JP3747944B2

JP3747944B2 - 高圧金属放電灯の製造方法

Info

Publication number: JP3747944B2
Application number: JP07424293A
Authority: JP
Inventors: 敏彦石神; 寿男蛭田; 淳斉田; 秀樹伊藤
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: JPH06290748A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水銀灯やメタルハライドランプ等として用いられる高圧金属放電灯の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光管内に始動用希ガスとして１気圧以上の高圧ＸｅガスやＫｒガスを封入した水銀灯やメタルハライドランプは、１気圧以下の低圧の始動用希ガスを封入したランプに較べ、スイッチＯＮ直後に封入された希ガスが発光するため、光束の立上りが早く、ランプ始動性が良好である。この種の高圧Ｘｅガスを発光管内に封入した水銀灯やメタルハライドランプ等の高圧金属放電灯は、自動車のヘッドライト、液晶プロジェクタのバックライト、店舗用等の照明器具に利用される。その際、高圧金属放電灯は凹形反射面を備えた反射ミラーの光学中心部に配置されて点灯せしめられる。
【０００３】
水銀灯やメタルハライドランプ等に用いられる従来の小形の高圧金属放電灯は、図１３の（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）に示すように製造される。この高圧金属放電灯を製造する際には、バルブ１を成形した石英製発光管２の一側に第１の電極マウント３を、その他側に第２の電極マウント４を封着し、気密に封止した後、チップ部５を利用して排気管６からバルブ１内にＨｇや金属ハロゲン化物等の薬品７を挿入する一方、バルブ１内を排気系で吸引して１０^−６Ｔｏｒｒ程度に排気し、負圧にする。その後、始動用希ガスであるＸｅを封入し、排気管６をチップオフして外部から図１３（Ｂ）に示すように隔離する。
【０００４】
始動用Ｘｅガスを封入した発光管２を液体窒素８を貯溜した極低温冷却槽９内に浸して始動用Ｘｅガスを冷却し、液化させ、発光管２内の真空度を高めている。始動用Ｘｅガスを冷却液化した状態でチップ部５をバーナ加熱して真空封着し、発光管内に高圧Ｘｅガスを封じ込めるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の水銀灯やメタルハライドランプ等に使用される高圧金属放電灯は、図１４（Ａ），（Ｂ）に示すようにバルブ１にチップ部５が存在するために、チップ部５がレンズ作用をして邪魔をし、配光特性を悪化させている。また、ランプ出力が小さな高圧金属放電灯では、特にチップ部が存在しないことが要求される。
【０００６】
また、発光管２に電極マウント３，４を封止する封止工程において、加熱された電極マウントや電極保持部分などから発生するＨ_２やＮ_２等の不純ガスが発光管２内に混入すると、ランプ始動特性が著しく劣化する問題があったり、さらに、従来の高圧金属放電灯においては、電極マウント３，４を発光管２にピンチ封じにより封着する際、電極マウント３，４封着部の変形量が大きく、また電極マウント３，４の保持が充分でない状態で封着されるため、電極間距離にバラツキがあり、歩留りを低下させたり、発光管２のバルブ１にチップ部５が存在するため、残留応力や歪みが大きく、特にランプ出力の小さな高圧金属放電灯では不都合があった。
