DE102005049239B4

DE102005049239B4 - Lichtbogenröhre für eine Entladungslampe

Info

Publication number: DE102005049239B4
Application number: DE102005049239A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Fukuyo; Michio Takagaki; Akira Homma; Shinichi Irisawa
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2025-10-15
Also published as: DE102005049239A1; JP4606281B2; JP2006140135A; US7443100B2; US20060082312A1

Abstract

Quecksilberfreie Lichtbogenröhre (10) für eine Entladungslampe, mit einer geschlossenen Glasbirne (12), die in der Mitte einer Glasröhre angeordnet ist, wobei ein Startedelgas und eine Licht emittierende Substanz in der geschlossenen Glasbirne (12) eingeschlossen sind, einer Wolfram-Elektrodenstange (60), die dichtend an einem Quetschdichtungsteil (13) an einem Ende der Glasröhre befestigt ist, wobei ein Spitzenteil der Elektrodenstange (60) in die geschlossene Glasbirne (12) vorsteht, und einer Reststauchungsschicht (16), die an einer Kontaktfläche zwischen einer Glasschicht in dem Quetschdichtungsteil (13) und der Elektrodenstange ausgebildet ist, wobei die Reststauchungsschicht (16) die Elektrodenstange (60) umgibt, wobei die Elektrodenstange (60) einen Durchmesser von 0,3 mm oder mehr aufweist, und die Reststauchungsschicht (16) einen Radius ≤ D/4 um die Elektrodenstange in Bezug auf die Breite D des Quetschdichtungsteils (13) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtbogenröhre für eine Entladungslampe, wobei die Lichtbogenröhre ein Paar von Wolfram-Elektrodenstangen umfasst, die dichtend an Quetschdichtungsteilen an beiden Enden einer Glasröhre befestigt sind und deren Endteile sich in eine geschlossenen Glasbirne in der Mitte der Glasröhre erstrecken und dort einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei ein Startedelgas, eine Licht emittierende Substanz und ähnliches in der Glasbirne eingeschlossen sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Lichtbogenröhre, in der kein umweltschädliches Quecksilber in der geschlossenen Glasbirne eingeschlossen ist (nachfolgend als quecksilberfreie Lichtbogenröhre bezeichnet).
Die Druckschrift DE 103 54 868 A1 beschreibt bereits eine quecksilberfreie Bogenentladungsröhre für eine Lampeneinheit. Die Bogenentladungsröhre umfasst einen geschlossenen Glaskolben, der an gegenüberliegenden Enden quetschgedichtet ist. Die Innenenden einer ersten und einer zweiten Elektrode erstrecken sich in den geschlossenen Glaskolben.
Aus der Druckschrift US 6,452,334 B1 ist ebenfalls eine Bogenentladungsröhre bekannt, mit einer abgedichteten Kammer, in der lichtemittierende Substanzen eingeschlossen sind. Die Elektroden sind an gegenüberliegenden Enden der Kammer quetschgedichtet.
9 zeigt eine herkömmliche Entladungslampe. Die Entladungslampe weist einen Aufbau auf, bei dem ein vorderer Endteil einer Lichtbogenröhre 5 durch eine Anschlusshalterung 2 gehalten wird, die sich vor einer isolierenden Basis 1 erstreckt, ein hinterer Endteil der Lichtbogenröhre 5 durch eine Vertiefung 1a der Basis 1 gehalten wird und eine hintere Endseite der Lichtbogenröhre 5 durch ein Metallhalteglied S gehalten wird, das an der Vorderfläche der isolierenden Basis 1 fixiert ist.
Ein Anschlussdraht 8 an der vorderen Endseite, der sich aus der Lichtbogenröhre 5 heraus erstreckt, ist durch Schweißen an der Anschlusshalterung 2 fixiert. Ein Anschlussdraht 8 auf der hinteren Endseite erstreckt sich in eine untere Bodenwand 1b, die in der Vertiefung 1a der Basis 1 ausgebildet ist, und ist an einem Anschluss 3 befestigt, der durch Schweißen an der Bodenwand 1b angebracht ist. Das Bezugszeichen G gibt einen zylindrischen UV-Blockierungsschirm an, der die UV-Komponenten des Wellenlängenbereichs abschirmt, der für den menschlichen Körper schädlich ist und in der Lichtbogenröhre 5 durch Schweißen integriert ist.
Die Lichtbogenröhre 5 ist derart aufgebaut, dass ein geschlossener Kammerteil (eine geschlossene Glasbirne) 5a ausgebildet ist, in der die Elektrodenstangen 6, 6 einander gegenüberliegend zwischen einem Paar von vorderen und hinteren Quetschdichtungsteilen 5b (einem primären Quetschdichtungsteil 5b1 und einem sekundären Quetschdichtungsteil 5b2) angeordnet sind, wobei ein Startedelgas, Quecksilber, eine Licht emittierende Substanz und ähnliches eingeschlossen sind. Molybdänfolien 7, über welche die sich in den geschlossenen Kammerteil 5a erstreckenden Elektrodenstangen 6 mit den aus den Quetschdichtungsteilen 5b heraus erstreckenden Anschlussdrähten 8 verbunden sind, sind jeweils dichtend an den Quetschdichtungsteilen 5b angebracht, um die Gasdichtigkeit der Quetschdichtungsteile 5b sicherzustellen.
Vorzugsweise sind die Elektrodenstangen 6 aus Wolfram hergestellt, das eine hervorragende Dauerhaftigkeit besitzt. Wolfram weist jedoch einen Längenausdehnungskoeffizienten auf, der sich stark von demjenigen des Quarzglases der Lichtbogenröhre unterscheidet, was eine schlechte Kompatibilität mit dem Quarzglas und damit eine schlechte Gasdichtigkeit zur Folge hat. Deshalb sind die Molybdänfolien 7, die eine relativ gute Kompatibilität mit dem Glas aufweisen, mit den Wolfram-Elektrodenstangen 6 verbunden und dichtend an den Quetschdichtungsteilen 5b angebracht, wodurch die Gasdichtigkeit der Quetschdichtungsteile 5b sichergestellt wird. Die Elektrodenstangen 6, die Molybdänfolien 7 und die Anschlussdrähte 8 werden zuvor zu Elektrodenbaugruppen A1, A1' montiert.
10 zeigt die in JP 2001-015067 A angegebene Lichtbogenröhre. In der Peripherie der Elektrodenstange 6 sind in jedem der Quetschdichtungsteile 5b (5b1, 5b2) eine Reststauchungsschicht 9 um die Elektrodenstange 6 herum und ein Schnittstellenspalt 9a entlang der Schnittstelle zwischen der Reststauchungsschicht 9 und einer äußeren Glasschicht ausgebildet, um die Erzeugung eines vertikalen Risses (eines Risses, der sich von der Peripherie der Elektrodenstange zu der Oberfläche des Quetschdichtungsteils erstreckt und einen Leuchtausfall oder ähnliches verursachen kann) in dem Quetschdichtungsteil 5b zu verhindern. Wenn die Lichtbogenröhre eingeschaltet ist, wird insbesondere eine thermische Spannung zwischen der Elektrodenstange 6 und der Glasschicht erzeugt, in denen die Temperaturdifferenz zwischen den Ein/Aus-Perioden der Lichtbogenröhre groß ist und die einen stark unterschiedlichen Längenausdehnungskoeffizienten aufweisen. Insbesondere sind moderne Lichtbogenröhren derart konfiguriert, dass sie ein unmittelbares Aufleuchten ermöglichen und einen starken Temperaturanstieg aufweisen. Bei einer derartigen Lichtbogenröhre wird deshalb schnell eine thermische Spannung erzeugt. Wenn dieser Zustand wiederholt wird, wird ein vertikaler Riss an einem dichtend angebrachten Abschnitt des dichtend mit der Elektrodenstange 6 verbundenen Quetschdichtungsteils 5b (der Glasschicht) erzeugt, sodass die in dem geschlossenen Kammerteil 5a eingeschlossenen Substanzen lecken und damit die Möglichkeit entsteht, dass ein Leuchtausfall oder eine Verkürzung der Lebensdauer auftreten. Die Reststauchungsschicht 9 um die Elektrodenstange 6 herum und der Schnittstellenspalt 9a entspannen (absorbieren) jedoch eine aufgrund des Temperaturanstiegs in der Glasschicht erzeugte thermische Spannung ausreichend. Bei diesem Aufbau wird deshalb kein vertikaler Riss in dem Quetschdichtungsteil 5b (in der Glasschicht) erzeugt, durch den die eingeschlossenen Substanzen lecken können.
