JP5262911B2

JP5262911B2 - 放電管及び放電管の製造方法

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Publication number: JP5262911B2
Application number: JP2009080974A
Authority: JP
Inventors: 清志堤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP2010232126A

Description

本発明は、石英ガラス製のメインバルブの両端部に中継ぎバルブを介して硬質又は軟質ガラス製の端部バルブを溶着することによってガラスバルブを形成する工程を含んだ放電管の製造方法、及びこの製造方法によって製造された放電管、並びにこの放電管を備えている照明装置に関する。

ストロボ装置の棒状の光源として閃光放電管が使用されている。この閃光放電管の一例として、例えば、特許文献１には、石英ガラス製のメインバルブを用い、細径化が可能な閃光放電管が記載されている。

この閃光放電管は、図４に示すように、ガラスバルブ１０の両端部にタングステン製の電極１，１を封着し、放電ガスが封入されている。ガラスバルブ１０は、硬質の石英ガラス製のメインバルブ１１の両端部に中継ぎバルブ１２，１２を介して、硬質又は軟質ガラス製の端部バルブ１３を同軸に一体化される。

メインバルブ１１として使用される石英ガラスは、主に二酸化ケイ素からなるガラスで、軟化点が約１７００℃、熱膨張係数が約０．５５×１０^−６／℃であり、閃光放電管の発光時に起こる熱衝撃に強く、紫外から赤外までの光波長領域において高い透過性をもつことから閃光放電管の主要部材とされている。

また、電極１として使用されているタングステンは、発光時の熱衝撃に耐え得る特徴を有しているが、融点が約３４００℃、熱膨張係数が約４．５×１０^−６／℃であり、石英ガラスの融点及び熱膨張係数と著しく異なっている。

したがって、石英製のメインバルブ１１の両端部にタングステン製の電極１を直接、溶着すると、放電管が発光した際の熱で膨張した際に、電極１とメインバルブ１１とで膨張率が異なるため、溶着部分からクラックが生じてしまう。そこで、電極１は、ビードガラス２を介してガラスバルブ１０の両端部に封止される。

ビードガラス２は、ガラスバルブ１０の両端部内に挿入されるものであり、従来、熱膨張係数が異なるガラスを多層積層して形成されていた。すなわち、ビードガラス２の積層されたガラスの熱膨張係数は、電極１を封止する中心側からガラスバルブ１０と接触する外周側へ次第に大きくなるようにされていた。

しかし、ビードガラス２がこのようにガラスを多層に積層したものであると、管軸方向に大型化してしまい、閃光放電管の細径化が難しくなってしまう。
そこで、特許文献１に記載されたガラスバルブ１０は、石英ガラス製のメインバルブ１１の両端部に、熱膨張係数が異なるガラスを放電管の長手方向に多層積層した中継ぎバルブ１２，１２を介し、硬質又は軟質ガラス製の端部バルブ１３が溶着されている。そして、一方の端部バルブ１３，１３内に電極１を封止したビードガラス２が挿入され、封着されている。
特開２００４−２２０８８３号公報

中継ぎバルブ１２は、メインバルブ１１側で石英ガラスよりも軟化点が低く、かつ、熱膨張係数が高く、他方、端部バルブ１３側で軟質又は硬質ガラスよりも軟化点が高く、かつ、熱膨張係数が低く、軟化点と熱膨張係数とが段階的に変化するように、軟化点及び熱膨張係数が異なる薄肉のガラスを数種類重ね合わせて成形されている。

すなわち、中継ぎバルブ１２は、棒状のガラスをバーナーで加熱してメインバルブ１１と同じ内外径の第１のリング状体を成形しつつ、メインバルブ１１の端面に溶着し、続いて、前記第１のリング状体のガラスよりも軟化点がわずかに低く、熱膨張係数がわずかに高い棒状のガラスをバーナーで加熱して第２のリング状体を成形しつつ、第１のリング状体に溶着するというように、棒状のガラスからリング状体を成形しつつ溶着するという中継ぎ作業を繰り返して成形される。