【０００７】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、発光管にチップレスバルブを採用して配光特性を向上させるとともに、光束の立上りが早く、ランプ始動特性が優れた高圧金属放電灯およびこの放電灯の製造方法ならびに放電灯を用いた照明器具を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の他の目的は、発光管に電極マウントを精度よく封着して電極間距離の寸法精度や歩留りを向上させ、品質を向上させた高圧金属放電灯およびこの放電灯の製造方法ならびにこの放電灯を用いた照明器具を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高圧金属放電灯の製造方法は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、チップレスバルブを成形した発光管部材の一端部に第１電極マウントを封着し、この電極マウント封着後、バルブ内に金属ハロゲン化物等薬品を封入させる一方、バイメタルあるいは形状記憶合金からなるスプリング部材を電極マウントと一体あるいは一体的に有する第２電極マウントを、当該スプリング部材を温度上昇させて発光管部材の他側から挿入し、このスプリング部材が温度降下により発光管部材の内壁に押圧接触係合して第２電極マウントを保持させることにより発光管部材の内壁に電極間距離を合せて保持し、続いて第２電極マウント側から発光管部材内を排気系で排気させ、その後、始動用希ガスを発光管部材内に封入し、封入された始動用希ガスを、第２電極マウント側端部が上方に位置するように発光管部材を起立させた状態で冷却し、液化あるいは固化させた状態で発光管部材の他側に挿入された第２電極マウントを気密に封着して製造する方法である。
【００１６】
【作用】
本発明に係る高圧金属放電灯の製造方法は、発光管にチップレスバルブを備えるとともに、始動用封入希ガスを、第２電極マウント側端部が上方に位置するように発光管部材を起立させた状態で冷却し、液化あるいは固化した状態で、発光管の他側に第２の電極マウントを気密に封止したので、光束立上りが早く、ランプ始動性を改善し、チップレスバルブで配光特性が優れた放電ランプを提供できる。
【００１７】
また、この高圧金属放電灯の製造の際には、発光管部材の一側に電極マウントを封着した後、発光管部材の他側で電極マウントを発光管部材に封着させるとき、第２電極マウントは電極マウント保持手段で安定的に保持された状態で気密に精度よく封止されるので、電極間距離の寸法精度を向上させ、歩留りを良くすることができ、品質の向上が図れる。
【００１８】
さらに、発光管部材に電極マウントを封着する際、加熱された電極マウントや電極マウント保持部分からＨ_２やＮ_２等の不純ガスが放出されるが、この不純放出ガスは発光管部材内を減圧状態にすることで電極マウントより外側の大容積側空間に逃げ、バルブの放電空間内への不純ガスの混入を防止し、ランプ始動性をより一層向上させることができる。また、発光管部材の他側に電極マウントを減圧封着させる際、冷却された始動用希ガスの液体あるいは固体がガス化してバルブ内の封入希ガス圧力の低下が問題になるが、第２電極マウントの封着の際、始動用希ガスを冷却して液化あるいは固化させ、バルブ内に全て捕集させているので、バルブ内の放電空間から逃げる逃げ量を小さく抑えることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について添付図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る高圧金属放電灯を備えた照明器具を示す断面図である。この照明器具は凹形状の反射面を有する反射ミラー１０を備え、この反射ミラー１０の光学中央部に高圧金属放電灯として水銀灯やメタルハライドランプ等の放電ランプ１１が配置される。放電ランプ１１の両端は、ランプホルダ１２に設けたリードサポート装置１３により支持される。ランプホルダ１２は反射ミラー１０の中央取付口部に装着される。リードサポート装置１３はランプホルダ１２から前方に突出する長短のバー状リードサポート１５ａ，１５ｂを有し、このリードサポート１５ａ，１５ｂの自由端部に図１および図２に示すように金属バンド１６ａ，１６ｂを介して放電ランプ１１の両端部が保持される。放電ランプ１１は反射ミラー１０の光学中央（中心）部に前方に突出するように保持される。
【００２１】
