(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスバルブのネック部と発光部との境界部分の肉厚を測定する肉厚測定工程と、
前記ネック部の端部をステムで封止する封止工程と、
前記封止後のガラスバルブをアニール処理するアニール工程と
をこの順に有する電球の製造方法であって、
前記肉厚測定工程において測定された肉厚値に基づいて前記アニール工程におけるアニール処理条件を調整することを特徴とする電球の製造方法。
【請求項２】
前記肉厚測定工程において測定された肉厚が所定の基準値より大きい場合には、前記前記アニール工程におけるアニール処理条件を、アニール温度が高くなるように変更する請求項１に記載の電球の製造方法。
【請求項３】
前記アニール工程において、アニール処理中の前記ガラスバルブの温度を測定し、測定された温度に基づいて前記アニール工程におけるアニール処理条件を調整する請求項１に記載の電球の製造方法。
【請求項４】
前記アニール処理条件の調整が、前記ガラスバルブを加熱するガスバーナの火力調整である請求項１又は３に記載の電球の製造方法。
【請求項５】
前記肉厚測定工程において、測定された肉厚が所定の基準値より小さい場合には、そのガラスバルブを除外する請求項１に記載の電球の製造方法。
【請求項６】
前記封止工程の前に、前記ガラスバルブの前記ネック部の径を測定して前記ガラスバルブを選別する選別工程を更に有する請求項１に記載の電球の製造方法。
【請求項７】
前記選別工程において、測定された前記ネック部の径が所定の基準値より小さい場合には、そのガラスバルブを除外する請求項６に記載の電球の製造方法。
【請求項８】
前記アニール工程の後に、前記ガラスバルブ内の排気、希ガス封入、排気管チップオフ、及び口金付けを行なう仕上げ工程を更に有する請求項１に記載の電球の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電球、特に小形高効率の電球の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般の照明用電球としては、ガラスバルブ最大外径５５ｍｍ〜７５ｍｍ程度、長さ９８ｍｍ〜１５５ｍｍ程度で、定格１００Ｖ又は１１０Ｖで１０Ｗ〜２００ＷのＥ２６口金付き電球が広く知られている。また、前記電球の発光光束を維持しながらさらに寸法を小型化した、ガラスバルブ最大外径３５ｍｍ〜４５ｍｍ程度、長さ６７ｍｍ〜８１ｍｍ程度で、定格１００Ｖ又は１１０Ｖで２５Ｗ〜１００ＷのＥ１７口金付き小形電球も、多用途化、省エネルギー光源として使用されている。
【０００３】
前記小形電球は、点灯中のガラスバルブネック部への熱的影響を緩和するために、ステムの、ガラスバルブの発光部とネック部との境界付近に対応する位置に、円盤状の遮熱板を設けた構造が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら遮熱板を設けた電球では、電球製造工程途中、又は電球完成後の設置中や点灯中等にガラスバルブの発光部とネック部との境界付近にリング状にクラックが発生するという問題があった。
【０００５】
図４は、従来の電球にリング状クラックが発生した状態の一例を示す側面図である。図４において、２０は電球、２１はガラスバルブ、２２はガラスバルブ２１の発光部、２３はガラスバルブ２１のネック部、２５は口金、２７は遮熱板、２９はガラスバルブ２１の発光部２２とネック部２３との境界付近に発生したリング状のクラックである。
【０００６】
このようなクラック２９が発生すると、ガラスバルブ２１が破損したり、口金２５を含むネック部２３と発光部２２とが分離していずれかが脱落したりするという課題があった。
【０００７】
前記課題について、その原因を調査したところ、以下の原因が判明した。
【０００８】
第１に、ガラスバルブ２１とステムとが近づきすぎているために、ステムをガラスバルブ内に嵌装時もしくは嵌装後に、ガラスバルブ２１の発光部２２とネック部２３との境界付近の内壁が遮熱板２７の周縁と接触して傷付けられる。更に、封止工程後の残留歪と、電球の点灯及び消灯を繰り返すことによる繰り返し熱応力とによって、ガラスバルブ内のストレスが増大する。この結果、上記ガラスバルブ内の傷部分からリング状にクラックが生じる。
【０００９】
