(57)【要約】【課題】多様なサイズのものを容易に且つ確実に得ることができる。【解決手段】一端が閉じられた封端面２０となっている大径ガラス管２内にその他端開口から両端が開口する小径ガラス管３を挿入して小径ガラス管３の一端面を大径ガラス管２の封端面２０に溶着するとともに封端面に形成した貫通孔を小径ガラス管の内部空間に連通させて小径ガラス管の上記一端の開口縁を円周状に接合する。管径や長手寸法に汎用性があり、大幅な装置改造なく、無電極ランプ用封止ガラス管を製造できることができる。【選択図】図１
2008010213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が閉じられた封端面となっている大径ガラス管の他端開口から両端が開口する小径ガラス管を挿入して小径ガラス管の一端面を大径ガラス管の封端面に溶着するとともに封端面に形成した貫通孔を小径ガラス管の内部空間に連通させて小径ガラス管の上記一端の開口縁を円周状に接合することを特徴とする無電極ランプ用封止ガラス管の製造方法。
【請求項２】
小径ガラス管を所要寸法に切断する工程と、小径ガラス管に水銀合金および始動補助部材を固定する窪み部を成形する工程と、大径ガラス管を局所加熱により分割すると同時にその分割部に自己閉塞による封端面を形成する工程と、その大径ガラス管の開放端面側をスカート状に広げたフレア部に成形する工程と、封端面及びフレア部を有する大径ガラス管内部に上記窪み部を有する小径ガラス管を配置して小径ガラス管の一端を大径ガラス管の封端部に溶着する工程とからなることを特徴とする請求項１記載の無電極ランプ用封止ガラス管の製造方法。
【請求項３】
ガラス管の加熱に際し、水平に保持したガラス管を軸回りに回転させつつ非回転部材として設けた加熱部材でガラス管を加熱することを特徴とする請求項１または２記載の無電極ランプ用封止ガラス管の製造方法。
【請求項４】
小径ガラス管の切断工程において、回転するガラス管の予定切断面となる外表面に条痕を加工し、その条痕に外周側から圧力を加えて押し割ることで切断を行うものであり、上記圧力を加えて押し割るにあたり、圧力を加える点から小径ガラス管の両端を支える各支点までの距離を１：１とすると同時に切断後に短寸法になる側を把持固定せずに上記圧力を加えるものであることを特徴とする請求項２記載の無電極ランプ用封止ガラス管の製造方法。
【請求項５】
大径ガラス管の分割及び封端面の形成工程において、回転させた大径ガラス管外面から局所加熱によって分割部位を軟化させた状態で大径ガラス管に軸方向の引張り力を加えるとともに、この引っ張り速度と距離を自己閉塞で形成される封端面中央部に肉溜りを生じさせることを特徴とする請求項２の無電極ランプ用封止ガラス管の製造方法。
【請求項６】
大径ガラス管にフレア部を形成する工程において、開放端面側を加熱軟化させた大径ガラス管内に挿入角度が可変である加工棒を挿入するとともに、上記加熱用の加熱部材にて発生する高温雰囲気の流れが誘導されない側に加工棒を配置し、大径ガラス管を回転させながら加工棒を上記開放端面側に押し当ててフレア部をフレア部を形成することを特徴とする請求項２記載の無電極ランプ用封止ガラス管の製造方法。
【請求項７】
大径ガラス管の封端面に小径ガラス管の一端を溶着接合するにあたり、溶着時に小径ガラス管内部に気体を流入させて接合部に貫通孔を形成し、次いで再加熱を行いながら小径ガラス管を少し引き離すことを特徴とする請求項１または２記載の無電極ランプ用封止ガラス管の製造方法。
【請求項８】
小径ガラス管に通ずる気体流路を閉じた状態で再加熱を行うことを特徴とする請求項７記載の無電極ランプ用封止ガラス管の製造方法。
【請求項９】
大径ガラス管を保持する保持部と、小径ガラス管を大径ガラス管と同軸に保持する保持部と、両保持部を同各速度で回転させる回転駆動部と、両保持部のうちの少なくとも一方を軸方向に動かす軸方向駆動部と、保持部で保持されている大径ガラス管の封端部を加熱する加熱部材と、上記回転駆動部及び軸方向駆動部を駆動して両保持部で保持した大径ガラス管及び小径ガラス管を回転させつつ軸方向駆動によって加熱部材で加熱した封端部に小径ガラス管の一端を溶着接合させる制御部とからなることを特徴とする無電極ランプ溶封止ガラス管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無電極ランプに用いる封止ガラス管の製造方法及びその製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無電極ランプは、外部からの電磁誘導によって内部のガスを放電させて発光させる無電極放電の原理を利用するものであり、上記電磁誘導のためのコイルをバルブの外周に配置した外巻コイル方式と、バルブ内に位置させた封止ガラス管内に配した内巻コイル方式とが存在しているが、内巻コイル方式においては、一端が閉じた大径ガラス管内に小径ガラス管を同軸で配置するとともに小径ガラス管の先端を大径ガラスの上記閉じた一端に接合した封止ガラス管が用いられており、上記コイルは大径ガラス管の内周と小径ガラス管の外周との間の空間に配設される。