しかし、棒状のガラスからメインバルブ１１と同じ内外径のリング状体を成形することは容易ではなく、中継ぎ作業を繰り返すことによって、棒状のガラスを溶解させる熱が隣の溶着されたリング状体にも伝えられるため、変形した中継ぎバルブ１２が成形されたり、継ぎ目に段差が形成されたりすることもある。

したがって、従来の方法によって成形された中継ぎバルブ１２は、寸法精度や品質を向上させることが困難であり、また、細径化させるにも限界があるだけでなく（例えば、外径寸法１．３ｍｍ、内径寸法０．８５ｍｍした場合、ガラスバルブの肉厚は０．２２５ｍｍとなる）、作業性が悪く、したがって、生産性がよいものではなかった。

そこで、本発明は、寸法精度や品質を向上させ、さらに細径化することができる中継ぎバルブを成形し、そして、生産性よく中継ぎバルブをメインバルブに溶着することができるようにした放電管の製造方法及びこの製造方法によって製造された放電管、並びにこの放電管を備えている照明装置を提供することを課題とする。

本発明に係る放電管は、石英ガラス製のメインバルブの両端部に、中継ぎバルブを介して硬質又は軟質ガラス製の端部バルブを溶着されてガラスバルブが形成される放電管であって、中継ぎバルブが、メインバルブ側から前記端部バルブにかけて、軟化点及び熱膨張係数が異なるガラス粉末を積層して形成されることを特徴とする。

ガラス粉末を用いることによって、軟化点及び熱膨張係数が異なるガラスを積層した中継ぎバルブを容易に成形でき、中継ぎバルブの寸法精度や品質が向上することで、放電管もまた、細径化要求に容易に対応することができる。

本発明に係る放電管の製造方法は、石英ガラス製のメインバルブの両端部に、中継ぎバルブを介して硬質又は軟質ガラス製の端部バルブを溶着し、ガラスバルブを形成する放電管の製造方法であって、中継ぎバルブとして、メインバルブ側は、メインバルブよりも軟化点が低くかつ熱膨張係数が高いガラス粉末を用い、端部バルブ側は、端部バルブよりも軟化点が高くかつ熱膨張係数が低いガラス粉末を用いて、メインバルブ側から端部バルブ側にかけて軟化点が段階的に低くなり、かつ熱膨張係数が段階的に高くなった筒状体を成形する成形工程を含むことを特徴とする。

この放電管の製造方法によれば、軟化点及び熱膨張係数が異なるガラス粉末を積層によって形成するため、中継ぎバルブの寸法精度や品質が向上させ、放電管の細径化要求に容易に対応することができる。

また、本発明に係る放電管の製造方法は、成形工程で、ガラス粉末とバインダとを混合した混練物をプレスし、メインバルブよりもやや大きい内外径のリング状体を形成することが好ましい。ガラス粉末とバインダとを混合した混練物は、焼成されると縮小するため、メインバルブよりもやや大きい内外径のリング状体に形成すれば、中継ぎバルブとメインバルブとの段差を抑制することができる。

また、本発明に係る放電管の製造方法は、成形工程において、成形されたリング状体の上に、軟化点及び熱膨張係数が異なるガラス粉末とバインダとを混合した混練物を積層してプレスし、リング状体を積み重ねて筒状体を形成することを特徴する。
例えば金型を用いて、混練物をプレス成形した後に、次のリング状体となる混練物を積層してプレスすることにより、軟化点及び熱膨張係数が異なる複数のガラス粉末を筒状体へと成形する作業性が向上し、結果、筒状体を焼成して成形される中継ぎバルブは、寸法精度や品質が優れるので、放電管の細径化にも対応することができる。

このように形成された中継ぎバルブは、一端部側の軟化点及び熱膨張係数が石英ガラスに近いものとされ、この一端側の端面がメインバルブの両端部に当接されて溶着される。したがって、中継ぎバルブの一端側の軟化点及び熱膨張係数とメインバルブの軟化点及び熱膨張係数がほぼ同じであるため、溶着後のガラスバルブには、熱膨張係数の差によるクラックが生じにくくなる。

