JPS6057654B2 - 管球の封止加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融加熱源としてレーザ光線を用いる管球の
封止加工方法の改良に関する。

たとえば放電ランプは、周知のように、石英ガラス等の
透明物質で形成された、いわゆる発光管内に電極を配置
するとともに、放電開始に必要な所定純度のガスを所定
圧力封入し、さらに発光物質を封入した構造となつてい
る。

そして、このような放電ランプを製作するに当つては、
一般に、内部に電極を配置した発光管の一部に排気口を
設けておき、この排気口を通して内部を排気するととも
に所定ガスの導入および発光物質の導入を行ない、その
後に上記排気口を気密に封止する方式が採用されている
。ところで、上記のような放電ランプにあつては、最終
的に発光管に設けられた排気口を気密に封止する必要が
あるが、この封止加工を行なう方法としては、従来、特
公昭５０−３７９１３号公報、特開昭５３−７０汎号公
報等に示されているように、レーザ光線を用いる方法が
知られている。

すなわち、これらの封止方法は、排気口を有した発光管
内に発光物質を導入し、この発光管を閉容器内にセット
した後、上記閉容器内を発光管内に封入すべきガス雰囲
気とし、この状態で上記排気口の周辺部をレーザ光線に
よつて溶融させて上記排気口を融着封止するようにして
いる。このような封止加工方法は、工程が単純であり、
封止に際して酸水素バーナーを使用しないから、溶融さ
れたガラス部材や発光管内に酸水素が残留しないなど、
多くの利点を備えている。

しかしながら、従来のレーザ光線を用いた封止加工方法
にあつては、次のような問題があり、改善が望まれてい
る。すなわち、レーザ光線を照射して封止加工を開始す
ると、照射された発光管材料は温度上昇しこの温度上昇
に伴なつて不純ガスを放出する。このため閉容器内のガ
ス純度が低下し、この結果、上記発光管材料から放出さ
れたガスが発光管内に低純度ガスとして封入されること
になる。特に上記特公昭５０−３７９１３号公報に記載
された従来の方法では、排気口を通してレーザが発光管
の上記排気口と反対側の管壁に達し、その管壁を加熱す
る。従つてその管壁からも発光管内に不純ガスが放出さ
れる不都合もあつた。特に高圧メタルハライドランプに
代表される高圧放電灯では、封入されるガスの純度によ
つて放電開始電圧、寿命、その他の特性が大きく左右さ
れる。

したがつて、不純ガスの混入しない封止加工方法の出現
が強く望まれている。本発明の目的は、被加工物の内部
に、加熱された発光管や閉塞部材から放出された不純ガ
スが混入するのを防止し、ランプの高特性化に寄与でき
る管球の封止加工方法を提供することである。

上記目的を達成するために本発明は、管球バルブに形成
された開口を覆うように閉塞部材を配置し、この閉塞部
材にレーザ光線を照射して閉塞部−材を溶融させ、開口
を封止するようにするとともに、上記レーザ光線によつ
て閉塞部材を加熱溶融している間に、被加工物が収容さ
れている容器内にガスを通流させるようにしたことを特
徴とする。上記のような方法によれば、レーザ光線が開
口を通してバルブの上記開口に対向する反対側の壁面に
直接入射することがないので、上記壁面を過剰に加熱し
ない。

従つて上記壁よりバルブ内への不純ガス放出量は減少す
る。更にレーザ光線によつて閉塞部材を加熱溶融してい
る間、被加工物が配置されている容器内にガスを通流さ
せるのでレーザ光線の照射によつて加熱されたバルブや
閉塞部材より放出された不純ガスが容器内を通過するガ
スど一緒に容器外へ排出・され、バルブ内に閉じ込めら
れることが少なくなるとともに、周囲の不純ガスが再び
バルブや閉塞部材に吸収されることがなくなる。以下、
本発明の一実施形態を詳細に説明する。

まず、図を参照しながら本発明方法を実施する装置につ
いて説明する。図中１は基板であり、この基板１の上面
には被加工物、たとえば石英製の発光管Ｐを保持する保
持台２が固定されている。

そして、基板１の上面には、上記保持台２を覆うように
有底筒状のカバー３が開口側を下にして載置され、この
カバー３と基板１とで１つの容器４を構成するようにし
ている。カバー３の上壁には窓孔５が形成されており、
また側壁にも孔６が設けられている。

そして、上記窓孔５の外側には、この窓孔５を閉塞する
位置にレーザ光線透過部材７が当てがわれ、この部材７
は固定部材８によつてカバー３に固定されている。一方
、前記孔６は、フランジ９およびステップモータによつ
て開度が調整される流量調整弁１０を介して真空ポンプ
１１に接続されている。上記真空ポンプ１１としては、
動作圧力範囲の広いたとえばターボモレキユラポンプが
用いられている。前記基板１には、容器４内に通じる関
係に管１２，１３が接続してあり、管１２はステップモ
ータによつて開度が調整される流量調整弁１４を介して
高純度のガス供給源１５に接続され、管１３は圧力計１
６に接続されている。

