溶断部位１８が溶断され、タングステン棒１６とコイル１４’との一部が溶融一体化され、図５に示されるように、形成される電極１２‘の放電側先端部が半球状に加工される場合において、加熱溶融したタングステン棒１６の一部が、一対の電極１２及び１２’（図６参照）のいずれを形成することになるかを制御することができ、もって上記に詳細に説明した製造上の問題点の解決を図ることができる。
【００２７】
なお、所定の角度θ１の具体的な値としては、０°を超えて略４５°以下であることが好ましい。この角度は余りに大きいとレーザがタングステン棒１６に当たる際のスポット形状が長円となることからタングステン棒１６を溶断させるための加熱が十分でなくなる可能性がある他、発光管１０の形状によっては石英ガラスのレンズ効果による影響も危惧される。本願発明者らの検討によると、より好適には５°以上１５°以下程度とすることが好ましいことが確認されている。
【００２８】
なお、レーザ６０を照射する位置については、図６に示されるように、電極組立体の中で発光空間内に存在する部分の両端間の中央に当たる位置Ｃから見て、照射されるレーザ６０の中心軸６１の位置が、先端部が加工される電極の側にずれた位置（図６の例では、中央Ｃと中心軸６１との間が距離Δだけずれているが、距離Δに限定される趣旨ではない。）であることが好ましい。このようにすることで、一対の電極部分の間で、レーザ照射を止めた後の電極組立体の冷却の度合いに違いが現れる。即ち、タングステン棒１６、１６‘を通じて熱が逃げることにより電極根元部分から徐々に冷却されるのであるが、前記したように位置がずれていることにより、コイル１４を含む側の電極部分の方が、より温度が下がりやすくなることとなり、表面張力による電極組立体の溶断が起こりやすくなるのではないかと推測されている。
【００２９】
以上に説明したようなレーザ照射により、タングステン棒１６とコイル１４‘との放電側先端部が溶融一体化し、かつ先端部が半球状に加工された電極１２’が形成される。本実施の形態では、さらに二度目のレーザ照射を行うことにより、逆側の電極先端部も加工するようにしている。図７は、二度目のレーザ照射の様子を示す図である。
【００３０】
同図に示されるように、二度目のレーザ照射では、コイル１４の放電側先端部に向けて、タングステン棒１６に略垂直な面と角度θ２を有する方向からレーザ６０を照射している。もっとも、この際には真横（θ２＝０°に相当）から照射してもかまわないことが確認されている。溶融部分がいずれの電極の側に移動するか、という問題がないからである。
【００３１】
２度目のレーザ照射により、タングステン棒１６とコイル１４との一部も溶融一体化し、かつ放電側先端部が半球状に加工された電極１２が形成される。図８は、電極１２を形成した後の様子を示す図である。なお、電極１２を形成した後の電極間距離Ｄは４．５ｍｍ以下（但し０°を含まない。）であることが好適であり、より好ましくは２ｍｍ以下とすることができる。前記の通り、本実施の形態では最終的な電極間距離Ｄは約１ｍｍである。
【００３２】
以上に説明したような放電ランプの製造方法を適用することにより、溶断したタングステン棒及びコイルの部分がいずれの電極の側に移動するかを制御しやすくなる。この効果は特に放電ランプの量産を計る場合に好都合である。
なお、上記実施の形態の製造方法にて製造した放電ランプは、例えば液晶プロジェクタやＤＭＤを用いるプロジェクタなどのようは画像投影装置に取り付けることができ、プロジェクタ用光源として使用することができる。また、上記の放電ランプは、プロジェクタ用光源の他に、紫外線ステッパ用光源、競技スタジアム用光源や自動車等のヘッドライト用光源として用いることもできる。
【００３３】
＜変形例＞
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の内容が、上記実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例を考えることができる。
（１）上記実施の形態では、電極組立体としてモリブデン箔２４、２４‘が接合されたものを用いたが、当該モリブデン箔２４、２４’の部分もタングステン棒としたものを用いることも可能である。即ち一本のタングステン棒にコイル等の被覆部材を取り付けたものを電極組立体として用いることができる。この場合外部リード３０もタングステン棒で構成することができる。
