JP3927136B2 - 放電ランプの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプの製造方法に関し、特に点光源に近づけるため電極間距離を短縮したショートアーク型放電ランプの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶プロジェクタやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いたプロジェクタなど、大画面への表示を実現するプロジェクタが種々検討されている。このようなプロジェクタの光源として、より点光源に近づけるため電極間距離を１ｍｍ以下と短縮したショートアーク型の高圧水銀ランプ等の放電ランプが注目されている。
【０００３】
このような放電ランプの製造方法として、後に一対の電極となる電極構造部分を含む一個の電極組立体を、発光管を構成する放電ランプ用ガラスバルブに挿入し、発光管両端部に相当するガラスバルブの側管部の一部と前記電極組立体との間を密着させて発光管を形成した後に、前記電極構造部分の一部（溶断部位）を選択的に溶融切断させることにより、発光管内に一対の電極を形成する方法が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３３３０５９２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平７−４５２３７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような放電ランプの製造方法では、発光管内に位置するタングステン棒の溶断部位を、例えば発光管部の外部からレーザを照射することにより加熱溶融、切断させて一対の電極を形成する。しかしながら、本願発明者らが主として量産を目的とした検討を行ったところ、１回目のレーザを照射して溶断部位を溶融切断した後、さらに電極先端部を溶融加工すべく再度発光管外部からレーザを照射した場合、レーザのエネルギーロスが生じ、レーザ照射による電極先端部の加工の際の効率が低下するという問題点があることが明らかとなった。このような問題点は、封止した発光管内に固着された二つの電極部材（例えば電極棒の先端部にコイル状の部材を取り付けた部材）の放電側先端部に対し、発光管部の外部から２回以上レーザ照射を行い、一対の電極のそれぞれの先端部を溶融加工するような場合にも生じ得るものである。
【０００７】
本発明は、係る問題点に鑑みてなされたものであって、２回以上のレーザ照射を行って、電極構造部分の溶融切断や、電極部材の溶融加工を行うような場合において、２回目以降のレーザ照射のエネルギーロスを抑制することができる放電ランプの製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る第１の放電ランプの製造方法は、発光管部と側管部とを有するガラスバルブ内に、電極を構成する電極部材と発光物質とを導入して前記側管部を封止し、前記ガラスバルブ内に前記電極部材を固着した後、第 1 と第２のレーザ加工を含む２回以上のレーザ加工を行うことにより電極部材の少なくとも一部を溶融加工し、電極を形成する放電ランプの製造方法において、前記２回以上のレーザ加工は、前記発光管部の外部からレーザを照射することにより行われ、第 1 のレーザ加工の後、当該第 1 のレーザ加工により蒸発した発光物質が冷却され発光管部内壁に形成された膜を、蒸発させてから第２のレーザ加工を行うことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明に係る第２の放電ランプの製造方法は、一対の電極となる電極構造部分を含む電極組立体を、発光管部と側管部とを有するガラスバルブに挿入するとともに、発光物質を導入して前記側管部を封止し、前記ガラスバルブ内に前記電極組立体を固着した後、第 1 と第２のレーザ加工を含む２回以上のレーザ加工を行い、一対の電極を形成する放電ランプの製造方法において、前記２回以上のレーザ加工は、前記発光管部の外部からレーザを照射することにより行われ、前記電極構造部分の一部を溶融切断させるべく、第 1 のレーザ加工をした後、当該第 1 のレーザ加工により蒸発した発光物質が冷却され発光管部内壁に形成された膜を、蒸発させてから第２のレーザ加工を行うことを特徴としている。
【００１０】
本願発明者らが、上記のようなレーザのエネルギーロスが発生する理由について鋭意検討を行ったところ、最初のレーザ照射の際の加熱により発光物質として発光管内に封入された水銀が蒸発し、レーザ照射後に発光管の温度が低下した際に発光管内壁に水銀の膜が形成されていることが明らかとなった。このように発光管内壁に形成された水銀の膜が、発光管外部から照射されたレーザのエネルギーロスの原因であるとの知見に基づいて、上記本願発明に到達したものである。
【００１１】
即ち、本願発明に係る放電ランプの製造方法では、再度のレーザ照射を行う前に発光管の温度を上昇させ、発光管内壁に形成された膜を蒸発させてからレーザ照射を行うため、レーザのエネルギーロスが生じることがない。なお、レーザ照射の前に発光管内壁に形成された膜を蒸発させることが好ましいのは、２回目以降、３回目、４回目及びそれ以降の場合も同様である。しかし、複数回のレーザ照射が行われる間、温度を上昇させたままで行うような場合はこの限りでない。発光管が冷却されるがなく、膜が形成されないからである。