In der geschlossenen Glasbirne 5a der herkömmlichen Lichtbogenröhre dieses Typs ist Quecksilber eingeschlossen, das eine Pufferfunktion (eine Funktion zum Aufrechterhalten einer entsprechenden Röhrenspannung) erfüllt. Quecksilber ist jedoch eine umweltschädliche toxische Substanz. Um die Umweltbelastung der Erde so weit wie möglich zu reduzieren, gibt es als weiteren Stand der Technik eine quecksilberfreie Lichtbogenröhre, bei der kein Quecksilber in der geschlossenen Glasbirne eingeschlossen ist.
Bei der quecksilberfreien Lichtbogenröhre aus dem Stand der Technik ergibt sich jedoch das Problem, dass ein vertikaler Riss in einem Quetschdichtungsteil erzeugt wird, was bei einer Quecksilber enthaltenden Lichtbogenröhre kaum der Fall ist.
Das Problem wird durch das folgende Phänomen verursacht. In dem Quetschdichtungsteil der quecksilberfreien Lichtbogenröhre ist die Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspalts) um die Elektrodenstange größer ausgebildet und ist der Radius der Reststauchungsschicht oder des Schnittstellenspaltes größer als in der Quecksilber enthaltenden Lichtbogenröhre. Deshalb ist die Glasschicht außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in dem Quetschdichtungsteil entsprechend dünner ausgebildet. Wenn eine thermische Spannung über der Spannungsabsorptionsgrenze der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) (nachfolgend als übermäßige thermische Spannung bezeichnet) auf den Quetschdichtungsteil einwirkt, wird ein vertikaler Riss erzeugt.
Um eine Reduktion der Röhrenspannung aufgrund des nicht vorgesehenen Quecksilbers zu verhindern, ist eine quecksilberfreie Lichtbogenröhre derart konfiguriert, dass die Elektrodenstange dicker gewählt wird, um den Röhrenstrom zu vergrößern und damit die Röhrenleistung aufrechtzuerhalten. Die Konfiguration des Quetschwerkzeugs zum Ausbilden des Quetschdichtungsteils (die Größe der Schnittfläche des Quetschdichtungsteils und ähnliches) ist jedoch identisch mit derjenigen im Fall einer Quecksilber enthaltenden Lichtbogenröhre. In dem Quetschdichtungsteil ist die thermische Kontraktion der Elektrodenstange nach der Quetschdichtung umso größer, je größer die Dicke der Elektrodenstange ist, sodass eine um die Elektrodenstange herum gebildete Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspalts) (der Radius der Reststauchungsschicht oder des Schnittstellenspaltes) größer ist als bei einer Quecksilber enthaltenden Lichtbogenröhre. Folglich ist die Glasschicht außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in dem Quetschdichtungsteil entsprechend dünner als bei einer Quecksilber enthaltenden Lichtbogenröhre. Wenn eine übermäßige thermische Spannung auf den Quetschdichtungsteil wirkt, wird deshalb ein vertikaler Riss erzeugt.
Gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist eine quecksilberfreie Lichtbogenröhre angegeben, in der eine Elektrodenstange einen großen Durchmesser aufweist, die Größe (der Radius) der in einem Quetschdichtungsteil gebildeten Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) reduziert ist und eine Glasschicht außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) entsprechend verdickt ist, sodass auch dann, wenn eine übermäßige thermische Spannung auf den Quetschdichtungsteil wirkt, kein vertikaler Riss erzeugt wird.
Weiterhin kann gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Elektrodenstange eine thorierte Walfram-Elektrodenstange sein, wobei die Elektrodenstange in einer Vakuumatmosphäre mit einer vorbestimmten Temperatur, die proportional zu dem Durchmesser der Elektrodenstange im Bereich zwischen 1.600 und 2.200°C liegt, wärmebehandelt werden kann. Weiterhin können gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Wolfram-Kristallkörner, die eine Oberflächenstruktur der Elektrodenstangen bilden, eine maximale Länge von 5 μm oder mehr aufweisen. Aufgrund der Beziehungen zwischen der Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung einer Elektrodenstange und der Oberflächenstruktur der Elektrodenstange (4), zwischen der Dicke einer nicht Vakuum-wärmebehandelten Elektrodenstange und der Größe einer Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspaltes) (5), zwischen der Größe (dem Radius) einer Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspaltes) um eine nicht Vakuum-wärmebehandelte Elektrodenstange herum und der Erzeugungsrate eines vertikalen Risses (6) und zwischen der Dicke und der Temperatur der Vakuum-Wärmbehandlung einer Vakuum– wärmebehandelten Elektrodenstange einerseits und der Größe (dem Radius) einer Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspaltes) in einem Quetschdichtungsteil (7A) andererseits ist die Verwendung von thorierten Wolfram-Elektrodenstangen, die in einer Vakuumatmosphäre mit einer Temperatur in einem Bereich zwischen 1.600 und 2.200°C wärmebehandelt wurden, als Wolfram-Elektrodenstangen, die einander in einer geschlossenen Glasbirne einer quecksilberfreien Lichtbogenröhre gegenüberliegen, effektiv, um die Erzeugung eines vertikalen Risses in einem Quetschdichtungsteil zu verhindern (6 und 7A). Wenn weiterhin die Größe (der Radius) einer in dem Quetschdichtungsteil gebildeten Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspaltes) reduziert wird und insbesondere, da die Größe (der Radius R) der Reststauchungsschicht gleich D/4 oder weniger um die Elektrodenstangen in Bezug auf die Breite D des Quetschdichtungsteils ist, wird die Dicke einer Glasschicht außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) sichergestellt, wird die Wärmebeständigkeit des Quetschdichtungsteils erhöht (wird eine Erzeugung eines vertikalen Risses unterdrückt) und wird die Lebensdauer der Lichtbogenröhre verlängert.
Weiterhin kann die Elektrodenstange gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange oder eine hochreine Wolfram-Elektrodenstange sein. Wenn eine mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange oder eine hochreine Wolfram-Elektrodenstange für die in der geschlossenen Glasbirne einander gegenüberliegenden Elektrodenstangen verwendet wird, wird die Größe (der Radius R) der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) an dem Quetschdichtungsteil gleich D/4 oder weniger um die Elektrodenstangen herum in Bezug auf die Breite D des Quetschdichtungsteils, auch wenn zuvor Wärmebehandlungen auf die Elektrodenstangen angewandt wurden. Daraus resultiert, dass die Dicke einer Glasschicht außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) sichergestellt wird, sodass die Wärmebeständigkeit des Quetschdichtungsteils erhöht wird (die Erzeugung eines vertikalen Risses unterdrückt wird) und die Lebensdauer der Lichtbogenröhre verlängert wird.