【００３４】
（２）さらに、上記実施の形態では、電極組立体として、一本のタングステン棒１６に二つのコイル１４、１４‘を取り付けたものを用いたが、電極組立体の構造もこれに限定されず、例えばコイル等の被覆部材を設けない、１本のタングステン棒のみを用いる場合に適用することもできる。また、例えば図９に一例を示すような構造の電極組立体を用いる場合に適用することもできる。図９に示されるのは、２本のタングステン棒１６、１６’のそれぞれの先端部を繋ぐように、１つのコイル１４０を取り付けたものであり、レーザ照射によって、コイル１４０の所定部分が溶断されることとなる。
【００３５】
（３）上記実施の形態では、発光物質として封入された水銀の蒸気圧が２０ＭＰａ程度の放電ランプ（いわゆる超高圧水銀ランプ）の製造に適用する場合について詳細に説明したが、水銀蒸気圧が１ＭＰａ程度の高圧水銀ランプや、水銀蒸気圧が１ｋＰａ程度の低圧水銀ランプについても適用することが可能である。また、本発明は、水銀ランプ以外の他の放電ランプにも適用可能であり、例えば、金属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプなどの放電ランプに適用することもできる。
【００３６】
（４）本発明は、電極間距離（Ｄ）が比較的短い（上記の例では１ｍｍ以下）のショートアーク型の放電ランプに適用することが好適であるが、それに限定されるわけではない。また、交流点灯型の放電ランプだけでなく直流点灯型の放電ランプに適用することもできる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る放電ランプの製造方法によれば、１度目のレーザ照射の際に所定の角度θ１を有する方向から照射することにより、溶融した電極材料が、一対の電極のいずれの側に移動するかを制御しやすくなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】電極構造部分４２の真横からレーザ６０を照射して溶断させた結果について説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態における放電ランプの製造方法について説明するための図である。
【図３】封止部２０、２０‘を形成した後の発光管１０を示す図である。
【図４】一対の電極１２及び１２‘を発光管１０内に形成した放電ランプ１００を示す図である。
【図５】（ａ）溶断部位１８を溶断させるべく発光管１０の外部から溶断部位１８に向けてレーザ６０を照射する際の様子を示す図である。
（ｂ）発光管１０の図４（ａ）の面Ｓ１の部分における断面を示す図である。
【図６】１度目のレーザ照射の際の照射位置について説明するための図である。
【図７】二度目のレーザ照射の様子を示す図である。
【図８】電極１２を形成した後の様子を示す図である。
【図９】本発明の変形例に係る電極組立体の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 発光管
１２、１２‘ 電極
１４、１４‘ コイル（被覆部材）
１５ 発光空間
１６、１６‘ タングステン棒
１８ 溶断部位
２２、２２‘ 封止部
４０ 電極組立体
４２ 電極構造部分
５０ ガラスバルブ
５２ チャック
６０ レーザ
６１ レーザの中心軸
１１８ 水銀
１４０ コイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプの製造方法に関し、特に点光源に近づけるため電極間距離を短縮したショートアーク型放電ランプの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶プロジェクタやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いたプロジェクタなど、大画面への表示を実現するプロジェクタが種々検討されている。このようなプロジェクタの光源として、より点光源に近づけるため電極間距離を短縮したショートアーク型の高圧水銀ランプ等の放電ランプが注目されている。