【０００３】
この封止ガラス管の製造方法として、特開平９−４５２４５号公報（特許文献１）では通常の蛍光ランプで用いられているステムという部品を流用することが示されている。しかし、ランプ出力の品種拡充により、キャビティサイズの多様性が必要となる場合、上記従来例では対応できない。このために管径や長手寸法に汎用性があって大幅な装置改造なく多様なものを製造できる製造方法が求められている。
【０００４】
また、ステムやキャビティのような封止ガラス品の各部位の形状を形成させるのに必要なガラス加工方法として、ガラス管をカッターによって切断する方法があるが、良好な切断面を得るには切断刃の挿入速度に限界があり、加工時間が長く、その改善のために冷却液体を用いれば切断ワークが汚れてしまう。このために破壊強度を低下させる異物混入が懸念される工程では洗浄が必要となる。
【０００５】
また、気密圧力容器にガラス長尺材を保持し、側圧により切断する方法では、弾性体にガラス管を挿入する際のひっかかりや、弾性体とガラス管の鋭利部の接触による屑や、切断時のガラス粉末の巻き込みでの密着性の低下が問題になる可能性がある。また、気密性を維持するための機構コストが大きく、圧力バランスが切断性能に大きく寄与することから、管径のばらつきによる把持性、圧力伝達管とガラス管との傷など量産加工性に欠ける。
【０００６】
また、加熱によるガラス管分割によって端部を封端面とする手法としては、ガラス管外壁から加熱して軟化した箇所が自己閉塞することで分離することを利用した製造方法が知られている。例えば特開２００１−１８５０３２号公報では回転するチャックで両端把持して、分割位置に局所加熱を行い、ガラス管の軟化時に両端を中央に押してから、引離して気体を注入することで、封端部を肉厚に凸曲面形成して強化することが示されている。この場合、ガラス管内部圧の増加で封端面を精度よく成型するには非常に微妙な圧力調整や温度の均一性が必要である。
【０００７】
また、円盤体やガラス封端部に小径のガラス管を溶着して、その接合部を貫通孔にする手法としては、特開２００１−６６１２号公報において金属捧を内蔵した小径ガラス管で溶着部成型し、冷却後、金属棒を引き抜く方法が提案されているが、高温に晒される金属捧は小径の貫通孔を形成する際に変形を伴うために、使用寿命が懸念されるものであり、また熱伝導度や膨張係数の違いによって成型されるガラス部材にクラック発生の可能性がある。
【０００８】
また、前述のようにガラスを素材とした加工においては、垂直方向でのガラス管の保持は、加熱するとガラス成分中のシリカなどが昇華して近傍の最冷点物体、この場合は加熱点の上方にあるガラス管に凝固する。このようなガラス表面に付着した成分は、後工程においてクラックの起点となる可能性や、汚れによる外観不良の原因となる。
【特許文献１】特開平９−４５２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、多様なサイズのものを容易に且つ確実に得ることができる無電極ランプ用封止ガラス管の製造方法及びその製造製造装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明に係る無電極ランプ用封止ガラス管の製造方法は、一端が閉じられた封端面となっている大径ガラス管の他端開口から両端が開口する小径ガラス管を挿入して小径ガラス管の一端面を大径ガラス管の封端面に溶着するとともに封端面に形成した貫通孔を小径ガラス管の内部空間に連通させて小径ガラス管の上記一端の開口縁を円周状に接合することに特徴を有している。管径や長手寸法に汎用性があり、大幅な装置改造なく、無電極ランプ用封止ガラス管を製造できることができる。
【００１１】
また、小径ガラス管を所要寸法に切断する工程と、小径ガラス管に水銀合金および始動補助部材を固定する窪み部を成形する工程と、大径ガラス管を局所加熱により分割すると同時にその分割部に自己閉塞による封端面を形成する工程と、その大径ガラス管の開放端面側をスカート状に広げたフレア部に成形する工程と、封端面及びフレア部を有する大径ガラス管内部に上記窪み部を有する小径ガラス管を配置して小径ガラス管の一端を大径ガラス管の封端部に溶着する工程とからなるものとすることで、多様性に富んだものへの対応が容易となる。
