JP3657465B2

JP3657465B2 - アークチューブの製造方法

Info

Publication number: JP3657465B2
Application number: JP19300799A
Authority: JP
Inventors: 信雄大川井; 由隆大島; 明弘永田; 伸一入澤
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: DE10032941A1; US6672923B1; JP2001023572A; DE10032941B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、車両用前照灯等の光源として用いられるアークチューブの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アークチューブは高輝度照射が可能なことから、近年では車両用前照灯等の光源としても多く用いられるようになってきている。
【０００３】
車両用前照灯等に用いられるアークチューブは、一般に、図５に示すように、放電空間１１２を形成する発光管部１１４ａの両側にピンチシール部１１４ｂ１、１１４ｂ２が形成されてなる石英ガラス製のアークチューブ本体１１４と、放電空間１１２へ先端部を突出させるようにして各ピンチシール部１１４ｂ１、１１４ｂ２にピンチシールされた１対の電極アッシー１１６Ａ、１１６Ｂとを備えた構成となっている。
【０００４】
このアークチューブは、石英ガラス管に発光管部１１４ａを形成した後、その両側にピンチシール部１１４ｂ１、１１４ｂ２を順次形成することにより製造されるようになっている。そして、各ピンチシール工程においては、ピンチシール予定部をバーナで加熱し、その直後に該ピンチシール予定部をピンチャでピンチシールすることによりピンチシール部１１４ｂ１、１１４ｂ２を形成するようになっている。
【０００５】
ただし、図６に示すように、第２ピンチシール工程（すなわち、発光管部１１４ａおよび第１のピンチシール部１１４ｂ１が形成された石英ガラス管１１４´に第２のピンチシール部１１４ｂ２を形成する工程）においては、不活性ガスを液化状態で放電空間１１２に封入する必要があるため、発光管部１１４ａの冷却が行われる。この冷却は、従来、同図（ａ）に示すように、第１のピンチシール部１１４ｂ１を下にして略鉛直に配置された石英ガラス管１１４´の外周空間における発光管部１１４ａとピンチシール予定部１１４ｂ２´との境界位置に遮熱板１０２を配置した状態で、発光管部１１４ａの側方に配置された冷却ノズル１０４から発光管部１１４ａへ向けて液体窒素を噴射することにより行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の製造方法においては、冷却ノズル１０４が遮熱板１０２の下方近傍に横向きで配置されているため、遮熱板１０２やバーナ１０６からの伝熱により液体窒素が早期に気化してしまい、発光管部１１４ａの冷却が不十分なものとなる。そして場合によっては、放電空間１１２に液化状態で封入されていた不活性ガスが気化（膨張）し、同図（ｂ）に示すように、ピンチャ１０８でピンチシールされた直後に発光管部１１４ａが破裂して不活性ガスがリークしてしまう不具合も生じている。
【０００７】
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、第２ピンチシール工程において液体窒素の噴射による発光管部の冷却効率を高めて該発光管部が破裂するのを未然に防止することができるアークチューブの製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、冷却ノズルの配置に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
【０００９】
すなわち、本願発明に係るアークチューブの製造方法は、
発光管部の両側にピンチシール部が形成されてなるアークチューブの製造方法において、発光管部および第１のピンチシール部が形成された石英ガラス管に第２のピンチシール部を形成する方法であって、