高圧金属放電灯である放電ランプ１１は図１ないし図３に示すように球状のチップレスバルブ１８を成形した石英製発光管２０の一側に第１電極マウント２１が、発光管２０の他側に第２電極マウント２２が封着され、気密に封止される。電極マウント２１，２２はバー状の放電電極２４とＭｏ箔等の金属箔２５とＭｏ製のアウタリード２６とを一体に組み立てて構成される。発光管２０のバルブ１８内には放電空間２８が形成され、この放電空間２８内にＨｇや金属ハロゲン化物等の薬品３０や始動用希ガスが封入される。薬品３０としてのＨｇは緩衝用金属として、金属ハロゲン化物は発光金属として用いられ、金属ハロゲン化物には、ＳｃＩ_３，ＮａＩ等のメタルハライドがある。始動用希ガスとして代表的にはＸｅがあり、他にＫｒ，Ａｒ等がある。
【００２２】
次に、高圧金属放電灯１１の製造方法を図４（Ａ）〜（Ｈ）を参照して説明する。
【００２３】
高圧金属放電灯１１の石英製の発光管素材、例えば外径６ｍｍφ、肉厚１ｍｍの発光管素材チューブ３１を用意し（図４（Ａ））、このチューブ３１をモールド成形してチップレスバルブ１８を成形する（図４（Ｂ））。
【００２４】
チップレスバルブ１８を成形した発光管素材チューブ３１の一端部に第１電極マウント２１を図４（Ｃ）に示すように封着する。この第１電極マウント２１は例えば０．４ｍｍφの直棒状放電電極２４と金属箔としてのＭｏ箔２５とＭｏ製のアウタリード２６とを組み合せて構成される。
【００２５】
発光管部材である発光管素材チューブ３１の一側に第１電極マウント２１を封着した後、図４（Ｄ）に示すように、発光管素材チューブ３１の他側からバルブ１８内に緩衝用金属であるＨｇ、金属ハロゲン化物等の薬品３３を投入する一方、第２電極マウント２２を挿入する。薬品３３は例えばＨｇを１ｍｇ、ＳｃＩ_３を０．５ｍｇ、ＮａＩを２．５ｍｇドライボックス中で封入する。薬品３３に水分等が吸湿されるのを防止するためである。
【００２６】
第２電極マウント２２には図４（Ｅ）に示すように電極マウント保持手段３５がアウタリード２６後端に一体あるいは一体的に備えられ、図示しないマウント挿入調整ロッドにより第２電極マウント２２は電極マウント保持手段３５とともに挿入され、電極マウント保持手段３５の自己保持力により電極間距離が合せられ発光管素材チューブ３１の内壁に安定的に保持される。電極マウント保持手段３５はスプリング部材（バイメタルあるいは形状記憶合金）からなる拡開保持ばねプレートからなる電極マウント保持素子３６であり、この保持素子３６が発光管素材チューブ３１の内壁にばね作用で押圧接触係合して第２電極マウント２２が自己保持される。第２電極マウント２２は第１電極マウント２１との間の電極間距離が例えば４．５ｍｍに保たれるように調節保持される。
【００２７】
なお、電極マウント保持素子３６をバイメタルにより形成した場合には、温度降下により発光管素材チューブ３１の内壁に押す方向にバイメタルを構成しておき、挿入時にはバイメタルの温度を上昇させて挿入する。バイメタルの挿入後の温度降下により、バイメタルは発光管素材チューブ３１の内壁に強力に保持され、電極マウントが落ちることがない。
【００２８】
また、電極マウント保持素子３６を形状記憶合金で形成した場合、発光管素材チューブ３１の内壁を押す方向に形状記憶させておく。
【００２９】
しかして、発光管素材チューブ３１の他側に挿入される第２電極マウント２２を電極マウント保持手段３５で所定位置に自己保持させた後、図４（Ｅ）に示すように発光管素材チューブ３１をほぼ垂直に起立させ、その図中上端側である他側を排気系３８に接続し、発光管素材チューブ３１の内部を排気し、２×１０^−５Ｔｏｒｒ以下の例えば１０^−６Ｔｏｒｒ程度の高真空にする。その後、希ガス供給系３９から始動用希ガスとして例えばＸｅガスを発光管素材チューブ３１内に例えば８０Ｔｏｒｒで封入する。
【００３０】
発光管素材チューブ３１内にＸｅガスを封入させた後、発光管素材チューブ３１の他側を第２電極マウント２２の上方のＡ部でチップオフし、発光管素材チューブ３１の内部を排気系３８や希ガス供給系３９から切り離す。このとき、Ｘｅガスが封入されている部分の容積はバルブ１８の放電空間２８内の容積の例えば５０倍となっている。
【００３１】
続いて、発光管素材チューブ３１のバルブ１８以下を液体窒素（液体ヘリウム）を貯溜した極低温冷却槽４０に挿入して支持具４２上に、例えば２分以上浸し、支持させる。発光管素材チューブ３１内に封入されたＸｅガスを液化（あるいは固化）させてバルブ１８内に全て捕集する。この捕集により発光管素材チューブ３１内部の真空度が高められる。
