DE10031182A1

DE10031182A1 - Bogenentladungsröhre mit Restdruckbelastungsschicht für eine Entladungslampeneinheit und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE10031182A1
Application number: DE10031182A
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Ohshima; Nobuo Ohkawai; Shinichi Irisawa
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2020-06-28
Also published as: JP2001015067A; DE10031182B4; GB2351603B; US6452334B1; JP3665510B2; NL1015531C2; NL1015531A1; GB2351603A; GB0015507D0

Abstract

Es wird eine Bogenentladungsröhre offenbart, die mit einer zentralen abgedichteten Kammer ausgestattet ist, in der lichtemittierende Substanzen eingeschlossen sind und die ein Paar Elektrodenanordnungen, die entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, umfasst. Die Elektrodenanordnungen sind in Quetschdichtbereichen eingeschlossen. Die Bogenentladungsröhre umfasst eine Restdruckbelastungsschicht, die an einer Oberfläche der Glasschicht in jedem der Quetschdichtbereiche gebildet ist, und die den Elektrodenstab, der in jeder Elektrodenanordnung beinhaltet ist, kontaktiert. Die Restdruckbelastungsschicht besitzt eine Länge, die größer oder gleich 30% der axialen Länge eines Glasschichtgebiets ist, das lediglich den Elektrodenstab berührt, und/oder in einem Winkelbereich der größer oder gleich 180 in der Umfangsrichtung des Elektrodenstabs liegt. Eine thermische Spannung (Zugspannung), die in der Grenzschicht zwischen der Glasschicht und den Elektrodenstäben nach dem Einschalten der Bogenentladungsröhre erzeugt wird, wird von der Restdruckbelastungsschicht, die die Elektrodenstäbe umgibt, absorbiert und verteilt. Somit bilden sich in der Glasschicht der Quetschdichtbereiche keine vertikalen Risse, die dazu fürhen würden, dass die lichtemittierenden Substanzen allmählich aus der abgedichteten Kammer entweichen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bogenentladungsröhre einer Entladungslampen einheit, die so aufgebaut ist, dass zwei Elektrodenanordnungen einander gegenüberlie gend in einer zentralen abgedichteten Kammer, in der lichtemittierende Substanzen ein geschlossen sind, angeordnet sind. Jede Elektrodenanordnung umfasst einen Elektro denstab, eine Molybdänfolie und einen Anschlussdraht, und ist in einem zur zentralen abgedichteten Kammer benachbarten Quetschdichtungsbereich dicht eingeschlossen. Der Quetschdichtungsbereich umfasst eine Restdruckbelastungsschicht. Die vorliegen de Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer Bogenentladungsröh re mit einer Restdruckbelastungsschicht.

2. Stand der Technik

Fig. 6 zeigt eine herkömmliche Entladungslampeneinheit, die eine Bogenentladungs röhre 5 mit einem vorderen Ende, das durch eine Führungshalterung 2 befestigt ist, die aus einer isolierenden Basis 1 hervorragt, umschließt. Eine Vertiefung 1a der Basis 1 hält das hintere Ende der Bogenentladungsröhre 5. Ein Metallbefestigungselement S, das an der Vorderfläche der isolierenden Basis 1 befestigt ist, hält einen Bereich der Bogenentladungsröhre, der zum hinteren Ende der Bogenentladungsröhre benachbart ist. Ein vorderer Anschlussdraht 8, der sich aus der Bogenentladungsröhre 5 erstreckt, ist mit der Führungshalterung 2 verschweißt, während ein hinterer Anschlussdraht 8 in eine untere Wand 1b mit der darin ausgebildeten Vertiefung 1a der Basis 1 hineinragt. Ferner ist der hintere Anschlussdraht 8 durch Schweißung an einem an der unteren Wand 1b vorgesehenen Anschluss 3 befestigt. Ein Symbol G repräsentiert eine Ultravi olett-Strahlungs-Abschirmung, die zur Entfernung von Ultraviolett- Strahlungskomponenten im Wellenlängenbereich der für den menschlichen Körper schädlich ist, vorgesehen ist. Die Ultraviolett-Strahlungs-Abschirmung bildet eine zylind rische Form aus und ist integral mit der Bogenentladungsröhre 5 verschweißt.

Die Bogenentladungsröhre 5 besitzt einen abgedichteten Kammerbereich 5a, der zwi schen einem Paar vorderen und hinteren Quetschdichtungsbereichen 5b ausgebildet ist. Der abgedichtete Kammerbereich 5a umfasst zueinander gegenüberliegende Elektro denstäbe 6 und enthält lichtemittierende Substanzen. Im Quetschdichtungsbereich 5b verbindet die abgedichtete Molybdänfolie 7 den in den abgedichteten Kammerbereich 5a hineinragenden Elektrodenstab 6 mit dem Anschlussdraht 8, der aus dem Quetsch dichtungsbereich 5b herausragt. Somit bleiben die Quetschdichtungsbereiche 5b luft dicht.

Vorzugsweise ist der Elektrodenstab 6 aus Wolfram hergestellt und zeigt damit eine ausgezeichnete Haltbarkeit. Wolfram besitzt einen linearen Ausdehnungskoeffizienten, der deutlich zu dem des die Bogenentladungsröhre bildenden Quarzglases unterschied lich ist. Nachteiligerweise wird lediglich eine geringe Verformbarkeit des Quarzglases zugelassen und die erreichte Gasdichtigkeit ist nicht zufriedenstellend. Daher ist die Molybdänfolie 7 mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten ähnlich zu dem des Quarzglases und mit relativ zufriedenstellender Verformbarkeit mit den Wolfram- Elektrodenstäben 6 verbunden. Ferner dichtet der Quetschdichtungsbereich 5b die Mo lybdänfolie 7 ab. Somit bleiben die Quetschdichtungsbereiche 5b gasdicht.