上記第１のピンチシール部を下にして上記石英ガラス管を略鉛直に配置するとともに、この石英ガラス管の外周空間における上記発光管部とピンチシール予定部との境界位置に、上記石英ガラス管の外周近傍部位が上向きテーパ状に形成された遮熱板を配置し、
この状態で、上記発光管部を該発光管部の斜め下方に配置された冷却ノズルから該発光管部へ向けて液体窒素を噴射して冷却するとともに、上記ピンチシール予定部をバーナで加熱し、
その直後に上記ピンチシール予定部をピンチャでピンチシールするように構成されており、
上記遮熱板として、水平に形成された外周平面部と、この外周平面部の内周縁から円錐状に立ち上がる上向きテーパ部と、この上向きテーパ部の上端から内周側へ水平に延びる、上記外周平面部よりも薄肉で形成された内周平面部とからなる遮熱板を用いる、ことを特徴とするものである。
【００１０】
上記「冷却ノズル」は、発光管部の斜め下方に配置され該発光管部へ向けて液体窒素を噴射するように構成されたものであれば、その設置個数や液体窒素噴射角度等の具体的構成は特に限定されるものではない。
【００１１】
【発明の作用効果】
上記構成に示すように、本願発明に係るアークチューブの製造方法は、第２ピンチシール工程において発光管部の冷却のために行われる液体窒素の噴射が、発光管部の斜め下方に配置された冷却ノズルから発光管部へ向けて行われるようになっているので、冷却ノズルは遮熱板からある程度離れた状態となり、しかもその際、斜め下方からの液体窒素の噴射は発光管部だけでなく遮熱板の冷却も行うこととなるので、冷却ノズルは遮熱板やバーナからの熱の影響を受けにくくなる。このため、冷却ノズルから噴射される液体窒素の気化が遅くなり、発光管部は十分冷却されることとなる。したがって、ピンチシール後しばらくの間は放電空間に液化状態で封入されていた不活性ガスが気化（膨張）してしまうことはなく、これにより発光管部が破裂して不活性ガスがリークしてしまうこともない。
【００１２】
このように、本願発明によれば、第２ピンチシール工程において液体窒素の噴射による発光管部の冷却効率を高めることができ、これにより発光管部が破裂して不活性ガスがリークするのを未然に防止することができる。
【００１３】
しかも、本願発明においては、液体窒素の噴射が斜め下方から行われるようになっているので、発光管部だけでなく遮熱板も冷却することができ、これにより遮熱板自体の劣化を抑えることもできる。
【００１４】
また、本願発明によれば、バーナと冷却ノズルとが十分離れているので、バーナが冷却ノズルにより冷却されてその熱効率が低下してしまうのを防止することもできる。
【００１５】
さらに、本願発明においては、遮熱板における石英ガラス管の外周近傍部位が上向きテーパ状に形成されているので、発光管部の周囲の冷却用空間を縮小することができるとともに、発光管部の冷却に寄与しない方向への液体窒素の飛散を防止することができるので、冷却効率を一層向上させることができる。
【００１６】
上記冷却ノズルの具体的構成が特に限定されるものでないことは上述したとおりであるが、その液体窒素噴射角度を水平面に対して１０〜６０°上向きに設定することが以下の理由から好ましい。
【００１７】
すなわち、１０°未満では遮熱板からの伝熱により冷却ノズルが加熱されて発光管部の冷却不足となりやすく、一方、６０°を超えると遮熱板と石英ガラス管との隙間から液体窒素が上方へ噴き出てしまい、ピンチシール予定部の下端部の加熱温度が低下して溶融不足となりやすくなるからである。なお、上記１０〜６０°の範囲に代えて、２０〜５０°とすることがより好ましく、３０〜４５°とすることがさらに好ましい。
【００１８】
また、上記構成において、冷却ノズルの先端部内径を３ｍｍ以下に設定するとともに冷却ノズルの先端面と発光管部の外面との距離を４０ｍｍ以下に設定することが以下の理由から好ましい。
【００１９】
すなわち、冷却ノズルの先端部内径が３ｍｍを超えると、発光管部以外の不必要な方向にも多くの液体窒素が噴射されて液体窒素の浪費となってしまうからであり、そして、冷却ノズルの先端部内径を３ｍｍ以下に設定した場合において、冷却ノズルの先端面と発光管部の外面との距離が４０ｍｍを超えると、石英ガラス管において液体窒素が当たる部位が液体窒素を供給するボンベの吐出圧の変動等により大きく変化して、発光管部の冷却不足となりやすくなるからである。
