(57)【要約】【課題】電極アセンブリを挿入した石英ガラス管の直管部を封止する時に加熱を石英ガラス管の円周方向にばらつき無く行う。【解決手段】石英ガラス管１０１の中心軸周りに、加熱溶融装置（不図示）の対向するバーナー９が配置される。石英ガラス管１０１の中心軸と交差する方向からバーナー９で加熱を開始し、石英ガラス管１０１をそのセンターＡを中心に回転させながら、石英ガラス管１０１をその中心軸方向に所定の位置まで移動させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の球体部とその両端に形成された直管部とを備え、一対の電極が前記球体部内に対向配置されるように前記電極と金属箔と外部リード線とを含む電極アセンブリが前記直管部に挿入された石英ガラス管からなる超高圧水銀ランプを製造する際、前記直管部を封止する方法であって、
前記電極アセンブリが前記直管部に挿入された石英ガラス管をその中心軸が上下方向を向くように保持し、該石英ガラス管の中心軸と交差する方向から前記直管部を加熱しながら、前記石英ガラス管をその中心軸周りに回転させ、上下方向に移動させる、超高圧水銀ランプの封止方法。
【請求項２】
前記直管部の、前記電極と前記金属箔の接合部分に対応する位置から加熱を開始する、請求項１に記載の超高圧水銀ランプの封止方法。
【請求項３】
前記石英ガラス管の一部を水槽に浸漬した状態で、該石英ガラス管の中心軸と交差する方向から加熱する、請求項１に記載の超高圧水銀ランプの封止方法。
【請求項４】
中空の球体部とその両端に形成された直管部とを備え、一対の電極が前記球体部内に対向配置されるように前記電極と金属箔と外部リード線とを含む電極アセンブリが前記直管部に挿入された石英ガラス管からなる超高圧水銀ランプを製造する際、前記直管部を封止する装置であって、
前記電極アセンブリが前記直管部に挿入された石英ガラス管を保持する保持部と、
前記保持部を上下に移動する昇降装置と、
前記保持部に保持された前記石英ガラス管の周囲に配置された加熱溶融装置と、
前記保持部に保持された前記石英ガラス管をその中心軸周りに回転させる回転駆動装置とを備えた、超高圧水銀ランプの封止装置。
【請求項５】
前記保持部に保持された前記石英ガラス管の一部を浸漬させる水槽を備え、該水槽の上部近傍に前記加熱溶融装置が配置されている、請求項４に記載の超高圧水銀ランプの封止装置。
【請求項６】
前記加熱溶融装置は前記保持部で保持された前記石英ガラス管を挟んで対向するバーナーである、請求項４に記載の超高圧水銀ランプの封止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高圧水銀ランプの封止方法および封止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、プロジェクタに使用する光源として超高圧水銀ランプが定着し、着実に出荷数量を延ばしている。超高圧水銀ランプはその材料や生産方式などから、一般的な水銀ランプなどに比べて非常に高価であるため、プロジェクタの低価格化を担う非常に重要なデバイスである。しかし、プロジェクタの低価格化を実現するのに安価なランプ材料を選択することは、ランプ品質に直接影響するため、安易に実施できない。このため、製造ラインにおける歩留りを向上させてランプ価格を引き下げる必要が生じてくる。
【０００３】
そこで歩留りについて着目すると、現在、ランプの歩留まりを最も悪化させている要因は、ランプ内で対向する電極の精度不具合である。この不具合は、以下の２種類に大別できる。
１）電極間隔（主にランプ中心軸方向）
２）ランプ中心軸に対する電極の偏心（ランプ中心軸と交差する方向）
また、光学系を小さくする為には、ランプの電極間距離を短くしなければならず、その場合、電極間距離の規格は更に厳しくなることが予想される。従って、必然的に製造ラインの歩留まりは悪化する。
【０００４】
ここで、超高圧水銀ランプの一般的な構造および製造方法について説明する。超高圧水銀ランプの構造を図３に、さらにこの製造時における封止方法の概要を図４、５に示す。
