JP4272458B2 - 発光管の失透除去方法、発光管の製造方法、及び放電ランプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として放電ランプ用の発光管の製造方法に関し、特に、発光管の発光部に生じる失透部を除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶プロジェクタなど、大型スクリーンに鮮明に投影するプロジェクタが種々検討されている。その中でも、小型のプロジェクタには、放電ランプの一種であるショートアーク型の高圧水銀ランプを光源としたものがある。
図８は、一例として、従来における小型の放電ランプに組み込まれる発光管の構造を示す概要図である。
【０００３】
同図にみられるように、小型の放電ランプに組み込まれる発光管１０は、長さ１０ｍｍ、最大外径１０ｍｍの回転楕円体状の発光部２１と、長さ２５ｍｍ、外径６ｍｍの円柱状の封止部３１，４１から構成される。
発光部２１は、内部に放電空間２２が設けられ、放電空間２２内に電極５２，６２が対向して配置され、水銀、金属ハロゲン化物、及び不活性ガスなどが封入される。そして、点灯時に内圧２００気圧に達する。
【０００４】
封止部３１は、発光管１０に形成される前の直管状の透光性絶縁管１１（例えば、石英ガラス管など）において封止部形成予定部３５を加熱して軟化させた状態で封止して形成される。また、封止部４１も、封止部３１と同様に形成される。
そして、発光管１０の小型化に伴い、発光管１０を点灯させた際に、発光部２１内に封入された高圧の封入ガスが電極軸の根元３８，４８に侵入して、クラックが生じやすくなる。これ故に、発光部２１と封止部３１との境界に位置する境界部３６を封止する際には、バーナー以外にもレーザーを使用して、気密性が高く、かつ歪みの少ない加工が施される。また、境界部４６についても同様である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２９８７３８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−２２３０３０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光管１０の小型化に伴い、例えば、レーザーやペンシルバーナーなどの様な局部加熱手段を使用して局部的に境界部３６を加熱したことで、境界部３６と発光部２１との間の温度勾配が大きくなり、発光部２１の表面または表層部に、白い靄がかかった様な部分（以下、失透部２３と呼称する）が顕著に見られるようになる。同様に、境界部４６に対しても失透部２４が顕著に見られるようになる。さらに、発光部２１の表面積に対して失透部２３または失透部２４の占める割合も、発光管１０が小型化すればする程、大きくなり、光学的損失が生じるという問題がある。
【０００８】
本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、発光部の表面または表層部に生じた失透部を除去する失透除去方法、失透部を除去した発光管の製造方法、当該製造方法で製造された発光管、及び当該発光管を光源として組み込まれた放電ランプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
＜解決手段１＞
前述の問題を解決するにあたり、本発明に係わる発光管の失透除去方法は、一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記発光部の端部に形成された封止部とを有する発光管の材料である透光性絶縁管において、前記発光部が形成される部分を発光部形成予定部として、前記発光部形成予定部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱することとする。
【００１０】
これによって、発光部形成予定部の表面または表層部に生じた失透部を局部的に加熱して、結晶状態から過冷却液体状態を経てガラス状態に転移させて、失透を除去することが可能という効果がある。
＜解決手段２＞
さらに、解決手段１に記載の内容に加えて、前記透光性絶縁管の管軸を中心に、前記透光性絶縁管を回転させながら、レーザービームの照射領域を、前記管軸に沿って移動させることとしてもよい。
【００１１】
これによって、レーザービームの照射領域を固定した場合と比べて、同じ温度を長時間に渡って保たれることを抑止し、再度、失透が生じることを防止することが可能という効果がある。さらに、広範囲に渡って発光部形成予定部の表面または表層部に生じた失透部を除去することが可能という効果もある。
＜解決手段３＞
前述の問題を解決するにあたり、本発明に係わる発光管の失透除去方法は、一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記発光部の端部に形成された封止部とを有する発光管において、前記発光部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱することとする。
【００１２】
これによって、透光性絶縁管の代わりに発光管に対しても、解決手段１に記載の効果と同様の効果がある。
さらに、バーナーを使用して失透部を加熱した場合と比べて、加熱する範囲を小さくすることができ、発光管表面の熱の広がりを抑制でき、発光部に与える熱量を低く抑えることができる。とりわけ、失透部が生じる発光部の内部は高圧であり、バーナーを使用して失透部を加熱すると、内部に封入されている封入ガスの熱膨張などで、変形または破損が発光部に生じやすい。その点、レーザーを使用して失透部を加熱することで、内部に封入されている封入ガスの熱膨張を抑えることができ、変形または破損が発光部に生じにくくすることが可能という効果がある。
【００１３】
＜解決手段４＞
さらに、解決手段３に記載の内容に加えて、前記発光管の管軸を中心に、前記発光管を回転させながら、レーザービームの照射領域を、前記管軸に沿って移動させることとしてもよい。
これによって、透光性絶縁管の代わりに発光管に対しても、解決手段２に記載の効果と同様の効果がある。
【００１４】
＜解決手段５＞
前述の問題を解決するにあたり、本発明に係わる発光管の製造方法は、一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記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において、前記発光部が形成される部分を発光部形成予定部とし、前記封止部が形成される部分を封止部形成予定部とし、前記発光部形成予定部と前記封止部形成予定部との境界に位置する部分を境界部として、前記電極を有する電極体を前記封止部形成予定部に挿入して、前記境界部を溶融封止した後に、前記封止部形成予定部の残余部を溶融封止すると共に、前記境界部を溶融封止した際に前記発光部形成予定部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱することとする。
【００１５】
これによって、解決手段１に記載の効果と同様の効果がある。
さらに、バーナーで残余部を封止すると共に、レーザーを使用して失透部を加熱して除去することで、封止部が形成された後に、失透部を除去する場合と比べて、さらに、製造に要する時間を短縮することが可能という効果がある。
また、フッ酸を使用して失透部を除去した場合と比べて、発光管を冷却した後に、フッ酸に浸して洗浄する工程を要しない分、失透部までも除去して発光管を製造するまでの時間を短縮することが可能という効果がある。
【００１６】
＜解決手段６＞