Weiterhin kann gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange in einer Vakuumatmosphäre mit einer Temperatur proportional zu dem Durchmesser der Elektrodenstange in einem Bereich zwischen 1.400 und 2.000°C wärmebehandelt werden oder kann eine hochreine Wolfram-Elektrodenstange in einer Vakuumatmosphäre mit einer vorbestimmten Temperatur proportional zu dem Durchmesser der Elektrodenstange in einem Bereich zwischen 1.200 und 1.800°C wärmebehandelt werden. Wenn die mit Kalium dotierte Wolframelektrode zuvor in der Vakuumatmosphäre bei einer Temperatur zwischen 1.400 und 2.000°C wärmebehandelt wird oder wenn die hochreine Wolfram-Elektrodenstange in der Vakuumatmosphäre bei einer Temperatur zwischen 1.400 und 2.000°C wärmebehandelt wird, wird die Größe (der Radius R) der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) an dem Quetschdichtungsteil weiter reduziert. Daraus resultiert, dass die Wärmebeständigkeit des Quetschdichtungsteils weiter erhöht wird (eine Erzeugung eines vertikalen Risses verhindert wird) und die Lebensdauer der Lichtbogenröhre weiter verlängert wird.
Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen eine quecksilberfreie Lichtbogenröhre für eine Entladungslampe vor, in der kein vertikaler Riss in einem Quetschdichtungsteil durch eine Änderung der thermischen Spannung beim Ein-/Ausschalten erzeugt wird (die Wärmebeständigkeit des Quetschdichtungsteils erhöht wird).
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst eine quecksilberfreie Lichtbogenröhre für eine Entladungslampe: ein Paar von Wolfram-Elektrodenstangen, die dichtend an Quetschdichtungsteilen an beiden Enden einer Glasröhre befestigt sind und deren Endteile sich in eine geschlossene Glasbirne in der Mitte der Glasröhre erstrecken und dort einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei ein Startedelgas, eine Licht emittierende Substanz und ähnliches in der Glasbirne eingeschlossen sind; eine Reststauchungsschicht, die an einer Kontaktfläche zwischen einer Glasschicht jedes der Quetschdichtungsteile und einer entsprechenden Elektrodenstange ausgebildet ist; und eine Reststauchungsschicht, die die Elektrodenstange umgibt. In der quecksilberfreien Lichtbogenröhre sind die Elektrodenstangen derart konfiguriert, dass sie einen Durchmesser von 0,3 mm oder mehr aufweisen, wobei die Reststauchungsschichten mit einem Radius R (≤ D/4) um die entsprechende Elektrodenstange herum in Bezug auf die Breite D der Quetschdichtungsteile ausgebildet sind.
An den Schnittstellen zwischen den Glasschichten und den Elektrodenstangen wird direkt nach dem Quetschdichten keine thermische Spannung erzeugt. Wenn die Temperatur zu der gewöhnlichen Temperatur zurückkehrt, wird ein Modus hergestellt, in dem an den Schnittstellen zwischen den Elektrodenstangen (aus Wolfram) und den Glasschichten (aus Quarzglas) eine thermische Spannung (eine Dehnung an den Elektrodenstangen und eine Stauchung an den Glasschichten) in Entsprechung zu der Differenz zwischen den Längenausdehnungskoeffizienten der Glieder wirkt, sodass eine Spannung mit einem gewissen Grad (eine Restdehnung in den Elektrodenstangen und eine Reststauchung in den Glasschichten) zu erzeugen bleibt. Die Temperatur der Lichtbogenröhre beim Einschalten wird nicht über diejenige in der Quetschdichtung der Glasröhre erhöht. Wenn die Reststauchungsschicht in dem Quetschdichtungsteil über einen großen Bereich ausgebildet ist, wirkt die beim Einschalten erzeugte thermische Spannung in dem Quetschdichtungsteil der Lichtbogenröhre derart, dass die Reststauchung in der Glasschicht des Quetschdichtungsteils beim Ausschalten in der Achsenrichtung und in der Umfangsrichtung der Elektrodenstangen reduziert wird.
Es wird nämlich zuvor eine Reststauchungsschicht mit einer vorbestimmten Dicke (und ein Schnittstellenspalt entlang der Schnittstelle zwischen der Stauchungsschicht und einer Glasschicht außerhalb der Stauchungsschicht) um die Elektrodenstange herum in jedem der Quetschdichtungsteile ausgebildet. Die Reststauchungsschicht (und der Schnittstellenspalt) in dem breiten Bereich entspannt (absorbiert) effizient die in dem Quetschdichtungsteil aufgrund des Temperaturanstiegs erzeugte thermische Spannung. Mit anderen Worten wird die wiederholt erzeugte thermische Spannung durch die in dem vorbestimmten breiten Bereich vorgesehene Reststauchungsschicht (den Schnittstellenspalt) verteilt und zu der Glasschicht außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) übertragen. Auf diese Weise wird die Erzeugung eines vertikalen Risses, der zu einem Lecken der eingeschlossenen Substanzen führen kann, in dem Quetschdichtungsteil unterdrückt.
Um bei einer quecksilberfreien Lichtbogenröhre eine Reduktion der Röhrenspannung aufgrund des nicht vorhandenen Quecksilbers zu verhindern, wird die Elektrodenstange vorzugsweise dicker vorgesehen, um den Röhrenstrom zu vergrößern und damit die Röhrenleistung aufrechtzuerhalten. Es wird eine Elektrodenstange (mit einer Dicke von 0,3 mm oder mehr) verwendet, die dicker als eine Elektrodenstange (mit einer Dicke von 0,2 bis 0,25 mm) in einer Quecksilber enthaltenden Lichtbogenröhre ist. Dagegen ist die Konfiguration des Quetschwerkzeugs zum Ausbilden des Quetschdichtungsteils (die Größe der Schnittfläche des Quetschdichtungsteils und ähnliches) identisch mit derjenigen bei einer quecksilberfreien Lichtbogenröhre. In dem Quetschdichtungsteil ist, wie in 5 gezeigt, die Kontraktion der Elektrodenstange nach dem Quetschdichten in Entsprechung zu der Dicke der Elektrodenstange groß, sodass auch die Reststauchungsschicht (der Schnittstellenspalt) um die Elektrodenstange herum größer ausgebildet ist und die Radien der Reststauschungsschicht und des Schnittstellenspaltes größer sind als bei einer Quecksilber enthaltenden Lichtbogenröhre. Folglich ist die Glasschicht außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in dem Quetschdichtungsteil entsprechend dünner als bei einer Quecksilber enthaltenden Lichtbogenröhre. Wenn eine übermäßige thermische Spannung auf den Quetschdichtungsteil wirkt, wird also einfach ein vertikaler Riss erzeugt.
Wenn Elektrodenstangen (thorierte Wolfram-Elektrodenstangen) mit einer Dicke von 0,25 bis 0,4 mm bei einer Temperatur im Bereich von 1.600 bis 2.200°C Vakuum-wärmebehandelt werden, wird die Größe (der Radius) einer Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspaltes) in einem Quetschdichtungsteil (mit einer Breite von 2,2 mm) wie in 7A gezeigt auf 0,5 mm oder weniger reduziert. Wenn die Größe (der Radius) einer Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspaltes) in einem Quetschdichtungsteil (mit einer Breite von 2,2 mm) gleich 0,5 mm oder weniger ist, ist die Erzeugungsrate eines vertikalen Risses, wie in 6 gezeigt, gleich 0%. In einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Reststauchungsschicht deshalb mit einem Radius R ≤ D/4 um die Elektrodenstange herum in Bezug auf die Breite D des Quetschdichtungsteils konfiguriert, sodass die Größe (der Radius) der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in der Quetschdichtung einen Radius von 0,5 mm oder weniger in Bezug auf den Quetschdichtungsteil mit einer Breite von beispielsweise 2,2 mm aufweist, wobei die Glasschicht mit einer ausreichenden Dicke (einer Dicke von 0,6 mm oder mehr) außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in dem Quetschdichtungsteil (mit einer Breite von 2,2 mm) ausgebildet ist.