【０００３】
このような放電ランプの製造方法として、放電ランプの一対の電極となる電極構造部分を含む電極組立体を、発光管部と側管部とを有する放電ランプ用ガラスバルブ内に挿入し、前記側管部を封止して、内部に電極構造部分が位置する発光管を形成した後に、前記電極構造部分の一部を選択的に溶融切断させることにより、発光管内に一対の電極を形成する放電ランプの製造方法が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３３３０５９２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平７−４５２３７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような放電ランプの製造方法においては、前記電極組立体を構成するタングステン棒の所定の位置をレーザ照射により加熱溶融させ、レーザ照射を止めた後、電極材料が電極の根元に近い部分から徐々に冷却される際、表面張力の作用によりタングステン棒が切断される（このようなプロセスによる切断を「溶融切断」若しくは単に「溶断」という）。
【０００７】
この溶断を利用した放電ランプの製造方法において、放電ランプの量産を図るには、多くとも２度のレーザ照射で一対の電極が形成されることが好ましい。即ち、１度目のレーザ照射で前記電極組立体の所定位置を溶断させるとともに一方の電極の先端部を半球状に加工し、２度目のレーザ照射で他の電極の先端部を半球状に加工するのである。しかしながら、本願発明者らの検討によると、１度目のレーザ照射でどちらの電極の先端部が加工されるかの制御が困難であることがわかった。どちらの電極の先端部が加工されるか不明である、ということは、２度目のレーザ照射をどちらの電極に対して行えばよいかが不明である、ということであり、放電ランプの製造に際して現実的には大きな問題となる。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、発光管外部からレーザ照射することで電極組立体の所定位置を溶断させることにより、一対の電極を形成する放電ランプの製造方法において、１度目のレーザ照射でいずれの電極先端部が加工されるかを適切に制御することができる放電ランプの製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る放電ランプの製造方法は、一対の電極となる棒を含む電極組立体を、発光管部と、この発光管部の両端部に形成された二つの側管部を有する放電ランプ用ガラスバルブに挿入し、前記二つの側管部をそれぞれ封止した後、前記ガラスバルブの外部からレーザ照射して前記電極組立体の一部を溶融切断することにより、一対の電極を形成する放電ランプの製造方法において、前記電極組立体の所定の位置に対して、当該電極組立体の軸方向に垂直な面との間で０°を超える所定の角度θ１を有する方向からレーザ照射することにより、電極組立体の一部を溶融切断するとともに、溶融切断により形成される一対の電極のうちの一の電極の先端部を溶融加工する第１のレーザ照射ステップを含むことを特徴としている。
【００１０】
本願発明者らは、まず、電極組立体の真横からレーザ照射を行って電極組立体の所定部分を溶断させることを試みた。即ち、図１に示される電極組立体の電極構造部分４２の真横からレーザ６０を照射して溶断させた結果（図１（ａ））、溶融した電極材料がいずれの電極の側に移動するかが適切に制御できない、という問題が明らかとなったのである（図１（ｂ）及び（ｃ）参照）。この場合、１度目のレーザ照射でどちらの電極の先端部が半球状に加工されるか不明であることから、２度目のレーザ照射で、他の電極の先端部を半球状に加工しようとしても、２度目のレーザ照射をいずれの電極に対して行えばよいかも不明であり、量産に際しては大きな問題となる。この問題に対処するべく鋭意検討した結果、上記本願発明に係る放電ランプの製造方法に到達したものである。
【００１１】
即ち、上記本発明に係る放電ランプの製造方法によると、いずれの側の電極先端部が半球状に加工されるか、確実に制御することができ、従って、２度目のレーザ照射をどちらに対して行えばよいかも明確である。
