JP3950821B2 - 片口放電灯の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、新規な片口放電灯、特に超小型片口放電灯の最適製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
片口放電灯は従来、次のような方法により製造されていた。
(a) 頂点が半球状に形成され、他端が開口している封体を用い、半球状の頂点に排気管を接続し、
(b) 一対の電極が並設されている電極マウントを封体内に挿入し、前記一対の電極を半球状の頂点部分内に配置し、電極マウントの給電部を封体内に弾接させて電極マウントを封体内に仮止めし、
(c) アルゴンガス等の不活性ガスを流しつつ半球状の頂点部分を中空の回転楕円体状に形成して、この部分を一対の電極が並設された状態の発光部とすると共に発光部の基部側部分を封止し、電極マウントの給電部を構成する金属箔をこの封止部に埋設し、
(d) 前記排気管を利用して必要充填物(水銀や沃化物)を封入し、発光部内にキセノンガスを封入した後、排気管の根本を封切するという方法が一般的に用いられていた。
【０００３】
このような排気管を利用して製造された片口放電灯は、(1)点灯中の発光部内の高圧(場合においては６０気圧以上)により、最も残留ひずみの大きい排気管の接続部分から破裂することがある、(2)排気管の封切り部分の肉厚が不均一であるため、ここから出てくる光に歪みが発生し、精密光学設計に基づいて設計された光学機器の光源として不適切なものとなる、(3)また、前記肉厚の不均一により、光の焦点に乱れが生じ光の利用率が下がる、などの不都合があった。
【０００４】
片口放電灯に対する要求の高度化に伴い、前記不都合の解消が片口放電灯に求められ、ついに、排気管を使用しない所謂チップレス片口放電灯の製造方法が発明された(オスラム特許；特開平２−１８６５３０号公報)。この方法は、
(a) 一端閉塞、他端開放の管状封体に一対の電極が並設された電極マウントを挿入し、発光部となる閉塞端に一対の電極を並設・配置して、電極マウントの給電部に取り付けられている仮止め部材を封体内に弾接させて仮止めし、
(b) 前記発光部となる閉塞端内に水銀や沃化物等の必要充填物を充填し、
(c) 発光部を液体窒素などで冷却しつつ封止部分となる発光部の基部側全体を強熱・軟化させ、
(d) 前記発光部が回転楕円状となるように形成すると共に発光部に隣接する封止部内に給電部の一部を構成する金属箔を埋設するというものである。
【０００５】
【特許文献】
特開平２−１８６５３０号公報(オスラム特許)
【０００６】
これにより、従来、問題となっていた排気管封切跡の肉厚不同部分(この部分は最大歪み部分でもある)の解消が図られたが、最近では、精密光学機器の劇的な進化により前記方法で製造されたチップレス片口放電灯の性能では到底対処しきれなくなってきた。即ち、最近の精密光学機器は光源の更なる小型化と点光源化、長寿命化が要求されており、従来のチップレス片口放電灯では、製造中に発光部内に不純物が入り込み(理由は後述)、これが発光部の黒化現象やランプ破裂の原因となり、またランプ寿命を低下させていたという問題点や、更には発光部内に充填される水銀量や沃化物の量のばらつきが大きかったため、ランプの明るさにばらつきがあったなど様々な問題点が精密光学機器の能性能向上とともに浮かび上がってきた。
【０００７】
特に、放電灯の点光源化による小型化は必然的に発光部の小容積化となって現れ、前述の不純物や充填物のばらつきなどはランプ性能に大きく影響を与え、これら不安定要因の除去がチップレス片口放電灯の小型化・点光源化に大きな障害となっていることが認識されるに至った。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、特に前記不安定要因中、製造中の不純物の発光部内への混入を極力除去することができる方法の開発と、当該方法により製造されたチップレス片口放電灯、特に超小型化対応に可能なチップレス片口放電灯の提供をその課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