Wenn, wie weiterhin in 7B und 7C gezeigt, eine mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange oder eine hochreine Elektrodenstange mit einer Dicke von 0,25 mm bis 0,4 mm für die Elektrodenstangen verwendet wird, wird die Größe (der Radius) einer Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspaltes) in einem Quetschdichtungsteil (mit einer Breite von 2,2 mm) auch dann auf 0,5 mm oder weniger reduziert, wenn die zum Beispiel auf die thorierte Wolfram-Elektrodenstange angewendete Wärmebehandlung nicht angewendet wird. Indem also gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich die mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange oder die hochreine Wolfram-Elektrodenstange anstelle der thorierten Wolfram-Elektrodenstange verwendet wird, ist die Reststauchungsschicht mit einem Radius R ≤ D/4 um die Elektrodenstange herum mit Bezug auf die Breite D des Quetschdichtungsteils konfiguriert. Daraus resultiert, dass die Glasschicht mit einer ausreichenden Dicke (einer Dicke von 0,6 mm oder mehr) außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in dem Quetschdichtungsteil (mit einer Dicke von 2,2 mm) ausgebildet wird.
Auch wenn eine übermäßige thermische Spannung auf den Quetschdichtungsteil wirkt, wird also kein vertikaler Riss in der Glasschicht erzeugt. Insbesondere wird die Glasschicht mit einer Dicke in Entsprechung zu einer Stärke, die einer auf den Quetschdichtungsteil wirkenden übermäßigen thermischen Spannung ausreichend widerstehen kann, außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in dem Quetschdichtungsteil ausgebildet. Dadurch wird die Wärmebeständigkeit des Quetschdichtungsteils erhöht.
Um die Reststauchungsschicht mit einem Radius R ≤ D/4 um die Elektrodenstange herum in Bezug auf die Breite D des Quetschdichtungsteils zu konfigurieren, werden bei Verwendung von thorierten Wolfram-Elektrodenstangen die Elektrodenstangen vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich zwischen 1.600 und 2.200°C wärmebehandelt. Bei einer mit einer hohen Temperatur zwischen 1.600 und 2.000°C Vakuum-wärmebehandelten Elektrodenstange werden nicht nur das an der Oberfläche der Elektrodenstange adsorbierte Wasser und ein Oxidfilm, sondern auch Unreinheiten (Wasser und Gas) in der Elektrodenstange entfernt. Auf diese Weise werden Eigenschaften wie der Lichtfluss und die Leuchtfarbe verbessert.
Weiterhin wird gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine in einer Vakuumatmosphäre bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen 1.600 und 2.200°C wärmebehandelte thorierte Wolfram-Elektrodenstange, eine in einer Vakuumatmosphäre bei einer vorbestimmten Temperatur proportional zu dem Durchmesser der Elektrodenstange im Bereich zwischen 1.400 und 2.000°C wärmebehandelte und mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange oder eine in einer Vakuumatmosphäre bei einer vorbestimmten Temperatur proportional zu dem Durchmesser der Elektrodenstange im Bereich zwischen 1.200 und 1.800°C wärmebehandelte hochreine Wolfram-Elektrodenstange verwendet.
Wie in 7A, 7B und 7C gezeigt, ist die Größe (der Radius) der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in dem Quetschdichtungsteil kleiner, wenn die Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung höher ist, und auch kleiner, wenn die Dicke (der Durchmesser) der Elektrodenstange kleiner ist. Deshalb wird eine Vakuum-Wärmebehandlung mit einer hohen Temperatur für eine dicke Elektrodenstange durchgeführt, während eine Vakuum-Wärmebehandlung mit einer niedrigen Temperatur für eine dünne Elektrodenstange durchgeführt wird, sodass die Reststauchungsschicht (der Schnittstellenspalt) in dem Quetschdichtungsteil mit einer vorbestimmten Größe unabhängig von der Dicke der Elektrodenstange vorgesehen werden kann. Die Temperaturbedingung der Vakuum-Wärmebehandlung wird nämlich in Entsprechung zu der Dicke der Elektrodenstange in dem Bereich zwischen 1.600 und 2.200°C für die thorierte Wolfram-Elektrodenstange, in dem Bereich zwischen 1.400 und 2.000°C für die mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange und in dem Bereich zwischen 1.200 und 1.800°C für die hochreine Wolfram-Elektrodenstange gewählt, wodurch eine Glasschicht mit einer vorbestimmten Dicke, die einer auf den Quetschdichtungsteil wirkenden übermäßigen thermischen Spannung ausreichend widerstehen kann, um die Reststauchungsschicht (den Schnittstellenspalt) herum ausgebildet werden kann.
Insbesondere indem die Elektrodenstange bei Verwendung einer mit Kalium dotierten Wolfram-Elektrodenstange in einem Bereich zwischen 1.400 und 2.000°C und bei Verwendung einer hochreinen Wolfram-Elektrodenstange in einem Bereich zwischen 1.200 und 1.800°C wärmebehandelt wird, kann, wie in 7B und 7C gezeigt, die Größe (der Radius) der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in einem Quetschdichtungsteil (mit einer Breite von 2,2 mm) weiter reduziert werden, sodass eine Glasschicht mit einer besseren Dicke außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in dem Quetschdichtungsteil (mit einer Breite von 2,2 mm) im Vergleich zu der thorierten Wolfram-Elektrode ausgebildet wird, die in der Vakuumatmosphäre und mit einer vorbestimmten Temperatur proportional zu dem Durchmesser der Elektrode in einem Bereich zwischen 1.600 und 2.200°C wärmebehandelt wird.
Wenn weiterhin die mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange oder die hochreine Wolfram-Elektrodenstange verwendet wird, können ähnlich wie bei der Verwendung der thorierten Wolfram-Elektrodenstange während der Vakuum-Wärmebehandlung der Elektrodenstange nicht nur das an der Oberfläche der Elektrodenstange adsorbierte Wasser und ein Oxidfilm, sondern auch Unreinheiten (Wasser und Gase) in der Elektrodenstange entfernt werden. Auf diese Weise werden Eigenschaften wie der Lichtfluss und die Leuchtfarbe verbessert.
Weiterhin können gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der quecksilberfreien Lichtbogenröhre für eine Entladungslampe die Wolfram-Kristallkörner, die eine Oberflächenstruktur der Elektrodenstangen bilden, eine maximale Länge von 5 μm oder mehr aufweisen.
Wie in 4 gezeigt, sind die maximalen Längen der Kristallkörner der Oberflächenstruktur der Elektrodenstange, die bei einer thorierten Wolfram-Elektrodenstange mit einer Temperatur von 1.600°C, bei einer mit Kalium dotierten Wolfram-Elektrodenstange mit 1.400°C und bei einer hochreinen Wolfram-Elektrodenstange mit 1.200°C wärmebehandelt wurden, gleich 5 μm, wobei die maximalen Längen der Kristallkörner bei einer Vakuum-Wärmebehandlung mit höheren Temperaturen länger werden. Wie in 7A, 7B und 7C gezeigt, ist die Größe (der Radius) der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in dem Quetschdichtungsteil kleiner, wenn die Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung für die Elektrodenstange höher ist. Wenn die maximale Länge der Wolfram-Kristallkörner der Oberflächenstruktur einer Elektrodenstange gleich 5 μm oder länger ist, wird die Elektrodenstange deshalb im Fall einer thorierten Wolfram-Elektrodenstange bei einer Temperatur von 1.600°C oder höher, im Fall einer mit Kalium dotierten Wolfram-Elektrodenstange bei einer Temperatur von 1.400°C oder höher und im Fall einer hochreinen Wolfram-Elektrodenstange bei einer Temperatur von 1.200°C oder höher wärmebehandelt. Folglich ist die Größe (der Radius) der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in dem Quetschdichtungsteil 0,5 mm oder kleiner in Bezug auf ein Quetschdichtungsteil mit einer Breite von 2,2 mm, wie in 7A, 7B und 7C gezeigt, wobei eine Glasschicht mit einer ausreichenden Dicke (einer Dicke von 0,6 mm oder mehr) außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in dem Quetschdichtungsteil (mit einer Breite von 2,2 mm) gebildet wird. Auch wenn eine übermäßige thermische Spannung auf den Quetschdichtungsteil wirkt, wird also kein vertikaler Riss in der Glasschicht erzeugt.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der quecksilberfreien Lichtbogenröhre für eine Entladungslampe sichergestellt wird, dass die Glassschicht außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) eine ausreichend größere Dicke aufweist, und zwar in Entsprechung zu der Reduktion der Größe (des Radius) der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) um eine Elektrode herum, die dicker als bei einer Quecksilber enthaltenden Lichtbogenröhre ist. Es wird also eine quecksilberfreie Lichtbogenröhre für eine Entladungslampe angegeben, bei der, auch wenn eine übermäßige thermische Spannung auf einen Quetschteil wirkt, kein vertikaler Riss erzeugt wird, und bei der die Wärmebeständigkeit verbessert ist.
