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JP2008034239A - Manufacturing method of ceramic arc tube for high pressure discharge lamp - Google Patents

Manufacturing method of ceramic arc tube for high pressure discharge lamp Download PDF

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JP2008034239A
JP2008034239A JP2006206397A JP2006206397A JP2008034239A JP 2008034239 A JP2008034239 A JP 2008034239A JP 2006206397 A JP2006206397 A JP 2006206397A JP 2006206397 A JP2006206397 A JP 2006206397A JP 2008034239 A JP2008034239 A JP 2008034239A
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ceramic
tube
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pca
laser
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JP2006206397A
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Japanese (ja)
Inventor
Akio Takubo
章夫 田久保
Tetsuya Shimizu
哲也 清水
Yukihiro Hamahata
幸宏 濱畑
Hironori Tatsumi
博則 巽
Masahito Yoshida
雅人 吉田
Yoshiharu Nishiura
義晴 西浦
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent breakage of a ceramic narrow tube in a laser sealing process for performing frit sealing on a feed conductor carrying a W electrode, at a pair of opening ends of ceramic narrow tubes joined to both end of a main tube of a discharge tube made of ceramic materials. <P>SOLUTION: The frit sealing is carried out by means of laser sealing process on the ceramic light emitting tube mounted on a high-pressure discharge lamp, of which tube vessel is composed of the main tube of the discharge tube made of ceramic materials and a pair of ceramic narrow tubes 4 joined to both ends of the main tube, in order to form a pair of ceramic light emitting tube in which a pair of feed conductors 12 carrying W electrodes are frit-sealed at the opening ends 4a of the ceramic narrow tubes. The opening ends and the feed conductors are heated respectively by different laser devices irradiating lights of wavelength having high absorption for respective parts. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、メタルハライドランプ等の高圧放電ランプを構成するための、多結晶体アルミナセラミック材料等からなるセラミック発光管の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic arc tube made of a polycrystalline alumina ceramic material or the like for constituting a high-pressure discharge lamp such as a metal halide lamp.

高圧放電ランプとして、最初に多結晶体アルミナセラミック(PCA)材料の発光管を用いた例は高圧ナトリウムランプであり、これは従来から道路等の屋外照明用の主力光源として普及されてきた。そして、近年では、従来の石英に代ってPCA発光管を用いたメタルハライドランプの開発・展開が活発に進められている。   As an example of a high pressure discharge lamp, an arc tube made of a polycrystalline alumina ceramic (PCA) material is first used as a high pressure sodium lamp, which has been widely used as a main light source for outdoor lighting such as roads. In recent years, metal halide lamps using PCA arc tubes instead of conventional quartz have been actively developed and deployed.

PCA発光管の特長は、従来の石英の約1000℃の耐熱性に対して約1200℃までの高い耐熱性があり、それだけ発光管の管壁負荷をより高く設定できるので、基本的に高効率・高演色性のランプ特性が得られることである。例えば、150Wメタルハライドランプで効率が約97lm/W、一般演色評価数がRa92以上という特性が得られている。そのようなランプは、主に店舗などの商業空間における屋内インテリア照明分野に適用され、従来の石英発光管のメタルハライドランプに代わる省エネルギー光源として普及化が図られている。   The PCA arc tube is characterized by high heat resistance up to about 1200 ° C compared to about 1000 ° C heat resistance of conventional quartz, and the tube wall load of the arc tube can be set higher accordingly, so it is basically highly efficient.・ Lamp characteristics with high color rendering properties can be obtained. For example, a 150 W metal halide lamp has an efficiency of about 97 lm / W and a general color rendering index of Ra92 or higher. Such a lamp is mainly applied to an indoor interior lighting field in a commercial space such as a store, and is widely used as an energy-saving light source replacing a conventional metal halide lamp of a quartz arc tube.

従来技術による典型的なメタルハライドランプのPCA発光管は、管容囲器がPCA材料からなる円筒状の放電本管部とその両端部に接合された一対の細管部から構成されている。発光管の放電本管部の両端には、一対のタングステン(W)電極が設置され、両者は例えばAl−Mo系の導電性サーメットからなる給電体に接合・保持されている。そして、当該給電体は、上記発光管の細管部の開口端部にフリットにより気密封着され、またその管外端部にはニオブNbからなる外部リード棒がそれぞれ接合されている。なお、上記給電体としては、外部リード棒を含む一連のニオブNb棒で構成されたものもある。発光管内には、DyI−TmI−HoI−TlI−NaI系等の金属ハライドからなる発光物質と、緩衝ガスとしての水銀及びアルゴンなどの始動補助用希ガスが封入されている(例えば、特許文献1参照)。 A PCA arc tube of a typical metal halide lamp according to the prior art is composed of a cylindrical discharge main body portion made of a PCA material and a pair of narrow tube portions joined to both ends thereof. A pair of tungsten (W) electrodes are installed at both ends of the discharge main tube portion of the arc tube, and both are joined and held to a power feeder made of, for example, an Al 2 O 3 —Mo based conductive cermet. The power supply body is hermetically sealed with a frit at the opening end portion of the thin tube portion of the arc tube, and an external lead bar made of niobium Nb is joined to the outer end portion of the tube. Note that some of the power feeders are composed of a series of niobium Nb rods including external lead rods. In the arc tube, a light-emitting substance composed of a metal halide such as DyI 3 -TmI 3 -HoI 3 -TlI-NaI and a start-up rare gas such as mercury and argon as a buffer gas are sealed (for example, Patent Document 1).

なお、完成ランプは、上記発光管が石英あるいは硬質ガラスからなる外管バルブの内部に設置され、外管バルブに口金が装着された構成を有する。また、当該ランプは、始動装置内蔵の電子形安定器、あるいは銅鉄形インダクタンス安定器により点灯される。   The completed lamp has a configuration in which the arc tube is installed inside an outer bulb made of quartz or hard glass, and a base is attached to the outer bulb. The lamp is lit by an electronic ballast with a built-in starter or a copper-iron inductance ballast.

上記PCA発光管の製造における主要工程は、管両端の細管部にW電極を保持した給電体を、フリットによって気密封着する際の封着工程である。   The main process in the manufacture of the PCA arc tube is a sealing process when the power feeder holding the W electrodes on the narrow tube portions at both ends of the PCA is hermetically sealed with frit.

従来技術による現行封着工程は、基本的に従来の高圧ナトリウムランでの封着工程に準じた、カーボンあるいはタンタルヒーターによる電熱封着方式に基づくものである。具体的には、まず封着すべきPCA発光管の細管部に、W電極付の給電体とリング状のフリット部材を載せて、これら複数個を並行する細長形の板状ヒーターの内側に設置する。最終的にヒーター加熱によってフリット部材を溶融し、次いで給電体と細管部の隙間に充填せしめることで、細管部に対する給電体の気密封着を行う(例えば、特許文献2参照)。   The current sealing process according to the prior art is basically based on an electrothermal sealing system using a carbon or tantalum heater in accordance with the conventional sealing process with high-pressure sodium orchid. Specifically, a power supply body with a W electrode and a ring-shaped frit member are first placed on a narrow tube portion of a PCA arc tube to be sealed, and a plurality of these are installed inside a long and narrow plate-like heater. To do. Finally, the frit member is melted by heating with a heater, and then the gap between the power feeding body and the thin tube portion is filled, whereby the power feeding body is hermetically sealed to the thin tube portion (see, for example, Patent Document 2).