Mit Bezug zu Fig. 7(a) wird ein Verfahren zur Herstellung der Bogenentladungsröhre 5 dargestellt. Eine Elektrodenanordnung A umfasst einen Elektrodenstab 6, eine Molyb dänfolie 7 und einen Anschlussdraht 8. Die Komponenten sind intern verbunden. Die Elektrodenanordnung A wird anfänglich in ein Ende der Öffnung einer zylindrischen Glasröhre W mit einem sphärischen erweiterten Bereich w₂, der an einer Zwischenposi tion eines sich gerade erstreckenden Bereichs w₁ angeordnet ist, eingeführt. Anschlie ßend erfährt die benachbarte Stelle q₁ des sphärischen erweiterten Bereichs w₂ ein erstes Quetschabdichten.

Entsprechend Fig. 7(b) wird eine lichtemittierende Substanz P oder dergleichen in ei nen sphärisch erweiterten Bereich w₂ durch die andere Endöffnung der Zylinderglasröh re W eingeführt. Entsprechend Fig. 7(c) wird eine zweite Elektrodenanordnung A ein geführt. Ein zweites Quetschabdichten dichtet den sphärisch erweiterten Bereich w₂ ab, während der sphärisch erweiterte Bereich w₂ gleichzeitig unter Verwendung von flüssi gem Stickstoff gekühlt wird, um sowohl Verdampfung der lichtemittierenden Substanz P als auch eine Erwärmung der Stelle q₂ des sphärisch erweiterten Bereichs w₂ zu verhin dern. Das endgültige Ergebnis ist eine Bogenentladungsröhre 5 mit dem spanlosen ab gedichteten Kammerbereich 5a.

Bezüglich Fig. 7(b) wird beim ersten Quetschdichtung ein inaktives Gas (im Allgemei nen billiges Argon oder Stickstoff) als formierendes Gas in der Glasröhre W verwendet, um eine Oxidation der Elektrodenanordnung A zu verhindern. Bezüglich Fig. 7(c) wer den beim zweiten Quetschdichtung die Enden der Öffnung in der zylindrischen Glasröh re W verschlossen, wobei das Kühlen mit flüssigem Stickstoff ein Verdampfen der licht emittierenden Substanz P verhindert. Daher ist für den Quetschdichtungsvorgang nahe zu ein Vakuumzustand notwendig.

Da zwischen einem ausgeschalteten Zustand der Bogenentladungsröhre und einem eingeschalteten Zustand eine große Temperaturänderung entsteht, treten zwischen dem Elektrodenstab und der Glasschicht thermische Spannungen auf. Der Elektrodenstab und die Glasschicht haben jeweils deutlich unterschiedliche Koeffizienten hinsichtlich der linearen Ausdehnung, wenn die Bogenentladungsröhre eingeschaltet wird. Neuer dings zündet der Bogenentladungsröhrenaufbau sofort. Daher wird ein hohes Tempe raturanstiegsverhältnis verwirklicht. Nach wiederholtem zyklischen Betrieb bildet sich ein Riss im Quetschdichtbereich (der Glasschicht) zum Abdichten der Elektrodenstäbe 6. Dadurch entweichen allmählich die eingeschlossenen Substanzen und bewirken damit einen Defekt in der Leuchtwirkung der Bogenentladungsröhre und verkürzen ihre Le bensdauer.

Angesichts des zuvor Gesagten hat der Erfinder wiederholt Experimente und Studien durchgeführt, um die zuvor genannten Probleme im Stand der Technik zu lösen. Der Erfinder hat letztlich herausgefunden, dass ein Verweilen von Druckbelastung, die in den Quetschdichtungsbereichen 5b während des Herstellungsprozesses der Bogen entladungsröhre erzeugt wird, ein Verteilen von thermischen Spannungen in der Glas schicht im Quetschdichtbereich aufgrund des Temperaturanstiegs, der nach dem Ein schalten der Bogenentladungsröhre entsteht, bewirkt. Daher wird ein Verhindern der Bildung eines Risses in der Glasschicht im Quetschdichtbereich die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre verlängern.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

In Übereinstimmung mit der Entdeckung des Erfinders löst die vorliegende Erfindung die Probleme im Stand der Technik. Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Bogenentla dungsröhre für eine Entladungslampeneinheit bereit zu stellen, in der keine Rissbildung im Quetschdichtungsbereich auftritt, wenn sich die thermischen Belastungen bzw. Spannungen aufgrund des zyklischen Betriebs der Bogenentladungsröhre ändern.

Um diese Aufgabe zu lösen umfasst eine Bogenentladungsröhre für eine Entladungs lampeneinheit mindestens zwei Elektrodenanordnungen, wobei jede der Elektrodenan ordnungen einen Elektrodenstab, eine Folie und einen Anschlussdraht, intern in Reihe verbunden, umfasst, eine Röhre mit einer zentralen abgedichteten Kammer, die licht emittierende Substanzen einschließt, und ferner Quetschdichtungsbereichen, die an gegenüberliegenden Enden der Kammer angeordnet sind, wobei jeder Quetschdichtbe reich eine Elektrodenanordnung umschließt, so dass der Elektrodenstab in die Kammer hineinragt und der Anschlussdraht aus dem Quetschdichtbereich herausragt, und eine Restdruckbelastungsschicht, dis einem Glasschichtgebiet in jedem der Quetschdich tungsbereiche gegenüberliegt, wobei die Restdruckbelastungsschicht den Elektroden stab in hermetischer Weise berührt, und wobei die Restdruckbelastungsschicht und das Glasschichtgebiet sich lediglich entlang des Elektrodenstabes erstrecken.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Restdruckbelastungsschicht über eine Länge ausgebildet, die größer oder gleich 30% der axialen Länge des Glas schichtgebiets ist, das nur den Elektrodenstab berührt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Restdruckbelastungsschicht in einem Winkelbereich von ungefähr 180° oder größer in der Umfangsrichtung des Elekt rodenstabs ausgebildet.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Restdruckbelastungsschicht über eine Länge, die größer oder gleich 30% der axialen Länge des Glasschichtgebiets ist, das nur den Elektrodenstab berührt, und in einem Winkelbereich von ungefähr 180° o der größer in der Umfangsrichtung des Elektrodenstabs ausgebildet.

