JP4178961B2

JP4178961B2 - 放電管の製造方法、及び放電管

Info

Publication number: JP4178961B2
Application number: JP2003005708A
Authority: JP
Inventors: 清志堤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: JP2004220883A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英ガラス製のガラスバルブの両端部に棒状の電極を封止する放電管の製造方法に関し、詳しくは、ガラスバルブに突起部が形成されないようにした放電管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ストロボの棒状光源などには、硬質の石英ガラス製のガラスバルブを備えた放電管が使用されている。この放電管は図２に示すように、石英ガラス製のガラスバルブ１の両端部に、ビードガラス２，２を介して棒状の電極３，４が封止され、密閉されたガラスバルブ１内に放電ガスが封入されている。石英ガラスは、主に二酸化ケイ素からなるガラスで、紫外から赤外までの光波長領域において高い透過性を示し、熱衝撃に強く、耐熱性に優れている。
【０００３】
電極３，４は、電子を放出するカソード電極３と、電子を受け取るアノード電極４とによって構成されている。カソード電極３は、ビードガラス２を貫通している棒状の端子部５と、該端子部５の内端部に取り付けられ、電子が放出する電極部６とから構成されている。アノード電極４は、ビードガラス２を貫通している棒状の端子部７と、該端子部７の内端部付近に取り付けられたゲッター８とから構成されている。
【０００４】
このような電極３，４は、ガラスバルブ１の両端部を封止するときに加熱されても、溶融しないようなタングステンによって形成されている。すなわち、ガラスバルブ１の材質である石英ガラスは、融点が約2,000℃と高いため、電極３，４は融点が約3,400℃のタングステンによって形成されている。しかし、石英ガラスの熱膨張係数は約0.55×10^-6/℃、タングステンの熱膨張係数は約4.5×10^-6/℃と著しく異なるため、ガラスバルブ１を加熱溶融することによって電極３，４を直接、溶着しようとすると、ガラスバルブ１にクラックが生じてしまう。そこで、電極３，４はビードガラス２を介してガラスバルブ１の両端部に封止される。
【０００５】
ビードガラス２は、中心に電極３，４を貫通する貫通孔が形成され、外径がガラスバルブ１の内径よりもわずかに小さくされ、径方向に熱膨張係数の異なるガラスを多層に積層した構成となっている。すなわち、多層のガラスの熱膨張係数は、中心側が約4.5×10^-6/℃、外側が約0.55×10^-6/℃、中間が中心側から外側へ次第に大きくなるようにされている。そして、ビードガラス２の外側の層の融点は石英ガラスの融点とほぼ同じであり、電極３，４をガラスバルブ１の両端部に封止するときに、ビードガラス２が電極３，４とガラスバルブ１の熱膨張係数の差を吸収し、両者２，１にクラックが生じることなく、ビードガラス２とガラスバルブ１とが溶着されるようにされている。
【０００６】
ここで、このような放電管の製造方法について、図３を参照しながら説明する。放電管は、直線状の本体管９と、該本体管９の中間に接続された分岐管１０とからなる石英ガラス製のＴ字管から製造される。
【０００７】
まず図３（ａ）に示すように、直線状の本体管９の両端部に、電極３，４を貫通した多層のビードガラス２，２を挿入する。そして図３（ｂ）に示すように、該本体管９の両端部を加熱し、該両端部とビードガラス２とを溶融することによって、両者９，２を溶着する。石英ガラスの融点とビードガラス２のガラスの融点とは、ほぼ同じであるから確実に溶着することができ、しかも、ビードガラス２の熱膨張係数は中心側で電極３，４を構成しているタングステンと同じとなるように形成されているため、石英ガラスとタングステンとの熱膨張係数の相違によって本体管９およびビードガラス２にクラックが生じることがない。
【０００８】
その後、図３（ｃ）に示すように、分岐管１０を使用して、本体管９内の空気を排出し、続いて、本体管９内にキセノンガスのような放電ガスを封入する。その後、図３（ｄ）に示すように、分岐管１０と本体管９との接続部分をバーナー１１によって加熱することにより、分岐管１０を本体管９から切断するとともに、切断されて形成される小孔が切断される部分の分岐管１０のガラスによって塞がれ、突起部１２が形成された放電管が完成する。
