放电灯的制造方法

专利名称：放电灯的制造方法
技术领域：
本发明涉及放电灯的制造方法，尤其涉及为了使光源接近点光源而缩短了电极间距离的短弧型放电灯的制造方法。
背景技术：
近年来，对液晶投影器和使用DMD(数字微镜装置)的投影器等实现向大屏幕上显示的投影器进行了各种研究。作为这种投影器的光源，人们注意到了为了使得光源更接近点光源而缩短了电极间距离的短弧型的高压水银灯等放电灯。
作为这种放电灯的制造方法，例如，在专利3330592号公报中揭示了下述方法，即、将包含成为放电灯的一对电极的电极构造部分的电极组装体插入具有发光管部和侧管部的放电灯用的玻壳内，并将上述侧管部密封住，形成电极构造部分位于其内部的发光管，之后，选择性地熔融切断上述电极构造部分的一部分，由此，制造在发光管内形成一对电极的放电灯。
在上述放电灯的制造方法中，是通过激光照射使构成上述电极组装体的钨棒的规定位置加热熔融，停止激光照射后，电极材料从靠近电极基部的部分开始缓慢冷却时，因表面张力的作用，钨棒被切断(利用这种工艺方法进行的切断，称作“熔融切断”、或简单地称作“熔断”)。
在利用该熔断的放电灯的制造方法中，为了批量生产放电灯，优选地，至多用两次激光照射形成一对电极。即，用第1次激光照射将上述电极组装体的规定位置熔断并且将1个电极的前端部加工成半球状，用第二次激光照射将另1个电极的前端部加工成半球状。但是，根据本申请发明者们的研究得知，用第1次激光照射加工哪1个电极的前端部是难以控制的。不清楚哪1个电极的前端部加工了，这使得操作者不知道对哪1个电极进行第2次激光照射才好，因此，这在现实中制造放电灯时成为大问题。
本发明是鉴于上述问题而开发成的，目的在于提供一种放电灯的制造方法，这种放电灯的制造方法，是通过从发光管外部照射激光，将电极组装体的规定位置熔断，由此制造形成有一对电极的放电灯，这种放电灯的制造方法，可适当地控制用第1次激光照射加工哪一个电极前端部。

发明内容
为了达到上述目的，本发明的放电灯的制造方法，是将包括成为一对电极的棒的电极组装体，插入具有发光管部、和形成于该发光管部两端部上的两个侧管部的放电灯用玻壳内，分别将上述二个侧管部密封之后，从上述玻壳的外部照射激光，将上述电极组装体的一部分熔融切断，由此制造形成有一对电极的放电灯，其特征在于，该放电灯的制造方法包括第1激光照射工序，即、相对于上述电极组装体的规定位置，从与垂直于该电极组装体的轴向的面之间具有大于0°的规定角度(θ1)的方向照射激光，由此，对电极组装体的一部分进行熔融切断，并且，对熔融切断所形成的一对电极中的一个电极的前端部进行熔融加工。
本申请的发明者们，首先尝试从电极组装体的正侧面进行激光照射，将电极组装体的规定部分熔断。即，从图1所示的电极组装体的电极构造部分42的正侧面照射激光60使其熔断[图1(a)]，结果明确了不能适当地控制熔融的电极材料向哪1个电极侧移动的问题[图1(b)和图1(c)]。这种情况下，由于不明白用第1次激光照射将哪1个电极的前端部加工成半球状，因此，即使想用第2次激光照射将另1个电极的前端部加工成半球状，但不清楚对哪1个电极进行第2次激光照射才好，这在批量生产时成为大问题。为了应对这个问题而进行了潜心研究的结果，开发了上述本发明的放电灯的制造方法。
即，根据上述本发明的放电灯的制造方法，可准确地控制将哪1个电极前端部加工成半球状，因此，对哪1个电极进行第2次激光照射才好的问题也清楚了。
上述规定角度θ1为约45°以下较理想。另外，角度θ1的下限只要大于0°即可，5°以上则更理想。角度θ1太大，激光接触电极组装体时的点形状变成长圆形，因此，用于熔断的加热有可能不足，由于构成发光管的玻璃材料的透镜效果，激光的能量效率方面也可能出现问题，因此，设为约45°以下较理想，但是，角度的上限也可根据灯的种类、发光管的材料、形状而变化。根据本申请的发明者的研究，大约5°～15°左右之间比较合适。
