JP4102395B2 - High pressure discharge lamp manufacturing method and lamp unit - Google Patents
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Description
本発明は、高圧放電ランプの製造方法、および当該製造方法によって製造された高圧放電ランプを備えたランプユニットに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a high-pressure discharge lamp and a lamp unit including the high-pressure discharge lamp manufactured by the manufacturing method.
高圧放電ランプ、中でも、電極間距離の短いショートアーク型の高圧放電ランプは、液晶プロジェクタ等の光源として好適に用いられている。ショートアーク型の高圧放電ランプは、文字通りアーク長が短く擬似点光源が実現できるため、凹面反射鏡等の光学系と組み合わされランプユニットとして用いられる際の集光効率が向上し、スクリーンに投影される画面の高輝度化が図れるからである。 High-pressure discharge lamps, among others, short arc type high-pressure discharge lamps having a short distance between electrodes are suitably used as light sources for liquid crystal projectors and the like. The short arc type high-pressure discharge lamp literally has a short arc length and can realize a pseudo-point light source, which improves the light collection efficiency when used as a lamp unit in combination with an optical system such as a concave reflector and is projected onto the screen. This is because the brightness of the screen can be increased.
従来、高圧放電ランプは、例えば以下のようにして製造されている。
直管状をしたガラス管の長手方向中央部分を加熱して軟化させた上で、略球体状または略回転楕円体状をしたキャビティ部分を有する金型に、前記軟化した中央部が前記キャビティ部に位置するように前記ガラス管をセットし、ガラス管の一方端を塞ぎ、他方端から圧搾空気等を送り込んで、前記中央部分を膨出させて略球体状または略回転楕円体状に形成する。これにより、略球体状または略回転楕円体状をした本管部の両端から側管部が延設されてなるガラス管が作製される(特許文献1参照)。
Conventionally, a high pressure discharge lamp is manufactured, for example, as follows.
After heating and softening the longitudinal central portion of the straight tube-shaped glass tube, the softened central portion becomes the cavity portion in a mold having a substantially spherical or substantially spheroid shaped cavity portion. The glass tube is set so as to be positioned, one end of the glass tube is closed, compressed air or the like is fed from the other end, and the central portion is bulged to form a substantially spherical shape or a substantially spheroid shape. As a result, a glass tube is produced in which the side tube portions are extended from both ends of the main tube portion having a substantially spherical shape or a substantially spheroid shape (see Patent Document 1).
そして、このように作製されたガラス管の一方の側管部から、電極・金属箔・リード線がこの順に接合された第1の電極組立体を、前記電極を先頭に当該電極が前記本管部に位置するまで挿入した後、当該一方の側管部を封着し、次に、他方の側管部から封入物を挿入した後、前記第1の電極組立体に対する位置合わせ(電極間距離の調整)をしながら、前記第1の電極組立体と同じ構成を有する第2の電極組立体を挿入し、当該他方の側管部を封着して、前記本管部の気密封止がなされる(特許文献2参照)。 Then, the first electrode assembly in which the electrode, the metal foil, and the lead wire are joined in this order from one side tube portion of the glass tube manufactured in this way is used, and the electrode is the main tube with the electrode at the head. After inserting until one side tube portion is positioned, the one side tube portion is sealed, and then, after the inclusion is inserted from the other side tube portion, alignment with the first electrode assembly (distance between the electrodes) The second electrode assembly having the same configuration as the first electrode assembly is inserted, the other side tube portion is sealed, and the main tube portion is hermetically sealed. (See Patent Document 2).
これにより、気密封止された本管部内で一対の電極の先端同士が略対向して配置された高圧放電ランプが作製されることとなる。
なお、上記の封着は、例えば、側管部を加熱して軟化させた上で、前記金属箔が位置する側管部分を、例えばシュリンク封止することにより行われている。
The above-mentioned sealing is performed by, for example, shrink-sealing, for example, the side tube portion where the metal foil is located after the side tube portion is heated and softened.
ところで、近年、液晶プロジェクタ等の高性能化が進む中で、よりアーク長の短い高圧放電ランプが求められており、例えば100W〜150Wの小型のランプにおいては、その電極間距離に1mm以下のものが要求されている。
しかしながら、上記従来の製造方法では、本管部の形成と側管部の封着とを、ガラス管を軟化させた状態で塑性変形させることによって実施しているので、その製法上、どうしても本管部内面の形状にばらつきが生じたり、封着位置にばらつきが生じたりする。その結果、本管部の気密封止空間(放電室)の容積にばらつきが生じてしまう。当該容積のばらつきはランプ輝度のばらつきとなって現れ、その結果、スクリーンに投影される画面の輝度が使用されるランプ毎にばらついてしまうこととなる。
By the way, in recent years, as the performance of liquid crystal projectors and the like has been improved, a high-pressure discharge lamp with a shorter arc length has been demanded. For example, in a small lamp of 100 W to 150 W, the distance between the electrodes is 1 mm or less. Is required.
However, in the above conventional manufacturing method, the formation of the main pipe part and the sealing of the side pipe part are carried out by plastically deforming the glass pipe in a softened state. Variations in the shape of the inner surface of the part or variations in the sealing position may occur. As a result, the volume of the hermetic sealing space (discharge chamber) of the main pipe portion varies. The variation in volume appears as a variation in lamp luminance, and as a result, the luminance of the screen projected on the screen varies from lamp to lamp.
上述したように、電極間距離の短縮化に伴い、より厳格な精度が要求されるようになると、上記した従来の製造方法では、輝度のばらつきが激しくなり、製品の品質を一定に保持しようとするとその歩留まりが著しく低下してしまうこととなっている。
本発明は上記した課題に鑑み、従来製法よりも、製造されるランプ間における輝度むらを抑制することが可能な高圧放電ランプの製造方法、および当該製造方法によって製造された高圧放電ランプを備えるランプユニットを提供することを目的とする。
As described above, when the stricter accuracy is required as the distance between the electrodes is shortened, in the conventional manufacturing method described above, the variation in luminance becomes intense, and it is attempted to keep the product quality constant. Then, the yield will fall remarkably.