【００２０】
上記構成において、冷却ノズルによる液体窒素の噴射を複数のステーションにおいて繰り返し行うようにした場合、これら各ステーションにおける冷却ノズルの液体窒素噴射角度を略同じ値に設定することが、発光管部に対する冷却を効率良く行う上で好ましい。
【００２１】
また、上記構成において、バーナによる加熱を複数のステーションにおいて繰り返し行うようにした場合、これら各ステーションにおけるバーナの火力を新たなステーションに移動する度に次第に強くなるように設定することが以下の理由から好ましい。
【００２２】
すなわち、バーナの火力はピンチシール直前で最大になっていることがピンチシールを確実に行う上で好ましいが、最初から火力を強くすると石英ガラス管が必要以上に溶けてしまうとともに発光管部の冷却効率が低下してしまうからである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
図１は、本願発明の一実施形態に係る製造方法の対象となるアークチューブ１６が組み込まれた放電バルブ１０を示す側断面図である。
【００２５】
図示のように、この放電バルブ１０は車両用前照灯に装着される光源バルブであって、前後方向に延びるアークチューブユニット１２と、このアークチューブユニット１２の後端部を固定支持する絶縁プラグユニット１４とを備えてなっている。
【００２６】
アークチューブユニット１２は、アークチューブ１６と、このアークチューブ１６を囲むシュラウドチューブ１８とが、一体的に形成されてなっている。
【００２７】
アークチューブ１６は、石英ガラス管を加工してなるアークチューブ本体２０と、このアークチューブ本体２０内に埋設された前後１対の電極アッシー２２Ａ、２２Ｂとからなっている。
【００２８】
アークチューブ本体２０は、中央に略楕円球状の発光管部２０ａが形成されるとともにその前後両側にピンチシール部２０ｂ１、２０ｂ２が形成されてなっている。発光管部２０ａの内部には前後方向に延びる略楕円球状の放電空間２４が形成されており、この放電空間２４には水銀とキセノンガスと金属ハロゲン化物とが封入されている。
【００２９】
各電極アッシー２２Ａ、２２Ｂは、棒状のタングステン電極２６Ａ、２６Ｂとリード線２８Ａ、２８Ｂとがモリブデン箔３０Ａ、３０Ｂを介して連結固定されてなり、各ピンチシール部２０ｂ１、２０ｂ２においてアークチューブ本体２０にピンチシールされている。その際、各モリブデン箔３０Ａ、３０Ｂはすべてピンチシール部２０ｂ１、２０ｂ２内に埋設されているが、各タングステン電極２６Ａ、２６Ｂは、その先端部が前後両側から互いに対向するようにして放電空間２４内に突出している。
【００３０】
このアークチューブ１６は、石英ガラス管に発光管部２０ａを形成した後、その両側にピンチシール部２０ｂ１、２０ｂ２を順次形成することにより製造されるようになっている。
【００３１】
図２は、第２ピンチシール工程（すなわち、発光管部２０ａおよび第１のピンチシール部２０ｂ１が形成された石英ガラス管２０´に第２のピンチシール部２０ｂ２を形成する工程）を示す側断面図であり、図３は、そのIII 部拡大図である。また、図４は、第２ピンチシール工程が行われるインデックステーブル５０を示す平面図である。
【００３２】
この第２ピンチシール工程においては、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のピンチシール部２０ｂ１を下にして略鉛直に配置された石英ガラス管２０´のピンチシール予定部２０ｂ２´をバーナ５２で加熱し、その直後に、同図（ｃ）に示すように、ピンチシール予定部２０ｂ２´をピンチャ５４でピンチシールすることによりピンチシール部２０ｂ２を形成するようになっている。
【００３３】
ただし、この第２ピンチシール工程においては、キセノンガス（不活性ガス）を液化状態で放電空間２４に封入する必要があるため、発光管部２０ａの冷却が行われる。この冷却は、石英ガラス管２０´の外周空間における発光管部２０ａとピンチシール予定部２０ｂ２´との境界位置に遮熱板５６を配置した状態で、複数の冷却ノズル５８から該発光管部２０ａへ向けて液体窒素を噴射することにより行われる。
