JP3553044B2 - 発光管の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光管の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の放電ランプ、例えば高圧水銀ランプには、内部に電極が設けられ、かつ水銀や希ガス等が封入された発光部と、この発光部の両端部に形成された封止部とを有する石英ガラス製の発光管を備えたものが知られている。
【０００３】
このような従来の高圧水銀ランプの製造方法、特にそれに用いられている発光管の封止部形成方法としては、発光管の材料である直管状の石英ガラス管の封止部形成予定部を加熱軟化させてピンチ封止またはシュリンク封止する方法がある。
【０００４】
石英ガラス管を加熱軟化させる熱源には、一般的に使用されているガスバーナーに比して加工精度が高く、封止耐圧の高い高品質な発光管を得ることができるレーザービームを用いることが提案されている（特開昭５７−１０９２３４号公報や特許第２９９７４６４号公報等）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなレーザービームを用いた従来の高圧水銀ランプの製造方法では、レーザービームが被加工物である石英ガラス管に対して局部的にしか加熱できないため、特に封止部の長さが長い発光管を製造する場合、石英ガラス管の長尺な封止部形成予定部全体を加熱軟化させるのに要する時間が長くなり、生産効率が低くなるという問題とともに、封止部形成予定部全体を十分に加熱軟化させるのに大出力のレーザービームが必要となるため、装置が大型化してコストが高くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、耐圧性の高い高品質な発光管を得ることができ、かつ生産効率を向上させることができる低コストな発光管の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光管の製造方法は、内部に電極が設けられた発光部と、この発光部の端部に形成された封止部とを有する発光管の製造方法であって、前記発光管の材料である透光性絶縁管の発光部形成予定部に隣接した封止部形成予定部に前記電極を有する電極体を挿入し、その後、前記封止部形成予定部のうち前記発光部形成予定部側の端部を前記レーザービームによって加熱軟化させて封止し、前記封止部形成予定部の前記発光部形成予定部側の端部以外の部分を前記ガスバーナーによって加熱軟化させて封止し、前記封止部を形成する。
【０００８】
これにより、封止部形成予定部を加熱軟化させる熱源であるレーザービームとガスバーナーとを封止部形成予定部の各領域ごとに適宜使い分けることができる。特に封止部形成予定部のうち高い加工精度が求められる部分、例えば封止部形成予定部の発光部形成予定部側の端部においてレーザービームを用いることで、歪みがなく、かつより気密な封止を行うことができ、耐圧性の高い高品質な発光管を得ることができる。また封止部形成予定部の高い加工精度が求められる部分以外の部分においてはレーザービームに比して熱容量が大きくかつ加熱範囲が広いガスバーナーを用いることで、広範囲な領域を短時間で封止することができるので、生産効率を向上させることができる。また、レーザービームによって加熱軟化させる領域を特に高い加工精度が求められる部分に限定することで、出力の小さいレーザービームを使用することが可能となり、それにともない装置を小型化することができ、低コスト化を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態である発光管の製造方法を用いて製造された高圧水銀ランプの発光管１は、石英ガラス製であり、図５に示すように、長さ１０ｍｍ、最大外径１０ｍｍの回転楕円体状の発光部２と、この発光部２の両端部に形成された長さ２５ｍｍ、外径６ｍｍの円柱状の封止部３とを備えている。
【００１２】
発光部２内の両端部には、先端部に電極コイル４が取り付けられた電極リード棒５を有するタングステン製の電極６が設けられている。この電極６は、封止部３に封止されたモリブデン等の金属箔７を介してリード線８に接続されている。
【００１３】
また、発光部２内には、水銀、金属ハロゲン化物、および希ガス等がそれぞれ所定量封入されている。
【００１４】
次に、このような高圧水銀ランプの発光管１の製造方法について説明する。
【００１５】
発光管１の材料としては、図１に示すような石英ガラス製の直管状の透光性絶縁管９を用いる。
【００１６】
まず、この透光性絶縁管９に後述の発光部形成予定部１５を形成する。以下、その手順について説明する。
【００１７】
図示はしていないが、この透光性絶縁管９の中央部を酸素と水素とを燃料とするガスバーナによって加熱軟化させる。その後、透光性絶縁管９の一方の開口部１２を一時的に閉じ、不活性ガスを透光性絶縁管９の他方の開口部１２から透光性絶縁管９内へ吹き込むことにより、透光性絶縁管９の軟化した部分をその不活性ガスの圧力によって膨らませる。さらに、透光性絶縁管９の膨らんだ部分に金型を押し当てることにより、その部分を回転楕円体状に成型する。このようにして発光部形成予定部１５を形成する。
【００１８】
次に、透光性絶縁管９の発光部形成予定部１５に隣接し、かつ内部が連通した部分、すなわち後述の封止部形成予定部１３ａ，１３ｂを封止し、封止部３を形成する。以下、その手順について説明する。
【００１９】
図１に示すように、透光性絶縁管９を垂直に立てた状態でその両端部をチャック１０によって挟み込み、透光性絶縁管９を保持する。次に、後述の電極体１１を透光性絶縁管９の封止を行う側の開口部１２から透光性絶縁管９の封止部形成予定部１３ａ内へ挿入する。
【００２０】
電極体１１とは、電極６、金属箔７およびリード線８をそれぞれ組み立て一体化した組立部品である。また、電極体１１のリード線８の端部には一部が封止部形成予定部１３ａの内面に圧接した菱形状のばね１４が取り付けられており、電極体１１はこのばね１４の弾性応力によって封止部形成予定部１３ａ内の所定位置に保持されている。
