JP5235995B2 - 放電ランプの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、放電ランプの製造方法に関する。

放電ランプは、封鎖されかつ放電ガスを含む放電容器を有する。したがって、放電ランプの製造方法は、放電ガスの充填および放電容器の封鎖を含む。

放電容器部材を真空炉内において放電ガス雰囲気のもとで接合して封鎖することは公知である。放電ガス雰囲気を形成する前に、望ましくないガスを炉から取り除き、また放電容器部材の吸着物を取り除くために、放電容器部材を包囲する真空炉が排気される。

まずポンプ管により放電容器の排気をして、それから放電ガスを充填することは公知である。充填後に排気管が一般に溶解によって封鎖される。場合によっては突出部が除去される。

放電容器部材の接合および接合された放電容器の充填のための連続炉は公知である（例えば、特許文献１参照）。この連続炉では、放電容器部材が放電ガスを有する雰囲気中に運び込まれ、この雰囲気中で接合され、その際に封鎖もされる。

放電容器部材の接合および封鎖のための放電容器部材を含む空間に放電ガスを適度の過圧下で注入することによって、放電容器部材の周りを放電ガスによって洗浄することは公知である（例えば、特許文献２参照）。

独国特許出願公開第１０１４７７２７号明細書 独国特許出願公開第１０２２５６１２号明細書

本発明の課題は、放電容器の充填および封鎖に関して有利な放電ランプの製造方法を提供することにある。

本発明は、第1ガスからなる周囲雰囲気の中において放電ランプの開放状態の放電容器の接合および第1ガスの充填を行なうステップを有する放電ランプの製造方法であって、これに続くステップとして、接合された放電容器内の第1ガスに第２ガスを放電容器の外側の周囲雰囲気から分離された供給容積部によって添加するステップを有することを特徴とする放電ランプの製造方法に関する。

有利な実施形態は従属請求項の対象であり、以下において同様に詳しく説明される。

本発明は、ポンプ管を介する放電容器の排気およびガス充填が高コストにつながっているという考えに基づいている。排気にはある一定の時間が要求され、所望の清浄度の達成のためには著しいポンプ出力が使用されなければならず、これに相応する装置は複雑であり、したがって高価である。大きな放電容器、例えば大きな対角線を有する平面形放射器用の放電容器の場合には、放電容器の（吸着物が付着し得る）大きな内面積のゆえに、所望の清浄度を保証することが困難である。更に、排気時に若干の放電ランプが壊れる。

本発明は、更に、複数の放電容器部材の接合、すなわち継ぎ合わせと、放電容器の充填とを同時に行なうことができるという着想によって動機づけされている。

結局、本発明は、それに応じて放電ガス雰囲気の中において充填されて封鎖される放電容器において、例えば連続炉内のネオン／キセノン雰囲気のもとで放電ランプ部材を接合する際に、一般的に放電ガスの一部が周囲雰囲気へ漏れ出て、それによって失われるという認識に基づいている。これはまたもや経済的に不利である。なぜならば、一般的には放電ガス用に使用される例えばキセノンの如きガスの幾つかは製造コストに著しく影響を及ぼすからである。更に、放電ガスは、周囲雰囲気への漏出が他の理由から回避されるべきである成分を有し得る。例えば、化学的に非常に反応性の強いガス、環境に有害なガスおよび／または有毒ガスの場合である。放電容器内にもたらされないガスの捕集および回収は多大になり得る付加的な装置費用を要する。

よく知られているように放電ガスは一般に多くの成分、例えばヘリウム、ネオン、アルゴンおよびキセノンを有する。本発明の着想は、最終的に放電ガス用に必要な成分を第1ガスと第２ガスとに配分し、先ず第1ガスからなる周囲雰囲気の中で、開放状態の放電容器への充填を行なうことにある。放電容器が接合されて少なくとも部分的に封鎖された後に、放電容器への第２ガスの的確な注入によって放電ガスが補完される。

