JP2723638B2 - ダブルエンド形高圧放電ランプの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ランプが放電容器を有し、該放電容器は
対向した側に配置された２つの圧潰部を有し、該圧潰部
中にそれぞれ１つの電極系が気密に封入されており、該
電極系は放電容器内に配設された電極と、圧潰部によっ
て封入されたパッキンホイルと、圧潰部からランプ長軸
方向に突出しているリード線とから成り、かつ放電容器
が動作を保持する充填物を収容しているダブルエンド形
高圧放電ランプを製造する方法に関する。この発明は、
特に最高50Wの出力の金属ハロゲン化物高圧放電ランプ
の製造方法に関する。

［従来の技術］ 50W出力の金属ハロゲン化物高圧放電ランプといえ
ば、一般照明や自動車の前照灯などに多く用いられてい
るが、これらのランプは従来以下のようにして製造され
た。まず、両端の開いた石英管の一端を閉じて、次に将
来の放電容器の位置で石英ガラスの集結によりオリーブ
の実の形状を形成し、そのあと次の作業工程で初めに閉
じていた管端をふたたび開き、またポンプ管を放電容器
の中央壁に取り付ける。開いている管端内へそれぞれ電
極系を挿入し、溶融したあと、充填部質と充填ガスをポ
ンプ管を使って放電容器の中へ入れ、最後にポンプ管を
溶断する。

従来のようなこのように費用がかかり、作業に集中力
のいる製造方法には、さらに次のような重大な欠点があ
る。それはどっちみちごく小さな放電容器（その長さが
わずか約7.5mm、その直径がわずか約5.5mmしかないよう
なもの）にポンプ管の取付けかつ溶断封止を行うことに
より材質配分の不均一性が発生することであり、これは
コールド・スポット温度に、したがってまたランプの光
色に悪影響を及ぼすし、他方ではまたランプから発せら
れる光を再現不能なほどに散乱させ、このことはこのラ
ンプの光学系における所定の導入の際の欠点として認識
される。

さらに、この種のランプの場合、点灯から最終発光電
流が達成される間の始動時間がまだまだ不満足なもので
ある。この始動時間は従来のように動作されるランプの
場合だと約40秒にも達する。そこで西ドイツ国実用新案
第8623908号明細書では次の提案がなされた。該提案に
よれば、ランプをスイッチオフ状態で外部加熱して、充
填物質を蒸発したままに維持しかつこのようにして比較
的高い温度レベル、したがってまた高い圧力レベルから
始動して始動時間を約８秒にまで縮める。しかしなが
ら、この外部加熱に必要な補助的電気エネルギと、これ
に関係する装置費用とがかかることを無視したとして
も、このように短縮された始動時間は多くの用途に用い
るにはまだまだ不満足なものである。

［発明が解決しようとする課題］ この発明の課題は、金属ハロゲン化物ランプの始動時
間をさらに短縮することである。それには、補助的なエ
ネルギ需要およびエネルギ供給手段を斟酌してランプの
外部加熱を放棄すべきである。さらに、前記欠点を排除
するために、不均一な材質配分が放電容器に生じない、
当該のランプを簡単な製造方法を提供することであっ
た。

［課題を解決するための手段］ 前記課題は、本発明により、冒頭に記載した形式のダ
ブルエンド形高圧放電ランプを製造する方法において、 ａ）放電容器を形成する部分を制限するために石英から
なる連続した円筒状管を所定の長さで加熱しかつ回転狭
窄成形し、 ｂ）予め製造した第１電極系を管の一方端部内へ挿入し
かつ調整し、 ｃ）管を第１電極系のパッキンホイルの部分で加熱しか
つ第１圧潰部を製造し、 ｄ）充填物質を管のまだ開いている第２端部を経て導入
し、 ｅ）放電容器に管のまだ開いている第２端部を経て希ガ
スを充填し、 ｆ）予め製造された第２電極を管のまだ開いている第２
端部を通して挿入しかつ調整し、 ｇ）まだ開いている管の、放電容器から離れた端部を溶
融させ、 ｈ）管を第２電極のパッキンホイルの部分で加熱しかつ
第２圧潰部を製造する、こにより解決される。