【０００５】
超高圧水銀ランプは図３に示すように石英ガラス管１０１からなり、石英ガラス管１０１は中空の球体部１０２と、この球体部１０２の両端に形成された直管部１０３，１０４と、各直管部１０３，１０４に一部が埋設され、球体部１０２内で電極が対向する電極アセンブリとにより構成されている。各電極アセンブリはモリブテン箔１０５の一端にタングステン電極１０６を接続し、もう一端に外部リード線１０７を接続してなる。球体部１０２内の空間には水銀、不活性ガスおよびハロゲンガスが封入されている。
【０００６】
また製法は、まず、中央部に球体部１０２が形成されて両端部に直管部１０３，１０４が形成され、直管部１０３，１０４がそれぞれ開口された石英ガラス管１０１を用意し、一方の直管部１０３の端部を加熱溶融して封止しておく。次に、もう一方の直管部１０４の開口から電極アセンブリを挿入し、直管部１０３内に位置させる。
【０００７】
直管部１０３内に電極アセンブリを挿入した石英ガラス管１０１を、この石英ガラス管１０１の中心軸が上下方向を向くように治具等で保持、固定する。このとき、石英ガラス管１０１の中心軸周りに、加熱溶融装置（不図示）を構成する複数のバーナー１０８が均等に配置されることになる。これらのバーナー１０８からなる加熱溶融装置は上下方向に移動可能で、バーナー１０８が石英ガラス管１０１の周りを回転する構成となっている。
【０００８】
次に、直管部１０３におけるモリブテン箔１０５が挿入された部分をバーナー１０８で加熱溶融する。このランプは通常、発光部となる球体部１０２の上（タングステン電極１０６とモリブテン箔１０５の溶接部分に対応する位置）からバーナー１０８で加熱を開始し（図４）、石英ガラス管１０１を加熱溶融してタングステン電極１０６と封着しながら、バーナー１０８を上昇させていく。バーナー１０８を移動させる速度は、バーナー１０８の熱量や、封止対象物である石英ガラス管１０１などにより大幅に変わるので、通常、バーナー１０８の移動速度や、石英ガラス管１０１に対する加熱位置等を加熱溶融装置側でプログラムできる様にしてある。バーナー１０８を上下させるだけでは、石英ガラス管１０１をその中心軸周りに均一に溶融できない為、バーナー１０８を回転させなければならない。したがって、石英ガラス管１０１の中心軸周りにバーナー１０８を回転させながら所定の位置まで上昇させる（図５）。これにより、直管部１０３における加熱溶融された部分が内側に収縮し、直管部１０３におけるモリブテン箔１０５の周囲の部分が封止され、封止完了となる。
【０００９】
次に、石英ガラス管１０１のもう一方の直管部１０４内に電極アセンブリを配置し、石英ガラス管１０１内を排気しつつ、水銀、不活性ガスおよびハロゲンガスを導入した後、直管部１０４の端部を加熱溶融して封止する。
【００１０】
そして、上述した直管部１０３における封止と同様に、直管部１０４におけるモリブテン箔１０５が挿入された部分を、バーナー１０８を回転しつつ移動させて加熱溶融し、このモリブテン箔１０５の周囲部分を封止する。
【００１１】
以上の工程により超高圧水銀ランプが完成する。
【００１２】
上記従来例の封止は石英ガラス管１０１の中心軸周りにバーナー１０８を回転させる方法であるが、特許文献１および２に開示されているように、バーナー１０８に対して石英ガラス管をその中心軸周りに回転させる封止技術もある。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−１７３５４３号公報（図１〜３）
【特許文献２】
特開平１０−３０２６３６号公報（図１）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示した従来の封止では、石英ガラス管１０１の中心軸周りにバーナーを回転させる方法を採用しているが、この方式の場合、図６で示すように電極の偏心が発生しやすい。
【００１５】