【０００９】
なお、石英ガラス製の管体部の両端部にペースト状の封着材を塗布し、電極を貫通した軟質ガラス製の一対の封止部に突設した管状突部内に前記管体部の各端部を挿入し、管体部の両端開口と封止部の管状突部とを加熱溶融することにより両者を結合した放電管が特許文献１に開示されている。軟質ガラスの熱膨張係数は、約5.6×10^-6/℃と石英ガラスの約10倍と大きいが、軟質ガラスと石英ガラスのほぼ中間の熱膨張係数の封着材が管体部の両端部と封止部の管状突部との間に介在することにより、両者はクラックが生じることなく結合することができるようにされている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−１９０２７５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、放電管は、石英ガラス製のＴ字管の分岐管１０が切断され、この切断によって形成される小孔が分岐管１０のガラスによって塞がれるものの、突起部１２が形成された形状となっている。しかし、小孔が完全に塞がれないことがあり、そうすると突起部１２からガラスバルブ１内の放電ガスがリークし、放電管が当初から発光しないか、あるいは次第に発光しなくなる。
【００１２】
また、小孔が完全に塞がれていても、突起部１２は、放電管を輸送する時において振動や衝撃などを受けやすく、ガラスバルブ１を破損させる原因となる。さらに、放電管の発光耐久試験において、突起部１２から破損や破壊が発生することがある。そして、放電管を所定位置に取り付けるときは、突起部１２の向きを考慮しなければならず、作業効率が悪いだけでなく、取り付けられた放電管は、突起部１２で他の部分と異なった状態に発光するため、いわゆる配光斑（むら）が生じてしまう。
【００１３】
一方、特許文献１に開示された放電管は、封止部を構成する軟質ガラスと管体部を構成する石英ガラスとの熱膨張係数の差を、両者間に介在する封着材によって吸収し、両者にクラックが生じることなく接合するようにされている。したがって、軟質ガラスと石英ガラスとの熱膨張係数の差を確実に吸収するためには、封着材を厚くしなければならない。しかし、封着材が厚くなると、封止部の外径が大きくなり、放電管を小型化したいという要請に応えることができない。
【００１４】
そこで、本発明は、突起部が形成されていない石英ガラス製のガラスバルブにクラックが生じることなく電極を封止することができ、さらに細径化を図ることを可能にした放電管の製造方法と、それを用いた放電管を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本願発明に係る放電管は、石英ガラス製のメインバルブの端部に、硬質または軟質ガラス製の端部バルブを中継ぎバルブによって溶着した放電管であって、
前記中継ぎバルブは、前記メインバルブ側は前記メインバルブよりも融点が低く、かつ熱膨張係数が高いガラスであり、前記端部バルブ側は前記端部バルブよりも融点が高く、かつ熱膨張係数が低いガラスであって、前記メインバルブ側から前記端部バルブ側に向かって、融点が段階的に低くなり、かつ熱膨張係数が段階的に高くなるように形成されたことを特徴としている。また、前記放電管の製造方法は、石英ガラス製のガラスバルブの両端部に棒状の電極を封止するために、硬質または軟質ガラス製の端部バルブを、石英ガラス製のメインバルブに溶着する中継ぎとして、前記メインバルブ側は前記メインバルブよりも融点が低く、かつ熱膨張係数が高いガラスであり、前記端部バルブ側は前記端部バルブよりも融点が高く、かつ熱膨張係数が低いガラスであって、前記メインバルブ側から前記端部バルブ側に向かって、融点が段階的に低くなり、かつ熱膨張係数が段階的に高くなるように複数のガラスを溶着することによって形成される中継ぎバルブ用いて、ガラスバルブを製造する工程と、一方の端部バルブまたは端部バルブを溶着していないメインバルブの端部に、棒状の電極を封止する工程と、該電極を封止していない端部バルブ内に、硬質または軟質ガラス製であって前記端部バルブと同質のガラスからなり、前記棒状の電極を貫通させたビードガラスを仮止めする工程と、該ビードガラスを仮止めした端部バルブ側から前記ガラスバルブ内の空気を排出した後、該端部バルブ側からガラスバルブ内に放電ガスを封入する工程と、前記ビードガラスを端部バルブに溶着し、該ビードガラスを貫通した棒状の電極を、該端部バルブに封止する工程とを含んでいることを特徴としている。