In view of the above-described problems, the present invention provides a method for manufacturing a high-pressure discharge lamp capable of suppressing unevenness in luminance between manufactured lamps as compared with a conventional manufacturing method, and a lamp including a high-pressure discharge lamp manufactured by the manufacturing method. The purpose is to provide units.
上記の目的を達成するため、本発明に係る高圧放電ランプの製造方法は、本管部の両端から第1および第2の側管部が延設されてなるガラス管に、第1の電極となる部分と第2の電極となる部分とを含む1本の電極軸素体が、前記第1および第2の電極となる部分が前記本管部内に位置するように挿入された状態で、第1の側管部と第2の側管部が封着されたものを準備する準備工程と、前記両側管部が封着された状態において、放電室を形成する本管部内の容積の大きさを測定する測定工程と、前記測定工程における測定結果と前記本管部の基準容積との比較を行う比較工程と、前記第1の電極となる部分と前記第2の電極となる部分の間で前記電極軸素体をレーザによって切断する切断工程と、前記比較工程における比較結果に応じ、前記切断によって分離された第1の電極となる部分と第2の電極となる部分の先端部分を溶融させることにより対向間隔を広げて電極間距離を設定する電極間距離設定工程とを含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a high-pressure discharge lamp according to the present invention includes a first electrode and a glass tube in which first and second side tube portions are extended from both ends of a main tube portion. In a state where one electrode shaft element body including a portion to be a portion and a portion to be a second electrode is inserted so that the portions to be the first and second electrodes are located in the main pipe portion, A preparatory step of preparing a sealed one side tube portion and a second side tube portion, and a volume size in a main tube portion forming a discharge chamber in a state where the both side tube portions are sealed; Between the measurement step of measuring, the comparison step of comparing the measurement result in the measurement step with the reference volume of the main section, and the portion to be the first electrode and the portion to be the second electrode Depending on the comparison result in the cutting step of cutting the electrode shaft element by laser and the comparison step, An inter-electrode distance setting step for setting the inter-electrode distance by widening the facing distance by melting the tip portion of the first electrode portion and the second electrode portion separated by cutting. And
また、前記電極間距離設定工程では、前記基準容積に対する前記測定工程において測定される容積が相対的に大きいほど電極間距離を長くすることを特徴とする。
さらに、前記測定工程において測定される容積の大きさをVx、前記基準容積をVs、第1の電極と第2の電極間の基準となる電極間距離をLs、最終的に得られる電極間距離をLxとした場合に、前記電極間距離設定工程においては、前記比較工程における比較結果に応じ、VxがVsより大きいの場合は、LxがLsよりも長くなるように、VxがVsとほぼ等しい場合は、LxがLsとほぼ等しくなるように、VxがVsよりも小さい場合は、LxがLsよりも短くなるように、第1および第2の電極となる部分の先端部分を溶融させて縮退させることを特徴とする。
In the inter-electrode distance setting step, the inter-electrode distance is increased as the volume measured in the measurement step relative to the reference volume is relatively large.
Furthermore, the volume measured in the measurement step is Vx, the reference volume is Vs, the inter-electrode distance as a reference between the first electrode and the second electrode is Ls, and the finally obtained inter-electrode distance Is set to Lx, in the inter-electrode distance setting step, according to the comparison result in the comparison step, when Vx is larger than Vs, Vx is substantially equal to Vs so that Lx is longer than Ls. In this case, when Vx is smaller than Vs so that Lx is almost equal to Ls, the tip portions of the first and second electrodes are melted and degenerated so that Lx is shorter than Ls. It is characterized by making it.
また、前記電極間設定工程における前記溶融は、前記第1の電極となる部分の先端部分と前記第2の電極となる部分の先端部分にレーザビームを照射することによってなされることを特徴とする。
あるいは、前記電極間設定工程における前記溶融は、前記第1の電極となる部分の先端部分と前記第2の電極となる部分の先端部分との間で放電させることによりなされることを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係るランプユニットは、凹面反射鏡を有し、当該凹面反射鏡の焦点位置に、上記した製造方法によって製造された高圧放電ランプの電極間中心が位置するように、当該高圧放電ランプが備えられていることを特徴とする。
Further, the melting in the inter-electrode setting step is performed by irradiating a tip end portion of a portion serving as the first electrode and a tip portion of a portion serving as the second electrode with a laser beam. .
Alternatively, the melting in the inter-electrode setting step is performed by discharging between a tip portion of a portion serving as the first electrode and a tip portion of a portion serving as the second electrode. .
In order to achieve the above object, a lamp unit according to the present invention has a concave reflecting mirror, and the center between electrodes of the high-pressure discharge lamp manufactured by the manufacturing method described above is located at the focal position of the concave reflecting mirror. Thus, the high-pressure discharge lamp is provided.