优选地，在上述第1激光照射工序中照射激光的上述电极组装体的规定位置是下述位置，即、从上述电极组装体的、存在于分别将上述二个侧管部密封后所形成的发光空间内的部分的两端之间的中央位置C看，所照射的激光的中心轴的位置偏向前端部被加工的上述一个电极一侧。如这样使激光照射的位置从中央偏移，可更可靠地对上述1个电极的前端部侧进行熔融加工。另外，在也许因为激光也有宽度而导致在激光的中心轴的位置与位置C基本一致的情况下，也有不能适当地对所希望的位置进行加工的情况。关于有没有发生这种不合适的情况的可能性和发生的比例等，当然，也可根据电极组装体的构造、即是否有后述的线圈等包覆部件、包覆部件的形状和位置等各条件而变化。
上述制造方法还包括第2激光照射工序，即、对与上述一个电极不同的另一个电极的前端部照射激光，对该另一个电极的前端部进行熔融加工。但是，不局限于此，也可能有用1次激光照射便能完成电极的情况。尤其是在直流点亮的放电灯的情况下，实际上也可考虑用1次激光照射就可以的情况。当然，认为进行第2次照射较理想的情况多。另外，在第2次激光照射时，也可以有角度地对上述另1个电极的前端部进行照射，但是，确认了也可以从正侧面进行照射。不局限于进行2次激光照射的情况，当然，还可进行第3次、或3次以上次数的激光照射，以调整电极前端部的形状。
作为更具体的方法，上述电极组装体是在1根钨棒上分别安装有固定在一对电极各自的前端部上的2个包覆部件的电极组装体，在上述第1激光照射工序中，将上述一根钨棒熔融切断，构成上述一个电极的一侧的钨棒和包覆部件的一部分熔融成一体，并且所形成的一个电极的前端部被熔融加工成大致半球状，在上述第2激光照射工序中，构成另一电极的一侧的钨棒和包覆部件的一部分熔融成一体，并且，可将该另一电极的前端部加工成大致半球状。包覆部件可用线圈状的部件，但是不局限于此，也可以是筒状的部件。
另外，上述一对电极之间的最终距离D大于0mm、4.5mm以下较合适，更理想的是可设定在2mm以下。为此，当然使包覆部件的安装位置、包覆部件和钨棒的直径、激光输出等各条件最佳化是较理想的。


图1是用于对从电极构造部分42的正侧面照射激光60而使其熔断的结果进行说明的图。
图2是用于对本发明实施方式的放电灯的制造方法进行说明的图。
图3是表示形成密封部20、20’之后的发光管10的图。
图4是表示在发光管10内形成了一对电极12和12’的放电灯100的图。
图5(a)是表示从应使熔断部位18熔断的发光管10的外部，向熔断部位18照射激光60时的状态的图。
图5(b)是表示发光管10的图4(a)的线段C部分的剖面的图。
图6是用于对第1次照射激光时的照射位置进行说明的图。
图7是表示第2次照射激光的状态的图。
图8是表示形成电极12之后的状态的图。
图9是表示本发明的变形例的电极组装体的构造的一例的图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的放电灯的制造方法的实施方式进行说明。图2～图4，是用于说明作为本发明的实施方式的放电灯的制造方法的一例的高压水银灯的制造方法的图。
本实施方式中，首先如图2所示，准备好放电灯用玻壳(以下简称玻壳)50、和包括成为放电灯的一对电极的电极构造部分42的1个电极组装体40，之后，将电极组装体40插入玻壳50内。
玻壳50具有成为放电灯的发光管的近似球形的发光管部10、和从发光管部10延伸的侧管部22。侧管部22的一部分是成为放电灯的密封部的部分。玻壳50，通过例如卡盘52进行保持并固定住即可。本实施方式中，将玻壳50保持在水平方向上，但是，也可保持在铅直方向上。