前述の問題を解決するにあたり、本発明に係わる発光管の製造方法は、一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記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において、前記発光部が形成される部分を発光部形成予定部とし、前記封止部が形成される部分を封止部形成予定部とし、前記発光部形成予定部と前記封止部形成予定部との境界に位置する部分を境界部として、前記電極を有する電極体を前記封止部形成予定部に挿入して、前記境界部を溶融封止し、前記封止部形成予定部の残余部を溶融封止して前記封止部が形成された後に、前記境界部を溶融封止した際に前記発光部形成予定部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱することとする。
【００１７】
これによって、解決手段１に記載の効果と同様の効果がある。
＜解決手段７＞
さらに、解決手段５又は６に記載の内容に加えて、前記透光性絶縁管の管軸を中心に、前記透光性絶縁管を回転させながら、レーザービームの照射領域を、前記管軸に沿って移動させることとしてもよい。
【００１８】
これによって、解決手段２に記載の効果と同様の効果がある。
＜解決手段８＞
前述の問題を解決するにあたり、本発明に係わる発光管の製造方法は、一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記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、前記封止部が形成された後に、前記封止部が形成される部分を溶融封止した際に前記発光部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱することとする。
【００１９】
これによって、解決手段３に記載の効果と同様の効果がある。
＜解決手段９＞
さらに、解決手段８に記載の内容に加えて、前記発光管の管軸を中心に、前記発光管を回転させながら、レーザービームの照射領域を、前記管軸に沿って移動させることとしてもよい。
【００２０】
これによって、解決手段４に記載の効果と同様の効果がある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜放電ランプ＞
図１（ａ）は、本発明の実施の形態における発光管を光源とする放電ランプの構成を示す切り欠き斜視図であり、（ｂ）は、放電ランプの光源とする発光管の構造を示す概要図である。
【００２２】
図１（ａ）にみられるように、放電ランプ１００は、片方の封止部に口金１０１が装着された発光管１１０が、スペーサ１０２を介して反射鏡１０３のネック部に取り付けられて構成されている。そして、反射鏡１０３に設けられた貫通孔１０６を通して外側に引き出されたリード線１０４、及び端子１０５を介して、発光管１１０の電極に、電流が供給される。
【００２３】
なお、発光管１１０の放電アークの位置は、反射鏡１０３の光軸と一致する位置に調整されている。
＜発光管＞
図１（ｂ）にみられるように、放電ランプに組み込まれる発光管１１０は、回転楕円体状の発光部１２１と、円柱状の封止部１３１，１４１、電極体１５１，１６１とから構成される。
【００２４】
発光部１２１は、内部の放電空間１２２内に、電極１５２，１６２が対向して配置され、水銀、金属ハロゲン化物、及び不活性ガスなどが封入されている。
封止部１３１は、発光管１１０に形成される前の直管状の透光性絶縁管において封止部１３１が形成される予定の封止部形成予定部に電極体１５１を挿入して、封止部形成予定部を封止（例えばシュリンク封止）して形成される。また、封止部１４１も封止部１３１と同様に形成される。
【００２５】
ここで、シュリンク封止とは、真空引きした発光管１１０の封止部形成予定部を加熱して軟化させた部分を大気圧で収縮させて封止することを指す。
なお、透光性絶縁管には、石英ガラス、硼珪酸塩ガラスなどが挙げられる。
電極体１５１は、電極軸１５３にコイルが形成されてなるタングステン製の電極１５２と、モリブデン箔などの金属箔１５４と、モリブデン線などのリード線１５５とを接合して構成されている。また、電極体１６１も電極体１５１と同様に構成されている。
【００２６】
＜発光管の製造方法＞
図２乃至５は、実施の形態における発光管の製造方法を示す模式図である。
図２乃至５にみられるように、発光管１１０は、第１封止工程、第２封止工程を経て製造される。
＜封止装置＞
ここで、発光管１１０の製造方法について説明する前に、発光管を製造する際に使用される封止装置（不図示）について簡単に説明する。
【００２７】
発光管１１０を製造する際に使用される封止装置には、支持部、回転部、排気部、封入部、冷却部、送風部、噴出部、照射部、制御部などが備えられている。支持部は、図２（ａ）に示される透光性絶縁管１１１の両端部をチャックで挟み込み、透光性絶縁管１１１を支持する。
回転部は、支持部で支持された透光性絶縁管１１１の管軸（以下、回転軸と呼称する）を中心として、透光性絶縁管１１１を一定速度（例えば、１４０ｒｐｍ）で回転させる。
【００２８】
排気部は、透光性絶縁管１１１の開口部１１３または開口部１１４を介して、透光性絶縁管１１１の内部の気体を排気する。
封入部は、透光性絶縁管１１１の開口部１１３または開口部１１４を介して、透光性絶縁管１１１の内部に、水銀、金属ハロゲン化物、及び不活性ガスなどを封入する。
【００２９】
冷却部は、液体窒素などの冷却媒体を使用して発光部形成予定部１２５を冷却する。
送風部は、透光性絶縁管１１１に窒素もしくは空気を吹き付けて透光性絶縁管１１１を冷却する。
噴出部は、図３（ａ）または図４（ｂ）に示される様に、酸素−水素、プロパンなどの燃焼性ガスを点火して、回転軸に沿って移動しながら、封止部形成予定部１３５または封止部形成予定部１４５に噴出する。
【００３０】
照射部は、図３（ｂ）または図５（ｂ）に示される様に、レーザー発振源１８１から発振されたレーザービームを反射鏡１８２，１８３で反射させて、反射させたレーザービームを集光レンズ１８４で集光して、レーザービームを照射する。さらに、反射鏡１８３および集光レンズ１８４を回転軸方向に沿って移動することで、レーザービームの照射領域を移動させて、図３（ａ）または図４（ｂ）に示される様に、境界部１３６または境界部１４６や、図３（ｂ）または図５（ｂ）に示される様に、失透部１２３または失透部１２４を照射する。以下、単に、照射部をレーザーと呼称する。
【００３１】
なお、レーザー発振源１８１には、赤外線レーザー、ガラスレーザー、炭酸ガスレーザーなどが挙げられる。
制御部は、支持部、回転部、排気部、封入部、冷却部、送風部、噴出部、照射部の動作を制御する。
以上の様に構成された封止装置を使用して発光管１１０を製造する製造方法について説明する。
【００３２】
＜発光部形成予定部成形工程＞
図２（ａ）にみられるように、発光管１１０の材料である透光性絶縁管１１１の中央部をバーナーで加熱して軟化させて（手順１−１）、透光性絶縁管１１１の一方の開口部１１３（または開口部１１４）を一時的に閉じる（手順１−２）。続いて、他方の開口部１１４（または開口部１１３）から透光性絶縁管１１１内に不活性ガスを吹き込み（手順１−３）、吹き込んだ不活性ガスの圧力で軟化させた部分を膨らませる（手順１−４）。そして、膨らんだ部分に金型を押し当て、その部分を回転楕円体状に成形して、発光部形成予定部１２５が形成される（手順１−５）。
【００３３】
＜第１封止工程＞
図２（ｂ）にみられるように、発光部形成予定部１２５が形成された透光性絶縁管１１１を垂直に立てた状態で、透光性絶縁管１１１の開口部１１３から封止部形成予定部１３５内に電極体１５１を挿入し（手順２−１）、その両端部をチャック１７１，１７２で挟み込み、透光性絶縁管１１１を保持する（手順２−２）。
【００３４】