【００２１】
電極体１１の挿入後、透光性絶縁管９の長手方向の軸Ｘ（図１参照）を中心として、透光性絶縁管９を一定速度で回転させながら、封止部形成予定部１３ａの発光部形成予定部１５側の端部、すなわち領域Ａ（図１参照）にレーザービーム発振装置１６から発振されたレーザービーム１７を照射して、領域Ａを加熱軟化させて収縮によって密閉する。すなわちシュリンク封止する。封止の際、透光性絶縁管９内はアルゴンガス等の不活性ガスで満たされている。
【００２２】
なお、図１中、１８はレーザービーム１７を発振する光源部を、１９はレーザービーム１７を反射させる反射鏡を、２０はレーザービーム１７を集光する集光レンズをそれぞれ示す。
【００２３】
レーザービーム１７には、例えば炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー、ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザー、半導体レーザー等を用いることができる。
【００２４】
次に、図１に示す状態から図２に示すように、レーザービーム発振装置１６を上方へ移動させ、透光性絶縁管９の領域Ａに隣接した領域Ｂ（図２参照）にレーザービーム１７を照射して、領域Ｂを加熱軟化させる。領域Ｂにレーザービーム１７を照射するのと同時に、または領域Ｂがレーザービーム１７によってシュリンク封止されてしまう前にガスバーナー２１を点火し、ガスバーナー２１の炎を領域Ｂの一部と、透光性絶縁管９の領域Ｂに隣接した領域Ｃ（図２参照）の一部に当てる。これによって領域Ｂをレーザービーム１７とガスバーナー２１との両方によって加熱軟化し、シュリンク封止する。
【００２５】
なお、完成した発光管１を点灯させた際、電極リード棒５の根元部分には発光部２内に封入された高圧の封入ガスが侵入してクラックが発生しやすい。したがって、電極リード棒５の根元部分を含む領域Ａは、特に気密性が高くかつ歪みのない加工が必要となる。
【００２６】
領域Ｂを封止した後、レーザービーム１７の照射を停止し、図３に示すようにガスバーナー２１を上方へ連続的に移動させて、つまり領域Ｃにおいて発光部形成予定部１５側から発光部形成予定部１５とは反対側へ向かって順次加熱軟化してシュリンク封止する。このようにして封止部形成予定部１３ａ全体を封止し、一方の封止部３を形成する。
【００２７】
次に、図３に示す状態から図４に示すように、透光性絶縁管９の上下を反転させて、封止部３が下側に位置するように透光性絶縁管９を垂直に立てた状態でその両端部をチャック１０によって保持する。
【００２８】
そして、他方の封止部形成予定部１３ｂの開口部１２から水銀等の封入物を投入した後、同じく封止部形成予定部１３ｂの開口部１２から電極体１１を挿入して封止部形成予定部１３ｂ内の所定位置に保持する。
【００２９】
その後、上記した一方の封止部３の形成手順と同じ手順で他方の封止部形成予定部１３ｂを封止し、他方の封止部３を形成する。封止部形成予定部１３ｂを加熱軟化させる際、図示はしていないが、発光部形成予定部１５内の封入物、例えば水銀が蒸気化しないように、発光部形成予定部１５を液体窒素等によって冷却しながら行うことが好ましい。
【００３０】
発光部２は、各々の封止部３が形成されると同時に形成されることになる。
【００３１】
発光部２および封止部３が形成された後、透光性絶縁管９の両端部の領域Ｄ（図４参照。ただし、図４中、一方のみ図示）を切り落とし、図５に示すような発光管１が製造される。
【００３２】
この後、発光管１に口金（図示せず）等が取り付けられ高圧水銀ランプが製造される。
【００３３】
このような発光管の製造方法を用いて定格電力１５０Ｗの高圧水銀ランプの発光管１（以下、「本発明品」という）を製造したところ、一箇所の封止部形成予定部１３ａ（長さ２５ｍｍ、外径６ｍｍ、厚さ２ｍｍ）を封止するのに要した時間は、領域Ａと領域Ｂとの合計長さが２．２ｍｍとして、８２秒であった。
【００３４】
また、比較のために、封止部形成予定部１３ａ全体をレーザービーム１７のみによって封止する点を除いて本発明の上記の実施の形態と同じ製造方法を用いて、同じく定格電力１５０Ｗの高圧水銀ランプの発光管１（以下、「比較品」という）を製造したところ、一箇所の封止部形成予定部１３ａを封止するのに要した時間は４００秒であった。
【００３５】
なお、レーザービーム１７には、出力８０Ｗの炭酸ガスレーザーをそれぞれ用いた。
【００３６】
また、本発明品および比較品を定格電力でそれぞれ点灯させたところ、両者とも定格寿命（２０００時間）中、発光管１にクラックが発生したものはなかった。よって、両者とも耐圧性が高いことが確認された。
【００３７】
以上のように本発明の発光管の製造方法においては、発光管１の材料である透光性絶縁管９の発光部形成予定部１５に隣接した封止部形成予定部１３ａ，１３ｂに電極６を有する電極体１１を挿入し、その後、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂをレーザービーム１７とガスバーナー２１との併用によって加熱軟化させて封止し、封止部３を形成する。このとき、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂを加熱軟化させる熱源であるレーザービーム１７とガスバーナー２１とを封止部形成予定部１３ａ，１３ｂの各領域ごとに適宜使い分けることが好ましい。特に封止部形成予定部１３ａ，１３ｂのうち高い加工精度が求められる部分、例えば封止部形成予定部１３ａ，１３ｂの発光部形成予定部１５側の端部においてレーザービーム１７を用いることで、歪みがなく、かつより気密な封止を行うことができ、耐圧性の高い高品質な発光管１を得ることができる。また、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂの高い加工精度が求められる部分以外の部分においてはレーザービーム１７に比して熱容量が大きくかつ加熱範囲が広いガスバーナー２１を用いることで、広範囲な領域を短時間で封止することができるので、生産効率を向上させることができる。また、レーザービーム１７によって加熱軟化させる領域を限定することで、出力の小さいレーザービーム１７を使用することが可能となり、それにともない装置を小型化することができ、低コスト化を図ることができる。