【００１２】
なお、膜を除去するために発光管部の温度を上昇させる場合において、当該発光管部の温度は、発光管内壁に形成された発光物質の膜が蒸発して除去され得る温度以上であって、温度上昇時の発光管内圧が当該発光管の耐圧を下回る範囲であるとすることができる。具体的な温度範囲は、封入されている発光物質や封入量等、各種の条件に基づいて最適化することが好ましいのは勿論であるが、前記発光管部が石英ガラスから成り、前記発光物質が水銀を含む場合であれば、前記膜を蒸発させる際の温度は１１００℃以下とすることが好ましい。本願発明者らの検討によると、この温度を超えると石英ガラスの再結晶化が起こり発光管部の白濁が生じることが明らかとなったからである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る放電ランプの製造方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１〜図３は、本発明の実施の形態に係る放電ランプの製造方法の一例としての高圧水銀ランプの製造方法について説明するための図である。
【００１４】
本実施の形態では、まず図１に示すように放電ランプ用ガラスバルブ（以下、単に「ガラスバルブ」という。）５０と、放電ランプの一対の電極となる電極構造部分４２を含む１個の電極組立体４０とを用意した後、ガラスバルブ５０内に電極組立体４０を挿入する。
ガラスバルブ５０は放電ランプの発光管となる略球形の発光管部１０と、発光管部１０から伸ばされた側管部２２とを有している。側管部２２の一部は放電ランプの封止部となる部分である。ガラスバルブ５０は、例えばチャック５２によって保持するようにして固定すればよい。本実施の形態では、水平方向にガラスバルブ５０を保持しているが、鉛直方向に保持してもよい。
【００１５】
ガラスバルブ５０は、例えば石英ガラスによって構成されており、本実施の形態で用いるガラスバルブ５０の発光管部１０の内径は６ｍｍ、ガラス厚は３ｍｍであり、側管部２２の内径は３．４ｍｍ、長手方向の長さはそれぞれ２５０ｍｍである。電極組立体４０は、電極構造部分４２を構成する一本のタングステン棒１６と、一本のタングステン棒１６の両端に接合された金属箔２４及び２４‘を含んでいる。金属箔２４、２４‘は、例えばモリブデン箔から構成することができる。タングステン棒１６は放電ランプにおける一対の電極のそれぞれの電極軸となる部分である。タングステン棒１６の長さは、例えば２０ｍｍ程度であり、その外径は例えば０．４ｍｍ程度である。タングステン棒１６の中央部分には、後工程で溶断されることとなる溶断部位１８があり、タングステン棒１６のうち溶断部位１８の外側に位置する箇所は、電極先端となる部分であり、本実施の形態では、その部分にコイル１４及び１４’が取り付けられている。なお、コイル１４及び１４‘をタングステン棒１６に取り付けるに際しては、巻回形成後のコイル１４及び１４’の内径がタングステン棒１６の直径よりも小さくなるようにコイル１４及び１４‘を形成した後に、当該コイルの中にタングステン棒１６を圧挿入することが好ましい。タングステン棒１６とコイル１４及び１４’との間の密着の度合いが均一となり、後工程において、レーザ照射により溶断部位を溶断させた際に、コイル部分の放熱量がほぼ一定となるため、同じレーザ出力で加工を行った後の電極等の状態にバラツキが生じにくいからである。もっとも圧挿入に限定されず、コイル１４及び１４‘の内径を大きくして、タングステン棒１６を挿入した後、例えば抵抗溶接により取り付けるようにしてもよい。
【００１６】
コイル１４及び１４‘は、製造された放電ランプにおいて、電極先端部の温度を低下させる機能を有する。コイル１４及び１４‘が取り付けられた部分の電極構造部分４２の外径は、例えば１．４ｍｍ程度である。なお、本実施の形態では、一対の電極となる電極構造部分４２を一本のタングステン棒１６で構成しているので、一対の電極の中心軸１９は最初から一致させることが可能となっている。タングステン棒１６と金属箔２４、２４’はそれぞれ溶接によって接合されている。金属箔２４、２４’は例えば矩形の平板とすることができ、寸法は適宜調整すればよい。なお、タングステン棒１６と接合された部分の反対側には、例えばモリブデンにより構成された外部リード３０が溶接により接合されている。
【００１７】
電極組立体４０の挿入は、ガラスバルブ５０の発光管部１０に電極構造部分４２が位置するように行われる。次に、ガラスバルブ５０の側管部２２を電極組立体４０の一部（金属箔２４及び２４‘）と密着させることにより、放電ランプの封止部２０及び２０’（図２参照）を形成する。側管部２２と金属箔２４との密着（封止）は、既知の方法に従って行えばよい。例えばガラスバルブ５０を減圧可能な状態とした後、ガラスバルブ５０内を減圧する（例えば２０ｋＰａ）。この減圧下でチャック５２を用いてガラスバルブ５０を回転させながら、ガラスバルブ５０の側管部２２をバーナーで加熱し軟化させると、側管部２２と金属箔２４とが密着して封止部２０を形成することができる。
