JP2006244792A - ランプ発光管の成形加工方法と成形加工用冶具 - Google Patents

Abstract

【課題】細くて肉厚が大きいガラス管材を用いて、発光部の外形寸法、内容積、肉厚分布等にバラツキがない高品質のランプ発光管を効率良く生産できるようにする。
【解決手段】ガラス管材２０を管軸を中心として回転させながら、その中間部をバーナ２２加熱軟化させると共に、ガラス管材２０の両端から加圧ガスを導入してその管内を陽圧状態にし、加熱軟化した中間部を拡径させると同時にもしくは拡径させてから、ガラス管材２０の両端を互いに接近させながらその中間部を膨らませて発光部となる膨らみ２３を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス管材の中間部を膨らませて発光部を形成するランプ発光管の成形加工方法と成形加工用冶具に関する。

図１は液晶プロジェクターの光源装置等に用いられる高圧放電ランプの例を示し、該ランプは、発光管１の中央部に形成された球状乃至楕円球状の発光部２内に、一対の電極５、５が互いに対向して配置されると共に、水銀、メタルハライド及びアルゴンガス等の始動用ガスが封入され、その発光部２の両端を気密に封止するシール部３、３内に、各々電極５とモリブデン箔６と外部リード７とで組み立てた電極アセンブリ４、４が封着されている。

この種のランプは、金属蒸気とハロゲン化物の解離生成物との混合物中の放電によって発光する放電ランプであり、発光管１の発光部２内に封入した水銀の蒸気圧を高めることにより良好な光色を得ると同時に発光効率を向上させるランプであるから、その発光管１は、熱損失が少なく、蒸気圧による破裂の危険性が少ないものであることが望まれる。そのため、例えば消費電力１５０Ｗのランプ発光管１は、外径６．０ｍｍ、内径２．０ｍｍの細くて肉厚の大きい石英製のガラス管材を用いて最大外径１０．５ｍｍ程度の発光部２を形成するようにしている。

また、液晶プロジェクターの光源として用いる高圧放電ランプは、他種ランプにも増して高度な製品品質が要求され、特に光学特性にバラツキが少ないことが望まれるので、ランプ点灯時に発光管１の発光部２内で蒸発する封入物の蒸気圧が略一定となるようにその封入物の量を厳密に管理しているが、発光管１に形成する発光部２の外形寸法や内面形状、肉厚分布等にバラツキがあると、発光部２内で蒸発する封入物の蒸気圧にバラツキが生じて、光色にバラツキを生ずるおそれがある。

すなわち、発光部２の外形寸法にバラツキがあると、その内容積が小さすぎて封入物の蒸気圧が設計値より高くなったり、内容積が大きすぎて封入物の蒸気圧が設計値より低くなったりするため、光色にバラツキを生ずることとなる。また、発光部２の外形寸法が均一であっても、その内面形状や肉厚分布にバラツキがあると、発光部２の最冷部温度や、発光部２から各シール部３、３への熱伝導損失が不均一になって、光色のバラツキを生ずる原因となる。

そのため、光色のバラツキが生じないように発光部の内容積と肉厚分布を均一化させる発光管の成形加工方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法は、まず、図３（ａ）の如く、片端が封止された石英製ガラス管材４０の両端を一対の回転チャック４１、４１で把持して、ガラス管材４０を管軸を中心として回転させながら、その中間部をバーナ４２で一定幅だけ加熱して軟化させる。

そして、ガラス管材４０の中間部が軟化すると、図３（ｂ）の如く、回転チャック４１、４１を同時に同距離だけ互いに接近させるように移動させて、軟化したガラス管材４０の中間部に、バーナ４２の加熱中心位置Ｘを挟んで左右均等な肉厚分布を有し、且つその加熱中心位置Ｘにおいて肉厚が最大となるガラス肉溜４３を形成する。

そして、その肉溜４３が形成されると、回転チャック４１、４１の移動と該チャックによるガラス管材４０の回転を停止させると共に、バーナ４２をガラス管材４０の加熱位置から退避させて、図３（ｃ）の如く、ガラス管材４０に発光部成形用モールド４４の上型４５と下型４６を被せ、ガラス管材４０の開口端からその管内にアルゴン、窒素あるいはエアー等の加圧ガスを導入して、図３（ｂ）の肉溜４３が形成されたガラス管材４０の中間部を発光部成形用モールド４４内で膨らませることにより、その中間部に一定の外形寸法を有した発光部４７を形成する。次いで、図３（ｄ）の如く、ガラス管材４０の両端を切り落として、発光部４７の両側に一対のシール部４８、４８が形成された発光管を完成させる。
特公平５−５６６０７号公報