【００１６】
この放電管の製造方法によれば、まず、中継ぎバルブによって、熱膨張係数が小さく、かつ融点が高い石英ガラス製のメインバルブの両端縁または一方の端縁に、熱膨張係数が大きく、かつ融点が低い硬質または軟質ガラス製の端部バルブを同軸に溶着する。
【００１７】
そして、メインバルブの両端縁に端部バルブを溶着する場合は、例えば、一方の端部バルブを椀形状に溶融することにより、あるいは一方の端部バルブ内にあらかじめ電極を貫通したビードガラスを挿入し、該端部バルブおよびビードガラスを溶融することにより、棒状の電極を片側の該端部バルブに封止する。
【００１８】
一方、メインバルブの一方の端縁にのみ端部バルブを溶着する場合は、例えば、端部バルブを溶着していないメインバルブの端部に、従来と同様、径方向に熱膨張係数の異なるガラスを多層に積層し、かつ中心に電極を貫通したビードガラスを溶着することにより、該電極を封止する。
【００１９】
そして、電極を封止していない端部バルブ側には、電極を貫通したビードガラスを挿入し、しかる後、端部バルブの内面とビードガラスの外面との間に隙間を残してビードガラスを仮止めする。そこで次に、隙間からガラスバルブ内の空気を排出し、そして放電ガスを封入した後、該端部バルブとビードガラスとを溶融することにより、両者を溶着する。このようにすれば、端部バルブとビードガラスの融点および熱膨張係数が同じであることから、端部バルブとビードガラスとはクラックが生じることなく、電極を封止することができるのである。
【００２０】
また、前記各放電管の製造方法にあっては、電子が放出されるカソード電極の電極部はメインバルブ内に配置されることが好ましい。メインバルブを形成している石英ガラスは、耐衝撃性に優れているため、カソード電極の電極部から放出される電子がメインバルブ内に衝突してもガラスバルブが損傷することがないからであり、この方法によって製造された放電管は、初期の特性で発光し続けることができる。
【００２１】
また、前記放電管の製造方法において、前記中継ぎバルブは、一方端が石英ガラス製のメインバルブよりも融点が低く、かつ熱膨張係数が高いガラスであり、他方端は硬質または軟質ガラス製端部バルブよりも融点が高く、かつ熱膨張係数が低いガラスであって、前記メインバルブ側から前記端部バルブ側に向かって、融点が段階的に低くなり、かつ熱膨張係数が段階的に高くなるように複数のガラスからなり、この両端間に、融点及び熱膨張係数が順に僅かずつ異なる継ぎガラスが、複数層溶着することによって形成されることが好ましい。
【００２２】
この放電管の製造方法によれば、前記中継ぎバルブにより、石英ガラスよりも融点がわずかに低く、かつ熱膨張係数がわずかに高いガラスをメインバルブの端縁に溶着し、該ガラスよりも融点がわずかに低く、かつ熱膨張係数がわずかに高いガラスを次々と溶着し、最後に硬質または軟質ガラスよりも融点がわずかに高く、かつ熱膨張係数がわずかに低いガラスを硬質または軟質ガラスに溶着する構成となるため、融点および熱膨張係数の異なる石英ガラス製のメインバルブと硬質または軟質ガラス製の端部ガラスとを同軸に一体化したガラスバルブを製造することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る放電管の製造方法の第１の実施形態について図１を参照しながら説明する。第１の実施形態の放電管の製造方法は、従来のようなＴ字管を使用せず、図１（ａ）に示すように、石英ガラス製のメインバルブ１３の両端縁に中継ぎバルブ１４を介して硬質ガラス製の端部バルブ１５を同軸に一体化したガラスバルブ１６から製造する。
【００２４】
石英ガラスは、融点が約2,000℃、熱膨張係数が約0.55×10^-6/℃であり、硬質ガラスは、融点が約600℃、熱膨張係数が約5.6×10^-6/℃であるため、この融点と熱膨張係数の差を吸収するための中継ぎバルブ１４がメインバルブ１３の端縁と端部バルブ１５の端縁との間に溶着される。中継ぎバルブ１４は、融点および熱膨張係数が石英ガラスと硬質または軟質ガラスとの間で、段階的に異なって順次溶着される複数層の継ぎガラスによって構成されている。
【００２５】