【００１８】
一方の封止部２０を形成した後、他方の封止部２０‘を形成する前において、ガラスバルブ５０の発光管部１０の内部に放電ランプの発光物質を導入するようにすると、発光物質の導入を比較的簡単に行うことができる。もっとも封止部２０及び２０’を形成した後に、発光管部１０に穴をあけて発光物質を導入し、導入後に穴を塞ぐようにしてもよい。
【００１９】
本実施の形態では、発光管部１０の内部に、発光物質としての水銀（例えば１５０〜２００ｍｇ／ｃｍ3程度の水銀）１１８と、５〜２０ｋＰａの希ガス（例えばアルゴン）と、少量のハロゲン（たとえば臭素）とを導入している。ハロゲンは、単体（例えば、Ｂｒ2）に限らず、ハロゲン前駆体の形態で封入することもでき、本実施の形態では、臭素をＣＨ2Ｂｒ2の形態で封入している。封入されたハロゲン（若しくはハロゲン前駆体から誘導されたハロゲン）は、ランプ動作時においてハロゲンサイクルを行う役割を有している。
【００２０】
封止部２０、２０‘を形成すると、図２に示すように密閉された発光空間１５に電極構造部分４２が配置された発光管１０が得られる。次に発光管１０内に位置する前記溶断部位１８を選択的に切断することにより、所定の電極間距離Ｄ（図３参照）を有する一対の電極１２、１２’を形成することができる。本実施の形態では、後述するように外部からレーザ照射することにより、電極１２、１２‘の先端部は半球状に加工されている。その後、封止部２０、２０’が所定の長さとなるようにガラスバルブ５０を切断することにより、図３に示すように、一対の電極１２及び１２‘を発光管１０内に形成した放電ランプ１００が得られる。
【００２１】
本実施の形態では、溶断部位１８の溶断を、発光管１０の外部からレーザ照射することによって行う。図４は、溶断部位１８に最初にレーザ６０を照射する際の様子を示す図である。溶断部位１８にレーザ６０を照射することにより、溶断部位１８の温度が上昇してタングステン棒１６及びコイル１４の一部が溶融し、表面張力によって分離するとともに、タングステン棒１６の先端部とコイル１４の一部とが溶融一体化する。その際に先端が半球状に加工されて電極１２が形成される。図５は、電極１２が形成された様子を示す図である。
【００２２】
ところが、本願発明者らの検討によると、この最初のレーザ照射によって発光管１０が加熱されて、発光物質として封入された水銀１１８が蒸発し、レーザ照射後に発光管１０の温度が低下した際に発光管内壁に水銀蒸着膜１２６が形成されることが明らかとなった。この水銀蒸着膜１２６の存在により、再度のレーザ照射（図６参照）の際にレーザのエネルギーロスが発生するのである。
【００２３】
そこで、本実施の形態では、図６に示すように、溶断されたタングステン棒１６の他方の放電側先端部も半球状となるように加工すべく、再度レーザ６０を照射する際に、ヒータコイル１２５により発光管１０を加熱するようにしたものである。この加熱により、水銀の膜１２６が蒸発することにより除去されて（図６中、１１９は蒸発した水銀を表す。）、エネルギーロスなく再度のレーザ照射を行うことができる。
【００２４】
以上のような理由でレーザのエネルギーロスが抑制されるのであれば、再度のレーザ照射の際には、発光管部内壁に形成された発光物質（膜を形成し得る物質であれば水銀には限定されない。）の膜が蒸発する範囲の温度であり、かつ温度の上昇により発光管内圧が上昇しても、当該発光管の耐圧を下回る範囲の温度とすることが好ましいことになる。
【００２５】
例えば上記実施の形態のように発光物質として水銀を用いる場合においては、発光管の加熱後の温度は、水銀が蒸発する範囲内の温度であって、発光管内圧が発光管の耐圧を下回る範囲で任意に規定することが可能ということになる。もっとも、本願発明者らの検討によると、上記実施の形態のように発光物質として水銀１１８を含む場合においては３００℃程度とすることが好適であることが明らかとなっている。なお、発光管部１０に石英ガラスを用いる場合、１１００℃以下とすることが好ましい。１１００℃を超えると石英ガラスの再結晶化が生じ、発光管を構成する石英ガラスが白濁する場合があるようである。もっとも、好ましい温度範囲は用いる発光物質の種類や封入量等の諸条件によって変化し得る。
【００２６】
以上に説明したような放電ランプの製造方法を適用することにより、電極組立体の溶断部位に、外部からレーザを２回以上照射して一対の電極を形成するような場合において、２回目以降のレーザ照射のエネルギーロスを抑制することができる。
なお、上記実施の形態の製造方法にて製造した放電ランプは、例えば液晶プロジェクタやＤＭＤを用いるプロジェクタなどのようは画像投影装置に取り付けることができ、プロジェクタ用光源として使用することができる。また、上記の放電ランプは、プロジェクタ用光源の他に、紫外線ステッパ用光源、競技スタジアム用光源や自動車等のヘッドライト用光源として用いることもできる。
【００２７】
＜変形例＞
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の内容が、上記実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例を考えることができる。