ところが、従来の電熱封着方式は、種々の問題を抱えてきた。すなわち、上記電熱ヒーターは、基本的に熱慣性を有するために精密な温度制御が難しく、また細長形のために位置的な温度変動幅も比較的大きくなり、従ってPCA発光管毎にフリットの充填状態が変動することになる。この結果、当該封着工程でのPCA細管部の破損及びリーク等の不良発生が比較的多くなり、例えば95%以上の良品歩留の達成が極めて困難であった。また、完成ランプにおける封着部を通じての発光物質の消失や、封着部クラック等の品質問題も発生した。その他に、ヒーターから放出される不純ガスや物質による発光管の汚染から、ランプの始動不良や光束低下などの問題も発生した。   However, the conventional electrothermal sealing method has various problems. That is, the above-mentioned electric heater basically has thermal inertia, so precise temperature control is difficult, and because of the slender shape, the positional temperature fluctuation range is relatively large, so that each PCA arc tube is filled with frit. The state will fluctuate. As a result, the occurrence of defects such as breakage and leakage of the PCA thin tube portion in the sealing step is relatively large, and it is extremely difficult to achieve a good product yield of, for example, 95% or more. In addition, quality problems such as disappearance of luminescent materials through the sealing portion of the finished lamp and cracks in the sealing portion also occurred. In addition, problems such as poor starting of the lamp and lowering of luminous flux also occurred due to contamination of the arc tube by impure gas and substances released from the heater.

以上の状況のなかで、従来の高圧ナトリウムランプ及びPCA管メタルハライドランプで適用されてきた電熱封着方式に代って、新しいCOガスレ−ザあるいはYAGレ−ザによるレ−ザ封着方式が検討されてきた。この方式の特長は、基本的に個々の発光管ごとの精密な温度制御が可能であり、またいわゆるクリーンな封着工程の実現が可能であることである。そして、先行文献には、次のようなレーザ封着装置や封着工程等に関する技術が開示されている。 In the above situation, a new laser sealing method using a CO 2 gas laser or a YAG laser is used in place of the electric heat sealing method which has been applied to the conventional high pressure sodium lamp and PCA tube metal halide lamp. Has been studied. The feature of this method is basically that precise temperature control for each arc tube is possible and a so-called clean sealing process can be realized. The prior art discloses the following technologies related to the laser sealing device, the sealing process, and the like.

まず、本発明が関係するPCA管メタルハライドの製造に用いられる封着装置は、大形のいわゆる真空グローボックスのなかにPCA管保持用のホルダーが設置され、またボックス外に配置された1台のレーザ発振器から分岐された3つの照射ユニットが装備された構成を有する。そして、封着工程では、ホルダーに保持したPCA細管部に、W電極付の給電体(電極棒)とリング状の固形フリット部材を載せる。当該PCA管を回転させながら、封着工程で過熱ぎみになる給電体へのフリットの偏りを抑制するために、レーザ光を固形フリット部材とPCA細管部の2箇所に照射する。但し、PCA細管部には、レーザ光の吸収率の高いMo細管を被せ、且つ2つの照射ユニットからのレーザ光で照射する。(特許文献2参照)
また、上記のようにPCA細管部に給電体を直接封着する代わりに、まずMo細管をPCA細管部に気密接合し、次いで当該Mo細管にW電極付のMo給電体と同質のMoろう部材が設置された封止部をYAGレーザ光の照射により気密接合する、という技術も開示されている(特許文献3参照)。
First, a sealing device used for manufacturing a PCA tube metal halide to which the present invention relates is provided with a holder for holding a PCA tube in a large-sized so-called vacuum glow box, and a single unit disposed outside the box. It has a configuration equipped with three irradiation units branched from a laser oscillator. In the sealing step, a power supply body (electrode bar) with a W electrode and a ring-shaped solid frit member are placed on the PCA thin tube portion held by the holder. While rotating the PCA tube, laser light is irradiated to two places, the solid frit member and the PCA thin tube portion, in order to suppress the bias of the frit to the power supply body that becomes overheated in the sealing process. However, the PCA tubule is covered with a Mo tubule having a high absorption rate of laser light and irradiated with laser light from the two irradiation units. (See Patent Document 2)
Also, instead of directly sealing the power supply body to the PCA thin tube portion as described above, the Mo thin tube is first hermetically joined to the PCA thin tube portion, and then the Mo brazing member is the same quality as the Mo power supply body with the W electrode. There is also disclosed a technique of hermetically bonding a sealing portion in which is installed by irradiation with YAG laser light (see Patent Document 3).

その他、従来の高圧ナトリウムランプについて、PCA管端部にいわゆる閉塞体のニオブキャップとフリット部材が設置された封着部を、セラミック管への吸収率の高いCOガスレーザ放射(波長10.6μm)の照射により気密封着する、という技術が開示されている(特許文献4参照)。
特開平11−273626号公報 特開2000−340118号公報 特開2004−6135号公報 特開昭53−72387号公報
In addition, for conventional high-pressure sodium lamps, a sealing part in which a so-called closed niobium cap and frit member is installed at the end of the PCA tube is used for CO 2 gas laser radiation (wavelength 10.6 μm) with high absorption into the ceramic tube. Has been disclosed (see Patent Document 4).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-273626 JP 2000-340118 A Japanese Patent Laid-Open No. 2004-6135 JP-A-53-72387

本発明者らも、PCA発光管からなるメタルハライドランプの製造方法について、主要な封着工程での良品歩留の向上とランプ品質の改善を図るために、量産対応も可能なレーザ封着方式による封着装置とこれによる封着工程の開発に取り組んだ。   The present inventors also made use of a laser sealing method that can be used for mass production in order to improve the yield of non-defective products and improve the lamp quality in the main sealing process for the manufacturing method of a metal halide lamp comprising a PCA arc tube. Worked on the development of the sealing device and the sealing process.

開発の当初において、封着装置は特許文献2等に開示された従来技術にもとづき設計・製作し、また封着工程も従来技術に準じて規定した。具体的には、まず封着装置は、大形の真空グローボックスのなかにPCA管保持用のホルダー20台を配置し、また2台のCOガスレーザ装置(波長10.6μm)とそれぞれ付帯の照射ユニットを装備したもので構成した。そして、封着工程では、ホルダーに保持したPCA管の細管部にW電極付の給電体と固形フリット部材を設置し、当該PCA管を回転させながら、上記フリット部材と細管部の2箇所にそれぞれレーザ放射を照射することにより、上記給電体の細管部への気密封着を行った。なお、COガスレーザを用いたので、PCA細管部に被せるMo細管は用いなかった。 At the beginning of development, the sealing device was designed and manufactured based on the prior art disclosed in Patent Document 2 and the like, and the sealing process was defined in accordance with the prior art. Specifically, first, the sealing device has 20 holders for holding PCA tubes in a large vacuum glow box, and two CO 2 gas laser devices (wavelength 10.6 μm) are attached to each. Consists of those equipped with an irradiation unit. In the sealing step, a power supply body with a W electrode and a solid frit member are installed in the thin tube portion of the PCA tube held by the holder, and the PCA tube is rotated, and the frit member and the thin tube portion are respectively disposed at two locations. By irradiating with laser radiation, hermetic sealing was performed on the thin tube portion of the power feeder. Since a CO 2 gas laser was used, the Mo tubule that covers the PCA tubule portion was not used.

