JP5078089B2 - セラミック製発光管の二次封止方法 - Google Patents

Description

本発明は、放電電極が対設されかつ発光物質が始動用希ガスとともに封入された放電発光部をセラミック製発光管の長手方向中央部に設けた放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの製造方法に係り、特に一次側電極棒を挿入した一端側が封止されているセラミック製発光管の他端側に二次側電極棒を挿入保持するとともに、該発光管内を始動用希ガスの所定高圧雰囲気に保持しつつ他端側を封止する放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブのセラミック製発光管の二次封止方法に関する。

自動車用前照灯の光源（放電バルブ、放電ランプ装置ともいう）としては、ガラス製発光管で構成された水銀入りアークチューブを備えた放電バルブ（放電ランプ装置）が一般的であったが、環境有害物質である水銀は使用しない、という社会的な要請から、水銀を全く封入しない水銀フリーアークチューブが注目されている。

また、ガラス製発光管では、封入金属ハロゲン化物により腐食が進み、黒化や失透現象が現れて適正な配光が得られず、寿命が短くなるとか、透明なガラス製発光管内の底部に過飽和状態の金属ハロゲン化物等の封入物質が液体状となって溜まり、所望の配光分布や白色の配光色が得られないという問題も提起されている。

このため、最近では、セラミック製発光管で構成された水銀フリーアークチューブの検討が行われている。このセラミック製発光管を用いたアークチューブとしては、セラミック製発光管の端部と管内に挿入された電極棒の基端部とを直接ガラス溶着することで発光管の端部を封止する「フリットシール構造」と、セラミック製発光管端部の内周面にモリブデンパイプをメタライズ接合し、モリブデンパイプと同パイプ内に挿入された電極棒基端部とを溶着することで発光管の端部を封止する「メタライズシール構造」とが知られている。

前者のタイプのアークチューブを製造する上での発光管端部の二次封止方法は、下記特許文献に記載されている。ここには、「一次側電極棒挿入工程および一次封止工程を終了した発光管に対し、所定の圧力のＡｒガス雰囲気に保持されたグローブボックス内で、二次側電極棒挿入工程，封入物質投入工程および発光管の開口端への封止部材・封着基材（ガラスリング）挿入工程を行い、その後、開口端側を上向き（一次封止側を下向き）にして発光管を透光性導入管（チャンバ）内に移し、導入管（チャンバ）内を所定の圧力のＡｒガス雰囲気に保持するとともに、外部で発生させた赤外線を透光性チャンバを介して封着基材（ガラスリング）に集光するように照射し、該封着基材（ガラスリング）を溶融させて発光管端部と電極棒間を封着することで発光管端部を封止する」という方法が記載されている。

一方、後者のタイプのアークチューブを製造する上での発光管端部の二次封止方法については、現在までのところ文献が存在しない。
特開平９−９２１５６号

しかし、前記特許文献１に記載されている発明は、一次封止されているセラミック製発光管内を始動用希ガスの負圧雰囲気にして管端部を二次封止する水銀入りアークチューブの発光管の二次封止方法であり、発光管内を高圧（１０〜３０気圧）の始動用希ガス雰囲気に保持しつつ管端部を二次封止するという水銀フリーアークチューブの発光管の二次封止には利用できるものではない。

さらに、二次封止工程では、発光管の開口端に封着基材の他に封止部材を挿入しなければならず、それだけ二次封止工程に使用する部品点数も多く、二次封止工程における作業がそれだけ面倒で、二次封止工程に費やす時間もそれだけ長くなるという問題があった。

本発明は前記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、セラミック製発光管の二次封止工程に使用する部品点数を少なくすることで、二次封止工程における作業の簡略化および二次封止工程に要す時間の短縮化により、水銀フリーアークチューブの生産性を改善できる放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブのセラミック製発光管の二次封止方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１に係るセラミック製発光管の二次封止方法においては、一次側電極棒を挿入した一端側が封止されているセラミック製発光管の他端側に二次側電極棒を挿入保持するとともに、該発光管内を始動用希ガスの所定圧雰囲気に保持しつつ他端側を封止する放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブのセラミック製発光管の二次封止方法において、
前記二次側電極棒の基端部に、該電極棒を発光管に挿入した際に、発光管の端部に当接して係止される位置決め用係止突起を設けるとともに、前記係止突起と発光管端部との当接部の周方向略等分複数箇所に管内外を連通させる放射状の連通路が画成されるように構成し、
前記二次側電極棒を挿入した他端側が上向きとなるように前記発光管をチャンバ内に収容し、前記チャンバ内を前記始動用希ガスの高圧（１０〜３０気圧）雰囲気に保持するとともに、該チャンバに設けた透光窓を介して赤外光を含む光を導入して前記発光管端部と電極棒基端部間に介在する封着基材に照射し、該封着基材を溶融させて発光管端部と電極棒間を封着する構成したものである。

詳しくは、放電電極が対設されかつ発光物質が始動用希ガスとともに封入された放電発光部を円筒形状のセラミックス製発光管の長手方向略中央部に設けた放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの製造工程は、
発光管の一端側に一次側電極棒を挿入する一次側電極棒挿入工程と、電極棒を挿入した発光管の一端側を封止する一次封止工程と、上方に向けた発光管の他端側から封入物質を投入する封入物質投入工程と、発光管の他端側から二次側電極棒を挿入する二次側電極棒挿入工程と、始動用希ガスの高圧（１０〜３０気圧）雰囲気下で発光管の他端側（二次側電極棒挿入側）を封止する二次封止工程とを主として備えており、
請求項１に係るセラミック製発光管の二次封止方法は、前記した放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの製造工程中の二次封止工程を遂行するための方法である。