【００３４】
図３に詳細に示すように、遮熱板５６は、ステンレススチール製の環状部材からなり、該遮熱板５６における石英ガラス管２０´の外周近傍部位は上向きテーパ状に形成されている。すなわち、遮熱板５６は、水平に形成された外周平面部５６ａと、この外周平面部５６ａの内周縁から円錐状に立ち上がる上向きテーパ部５６ｂと、この上向きテーパ部５６ｂの上端から内周側へ水平に延び、その中心部に石英ガラス管２０´を挿通させる挿通孔５６ｄが形成された内周平面部５６ｃとからなっている。外周平面部５６ａは比較的厚肉で形成されており、上向きテーパ部５６ｂは下端部から上端部へ向けて徐々に肉厚が薄くなっており、内周平面部５６ｃは比較的薄肉で形成されている。
【００３５】
各冷却ノズル５８は、発光管部２０ａの斜め下方に配置されており、その液体窒素噴射角度θは水平面に対して１０〜６０°（例えば４５°程度）上向きに設定されている。また、これら各冷却ノズル５８の先端部内径ｄは３ｍｍ以下（例えば１．５ｍｍ程度）に設定されており、各冷却ノズル５８の先端面と発光管部２０ａの外面との距離Ｌは４０ｍｍ以下（例えば１５ｍｍ程度）に設定されている。さらに、各冷却ノズル８からの液体窒素吐出圧は０．３〜１．５ｋｇ／ｍ²（例えば１ｋｇ／ｍ²程度）に設定されている。
【００３６】
バーナ５２は、石英ガラス管２０´のピンチシール予定部２０ｂ２´の両側に配置されており、ピンチシール予定部２０ｂ２´へ向けて火焔を放射するようになっている。その際、各バーナ５２は、火焔をピンチシール予定部２０ｂ２´の下端部まで確実に到達させるべく、その下端面が遮熱板５６の内周平面部５６ｃの上面よりも下方に位置するように配置されている。
【００３７】
なお、図３に、従来の第２ピンチシール工程における遮熱板１０２、冷却ノズル１０４およびバーナ１０６の配置（片側分）を２点鎖線で示す。
【００３８】
図４に示すように、各冷却ノズル５８からの液体窒素の噴射およびバーナ５２による加熱は、インデックステーブル５０上に割り付けられた複数のステーションにおいて繰り返し行われるようになっている。
【００３９】
すなわち、各冷却ノズル５８からの液体窒素の噴射は、ピンチシールが行われるステーションＳ６の数ステーション前のステーションＳ１からピンチシールステーションＳ６までの各ステーションＳＩ〜Ｓ６において行われるようになっている。各ステーションにおける冷却ノズル５８の配置は略同一であり、また、冷却ノズル５８の液体窒素噴射角度および液体窒素吐出圧は略同じ値に設定されている。
【００４０】
一方、バーナ５２による加熱は、液体窒素の噴射が開始された後のステーションＳ３からピンチシールステーションＳ６の直前のステーションＳ５までの各ステーションＳ３〜Ｓ５において行われるようになっている。各ステーションにおけるバーナ５２の配置は略同一であるが、バーナ５２の火力はＳ３→Ｓ４→Ｓ５と新たなステーションに移動する度に次第に強くなるように設定されている。
【００４１】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００４２】
本実施形態においては、第２ピンチシール工程において発光管部２０ａの冷却のために行われる液体窒素の噴射が、発光管部２０ａの斜め下方に配置された冷却ノズル５８から発光管部２０ａへ向けて行われるようになっているので、冷却ノズル５６は遮熱板５６からある程度離れた状態となり、しかもその際、斜め下方からの液体窒素の噴射は発光管部２０ａだけでなく遮熱板５６の冷却も行うこととなるので、冷却ノズル５６は遮熱板５６やバーナ５２からの熱の影響を受けにくくなる。このため、冷却ノズル５６から噴射される液体窒素の気化が遅くなり、発光管部２０ａは十分冷却されることとなる。したがって、ピンチシール後しばらくの間は放電空間２４に液化状態で封入されていた不活性ガスが気化（膨張）してしまうことはなく、これにより発光管部２０ａが破裂して不活性ガスがリークしてしまうこともない。
【００４３】
