(57)【要約】【課題】過不足のないターン数で巻回されたコイルを有する電極を備えた高圧放電ランプの製造方法を提供すること。【解決手段】電極軸１２０に線材を直接巻回し、電極軸の外周にコイルを設ける。そして、コイルの設けられた電極軸に対し、断面が少なくとも前記コイル外径分の長さを有するスリット状のレーザビームＬＢ１（ＬＢ２）を照射し、電極軸とコイルを切断すると共に、電極軸とコイルの一部を溶融させて両者を接合する。【選択図】          図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極軸にコイルを接合する工程を有する高圧放電ランプの製造方法であって、
電極軸外周にコイルを設ける第１の工程と、
前記コイルの設けられた電極軸に対し、少なくとも前記コイル外径分の長さを有するスリット状断面をしたレーザビームを、前記断面の長さ方向が前記電極軸の軸心と交差するように照射し、電極軸とコイルとを切断すると共に電極軸とコイルの一部を溶融させて両者を接合する第２の工程と、
を有することを特徴とする高圧放電ランプの製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程は、線材を電極軸に直接巻回してコイルを設けることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプの製造方法。
【請求項３】
前記レーザビームの断面形状が略長方形であり、
前記第２の工程では、長辺部分が前記電極軸の軸心と直交するように当該レーザビームを照射させることを特徴とする請求項１または２記載の高圧放電ランプの製造方法。
【請求項４】
前記レーザビームの断面形状が、長手方向中央部分ほど幅狭となる弧状に窪んだ糸巻き状をしており、
前記第２の工程では、前記糸巻き状のレーザビームの前記中央部分が前記電極軸の軸心を通過するように当該レーザビームを照射することを特徴とする請求項１または２記載の高圧放電ランプの製造方法。
【請求項５】
前記第２の工程は、電極軸をその軸心周りに回転させながらレーザビームを照射することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高圧放電ランプの製造方法。
【請求項６】
前記コイルは、１本の線材で１重目が巻かれた後、当該線材を折り返して、２重目が巻かれてなる２重コイルであり、
前記第２の工程では、前記線材の折り返し部分とは反対の自由端寄り部分にレーザビームを照射することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の高圧放電ランプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電ランプの製造方法に関し、特に、電極軸先端部にコイルが装着されてなる電極を有する放電ランプの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧放電ランプには、タングステン製の電極軸先端部に、同じくタングステン製のコイルが装着されてなる電極が多く用いられる。当該コイルは、電極の放熱性を良好にして、電極の過熱を防止する目的で備えられる。
このような構成からなる電極の従来の製造方法（例えば、特許文献１を参照。）を図９に示す。
【０００３】
図９（ａ）〜図９（ｂ）に示すように、先ず、予め所定のターン数に巻回されたコイル２００を電極軸２０２に嵌める。
嵌めただけでは脱落するおそれがあるので、コイル２００の先端部分と電極軸２０２の先端部分を加熱して溶融・接合する。加熱にはプラズマ放電が利用される。すなわち、図９（ｃ）に示すように、電極軸２０２をプラス極に接続し、先端部分に対向した放電電極２０４をマイナス極に接続して、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で放電させる。この放電によって、電極軸２０２とコイル２００の先端部分の一部が溶融して両者が接合されることとなる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−９２３７７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した方法では、コイル２００の溶融量（電極軸２０２の溶融量も）が不安定で、接合後に残存するコイル部分のターン数にばらつきが生じている。