請求項２以下には、この発明による有利な実施態様が
列記されている。

［作用］ 放電容器の充填および封止の作業工程はグローブボッ
クスのハイクリーン雰囲気内で行われるため、水素、酸
素のような異種ガスおよびH₂Oによる汚染が極力抑えら
れる。閉じられた放電容器内に封入されているキセノン
を少なくとも−112℃にまで氷結させることによって、
第２圧潰部をグローブボックスの外側で能率よく製造す
ることができる。前記の製造方法により、製造時間の著
しい短縮および全製造方法の簡略化が達成される。放電
容器にもはやポンプパイプが存在しないことに基づき、
そこには異なる壁厚も不均一性もなくなる。このことに
よりランプの光線放射は、従来のポンプパイプ付きラン
プと比べて非常に均一となる。放電容器内のキセノンは
点灯に直接引き続き高い即時発光を惹起するので、その
結果既に金属ハロゲン化物の気化前に十分に高い光電流
が提供される。それゆえ、このランプは、明暗境界の著
しく精確な調整および配置が重要である光学系、たとえ
ば自動車の前照灯で使用するために特に好適である。

［実施例］ この発明を、以下６つの図面を用いてより詳しく説明
する。

第1a図は約150mmの長さで切断された石英ガラスから
なる管１を示している。この管１の外径は約4.5mm、内
径は約2mmである。

炎２を用いて、まず回転状態におかれた管１を加熱
し、次いで変形温度に達したら成形ローラ３を用いて同
時に２つの狭窄部4,5を中央にかつ互いに所定の間隔を
おいて設ける（第1b図）。加熱および成形中には一方の
側から窒素N₂を101/hの量で管１の中を通過させる。狭
窄部4,5を設けることによって、完成時の放電容器６
（第1c図）を約7.5mmの長さに正確に制限する。狭窄部
４は狭窄部５と比べて小さな内径となっている。このこ
とによって両狭窄部4,5の間で完成時の放電容器６の加
熱領域において窒素流N₂のガスせき止め部Ｐが発生し、
その結果この加熱領域は多少膨らみオリーブの実の形状
の楕円形となる。そのオリーブの実の形状は約5.5mmの
外径をとるようになる。

次の作業工程では、予め製造した電極系（第２図）
を、小さい方の直径をもつ狭窄部４を有する管１の端部
内に封止する。この電極系はタングステンからなる電極
７、モリブデンからなるパッキンホイル８並びにモルブ
デンからなるリード線９から構成されている。電極７は
その放電容器６内にある端部に球10を備えている。リー
ド線９はｙ−ｚ面でジグザグ状に曲げられており、その
際曲げられたリード線９をｘ−ｚ面から変位させる角度
αは、45゜より小さく、特に約20゜〜30゜である。曲げ
られたリード線９の折り返し点11をｘ−ｚ面から変位す
る高さｈは、管１の内径ｄの半分より大きい。実際に
は、ｈ≒0.55dに対応した関係が適切であることが判明
した。パッキンホイル８はｘ−ｚ面内に整列されてい
る。したがって曲げられたリード線９のｙ−ｚ面に対し
て垂直である。このように成形された電極系は、管自体
がリード線９の折り目または折り返し点11を締め付けて
管内壁に当接させることにより、管内に支持される。い
ったん管の所定の位置に調節されると、この電極系はそ
の位置を最終的に固定されるまで保持する。リード線９
を管１の内壁へ確実に支持するために、少なくとも３つ
の折り返し点11が各リード線９に設けられている。この
ように構成されたリード線９は、自体から管１軸に心合
わせされる。このことにより放電容器６の中におけるパ
ッキンホイル８のｘ座標での電極７のセンタリングも自
動的に達成される。場合によってはパッキンホイル８の
面に対して垂直方向へのすなわちｙ座標内でのセンタリ
ングのズレが例えばパッキンホイル８の反りによって起
こりうるが、これは圧潰工程時に修正される。