上記当初のレーザ封着装置及び工程により、PCA管メタルハライドランプの量産試作を行ったところ、最重要問題として、特に給電体が封着されたPCA発光管の細管部において、破損が比較的多く発生することがわかった。例えば、フリット封着工程では不良率8%のうちの実に約6%が細管部破損で占められた。   The mass production trial of the PCA tube metal halide lamp was performed by the above-mentioned initial laser sealing device and process. As the most important problem, damage occurred relatively frequently especially in the narrow tube portion of the PCA arc tube with the power feeder sealed. I found out that For example, in the frit sealing process, about 6% of the defective rate of 8% was occupied by breakage of the thin tube portion.

本発明は、以上の状況に鑑みてなされたものであり、セラミック材料からなる放電本管部の両端に接合された一対のセラミック細管部の開口端部に、W電極を保持した給電体をフリット封着するためのレーザ封着工程におけるセラミック細管部の破損を抑制できるセラミック発光管の製造方法を提供し、これにより主要な封着工程での総合良品歩留の改善を図って、低コストで高品質のメタルハライドランプ等の高圧放電ランプを製造可能とすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and a power feeding body holding a W electrode is fritted at the opening end of a pair of ceramic thin tube portions joined to both ends of a discharge main tube portion made of a ceramic material. We provide a ceramic arc tube manufacturing method that can suppress the damage of the ceramic capillary tube in the laser sealing process for sealing, thereby improving the overall good product yield in the main sealing process at a low cost. The object is to enable the production of high-pressure discharge lamps such as high-quality metal halide lamps.

本発明のセラミック発光管の製造方法は、高圧放電ランプに装備されるセラミック発光管であって、管容囲器が、セラミック材料からなる放電本管部とその両端に接合された一対のセラミック細管部とから構成され、前記セラミック細管部の開口端部に、W電極を保持した一対の給電体がフリット封着されたセラミック発光管を構成するために、前記フリット封着をレーザ封着工程により行う。   A method of manufacturing a ceramic arc tube according to the present invention is a ceramic arc tube equipped in a high-pressure discharge lamp, wherein a tube envelope includes a discharge main body portion made of a ceramic material and a pair of ceramic thin tubes joined to both ends thereof. In order to form a ceramic arc tube in which a pair of feeders holding a W electrode is frit-sealed at the opening end of the ceramic thin tube portion, the frit sealing is performed by a laser sealing step. Do.

上記課題を解決するために、前記フリット封着される前記セラミック細管部の開口端部と前記給電体を、それぞれに対して吸収率が高い波長領域の放射を照射する個別のレーザ装置により加熱する。   In order to solve the above-described problem, the open end of the ceramic thin tube portion to be sealed with the frit and the power feeding body are heated by individual laser devices that emit radiation in a wavelength region having a high absorption rate. .

本発明によれば、基本的にフリット封着されるPCA細管部の開口端部と給電体の温度を個別に精度高く制御することができて、比較的容易に両者間の温度差を確実に低減することが可能となる。したがって、PCA細管部の破損発生を顕著に抑制でき、最終的に主要な封着工程での総合良品歩留を改善できる。   According to the present invention, the temperature of the open end portion of the PCA thin tube portion to be frit-sealed and the power supply body can be controlled with high accuracy individually, and the temperature difference between the two can be relatively easily ensured. It becomes possible to reduce. Therefore, the occurrence of breakage of the PCA thin tube portion can be remarkably suppressed, and the overall good product yield in the main sealing process can be finally improved.

本発明のセラミック発光管の製造方法において、前記レーザ封着工程では、前記セラミック細管部の開口端部およびフリットを遠赤外放射を放出するレーザ装置により加熱し、前記給電体を可視から近赤外放射を放出するレーザ装置により加熱することができる。それにより、実際にフリット封着されるPCA細管部の開口端部と給電体の温度を個別に精度高く制御することができて、フリット封着工程でのPCA細管部の破損発生を顕著に抑制することができる。   In the method for manufacturing a ceramic arc tube of the present invention, in the laser sealing step, the opening end and the frit of the ceramic capillary tube are heated by a laser device that emits far-infrared radiation, and the power feeder is visible to near red. It can be heated by a laser device that emits external radiation. As a result, the temperature of the open end of the PCA narrow tube part and the power feeding body that are actually frit-sealed can be controlled with high accuracy individually, and the occurrence of breakage of the PCA thin tube part in the frit sealing process is remarkably suppressed. can do.

また、上記いずれかの製造方法において、前記セラミック材料として、多結晶体アルミナセラミック(PCA)材料を用いることができる。   In any one of the above manufacturing methods, a polycrystalline alumina ceramic (PCA) material can be used as the ceramic material.

前記レーザ封着工程でのフリット溶融・充填時には、前記セラミック細管部の開口端部の温度Taに対する前記給電体の温度Tbの温度差を、相対比率|Ta−Tb|/Taにして4.5%以下の範囲に規定することが好ましい。それにより、レーザ封着工程でのPCA細管部破損発生率を例えば0.8%以下のレベルまで顕著に抑制でき、そして総合良品歩留も例えば97%以上の高いレベルまで改善できる。   At the time of frit melting and filling in the laser sealing step, the temperature difference of the temperature Tb of the power supply body with respect to the temperature Ta of the opening end portion of the ceramic thin tube portion is set to a relative ratio | Ta−Tb | / Ta to 4.5. It is preferable to prescribe | regulate in the range below%. As a result, the occurrence rate of PCA narrow tube breakage in the laser sealing process can be remarkably suppressed to a level of 0.8% or less, for example, and the total good product yield can be improved to a high level of 97% or more, for example.

また、前記レーザ封着工程におけるフリット充填直後の前記セラミック細管部及び前記給電体の徐冷処理を、前記レーザ装置に隣接して付設された徐冷炉により、前記レーザ封着工程と併行して行うことが好ましい。それにより、フリット充填直後の複数本のPCA管の徐冷処理を順次速やかに行うことができ、レーザ封着工程での生産能率を大幅に高めることができる。   Further, the slow cooling treatment of the ceramic thin tube portion and the power feeding body immediately after the frit filling in the laser sealing step is performed in parallel with the laser sealing step by a slow cooling furnace provided adjacent to the laser device. Is preferred. Thereby, the slow cooling process of the plurality of PCA tubes immediately after the frit filling can be performed promptly and the production efficiency in the laser sealing process can be greatly increased.

上記いずれかの製造方法により製造されたセラミック発光管を備えた高圧放電ランプを構成することにより、低コストで高品質のメタルハライドランプ等の高圧放電ランプが得られる。   By constructing a high-pressure discharge lamp including a ceramic arc tube manufactured by any one of the above manufacturing methods, a high-pressure discharge lamp such as a high-quality metal halide lamp can be obtained at low cost.

以下、本発明の実施の形態について、図1から図6を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1(a)は、本発明の実施の形態におけるランプ入力150WのPCA管メタルハライドランプの発光管の構成を示す断面図である。図1(b)は、同発光管の一部を拡大して示した断面図である。図2は、メタルハライドランプの組立構成を示す断面図である。なお、本実施形態における発光管の構成は、基本的に上述の従来技術による構成に準じたものである。   FIG. 1A is a cross-sectional view showing a configuration of an arc tube of a PCA tube metal halide lamp with a lamp input of 150 W according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view showing a part of the arc tube. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the assembly configuration of the metal halide lamp. The configuration of the arc tube in the present embodiment basically conforms to the configuration according to the above-described conventional technology.