【００１２】
そして、ガラス管の加熱に際し、水平に保持したガラス管を軸回りに回転させつつ非回転部材として設けた加熱部材でガラス管を加熱すれば、ガラス管の位置決めが簡易であって、ガラス管の加熱の際に昇華したガラス成分がガラス管表面に凝固する領域を小さく抑えることができる。また、加熱部材が非回転であるために配管等を簡略にできる。
【００１３】
小径ガラス管の切断工程において、回転するガラス管の予定切断面となる外表面に条痕を加工し、その条痕に外周側から圧力を加えて押し割ることで切断を行うものであり、上記圧力を加えて押し割るにあたり、圧力を加える点から小径ガラス管の両端を支える各支点までの距離を１：１とすると同時に切断後に短寸法になる側を把持固定せずに上記圧力を加えるものであると、切断面が良好で切断に要する時間を短くすることができる。
【００１４】
大径ガラス管の分割及び封端面の形成工程において、回転させた大径ガラス管外面から局所加熱によって分割部位を軟化させた状態で大径ガラス管に軸方向の引張り力を加えるとともに、この引っ張り速度と距離を自己閉塞で形成される封端面中央部に肉溜りを生じさせると、接合端面部に肉盛が可能となり、封端面に安定した破壊強度が得られることと、ガラス管径に対する加工の自由度が大きくなる。
【００１５】
大径ガラス管にフレア部を形成する工程において、開放端面側を加熱軟化させた大径ガラス管内に挿入角度が可変である加工棒を挿入するとともに、上記加熱用の加熱部材にて発生する高温雰囲気の流れが誘導されない側に加工棒を配置し、大径ガラス管を回転させながら加工棒を上記開放端面側に押し当ててフレア部をフレア部を形成すると、加工棒の温度上昇による寿命低下を防止することができる上に、挿入角度の変更でフレア部の反り曲率半径を制御することができる。
【００１６】
大径ガラス管の封端面に小径ガラス管の一端を溶着接合するにあたり、溶着時に小径ガラス管内部に気体を流入させて接合部に貫通孔を形成し、次いで再加熱を行いながら小径ガラス管を少し引き離すならば、円滑に溶着することができるとともに安定した寸法精度と破壊強度を得ることができる。
【００１７】
上記再加熱は小径ガラス管に通ずる気体流路を閉じた状態で行うと、溶着接合部に括れが生じることを防ぐことができる。
【００１８】
そして本発明にかかる無電極ランプ用封止ガラス管の製造装置は、大径ガラス管を保持する保持部と、小径ガラス管を大径ガラス管と同軸に保持する保持部と、両保持部を同各速度で回転させる回転駆動部と、両保持部のうちの少なくとも一方を軸方向に動かす軸方向駆動部と、保持部で保持されている大径ガラス管の封端部を加熱する加熱部材と、上記回転駆動部及び軸方向駆動部を駆動して両保持部で保持した大径ガラス管及び小径ガラス管を回転させつつ軸方向駆動によって加熱部材で加熱した封端部に小径ガラス管の一端を溶着接合させる制御部とからなることに特徴を有している。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、大径ガラス管の径や長さ並びに小径ガラス管の径や長さに制限を受けることなく封止ガラス管を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図２に本発明によって製造する無電極ランプ用封止ガラス管１の断面図を示す。大径ガラス管２とこの大径ガラス管２内に同軸に配した小径ガラス管３とは一端側において接合されている。また大径ガラス管２の他端側は径が徐々に広くなったフレア部２１が設けられており、小径ガラス管３の外周部には、水銀化合物や暗所始動補助構造体を固定するための窪み３１，３２が形成されている。なお、これらガラス管には硬質ガラス、軟質ガラス、石英ガラス、またはこれらの組合せを主材料とするものを用いることができる。
【００２１】
この封止ガラス管１は、大径ガラス管２の封止端面に小径ガラス管３の一端を接合することによって得ているのであるが、小径ガラス管３は定尺寸法のものを所定寸法に切断することで得る。この切断は図３(a)に示すように、小径ガラス管３を回転させながら、一定の加圧力で円形ダイス３５を小径ガラス管３の外周面に当てることで、小径ガラス管３の外周面に全周にわたる条痕を加工し、次いで条痕加圧力より強い加圧力で円形ダイス３５を条痕の部分に押し当てることで、小径ガラス管３を押し割って、所要の長さのものを得る。この時、小径ガラス管３を押し割る位置と、把持固定する両端の位置までの距離Ｌ，Ｌが等しくなるようにするとともに、切断後に短寸法になる側を把持固定しないことで、良好な破断面を短時間に得られる。