本実施の形態に係る高圧放電ランプの製造方法によれば、電極軸素体が封着された本管部内の容積の大きさに応じて、電極間距離が確保されるので、製造されるランプ間における輝度むらを抑制することが可能となる。 According to the manufacturing method of the high-pressure discharge lamp according to the present embodiment, the distance between the electrodes is ensured according to the size of the volume in the main pipe part to which the electrode shaft element is sealed. It becomes possible to suppress the luminance unevenness between the two.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施の形態に係る製造方法による製造対象となる高圧水銀ランプ10(以下、単に「ランプ10」という。)の概略構成を示す図である。なお、図1は後述するガラスバルブ12のみをその軸心を含む平面で切断した図である。また、図1を含む全ての図において各構成要素間の縮尺は統一していない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a high-pressure mercury lamp 10 (hereinafter simply referred to as “
ランプ10は、図1に示すように、気密封止された放電室(発光空間)14を有するガラスバルブ12を備えている。ガラスバルブ12は石英ガラスで形成されている。
また、ランプ10は、上記放電室14内でその先端部を互いに対向させて配置した一対の電極16、18を有している。第1の電極16は電極軸20にコイル22が巻回されてなるものであり、同じく、第2の電極18は電極軸24にコイル26が巻回されてなるものである。
As shown in FIG. 1, the
Further, the
電極軸20、24の基端はガラスバルブ12に支持されており、各電極軸20、24は、ほぼ同軸上に、前記放電室14へと延出されていて、その先端部分に前記各コイル22、26が巻回されている。各コイル22、26は、適度な放熱機能を発揮して、ランプ10の点灯時における電極の過熱を防止するために設けられている。
また、第1の電極16と第2の電極18の対向する先端部分の一部は、後述するようにして、略半球状に加工されて頭部28、30が形成されている。このように略半球状に加工するのは、点灯時の放電を可能な限り当該頭部の先端に集中させて、アークが無秩序に変位するいわゆるアークジャンプ現象を防止するためである。もちろん、アークジャンプ現象を防止するにあたり、その先端形状を「略半球状」とするのは一例であり、例えば、略球状や略円錐状としてもよい。
The base ends of the
In addition, a part of the opposing tip portion of the
両頭部28、30先端の、ガラスバルブ12の管軸方向の間隔、すなわち、電極間距離Dは後述するようにして1.0〜1.5mmの範囲で調整される。なお、上記電極軸20、24の直径は0.4mm、コイル22、26の外径は1.2mmである。また、電極軸20、24とコイル22、26とは、共にタングステンで形成されている。
各電極軸20、24の、前記頭部28、30とは反対側の端部は、短冊状をした金属箔32、34の一方の端部と接合されている。一対の金属箔32、34の各々は、モリブデン箔からなる。
The distance between the tips of both
The end portions of the
第1の金属箔32のもう一方の端部には、第1の外部リード線36の一端部が接合されており、第2の金属箔34のもう一方の端部には、第2の外部リード線38が接合されている。そして、第1および第2の外部リード線36、38の金属箔32、34とは反対側の端部部分は、ガラスバルブ12から露出していて、当該端部部分から給電することによって、ランプ10を点灯させることができる。なお、第1および第2のリード線は、共に、モリブデン線からなる。
One end portion of the first
また、上記ガラスバルブ12は、主に金属箔32、34に対応する部分で封着されていて、前記気密封止された放電室14が形成されている。
放電室14には、発光物質である水銀40及び始動補助用としてのアルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガス(不図示)と、併せて沃素、臭素などのハロゲン物質(不図示)が封入されている。なお、前記ハロゲン物質は、いわゆるハロゲンサイクルにより、電極16、18から蒸発したタングステンを石英ガラスバルブ12内面に付着させることなく電極16、18に戻してガラスバルブの黒化を抑制するという機能を果たすために封入されるものである。
The
The
続いて、上記の構成から成るランプ10の製造方法について説明する。
図2に示すように、先ず、ランプ10用ガラス管42(以下、単に「ガラス管42」という。)と電極組立体44とを準備する。
ガラス管42は、前記ガラスバルブ12となる部材であり、例えば、略球体状または略回転楕円体状をした本管部46とその両端から延設されてなる、円筒形をした第1の側管部48および第2の側管部50とを有している。また、いうまでもなく、ガラス管42は石英ガラスで形成されている。
Then, the manufacturing method of the lamp | ramp 10 which consists of said structure is demonstrated.
As shown in FIG. 2, first, a
The
図3を参照しながら、ガラス管42の製造方法について説明する。
先ず、図3(a)に示すように、一方端部が閉塞され、他方端部が開放されたガラス管41をその管軸周りに回転させながら、前記本管部46の形成予定部分をバーナー43で外周から加熱し軟化させる。
次に、図3(b)に示すように、上型45と下型47とからなり、閉じた状態で本管部46外周と同形状をしたキャビティ部45A、47Aが形成される金型49で、上記軟化部分を挟持する。
A method of manufacturing the
First, as shown in FIG. 3A, while the
Next, as shown in FIG. 3 (b), a
そして、図3(c)に示すように、開放端部から不活性ガスからなる圧搾気体を吹き込んで、上記軟化部分を膨出させてガラス管41外周を上記キャビティ部45A、47Aの内面に沿わせて、本管部46が形成される。その後、ガラス管41の両端部部分を適当な位置でカットして、ガラス管42が完成する。
図2に戻り、電極組立体44は、1本の金属軸体52の両端に前記金属箔32、34が接合され、さらに、当該金属箔32、34に前記外部リード線36、38が接合されてなるものである。また、金属軸体52には、第1のコイル54と第2のコイル56とからなる一対のコイルが外挿されている。ここで、金属軸体52に第1のコイル54と第2のコイル56とを外挿してなるものが、後述するようにして、前記第1の電極16、第2の電極18に加工される。
Then, as shown in FIG. 3 (c), a compressed gas composed of an inert gas is blown from the open end portion to bulge the softened portion, so that the outer periphery of the
Returning to FIG. 2, in the
上記のように構成されたガラス管42をジグ58にセットし、図2に示すように、当該ガラス管42に電極軸組立体44を、第1のコイル54および第2のコイル56が本管部46に位置するように挿入する[電極組立体挿入工程]。もう少し言うと、ガラス管42の管軸方向における第1のコイル54と第2のコイル56との真ん中が、本管部46の真ん中に位置するまで、電極軸組立体44を挿入する。
The
次に、図4に示すように、側管部48、50の各々の一部を封着して、本管部46を気密封止し放電室14を形成する[封止工程]。なお、気密な封着は、主に金属箔32、34が位置する部分でなされる。
当該封止工程は、例えば、以下の手順で実現できる。
先ず、ガラス管42内を減圧(例えば、20kPa程度)し、この減圧状態で、ガラス管42をその管軸60周りに回転させながら、第1の側管部48の金属箔32が位置する部分を例えばバーナー(不図示)で加熱し軟化させる。そうすると、第1の側管部48の軟化した部分が収縮し、当該第1の側管部48の内面の一部と金属箔32とが密着して、封着がなされることとなる。
Next, as shown in FIG. 4, a part of each of the
The sealing step can be realized by the following procedure, for example.