なお、前記所定の角度θ１は、０°を超えて略４５°以下であることが好ましい。なお、角度θ１の下限は０°を超えていればよいが、５°以上がより好ましい。角度θ１があまり大きくなると、レーザが電極組立体に当たる際のスポット形状が長円となることから、溶断させるための加熱が十分でなくなる可能性が生じたり、発光管を構成するガラス材料のレンズ効果によりレーザのエネルギー効率に問題が生じる可能性もあるので、略４５°以下とすることが好ましいが、角度の上限はランプの種類や発光管の材料、形状によっても変化し得る。本願発明者らの検討では、およそ５°から１５°程度の間が好適なようである。
【００１２】
なお、前記第１のレーザ照射ステップでレーザ照射する前記電極組立体の所定の位置は、前記電極組立体が、前記二つの側管部をそれぞれ封止した後に形成される発光空間内に存在する部分の両端間の中央に当たる位置Ｃから見て、照射されるレーザの中心軸の位置が、先端部が加工される前記一の電極の側にずれた位置であることが好ましい。このようにレーザが照射される位置が中央からずれることにより、前記一の電極の先端部の側を、より確実に溶融加工することができる。なお、レーザ光にも幅があるため、レーザの中心軸の位置が位置Ｃと略一致するような場合には、適切に所望の位置を加工することができない場合もあるようである。もっとも、このような不都合の発生の有無や発生割合等については、電極組立体の構造、即ち、後述するコイル等の被覆部材の有無、被覆部材の形状や位置などの諸条件によっても変わり得ると考えられる。
【００１３】
さらに、前記製造方法はさらに、前記一の電極と異なる他の電極の先端部にレーザ照射し、当該他の電極の先端部を溶融加工する第２のレーザ照射ステップを含むとすることができるが、これに限定されず、１度のレーザ照射で電極が完成できる場合も有りうる。特に直流点灯の放電ランプの場合には現実的に１度のレーザ照射でよい場合も考えられるであろう。もっとも、２度目の照射を行うことが好ましい場合は多いと思われる。なお、２度目のレーザの照射に際しては、角度を付けて前記他の電極の先端部に照射してもよいが、真横から照射してもよいことが確認されている。また、レーザ照射を２度行う場合に限定されず、さらに３度目、あるいはそれ以上の回数のレーザ照射を行って電極先端部の形状の調整等を図ってもよいことは勿論である。
【００１４】
より具体的な方法として、前記電極組立体は、一本のタングステン棒に、それぞれが一対の電極のそれぞれの先端部に固着される二つの被覆部材を取り付けたものであり、前記第１のレーザ照射ステップにて、前記一本のタングステン棒が溶融切断され、前記一の電極を構成する側のタングステン棒及び被覆部材の一部が溶融一体化されるとともに、形成される一の電極の先端部が略半球状に溶融加工され、前記第２のレーザ照射ステップにて、他の電極を構成する側のタングステン棒及び被覆部材の一部が溶融一体化されるとともに、当該他の電極の先端部が略半球状に加工されるとすることができる。なお、被覆部材は、コイル状の部材を用いることができるが、これに限定されず、筒状の部材でもよい。
【００１５】
なお、前記一対の電極間の最終的な距離は４．５ｍｍ以下（０ｍｍは含まない。）であることが好適であり、より好ましくは２ｍｍ以下とすることができる。このようにするには、被覆部材の取り付け位置、被覆部材やタングステン棒の径、レーザ出力などの各条件を最適化することが好ましいことは勿論である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る放電ランプの製造方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図２〜図４は、本発明の実施の形態に係る放電ランプの製造方法の一例としての高圧水銀ランプの製造方法について説明するための図である。
【００１７】
本実施の形態では、まず図２に示すように放電ランプ用ガラスバルブ（以下、単に「ガラスバルブ」という。）５０と、放電ランプの一対の電極となる電極構造部分４２を含む１個の電極組立体４０とを用意した後、ガラスバルブ５０内に電極組立体４０を挿入する。