An der Grenze zwischen Glasschicht und dem Elektrodenstab wird unmittelbar nach dem Quetschdichtvorgang keine thermische Spannung erzeugt. Während die Tempe ratur auf Raumtemperatur zurückkehrt, erfährt der Grenzbereich zwischen dem Elektro denstab (aus Wolfram hergestellt) und dem Glas (Quarzglas) eine thermische Spannung (Zugspannung bzw. -belastung im Elektrodenstab und Druckspannung bzw. -belastung in der Glasschicht). Die thermische Spannung bzw. Belastung entspricht dem Unter schied zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Elektrodenstabs und des Quarzglases. Daher bleibt ein Zustand, in dem eine große Belastung (die Zugbelastung im Elektrodenstab und die Druckbelastung in der Glasschicht) erzeugt wird, erhalten.

Nach Einschalten der Lampe steigt die Temperatur der Bogenentladungsröhre nicht auf ein Niveau an, an dem der Quetschdichtbereich quetschgedichtet ist. Wenn daher die Restdruckbelastungsschicht auf der Glasschicht über einen weiten Bereich gebildet worden ist, bewirkt die in der Glasschicht der Bogenentladungsröhre nach dem Ein schalten der Lampe erzeugte thermische Spannung, dass die in der Glasschicht des Quetschdichtbereichs verbliebene Druckbelastung sowohl in axialer Richtung als auch in der Umfangsrichtung reduziert wird.

Das heißt, die thermische Spannung (thermische Zugspannung) zum Entlasten der rest lichen Druckbelastung wirkt auf die Glasschicht im Quetschdichtbereich ein, wenn die Lampe eingeschaltet ist. Wenn die Restdruckbelastungsschicht zu klein ist, wird die thermische Spannung auf die kleine Restdruckbelastungsschicht konzentriert. Wenn die Lampe wiederholt ein- und ausgeschaltet wird, wirkt die thermische Spannung wieder holt auf die Glasschicht ein. Somit entsteht die Möglichkeit, dass sich ein Riss bilden kann, der ein allmähliches Entweichen der eingeschlossenen lichtemittierenden Sub stanzen zulässt. Insbesondere wenn die axiale Länge der Restdruckbelastungsschicht kürzer als 30% der axialen Länge des Glasschichtgebiets ist, das nur den Elektroden stab hermetisch kontaktiert, kann die thermische Spannung in der axialen Richtung nicht ausreichend absorbiert werden. In dem vorhergehenden Falle bewirkt die Konzentration der Spannung auf die Restdruckbelastungsschicht, dass die eingeschlossenen licht emittierenden Substanzen allmählich durch die Glasschicht austreten. Wenn der Win kelbereich der Restdruckbelastungsschicht in der Umfangsrichtung des Elektrodenstabs kleiner als ungefähr 180° ist, kann die thermische Spannung in der Umfangsrichtung nicht ausreichend absorbiert werden. Somit wird die Spannung auf die Restdruckbelas tungsschicht konzentriert und daher bildet sich ein vertikaler Riss in der Glasschicht aus, wodurch es ermöglicht wird, dass die eingeschlossenen lichtemittierenden Substanzen allmählich entweichen.

Die Druckbelastungsschicht wird zuvor in einem vorbestimmten weiten Gebiet in der axialen Richtung oder/und der Umfangsrichtung auf der Oberfläche der hermetischen Berührungsstelle zwischen der Glasschicht und dem Elektrodenstab gebildet. Daher entspannt die Druckbelastungsschicht (die Restdruckbelastungsschicht), die in dem großen Bereich ausgebildet ist, wirkungsvoll (absorbiert) eine thermische Spannung, die in der Glasschicht bei Temperaturanstieg erzeugt wird.

Das heißt, die Restdruckbelastungsschicht, die über einen vorbestimmten großen Be reich vorhanden ist, verteilt die wiederholt erzeugte thermische Spannung bevor diese auf die Glasschicht übertragen wird. Daher bildet die Glasschicht keine Risse und die eingeschlossenen Substanzen entweichen nicht.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung weist die Restdruckbelastungs schicht einen Grenzriss auf, der in der äußeren Oberfläche der Restdruckbelastungs schicht ausgebildet ist.

Die thermische Spannung, die im Grenzbereich zwischen dem Elektrodenstab und der Glasschicht nach dem Einschalten der Lampe wirkt, wird absorbiert, da die Glasschicht an dem Grenzriss entlang gleitet.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist der Quetschdichtbereich, in dem der Elektrodenstab abgedichtet ist, in einem Temperaturbereich von 2000°C bis 2300°C und vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 2100°C bis 2200°C quetschgedichtet.

Quarzglas besitzt einen Erweichungspunkt von 1600°C. Ferner liegt die zulässige Ver arbeitungstemperatur bei 1800°C. Wenn daher die Temperatur der Glasröhre (eines Bereichs, der quetschgedichtet werden muss) bei 2000°C oder weniger liegt, wird die Temperatur in der Glasschicht (ein Bereich, der den Elektrodenstab einschließt) nicht auf ein Niveau angehoben, das ausreichend hoch ist, um die Haftung mit dem Elektro denstab zu erhalten. Um vorzugsweise die Restdruckbelastungsschicht in einem großen Gebiet in der axialen Richtung und der Umfangsrichtung des Elektrodenstabs zu bilden, wird der Quetschdichtbereicht (in dem der Elektrodenstab abgedichtet ist) bei einer Temperatur von 2000°C oder höher und vorzugsweise bei 2100°C oder höher quetsch gedichtet.