つまり、図３に示す発光管の成形加工方法は、ガラス管材４０の中間部を加熱軟化させてその中間部に所要肉厚の発光部４７を形成するために必要な一定量の肉溜４３を予め形成し、その肉溜４３の部分を発光部成形用モールド４４内で膨らませることによって、外形寸法と内容積が均一な発光部４７を形成し、また、肉溜４３を形成する際に、回転チャック４１、４１で把持したガラス管材４０の両端を同時に同距離だけ互いに接近させて、ガラス管材４０の中間部に形成される肉溜４３の肉厚分布をバーナ４２の加熱中心位置Ｘを挟んで左右均等なものにすることによって、肉厚分布が均一な発光部４７を形成しようとするものである。

しかしながら、この方法によって発光部の内容積と肉厚分布が均一な発光管を製造することができるのは、図３のガラス管材４０のように比較的内径が大きくて肉厚が小さいガラス管材を用いる場合に限られる。けだし、図３（ｂ）の如く、ガラス管材４０に形成する肉溜４３はバーナ４２の火炎圧を受けて管内方向に迫り出すため、図３のガラス管材４０よりも内径が小さくて肉厚が大きいガラス管材を用いる場合は、その中間部に形成する肉溜同士が互いにくっ付き合って成形モールド４４内で均整な肉厚分布を有した形状に膨らませることができなくなるからである。また、肉厚が大きいガラス管材は、肉溜も非常に厚ぼったいものとなるため、その肉溜同士が互いにくっ付き合わなくても、均整な肉厚分布を有した形状に膨らませることが困難となる。

したがって、図１の発光管１のように熱損失と破裂の危険性を少なくするために細くて肉厚の大きいガラス管材を用いる場合は、図３に示すような従来方法によって内容積や肉厚分布のバラツキがない発光部を形成することができない。

また、図３の如く片端が封止されたガラス管材４０を用いると、その片端を封止する加工を行わなければならないのみならず、発光管として完成させるためにその封止した部分を切り落とす加工も行わなければならないから、発光管の生産性が非常に悪く、材料の無駄も多いという問題がある。

本発明は、細くて（内径が小さくて）肉厚が大きいガラス管材を用いる場合であっても、発光部の外形寸法や内容積、肉厚分布等にバラツキがない高品質のランプ発光管を効率良く生産できるようにすることを主たる技術的課題としている。

本発明は、ガラス管材の中間部を膨らませて発光部を形成するランプ発光管の成形加工方法において、ガラス管材を管軸を中心として回転させながら、その中間部を加熱して軟化させると共に、その管内を陽圧状態にして、加熱軟化した中間部を拡径させると同時にもしくは拡径させてから、ガラス管材の両端を互いに接近させながらその中間部を膨らませて発光部となる膨らみを形成することを特徴とする。

本発明に係るランプ発光管の成形加工方法は、加熱軟化したガラス管材の中間部に肉溜を形成することなく、その中間部を拡径させて、ガラス管材の両端を互いに接近させながら拡径した中間部を膨らませるので、ガラス管材が、内径が小さくて肉厚が大きいものであっても、内容積や肉厚分布にバラツキが少ない均整な形状の発光部を形成することが可能となる。

本発明の最良の実施形態は、両端が開口した石英製のガラス管材を用い、該ガラス管材の両端を一対の回転チャックで把持して管軸を中心として回転させながら、その中間部をバーナで加熱して軟化させると共に、ガラス管材の両端から管内に加圧ガスを導入してその管内を陽圧状態にし、加熱軟化したガラス管材の中間部を拡径させる。これと同時に、ガラス管材の両端を把持する一対の回転チャックを互いに接近する方向に等速で等距離だけ同時に移動させて、ガラス管材の両端を互いに接近させながらその中間部を膨らませて発光部となる膨らみを形成する。なお、この際、ガラス管材の中間部を膨らませて形成する発光部の肉厚が所望の厚さとなるように回転チャックの移動速度と移動距離を予め設定しておく。

そして、その回転チャックの移動が停止すると、ガラス管材をバーナの加熱位置から退避させ、該ガラス管材の中間部を膨らませて形成した発光部の外形寸法を規制する冶具を用いてその発光部の外形寸法を調整する。

図２は本発明に係るランプ発光管の成形加工方法の一例を示す工程図である。本例の成形加工方法は、両端が開口した外径６．０ｍｍ、内径２．０ｍｍの細くて肉厚が大きい石英製ガラス管材２０を図１の如く最大外径１０．５ｍｍの発光部２が形成された発光管１に加工するものである。

ガラス管材２０は、まず、図２（ａ）の如く、両端を一対の回転チャック２１、２１で把持して、該ガラス管材２０の管軸を中心として一定の速度で回転させながら、その中間部をバーナ２２で加熱して軟化させると共に、ガラス管材２０の両端から管内に窒素ガス等でなる加圧ガスを導入して、その管内を陽圧状態とする。