Das Quetschwerkzeug zum Ausbilden des Quetschdichtungsteils einer Quecksilber enthaltenden Lichtbogenröhre kann auch zum Ausbilden des Quetschdichtungsteils der quecksilberfreien Lichtbogenröhre verwendet werden, ohne dass die Spezifikationen des Quetschwerkzeugs geändert werden müssen. Folglich kann die Produktionsumgebung zum Herstellen einer quecksilberfreien Lichtbogenröhre entsprechend vereinfacht werden.
Weil außerdem gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung jede der Elektrodenstangen zuvor mit einer hohen Temperatur von 1.600 bis 2.200°C, 1.400 bis 2.000°C oder 1.200 bis 1.800°C Vakuum-wärmebehandelt wird, sind die Mengen von Unreinheiten (Wasser und Gase) in der geschlossenen Glasbirne sehr klein, wodurch die Eigenschaften des Lichtflusses und der Leuchtfarbe verbessert werden.
Weil die Temperaturbedingung der Vakuum-Wärmebehandlung jeder Elektrodenstange in Übereinstimmung mit der Dicke der Elektrodenstange gewählt wird, kann eine quecksilberfreie Lichtbogenröhre für eine Entladungslampe vorgesehen werden, bei der zum Beispiel die Größe der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in dem Quetschdichtungsteil (die Dicke der äußeren Glasschicht) unabhängig von der Dicke der Elektrodenstange gleichmäßig vorgesehen werden kann, wobei, auch wenn eine übermäßige thermische Spannung auf den Quetschdichtungsteil wirkt, die Erzeugung eines vertikalen Risses unterdrückt wird, wobei der Quetschdichtungsteil eine hervorragende Wärmebeständigkeit aufweist.
Außerdem ist gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Glasschicht mit einer ausreichenden Dicke, die einer auf den Quetschdichtungsteil wirkenden übermäßigen thermischen Spannung widerstehen kann, um die Reststauchungsschicht (den Schnittstellenspalt) herum in dem Quetschdichtungsteil ausgebildet. Es kann also eine quecksilberfreie Lichtbogenröhre für eine Entladungslampe angegeben werden, bei der, auch wenn eine übermäßige thermische Spannung auf den Quetschdichtungsteil wirkt, die Erzeugung eines vertikalen Risses unterdrückt werden kann, wobei der Quetschdichtungsteil eine hervorragende Wärmebeständigkeit aufweist.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen verdeutlicht.
1 ist eine Längsschnittansicht einer quecksilberfreien Lichtbogenröhre für eine Entladungslampe.
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die die Hauptteile eines Quetschdichtungsteils der Lichtbogenröhre zeigt.
3 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie III-III von 1 und zeigt eine Reststauchungsschicht in dem Quetschdichtungsteil.
4 ist eine Ansicht, die die Beziehungen zwischen der Temperatur einer Vakuum-Wärmebehandlung einer Elektrode und der maximalen Länge von Kristallkörnern in der Oberflächenstruktur der Elektrodenstange zeigt.
5 ist eine Ansicht, die die Beziehungen zwischen der Dicke einer nicht Vakuum-wärmebehandelten Elektrodenstange und der Größe (dem Radius) einer Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspaltes) einerseits und der Rate der Größe der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in Bezug auf 1/2 der Breite des Quetschdichtungsteils andererseits zeigt.
6 ist eine Ansicht, die die Beziehungen zwischen der Größe (dem Radius) einer Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspaltes) um eine nicht Vakuum-wärmebehandelte Elektrodenstange und der Erzeugungsrate eines vertikalen Risses zeigt.
7A zeigt die Beziehung zwischen der Dicke und der Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung einer Vakuum wärmebehandelten Elektrodenstange einerseits und der Größe der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in einem Quetschdichtungsteil andererseits, wenn eine thorierte Wolfram-Elektrodenstange verwendet wird.
7B zeigt die Beziehung zwischen der Dicke und der Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung einer Vakuumwärmebehandelten Elektrodenstange einerseits und der Größe der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in einem Quetschdichtungsteil andererseits, wenn eine mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange verwendet wird.
7C zeigt die Beziehung zwischen der Dicke und der Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung einer Vakuumwärmebehandelten Elektrodenstange einerseits und der Größe der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspaltes) in einem Quetschdichtungsteil andererseits, wenn eine hochreine Wolfram-Elektrodenstange verwendet wird.
8A ist eine Ansicht, die einen primären Schritt zum Quetschdichten während der Herstellung der Lichtbogenröhre zeigt.
8B ist eine Ansicht, die einen primären Schritt zum Quetschdichten während der Herstellung der Lichtbogenröhre zeigt.
8C ist eine Ansicht, die einen Schritt zum Einfüllen von Licht emittierenden Substanzen und ähnlichem während der Herstellung der Lichtbogenröhre zeigt.
8D ist eine Ansicht, die einen Schritt zum Abklemmen während der Herstellung der Lichtbogenröhre zeigt.
8E ist eine Ansicht, die einen sekundären Schritt zum Quetschdichten während der Herstellung der Lichtbogenröhre zeigt.
9 ist eine Längsschnittansicht einer herkömmlichen Entladungslampe.
10 ist eine Längsschnittansicht einer herkömmlichen Lichtbogenröhre.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 bis 8E zeigen eine Ausführungsform der Erfindung. In den Figuren ist der Aufbau der Entladungslampe, an der die Lichtbogenröhre 10 anzubringen ist, identisch mit demjenigen der herkömmlichen Entladungslampe von 9, sodass hier auf eine weitere Beschreibung verzichtet wird.
Die Lichtbogenröhre 10 weist einen Aufbau auf, bei dem eine Quarzglasröhre W mit einer kreisrunden Rohrform und mit einem kugelförmig erweiterten Teil w₂ in einem mittleren Bereich eines sich linear erstreckenden Teils w₁ in der Nachbarschaft zu dem kugelförmig erweiterten Teil w₂ quetschgedichtet ist, wobei Quetschdichtungsteile 13 (ein primärer Quetschdichtungsteil 13A und ein sekundärer Quetschdichtungsteil 13B) mit jeweils einer rechteckigen Querschnittform an beiden Enden einer elliptischen geschlossenen Glasbirne (eines geschlossenen Kammerteils) 12 vorgesehen sind, die einen Entladungsraum bildet. Wolfram-Elektrodenstangen 60, 60 sind als Entladungselektroden einander gegenüberliegend in der geschlossenen Glasbirne 12 angeordnet. Die Elektrodenstangen 60, 60 sind mit Molybdänfolien 7, 7 verbunden, die jeweils dichtend an den Quetschdichtungsteilen 13 (13A, 13B) befestigt sind. In den Endteilen der Quetschdichtungsteile 13 (13A, 13B) erstrecken sich jeweils mit den Molybdänfolien 7, 7 verbundene Molybdänanschlussdrähte 8, 8 aus kreisförmigen Rohrteilen 14, die keine Quetschdichtungsteile sind, nach außen.
Der äußere Aufbau der Lichtbogenröhre 10 ist weitgehend identisch mit demjenigen der herkömmlichen Lichtbogenröhre 5 von 10. Die Lichtbogenröhre ist jedoch als eine so genannte quecksilberfreie Lichtbogenröhre konfiguriert, bei der die geschlossene Glasbirne 12 mit einem Startedelgas, einem als Hauptleuchtmittel dienenden Metallhalogen, einem als Hilfsleuchtmittel dienenden Metallhalogen anstelle des Quecksilbers und ähnlichem gefüllt ist (nachfolgend als Licht emittierende Substanzen bezeichnet).