発光管1の管容囲器であるPCA材料からなるPCA管2は、放電領域を囲む放電本管部3と、その両端に接合されたPCA細管部4、5からなる一体もので構成されている。放電本管部3の寸法は、中央円筒部の管内径φi=11.0mm、管外径φo=12.3mm、全長Lo=16.2mmである。PCA細管部4、5の寸法は、管外径3.2mm、孔径1.03mm、全長16.4mmである。   A PCA tube 2 made of PCA material which is a tube envelope of the arc tube 1 is composed of a discharge main tube portion 3 surrounding a discharge region and PCA thin tube portions 4 and 5 bonded to both ends thereof. Yes. The dimensions of the discharge main tube portion 3 are the tube inner diameter φi = 11.0 mm, the tube outer diameter φo = 12.3 mm, and the total length Lo = 16.2 mm of the central cylindrical portion. The PCA thin tube portions 4 and 5 have a tube outer diameter of 3.2 mm, a hole diameter of 1.03 mm, and a total length of 16.4 mm.

発光管1の両端には、それぞれタングステン(W)コイル8、9(単線径0.2mmでコイル巻数5回)とW電極棒10、11(線径0.5mm)からなる一対のW電極6、7(電極間距離Le10mm)が設けられている。そして、外方に延長されたW電極棒10、11の端部には、Al−Mo系の導電性サーメットからなる給電体12、13(外径0.9mm、全長6.0mm)が、それぞれレーザ溶接により接合されている。給電体12、13は、PCA細管部4、5の開口端部4a、5aに、封着部材であるDy−Al−SiO系封着フリット14(重量組成比61%−17%−22%、融点 1350℃)により気密封着されている。給電体12、13の管外端部には、ニオブNbからなる外部リード棒15、16が、同質のNbからなるいわゆる接合管17、18を介してレーザ溶接により接合されている。 At both ends of the arc tube 1, a pair of W electrodes 6 comprising tungsten (W) coils 8 and 9 (single wire diameter 0.2 mm and 5 coil turns) and W electrode rods 10 and 11 (wire diameter 0.5 mm), respectively. , 7 (interelectrode distance Le10 mm). Further, at the ends of the W electrode rods 10 and 11 extended outward, the power feeders 12 and 13 made of Al 2 O 3 —Mo based conductive cermet (outer diameter 0.9 mm, total length 6.0 mm) Are joined by laser welding. The power feeders 12 and 13 are Dy 2 O 3 —Al 2 O 3 —SiO 2 type sealing frit 14 (weight composition ratio 61%) as sealing members at the opening ends 4 a and 5 a of the PCA thin tube portions 4 and 5. -17% -22%, melting point 1350 ° C.). External lead rods 15 and 16 made of niobium Nb are joined to the outer ends of the feeders 12 and 13 by laser welding via so-called joining tubes 17 and 18 made of homogeneous Nb.

発光管1内には、例えば色温度4300Kの品種では組成(DyI19.3%+TmI9.9%+HoI8.7%+TlI8.4%+NaI22.6%)(但し、組成比はwt%)の金属ハライドからなる発光物質19が9mgと、緩衝ガスとしての水銀Hg20が約10mg、始動補助用希ガスとしてのアルゴンAr21が約20kPaそれぞれ封入されている。なお、PCA細管部4、5とW電極棒10、11との隙間22、23には、モリブデンコイル(Mo)24、25がW電極棒10、11に巻かれる形で設けられている。 In the arc tube 1, for example, composition varieties of color temperature 4300K (DyI 3 19.3% + TmI 3 9.9% + HoI 3 8.7% + TlI8.4% + NaI22.6%) ( where the composition ratio wt %) Of a light-emitting substance 19 made of a metal halide, about 10 mg of mercury Hg20 as a buffer gas, and about 20 kPa of argon Ar21 as a start-up rare gas. In the gaps 22 and 23 between the PCA thin tube portions 4 and 5 and the W electrode rods 10 and 11, molybdenum coils (Mo) 24 and 25 are provided so as to be wound around the W electrode rods 10 and 11.

上記発光管1の構成において、PCA細管部4、5への給電体12,13の気密封着に関しては、3つの要点が組み込まれている。これについて、図1(b)の拡大図を参照して説明する。   In the configuration of the arc tube 1, three main points are incorporated regarding the hermetic attachment of the power feeding bodies 12 and 13 to the PCA thin tube portions 4 and 5. This will be described with reference to the enlarged view of FIG.

(1)給電体12、13は、基本的に放電本管部3から約14mm離れたPCA細管部4、5の開口端部4a、5aにフリット封着されている。これにより、ランプ点灯時の封着フリット14の温度が約750℃以下の低いレベルに保たれて、発光物質19による封着フリット14の浸蝕が抑えられている。   (1) The power feeders 12 and 13 are basically frit-sealed to the open end portions 4a and 5a of the PCA thin tube portions 4 and 5 which are separated from the discharge main tube portion 3 by about 14 mm. As a result, the temperature of the sealing frit 14 when the lamp is lit is maintained at a low level of about 750 ° C. or less, and the erosion of the sealing frit 14 by the luminescent material 19 is suppressed.

(2)封着フリット14の充填は、まず給電体12、13とW電極棒10、11の接合部からDmin=0.2mm以上の距離範囲を蓋うように規定されており、これにより発光物質19による給電体12、13の浸蝕も抑えられている。   (2) The filling of the sealing frit 14 is defined so as to cover a distance range of Dmin = 0.2 mm or more from the joint portion between the power feeders 12 and 13 and the W electrode rods 10 and 11. The erosion of the power feeding bodies 12 and 13 by the substance 19 is also suppressed.

(3)封着フリット14の充填は一方で、給電体12、13とW電極棒10、11の接合部からDmax=2.0mm以下の距離範囲を蓋うように規定されており、これにより封着フリット14との熱膨張差によるPCA細管部4,5の破損が防止されている。なお、封着工程においてフリット充填が上記距離範囲を外れたときは、発光管1はフリット充填不良として廃棄されることになる。   (3) On the other hand, the filling of the sealing frit 14 is defined so as to cover a distance range of Dmax = 2.0 mm or less from the joint portion between the power feeders 12 and 13 and the W electrode rods 10 and 11. The PCA thin tube portions 4 and 5 are prevented from being damaged due to a difference in thermal expansion with the sealing frit 14. When the frit filling is out of the above distance range in the sealing step, the arc tube 1 is discarded as a frit filling defect.

完成ランプ26は、図2に示すように、窒素60〜80kPaを封入した硬質ガラスからなる外管バルブ27の内部に上記発光管1が保持され、これに口金28が装着された構成である。また、発光管1の廻りには、外管バルブ破損防止用の石英シールド管29が設けられている。そして、ランプ26は、入力150Wにおいて初期光束14,500lm、効率97lm/W及び平均演色評価数Ra92以上という優れたランプ特性と、定格寿命時間12,000hrsというランプ寿命が得られる。   As shown in FIG. 2, the complete lamp 26 has a configuration in which the arc tube 1 is held inside an outer bulb 27 made of hard glass filled with nitrogen 60 to 80 kPa, and a base 28 is attached to the bulb 1. A quartz shield tube 29 is provided around the arc tube 1 to prevent damage to the outer tube bulb. The lamp 26 has an excellent lamp characteristic of an initial luminous flux of 14,500 lm, an efficiency of 97 lm / W, and an average color rendering index Ra of 92 or more at an input power of 150 W, and a lamp life of a rated life time of 12,000 hrs.