第３図から解るように、引き続き第１圧潰部12を作
る。このためには、管１をパッキンホイル８の領域にお
いて成形に適した約2200℃以上の温度にまで加熱する。
同時に、キセノン流を成形管１の中を通過させる。圧搾
温度に達したならば第１圧潰部12を作る。まず第１にそ
の小さい方の直径の狭窄部４に隣接する圧潰部を封止す
る。この圧潰部の製造それ自体はランプの製造分野の当
業者には周知の工程であるので、図には特に示していな
い。

この第１圧潰部12を備えた管１を次いで浄化のために
グローブボックスに入れて400℃より高い温度でかつ５
×10^-5ミリバールより低い圧力で高真空焼きなましを行
う。このグローブボックス13にはキセノンが充填されて
いる。充填圧はまわりの大気圧と比べて数10ミリバール
以上も違わない。グローブボックス13の充填ガスキセノ
ンは金属ハロゲン化物高圧放電ランプの完成後の充填ガ
スに一致している。グローブボックス13内の作業工程
は、第４図に示されている。

第4a図はグローブボックス13内にある第３図の一方側
が圧潰されたランプを示す。つぎに、ふたたび冷たくな
った放電容器６の中へまず金属ハロゲン化物ピル14と水
銀玉15からなる充填物質とさらに第２の電極系を挿入す
る（第4b図）。これらの充填物質は、大きい方の直径を
もつまだ開いている狭窄部５を経て放電容器６の中へ挿
入する。この電極系は、既に第１圧潰部12の準備段階に
おけると同様に、この電極系に予め決められた位置で自
己支持して位置が調整されているので、電極７は放電容
器６の内側に配設されかつ両電極７の球10の間隔はその
所定の値を正確に保っている。その後、石英管１の開放
端部をグローブボックス13の内部においてプラズマバー
ナ16またはレーザを使って密封溶融させる（第4c図）、
それによりなお溶融先端部17（第4d図）だけがなお残っ
ている。

前述の方法に対する１つの選択的方法では、グローブ
ボックス13にアルゴンを充満させておき、ランプの最終
的な所望の充填ガスのためのキセノンはグローブボック
ス13の内側で別に充填する。この充填は、キセノンをま
だ開いている管１の端部を貫通した掃気カニューレを通
して放電容器６の中へ吹き込むことにより行う。充填物
質14,15と第２の電極系７〜10を挿入した後、もう１年
キセノンで掃気する。キセノンを使った２回にわたる掃
気のかわりに、第２の電極系７〜10の挿入後、グローブ
ボックス13の中に配設したポンプヘッドを使ってガス交
換を行ってもよい。次いで、既に述べたように、管のま
だ開いている第２端部をプラズマバーナで閉じる。この
ようにして密閉した放電容器の場合はグローブボックス
13のアルゴン雰囲気とキセノン充填ガスとの混合物が生
じる。放電容器内のキセノン割合は、ガス交換と溶融封
止との間の管の滞留時間に応じてそれぞれ約50〜95％で
ある。充填ガスの充填圧および組成によって、あとで放
電容器６の中に結果として生じるキセノン冷間充填圧は
予め決めることができる。この密閉した放電容器は約80
0ミリバールの冷間充填圧を有している。

選択的方法で述べたようなアルゴンのグローブボック
ス雰囲気のかわりに、グローブボックス13に窒素または
ヘリウムを充填することも考えられる。その場合もキセ
ノンをふたたび掃気カニューレかあるいはポンプヘッド
を使って前述したように充填しなければならない。この
ような処置の利点は、グローブボックス13の充填用には
安いガスが用いられるし、しかも高価なキセノン自体は
もっはら放電容器の充填用にしか用いられない、という
ことにある。