なお、電極体１５１は、予め、電極１５２、金属箔１５４、及びリード線１５５を一体化させて組み立てられており、電極体１５１のリード線１５５の端部に六角形状のバネ１７３が取り付けられている。そして、この六角形状のバネ１７３の一部が封止部形成予定部１３５の上方部分の内面に圧接し、バネ１７３の弾性応力で、封止部形成予定部１３５内の所定位置に、電極体１５１が保持される。
【００３５】
図３（ａ）にみられるように、封止部形成予定部１３５に電極体１５１を挿入した後に、透光性絶縁管１１１を回転部で回転させる（手順２−３）。そして、透光性絶縁管１１１を回転させながら、発光部形成予定部１２５と封止部形成予定部１３５との境界に位置する境界部１３６を、バーナー１７５およびレーザー１７６を併用して、加熱し軟化させる（手順２−４）。そして、境界部１３６を軟化させた状態でシュリンク封止する（手順２−５）。
【００３６】
なお、図３（ａ）の左側に示したグラフ１９１にみられるように、レーザーを使用して局部的に加熱していくと、レーザービームの照射領域では、融点になる一方、レーザービームの照射領域から少し外れた位置では、失透温度範囲内になり、失透が生じる。以下、失透が生じやすい範囲を失透範囲と呼称する。
ここで、失透温度範囲とは、失透が生じやすい温度範囲を指し、軟化点に近い高温で、粘度が１０4ポアズ（Ｐ）程度の温度範囲を指す。
【００３７】
なお、封止の際、透光性絶縁管１１１内は、アルゴンガスなどの不活性ガスで満たされている。
図３（ｂ）にみられるように、境界部１３６を封止した後に、もしくは封止中に、開口部１１３に向かってバーナー１７５を連続的に移動させながら（手順２−６ａ）、バーナー１７５を使用して、残余部１３７を順次加熱し軟化させる（手順２−７ａ）。そして、残余部１３７を軟化させた状態でシュリンク封止する（手順２−８ａ）。
【００３８】
その一方で、レーザー１７６の使用を一旦停止し（手順２−６ｂ）、境界部１３６を封止した際に発光部形成予定部１２５の表面または表層部に生じた失透部１２３に、レーザービームの照射領域を移動させる（手順２−７ｂ）。そして、発光部形成予定部１２５の中心より下側の位置から境界部１３６に向かって、または境界部１３６から発光部形成予定部１２５の中心より下側の位置に向かって、レーザービームの照射領域を徐々に移動させながら、レーザー１７６を使用して、失透部１２３を局部的に加熱して除去する（手順２−８ｂ）。
【００３９】
なお、レーザー１７６を使用して、失透部１２３を局部的に加熱して除去する際には、レーザービームの照射領域を上下に移動させながら照射するとしてもよい。
以上、残余部１３７を封止して、失透部１２３を除去して、封止部１３１が形成される。そして、送風部から窒素もしくは空気を吹き付けて、封止部１３１を冷却する。
【００４０】
＜第２封止工程＞
図４（ａ）にみられるように、封止部１３１が形成された透光性絶縁管１１１を上下反転させて、封止部１３１が下側に位置する様に透光性絶縁管１１１を垂直に立てた状態で、その両端部をチャック１７１，１７２で挟み込み、透光性絶縁管１１１を保持する（手順３−１）。
【００４１】
図４（ｂ）にみられるように、透光性絶縁管１１１の開口部１１４から水銀などの封入物を投入した後に（手順３−２）、第１封止工程で記した手順２−１，手順２−３〜手順２−５と同様の手順を行い、発光部形成予定部１２５と封止部形成予定部１４５との境界に位置する境界部１４６を封止する。
ここで、第２封止工程では、第１封止工程と比べて、発光部形成予定部１２５内に封入された水銀などの封入物が蒸気化しないように、発光部形成予定部１２５の下側または封止部１３１を液体窒素で冷却する点が異なる（手順３−３）。
【００４２】
なお、図４（ｂ）の左側に示したグラフ１９２にみられるように、第１封止工程と比べて、液体窒素で冷却することにより、温度勾配が、さらに大きくなり、失透範囲が、さらに大きくなる。
図５（ａ）にみられるように、第１封止工程で記した手順２−６ａ〜手順２−８ａ、および手順２−６ｂと同様の手順を行い、残余部１４７を封止して、封止部１４１が形成される。
【００４３】
ここで、第２封止工程では、第１封止工程と比べて、第１封止工程で記した手順２−８ｂを行わない点が異なる。
以上、封止部１３１，１４１が形成されて、発光部１２１が形成される。
図５（ｂ）にみられるように、封止部１４１が形成された後に、発光管を少し引き上げて、境界部１４６を封止した際に発光部形成予定部１２５の表面または表層部に生じた失透部１２４に対して、手順２−７ｂと同様の手順を行う。そして、発光部１２１の中心より下側の位置から境界部１４６に向かって、または境界部１４６から発光部１２１の中心より下側の位置に向かって、レーザービームの照射領域を徐々に移動させながら、レーザー１７６を使用して、失透部１２４を局部的に加熱して除去する（手順３−４）。
【００４４】
このとき、失透部１２３を局部的に加熱して除去した際と同様の条件で、レーザー１７６を使用して、失透部１２４を照射する。
以上、失透部１２４を除去して、透光性絶縁管１１１の両端部を切り落として、図１（ｂ）に示される様な発光管１１０が製造される。さらに、この後、発光管１１０に口金１０１などが取り付けられて放電ランプ１００が製造される。
【００４５】
＜具体例＞
ここで、長さ１０ｍｍ、最大外径１０ｍｍの回転楕円体状の発光部１２１と、長さ２５ｍｍ、外径６ｍｍの円柱状の封止部１３１，１４１とを有する発光管１１０が形成される場合を例に説明する。
また、発光管１１０の材料である透光性絶縁管１１１には、石英ガラス管を使用し、レーザー１７６には、石英に吸収され易い炭酸ガスレーザーを使用する。
【００４６】
なお、炭酸ガスレーザーの出力は９０Ｗ〜１１０Ｗ、ビームスポット径はφ３〜φ６とする。
手順２−４において、レーザービームの照射領域を２０秒の間固定して、境界部１３６を照射する。なお、このとき、境界部１３６は、約２０００℃に加熱される。
【００４７】
手順２−８ｂにおいて、最初、レーザービームの照射領域を２．５秒の間固定して、発光部形成予定部１２５のやや下側を照射する。その後、回転軸に沿って、レーザービームの照射領域を徐々に移動させながら、発光部形成予定部のやや下側から境界部１３６に向かって、速度０．３２ｍｍ／ｓｅｃで、照射範囲７．３ｍｍ（失透部１２３を含む範囲）を照射する。なお、このとき、失透部１２３は、１５００℃〜１６００℃に加熱される。
【００４８】
実際に、手順２−８ｂを行った結果、手順２−４で発光部形成予定部１２５の表面または表層部に生じた失透部１２３がきれいに除去されることが発明者等によって確認された。
＜まとめ＞
図６（ａ）は、境界部を封止する際の失透部の状態変化を示す模式図であり、（ｂ）は、失透部を除去する際の失透部の状態変化を示す模式図である。なお、図中において、Ｔmは融点を示し、Ｔgはガラス転移温度を示している。
【００４９】
図６（ａ）にみられるように、境界部を封止する際に、レーザービームの照射領域を所定の時間固定して局部的に加熱すると、ガラス状態から過冷却液体状態を経て液体状態に転移する。さらに、レーザービームの照射領域では、融点に達して、ガラス状態から過冷却液体状態を経て液体状態に転移する。しかし、レーザービームの照射領域を少し外れた失透範囲では、軟化点に近い高温に達して、失透温度範囲内に留まる時間が長くなり、結晶が析出される。そして、このまま冷やされて、結晶状態に転移して、失透部が生じると想定される。
【００５０】
図６（ｂ）にみられるように、失透部を除去する際に、透光性絶縁管の管軸に沿って、レーザービームの照射領域を移動させながら局部的に加熱すると、液体状態から過冷却液体状態を経てガラス状態に転移する。さらに、レーザービームの照射領域が近づくにつれて、失透部の温度が徐々に上がり、結晶状態から液体状態に転移する。また、遠ざかるにつれて、失透部の温度が徐々に下がり、失透温度範囲を短時間で通過して、液体状態から過冷却液体状態に転移する。そして、このまま冷やされて、ガラス状態に転移して、失透部が除去されると想定される。