また、本発明に係る放電管の製造方法は、筒状体を仮焼成することにより、混練物を筒状体に形成する際に必要なバインダを除去する仮焼成工程と、筒状体の一端面をメインバルブの端面に当接させ、各リング状体をそれぞれ溶着して中継ぎバルブを形成するともに、中継ぎバルブをメインバルブに溶着する本焼成工程を、さらに含むことを特徴とする。

仮焼成工程によってガラス粉末間のバインダを除去した後に、本焼成工程で筒状体の内外径寸法をメインバルブとほぼ同じくすることで、メインバルブと中継ぎバルブとの段差を抑制し、また、中継ぎバルブをメインバルブに当接させた状態で本焼成を行うことで、各リング状体間の溶着と、メインバルブと中継ぎバルブとの溶着とを一度に行うことが出来、寸法精度や作業性に優れている。

また、本発明に係る放電管の製造方法において、本焼成工程は、温度傾斜炉を使用することが好ましい。中継ぎバルブとメインバルブとが温度傾斜炉を使用して溶着されることにより、中継ぎバルブに焼成する温度を容易に制御し、中継ぎバルブとメインバルブとを良好に溶着することができる。

また、本発明に係る放電管の製造方法において、温度傾斜炉は、筒状体の一端側が最も高温とされ、他端側へ次第に低温となるようにして、中継ぎバルブへ焼成することが好ましい。

筒状体のメインバルブと当接する一端側は、軟化点が高く、熱膨張係数が低いガラス粉末を混合した混練物によって成形されているが、この一端側が温度傾斜炉によって最も高温とされることにより、メインバルブと溶着することができ、他方、筒状体の他端側は、軟化点が低く、熱膨張係数が高いガラス粉末を混合した混練物によって形成されているが、温度傾斜炉によって低温にされているため、加熱されすぎて変形することがないようにすることができる。

また、本発明に係る放電管の製造方法においては、本焼成工程の後に、前記中継ぎバルブの他端側に前記端部バルブを溶着してガラスバルブを形成する工程と、電極を封止したビードガラスを前記端部バルブ内に隙間をもって挿入する工程と、前記ガラスバルブ内の空気を排出して放電ガスを前記ガラスバルブ内に供給する工程と、前記端部バルブを溶融することにより前記ビードガラスを前記端部バルブに封着する工程とを、さらに含むことが好ましい。

中継ぎバルブの一端部とメインバルブとを溶着した後に、中継ぎバルブの他端側の端面と端部バルブとが溶着されるが、中継ぎバルブの他端側が端部バルブを形成しているガラスとほぼ同じ軟化点及び熱膨張係数のガラスによって形成されているため、中継ぎバルブと端部バルブとを良好に溶着したガラスバルブを形成することができる。そして、ガラスバルブ内の空気を排出し、放電ガスをガラスバルブ内に供給し、電極を封止したビードガラスを端部バルブに封着することによって放電管が完成する。

また、本発明に係る照明装置は、本発明に係る放電管を備えていることを特徴としている。この照明装置によれば、寸法精度や品質が向上した放電管が備えられていることにより、また、細径化された放電管が備えられていることにより、結果、品質が向上し、また、薄型化を図ったものとすることができる。

本発明によれば、ガラス粉末とバインダとを混合した混練物をプレスすることによってリング状体を形成し、軟化点及び熱膨張係数が異なるリング状体を２枚以上積み重ねて筒状体を形成し、そして、筒状体を焼成することによって中継ぎバルブが成形されるため、寸法精度や品質を向上させ、さらに細径化した放電管を提供することができる。また、本発明は、筒状体をメインバルブの端縁に当接し、中継ぎバルブへと焼成することにより、メインバルブと中継ぎバルブとを溶着することができるため、作業性が良好となり、生産性を向上させることができる。

本発明に係る放電管、及びこの放電管の製造方法の一実施形態について図１乃至図３を参照しながら説明する。図３に示すように、本発明に係る放電管は、石英ガラス製のメインバルブ２１の両端に、軟化点及び熱膨張係数の異なるガラス粉末を積層した中継ぎバルブ２２，２２を介し、端部バルブ２３，２３が溶着されたガラスバルブ２０を用いている。