Um eine Kompatibilität mit dem Quarzglas vorzusehen, sind winzige Vorsprünge und Vertiefungen durch ein starkes elektrolytisches Polieren auf der äußeren Umfangsfläche jeder der Wolfram-Elektrodenstangen 60 ausgebildet. In einem Bereich der Glasschicht des Quetschdichtungsteils 13, der in engem Kontakt mit der Elektrodenstange 60 ist, wird eine Reststauchungsschicht 16 mit einer vorbestimmten Größe und einer besonders hohen Haftung zu der Elektrodenstange 60 ausgebildet, indem eine Quetschdichtung in einem Vakuumzustand der Glasröhre durchgeführt wird.
Wie in 2 und 3 gezeigt, erstreckt sich die Reststauchungsschicht 16 entlang der Elektrodenstange 60 um die Elektrodenstange 60 herum. Die Achsenlänge L₁ der Schicht beträgt ungefähr 30% oder mehr der Achsenlänge L des Bereichs der Glasschicht, die in engem Kontakt mit nur der Elektrodenstange 60 ist, und ist über einen Winkelbereich θ₁ von 180 Grad oder mehr in der Umfangsrichtung der Elektrodenstange 60 ausgebildet.
Unmittelbar nach dem Quetschdichten wird keine thermische Spannung an der Schnittstelle zwischen der Glasschicht 15 und der Elektrode 60 erzeugt. Wenn die Temperatur zu einer gewöhnlichen Temperatur zurückkehrt, wirkt an der Schnittstelle zwischen der Elektrodenstange (aus Wolfram) 60 und der Glasschicht (aus Quarzglas) eine thermische Spannung (eine Dehnung an der Elektrodenstange und eine Stauchung an der Glasschicht) in Entsprechung zu der Differenz zwischen den Längenausdehnungskoeffizienten der einzelnen Glieder (45 × 10^–7 1/°C, 5 × 10^–7 1/°C), wobei ein Modus herbeigeführt wird, in dem eine Restdehnung in der Elektrode 60 erzeugt wird und eine Reststauchung in den Glasschichten erzeugt wird.
Weiterhin ist die Reststauchungsschicht 16 in der Glasschicht über einen breiten Bereich ausgebildet, wobei die Temperatur der Lichtbogenröhre 10 (des Quetschdichtungsteils 13) beim Einschalten nicht mehr als bei einem Prozess zum Quetschdichten des Quetschdichtungsteils 13 erhöht wird. Deshalb wirkt die beim Einschalten in der Glasschicht 15 des Quetschdichtungsteil 13 erzeugte thermische Spannung derart, dass die in der Glasschicht 15 des Quetschdichtungsteils 13 verbleibende Stauchung sowohl in der Achsenrichtung als auch in der Umfangsrichtung reduziert wird.
Die thermische Spannung (die thermische Dehnung) in der die Reststauchung entspannenden Richtung wirkt nämlich beim Einschalten auf die Glasschicht 15 des Quetschdichtungsteils. Wenn sich die Elektrodenstange 60 in der Reststauchungsschicht 16 etwas in der Achsen- und Umfangsrichtung dehnt, konzentriert sich die thermische Spannung auf die Reststauchungsschicht 16 und wirkt aufgrund des wiederholten Einschaltens wiederholt, sodass ein vertikaler Riss, der zu einem Lecken der eingeschlossenen Substanzen führen kann, in der Glasschicht 15 erzeugt werden kann. Neben der Glasschicht 15, die in engem Kontakt mit der Elektrodenstange 60 ist, ist die Reststauchungsschicht 16, die besonders stark an der Elektrodenstange 60 haftet, mit der Länge L₁ (≥ 0,3L) von ungefähr 30% oder länger der Achsenlänge L des in engem Kontakt mit nur der Elektrodenstange 60 befindlichen Bereichs der Glasschicht 15 und über den breiten Winkelbereich θ₁ (180 Grad) in der Umfangsrichtung der Elektrodenstange 60 ausgebildet. Die Stauchungsschicht (Reststauchungsschicht) 16 des breiten Bereichs entspannt (absorbiert) effizient die thermische Spannung, die aufgrund des Temperaturanstiegs in der Glasschicht 15 erzeugt wird.
Mit anderen Worten wird die wiederholt erzeugte thermische Spannung durch die Reststauchungsschicht 16 über einen breiten Bereich verteilt und zu der gesamten Glasschicht 15 übertragen. Deshalb wird kein vertikaler Riss, der zu einem Lecken der eingeschlossenen Substanzen führen kann, in der Glasschicht 15 erzeugt.
Weiterhin ist ein Schnittstellenspalt 17 um die Elektrodenstange 60 herum bogenförmig (zylindrisch) und mit dem bloßen Auge sichtbar in der Reststauchungsschicht 16 ausgebildet, sodass die beim Einschalten auf die Schnittstelle zwischen der Elektrodenstange 60 und der Glasschicht 15 wirkende thermische Spannung durch das relative Gleiten zwischen der äußeren Glasschicht 15a und der inneren Glasschicht 15b (der Reststauchungsschicht 16) entlang des Schnittstellenspaltes 17 absorbiert wird.
Beim Einschalten wird eine thermische Spannung an der Schnittstelle zwischen der Glasschicht 15 und der Elektrodenstange 60 in dem Quetschdichtungsteil 13 erzeugt. Wie vergrößert in 2 und 3 gezeigt, gleitet die eng mit der Elektrodenstange 60 in Kontakt stehende Glasschicht 15b innerhalb des Schnittstellenspaltes 17 in Bezug auf die Glasschicht 15a außerhalb des Schnittstellenspaltes 17, sodass die auf die Schnittstelle zwischen der Glasschicht 15 und der Elektrodenstange 60 wirkende thermische Spannung durch den Schnittstellenspalt 17 absorbiert wird. Deshalb kann kein vertikaler Riss, der zu einem Lecken der eingeschlossenen Substanzen führen kann, in der Glasschicht 15 entstehen.
Um die Reststauchungsschicht 16 mit einer Achsenlänge L₁ ≥ 0,3L und einem Winkelbereich θ₁ ≥ 180 Grad in der Glasschicht 15 des Quetschdichtungsteil 13 zu bilden, wird vorzugsweise eine Glasröhre (ein quetschzudichtender Teil) bei einer Temperatur im Bereich zwischen 2.000 und 2.300°C und vorzugsweise im Bereich zwischen 2.100 und 2.200°C während der weiter unten beschriebenen Herstellungsschritte für die Lichtbogenröhre quetschgedichtet.
Die Elektrodenstangen 60, die einander in dem geschlossenen Kammerteil 12 gegenüberliegen, werden durch eine Stange mit einem Durchmesser von 0,3 bis 0,35 mm ausgebildet, die also dicker als die Elektrode 6 (Durchmesser 0,25 mm) in der Quecksilber enthaltenden Lichtbogenröhre von JP 2001-015067 A ist und derart ausgebildet ist, dass eine Reduktion der Röhrenspannung in der Lichtbogenröhre durch eine Erhöhung des Röhrenstroms kompensiert wird.
Als Wolfram-Elektrodenstange 60 kann eine thorierte Wolfram-Elektrodenstange, eine mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange oder eine hochreine Wolfram-Elektrodenstange verwendet werden. Die thorierte Wolfram-Elektrodenstange ist aus einem Wolfram mit 2 Gewichtsprozent Thorium (ThO₂), mehreren Dutzend ppm Kalium (K) und 0,05 Gewichtsprozent oder weniger Unreinheiten hergestellt. Die mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange ist aus reinem Wolfram (Wolfram mit einer Reinheit von 99,95 Gewichtsprozent oder mehr) mit mehreren Dutzend ppm Kalium (K) hergestellt. Die hochreine Wolfram-Elektrodenstange (6 N) ist aus einem Wolfram mit einer Reinheit von 99,9999 Gewichtsprozent oder mehr hergestellt.