【００５１】
＜その他＞
なお、発光部形成予定部成形工程で成形された透光性絶縁管１１１の代わりに、ロストワックス法、粉末プレス成形法、押し出しプレス成形法、凍結成形法、射出成形法、或いはゲル化成形法などによって予め発光部形成予定部１２５をも含めて成形された透光性絶縁管１１１を材料に、発光管１１０が製造されるとしてもよい。
【００５２】
なお、封止装置は、境界部を封止する際に使用するレーザーと、失透部を除去する際に使用するレーザーとを、それぞれ個別に備えるとしてもよい。また、異なるタイプのレーザーとしてもよい。
なお、発光部１２１の形状を回転楕円体状として説明したが、球体状などとしてもよく、その形状が特に限定されないことは言うまでもない。
【００５３】
なお、レーザー１７６のビームスポット径を、封止部１３１または封止部１４１の外径を目安に特定されるとしてもよい。例えば、外径／２〜外径の範囲内として、封止する際に最適とされるビームスポット径で失透も除去するとしてもよい。
なお、レーザー１７６は、連続発振としてもよいし、パルス発振としてもよい。
【００５４】
なお、残余部１３７を封止しながら手順２−８ｂを行う代わりに、封止部１３１が形成された後に手順２−８ｂを行うとしてもよい。
なお、手順２−８ｂを行わずに、手順３−４で、第２封止工程で生じた失透部１２４を除去する際に、第１封止工程で生じた失透部１２３も一緒に除去するとしてもよい。
【００５５】
なお、手順２−８ｂまたは手順３−４で示した失透除去方法を、発光管の製造方法とは切り離して単独の工程としてもよい。そして、製造された発光管に生じている失透部、又は製造される前の発光管の材料である透光性絶縁管に生じている失透部に適用して、失透部を除去するとしてもよい。
なお、失透部は、石英ガラス管を加熱した際に蒸気となった石英が、温度の低い部分に付着してできる、またはガラス状態から結晶状態に転移してできるなど種々の原因が考えられる。また、小型の放電ランプ特有の問題でもなく、大型の放電ランプでも同様に形成される。
【００５６】
図７は、一例として、大型の放電ランプの構成を示す外観図である。
同図にみられるように、外管２０１の端部に口金２０２が取り付けられた大型の放電ランプ２００においても、外管２０１に覆われる発光管２１０の表面に僅かながら失透部が生じる。そこで、手順２−８ｂまたは手順３−４で説明した失透除去方法を使用して、発光管２１０に生じる失透部を除去するとしてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上の様に、本発明に係わる発光管の失透除去方法、及び製造方法は、発光部の表面または表層部に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、失透部を加熱する。このとき、前記透光性絶縁管の管軸を中心に、前記透光性絶縁管を回転させながら、レーザービームの照射領域を、前記管軸に沿って移動させて、前記失透部を結晶状態から過冷却液体状態を経てガラス状態に転移させる。
【００５８】
これにより、発光管の小型化に伴い、例えば、レーザーやペンシルバーナーなどの様な局部加熱手段を使用して局部的に境界部を加熱したことで、発光部の表面または表層部に生じた失透部を除去することができる。その結果、発光部の表面積に対して失透部の占める割合も、発光管が小型化すればする程、大きくなり、光学的損失が生じるという問題を解決することが可能という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態における発光管を光源とする放電ランプの構成を示す切り欠き斜視図であり、（ｂ）は、放電ランプの光源とする発光管の構造を示す概要図である。
【図２】実施の形態における発光管の製造方法を示す模式図その１である。
【図３】実施の形態における発光管の製造方法を示す模式図その２である。
【図４】実施の形態における発光管の製造方法を示す模式図その３である。
【図５】実施の形態における発光管の製造方法を示す模式図その４である。
【図６】（ａ）は、境界部を封止する際の失透部の状態変化を示す模式図であり、（ｂ）は、失透部を除去する際の失透部の状態変化を示す模式図である。
【図７】一例として、大型の放電ランプの構成を示す外観図である。
【図８】一例として、従来における小型の放電ランプに組み込まれる発光管の構造を示す概要図である。
【符号の説明】
１００ 放電ランプ
１０１ 口金
１０２ スペーサ
１０３ 反射鏡
１０４ リード線
１０５ 端子
１０６ 貫通孔
１０，１１０ 発光管
１１，１１１ 透光性絶縁管
１１３，１１４ 開口部
２１，１２１ 発光部
２２，１２２ 放電空間
２３，２４，１２３，１２４ 失透部
１２５ 発光部形成予定部
１３１，１４１ 封止部
１３５，１４５ 封止部形成予定部
３６，４６，１３６，１４６ 境界部
１３７，１４７ 残余部
３８，４８ 根元
１５１，１６１ 電極体
１５２，１６２ 電極
１５３，１６３ 電極軸
１５４，１６４ 金属箔
１５５，１６５ リード線
１７１，１７２ チャック
１７３，１７４ バネ
１７５ バーナー
１７６ レーザー
１８１ レーザー発振源
１８２，１８３ 反射鏡
１８４ 集光レンズ
２００ 放電ランプ
２０１ 外管
２０２ 口金
２１０ 発光管
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として放電ランプ用の発光管の製造方法に関し、特に、発光管の発光部に生じる失透部を除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶プロジェクタなど、大型スクリーンに鮮明に投影するプロジェクタが種々検討されている。その中でも、小型のプロジェクタには、放電ランプの一種であるショートアーク型の高圧水銀ランプを光源としたものがある。
図８は、一例として、従来における小型の放電ランプに組み込まれる発光管の構造を示す概要図である。
【０００３】
同図にみられるように、小型の放電ランプに組み込まれる発光管１０は、長さ１０ｍｍ、最大外径１０ｍｍの回転楕円体状の発光部２１と、長さ２５ｍｍ、外径６ｍｍの円柱状の封止部３１，４１から構成される。
発光部２１は、内部に放電空間２２が設けられ、放電空間２２内に電極５２，６２が対向して配置され、水銀、金属ハロゲン化物、及び不活性ガスなどが封入される。そして、点灯時に内圧２００気圧に達する。
【０００４】
封止部３１は、発光管１０に形成される前の直管状の透光性絶縁管１１（例えば、石英ガラス管など）において封止部形成予定部３５を加熱して軟化させた状態で封止して形成される。また、封止部４１も、封止部３１と同様に形成される。
そして、発光管１０の小型化に伴い、発光管１０を点灯させた際に、発光部２１内に封入された高圧の封入ガスが電極軸の根元３８，４８に侵入して、クラックが生じやすくなる。これ故に、発光部２１と封止部３１との境界に位置する境界部３６を封止する際には、バーナー以外にもレーザーを使用して、気密性が高く、かつ歪みの少ない加工が施される。また、境界部４６についても同様である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２９８７３８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−２２３０３０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光管１０の小型化に伴い、例えば、レーザーやペンシルバーナーなどの様な局部加熱手段を使用して局部的に境界部３６を加熱したことで、境界部３６と発光部２１との間の温度勾配が大きくなり、発光部２１の表面または表層部に、白い靄がかかった様な部分（以下、失透部２３と呼称する）が顕著に見られるようになる。同様に、境界部４６に対しても失透部２４が顕著に見られるようになる。さらに、発光部２１の表面積に対して失透部２３または失透部２４の占める割合も、発光管１０が小型化すればする程、大きくなり、光学的損失が生じるという問題がある。
