JP2006228597A - 発光管、発光管の製造方法、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガラス管の寸法や形状等の設計自由度を高くすることのできる発光管、その製造方法、および電子機器を提供すること。
【解決手段】 発光管１は、放電用ガスが封入されたガラス管２と、このガラス管２の両端にそれぞれ配置された陽極４と陰極９とを備え、ガラス管２は１対のガラス成形体２ａ、２ｂを互いに接合してなる。また、ガラス成形体２ａ、２ｂのうち出光方向の反対側に配置されるガラス成形体２ｂの外表面には反射膜２２が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラス管内での気体中放電を利用した発光管、その製造方法、および電子機器に関し、詳しくは、ガラス管の設計自由度を高めた発光管、その製造方法、および電子機器に関する。

従来より、気体中放電を利用した瞬間閃光用の発光管としては、キセノン、ネオン、アルゴン、クリプトン等の希ガス入り放電管が使用されている。中でもキセノン発光管はその発光色（スペクトル）が太陽光に一番近く、発光効率も良く、またガスの熱容量が小さいため短時間発光が可能になること等からスチルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機などにおける撮影用のストロボ光源に広く利用されている。

キセノン発光管１０１は、図３５、３６に示すように、キセノンガスを封入した円筒状のガラス管１０２の両端に陽極１０３と陰極１０４を組み付けてなる。さらにガラス管１０２の外周面にはトリガ電極として機能する透明導電膜が形成されている。陽極１０３と陰極１０４はコンデンサに接続され、ガラス管１０２外周面の透明導電膜はトリガトランスと接続されている。トリガトランスから透明導電膜に高電圧が印加されると、ガラス管１０２内部の透明導電膜に沿った部分のキセノンガスがイオン化する。このキセノンガスのイオン化によりガラス管１０２内における陽極１０３と陰極１０４間が導通状態になり上記コンデンサに充電された電流がガラス管１０２内のキセノンガス中を流れガラス管１０２内に放電が生じる。これにより、極めて短時間に昼光に近い閃光を発する。例えば、特許文献１、２参照。
特開平１０−２８９６５７号公報 特開平１１−１８５６２０号公報

従来は、放電用ガスを封入するガラス管は、管径や形状が予め何通りかに設定された既製品から選択して用いており、結果として発光管全体のサイズや形状の設計に制約があった。このため、特に発光管を搭載する電子機器の小型化に対して柔軟な対応が困難であった。単純に電子機器の小型化に対応して管径の小さなガラス管を用いたのでは光量が落ちてしまう。近年の電子機器の小型化に伴って、小型化しつつ所望の光量も得たいという発光管に対する要望が強くなってきている。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、ガラス管の寸法や形状等の設計自由度を高くすることのできる発光管、その製造方法、および電子機器を提供することにある。

本発明は前記課題を解決するため以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の発光管は、１対のガラス成形体を互いに接合してなり放電用ガスが封入されたガラス管と、このガラス管の両端にそれぞれ配置された陽極と陰極とを備える。

また、本発明の電子機器は、１対のガラス成形体を互いに接合してなり放電用ガスが封入されたガラス管と、このガラス管の両端にそれぞれ配置された陽極と陰極とを備える発光管を搭載している。

また、本発明の発光管の製造方法は、１対のガラス成形体を成形する工程と、１対のガラス成形体の間に陽極と陰極を配置すると共に放電用ガスを供給しつつ１対のガラス成形体を互いに接合する工程と、を有する。

上記１対のガラス成形体は、これを熱成形するための金型の設計に応じて自由なサイズや形状に設計でき、結果としてこれら１対のガラス成形体が接合されてなるガラス管のサイズや形状も自由に設計できる。

例えば、出光方向側に配置されるガラス成形体をフレネルレンズ形状にすれば奥行き寸法（出光方向に沿った寸法）の増大を抑えつつ集光効率を向上できる。すなわち、小型化と集光効率向上の両立を図れる設計を行える。また、出光方向の反対側に配置されるガラス成形体に反射膜を形成する場合には、このガラス成形体の曲率を反射効率を向上させるべく曲率に設計できる。これらフレネルレンズ形状のガラス成形体と、反射光率を高くする設計がなされた反射膜付きのガラス成形体を互いに接合させれば、よりいっそう集光効率を高めた発光管となる。しかも、この場合、発光管自体にフレネルレンズやリフレクターとしての機能も担わせているので、発光管とは別部品でフレネルレンズやリフレクターを設ける必要がない。このことによって、発光管を搭載する電子機器の小型化及びコスト低減が図れる。

また、１対のガラス成形体それぞれに複数のガス封入部を形成し、１対のガラス接合体の接合によって互いの対応するガス封入部どうしが合わされて放電用ガスが封入された複数のガラス管を有するガラス接合体を得て、このガラス接合体から単個または複数個単位でガラス管を分離するようにすれば、一度の接合にて複数のガラス管を同時に形成でき、またガス封入も複数のガラス管について同時に行え、さらにガラス管への陽極と陰極の組み付けも複数のガラス管について同時に行え、生産効率を向上できる。またこの場合、分離を行う前に各発光管の検査を行えば後でばらばらになってから検査するよりも複数の発光管についてまとめて検査を行え作業効率が良い。さらに、この検査の結果、不良と判定された発光管には分離前に不良マークを付するようにすれば、不良品が連続して並んでいるような場合にはそれら不良品間の分離は行う必要がなく余計な手間と時間を省ける。

本発明の発光管によれば、ガラス管の設計自由度を高めることができるので、例えば、小型化を優先するのか、所望の光量確保を優先するのか、あるいは小型化と光量確保の両立を実現するのかといった様々な仕様要求に柔軟に対応できる。

本発明の電子機器によれば、搭載される発光管におけるガラス管の設計自由度を高めることができるので、結果として電子機器の小型化を促進できたり、またコスト低減も図れる。

