Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bogenentladungsröhre sowie
ein Verfahren zur Herstellung einer Bogenentladungsröhre anzugeben,
wobei die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre hoch ist.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Bogenentladungsröhre
nach Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung einer Bogenentladungsröhre nach
Anspruch 3. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Demgemäß wird eine
Bogenentladungsröhre
geschaffen mit: einem Bogenentladungsröhrenkörper, der eine Lichtemissionsröhre enthält, die
so beschaffen ist, daß sie
einen Entladungsraum bildet, wobei an ihren beiden Seiten Abquetschdichtungsabschnitte
ausgebildet sind, und die aus Quarzglas hergestellt ist; und zwei
Wolframelektroden, die in der Weise mit den Abquetschdichtungsabschnitten
abquetschabgedichtet sind, daß die
vorderen Enden der beiden Wolframelektroden in den Entladungsraum
hineinragen, wobei die durchschnittliche Rauhigkeit der Oberfläche jeder
der Wolframelektroden auf höchstens
3 μm eingestellt
ist.
Die
Wolframelektrode kann aus reinem Wolfram oder aus einem Material
hergestellt werden, in dem zu dem Wolfram als Hauptkomponente des
Grundmaterials andere Komponenten hinzugefügt werden.
Die
Oberflächen
der Wolframelektrode müssen
die Oberflächen
der mit den Abquetschdichtungsabschnitten abquetschabgedichteten
Abschnitte enthalten. Somit müssen
die Oberflächen
der Wolframelektrode nicht notwendig die Gesamtoberflächen sein.
Die
wie oben beschriebene, konstruierte Bogenentladungsröhre ist
so beschaffen, daß die
beiden Wolframelektroden in den auf den beiden Seiten der Lichtemissionsröhre des
Bogenentladungsröhrenkörpers ausgebildeten
Abquetschdichtungsabschnitten in der Weise abquetschabgedichtet
sind, daß die
vorderen Enden der Wolframelektroden in den Entladungsraum hineinragen.
Jede der Wolframelektroden besitzt Oberflächen mit einer ausgezeichneten
Glätte,
so daß die
durchschnittliche Rauhigkeit der Oberfläche jeder der Wolframelektroden
höchstens
3μm beträgt. Somit
werden die folgenden Operationen und Wirkungen erhalten.
Wenn
die Wolframelektroden mit den Abquetschdichtungsabschnitten abquetschabgedichtet
werden, gelangen die beiden Elemente mit kleinen Vertiefungen und
Vorsprüngen
in Eingriff miteinander. Somit kann das Problem, das bei der herkömmlichen
Konstruktion dadurch entsteht, daß an den Oberflächen der
Abquetschdichtungsabschnitte, an denen die Abquetschdichtungsabschnitte
mit den Wolframelektroden verbunden sind, eine unerwünscht hohe
Druckbeanspruchung verbleibt, verhindert werden.
Wenn
wegen der Restdruckbeanspruchung während der Verwendung der Bogenentladungsröhre ein Bruch
des Bogenentladungsröhrenkörpers eintritt,
ist der Bruch somit auf einen lokalen Abschnitt, d.h. auf ein an
die Verbindungsoberfläche
angrenzendes Gebiet, beschränkt.
Das heißt,
der Bruch wird nicht größer und erreicht
somit nicht die Oberfläche
des Bogenentladungsröhrenkörpers. Im
Ergebnis kann das Auftreten eines Lecks zwischen dem Entladungsraum
und dem Außenraum
verhindert werden.
Somit
kann die Lebensdauer der bevorzugten Bogenentladungsröhre, die
so beschaffen ist, daß sie das
Auftreten eines Lecks wegen eines Bruchs des Bogenentladungsröhrenkörpers verhindert,
verlängert
werden.
