JPS5918121A - ガラス系部材用溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ガラメ累利相互、石英素材相互を溶融接合す
るときに用いられるガラス系部材用溶接装置に関する。

〔発明の背景技術〕

たとえは、水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高
圧放電灯の発光管は、通常、石英製の透光管内に一対の
電極を対向配置するとともにＱＴ定線純度ガスと発光物
質とを刺入しだものとなっている。そして、このような
発光管を製造するに当っては一般に次のような工程が採
用されている。すなわち、第１図（ａ）に示すように中
間部に球状空洞部Ａを有した石英製の透光管素材Ｅを用
意し、この素材Ｅの球状空洞部Ａの壁に適宜な手段で小
孔Ｆを設ける。次に、同図（ｂ）に示すように球状空洞
部Ａの壁部外面に上記小孔Ｆと連通ずる関係に小径の石
英製排気管Ｇを溶接する。そして、同図（ｅ）　Ｋ示す
ように、素材Ｅの両端を加熱軟化させた状態で上記両端
の開口部から一対の電極Ｈａ　＋　Ｈｂを挿入するとと
もに上記両端を封着して両電極Ｈａ　、　Ｈｂを球状空
洞部Ａ内に所定の間隔をあけて対向設置する。

次に、排気管Ｇを通して素材Ｅ内を排気した後、再び上
記排気管Ｇを通して素材Ｅ内に所定純度のガスと発光物
質Ｉとを導入し、この状態で排気管Ｇの根元部分を封じ
切って同図（ｄ）に示すような発光管Ｊを得るようにし
ている。

上記のような工程を経て高圧放電灯の発光管Ｊを製造す
るときには、上述の如く、透灯管素材Ｅに排気管Ｇを溶
接する必要がある。この溶接に当っては、従来、酸水素
炎によって排気管Ｇの接合面と透灯管素材Ｅの接合面と
を加熱溶融させ、この状態で接合面相互を溶着させる方
式が採用されている。

〔背景技術の間粗点〕

上記のように接合面相互を酸水素炎で加熱溶融きせて酊
宥させる方式であると、酸水素炎を十分に小径化するこ
とが極めて困難であることからして、加熱を必要としな
い部分まで加熱軟化され易い。このように、加熱を必要
としない部分まで加熱されることは被溶接物に大きい影
響を与える場合が多い。たとえば、前述した透光管素相
へ排気管を溶接する場合を例にとると次のような影響が
現われる。すなわち、高圧放電、灯、特に、メタルハラ
イドランプは、高い発光効率と良好な光色から、最近で
は屋内照明用に使われようとしている。メタルハライド
ランプは効率が白熱宵１球の約４〜５倍と高いので屋内
照明用として使うには２０〜４０Ｗと低ワツト化する必
要がある。このように低ワツト化するには発光管も小型
化する必要があ多、たとえば外径を６〜８ｍ＋にする必
要がある。したがって、排気管としては外径が２〜３鰭
のものを用いる必要がある。このように外径が６〜８ｍ
の透光管素材に外径が２〜３−の排気管を接続するのに
酸水素炎を加熱源として用いた場合には、前述の如く炎
を十分小径化できないことが原因して、接合の際に透光
管素材の加熱を必要とし力い部分まで加熱され易く、こ
の結果、透光管素材の発光管形成部の変形を免れ得ない
。このように変形が生じると放電空間の形状が変わυ、
この放電空間はランプの放電特性に影響を与えることか
らして、特性のバラツキが大きい発光管しか製造できな
いことになる。また、酸水素炎で石英を加工すると、石
英中に水素が溶解する。この溶解した水素はランプ寿命
中に放電空間に拡散する。このように、放電空間に水素
が侵入すると放電開始電圧が高くなシ、結局、特性の勝
れた発光管を製造することが極めて困難であった。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に銖みてなされたもので、そ
の目的とするところは、極めて小径なガラス糸部材相互
であっても高精度に溶接することができ、しかも部材に
不純ガガス等を溶解させずに溶接でき、たとえは、低ワ
ツトの高圧放笥、灯製造時等にその偉力を十分に発揮し
得るガラス先部利用溶接装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明によれば、１つの楕円反射鏡が用意され、この楕
円反射鏡の近傍に互いに接合されるべき接合面を有した
一対のガラス系部材を上記接合面相互を尚接させた状態
でかつ上記当接部を上記楕円反射鏡の第１の焦点に位置
させる一対の支持具が配置される。また、加熱源として
のレーザ光線を送出するレーザａｈが設けられ、この装
置から送出されたレーザ光線は前記楕円反射鏡の第２の
焦点に反射面を位置させ、かつ上記第２の焦点を中心に
して揺動制御される揺動反射鏡を介して上記楕円反射鏡
に向けて照射される。そして、前記レーザ装置は制帥装
Ｍ、によって制御される。