第２に、製造誤差などによりガラスバルブ２１の発光部２２とネック部２３との境界付近の肉厚がガラスバルブ毎にばらつきを有している場合に、封止後のアニール処理を同一の条件で行なうと、アニール処理時のガラスバルブの温度が上記肉厚に応じてばらついてしまう。この結果、アニール処理しても封止工程時の歪みが十分に除去されず、上記遮熱板の接触によるガラスバルブ内壁の傷部分からリング状にクラックが生じる。
【００１０】
本発明は、上記の従来の電球が有していた課題を解決し、ガラスバルブにリング状のクラックが発生しない電球の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の電球の製造方法は、ガラスバルブのネック部と発光部との境界部分の肉厚を測定する肉厚測定工程と、前記ネック部の端部をステムで封止する封止工程と、前記封止後のガラスバルブをアニール処理するアニール工程とをこの順に有する電球の製造方法であって、前記肉厚測定工程において測定された肉厚値に基づいて前記アニール工程におけるアニール処理条件を調整することを特徴とする。
【００１２】
アニール処理時のガラスバルブの温度は、ガラスバルブの肉厚に応じて変化する。従って、リング状クラックが発生しやすい、ガラスバルブのネック部と発光部との境界部分の肉厚を測定し、その測定値に応じてアニール処理条件を調整することにより、アニール処理時のガラスバルブの温度を、その肉厚にかかわらず適正に管理することができる。従って、残留歪みの発生を防止して、ガラスバルブのネック部と発光部との境界部分付近のリング状のクラックの発生を防止できる。
【００１３】
上記において、前記肉厚測定工程において測定された肉厚が所定の基準値より大きい場合には、前記前記アニール工程におけるアニール処理条件を、アニール温度が高くなるように変更すことが好ましい。肉厚が厚い場合にはアニール工程においてガラスバルブの温度は低くなりやすい。従って、かかる好ましい構成により、基準を超えた厚肉のガラスバルブに対しても所望する温度でアニール処理を施すことができ、リング状クラックの発生を防止できる。
【００１４】
また、前記アニール工程において、アニール処理中の前記ガラスバルブの温度を測定し、測定された温度に基づいて前記アニール工程におけるアニール処理条件を調整することが好ましい。かかる好ましい構成によれば、ガラスバルブの製造誤差などにかかわらず、常に所望する温度でアニール処理を施すことができ、リング状クラックの発生を防止できる。
【００１５】
上記において、前記アニール処理条件の調整が、前記ガラスバルブを加熱するガスバーナの火力調整であることが好ましい。これにより、アニール処理条件を簡単に調整できる。
【００１６】
また、前記肉厚測定工程において、測定された肉厚が所定の基準値より小さい場合には、そのガラスバルブを除外することが好ましい。薄肉のガラスバルブは強度が低く、リング状クラックが発生しやすい。従って、そのようなガラスバルブを選別し除外することにより、その後の工程を無駄に行なう必要がなくなるばかりか、リング状クラックの発生割合を抑えることができる。
【００１７】
また、前記封止工程の前に、前記ガラスバルブの前記ネック部の径を測定して前記ガラスバルブを選別する選別工程を更に有することが好ましい。ネック部の径が基準を外れるガラスバルブを除外することで、安定した品質の電球を製造できる。
【００１８】
前記選別工程において、測定された前記ネック部の径が所定の基準値より小さい場合には、そのガラスバルブを除外することが好ましい。ネック部の径が小さいと、その内径も小さく、ステムの遮熱板と接触して傷が付きやすい。従って、このようなガラスバルブを選別して除外することにより、その後の工程を無駄に行なう必要がなくなるばかりか、リング状クラックの発生割合を抑えることができる。
【００１９】
また、前記アニール工程の後に、前記ガラスバルブ内の排気、希ガス封入、排気管チップオフ、及び口金付けを行なう仕上げ工程を更に有することが好ましい。これにより、口金付き電球を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明の電球の製造方法の一例を工程順に示した図である。これらの図を用いて本発明の電球の製造方法を説明する。
【００２１】
まず、図１（Ａ）に示すように、ソーダガラスよりなるガラスバルブ１のネック部３の外径を、例えばレーザー外径測定機の如き外径測定機１３を用いて測定する。そして、所定の公差範囲を外れるガラスバルブ１を選別除外することが好ましい。より具体的には、外径の測定値が所定の基準範囲の下限を超える（即ち、外径が細い）ガラスバルブについては、除外して、後の工程を行なわないことが好ましい。外径が細いガラスバルブは、内径も細く、内壁面にステムの遮熱板が接触して傷が付く可能性が高いからである。