また、カバー３の斜上方には電源回路１７によつて付勢
されるたとえば炭酸ガスレーザ発生装置１８が設けてあ
り、このレーザ発生装置１８から出たレーザ光線１９は
反射鏡２０および前記レーザ光線透過部材７を介して容
器４内に設置された発光管Ｐの所定部位に照射されるよ
うになつている。しかして、前記流量調整弁１０，１４
の開度および電源回路１７の動作開始および出力値はコ
ントローラ２１からの制御信号によつて制御される。

このコントローラ２１は前記圧力計１６の出力値および
予めプリセットされた値を入力として、予め設定された
プログラムにしたがつて各要素を後述する関係に制御す
るように構成されている。なお、図中２２，２３，２４
は気密保持用の０リングを示している。次に上記のよう
に構成された装置を使つて、発光管Ｐの排気口Ｑを封止
する例について説明する。

まず、図示しないドライボックス内で排気口Ｑを通して
発光管Ｐ内に発光物質Ｒを一定量投入するとともに排気
口Ｑ上にこの排気口Ｑを覆う関係に石英ボールＳを載せ
る。

このように石英ボールＳの載つた発光管Ｐをドライボッ
クス内から取り出し、これを支持台２上に石英ボールＳ
が上となるようにセットし、速やかにカバー３を被せ、
続いて、すでに動作開始している真空ポンプ１１に接続
されたフランジ９をカバー３の外面に当てがい孔６に連
通させて容器４内を排気する。このとき、流量調整弁１
０は“全開゛に、また流量調整弁１４ぱ゜全閉゛になつ
ているものとする。なお、発光管Ｐをドライボックスか
ら取り出し支持台２上にセットし排気を開始するまでの
間、石英ボールＳは排気口Ｑから発光管Ｐ内へ大気が侵
入するのを防ぐ役目をする。また、容器４内の圧力が下
がると大気圧力幼バー３およびフランジ９に加わり、こ
れらを押し付けるので、容器４は自動的に気密を保つ状
態となる。

したがつて、特に容器４を形造るためにボルト締め等は
不要である。上記のようにフランジ９が接続され、容器
４内の圧力が低下し、この圧力がある定められた値まで
低下すると、これをコントローラ２１は圧力計１６の出
力から検出する。

コントローラ２１は容器４内の圧力が定められた値まで
低下したことを検出すると、流量調整弁１０を少し絞る
ための制御信号を送出するとともに、流量調整弁１４を
開にするための制御信号を送出し、続いて容器４内が定
められた封入圧と等しい圧力となるように流量調整弁１
０，１４の開度を制御する。したがつて、この状態にお
いては、ガス源１５から高純度のたとえばアルゴンガス
が流量調整弁１４〜容器４〜流量調整弁１０〜真空ポン
プ１１を介して流れ、かつ容器４内の圧力は発光管Ｐ内
に封入すべきガス圧と等しい値に保持されていることに
なる。続いて、コントローラ２１は電源回路１７に出力
を送出させるための制御信号を与える。

この結果、レーザ発生装置１８が作動し、このレーザ発
生装置１８から出たレーザ光線１９は、反射鏡２０レー
ザ光線透過部材７を介して石英ボールＳに照射される。
したがつて、石英ボールＳは加熱される。このとき石英
ボールＳや発光管Ｐの管壁から追加的に放出される不純
ガスは容器４内のガス流に乗つて外部へ排出される。

また、発光管Ｐ内に放出された不純ガスも最初の脱ガス
排気と同様に石英ボールＳと排気口Ｑとの間のすき間か
ら拡散により発光管外に排出され容器４外に持ち去られ
る。また、排気口Ｑに対向する管壁がレーザ光線によつ
て直接加熱されるようなこともない。したがつて、この
部分での変形はない。しかして、レーザ光線１９の照射
によつて石英ボールＳの温度が上昇すると、この石英ボ
ールＳが、ついには溶融し、この結果、排気口Ｑは気密
的に塞がれる。

このように、排気口Ｑが溶融石英によつて塞がれた時点
でコントローラ２１は、電源回路１７の出力を半減させ
る制御信号を送出するとともに流量調整弁１０を一時的
に絞るための制御信号を送出する。なお、石英ボールＳ
が溶融して排気口Ｑを塞いだ時点の検出は、予め実験に
よつてレーザ光線照射開始時点から塞ぐまでの時間を求
め、この時間をタイマにプリセットすることによつて行
なつている。しかして、上記のように流量調整弁１０が
一時的に絞られると容器４内の圧力が発光管Ｐ内の圧力
より高くなり、この結果、レーザ光線の照射で溶融状態
を維持している封止部は外気圧によつて押されて凹状態
となる。