玻壳50由例如石英玻璃制成，本实施方式用的玻壳50的发光管部10的内径为6mm、玻璃厚3mm，侧管部22的内径为3.4mm、长度方向的长度分别为250mm。电极组装体40，包括构成电极构造部分42的一根钨棒16、以及与一根钨棒16的两端接合的金属箔24和24’。金属箔24、24’可由例如钼箔构成。钨棒16是成为放电灯的一对电极各自的电极轴的部分。钨棒16的长度为例如20mm左右，其外径为例如0.4mm左右。在钨棒16的中央部分，具有要在后步工序中熔断的熔断部位18。钨棒16中位于熔断部位18外侧的部位，是成为电极前端的部分，本实施方式中，在该部分上安装有作为包覆部件的线圈14、14’。本实施方式中，线圈14与线圈14’各自的放电侧前端部彼此间的间隔大约为1mm～1.5mm，这种情况下最终的电极间距离D约为1mm。
当将线圈14和线圈14’安装在钨棒16上时，在形成线圈14和14’使得卷绕形成后的线圈14和14’的内径比钨棒16的直径小之后，将钨棒16压插到该线圈中。钨棒16和线圈14及14’之间的紧贴程度均匀，在后步工序中，用例如激光照射将熔断部位熔断时，线圈部分的散热量基本一定，因此，用相同的激光输出进行加工后的电极等的状态不容易产生离散。当然不局限于压插，也可将线圈14和14’的内径扩大，在插入钨棒16之后，通过例如电阻焊进行安装。
线圈14和14’，在制造好的放电灯中具有防止亮灯时的电极前端部过热的功能。因此，作为包覆部件不一定局限于线圈状的部件，也可安装例如圆筒状的部件。另外，安装有线圈14和14’的部分的外径为例如1.4mm左右。本实施方式中，由于成为一对电极的电极构造部分42是由一根钨棒16构成的，因此，一对电极的中心轴从最初就可一致。钨棒16和金属箔24、24’分别通过熔接进行接合。金属箔24、24’可设成例如矩形的平板，尺寸进行适当调整即可。在与钨棒16接合的部分相反的一侧，用熔接方法接合有例如由钼构成的外部导线30。
电极组装体40的插入，是以电极构造部分42位于玻壳50的发光管部10内的方式进行的。接着，使玻壳50的侧管部22与电极组装体40的一部分(金属箔24、24’)紧贴，由此，形成放电灯的密封部20、20’(见图3)。侧管部22与金属箔24的紧贴(密封)，按已知的方法进行即可。例如，使玻壳50成为可减压的状态之后，对玻壳50内进行减压(例如，20KPa)。在该减压状态下，一边用卡盘52使玻壳50旋转、一边用燃烧器加热玻壳50的侧管部22使其软化时，侧管部22和金属箔24紧贴从而可形成密封部20。
如果在形成一侧的密封部20之后，形成另一侧的密封部20’之前，将放电灯的发光物质导入玻壳50的发光管部10的内部，则可较简单地进行发光物质的导入。当然，也可在形成密封部20和20’之后，在发光管部10上开孔并导入发光物质，导入后再将孔堵住。
本实施方式中，向发光管部10的内部导入作为发光物质的水银(例如150～200mg/cm3左右的水银)118、和5～20Kpa的稀有气体(例如氩)、和少量的卤素(例如溴)。卤素，不局限于单体(例如Br2)，也可以以卤素前驱体的形态封入，本实施方式中溴是以CH2Br2的形态封入的。封入后的卤素(或者是从卤素先驱体产生的卤素)，在灯工作时具有进行卤素循环的作用。
形成密封部20、20’后，如图3所示得到在密闭的发光空间15内配置有电极构造部分42的发光管10。下面，通过有选择地切断位于发光管10内的上述熔断部位18，便可形成具有规定的电极间距离D(见图4)的一对电极12、12’。本实施方式中，如后所述通过从外部照射激光，便可将电极12、12’的前端部加工成半球状。然后，切断玻壳50使得密封部20、20’成为规定的长度，由此，如图4所示，得到在发光管10内形成有一对电极12、12’的放电灯100。