（作用）発光管の上方開口端部に挿入されている二次側電極棒は、自重により係止突起が上方開口端部に当接して係止されることで、電極間距離が所定値となるように位置決め保持される。

また、チャンバ内に収容されている発光管の内外は、発光管内周面と二次側電極棒間の微小隙間および発光管端部と係止突起間の当接部に画成された連通路を介して連通し、発光管内部もチャンバ内の始動用希ガスの所定圧力（１０〜３０気圧の高圧）雰囲気となる。そして、透光窓を介してチャンバ内に導かれた赤外光を含む光が発光管端部と電極棒基端部間に介在する封着基材に照射されて、封着基材が溶融し発光管と電極棒の隙間に流入して両者間を封着し、発光管端部を二次封止する。

特許文献に示す方法では、封止しようとする発光管の開口端に封着基材の他に封止部材を挿入しなければならないのに対し、請求項１の発明では、封止部材が不要である分、二次封止工程における作業が簡略化されるとともに、二次封止工程に要す時間も短縮される。

請求項２においては、請求項１に記載のセラミック製発光管の二次封止方法において、前記発光管の両端部を前記放電発光部よりも小径で前記電極棒を挿通保持できる細管部で構成するとともに、前記細管部端部と電極棒基端部間をガラス溶着したフリットシール構造で前記アークチューブを構成し、
前記細管部の開口端部と前記電極棒の基端部との間に、前記封着基材であるリング状の封着用ガラス材を介装するとともに、前記チャンバの側壁に設けた透光窓を介して前記発光管側方の周方向等分複数箇所から前記封着用ガラス材に集光するように赤外光を含む光を同時照射するように構成した。

なお、二次側電極棒の基端部に設ける位置決め用係止突起としては、例えば、図２に示すように、基端部外周面の周方向等分４個所に設けた三角形状の係止突起１６が考えられ、係止突起１６に担持された封着基材（リング状の封着用ガラス材１９）は、発光管の端部から離間するように保持されるとともに、発光管端部と係止突起１６間の当接部に発光管内外を連通する連通路ｔ１が画成される。

また、図５に示すように、二次電極棒の基端部がカシメ加工（潰し加工）されて周方向等分４個所に係止突起１６Ａを設ける構造としてもよく、発光管端部と係止突起１６Ａ間の当接部に発光管内外を連通する連通路ｔ１が画成される。

また、図６に示すように、二次電極棒の基端部にフランジ状の係止突起１６Ｂが設けられるとともに、係止突起１６Ｂが当接する発光管端部の端面に放射状に延びる傾斜スリット１３ｂが周方向等間隔に形成されて、発光管端部と係止突起１６Ｂ間の当接部に発光管内外を連通する連通路ｔ１が画成される。

（作用）周方向等分複数方向からそれぞれ導かれた赤外光を含む光は封着用ガラス材に同時に集光し、封着用ガラス材全体が短時間で均等に溶融し、溶融ガラスが自重により細管部端部と電極棒との隙間に流れ込んで両者間を封着（ガラス溶着）する。

請求項３においては、請求項２に記載のセラミック製発光管の二次封止方法において、前記チャンバ内に複数の発光管を直線状に並列配置するとともに、発光管並列方向と直交する両側から各封着用ガラス材にそれぞれ赤外光を含む光を照射するように構成した。

（作用）複数の発光管の各封着用ガラス材がそれぞれ同時に溶融し、溶融ガラスが自重により細管部端部と電極棒との隙間にそれぞれ流れ込んで両者間を封着（ガラス溶着）する。

請求項４においては、請求項１に記載のセラミック製発光管の二次封止方法において、前記発光管の両端部を前記放電発光部よりも小径で前記電極棒を挿通保持できる細管部で構成するとともに、前記細管部内周面にメタライズ接合したモリブデンパイプと前記電極棒基端部間を溶着したメタライズシール構造で前記アークチューブを構成し、
前記モリブデンパイプの開口端部に係止された前記係止突起を含む（前記封着基材として機能する）前記電極棒の膨出頭部に、前記チャンバの上蓋に設けた透光窓を介して上方からレーザ光を照射するように構成した。

なお、二次側電極棒の基端部に設ける位置決め用係止突起としては、例えば、図８，１１に示すように、二次電極棒の基端部に係止突起を構成する逆円錐台形状の膨出頭部１７が考えられる。そして、図８では、モリブデンパイプの周方向等分６箇所に形成された放射状に延びる斜めスリット１４ａによって、管内外を連通させる連通路ｔ２が画成される。図１１では、膨出頭部１７のテーパ形状当接面１７ａの周方向等分６箇所に形成されたスリット１７ｂによって、管内外を連通させる連通路ｔ２が画成される。

（作用）電極棒の膨出頭部は、上方からレーザ光が照射されることで、瞬時に溶融してモリブデンパイプ端部と電極棒端部間を封着（溶着）する。

フリットシール構造のアークチューブでは、封着基材である封着用ガラス材を別途容易しなければならないが、メタライズシール構造のアークチューブでは、係止突起を含む電極棒の膨出頭部が封着基材として機能するので、発光管の二次封止工程に必要な部品点数が少ない上に、封着基材を介装する作業も不要となる。

請求項５においては、請求項４に記載のセラミック製発光管の二次封止方法において、前記チャンバ内に複数の発光管を隣接して配置するとともに、それぞれの電極棒の膨出頭部に上方からレーザ光を順次照射するように構成した。