【００３８】
特に、上述したように封止部形成予定部１３ａ，１３ｂのうち発光部形成予定部１５側の端部をレーザービーム１７によって加熱軟化して封止することが好ましい。これにより、発光部２の電極リード棒５の根元部分の発光部２の内面が図５に示すような滑らかな平面または曲面にすることができるので、その部分の耐圧性を向上させることができる。
【００３９】
また、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂのうち発光部形成予定部１５側の端部（例えば領域Ａ）をレーザービーム１７によって加熱軟化させて封止し終える直前または封止し終えた後、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂのうちレーザービーム１７によって加熱軟化させた領域（以下、単に「領域Ｙ」という）に隣接する領域（以下、単に「領域Ｚ」という）をガスバーナー２１によって加熱軟化し始めることが好ましい。これにより、領域Ｚをガスバーナー２１によって加熱軟化させる際、領域Ｚはこの領域Ｚに隣接した領域Ｙが加熱されたときの熱によって予熱されているので、領域Ｚを短時間で封止することができ、その結果、発光部形成予定部１５が広がりをもつガスバーナー２１の炎にさらされる時間が短くなり、よって、発光部形成予定部１５内に封入ガスが封入されている場合において、封入ガスの熱膨張による発光部形成予定部１５の破損を防止することができる。
【００４０】
また、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂにおいて、例えば領域Ｂのようにレーザービーム１７によって加熱軟化させる領域の少なくとも一部と、ガスバーナー２１によって加熱軟化させる領域の一部とが重なっていることが好ましい。これにより、レーザービーム１７によって加熱軟化させる領域とガスバーナー２１によって加熱軟化させる領域との境界部分の温度がその境界部分の周辺部分の温度より低くなって封止が十分に行えず、それによって気密性が低下してその部分に気泡が混入するのを防止することができる。また形成後の封止部３に歪みが生じて、耐圧性が低下するのを防止することができる。
【００４１】
さらに、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂを、発光部形成予定部１５側の端部から発光部形成予定部１５とは反対側の端部へ向かって順次封止していくことが好ましい。これにより、封止する際に、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂ内の封入ガスが全て透光性絶縁管９の外部に排出することができる。よって封止部形成予定部１３ａ，１３ｂ内の封入ガスが発光部形成予定部１５内に圧縮され、発光部形成予定部１５内のガス圧力が過剰に高くなって、発光部形成予定部１５が破損するのを防止することができる。
【００４２】
しかし、例えば発光部形成予定部１５内のガス圧がもともと低かったり、発光部形成予定部１５の肉厚が十分に厚かったりした場合は、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂを、発光部形成予定部１５とは反対側の端部から発光部形成予定部１５側の端部へ向かって順次封止していくことが好ましい。これにより、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂ内の封入ガスを発光部形成予定部１５内に圧縮し、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂ内の封入ガスを無駄なく有効に利用することができる。この場合、最初に、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂを、発光部形成予定部１５とは反対側の端部から発光部形成予定部１５側の端部へ向かってガスバーナーにより封止し、最後に、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂのうち発光部形成予定部１５側の端部をレーザービームにより封止し終えることが好ましい。
【００４３】
なお、上記実施の形態では、石英ガラス製の透光性絶縁管９を用いた場合について説明したが、石英ガラス以外に例えば硼珪酸塩ガラスや透光性アルミナ等の透光性絶縁管を用いた場合でも上記と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
また、上記実施の形態では、軟化した封止部形成予定部１３ａ，１３ｂを封止する方法として、シュリンク封止を用いた場合について説明したが、これ以外に軟化した封止部形成予定部１３ａ，１３ｂを挟み込んで押しつぶす、すなわちピンチ封止を用いた場合でも上記と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、上記実施の形態では、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂにおいて、レーザービーム１７によって加熱軟化させる領域を領域Ａ、領域Ｂ、またガスバーナー２１によって加熱軟化させる領域を領域Ｃとしたが、レーザービーム１７によって加熱軟化させる領域、またガスバーナー２１によって加熱軟化させる領域は適宜選択することができる。例えば領域Ｂをガスバーナー２１によって、また領域Ｃの一部をレーザービーム１７によってそれぞれ加熱軟化させてもよい。
【００４６】