本発明の発光管の製造方法によれば、ガラス管の設計自由度を高めることができるので、例えば、小型化を優先するのか、所望の光量確保を優先するのか、あるいは小型化と光量確保の両立を実現するのかといった様々な仕様要求に柔軟に対応できる。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る発光管１の一部破断斜視図を示す。発光管１は、内部に放電用ガスが封入されたガラス管２と、このガラス管２内部の長手方向両端で互いに向き合って配置された陽極４と陰極９とを備える。ガラス管２は、所望の形状にそれぞれ熱成形された１対のガラス成形体２ａ、２ｂを互いに接合させてなる。以下に、本実施形態に係る発光管１の製造方法について説明する。

（電極導入線の加工）
陽極側、陰極側それぞれにおいてガラス管２の内部に配置される電極導入線６（図４参照）を加工する（図２５においてステップＳ１）。例えば純度９９.９９％程度のタングステンの線材を加工して電極導入線６として用いる。この線径は、例えばデジタルスチルカメラに搭載するストロボ用発光管としての用途を想定した場合における満足すべき発光効率及びサイズを考慮して０.５ｍｍとした。もちろん用途によって電極導入線６の線径は変わってくる。

電極導入線６は所望の長さに切断されるが、その際、ベンチプレスや旋盤等を使って、ガラス管２内で他方の電極に対向される端面の切断面が電極導入線６の延在方向（放電方向）に対して垂直になるように切断する。図２に示すように他方の電極に対向される端面６ａが放電方向に対して垂直面でなかった場合には、他方の電極に向けて出っ張った部分から偏った放電となり、発光損失が生じ、また放電が偏った部分の摩耗にもつながる。これに対して図３に示すように放電面となる端面６ａを放電方向に対して垂直に仕上げれば、その端面６ａの各部分から均一発光が得られ、また摩耗箇所の偏りも防げる。

電極導入線６の切断は、まず上述した放電面となる端面６ａを垂直に仕上げることを目的として１次切断を行い、その後で次工程でのハンドリングを考慮してつかみやすい長さ（例えば約３〜５ｍｍ）に切断する。

（電極導入線とリードとの結合）
先の工程で所望の長さに切断された電極導入線６において、ガラス管２の外部に出る部分に別の導電材料からなるリード７（図４参照）を被せる（図２５においてステップＳ２）。電極導入線６においてガラス管２の外部に出る部分は、他のパーツと電気的に接合される部分であり、通常ははんだにて他の端子と接合される。よって、タングステンでははんだぬれ性が非常に悪く電気的接触不良をまねく可能性があるため、はんだに対してぬれ性の良い材料（例えばニッケル）からなるリード７で覆う必要がある。

リードは図４に示すように鍔付きスリブ形状をしている。鍔部７ａは、後工程で電極導入線６に装着されるビーズガラス（封止用ガラス）との組付性を良好にするために設けられている。鍔部７ａはスリブ部７ｂより例えば０.５ｍｍ程度径外方に出っ張っている。

リード７の中空孔の内径をｄ１、電極導入線６の外径をｄ２とすると、ｄ２≦ｄ１の関係となっており、電極導入線６の一端側はリード７の中空孔内に挿入され、その状態でスリブ部７ｂの外周部（図４において１点鎖線のハッチングで示す部分）がかしめられる。かしめ方法は、従来より行われている治具を用いたプレスによる方法が使用される。なお、かしめ後にリード７が変形することは発光管としての性能上まったく問題にはならない。

（封止用ガラスの取り付け）
先の工程でリード７と結合された電極導入線６に、後工程で組み付けられる１対のガラス成形体に対する接合封止用のガラス８（図５参照）を取り付ける。この封止用ガラス８は予めビーズ状に成形され、その中空孔に電極導入線６を挿入するだけの容易な作業により電極導入線６に取り付けることができる。

（放電陰極の取り付け）
以上までの、電極導入線６とリード７とのかしめ、および電極導入線６への封止用ガラス８の取り付けは陽極と陰極側それぞれについて行われるが、陰極側についてはさらにその電極導入線６に円筒状の放電陰極９（図６参照）が装着される（図２５においてステップＳ３）。放電陰極９は電極導入線６の先端部に治具を用いてプレス等でかしめられる。放電陰極９のサイズは、例えば、長さが１.０ｍｍ、外径が１.０ｍｍ、内径が０.５ｍｍとなっている。このサイズが大きいほど発光量も多くなる。

放電陰極９は合金の焼結体であり、具体的には、図２６のステップＳ１０１〜Ｓ１０６に示すように、ニオブ金属粉末、ジルコニウム、その他（タンタル、酸化トリウム、バリウム、ストロンチウム、カルシウムなどを配合した３元酸化物）を計量・調合・撹拌した後、型枠に詰め込みプレス成形し、この後、熱処理炉でステアリン酸を用いた前処理、仮真空焼結処理、本真空焼結処理が行われる。この後、クロム酸セシウムなどを用いた活性化処理（ステップＳ１０７）が行われ、焼結品性能テスト（ステップＳ１０８）で良となったものが次工程で用いられる。

（封止用ガラスの溶着）
上記工程まで得られた陽極側と陰極側の電極アセンブリ１１、１２を水素炉（内部が水素雰囲気とされた加熱炉）内へ投入し、封止用ガラス８を溶かして図７、８に示すように電極導入線６に密着させる（図２５においてステップＳ４）。封止用ガラス８は電極導入線６におけるリード７の鍔部７ａ寄りの位置に密着される。陰極側電極アセンブリ１２については、鍔部７ａと放電陰極９との間に封止用ガラス８が密着される。

封止用ガラス８は電極導入線６に溶着されるため、電極導入線６の材質であるタングステンと封止用ガラスとの相性が問題となる。具体的には発光時の熱による影響が考えられる。よって、封止用ガラス８としてはその熱膨張係数をタングステンの熱膨張係数にマッチングさせたものを選定するのが好ましい。