（作用）複数の発光管の各電極棒の膨出頭部が順次溶融して、自重により細管部端部と電極棒との隙間にそれぞれ流れ込んで再凝固する。

請求項１に係るセラミック製発光管の二次封止方法によれば、水銀フリーアークチューブを構成するセラミック製発光管内を始動用希ガスの高圧（１０〜３０気圧）雰囲気に保持しつつ管端部を確実に二次封止できるので、水銀フリーアークチューブの製造が容易となる。

特に、従来方法において必要な封止部材が不要で、二次封止工程における作業が簡略化されるとともに、二次封止工程に要す時間も短縮されて、水銀フリーアークチューブの生産性を改善できる。

請求項２によれば、フリットシール構造の水銀フリーアークチューブのセラミック製発光管の二次封止工程をスムーズに遂行できる。

請求項３によれば、一度に複数の発光管端部を二次封止できるので、フリットシール構造の水銀フリーアークチューブの生産性を大幅に高めることができる。

請求項４によれば、係止突起を含む電極棒の膨出頭部が封着基材として機能するので、発光管の二次封止工程に必要な部品点数が少なく、封着基材を介装する作業が不要な分、発光管の二次封止工程にかかる時間も短いので、メタライズシール構造の水銀フリーアークチューブのセラミック製発光管の二次封止工程をスムーズに遂行できる。

請求項５によれば、一度に複数の発光管を二次封止できるので、メタライズシール構造の水銀フリーアークチューブの生産性を大幅に高めることができる。

次に、本発明方法の実施の形態を実施例に基づいて説明する。

図１〜図４は、本発明方法の第１の実施例を示すもので、図１は、本発明に係る方法の第１の実施例によって製造されたフリットシール構造の水銀フリーアークチューブの縦断面図、図２は、本実施例方法の要部である二次封止される発光管端部と電極棒基端部の係止突起間に形成される管内外連通路の一実施例を示す図で、（ａ）は二次封止前の発光管の端部周辺の縦断面図、（ｂ）二次封止前の発光管の端部周辺の分解斜視図、（ｃ）は二次封止された発光管の端部周辺の縦断面図である。図３および図４は、図１に示す水銀フリーアークチューブを製造する工程を示し、図３は、一次側電極棒挿入工程，ウォッシング工程，一次封止工程および真空熱処理工程を示す図、図４は、真空熱処理工程後に行われる封入物質投入工程，二次側電極棒挿入工程，ウォッシング工程および二次封止工程を示す図である。

図１において、符号１０Ａは、両端部が封止された円筒形状の透光性セラミック製発光管１２で構成された水銀フリーアークチューブで、セラミック製発光管１２の長手方向略中央部には、棒状電極１５，１５が対設されかつ発光物質である金属ハロゲン化物等が始動用希ガスとともに封入された放電発光室Ｓを画成する放電発光部１２ａが形成され、その両側、即ち、発光管１２の両端側には、放電発光室Ｓに連通する細孔１３ａを有する細管部１３が形成されている。

細管部１３（細孔１３ａ）内に挿通されてその先端部が放電発光室Ｓ内に突出する電極棒１５は、ガラス溶着によりその後端部が発光管１２に一体化されことで、発光管の端部（放電発光室Ｓに連通する細孔１３）が封止されている。符号１９ａはガラス溶着部である。

即ち、電極棒１５は、先端側の細いタングステン電極棒１５ａと、基端部側の太いモリブデン棒１５ｂおよびニオブ棒１５ｃとの接合体で構成されている。電極棒１５と細管部１３の細孔１３ａとの間には、電極棒１５を挿通できるように、またセラミック管１２の両端部に発生する熱応力を吸収できるように、２５μｍ程度の微小隙間ｓが形成されている。

そして、アークチューブ１０Ａの製造過程で、細管部１３（細孔１３ａ）に挿入された電極棒１５は、最後端側のニオブ棒１５ｃに設けた係止突起１６（図２参照）が細管部１３に当接することで、電極棒１５の先端が所定位置となり、この位置決めされた状態で、細管部１３から突出する電極棒１５後端部（ニオブ棒１５ｃ）がガラス溶着により細管部１３に一体化されている。符号１８ａ，１８ｂは、電極棒１５後端部（ニオブ棒１５ｃ）に同軸状に溶接されてアークチューブ１０Ａから導出するモリブデン製リード線で、一対の電極棒１５，１５への通電路を構成している。

具体的には、電極棒１５（ニオブ棒１５ｃ）の後端部外周には、図２に示すように、周方向等分４個所に三角形状の係止突起１６が形成されており、発光管１２（細管部１３）に挿入された電極棒１５は、係止突起１６が開口端部に当接して係止されることで、電極間距離が所定値となるように位置決め保持される。換言すれば、発光管端部（細管部１３）に電極棒１５を挿入する電極棒挿入工程において、電極棒１５後端部の係止突起１６は、電極棒１５の挿入量を設定（電極間距離を設定）する位置決め作用がある。

また、発光管１２（細管部１３）の開口端部に当接する係止突起１６は、図２（ａ）に示すように、電極棒１５の後端部に介装されたリング状の封着用ガラス材１９を細管部１３の端面から離間するように担持して、始動用希ガスの高圧雰囲気下で発光管１２を二次封止する際に、細管部１３の開口端部に管内外を連通させる連通路ｔ１を画成する。