さらに、上記実施の形態では、高圧水銀ランプの発光管の製造方法を例示して説明したが、本発明は例えばメタルハライドランプや片封止形の放電ランプ等における発光管の製造方法にも適用することができる。
【００４７】
（実施の形態２）
図６は、実施の形態１で説明した本発明の製造方法によって得た発光管を用いた反射鏡（リフレクタ）付き放電ランプの一例を示した一部切り欠き斜視図である。
【００４８】
図示したように、本実施の形態の反射鏡付き放電ランプ３０は、反射鏡３１と、実施の形態１の製造方法に従い製造された発光管１とからなる。発光管１は、電極コイル４（図５参照）間に形成されるアーク軸が反射鏡３１の光軸上に位置するように、反射鏡３１内側に反射鏡３１と一体化されている。反射鏡３１は、セラミック製で、漏斗形状を有し、その内面に酸化チタン−酸化シリコンの蒸着膜からなる反射面を有している。反射鏡３１の開口とは反対側の端部に筒部３１ａを有する。
【００４９】
発光管１の一方の封止部３（図５参照）には口金３５が取り付けられている。この口金３５が反射鏡３１の筒部３１ａ内に挿入され、絶縁セメント３７により両者が固着されることによって、反射鏡３１と発光管１とが一体化されている。
【００５０】
発光管１の一方のリード線８（図５参照）は口金３５に電気的に接続される。また、他方のリード線８は、電力供給線３９の一端に接続される。電力供給線３９の他端は反射鏡３１を貫通し、反射鏡３１の反射面とは反対側に導出されている。
【００５１】
以上の反射鏡付き放電ランプ３０は、例えば、液晶プロジェクタの光源として使用される。
【００５２】
（実施の形態３）
図７は、実施の形態１で説明した本発明の製造方法によって得た発光管を用いた自動車前照灯用放電ランプの一例を示した断面図である。
【００５３】
図示したように、本実施の形態の３５Ｗ自動車前照灯用放電ランプ４０は、実施の形態１の製造方法に従い製造された発光管１と、外管４２と、口金４３とからなる。
【００５４】
発光管１は、発光部２と、その両端の封止部３ａ，３ｂと、一方の封止部３ｂの端部に連設した筒状の円筒部（未封止部分）１ａとを有する。
【００５５】
外管４２は発光管１を包囲し、外管４２の両端は発光管１の両端の外周面に融着されている。
【００５６】
口金４３はポリエーテルイミド等の樹脂からなる。発光管１の円筒部１ａ側の端部が口金４３の中央の穴に挿入されるとともに、口金４３に取り付けられた保持体４４が外管４２の一方の端部を保持することにより、発光管１は口金４３に保持されている。
【００５７】
発光管１の発光部２内には、一対の電極６ａ，６ｂを有するとともに、水銀と、金属ハロゲン化物としてＳｃＩ３、ＮａＩと、始動用ガスとしてキセノンとが封入されている。一方の電極６ａは、金属箔７ａを介してリード線８ａに接続され、リード線８ａは電力供給線４５の一端に接続される。電力供給線４５は外管４２の外側にこれと略平行に配置され、電力供給線４５の他端は口金４３に設けられた電力供給端子４７ａに接続されている。また、他方の電極６ｂは、金属箔７ｂを介してリード線８ｂに接続され、リード線８ｂは口金４３に設けられた電力供給端子４７ｂに接続されている。
【００５８】
上記の実施の形態２，３の放電ランプは、上記実施の形態１に示した製造方法により得られた発光管を備えるので、発光管の耐圧性が高く、高品質で、生産性が高く、低コストである。
【００５９】
なお、本発明の製造法により得られた発光管を備える放電ランプの構成は上記の実施の形態２，３に示した例に限定されない。本発明の発光管は、公知の放電ランプの発光管として広く使用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、耐圧性の高い高品質な発光管を得ることができるとともに、生産効率を向上させることができる低コストな発光管の製造方法を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光管の製造方法の一実施形態の一工程を説明するための断面図
【図２】同じく発光管の製造方法の一実施形態の一工程を説明するための断面図
【図３】同じく発光管の製造方法の一実施形態の一工程を説明するための断面図
【図４】同じく発光管の製造方法の一実施形態の一工程を説明するための断面図
【図５】本発明の製造方法によって製造された発光管の正面断面図
【図６】本発明の製造方法によって製造された発光管を用いた反射鏡付き放電ランプの一実施形態を示した一部切り欠き斜視図
【図７】本発明の製造方法によって製造された発光管を用いた自動車前照灯用放電ランプの一実施形態を示した断面図
【符号の説明】
１ 発光管
２ 発光部
３ 封止部
４ 電極コイル
５ 電極リード棒
６ 電極
７ 金属箔
８ リード線
９ 透光性絶縁管
１０ チャック
１１ 電極体
１２ 開口部
１３ａ，１３ｂ 封止部形成予定部
１４ ばね
１５ 発光部形成予定部
１６ レーザービーム発振装置
１７ レーザービーム
１８ 光源部
１９ 反射鏡
２０ 集光レンズ
２１ ガスバーナー
３０ 反射鏡付き放電ランプ
３１ 反射鏡
３１ａ 筒部
３５ 口金
３７ 絶縁セメント
３９ 電力供給線
４０ 自動車前照灯用放電ランプ
４２ 外管
４３ 口金
４４ 保持体
４５ 電力供給線
４７ａ，４７ｂ 電力供給端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光管の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の放電ランプ、例えば高圧水銀ランプには、内部に電極が設けられ、かつ水銀や希ガス等が封入された発光部と、この発光部の両端部に形成された封止部とを有する石英ガラス製の発光管を備えたものが知られている。
【０００３】
このような従来の高圧水銀ランプの製造方法、特にそれに用いられている発光管の封止部形成方法としては、発光管の材料である直管状の石英ガラス管の封止部形成予定部を加熱軟化させてピンチ封止またはシュリンク封止する方法がある。
【０００４】