Wenn die Temperatur der Glasröhre (des Bereichs, der quetschgedichtet werden muss) 2300°C oder mehr beträgt, kann keine Wirkung zur Vergrößerung der Restdruckbelas tungsschicht erhalten werden. Ferner muss das Verquetschungselement zum Quetsch dichten der Glasröhre und das Bogenentladungsröhren-Halteelement eine ausgeprägte Hitzebeständigkeit während des Quetschdichtvorgangs zeigen. Um vorzugsweise die Restdruckbelastungsschicht in wirkungsvoller Weise auszubilden, wird der Quetsch dichtbereich (in dem der Elektrodenstab abgedichtet wird) bei einer Temperatur von 2300°C oder weniger, vorzugsweise bei 2200°C oder weniger, quetschgedichtet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt in einem vertikalen Querschnitt eine Bogenentladungsröhre für eine Entla dungslampeneinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten Querschnittsansicht einen wesentlichen Bereich eines Quetschdichtbereichs der Bogenentladungsröhre;

Fig. 3 ist eine seitliche Querschnittsansicht (im Querschnitt durch die Linie III-III, die in Fig. 2 gezeigt ist) des Quetschdichtbereichs;

Fig. 4 zeigt das Merkmal, das eine Glasschicht entlang eines Grenzrisses, der in der Druckbelastungsschicht gebildet ist, entlang gleitet;

Fig. 5(a) zeigt einen ersten Quetschdichtungsschritt im ersten Quetschdichtvorgang;

Fig. 5(b) zeigt einen zweiten Quetschdichtungsschritt im ersten Quetschdichtungsvor gang;

Fig. 5(c) zeigt einen Schritt zum Einführen lichtemittierender Substanzen und eine zweite Elektrodenanordnung;

Fig. 5(d) zeigt einen Entgratungsschritt;

Fig. 5(e) zeigt einen Quetschverdichtungsschritt im zweiten Quetschdichtvorgang;

Fig. 6 zeigt in einer Querschnittsansicht eine herkömmliche Entladungslampe; und

Fig. 7 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer herkömmlichen Bogenentladungsröhre.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Mit Bezug zu den Zeichnungen wird eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben.

Fig. 1 bis 5 zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 ist ein ver tikaler Querschnitt, der eine Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß der Ausführungsform der Erfindung darstellt. Fig. 2 ist eine vergrößerte Quer schnittsansicht, die einen wesentlichen Teil eines Quetschdichtbereichs der Bogenent ladungsröhre zeigt. Fig. 3 ist eine seitliche Querschnittsansicht (ein Querschnitt entlang der Linie III-III, die in Fig. 2 gezeigt ist) des Quetschdichtbereichs. Fig. 4 zeigt die Tat sache, wie die Glasschicht entlang eines in der Druckbelastungsschicht ausgebildeten Grenzrisses entlang gleitet. Fig. 5 ist eine Darstellung, die Schritte zur Herstellung der Bogenentladungsröhre gemäß der offenbarten Ausführungsform darstellt.

Gemäß Fig. 6 besitzt die Entladungslampeneinheit, an der eine Bogenentladungsröhre 10 befestigt ist, den gleichen Aufbau wie im Stand der Technik. Die Beschreibung der Entladungslampeneinheit wird daher weg gelassen.

Entsprechend den Fig. 1 und 2 umfasst die Bogenentladungsröhre 10 eine Quarzglas röhre W mit einem sphärischen erweiterten Bereich w₂, der an einer Zwischenposition eines sich in einer Längsrichtung gerade erstreckenden Bereichs w₁ ausgebildet ist. Be reiche, die zu dem sphärischen erweiterten Bereich w₂ der Quarzglasröhre W benach bart sind, sind quetschgedichtet. Somit bilden Quetschdichtbereiche 13, die jeweils eine rechteckige Querschnittsform aufweisen, an den beiden Enden des spanlosen abge dichteten Bereichs 12 einen elliptisch geformten Entladungsraum. Der abgedichtete Kammerbereich 12 umfasst ein Edelgas für den Startvorgang, Quecksilber und ein Me tallhalogenid (im Weiteren als "lichtemittierende Substanzen" bezeichnet).

Im abgedichteten Kammerbereich 12 sind Wolframelektrodenstäbe 6, die Entladungs elektroden bilden, einander gegenüberliegend angeordnet. Die Elektrodenstäbe 6 sind mit der Molybdänfolie 7, die in den Quetschdichtbereichen 13 eingeschlossen ist, ver bunden. Molybdänanschlussdrähte 8, die mit der Molybdänfolie 7 verbunden sind, ragen aus den Enden der Quetschdichtbereiche 13 hervor. Der hintere Anschlussdraht 8 dringt in einen kreisröhrenförmigen Bereich 14 ein, der nicht quetschgedichtet ist, um sich dann nach außen zu erstrecken.

Entsprechend Fig. 1 ist die Gestalt der Bogenentladungsröhre 10 ähnlich zu der der herkömmlichen Bogenentladungsröhre 5, die in Fig. 6 gezeigt ist. Um die Formbarkeit des Quarzglases zu verbessern weist die äußere Oberfläche des Wolframelektroden stabs 6 kleine Vertiefungen und Erhebungen auf, die durch starkes elektrolytisches Po lieren gebildet wurden. Ferner kontaktiert das Gebiet der Glasschicht der Quetschdicht bereiche 13 hermetisch die Elektrodenstäbe 6 und besitzt eine Restdruckbelastungs schicht 16, die eine starke Haftung zu den Elektrodenstäben 6 zeigt und eine vorbe stimmte Größe hat.