即ち、発光管の封止装置は、図４（ｄ）に示すように、グローブボックス６０の上方開口部に設けられた透明な石英ガラス製チャンバ３０と、チャンバ３０内に下方のグローブボックス６０内から挿抜可能な治具３２と、チャンバ３０の側方に配置されて、治具３２に支持された発光管１２の上方端部に介装した封着基材であるガラス材１９に側方から赤外光を含む光Ｌ１を照射するハロゲンヒータ５０で主として構成されている。符号６１は、グローブボックス６０内で作業を遂行するための手投入口である。チャンバ３０内は、ガス給排管路３３ａ，３３ｂを介して例えば、発光管１２に封入するＸｅガスの高圧雰囲気に保持される。

ハロゲンヒータ５０は、ハロゲンバルブ５０ａと放物面リフレクター５０ｂで構成され、リフレクター５０ｂでの反射光（赤外光を含む光）Ｌ１は、チャンバ３０の透光性の壁を透過して、治具３２の発光管挿入孔３３の軸線上所定位置に集光するように設定されている。また、ハロゲンヒータ５０は、チャンバ３０を挟んで左右に対向するように配置されて、左右両側から同時にガラス材１９に赤外光を含む光Ｌ１を照射する。

治具３２の上端部には、発光管挿入孔３３が設けられており、ペレット投入工程，二次側電極棒挿入工程，ウォッシング工程等が終了した発光管１２を、その二次側電極棒挿入側が上向きとなるように治具３２で支持してチャンバ３０内に収容するとともに、チャンバ３０内をＸｅガスの高圧雰囲気に保持すれば、発光管１２端部（細管部１３）と電極棒１５の係止突起１６間に画成された連通路ｔ１によって、発光管１２の内部も始動用希ガスの高圧雰囲気に保持される。この状態で、ハロゲンヒータ５０を作動させて、発光管１２の上端部に介装されているガラス材１９に側方から赤外光を含む光Ｌ１を照射すると、図２（ｃ）に示すように、ガラス材１９が溶融し発光管１２（細管部１３）と電極棒１５の隙間ｓに流入して、細管部１３と電極棒１５間が封着（ガラス溶着）されることで、発光管１２（細管部）１４端部が二次封止される。

治具３２には、紙面と垂直方向等間隔に多数の発光管挿入孔３３が設けられて、一度に多数の発光管１２を支持することができ、チャンバ３０の前後幅（紙面と垂直な方向の幅）も、治具３２の前後幅に合わせた大きさに形成されるとともに、１本の発光管１２に対し左右一対必要であるハロゲンヒータ５０も、治具３２が支持できる発光管１２の数に対応して設けられている。

このため、一度に多数本の発光管１２の二次封止を行うことができ、アークチューブの生産効率が上がる。

なお、チャンバ３０は、発光管の二次封止工程だけではなく、発光管の一次封止工程にも使用できる。

次に、水銀フリーアークチューブの製造工程を図３，４に基づいて説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、Ａｒガス雰囲気のグローブボックス６０（図４（ｄ）参照）内で、複数の発光管１２の一端側に一次側電極棒１５をそれぞれ挿入する電極棒挿入工程を行う。各発光管１２に挿入された一次側電極棒１５は、その後端部の係止突起１６が発光管１２（細管部１３）の端部に係止されて位置決めされる。

次いで、一次封止側が上向きとなるように各発光管１２を治具３２に支持させ、各発光管１２の上側端部に突出している電極棒１５の後端部にガラス材１９を介装する。そして、図３（ｂ）に示すように、治具３２をチャンバ３０内に挿入することで、チャンバ３０内を密閉するとともに、ガス給排管路３３ａ，３３ｂを介してチャンバ３０内を排気しつつチャンバ３０内にＡｒガスを導入する発光管のウォッシング工程を行う。発光管１２の内外は、上方の細管部１３と係止突起１６間に画成されている連通路ｔ１や発光管１２の下側開口端部を介して連通するので、発光管１２内部を確実にＡｒガスでウォッシングできる。

その後、図３（ｃ）に示すように、ガス給排管路３３ａ，３３ｂを閉じてチャンバ３０内をＡｒガス雰囲気に保持するとともに、各ハロゲンヒータ５０を作動させて、各発光管１２の上端部に介装されているガラス材１９に側方から赤外光を含む光Ｌ１を集光するように照射し、一次側電極棒１５の基端部を発光管１２（細管部１３）にガラス溶着して、発光管１２の一次電極棒挿入側を封止する。

即ち、ガラス材１９は、赤外光を含む光Ｌ１が照射されると溶融して、自重で細管部１３と一次側電極棒１５間の隙間ｓに流入し、細管部１３と電極棒１５間を封着（ガラス溶着）することで、発光管１２（細管部）１４端部を一次封止する。

その後、図３（ｄ）に示すように、一次封止の終了した発光管１４を常時Ａｒガス雰囲気に保持されているグローブボックス６０内の真空加熱炉６２に収容し、炉６２内を真空状態に保持しつつ所定の温度で高温加熱する真空熱処理を行う。発光管１２の内外は、発光管１２の未封止側の開口端部を介して連通するので、発光管１２の内部に水や不純物などが混入することを確実に防ぐことができる。

次いで、グローブボックス６０内において、図４（ａ），（ｂ）に示すように、真空熱処理が終了した発光管１２に発光物質である金属ハロゲン化物のペレットＰを投入するペレット投入工程、および発光管１２上方の開口端部（細管部１３の開口端部）から二次側電極棒１５を挿入する二次側電極棒挿入工程を行う。各発光管１２（細管部１３）に挿入された二次側電極棒１５は、その後端部の係止突起１６が細管部１３端部に係止されることで、位置決め保持される。