【００２２】
上記距離Ｌ，Ｌを等しくしなくてはならない詳細なメカニズムは不明であるが、上記条件で押し割る場合、上記条痕においてきれいに破断させることができるが、上記条件から外れた条件で押し割った場合、斜めに破断されてしまったり、破断面にかえり部が生じてしまう。
【００２３】
上記の定尺切断作業が終われば、図３(b)に示すように、小径ガラス管３の所要箇所を加熱するとともに押し棒３６を加熱軟化部に押し当てることで、水銀化合物や暗所始動補助構造体を固定するための前記窪み３１，３２を成形する。小径ガラス管３に対する加工はこれで完了である。
【００２４】
一方、大径ガラス管２についてはヒートショックにより切断し、次いで図４に示すように、大径ガラス管２を回転させながら、外面から局所加熱によって分割部位を軟化させた状態で大径ガラス管２の両端または片端を引っ張ることを途中停止を入れながら数回繰り返すことで、分割した分割面に自己閉塞した封端面２０を形成する。
【００２５】
これは、回転させながら加熱することで軟化させたガラスは、表面張力によって管中心部に寄ることを利用した加工法であるが、封端面２０の形成時の加熱形態によって、封端面部の形状は様々なものとなる。
【００２６】
ここでは、分割されて離れて行く両ガラス管２ａ，２ｂに常に追従するように加熱領域を制御することができる加熱部材２５，２５を用いることで、分割した両面に同一形状の封端面２０，２０を形成することができるようにしている。
【００２７】
また上記封端面２０の形状は、図５(a)のような形状であるが、分割動作の際に引張り速度を大きくすると、図３(b)のように角の部分の曲率半径Ｒは小さくなる。これは管を引張る速度を制御することで、封端面２０の角部の曲率半径Ｒを制御できることを意味しており、ここでは大径ガラス管２の長手方向に位置して大径ガラス管２に引っ張り力を加えるアクチュエータとして、位置・速度を制御することができるものを用いて、必要な形状にしている。
【００２８】
また、大径ガラス管２の上記分割工程で注意すべき点は、動作中の加熱領域幅が小さいと封端面２０への肉回りが小さくなって、図４にｔｂで示すように封端面２０の肉厚が薄くなることである。φ２８ｍｍ程度のガラス管であれば、その肉厚は１.５ｍｍであるが、ｔｂ寸法が１ｍｍを下回ると破壊強度が低下してしまう。
【００２９】
封端面２０の肉薄による破壊強度低下を図７に示す。図中ｔｂは封端面２０の厚みが０．５〜１ｍｍの場合、ｔａは封端面２０の厚みが１ｍｍ以上の場合、ｔａ＋ｈは封端面２０の厚みが１ｍｍ以上のものに対してアニール加工を施した場合を示している。所要の厚みを確保することで２倍程度強度が向上しており、またアニールすることで更に６％程度強度が向上している。
【００３０】
このために、上述のように分断のためにガラス管を引っ張る際の引張り速度と停止させる際の距離Ｄとを制御することで、所要の肉厚を確保するのであるが、この時、封端面２０の中央部に肉溜りを大きく形成させている。すなわち、回転中心軸に寄ったガラス肉を溶断しながら封端面２０に戻すことになるように分割中の両瑞がつながった状態の封端面２０，２０の距離Ｄを調整することで封端面２０の中央部に肉溜りが生じるようにしている。封端面２０中央の肉溜りは、後工程の小径ガラス管３との溶着接合時の溶かし込みにおいて、重要な意味を持ち、最終的な破壊強度の向上に寄与する。
【００３１】
なお、上記分割に際しては、図８に示すように、ガラス管の両端において回転速度を異ならせつつ引っ張り力を加えることで、捻り切る動作となるようにしてもよく、この場合、分割に要する時間の短縮が可能である。
【００３２】
分割及び封端面２０の形成が完了した大径ガラス管２に対しては、封端面２０と反対側の開口端に対して前述のフレア部２１を形成する加工を行う。この加工は、加熱軟化させながら回転軸に対して角度αをなしている加工棒２８を開口縁に押し当てることで行うのであるが、この時、加工棒２８は図９に示すように加熱部材２５からの影響を受けにくい図中βの範囲、つまり加熱部材２５から発生する高温雰囲気の流れが誘導されない範囲に配置して行う。温度上昇による加工棒２８の寿命低下を防止することができる。また、加工棒２８としての加工時の挿入角度αを任意に設定することができるものを用いることで、フレア部２１の反りや曲率半径等を制御することができる。
【００３３】