第２ガスの充填ステップのために、放電容器の周囲雰囲気から分離された、すなわち単独では当該周囲雰囲気を形成しない供給容積部が使用される。この場合に、放電容器の内部ガスと放電容器の完全な周囲雰囲気との交換が行なわれるのではなくて、第２ガスが特定の容積に制限され、それにより的確な注入が行なわれる。したがって、この場合において周囲雰囲気とは、放電容器の外側の周囲雰囲気であり、放電容器内の放電空間のことではない。それぞれ更に詳細に立ち入って説明する次のケースが考慮に値する。すなわち、管路を通した第２ガスの供給および放電容器の適切な充填口への管路の接続を行なうケース、ならびに、第２ガスを満たされた分離した容積部を放電容器内に収納し、放電容器の完全な封鎖後にこの容積部の開口により両ガスを後で混合するケースである。第１のケースでは、供給容積部は、放電容器の外側にあるが放電容器の周囲雰囲気中の小さな一部分でしかなく、残りの周囲雰囲気からは分離されている。第２のケースにおいては、供給容積部が放電容器内にあり、それによって既に、かつ他の境界によって外側の周囲雰囲気から分離されている。いずれのケースにおいても、的確に、多すぎない量にて、もしくは周囲雰囲気への漏出を回避して、第２ガスを注入できることが重要である。

第１の充填ステップ後の接合によって、放電容器は好ましくは完全に気密に封鎖されるが、しかし完全に気密に封鎖することは必ずしも必要ではない。例えば封鎖後に放電容器壁に第２ガスが注入される比較的小さな孔が残っていてもよい。しかし、そのために孔が再び開けられてもよい。代替として、第２ガスを有する別個の容積部を既に含んでいる状態で放電容器を封鎖することができる。

したがって、全体としては、本発明によれば、例えば連続炉において放電容器の周囲雰囲気全体に第２ガスを充填するステップが回避される。

したがって、放電ガスにおける比較的都合のよい成分または化学的に心配のない成分は第1ガス添加し、その他の成分は第２ガスに添加するのが有利である。

第２ガスの損失または拡散を小さく保ち、または全くなくすることさえも可能なので、場合によっては第２ガス成分の高コストな回収を省略することもできる。

したがって、本発明は、第２ガスにより特定の複数の放電ガス成分の的確な注入を可能にする。したがって、第２ガスおよび第1ガスは、本発明によれば、異なるべきであり、特に、放電容器の周囲雰囲気全体へのまたはその周囲雰囲気全体からの充填が有利である成分の全部または少なくとも大部分は第1ガスに割り当てられ、したがって的確な注入が特に有利である他の成分はとりわけ第２ガスに割り当てられる。これは、放電ガス成分の分圧に基づいて定量化することもできる。第２ガスが次の成分を有するならば有利である。すなわち、放電ガス内の、第２ガスの成分の分圧が、少なくとも７０％、更に好ましくは少なくとも９０％もしくは９８％以上である。換言するならば、この放電ガスは少なくとも、ほぼ専ら第２ガスによる充填ステップに由来する少なくとも１つの成分を含んでいる。

特にまだ個別状態にある複数の放電容器部材において、接合前における放電容器の比較的大きな開口は、放電容器への第1ガスの素早い充填を可能にし、もしくは第1ガスによる洗浄さえも可能にする。第1ガスによる放電容器のこのような洗浄によって、放電容器をクリーニングすることができ、更に他の好ましくない不純物を（ガスの形での不純物も）遠ざけておくことができる。真空炉におけるような高コストな室内排気は省略することができる。

放電容器がガス雰囲気中で完全に封鎖される場合には、放電容器内のこのガス成分の分圧は封鎖中のガス温度に依存する。放電ガスの特定の成分について、それによって条件づけられる製造公差を避けようとする場合には、これらの成分が第２ガスに加えられるとよい。

第１の充填ステップのためには、連続炉を使用し、しかも連続炉において第1ガスを放電容器のクリーニングおよび不純物の隔離のためにも使用することが好ましい。このために連続炉において第1ガスの流れおよび放電容器が確立される。第1ガスおよび第２ガスへの放電ガス成分の配分に応じて、高い置換量の場合にも、場合によっては第1ガスの回収を行なう必要がない。