コイルのターン数が設計で設定したものよりも少なくなると、必要な放熱性が確保できずに、電極が過熱ぎみとなる。その結果、電極が溶融飛散し、電極の細りや飛散したタングステンが管壁に付着して早期の黒化を招来する。一方、コイルのターン数が設計で設定したものよりも多くなると、電源投入後の電極の昇温速度が遅くなってランプの立ち上がりが遅れるとともに、所望の温度まで昇温せず定常点灯時においても必要な輝度が得られないといった問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記した課題に鑑み、過不足のないターン数で巻回されたコイルを有する電極を備えた高圧放電ランプを製造することができる方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る高圧放電ランプの製造方法は、電極軸にコイルを接合する工程を有する高圧放電ランプの製造方法であって、電極軸外周にコイルを設ける第１の工程と、前記コイルの設けられた電極軸に対し、少なくとも前記コイル外径分の長さを有するスリット状断面をしたレーザビームを、前記断面の長さ方向が前記電極軸の軸心と交差するように照射し、電極軸とコイルとを切断すると共に電極軸とコイルの一部を溶融させて両者を接合する第２の工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
前記第１の工程では、線材を電極軸に直接巻回してコイルを設けることとしてもよい。
また、前記レーザビームの断面形状を略長方形とし、前記第２の工程では、長辺部分が前記電極軸の軸心と直交するように当該レーザビームを照射させることとしてもよい。
【０００９】
あるいは、前記レーザビームの断面形状を、長手方向中央部分ほど幅狭となる弧状に窪んだ糸巻き状にし、前記第２の工程では、前記糸巻き状のレーザビームの前記中央部分が前記電極軸の軸心を通過するように当該レーザビームを照射するようにしてもよい。
さらに、前記第２の工程では、電極軸をその軸心周りに回転させながらレーザビームを照射することとしてもよい。
【００１０】
また、前記コイルを、１本の線材で１重目が巻かれた後、当該線材を折り返して、２重目が巻かれてなる２重コイルとし、前記第２の工程では、前記線材の折り返し部分とは反対の自由端寄り部分にレーザビームを照射することとしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明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は、高圧放電ランプの一種である高圧水銀ランプを構成する電極の製造装置１０の概略構成を示す図である。
電極製造装置１０は、例えば、図２に示すような高圧水銀ランプ１００の構成部品の一つである電極の製造に用いられる装置である。なお、図２は、発光管１０２のみを、その軸心を含む平面で切断して表した図である。高圧水銀ランプ１００は、図２に示すように、石英で形成された発光管１０２に、一対のタングステン電極（以下、単に「電極」と言う。）１０４，１０６が発光管両端部部分においてそれぞれモリブデン箔１０８，１１０を接続された状態で気密封着されている。モリブデン箔１０８，１１０における前記電極１０４，１０６の接続部位と反対側の部位には、外部モリブデンリード線１１２，１１４が接続されていて、当該外部モリブデンリード線１１２，１１４の一部が前記発光管１０２外部に導出されている。
【００１２】
発光管１０２の放電室（発光空間）１１６内には、発光物質である水銀１１８及び始動補助用としてのアルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガス（不図示）と、併せて沃素、臭素などのハロゲン物質（不図示）が封入されている。なお、前記ハロゲン物質は、いわゆるハロゲンサイクルにより、電極１０４，１０６から蒸発したタングステンを石英発光管内面に付着させることなく電極に戻して発光管黒化を抑制するという機能を果たすために封入されるものである。
【００１３】
図３に上記電極１０４，１０６の拡大図を示す。なお、両電極１０４，１０６は同様の構成であるので、電極１０４の符号を用いて説明する。電極１０４は、円形断面を有するタングステン製電極軸（以下、単に「電極軸」と言う。）１２０と、当該電極軸１２０に巻回されたタングステン製のコイル１２２とから成る。
【００１４】
コイル１２２は、内側が右巻き、外側が左巻きに密着巻きされてなる２重コイルである。なお、内側と外側の巻き方向は、この逆であっても構わない。コイル１２２は、電極軸１２０の先端部１２０Ａから右巻きに巻回されたタングステン線（直径０．２ｍｍ）が電極軸１２０（直径０．４ｍｍ）途中で折り返され、電極軸１２０先端部１２０Ａに向かって左巻きに巻き回されて構成されている。そして、タングステン線の自由端側が電極軸１２０の先端部分と溶融接合されている。なお、コイル１２２の外径は、１．２ｍｍである。
【００１５】
図１に戻り、製造装置１０は、ＹＡＧレーザ発振器１２、ハーフミラー１４、ベントミラー１６，１８，２０、レンズユニット２２，２４、巻き線機５０、およびアシストガス噴出器２６等で構成される。
ＹＡＧレーザ発振器１２は、４００Ｗ級のＹＡＧレーザであり、ピーク出力７５０［Ａ］、パルス周期２８［ｍｓ］、パルス幅１［ｍｓ］（したがって、パルスデューティは、約３．５７％）のパルス発振方式で、レーザビームＬＢを射出する。
【００１６】