例えば、メインバルブ１３の両端縁に融点が1,800℃、熱膨張係数が約１×10^-6/℃の継ぎガラスを溶着する。そして、該継ぎガラスの他端縁には例えば融点が1,600℃、熱膨張係数が約1.5×10^-6/℃の継ぎガラスを溶着する。このように、性質の異なる継ぎガラスを順次溶着し、最後は例えば融点が800℃、熱膨張係数が約５×10^-6/℃の継ぎガラスを溶着し、この継ぎガラスに端部バルブ１５を溶着する。
【００２６】
このように複数の継ぎガラスを溶着した中継ぎバルブ１４によって、融点および熱膨張係数が大きく異なるメインバルブ１３および端部バルブ１５は、クラックが生じることなく一体化される。また、メインバルブ１３、中継ぎバルブ１４および端部バルブ１５の各内径および外径は同一とされ、これらが溶着されることにより、メインバルブ１３と端部バルブ１５とを同軸に一体化したガラスバルブ１６が製造される。
【００２７】
なお、後工程において、一方の端部バルブ１５を切除しなくてもよいようにするため、一方の端部バルブ１５は他方の端部バルブ１５よりも短くすることが好ましい。
【００２８】
次に図１（ｂ）に示すように、一方の端部バルブ１５にカソード電極１７の端子部１８を封止する。例えば、一方の端部バルブ１５を加熱溶融することにより、該端部バルブ１５が椀形状に変形し、該端子部１８を封止することができる。一方の端部バルブ１５はカソード電極１７の端子部１８を封止するのに必要十分な長さとすることにより、余分な部分を切除する作業が不要となる。
【００２９】
ただし、カソード電極１７の端子部１８を貫通した硬質ガラス製のビードガラス２２を端部バルブ１５内に挿入し、端部バルブ１５とビードガラス２２とを加熱溶融することにより、カソード電極１７の端子部１８を一方の端部バルブ１５に封止することもできる。
【００３０】
しかし、いずれにしてもカソード電極１７の電極部１９は、メインバルブ１３内に配置され、ガラスバルブ１６内が該電極部１９から放出される電子によって損傷しにくいようにされるのが好ましい。
【００３１】
次に、他方の端部バルブ１５内に、図１（ｂ）に示すようにアノード電極２０の端子部２１を貫通したビードガラス２２を配置する。ビードガラス２２は端部バルブ１５と同じく硬質ガラスでのみ形成され、端部バルブ１５の内径よりもわずかに小さな外径とされている。
【００３２】
そして、ビードガラス２２を配置する端部バルブ１５の外周を、複数のバーナー２４によって加熱することにより、当該部分の端部バルブ１５を部分的に狭窄し、隙間２３が残るようにして、ビードガラス２２が当該位置に仮止めされた状態とする。また、ビードガラス２２を貫通したアノード電極２０の端子部２１の内端部は、メインバルブ１３内に位置し、端子部２１の内端側に備えられたゲッター２５が中継ぎバルブ１４内に位置するようにされている。
【００３３】
次に図１（ｃ）に示すように、前記隙間２３からガラスバルブ１６内の空気を排出し、続いて該隙間２３からガラスバルブ１６内にキセノンガスのような放電ガスを封入する。その後、図１（ｄ）に示すようにビードガラス２２の周囲の端部バルブ１５を再びバーナー（図示せず）によって加熱することにより、端部バルブ１５およびビードガラス２２を溶融し、隙間２３を塞ぐ。端部バルブ１５とビードガラス２２は同じ硬質ガラスで形成されているため、両者にクラックが生じることなく隙間２３が塞がれ、アノード電極２０の端子部２１が端部バルブ１５の部分に封止されるのである。
【００３４】
そして最後に、ビードガラス２２を溶着した位置から突出している端部バルブ１５をカッター２６によって切除すると、図１（ｅ）に示すような放電管が完成する。
【００３５】
次に、本発明に係る放電管の製造方法の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の放電管の製造方法は、中継ぎバルブ１４をメインバルブ１３の両端縁ではなく、一方の端縁に溶着し、該一方の端縁にのみ端部バルブ１５を溶着するものである。端部バルブ１５を溶着しない石英ガラス製のメインバルブ１３の他端部には、従来と同様、径方向に熱膨張係数の異なるガラスを多層に積層したビードガラス２（図３参照）によってカソード電極１７の端子部１８を封止する。
【００３６】
ただし、メインバルブ１３の一端側に溶着された端部バルブ１５に、アノード電極２０の端子部２１を貫通したビードガラス２２を配置するなどの後工程は、前記第１の実施形態と同じであるので、その説明は省略する。
【００３７】