更に、バッチ処理原理に基づいて動作する炉のように常に十分に冷却された状態から加熱されることは、特に大きなランプのための大きな炉の場合に、時間的およびエネルギー的に高コストであるが、連続炉はそのことを必要としない。

放電ガスは、分光法による放電ガス分析を困難にし、妨害さえする成分を含んでいることがある。一緒に分析されるべきでない放電ガス成分が第２ガスと共に放電容器内にもたらされることがある。したがって、一実施形態では、放電容器の少なくとも部分的な封鎖の後、第２ガスの注入前に、放電容器内の第1ガスのスペクトル分析が行なわれる。例えば、この関連でキセノン／ネオン混合ガスの場合には、キセノンを第２ガスを介してもたらすとよい。ネオンは、他の軽い希ガスと同様にキセノンよりも著しく高い励起エネルギーを有するので、不純物を放電放射の分光法によって検出することができる。この場合に、比較的低い励起エネルギーの故にキセノンは一般には妨げになるであろう。

このような分光法による検査は、例えば、簡単な金属条線のような補助電極の助けにより炉外において第１の充填ステップの後に局部的な放電点弧によって行なうことができる。これらの補助電極はその後で再び取り除かれるので補助電極は更なる製造プロセスの妨げにならず、完成したランプにおいては存在しない。

可能な一実施形態では、第２ガスが充填ノズルを介して放電容器に注入される。この充填ノズルは、例えば放電容器の封鎖前に既に放電容器部材に接して設置することができ、このステップの前に、そしてこのステップの後にも更に封鎖されるとよい。しかし、代替として、例えば封鎖後も残されている放電容器の孔にノズルがかぶせられ、このノズルを通して第２ガスが注入されてもよい。その後でこのノズルは、例えば放電容器に融合されるとよい。この充填ノズルは、それから第２の充填ステップの前に、例えば割って開かれるとよい。

本発明の他の特別な実施形態では、第１の充填ステップおよび接合の際に、第２ガスを有するアンプルが放電容器内に閉じ込められ、その後で開かれる。このようにして、放電容器内にもたらされる第２ガスの量を正確に制御することができる。

このアンプルは、例えばレーザまたは他の電磁波の助けにより、開口される。アンプルが開口されると第２ガスが第1ガスと混合し、放電ガスを形成する。

このアンプルを放電容器の縁部に収納すると有利である。アンプルが発光領域外にあるならば、アンプルは放電ランプによって放射される光を邪魔しない。更に、特に、アンプルが放電を空間的に制限しないようにアンプルを収納することは、放電ランプの縁部において可能である。アンプルのための収納部と同じ範囲に、またはこれに隣接して、コーティングされていない放電容器窓、特に蛍光体層における開口が、前述の考えを実行できるように存在するとよい。

原理的には第1ガスを回収系に組み入れることができるが、しかし本発明による２段プロセスがまさにこのようなガスのための充填プロセスを第２のステップとして行なうことを可能にするので、第1ガスを簡単かつ有利に放棄することができる。

本発明は、とりわけ、放電容器が平面状にかつ厚みに比べて比較的大判に形成されているいわゆる平面形放射器の製造に向けられている。一般に、平面形放射器の大きな面は、２つの殆ど平行な平面形の板によって構成される。この場合に板はパターンが付けられているとよく、「平面形放射器」という名称にもかかわらず、厳密な語義で平面形でなければならないというわけではない。

更に、本発明は、とりわけ、誘電体バリヤ放電ランプの製造に向けられている。この場合に、放電を維持するための電力が、誘電的に放電ガスから分離された電極を介して容量的に半導体ガスに投入される。

図１は本発明による方法を実施するための連続炉の概略図である。 図２は補足を有する図１からの連続炉の概略図である。 図３は本発明による製造方法の一部を通過した放電容器の概略図である。 図４は図３に対する代替可能性のための概略図である。

以下において、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。開示された個々の特徴は、図示された組み合わせとは異なった組み合わせにおいても発明の本質をなす。

図１は、放電容器部材２を接合して放電容器３を組み立てるための連続炉１を示す。放電容器部材２は、図において右から左に向けてコンベヤベルト４上にて連続炉１の開口５を通して連続炉１内に搬入され、接合された放電容器３が開口６を通して炉１から搬出される。