ＹＡＧレーザ発振器１２から射出されたレーザビームＬＢは、ハーフミラー１４で２方向に分岐される。分岐後の一方のレーザビームＬＢ１は、ベントミラー１６，１８で光路変更されてレンズユニット２２へ入射する。もう一方のレーザビームＬＢ２は、ベントミラー２０で光路変更されてレンズユニット２４へ入射する。
【００１７】
レンズユニット２２，２４における光学系構成図を図４（ａ）に示す。なお、両レンズユニットは同じ構成を有しているので、レンズユニット２２を例にとって説明する。
図４（ａ）に示すように、レンズユニット２２は、アクロマチックレンズ２８とシリンドリカルレンズ３０とから成り、ベントミラー１８（図１参照）を経由したレーザビームＬＢ１は、この順に各レンズを通過する。これによって、レーザビームはその横断面が長方形をしたスリット状（焦点位置において、幅０．１ｍｍ、長さ１．５ｍｍ）に整形される。なお、長方形断面といっても、レーザビームをシリンドリカルレンズ３０によって一方向にのみ屈折させることにより形成される断面なので、完全な長方形の断面ではなく、この意味において略長方形の断面に整形されるのである。なお、より完全な長方形断面に近づけるために、アクロマチックレンズ２８とシリンドリカルレンズ３０との間に、図４（ｂ）に示すような、長方形の開口部を有するアパーチャ３２を挿入するようにしても構わない。
【００１８】
横断面形状が上記のようにスリット状に整形されてなるレーザビームＬＢ１は、図５（ａ）に示すような向きで、コイルの設けられた電極軸に照射される。すなわち、レーザビームの略長方形断面の長さ内にコイルがすっぽりと入り、長手方向が（長方形の長辺が）電極軸の軸心と直交するように照射される。その際の焦点位置は、電極軸の軸心にほぼ合致させる。また、レーザビームは２０ショット（５６０ｍｓ＝２８×２０）分照射される。
【００１９】
図６、図７は、巻き線機５０による線材の電極軸への巻き線工程およびレーザビームによる切断・接合工程を示す図である。
図６（ａ）に示すように、巻き線機５０は、電極軸繰出し部（以下、単に「繰出し部」と言う。）５２および線材巻回部（以下、単に「巻回部」と言う。）５４とを有す。
【００２０】
繰出し部５２は、電極軸となるタングステン棒（金属棒）を案内すると共に把持するチャック手段５６とコイルの巻き数を調整する巻き数調整手段５８とを有する。チャック手段５６は、タングステン棒ががたつくことなく滑らかに通過できる貫通孔５６Ａを有する円柱体をしている。巻き数調整手段５８は、有底円筒状をしており、前記チャック手段５６に外挿されている。巻き数調整手段５８に開設されている孔５８Ａは、タングステン棒の外径よりも若干大きめに形成されている。
【００２１】
巻回部５４は、前記繰出し部５２から繰出されるタングステン棒の繰出し側端部を支持する支持手段６０とコイルの素材であるタングステン線（線材）を把持する把持手段６２とを有する。支持手段６０は円柱状をしており、その一端面側の中央に有底孔６０Ａを有する。把持手段６２は、紙面に垂直方向に開閉する鋏式の把持手段である。
【００２２】
上記の構成からなる巻き線機５０において、先ず、繰出し部５２からタングステン棒６４が繰出される。タングステン棒６４の先端端面が有底孔６０Ａの底面に当接するまで、当該タングステン棒６４が繰り出されると［図６（ｂ）］、図外のリールからタングステン線６６が送出され、その端部部分が把持手段６２によって把持される［図６（ｃ）］。なお、把持された後のタングステン線には、常に一定の張力が掛けられる。また、巻き数調整手段５８が、巻回部５４側に向かって所定量スライドされ、その位置で固定される［図６（ｃ）］。
【００２３】
続いて、巻回部５４と繰出し部５２とが図６（ｄ）の矢印で示す向きに、同期して回転される。これにより、タングステン線はタングステン棒外周に巻きつけられていく。そして、１重目の巻きつけが進行し、タングステン線の巻きつけ端部（巻き掛け部）が巻き数調整手段５８の端面に当接すると［図６（ｄ）］、タングステン線は折り返されて、２重目の巻きつけが行われる。このとき、タングステン線には、常に張力が働いているため、１重目のコイルはタングステン棒（電極軸）に密着すると共に、２重目のコイルは、１重目のコイルに密着した状態で巻回されることとなる。
【００２４】
そして、所定回数（１重目と２重目の合計巻回数）の回転がなされると、当該回転が停止される［図７（ｅ）］と共に、巻き数調整手段５８が後退して退避する［図７（ｆ）］。これにより、タングステン棒（電極軸）に２重コイルが設けられることとなる。
続いて、線材の折り返し側とは反対側端部付近の矢印Ａで示す位置に、対向する両側からレーザビームが照射されて（図１参照）、コイルとタングステン棒（電極軸）とが切断されると共に、１重目のコイルとタングステン棒（電極棒）とが溶融・接合され、１重目のコイルと２重目のコイル同士が溶融・接合される。
【００２５】
接合状態を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）は、電極軸１２０の軸心を含む平面で切断して、接合状態を示した図である。図３（ｂ）から、電極軸１２０の一部と１重目のコイルの一部とが溶融されて接合されていることが分かる。また、１重目のコイルと２重目のコイルの一部が溶融・接合されていることも分かる。