【００２２】
次いで、所定のネック部外径を有するガラスバルブに対して、図１（Ｂ）に示すように、例えばレーザー変位計を用いた肉厚測定機１４を用いて、ガラスバルブ１の発光部２とネック部３との境界４付近の肉厚を測定する。
【００２３】
肉厚測定の結果、その測定値が所定の基準範囲の下限を超える（即ち、肉厚が薄い）ガラスバルブについては、強度不足品として除外して、後の工程を行なわないことが好ましい。最終的に製品に不向きだからである。
【００２４】
これと並行して、図２に示すように、フィラメントコイル６と遮熱板７とを付設したステム５を用意する。
【００２５】
そして、図３（Ａ）に示すように、図１（Ｂ）の工程を経たガラスバルブ１のネック部３の開口端部を図２のステム５で封止して、封止済みガラスバルブ８を形成する。
【００２６】
次いで、図３（Ｂ）に示すように、アニール装置（例えば、ガスバーナ）９を用いて、封止済みガラスバルブ８をアニール処理する。このアニール処理によって、最終的に得られる電球のガラスバルブに残留する歪みを少なくし、クラックの発生を抑えることができる。アニール処理においては、処理中のガラスバルブの温度を適切に管理することが、処理後の残留歪みを低減するために極めて重要である。本発明では、この点に着目して、アニール処理条件を、以下の手法により最適設定する。
【００２７】
第１の手法として、図１（Ｂ）に示したガラスバルブ１の発光部２とネック部３との境界４付近の肉厚の測定値に基づいてアニール処理条件を調整する。ガラスバルブ１の肉厚が異なるとその熱容量が異なるので、同一条件で加熱、冷却してもアニール中のガラスバルブの温度が異なってしまう。そこで、肉厚に応じてアニール装置９の設定条件（例えばガスバーナの火力）を調整することで適切な温度を維持管理できる。アニール装置９の設定条件の調整は、肉厚測定機１４によって測定された肉厚を表示又は記録させて手動により行なっても良いし、又は、測定された肉厚を信号化して、該信号に基づいて自動的に行なわせても良い。
【００２８】
第２の手法として、アニール温度測定装置１５を用いてアニール処理されるガラスバルブ８の温度を測定し、その測定値に基づいてアニール処理条件を調整する。具体的には、測定されたガラスバルブ８の温度が設定温度範囲外の場合には、アニール装置９の設定条件（例えばガスバーナの火力）を調整して適切な温度になるように維持管理する。アニール装置９の設定条件の調整は、アニール温度測定装置１５によって測定されたガラスバルブ温度を表示又は記録させて手動により行なっても良いし、又は、測定されたガラスバルブ温度を信号化して、該信号に基づいて自動的に行なわせても良い。
【００２９】
本発明では、ガラスバルブ１の発光部２とネック部３との境界４付近の肉厚の測定値が所定の基準範囲内である場合はもちろん、これを外れている場合であっても、上記第１又は第２の手法を用いることにより、アニール処理中のガラスバルブの温度を適切に管理することができる。例えば、境界４付近の肉厚が基準範囲の上限を超える厚肉のガラスバルブに対して通常のアニール条件（ガスバーナの火力）で処理すると、アニール温度が所望する温度よりもやや低くなって、アニール工程の初期段階で徐冷が不適切になる可能性がある。そこで、第１の手法として、図１（Ｂ）において測定した肉厚に応じて、アニール処理条件を調整する（例えば、肉厚が厚くなればなるほど、ガスバーナの火力を強くする）か、又は、第２の方法として、アニール処理中にアニール温度測定装置１５によってガラスバルブの温度を実測し、その測定値に応じてアニール処理条件を調整する（例えばガスバーナの火力を強くする）か、又は、上記第１及び第２の手法を併用する。これらにより、厚肉で、歪みが残留しやすいガラスバルブに対してもアニール処理中のガラスバルブ温度を適切に管理することができ、残留歪みの発生を抑制し、その結果、クラックの発生を抑えることができる。
【００３０】
なお、肉厚の測定値が所定の基準範囲の下限を超える（即ち、肉厚が薄い）ガラスバルブについても上記の手法を用いることでアニール処理中のガラスバルブの温度を適切に管理することができるが、薄肉のガラスバルブは強度不足のためにクラックを発生しやすいので、上述したように肉厚測定を行なった段階で除外することが好ましい。