Bezüglich der Fig. 2 und 3 erstreckt sich die Restdruckbelastungsschicht 16 entlang den Elektrodenstäben 6, um die Elektrodenstäbe 6 zu umgeben. Die Länge L₁ der Rest druckbelastungsschicht 16 in der axialen Richtung der Restdruckbelastungsschicht 16 ist nicht geringer als ungefähr 30% der axial gerichteten Länge L₂ der Glasschicht, die nur mit den Elektrodenstäben 6 in hermetischen Kontakt ist. Die Restdruckbelastungs schicht 16 bildet einen Winkelbereich 6, von 180° oder größer in der Umfangsrichtung der Elektrodenstäbe 6.

Der Vorgang des Quetschdichtens erzeugt nicht sofort eine thermische Spannung in der Grenze zwischen der Glasschicht 15 und den Elektrodenstäben 6. Wenn die Tempera tur wieder die Raumtemperatur erreicht hat, wirkt eine thermische Spannung (Zugspan nung im Elektrodenstab und Druckspannung in der Glasschicht) entsprechend dem Unterschied (45 × 10^-7 l/°C und 5 × 10^-7 l/°C) im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwi schen den beiden Elementen auf die Grenze zwischen dem Elektrodenstab (Wolfram) 6 und dem Glas (Quarzglas). Daher zeigen die Elektrodenstäbe 6 eine restliche Zugspan nung und die Glasschicht zeigt eine verbleibende bzw. restliche Druckspannung bzw. - belastung.

Die Restdruckbelastungsschicht 16 ist in einem weiteren Bereich der Glasschicht aus gebildet. Ferner wird die Temperatur der Bogenentladungsröhre 10 (Quetschdichtberei che 13), die sich nach dem Einschalten der Lampe einstellt, nicht auf ein Niveau erhöht, das zum Quetschdichten der Quetschdichtbereiche 13 verwendet wird. Daher bewirkt das Einschalten der Lampe eine thermische Spannung in der Glasschicht 15 der Quetschdichtbereiche 13, die die in der Glasschicht 15 der Quetschdichtbereiche 13 verbliebene Druckspannung bzw. Belastung verringert.

Das heißt, die thermische Spannung (thermische Zugspannung) in einer Richtung, die die restliche Druckspannung entspannt, wirkt auf die Glasschicht 15 im Quetschdichtbe reich nachdem die Lampe eingeschaltet worden ist. Wenn die Fläche der Restdruckbe lastungsschicht 16 in der axialen Richtung und der Umfangsrichtung der Elektrodenstä be 6 klein ist, ist die thermische Spannung auf die Restdruckbelastungsschicht 16 kon zentriert. Wenn die Lampe wiederholt in Betrieb genommen wird, wird die thermische Spannung wiederholt ausgeübt. Folglich gibt es die Möglichkeit, dass sich in der Glas schicht 15 ein vertikaler Riss ausbildet, der ein allmähliches Entweichen der einge schlossenen Substanzen erlaubt.

Die Oberfläche der hermetischen Verbindung zwischen der Glasschicht 15 und den E lektrodenstäben 6 umfasst die Restdruckbelastungsschicht 16, die eine ausgezeichnete Haftung zeigt. Die Restdruckbelastungsschicht 16 ist in einem weiten Bereich für L₁ ≧ 0.3L₂ in der axialen Richtung der Elektrodenstäbe 6 und für θ₁ ≧ 180° in der Umfangs richtung der Elektrodenstäbe 6 ausgebildet. Die Druckbelastungsschicht (die Restdruck belastungsschicht) 16 entspannt wirkungsvoll die in der Glasschicht 15 durch den Tem peraturenstieg erzeugte thermische Spannung.

Das heißt, die Restdruckbelastungsschicht 16 verteilt die thermische Spannung, die aus dem Einschalten der Lampe resultiert, bevor diese auf die Glasschicht 15 übertragen wird. Somit tritt kein vertikaler Riss in der Glasschicht 15 auf, der es ermöglicht, dass die eingeschlossenen Substanzen allmählich entweichen.

Bezüglich Fig. 3 umfasst die Restdruckbelastungsschicht 16 einen sichtbaren Grenzriss 17, der die Elektrodenstäbe 6 umgibt und eine kreisförmige Bogenentladungsform (eine zylindrische Form) bildet. Somit absorbiert der Grenzriss 17 die thermische Spannung zwischen den Elektrodenstäben 6 und der Glasschicht 15, da die Glasschichten 15a und 15b entlang dem Grenzriss 17 gleiten.

Das heißt, nach Einschalten der Lampe tritt eine thermische Spannung zwischen Glas schicht 15 und den Elektrodenstäben 6 in den Quetschdichtbereichen 13 auf. Bezüglich Fig. 4 gleitet die Glasschicht 15b, die mit den Elektrodenstäben 6 in hermetischem Kontakt ist, an der Innenseite des Grenzrisses 17 mit Bezug zu der Glasschicht 15a an der Außenseite des Grenzrisses 17. Somit absorbiert der Grenzriss 17 eine thermische Spannung, die auch auf den Grenzbereich zwischen den Elektrodenstäben 6 und der Glasschicht 15 wirkt. Daher bildet sich in der Glasschicht 15 kein vertikaler Riss, der ein allmähliches Entweichen der eingeschlossenen Substanzen bewirken würde.