その際、本実施形態においては、冷却ノズル５８の液体窒素噴射角度θは水平面に対して１０〜６０°上向きに設定されているので、発光管部２０ａの冷却不足が生じるほどには冷却ノズル５８が遮熱板５６からの熱影響を受けることがないようにした上で、冷却ノズル５８から噴射された液体窒素が遮熱板５６と石英ガラス管２０´との隙間から上方へ噴き出て、ピンチシール予定部２２ｂ２´の下端部の加熱温度を低下させて溶融不足とするのを未然に防止することができる。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、第２ピンチシール工程において液体窒素の噴射による発光管部２０ａの冷却効率を高めることができ、これにより発光管部２０ａが破裂して不活性ガスがリークするのを未然に防止することができる。
【００４５】
しかも、本実施形態においては、液体窒素の噴射が斜め下方から行われるようになっているので、発光管部２０ａだけでなく遮熱板５６も冷却することができ、これにより遮熱板５６自体の劣化を抑えることもできる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、バーナ５２と冷却ノズル５８とが十分離れているので、バーナ５２が冷却ノズル５８により冷却されてその熱効率が低下してしまうのも防止することができる。
【００４７】
しかも、本実施形態においては、遮熱板５６における石英ガラス管２０´の外周近傍部位が上向きテーパ状に形成されているので、発光管部２０ａの周囲の冷却用空間を上向きテーパ部５６ｂの内周側の限定された空間に縮小することができるとともに、発光管部２０ａの冷却に寄与しない方向への液体窒素の飛散を防止することができるので、冷却効率を一層向上させることができる。
【００４８】
また、図３において２点鎖線で示すように、従来の第２ピンチシール工程においては、バーナ１０６を遮熱板１０２と干渉しない高さに配置すると、バーナ１０６における火焔放射位置がピンチシール予定部２０ｂ２´の下端位置よりもかなり高くなってしまうので、ピンチシール予定部２０ｂ２´をその下端部まで十分加熱するためには火焔の広がりを利用するしかなく、これを実現するにはバーナ１０６をピンチシール予定部２０ｂ２´から離して強い火力で火焔を放射する必要があった。このため、ピンチシール予定部２０ｂ２´の加熱に必要でない方向へも火焔放射が行われてしまい、その分だけエネルギの浪費を生じていた。また、このように火力を強くすることにより、遮熱板１０２を介しての冷却ノズル１０４への伝熱量も多くなり、その分だけ冷却効率が低下していた。
【００４９】
これに対し、本実施形態においては、遮熱板５６における石英ガラス管２０´の外周近傍部位が上向きテーパ状に形成されているので、バーナ５２を、遮熱板５６の上向きテーパ部５６ｂの外周側空間において、その下端面が遮熱板５６の内周平面部５６ｃの上面よりも下方に位置するように配置することができる。そしてこれにより、従来のように火焔の広がりを利用する必要がなくなり、バーナ５２をピンチシール予定部２０ｂ２´に近接させて配置することができるので、さほど強い火力で火焔を放射しなくても、ピンチシール予定部２０ｂ２´をその下端部まで十分加熱することができる。このため、エネルギの浪費を防止することができるとともに冷却ノズル５８による冷却効率の向上を図ることができる。
【００５０】
また、本実施形態においては、冷却ノズル５８の先端部内径ｄが３ｍｍ以下に設定されているので、発光管部２０ａ以外の不必要な方向へ多くの液体窒素が噴射されて液体窒素の浪費となるのを防止することができる。しかも、冷却ノズル５８の先端面と発光管部２０ａの外面との距離が４０ｍｍ以下に設定されているので、石英ガラス管２０´において液体窒素が当たる部位が液体窒素を供給するボンベの吐出圧の変動等により大きく変化して発光管部２０ａの冷却不足となってしまうのを防止することができる。
【００５１】
ところで、本実施形態においては、冷却ノズル５８による液体窒素の噴射が複数のステーションＳ１〜Ｓ６において繰り返し行われるようになっているが、これら各ステーションＳ１〜Ｓ６における冷却ノズル５８の液体窒素噴射角度は略同じ値に設定されているので、発光管部２０ａに対する冷却を効率良く行うことができる。
【００５２】