この放電管の製造方法は、同じく図３で示すようにガラスバルブ２０を形成するに際して、メインバルブ２１の両端に中継ぎバルブ２２，２２を介して端部バルブ２３，２３を溶着するものであるが、中継ぎバルブ２２を製造する工程に特徴がある。

中継ぎバルブ２２は、図１に示すように、ガラス粉末とバインダとを混合した混練物をプレスすることによって複数枚（図面では４枚）のリング状体３１〜３４を形成し、各リング状体３１〜３４を積層することによって形成される。

リング状体３１〜３４は、成形治具及びプッシャ（ともに図示せず）を使用して成形される。成形治具は、中継ぎバルブ２２の長さよりもやや長い可搬性のあるキャビティと、このキャビティの中心に出し入れ自在に配置された軸とを備え、キャビティと軸との間に前記混練物が投入される型枠を設けたものとされている。また、プッシャは、この型枠内で昇降動するドーナツ盤状に形成されている。

そして、リング状体３１〜３４は、後工程において焼成されるが、この時、体積比で約２０％収縮することを考慮して、キャビティの内径は、メインバルブ２１の外径よりもやや大きめに形成され、軸体の外径は、メインバルブ２１の内径よりもやや大きめに形成される。

そして、型枠内には、４枚のリング状体３１〜３４を形成するため、４種類の混練物が投入される。すなわち、最初に投入される１番目の混練物に含まれているガラス粉末は、軟化点と熱膨張係数が石英ガラスに近いもの、すなわち軟化点が１７００℃程度に高く、熱膨張係数が０．５５×１０^−６／℃程度に低いものとされている。また、最後に投入される４番目の混練物に含まれているガラス粉末は、軟化点及び熱膨張係数が端部バルブ２３と近いもの、すなわち、軟化点が７７０℃程度に低く、熱膨張係数が３．８×１０^−６／℃程度に高いものとされている。

また、２番目投入される混練物には、１番目に投入される混練物に含まれるガラス粉末よりも軟化点がやや低く、熱膨張係数がやや高いガラス粉末を含んだものとされている。そして、３番目に投入される混練物には、４番目の混練物に含まれているガラス粉末よりも軟化点がやや高く、熱膨張係数がやや低いガラス粉末が含まれている。

そして、型枠内の底部上に１番目の混練物が投入され、プッシャによってプレスされることにより、第１のリング状体３１が形成される。続いて、型枠内の第１のリング状体３１体上に２番目の混練物が投入され、プッシャでプレスされることにより、第１のリング状体３１上に第２のリング状体３２が形成される。続いて、型枠内の第２のリング状体３２上に３番目の混練物が投入され、プレスされることによって第３のリング状体３３が形成され、この第３のリング状体３３上に４番目の混練物が投入され、プレスされることによって第４のリング状体３４が形成される。

このように第１から第４のリング状体３１〜３４が積層されることによって筒状体３０が形成される。この筒状体３０は、軸を抜いたキャビティにセットされたまま、又はキャビティから取り出した状態とされ、コイルヒータなどを備えた仮焼成炉（図示せず）内で、例えば約５００℃の雰囲気に置かれ、筒状体３０に含まれているバインダを除去し、続く本焼成工程で筒状体を焼成し、中継ぎバルブ２２を形成する。

次に、図２に示すように、筒状体３０のを鉛直姿勢のメインバルブ２１の一端部上に当接し、温度傾斜炉４０を使用して焼成する。筒状体３０は、第１のリング状体３１を形成した側の端面がメインバルブ２１に当接される。

そして、温度傾斜炉は、筒状体３０との間に間隔を空けて囲繞するコイルヒータ４１によって一端４０ａ側が約１６００℃に加熱され、他端４０ｂ側が約８００℃に加熱され、中間部がリニアに変化して加熱するようにされている。このような温度設定とするため、第１のリング状体３１側を囲繞するコイルヒータの一端４０ａ側は筒状体３０に近接し、第４のリング状体３４側を囲繞するコイルヒータの一端４０ｂ側は筒状体３０から離隔するようにされている。