本实施方式的放电灯的制造方法的一个特征在于，在为了将上述熔断部位18熔断而从发光管10的外部向熔断部位18进行第1次激光照射时，从与大致垂直于钨棒16的轴向的面S1[见图5(a)]具有规定角度θ1的方向照射激光60。图5是表示这时的状态的图。
如图5(a)所示，在本实施方式中，为了将熔断部位18熔断而进行第1次激光照射时，从与垂直于电极组装体的轴向的面S1具有规定角度θ1的方向照射激光60。图5(b)，是表示发光管10在图5(a)的面S1部分上的剖面的图，表示激光60从发光管10的水平方向正侧面进行照射的情况，但是，激光的照射方向不局限于该例，只要与面S1具有规定的角度，便可获得本发明的效果。这时，通过从具有第1角度θ1的方向照射激光60，熔断部位18被熔断，钨棒16和线圈14’的一部分熔融成一体，如图5所示，在形成的电极12’的放电侧前端部被加工成半球状的情况下，可以控制加热熔融的钨棒16的一部分形成一对电极12和12’(见图6)中的哪1个，因此，可谋求解决上述详细说明的制造上的问题。
规定的角度θ1的具体值为大于0°、约45°以下较理想。该角度太大时，激光与钨棒16接触时的点形状变成长圆形，因此，用于熔断钨棒16的加热可能不充分，除此之外，根据发光管10的形状，还可能有石英玻璃的透镜效果的影响。根据本申请的发明者们的研究，为了更加合适，确认设定为5°以上、约15°以下比较理想。
关于照射激光60的位置，如图6所示，从电极组装体中存在于发光空间内的部分的两端之间的中央位置C看，照射的激光60的中心轴61的位置，是偏向前端部被加工的电极一侧的位置(在图6的例子中，中央C与中心轴61之间偏移距离Δ，但不局限于距离Δ)较理想。由于这样，在一对电极部分之间，表现出停止激光照射之后的电极组装体的冷却程度不同的现象。即，由于热量通过钨棒16、16’散掉，因此，从电极基部开始缓慢冷却，但是，如上述那样因位置偏移，所以可推测包含线圈14的一侧的电极部分温度更容易降低，容易因表面张力而引起电极组装体熔断。
通过以上说明的激光照射，钨棒16和线圈14’的放电侧前端部熔融成一体，并且，形成前端部被加工成半球状的电极12’。在本实施方式中，还通过进行第二次激光照射，对相反一侧的电极前端部也进行加工。图7是表示第2次激光照射的状态。
如图7所示，第2次激光照射是朝向线圈14的放电侧前端部，从与大致垂直于钨棒16的面具有角度θ2的方向照射激光60。当然，可确认这时即使从正侧面(相当于θ2＝0°)照射也无妨。因为不存在熔融部分向哪个电极侧移动的问题。
通过第2次激光照射，钨棒16和线圈14的一部分也熔融为一体，并且，形成放电侧前端部被加工成半球状的电极12。图8表示形成电极12之后的状态。形成电极12后的电极间的距离D为大于0mm、4.5mm以下较合适，更理想的是可设为2mm以下。如上述，本实施方式中最终的电极间距离D约1mm。
通过采用以上所述的放电灯的制造方法，容易控制熔断后的钨棒和线圈的部分向哪一个电极侧移动。该效果特别适合于想要批量生产放电灯的情况。
用上述实施方式的制造方法制造的放电灯，可以安装到例如液晶投影器、使用DMD的投影器等图像投影装置上，可作为投影器用光源使用。又，上述放电灯，除了投影器用光源之外，还可作为紫外线分档器用光源、体育场用光源和汽车等的头灯用光源使用。
<变形例>
以上，根据实施方式对本发明作了说明，但是，本发明的内容当然不局限上述实施方式所示的具体例，例如，可考虑下述那样的变形例。
(1)上述实施方式中，电极组装体是使用接合有钼箔24，24’的组装体，但是，也可使用该钼箔24，24’部分也为钨棒的电极组装体。即，可把将线圈等包覆部件安装在一根钨棒上而成的组装体作为电极组装体使用。这种情况下，外部导线30也可用钨棒构成。