また、本実施形態においては、バーナ５２による加熱が複数のステーションＳ３〜Ｓ５において繰り返し行われるようになっているが、これら各ステーションＳ３〜Ｓ５におけるバーナ５２の火力はＳ３→Ｓ４→Ｓ５と新たなステーションに移動する度に次第に強くなるように設定されているので、バーナ５２の火力はピンチシール直前で最大となり、このためピンチシールを確実に行うことができ、また、最初から火力を強くした場合のように石英ガラス管２０´が必要以上に溶けてしまうのを防止することができる。
【００５３】
本実施形態においては、アークチューブが、車両用前照灯に装着される放電バルブ１０のアークチューブ１６である場合について説明したが、これ以外の用途に用いられるものである場合にも、本実施形態の製造方法を採用することにより本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態に係る製造方法の対象となるアークチューブが組み込まれた放電バルブを示す側断面図
【図２】上記製造方法の第２ピンチシール工程を示す側断面図
【図３】図２のIII 部拡大図
【図４】上記第２ピンチシール工程が行われるインデックステーブルを示す平面図
【図５】上記アークチューブの一般的構成を示す、要部断面図
【図６】従来例を示す、図２と同様の図
【符号の説明】
１０放電バルブ
１２アークチューブユニット
１４絶縁プラグユニット
１６アークチューブ
１８シュラウドチューブ
２０アークチューブ本体
２０´ 石英ガラス管
２０ａ発光管部
２０ｂ１ピンチシール部（第１のピンチシール部）
２０ｂ２ピンチシール部（第２のピンチシール部）
２０ｂ２´ ピンチシール予定部
２２Ａ、２２Ｂ電極アッシー
２４放電空間
２６Ａ、２６Ｂタングステン電極
２８Ａ、２８Ｂリード線
３０Ａ、３０Ｂモリブデン箔
５０インデックステーブル
５２バーナ
５４ピンチャ
５６遮熱板
５６ａ外周平面部
５６ｂテーパ部
５６ｃ内周平面部
５６ｄ挿通孔
５８冷却ノズル

Claims

発光管部の両側にピンチシール部が形成されてなるアークチューブの製造方法において、発光管部および第１のピンチシール部が形成された石英ガラス管に第２のピンチシール部を形成する方法であって、
上記第１のピンチシール部を下にして上記石英ガラス管を略鉛直に配置するとともに、この石英ガラス管の外周空間における上記発光管部とピンチシール予定部との境界位置に、上記石英ガラス管の外周近傍部位が上向きテーパ状に形成された遮熱板を配置し、
この状態で、上記発光管部を該発光管部の斜め下方に配置された冷却ノズルから該発光管部へ向けて液体窒素を噴射して冷却するとともに、上記ピンチシール予定部をバーナで加熱し、
その直後に上記ピンチシール予定部をピンチャでピンチシールするように構成されており、
上記遮熱板として、水平に形成された外周平面部と、この外周平面部の内周縁から円錐状に立ち上がる上向きテーパ部と、この上向きテーパ部の上端から内周側へ水平に延びる、上記外周平面部よりも薄肉で形成された内周平面部とからなる遮熱板を用いる、ことを特徴とするアークチューブの製造方法。
上記冷却ノズルの液体窒素噴射角度が、水平面に対して１０〜６０°上向きに設定されている、ことを特徴とする請求項１記載のアークチューブの製造方法。
上記冷却ノズルの先端部内径が３ｍｍ以下に設定されており、上記冷却ノズルの先端面と上記発光管部の外面との距離が４０ｍｍ以下に設定されている、ことを特徴とする請求項１または２記載のアークチューブの製造方法。
上記冷却ノズルによる液体窒素の噴射が複数のステーションにおいて繰り返し行われ、これら各ステーションにおける上記冷却ノズルの液体窒素噴射角度が略同じ値に設定されている、ことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のアークチューブの製造方法。
上記バーナによる加熱が複数のステーションにおいて繰り返し行われ、これら各ステーションにおける上記バーナの火力が、新たなステーションに移動する度に次第に強くなるように設定されている、ことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のアークチューブの製造方法。