次に封端面２０とフレア部２１とを形成した大径ガラス管２と小径ガラス管３との溶着接合工程について説明すると、図１に示すように、大径ガラス管２をその軸回りに回転させながらその封端面２０を外面側から加熱して中央の肉溜り部を分散させる。その後、小径ガラス管３を大径ガラス管２に挿入してその一端面を封端面２０の内面に接触させる。この時、小径ガラス管３は大径ガラス管２と同じ角速度で軸回りに回転させる。
【００３４】
そして小径ガラス管３内に他端側から空気や窒素などの気体流体を流入させる。この気体によって上記封端面２０には風船状のガラス膜が生じるために、これをカッター３８にて機械的に除去する。この除去により、小径ガラス管３の開口縁が大径ガラス管２の封端面２０につながるとともに小径ガラス管３の内部が封端面２０を貫通した状態となる。この後、封端面２０における小径ガラス管３が溶着接合された部位を再度加熱することで上記貫通状態を維持したまま円錐形状に成形する。
【００３５】
この再加熱に際し、小径ガラス管３を接合部から０.５〜１ｍｍ離す方向へ引くと、円錐形状が良好な対称形状となるとともに稜線は曲線となって、後工程での暗所始動補助物の固定において有利であるとともに、強度的にも応力集中を軽減できるために良好な結果を得ることができる。
【００３６】
図１０(a)は上記大径ガラス管２と小径ガラス管３との溶着接合の際に用いる装置の構造模式図を、図１０(b)は具体的構成を示している。小径ガラス管３を保持する保持部５と、大径ガラス管２を同軸で保持する保持部４とを備えるとともに、両保持部４，５のうちの少なくとも一方（図示例では保持部５）を図中で左右方向となる軸方向に動かすことができ、更に小径ガラス管３内に気体を送り込むことができるものとなっている。気体流路中に配した弁は、封端面２０を貫通させた後の上述の再加熱時には気体流路を閉鎖経路として、図１１に示すように、高温雰囲気が接合部から小径ガラス管３内へ流入することを防止する。ちなみに高温雰囲気が図１２(a)に示すように接合部から小径ガラス管３内へ流入した場合、図１２(b)に示すように溶着部付近に括れを生じさせてしまい、断面２次モーメント及び破壊強度を低下させてしまう。
【００３７】
ところで、大径ガラス管２の加工及び大径ガラス管２と小径ガラス管３との接合加工に際しては、加熱部材２５を用いるが、この加熱部材２５による加熱は、いずれの場合も図１３に示すようにガラス管側を回転させながら行うものとし、加熱部材２５は非回転の状態にあるものとするとともに、加熱部材２５が発生させる加熱エネルギーを自動制御できるようにしている。ガラス管の加熱の際に昇華したガラス成分がガラス管表面に凝固する領域を小さく抑えることができる上に定量管理が行えて安定した加工ができるものであり、また、加熱部材２５は非回転であることから、配管等を簡略にできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態の一例の動作を示す説明図である。
【図２】同上の封止ガラス管の一例の断面図である。
【図３】(a)は同上の小径ガラス管の切断動作の説明図、(b)は小径ガラス管の窪み加工動作の説明図である。
【図４】同上の大径ガラス管の分割及び封端面の形成動作の説明図である。
【図５】(a)(b)は大径ガラス管の封端面側の端部の側面図である。
【図６】(a)(b)は大径ガラス管の封端面側の端部の側面図である。
【図７】厚みと破壊強度の相関に関する説明図である。
【図８】同上の大径ガラス管の分割及び封端面の形成動作の他例の説明図である。
【図９】同上の大径ガラス管へのフレア部の形成用の加工棒を示しており、(a)は左側面図、(b)は側面図、(c)は加工状態の説明図である。
【図１０】同上の大径ガラス管と小径ガラス管の溶着接合の際に用いる装置を示しており、(a)は構造模式図、(b)は側面図、(c)は正面図である。
【図１１】(a)は同上の溶着接合後の再加熱状態を示す側面図、(b)は断面図である。
【図１２】(a)は同上の溶着接合後の再加熱状態を示す側面図、(b)は断面図である。
【図１３】加熱部材とガラス管側機構との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  封止ガラス管
２  大径ガラス管
３  小径ガラス管
２０  封端面 
【図１】
2008010213.tif 000003
【図２】
2008010213.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2008010213.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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