【０００８】
本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、発光部の表面または表層部に生じた失透部を除去する失透除去方法、失透部を除去した発光管の製造方法、当該製造方法で製造された発光管、及び当該発光管を光源として組み込まれた放電ランプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
＜解決手段１＞
前述の問題を解決するにあたり、本発明に係わる発光管の失透除去方法は、一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記発光部の端部に形成された封止部とを有する発光管の材料である透光性絶縁管において、前記発光部が形成される部分を発光部形成予定部として、前記発光部形成予定部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱することとする。
【００１０】
これによって、発光部形成予定部の表面または表層部に生じた失透部を局部的に加熱して、結晶状態から過冷却液体状態を経てガラス状態に転移させて、失透を除去することが可能という効果がある。
＜解決手段２＞
さらに、解決手段１に記載の内容に加えて、前記透光性絶縁管の管軸を中心に、前記透光性絶縁管を回転させながら、レーザービームの照射領域を、前記管軸に沿って移動させることとしてもよい。
【００１１】
これによって、レーザービームの照射領域を固定した場合と比べて、同じ温度を長時間に渡って保たれることを抑止し、再度、失透が生じることを防止することが可能という効果がある。さらに、広範囲に渡って発光部形成予定部の表面または表層部に生じた失透部を除去することが可能という効果もある。
＜解決手段３＞
前述の問題を解決するにあたり、本発明に係わる発光管の失透除去方法は、一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記発光部の端部に形成された封止部とを有する発光管において、前記発光部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱することとする。
【００１２】
これによって、透光性絶縁管の代わりに発光管に対しても、解決手段１に記載の効果と同様の効果がある。
さらに、バーナーを使用して失透部を加熱した場合と比べて、加熱する範囲を小さくすることができ、発光管表面の熱の広がりを抑制でき、発光部に与える熱量を低く抑えることができる。とりわけ、失透部が生じる発光部の内部は高圧であり、バーナーを使用して失透部を加熱すると、内部に封入されている封入ガスの熱膨張などで、変形または破損が発光部に生じやすい。その点、レーザーを使用して失透部を加熱することで、内部に封入されている封入ガスの熱膨張を抑えることができ、変形または破損が発光部に生じにくくすることが可能という効果がある。
【００１３】
＜解決手段４＞
さらに、解決手段３に記載の内容に加えて、前記発光管の管軸を中心に、前記発光管を回転させながら、レーザービームの照射領域を、前記管軸に沿って移動させることとしてもよい。
これによって、透光性絶縁管の代わりに発光管に対しても、解決手段２に記載の効果と同様の効果がある。
【００１４】
＜解決手段５＞
前述の問題を解決するにあたり、本発明に係わる発光管の製造方法は、一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記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において、前記発光部が形成される部分を発光部形成予定部とし、前記封止部が形成される部分を封止部形成予定部とし、前記発光部形成予定部と前記封止部形成予定部との境界に位置する部分を境界部として、前記電極を有する電極体を前記封止部形成予定部に挿入して、前記境界部を溶融封止した後に、前記封止部形成予定部の残余部を溶融封止すると共に、前記境界部を溶融封止した際に前記発光部形成予定部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱することとする。
【００１５】
これによって、解決手段１に記載の効果と同様の効果がある。
さらに、バーナーで残余部を封止すると共に、レーザーを使用して失透部を加熱して除去することで、封止部が形成された後に、失透部を除去する場合と比べて、さらに、製造に要する時間を短縮することが可能という効果がある。
また、フッ酸を使用して失透部を除去した場合と比べて、発光管を冷却した後に、フッ酸に浸して洗浄する工程を要しない分、失透部までも除去して発光管を製造するまでの時間を短縮することが可能という効果がある。
【００１６】
＜解決手段６＞
前述の問題を解決するにあたり、本発明に係わる発光管の製造方法は、一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記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において、前記発光部が形成される部分を発光部形成予定部とし、前記封止部が形成される部分を封止部形成予定部とし、前記発光部形成予定部と前記封止部形成予定部との境界に位置する部分を境界部として、前記電極を有する電極体を前記封止部形成予定部に挿入して、前記境界部を溶融封止し、前記封止部形成予定部の残余部を溶融封止して前記封止部が形成された後に、前記境界部を溶融封止した際に前記発光部形成予定部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱することとする。
【００１７】
これによって、解決手段１に記載の効果と同様の効果がある。
＜解決手段７＞
さらに、解決手段５又は６に記載の内容に加えて、前記透光性絶縁管の管軸を中心に、前記透光性絶縁管を回転させながら、レーザービームの照射領域を、前記管軸に沿って移動させることとしてもよい。
【００１８】
これによって、解決手段２に記載の効果と同様の効果がある。
＜解決手段８＞
前述の問題を解決するにあたり、本発明に係わる発光管の製造方法は、一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記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、前記封止部が形成された後に、前記封止部が形成される部分を溶融封止した際に前記発光部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱することとする。
【００１９】
これによって、解決手段３に記載の効果と同様の効果がある。
＜解決手段９＞
さらに、解決手段８に記載の内容に加えて、前記発光管の管軸を中心に、前記発光管を回転させながら、レーザービームの照射領域を、前記管軸に沿って移動させることとしてもよい。
【００２０】
これによって、解決手段４に記載の効果と同様の効果がある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜放電ランプ＞
図１（ａ）は、本発明の実施の形態における発光管を光源とする放電ランプの構成を示す切り欠き斜視図であり、（ｂ）は、放電ランプの光源とする発光管の構造を示す概要図である。