First, the inside of the
次に、ガラス管42内(本管部46内)に前記水銀40、希ガス(不図示)、およびハロゲン物質(不図示)を導入した後、第2の側管部50を、第1の側管部48の場合と同様にして封着することによって、封止工程が完了する。
封止工程が終了した時点で、金属軸体52は、その軸芯をガラス管42の管軸60と略一致した状態で固定されることとなる。すなわち、金属軸体52の軸心が本管部46の中心軸と略一致することとなる。
Next, after introducing the
When the sealing step is completed, the
封止工程が終了すると、今度は、放電室14の容積の大きさ、すなわち本管部46の容積の大きさを測定する。ここでは、「容積の大きさ」とは、「cc」や「cm3」で測定される容積の絶対的な数値をいうのではなく、測定対象となる空間の相対的な広さをいう。もっとも、カメラスケールから実際のスケールへ換算すれば、絶対的な測定も可能である。
When the sealing process is completed, the volume of the
上記容積の大きさを測定するシステム100の概略構成を示すブロック図を図5に示す。
容積の大きさは、X線により本管部46の縦断面を撮影して行う。そのため、測定システム100は、X線を本管部46に向けて照射するX線管102と、当該照射によって得られるX線像を可視像に変換するX線イメージインテンシファイア104と、変換された可視像を撮像するエリアCCD(以下、単に「CCD」という。)106を有する。
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the
The size of the volume is determined by photographing a longitudinal section of the
なお、ここでは、容積の大きさを測定するに当たり、ガラスの屈折率の影響を受けにくいX線による撮像方式を用いたが、当該測定が可能であれば、特に限定されるものではなく、例えば、赤外カメラ、紫外カメラ、可視カメラ(モノクロ/カラー)を用いてもよい。
撮像に供されるランプ10(まだ、製造途中で完成はしていないのであるが、便宜上ランプ10として説明する。)は、回転自在に保持するジグ108に取り付けられる。ジグ108に取り付けられたランプ10の一端部側は、ゴムチューブなどからなる自在継ぎ手110を介して、ステッピングモータ112の出力軸112Aと接続される。
Here, in measuring the size of the volume, an imaging method using X-rays that is not easily affected by the refractive index of the glass is used. However, there is no particular limitation as long as the measurement is possible. An infrared camera, an ultraviolet camera, or a visible camera (monochrome / color) may be used.
A
なお、本発明の実施の形態では、ランプ10を回転させる方式であるが、撮像側であるX線管102とX線イメージインテンシファイア104及びCCD106とを回転させてもよい。
114は、パソコンなどからなり、CCD106が撮像した画像から本管部46の容積の大きさを演算したり、ステッピングモータ112の回転角度を制御したりする制御装置である。
In the embodiment of the present invention, the
画像取込み部116は、後述する主制御部130の指示によってCCD106が撮影した画像を取り込む。撮影画像の様子を図6(a)に示す。X線のため、金属部分は黒く、ガラス部分はその厚みに応じた濃淡で撮影される。なお、図6以降では、本管部46内の水銀40の図示は省略している。
画像解析部118は、一般的な画像認識処理によって、放電室14の外周120をエッジ検出によって特定する。
The
The
図6(b)は、上記外周(エッジ)120のみを表した図であり、小さく方形状に区画された一枡が一画素を示している。一例として、撮像は25万〜100万画素のCCD106でなされており、言うまでも無く、図6(b)の一画素の大きさは現実よりもかなり誇張して描いている。
画像解析部は、エッジ120を検出すると当該エッジ120で囲まれた画素(以下、「エッジ内画素」という。)の数を計数して、容積演算部122(図5)に出力する。図6(b)中、実線で区画しているのがエッジ内画素である。当該計数は以下のように行われる。X軸方向にn列並んだ画素列を第1列目から順に第n列目まで走査し、各列毎にエッジ内画素の数を計数する。計数結果は、各列毎に容積演算部122(図5)へ出力される。撮像1枚に付出力結果は「p1、p2、…、px、…、pn」となる。勿論、X軸方向両端部寄りの個数は大抵の場合「0個」となる。
FIG. 6B is a diagram showing only the outer periphery (edge) 120, and a glance divided into small squares indicates one pixel. As an example, imaging is performed by a
When detecting the
上記撮像は、ランプ10の軸心周りの回転角度を等角度(360度をm等分した角度)で変化させてm回行われる。画像解析部118は、撮像の度毎に上記計数を行い、計数結果を容積演算部122へ出力する。
容積演算部122は、一例として、次式によって、m枚の撮像結果から同じ列同士の画素数の合計をmで除して得られる各列における平均個数に、一画素のY軸方向の長さrを乗じて、各列毎のY軸方向の長さP1〜Pnを演算する。
The above imaging is performed m times by changing the rotation angle around the axis of the
As an example, the
なお、次式は容積の断面形状がほぼ円として近似している。
P1={(p1+p1+…+p1)/m}×r
P2={(p2+p2+…+p2)/m}×r
:
Px={(px+px+…+px)/m}×r
:
Pn={(pn+pn+…+pn)/m}×r
次に、容積演算部122は、次式によって本管部46の容積の大きさVdを算出する。
In the following equation, the volume cross-sectional shape is approximated as a circle.
P1 = {(p1 + p1 +... + P1) / m} × r
P2 = {(p2 + p2 + ... + p2) / m} * r
:
Px = {(px + px +... + Px) / m} × r
:
Pn = {(pn + pn +... + Pn) / m} × r
Next, the
Vd=π{(P1/2)2+(P2/2)2+…+(Px/2)2+…+(Pn/2)2}
容積演算部122は、算出結果Vd(以下、「測定容積Vd」と称する。)を比較判定部124へ出力する。
比較判定部124は、表1の上段に記載した判定基準に基づき、中段に記載した判定結果を出す。なお、V1、V2は、ランプ10の本管部46の設計容積をVs(以下、「基準容積Vs」と称する。)とした場合に、V1<Vs<V2の関係となる値である。
Vd = π {(P1 / 2) 2 + (P2 / 2) 2 + ... + (Px / 2) 2 + ... + (Pn / 2) 2 }
The
The comparison /
比較判定部124は、判定結果を130へ出力し、主制御部130は表示部126に判定結果を表示させる。なお、モータ制御部128は、主制御部130の指示にしたがい、ステッピングモータ112の回転制御する。主制御部130は、上記した各部116〜128やCCD106を統括的に制御する。
上記判定結果に続いて、金属軸体52をレーザ切断する切断工程を実施する。
The
Following the determination result, a cutting step of laser cutting the
図7(a)は、上記判定終了時(封止工程終了時)の本管部46およびその付近の拡大図である。
当該切断工程では、公知のYAGレーザ発振器(不図示)を用いる。
不図示の光学系によって、スポット径0.1mmに絞ったレーザビームLB1を、図7(a)に示すように、金属軸体52の軸心に対し略垂直に照射する。当該ビーム径は、金属軸体52の直径よりも小さいので、図7(b)に示すように、レーザビームLB1を、金属軸体52の軸心に直交する方向に相対的に移動させて切断を行う。
FIG. 7A is an enlarged view of the
In the cutting step, a known YAG laser oscillator (not shown) is used.