〔発明の効果〕

上記のように、楕円反射鏡の第１の焦点に互いに接合さ
れるべき一対のガラス系部材の当接部が一対の支持具に
よって配置され、また第２の焦点に前記関係に揺動反射
鏡が配置されているので、レーザ装置から送出されたレ
ーザ光線は、上記揺動反射鏡〜楕円反射鏡を介して一対
のガラス系部材の当接部周面に一様に照射されることＫ
なる。レーザ装置から送出されるレーザ光線のスポット
径を十分小キく、たとえば、１ｗＩ以下に設定したシ、
パワーを可変したりすることは、一般に容易なことであ
ることからして、一対のガラス系部材の真に加熱を必要
とする部分、つまり上述し九当接部だけを効率よく溶化
させることができる。したがって、不必要な部分の加熱
によって起こる被溶接部材の変形を防止した状態で両部
材を溶接でき、結局、加熱源として酸水素炎を用いた場
合に較べて高精度な溶接を行なわせることができる。ま
た、加熱源としてレーデ光線を用いているので、酸水素
炎を用いたときのように不純なガスが被溶接部相中に溶
は込む虞れがなく、溶は込みによって起こる不具合の発
生もない。さらに、楕円反射鏡と、揺動反射鏡と、支持
具とを前記関係に配置しているので、揺動反射鏡といっ
た比較的＠量な要素だけを移動させるだけで被溶接部相
中互の当接部を周方向に一様に加熱できる。このため、
装部全体の単純化を図ることができる。

したがって、この装置を発光管製造工程における排気Ｖ
浴接用として用いれば、設備費の増大化を抑えだ状態で
、高質品な発光管の多量生産化を実現することができる
。勿論、排気管の接続例に限らず、各種ガラス系部材相
互の溶接にも同様な効果が期待できる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第２図は本発明の一実施例に係る溶接装置のした楕円反
射鏡であシ、上記楕円反射面２の前面には一対の被溶接
ガラス系部栃を支持する支持具が配置されている。今、
一対の被溶接ガラス系部材が第１図に示した透光管素材
Ｅと排気管Ｇとである場合を例にとると支持具は次のよ
うに構成されている。すなわち、透光管素材Ｅを支持す
る第１の支持具３と、排気管Ｇを支持する第２の支持具
４とで構成されている。第１の支持具３は、透光管素材
Ｅの両端を上記素材Ｅの管軸が帯状の楕円反射面２の短
軸に平行する関係に挾持するクリップ５ａと５ｂとで構
成されている。そして、クリップ５ｍ　、５ｂは上記の
ように透光管素材Ｅを支持したとき、上記透光管素材Ｅ
の球状空洞部Ａの壁九設けられた小孔Ｆの外面部を丁度
、楕円反射面２の第１の焦点ＰＫ位置させ得るように配
置されている。一方、第２の支持具４は、クリップ５ｍ
、５ｂＫ支持された透光管素材Ｅの球状空徊部人の外面
に前記小孔Ｆと連通する関係に一端側を当接させた排気
管Ｇを挾持するクリップ６によって構成されている。ク
リップ６は、図中上下方向のみにｏＪ動に設けられてお
シ、スプリング７の復元力によって常時、図中上方に向
かう偏寄力を受けている。また、上記クリップ６は、ス
トツノ４８によって、図中上方への変位量が規制され、
さらにエアーピストン９に連結されている。