続いてコントローラ２１は流量調整弁１０の開度を先に
絞つた量より多めに開ける制御信号を出力する。この結
果、容器４内の圧力が発光管Ｐ内の圧力より低くなり、
封止部が外側に若干ふくらむ。コントローラ２１はこの
ような動作が定められた時間内に複数回繰返えされる制
御信号を出力する。上述した動作が複数回繰返えされる
と、封止部の肉厚が次第に平均化され、不均一な凹凸が
消える。コントローラ２１は上述した動作を行なわせる
ための制御信号を送出した後、電源回路１７に出力の送
出を停止させるための制御信号を出力するとともに一定
時間経過後、流量調整弁１０，１４に容器４内の圧力を
大気圧と等しいアルゴン圧にするための制御信号を与え
、さらに所定時限後、″つまり、封止部が固化した時点
で流量調整弁１４に開度を零にするための制御信号を与
えて一連の動作を終了する。

したがつて、この時点でカバー３を取り除けば封止の終
了した放電ランプを得ることができる。上述した実施例
の封止方法を採用すれば、発光管Ｐ内に不純ガスが混入
するのを防止でき、また封止部に凹凸が残るのを防止で
きるので、機械的強度性も含めてランプの特定の安定化
を図れ、同一特性のものを多量に生産することが可能と
なるばかりか、封止部の滑らかさがもたらす美的要素か
ら商品価値を高めることができる。

上記実施例について、実験により確認した結果を説明す
る。

４０Ｗ級メタルハライドランプの発光管内にアルゴンガ
スを１００１′０ｒｒ封入する場合について、発光管外
径約８Ｗ１のものを用い、アルゴンガスを流通させた場
合と、アルゴンガスを流さずに単に容器内に滞留させた
場合とで得られた各ランプの特性について調べてみた。

その結果を下表に示す。上記実験結果から、封止中にガ
スを流し放しにしておく方が、発光管や石英ボールより
放出された不純ガスが容器の外に持ち去られて、発光管
内部あるいは発光管管壁や石英ボール内に再び吸蔵され
て残留する割合が少なくなり、ランプ特性の向上が認め
られる。また、第２図および第３図は、ガスを流す場合
と流さない場合とによつて製造された上記ランプの始動
電圧ばらつき具合を調べたものであり、第２図はガスを
流す場合、第３図はガスを流さない場合の各特性である
。

ガスを流す場合は始動電圧が全体として低くなるととも
に、特性ばらつきが少くなるのに対し、ガスを流さない
場合は始動電圧が全体として高くなり、しかもばらつき
が大きい。

なお、上述した実施例は、本発明封止加工方法をメタル
ハライドランプの製造工程に適用した例であるが、本発
明はこれに限られるものではなく、高圧水銀ランプやナ
トリウムランプ等の高圧金属蒸気放電灯および高圧ハロ
ゲ７電球（白熱点灯タイプ）などに適用して有効である
から、これらの管球に適用可能である。

また、容器内の圧力、流量の制御プログラムも適用形態
によつて適宜選択される。たとえば、上述のように発光
管封止に適用した場合レーザ光線照射開始当初は、真空
に近い状態にしておき、溶融直前に所望の圧力となるよ
うに弁の開度を決定してもよい。さらに、レーザ光線照
射系の途中にレンズを入れ集光して照射するようにして
もよい。また、封止に供される物質は球状に限られるも
のではない。また、ドライボックスでなく封止をする容
器内で封入薬品の投入をするようにしてもよい。また閉
塞部材を管球に形成された開口に嵌合するような形状と
すれば、レーザ光線を当てた場合の熱ショックによつて
閉塞部材が脱落することを防止できる。

以上詳述したように、本発明によれば、気密封止するに
際して加熱された管球バルブや閉塞部材から放出された
不純ガスがバルブ内に混入したり、バルブや閉塞部材に
再び吸収されるのを防止でき、ランプ性能の向上が実現
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する装置の一例を説明するた
めの図、第２図および第３図は特性図である。 ４・・・容器、１０，１４・・・流量調整弁、１１・・
・真空ポンプ、１５・・・ガス供給源、１８・・ルーザ
発生装置、１９・・ルーザ光線、２１・・・コントロー
ラ、Ｐ・・・発光管、Ｑ・・・排気口、Ｓ・・・石英ボ
ール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ光線の透過する窓を有した容器内に、気密封
   止されるべき開口を形成した管球バルブを設置し、この
   バルブの上記開口を覆うようにガラス系閉塞部材を配置
   し、上記窓を通じてレーザ光線を上記閉塞部材に照射し
   てこの閉塞部材を溶融させることにより上記開口を封止
   するとともに、上記レーザ光線を照射している期間に、
   前記容器内に、上記バルブ内に封入されるガスと同一ガ
   スを通流させるようにしたことを特徴とする管球の封止
   加工方法。 ２ 前記閉塞部材は球状であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の管球の封止加工方法。 ３ 前記閉塞部材が溶融している期間内に前記容器内の
   ガス圧を増減させて封止部の形状を整えるようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の管球の封止
   加工方法。