JP2005332822A - 石英ガラスランプ及び石英ガラスランプを形成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造プロセスによって構造体に弱さが導入される機会を低減する改良された方法を提供する。
【解決手段】電極２又は電極における電気的なフィードスルー３が、石英ガラスのチューブ１に直接シールされたシーリングガラス４で包囲される。
【選択図】図１

Description

本発明は、フラッシュランプ及びレーザランプとして使用されるような、融解石英のチューブ及び電気的フィードスルーの高温材料を含むボディの機械的に強くかつ漏れないシーリングに関し、特に、このようなランプの端部の構造と、ランプの端部への電極のシーリングを行う方法とに関する。

英国特許第２３０８２２６号明細書又は米国特許第５９７９１８７号明細書によれば、フラッシュランプ及びレーザランプは概して融解石英／石英のチューブから構成されており、このチューブの両端部は金属電極を有しており、これらの金属電極に電気的作動力が導電性支持体を介して供給され、この支持体は使用時にランプをランプホルダに取り付けるためにも働く。

金属と融解石英／石英との膨張係数が異なるので、ランプの温度が使用時に昇降する場合に異なる膨張率を提供するために、電極用の金属導電性支持体と、このようなランプのチューブ壁部との間に介在させるための特別な材料が開発された。一般的に、電極はタングステンから構成されており、電極がランプチューブの端部に導入されかつシールされる前に、ＧＳ１０等のシールガラス等の、適切な膨張係数を有する材料のようなガラスから成る中間スリーブが、タングステンロッドの周囲に形成される。シーリングガラスは特にSchott Glass Ltd.によって供給され、Schott Glassによって供給されるようなＧＳ１０シーリングガラスは、石英とタングステンとの組み合わせと共に使用されてきた。

ここで使用されている表現ＧＳは、金属電極に結合されることができかつ融解石英／石英材料に同様に融着されることができ、しかも、その膨張係数が、同じ温度上昇によって融解石英／石英において生ぜしめられるよりも、（与えられた温度上昇に対して）概して大きな金属の膨張を提供するようなものであるあらゆる適切な材料を意味するものとする。ＧＳｉＯシールガラスがＧＳ材料の例である。

融解石英／石英チューブの端部におけるガラス対金属シールの形成につながる公知の方法の構造的なステップは以下のとおりである：
（１）タングステン電極が、ＧＳシールガラスのスリーブを受容するために、加熱しかつタングステン電極の長手方向軸線を中心にして回転させることにより製造される。
（２）ＧＳの棒材も加熱され、その端部が溶融すると、この端部は、タングステン電極から軸線方向に延びた、回転する加熱されたタングステンロッド支持体と接触させられ、これにより、溶融したガラスがロッドの表面に取り付けられかつこの表面上に“塗りつけられ”、ロッドの長さの約１〜２ｃｍに亘って比較的均一な厚さのスリーブを形成する。
（３）スリーブの中央領域は、この中央領域とＧＳ棒材とを再加熱し、スリーブが設けられたロッドが回転させられながらガラス棒材の端部をスリーブの中央領域に対して接触させＧＳを環状に堆積させることによって、厚さが増大させられる。このステップは一般的に、スリーブに“ビードをスピニングする”と言われる。
（４）次いで、ランプハウジングの所望の長さに切断された融解石英／石英チューブが、長さ方向軸線を中心にして回転させられながら一端において加熱され、溶融したＧＳのビードをチューブの加熱された端部内へ及びこの端部に被さるようにスピニングすることによって閉鎖される（ＧＳ１０棒材はもちろんチューブの加熱された端部と接触させられる前に加熱される）。
（５）次いで、融解石英／石英から成るより小さな直径のチューブの一端が加熱され、ランプチューブの内部が非酸化ガス、通常窒素、で加圧され、ランプチューブの壁部の領域が柔軟になるまで加熱され、これにより、より小さな直径のチューブの加熱された端部は前記領域に押し込まれかつ前記領域に融着され、この領域から側部チューブとして半径方向に延びるようになっている。より小さな直径の側部チューブの端部を、ランプチューブ壁部の局所的に加熱され軟化された領域に押し込むことにより、ランプチューブの内部は側部チューブの内部と連絡し、この連絡は、ランプチューブ内のガス正圧を維持することによって維持される一方で、融着が完了される。この後加熱は排除される。
（６）ここで、付加されたばかりの半径方向に突出した側部チューブの端部は、側部チューブ壁部を潰すように側部チューブの外側の端部を加熱することによって閉鎖される。
（７）ここで、融解石英／石英ランプチューブの以前閉鎖された端部が再加熱され、チューブのアセンブリの内部圧力が高められ、加熱されたランプチューブ端部を閉鎖したＧＳドームが軸方向に膨張して穿孔される。
（８）ランプチューブを回転させかつ、穿孔された端部を高温で融点付近に保持しながら、穿孔された端部に炭素ツールが導入され、ＧＳドームにおける開口の直径が、ランプチューブ軸線と同心的にされ、電極を受容することができるように拡大される。
（９）ここで、電極と電極の一体的なスリーブ付きロッドがランプチューブの開放端部に軸方向に導入されるのに対して、環状のビードがランプチューブの端部と接触するまでランプチューブは回転させられる。電極とロッドとは、ＧＳが溶融するまで再加熱され、ランプチューブの開放端部を規定するＧＳのリングがタングステンロッドにおけるＧＳビードと融合しかつＧＳ材料が溶融されて均一な環状のシールを形成するように、炭素ツールを使用して加工されることができる。