ガラスバルブ５０は放電ランプの発光管となる略球形の発光管部１０と、発光管部１０から伸ばされた側管部２２とを有している。側管部２２の一部は放電ランプの封止部となる部分である。ガラスバルブ５０は、例えばチャック５２によって保持するようにして固定すればよい。本実施の形態では、水平方向にガラスバルブ５０を保持しているが、鉛直方向に保持してもよい。
【００１８】
ガラスバルブ５０は、例えば石英ガラスによって構成されており、本実施の形態で用いるガラスバルブ５０の発光管部１０の内径は６ｍｍ、ガラス厚は３ｍｍであり、側管部２２の内径は３．４ｍｍ、長手方向の長さはそれぞれ２５０ｍｍである。電極組立体４０は、電極構造部分４２を構成する一本のタングステン棒１６と、一本のタングステン棒１６の両端に接合された金属箔２４及び２４‘を含んでいる。金属箔２４、２４‘は、例えばモリブデン箔から構成することができる。タングステン棒１６は放電ランプにおける一対の電極のそれぞれの電極軸となる部分である。タングステン棒１６の長さは、例えば２０ｍｍ程度であり、その外径は例えば０．４ｍｍ程度である。タングステン棒１６の中央部分には、後工程で溶断されることとなる溶断部位１８がある。タングステン棒１６のうち溶断部位１８の外側に位置する箇所は、電極先端となる部分であり、本実施の形態では、その部分に被覆部材としてのコイル１４及び１４’が取り付けられている。本実施の形態では、コイル１４とコイル１４‘との、それぞれの放電側先端部同士の間の間隔は約１ｍｍ〜１．５ｍｍであり、この場合最終的な電極間の距離（Ｄ）は約１ｍｍとなる。
【００１９】
なお、コイル１４及び１４‘をタングステン棒１６に取り付けるに際しては、巻回形成後のコイル１４及び１４’の内径がタングステン棒１６の直径よりも小さくなるようにコイル１４及び１４‘を形成した後に、当該コイルの中にタングステン棒１６を圧挿入することが好ましい。タングステン棒１６とコイル１４及び１４’との間の密着の度合いが均一となり、後工程において、例えばレーザ照射により、溶断部位を溶断させた際に、コイル部分の放熱量がほぼ一定となるため、同じレーザ出力で加工を行った後の電極等の状態にバラツキが生じにくいからである。もっとも圧挿入に限定されず、コイル１４及び１４‘の内径を大きくして、タングステン棒１６を挿入した後、例えば抵抗溶接により取り付けるようにしてもよい。
【００２０】
コイル１４及び１４‘は、製造された放電ランプにおいて、電極先端部の温度を低下させる機能を有している。従って、被覆部材としては必ずしもコイル状の部材に限られず、例えば円筒状の部材を取り付けるようにすることもできる。なお、コイル１４及び１４‘が取り付けられた部分の外径は、例えば１．４ｍｍ程度である。本実施の形態では、一対の電極となる電極構造部分４２を一本のタングステン棒１６で構成しているので、一対の電極の中心軸は最初から一致させることが可能となっている。タングステン棒１６と金属箔２４、２４’はそれぞれ溶接によって接合されている。金属箔２４、２４’は例えば矩形の平板とすることができ、寸法は適宜調整すればよい。なお、タングステン棒１６と接合された部分の反対側には、例えばモリブデンにより構成された外部リード３０が溶接により接合されている。
【００２１】
電極組立体４０の挿入は、ガラスバルブ５０の発光管部１０に電極構造部分４２が位置するように行われる。次に、ガラスバルブ５０の側管部２２を電極組立体４０の一部（金属箔２４及び２４‘）と密着させることにより、放電ランプの封止部２０及び２０’（図３参照）を形成する。側管部２２と金属箔２４との密着（封止）は、既知の方法に従って行えばよい。例えばガラスバルブ５０を減圧可能な状態とした後、ガラスバルブ５０内を減圧する（例えば２０ｋＰａ）。この減圧下でチャック５２を用いてガラスバルブ５０を回転させながら、ガラスバルブ５０の側管部２２をバーナーで加熱し軟化させると、側管部２２と金属箔２４とが密着して封止部２０を形成することができる。
【００２２】
一方の封止部２０を形成した後、他方の封止部２０‘を形成する前において、ガラスバルブ５０の発光管部１０の内部に放電ランプの発光物質を導入するようにすると、発光物質の導入を比較的簡単に行うことができる。もっとも封止部２０及び２０’を形成した後に、発光管部１０に穴をあけて発光物質を導入し、導入後に穴を塞ぐようにしてもよい。
【００２３】