Die Restdruckbelastungsschicht 16 ist in der axialen Richtung in der Länge L₁ ≧ 0.3L₂ und mit θ₁ ≧ 180° in der Glasschicht 15 der Quetschdichtbereiche 13 ausgebildet. Um die Restdruckbelastungsschicht 16 in der oben beschriebenen Weise zu bilden, werden bevorzugt beim Röhrenherstellungsprozess die Bereiche, die quetschgedichtet werden müssen, in einem Temperaturbereich von 2000°C bis 2300°C und vorzugsweise in ei nem Temperaturbereich von 2100°C bis 2200°C quetschgedichtet.

Der Erfinder hat einen EU-Schaltmodus-Beschleunigungstest durchgeführt. Demzufolge betrug die mittlere Lebensdauer der Entladungsröhre der Restdruckbelastungsschicht 16 mit einer Länge L₁ ≧ 0.3L₂ in der axialen Richtung und θ₁ ≧ 180° 1156 Stunden. An dererseits betrug die Lebensdauer einer Entladungsröhre (Vergleichsbeispiel) mit der Restdruckbelastungsschicht 16 für L₁ < 0.3L₂ und θ₁ < 180° 483 Stunden.

Das heißt, der EU-Schaltmodus-Beschleunigungstest hatte zum Ergebnis, dass die Bogenentladungsröhre gemäß dieser Ausführungsform eine nutzbare Lebensdauer aufwies, die näherungsweise dreimal größer als die Lebensdauer der herkömmlichen Bogenentladungsröhre war. Wenn daher eine Bogenentladungsröhre der vorliegenden Erfindung in der üblichen Weise verwendet wird, besitzt diese eine beträchtlich längere Lebensdauer als eine herkömmliche Bogenentladungsröhre.

Gemäß Fig. 5 wird ein Verfahren zur Herstellung der Bogenentladungsröhre mit dem spanlosen abgedichteten Kammerbereich, der in Fig. 1 gezeigt ist, beschrieben.

Es wird die Glasröhre W mit einem sphärischen erweiterten Bereich w₂, der an einer Zwischenposition eines sich gerade erstreckenden Bereichs w₁ gebildet ist, hergestellt. Anschließend positioniert gemäß Fig. 5(a) ein Glasröhren-Halteelement 22 die Glasröh re W in vertikaler Richtung. Anschließend wird die Elektrodenanordnung A in ein Ende der nach unten gerichteten Öffnung der Glasröhre W eingeführt und an einer vorbe stimmten Position gehalten. Anschließend wird eine Einlassdüse 40 für inaktives Gas (Argon oder Stickstoff) in das Ende der oberen Öffnung der Glasröhre W eingeführt. Anschließend wird das untere Ende der Glasröhre W in eine Zuführleitung 50 für inakti ves Gas (Argon oder Stickstoff) eingeführt.

Das inaktive bzw. inerte Gas, das durch die Düse 40 zugeführt wird, verhindert die Oxi dation der Elektrodenanordnung A während des Quetschdichtvorganges. Das durch die Gaszufuhrleitung 50 zugeführte inaktive Gas erhält eine inaktive Gasatmosphäre um den Anschlussdraht 8 aufrecht, um eine Oxidation des Anschlussdrahts 8 während des Quetschdichtvorganges und nach dem Quetschdichtvorgang zu verhindern. Gemäß Fig. 5(a) liefern Gaszylinder 42, 52 das inaktive Gas. Gasdruckregulatoren 44, 54 re geln den Fluss des inaktiven Gases.

Entsprechend Fig. 5(a) erhitzt ein Brenner 24a die Stelle (die Stelle, die die Molybdän folie mit einschließt), die zu dem sphärischen erweiterten Bereich w₂ in dem sich gerad linig erstreckenden Bereich w₁ benachbart ist, auf 2100°C, während das inaktive Gas durch die Düse 40 und die Leitung 50 in die Glasröhre W eingeführt wird. Ferner führt das Verquetschelement 26a eine Quetschdichtung eines Teils des ersten Quetschdicht bereichs aus, der den Bereich der Molybdänfolie 7, die mit dem Anschlussdraht 8 ver bunden ist, einschließt.

Gemäß Fig. 5(b) hält nach Beendigung des Quetschdichtvorgangs eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) ein Vakuum (ein Druckniveau, das nicht höher als 400 Torr ist) in der Glasröhre W aufrecht. Anschließend erhöht ein Brenner 24b die Temperatur auf 2100°C. Das Verquetschelement 26b stellt eine Quetschdichtung eines weiteren Teils des ersten Quetschdichtbereichs, der die Molybdänfolie 7 einschließt, her. Vorzugswei se liegt das Vakuum im Innenbereich der Glasröhre W bei 400 Torr bis 4 × 10^-3 Torr.

Somit ist innerhalb des ersten Quetschdichtbereichs 13 die Glasschicht 15 in hermeti schem Kontakt mit dem Elektrodenstab 6, der Molybdänfolie 7 und dem Anschlussdraht 8, die die Elektrodenanordnung A bilden. Insbesondere ist die Glasschicht 15 in herme tischem Kontakt mit dem Elektrodenstab 6 und der Molybdänfolie 7, so dass eine zufrie denstellende Formbarkeit verwirklicht wird und die Glasschicht 15 und die Molybdänfolie 7 fest miteinander verbunden sind. Nachdem der erste Quetschdichtbereich abgekühlt worden ist, wird die Restdruckbelastungsschicht 16 mit der vorbestimmten Größe gebil det. Der Grenzriss 17 wird in der Restdruckbelastungsschicht 16 gebildet.

Ferner wird im ersten Quetschdichtbereich die Atmosphäre der unteren Öffnung der Glasröhre W so eingestellt, dass diese ein inaktives Gas (Argon oder Stickstoff) ist. Dies verhindert die Oxidation des Anschlussdrahts 8.