これにより、加熱軟化したガラス管材２０の中間部が、管内圧を受けて図２（ｂ）の如く拡径する。これと同時にもしくは拡径してから、ガラス管材２０の両端を把持する回転チャック２１、２１を図２（ｃ）の如く互いに接近する方向に等速で等距離だけ同時に移動させることにより、ガラス管材２０の両端を互いに接近させながらその中間部を膨らませて図１の如き発光部２となる膨らみ２３を形成する。このように、回転チャック２１、２１を互いに接近する方向に等速で等距離だけ同時に移動させてガラス管材２０の中間部を膨らませると、その膨らみ２３で成る発光部２の肉厚分布が均一なものとなる。また、回転チャック２１、２１の移動速度と移動距離を適宜に設定することによって、発光部２の肉厚を所要の厚さとすることができる。

次に、上記の如くしてガラス管材２０の中間部に発光部２となる膨らみ２３が形成されると、回転チャック２１、２１の移動を停止させると共に、ガラス管材２０をバーナ２２の加熱位置から退避させて、図２（ｄ）の如く、発光部の外形寸法を規制する冶具３０でガラス管２０の中間部に形成された膨らみ２３の外径寸法を調整して図１の如き最大外径１０．５ｍｍの発光部２を形成する。

なお、冶具３０は、高密度カーボン又はグラファイトで形成され、その内部に挿入されたガラス管材２０を管軸を中心として回転させながら管内圧を高めて膨らみ２３の外形寸法を調整し得るように構成されている。つまり、冶具３０の内部に挿入したガラス管材２０は、回転チャック２１、２１で管軸を中心として回転させると共に、該ガラス管材２０の両端からその管内に加圧ガスを導入しながら、中間部に形成された膨らみ２３の外周面を冶具３０の内面に摺接させることにより、その膨らみ２３の外形寸法を調整して一定の外形寸法を有した発光部２に仕上げる。

この際、もし、冶具３０が金属で形成されていると、その内面に摺接させるガラス管材２０の膨らみ２３が急冷されて、その膨らみ２３により形成される発光部に歪を生じたり、比熱が大きいためにガラスに熱応力を残すおそれがあるが、冶具３０全体が高密度カーボン又はグラファイトで形成されていれば、そのおそれがないので、高品質のランプ発光管を生産することができる。なお、冶具３０は、その全体を高密度カーボン又はグラファイトで形成せずとも、少なくともガラス管材２０の膨らみ２３が摺接する内面を高密度カーボン又はグラファイトで形成すれば、発光部の歪の発生等を抑止することができる。

また、図２（ｃ）の工程におけるバーナ２２の加熱幅を図２（ａ）及び（ｂ）の工程における加熱幅よりも小さくしたり、あるいは図２（ｃ）の工程の前半よりもその後半におけるバーナ２２の加熱幅を小さくするように可変調整すれば、ガラス管材２０の中間部を膨らませて図１の発光部２を形成する際にそのシール部３、３となる部分に変形が生ずることが防止されて、より高品質の発光管を得ることができる。

なお、実施例の回転チャック２１、２１は、図２（ｃ）の工程おいて互いに接近する方向に等速で等距離だけ同時に移動するものであるが、これに限らず、回転チャック２１、２１の一方が、定位置に固定され、他方が一方に向かって一定の速度で一定の距離だけ移動すると同時に、これと同一方向に等速で等距離だけバーナ２２が移動するようにしても良い。

本発明は、細くて肉厚が大きいガラス管材を用いて、発光部の外形寸法や内容積、肉厚分布等にバラツキがない高品質のランプ発光管を生産することができる。

高圧放電ランプに用いる発光管の一例を示す図 本発明に係るランプ発光管の成形加工方法の一例を示す図 従来技術を示す図

符号の説明

１ 発光管
２ 発光部
２０ ガラス管材
２１ 回転チャック
２２ バーナ
２３ 膨らみ
３０ 冶具

Claims (2)

1. ガラス管材の中間部を膨らませて発光部を形成するランプ発光管の成形加工方法において、ガラス管材を管軸を中心として回転させながら、その中間部を加熱軟化させると共に、その管内を陽圧状態にして、加熱軟化した中間部を拡径させると同時にもしくは拡径させてから、ガラス管材の両端を互いに接近させながらその中間部を膨らませて発光部となる膨らみを形成することを特徴とするランプ発光管の成形加工方法。
2. 前記ガラス管材の両端を互いに接近させながらその中間部を膨らませた後、発光部の外形寸法を規制する冶具を用いてその膨らみの外形寸法を調整する請求項１記載の成形加工方法。

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