本実施の形態では、発光管部１０の内部に、発光物質としての水銀（例えば１５０〜２００ｍｇ／ｃｍ３程度の水銀）１１８と、５〜２０ｋＰａの希ガス（例えばアルゴン）と、少量のハロゲン（たとえば臭素）とを導入している。ハロゲンは、単体（例えば、Ｂｒ２）に限らず、ハロゲン前駆体の形態で封入することもでき、本実施の形態では、臭素をＣＨ２Ｂｒ２の形態で封入している。封入されたハロゲン（若しくはハロゲン前駆体から誘導されたハロゲン）は、ランプ動作時においてハロゲンサイクルを行う役割を有している。
【００２４】
封止部２０、２０‘を形成すると、図３に示すように密閉された発光空間１５に電極構造部分４２が配置された発光管１０が得られる。次に発光管１０内に位置する前記溶断部位１８を選択的に切断することにより、所定の電極間距離Ｄ（図４参照）を有する一対の電極１２、１２’を形成することができる。本実施の形態では、後述するように外部からレーザ照射することにより、電極１２、１２‘の先端部は半球状に加工されている。その後、封止部２０、２０’が所定の長さとなるようにガラスバルブ５０を切断することにより、図４に示すように、一対の電極１２及び１２‘を発光管１０内に形成した放電ランプ１００が得られる。
【００２５】
本実施の形態の放電ランプの製造方法は、前記溶断部位１８を溶断させるべく発光管１０の外部から溶断部位１８に向けて１度目のレーザ照射を行う際に、タングステン棒１６の軸方向に略垂直な面Ｓ１（図５（ａ）参照）と所定の角度θ１を有する方向からレーザ６０を照射することを、一つの特徴としている。図５は、その際の様子を示す図である。
【００２６】
図５（ａ）に示されるように、本実施の形態では、溶断部位１８を溶断させるために１回目のレーザ照射を行う際、電極組立体の軸方向に垂直な面Ｓ１と所定の角度θ１を有する方向からレーザ６０を照射する。なお、図５（ｂ）は、発光管１０の図５（ａ）の面Ｓ１の部分における断面を示す図であり、レーザ６０が、発光管１０の水平方向真横から照射されていることを示しているが、レーザの照射方向はこの例に限らず、面Ｓ１と所定の角度を有していれば、本発明の効果は得られる。この際に、第１の角度θ１を有する方向からレーザ６０を照射することにより、溶断部位１８が溶断され、タングステン棒１６とコイル１４’との一部が溶融一体化され、図５に示されるように、形成される電極１２‘の放電側先端部が半球状に加工される場合において、加熱溶融したタングステン棒１６の一部が、一対の電極１２及び１２’（図６参照）のいずれを形成することになるかを制御することができ、もって上記に詳細に説明した製造上の問題点の解決を図ることができる。
【００２７】
なお、所定の角度θ１の具体的な値としては、０°を超えて略４５°以下であることが好ましい。この角度は余りに大きいとレーザがタングステン棒１６に当たる際のスポット形状が長円となることからタングステン棒１６を溶断させるための加熱が十分でなくなる可能性がある他、発光管１０の形状によっては石英ガラスのレンズ効果による影響も危惧される。本願発明者らの検討によると、より好適には５°以上１５°以下程度とすることが好ましいことが確認されている。
【００２８】
なお、レーザ６０を照射する位置については、図６に示されるように、電極組立体の中で発光空間内に存在する部分の両端間の中央に当たる位置Ｃから見て、照射されるレーザ６０の中心軸６１の位置が、先端部が加工される電極の側にずれた位置（図６の例では、中央Ｃと中心軸６１との間が距離Δだけずれているが、距離Δに限定される趣旨ではない。）であることが好ましい。このようにすることで、一対の電極部分の間で、レーザ照射を止めた後の電極組立体の冷却の度合いに違いが現れる。即ち、タングステン棒１６、１６‘を通じて熱が逃げることにより電極根元部分から徐々に冷却されるのであるが、前記したように位置がずれていることにより、コイル１４を含む側の電極部分の方が、より温度が下がりやすくなることとなり、表面張力による電極組立体の溶断が起こりやすくなるのではないかと推測されている。
【００２９】
以上に説明したようなレーザ照射により、タングステン棒１６とコイル１４‘との放電側先端部が溶融一体化し、かつ先端部が半球状に加工された電極１２’が形成される。本実施の形態では、さらに二度目のレーザ照射を行うことにより、逆側の電極先端部も加工するようにしている。図７は、二度目のレーザ照射の様子を示す図である。