この封止用ガラス８の溶着部分はガラス管２の内部を外部から気密封止する部分である。したがって、本実施形態では封止用ガラス８の溶着に水素炉を使用し、電極導入線６と封止用ガラス８との界面に、ガラス管２内の気密性を損なうような元素が付着してしまうことを回避している。図２２に、タングステンとガラスとの異種材料接合を良好に行うための温度プロファイルの一例を示す。例えば５０〜１００℃／分のペースで温度Ｔ１（封止用ガラス８の転移温度よりも高く軟化状態が維持される温度）まで昇温させ、その温度Ｔ１を５〜２０分間維持した後、２０〜５０℃／分のペースで温度を下げていく。上記Ｔ１の設定温度は使用するガラス材料の量によっても変える必要はあるが概ね５５０℃〜７００℃に設定される。また、水素炉を使用する他の目的として電極導入線６の表面酸化防止もある。このことも異種材料どうしの密着接合に有効となる。

（ガラスの熱成形）
これは、図９Ａに示されるような板状ガラス１４を熱成形して図９Ｂに示されるような所望の形状のガラス成形体２ｂを得る工程である。後工程で互いに接合される１対のガラス成形体２ａ、２ｂのうち一方のガラス成形体２ｂの熱成形について図９を参照して説明するが、他方のガラス成形体２ａについてもガラス成形体２ｂと同様に熱成形される。

板状ガラス１４は、熱プレス面が所望の形状、サイズに設計された上下の金型１５ａ、１５ｂの間にセットされ（図２７においてステップＳ５）、図９Ｂに示すように両金型１５ａ、１５ｂの熱プレス面間で加圧及び加温を受け、所望の形状に熱成形される（図２７においてステップＳ６）。ガラス成形体２ｂには、放電用ガスの封入空間の一部として機能するガス封入凹部１６が形成される。１つのガラス成形体２ｂあたりに形成されるガス封入凹部１６は１つでもよいが、本実施形態では生産性を高めるため、図１２に示すように、長尺板状の１つのガラス成形体２ｂあたり複数のガス封入凹部１６が長手方向に並列して形成される。他方のガラス成形体２ａにもガラス成形体２ｂのガス封入凹部１６と対応して複数のガス封入凹部１８が形成される。

ガラス成形体２ａ、２ｂの素材としては従来の発光管に用いている素材と概ね変わりなく、低融点系のホウ珪酸ガラスを使用する。また、金型１５ａ、１５ｂの材料としては、成形温度が比較的高いことを考慮し、耐熱性があり熱膨張もしにくいＳｉＣ（炭化珪素）などのセラミックを選定した。成形中に金型１５ａ、１５ｂが熱膨張すると、ガラスに応力が伝わり、成形中に破損させてしまうおそれがあるので、成形時における金型１５ａ、１５ｂの熱膨張を抑えることは重要である。

また、金型１５ａ、１５ｂの内面は円滑に表面仕上げされ、さらに離型剤として例えばＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜が形成され、金型１５ａ、１５ｂからのガラス成形体２ａ、２ｂの離型性を高めている。これは、熱成形温度と、金型１５ａ、１５ｂからガラス成形体２ａ、２ｂを取り出すときの温度との温度差による熱収縮によりガラス成形体２ａ、２ｂが金型１５ａ、１５ｂへ食い付き、金型１５ａ、１５ｂからガラス成形体２ａ、２ｂを取り出す際にガラス成形体２ａ、２ｂにクラックが入ったり破損させてしまうといったことを回避するためである。なお、離型剤としては、ＤＬＣ膜以外にも、熱成形の設定温度に応じて、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などで膜付けできる他の材料を選定してもよい。

また、この熱成形で得られた１対のガラス成形体２ａ、２ｂは後の工程で加熱接合されるので、この熱成形工程で急激な熱を加えて成形させてしまうと、ガラス成形体２ａ、２ｂに内部応力（残存歪）が残ってしまい、後工程の接合時の加熱でガラス成形体２ａ、２ｂを破損させてしまうおそれがある。このため、図２３の熱成形温度プロファイルの一例に示すように、昇温時を複数のステップに分けて行う。具体的には、先ず常温から５０℃／分のペースで１５０℃まで昇温させ、次に１５℃／分のペースで５３０℃まで昇温した後、温度Ｔ２（例えば５５０℃前後）まで昇温させ、その温度Ｔ２を１５〜３０分間維持した後、５０〜１００℃／分のペースで温度を下げていく。また、この熱成形工程はガラス自体に熱と力を加えながらの作業となるため、ガラスの、熱に対する特性に合った温度プロファイルとする必要がある。

以上のようにして得られたガラス成形体２ａ、２ｂは洗浄や検査（図２７においてステップＳ７）などを経て次工程に供給される。

（透明導電膜の形成）
ガラス成形体２ｂにおいてガラス管２の管壁外表面となる部分に透明導電膜２１（図１０参照）を形成する（図２７においてステップＳ８）。例えば酸化錫ターゲットをスパッタすることにより透明導電膜２１として酸化錫膜を形成する。透明導電膜２１は透明で導電性を有するものであればよくその他にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などを使用してもよい。この透明導電膜２１は、ガラス管２内に高電圧を印加するためのトリガ電極として機能する。

図３６に示す従来の発光管１０１における透明導電膜の形成では、透明導電膜を介して両電極１０３、１０４が短絡しないように、両電極１０３、１０４を含むガラス管１０２の両端部に絶縁性の保護膜を先に形成した上で、ガラス管２の外表面に透明導電膜を形成していた。

これに対して本実施形態では、ガラス成形体２ｂとは別工程で製造される両電極アセンブリ１１、１２（図７、８参照）がまだ組み付けられていない状態のガラス成形体２ｂに透明導電膜２１を形成するので、上記従来のような保護膜の形成は必要ない。その分コスト低減が図れる。なお、透明導電膜２１は、１対のガラス成形体２ａ、２ｂのうち少なくともどちらか一方に形成すればよく（本実施形態では例えばガラス成形体２ｂとしたが他方のガラス成形体２ａに形成してもよい）、ガラス管の外表面全体に透明導電膜を形成していた従来に比べて透明導電膜の使用量を少なくできこのことによってもコスト低減が図れる。