ただし、温度傾斜炉４０は、コイルヒータ４１が筒状体３０と等間隔に離隔し、適宜手段によって温度が変化するようにしてもよい。

いずれにしても、筒状体３０は、第１のリング状体３１に含まれているガラスの軟化点が高く、第４のリング状体３４に含まれているガラスの軟化点が低いことから、前記のように加熱温度が変化することにより、継ぎ目に段差が形成されることがなく、良好に焼成された中継ぎバルブ２２を形成することができる。

また、この中継ぎバルブ２２は、体積が筒状体３０よりも約２０％減少している。しかし、筒状体３０は、成形治具によって中継ぎバルブ２２よりも大きめに成形されていることから、焼成された中継ぎバルブ２２の内外径は、メインバルブ２１の内外径と同じに形成されている。

また、メインバルブ２１として使用されている石英ガラスの軟化点が約１７００℃であることから、中継ぎバルブ２２の一端側が約１６００℃に加熱されても、メインバルブ２１の端部は溶解せず、中継ぎバルブ２２の一端側が溶融ガラスとなってメインバルブ２１と溶着される。そして、このメインバルブ２１は、天地が逆転され、他端部にも中継ぎバルブ２２が溶着される。

次に、両中継ぎバルブ２２，２２の他端面に端部バルブ２３を当接し、両者の当接部分をヒータによって焼成することにより、中継ぎバルブ２２と端部バルブ２３とを溶着する。すると、中継ぎバルブ２２を介してメインバルブ２１と端部バルブ２３とを一体化したガラスバルブ２０が形成される。

中継ぎバルブ２２の他端側は、端部バルブ２３の軟化点及び熱膨張係数とほぼ同じ軟化点及び熱膨張係数のガラスによって形成されているため、中継ぎバルブ２２と端部バルブ２３とは、良好に溶着される。

次に、図３に示すように、予め電極１を封止したビードガラス２を端部バルブ２３内に挿入する。ただし、ビードガラス２の外径は、端部バルブ２３の内径よりもわずかに小さくされ、このビードガラス２と端部バルブ２３との間に隙間が設けられている。この隙間を利用して、減圧下でガラスバルブ２０内の空気を排出し、放電ガスをガラスバルブ２０内に供給する。

この放電ガス雰囲気中で、端部バルブ２３を溶融し、ビードガラス２を端部バルブ２３に封着することにより、ガラスバルブ２０内に放電ガスを封入した放電管が完成する。この放電管は、中継ぎバルブ２２が前記のように形成されていることから、寸法精度や品質が優れたものとなっている。

そして、この放電管は、ストロボ装置などの照明装置に組み込まれる。放電管が細径化されることにより、照明装置は、薄型化を図ることができる。

なお、本発明は、前記の実施形態に限定することなく種々変更することができる。例えば、中継ぎバルブ２２は、４枚のリング状体３１〜３４から形成すると場合について説明したが、２枚、３枚、あるいは５枚以上のリング状体から形成してもよい。

また、焼成後の中継ぎバルブは白濁して摺りガラス状となるため、メインバルブと中継ぎバルブとの境目が容易に判別できる。したがって、閃光放電管に用いられる透明導電膜（ネサ膜）を形成する際に、閃光放電管電極間の有効発光長を容易に判別できるので、透明導電膜の形成位置に誤差が発生することを抑制できる。電極と透明導電膜との間の寸法管理がされると適切な絶縁距離を持たせることができ、所謂トリガーとびを抑制することが可能となる。

また、放電管は、図４に示したように、一端部において、電極１がビードガラス２を介さず、端部バルブ２３に封止されるようにしてもよい。さらに、本発明は、閃光放電管以外の放電管においても同様に製造することができる。

本発明に係る放電管の製造方法によって製造された放電管は、ガラス粉末とバインダとを混合した混練物からリング状体を形成し、このリング状体を２枚以上積層した筒状体を焼成することによって中継ぎバルブが成形され、この中継ぎバルブをメインバルブの端縁に当接し、中継ぎバルブを焼成することによってガラスバルブを形成するものであるから、寸法精度や品質が向上し、また細径化したガラスバルブを備えた放電管を提供することができ、この放電管は、ストロボ装置を構成するものとして有効に利用することができる。