【００２２】
図１（ａ）にみられるように、放電ランプ１００は、片方の封止部に口金１０１が装着された発光管１１０が、スペーサ１０２を介して反射鏡１０３のネック部に取り付けられて構成されている。そして、反射鏡１０３に設けられた貫通孔１０６を通して外側に引き出されたリード線１０４、及び端子１０５を介して、発光管１１０の電極に、電流が供給される。
【００２３】
なお、発光管１１０の放電アークの位置は、反射鏡１０３の光軸と一致する位置に調整されている。
＜発光管＞
図１（ｂ）にみられるように、放電ランプに組み込まれる発光管１１０は、回転楕円体状の発光部１２１と、円柱状の封止部１３１，１４１、電極体１５１，１６１とから構成される。
【００２４】
発光部１２１は、内部の放電空間１２２内に、電極１５２，１６２が対向して配置され、水銀、金属ハロゲン化物、及び不活性ガスなどが封入されている。
封止部１３１は、発光管１１０に形成される前の直管状の透光性絶縁管において封止部１３１が形成される予定の封止部形成予定部に電極体１５１を挿入して、封止部形成予定部を封止（例えばシュリンク封止）して形成される。また、封止部１４１も封止部１３１と同様に形成される。
【００２５】
ここで、シュリンク封止とは、真空引きした発光管１１０の封止部形成予定部を加熱して軟化させた部分を大気圧で収縮させて封止することを指す。
なお、透光性絶縁管には、石英ガラス、硼珪酸塩ガラスなどが挙げられる。
電極体１５１は、電極軸１５３にコイルが形成されてなるタングステン製の電極１５２と、モリブデン箔などの金属箔１５４と、モリブデン線などのリード線１５５とを接合して構成されている。また、電極体１６１も電極体１５１と同様に構成されている。
【００２６】
＜発光管の製造方法＞
図２乃至５は、実施の形態における発光管の製造方法を示す模式図である。
図２乃至５にみられるように、発光管１１０は、第１封止工程、第２封止工程を経て製造される。
＜封止装置＞
ここで、発光管１１０の製造方法について説明する前に、発光管を製造する際に使用される封止装置（不図示）について簡単に説明する。
【００２７】
発光管１１０を製造する際に使用される封止装置には、支持部、回転部、排気部、封入部、冷却部、送風部、噴出部、照射部、制御部などが備えられている。支持部は、図２（ａ）に示される透光性絶縁管１１１の両端部をチャックで挟み込み、透光性絶縁管１１１を支持する。
回転部は、支持部で支持された透光性絶縁管１１１の管軸（以下、回転軸と呼称する）を中心として、透光性絶縁管１１１を一定速度（例えば、１４０ｒｐｍ）で回転させる。
【００２８】
排気部は、透光性絶縁管１１１の開口部１１３または開口部１１４を介して、透光性絶縁管１１１の内部の気体を排気する。
封入部は、透光性絶縁管１１１の開口部１１３または開口部１１４を介して、透光性絶縁管１１１の内部に、水銀、金属ハロゲン化物、及び不活性ガスなどを封入する。
【００２９】
冷却部は、液体窒素などの冷却媒体を使用して発光部形成予定部１２５を冷却する。
送風部は、透光性絶縁管１１１に窒素もしくは空気を吹き付けて透光性絶縁管１１１を冷却する。
噴出部は、図３（ａ）または図４（ｂ）に示される様に、酸素−水素、プロパンなどの燃焼性ガスを点火して、回転軸に沿って移動しながら、封止部形成予定部１３５または封止部形成予定部１４５に噴出する。
【００３０】
照射部は、図３（ｂ）または図５（ｂ）に示される様に、レーザー発振源１８１から発振されたレーザービームを反射鏡１８２，１８３で反射させて、反射させたレーザービームを集光レンズ１８４で集光して、レーザービームを照射する。さらに、反射鏡１８３および集光レンズ１８４を回転軸方向に沿って移動することで、レーザービームの照射領域を移動させて、図３（ａ）または図４（ｂ）に示される様に、境界部１３６または境界部１４６や、図３（ｂ）または図５（ｂ）に示される様に、失透部１２３または失透部１２４を照射する。以下、単に、照射部をレーザーと呼称する。
【００３１】
なお、レーザー発振源１８１には、赤外線レーザー、ガラスレーザー、炭酸ガスレーザーなどが挙げられる。
制御部は、支持部、回転部、排気部、封入部、冷却部、送風部、噴出部、照射部の動作を制御する。
以上の様に構成された封止装置を使用して発光管１１０を製造する製造方法について説明する。
【００３２】
＜発光部形成予定部成形工程＞
図２（ａ）にみられるように、発光管１１０の材料である透光性絶縁管１１１の中央部をバーナーで加熱して軟化させて（手順１−１）、透光性絶縁管１１１の一方の開口部１１３（または開口部１１４）を一時的に閉じる（手順１−２）。続いて、他方の開口部１１４（または開口部１１３）から透光性絶縁管１１１内に不活性ガスを吹き込み（手順１−３）、吹き込んだ不活性ガスの圧力で軟化させた部分を膨らませる（手順１−４）。そして、膨らんだ部分に金型を押し当て、その部分を回転楕円体状に成形して、発光部形成予定部１２５が形成される（手順１−５）。
【００３３】
＜第１封止工程＞
図２（ｂ）にみられるように、発光部形成予定部１２５が形成された透光性絶縁管１１１を垂直に立てた状態で、透光性絶縁管１１１の開口部１１３から封止部形成予定部１３５内に電極体１５１を挿入し（手順２−１）、その両端部をチャック１７１，１７２で挟み込み、透光性絶縁管１１１を保持する（手順２−２）。
【００３４】
なお、電極体１５１は、予め、電極１５２、金属箔１５４、及びリード線１５５を一体化させて組み立てられており、電極体１５１のリード線１５５の端部に六角形状のバネ１７３が取り付けられている。そして、この六角形状のバネ１７３の一部が封止部形成予定部１３５の上方部分の内面に圧接し、バネ１７３の弾性応力で、封止部形成予定部１３５内の所定位置に、電極体１５１が保持される。
【００３５】
図３（ａ）にみられるように、封止部形成予定部１３５に電極体１５１を挿入した後に、透光性絶縁管１１１を回転部で回転させる（手順２−３）。そして、透光性絶縁管１１１を回転させながら、発光部形成予定部１２５と封止部形成予定部１３５との境界に位置する境界部１３６を、バーナー１７５およびレーザー１７６を併用して、加熱し軟化させる（手順２−４）。そして、境界部１３６を軟化させた状態でシュリンク封止する（手順２−５）。
【００３６】
なお、図３（ａ）の左側に示したグラフ１９１にみられるように、レーザーを使用して局部的に加熱していくと、レーザービームの照射領域では、融点になる一方、レーザービームの照射領域から少し外れた位置では、失透温度範囲内になり、失透が生じる。以下、失透が生じやすい範囲を失透範囲と呼称する。
ここで、失透温度範囲とは、失透が生じやすい温度範囲を指し、軟化点に近い高温で、粘度が１０4ポアズ（Ｐ）程度の温度範囲を指す。
【００３７】
なお、封止の際、透光性絶縁管１１１内は、アルゴンガスなどの不活性ガスで満たされている。
図３（ｂ）にみられるように、境界部１３６を封止した後に、もしくは封止中に、開口部１１３に向かってバーナー１７５を連続的に移動させながら（手順２−６ａ）、バーナー１７５を使用して、残余部１３７を順次加熱し軟化させる（手順２−７ａ）。そして、残余部１３７を軟化させた状態でシュリンク封止する（手順２−８ａ）。
【００３８】
その一方で、レーザー１７６の使用を一旦停止し（手順２−６ｂ）、境界部１３６を封止した際に発光部形成予定部１２５の表面または表層部に生じた失透部１２３に、レーザービームの照射領域を移動させる（手順２−７ｂ）。そして、発光部形成予定部１２５の中心より下側の位置から境界部１３６に向かって、または境界部１３６から発光部形成予定部１２５の中心より下側の位置に向かって、レーザービームの照射領域を徐々に移動させながら、レーザー１７６を使用して、失透部１２３を局部的に加熱して除去する（手順２−８ｂ）。