A laser beam LB1 focused to a spot diameter of 0.1 mm is irradiated approximately perpendicularly to the axis of the
図8(a)に示すように、前記ビーム径と略等しいかまたはそれ以下の切断幅DLで切断でき、しかも、当該切断幅は、レーザビームLB1の前記移動方向において略一様なものとなる。すなわち、本実施の形態の切断工程における切断は、部材を溶融させてその表面張力によって当該部材を分離するような切断(以下、このような切断を「溶融切断」と称する。)とは明らかに異なる態様の切断とする。さらに言えば、溶融切断においては、切断後の先端部分は、表面張力によって丸まってしまい、その切断幅が一様でないのに対し、本実施の形態の上記切断は、略一様な幅の切断とするのである。 As shown in FIG. 8A, cutting can be performed with a cutting width DL substantially equal to or less than the beam diameter, and the cutting width is substantially uniform in the moving direction of the laser beam LB1. . That is, the cutting in the cutting process of the present embodiment is clearly a cutting in which a member is melted and the member is separated by its surface tension (hereinafter, such cutting is referred to as “melt cutting”). A different mode of cutting is used. Furthermore, in melt cutting, the tip portion after cutting is rounded due to surface tension, and the cutting width is not uniform, whereas the cutting of the present embodiment is a cutting with a substantially uniform width. It is.
また、金属軸体52を切断するのであれば、図7(a)において破線で示すように、当該金属軸体52に対して斜め方向からレーザビームを照射することも考えられる(以下、単に「斜め照射」という場合がある。)。しかしながら、この場合には、以下の理由から、金属軸体52におけるレーザビームの照射位置にばらつきが生じる可能性が大きくなってしまう。各図において、本管部46は便宜上一様な厚みを有する球殻形状に描いているが、実際には、その製造上の理由から厚みは一様でなく、しかも個体ごとにばらついてしまう。厚みのばらつきは、側管部48、50に近いほど大きくなり、その側管部50寄りの位置46Bを通る斜め照射では、その厚みのばらつきの影響をうけてガラスを通過する際の屈折方向にばらつきが生じて、照射位置及び焦点とワークの位置関係がばらついてしまうのである。そこで、本実施の形態では、本管部46の厚みのばらつきによる影響が最も少ない位置46A、すなわち、金属軸体52の軸心(管軸60)に対して最も膨出した部分からレーザビームを照射することとしているのである。
Further, if the
なお、上記した例では、円形に絞ったビームを移動させて切断をすることとしたが、これに限らず、例えば、図7(c)に示すように、適当な光学系を用いて、短辺が0.1mmの長方形断面にレーザビームを整形して照射するようにしても構わない(LB2)。このようにすれば、レーザビームLB2を移動させることなく切断することが可能となる。なお、この場合でも切断幅が略一様となるのは前記の場合と同様である。 In the above example, the circularly focused beam is moved and cut. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. The laser beam may be shaped and irradiated on a rectangular cross section having a side of 0.1 mm (LB2). This makes it possible to cut the laser beam LB2 without moving it. Even in this case, the cutting width is substantially uniform as in the case described above.
上記切断工程によって金属軸体52二つに切断され、第1の電極16となる第1の電極軸素体52Aと第2の電極18となる第2の電極軸素体52Bとが形成されると(図8(a))、今度は、電極間距離を設定するためにする溶融工程を実行する。
図8(b)に示すように、切断工程で切断分離された電極軸素体52A、52Bの各々の先端部分にレーザビームLB3、LB4を照射して、先端部分を溶融させる。この溶融量は、ビームの出力および/または照射時間によって、適宜調整することができる。
The
As shown in FIG. 8B, the tip portions of the
すなわち、ビーム出力を一定として、判定結果が「標準」の場合は、照射時間をTs[秒]とし、判定結果が「狭」の場合は、Tsよりも短いT1[秒]とし、判定結果が「広」の場合は、Tsよりも長いT2[秒]とするのである。
上記レーザビームLB3、LB4の照射によって、電極軸素体52A、52Bの先端部分は溶融し、溶融した部分は表面張力によって各々の基端(支持端)側へと縮退し、図8(c)に示すように略半球面を有するように丸くなる。上記縮退量に応じて電極間距離が設定されることとなる。そして、縮退量は溶融量に比例し、溶融量は例えばレーザビームの照射時間に比例する。そこで、本管部46の容積の大小に応じ、レーザビームの照射時間によって、電極間距離を調整することとしたのである。なお、ビーム出力を一定とした場合において、照射時間と縮退量の間の相関関係は、実験により経験的に求め得るものである。
That is, when the beam output is constant and the determination result is “standard”, the irradiation time is Ts [second], and when the determination result is “narrow”, the determination result is T1 [second] shorter than Ts. In the case of “wide”, T2 [seconds] is longer than Ts.