Gemäß Fig. 5(c) werden die lichtemittierenden Substanzen P durch ein Ende der nach oben gerichteten Öffnung der Glasröhre W in den sphärischen erweiterten Bereich w₂ eingeführt. Anschließend wird eine zweite Elektrodenanordnung A' mit einem Elektro denstab 6, einer Molybdänfolie 7 und einem Anschlussdraht 8 an eine vorbestimmte Position eingeführt.

Der Anschlussdraht 8 besitzt einen gebogenen Bereich 8b, der an einer Zwischenstelle in der Längsrichtung ausgebildet ist, wobei der gebogene Bereich 8b als eine W-Form ausgebildet ist. Der gebogene Bereich 8b drückt gegen eine innere Oberfläche der Glas röhre W, so dass die Elektrodenanordnung A' an einer vorbestimmten Position in der Längsrichtung des sich geradlinig erstreckenden Bereichs w₁ gehalten wird.

Der Innenbereich der Glasröhre W wird evakuiert und anschließend wird, wie in Fig. 5(d) gezeigt ist, ein vorbestimmter oberer Bereich der Glasröhre W von Materialresten befreit bzw. entgratet, während Xenon in die Glasröhre W eingeleitet wird. Somit ist die Elektrodenanordnung A' mit dem Anschlussdraht zeitweise mit dem Innenbereich der Glasröhre W verbunden. Ferner sind die lichtemittierenden Substanzen eingeschlossen. Es sei angemerkt, dass das Bezugszeichen w₃ einen spanlosen bzw. entgrateten Be reich repräsentiert.

Gemäß Fig. 5(e) verhindert das Abkühlen des sphärischen erweiterten Bereichs w₂ mit flüssigem Stickstoff (LN₂) das Verdampfen der lichtemittierenden Substanzen P. Der Brenner 24 erhitzt die Stelle des sich geradlinig erstreckenden Bereich w₁ (die Stelle, die die Molybdänfolie einschließt), die zu dem sphärisch erweiterten Bereich w₂ benachbart ist, auf 2100°C. Anschließend führt das Verquetschelement 26c ein zweites Quetsch dichten durch, um den sphärischen erweiterten Bereich w₂ abzudichten. Folglich enthält die Bogenentladungsröhre den spanlosen abgedichteten Kammerbereich 12, wobei die Elektrodenstäbe 6 zu einander gegenüberliegend angeordnet und die lichtemittierenden Substanzen P eingeschlossen sind.

Der Quetschdichtvorgang zur Abdichtung des sphärischen erweiterten Bereichs w₂ er fordert nicht, dass der Innenbereich der Glasröhre W unter Unterdruck steht (durch Be tätigung der Vakuumpumpe). In diesem Falle wird in der Glasröhre W eingeschlossenes Xenon verflüssigt, so dass der Innenbereich der Glasröhre W einen Unterdruck erfährt (ungefähr 400 Torr). Dadurch verbessert sich die Haftung der Glasschicht zu der Elekt rodenanordnung A' (dem Elektrodenstab 6, der Molybdänfolie 7 und dem Anschluss draht 8) im zweiten Quetschdichtbereich 138.

Ähnlich wie im Quetschdichtvorgang für den ersten Quetschdichtbereich, wirkt auf die durch die zugeführte Wärme erweichte Glasschicht der Unterdruck sowie der durch das Quetschdichtelement 26c ausgeübte Druck ein. Somit kontaktiert die Glasschicht im Elektrodenstab 6 die Molybdänfolie 7 und den Anschlussdraht 8 in hermetischer Weise ohne Ausbildung einer Lücke und mit zufriedenstellender Verformbarkeit. Folglich sind die Glasschicht und der Elektrodenstab 6, die Molybdänfolie 7 und der Anschlussdraht 8 fest miteinander verbunden. Nachdem sich der zweite Quetschdichtbereich 13 abge kühlt hat, bilden sich die Restdruckbelastungsschicht 16 und der Grenzriss 17 in ähnli cher Weise wie im ersten Quetschdichtbereich 13.

Schließlich wird das Ende der Glasschicht auf eine vorbestimmte Länge zurecht ge schnitten, so dass die in Fig. 1 gezeigte Entladungsröhre 10 erhalten wird. Ein Deh nungsmessgerät (nicht gezeigt) misst die Größe der Restdruckbelastungsschicht 16, die im Quetschdichtbereich der hergestellten Bogenentladungsröhre ausgebildet ist. Wenn die Restdruckbelastungsschicht 16 größer als ein vorbestimmter Wert ist, wird die Probe akzeptiert, wenn die Größe kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wird die Probe nicht akzeptiert.

In der vorhergehenden Ausführungsform bildet sich die Restdruckbelastungsschicht 16 mit einer vorbestimmten Größe an der Oberfläche der Glasschicht 15 in den Quetsch dichtbereichen 13 sowohl an der vorderen als auch an den rückseitigen Enden aus, die in hermetischem Kontakt mit den Elektrodenstäben 6 ist. Ferner bildet sich der Grenz riss 17 in der Restdruckbelastungsschicht 16.

Es kann auch eine weitere Struktur verwendet werden, in der der Grenzriss 17 in der Restdruckbelastungsschicht 16 nicht gebildet ist.

In der vorhergehenden Ausführungsform kontaktiert die Restdruckbelastungsschicht 16, die auf der Oberfläche der Glasschicht 15 in den Quetschdichtbereichen 13 jeweils an den vorderen und hinteren Enden ausgebildet ist, die Elektrodenstäbe 6 in hermetischer Weise. Die Restdruckbelastungsschicht 16 besitzt die vorbestimmte Länge L₁ in der axi alen Richtung und den vorbestimmten Winkel θ₁ in der Umfangsrichtung. Eine Struktur mit der vorbestimmten Länge L₁ lediglich in der axialen Richtung oder eine Struktur mit dem vorbestimmten Winkel θ₁ lediglich in der Umfangsrichtung kann ebenfalls verwen det werden.