(2)上述实施方式中，电极组装体是使用将两个线圈14，14’安装在一根钨棒16上而构成的组装体，但是，电极组装体的构造不局限于此，例如，也可用于不设线圈等包覆部件的、仅使用1根钨棒的情况下。另外，也可应用于使用例如图9所示一例那样的构造的电极组装体的情况。图9所示的电极组装体，是以将2根钨棒16、16’各自的前端部连接起来的方式安装了1个线圈140的电极组装体，用激光照射而将线圈140的规定部分熔断。
(3)上述实施方式中，对用于作为发光物质封入的水银的蒸气压为20MPa左右的放电灯(所谓超高压水银灯)的制造的情况下进行了详细说明，但是，也可用于水银蒸气压为1MPa左右的高压水银灯、和水银蒸气压为1Kpa左右的低压水银灯的制造。又，本发明也可应用于水银灯以外的其他放电灯，例如，也可应用于封入了金属卤化物的金属卤化物灯之类的放电灯。
(4)本发明用于电极间距离D较短的(上述例中为1mm以下)短弧型的放电灯是适合的，但是，不局限于此。另外，不仅交流点亮型的放电灯、而且也可应用于直流点亮型的放电灯。
工业实用性如上述，根据本发明的放电灯的制造方法，第1次照射激光时，通过从具有规定角度θ1的方向进行照射，容易控制熔融的电极材料向一对电极中的哪一侧移动，适合于放电灯的批量生产。
权利要求
1.一种放电灯的制造方法，是将包括成为一对电极的棒的电极组装体，插入具有发光管部、和形成于该发光管部两端部上的两个侧管部的放电灯用玻壳内，分别将上述二个侧管部密封之后，从上述玻壳的外部照射激光，将上述电极组装体的一部分熔融切断，由此制造形成有一对电极的放电灯，其特征在于，该放电灯的制造方法包括第1激光照射工序，即、相对于上述电极组装体的规定位置，从与垂直于该电极组装体的轴向的面之间具有大于0°的规定角度(θ1)的方向照射激光，由此，对电极组装体的一部分进行熔融切断，并且，对熔融切断所形成的一对电极中的一个电极的前端部进行熔融加工。
2.根据权利要求1所述的放电灯的制造方法，其特征在于，上述规定角度(θ1)为约45°以下。
3.根据权利要求1或2所述的放电灯的制造方法，其特征在于，在上述第1激光照射工序中照射激光的上述电极组装体的规定位置是下述位置，即、从上述电极组装体的、存在于分别将上述二个侧管部密封后所形成的发光空间内的部分的两端之间的中央位置(C)看，所照射的激光的中心轴的位置偏向前端部被加工的上述一个电极一侧。
4.根据权利要求1所述的放电灯的制造方法，其特征在于，上述制造方法还包括第2激光照射工序，即、对与上述一个电极不同的另一个电极的前端部照射激光，对该另一个电极的前端部进行熔融加工。
5.根据权利要求4所述的放电灯的制造方法，其特征在于，上述电极组装体是在1根钨棒上分别安装有固定在一对电极各自的前端部上的2个包覆部件的电极组装体，在上述第1激光照射工序中，将上述一根钨棒熔融切断，构成上述一个电极的一侧的钨棒和包覆部件的一部分熔融成一体，并且所形成的一个电极的前端部被熔融加工成大致半球状，在上述第2激光照射工序中，构成另一电极的一侧的钨棒和包覆部件的一部分熔融成一体，并且，可将该另一电极的前端部加工成大致半球状。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的放电灯的制造方法，其特征在于，上述一对电极之间的最终距离D为大于0mm、4.5mm以下。
全文摘要
在对配置在密封的发光空间内的电极组装体的规定位置照射激光来进行熔融切断、由此形成一对电极的情况下，从发光管的外部照射激光、对电极组装体的熔断部位进行加热熔断时，从与大致垂直于电极组装体的轴向的面(S1)之间具有规定角度(θ1)的方向照射激光。由此，可容易地控制熔融的电极材料向一对电极中的哪一侧移动。
文档编号H01J61/06GK1764997SQ20048000803
公开日2006年4月26日 申请日期2004年3月26日 优先权日2003年3月26日
发明者荻野雄一郎, 美浓吉满, 菊地昭夫, 上野浩信 申请人:松下电器产业株式会社