しかして、前記楕円反射面２の第２の焦点Ｑには、反射
面を上記第２の焦点に位置させるとともに上記焦点Ｑを
中心にして上記楕円反射面２０曲が多方向へ揺動自在に
反射鏡１０が配置されている。反射鏡１０は、前記楕円
反射面２と平行でかつ第２の焦点Ｑを通る線上に設けら
れた軸１１の一端側に連結されている。そして、軸１１
の他端側にはピニオン１２が装着されておシ、このビニ
オン１２はラック１３と噛合している。ラック１３の一
端にはレバー１４の一端がピンを介して連結してあシ、
上記レバー１４の他端はピンを介してモータ１５によっ
て回転駆動される円板１６の周辺部に連結されている。

すなわち、モータ１５が回転するとラッり１３が図中実
線矢印１７で示すように進退し、これに伴な５て軸１１
が図中実線矢印１８で示すように回動し、これによって
反射鏡１０が揺動するよりに＆っている。

しかして、前記反射鏡１０の側方には、反射鏡ＩＱの前
述した第２の焦点位置に向けてレーザ光線１９を照射す
る炭酸ガスレーザ管叫のレーザ装置２０が配置されてい
る。そして、レーザ装ｆｌ！、２０．モータ１５および
エアーピストン９は制御装置２１によって後述する関係
に制御されるようになっている。

次に上記のように構成された装置を用いて透光管素材Ｅ
に排気管Ｇを溶接する場合の使用例を説明する。

まず、透光管素材Ｅをその小孔Ｆが図中上方に向く関係
圧クリ、デ５＊　、６ｂに支持させる。

次に、排気管Ｇを前記小孔Ｆと連通ずる関係に透光管素
材Ｅに当接させ、この状態でクリ、プロに支持させる。

次に、ル−プ装置２０から送出されるレーザ光線１９の
スポット径およびパワーを設定するとともにレーザ光線
１９の光軸と、前記透光管素材Ｅと排気管Ｇとの当接部
とが同一平面上に位置するようにレーザ装置２゜の、い
わゆる高さ位置を調整する。この調整は、被溶接物の寸
法が同一種類の場合には１回でよい。

次に制御装置２１に動作開始指令を与える。

制御装置２１は、まず、モータ１５を回転開始させる。

モータ１５０回転によって反射鏡１゜は第２の焦点Ｑを
中心にして楕円反射面２の曲シ方向へ揺動を開始する。

このときの揺動角θハ、ヒニオン１２の径あるいは円板
１６へのレバー１４の連結位置の選択によって可変し得
る。

しかして、制御装置２１は、次に、レーザ装置２０に動
作開始指令を与える。上記指令に基いてレーザ装置２ｏ
は、レーザ光線１９を送出する。送出されたレーザ光線
１９は、揺動している反射鏡１０によって楕円反射面２
に向けて反射される。楕円反射面２側へ向けて進行した
レーザ光線１９は、発光管素材Ｅと排気管Ｇとの当接部
に直接および楕円反射面２を介して照射される。この場
合、上記愕円反射面２との関連１） において、前記関係に当装部および揺動する反射鏡１０
を位置させているので上記当接部は一様にレーザ光線１
９の照射を受は一様に加熱される。したがって当接部近
辺は急速に溶化する。

そして、ある定められた時間経過すると制御架２１はレ
ーザ装置２０の動作を停止させ、続いて、エアーピスト
ン９に動作指令を与える。この結果、エアーピストン９
は、スプリング７の復元力に抗してクリ、プロを図中下
方へ押し下げる。このため、透光管素材Ｅと排気管Ｇと
の当接部に数１ｏｏｙの押圧力が作用し、これによって
両者は完全に一体的に接合される。続いて、制御装置２
１は、エア−ピストン９ＶＣ動作停止指令を与える。こ
の結果、スプリング７の復元力によってクリップ６が再
び元の位置まで上昇する。この上昇によって接合部は引
き伸ばされ、薄肉化されて、いわゆる滑らかで一様な厚
みの接合部に成形される。このような動作の終了後、接
合部の温度が十分低下した時点でクリップ５ｈ　、　５
ｂ　ｒ　６から透光管素材Ｅと排気管Ｇとを一体的に取
シ外せば第１図（ｂ）に示したように透光管素利Ｅに排
気管Ｇが溶接されたものを得ることができる。