石英ガラス管を加熱軟化させる熱源には、一般的に使用されているガスバーナーに比して加工精度が高く、封止耐圧の高い高品質な発光管を得ることができるレーザービームを用いることが提案されている（特開昭５７−１０９２３４号公報や特許第２９９７４６４号公報等）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなレーザービームを用いた従来の高圧水銀ランプの製造方法では、レーザービームが被加工物である石英ガラス管に対して局部的にしか加熱できないため、特に封止部の長さが長い発光管を製造する場合、石英ガラス管の長尺な封止部形成予定部全体を加熱軟化させるのに要する時間が長くなり、生産効率が低くなるという問題とともに、封止部形成予定部全体を十分に加熱軟化させるのに大出力のレーザービームが必要となるため、装置が大型化してコストが高くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、耐圧性の高い高品質な発光管を得ることができ、かつ生産効率を向上させることができる低コストな発光管の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光管の製造方法は、内部に電極が設けられた発光部と、この発光部の端部に形成された封止部とを有する発光管の製造方法であって、前記発光管の材料である透光性絶縁管の発光部形成予定部に隣接した封止部形成予定部に前記電極を有する電極体を挿入し、その後、前記封止部形成予定部のうち前記発光部形成予定部側の端部を前記レーザービームによって加熱軟化させて封止し、前記封止部形成予定部の前記発光部形成予定部側の端部以外の部分を前記ガスバーナーによって加熱軟化させて封止し、前記封止部を形成する。
【０００８】
これにより、封止部形成予定部を加熱軟化させる熱源であるレーザービームとガスバーナーとを封止部形成予定部の各領域ごとに適宜使い分けることができる。特に封止部形成予定部のうち高い加工精度が求められる部分、例えば封止部形成予定部の発光部形成予定部側の端部においてレーザービームを用いることで、歪みがなく、かつより気密な封止を行うことができ、耐圧性の高い高品質な発光管を得ることができる。また封止部形成予定部の高い加工精度が求められる部分以外の部分においてはレーザービームに比して熱容量が大きくかつ加熱範囲が広いガスバーナーを用いることで、広範囲な領域を短時間で封止することができるので、生産効率を向上させることができる。また、レーザービームによって加熱軟化させる領域を特に高い加工精度が求められる部分に限定することで、出力の小さいレーザービームを使用することが可能となり、それにともない装置を小型化することができ、低コスト化を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態である発光管の製造方法を用いて製造された高圧水銀ランプの発光管１は、石英ガラス製であり、図５に示すように、長さ１０ｍｍ、最大外径１０ｍｍの回転楕円体状の発光部２と、この発光部２の両端部に形成された長さ２５ｍｍ、外径６ｍｍの円柱状の封止部３とを備えている。
【００１２】
発光部２内の両端部には、先端部に電極コイル４が取り付けられた電極リード棒５を有するタングステン製の電極６が設けられている。この電極６は、封止部３に封止されたモリブデン等の金属箔７を介してリード線８に接続されている。
【００１３】
また、発光部２内には、水銀、金属ハロゲン化物、および希ガス等がそれぞれ所定量封入されている。
【００１４】
次に、このような高圧水銀ランプの発光管１の製造方法について説明する。
【００１５】
発光管１の材料としては、図１に示すような石英ガラス製の直管状の透光性絶縁管９を用いる。
【００１６】
まず、この透光性絶縁管９に後述の発光部形成予定部１５を形成する。以下、その手順について説明する。
【００１７】
図示はしていないが、この透光性絶縁管９の中央部を酸素と水素とを燃料とするガスバーナによって加熱軟化させる。その後、透光性絶縁管９の一方の開口部１２を一時的に閉じ、不活性ガスを透光性絶縁管９の他方の開口部１２から透光性絶縁管９内へ吹き込むことにより、透光性絶縁管９の軟化した部分をその不活性ガスの圧力によって膨らませる。さらに、透光性絶縁管９の膨らんだ部分に金型を押し当てることにより、その部分を回転楕円体状に成型する。このようにして発光部形成予定部１５を形成する。
【００１８】
次に、透光性絶縁管９の発光部形成予定部１５に隣接し、かつ内部が連通した部分、すなわち後述の封止部形成予定部１３ａ，１３ｂを封止し、封止部３を形成する。以下、その手順について説明する。
【００１９】
図１に示すように、透光性絶縁管９を垂直に立てた状態でその両端部をチャック１０によって挟み込み、透光性絶縁管９を保持する。次に、後述の電極体１１を透光性絶縁管９の封止を行う側の開口部１２から透光性絶縁管９の封止部形成予定部１３ａ内へ挿入する。
【００２０】
電極体１１とは、電極６、金属箔７およびリード線８をそれぞれ組み立て一体化した組立部品である。また、電極体１１のリード線８の端部には一部が封止部形成予定部１３ａの内面に圧接した菱形状のばね１４が取り付けられており、電極体１１はこのばね１４の弾性応力によって封止部形成予定部１３ａ内の所定位置に保持されている。
【００２１】
電極体１１の挿入後、透光性絶縁管９の長手方向の軸Ｘ（図１参照）を中心として、透光性絶縁管９を一定速度で回転させながら、封止部形成予定部１３ａの発光部形成予定部１５側の端部、すなわち領域Ａ（図１参照）にレーザービーム発振装置１６から発振されたレーザービーム１７を照射して、領域Ａを加熱軟化させて収縮によって密閉する。すなわちシュリンク封止する。封止の際、透光性絶縁管９内はアルゴンガス等の不活性ガスで満たされている。
【００２２】
なお、図１中、１８はレーザービーム１７を発振する光源部を、１９はレーザービーム１７を反射させる反射鏡を、２０はレーザービーム１７を集光する集光レンズをそれぞれ示す。
【００２３】