つぎに、前製造したランプを再びグローブボックス13
から取り出す。その後、すでに第１圧潰部12において説
明したように、第２の電極系のパッキンホイル８の周囲
の領域を約2200℃の圧搾温度にまで加熱して、第２の電
極系を封止することによって第２圧潰部18（第５図）を
形成する。この加熱および圧潰工程中、放電容器６の領
域を液体窒素を用いて−112℃以下にまで冷却し、放電
容器内のキセノンを凍結しかつ金属ハロゲン化物14およ
び水銀15の蒸発を防止する。この低温は圧潰が行われる
まで維持されねばならない。約6mmしかない長さにおい
ての約2400゜Kの高い温度差は、炎をシールド板によっ
て遠ざける一方で、同時に放電容器の下部領域を液体窒
素の吹き付けにより冷却することによって実現される。
加熱すべき圧潰部18の質量はわずかであるために、圧潰
部領域は圧潰部18が出来上がるまでわずか５〜６秒間加
熱すればよい。続いて、この圧潰部18自体は吹きつけ空
気を使って冷却することができる。放電容器６の中に結
果として生じるキセノン冷却充填圧は１〜30バールの範
囲内にある。この圧力はキセノンの完全凍結の場合、密
封管１（第4d図）のキセノン部圧および管１と放電容器
６との体積比から生ずる。管１の中の典型的なキセノン
部分圧600〜800ミリバール、管容積0.30cm³および放電
容器容積0.025cm³の場合は、放電容器６の中のキセノン
冷間充填圧は７〜10バールになる。

さらに水銀玉15の充填もしなくてよい。その際放電容
器内での水銀の役割はキセノンによって受け継がれる。
従来のキセノン高圧ランプと比べて金属ハロゲン化物充
填（たとえばNaSc）を用いると光色の制御が可能となり
かつサイクルプロセスによって寿命を長くすることがで
きる。

続いて、ランプを圧潰装置から取り出し、圧潰部12,1
8から突出している管端部１を全部または一部切除す
る。同じくリード線９のジグザグ形成部も除去すること
ができる。このようにして出来上がった金属ハロゲン化
物高圧放電ランプ19が第５図に示されている。このラン
プとこの発明による充填を用いると発光効率の増加は15
％以上に達する。

この種のランプの光電流の始動が第６図に示されてい
る。ランプ19自体は始動電流を制御する電子式安定器で
作動させた。放電容器６内のキセノン冷却充填圧は約６
バールあでる。始動電流は約3.3アンペアであり、これ
はランプ19の定格電流の約8.5倍に相当する。このこと
から明らかなように、キセノン充填によってほぼ動作開
始直後でも30％の光電流φが、そして約１秒後には90％
の光電流が達成される。