その理由を図７に基づいて説明する。図７は石英ガラス管の中心軸方向から封止工程を見た概要図である。この図に示すとおり、石英ガラス管１０１を中心とした円周上の等間隔の位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにバーナー１０８を配置したときのバーナー回転軸のセンターＢが、石英ガラス管のセンターＡに対して少しでも偏心している場合、石英ガラス管の、バーナーと近い部分は常にバーナーに近くにあり、逆にバーナーと遠い部分は常にバーナーから遠くなる傾向にある。したがって、バーナーが近い部分と遠い部分での、加熱むらが生じて、封止対象物である石英ガラス管が曲がるという結果に至る。石英ガラス管が曲がると、電極も曲がり易くなり、これが、石英ガラス管の両側の直管部の封止で発生した場合、著しく電極が偏心する。また、ランプ中心軸方向の電極間隔の精度も悪くなる。
【００１６】
このように従来の封止方法では電極の精度不具合が多く、歩留りが悪いため、加熱むらが生じない封止方法を発明する必要性が生じていた。
【００１７】
そこで本発明の目的は、上述した実状に鑑み、電極アセンブリを挿入した石英ガラス管の直管部を封止する時に加熱を石英ガラス管の円周方向にばらつき無く行うことができる超高圧水銀ランプの封止方法および封止装置を提供することにある。
【００１８】
なお、特許文献１および２は、電極アセンブリを組み込んだ石英ガラス管の封止方法と、封止後の電極位置精度との因果関係については全く検討しておらず、本明細書に記載の発明はこれらの文献とは大きく相違する。
【００１９】
【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は、中空の球体部とその両端に形成された直管部とを備え、一対の電極が前記球体部内に対向配置されるように前記電極と金属箔と外部リード線とを含む電極アセンブリが前記直管部に挿入された石英ガラス管からなる超高圧水銀ランプを製造する際、前記直管部を封止する方法であって、前記電極アセンブリが前記直管部に挿入された石英ガラス管をその中心軸が上下方向を向くように保持し、該石英ガラス管の中心軸と交差する方向から前記直管部を加熱しながら、前記石英ガラス管をその中心軸周りに回転させ、上下方向に移動させることを特徴とする。
【００２０】
上記の封止方法では、前記直管部の、前記電極と前記金属箔の接合部分に対応する位置から加熱を開始することが好ましい。さらに、前記石英ガラス管の一部を水槽に浸漬した状態で、該石英ガラス管の中心軸と交差する方向から加熱することが好ましい。
【００２１】
また本発明は、中空の球体部とその両端に形成された直管部とを備え、一対の電極が前記球体部内に対向配置されるように前記電極と金属箔と外部リード線とを含む電極アセンブリが前記直管部に挿入された石英ガラス管からなる超高圧水銀ランプを製造する際、前記直管部を封止する装置であって、前記電極アセンブリが前記直管部に挿入された石英ガラス管を保持する保持部と、前記保持部を上下に移動する昇降装置と、前記保持部に保持された前記石英ガラス管の周囲に配置された加熱溶融装置と、前記保持部に保持された前記石英ガラス管をその中心軸周りに回転させる回転駆動装置とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
上記の封止装置では、前記保持部に保持された前記石英ガラス管の一部を浸漬させる水槽を備え、該水槽の上部近傍に前記加熱溶融装置が配置されていることが好ましい。
【００２３】
また前記加熱溶融装置は前記保持部で保持された前記石英ガラス管を挟んで対向するバーナーであることが好ましい。
【００２４】
上記のとおりの発明では、電極アセンブリが直管部に挿入された石英ガラス管をその中心軸が上下方向を向くように保持し、この石英ガラス管の中心軸と交差する方向から、電極アセンブリが挿入された直管部をバーナー等で加熱しながら、石英ガラス管をその中心軸周りに回転させたことにより、バーナー等の近い部分と遠い部分は、常時、回転によって入れ替わるという現象が起こる。このため、加熱むらが無く、石英ガラス管の円周方向は均一に加熱される。この結果、石英ガラス管の曲がりは抑制され、電極の精度不具合が生じにくい。したがって、ランプ製造過程での歩留りが上がり、製品価格も低下する。