さて、前述のように、開発当初に従来技術(特許文献2参照)に準じたレーザ封着装置及び封着工程により上記PCA管メタルハライドランプ26を量産試作したときに、給電体12、13との封着工程におけるPCA細管部4、5の破損が、約6%の最多割合で発生した。この発生要因を解析したところ、当該破損は、フリット封着される給電体12,13とPCA細管部4,5の両者間での比較的大きい温度差に起因していることを突き止めた。すなわち、前記量産試作での封着工程では、レーザ照射がPCA細管部4、5に収束されて、PCA細管部4、5の温度が給電体12、13より高くなる故に、フリット封着後の冷却されたPCA細管部4、5は、給電体12、13との熱膨張差によって半径外方向への引張応力が印加されることになり、最終的に破損に至ったといえる。なお、当該破損は、図3に模式的に示すように、主にPCA細管部4の縦軸方向に発生した。結局、レーザ照射によるフリット封着工程でのPCA細管部4、5の破損を抑えるには、フリット封着されるPCA細管部4,5と給電体12,13の両者間の温度差を小さくすることが、基本的な必要条件であることが判明した。   As described above, when the PCA tube metal halide lamp 26 is mass-produced by the laser sealing device and the sealing process according to the prior art (see Patent Document 2) at the beginning of development, Damage to the PCA thin tube portions 4 and 5 in the sealing process occurred at a maximum rate of about 6%. As a result of analyzing the cause of the occurrence, it was found that the breakage was caused by a relatively large temperature difference between the power supply bodies 12 and 13 to be frit-sealed and the PCA thin tube portions 4 and 5. That is, in the sealing process in the mass production trial, the laser irradiation is converged on the PCA thin tube portions 4 and 5, and the temperature of the PCA thin tube portions 4 and 5 becomes higher than that of the power feeders 12 and 13. It can be said that the cooled PCA thin tube portions 4 and 5 are finally subjected to a tensile stress in a radial outward direction due to a difference in thermal expansion with the power feeders 12 and 13, and finally have been damaged. The breakage mainly occurred in the vertical axis direction of the PCA thin tube portion 4 as schematically shown in FIG. Eventually, in order to suppress the breakage of the PCA thin tube portions 4 and 5 in the frit sealing process by laser irradiation, the temperature difference between the PCA thin tube portions 4 and 5 and the power feeding bodies 12 and 13 to be frit sealed is reduced. This proved to be a basic requirement.

以上の結果を踏まえて、PCA発光管のレーザ封着方式による製造方法において、特にフリット封着工程でのPCA細管部の破損発生を確実に抑制するために、フリット封着される細管部と給電体の両者間の温度差を顕著に低減できる具体的なレーザ封着装置及び封着工程について検討した。以下に、本発明の実施の形態であるレーザ封着装置及び封着工程について詳しく説明する。   Based on the above results, in the manufacturing method of the PCA arc tube by the laser sealing method, in order to surely suppress the occurrence of breakage of the PCA thin tube portion in the frit sealing step, the thin tube portion to be frit sealed and the power supply A specific laser sealing device and a sealing process capable of remarkably reducing the temperature difference between the two bodies were studied. Hereinafter, the laser sealing device and the sealing process according to the embodiment of the present invention will be described in detail.

図4は、本発明の実施の形態におけるレーザ封着装置30の構成を模式的に示す。レーザ封着装置30には、大形の真空グローボックス31の内部にPCA管2を保持するための無酸素銅からなる20台のホルダー32が設置されている。また、加熱封着用のCOガスレーザ装置33、及び半導体(LD)レーザ装置34(両者とも出力200W)と、それぞれに付帯の照射ユニット33a及び34aが装備されている。更に、フリット溶融封着直前後のPCA細管部4あるいは5と給電体12あるいは13を徐冷するための、小形で電熱トンネル方式の徐冷炉35が配置されている。 FIG. 4 schematically shows the configuration of the laser sealing device 30 according to the embodiment of the present invention. The laser sealing device 30 is provided with 20 holders 32 made of oxygen-free copper for holding the PCA tube 2 inside a large vacuum glow box 31. Further, CO 2 gas laser apparatus 33 of the heating sealing and a semiconductor (LD) laser device 34 (both output 200 W), the irradiation unit 33a and 34a incidental to each of which is equipped. Further, a small electric heating tunnel type slow cooling furnace 35 is provided for gradually cooling the PCA thin tube portion 4 or 5 and the power feeding body 12 or 13 immediately before frit fusion sealing.

真空グローボックス31は、内部が高真空に排気でき、また内部に高純度アルゴンArが封入できるように設計されている。なお、アルゴンArは、図示されていない付帯の高純度アルゴン循環装置から供給される。また、20台のホルダー32は、一本のステンレス鋼からなる細長レール形の基盤体36に保持され、更に基盤体36は徐冷炉35を経由するように延長され配置されている。そして、各ホルダー32は、(a)基盤体36上を個別に任意に移動でき、且つ(b)フリット封着時には、特定の位置に停止できて、保持したPCA管2とともに縦軸Z廻りに回転できるように設計されている。   The vacuum glow box 31 is designed so that the inside can be evacuated to a high vacuum and the inside can be filled with high-purity argon Ar. Argon Ar is supplied from an accompanying high-purity argon circulation device (not shown). Further, the 20 holders 32 are held by an elongated rail-shaped base body 36 made of a single stainless steel, and the base body 36 is extended and disposed so as to pass through the slow cooling furnace 35. Each holder 32 can be (a) arbitrarily moved individually on the base body 36, and (b) can be stopped at a specific position when the frit is sealed, and is held around the vertical axis Z together with the held PCA pipe 2. Designed to rotate.

図5は、上記構成のレーザ封着装置30による封着工程における、PCA管2の設置構成(図4に一点鎖線Xで示した範囲の)を示す。理解し易いように、一部のみ断面で示す。封着工程は、(1)まずPCA管2の一方の細管部4に給電体12をフリット封着する第1の封着工程と、(2)次いで給電体12がフリット封着され、次いで管内に発光物質19、水銀Hg20及びアルゴンArが封入された状態にあるPCA管2の他方の細管部5に給電体13をフリット封着する第2の封着工程からなる。第1及び第2の封着工程そのものは基本的に同じであり、以下の説明では、第1の封着工程について説明する。   FIG. 5 shows an installation configuration of the PCA tube 2 (in a range indicated by a one-dot chain line X in FIG. 4) in the sealing process by the laser sealing device 30 having the above configuration. For ease of understanding, only a part is shown in cross section. The sealing process includes (1) a first sealing process in which the power supply body 12 is frit-sealed to one narrow tube portion 4 of the PCA pipe 2; (2) the power supply body 12 is then frit-sealed; 2 includes a second sealing step in which the power supply body 13 is frit-sealed to the other thin tube portion 5 of the PCA tube 2 in a state where the luminescent material 19, mercury Hg20 and argon Ar are sealed. The first and second sealing steps themselves are basically the same, and in the following description, the first sealing step will be described.