「請求項１」に記載の発明は「（ａ）先端に発光部 (3) となる空間部が形成された封体 (10) を形成する工程、（ｂ）並設されている一対の電極 (1)(2) を封体 (10) 内に挿入し、前記一対の電極 (1)(2) を発光部 (3) 内に並設し、電極 (1)(2) に接続された給電部 (5)(6) にて前記封体 (10) 内に前記電極 (1)(2) を仮止めする工程、（ｃ）発光部 (3) に連なる封体 (10) の封止部分を加熱した後、封止部分 (F) の一部を封止して前記給電部 (4)(5) を１次封止部 (6)(7) 内に封じると共に１次封止部 (6)(7) に沿って発光部 (3) に連通する充填物供給通孔 (8) を形成する工程、（ｄ）１次封止部 (6)(7) が形成された封体 (10) の内部を不活性ガスでフラッシングする工程、（ｅ）充填物供給通孔 (8) から発光部 (3) 内に必要充填物 (11) や封入ガスを充填する工程、（ｆ）充填物供給通孔 (8) の少なくとも一部を閉塞する工程、とで構成されている片口放電灯 (A) の製造方法において、前記（ｃ）及び（ｄ）工程の間、前記発光部 (3) を１，０００℃以上で且つ封体 (10) が軟化しない温度で加熱する」ことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、「（ａ）先端に発光部 (3) となる空間部が形成された封体 (10) を形成する工程、（ｂ）並設されている一対の電極 (1)(2) を封体 (10) 内に挿入し、前記一対の電極 (1)(2) を発光部 (3) 内に並設し、電極 (1)(2) に接続された給電部 (5)(6) にて前記封体 (10) 内に前記電極 (1)(2) を仮止めする工程、（ｃ）発光部 (3) に連なる封体 (10) の封止部分を加熱した後、封止部分 (F) の一部を封止して前記給電部 (4)(5) を１次封止部 (6)(7) 内に封じると共に１次封止部 (6)(7) に沿って発光部 (3) に連通する充填物供給通孔 (8) を形成する工程、（ｄ）１次封止部 (6)(7) が形成された封体 (10) の内部を不活性ガスでフラッシングする工程、（ｅ）充填物供給通孔 (8) から発光部 (3) 内に必要充填物 (11) や封入ガスを充填する工程、（ｆ）封体 (10) の根元を封切する工程、（ｇ）充填物供給通孔 (8) の少なくとも一部を閉塞する工程、とで構成されている片口放電灯 (A) の製造方法において、前記（ｃ）及び（ｄ）工程の間、前記発光部 (3) を１，０００℃以上で且つ封体 (10) が軟化しない温度で加熱する」ことを特徴とする。
【００１１】
従来例で説明したチップレス片口放電灯の製造方法では、充填物を封体に充填し、更にキセノンガスを封入した後、発光部の基部側を封止する場合、封体の円筒形の封止部分全体を外周から強熱して当該部分を軟化させ、軟化部分をピンチシールして封止を行うものであるが、封止部分全体が軟化するまで加熱するには封体である石英ガラスの軟化点以上の温度で長時間加熱することが必要である。この加熱により石英ガラスの一部が分解し、多量の酸素が封体内部に放出され或いはＯＨ基が封体の内表面に滲み出てくる。また、封体内に仮止めされているタングステン製の電極やモリブデン製の給電部も同じ温度に加熱されるので、これら金属部分に吸蔵されていたガスも封体内に放出される。
【００１２】
これら不純物ガスの一部は前述の封止作業において発光部内に閉じこめられ、従来例で説明したような黒化現象やランプ破裂の原因となる。特に、チップレス片口放電灯が超小型化し、発光部の内容積が小さくなるに伴い、混入不純物による悪影響が当然顕著になる。
【００１３】