Ein Quetschwerkzeug zum Formen des Quetschdichtungsteils 13 (der Größe einer Schnittfläche des Quetschdichtungsteils 13 und ähnlichem) ist identisch mit demjenigen für eine Quecksilber enthaltende Lichtbogenröhre. In dem Quetschdichtungsteil 13 ist die thermische Kontraktion der Elektrodenstange 60 nach dem Quetschdichten in Entsprechung zu der Dicke der Elektrodenstange 60 groß, wobei auch die Reststauchungsschicht (der Schnittstellenspalt) um die Elektrodenstange 60 herum größer ist (die Radien der Reststauchungsschicht und des Schnittstellenspalts größer sind) als bei einer Quecksilber enthaltenden Lichtbogenröhre. Folglich ist die Glasschicht 15a außerhalb der Reststauchungsschicht 16 (des Schnittstellenspalts 17) in dem Quetschdichtungsteil 13 entsprechend dünner als bei einer Quecksilber enthaltenden Lichtbogenröhre. Wenn eine übermäßige thermische Spannung auf den Quetschdichtungsteil 13 wirkt, kann deshalb ein vertikaler Riss entstehen.
Wenn jedoch die thorierte Wolfram-Elektrodenstange als Wolfram-Elektrodenstange 60 verwendet wird, die bei 1.600 bis 2.200°C in einer Vakuumatmosphäre wärmebehandelt wurde, sodass die Größe (der Radius) der Reststauchungsschicht 16 (des Schnittstellenspalts 17) in der Quetschdichtung einen Radius von 0,5 oder weniger in Bezug auf den Quetschdichtungsteil mit einer Breite von zum Beispiel 2,2 mm aufweist, wird die Glasschicht 15a mit einer ausreichenden Dicke (einer Dicke von 0,6 mm oder mehr) außerhalb der Reststauchungsschicht 16 (des Schnittstellenspalts 17) in dem Quetschdichtungsteil 13 (mit einer Breite von 2,2 mm) ausgebildet. Auch wenn eine übermäßige thermische Spannung auf den Quetschdichtungsteil 13 wirkt, wird also kein vertikaler Riss in der Glasschicht 15a erzeugt. Insbesondere wird die Glasschicht 15a mit einer Dicke, die einer auf den Quetschdichtungsteil 13 wirkenden übermäßigen thermischen Spannung widerstehen kann, außerhalb der Reststauchungsschicht 16 (des Schnittstellenspalts 17) in dem Quetschdichtungsteil 13 ausgebildet.
Wenn die mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange oder die hochreine Wolfram-Elektrodenstange anstelle der thorierten Wolfram-Elektrodenstange verwendet wird, wobei die mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange in einer Vakuumatmosphäre mit einer Temperatur in einem Bereich zwischen 1.400 und 2.000°C oder die hochreine (6 N) Wolfram-Elektrodenstange in einer Vakuumatmosphäre mit einer Temperatur in einem Bereich zwischen 1.200 und 1.800°C wärmebehandelt wird, wird die Glasschicht 15a mit einer ausreichenden Dicke (einer Dicke von 0,7 mm oder mehr) außerhalb der Reststauchungsschicht 16 (des Schnittstellenspalts 17) in dem Quetschdichtungsteil 13 (mit einer Breite von 2,2 mm) ausgebildet. Auch wenn eine übermäßige thermische Spannung auf den Quetschdichtungsteil 13 wirkt, wird deshalb kein vertikaler Riss in der Glasschicht 15a erzeugt.
Indem die Elektrodenstange (die thorierte Wolfram-Elektrodenstange, die mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange oder die hochreine Wolfram-Elektrodenstange) in der Vakuumatmosphäre mit der hohen Temperatur wärmebehandelt wird, werden nicht nur an der Oberfläche der Elektrodenstange adsorbiertes Wasser oder ein Oxidfilm, sondern auch Unreinheiten (Wasser und Gase) in der Elektrodenstange entfernt. Deshalb ist die Menge der in der geschlossenen Glasbirne 12 eingeschlossenen Unreinheiten (Wasser und Gase) sehr klein, wodurch Eigenschaften wie etwa der Lichtfluss und die Leuchtfarbe der Lichtbogenröhre verbessert werden.
Nachfolgend wird die Konfiguration der Oberflächenstruktur der Elektrodenstange 60, die Größe der Reststauchungsschicht 16 (des Schnittstellenspalts 17) in dem Quetschdichtungsteil 13 um die Elektrodenstange 60 herum und ähnliches im Detail beschrieben.
4 zeigt die Beziehungen zwischen der Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung einer Elektrodenstange und der maximalen Länge der Kristallkörner in der Oberflächenstruktur der Elektrodenstange. Die thorierten Wolfram-Elektrodenstangen wurden mit jeweils 1.600°C, 2.000°C und 2.200°C wärmebehandelt, die mit Kalium dotierten Wolfram-Elektrodenstangen wurden mit jeweils 1.400°C, 1.600°C, 1,800°C und 2.000°C wärmebehandelt und die hochreinen Wolfram-Elektrodenstangen wurden jeweils mit 1.200°C, 1.400°C, 1.600°C und 2.000°C wärmebehandelt. Die Oberflächenstrukturen der entsprechenden Elektrodenstangen wurden mithilfe eines Elektronenmikroskops bei einer 2000-fachen Vergrößerung beobachtet. Die Kristallkörner in den Oberflächenstrukturen der Elektrodenstangen wurden derart geändert, dass sie eine schuppenartige Struktur aufweisen. Wenn die Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung bei der thorierten Wolfram-Elektrodenstange bei 1.600°C lag, betrug die maximale Länge der Kristallkörner 5 μm; wenn die Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung bei 2.000°C lag, betrug die maximale Länge der Kristallkörner 12 μm; und wenn die Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung bei 2.200°C lag, betrug die maximale Länge der Kristallkörner 15 μm. Wenn die Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung bei der mit Kalium dotierten Wolfram-Elektrodenstange bei 1.400°C lag, betrug die maximale Länge der Kristallkörner 5 μm; wenn die Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung bei 1.600°C lag, betrug die maximale Länge der Kristallkörner 9 μm; wenn die Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung bei 1.800°C lag, betrug die maximale Länge der Kristallkörner 24 μm; und wenn die Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung bei 2.000°C lag, betrug die maximale Länge der Kristallkörner 31 μm. Wenn die Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung bei der hochreinen Wolfram-Elektrodenstange bei 1.200°C lag, betrug die maximale Länge der Kristallkörner 5 μm; wenn die Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung bei 1.400°C lag, betrug die maximale Länge der Kristallkörner 14 μm; wenn die Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung bei 1.600°C lag, betrug die maximale Länge der Kristallkörner 32 μm; und wenn die Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung bei 2.000°C lag, betrug die maximale Länge der Kristallkörner 50 μm. In jedem Fall konnte für alle drei Arten von Elektrodenstangen sichergestellt werden, dass sich bei einer höheren Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung die schuppenartigen Kristallkörner weiter vergrößern, wobei weiterhin bei einer höheren Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung die Oberfläche der Elektrode weniger rau und flacher ist.
7A, 7B und 7C zeigen die Beziehungen zwischen der Dicke und der Temperatur der Vakuum-Wärmbehandlung einer Vakuum-wärmebehandelten Elektrodenstange einerseits und der Größe einer Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspalts) in einem Quetschdichtungsteil andererseits. Es konnte für alle drei Arten von Elektrodenstangen sichergestellt werden, dass bei einer höheren Temperatur der Vakuum-Wärmebehandlung die Größe (der Radius) der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspalts) in einem Quetschdichtungsteil kleiner ist.