本実施形態における封着工程は、高純度アルゴンArが約20kPa封入された真空グローボックス31内において行われる、以下の素工程を含む。   The sealing step in the present embodiment includes the following elementary steps performed in a vacuum glow box 31 in which high-purity argon Ar is sealed at about 20 kPa.

(1)一端にW電極6、他端にNb外部リード棒15及び繋ぎ手のNb管17がそれぞれ接合された給電体12を、リング状の固形の封着フリット14と合せてPCA管2の細管部4の開口端部4aに挿入・設置し、次いで当該PCA管2を20台のホルダー32に順次設置しておく。   (1) The power supply body 12 in which the W electrode 6 is joined to one end and the Nb external lead rod 15 and the joint Nb pipe 17 are joined to the other end together with the ring-shaped solid sealing frit 14 and the PCA pipe 2 The PCA tube 2 is sequentially installed in the 20 holders 32 after being inserted and installed in the open end 4 a of the thin tube 4.

(2)各ホルダー32を順次基盤体36の特定の位置へと移動・停止させる。   (2) Each holder 32 is sequentially moved to a specific position of the base body 36 and stopped.

(3)ホルダー32を回転させながら、COガスレーザ装置33の照射ユニット33a及び、及びLDレーザ装置34の照射ユニット34aからのレーザ放射を、各々、PCA細管部4の開口端部4a、及び給電体12の開口端部4a部分に照射し、これによりPCA細管部4の開口端部4a及び給電体12を、封着フリット14とも合せて加熱・昇温してゆく。 (3) While rotating the holder 32, the laser radiation from the irradiation unit 33a of the CO 2 gas laser device 33 and the irradiation unit 34a of the LD laser device 34 is supplied to the open end 4a of the PCA thin tube portion 4 and the power supply, respectively. Irradiation is applied to the open end 4a portion of the body 12, whereby the open end 4a of the PCA thin tube portion 4 and the power feeding body 12 are heated and heated together with the sealing frit 14.

(4)レーザ照射を続けることで、最終的に封着フリット14を溶融せしめて、封着フリット14を細管部4の開口端部4aと給電体12の上記規定範囲の隙間へ充填せしめる。   (4) By continuing the laser irradiation, the sealing frit 14 is finally melted, and the sealing frit 14 is filled in the gap between the opening end 4a of the thin tube portion 4 and the above-mentioned prescribed range of the power feeder 12.

(5)次いで速やかに当該PCA管2を保持したホルダー32を徐冷炉35の内部に移動させて、フリット充填直後の細管部4の開口端部4aと給電体12の徐冷処理を行なう。   (5) Next, the holder 32 holding the PCA tube 2 is quickly moved into the slow cooling furnace 35, and the open end 4a of the narrow tube portion 4 and the power feeding body 12 immediately after the frit filling are slowly cooled.

このうち、本封着工程の良否を決めるのは、特にレーザ照射による加熱から徐冷炉35による徐冷処理に至るまでの素工程(3)〜(5)である。   Of these, the quality of the main sealing process is determined by the elementary processes (3) to (5) from the heating by laser irradiation to the slow cooling treatment by the slow cooling furnace 35.

上記本実施形態におけるレーザ封着装置30、およびこれを用いた封着工程の特徴は、フリット封着するPCA細管部4と給電体12を、それぞれに対して吸収率が高い波長領域の放射を照射する個別のレーザ装置により加熱することである。具体的には、レーザ封着装置30にはCOガスレーザ装置33(放射波長10.6μm)及びLDレーザ装置34(放射波長0.8μm)を装備する。封着工程においては、COガスレーザ装置33をPCA細管部4の開口端部4aおよび封着フリット14の加熱に、LDレーザ装置34を給電体12の開口端部4a部分の加熱にそれぞれ用いる。この場合、細管部4等のPCA部材は、COガスレーザ装置33からのレーザ放射10.6μmに対する吸収率が90%強と高く、一方で給電体12等の金属はLDレーザ装置34からのレーザ放射0.8μmに対する吸収率が約40%と高いことはよく知られている。これにより、フリット封着されるPCA細管部4の開口端部4aと給電体12の温度を個別に精度高く制御することができる。その結果、比較的容易に両者間の温度差を確実に低減することが可能となり、実際のフリット封着工程でのPCA細管部4の破損発生を顕著に抑制することができた。 The characteristics of the laser sealing device 30 and the sealing process using the laser sealing device 30 in the present embodiment are as follows. The PCA thin tube section 4 and the power feeding body 12 to be frit-sealed emit radiation in a wavelength region having a high absorption rate. It is heating by the individual laser device to irradiate. Specifically, the laser sealing device 30 is equipped with a CO 2 gas laser device 33 (radiation wavelength 10.6 μm) and an LD laser device 34 (radiation wavelength 0.8 μm). In the sealing step, the CO 2 gas laser device 33 is used for heating the opening end 4a of the PCA thin tube portion 4 and the sealing frit 14, and the LD laser device 34 is used for heating the opening end 4a portion of the power feeder 12. In this case, the PCA member such as the narrow tube portion 4 has a high absorption rate of 90% or more for the laser radiation 10.6 μm from the CO 2 gas laser device 33, while the metal such as the power feeder 12 is a laser from the LD laser device 34. It is well known that the absorption rate for radiation of 0.8 μm is as high as about 40%. Thereby, the temperature of the opening end part 4a of the PCA thin tube part 4 to be frit-sealed and the power feeding body 12 can be individually controlled with high accuracy. As a result, the temperature difference between the two can be reliably reduced relatively easily, and the occurrence of breakage of the PCA thin tube portion 4 in the actual frit sealing process can be remarkably suppressed.

なお、本実施形態における素工程(3)〜(5)での封着フリット14は、その熱容量が極めて小さい故に、COガスレーザ装置33及びLDレーザ装置34からのレーザ照射によるPCA細管部4の開口端部4aと給電体12の温度上昇に略連動して加熱することができる。従って、特許文献2に記載の従来技術による封着工程のように、封着フリットに対する個別のレーザ照射による加熱は必ずしも必要ではない。 Note that the sealing frit 14 in the elementary steps (3) to (5) in this embodiment has a very small heat capacity, so that the PCA thin tube portion 4 is irradiated with laser from the CO 2 gas laser device 33 and the LD laser device 34. The opening end 4a and the power supply body 12 can be heated substantially in conjunction with the temperature rise. Therefore, unlike the sealing process according to the prior art described in Patent Document 2, it is not always necessary to heat the sealing frit by individual laser irradiation.

次に、上記本実施形態における封着工程の主要な素工程(3)〜(5)について、PCA細管部3の破損発生を顕著に抑制でき、よって良品歩留りを改善できるような具体的な封着条件を、実際の量産試作を重ねることにより検討した結果について説明する。   Next, with respect to the main elementary steps (3) to (5) of the sealing step in the present embodiment, the specific sealing that can remarkably suppress the occurrence of breakage of the PCA thin tube portion 3 and thus improve the yield of good products. The results of examining the wearing conditions by repeating actual mass production trials will be described.