これに対して本発明では、１次封止時及びフラッシング工程中、発光部 (3) を１，０００℃以上で且つ封体 (10) が軟化しない温度で加熱しているので、封止部分 (F) や金属電極マウント (M) からの放出不純物が発光部 (3) に吸蔵されるのを防止することができる。加えて、最終封止部分が細い充填物供給通孔(8)の一部である（勿論、充填物供給通孔(8)全体でもよい）２次封止部(9)であり、最終封止時間（即ち、封止加熱時間）を大幅に短縮することができる。従って、最終封止における封体(10)や金属マウント(M)から放出される不純物の量が大幅に減少し、発光部(3)内の不純物の混入が大幅に減少することになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示実施例に従って順次説明する。図１１は本発明にかかる片口放電灯(A)の断面図である。封体(10)には先端部分に回転楕円形又は球形或いはその類似形状の発光部(3)が形成され、前記発光部(3)の基部側に発光部(3)に沿って１次封止部(6)(7)が形成され、前記１次封止部(6)(7)に沿って設けられ、前記発光部(3)に連通していた充填物供給通孔(8)に２次封止部(9)が形成されている。
【００１８】
給電部(4)(5)は、モリブデン金属箔(4a)(5a)とこれに一端がスポット溶接されているモリブデン製の外部リード棒(4b)(5b)とで構成されており、金属箔(4a)(5a)の他端に一対のタングステン製の電極(1)(2)がスポット溶接されている。そして、この一対の電極(1)(2)が発光部(3)の内部に並設され、電極(1)(2)に接続されている金属箔(4a)(5a)とその近傍部分が前記１次封止部(6)(7)にそれぞれ埋設されている。なお、前記外部リード棒(4b)(5b)は、図４に示すようにＵ字状に曲成された外部リード用部材(13)を封止後、不要部分を切除して形成される。また、ここで用いられる電極(1)(2)は図４からわかるように略Ｌ字状となっており、その折曲端部(1a)(2a)の先端が互いに対向し、電極基部(1b)(2b)が互いに平行となるように配置されるようになっている。
【００１９】
充填物供給通孔(8)は本実施例では１次封止部(6)(7)の間に形成されており、２次封止部(9)が形成される前は、発光部(3)に連通しており、後述するようにここから必要充填物(11)やキセノンガス単体或いはこれを始めとする他の必要充填ガスの充填が行われる。これらが行われた後、充填物供給通孔(8)のいずれかの箇所で２次封止が行われる。図の実施例では、発光部(3)の基部側に沿って２次封止が行われ、発光部(3)が回転楕円体近似形状(勿論、発光部(3)の形状は回転楕円体近似形状に限られるものでなく、球形のようなものでもよい)となるように形成されている。また、２次封止は発光部(3)の基部に沿って形成される必要はなく、充填物供給通孔(8)が閉塞されれば足るので、充填物供給通孔(8)のいずれの箇所或いは全体を閉塞してもよいが、発光部(3)に低温部分を形成しないという前述した理由により、発光部(3)の基部に沿って形成することが好ましい。
【００２０】
次に、本発明の製造手順の一例を図面に従って説明する。図１、２は本発明に使用される封体(10)の製造手順の図面で、石英ガラス直管(10a)を回転させつつその中央部分を加熱して軟化させ、続いて図２のように軟化部分にローラ(20)を押圧して次第に縮径させ、図３のように一端が半球状に形成され、他端が開口している封体(10)を形成する。
【００２１】
続いて、略Ｕ形に曲成された外部リード用部材(13)の両端にスポット溶接された金属箔(4a)(5a)及びこの金属箔(4a)(5a)の他端にスポット溶接された電極(1)(2)とで構成された電極マウント(M)を封体(10)に挿入し、一対の電極(1)(2)を封体(10)の閉塞球状端部内に並設させ且つ封体(10)の内径より若干幅広に形成された外部リード用部材(13)を封体(10)の内面に弾接させて電極マウント(M)を封体(10)内に仮止めする。
【００２２】
このように電極マウント(M)が装着されると、封体(10)の開口端が排気台(30)に装着され、０リング(31)により気密状に保持される。続いて排気台(30)により真空引きが行われ封体(10)内が高真空にされた後、アルゴンガス等の不活性ガスが封入され、１,０００℃〜１,０５０℃の温度で必要箇所が所定時間(約１５秒程度)加熱される。この間、封体(10)の内部の清浄化のためのアルゴンガスの排気→真空引き→アルゴンガスの封入→アルゴンガスの排気・・・工程(所謂ウォッシング或いはフラッシング工程)が複数回繰り返され、このフラッシングにより金属製の電極マウント(M)や石英ガラス製封体(10)から封体(10)内に放出された不純物を封体(10)から完全に除去する。