次いで、二次封止側が上向きとなるように各発光管１２を治具３２に支持させるとともに、各発光管１２の上側端部に突出している電極棒１５の後端部にガラス材１９を介装する。そして、治具３２をチャンバ３０内に挿入してチャンバ３０内を密閉するとともに、ガス給排管路３３ａ，３３ｂを介してチャンバ３０内を排気しつつチャンバ３０内にＡｒガスを導入する発光管のウォッシング工程（図４（ｃ）参照）を行う。上方の細管部１３と電極棒１５の係止突起１６間に画成されている連通路ｔ１を介して、発光管１２内部を確実にＡｒガスでウォッシングできる。

次いで、図４（ｄ）に示すように、ガス給排管路３３ａ，３３ｂを介してＡｒガスを排気しＸｅガスを導入して、チャンバ３０内をＸｅガスの高圧（１０〜３０気圧）雰囲気に保持するとともに、各ハロゲンヒータ５０を作動させて、各発光管１２の上端部に介装されているガラス材１９に側方から赤外光を含む光Ｌ１を集光するように照射し、発光管１２の二次電極棒挿入側を封止する。即ち、ガラス材１９は、赤外光を含む光Ｌ１が照射されると溶融して、自重で細管部１３と二次側電極棒１５間の隙間ｓに流入し、発光管１２（細管部１３）と二次側電極棒１５の基端部間を封着（ガラス溶着）することで、発光管１２（の細管部１３）端部を封止する。

なお、本実施例では、図２に示すように、電極棒１５の基端部であるニオブ棒１５ｃの外周囲４箇所に三角形状の係止突起１６を設けることで、電極棒１５が位置決め（電極間距離が設定）されるとともに、二次封止工程における発光管の開口端部に管内外連通路ｔ１が確保されるようになっているが、図５に示すように、電極棒１５の基端部であるニオブ棒１５ｃの外周囲４箇所にカシメ加工（潰し加工）によって形成した係止突起１６Ａが管内外連通路ｔ１を画成する構造であってもよい。

さらに、図６に示すように、電極棒１５の基端部にテーパ外周面をもつ円盤状係止突起１６Ｂが形成されるとともに、係止突起１６Ｂが当接する発光管端部の端面に放射状に延びる傾斜スリット１３ｂが周方向等分複数個所に形成されて、このスリット１３ｂが管内外を連通させる連通路ｔ１を画成する構造であってもよい。

また、前記した発光管の一次封止法工程や二次封止工程では、左右一対のハロゲンヒータ５０を発光管１２の数に対応させて設けるとともに、全てのハロゲンヒータ５０を同時に作動させて、複数の発光管の端部を同時に一次（二次）封止するように構成されているが、チャンバ３０の左右に対向するように設けた一対のハロゲンヒータ５０を発光管配列方向に順次移動させることで、各発光管１２の端部を順次一次（二次）封止するように構成してもよい。

図７〜図１０は本発明方法の第２の実施例を示すもので、図７は、本発明に係る方法の第２の実施例によって製造されたメタライズシール構造の水銀フリーアークチューブの縦断面図、図８は、本実施例方法の要部である二次封止される発光管端部と電極棒基端部の係止突起間に形成される管内外連通路の一実施例を示す図で、（ａ）は二次封止前の発光管の端部周辺の縦断面図、（ｂ）二次封止前の発光管の端部周辺の分解斜視図、（ｃ）は二次封止された発光管の端部周辺の縦断面図である。図９および図１０は、図７に示す水銀フリーアークチューブを製造する工程を示す図で、図９は一次側電極棒挿入工程，ウォッシング工程，一次封止工程および真空熱処理工程を示し、図１０は真空熱処理工程後に行われる封入物質投入工程，二次側電極棒挿入工程，ウォッシング工程および二次封止工程を示す。

前記した第１の実施例方法によって製造されるアークチューブ１０Ａは、電極棒１５がガラス溶着によって直接、セラミック管１２の端部に接合一体化されているフリットシール仕様であるのに対し、この第２の実施例のアークチューブ１０Ｂは、セラミック管１２の端部にメタライズ接合されたモリブデンパイプ２４を介して電極棒１５がセラミック管１２に一体化されたメタライズシール仕様である。

図７において、符号１０Ｂは、両端部が封止された円筒形状の透光性セラミック製発光管１２で構成された水銀フリーアークチューブで、セラミック製発光管１２の長手方向略中央部には、棒状電極１５，１５が対設されかつ発光物質である金属ハロゲン化物等が始動用希ガスとともに封入された放電発光室Ｓを画成する放電発光部１２ａが形成され、その両側、即ち、発光管１２の両端側には、放電発光室Ｓに連通する細孔１３ａを有する細管部１３が形成されている。

細管部１３の細孔１３ａ開口寄りの内周面には、モリブデンパイプ２４がメタライズ接合により固定されて、発光管１２の端部（細管部１３）から突出している。モリブデンパイプ２４の内径は、細管部１３の細孔１３ａの内径と同一か細孔１３ａの内径よりも僅かに小さい。細管部１３の端部側には、メタライズ接合部を超えた所定長さにわたって肉厚円筒部１３ｃが形成されて、細管部１３のモリブデンパイプ接合領域における耐熱応力強度が確保されている。

モリブデンパイプ２４内に挿通されてその先端部が放電発光室Ｓ内に突出する電極棒１５は、その後端部がレーザ溶接によりモリブデンパイプ２４突出端部に溶着（接合）されることで、発光管１２に一体化されるとともに、放電発光室Ｓに連通する細孔１３が封止されている。符号２０はレーザ溶接部である。