【００３１】
次いで、アニール工程を終了した封止済みガラスバルブ８内の気体を排出し、クリプトン、アルゴン、窒素等の不活性ガスを所定量封入後、排気管をチップオフして完成ガラスバルブ１０を形成する。
【００３２】
最後に、口金１２を付けて電球１１が完成する。
【００３３】
このような本発明の電球の製造方法により、特にガラスバルブ内に遮熱板を備えた電球において、電球完成後の放置中もしくは電球の点灯・消灯のくり返し使用時に、ガラスバルブのネック部と発光部との境界における残留歪及び温度ストレス累積によるリング状のラック発生を抑制することができる。
【００３４】
以下、本発明の実施例について述べる。
【００３５】
実験では、ソーダガラスを用いた最大径３５ｍｍのガラスバルブにクリプトン等の希ガスを封入し、Ｅ１７口金を付与した、全長６７ｍｍ、定格１００Ｖ，５７Ｗの電球を、図１（Ａ）〜図３（Ｄ）の工程を順に行なって１個につき約１秒強の速度で製造する機械装置を用いて連続自動生産した。
【００３６】
前記電球用のガラスバルブにおいては、ネック部外径が１９±０．５ｍｍの範囲、発光部とネック部との境界付近の肉厚が０．６０±０．２０ｍｍの範囲がそれぞれ基準範囲である。また、円盤状の遮熱板はアルミニウム製で、外径１５ｍｍであり、通常の生産に供しているものである。
【００３７】
ガラスバルブのネック部とステムとの封止温度は約９００〜９５０℃程度とした。また、封止済みガラスバルブのアニール条件は、機械速度に応じて変更されるが、本実施例では約４５０℃で約５秒を目安とした。封止及びアニールは、いずれも通常の生産に準じた条件であり、いずれもガスバーナによる火力を用いて行なった。
【００３８】
まず、図１（Ａ）に示すように、ガラスバルブ１のネック部３の外径をレーザー測定機１３により全数測定して、基準範囲の下限である１８．５ｍｍより小さなガラスバルブ（このガラスバルブをグループＡとする）と該基準範囲の下限以上のガラスバルブ（このガラスバルブをグループＢとする）とに分別した。そして、グループＡ、グループＢのガラスバルブについて、次の肉厚測定工程（図１（Ｂ））を行なうことなく、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）の封止工程、アニール工程、仕上げ工程を順にを行なって電球を生産した。得られた電球について、ガラスバルブの発光部とネック部との境界部の内面における傷の有無、及びその部分でのリング状のクラック発生の有無を確認した。
【００３９】
その結果、グループＡのガラスバルブを用いた電球では約２．０％の割合でガラスバルブに遮熱板による接触傷に起因するリング状のクラックが確認されたのに対して、グループＢのガラスバルブを用いた電球では遮熱板が強く接触してできた程度の大きな傷はほとんど確認されず、弱い接触による視認性の小さな接触痕跡がわずかに散見され、リング状のクラックの発生割合も０．０２％程度であった。
【００４０】
次いで、前記グループＢの更なる歩留まり向上のために、図１（Ｂ）に示したように、グループＢのガラスバルブについて、レーザー光を用いた肉厚測定機１４によりガラスバルブの発光部２とネック部３との境界４付近の肉厚を測定し、測定値を表示するとともに信号化し、測定値により基準範囲内のガラスバルブ（このガラスバルブをグループＣとする）と、肉厚が基準範囲の上限より厚いガラスバルブ（このガラスバルブをグループＤとする）と、肉厚が基準範囲の下限より薄いガラスバルブ（このガラスバルブをグループＥとする）とに分別した。そして、グループＣ〜Ｅのガラスバルブについて、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）の封止工程、アニール工程、仕上げ工程を順にを行なって電球を生産した。
【００４１】
その結果、肉厚が基準範囲より薄いグループＥのガラスバルブは、強度不足のために、各工程を行なう装置へガラスバルブを移載する時、各工程作業中、あるいは電球完成後にクラック等の破損が多発し実用に供し得ないことを確認した。
【００４２】
一方、肉厚が基準範囲内のグループＣのガラスバルブについては、アニール処理を、ガスバーナーの火力等の処理条件を通常の設定の通りにして行なったところ、アニール温度測定装置１５で測定されるガラスバルブ８の温度が４５０℃〜４８０℃に維持され、ガラスバルブの発光部とネック部の境界にリング状のクラックは一切発生しなかった。
【００４３】