【００２３】
その後、金属箔(4a)(5a)に一致する封止部分(F)を強熱し、この部分を２,１００℃以上の温度まで上昇させる。この時点で封体(10)内のアルゴンガス圧は加熱膨張した状態で約１気圧となるように封入ガス圧が設定される。
【００２４】
封止部分(F)の温度が所定温度に到達し、加熱部分が軟化状態となるとアルゴンガスを封体(10)に追加封入し、これと同時あるいはこの直後に充填物供給通孔(8)形成用の溝(42)(43)がそれぞれ形成されている雌雄一対のピンチャ(40)(41)で軟化封止部分(F)をピンチングする。この図が図５〜７で、前記軟化封止部分(F)は溝(42)(43)以外の部分[この部分を１次ピンチング部(44)とする]で押圧され、溝(42)(43)に一致する部分を残して１次封止がなされ、この１次封止により１次封止部(6)(7)内に金属箔(4a)(5a)とその近傍部分が埋設される。そして、前述のように追加封入アルゴンガスの圧力によりピンチング時の押圧力に抗して溝(42)(43)に一致する部分が押し潰されず、発光部(3)に連通する充填物供給通孔(8)として封止部分に残留する。換言すれば、１次封止により形成された発光部(3)は充填物供給通孔(8)により外部と連通しているということである。
【００２５】
そして、この１次封止時にも所定時間の強熱加熱が封止部分(F)に加えられるため、前述同様、封止部分(F)や金属電極マウント(M)から不純物が封体(10)内に放出されるが、発光部(3)が前述のように充填物供給通孔(8)により外部と連通しているので、一次封止後のフラッシングにより一次封止中に発生し、発光部(3)内に侵入した不純物を充填物供給通孔(8)により完全に除去することができる。
【００２６】
なお、前記１次封止時及びこのフラッシング工程中、発光部(3)は１,０００℃以上で封体(10)を構成する石英ガラスが軟化しない温度に加熱される。発光部(3)の加熱温度が低温である場合、封止部分(F)や金属電極マウント(M)から放出された不純物が発光部(3)に吸蔵・蓄積され、製品化後の黒化、ランプ破裂あるいは短寿命等の欠陥の原因となる。換言すれば、１次封止時及びフラッシング工程中、発光部(3)の温度をある程度高温に保っておき、発光部(3)自体の分解は発生しないが、封止部分(F)や金属電極マウント(M)からの放出不純物の吸蔵も行わない状態を保っておくことが本発明の重要なポイントである。
【００２７】
このようにして１次封止を行った後、充填物供給通孔(8)を通じて発光部(3)内に必要充填物(11)とキセノンガスのような必要封入ガスを封体(10)に封入した後、封体(10)の根本を加熱封切し取り出す(図８)。
【００２８】
この半製品(B)の発光部(3)を図９、１０に示すように、遮蔽板(50)から外に突き出させ、発光部(3)をたとえば窒素ガスを吹きつけて冷却しつつ、充填物供給通孔(8)の一部を細いバーナ(60)から噴出させ、たとえば酸水素炎のようなバーナ炎(61)により軟化・閉塞する(２次封止)。この２次封止時は、半製品(B)内部全体が減圧状態となっているので、軟化部分が収縮により自然と閉塞する。勿論、外部からピンのようなもので押圧し、軟化部分を押し込んで閉塞するようにしてもよい。
【００２９】
上記の別法として、図８の破線で示す前述の根本封じを行わず、この状態で前述の２次封止部(9)形成してもよい。
【００３０】
いずれにせよこの２次封止は局部的加熱であるから、加熱時間はきわめて短く、従ってこの２次封止部(9)から発生する不純物は極く微量であり、従来例で示したような不純物の発光部(3)内の混入は無視できる程度である。この２次封止部(9)の封止長さは点灯時にこの２次封止部(9)が発光部(3)内のガス膨張による圧力増大に耐えるだけの長さで足り、一般的には２ｍｍ程度である。最後に封体(10)と電極マウント(M)の不要部分を切除して図１１に示す完成品とする。
【００３１】