By irradiation with the laser beams LB3 and LB4, the tip portions of the
この場合に、判定結果が「広」で本管部46の容積が設計基準よりも大きくなっていると、水銀蒸気の密度が低下し、標準の電極間距離Dsに設定したのでは輝度が低下してしまう。そこで、電極間距離をDsよりも長めのD2に設定するのである(表1参照)。
一方、この反対に判定結果が「狭」で本管部46の容積が設計基準よりも小さくなっていると、水銀蒸気の密度が過剰に高くなり、標準の電極間距離Dsに設定したのでは輝度が上がり過ぎてしまい、品質ばらつきの問題が発生する。そこで、電極間距離をDsよりも短めのD1に設定するのである(表1参照)。
In this case, if the determination result is “wide” and the volume of the
On the other hand, if the determination result is “narrow” and the volume of the
また、判定結果が「標準」で、本管部46の容積がほぼ設計基準通りに出来上がっている場合には、設計通りの電極間距離Dsとするのである(表1参照)。
ここで、電極間距離D1、Ds、D2の各々は、例えば、1.0≦D1<1.2、1.2≦Ds≦1.3、1.3<D2≦1.5とする(単位はmm)。
これにより、本管部46の容積の大小に応じた電極間距離D1、Ds、D2が設定されることとなるので、製造されるランプ間での輝度のばらつきが、従来よりも抑制できることとなる。なお、上記した出力や照射時間等の条件は、被溶融物(電極軸素体、コイル)の材質、溶融量などによって適宜決定されるものである。
上述したように、本管部46の容積が変動すると水銀蒸気の密度が変動し、これに起因して(電極間距離が一定のままであると)所望する輝度が得られないため、上記の例では、本管部46の容積の大きさ(測定容積Vdの基準容積Vsからの変動分)に応じて、電極間距離を調整している。
When the determination result is “standard” and the volume of the
Here, the interelectrode distances D1, Ds, and D2 are, for example, 1.0 ≦ D1 <1.2, 1.2 ≦ Ds ≦ 1.3, and 1.3 <D2 ≦ 1.5 (units). Is mm).
As a result, the inter-electrode distances D1, Ds, and D2 are set according to the volume of the
As described above, when the volume of the
ここで、水銀蒸気の密度は、本管部46内(放電室14)における空間(物体が存在しない場所)の大きさで決定されるところ、上記の例では、第1および第2の電極16,18の体積(但し、放電室14内に存在する部分)を考慮しない本管部46の容積(基準容積Vs、測定容積Vd)を用いて、電極間距離の調整を行っているので、一見すると不具合があるように思われる。
しかしながら、ここで問題としているのは上記空間の変動分であり、第1および第2の電極16,18の体積(但し、放電室14内に存在する部分)が略一定とみなせる以上、当該空間の大きさの変動分は、測定体積Vdの変動分と同じとなるので、何らの問題はない。さらに言うと、本管部46の容積が基準容積Vsである場合に、水銀蒸気が適切な(ほぼ設計基準どおりの)密度となるような空間が確保されているのである。
Here, the density of the mercury vapor is determined by the size of the space (the place where no object is present) in the main pipe section 46 (discharge chamber 14). In the above example, the first and
However, the problem here is the variation of the space, and the volume of the first and
もっとも、電極間距離の調整に用いる本管部46の容積を、第1および第2の電極16,18の体積(但し、放電室14内に存在する部分)を考慮したものとしても構わない。すなわち、第1および第2の電極16,18のうち、放電室14に存在することとなる部分の体積の平均的な値(以下、単に「電極体積」と言う。)を予め求めておき、上記基準容積Vsから当該電極体積を差し引いて得られるVs'を基準容積とし、上記測定容積Vdから当該電極体積を差し引いて得られるVd'を測定容積としても構わない。
Of course, the volume of the
上記照射工程におけるレーザビームLB3の照射とレーザビームLB4の照射は、同時であってもよいし、順次であっても構わない。また、同時の場合は、レーザ発振器を必ずしも2台用いる必要はない。1台のレーザ発振器から射出される1本のレーザビームをハーフミラーなどで2本に分岐させてレーザビームLB3とレーザビームLB4を創出するようにしてもよい。 The irradiation with the laser beam LB3 and the irradiation with the laser beam LB4 in the irradiation step may be performed simultaneously or sequentially. In the case of simultaneous, it is not always necessary to use two laser oscillators. One laser beam emitted from one laser oscillator may be split into two by a half mirror or the like to create the laser beam LB3 and the laser beam LB4.
上記レーザビームLB3、LB4の照射によって、上述したように、コイル54、56の一部(1〜2巻き程度)も溶融し、溶融した部分は表面張力によって各々の基端(支持端)側へと縮退し、図8(c)に示すように略半球面を有するように丸くなる。上記縮退によって、必要とする電極間距離D1、Ds、D2(図8(c))のいずれかが設定されることとなる。溶融した部分が固化すると、コイル22と電極軸20、コイル26と電極軸24とがそれぞれ一体的に接合されてなる電極16および電極18が完成する。
As described above, by irradiation with the laser beams LB3 and LB4, a part (about 1 to 2 turns) of the
上記した例では、電極軸素体52A、52Bの先端部分にレーザビームを照射して、溶融することとしたが、溶融する方法はレーザビームの照射に限らない。
図9(a)に示すように、点灯装置132に第1の外部リード線36と第2の外部リード線38を接続して、電極軸素体52A、52B間で所定時間放電させることにより溶融させてもよい。点灯装置132には、公知のものを用いることができる。
In the example described above, the tip portions of the
As shown in FIG. 9A, the first
点灯装置132によって給電すると、図9(b)に示すように、電極軸素体52A、52Bの先端間で放電が生じ、当該先端部分が溶融する。
この場合、給電電力Wを上記判定結果に応じて調整する。すなわち、判定結果が「標準」の場合は、電力をWs[W]とし、判定結果が「狭」の場合は、Wsよりも少ないW1[W]とし、判定結果が「広」の場合は、Wsよりも多いW2[秒]とするのである。放電時間が一定であれば、溶融量(縮退量)は給電電力に比例するからである。
When power is supplied by the
In this case, the feed power W is adjusted according to the determination result. That is, when the determination result is “standard”, the power is Ws [W], when the determination result is “narrow”, W1 [W] is smaller than Ws, and when the determination result is “wide”, It is assumed that W2 [seconds] is larger than Ws. This is because if the discharge time is constant, the melting amount (degeneration amount) is proportional to the feed power.