【００３９】
なお、レーザー１７６を使用して、失透部１２３を局部的に加熱して除去する際には、レーザービームの照射領域を上下に移動させながら照射するとしてもよい。
以上、残余部１３７を封止して、失透部１２３を除去して、封止部１３１が形成される。そして、送風部から窒素もしくは空気を吹き付けて、封止部１３１を冷却する。
【００４０】
＜第２封止工程＞
図４（ａ）にみられるように、封止部１３１が形成された透光性絶縁管１１１を上下反転させて、封止部１３１が下側に位置する様に透光性絶縁管１１１を垂直に立てた状態で、その両端部をチャック１７１，１７２で挟み込み、透光性絶縁管１１１を保持する（手順３−１）。
【００４１】
図４（ｂ）にみられるように、透光性絶縁管１１１の開口部１１４から水銀などの封入物を投入した後に（手順３−２）、第１封止工程で記した手順２−１，手順２−３〜手順２−５と同様の手順を行い、発光部形成予定部１２５と封止部形成予定部１４５との境界に位置する境界部１４６を封止する。
ここで、第２封止工程では、第１封止工程と比べて、発光部形成予定部１２５内に封入された水銀などの封入物が蒸気化しないように、発光部形成予定部１２５の下側または封止部１３１を液体窒素で冷却する点が異なる（手順３−３）。
【００４２】
なお、図４（ｂ）の左側に示したグラフ１９２にみられるように、第１封止工程と比べて、液体窒素で冷却することにより、温度勾配が、さらに大きくなり、失透範囲が、さらに大きくなる。
図５（ａ）にみられるように、第１封止工程で記した手順２−６ａ〜手順２−８ａ、および手順２−６ｂと同様の手順を行い、残余部１４７を封止して、封止部１４１が形成される。
【００４３】
ここで、第２封止工程では、第１封止工程と比べて、第１封止工程で記した手順２−８ｂを行わない点が異なる。
以上、封止部１３１，１４１が形成されて、発光部１２１が形成される。
図５（ｂ）にみられるように、封止部１４１が形成された後に、発光管を少し引き上げて、境界部１４６を封止した際に発光部形成予定部１２５の表面または表層部に生じた失透部１２４に対して、手順２−７ｂと同様の手順を行う。そして、発光部１２１の中心より下側の位置から境界部１４６に向かって、または境界部１４６から発光部１２１の中心より下側の位置に向かって、レーザービームの照射領域を徐々に移動させながら、レーザー１７６を使用して、失透部１２４を局部的に加熱して除去する（手順３−４）。
【００４４】
このとき、失透部１２３を局部的に加熱して除去した際と同様の条件で、レーザー１７６を使用して、失透部１２４を照射する。
以上、失透部１２４を除去して、透光性絶縁管１１１の両端部を切り落として、図１（ｂ）に示される様な発光管１１０が製造される。さらに、この後、発光管１１０に口金１０１などが取り付けられて放電ランプ１００が製造される。
【００４５】
＜具体例＞
ここで、長さ１０ｍｍ、最大外径１０ｍｍの回転楕円体状の発光部１２１と、長さ２５ｍｍ、外径６ｍｍの円柱状の封止部１３１，１４１とを有する発光管１１０が形成される場合を例に説明する。
また、発光管１１０の材料である透光性絶縁管１１１には、石英ガラス管を使用し、レーザー１７６には、石英に吸収され易い炭酸ガスレーザーを使用する。
【００４６】
なお、炭酸ガスレーザーの出力は９０Ｗ〜１１０Ｗ、ビームスポット径はφ３〜φ６とする。
手順２−４において、レーザービームの照射領域を２０秒の間固定して、境界部１３６を照射する。なお、このとき、境界部１３６は、約２０００℃に加熱される。
【００４７】
手順２−８ｂにおいて、最初、レーザービームの照射領域を２．５秒の間固定して、発光部形成予定部１２５のやや下側を照射する。その後、回転軸に沿って、レーザービームの照射領域を徐々に移動させながら、発光部形成予定部のやや下側から境界部１３６に向かって、速度０．３２ｍｍ／ｓｅｃで、照射範囲７．３ｍｍ（失透部１２３を含む範囲）を照射する。なお、このとき、失透部１２３は、１５００℃〜１６００℃に加熱される。
【００４８】
実際に、手順２−８ｂを行った結果、手順２−４で発光部形成予定部１２５の表面または表層部に生じた失透部１２３がきれいに除去されることが発明者等によって確認された。
＜まとめ＞
図６（ａ）は、境界部を封止する際の失透部の状態変化を示す模式図であり、（ｂ）は、失透部を除去する際の失透部の状態変化を示す模式図である。なお、図中において、Ｔmは融点を示し、Ｔgはガラス転移温度を示している。
【００４９】
図６（ａ）にみられるように、境界部を封止する際に、レーザービームの照射領域を所定の時間固定して局部的に加熱すると、ガラス状態から過冷却液体状態を経て液体状態に転移する。さらに、レーザービームの照射領域では、融点に達して、ガラス状態から過冷却液体状態を経て液体状態に転移する。しかし、レーザービームの照射領域を少し外れた失透範囲では、軟化点に近い高温に達して、失透温度範囲内に留まる時間が長くなり、結晶が析出される。そして、このまま冷やされて、結晶状態に転移して、失透部が生じると想定される。
【００５０】
図６（ｂ）にみられるように、失透部を除去する際に、透光性絶縁管の管軸に沿って、レーザービームの照射領域を移動させながら局部的に加熱すると、液体状態から過冷却液体状態を経てガラス状態に転移する。さらに、レーザービームの照射領域が近づくにつれて、失透部の温度が徐々に上がり、結晶状態から液体状態に転移する。また、遠ざかるにつれて、失透部の温度が徐々に下がり、失透温度範囲を短時間で通過して、液体状態から過冷却液体状態に転移する。そして、このまま冷やされて、ガラス状態に転移して、失透部が除去されると想定される。
【００５１】
＜その他＞
なお、発光部形成予定部成形工程で成形された透光性絶縁管１１１の代わりに、ロストワックス法、粉末プレス成形法、押し出しプレス成形法、凍結成形法、射出成形法、或いはゲル化成形法などによって予め発光部形成予定部１２５をも含めて成形された透光性絶縁管１１１を材料に、発光管１１０が製造されるとしてもよい。
【００５２】
なお、封止装置は、境界部を封止する際に使用するレーザーと、失透部を除去する際に使用するレーザーとを、それぞれ個別に備えるとしてもよい。また、異なるタイプのレーザーとしてもよい。
なお、発光部１２１の形状を回転楕円体状として説明したが、球体状などとしてもよく、その形状が特に限定されないことは言うまでもない。
【００５３】
なお、レーザー１７６のビームスポット径を、封止部１３１または封止部１４１の外径を目安に特定されるとしてもよい。例えば、外径／２〜外径の範囲内として、封止する際に最適とされるビームスポット径で失透も除去するとしてもよい。
なお、レーザー１７６は、連続発振としてもよいし、パルス発振としてもよい。
【００５４】
なお、残余部１３７を封止しながら手順２−８ｂを行う代わりに、封止部１３１が形成された後に手順２−８ｂを行うとしてもよい。
なお、手順２−８ｂを行わずに、手順３−４で、第２封止工程で生じた失透部１２４を除去する際に、第１封止工程で生じた失透部１２３も一緒に除去するとしてもよい。
【００５５】
なお、手順２−８ｂまたは手順３−４で示した失透除去方法を、発光管の製造方法とは切り離して単独の工程としてもよい。そして、製造された発光管に生じている失透部、又は製造される前の発光管の材料である透光性絶縁管に生じている失透部に適用して、失透部を除去するとしてもよい。
なお、失透部は、石英ガラス管を加熱した際に蒸気となった石英が、温度の低い部分に付着してできる、またはガラス状態から結晶状態に転移してできるなど種々の原因が考えられる。また、小型の放電ランプ特有の問題でもなく、大型の放電ランプでも同様に形成される。
【００５６】
図７は、一例として、大型の放電ランプの構成を示す外観図である。