図３６に示す従来においてガラス管１０２外表面に例えばマスクを用いて部分的に透明導電膜を形成したとしてもその膜が透明であるためガラス管１０２外表面のどこの部分に透明導電膜が付いていてどこの部分に付いていないかの見分けができないため、ガラス管１０２外表面の全体に形成せざるを得なかった。透明導電膜にはトリガ電極用の端子あるいは配線を接続させる必要があるのでガラス管１０２表面のどこに透明導電膜が付いているかを把握する必要がある。

これに対して本実施形態のガラス管２は１対のガラス成形体２ａ、２ｂの接合体であるので、それらガラス成形体２ａ、２ｂを接合する前にマスクを用いることなくどちらか一方のガラス成形体２ａ、２ｂのみに容易に透明導電膜を形成することが可能となる。そして、１対のガラス成形体２ａ、２ｂ間における形状や寸法の違い等からどちらのガラス成形体２ａ、２ｂに透明導電膜２１が付いているかを識別でき、両ガラス成形体２ａ、２ｂを接合して得られるガラス管２においてどこに透明導電膜２１が付いているか把握できる。これにより、トリガ電極用の端子や配線と、透明導電膜２１との接続も容易に行える。

（反射膜の形成）
上記１対のガラス成形体２ａ、２ｂにおいて、出光方向の反対側に位置されることになるガラス成形体（例えば本実施形態では上記透明導電膜２１が形成されたガラス成形体２ｂ）の外表面（透明導電膜２１の上）に反射膜２２を形成する（図２７においてステップＳ９）。反射膜２２は例えばアルミニウムターゲットを用いたスパッタ法により形成されるアルミニウム膜である。その他蒸着法を用いてもよい。

従来は、図３８に示すように、ガラス管１０２とは別の部品であるリフレクター１０５（アルミニウムからなり、この内側にさらにアルミニウム膜が形成）を使ってガラス管１０２裏面（出光方向の反対面）側への光を反射させて出光側へと集光させていた。これに対して本実施形態では、接合前の状態であれば、マスクを用いることなく出光方向の反対側に位置される一方のガラス成形体２ｂのみに反射膜２２（図１０）を形成することができ、その反射膜２２を上記従来のリフレクター１０５の代わりとして用いることができる。このような本実施形態の構成によれば、従来のようなガラス管とは別部品のリフレクター１０５を設ける必要がなくなり、発光管周辺部品の低減を図れる。これは、発光管が組み込まれる電子機器のコスト低減や、部品点数減少及び設置スペース減少による小型化につながる。

また、従来は図３８に示すように、ガラス管１０２の外周面に形成された透明導電膜２１’に対してリフレクター１０５の内側の一部分（凹面の底付近）を密着させ、このリフレクター１０５に、トリガトランスに接続する配線を例えばはんだ付け等により接続させて、透明導電膜２１’にトリガ用の高電圧を印加できるように構成していた。したがって、リフレクター１０５とガラス管１０２とは密着させる必要があり、ガラス管１０２の形状やガラス管１０２とリフレクター１０５との配置関係に制約があった。

これに対して本実施形態では、従来のリフレクター１０５に代わるものとして、図１０に示すように透明導電膜２１の上に導電性を有するアルミニウムからなる反射膜２２を形成しているため、トリガトランスとの接続用の配線は容易に反射膜２２にはんだ付け等で接続できる。あるいは、トリガトランスと電気的に接続された板ばね状の端子を反射膜２２に圧接させてもよい。このような本実施形態では、ガラス成形体２ｂの形状にとらわれずに、透明導電膜２１にトリガ用の高電圧を印加する構成が得られ、発光効率を高めることを優先したガラス成形体２ｂの設計を行える。

なお、信頼性に問題なければ、図１１に示すように、透明導電膜を設けずに反射膜２２をトリガ電極としても兼用させてもよく、この場合にはよりいっそうのコスト低減を図れる。

以上のようにして透明導電膜２１や反射膜２２が形成されたガラス成形体２ｂは洗浄や検査（図２７におけるステップＳ１０）などを経て次工程で他方のガラス成形体２ａと接合される。

（ガラス成形体の接合）
上記工程までで得られた１対のガラス成形体２ａ、２ｂのうちの一方（例えば本実施形態ではガラス成形体２ａとするが、もちろん他方のガラス成形体２ｂであってもよい）に、図１２に示すように陽極側と陰極側のそれぞれの電極アセンブリ１１、１２をセットして、他方のガラス成形体２ｂと接合する。また、この接合時には、両ガラス成形体２ａ、２ｂのそれぞれのガス封入凹部１６、１８どうしが合わされて形成される気密空間内に放電用ガスとして例えばキセノンガスの封入も併せて行われる。

ガラス成形体２ａ側の各ガス封入凹部１８はガラス成形体２ａの短手方向に略平行に延在して形成され、その一端に陽極側の電極アセンブリ１１が、他端に陰極側の電極アセンブリ１２がセットされる（図２８においてステップＳ１１）。各ガス封入凹部１８は、他方のガラス成形体２ｂに形成された対応するガス封入凹部１６と合わされてそれぞれ個別にガス封入空間を形成する。陽極側電極アセンブリ１１は、図７に示すその電極導入線６の先端部がガス封入凹部１８に臨まされてセットされる。陰極側電極アセンブリ１２は、電極導入線６の先端部に取り付けられた放電陰極９（図８参照）がガス封入凹部１８に臨まされてセットされる。陽極側及び陰極側とも、リード７はガラス成形体２ａ、２ｂの外方に位置される。図７、８に示す鍔部７ａの内側端面７ｃをガラス成形体２ａ、２ｂにおいて長手方向のエッジ部に当接させることで陽極側、陰極側電極アセンブリ１１、１２のガラス成形体２ａ、２ｂに対する位置決めがなされる。