（１）上記実施の形態では、図６に示すように、発光管近傍にヒータコイル１２５を設けて発光管全体を加熱するようにしているが、加熱して膜を蒸発させて除去する方法もこれに限定されず、例えば溶断に至らない程度の出力のレーザ照射で発光管を加熱するようにしたり、加熱した炉の内部を通過させるなど、種々の方法で加熱することができる。
【００２８】
（２）上記実施の形態では、２回のレーザ照射を行い、２回目のレーザ照射の前に発光管１０の温度を上昇させる場合について説明した。これは量産を意図するにはレーザ照射回数が少ない方が好ましいことによりものであって、２回目のレーザ照射の前に限定されず、例えば３回目以降のレーザ照射の際に加熱することも好ましいことは勿論である。
【００２９】
（３）上記実施の形態では、電極組立体に、一対の電極の中心軸が一致しているタングステン棒１６を用いたが、電極中心軸が同一軸にないようなタングステン棒を用いることも可能である。また、電極組立体としてモリブデン箔２４、２４‘が接合されたものを用いたが、当該モリブデン箔２４、２４’の部分もタングステン棒としたものを用いることも可能である。即ち一本のタングステン棒を電極組立体として用いることもできる。この場合外部リード３０もタングステン棒で構成することができる。
【００３０】
（４）上記実施の形態では、発光物質として封入された水銀の蒸気圧が２０ＭＰａ程度の放電ランプ（いわゆる超高圧水銀ランプ）の製造に適用する場合について詳細に説明したが、水銀の膜１２６がレーザのエネルギーロスを生じ得る範囲において、水銀蒸気圧が１ＭＰａ程度の高圧水銀ランプや、水銀蒸気圧が１ｋＰａ程度の低圧水銀ランプについても適用することが可能である。また、本発明は、水銀ランプ以外の他の放電ランプにも適用可能であり、例えば、金属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプなどの放電ランプに適用することもできる。
【００３１】
（５）上記実施の形態では、電極組立体の溶断部位を溶断させる場合について説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、例えば電極軸の放電側先端部にコイル状、筒状等の被覆部材を取り付け、封止部を封止した後で、発光管部の外部から２回以上レーザを照射して、電極の放電側先端部を加熱溶融するような場合にも適用することが可能である。例えば、一対の電極のそれぞれの先端部を２回以上のレーザ照射で溶融加工するような場合、本発明を適用することにより、２回目以降のレーザ照射のエネルギーロスを抑制することができる。
【００３２】
（６）本発明は、電極間距離（Ｄ）が比較的短い（例えば４．５ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下、もっとも０ｍｍは含まない。）のショートアーク型の放電ランプに適用することが好適であるが、それに限定されるわけではない。また、交流点灯型の放電ランプだけでなく直流点灯型の放電ランプに適用することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る放電ランプの製造方法によれば、レーザの照射による温度上昇で発光管内壁に形成された発光物質の膜を蒸発させてから再度のレーザ照射を行うので、２回目以降に照射されるレーザのエネルギーロスを抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における放電ランプの製造方法について説明するための図である。
【図２】封止部２０、２０‘を形成した後の発光管１０を示す図である。
【図３】一対の電極１２及び１２‘を発光管１０内に形成した放電ランプ１００を示す図である。
【図４】溶断部位１８に最初にレーザ６０を照射する際の様子を示す図である。
【図５】電極１２が形成された様子を示す図である。
【図６】ヒータコイル１２５により発光管１０を加熱し、形成された蒸着膜を蒸発された状態で再度レーザ６０を照射する際の様子を示す図である。
【符号の説明】
１０ 発光管
１２、１２‘ 電極
１５ 発光空間
１６ タングステン棒
１８ 溶断部位
２２、２２‘ 封止部
４０ 電極組立体
４２ 電極構造部分
５０ ガラスバルブ
５２ チャック
６０ レーザ
１１８ 水銀
１１９ 蒸発した水銀粒子
１２５ ヒータコイル
１２６ 水銀の膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプの製造方法に関し、特に点光源に近づけるため電極間距離を短縮したショートアーク型放電ランプの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶プロジェクタやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いたプロジェクタなど、大画面への表示を実現するプロジェクタが種々検討されている。このようなプロジェクタの光源として、より点光源に近づけるため電極間距離を１ｍｍ以下と短縮したショートアーク型の高圧水銀ランプ等の放電ランプが注目されている。
【０００３】