検討に際して、事前に前記従来技術による現行電熱封着工程での封着条件に準じて、素工程(3)〜(5)でフリット封着される一方のPCA細管部4の開口端部4aにおける、熱処理の時間tに対する妥当な温度曲線を設定した。すなわち、図6に示すように、まず素工程(3)では、上記レーザ放射出力を高めながら約60秒で1450℃の最高温度まで上昇させ、次の素工程(4)では、その最高温度を封着フリット14の溶融・充填のために所定の時間t(5〜10秒)に亘って維持し、最終の素工程(5)では、徐冷炉35において約5分で最高温度1450℃から約300℃まで低下させる、という典型的な温度曲線を設定した。   At the time of examination, in accordance with the sealing conditions in the current electrothermal sealing process according to the conventional technique in advance, in the open end 4a of one PCA thin tube part 4 to be frit-sealed in the elementary processes (3) to (5) A reasonable temperature curve was set for the heat treatment time t. That is, as shown in FIG. 6, first, in the elementary step (3), the laser radiation output is increased to a maximum temperature of 1450 ° C. in about 60 seconds, and in the next elementary step (4), the highest temperature is increased. It is maintained for a predetermined time t (5 to 10 seconds) for melting and filling the sealing frit 14, and in the final elementary step (5), the maximum temperature 1450 ° C. to about 300 in about 5 minutes in the slow cooling furnace 35. A typical temperature curve was set to decrease to ° C.

上記検討結果から、目的とするPCA細管部4の破損発生を顕著に抑制するには、素工程(4)でのフリット溶融・充填において、少なくともフリット封着されるPCA細管部4の開口端部4aの温度Taに対する給電体12の温度Tbの温度差を、相対比率|Ta−Tb|/Taにして4.5%以下の範囲に規定することが、基本的な封着条件であることを見出した。これにより、本実施形態における第1および第2の封着工程を合せたPCA細管部4及び5の破損発生率を、0.8%以下のレベルまで顕著に抑制でき、そして総合良品歩留も97%以上の高いレベルまで改善できることを実証できた。   From the above examination results, in order to remarkably suppress the occurrence of breakage of the target PCA thin tube portion 4, at least the opening end portion of the PCA thin tube portion 4 to be frit-sealed in frit melting / filling in the elementary step (4). It is a basic sealing condition that the temperature difference of the temperature Tb of the power feeding body 12 with respect to the temperature Ta of 4a is defined as a relative ratio | Ta−Tb | / Ta within a range of 4.5% or less. I found it. Thereby, the failure occurrence rate of the PCA thin tube portions 4 and 5 combined with the first and second sealing steps in the present embodiment can be remarkably suppressed to a level of 0.8% or less, and the overall good product yield is also improved. It was proved that it can be improved to a high level of 97% or more.

その他に、素工程(4)においては、図1(b)に拡大して示したように、封着フリット14がPCA細管部4の開口端部4aと給電体12との接合部からDmin=0.2mm〜Dmax=2.0mmの距離範囲に充填されることが望ましい。本発明者らの検討結果から、封着フリット14が充填される上記接合部からの距離Dは、主に素工程(4)での最高温度を維持する上記時間tに依存しており、封着フリット14の充填を距離範囲内にするためには、時間tを5〜10秒の範囲に規定すればよいことがわかった。これにより、本実施形態における第1および第2の封着工程を合せた封着フリット14の充填不良率を、0.4%以下と顕著に抑制でき、それだけ総合良品歩留の向上にも寄与できた。なお、封着フリット14の充填不良率は、従来技術による現行電熱付着工程での例えば約3%のレベルに比べて大幅に低減されている。   In addition, in the elementary step (4), as shown in an enlarged view in FIG. 1 (b), the sealing frit 14 is removed from the joint between the opening end 4a of the PCA thin tube portion 4 and the power feeder 12 by Dmin = It is desirable to fill a distance range of 0.2 mm to Dmax = 2.0 mm. From the examination results of the present inventors, the distance D from the joint where the sealing frit 14 is filled mainly depends on the time t for maintaining the maximum temperature in the elementary step (4). It has been found that in order to make the filling of the landing frit 14 within the distance range, the time t should be specified in the range of 5 to 10 seconds. As a result, the filling defect rate of the sealing frit 14 combined with the first and second sealing steps in the present embodiment can be remarkably suppressed to 0.4% or less, thereby contributing to the improvement of the total good product yield. did it. The defective filling rate of the sealing frit 14 is greatly reduced compared to, for example, a level of about 3% in the current electrothermal adhesion process according to the prior art.

本実施形態における封着工程のもう1つの特徴は、最終の素工程(5)でのフリット充填直後のPCA細管部4と給電体12の徐冷処理を、COガスレーザ装置33及びLDレーザ装置34から、トンネル方式の徐冷炉35に切り替えて行うことである。これにより、フリット充填直後の複数本のPCA管2の徐冷処理を順次速やかに行うことができ、レーザ封着工程の生産能率を大幅に高めることができる。それにより、本実施形態におけるレーザ封着装置30および封着工程による量産対応が初めて可能となった。仮に、素工程(5)で個々のPCA管2に対して約5minも要する徐冷処理を、COガスレーザ装置33及びLDレーザ装置34により引き続き行った場合、生産能率が低過ぎてレーザ封着方式による量産化は不可能である。 Another feature of the sealing process in the present embodiment is that the PCA thin tube section 4 and the power feeding body 12 immediately after the frit filling in the final elementary process (5) are subjected to a slow cooling process, a CO 2 gas laser device 33 and an LD laser device. 34 to switch to a tunnel-type slow cooling furnace 35. Thereby, the slow cooling process of the several PCA pipe | tube 2 immediately after frit filling can be performed rapidly rapidly, and the production efficiency of a laser sealing process can be improved significantly. As a result, it has become possible for the first time to cope with mass production by the laser sealing device 30 and the sealing process in the present embodiment. If the slow cooling process that requires about 5 minutes for each PCA tube 2 in the elementary step (5) is continued with the CO 2 gas laser device 33 and the LD laser device 34, the production efficiency is too low and laser sealing is performed. Mass production by this method is impossible.

なお、本実施形態における封着工程で用いたCOガスレーザ装置33及びLDレーザ装置34は、必ずしも特定されたものでなく、前者は基本的にPCA管による吸収率が高い、例えば波長3μm以上の遠赤外放射を照射する他のレーザ装置で、また後者も同様に、金属による吸収率が高い、例えば波長1μm以下の近赤外から可視放射を照射する他のレーザ装置でそれぞれ置き換えてもよい。 Note that the CO 2 gas laser device 33 and the LD laser device 34 used in the sealing step in the present embodiment are not necessarily specified, and the former basically has a high absorption rate by a PCA tube, for example, a wavelength of 3 μm or more. Other laser devices that irradiate far-infrared radiation, and the latter may similarly be replaced with other laser devices that have a high absorption rate by metal, for example, irradiate visible radiation from near infrared with a wavelength of 1 μm or less. .