【００２５】
【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て説明する。
【００２６】
図１は本発明の実施の形態による、超高圧水銀ランプの製造装置を示す概略構成図である。
【００２７】
図１に示すランプ製造装置は、封止対象物である石英ガラス管１０１を保持する保持部と、保持部を上下に移動する昇降装置と、石英ガラス管１０１の周囲に配置された加熱溶融装置と、石英ガラス管１０１の保持部を回転させる回転駆動装置と備えている。石英ガラス管１０１の保持部はチャック２を備えた機器（例えばエアチャック）であり、チャック２で石英ガラス管１０１の一端を挟み、石英ガラス管１０１の中心軸が上下方向を向くように保持する。チャック２は回転駆動装置であるチャック回転モータ３に取り付けられ、回転可能となっている。
【００２８】
チャック回転モータ３は支持部材５に取り付けられており、支持部材５はスプライン軸４の回転に伴い上下方向に移動する。スプライン軸４は、台座７に固定されたサーボモータ６により回転可能となっている。このような昇降装置は、位置決め精度の高いサーボモータ６が望ましいが、ステッピングモータやエアシリンダ等でも良い。
【００２９】
また、台座７には石英ガラス管１０１を浸漬させる水槽８が設置され、水槽８の上部近傍に加熱溶融装置であるバーナー９が、チャック２で保持された石英ガラス管１０１を挟んで対向して配置されている。本例では２個の対向するバーナーを設置したが、１個のバーナーもしくは、２個以上の複数のバーナーを設けてもよい。すなわち、石英ガラス管１０１を中心とする円周方向において、本例のように２個のバーナーを１８０度で対向配置する以外に、４個のバーナーを互いに９０度をなすように配置して対向させたり、６個のバーナーを互いに６０度をなすように配置して対向させたりしてもよい。
【００３０】
次に、この製造装置を用いた超高圧水銀ランプの製造方法について説明する。なお、ここの説明では超高圧水銀ランプの構成部品を示す図３中の符号を流用する。
【００３１】
まず、直管部１０３，１０４がそれぞれ開口された石英ガラス管１０１を用意し、一方の直管部１０３の端部を加熱溶融して封止しておく。そして、もう一方の直管部１０４の開口から電極アセンブリを挿入し、直管部１０３内に位置させる（図４参照）。
【００３２】
直管部１０３内に電極アセンブリを挿入した石英ガラス管１０１を、この石英ガラス管１０１の中心軸が上下方向を向くようにチャック２で保持する。このとき、石英ガラス管１０１の中心軸周りに、加熱溶融装置（不図示）の対向するバーナー９が配置されることになる。
【００３３】
次に、サーボモータ６によりスプライン軸４を回転させることで、支持部材５に支持されたチャック２が保持する石英ガラス管１０１を上下方向に移動させ、石英ガラス管１０１の一部を水槽８に浸漬するとともに、発光部となる球体部１０２の上（タングステン電極１０６とモリブテン箔１０５の溶接部分に対応する位置）をバーナー９に対向させる。この位置から、石英ガラス管１０１の中心軸と交差する方向にバーナー９で加熱を開始し、チャック回転モータ３によりチャック２と共に石英ガラス管１０１を回転させながら、サーボモータ６により石英ガラス管１０１を所定の位置まで下降させていく。これにより、直管部１０３における加熱溶融された部分が円周方向に均等に収縮し、直管部１０３におけるモリブテン箔１０５の周囲の部分が封止され、封止完了となる（図５参照）。
【００３４】
次に、石英ガラス管１０１のもう一方の直管部１０４内に電極アセンブリを配置し、石英ガラス管１０１内を排気しつつ、水銀、不活性ガスおよびハロゲンガスを導入した後、直管部１０４の端部を加熱溶融して封止する。
【００３５】
そして、上述した直管部１０３における封止と同様に、直管部１０４におけるモリブテン箔１０５が挿入された部分を、石英ガラス管１０１を回転しつつ移動させてバーナー９で加熱溶融し、このモリブテン箔１０５の周囲部分を封止する。
【００３６】
以上の工程により超高圧水銀ランプが完成する。