放電容器部材２は、完成した放電容器３の蓋板（上部）および底板（下部）に相当する。放電容器３は誘電体バリヤ平面形放射器用に特定されている。外部にある電極もしくはそれの電気接触部は公知のやり方で次の方法ステップにおいて取り付けられる（図示されていない）。

放電容器部材２は炉１の中に搬入される前に既に、（図示されていない）公知のクリーニングステップおよび加工ステップを終えている。放電容器部材の内面は、例えば予め蛍光体を、そして部分的に反射膜をコーティングされる。

連続炉１は炉内の加熱のために加熱要素７を有する。ガス供給管８は他の加熱要素９を備えている。炉内は、加熱要素７と、ガス供給管８を介してもたらされかつ加熱要素９により加熱された第1ガスとによって加熱される。

先ず、まだ離されて置かれている放電容器部材２の接合のために、これらの間にＳＦ６ガラス片がスペーサとして置かれている。連続炉１内の高温によって、これらが軟化し、上部の放電容器部材２が下部の放電容器部材２の上に沈下する。両放電容器部材２の縁部はガラスはんだを備えていて、ガラスはんだが連続炉１において溶解させられ、ガラスはんだを介して両放電容器部材２が互いに気密に接合される。

本来の充填の前に、放電容器部材もしくは接合された放電容器は、残留湿気および生じ得る溶剤または接合剤のような有機物質の残留成分を取り除くために、公知の方法でクリーニングおよび洗浄されなければならない。

炉内には、ガス供給管８を介して第1ガス、すなわちヘリウム／ネオン混合ガスが注入される。この場合に、ヘリウム／ネオン混合ガスは、炉内および連続炉の開口５，６を通る定常的な流れを保証するために十分な圧力にて注入される。まだ離されて置かれている放電容器部材２の間において、ＳＦ６ガラス片のほかには、ガス供給管８を通して注入される第1ガスしか存在しない。ＳＦ６ガラス片が軟化されるや否や、下部の放電容器部材２上へ上部の放電容器部材２が沈下し、その際に第1ガスが閉じ込められる。

図２は、ガス吸出管１０およびポンプ１１を補足された図１からの連続炉を示す。ここでは第1ガスが、とりわけガス吸出管１０へ流れ込む。吸い出された希ガスは、（図示されていない）公知の方法で回収される。

異なる作業ステップが行なわれる多数の炉室を有する連続炉を用いた製造方法が、先に挙げた特許文献１に詳述されている。よりよい理解のためにこれを参照されたい。

図３は、上述のように接合された放電容器３の１つを上から示す。これはヘリウム／ネオン混合ガスを気密に閉じ込めている。これは、更に２つの外側縁部に収容されているアンプル１２を含み、アンプル１２は、側方の小さな通路内に設けられていて、断面が円形である。アンプル自体およびアンプルが収納されている放電容器３の内面は、放電容器３の内面の残部のようには、蛍光体または反射膜をコーティングされていない。その他の点では、図３は、両アンプル通路の間に、断面積がより大きい通路を示し、これらの通路は、本来の放電容積をなし、従来技術における他の個所に既に説明されている。

アンプルの口を開くためにＩＲレーザが使用されるとよい。例えばマイクロ波を使用してもよい。いずれにせよ、アンプルの一部へのエネルギー結合によって温度勾配が発生させられ、温度勾配が材料応力によって裂け目をもたらす。このために、アンプルの一部、例えばアンプル先端が、例えば金属コーティングされている。

放電容器は、４０ｃｍの幅、７０ｃｍの長さおよび０．３ｃｍの平均の内部高さを持つが、しかし、ところどころにおいて、最大０．５ｃｍまでの高さ（内部の内のり高さ）を持つ。これらのアンプルは、石英からなる１ｃｍの厚い壁を持ち、６７ｃｍの長さであり、３ｍｍの内径を持つ。（室温における）アンプル１２内の１０ｂａｒのキセノン圧力の場合に、アンプルがレーザ入射によって口を開かれ、（室温において）キセノンが放電容器３内に広がった際に、放電容器３内において０．１ｂａｒのキセノン分圧が生じる。