【００３２】
発光管素材チューブ３１のバルブ１８以下を極低温冷却槽４０に浸して、封入されたＸｅガスを冷却し、液化（あるいは固化）した状態で金属（酸水素）バーナ４４で加熱溶融し、第２電極マウント２２を発光管素材チューブ３１に封着する。この封着はピンチ封着させる必要が必ずしもなく、変形量を小さく設定できる。封着の際には、第２電極マウント２２や電極マウント保持部分からＨ_２やＮ_２の不純ガスが放出されるが、この放出ガスは発光管素材チューブ３１内部を減圧状態に冷却することで、殆ど第２電極マウント２２上方側に運ばれるので、バルブ１８内の放電空間に不純ガスが混入するのを有効的に防止できる。放電空間内に不純ガスが混入されないので、ランプ始動性が良好となり、改善することができる。
【００３３】
発光管素材チューブ３１に第２電極マウント２２を封着した後、第２電極マウント２２の上側で発光管素材チューブ３１を切断し、電極マウント保持手段３５を取り除くことにより、チップ部を持たない発光管１１を製造することができる。製造された発光管１１の内部には、Ｘｅガスが例えば４０００ｔｏｒｒ（５．２気圧）で封入されており、始動用希ガスを高圧封入させることができるので、ランプ始動性を改善できる。
【００３４】
高圧金属放電灯の製造方法においては、発光管素材チューブ３１に第２電極マウント２２を自己保持させる電極マウント保持手段３５として電極マウント保持素子３６を用いた例を示したが、この保持素子に代えて、図５および図６に示すように電極マウント保持手段３５Ａをマウント保持ディスク４５と発光管素材チューブ３１の内方突起からなるストッパ４６とにより構成してもよい。マウント保持ディスク４５は第２電極マウント２２のアウタリード２６に固定される。
【００３５】
この場合には、第２電極マウント２２を発光管素材チューブ３１に落とすことにより、第２電極マウント２２を所定位置に自己保持させることができる。
【００３６】
また、マウント保持ディスク４５を第２電極マウント２２の放電電極２４に固定させることにより、電極マウント保持手段３５Ｂを構成してもよい。この場合には、図７および図８に示すように、放電電極２４がセンタに安定的に支持される効果がある。
【００３７】
さらに、電極マウント保持手段３５Ｃとして図９に示すように、磁石４７を用いてもよい。この場合、磁石４７の磁力を利用して第２電極マウント２２を所定位置に保持させることになる。
【００３８】
さらにまた、電極マウント保持手段３５Ｄとして図１０（Ｅ）〜（Ｇ）に示すように細長い電極マウント保持治具４８を設けてもよい。この場合、保持治具４８は発光管素材チューブ３１の他端側から外部に突出し、外部から第２電極マウント２２を所定位置に自己保持させる操作を行ない得るようになっている。
【００３９】
図１０（Ａ）〜（Ｈ）は高圧金属放電灯の製造方法の他の実施例を示すものである。この製造方法においては、図１０（Ａ）に示すように発光管素材を例えば５ｍｍφ、６ｍｍφと径の異なる２本のチューブ３１ａ，３１ｂで形成し、両チューブ３１ａ，３１ｂを一体に接合して発光管素材チューブ３１を製造する（図１０（Ｂ））。
【００４０】
製造された発光管素材チューブ３１は図４（Ｂ）〜（Ｈ）と同じ手順でバルブ成形、第２電極マウント２１の封着、薬品３３の注入、第２電極マウント２２の挿入、発光管素材チューブ３１の冷却、第２電極マウント２２の封着を行なう。この第２電極マウント２２の封着の際、発光管素材チューブ３１内を真空引きして減圧させる点が、図４の製造手順と相違する。
【００４１】
第２電極マウント２２を封着させる際、発光管素材チューブ３１を図１０（Ｇ）に示すように真空引きしながら行なうことにより、Ｈ_２，Ｎ_２等の不純ガスがバルブ１８内に残るのを未然にかつ確実に防止できる。したがって、この製造方法にて製造された放電ランプ１１は、ランプ始動性が改善され、良好となる。
【００４２】
図１１および図１２は本発明に係る高圧金属放電灯を備えた照明器具の他の実施例を示すものである。
【００４３】
この照明器具は凹反射面を有する反射ミラー５０（リフレクタ）内の光学的中央部に高圧金属放電灯である放電ランプ１１が配置され、この放電ランプ１１の両端部がリードサポート装置５１，５１により支持される。このときの放電ランプ１１の支持状態が図１に示すものと異なり、突出しない横置き支持取付構造としたものである。符号５２は光遮蔽板であり、この光遮蔽板５２の下面は光反射面とされる。