【００３７】
このように本実施形態では、封止対象物である石英ガラス管１０１を保持しているチャックを回転させる方法を採用した。この場合、図２に示す通り、バーナーの近い部分（Ｃ点）と遠い部分は、常時、回転によって入れ替わるという現象が起こる。したがって、加熱むらが無く、石英ガラス管１０１の円周方向は均一に加熱され、結果として石英ガラス管１０１の曲がりは抑制される。また、この封止方式においては、加熱途中に電極先端が、発光部（球体部１０２）中央に向き易いという傾向にある。
【００３８】
その結果、電極の偏心に関しては、下記の表１の様に大幅に改善される。この偏心が大きいと、電極間距離（ちなみに、電極間距離とは図６に示した電極先端の最短距離であり、図中のＸ、Ｙから算出する。）も大きくなるので、偏心が改善されれば、自動的に電極間隔の精度も改善される（表２）。電極間隔はそのまま製品の歩留まりであり、規格が±０．１５ｍｍとした場合に、不良率は従来技術と比較し、約１割改善する。今後、電極間隔がさらに短くなってくれば、規格は±０．１０ｍｍ程度になることも十分予想され、その場合は、約３割の改善効果が得られることが分かる。
１）偏心の改善（定義：図６において上下電極先端の左右方向のずれで最も大きい値）
【００３９】
【表１】
2004342497.tif 000003
２）電極間距離の改善（定義：図６において上下電極先端距離で最も大きい値）
【００４０】
【表２】
2004342497.tif 000004
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、中空の球体部とその両端に形成された直管部とを備え、一対の電極が前記球体部内に対向配置されるように前記電極と金属箔と外部リード線とを含む電極アセンブリが前記直管部に挿入された石英ガラス管からなる超高圧水銀ランプを製造する際、特に前記直管部を封止する場合、前記電極アセンブリが前記直管部に挿入された石英ガラス管をその中心軸が上下方向を向くように保持し、該石英ガラス管の中心軸と交差する方向から前記直管部を加熱しながら、前記石英ガラス管をその中心軸周りに回転させ、上下方向に移動させることにより、加熱を石英ガラス管の円周方向にばらつき無く行うことができる。この結果、石英ガラス管の曲がりは抑制され、電極の精度不具合が生じにくいので、ランプ製造過程での歩留りが上がり、ランプ価格を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による、超高圧水銀ランプの製造装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態として、超高圧水銀ランプを構成する石英ガラス管の中心軸方向から封止工程を見た概要図である
【図３】超高圧水銀ランプの一般構造を示す断面図である。
【図４】超高圧水銀ランプ製造時における一般の封止工程の一部を示す概要図である。
【図５】超高圧水銀ランプ製造時における一般の封止工程の一部を示す概要図である。
【図６】超高圧水銀ランプの従来の封止工程後の電極周辺部を拡大した断面図である。
【図７】超高圧水銀ランプを構成する石英ガラス管の中心軸方向から従来の封止工程を見た概要図である。
【符号の説明】
２    チャック
３    チャック回転モータ
４    スプライン軸
５    支持部材
６    サーボモータ
７    台座
８    水槽
９    バーナー
１０１    石英ガラス管
１０２    球体部
１０３，１０４    直管部
１０５    モリブテン箔
１０６    タングステン電極
１０７    外部リード線
【図１】
2004342497.tif 000005
【図２】
2004342497.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004342497.tif 000009
【図６】
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【図７】
2004342497.tif 000011