このような放電ランプの製造方法として、後に一対の電極となる電極構造部分を含む一個の電極組立体を、発光管を構成する放電ランプ用ガラスバルブに挿入し、発光管両端部に相当するガラスバルブの側管部の一部と前記電極組立体との間を密着させて発光管を形成した後に、前記電極構造部分の一部（溶断部位）を選択的に溶融切断させることにより、発光管内に一対の電極を形成する方法が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３３３０５９２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平７−４５２３７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような放電ランプの製造方法では、発光管内に位置するタングステン棒の溶断部位を、例えば発光管部の外部からレーザを照射することにより加熱溶融、切断させて一対の電極を形成する。しかしながら、本願発明者らが主として量産を目的とした検討を行ったところ、１回目のレーザを照射して溶断部位を溶融切断した後、さらに電極先端部を溶融加工すべく再度発光管外部からレーザを照射した場合、レーザのエネルギーロスが生じ、レーザ照射による電極先端部の加工の際の効率が低下するという問題点があることが明らかとなった。このような問題点は、封止した発光管内に固着された二つの電極部材（例えば電極棒の先端部にコイル状の部材を取り付けた部材）の放電側先端部に対し、発光管部の外部から２回以上レーザ照射を行い、一対の電極のそれぞれの先端部を溶融加工するような場合にも生じ得るものである。
【０００７】
本発明は、係る問題点に鑑みてなされたものであって、２回以上のレーザ照射を行って、電極構造部分の溶融切断や、電極部材の溶融加工を行うような場合において、２回目以降のレーザ照射のエネルギーロスを抑制することができる放電ランプの製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る第１の放電ランプの製造方法は、発光管部と側管部とを有するガラスバルブ内に、電極を構成する電極部材と発光物質とを導入して前記側管部を封止し、前記ガラスバルブ内に前記電極部材を固着した後、第 1 と第２のレーザ加工を含む２回以上のレーザ加工を行うことにより電極部材の少なくとも一部を溶融加工し、電極を形成する放電ランプの製造方法において、前記２回以上のレーザ加工は、前記発光管部の外部からレーザを照射することにより行われ、第 1 のレーザ加工の後、当該第 1 のレーザ加工により蒸発した発光物質が冷却され発光管部内壁に形成された膜を、蒸発させてから第２のレーザ加工を行うことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明に係る第２の放電ランプの製造方法は、一対の電極となる電極構造部分を含む電極組立体を、発光管部と側管部とを有するガラスバルブに挿入するとともに、発光物質を導入して前記側管部を封止し、前記ガラスバルブ内に前記電極組立体を固着した後、第 1 と第２のレーザ加工を含む２回以上のレーザ加工を行い、一対の電極を形成する放電ランプの製造方法において、前記２回以上のレーザ加工は、前記発光管部の外部からレーザを照射することにより行われ、前記電極構造部分の一部を溶融切断させるべく、第 1 のレーザ加工をした後、当該第 1 のレーザ加工により蒸発した発光物質が冷却され発光管部内壁に形成された膜を、蒸発させてから第２のレーザ加工を行うことを特徴としている。
【００１０】
本願発明者らが、上記のようなレーザのエネルギーロスが発生する理由について鋭意検討を行ったところ、最初のレーザ照射の際の加熱により発光物質として発光管内に封入された水銀が蒸発し、レーザ照射後に発光管の温度が低下した際に発光管内壁に水銀の膜が形成されていることが明らかとなった。このように発光管内壁に形成された水銀の膜が、発光管外部から照射されたレーザのエネルギーロスの原因であるとの知見に基づいて、上記本願発明に到達したものである。
【００１１】
即ち、本願発明に係る放電ランプの製造方法では、再度のレーザ照射を行う前に発光管の温度を上昇させ、発光管内壁に形成された膜を蒸発させてからレーザ照射を行うため、レーザのエネルギーロスが生じることがない。なお、レーザ照射の前に発光管内壁に形成された膜を蒸発させることが好ましいのは、２回目以降、３回目、４回目及びそれ以降の場合も同様である。しかし、複数回のレーザ照射が行われる間、温度を上昇させたままで行うような場合はこの限りでない。発光管が冷却されるがなく、膜が形成されないからである。
【００１２】
なお、膜を除去するために発光管部の温度を上昇させる場合において、当該発光管部の温度は、発光管内壁に形成された発光物質の膜が蒸発して除去され得る温度以上であって、温度上昇時の発光管内圧が当該発光管の耐圧を下回る範囲であるとすることができる。具体的な温度範囲は、封入されている発光物質や封入量等、各種の条件に基づいて最適化することが好ましいのは勿論であるが、前記発光管部が石英ガラスから成り、前記発光物質が水銀を含む場合であれば、前記膜を蒸発させる際の温度は１１００℃以下とすることが好ましい。本願発明者らの検討によると、この温度を超えると石英ガラスの再結晶化が起こり発光管部の白濁が生じることが明らかとなったからである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る放電ランプの製造方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１〜図３は、本発明の実施の形態に係る放電ランプの製造方法の一例としての高圧水銀ランプの製造方法について説明するための図である。