【００３０】
同図に示されるように、二度目のレーザ照射では、コイル１４の放電側先端部に向けて、タングステン棒１６に略垂直な面と角度θ２を有する方向からレーザ６０を照射している。もっとも、この際には真横（θ２＝０°に相当）から照射してもかまわないことが確認されている。溶融部分がいずれの電極の側に移動するか、という問題がないからである。
【００３１】
２度目のレーザ照射により、タングステン棒１６とコイル１４との一部も溶融一体化し、かつ放電側先端部が半球状に加工された電極１２が形成される。図８は、電極１２を形成した後の様子を示す図である。なお、電極１２を形成した後の電極間距離Ｄは４．５ｍｍ以下（但し０°を含まない。）であることが好適であり、より好ましくは２ｍｍ以下とすることができる。前記の通り、本実施の形態では最終的な電極間距離Ｄは約１ｍｍである。
【００３２】
以上に説明したような放電ランプの製造方法を適用することにより、溶断したタングステン棒及びコイルの部分がいずれの電極の側に移動するかを制御しやすくなる。この効果は特に放電ランプの量産を計る場合に好都合である。
なお、上記実施の形態の製造方法にて製造した放電ランプは、例えば液晶プロジェクタやＤＭＤを用いるプロジェクタなどのようは画像投影装置に取り付けることができ、プロジェクタ用光源として使用することができる。また、上記の放電ランプは、プロジェクタ用光源の他に、紫外線ステッパ用光源、競技スタジアム用光源や自動車等のヘッドライト用光源として用いることもできる。
【００３３】
＜変形例＞
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の内容が、上記実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例を考えることができる。
（１）上記実施の形態では、電極組立体としてモリブデン箔２４、２４‘が接合されたものを用いたが、当該モリブデン箔２４、２４’の部分もタングステン棒としたものを用いることも可能である。即ち一本のタングステン棒にコイル等の被覆部材を取り付けたものを電極組立体として用いることができる。この場合外部リード３０もタングステン棒で構成することができる。
【００３４】
（２）さらに、上記実施の形態では、電極組立体として、一本のタングステン棒１６に二つのコイル１４、１４‘を取り付けたものを用いたが、電極組立体の構造もこれに限定されず、例えばコイル等の被覆部材を設けない、１本のタングステン棒のみを用いる場合に適用することもできる。また、例えば図９に一例を示すような構造の電極組立体を用いる場合に適用することもできる。図９に示されるのは、２本のタングステン棒１６、１６’のそれぞれの先端部を繋ぐように、１つのコイル１４０を取り付けたものであり、レーザ照射によって、コイル１４０の所定部分が溶断されることとなる。
【００３５】
（３）上記実施の形態では、発光物質として封入された水銀の蒸気圧が２０ＭＰａ程度の放電ランプ（いわゆる超高圧水銀ランプ）の製造に適用する場合について詳細に説明したが、水銀蒸気圧が１ＭＰａ程度の高圧水銀ランプや、水銀蒸気圧が１ｋＰａ程度の低圧水銀ランプについても適用することが可能である。また、本発明は、水銀ランプ以外の他の放電ランプにも適用可能であり、例えば、金属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプなどの放電ランプに適用することもできる。
【００３６】
（４）本発明は、電極間距離（Ｄ）が比較的短い（上記の例では１ｍｍ以下）のショートアーク型の放電ランプに適用することが好適であるが、それに限定されるわけではない。また、交流点灯型の放電ランプだけでなく直流点灯型の放電ランプに適用することもできる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る放電ランプの製造方法によれば、１度目のレーザ照射の際に所定の角度θ１を有する方向から照射することにより、溶融した電極材料が、一対の電極のいずれの側に移動するかを制御しやすくなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】電極構造部分４２の真横からレーザ６０を照射して溶断させた結果について説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態における放電ランプの製造方法について説明するための図である。