アンプルの開放前に、ヘリウム／ネオン混合ガスの放射スペクトルが検査される。不純物がそのようにして確認され、他の欠陥のある放電ランプの生産が回避される。

図４は充填ノズル１３を有する第２の充填ステップの他の変形例を概略的に示す。充填ノズル１３は、パッキング１４を介して充填容積部１５内に挿入されていて、この充填容積部１５内に配置されている端部を封鎖されている。充填ノズル１３の他端は左側に概略的に示された放電容器１６の中に通じている。

充填容積部１５は、第１の弁１７を介してガス出口に接続されていると共に、第２の弁１８を介してガス入口に接続されている。更に、充填容積部１５は図示の加熱装置１９を持つ。充填容積部１５は充填のための他の装置の構成部分であり、すなわち連続炉の構成部分ではなく、ここに概略的に示されているように充填ノズル１３を把持している。充填ノズル１３の外側範囲および充填容積部１５の内部は、両弁１７，１８およびガス入口およびガス出口を用いた洗浄ステップによってクリーニングされる。選択的に、閉じられた第２の弁および開かれた第１の弁のもとに、クリーニング目的のために排気が行なわれてもよい。

前もってガス入口を介して充填容積部１５内に注入された第２ガスを放電容器の内部に注入するために、図示されていない（充填容積部１５の中に案内された）機械的装置によって、または金属コーティング部へのＩＲレーザ照射またはマイクロ波照射によっても、充填ノズル１３の端部の口が開けられる。この場合にガス圧が調整され、このガス圧が充填ノズル１３の口開けに応じて放電容器自体に所望の放電ガス混合物をもたらす。

充填ノズル１３は、第２の充填ステップが終了したときに、炎による溶解および引き離しによって、ランプ技術におけるいわゆる排気管から一般的に知られている方法で短くされて封鎖される。充填ノズル１３は、放電容器のカバーガラスも構成しているのと同じガラス材料から構成されているとよい。

上述のようにして、以前に図３に基づいて説明したアンプル技術に対する代替として、第２の充填ステップを実行することができる。両変形例の第１の充填ステップは同じである。

１ 連続炉
２ 放電容器部材
３ 放電容器
４ コンベヤベルト
５ 開口
６ 開口
７ 加熱要素
８ ガス供給管
９ 加熱要素
１０ ガス吸出管
１１ ポンプ
１２ アンプル
１３ 充填ノズル
１４ パッキング
１５ 充填容積部
１６ 放電容器
１７ 弁
１８ 弁
１９ 加熱装置

Claims (8)

1. 第１ガスからなる周囲雰囲気（１）の中で放電ランプの開放されている放電容器（２，３，１６）の接合および第１ガスの充填を行なうステップを有する放電ランプの製造方法であって、
   これに続くステップとして、接合された放電容器（３）内の第１ガスへの第２ガスの添加を放電容器（３）の周囲雰囲気から分離された供給容積部（１２，１５）によって行なうステップを有し、
   放電容器（３，１６）の封鎖後において、第２ガスの注入前に放電容器（３，１６）内の第１ガスのスペクトル分析が行なわれることを特徴とする放電ランプの製造方法。
2. 放電容器（２，３，１６）の接合および前記第１ガスの充填が、連続炉（１）内において行なわれる請求項１記載の方法。
3. 放電容器（２，３）が、前記第１ガスで洗流される請求項２記載の方法。
4. 前記第２ガスが、充填ノズルを介して放電容器（１６）内に注入される請求項１乃至３のいずれか１つに記載の方法。
5. 放電容器（２，３）が、第１ガスの充填後に完全に封鎖されかつ第２ガスを有するアンプル（１２）を収納しており、このアンプル（１２）が後で開口される請求項１乃至４のいずれか１つに記載の方法。
6. アンプル（１２）が、電磁波によって開口される請求項１乃至５のいずれか１つに記載の方法。
7. アンプル（１２）が、放電容器（２，３）の縁部に収納される請求項１乃至６のいずれか１つに記載の方法。
8. 前記放電ランプが、平面形放射器である請求項１乃至７のいずれか１つに記載の方法。
   
   

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