電極棒１５は、先端側の細いタングステン電極棒１５ａと基端部側の太いモリブデン棒１５ｂとが同軸状に接合一体化されたもので、モリブデンパイプ２４と電極棒１５（のモリブデン棒１５ｂ）間には、電極棒１５を挿通できるように、また細管部１３に発生する熱応力を吸収できるように、２５μｍ程度の微小隙間ｓが形成されている。符号１８ａ，１８ｂは、一端側がモリブデンパイプ２４に溶接されてアークチューブ１０Ｂから同軸状に導出するモリブデン製リード線で、一対の電極棒１５，１５への通電路を構成している。

具体的には、電極棒１５の基端部であるモリブデン棒１５ｂの後端部には、図８に示すように、逆円錐台形状テーパ面１７ａをもつ膨出頭部１７が形成されており、膨出頭部１７（のテーパ面１７ａ）が発光管１２の端部であるモリブデンパイプ２４の開口端部に当接して係止されることで、電極間距離が所定値となるように位置決め保持される。即ち、発光管端部（モリブデンパイプ２４）に電極棒１５を挿入する電極棒挿入工程において、電極棒１５後端部の膨出頭部１７は、電極棒１５の挿入量を設定（電極間距離を設定）する位置決め用の係止突起を構成している。

また、発光管端部（モリブデンパイプ２４）の膨出頭部１７との当接面には、放射状に延びる斜めスリット２４ａが周方向等分６箇所に形成されており、この膨出頭部１７のテーパ面１７ａとスリット７４ａで画成された隙間は、発光管１２の二次封止工程を始動用希ガスの高圧雰囲気で行う際の発光管１２の内外を連通させる連通路ｔ２として機能する。

即ち、発光管の封止装置は、図９（ｃ），図１０（ｄ）に示すように、石英ガラス製透光窓４５を設けた上蓋４１を備え、治具４２を介して複数の発光管１２を立てた状態に縦横に隣接配置できるチャンバ４０と、チャンバ４０の上方に設置され、チャンバ４０内に収容されている各発光管１２のモリブデンパイプ２４に係止されている電極棒１５の膨出頭部１７にレーザ光Ｌ２を照射するＹＡＧレーザ照射装置５５のレーザ照射部５６から主として構成されている。チャンバ４０内は、ガス給排管路４３ａ，４３ｂを介して、例えば、発光管１２に封入するＸｅガスの高圧雰囲気に保持される。チャンバ４０の上蓋４１に設けられている透光窓４５は、表面に赤外線反射防止膜をコーティングしたＡＲコート付石英ガラス板で構成されて、レーザ光照射部５１から照射されたレーザ光Ｌ２ができるだけ反射することなく透光窓４５を透過するようになっている。

レーザ照射部５６から出射した赤外光を含む光であるレーザ光Ｌ２は、チャンバ４０の上蓋４１に設けた透光窓４５を透過して、チャンバ４０内の発光管１２端部のモリブデンパイプ２４上に露呈している電極棒１５の膨出頭部１７に照射されるように設定されている。

例えば、ペレット投入工程，二次側電極棒挿入工程，ウォッシング工程等が終了した発光管１２を、その二次側電極棒挿入側が上向きとなるように治具４２で支持してチャンバ４０内に収容するとともに、チャンバ４０内をＸｅガスの高圧雰囲気に保持すれば、発光管１２端部のモリブデンパイプ２４と電極棒１５の膨出頭部１７間に画成された連通路ｔ２によって、発光管１２の内部も始動用希ガスの高圧雰囲気に保持される。この状態で、ＹＡＧレーザ照射装置５５を作動させて、発光管１２端部のモリブデンパイプ２４上に露呈している電極棒１５の膨出頭部１７にレーザ光Ｌ２を照射すると、図８（ｃ）に示すように、膨出頭部１７が瞬時に溶融し、モリブデンパイプ２４と電極棒１５基端部間が溶着（溶接）されることで、発光管１２の端部が二次封止される。

ＹＡＧレーザ照射装置５５のレーザ光照射部５６は、下方のチャンバ４０に対し水平方向に移動可能に構成されており、レーザ光照射部５６をチャンバ４０内の各発光管１２の真上に順次正対するように水平方向に移動させて、チャンバ４０内の全ての発光管１２の二次封止を行うことができる。このため、一度に多数本の発光管１２の二次封止を行うことができ、アークチューブの生産効率が上がる。

なお、前記した発光管の封止装置は、発光管１２の二次封止工程だけではなく、発光管１２の一次封止工程にも使用できる。

次に、水銀フリーアークチューブの製造工程を図９，１０に基づいて説明する。

まず、Ａｒガス雰囲気のグローブボックス６０（図９（ｄ）参照）内で、図９（ａ）に示すように、両端の細管部にモリブデンパイプ２４がメタライズ接合されている発光管１２の一端側に一次側電極棒１５を挿入する電極棒挿入工程を行う。具体的には、図９（ｂ）に示すチャンバ４０の上蓋４１を外し、チャンバ４０内に、複数の発光管１２を治具４２を介して立てた状態に縦横に隣接配置するとともに、それぞれの発光管１２の上方開口端部（モリブデンパイプ２４の上方開口端部）から一次側電極棒１５をそれぞれ挿入する電極棒挿入工程を行う。各発光管１２（モリブデンパイプ２４）に挿入された一次側電極棒１５は、その後端部の膨出頭部１７がモリブデンパイプ２４の端部に係止されることで、位置決め保持される。

次いで、図９（ｂ）に示すように、上蓋４１を閉めてチャンバ４０内を密閉状態にするとともに、ガス給排路４３ａ，４３ｂを介してチャンバ４０内を排気しつつＡｒガスをチャンバ４０内に導入する発光管のウォッシング工程を行う。発光管１２の内外は、上方のモリブデンパイプ２４端部と膨出頭部１７間に画成されている連通路ｔ２や発光管１２の下側開口端部（下方のモリブデンパイプ２４）を介して連通するので、発光管１２内部を確実にＡｒガスでウォッシングできる。