【図３】封止部２０、２０‘を形成した後の発光管１０を示す図である。
【図４】一対の電極１２及び１２‘を発光管１０内に形成した放電ランプ１００を示す図である。
【図５】（ａ）溶断部位１８を溶断させるべく発光管１０の外部から溶断部位１８に向けてレーザ６０を照射する際の様子を示す図である。
（ｂ）発光管１０の図４（ａ）の面Ｓ１の部分における断面を示す図である。
【図６】１度目のレーザ照射の際の照射位置について説明するための図である。
【図７】二度目のレーザ照射の様子を示す図である。
【図８】電極１２を形成した後の様子を示す図である。
【図９】本発明の変形例に係る電極組立体の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 発光管
１２、１２‘ 電極
１４、１４‘ コイル（被覆部材）
１５ 発光空間
１６、１６‘ タングステン棒
１８ 溶断部位
２２、２２‘ 封止部
４０ 電極組立体
４２ 電極構造部分
５０ ガラスバルブ
５２ チャック
６０ レーザ
６１ レーザの中心軸
１１８ 水銀
１４０ コイル
Claims (6)
- 一対の電極となる棒を含む電極組立体を、発光管部と、この発光管部の両端部に形成された二つの側管部を有する放電ランプ用ガラスバルブに挿入し、前記二つの側管部をそれぞれ封止した後、前記ガラスバルブの外部からレーザ照射して前記電極組立体の一部を溶融切断することにより、一対の電極を形成する放電ランプの製造方法において、
前記電極組立体の所定の位置に対して、当該電極組立体の軸方向に垂直な面との間で０°を超える所定の角度θ１を有する方向からレーザ照射することにより、電極組立体の一部を溶融切断するとともに、溶融切断により形成される一対の電極のうちの一の電極の先端部を溶融加工する第１のレーザ照射ステップを含む
ことを特徴とする放電ランプの製造方法。 - 前記所定の角度θ１は０°を超え、略４５°以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプの製造方法。 - 前記第１のレーザ照射ステップでレーザ照射する前記電極組立体の所定の位置は、
前記電極組立体が、前記二つの側管部をそれぞれ封止した後に形成される発光空間内に存在する部分の両端間の中央に当たる位置Ｃから見て、照射されるレーザの中心軸の位置が、先端部が加工される前記一の電極の側にずれた位置である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の放電ランプの製造方法。 - 前記製造方法はさらに、
前記一の電極と異なる他の電極の先端部にレーザ照射し、当該他の電極の先端部を溶融加工する第２のレーザ照射ステップを含む
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の放電ランプの製造方法。 - 前記電極組立体は、
一本のタングステン棒に、それぞれが一対の電極のそれぞれの先端部に固着される二つの被覆部材を取り付けたものであり、
前記第１のレーザ照射ステップにて、前記一本のタングステン棒が溶融切断され、前記一の電極を構成する側のタングステン棒及び被覆部材の一部が溶融一体化されるとともに、形成される一の電極の先端部が略半球状に溶融加工され、
前記第２のレーザ照射ステップにて、他の電極を構成する側のタングステン棒及び被覆部材の一部が溶融一体化されるとともに、当該他の電極の先端部が略半球状に加工される
ことを特徴とする請求項４に記載の放電ランプの製造方法。 - 前記一対の電極間の最終的な距離（Ｄ）は４．５ｍｍ以下（０ｍｍは含まない。）である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の放電ランプの製造方法。
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