図１３に接合装置２５の概略図を示す。接合装置２５の内部には溶着用上金型２８ａと、溶着用下金型２８ｂが配設されている。溶着用上金型２８ａには、透明導電膜２１及び反射膜２２が形成されたガラス成形体２ｂがセットされ、溶着用下金型２８ｂには電極アセンブリ１１、１２がセットされたガラス成形体２ａがセットされる（図２８においてステップＳ１２）。両ガラス成形体２ａ、２ｂは、それぞれのガス封入凹部１６、１８及びこのガス封入凹部１６、１８の外方に張り出して形成されたフランジ部１７、１９を互いに対向させて配置される。下側に配置されるガラス成形体２ａのフランジ部１９上には溶着用フリットガラス２７が転写される。

溶着用フリットガラス２７はパウダー状であり、このパウダー状のままでは吹き飛んでガス封入空間となる凹部１６、１８内に入り込むおそれがあるので、そのパウダー状のものを揮発性の高い溶剤に混ぜて、ディスペンスによる塗布法またはスクリーン印刷法等によりフランジ部１９上に転写する。

なお、フリットガラス以外にも例えばポリマー系接着剤を両ガラス成形体２ａ、２ｂの接合材として用いてもよい。あるいは、接合材を用いずにガラス成形体２ａ、２ｂのフランジ部１７、１９表面を直接溶融させて接合させてもよい。ただし、ガラス成形体２ａ、２ｂを直接溶融させるとなると接合面となるフランジ部１７、１９以外にも、ガス封入凹部１６、１８を変形させてしまうおそれがあり、所望の集光性を得るために設計されたガス封入凹部１６、１８の曲率が変わってしまう可能性があるので、例えばレーザ加熱によりフランジ部１７、１９のみを局部的に加熱することが好ましい。

両ガラス成形体２ａ、２ｂがそれぞれ金型２８ｂ、２８ａにセットされると、先ず、吸気・排気ポート２６より接合装置２５内に窒素ガスを供給して接合装置２５内の大気と置換する。吸気・排気ポート２６から排気される窒素ガスの量を測定しながら窒素ガスの供給を停止する制御が行われ、接合装置２５内雰囲気を窒素ガスに置換する。接合装置２５内雰囲気を窒素に置換する目的の一つとしては、次に接合装置２５内に供給される放電用の封入ガスであるキセノンガスが高価であるため、余ったキセノンガスを回収して再精製して有効に活用することが挙げられる。大気中には多くの元素が含まれるため大気とキセノンガスとの混合ガスからキセノンガスを回収するには比較的コストがかかる。これに対して窒素ガスとキセノンガスとの混合ガスからキセノンガスを回収することは比較的低コストで済む。また、キセノンガスを窒素ガス中に供給した際に窒素ガスが１００％キセノンガスと入れ替わらなかった場合に、接合面及びガラス管２内部にキセノンガスと窒素ガス以外のガスが取り込まれることも防止している。さらに、ガラス成形体２ａ、２ｂの溶着には熱を利用するためその加熱時に発生するガラス成形体２ａ、２ｂや接合装置２５内からのアウトガスによるガラス成形体２ａ、２ｂの汚染や酸化防止も窒素ガスを使う目的の一つである。

図２４に上記接合時における温度プロファイルの一例を示す。両ガラス成形体２ａ、２ｂのフランジ部１７、１９どうしを合わせた状態で、例えば５０〜１００℃／分のペースで６００℃前後に昇温させ、その温度で１０〜２０分ほど加熱を行う。このとき、フランジ部１７、１９に転写された接合材２７のうち揮発性の高い溶剤は揮発して接合装置２５外部に排気される。キセノンガスは比較的重く凹部１６、１８内に溜まりやすく、揮発した溶剤は凹部１６、１８内には入り込みにくい。そして、その溶剤に溶け込まされていたフリットガラスは溶融され、この溶融されたフリットガラスによって両ガラス成形体２ａ、２ｂのフランジ部１７、１９どうしが接合されると共に、ガス封入凹部１６、１８によって囲まれた空間を内部に有するガラス管２が得られる（図１４、１６参照）。このガラス管２内の空間には放電用ガスであるキセノンガスが封入されている。さらにその空間の両端にはそれぞれ陽極４（電極導入線６の先端部）と、陰極９が臨まされている。

また、上記加熱時には、陽極側及び陰極側のそれぞれの電極導入線６に組み付けられた封止用ガラス８（図７、８参照）も溶融され、この封止用ガラス８とこれを挟み込んでいる両ガラス成形体２ａ、２ｂとが接合される。これによって、ガラス管２両端部分における気密封止がなされる。

以上の溶着・封止工程（図２８においてステップＳ１３）の後、接合装置２５内をキセノンガスから窒素ガスに置換し、例えば２０〜４０℃／分のペースで４５０℃前後まで除冷した後急冷を行う（図２８においてステップＳ１４）。

また、従来はガラス管に対する電極アセンブリの組み付け及びガス封入を、個々のガラス管ごとに個別に行わなければならなかったが、本実施形態では１対のガラス成形体２ａ、２ｂの一度の接合にて複数のガラス管２に対して電極アセンブリ１１、１２の組み付け及びガス封入をまとめて行える。これにより生産性を高めることができる。

（分離前検査）
以上のようにして図１６に示すように複数の発光管１を一体に形成したガラス接合体３１が得られ、このガラス接合体３１は、次工程にて単個ごとにあるいは複数個連なった状態で分離される。この分離前の時点において各発光管１内における陽極、陰極の位置やキセノンガスの封入状態などの要因により不良が生じている可能性がある。良品と不良品とが混在した状態のまま分離してしまうと後の検査や良否選別の作業効率が悪くなるので、予め図１７に示すようなつながった状態で各発光管１について一括して検査を行い、分離後の良否の選別にその検査結果をフィードバックさせることが望ましい。

具体的には、図１７に示すように、複数の検査用プローブ３３を各電極アセンブリ１１、１２のピッチに合うピッチで保持部材３４に保持させ、それら複数のプローブ３３をまとめて各電極アセンブリ１１、１２においてガラス成形体２ａ、２ｂの外部に出ているリード７に接触させて、複数の発光管１の検査を同時に行う。検査内容は、例えば、発光電圧チェック、テスラーコイルを用いた放電検査、電気測定終了後に行う外観検査等である。