当該放電によって溶融した先端部分は、レーザで溶融させた場合と同様、その表面張力によって各々の基端(支持端)側へと縮退し、図6(c)に示すように略半球面を有するように丸くなる。上記縮退によって必要とする電極間距離D1、Ds、D2のいずれか(図8(c)参照)が設定され、溶融した部分が固化するとコイル22と電極軸20、コイル26と電極軸24とがそれぞれ一体的に接合されてなる電極16および電極18が完成するのは、レーザ溶融による場合と同様である。
The tip portion melted by the discharge is contracted to the base end (support end) side by the surface tension as in the case of melting by laser, and has a substantially hemispherical surface as shown in FIG. So rounded. Any one of the interelectrode distances D1, Ds, and D2 required by the degeneration (see FIG. 8C) is set, and when the melted portion is solidified, the
以上説明したように、本実施の形態によれば、本管部46の両端から側管部48、50が延設されてなるガラス管42に、第1の電極16となる部分と第2の電極18となる部分とを含む1本の金属軸体52を、前記第1および第2の電極16,18となる部分が前記本管部46内に位置するように挿入する挿入工程と、前記両側管部48、50を封着して、前記本管部46を封止する封止工程と、封止された本管部46の容積の大きさを測定する測定工程と、前記第1の電極16となる部分と前記第2の電極18となる部分の間で前記金属軸体52を分断し、前記測定工程で測定された容積の大きさに応じて、電極間距離を設定する電極間距離設定工程とを経て高圧放電ランプが製造されることとなる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、前記電極間距離設定工程は、前記第1の電極16となる部分と前記第2の電極18となる部分の間で前記金属軸体52をレーザによって2本に切断し、第1の電極軸素体52Aと第2の電極軸素体52Bとを作成する切断工程と、第1の電極軸素体52Aと第2の電極軸素体52Bの対向する側の先端部分を、前記容積の大きさに応じて溶融させて縮退させる溶融工程とを含むようにしている。
In the inter-electrode distance setting step, the
これにより、1本の電極組立体44(1本の金属軸体52)がガラス管42に挿入され、側管部48、50が封着され、封着後に、金属軸体52が切断されることとなるので、完成後の電極間に軸心ずれが生じにくい。また、切断後に、第1の電極軸素体52Aと第2の電極軸素体52Bの先端部分が溶融されることとなるので、両電極の先端部をほぼ同様な形状に加工することが可能となる。
Thereby, one electrode assembly 44 (one metal shaft body 52) is inserted into the
さらに、本管部46(放電室14)の容積に応じた電極間距離に設定されるので、製造されるランプ間での輝度むらを従来よりも抑制することが可能となる。
図10は、上記のようにして製造されたランプ10を光源として備えたランプユニット200の概略構成を示す図である。ランプユニット200は、液晶プロジェクタ用の光源として用いられるものである。
Furthermore, since the distance between the electrodes is set in accordance with the volume of the main pipe portion 46 (discharge chamber 14), it is possible to suppress the luminance unevenness between manufactured lamps.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a
図10に示すように、ランプユニット200は、凹面反射鏡212を有し、ランプ10は、第1の電極16と第2の電極18との間の電極間中心が、前記凹面反射鏡212の焦点位置にくるように、当該凹面反射鏡212に一体的に取り付けられている。具体的には、ランプ10の一端部に装着されている口金214を凹面反射鏡212の反射面216の中央に設けられた取付孔218に挿入して位置決めし、当該口金214を取付孔218内面に絶縁セメント220で固定するようにしている。第1の外部リード線36は、凹面反射鏡212に開設された図示しない貫通孔を介して導入された電力供給線222と電気的に接続されている。第2のリード線38(図10では不図示)は、口金214と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 10, the
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記した形態に限らないことは、勿論であり、例えば、以下のような形態とすることも可能である。
(1)上記実施の形態では、レーザ照射によって溶融させる場合の溶融量(縮退量)の調整を、レーザの照射時間で行ったが、これに限らず、例えば、レーザ出力やレーザの電極軸素体に対する照射位置などによって行ってもよい。あるいは、これらの二つ以上を変化させることによって行っても構わない。
(2)上記実施の形態では、放電によって溶融させる場合の溶融量(縮退量)の調整を、給電電力によって行ったが、これに限らず、電圧を一定にして電流量を変化させてもよいし、この逆に、電流量を一定にして電圧を変化させるようにしてもよい。あるいは、放電時間によって調整することとしても構わない。
(3)上記実施の形態では、溶融工程をレーザビーム照射によるものと放電によるものとのいずれか一方で実施することとしたが、これに限らず、両者を併用することとしても構わない。
As described above, the present invention has been described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described form, and for example, the following form may be possible.
(1) In the above embodiment, the adjustment of the melting amount (degeneration amount) in the case of melting by laser irradiation is performed according to the laser irradiation time. You may perform by the irradiation position with respect to a body. Or you may change by changing these two or more.
(2) In the above embodiment, the amount of melting (degeneration amount) in the case of melting by electric discharge is adjusted by the feed power. However, the present invention is not limited to this, and the amount of current may be changed with a constant voltage. On the contrary, the voltage may be changed with the amount of current kept constant. Alternatively, it may be adjusted according to the discharge time.
(3) In the above embodiment, the melting step is performed by either laser beam irradiation or discharge. However, the present invention is not limited to this, and both may be used in combination.