図１２は充填物供給通孔(8)の他の例で、充填物供給通孔(8)に細い排気管(8a)が一体的に形成されており、必要充填物(11)や必要封入ガスの発光部(3)への封入はこの排気管(8a)を通じて行われ、また、２次封止前の根本封止も排気管(8a)の根元で行われることになる。それ以外の点は前述と同様である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、１次封止時には充填物供給通孔が形成され、発光部が外部と連通された状態を保っているので、１次封止時に発生した多量の不純物を発光部内から除去することができ、これに続く２次封止は細い充填物供給通孔を部分的に封止するだけであるから短時間に完了し、２次封止における不純物の発生を大幅に抑制することができる。これにより発光部内に混入する不純物の量を大幅に抑制することができ、発光部の黒化、ランプ破裂やこれに伴う短寿命化など解消することができる。加えて本発明の大きな特徴は、前述のように不純物の発光部内での混入が大幅に抑制されるので、発光部内容積の非常に小さい超小型片口放電灯の大量生産への道を切り開いたことである。
なお、２次封止部を発光部の基部側形状に合わせて形成することで、発光部の基部側形状を滑らかな曲面とすることができ、低温部の発生を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用する石英ガラス直管の加熱状態を示す正面図。
【図２】図１で加熱された直管の軟化部分をローラで変形させている状態を示す正面図。
【図３】図２で製造された本発明の封体用一端閉塞管の断面図。
【図４】図３の封体用一端閉塞管に電極マウントを装着し、排気台に立設させた状態の断面図。
【図５】図４に封体用一端閉塞管の封止部分を１次封止した状態を示す正断面図。
【図６】図５の直角方向の断面図。
【図７】図５のＸ―Ｘ断面図
【図８】１次封止された半製品に必要充填物を充填した状態の断面図。
【図９】封体の根本封切された半製品の２次封止状態を示す正断面図。
【図１０】図９の直角方向の側断面図。
【図１１】本発明方法により形成された超小型片口放電灯の断面図。
【図１２】図４に対応する他の実施例の断面図。
【符号の説明】
(1)(2) 電極
(3) 発光部
(4)(5) 給電部
(6)(7) １次封止部
(8) 充填物供給通孔
(9) ２次封止部

Claims (2)

1. （ａ）先端に発光部となる空間部が形成された封体を形成する工程、
   （ｂ）並設されている一対の電極を封体内に挿入し、前記一対の電極を発光部内に並設し、電極に接続された給電部にて前記封体内に前記電極を仮止めする工程、
   （ｃ）発光部に連なる封体の封止部分を加熱した後、封止部分の一部を封止して前記給電部を１次封止部内に封じると共に１次封止部に沿って発光部に連通する充填物供給通孔を形成する工程、
   （ｄ）１次封止部が形成された封体の内部を不活性ガスでフラッシングする工程、
   （ｅ）充填物供給通孔から発光部内に必要充填物を充填する工程、
   （ｆ）充填物供給通孔の少なくとも一部を閉塞する工程、とで構成されている片口放電灯の製造方法において、
   前記（ｃ）及び（ｄ）工程の間、前記発光部を１，０００℃以上で且つ前記封体が軟化しない温度で加熱することを特徴とする片口放電灯の製造方法。
2. （ａ）先端に発光部となる空間部が形成された封体を形成する工程、
   （ｂ）並設されている一対の電極を封体内に挿入し、前記一対の電極を発光部内に並設し、電極に接続された給電部にて前記封体内に前記電極を仮止めする工程、
   （ｃ）発光部に連なる封体の封止部分を加熱した後、封止部分の一部を封止して前記給電部を１次封止部内に封じると共に１次封止部に沿って発光部に連通する充填物供給通孔を形成する工程、
   （ｄ）１次封止部が形成された封体の内部を不活性ガスでフラッシングする工程、
   （ｅ）充填物供給通孔から発光部内に必要充填物を充填する工程、
   （ｆ）封体の根元を封切する工程、
   （ｇ）充填物供給通孔の少なくとも一部を閉塞する工程、とで構成されている片口放電灯の製造方法において、
   前記（ｃ）及び（ｄ）工程の間、前記発光部を１，０００℃以上で且つ前記封体が軟化しない温度で加熱することを特徴とする片口放電灯の製造方法。

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