Weiterhin
wird ein Verfahren zur Herstellung einer Bogenentladungsröhre geschaffen,
mit: einem Bogenentladungsröhrenkörper, der
eine Lichtemissionsröhre
enthält,
die so beschaffen ist, daß sie
einen Entladungsraum bildet, wobei an ihren beiden Seiten Abquetschdichtungsabschnitte
ausgebildet sind, und die aus Quarzglas hergestellt ist; und zwei
Wolframelektroden, die in der Weise mit den Abquetschdichtungsabschnitten
abquetschabgedichtet sind, daß die
vorderen Enden der beiden Wolframelektroden in den Entladungsraum
hineinragen, wobei das Verfahren zur Herstellung einer Bogenentladungsröhre die
folgenden Schritte umfaßt:
Einschieben einer Wolframelektrode, die so beschaffen ist, daß die mittlere
Oberflächenrauhigkeit höchstens
3μm beträgt, in die
Abschnitte einer Quarzglasröhre,
in denen die Abquetschdichtungsabschnitte ausgebildet werden, und
Anordnen der Wolframelektrode in diesen Abschnitten; und Abquetschabdichten
der Abschnitte, in denen die Abquetschdichtungsabschnitte ausgebildet
werden, in einem Zustand, in dem die Abschnitte, in denen die Abquetschdichtungsabschnitte
ausgebildet werden, auf wenigstens 2000°C erwärmt werden, so daß jeder
Abquetschdichtungsabschnitt ausgebildet wird.
Die
Abschnitte, in denen die Abquetschdichtungsabschnitte ausgebildet
werden, werden beim Ausführen
der Abquetschabdichtoperation auf eine hohe Temperatur von wenigstens
2000°C erwärmt. Somit
kann die Haftfestigkeit zwischen den Wolframelektroden und den Abquetschdichtungsabschnitten
erhöht
werden. Somit verbleibt in einem weiten Bereich in einem an die
Verbindungsoberflächen
zwischen den Abquetschdichtungsabschnitten und den Wolframelektroden
angrenzenden Gebiet eine niedrige Druckbeanspruchung.
Somit
wird der wegen der Restdruckbeanspruchung während der Verwendung der Bogenentladungsröhre auftretende
Bruch des Bogenentladungskörpers
in dem an die Verbindungsoberfläche
angrenzenden Gebiet gleichmäßig verteilt.
Dadurch kann eine Ausdehnung des Bruchs auf einen anderen Abschnitt
wirksam verhindert werden. Im Ergebnis kann außerdem das Auftreten eines
Lecks zwischen dem Entladungsraum und dem Außenraum wirksam verhindert
werden.
Somit
ermöglicht
die Nutzung des bevorzugten Verfahrens zur Herstellung einer Bogenentladungsröhre eine
weitere Verlängerung
der Lebensdauer der Bogenentladungsröhre.
Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben und erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine
seitliche Querschnittsansicht einer Entladungslampe mit einer Bogenentladungsröhre gemäß einer
Ausführungsform;
2 eine
vergrößerte Ansicht
des in 1 gezeigten Abschnitts II;
3 eine
vergrößerte Ansicht
des in 2 gezeigten Abschnitts III;
4 eine Prinzipdarstellung eines Abquetschabdichtprozesses
gemäß einer
Ausführungsform
zum Abquetschabdichten einer Wolframelektrode mit einem Abschnitt
einer Quarzglasröhre,
in dem der Abquetschdichtungsabschnitt ausgebildet wird;
5 die
bereits erwähnte
Prinzipdarstellung eines Beispiels einer herkömmlichen Bogenentladungsröhre; und
6 die
bereits erwähnte
vergrößerte Ansicht
des in 5 gezeigten Abschnitts VI.
Wie
in den 1 und 2 gezeigt ist, ist der Entladungskolben 10 ein
Lichtquellen kolben, der z.B. in einem Fahrzeugscheinwerfer angebracht
ist. Die Entladungslampe 10 enthält eine in Längsrichtung
verlaufende Bogenentladungsröhreneinheit 12 und
eine Isoliersteckereinheit 14 zum Befestigen und Abstützen des hinteren
Endes der Bogenentladungsröhreneinheit 12.
Die
Bogenentladungsröhreneinheit 12 enthält eine
einteilig ausgebildete Bogenentladungsröhre 16 und eine Hüllenröhre 18,
welche die Bogenentladungsröhre 16 umgibt.
Die
Bogenentladungsröhre 16 enthält einen
Bogenentladungsröhrenkörper 20, der
durch maschinelles Bearbeiten einer Quarzglasröhre erhalten wird, und eine
vordere und eine hintere Elektrodenbaueinheit 22A und 22B,
die in den Bogenentladungsröhrenkörper 20 hineingesteckt
sind.
Der
Bogenentladungsröhrenkörper 20 enthält eine
in seinem Mittelabschnitt ausgebildete, im wesentlichen elliptisch
geformte Lichtemissionsröhre 20a.