以上のように、メタルハライドランプ等の高圧放電ランプに装備され、管容囲器がPCA材料からなる放電本管部とその両端に接合された一対の細管部から構成され、当該細管部の開口端部にW電極を保持した給電体をレーザ封着工程によりフリット封着するPCA発光管の製造方法に、本実施形態におけるレーザ封着装置および封着工程を用いることにより、封着工程におけるPCA発光管の細管部破損を顕著に抑制でき、これにより主要な封着工程での総合良品歩留を改善できて、低コストで高品質のメタルハライドランプが得られる。   As described above, a high pressure discharge lamp such as a metal halide lamp is provided, and the tube envelope is composed of a discharge main tube portion made of PCA material and a pair of narrow tube portions joined to both ends thereof, and the open end of the narrow tube portion PCA light emission in the sealing step by using the laser sealing device and the sealing step in the present embodiment in the manufacturing method of the PCA arc tube for frit-sealing the power feeder holding the W electrode in the part by the laser sealing step The tube breakage of the tube can be remarkably suppressed, thereby improving the overall good product yield in the main sealing process, and a high-quality metal halide lamp can be obtained at a low cost.

なお、本発明によるセラミック発光管の製造方法は、基本的にPCA材料のほかに例えばイットリア材料等からなるセラミック発光管の製造にも適用できる。   The method for manufacturing a ceramic arc tube according to the present invention is basically applicable to the manufacture of a ceramic arc tube made of, for example, an yttria material in addition to the PCA material.

本発明によるセラミック発光管の製造方法は、レーザ封着工程におけるセラミック細管部の破損を抑制することができ、メタルハライドランプ等の高圧放電ランプの製造に有用である。   The method for manufacturing a ceramic arc tube according to the present invention can suppress breakage of the ceramic thin tube portion in the laser sealing step, and is useful for manufacturing a high-pressure discharge lamp such as a metal halide lamp.

(a)は本発明の実施の形態における製造方法の対象であるメタルハライドランプを構成するPCA発光管の構成を示す断面図、(b)は同発光管の一部を拡大して示した断面図(A) is sectional drawing which shows the structure of the PCA arc tube which comprises the metal halide lamp which is the object of the manufacturing method in embodiment of this invention, (b) is sectional drawing which expanded and showed a part of the arc tube 同メタルハライドランプの組立構成を示す断面図Sectional view showing the assembly configuration of the metal halide lamp 図1のPCA発光管の細管部での破損発生状況を示す図The figure which shows the breakage occurrence condition in the thin tube part of the PCA arc tube of FIG. 本発明の実施の形態におけるレーザ封着装置の構成図Configuration diagram of laser sealing apparatus according to an embodiment of the present invention 同レーザ封着装置による封着工程が施されるPCA管の設置状態を示す図The figure which shows the installation state of the PCA pipe | tube in which the sealing process by the laser sealing apparatus is given 同封着工程について設定された熱処理に伴うPCA細管部の温度曲線を示す図The figure which shows the temperature curve of the PCA thin tube part with the heat processing set about the sealing process

符号の説明Explanation of symbols

1 発光管
2 PCA管
3 PCA放電本管部
4、5 PCA細管部
6、7 タングステン電極
8、9 タングステン(W)コイル
10、11 W電極棒
12、13 給電体
14 封着フリット
15、16 外部リード棒
17、18 接合管管
19 発光物質
20 水銀Hg
21 アルゴンAr
22、23 隙間
24、25 モリブデンコイル(Mo)
26 ランプ
27 外管バルブ
28 口金
29 石英シールド管
30 レーザ封着装置
31 真空グローボックス
32 ホルダー
33 COガスレーザ装置
34 半導体レーザ装置
33a、34a 照射ユニット
35 徐冷炉
36 基盤体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emission tube 2 PCA tube 3 PCA discharge main tube part 4, 5 PCA thin tube part 6, 7 Tungsten electrode 8, 9 Tungsten (W) coil 10, 11 W electrode rod 12, 13 Feed body 14 Sealing frit 15, 16 External Lead rod 17, 18 Joint tube 19 Luminescent material 20 Mercury Hg
21 Argon Ar
22, 23 Clearance 24, 25 Molybdenum coil (Mo)
26 Lamp 27 Outer tube valve 28 Base 29 Quartz shield tube 30 Laser sealing device 31 Vacuum glow box 32 Holder 33 CO 2 gas laser device 34 Semiconductor laser device 33a, 34a Irradiation unit 35 Slow cooling furnace 36 Base body

Claims (6)

高圧放電ランプに装備されるセラミック発光管であって、管容囲器が、セラミック材料からなる放電本管部とその両端に接合された一対のセラミック細管部とから構成され、前記セラミック細管部の開口端部に、W電極を保持した一対の給電体がフリット封着されたセラミック発光管を構成するために、前記フリット封着をレーザ封着工程により行うセラミック発光管の製造方法において、
前記フリット封着される前記セラミック細管部の開口端部と前記給電体を、それぞれに対して吸収率が高い波長領域の放射を照射する個別のレーザ装置により加熱することを特徴とするセラミック発光管の製造方法。
A ceramic arc tube provided in a high-pressure discharge lamp, wherein a tube envelope is composed of a discharge main tube portion made of a ceramic material and a pair of ceramic thin tube portions joined to both ends thereof, In the method of manufacturing a ceramic arc tube, the frit sealing is performed by a laser sealing process in order to configure a ceramic arc tube in which a pair of power feeding members holding a W electrode is frit-sealed at an opening end.
The ceramic arc tube characterized in that the open end of the ceramic tube portion to be sealed with the frit and the power supply body are heated by individual laser devices that irradiate radiation in a wavelength region with high absorptance, respectively. Manufacturing method.
前記レーザ封着工程では、前記セラミック細管部の開口端部およびフリットを遠赤外放射を放出するレーザ装置により加熱し、前記給電体を可視から近赤外放射を放出するレーザ装置により加熱する請求項1に記載のセラミック発光管の製造方法。   In the laser sealing step, the opening end and the frit of the ceramic thin tube portion are heated by a laser device that emits far-infrared radiation, and the power feeder is heated by a laser device that emits visible to near-infrared radiation. Item 2. A method for manufacturing a ceramic arc tube according to Item 1. 前記セラミック材料として、多結晶体アルミナセラミック(PCA)材料を用いる請求項1または2に記載のセラミック発光管の製造方法。   The method for manufacturing a ceramic arc tube according to claim 1, wherein a polycrystalline alumina ceramic (PCA) material is used as the ceramic material. 前記レーザ封着工程でのフリット溶融・充填時には、前記セラミック細管部の開口端部の温度Taに対する前記給電体の温度Tbの温度差を、相対比率|Ta−Tb|/Taにして4.5%以下の範囲に規定する請求項3に記載のセラミック発光管の製造方法。   At the time of frit melting and filling in the laser sealing step, the temperature difference of the temperature Tb of the power supply body with respect to the temperature Ta of the opening end portion of the ceramic thin tube portion is set to a relative ratio | Ta−Tb | / Ta to 4.5. The manufacturing method of the ceramic arc tube of Claim 3 prescribed | regulated to the range below%. 前記レーザ封着工程におけるフリット充填直後の前記セラミック細管部及び前記給電体の徐冷処理を、前記レーザ装置に隣接して付設された徐冷炉により、前記レーザ封着工程と併行して行う請求項1〜4のいずれかに記載のセラミック発光管の製造方法。   The slow cooling process of the ceramic thin tube portion and the power feeding body immediately after frit filling in the laser sealing step is performed in parallel with the laser sealing step by a slow cooling furnace provided adjacent to the laser device. The manufacturing method of the ceramic arc tube in any one of -4. 請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法により製造されたセラミック発光管を備えた高圧放電ランプ。   A high-pressure discharge lamp comprising a ceramic arc tube manufactured by the manufacturing method according to claim 1.
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