ランプは反対側の端部において同様の構成を必要とし、第２の電極が同様に前記反対側の端部にシールされることができるように、適切なステップがランプチューブの反対側の端部において繰り返されてよい。

ランプの最終的な組立は、ランプチューブアセンブリを排気し、側部チューブを介して、通常低圧の特定のガスを導入することを含み、次いで最後に側部チューブは加熱されることによって閉鎖及びシールされる。

上記方法に従って構成されたランプは、ＧＳ対ＧＳシールが形成されていた端部領域において弱さを有することが分かった。調査によりこの弱さの可能な理由が示され、本発明の目的は、製造プロセスによって構造体に弱さが導入される機会を低減する改良された方法を提供することである。

問題はシール品質における高い派生（derivation）である。本発明の目的は、派生を低減することによってシールの信頼性を向上させることである。この派生はシールの品質を損なうことなく減じられるべきである。

本発明の１つの態様によれば、完成したランプチューブを製造する方法の部分としての、石英ランプチューブの一端にガラス対金属シールを形成するための改良された方法は、電極又はそのフィードスルーの周囲にシール材料を用いて石英ガラスのチューブを直接シールすることを特徴とする。驚くべきことに、ドームは石英ガラスから成るチューブに対してシールされなくてよく、より頑丈な端部を備えた、石英ガラスから成る３部分ボディチューブも必要とされない。従来技術と比較してこの方法は極めて単純化されている。したがって、本発明の方法は手作業でも極めて迅速に行われ、また、自動化されたシーリングプロセスを許容し、このことは、さらに、品質公差のさらなる最小化を保証する。

本発明のビードは、石英ガラスから成るチューブへの採用から生じる小さな変形を有する可能性がある。したがって、ビードの最終的な形状は小さな切欠きと僅かな非対称性を有する可能性がある。

本発明は、小さな品質公差を備えた高品質シールのランプの製造を可能にする。これらのランプは、石英から成るチューブ及び電極又はその電気的なフィードスルーがシーリングビードによって直接シールされることを特徴とする。