Außerdem
sind an dem vorderen und an dem hinteren Abschnitt der Lichtemissionsröhre 20a die
Abquetschdichtungsabschnitte 20b1 und 20b2 ausgebildet.
In der Lichtemissionsröhre 20a verläuft in Längsrichtung
ein im wesentlichen elliptisch geformter Entladungsraum 24. In
dem Entladungsraum 24 sind Xenongas und ein Metallhalogenid
enthalten.
Die
Elektrodenbaueinheiten 22A und 22B sind in der
Weise konstruiert, daß die
stabförmigen
Wolframelektroden 26A und 26B und die Anschlußdrähte 28A und 28B über die
Molybdänfolienteile 30A und 30B miteinander
verbunden und aneinander befestigt sind. Die Elektrodenbaueinheiten 22A und 22B sind
mit den Abquetschdichtungsabschnitten 20b1 und 20b2 an
dem Bogenentladungsröhrenkörper 20 abquetschabgedichtet.
Die Molybdänfolienelemente 30A und 30B sind
vollständig
in die Abquetschdichtungsabschnitte 20b1 und 20b2 eingebettet.
Die Wolframelektroden 26A und 26B ragen in der
Weise in den Entladungsraum 24, daß ihre vorderen Enden in Längsrichtung
einander gegenüberliegen.
Jede
Wolframelektrode 26A und 26B ist so beschaffen,
daß das
Grundmaterial behandeltes Wolfram (mit mehreren Prozent Thoriumoxid
dotiertes Wolfram) ist. Jede Außenoberfläche 26Aa und 26Ba der
Wolframelektroden 26A und 26B wird einem starken
Elektropolierverfahren unterworfen. Somit beträgt die mittlere arithmetische
Abweichung des Rauheitsprofil 5 Ra jeder Außenoberfläche 26Aa und 26Ba höchstens
3μm (es wird
angemerkt, daß der
Wellenbegrenzung λc
= 0,8mm und die Rauheitsbezugsstrecke In = 4mm beträgt). Die
vorderen Stirnseiten 26Ab und 26Bb der Wolframelektroden 26A und 26B werden
trommelpoliert.
Um
eine zufriedenstellende Entladungskennlinie zu erhalten, beträgt der Krümmungsradius
der Ecke R jeder vorderen Stirnseite 26Ab und 26Bb etwa
0,04mm bis etwa 0,06mm.
3 ist
eine vergrößerte Ansicht
des in 2 gezeigten Abschnitts III, die einen Zustand
der Oberfläche
zeigt, mit der die Wolframelektrode 26B und der Abquetschdichtungsabschnitt 20b2 nach
mehrmaligem Ein- und Ausschalten der Entladungslampe 10 miteinander
verbunden sind. Die Verbindungsoberfläche zwischen der anderen Wolframelektrode 26A und
dem Abquetschdichtungsabschnitt 20b1 erreicht einen ähnlichen
Zustand.
Die
mittlere arithmetische Abweichung des Rauheitsprofils Ra der Außenoberfläche 26Ba wird
auf höchstens
3μm eingestellt.
Wenn die Wolframelektrode 26B mit dem Abquetschdichtungsabschnitt 20b2 abquetschabgedichtet
wurde, sind die beiden Elemente mit kleinen Vertiefungen und Vorsprüngen miteinander im
Eingriff. Somit folgt, daß die
unerwünschte
weitere hohe Druckbeanspruchung in einem an die Verbindungsoberfläche angrenzenden
Gebiet zwischen dem Abquetschdichtungsabschnitt und der Wolframelektrode,
die bei der herkömmlichen
Konstruktion wirkt, verhindert werden kann.
Wenn
wegen der Restdruckbeanspruchung während der Verwendung der Bogenentladungsröhre 16 ein
Bruch des Bogenentladungsröhrenkörpers 20 eintritt,
ist der Bruch somit auf einen lokalen Abschnitt, d.h. auf das an
die Verbindungsoberfläche
angrenzende Gebiet, beschränkt.
Das heißt,
in einem in 2 gestrichelten Gebiet A tritt
ein Bruch der Art ein, daß das
Quarzglas fein gebrochen ist. In dem Abquetschdichtungsabschnitt 20b2 entsteht
eine mit einer Strich-Punkt-Punkt-Linie gezeigte hohlspiegelförmige Oberfläche B. Somit
kann die Ausbildung eines großen
Bruchs, der die Oberfläche
des Bogenentladungsröhrenkörpers 20 erreicht,
verhindert werden. Im Ergebnis kann das Auftreten eines Lecks zwischen
dem Entladungsraum 24 und dem Außenraum verhindert werden.