例えば、電極軸素体52A、52B(図8(b)参照。)の先端部分にレーザビーム照射して、最終的に必要な量よりも少ない量だけ、電極軸素体52A、52B(場合によってはコイル54、56も)を溶融し[予備溶融工程]、次に、図9で説明したように、放電によって、最終的に必要な量分溶融させる[本溶融工程]こととするのである。
切断工程における切断幅は可能な限り狭いことが望ましい。しかしながら、あまり狭くしすぎると、切断工程の際に僅かながら生じた溶融物が粒状となって間隙(切断面間)に挟まってしまう事態が生じる場合がある(なお、このような場合でも金属軸体自体は、完全に切断されているのである。)。特に、本実施の形態のように、アシストガスを使用できない気密空間内でレーザ切断を実施すると上記のような事態が生じ易い。このような状態で給電しても、電流は前記粒状の溶融物を通って流れてしまい、良好な放電ができない場合がある。そこで、先ず上記した予備溶融によって少し電極軸素体52A、52Bを縮退させて当該先端同士を電気的に完全に分離し、その後の放電による本溶融工程を実行するようにするのである。
(4)また、(3)では予備溶融工程において、電極軸素体52A、52Bの両方を予備溶融させることとしたが、一方のみを予備溶融させた後、放電による本溶融工程に移行させてもよい。こうすることにより、レーザビームを照射するための位置合わせ等の時間を短縮することが可能となり、高圧水銀ランプの全体的な製造時間の短縮を図ることができる。
(5)本発明は、上記した高圧水銀ランプの製造方法に限らず、他の高圧放電ランプ、例えば、メタルハライドランプや高圧ナトリウムランプの製造方法に適用可能である。
(6)また、本発明は、電極にコイルを有するものに限らず、軸体だけで電極が構成されてなる高圧放電ランプの製造方法にも適用可能である。
(7)上記実施の形態では、本管部46の縦断面を撮影し、その撮影結果から当該本管部46の容積の大きさを求めることとしたが、これに限らず、X線コンピュータ断層映像装置(X線CT[Computed tomography])を用い、本管部46の横断面を撮影して(断層撮影)、当該断層像から本管部46の容積の大きさを求めることとしてもよい。すなわち、前記X軸方向(図6参照)に所定の間隔をおいて、本管部46の断層撮影を複数回行い、各断層像における放電室14の面積を求め、求めた面積を合計して本管部46の容積の大きさとするのである。
(8)上記実施の形態では、測定容積Vdが、V1とV2とで区画される三つの範囲のいずれの範囲に属するかによって、電極間距離をD1、Ds、D2の3段階のいずれかに制御することとした(表1等参照)。しかしながら、このように容積の範囲を区切って、数段階にデジタル的に電極間距離を設定するのではなく、アナログ的に設定することとしても構わない。すなわち、予め、実験により、本管部46の容積と適切な電極間距離の関係を割り出し、これを、容積が求まれば適切な電極間距離が演算できるように数式化する。そして、当該数式を用い、測定容積Vdから適切な電極間距離を演算して求め、当該電極間距離になるように、レーザビームの照射時間等を制御して、電極先端を縮退させるのである。
For example, the tip portions of the electrode
It is desirable that the cutting width in the cutting process is as narrow as possible. However, if it is too narrow, there may occur a situation in which the slightly generated melt in the cutting process becomes granular and gets caught in the gap (between the cut surfaces). The body itself is completely cut off.) In particular, when laser cutting is performed in an airtight space where the assist gas cannot be used as in the present embodiment, the above situation is likely to occur. Even if power is supplied in such a state, the current flows through the granular melt, and there are cases where good discharge cannot be performed. Therefore, first, the electrode
(4) In (3), both
(5) The present invention is not limited to the above-described method for manufacturing a high-pressure mercury lamp, but can be applied to other high-pressure discharge lamps such as a metal halide lamp and a high-pressure sodium lamp.
(6) Moreover, this invention is applicable not only to what has a coil in an electrode but the manufacturing method of the high pressure discharge lamp by which an electrode is comprised only with a shaft.
(7) In the above embodiment, the longitudinal section of the
(8) In the above embodiment, the interelectrode distance is set to any one of the three stages D1, Ds, and D2 depending on which of the three ranges divided by V1 and V2 the measurement volume Vd belongs to. It was decided to control (see Table 1 etc.). However, instead of dividing the volume range in this way and digitally setting the inter-electrode distance in several steps, it may be set in an analog manner. That is, the relationship between the volume of the
例えば、ショートアーク型の高圧放電ランプの製造方法に好適に利用し得る。 For example, it can be suitably used in a method for manufacturing a short arc type high-pressure discharge lamp.
10 高圧水銀ランプ
16 第1の電極
18 第2の電極
42 ガラス管
46 本管部
48、50 側管部
52A 第1の電極軸素体
52B 第2の電極軸素体
200 ランプユニット
212 凹面反射鏡
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記両側管部が封着された状態において、放電室を形成する本管部内の容積の大きさを測定する測定工程と、
前記測定工程における測定結果と前記本管部の基準容積との比較を行う比較工程と、
前記第1の電極となる部分と前記第2の電極となる部分の間で前記電極軸素体をレーザによって切断する切断工程と、
前記比較工程における比較結果に応じ、前記切断によって分離された第1の電極となる部分と第2の電極となる部分の先端部分を溶融させることにより対向間隔を広げて電極間距離を設定する電極間距離設定工程と、
を含むことを特徴とする高圧放電ランプの製造方法。 One electrode shaft element body including a portion serving as a first electrode and a portion serving as a second electrode in a glass tube in which the first and second side tube portions are extended from both ends of the main tube portion preparation but what the first and part of the second electrode is in the inserted state so as to be located within the main tube portion, the second side tube portion and the first side tube portion is sealed A preparation process to
In the state where the both-side tube parts are sealed, a measuring step for measuring the size of the volume in the main tube part forming the discharge chamber;
A comparison step for comparing the measurement result in the measurement step with a reference volume of the main pipe part;
A cutting step of cutting the electrode body by a laser between a portion to be the first electrode and a portion to be the second electrode;
The electrode which sets the distance between the electrodes by widening the facing interval by melting the tip portion of the portion to be the first electrode and the portion to be the second electrode separated by the cutting according to the comparison result in the comparison step A distance setting process;
The manufacturing method of the high pressure discharge lamp characterized by including.
前記基準容積に対する前記測定工程において測定される容積が相対的に大きいほど電極間距離を長くすることを特徴とする請求項1記載の高圧放電ランプの製造方法。 In the inter-electrode distance setting step,
2. The method of manufacturing a high-pressure discharge lamp according to claim 1, wherein the distance between the electrodes is increased as the volume measured in the measuring step with respect to the reference volume is relatively large.
前記電極間距離設定工程においては、前記比較工程における比較結果に応じ、
VxがVsより大きいの場合は、LxがLsよりも長くなるように、
VxがVsとほぼ等しい場合は、LxがLsとほぼ等しくなるように、
VxがVsよりも小さい場合は、LxがLsよりも短くなるように、
第1および第2の電極となる部分の先端部分を溶融させて縮退させることを特徴とする請求項1または2記載の高圧放電ランプの製造方法。 The size of the volume to be measured in the measurement step Vx, the reference volume Vs, the first electrode and the electrode distance as a reference between the second electrode Ls, a distance between ultimately obtainable electrode If Lx,
In the inter-electrode distance setting step, according to the comparison result in the comparison step,
When Vx is larger than Vs, Lx is longer than Ls.
When Vx is approximately equal to Vs, Lx is approximately equal to Ls.
When Vx is smaller than Vs, Lx is shorter than Ls.
Method for manufacturing a high pressure discharge lamp according to claim 1 or 2, wherein the retract by melting the tip part of the portion to be the first and second electrodes.
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