本発明に係る放電管の製造方法の一実施形態であって、最初の工程を示す概略正面図本発明に係る放電管の製造方法の一実施形態であって、途中の工程を示す概略正面図本発明に係る放電管の一実施形態、及び放電管の製造方法の一実施形態であって、最終の工程を示す概略正面図従来の放電管の一例を示す断面正面

１電極
２ビードガラス
２０ガラスバルブ
２１メインバルブ
２２中継ぎバルブ
２３端部バルブ
３０筒状体
３１〜３４リング状体
４０温度傾斜炉

Claims

石英ガラス製のメインバルブの両端部に、中継ぎバルブを介して硬質又は軟質ガラス製の端部バルブを溶着されてガラスバルブが形成される放電管であって、前記中継ぎバルブが、前記メインバルブ側から前記端部バルブにかけて、軟化点及び熱膨張係数が異なるガラス粉末とバインダを混合した混練物を積層してプレスした筒状体を積層して形成されることを特徴とする放電管であって、
前記中継ぎバルブは、前記メインバルブ側に、前記メインバルブよりも軟化点が低く、かつ熱膨張係数が高いガラス粉末が用いられ、前記端部バルブ側に、前記端部バルブよりも軟化点が高く、かつ熱膨張係数が低いガラス粉末が用いられており、前記メインバルブ側から前記端部バルブ側にかけて、軟化点が段階的に低くなり、かつ熱膨張係数が段階的に高くなるように形成されることを特徴とする放電管。
石英ガラス製のメインバルブの両端部に、中継ぎバルブを介して硬質又は軟質ガラス製の端部バルブを溶着し、ガラスバルブを形成する放電管の製造方法であって、前記中継ぎバルブとして、前記メインバルブ側は、前記メインバルブよりも軟化点が低く、かつ熱膨張係数が高いガラス粉末が用い、前記端部バルブ側は、前記端部バルブよりも軟化点が高く、かつ熱膨張係数が低いガラス粉末を用いて、前記メインバルブ側から前記端部バルブ側にかけて、軟化点が段階的に低くなり、かつ熱膨張係数が段階的に高くなった筒状体を成形する成形工程を含むことを特徴とする放電管の製造方法。
前記成形工程で、ガラス粉末とバインダとを混合した混練物をプレスして、前記メインバルブよりもやや大きい内外径のリング状体を形成することを特徴とした請求項２記載の放電管の製造方法。
前記成形工程で、成形されたリング状体に、軟化点及び熱膨張係数が異なるガラス粉末とバインダとを混合した混練物を積層してプレスしてリング状体を積み重ね、前記筒状体を形成することを特徴とした請求項３記載の放電管の製造方法。
前記筒状体を仮焼成することにより、前記筒状体に含まれているバインダを除去する仮焼成工程と、前記筒状体の一端面を前記メインバルブの端面に当接させて焼成して前記中継ぎバルブを形成すると共に、前記中継ぎバルブと前記メインバルブとを溶着する本焼成工程を、さらに含むことを特徴とする請求項２から請求項４に記載の放電管の製造方法。
前記本焼成工程に、温度傾斜炉を使用することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の放電管の製造方法。
前記温度傾斜炉は、前記筒状体の一端側が最も高温とされ、他端側へ次第に低温となるように前記筒状体を焼成することを特徴とする請求項６に記載の放電管の製造方法。
前記本焼成工程の後に、前記中継ぎバルブの他端側に前記端部バルブを溶着してガラスバルブを形成する工程と、電極を封止したビードガラスを前記端部バルブ内に隙間をもって挿入する工程と、前記ガラスバルブ内の空気を排出して放電ガスを前記ガラスバルブ内に供給する工程と、前記端部バルブを溶融することにより前記ビードガラスを前記端部バルブに封着する工程とを、さらに含むことを特徴とする請求項２から請求項７のいずれかに記載の放電管の製造方法。
請求項１に記載の放電管を備えていることを特徴とする照明装置。