4 ist eine Prinzipdarstellung, die einen
Abquetschabdichtschritt zum Abquetschabdichten der Wolframelektrode 26B mit
einem Abschnitt 20b2' einer
Quarzglasröhre 20', in dem die
Abquetschdichtung ausgebildet wird, zeigt.
Wie
in 4(a) gezeigt ist, ist wird die
Elektrodenbaueinheit 22B im Anfangszustand aus einer Stellung,
die unter der der in dem Bogenlampenröhrenkörper 20 mit der Lichtemissionsröhre 20a ausgebildeten Quarzglasröhre 20' liegt, in eine
vorgegebene Stellung eingeschoben. Hierauf wird das untere Ende
des Abschnitts 20b2',
in dem die Abquetschdichtung ausgebildet wird, mit einem Brenner 2 erwärmt. Wie
in 4(b) gezeigt ist, wird hierauf
eine zeitweilige Abquetscheinrichtung 4 zum zeitweiligen
Abquetschabdichten der Elektrodenbaueinheit 22B mit dem
vorerwähnten
unteren Ende betätigt.
Wie
in 4(c) gezeigt ist, wird hierauf
der Abschnitt 20b2',
in dem die Abquetschdichtung ausgebildet wird, mit einem Brenner 6 auf
wenigstens 2000°C
(bevorzugt auf 2100°C
bis 2200°C)
erwärmt.
Wie in 4(d) gezeigt ist, wird in dem
vorgenannten Zustand ein Hauptabquetschabdichtprozeß ausgeführt, so
daß die
Elektrodenbaueinheit 22B an dem Abschnitt 20b2', in dem durch
Betätigen
einer Hauptabquetscheinrichtung 8 die Abquetschdichtung
ausgebildet wird, abquetschabgedichtet wird. Somit wird der Abquetschdichtungsabschnitt 20b2 ausgebildet.
Somit
wird beim Ausführen
der Hauptabquetschabdichtung des Abschnitts 20b2', in dem die
Abquetschdichtung ausgebildet wird, der Abschnitt 20b2', in dem die
Abquetschdichtung ausgebildet wird, auf eine hohe Temperatur von
wenigstens 2000°C
erwärmt.
Somit kann die Haftfestigkeit zwischen der Wolframelektrode 26B und
dem Abquetschdichtungsabschnitt 20b2 der Elektrodenbaueinheit 22B erhöht werden.
Dadurch verbleibt in einem weiten Bereich in dem an die Verbindungsoberfläche zwischen
dem Abquetschdichtungsabschnitt 20b2 und der Wolframelektrode 26B angrenzenden
Gebiet eine gleichförmige
kleine Druckbeanspruchung.
Folglich
werden die wegen der verbleibenden Druckbeanspruchung während der
Verwendung der Bogenentladungsröhre 16 auftretenden
Brüche
des Bogenentladungsröhrenkörpers 20 in
dem an die Verbindungsoberfläche
angrenzenden Gebiet im Wesentlichen gleichförmig verteilt. Die obenerwähnte hohlspiegelförmige Oberfläche kann
sich leicht ausbilden. Außerdem
kann die Ausdehnung des Bruchs auf den anderen Abschnitt wirksam
verhindert werden. Somit kann außerdem das Auftreten eines
Lecks zwischen dem Entladungsraum 24 und dem Außenraum
zuverlässig
verhindert werden.
Tabelle
1 zeigt die Beziehung zwischen der Oberflächenrauhigkeit (der mittleren
arithmetischen Abweichung des Profils Ra) der Außenoberfläche der Wolframelektrode und
der Lebensdauer (der mittleren Lebensdauer tc und der Erstfehler-Entstehungszeit
B3) der Bogenentladungsröhre.
Tabelle 2 zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur T, auf die
der Abschnitt, in dem die Abquetschdichtung beim Ausführen des
Hauptabquetschabdichtprozesses ausgebildet wird, erwärmt wird,
und der Lebensdauer der Bogenentladungsröhre (der mittleren Lebensdauer
tc und der Erstfehler-Entstehungszeit B3).