有利には、ボディーはレーザランプ又はフラッシュランプである。石英レーザランプのために開発されているが、シールはその用途に限定されず、以下のようなあらゆる用途に適している。すなわち、石英と、タングステン等の電気的フィードスルーの高温材料との間の機械的に強くかつ漏れのないシールが、電源又は電流を、あらゆる形式の照明又は放電ランプ、科学的装置又は測定機器、及びあらゆる種類のディスプレイ装置であってこれらは全てその運転のために真空又はガスの使用を含んでいるものにもたらすために形成される必要がある。

ここで添付図面を参照しながら発明を例としてのみ説明する。

本発明の有利な実施例は以下のステップを含んでいる：
（１）タングステンピン３は、シースとビードとを含むようにシーリングガラスでコーティングされており、ビード４は、融解石英／石英チューブ１の内径よりは大きいが、融解石英／石英チューブ１の外径よりも小さい。融解石英／石英チューブ１は、典型的な場合では０．５ｍｍの壁厚のランプハウジングを形成している。
（２）ビード４は、旋盤上で回転させられながら柔らかい状態になるまで加熱され、ランプハウジングチューブ１の環に挿入され、シール４を形成する。
（３）挿入後、シールが加熱され、シーリングガラスはハウジングチューブを濡らしかつハウジングチューブに融着する。
（４）ビード４を石英の内側と石英チューブの端部とに融着させた後、シーリングガラスが溶融した状態で内部に正圧が提供され、石英チューブ内のシーリングガラスを、以前開放していた端部に向かって押し戻し、滑らかな内側半径を形成する。シーリングガラスを石英チューブの端部に向かって押し戻すために圧力を加えるプロセスは：
（４ａ）電極若しくは電気的フィードスルーと石英チューブとの間の滑らかな半径
（４ｂ）シーリングガラスの内側半径を有効に形成する融着されたビードへ移行するシーリングガラスのコーティングを今や有する内径における領域
のみを形成するわけではない。この半径はシールにとって決定的である。

別の実施例において、石英ガラスチューブの端部は、溶融され、加熱されたビードに優しく押し付けられる。この方法のための種々異なる開始条件を形成するために、石英チューブの予成形又は加工が可能である。

前記方法は、従来技術における適当な方法よりも著しく単純である。今やＧＳ１０が、シールの一方の側におけるビードとしてのみ必要とされる。これは、どこにでも準備されてよく、必ずしもシールの形成と共に１つのステップでなされる必要はない。さらに、石英チューブのそれ以上の加工及び／又は予備処理は必要とされない。シールを形成するための加工は必要とされず、熱と圧力のみが必要とされ、このことはシール汚染の危険性を著しく低減する。

組み立てる前の、ランプチューブを左側に、ビードを備えた電極を右側に示している。 結合されたランプチューブ及びビードを示している。 楕円形のシールを示している。 シールを形成するためにより小さな直径に曲げられたランプチューブを示している。

符号の説明

１ 融解石英／石英チューブ、 ３ タングステンピン、 ４ ビード

Claims (5)

1. 石英ガラスのチューブ（１）内に電極（２）を含む石英ガラスランプを形成する方法において、電極（２）又は電極における電気的なフィードスルー（３）が、石英ガラスのチューブ（１）に直接シールされるシーリングガラス（４）で包囲されることを特徴とする、方法。
2. シーリングガラス（４）の膨張係数が、電極（２）又はフィードスルー（３）の膨張係数と、石英ガラスの膨張係数との間である、請求項１記載の方法。
3. 石英ガラスランプが自動装置を使用してシールされる、請求項１又は２記載の方法。
4. 石英ガラスのチューブ（１）を含むボディであって、該ボディ内に、電極（２）が位置決めされており、シーリング（４）が電極（２）又はフィードスルー（３）を包囲しているボディにおいて、シーリング（４）が電極（２）又はフィードスルー（３）を円形に包囲しており、このシーリング（４）が石英ガラスのチューブ（１）に直接シールされていることを特徴とする、ボディ。
5. シーリング（４）が、石英ガラスのチューブ（１）への採用から生じる変形を備えた楕円形のビード（４）である、請求項４記載のボディ。

Images