このときの、コイルおよび電極軸における溶融部分の、電極軸の軸心方向の長さＬ１（以下、「溶融代」と言う。）は、約０．０５ｍｍであり、当該溶融代は安定している。したがって、レーザビームを所望の位置に照射することによって、当該位置で精度良く切断がされると共に、接合がなされることとなる。本願発明者が資料２０個について、レーザビーム照射後に残存するコイルの全長を測定したところ、当該全長のばらつきは±０．０６ｍｍの範囲に収まっていた。
【００２６】
これに対し、従来技術の方法によれば、コイル部分の全長は、±０．１ｍｍの範囲でばらついていた。すなわち、本実施の形態の方法によれば、従来の方法よりも、完成した電極におけるコイルの全長を精度よく制御することができる。換言すれば、設計で定めたコイルのターン数に対し、過不足のないターン数で巻回されたコイルを有する電極の製造が可能となる。
【００２７】
さらに、本実施の形態では、レーザビームを円形断面のままでなく、スリット状に整形した上で照射しているので、以下の効果を有する。円形断面のまま照射すると電極の切断面は円弧状断面を有する溝状になる。この場合。レーザビームの中心が電極軸の軸心からずれると、前記溝状をした断面における最底部から両側の縁までの高さが不均等になる。このようにして製作された電極を用いると、完成した高圧水銀ランプにおける電極間距離（対向配置された両電極の最先端部間の距離）がばらつくことになる。これに対し、本実施の形態では、レーザービームの照射位置が、そのスリット状断面の長手方向（長さ方向）にずれたとしても、電極の切断面の形状はほとんど変わらないのである。その結果、完成した高圧放電ランプにおける、電極間距離が安定することとなる。
【００２８】
また、パルス発振方式によってレーザビームを照射しているので（間欠的にレーザビームを照射しているので）、切断と溶融は、電極軸と交差する方向一気に進行するのではなく、パルスデューティに応じて徐々に進行していくことになる。すなわち、レーザビームが照射された部分の溶融と冷却（固化）を繰り返しながら徐々に切断されることとなる。その結果、所定の張力が掛けられて巻回されているコイルの当該張力がほとんど緩むことなく、コイル同士およびコイルと電極軸間の接合がなされることとなる。これにより、コイル（１重目）と電極軸との密着性、および１重目と２重目のコイル同士の密着性が維持されることとなって、電極軸からコイルへの熱伝導性が良好となり、優れた放熱性が発揮されることとなる。
【００２９】
さらに、対向する２方向からレーザビームを照射しているので、１方向からのみ照射した場合に生じる、いわゆるダレを防止することができる。当該ダレは、レーザビームの照射側とは反対側（レーザビームが抜ける側）の切断端面においてレーザビームが抜ける方向に盛り上がるものである。
次に、矢印Ｂで示す位置にレーザビームが照射されてタングステン棒が切断され、電極が完成する。なお、矢印Ａの位置から矢印Ｂの位置へレーザビームの照射位置の変更は、ＹＡＧレーザ発振器１２を移動させることによってなされる。また、上記２回のレーザビーム照射中は、前記アシストガス噴出器２６（図１参照）からアルゴンガスが噴出される。これにより、タングステン（コイルおよび電極軸）の酸化が防止される。また、当該アシストガスの吹きつけによる冷却効果によって、レーザビーム１ショット（１パルス照射）後における溶融部分の固化が促進されることとなるので、パルス幅を同一とした場合のパルスデューティを大きくすることがでいる。その結果、１回の切断・溶融接合に要する時間を短縮することが可能となる。
【００３０】
その後、タングステン線６６は、矢印Ｃで示す位置で、図示しない刃物によって切断される。把持手段６２による把持が解除されて、残存部分６８はリサイクルへと回される。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下の形態とすることもできる。
（１）上記実施の形態では、コイルを電極軸に接合して電極を完成した後、当該電極一対を発光管に封止することとしたが、これに限らず、以下のようにしても良い。
【００３１】
図８に示すように、中央に１個のコイル１３２が設けられた電極軸１３０の両端部分を発光管１０２に封着する。この場合、電極軸１３０の外周に直接線材を巻回してコイルを設けてもよいし、あるいは、別途用意したコイルを電極軸に外挿するようにしてもよい。なお、図８に示す部材の内、図２に示す部材と同様のものは同じ符号を付して、その説明を省略することとする。
【００３２】
図８に示した状態において、矢印Ｄで示す位置に、上記実施の形態と同様にしてレーザビームを照射することにより、当該位置においてコイル１３２および電極軸１３０を分割（切断）して、一対の電極となすと共に、コイルと電極軸の溶融・接合を行う。