各検査で不合格となった場合には、その発光管１表面に不良マークを付する。不良マークは視認しやすく目立つ位置（例えば出光面）に付することが好ましい。不良マークは、例えば、インクジェットプリンタ、レーザ等を用いて付すことができる。また、設備コストを抑える目的であればペンを用いて付してもよい。この場合容易に消えないように不滅インクを用いるのが好ましい。ただし、ガラス管２の径があまり細いとペンでは不良マークを書きにくので、本実施形態では例えばインクジェットプリンタによって不良マークを付した。不良マークは、次工程における分断前にブレードを分断位置に画像処理装置を用いて位置合わせする際に、このとき用いるカメラの撮像により検出することができる。

（分離）
上記分離前の検査を終えたガラス接合体３１において、隣接する発光管１間のフランジ部１７、１９（図１８において１点鎖線で示す位置）を分断して１個の発光管１ごとに分ける（図２９においてステップＳ１５）。この分断は例えば回転刃方式のブレード（ダイシングソー）を用いて行う。ガラス接合体３１は、例えば下側のガラス成形体２ａのガス封入凹部１８の曲面に合った凹部を有するトレイに支持された状態で分断される。また、この分断時に、分断面の冷却や潤滑、切子除去等の目的で水を使用してもよい。このような分断を行うにあたっては、従来より半導体ウェーハのダイシング工程で使用されている設備をそのまま流用可能である。

なお、ダイシング方式による分断に限らず他の分断方法、例えばスクライブラインを形成してそのスクライブラインに沿って押圧バーでブレイクする方法により分断してもよい。ただし、この場合ガラスに対してのストレス（応力）によるクラック等の発生が懸念される。また、レーザを用いて分断してもよい。ただし、この場合ガラス成形体２ｂの表面には透明導電膜２１や反射膜２２が形成されているため、これらに対してレーザが当たることによるそれら膜の破損や剥離などが懸念される。以上のことから本実施形態ではダイシング方式による分断を選んだ。

また、接合する前における各ガラス成形体２ａ、２ｂの熱成形時に、各発光管１の接続部分に図２１に示すような凹溝３５を形成しておいて、接合時には両ガラス成形体２ａ、２ｂの各凹溝３５を一致させて接合することで厚さが薄く強度が他より弱い部分を形成して、分断時にはその凹溝３５に沿って折るようにして各発光管１を個別に分離してもよい。

また、分断前の検査工程にて不良マークが付された不良品１’が図１９に示すように連続して並んでいる場合には、それら不良品１’間の分断は行わずに連続した不良品１’をひとまとめで良品と分離すれば、連続した不良品１’間の分断という余分な分断を行わなくて済み、分断工程に要する時間短縮を図れる。これは上述したように分断前に良否の検査を行っているために得られる利点である。

また、発光管１を１個ずつ分離することに限らず、最終的な製品として複数個の発光管１を１つのユニットとして使いそれら複数個の発光管１どうしを互いに分離する必要がない場合には複数個単位で分離してもよい。例えば、図２０には発光管１を２個単位で分離する例を示す。図２０において１点鎖線が分断線を示す。もちろん、３個以上の単位で発光管１を分離してもよい。

分離された発光管１のピックアップにおいて、特に発光管１が小径の場合には、自動吸着装置を用いてピックアップすることが有効である。この場合に、吸着する発光管１を認識するために画像処理装置を用いることがある。この画像処理装置を用いて不良マークを認識し不良品は不良品ボックス等へ収容され、良品は次工程で使用される洗浄用トレイなどへ収容される。これらを自動で行うことで生産効率を向上できる。また、不良品を良品用トレイへ収容してしまった場合でも、不良品には不良マークが付されているので後工程における外観検査等により不良品の判別は容易に可能である。

以上のようにして分断された発光管１に対して、図２９においてステップＳ１６〜Ｓ２０に示すように、気密検査（ガス漏れ確認）、発光テスト、面取り、洗浄、エージングテスト、完成品検査（外観検査、発光電圧確認など）が行われ上記各検査に合格すると完成となる。

以上により、図１に示す本実施形態に係る発光管１が得られる。ガラス管２は１対のガラス成形体２ａ、２ｂが接合されて構成され、このガラス管２の内部に放電用ガスとして例えばキセノンガスが封入されている。また、ガラス管２内の両端には陽極４と陰極９が互いに向き合って配置されている。

本実施形態に係る電子機器（例えばスチルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機等）は、そのような発光管１を例えばストロボ用の光源として搭載している。発光管１が電子機器に組み付けられる際には光の出光方向であるカメラ前方にガラス成形体２ａが位置するように組み付けられる。そして、出光方向の反対側に位置することになるガラス成形体２ｂの外表面には図１４に示すように透明導電膜２１及び反射膜２２が形成されている。その反射膜２２には、トリガトランスに接続されている板ばね状の導電端子が圧接される。あるいは、反射膜２２に電線ケーブルをはんだ付けして反射膜２２とトリガトランスとを電気的に接続してもよい。

陽極４と陰極９はそれぞれのリード７を介して、発光管１と共に電子機器内に搭載されたコンデンサと電気的に接続され、トリガ電極として機能する透明導電膜２１は反射膜２２を介して同じく電子機器内に搭載されたトリガトランスと電気的に接続されている。トリガトランスから透明導電膜２１に高電圧が印加されると、ガラス管２内部の透明導電膜２１に沿った部分のキセノンガスがイオン化する。このキセノンガスのイオン化によりガラス管２内における陽極４と陰極９間が導通状態になり上記コンデンサに充電された電流がガラス管２内のキセノンガス中を流れガラス管２内に放電が生じる。これにより、極めて短時間に昼光に近い閃光を発する。