レーザービーム１７には、例えば炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー、ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザー、半導体レーザー等を用いることができる。
【００２４】
次に、図１に示す状態から図２に示すように、レーザービーム発振装置１６を上方へ移動させ、透光性絶縁管９の領域Ａに隣接した領域Ｂ（図２参照）にレーザービーム１７を照射して、領域Ｂを加熱軟化させる。領域Ｂにレーザービーム１７を照射するのと同時に、または領域Ｂがレーザービーム１７によってシュリンク封止されてしまう前にガスバーナー２１を点火し、ガスバーナー２１の炎を領域Ｂの一部と、透光性絶縁管９の領域Ｂに隣接した領域Ｃ（図２参照）の一部に当てる。これによって領域Ｂをレーザービーム１７とガスバーナー２１との両方によって加熱軟化し、シュリンク封止する。
【００２５】
なお、完成した発光管１を点灯させた際、電極リード棒５の根元部分には発光部２内に封入された高圧の封入ガスが侵入してクラックが発生しやすい。したがって、電極リード棒５の根元部分を含む領域Ａは、特に気密性が高くかつ歪みのない加工が必要となる。
【００２６】
領域Ｂを封止した後、レーザービーム１７の照射を停止し、図３に示すようにガスバーナー２１を上方へ連続的に移動させて、つまり領域Ｃにおいて発光部形成予定部１５側から発光部形成予定部１５とは反対側へ向かって順次加熱軟化してシュリンク封止する。このようにして封止部形成予定部１３ａ全体を封止し、一方の封止部３を形成する。
【００２７】
次に、図３に示す状態から図４に示すように、透光性絶縁管９の上下を反転させて、封止部３が下側に位置するように透光性絶縁管９を垂直に立てた状態でその両端部をチャック１０によって保持する。
【００２８】
そして、他方の封止部形成予定部１３ｂの開口部１２から水銀等の封入物を投入した後、同じく封止部形成予定部１３ｂの開口部１２から電極体１１を挿入して封止部形成予定部１３ｂ内の所定位置に保持する。
【００２９】
その後、上記した一方の封止部３の形成手順と同じ手順で他方の封止部形成予定部１３ｂを封止し、他方の封止部３を形成する。封止部形成予定部１３ｂを加熱軟化させる際、図示はしていないが、発光部形成予定部１５内の封入物、例えば水銀が蒸気化しないように、発光部形成予定部１５を液体窒素等によって冷却しながら行うことが好ましい。
【００３０】
発光部２は、各々の封止部３が形成されると同時に形成されることになる。
【００３１】
発光部２および封止部３が形成された後、透光性絶縁管９の両端部の領域Ｄ（図４参照。ただし、図４中、一方のみ図示）を切り落とし、図５に示すような発光管１が製造される。
【００３２】
この後、発光管１に口金（図示せず）等が取り付けられ高圧水銀ランプが製造される。
【００３３】
このような発光管の製造方法を用いて定格電力１５０Ｗの高圧水銀ランプの発光管１（以下、「本発明品」という）を製造したところ、一箇所の封止部形成予定部１３ａ（長さ２５ｍｍ、外径６ｍｍ、厚さ２ｍｍ）を封止するのに要した時間は、領域Ａと領域Ｂとの合計長さが２．２ｍｍとして、８２秒であった。
【００３４】
また、比較のために、封止部形成予定部１３ａ全体をレーザービーム１７のみによって封止する点を除いて本発明の上記の実施の形態と同じ製造方法を用いて、同じく定格電力１５０Ｗの高圧水銀ランプの発光管１（以下、「比較品」という）を製造したところ、一箇所の封止部形成予定部１３ａを封止するのに要した時間は４００秒であった。
【００３５】
なお、レーザービーム１７には、出力８０Ｗの炭酸ガスレーザーをそれぞれ用いた。
【００３６】
また、本発明品および比較品を定格電力でそれぞれ点灯させたところ、両者とも定格寿命（２０００時間）中、発光管１にクラックが発生したものはなかった。よって、両者とも耐圧性が高いことが確認された。
【００３７】
以上のように本発明の発光管の製造方法においては、発光管１の材料である透光性絶縁管９の発光部形成予定部１５に隣接した封止部形成予定部１３ａ，１３ｂに電極６を有する電極体１１を挿入し、その後、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂをレーザービーム１７とガスバーナー２１との併用によって加熱軟化させて封止し、封止部３を形成する。このとき、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂを加熱軟化させる熱源であるレーザービーム１７とガスバーナー２１とを封止部形成予定部１３ａ，１３ｂの各領域ごとに適宜使い分けることが好ましい。特に封止部形成予定部１３ａ，１３ｂのうち高い加工精度が求められる部分、例えば封止部形成予定部１３ａ，１３ｂの発光部形成予定部１５側の端部においてレーザービーム１７を用いることで、歪みがなく、かつより気密な封止を行うことができ、耐圧性の高い高品質な発光管１を得ることができる。また、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂの高い加工精度が求められる部分以外の部分においてはレーザービーム１７に比して熱容量が大きくかつ加熱範囲が広いガスバーナー２１を用いることで、広範囲な領域を短時間で封止することができるので、生産効率を向上させることができる。また、レーザービーム１７によって加熱軟化させる領域を限定することで、出力の小さいレーザービーム１７を使用することが可能となり、それにともない装置を小型化することができ、低コスト化を図ることができる。
【００３８】
特に、上述したように封止部形成予定部１３ａ，１３ｂのうち発光部形成予定部１５側の端部をレーザービーム１７によって加熱軟化して封止することが好ましい。これにより、発光部２の電極リード棒５の根元部分の発光部２の内面が図５に示すような滑らかな平面または曲面にすることができるので、その部分の耐圧性を向上させることができる。
【００３９】