【００４４】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明に係る高圧金属放電灯の製造方法によれば、発光管部材の一側に第１の電極マウントを封着した後、発光管部材の他側で第２の電極マウントを発光管に封着させるとき、この第２の電極マウントは電極マウント保持手段により発光管部材に安定的に保持された状態で封着され、気密に精度よく封止されるので、電極間距離の寸法精度を向上させることができ、品質の向上が図れる。発光管部材に電極マウントを封着する際、加熱された電極マウントや電極マウント保持部分からＨ_２やＮ_２等の不純ガスが放出されるが、この不純放出ガスは発光管部材内を減圧状態にし、かつバルブ内に始動用希ガスの液体（あるいは固体）を捕集することで電極マウントより外側の大容積側空間に逃げ、バルブの放電空間内への不純ガスの混入を防止し、ランプ始動性をより一層向上させることができる。また、発光管部材の他側に電極マウントを減圧封着させる際、冷却された始動用希ガスの液あるいは固体がガス化してバルブ内の封入希ガス圧力の低下が問題になるが、減圧封着の際、始動用希ガスを冷却して液化あるいは固化させ、バルブ内に捕集させているので、バルブ内の放電空間からの逃げ量を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高圧金属放電灯を備えた照明器具を示す側断面図。
【図２】高圧金属放電灯の支持構造例を示す分解斜視図。
【図３】本発明に係る高圧金属放電灯の一実施例を示す斜視図。
【図４】（Ａ）〜（Ｈ）は高圧金属放電灯の製造手順を示す工程図。
【図５】発光管素材チューブ内に第２電極マウントを自己保持させる電極マウント保持手段を示す図。
【図６】図５のＡ部の拡大図。
【図７】電極マウント保持手段の他の例を示す図。
【図８】図６のＢ部の拡大図。
【図９】電極マウント保持手段のさらに他の例を示す図。
【図１０】（Ａ）〜（Ｈ）は高圧金属放電灯の製造手順の他の例を示す工程図。
【図１１】本発明に係る照明器具の他の実施例を示す側断面図。
【図１２】図１１の照明器具を示す正面図。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は従来の高圧金属放電灯の製造手順を示す工程図。
【図１４】（Ａ）および（Ｂ）は従来の製造方法で製造される高圧金属放電灯を示す図。
【符号の説明】
１０反射ミラー
１１放電ランプ（高圧金属放電灯）
１２ランプホルダ
１３リードサート装置
１８バルブ
２０発光管
２１第１電極マウント
２２第２電極マウント
２４放電電極
２５金属箔（Ｍｏ箔）
２６アウタリード
２８放電空間
３１発光管素材チューブ
３３薬品
３５，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ電極マウント保持手段
３６電極マウント保持素子
４０極低温冷却槽
４４金属バーナ
４５電極マウント保持ディスク
４６ストッパ
４７磁石
４８電極マウント保持治具
５０反射ミラー（リフレクタ）
５１リードサポート装置
５２光遮蔽板

Claims

チップレスバルブを成形した発光管部材の一端部に第１電極マウントを封着し、この電極マウント封着後、バルブ内に金属ハロゲン化物等薬品を封入させる一方、バイメタルあるいは形状記憶合金からなるスプリング部材を電極マウントと一体あるいは一体的に有する第２電極マウントを、当該スプリング部材を温度上昇させて発光管部材の他側から挿入し、このスプリング部材が温度降下により発光管部材の内壁に押圧接触係合して第２電極マウントを保持させることにより発光管部材の内壁に電極間距離を合せて保持し、続いて第２電極マウント側から発光管部材内を排気系で排気させ、その後、始動用希ガスを発光管部材内に封入し、封入された始動用希ガスを、第２電極マウント側端部が上方に位置するように発光管部材を起立させた状態で冷却し、液化あるいは固化させた状態で発光管部材の他側に挿入された第２電極マウントを気密に封着して製造する方法。