同図にみられるように、外管２０１の端部に口金２０２が取り付けられた大型の放電ランプ２００においても、外管２０１に覆われる発光管２１０の表面に僅かながら失透部が生じる。そこで、手順２−８ｂまたは手順３−４で説明した失透除去方法を使用して、発光管２１０に生じる失透部を除去するとしてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上の様に、本発明に係わる発光管の失透除去方法、及び製造方法は、発光部の表面または表層部に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、失透部を加熱する。このとき、前記透光性絶縁管の管軸を中心に、前記透光性絶縁管を回転させながら、レーザービームの照射領域を、前記管軸に沿って移動させて、前記失透部を結晶状態から過冷却液体状態を経てガラス状態に転移させる。
【００５８】
これにより、発光管の小型化に伴い、例えば、レーザーやペンシルバーナーなどの様な局部加熱手段を使用して局部的に境界部を加熱したことで、発光部の表面または表層部に生じた失透部を除去することができる。その結果、発光部の表面積に対して失透部の占める割合も、発光管が小型化すればする程、大きくなり、光学的損失が生じるという問題を解決することが可能という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態における発光管を光源とする放電ランプの構成を示す切り欠き斜視図であり、（ｂ）は、放電ランプの光源とする発光管の構造を示す概要図である。
【図２】実施の形態における発光管の製造方法を示す模式図その１である。
【図３】実施の形態における発光管の製造方法を示す模式図その２である。
【図４】実施の形態における発光管の製造方法を示す模式図その３である。
【図５】実施の形態における発光管の製造方法を示す模式図その４である。
【図６】（ａ）は、境界部を封止する際の失透部の状態変化を示す模式図であり、（ｂ）は、失透部を除去する際の失透部の状態変化を示す模式図である。
【図７】一例として、大型の放電ランプの構成を示す外観図である。
【図８】一例として、従来における小型の放電ランプに組み込まれる発光管の構造を示す概要図である。
【符号の説明】
１００ 放電ランプ
１０１ 口金
１０２ スペーサ
１０３ 反射鏡
１０４ リード線
１０５ 端子
１０６ 貫通孔
１０，１１０ 発光管
１１，１１１ 透光性絶縁管
１１３，１１４ 開口部
２１，１２１ 発光部
２２，１２２ 放電空間
２３，２４，１２３，１２４ 失透部
１２５ 発光部形成予定部
１３１，１４１ 封止部
１３５，１４５ 封止部形成予定部
３６，４６，１３６，１４６ 境界部
１３７，１４７ 残余部
３８，４８ 根元
１５１，１６１ 電極体
１５２，１６２ 電極
１５３，１６３ 電極軸
１５４，１６４ 金属箔
１５５，１６５ リード線
１７１，１７２ チャック
１７３，１７４ バネ
１７５ バーナー
１７６ レーザー
１８１ レーザー発振源
１８２，１８３ 反射鏡
１８４ 集光レンズ
２００ 放電ランプ
２０１ 外管
２０２ 口金
２１０ 発光管
Claims (13)
- 一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記発光部の端部に形成された封止部とを有する発光管の材料である透光性絶縁管において、前記発光部が形成される部分を発光部形成予定部として、
前記発光部形成予定部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱する
ことを特徴とする発光管の失透除去方法。 - 前記透光性絶縁管の管軸を中心に、前記透光性絶縁管を回転させながら、レーザービームの照射領域を、前記管軸に沿って移動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の発光管の失透除去方法。 - 一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記発光部の端部に形成された封止部とを有する発光管において、
前記発光部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱する
ことを特徴とする発光管の失透除去方法。 - 前記発光管の管軸を中心に、前記発光管を回転させながら、レーザービームの照射領域を、前記管軸に沿って移動させる
ことを特徴とする請求項３に記載の発光管の失透除去方法。 - 一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記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において、前記発光部が形成される部分を発光部形成予定部とし、前記封止部が形成される部分を封止部形成予定部とし、前記発光部形成予定部と前記封止部形成予定部との境界に位置する部分を境界部として、
前記電極を有する電極体を前記封止部形成予定部に挿入して、前記境界部を溶融封止した後に、
前記封止部形成予定部の残余部を溶融封止すると共に、
前記境界部を溶融封止した際に前記発光部形成予定部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱する
ことを特徴とする発光管の製造方法。 - 一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記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において、前記発光部が形成される部分を発光部形成予定部とし、前記封止部が形成される部分を封止部形成予定部とし、前記発光部形成予定部と前記封止部形成予定部との境界に位置する部分を境界部として、
前記電極を有する電極体を前記封止部形成予定部に挿入して、前記境界部を溶融封止し、前記封止部形成予定部の残余部を溶融封止して前記封止部が形成された後に、
前記境界部を溶融封止した際に前記発光部形成予定部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱する
ことを特徴とする発光管の製造方法。 - 前記透光性絶縁管の管軸を中心に、前記透光性絶縁管を回転させながら、レーザービームの照射領域を、前記管軸に沿って移動させる
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の発光管の製造方法。 - 一対の電極が内部に設けられた発光部と、前記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、
前記封止部が形成された後に、前記封止部が形成される部分を溶融封止した際に前記発光部の表面に生じた失透部に、レーザービームを局部的に照射して、前記失透部を加熱する
ことを特徴とする発光管の製造方法。 - 前記発光管の管軸を中心に、前記発光管を回転させながら、レーザービームの照射領域を、前記管軸に沿って移動させる
ことを特徴とする請求項８に記載の発光管の製造方法。 - 請求項５乃至９のいずれかに記載の製造方法で製造された発光管。
- 請求項５乃至９のいずれかに記載の製造方法で製造された発光管を光源とする放電ランプ。
- 発光管と、反射鏡とを備える放電ランプであって、前記発光管が請求項５乃至９のいずれかに記載の製造方法で製造された発光管であることを特徴とする放電ランプ。
- 発光管と、前記発光管を覆う外管と、前記外管の端部に取り付けられた口金とを備える放電ランプであって、前記発光管が請求項５乃至９のいずれかに記載の製造方法で製造された発光管であることを特徴とする放電ランプ。
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