以上述べた本実施形態によれば所望の形状やサイズに熱成形して得る１対のガラス成形体２ａ、２ｂを接合させることで放電用ガスを封入するガラス管２を得るので、従来の既製サイズ及び既製形状のガラス管を選んで発光管として用いる場合に比べて、ガラス管のサイズや形状設計の自由度を高めることができる。すなわち、ガラス成形体２ａ、２ｂの熱成形用の金型変更により自由にガラス管２のサイズや形状を決められる。これにより、発光管１の設置スペースや発光管１が搭載される電子機器の大きさの制約に対して柔軟な対応が可能となる。また、設計の柔軟さにより小型化も容易に図れ、発光管１の小型化は結果としてこれが搭載される電子機器の小型化につながる。特に、近年小型化が進むデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機等の電子機器への搭載に有効となる。

また、各ガラス成形体２ａ、２ｂにはそれぞれ複数のガス封入凹部１６、１８が形成されているので、それらガラス成形体２ａ、２ｂの一度の接合工程にて、複数のガラス管２の形成、このガラス管２に対する電極アセンブリ１１、１２の組み付け、およびガラス管２内へのガス封入を同時にまとめて行え、且つこの接合後、各発光管１をばらばらにしない状態で各発光管１の一括検査および不良品には不良マークを付す等を行ってから分離するようにしているので、生産効率や工程管理を大幅に向上させることができる。

なお、ガラス成形体２ａ（または２ｂ）には複数のガス封入凹部１８（または１６）を形成することに限らず、１個のガス封入凹部１８（または１６）のみであってもよい。この場合、接合後に分断する必要がないので図１５に示すようにフランジ部を設けず、ガラス成形体２ａ、２ｂをそれぞれ凹部１８、１６のみから構成してもよい。ただし、接合部の強度確保及びガラス管２内からのガス漏れの確実な防止のためには、図１４に示すようにガス封入空間の外方に張り出すようにして形成されたフランジ部１７、１９を設けて接合面を広くとった方が好ましい。

また、発光面として機能しないフランジ部１７上の反射膜２２に上述したトリガトランスとの接続用の端子やケーブルを接続させれば、この接続部によって発光が遮られることがなく発光効率の損失抑制も図れる。

また、フランジ部１７、１９を、他のパーツ（例えば取り付け用ホルダーや、出光面側に配置されるフレネルレンズ等）の支持部として機能させることもできる。

［第２の実施形態］
図３０は本発明の第２の実施形態に係る発光管４１の斜視図を示す。図３１はその発光管４１の拡大断面図を示す。上記第１の実施形態と同様、発光管４１は、内部に放電用ガスが封入されたガラス管４２と、このガラス管４２内部の長手方向両端で互いに向き合って配置された陽極４３と陰極４４とを備える。ガラス管４２は、所望の形状にそれぞれ熱成形された１対のガラス成形体４２ａ、４２ｂを互いに接合させてなる。この発光管４１の製造方法も上記第１の実施形態の発光管１の製造方法と同様である。この第２の実施形態に係る発光管４１において第１の実施形態の発光管１と異なる特徴は、一方のガラス成形体４２ｂがフレネルレンズ形状に成形されている点である。

上述したように、ガラス成形体の形状はこれを熱成形する金型の設計により所望の形状にすることが可能である。そこで本実施形態では、出光側に配置される一方のガラス成形体４２ｂをフレネルレンズ形状に成形している。フレネルレンズは薄い板状の表面に様々な傾斜のプリズムを多数形成してなり、凸レンズに比べて小さな厚さ（奥行き寸法）ながら凸レンズと同様な集光レンズとして機能する。

また、図３６に示す従来の真円筒状のガラス管１０２では出光方向の反対側は半円形状に制限されてしまうが、本実施形態では反射膜２２が形成される他方のガラス成形体４２ａについて、反射光率の良い曲面設計を反映した形状にできる。

以上述べたように本実施形態によれば、出光側とこの反対側のガラス成形体４２ｂ、４２ａについて出光側への集光効率を高めるような形状にそれぞれ設計することができる。

例えば、従来の真円筒状に制限されてしまっていた発光管１０２では、図３７に示すようにその発光管１０２の他にこれとは別部品としてリフレクター１０５とフレネルレンズ１０６を設けて集光効率の向上を図っていた。これに対して本実施形態では、発光管自体にリフレクターやフレネルレンズの機能を担わせることができるので、従来に比べて部品点数が削減できると共に、電子機器への搭載スペースも大幅に小さくできる。このことは結果として電子機器の小型化及びコスト低減につながる。

また、図３９はリフレクター１０５を用いた現行機種における光学設計例における光路図を示す。この例ではリフレクター１０５の厚み（奥行き寸法）は４.８５ｍｍを必要としている。

これに対して、図４０は、リフレクター１０５の代わりにガラス成形体４２ａに反射膜２２を形成し、且つ出光側のガラス成形体４２ｂをフレネルレンズ形状にした第２の実施形態に係る発光管４１の光路図を示す。上記図３９に示す例と同等の出光光量を得るように設計している。例えば、ガラス成形体４２ｂの厚さは１.０ｍｍ、ガラス成形体４２ａの厚さは０.３５ｍｍ、ガラス成形体４２ａの内面側の曲率半径は１.１ｍｍ、外面側の曲率半径は１.４５ｍｍである。そしてこの発光管４１全体の厚さ（奥行き寸法）は２.４５ｍｍとなっており、図３９において対応する寸法４.８５ｍｍよりも大幅に短くなっている。

［第３の実施形態］
また、ガラス管形状は図３２に示すように扁平管（楕円管）形状も可能である。図３２は本発明の第３の実施形態に係る発光管５１の断面図を示す。ガラス管５２は、所望の形状にそれぞれ熱成形された１対のガラス成形体５２ａ、５２ｂを互いに接合させてなる。この発光管５１の製造方法も上記第１の実施形態の発光管１の製造方法と同様である。

従来の真円管形状のガラス管においてガラス管の径を大きくすれば出光方向に向く部分の面積が大きくなり出光量を増大できるが、真円管形状のガラス管ではその径を大きくすることは奥行き寸法も増大させてしまう。これに対して図３２に示すような断面扁平（楕円）状のガラス管５２では、奥行き寸法をそれほど増大させずに出光方向に向く部分の面積を大きく確保できる。発光効率は電極サイズ及び電極間のアーク長に依存しているためガラス管５２断面を扁平形状にすることによる光量損失はない。むしろ、反射膜２２を形成したガラス成形体５２ａが扁平形状になることで出光方向にまっすぐに反射しやすくなり反射効率を向上が可能になる。