【００１４】
本実施の形態では、まず図１に示すように放電ランプ用ガラスバルブ（以下、単に「ガラスバルブ」という。）５０と、放電ランプの一対の電極となる電極構造部分４２を含む１個の電極組立体４０とを用意した後、ガラスバルブ５０内に電極組立体４０を挿入する。
ガラスバルブ５０は放電ランプの発光管となる略球形の発光管部１０と、発光管部１０から伸ばされた側管部２２とを有している。側管部２２の一部は放電ランプの封止部となる部分である。ガラスバルブ５０は、例えばチャック５２によって保持するようにして固定すればよい。本実施の形態では、水平方向にガラスバルブ５０を保持しているが、鉛直方向に保持してもよい。
【００１５】
ガラスバルブ５０は、例えば石英ガラスによって構成されており、本実施の形態で用いるガラスバルブ５０の発光管部１０の内径は６ｍｍ、ガラス厚は３ｍｍであり、側管部２２の内径は３．４ｍｍ、長手方向の長さはそれぞれ２５０ｍｍである。電極組立体４０は、電極構造部分４２を構成する一本のタングステン棒１６と、一本のタングステン棒１６の両端に接合された金属箔２４及び２４‘を含んでいる。金属箔２４、２４‘は、例えばモリブデン箔から構成することができる。タングステン棒１６は放電ランプにおける一対の電極のそれぞれの電極軸となる部分である。タングステン棒１６の長さは、例えば２０ｍｍ程度であり、その外径は例えば０．４ｍｍ程度である。タングステン棒１６の中央部分には、後工程で溶断されることとなる溶断部位１８があり、タングステン棒１６のうち溶断部位１８の外側に位置する箇所は、電極先端となる部分であり、本実施の形態では、その部分にコイル１４及び１４’が取り付けられている。なお、コイル１４及び１４‘をタングステン棒１６に取り付けるに際しては、巻回形成後のコイル１４及び１４’の内径がタングステン棒１６の直径よりも小さくなるようにコイル１４及び１４‘を形成した後に、当該コイルの中にタングステン棒１６を圧挿入することが好ましい。タングステン棒１６とコイル１４及び１４’との間の密着の度合いが均一となり、後工程において、レーザ照射により溶断部位を溶断させた際に、コイル部分の放熱量がほぼ一定となるため、同じレーザ出力で加工を行った後の電極等の状態にバラツキが生じにくいからである。もっとも圧挿入に限定されず、コイル１４及び１４‘の内径を大きくして、タングステン棒１６を挿入した後、例えば抵抗溶接により取り付けるようにしてもよい。
【００１６】
コイル１４及び１４‘は、製造された放電ランプにおいて、電極先端部の温度を低下させる機能を有する。コイル１４及び１４‘が取り付けられた部分の電極構造部分４２の外径は、例えば１．４ｍｍ程度である。なお、本実施の形態では、一対の電極となる電極構造部分４２を一本のタングステン棒１６で構成しているので、一対の電極の中心軸１９は最初から一致させることが可能となっている。タングステン棒１６と金属箔２４、２４’はそれぞれ溶接によって接合されている。金属箔２４、２４’は例えば矩形の平板とすることができ、寸法は適宜調整すればよい。なお、タングステン棒１６と接合された部分の反対側には、例えばモリブデンにより構成された外部リード３０が溶接により接合されている。
【００１７】
電極組立体４０の挿入は、ガラスバルブ５０の発光管部１０に電極構造部分４２が位置するように行われる。次に、ガラスバルブ５０の側管部２２を電極組立体４０の一部（金属箔２４及び２４‘）と密着させることにより、放電ランプの封止部２０及び２０’（図２参照）を形成する。側管部２２と金属箔２４との密着（封止）は、既知の方法に従って行えばよい。例えばガラスバルブ５０を減圧可能な状態とした後、ガラスバルブ５０内を減圧する（例えば２０ｋＰａ）。この減圧下でチャック５２を用いてガラスバルブ５０を回転させながら、ガラスバルブ５０の側管部２２をバーナーで加熱し軟化させると、側管部２２と金属箔２４とが密着して封止部２０を形成することができる。
【００１８】
一方の封止部２０を形成した後、他方の封止部２０‘を形成する前において、ガラスバルブ５０の発光管部１０の内部に放電ランプの発光物質を導入するようにすると、発光物質の導入を比較的簡単に行うことができる。もっとも封止部２０及び２０’を形成した後に、発光管部１０に穴をあけて発光物質を導入し、導入後に穴を塞ぐようにしてもよい。
【００１９】
本実施の形態では、発光管部１０の内部に、発光物質としての水銀（例えば１５０〜２００ｍｇ／ｃｍ3程度の水銀）１１８と、５〜２０ｋＰａの希ガス（例えばアルゴン）と、少量のハロゲン（たとえば臭素）とを導入している。ハロゲンは、単体（例えば、Ｂｒ2）に限らず、ハロゲン前駆体の形態で封入することもでき、本実施の形態では、臭素をＣＨ2Ｂｒ2の形態で封入している。封入されたハロゲン（若しくはハロゲン前駆体から誘導されたハロゲン）は、ランプ動作時においてハロゲンサイクルを行う役割を有している。