この場合、一気に切断すると溶けて蒸発したタングステンが発光管の内壁に付着して黒化現象を招来する。これを防止するため、以下のようにして切断するようにする。先ず、最初に数パルス分レーザビームを照射してコイル（タングステン）の一部を加熱する。タングステンの溶融温度は約３４００℃なので、これによって、放電室１１６内が相当温度まで昇温する。このとき、同じ放電室１１６に封入されている水銀１１８（沸点温度３５７℃）が蒸気となる。
【００３３】
この状態で、レーザビームをさらに照射してコイル１３２、電極軸１３０を切断する。当該切断の際に蒸発したタングステンは、蒸気となっている水銀に吸着され、内壁に付着するのを防止することができる。
なお、上記のようにする場合には、レーザビームの焦点位置における幅を、最終的に必要な電極間距離（約１ｍｍ程度）よりも若干短めに設定する。
（２）上記実施の形態では、電極軸に線材（タングステン線）を直接巻回してコイルを形成し、当該コイルを当該電極軸外周に設けることとしたが、これに限らず、コイルを別途準備し、電極軸に外挿することにより、当該コイルを電極軸外周に設けるようにしても構わない。
（３）上記実施の形態では、対向する２方向からレーザビームを照射することとしたが、これに限らず、１方向のみでも（電極軸を照射するレーザビームの数は１本でも）構わない。
（４）上記実施の形態ではレーザビームの横断面を略長方形のスリット状に整形したが、レーザビームの横断面形状はこれに限らない。例えば、図５（ｂ）に示すように、長手方向中央部ほど幅狭となる円弧状に窪んだ糸巻き状に整形するようにしても構わない（ＬＢ１０）。当該整形は、図４（ｃ）に示すような、上記糸巻き状の開口部を有するアパーチャ３４を、アクロマチックレンズ２８とシリンドリカルレンズ３０との間に挿入することで実現できる。
【００３４】
なお、この場合には、図５（ｂ）に示すように、糸巻き状のレーザビームの長手方向中央が電極軸１２０の軸心を通過するように、当該レーザビームを照射する。
また、レーザビーム照射中に電極軸１２０をその軸心周りに回転させることとしても良い。この場合、上記実施の形態のように対向する２方向からレーザビームを照射する場合には、照射中に電極軸を少なくとも９０度回転させることとする。また、上記（３）のように１方向から照射する場合には、少なくとも１８０度回転させることとする。このように回転させることにより、電極先端面を略球面に形成することが可能となる。
（５）上記実施の形態では、２重巻きのコイルを用いたが、これに限らず１重巻きとしても構わない。あるいは、３重巻き以上とすることも可能である。
（６）本件発明は、高圧水銀ランプの製造方法に限らず、他の高圧放電ランプ、例えば、メタルハライドランプや高圧ナトリウムランプの製造方法にも適用できることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る高圧放電ランプの製造方法によれば、断面が少なくともコイル外径分の長さを有するスリット状をしたレーザビームの照射によって、電極軸とコイルとが切断されると共に、電極軸とコイルの一部が溶融されて接合されるので、コイルの全長を精度よく制御できる。換言すれば、コイルのターン数を目標のターン数に対して過不足のないものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電極製造装置の概略構成を示す図である。
【図２】高圧水銀ランプの概略構成を示す図である。
【図３】（ａ）は、上記高圧水銀ランプを構成部品である電極を示す図である。
（ｂ）は、上記電極の断面図である。
【図４】（ａ）は、上記電極製造装置におけるレンズユニットの光学系構成図である。
（ｂ）は、上記レンズユニットに用いられ得るアパーチャの一例を示す図である。
（ｃ）は、上記レンズユニットに用いられ得るアパーチャの一例を示す図である。
【図５】（ａ）は、電極軸およびコイルとレーザビームの位置関係を示す図である。
（ｂ）は、電極軸およびコイルとレーザビームの位置関係を示す図である。
【図６】上記電極製造装置の巻き線機による線材の電極軸への巻き線工程の一部を示す図である。
【図７】上記電極製造装置の巻き線機による線材の電極軸への巻き線工程の一部およびレーザビームによる切断・接合工程を示す図である。
【図８】他の製造方法を説明するための図である。
【図９】従来技術に係る製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
６４    タングステン棒（電極軸）
６６    タングステン線（線材）
１２０    電極軸
１２２    コイル
ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ１０    レーザビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004296247.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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