次に、肉厚が基準範囲より厚いグループＤのガラスバルブについては、アニール処理を、ガスバーナ火力などの処理条件を上記グループＣと同じにして行なったところ、アニール温度測定装置１５で測定されるガラスバルブ８の温度はグループＣの場合に比べて約３０℃低く、ステムの封止温度とアニール開始時の温度との差が通常よりわずかに増大していた。そして、最終的に得られた電球におけるリング状クラックの発生割合は約０．０１％であった。
【００４４】
そこで、上記グループＤのガラスバルブのアニール処理を、アニール温度測定装置１５で測定されるガラスバルブ８の温度が通常の温度範囲である４５０℃〜４８０℃になるように、ガスバーナ火力を強くして行なったところ、グループＣの場合と同様に、ガラスバルブの発光部とネック部の境界にリング状のクラックは一切発生しなかった。
【００４５】
従って、ガラスバルブのネック部と発光部との境界４付近の肉厚が基準範囲の下限を下回った場合にはそのようなガラスバルブを使用せず、逆に基準範囲の上限を上回った場合にはアニール工程で火力調節（火力を強く）してガラスバルブの温度を所定の範囲内に維持することによりリング状クラックが発生しない電球を得ることが出来る。
【００４６】
また、上記の実施例では、アニール処理時のガラスバルブの温度が所定の範囲を維持するために、処理中のガラスバルブの温度をアニール温度測定装置１５を用いて実測し、その測定値に基づいてガスバーナ９の火力調整を行なった。しかしながら、上記の実施例からも明らかなとおり、アニール処理時のガラスバルブの温度は、ネック部と発光部との境界４付近の肉厚と相関関係を有しているから、図１（Ｂ）に示した肉厚測定機１４による該肉厚の測定値に基づいてガスバーナ９の火力調整を行なっても、同様にアニール処理時のガラスバルブの温度を所定の範囲に維持することができる。もちろん、アニール温度測定装置１５による温度測定結果と肉厚測定機１４による肉厚測定結果とを併用して、ガスバーナ９の火力調整を行なうこともでき、これにより一層正確な温度管理が可能になる。ガスバーナの火力調整は、アニール温度測定装置１５による温度測定結果及び／又は肉厚測定機１４による肉厚測定結果に基づいて、自動又は手動により行なうことができる。
【００４７】
なお、本発明は、実施例で示した定格、寸法、材料、測定装置、各種条件等に限定されるものではなく、製造する電球に応じて適宜変更して適用することができる。
【００４８】
また、本発明は、電球の製造において広く採用されている連続自動生産装置の生産速度に一切影響を与えることなく適用することができ、高速生産に適している。
【００４９】
また、上記の説明では遮熱板の付いた電球を例にしたが、本発明は遮熱板のない電球に対しても適用することができ、これにより残留歪みの少ない電球を生産することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電球の製造方法によれば、リング状クラックが発生しやすい、ガラスバルブのネック部と発光部との境界部分の肉厚を測定し、その測定値に応じてアニール処理条件を調整するので、アニール処理時のガラスバルブの温度を、その肉厚にかかわらず適正に管理することができる。従って、残留歪みの発生を防止して、ガラスバルブのネック部と発光部との境界部分付近のリング状のクラックの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電球の製造工程の一部を示した側面図である。
【図２】本発明の電球の製造工程の一部を示した側面図である。
【図３】本発明の電球の製造工程の一部を示した側面図である。
【図４】リング状クラックが発生した従来の電球の一例を示した側面図である。
【符号の説明】
１  ガラスバルブ
２  発光部
３  ネック部
４  発光部とネック部の境界
５  ステム
６  フィラメントコイル
７  遮熱板
８  封止済みガラスバルブ
９  アニール装置（ガスバーナ）
１０  排気済みガラスバルブ
１１  完成電球
１２  口金
１３  外径測定機
１４  肉厚測定機
１５  アニール温度自動測定装置
２０  電球
２１  ガラスバルブ
２２  発光部
２３  ネック部
２５  口金
２７  遮熱板
２９  リング状クラック
【図１】
0003570711.tif 000002
【図２】
0003570711.tif 000003
【図３】
0003570711.tif 000004
【図４】
0003570711.tif 000005