また、ガラス管は直管形状に限らず、図３３に示すように曲がった形状のガラス管６１でもよい。このガラス管６１の両端に陽極６２と陰極６３が配置される。ガラス管６１の太さを従来と同じとした場合には、長くなった分だけ光量を増大できる。また、その他任意の形状に曲げたり、図中の寸法Ｌをさらに短くするなどして電子機器内において空いているスペースに合った設計が行える。

さらに、図３４に示すようにリング状のガラス管７１としてもよい。陽極７２と陰極７３は、ガラス管７１の両端において径外方に延出するようにして配置される。このようなリング状のガラス管７１ではレンズ鏡筒などへの組み付けが可能となり、電子機器における部品配置スペースの有効利用を図れる。

以上説明した各実施形態や変形例は適宜組み合わせ可能である。

また、ガラス管内に封入される放電用ガスとしてはキセノンガスに限らず、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス等であってもよい。また、本発明はフラッシュ発光に限らず連続点灯用の発光管にも適用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る発光管の一部破断斜視図である。 発光管に用いられる電極導入線において好ましくない切断例を示す断面図である。 発光管に用いられる電極導入線において良好な切断例を示す断面図である。 電極導入線とリードとが組み付けられた状態の側面図である。 陽極側の電極アセンブリの側面図である。 陰極側の電極アセンブリの側面図である。 図５の状態から封止用ガラスが溶着された状態の側面図である。 図６の状態から封止用ガラスが溶着された状態の側面図である。 板状ガラスからガラス成形体を熱成形する工程を示す断面図である。 透明導電膜及び反射膜が形成されたガラス成形体の断面図である。 反射膜のみが形成されたガラス成形体の断面図である。 １対のガラス成形体の斜視図である。 ガラス成形体の接合装置の概略図である。 １対のガラス成形体の接合後の断面図である。 フランジ部がない場合の１対のガラス成形体の接合後の断面図である。 １対のガラス成形体の接合後の斜視図である。 図１６に示すガラス接合体の検査を示す斜視図である。 発光管を単個ずつ分断する分断線を示す斜視図である。 不良品をとばして分断する例を示す斜視図である。 発光管を２個ずつ分断する分断線を示す斜視図である。 隣接する発光管の分離箇所の変形例を示す断面図である。 封止用ガラス溶着時の温度プロファイル例である。 ガラス成形体の熱成形時の温度プロファイル例である。 １対のガラス成形体の接合時の温度プロファイル例である。 本発明の一実施形態に係る発光管の製造工程を示すフローチャートである。 図２５に続くフローチャートである。 図２６に続くフローチャートである。 図２７に続くフローチャートである。 図２８に続くフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る発光管の斜視図である。 同第２の実施形態に係る発光管の拡大断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る発光管の断面図である。 本発明の変形例に係る発光管の平面図である。 本発明の他変形例に係る発光管の平面図である。 従来例の発光管の断面図である。 同従来例の発光管の斜視図である。 同従来例の発光管、リフレクターおよびフレネルレンズの斜視図である。 同従来例の発光管およびリフレクターの断面図である。 従来の光学設計例における光路図である。 本発明の第２の実施形態に係る構成における光学設計の光路図である。

符号の説明

１…発光管、２…ガラス管、２ａ，２ｂ…ガラス成形体、４…陽極、９…陰極、１６…ガス封入部、１７…フランジ部、１８…ガス封入部、１９…フランジ部、２１…透明導電膜、２２…反射膜、４１…発光管、４２…ガラス管、４２ａ，４２ｂ…ガラス成形体、５１…発光管、５２…ガラス管、５２ａ，５２ｂ…ガラス成形体。

Claims (10)

1. 放電用ガスが封入されたガラス管と、前記ガラス管の両端にそれぞれ配置された陽極と陰極とを備える発光管であって、
   前記ガラス管は１対のガラス成形体を互いに接合してなる
   ことを特徴とする発光管。
2. 前記１対のガラス成形体はそれぞれガス封入部と、前記ガス封入部の外方に張り出して形成されたフランジ部とを有し、前記フランジ部どうしが互いに合わされて接合されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光管。
3. 前記１対のガラス成形体のうち出光方向の反対側に位置されるガラス成形体の外表面に反射膜が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光管。
4. 前記１対のガラス成形体のうち出光方向側に位置されるガラス成形体はフレネルレンズ形状に成形されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光管。
5. １対のガラス成形体を成形する工程と、
   前記１対のガラス成形体の間に陽極と陰極を配置すると共に放電用ガスを供給しつつ前記１対のガラス成形体を互いに接合する工程と、
   を有することを特徴とする発光管の製造方法。
6. 前記接合前に、前記１対のガラス成形体のうち出光方向の反対側に位置されるガラス成形体の外表面に反射膜を形成する工程を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の発光管の製造方法。
7. 前記１対のガラス成形体それぞれに複数のガス封入部を形成し、前記接合によって互いの対応するガス封入部どうしが合わされて前記放電用ガスが封入された複数のガラス管を有するガラス接合体を得て、前記ガラス接合体から単個または複数個単位で前記ガラス管を分離する
   ことを特徴とする請求項５に記載の発光管の製造方法。
8. 前記分離を行う前に各発光管の検査を行う
   ことを特徴とする請求項７に記載の発光管の製造方法。
9. 前記検査の結果不良と判定された発光管に前記分離前に不良マークを付する
   ことを特徴とする請求項８に記載の発光管の製造方法。
10. 放電用ガスが封入されたガラス管と、前記ガラス管の両端にそれぞれ配置された陽極と陰極とを備える発光管を搭載した電子機器であって、
    前記ガラス管は１対のガラス成形体を互いに接合してなる
    ことを特徴とする電子機器。

Images