【００２０】
封止部２０、２０‘を形成すると、図２に示すように密閉された発光空間１５に電極構造部分４２が配置された発光管１０が得られる。次に発光管１０内に位置する前記溶断部位１８を選択的に切断することにより、所定の電極間距離Ｄ（図３参照）を有する一対の電極１２、１２’を形成することができる。本実施の形態では、後述するように外部からレーザ照射することにより、電極１２、１２‘の先端部は半球状に加工されている。その後、封止部２０、２０’が所定の長さとなるようにガラスバルブ５０を切断することにより、図３に示すように、一対の電極１２及び１２‘を発光管１０内に形成した放電ランプ１００が得られる。
【００２１】
本実施の形態では、溶断部位１８の溶断を、発光管１０の外部からレーザ照射することによって行う。図４は、溶断部位１８に最初にレーザ６０を照射する際の様子を示す図である。溶断部位１８にレーザ６０を照射することにより、溶断部位１８の温度が上昇してタングステン棒１６及びコイル１４の一部が溶融し、表面張力によって分離するとともに、タングステン棒１６の先端部とコイル１４の一部とが溶融一体化する。その際に先端が半球状に加工されて電極１２が形成される。図５は、電極１２が形成された様子を示す図である。
【００２２】
ところが、本願発明者らの検討によると、この最初のレーザ照射によって発光管１０が加熱されて、発光物質として封入された水銀１１８が蒸発し、レーザ照射後に発光管１０の温度が低下した際に発光管内壁に水銀蒸着膜１２６が形成されることが明らかとなった。この水銀蒸着膜１２６の存在により、再度のレーザ照射（図６参照）の際にレーザのエネルギーロスが発生するのである。
【００２３】
そこで、本実施の形態では、図６に示すように、溶断されたタングステン棒１６の他方の放電側先端部も半球状となるように加工すべく、再度レーザ６０を照射する際に、ヒータコイル１２５により発光管１０を加熱するようにしたものである。この加熱により、水銀の膜１２６が蒸発することにより除去されて（図６中、１１９は蒸発した水銀を表す。）、エネルギーロスなく再度のレーザ照射を行うことができる。
【００２４】
以上のような理由でレーザのエネルギーロスが抑制されるのであれば、再度のレーザ照射の際には、発光管部内壁に形成された発光物質（膜を形成し得る物質であれば水銀には限定されない。）の膜が蒸発する範囲の温度であり、かつ温度の上昇により発光管内圧が上昇しても、当該発光管の耐圧を下回る範囲の温度とすることが好ましいことになる。
【００２５】
例えば上記実施の形態のように発光物質として水銀を用いる場合においては、発光管の加熱後の温度は、水銀が蒸発する範囲内の温度であって、発光管内圧が発光管の耐圧を下回る範囲で任意に規定することが可能ということになる。もっとも、本願発明者らの検討によると、上記実施の形態のように発光物質として水銀１１８を含む場合においては３００℃程度とすることが好適であることが明らかとなっている。なお、発光管部１０に石英ガラスを用いる場合、１１００℃以下とすることが好ましい。１１００℃を超えると石英ガラスの再結晶化が生じ、発光管を構成する石英ガラスが白濁する場合があるようである。もっとも、好ましい温度範囲は用いる発光物質の種類や封入量等の諸条件によって変化し得る。
【００２６】
以上に説明したような放電ランプの製造方法を適用することにより、電極組立体の溶断部位に、外部からレーザを２回以上照射して一対の電極を形成するような場合において、２回目以降のレーザ照射のエネルギーロスを抑制することができる。
なお、上記実施の形態の製造方法にて製造した放電ランプは、例えば液晶プロジェクタやＤＭＤを用いるプロジェクタなどのようは画像投影装置に取り付けることができ、プロジェクタ用光源として使用することができる。また、上記の放電ランプは、プロジェクタ用光源の他に、紫外線ステッパ用光源、競技スタジアム用光源や自動車等のヘッドライト用光源として用いることもできる。
【００２７】
＜変形例＞
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の内容が、上記実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例を考えることができる。
（１）上記実施の形態では、図６に示すように、発光管近傍にヒータコイル１２５を設けて発光管全体を加熱するようにしているが、加熱して膜を蒸発させて除去する方法もこれに限定されず、例えば溶断に至らない程度の出力のレーザ照射で発光管を加熱するようにしたり、加熱した炉の内部を通過させるなど、種々の方法で加熱することができる。
【００２８】
（２）上記実施の形態では、２回のレーザ照射を行い、２回目のレーザ照射の前に発光管１０の温度を上昇させる場合について説明した。これは量産を意図するにはレーザ照射回数が少ない方が好ましいことによりものであって、２回目のレーザ照射の前に限定されず、例えば３回目以降のレーザ照射の際に加熱することも好ましいことは勿論である。
【００２９】