また、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂのうち発光部形成予定部１５側の端部（例えば領域Ａ）をレーザービーム１７によって加熱軟化させて封止し終える直前または封止し終えた後、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂのうちレーザービーム１７によって加熱軟化させた領域（以下、単に「領域Ｙ」という）に隣接する領域（以下、単に「領域Ｚ」という）をガスバーナー２１によって加熱軟化し始めることが好ましい。これにより、領域Ｚをガスバーナー２１によって加熱軟化させる際、領域Ｚはこの領域Ｚに隣接した領域Ｙが加熱されたときの熱によって予熱されているので、領域Ｚを短時間で封止することができ、その結果、発光部形成予定部１５が広がりをもつガスバーナー２１の炎にさらされる時間が短くなり、よって、発光部形成予定部１５内に封入ガスが封入されている場合において、封入ガスの熱膨張による発光部形成予定部１５の破損を防止することができる。
【００４０】
また、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂにおいて、例えば領域Ｂのようにレーザービーム１７によって加熱軟化させる領域の少なくとも一部と、ガスバーナー２１によって加熱軟化させる領域の一部とが重なっていることが好ましい。これにより、レーザービーム１７によって加熱軟化させる領域とガスバーナー２１によって加熱軟化させる領域との境界部分の温度がその境界部分の周辺部分の温度より低くなって封止が十分に行えず、それによって気密性が低下してその部分に気泡が混入するのを防止することができる。また形成後の封止部３に歪みが生じて、耐圧性が低下するのを防止することができる。
【００４１】
さらに、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂを、発光部形成予定部１５側の端部から発光部形成予定部１５とは反対側の端部へ向かって順次封止していくことが好ましい。これにより、封止する際に、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂ内の封入ガスが全て透光性絶縁管９の外部に排出することができる。よって封止部形成予定部１３ａ，１３ｂ内の封入ガスが発光部形成予定部１５内に圧縮され、発光部形成予定部１５内のガス圧力が過剰に高くなって、発光部形成予定部１５が破損するのを防止することができる。
【００４２】
しかし、例えば発光部形成予定部１５内のガス圧がもともと低かったり、発光部形成予定部１５の肉厚が十分に厚かったりした場合は、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂを、発光部形成予定部１５とは反対側の端部から発光部形成予定部１５側の端部へ向かって順次封止していくことが好ましい。これにより、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂ内の封入ガスを発光部形成予定部１５内に圧縮し、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂ内の封入ガスを無駄なく有効に利用することができる。この場合、最初に、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂを、発光部形成予定部１５とは反対側の端部から発光部形成予定部１５側の端部へ向かってガスバーナーにより封止し、最後に、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂのうち発光部形成予定部１５側の端部をレーザービームにより封止し終えることが好ましい。
【００４３】
なお、上記実施の形態では、石英ガラス製の透光性絶縁管９を用いた場合について説明したが、石英ガラス以外に例えば硼珪酸塩ガラスや透光性アルミナ等の透光性絶縁管を用いた場合でも上記と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
また、上記実施の形態では、軟化した封止部形成予定部１３ａ，１３ｂを封止する方法として、シュリンク封止を用いた場合について説明したが、これ以外に軟化した封止部形成予定部１３ａ，１３ｂを挟み込んで押しつぶす、すなわちピンチ封止を用いた場合でも上記と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、上記実施の形態では、封止部形成予定部１３ａ，１３ｂにおいて、レーザービーム１７によって加熱軟化させる領域を領域Ａ、領域Ｂ、またガスバーナー２１によって加熱軟化させる領域を領域Ｃとしたが、レーザービーム１７によって加熱軟化させる領域、またガスバーナー２１によって加熱軟化させる領域は適宜選択することができる。例えば領域Ｂをガスバーナー２１によって、また領域Ｃの一部をレーザービーム１７によってそれぞれ加熱軟化させてもよい。
【００４６】
さらに、上記実施の形態では、高圧水銀ランプの発光管の製造方法を例示して説明したが、本発明は例えばメタルハライドランプや片封止形の放電ランプ等における発光管の製造方法にも適用することができる。
【００４７】
（実施の形態２）
図６は、実施の形態１で説明した本発明の製造方法によって得た発光管を用いた反射鏡（リフレクタ）付き放電ランプの一例を示した一部切り欠き斜視図である。
【００４８】
図示したように、本実施の形態の反射鏡付き放電ランプ３０は、反射鏡３１と、実施の形態１の製造方法に従い製造された発光管１とからなる。発光管１は、電極コイル４（図５参照）間に形成されるアーク軸が反射鏡３１の光軸上に位置するように、反射鏡３１内側に反射鏡３１と一体化されている。反射鏡３１は、セラミック製で、漏斗形状を有し、その内面に酸化チタン−酸化シリコンの蒸着膜からなる反射面を有している。反射鏡３１の開口とは反対側の端部に筒部３１ａを有する。
【００４９】
発光管１の一方の封止部３（図５参照）には口金３５が取り付けられている。この口金３５が反射鏡３１の筒部３１ａ内に挿入され、絶縁セメント３７により両者が固着されることによって、反射鏡３１と発光管１とが一体化されている。