In der vorhergehenden Ausführungsform erfährt die Glasröhre W mit einem sphärischen erweiterten Bereich w₂ eine erste Quetschdichtung, so dass der abgedichtete Kammer bereich 12, in dem die Elektrodenstäbe 6 zueinander entgegengesetzt angeordnet sind, abgedichtet wird. Auf diese Weise wird die Bogenentladungsröhre mit dem spanlosen abgedichteten Kammerbereich 12 hergestellt. Die vorliegende Erfindung wird auf die gefertigte spanlose Bogenentladungsröhre angewendet.

Die vorliegende Erfindung kann auf eine Bogenentladungsröhre mit einem Spanbereich angewendet werden. Das heißt, zwei Enden einer Glasröhre mit einem sphärischen er weiterten Bereich, mit dem ständig eine Absaugleitung verbunden ist, werden quetsch gedichtet. Somit wird ein sphärischer erweiterter Bereich (im Kammerbereich) gebildet, in dem die Elektroden zueinander entgegengesetzt angeordnet sind. Anschließend wer den die lichtemittierenden Substanzen und dergleichen in den sphärisch erweiterten Bereich (in dem Kammerbereich) durch die Absaugleitung eingeführt. Anschließend wird die Absaugleitung entfernt, so dass der Kammerbereich abgedichtet ist. Auf diese Weise kann die Bogenentladungsröhre mit einem Span bzw. Grat hergestellt werden. Ferner kann die vorliegende Erfindung auf die Bogenentladungsröhre mit einer Kammer, die mit einem Spanbereich versehen ist, angewendet werden.

Die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wur de zum Zwecke der Darstellung und Beschreibung präsentiert. Es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die genaue offenbarte Form zu beschränken; Modifikationen und Vari ationen sind in Anbetracht der obigen Lehren möglich oder können aus dem Ausführen der Erfindung resultieren. Die Ausführungsform wurde ausgewählt und beschrieben, um Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern und es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in diversen Ausführungsformen und diversen Modifikationen, die für spezielle Anwendungen geeigneter Weise in Betracht gezogen werden, zu verwenden.

Claims

1. Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit mit:
mindestens zwei Elektrodenanordnungen, wobei jede Elektrodenanordnung einen Elektrodenstab, eine Folie und einen Anschlussdraht, intern in Reihe verbunden, umfasst;
einer Röhre mit einer zentralen abgedichteten Kammer, die lichtemittierende Sub stanzen umschließt und ferner Quetschdichtbereiche, die an gegenüber liegenden Enden der Kammer angeordnet sind, umfasst;
wobei jeder Quetschdichtbereich eine Elektrodenanordnung umschließt, so dass der Elektrodenstab in die Kammer hinein ragt und der Anschlussdraht aus dem Quetsch dichtbereich hervorragt;
und einer Restdruckbelastungsschicht, die einem Glasschichtgebiet in jedem der Quetschdichtbereiche gegenüber liegt, wobei die Restdruckbelastungsschicht den Elektrodenstab in hermetischer Weise kontaktiert, wobei die Restdruckbelastungs schicht und das Glasschichtgebiet sich nur entlang dem Elektrodenstab erstrecken.

2. Die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Restdruckbelastungsschicht einen Grenzriss in einer äußeren Oberfläche der Restdruckbelastungsschicht aufweist.

3. Die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Restdruckbelastungsschicht eine Länge aufweist, die größer oder gleich 30% der axialen Länge des Glasschichtgebiets, das lediglich den Elektrodenstab berührt, ist.

4. Die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Restdruckbelastungsschicht in einem Winkelbereich von 180° oder größer in der Umfangsrichtung des Elektrodenstabs liegt.

5. Die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Restdruckbelastungsschicht eine Länge aufweist, die größer oder gleich 30% der axialen Länge des Glasschichtgebiets, das nur mit dem Elektrodenstab in Kontakt ist, und in einem Winkelbereich von ungefähr 180° oder größer in der Um fangsrichtung des Elektrodenstabs liegt.

6. Die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Röhre Quarzglas umfasst.

7. Die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß Anspruch 1, wobei der Elektrodenstab jeder der Elektrodenanordnungen Wolfram umfasst.

8. Die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß Anspruch 7, wobei der Anschlussdraht einer der Elektrodenanordnungen einen gebogenen Be reich umfasst, der gegen eine innere Oberfläche der Röhre drückt.

9. Die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Folie jeder der Elektrodenanordnungen Molybdän umfasst.

10. Die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Kammer eine elliptische Form aufweist.

11. Die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß Anspruch 1, wobei die in der Kammer eingeschlossenen lichtemittierenden Substanzen ein Star teredelglas, Quecksilber und ein Metallhalogenid umfassen.

12. Die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß einem der An sprüche 1 bis 5, wobei jeder Quetschdichtbereich gebildet ist, indem die Glasröhre auf eine Temperatur von mindestens 2000°C vor dem Ausführen des Quetschdich tens erhitzt wird.

13. Die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß einem der An sprüche 1 bis 5, wobei jeder Quetschdichtbereich gebildet ist, indem die Glasröhre auf eine Temperatur von nicht mehr als 2300°C vor dem Ausführen des Quetsch dichtens erhitzt wird.

14. Die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß einem der An sprüche 1 bis 5, wobei jeder Quetschdichtbereich gebildet ist, indem die Glasröhre auf eine Temperatur im Bereich von 2100°C bis 2200°C vor dem Ausführen des Quetschdichtens erhitzt wird.

15. Die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampeneinheit gemäß einem der An sprüche 1 bis 5, wobei jeder Quetschdichtbereich gebildet ist, indem die Glasröhre auf eine Temperatur im Bereich von 2000°C bis 2300°C vor dem Ausführen des Quetschdichtens erhitzt wird.