Aus
Tabelle 1 ist offensichtlich, daß die obenerwähnte Einstellung,
bei der die mittlere arithmetische Abweichung des Rauheitsprofils
Ra 3μm oder
kleiner ist, eine mittlere Lebensdauer von wenigstens etwa 2000 Stunden
ermöglicht.
Aus Tabelle 2 ist offensichtlich, daß der Abschnitt, in dem der
Abquetschdichtungsabschnitt ausgebildet wird, beim Ausführen des
Hauptabquetschabdichtprozesses auf eine Temperatur T von wenigstens
2000°C gebracht
wird. Somit kann eine mittlere Lebensdauer von wenigstens etwa 2000
Stunden erreicht werden.
Es
wird angemerkt, daß die
in den beiden Tabellen gezeigte mittlere Lebensdauer tc der Zeitpunkt
ist, zu dem bei 63,2% sämtlicher
Proben Probleme auftreten (die Bogenentladungsröhre nicht eingeschaltet werden
kann). Die Erstfehler-Entstehungszeit B3 ist der Zeitpunkt, zu dem
bei 3% sämtlicher
Proben Probleme auftreten (die Bogenentladungsröhre nicht eingeschaltet werden
kann). Bei zusätzlicher
Heranziehung der mittleren Lebensdauer tc kann die Streuung der
Lebensdauer erfaßt
werden.
Wie
oben beschrieben wurde, enthält
die Bogenentladungsröhre 16 gemäß der Ausführungsform
die an den beiden Seiten der Lichtemissionsröhre 20a des Bogenentladungsröhrenkörpers 20 an
den Abquetschdichtungsabschnitten 20b1 und 20b2 abquetschabgedichteten
Wolframelektroden 26A und 26B. Die Wolframelektroden 26A und 26B zeigen
eine ausgezeichnete Oberflächenglätte, so
daß die
mittlere arithmetische Abweichung des Rauheitsprofils Ra jeder der
Außenoberflächen 26Aa und 26Ba höchstens
3μm beträgt. Wenn
die Wolframelektroden 26A und 26B an den Abquetschdichtungsabschnitten 20b1 und 20b2 abquetschabgedichtet
werden, gelangen die beiden Elemente mit kleinen Vertiefungen und
Vorsprüngen
miteinander in Eingriff. Im Ergebnis kann das Fortbestehen einer
großen
Druckbeanspruchung in dem an die Verbindungsoberfläche zwischen
den Abquetschdichtungsabschnitten 20b1 und 20b2 und
den Wolframelektroden 26A und 26B angrenzenden
Gebiet verhindert werden.
In
dieser Ausführungsform
wird das untere Ende des Abschnitts 20b2', in dem die Abquetschdichtung ausgebildet
wird, vor dem Ausführen
der in 4(b) gezeigten zeitweiligen
Abquetschabdichtoperation mit dem Brenner 2 erwärmt (siehe 4(a)). Der vorgenannte Erwärmungsprozeß betrifft nicht direkt die
Haftfestigkeit zwischen der Wolframelektrode 26B und dem
Abquetschdichtungsabschnitt 20b2. Somit wurde keine Beschreibung
der Temperatur gegeben, auf die das untere Ende erwärmt werden
muß. Selbstverständlich kann
die Temperatur ähnlich
zu dem Hauptabquetschabdichtprozeß wenigstens 2000°C betragen.
In
dieser Ausführungsform
wird die mittlere arithmetische Abweichung des Rauheitsprofils Ra
der Außenoberflächen 26Aa und 26Ba der
Wolframelektroden 26A und 26B auf höchstens
3μm eingestellt.
Außerdem
wird der Abschnitt 20b2',
in dem die Abquetschdichtung ausgebildet wird, beim Ausführen des
Hauptabquetschabdichtprozesses auf wenigstens 2000°C erwärmt. Aus
den Tabellen 1 und 2 geht hervor, daß die mittlere
arithmetische Abweichung des Profils Ra bevorzugt höchstens
2μm beträgt. Außerdem wird
die Temperatur bevorzugt auf wenigstens 2100°C eingestellt. In dem vorgenannten
Fall kann außerdem
die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre 16 verlängert werden.
In
dieser Ausführungsform
ist die Bogenentladungsröhre
die Bogenentladungsröhre 16 für eine in
einem Fahrzeugscheinwerfer angebrachte Entladungslampe 10.
Selbstverständlich
kann die Bogenentladungsröhre
gemäß dieser
Ausführungsform
zu einem anderen Zweck verwendet werden.