【００５０】
発光管１の一方のリード線８（図５参照）は口金３５に電気的に接続される。また、他方のリード線８は、電力供給線３９の一端に接続される。電力供給線３９の他端は反射鏡３１を貫通し、反射鏡３１の反射面とは反対側に導出されている。
【００５１】
以上の反射鏡付き放電ランプ３０は、例えば、液晶プロジェクタの光源として使用される。
【００５２】
（実施の形態３）
図７は、実施の形態１で説明した本発明の製造方法によって得た発光管を用いた自動車前照灯用放電ランプの一例を示した断面図である。
【００５３】
図示したように、本実施の形態の３５Ｗ自動車前照灯用放電ランプ４０は、実施の形態１の製造方法に従い製造された発光管１と、外管４２と、口金４３とからなる。
【００５４】
発光管１は、発光部２と、その両端の封止部３ａ，３ｂと、一方の封止部３ｂの端部に連設した筒状の円筒部（未封止部分）１ａとを有する。
【００５５】
外管４２は発光管１を包囲し、外管４２の両端は発光管１の両端の外周面に融着されている。
【００５６】
口金４３はポリエーテルイミド等の樹脂からなる。発光管１の円筒部１ａ側の端部が口金４３の中央の穴に挿入されるとともに、口金４３に取り付けられた保持体４４が外管４２の一方の端部を保持することにより、発光管１は口金４３に保持されている。
【００５７】
発光管１の発光部２内には、一対の電極６ａ，６ｂを有するとともに、水銀と、金属ハロゲン化物としてＳｃＩ３、ＮａＩと、始動用ガスとしてキセノンとが封入されている。一方の電極６ａは、金属箔７ａを介してリード線８ａに接続され、リード線８ａは電力供給線４５の一端に接続される。電力供給線４５は外管４２の外側にこれと略平行に配置され、電力供給線４５の他端は口金４３に設けられた電力供給端子４７ａに接続されている。また、他方の電極６ｂは、金属箔７ｂを介してリード線８ｂに接続され、リード線８ｂは口金４３に設けられた電力供給端子４７ｂに接続されている。
【００５８】
上記の実施の形態２，３の放電ランプは、上記実施の形態１に示した製造方法により得られた発光管を備えるので、発光管の耐圧性が高く、高品質で、生産性が高く、低コストである。
【００５９】
なお、本発明の製造法により得られた発光管を備える放電ランプの構成は上記の実施の形態２，３に示した例に限定されない。本発明の発光管は、公知の放電ランプの発光管として広く使用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、耐圧性の高い高品質な発光管を得ることができるとともに、生産効率を向上させることができる低コストな発光管の製造方法を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光管の製造方法の一実施形態の一工程を説明するための断面図
【図２】同じく発光管の製造方法の一実施形態の一工程を説明するための断面図
【図３】同じく発光管の製造方法の一実施形態の一工程を説明するための断面図
【図４】同じく発光管の製造方法の一実施形態の一工程を説明するための断面図
【図５】本発明の製造方法によって製造された発光管の正面断面図
【図６】本発明の製造方法によって製造された発光管を用いた反射鏡付き放電ランプの一実施形態を示した一部切り欠き斜視図
【図７】本発明の製造方法によって製造された発光管を用いた自動車前照灯用放電ランプの一実施形態を示した断面図
【符号の説明】
１ 発光管
２ 発光部
３ 封止部
４ 電極コイル
５ 電極リード棒
６ 電極
７ 金属箔
８ リード線
９ 透光性絶縁管
１０ チャック
１１ 電極体
１２ 開口部
１３ａ，１３ｂ 封止部形成予定部
１４ ばね
１５ 発光部形成予定部
１６ レーザービーム発振装置
１７ レーザービーム
１８ 光源部
１９ 反射鏡
２０ 集光レンズ
２１ ガスバーナー
３０ 反射鏡付き放電ランプ
３１ 反射鏡
３１ａ 筒部
３５ 口金
３７ 絶縁セメント
３９ 電力供給線
４０ 自動車前照灯用放電ランプ
４２ 外管
４３ 口金
４４ 保持体
４５ 電力供給線
４７ａ，４７ｂ 電力供給端子
Claims (5)
- 内部に電極が設けられた発光部と、この発光部の端部に形成された封止部とを有する発光管の製造方法であって、前記発光管の材料である透光性絶縁管の発光部形成予定部に隣接した封止部形成予定部に前記電極を有する電極体を挿入し、その後、前記封止部形成予定部のうち前記発光部形成予定部側の端部を前記レーザービームによって加熱軟化させて封止し、前記封止部形成予定部の前記発光部形成予定部側の端部以外の部分を前記ガスバーナーによって加熱軟化させて封止し、前記封止部を形成することを特徴とする発光管の製造方法。
- 前記封止部形成予定部のうち前記発光部形成予定部側の端部を前記レーザービームによって加熱軟化させて封止し終える直前または封止し終えた後、前記封止部形成予定部のうち前記レーザービームによって加熱軟化させた領域に隣接する領域を前記ガスバーナーによって加熱軟化し始めることを特徴とする請求項１記載の発光管の製造方法。
- 前記封止部形成予定部を、前記発光部形成予定部側の端部から前記発光部形成予定部とは反対側の端部へ向かって順次封止していくことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光管の製造方法。
- 前記封止部形成予定部を、前記発光部形成予定部とは反対側の端部から前記発光部形成予定部側の端部へ向かって順次封止していくことを特徴とする請求項１記載の発光管の製造方法。
- 前記封止部形成予定部において、前記レーザービームによって加熱軟化させる領域の少なくとも一部と、前記ガスバーナーによって加熱軟化させる領域の一部とが重なっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光管の製造方法。
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