そして、この場合には、加熱源としてレーザ光線１９を
用いたことと、とのレーザ光線１９を前記のように配置
された楕円反射鏡１、揺動する反射鏡１０を介して前記
位置に配置され九当接部に照射していることとが相俟っ
て、装置全体の複雑化を招くことなしに、また、被溶接
物に不純ガスを溶は込ませることなしに当接部近辺だけ
を加熱溶化させて溶接することができる。したがって、
前述した効果が得られることになる。

第３図は本発明の別の実施例を示すもので、第２図と同
一部分は同一ね号で示しである。したがって、重複する
部分の説明は省略する。

この実施例が先の実施例と異なる点は、楕円反射面２と
反射鏡１ｏとの間のレーザ光線路上に開閉自在なスリ、
ト機構を設けたことにある。

すなわち、上記光路を挾む関係に２枚の板体３１＊　、
３１ｂを図中実線矢印３２で示す方向に移動自在に設け
、これら板体３１ｍ　、３１ｂを送シねじ３３ＶＣ螺合
した右ねじナラ）　３４＊および左ねじす、）　３４ｂ
に連結し、さらに送シねじ３３の一端をモータ３５の回
転軸圧連結している。

そして、モータ３５の左方向回転角および右方向回転角
を制御装置２１１で制御することによって、レーザ光線
１９の照射期間中における板体３１瓢、ｊｌｌｂ間の開
口幅を順次変え、これによって、当接部における周方向
の加熱度の均−化射開始時点からの時間経過にしたがっ
て開口幅を徐々に増加させるようにしているのである。

このような構成であるへとよυ高精度な溶接を行なわせ
ることができる。

なお、各実施例においては反射鏡等の冷却手段が省略さ
れているが、冷却を必要とするとと

【図面の簡単な説明】

第１図は高圧放電灯における発光管の製造工程の一例を
説明するだめの図、第２図は本発明の一実施例に係る溶
接装置の概略構成図、第３図は本発明の別の実施例に係
る溶接装置の概略構成図である。 １・・・楕円反射鏡、３・・・支持具、１ｏ・・・反射
鏡、１１・・・軸、１２・・・ビニオン、１３・・・ラ
ック、１５・・・モータ、２０・・・レーザ装置、２１
．２１ｍ・・・制御装置、Ｐ・・・第１の焦点、Ｑ・・
・第２の焦点、Ｅ・・・透光管素側、Ｇ・・・排気管。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）楕円反射鏡と、互いに接合されるべき接合面を有
   した一対のガラス系部材を上記接合面相互を当接させた
   状態でかつ上記当接部を前記橘円反射鏡の第１の焦点に
   位置させる一対の支持具と、加熱源としてのレーザ光線
   を送出するレーザ装置と、前記楕円反射鏡の第２の焦点
   に反射面を位置させ上記第２の焦点を中心圧して揺動自
   在に設けられるとともに前記レーザ装置から送出された
   レーザ光線を前記楕円反射鏡に向けて照射する揺動反射
   鏡と、との揺動反射鏡に揺動力を付与する手段と、定め
   られたプログラムにしたがって少なくとも前記レーザ装
   置を制御する制御装置とを具備してなることを特徴とす
   るガラス系部材用溶接装置。
2. （２）　　前記一対の支持具の少なくとも一方は、前記
   当接部に選択的に押圧力を付与し得るものであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガラス系部材用
   溶接装部。
3. （３）　　前記第１および第２の焦点間のレーザ光線光
   路には開口幅を選択的に可変し得るスリット機構が設け
   られてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のガラス系部利用溶接接装。