その後、図９（ｃ）に示すように、ガス給排路４３ａ，４３ｂを閉じてチャンバ４０内をＡｒガス雰囲気に保持するとともに、チャンバ４０の上蓋４１に設けた透光窓４５を介して、チャンバ４０の上方に設置したＹＡＧレーザ照射装置５５のレーザ照射部５６から、その真下に位置する発光管１２の上側端部（上方のモリブデンパイプ２４端部）に係止されている一次側電極棒１５の膨出頭部１７にレーザ光Ｌ２を照射して、一次側電極棒１５の基端部を発光管１２（モリブデンパイプ２４）に溶着（溶接）して、発光管１２の一次電極棒挿入側を封止する。即ち、モリブデンで構成されている膨出頭部１７は、レーザ光Ｌ２が照射されると瞬時に溶融して、モリブデンパイプ２４端部と一次側電極棒１５間を封着（溶着）するとともに、発光管１２（のモリブデンパイプ２４）を確実に封止する。レーザ光照射部５１を水平方向に移動させて、各発光管１４の上側端部に係止されている一次側電極棒１５の膨出頭部１７にレーザ光Ｌ２を順次照射することで、全ての発光管１２を一次封止することができる。

その後、図９（ｄ）に示すように、一次封止の終了した発光管１２を常時Ａｒガス雰囲気に保持されているグローブボックス６０内の真空加熱炉６２に収容し、真空状態を保持しつつ所定の温度で高温加熱する真空熱処理を行う。発光管１２の内外は、発光管１２の未封止側の開口端部を介して連通するので、発光管１２の内部に水や不純物などが混入することを確実に防ぐことができる。

次いで、真空熱処理が終了した発光管１２全てを、グローブボックス６０内の別のチャンバ４０（図示せず）に移し、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、発光物質である金属ハロゲン化物のペレットＰを投入するペレット投入工程、および発光管１２上方の開口端部（モリブデンパイプ２４上方の開口端部）から二次側電極棒１５を挿入する二次側電極棒挿入工程を行う。各発光管１２（モリブデンパイプ２４）に挿入された二次側電極棒１５は、その後端部の膨出頭部１７がモリブデンパイプ２４端部に係止されることで、位置決め保持される。

次いで、グローブボックス６０内において、上蓋４１を閉めてチャンバ４０を密閉状態にするとともに、ガス給排路４３ａ，４３ｂを介してチャンバ４０内を排気しつつチャンバ４０内にＡｒガスを導入する発光管１４のウォッシング工程（図１０（ｃ）参照）を行う。発光管１２の内外は、上方のモリブデンパイプ２４端部と膨出頭部１７間に画成されている連通路ｔ２を介して連通するので、発光管１２の内部を確実にＡｒガスでウォッシングできる。

次いで、図１０（ｄ）に示すように、二次側電極棒挿入工程の終了した発光管を、ＹＡＧレーザ照射装置５５のレーザ光照射部５６の真下に移し、チャンバ４０内をＸｅガスの高圧（１０〜３０気圧）雰囲気に保持するとともに、チャンバ４０の上蓋４１に設けた透光窓４５を介して、チャンバ４０上方のレーザ照射部５６から発光管１４の上側端部（上方のモリブデンパイプ２４端部）に係止されている二次側電極棒１５の膨出頭部１７にレーザ光Ｌ２を照射して、二次側電極棒１５を発光管１２（モリブデンパイプ２４）に溶着して、発光管１２の二次電極棒挿入側を封止する。即ち、モリブデン２４で構成されている膨出頭部１７は、レーザ光Ｌ２が照射されると瞬時に溶融して、モリブデンパイプ２４端部と二次側電極棒１５間封着（溶着）するとともに、発光管１２の端部を確実に二次封止する。

なお、前記実施例では、図８に示すように、電極棒１５の基端部に設けた係止突起を構成する逆円錐台形状の膨出頭部１７との当接部であるモリブデンパイプ２４の端部に形成した斜めスリット２４ａによって、管内外を連通させる連通路ｔ２が画成されているが、図１１に示すように、膨出頭部１７のテーパ形状当接面１７ａの周方向等分６箇所に形成されたスリット１７ｂによって、管内外を連通させる連通路ｔ２が画成される構造であってもよい。