なお、本発明は前記実施の形態に限定することなく、特許請求の範囲に記載した技術的事項の範囲内において種々変更することができる。例えば、端部バルブ１５は硬質ガラスに替えて軟質ガラスを使用することができる。また、実施形態で説明した中継ぎバルブ１４の融点や熱膨張係数は一例であって、任意に変更することができることはいうまでもない。
【００３８】
さらに、中継ぎバルブ１４は、端部バルブ１５に溶着し、それをメインバルブ１３に溶着することによって製造することもできる。また、カソード電極１７とアノード電極２０とは、前記とは逆の端部バルブ１５またはメインバルブ１３の他方の端部に封止してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、中継ぎバルブによって石英ガラス製のメインバルブと硬質または軟質ガラス製の端部バルブとを溶着することにより、ガラスバルブが製造され、端部バルブ内に隙間が形成されるようにビードガラスを仮止めし、メインバルブ内の空気を排出し、またメインバルブ内に放電ガスを封入することができるため、従来のようなＴ字管を使用しないで、放電管を製造することができる。
【００４０】
したがって、本発明によって製造された放電管は、ガラスバルブに小孔が形成されることがなく、小孔から放電ガスがリークすることがないため、放電ガスのリークが原因で発光しなくなるという不具合を解消することができる。また、ガラスバルブに突起部が形成されないことにより、放電管を輸送する時において振動や衝撃などを受けにくくなり、ガラスバルブが破損しにくいようにすることができる。また、放電管の発光耐久試験において突起部から破損や破壊が発生することがないようにすることができるため、歩留まりを向上させることができる。さらに、放電管を所定位置に取り付けるときは、突起部の向きを考慮する必要がなく、組立て作業の効率を向上させることができる。そして、放電管は全長に亘って均一に発光するため、品質を向上させることができる。
【００４１】
また、ガラスバルブは石英ガラス製のメインバルブと硬質または軟質ガラス製の端部バルブとが、融点および熱膨張係数が徐々に変化する中継ぎバルブによって溶着されることにより、外径の細い放電管を提供することができ、小型化された各種装置に実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放電管の製造方法の一実施形態であり、（ａ）から（ｅ）は各工程を示す断面図
【図２】従来の放電管の断面図
【図３】従来の放電管の製造方法であり、（ａ）から（ｄ）は各工程を示す断面図
【符号の説明】
１３メインバルブ
１４中継ぎバルブ
１５端部バルブ
１６ガラスバルブ
１７カソード電極
１９電極部
２０アノード電極
２２ビードガラス

Claims

石英ガラス製のメインバルブの端部に、硬質または軟質ガラス製の端部バルブを中継ぎバルブによって溶着した放電管であって、
前記中継ぎバルブは、前記メインバルブ側は前記メインバルブよりも融点が低く、かつ熱膨張係数が高いガラスであり、前記端部バルブ側は前記端部バルブよりも融点が高く、かつ熱膨張係数が低いガラスであって、前記メインバルブ側から前記端部バルブ側に向かって、融点が段階的に低くなり、かつ熱膨張係数が段階的に高くなるように形成されたことを特徴とする放電管。
石英ガラス製のガラスバルブの両端部に棒状の電極を封止する放電管の製造方法であって、
硬質または軟質ガラス製の端部バルブを石英ガラス製のメインバルブに溶着する中継ぎとして、前記メインバルブ側は前記メインバルブよりも融点が低く、かつ熱膨張係数が高いガラスであり、前記端部バルブ側は前記端部バルブよりも融点が高く、かつ熱膨張係数が低いガラスであって、前記メインバルブ側から前記端部バルブ側に向かって、融点が段階的に低くなり、かつ熱膨張係数が段階的に高くなるように形成される中継ぎバルブ用いて、ガラスバルブを製造する工程と、
前記端部バルブの一方または前記端部バルブを溶着していない前記メインバルブの端部に、棒状の電極を封止する工程と、
前記電極を封止していない端部バルブ内に、硬質または軟質ガラス製であって前記端部バルブと同質のガラスからなり、前記棒状の電極を貫通させたビードガラスを仮止めする工程と、
前記ビードガラスを仮止めした端部バルブ側から前記ガラスバルブ内の空気を排出した後、前記端部バルブ側からガラスバルブ内に放電ガスを封入する工程と、
前記ビードガラスを前記端部バルブに溶着し、前記ビードガラスを貫通した前記棒状の電極を、前記端部バルブに封止する工程とを含んでいることを特徴とする放電管の製造方法。