（３）上記実施の形態では、電極組立体に、一対の電極の中心軸が一致しているタングステン棒１６を用いたが、電極中心軸が同一軸にないようなタングステン棒を用いることも可能である。また、電極組立体としてモリブデン箔２４、２４‘が接合されたものを用いたが、当該モリブデン箔２４、２４’の部分もタングステン棒としたものを用いることも可能である。即ち一本のタングステン棒を電極組立体として用いることもできる。この場合外部リード３０もタングステン棒で構成することができる。
【００３０】
（４）上記実施の形態では、発光物質として封入された水銀の蒸気圧が２０ＭＰａ程度の放電ランプ（いわゆる超高圧水銀ランプ）の製造に適用する場合について詳細に説明したが、水銀の膜１２６がレーザのエネルギーロスを生じ得る範囲において、水銀蒸気圧が１ＭＰａ程度の高圧水銀ランプや、水銀蒸気圧が１ｋＰａ程度の低圧水銀ランプについても適用することが可能である。また、本発明は、水銀ランプ以外の他の放電ランプにも適用可能であり、例えば、金属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプなどの放電ランプに適用することもできる。
【００３１】
（５）上記実施の形態では、電極組立体の溶断部位を溶断させる場合について説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、例えば電極軸の放電側先端部にコイル状、筒状等の被覆部材を取り付け、封止部を封止した後で、発光管部の外部から２回以上レーザを照射して、電極の放電側先端部を加熱溶融するような場合にも適用することが可能である。例えば、一対の電極のそれぞれの先端部を２回以上のレーザ照射で溶融加工するような場合、本発明を適用することにより、２回目以降のレーザ照射のエネルギーロスを抑制することができる。
【００３２】
（６）本発明は、電極間距離（Ｄ）が比較的短い（例えば４．５ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下、もっとも０ｍｍは含まない。）のショートアーク型の放電ランプに適用することが好適であるが、それに限定されるわけではない。また、交流点灯型の放電ランプだけでなく直流点灯型の放電ランプに適用することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る放電ランプの製造方法によれば、レーザの照射による温度上昇で発光管内壁に形成された発光物質の膜を蒸発させてから再度のレーザ照射を行うので、２回目以降に照射されるレーザのエネルギーロスを抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における放電ランプの製造方法について説明するための図である。
【図２】封止部２０、２０‘を形成した後の発光管１０を示す図である。
【図３】一対の電極１２及び１２‘を発光管１０内に形成した放電ランプ１００を示す図である。
【図４】溶断部位１８に最初にレーザ６０を照射する際の様子を示す図である。
【図５】電極１２が形成された様子を示す図である。
【図６】ヒータコイル１２５により発光管１０を加熱し、形成された蒸着膜を蒸発された状態で再度レーザ６０を照射する際の様子を示す図である。
【符号の説明】
１０ 発光管
１２、１２‘ 電極
１５ 発光空間
１６ タングステン棒
１８ 溶断部位
２２、２２‘ 封止部
４０ 電極組立体
４２ 電極構造部分
５０ ガラスバルブ
５２ チャック
６０ レーザ
１１８ 水銀
１１９ 蒸発した水銀粒子
１２５ ヒータコイル
１２６ 水銀の膜
Claims (3)
- 発光管部と側管部とを有するガラスバルブ内に、電極を構成する電極部材と発光物質とを導入して前記側管部を封止し、前記ガラスバルブ内に前記電極部材を固着した後、第 1 と第２のレーザ加工を含む２回以上のレーザ加工を行うことにより電極部材の少なくとも一部を溶融加工し、電極を形成する放電ランプの製造方法において、
前記２回以上のレーザ加工は、前記発光管部の外部からレーザを照射することにより行われ、第 1 のレーザ加工の後、当該第 1 のレーザ加工により蒸発した発光物質が冷却され発光管部内壁に形成された膜を、蒸発させてから第２のレーザ加工を行う
ことを特徴とする放電ランプの製造方法。 - 一対の電極となる電極構造部分を含む電極組立体を、発光管部と側管部とを有するガラスバルブに挿入するとともに、発光物質を導入して前記側管部を封止し、前記ガラスバルブ内に前記電極組立体を固着した後、第 1 と第２のレーザ加工を含む２回以上のレーザ加工を行い、一対の電極を形成する放電ランプの製造方法において、
前記２回以上のレーザ加工は、前記発光管部の外部からレーザを照射することにより行われ、前記電極構造部分の一部を溶融切断させるべく第 1 のレーザ加工をした後、当該第 1 のレーザ加工により蒸発した発光物質が冷却され発光管部内壁に形成された膜を、蒸発させてから第２のレーザ加工を行う
ことを特徴とする放電ランプの製造方法。 - 前記発光管部は石英ガラスから成り、
前記発光物質は水銀を含み、
前記発光物質の膜を蒸発させる際の前記発光管部の温度は１１００℃以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の放電ランプの製造方法。
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