本発明に係る方法の第１の実施例によって製造されたフリットシール構造の水銀フリーアークチューブの縦断面図である。 本実施例方法の要部である二次封止される発光管端部と電極棒基端部の係止突起間に形成される管内外連通路の一実施例を示す図で、（ａ）は二次封止前の発光管の端部周辺の縦断面図、（ｂ）二次封止前の発光管の端部周辺の分解斜視図、（ｃ）は二次封止された発光管の端部周辺の縦断面図である。 図１に示す水銀フリーアークチューブを製造する工程を示す図で、一次側電極棒挿入工程，ウォッシング工程，一次封止工程および真空熱処理工程を示す図である。 図１に示す水銀フリーアークチューブを製造する工程を示す図で、真空熱処理工程後に行われる封入物質投入工程，二次側電極棒挿入工程，ウォッシング工程および二次封止工程を示す図である。 本実施例方法の要部である二次封止される発光管端部と電極棒基端部の係止突起間に形成される管内外連通路の他の実施例を示す図で、（ａ）は二次封止前の発光管の端部周辺の縦断面図、（ｂ）電極棒後端部に形成された係止突起の斜視図、（ｃ）は二次封止された発光管の端部周辺の縦断面図である。 本実施例方法の要部である二次封止される発光管端部と電極棒基端部の係止突起間に形成される管内外連通路のさらに他の実施例を示す図で、（ａ）は二次封止前の発光管の端部周辺の縦断面図、（ｂ）電極棒後端部に形成された係止突起の斜視図、（ｃ）は二次封止された発光管の端部周辺の縦断面図である。 本発明に係る方法の第２の実施例によって製造されたメタライズシール構造の水銀フリーアークチューブの縦断面図である。 本実施例方法の要部である二次封止される発光管端部と電極棒基端部の係止突起間に形成される管内外連通路の一実施例を示す図で、（ａ）は二次封止前の発光管の端部周辺の縦断面図、（ｂ）二次封止前の発光管の端部周辺の分解斜視図、（ｃ）は二次封止された発光管の端部周辺の縦断面図である。 図７に示す水銀フリーアークチューブを製造する工程を示す図で、一次側電極棒挿入工程，ウォッシング工程，一次封止工程および真空熱処理工程を示す図である。 図７に示す水銀フリーアークチューブを製造する工程を示す図で、真空熱処理工程後に行われる封入物質投入工程，二次側電極棒挿入工程，ウォッシング工程および二次封止工程を示す図である。 本実施例方法の要部である二次封止される発光管端部と電極棒基端部の係止突起間に形成される管内外連通路の他の実施例を示す図で、（ａ）は二次封止前の発光管の端部周辺の縦断面図、（ｂ）電極棒後端部に形成された係止突起の斜視図、（ｃ）は二次封止された発光管の端部周辺の縦断面図である。

符号の説明

１０Ａ フリットシール構造の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ
１０Ｂ メタライズシール構造の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ
１２ セラミック製発光管
１３ 細管部
１５ 電極を構成する電極棒
１５ａ タングステン電極棒
１５ｂ モリブデン棒
１５ｃ ニオブ棒
１６，１６Ａ，１６Ｂ 位置決め用の係止突起
１７ 電極棒の係止突起を構成する膨出頭部
１７ｂ 膨出頭部に形成されたスリット
１９ 封着部材であるリング状ガラス材
１９ａ ガラス溶着部
２０ レーザ溶接部
２４ モリブデンパイプ
２４ａ モリブデンパイプ端部に形成されたスリット
ｔ１，ｔ２ 連通路
３０，４０ チャンバ
５０ ハロゲンヒータ
５０ａ ハロゲバルブ
５０ｂ リフレクター
Ｌ１ 赤外光を含む光
５５ ＹＡＧレーザ照射装置
５６ レーザ照射部
Ｌ２ レーザ光
６０ グローブボックス
６２ 真空加熱炉

Claims (5)

1. 一次側電極棒を挿入した一端側が封止されているセラミック製発光管の他端側に二次側電極棒を挿入保持するとともに、該発光管内を始動用希ガスの所定圧雰囲気に保持しつつ他端側を封止する放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブのセラミック製発光管の二次封止方法において、
   前記二次側電極棒の基端部には、該電極棒を発光管に挿入した際に、発光管の端部に当接して係止される位置決め用係止突起が設けられるとともに、前記係止突起と発光管端部との当接部の周方向略等分複数箇所に管内外を連通させる放射状の連通路が画成されるように構成されており、
   前記二次側電極棒を挿入した他端側が上向きとなるように前記発光管をチャンバ内に収容し、前記チャンバ内を前記始動用希ガスの高圧（１０〜３０気圧）雰囲気に保持するとともに、該チャンバに設けた透光窓を介して赤外光を含む光を導入して前記発光管端部と電極棒基端部間に介在する封着基材に照射し、該封着基材を溶融させて発光管端部と電極棒間を封着するように構成されたことを特徴とするセラミック製発光管の二次封止方法。
2. 前記アークチューブは、前記発光管の両端部が前記放電発光部よりも小径で前記電極棒を挿通保持できる細管部で構成されるとともに、前記細管部端部と電極棒基端部間がガラス溶着されたフリットシール構造で、
   前記細管部の開口端部と前記電極棒の基端部との間に、前記封着基材であるリング状の封着用ガラス材を介装するとともに、前記チャンバの側壁に設けた透光窓を介して前記発光管側方の周方向等分複数箇所から前記封着用ガラス材に集光するように赤外光を含む光を同時照射することを特徴とする請求項１に記載のセラミック製発光管の二次封止方法。
3. 前記チャンバ内に複数の発光管を直線状に並列配置するとともに、発光管並列方向と直交する両側から各封着用ガラス材にそれぞれ赤外光を含む光を照射することを特徴とする請求項２に記載のセラミック製発光管の二次封止方法。
4. 前記アークチューブは、前記発光管の両端部が前記放電発光部よりも小径で前記電極棒を挿通保持できる細管部で構成されるとともに、前記細管部内周面にメタライズ接合されたモリブデンパイプと前記電極棒基端部間が溶着されたメタライズシール構造で、
   前記モリブデンパイプの開口端部に係止された、前記封着基材として機能する前記係止突起を含む前記電極棒の膨出頭部に、前記チャンバの上蓋に設けた透光窓を介して上方からレーザ光を照射することを特徴とする請求項１に記載のセラミック製発光管の二次封止方法。
5. 前記チャンバ内に複数の発光管を隣接して配置するとともに、それぞれの電極棒の膨出頭部に上方からレーザ光を順次照射することを特徴とする請求項４に記載のセラミック製発光管の二次封止方法。

Images