【図面の簡単な説明】

第1a図〜第1c図は放電容器の予備製造工程の略示図、第
２図は電極系の略示図、第３図は第１の圧潰部が形成さ
れた放電容器の部分断面図、第4a図〜第4d図はグローブ
ボックス内での加工工程の略示図、第５図は出来上がっ
た金属ハロゲン化物高圧放電容器の断面図および第６図
は、この発明によるランプの光電流の始動曲線を示す図
である。 １……管、２……炎、３……成形ローラ、4,5……狭窄
部、６……放電容器、７……タングステン電極、８……
パッキンホイル、９……リード線、10……球、11……折
り返し点、12……圧潰部、13……グローブボックス、14
……ハロゲンピル、15……水銀玉、16……プラズマバー
ナ、17……溶融先端部、18……圧潰部、19……金属ハロ
ゲン化物高圧放電ランプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハルトムート・バスチアン ドイツ連邦共和国フオイヒトヴアンゲ ン・ヴアルクミユールヴエーク 35 (72)発明者 シユテフアン・コツター ドイツ連邦共和国ミユンヘン２・ホルツ シユトラーセ 49 (56)参考文献 特開 平２−223131（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−220328（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−127633（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−128179（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−8436（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ランプ（19）が放電容器（６）を有し、該
   放電容器は対向した側に配置された２つの圧潰部（12,1
   8）を有し、該圧潰部中にそれぞれ１つの電極系が気密
   に封入されており、該電極系は放電容器（６）内に配設
   された電極（７）と、圧潰部（12,18）によって封入さ
   れたパッキンホイル（８）と、圧潰部（12,18）からラ
   ンプ長軸方向に突出しているリード線（９）とから成
   り、かつ放電容器（６）が動作を保持する充填物を収容
   しているダブルエンド形高圧放電ランプを製造する方法
   において、 ａ）放電容器（６）を形成する部分を制限するために石
   英からなる連続した円筒状管（１）を所定の長さで加熱
   しかつ回転狭窄成形し、 ｂ）予め製造した第１電極系（７−10）を管（１）の一
   方端部内へ挿入しかつ調整し、 ｃ）管（１）を第１電極系のパッキンホイル（８）の部
   分で加熱しかつ第１圧潰部（12）を製造し、 ｄ）充填物質（14,15）を管（１）のまだ開いている第
   ２端部を経て導入し、 ｅ）放電容器（６）に管（１）のまだ開いている第２端
   部を経て希ガスを充填し、 ｆ）予め製造された第２電極（７−10）を管（１）のま
   だ開いている第２端部を通して挿入しかつ調整し、 ｇ）まだ開いている管（１）の、放電容器（６）から離
   れた端部を溶融させ、 ｈ）管（１）を第２電極（７−10）のパッキンホイル
   （８）の部分で加熱しかつ第２圧潰部（18）を製造す
   る、 ことを特徴とする、ダブルエンド形高圧放電ランプの製
   造方法。
2. 【請求項２】作業工程ａ）〜ｃ）の間中、不活性ガス流
   を開いた管（１）を貫流させる請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】作業工程ｃ）の後で、放電容器（６）を高
   真空中で灼熱する請求項１または２記載の方法。
4. 【請求項４】作業工程ｄ）からｇ）までを気密閉鎖装置
   （13）の内部で行い、その際該装置（13）は放電容器
   （６）を形成する部分と同様に、同一希ガスを充填ガス
   として含有している請求項１から３までのいずれか１項
   記載の方法。
5. 【請求項５】希ガスがキセノンである請求項４記載の方
   法。
6. 【請求項６】作業工程ｄ）〜ｇ）を気密閉鎖装置（13）
   の内部で行い、その際該装置（13）は放電容器（６）の
   充填ガスとは異なる不活性ガスを含有している請求項１
   から３までのいずれか１項記載の方法。
7. 【請求項７】作業工程ｄ）およびｇ）の前に、放電容器
   （６）を形成する部分に最終的な充填ガスを充填する請
   求項６記載の方法。
8. 【請求項８】作業工程ｇ）の実施のためにプラズマバー
   ナ（16）かあるいはレーザを使用する請求項１から７ま
   でのいずれか１項記載の方法。
9. 【請求項９】作業工程ｈ）の実施のために放電容器
   （６）の一部を少なくとも−112℃まで冷却する請求項
   １から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 【請求項１０】作業工程ｂ）とｆ）の実施のためにリー
    ド線（９）が管（１）の内部に自己支持する形状を有す
    る請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 【請求項１１】リード線（９）が少なくとも３つの支持
    点（11）で管（１）の内壁に支持されている請求項10記
    載の方法。
12. 【請求項１２】作業工程ｈ）に続いて、圧潰部（12,1
    8）を越えて延びておりかつまたリード線（９）の支持
    点（11）を有する部分が配置されたそれぞれの管（１）
    を完全にまたは部分的に分離する請求項１から11までの
    いずれか１項記載の方法。