Aus den Beziehungen für die in einem Bereich zwischen 1.600 und 2.200°C Vakuum-wärmebehandelte thorierte Wolfram-Elektrodenstange ergibt sich, dass in der Oberflächenstruktur der mit einer niedrigen Temperatur (1.600°C) Vakuum-wärmebehandelten thorierten Wolfram-Elektrodenstange die maximale Länge der Kristallkörner kurz ist (das schuppenartige Muster fein ist), sodass die Anzahl der Vorsprünge und Vertiefungen groß ist und die mechanische Bindung zu (der Reststauchungsschicht) der Glasschicht stark ist. Deshalb ist die Reststauchungsschicht (der Schnittstellenspalt) um die Elektrodenstange des Quetschdichtungsteils herum groß. Im Gegensatz dazu ist in einer Oberflächenstruktur einer mit einer hohen Temperatur (2.200°C) Vakuum-wärmebehandelten Elektrodenstange die maximale Länge der Kristallkörner lang (ist das schuppenartige Muster rau), sodass die Anzahl der Vorsprünge und Vertiefungen klein ist und die mechanische Bindung zu der (Reststauchungsschicht) der Glasschicht schwach ist. Deshalb ist die Reststauchungsschicht (der Schnittstellenspalt) um die Elektrodenstange des Quetschdichtungsteils herum klein.
Bei der in einem Bereich zwischen 1.400 und 2.000°C Vakuum-wärmbehandelten und mit Kalium dotierten Wolfram-Elektrodenstange und bei der in einem Bereich zwischen 1.200 und 1.800°C Vakuumwärmebehandelten hochreinen Wolfram-Elektrodenstange ist in der Oberflächenstruktur einer mit einer niedrigen Temperatur Vakuumwärmebehandelten Elektrodenstange die maximale Länge der Kristallkörner kurz (ist das schuppenartige Muster fein), sodass die Anzahl der Vorsprünge und Vertiefungen groß ist und die mechanische Bindung zu (der Reststauchungsschicht) der Glasschicht stark ist. Deshalb ist die Reststauchungsschicht (der Schnittstellenspalt) um die Elektrodenstange des Quetschdichtungsteils herum groß. Im Gegensatz dazu ist in einer Oberflächenstruktur einer mit einer hohen Temperatur Vakuum-wärmebehandelten Elektrodenstange die maximale Länge der Kristallkörner lang (ist das schuppenartige Muster rau), sodass die Anzahl der Vorsprünge und Vertiefungen klein ist und die mechanische Bindung zu der (Reststauchungsschicht) der Glasschicht schwach ist. Deshalb ist die Reststauchungsschicht (der Schnittstellenspalt) um die Elektrodenstange des Quetschdichtungsteils herum klein.
Für die mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange und die hochreine Wolram-Elektrodenstange, die wie oben beschrieben Vakuum-wärmebehandelt wurden, kann außerdem wie in 7B und 7C sichergestellt werden, dass die Größe (der Radius) einer Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspalts) in dem Quetschdichtungsteil (mit einer Breite von 2,2 mm) auf 0,5 mm oder weniger reduziert wird und dass die Glasschicht mit einer ausreichenden Dicke (einer Dicke von 0,6 mm oder mehr) außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspalts) in dem Quetschdichtungsteil (mit einer Breite von 2,2 mm) ausgebildet wird.
Wenn weiterhin die in dem zuvor genannten Temperaturbereich Vakuum-wärmebehandelte mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange oder die in dem zuvor genannten Temperaturbereich Vakuum-wärmebehandelte hochreine Wolfram-Elektrodenstange als Elektrodenstange verwendet wird und insbesondere wenn die hochreine Wolfram-Elektrodenstange in dem Bereich zwischen 1.200 und 1.800°C Vakuum-wärmebehandelt wird, wird sichergestellt, dass die Größe (der Radius) einer Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspalts) in dem Quetschdichtungsteil (mit einer Breite von 2,2 mm) weiter reduziert wird und dass die Glasschicht mit einer besser ausreichenden Dicke außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspalts) in dem Quetschdichtungsteil (mit einer Breite von 2,2 mm) als bei der in dem Bereich zwischen 1.600 und 2.200°C Vakuum-wärmebehandelten thorierten Wolfram-Elektrodenstange ausgebildet wird.
5 zeigt die Beziehungen zwischen der Dicke einer nicht Vakuum-wärmebehandelten thorierten Elektrodenstange und der Größe einer Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspalts) einerseits und der Größenrate der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspalts) in Bezug auf 1/2 der Breite des Quetschdichtungsteils andererseits. Wenn die Elektrodenstange dicker ist, ist die in dem Quetschdichtungsteil ausgebildete Reststauchungsschicht (der Schnittstellenspalt) größer und ist auch die Größenrate in Bezug auf 1/2 der Breite der Quetschdichtungsteils größer. Wenn nämlich die Elektrodenstange dicker ist, wird die Dicke der Glasschicht außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspalts) weiter graduell reduziert.
6 zeigt die Beziehungen zwischen der Größe einer um eine nicht Vakuum-wärmebehandelte thorierte Elektrodenstange herum ausgebildeten Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspalts) und der Erzeugung eines vertikalen Risses. Wenn die Größe (der Radius) der in einem Quetschdichtungsteil ausgebildeten Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspalts) 0,5 mm oder weniger ist, wird die Erzeugungsrate eines vertikalen Risses in einem Quetschdichtungsteil mit einer Breite von 2,2 mm gleich 0%, und wenn die Größe (der Radius) der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspalts) 0,5 mm überschreitet, wird die Rate rasch erhöht. Um zu verhindern, dass ein vertikaler Riss in einem Quetschdichtungsteil (Breite 2,2 mm) erzeugt wird, wird vorzugsweise die Größe (der Radius) der in dem Quetschdichtungsteil ausgebildeten Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspalts) mit 0,5 mm oder weniger vorgesehen oder wird die Dicke der Glasschicht außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspalts) mit 0,6 mm oder mehr vorgesehen.
Um die Größe (den Radius) einer Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspalts) auf 0,5 mm oder weniger zu setzen, wird bei einer thorierten Wolfram-Elektrodenstange mit einer Dicke zwischen 0,25 und 0,4 mm die thorierte Wolfram-Elektrodenstange vorzugsweise mit 1.600 bis 2.200°C in einer Vakuumatmosphäre wie in 7A gezeigt Vakuum-wärmebehandelt.
Um die Größe (den Radius) einer Reststauchungsschicht (eines Schnittstellenspalts) auf 0,5 mm oder weniger zu setzen, muss bei einer mit Kalium dotierten Wolfram-Elektrodenstange oder einer hochreinen Wolfram-Elektrodenstange mit einer Dicke von 0,25 bis 0,4 mm keine Vakuum-Wärmebehandlung wie in 7B und 7C gezeigt durchgeführt werden. Um jedoch nicht nur an der Oberfläche der Elektrodenstange adsorbiertes Wasser und einen Oxidfilm, sondern auch Unreinheiten (Wasser und Gase) in der Elektrodenstange zu entfernen, damit Eigenschaften wie etwa der Lichtfluss und die Leuchtfarbe verbessert werden, wird die mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange vorzugsweise in dem Bereich zwischen 1.400 und 2.000°C oder die hochreine Wolfram-Elektrodenstange in dem Bereich zwischen 1.200 und 1.800°C Vakuum-wärmebehandelt.
In der Ausführungsformen werden für die in der geschlossenen Glasbirne 12 gegenüberliegend angeordneten Elektrodenstangen 60 die in einer Vakuumatmosphäre zwischen 1.600 und 2.200°C Vakuumwärmebehandelten thorierten Wolfram-Elektrodenstangen, die in einer Vakuumatmosphäre zwischen 1.400 und 2.000°C Vakuum-wärmebehandelten mit Kalium dotierten Wolfram-Elektrodenstangen oder die in einer Vakuumatmosphäre zwischen 1.200 und 1.800°C Vakuum-wärmebehandelten hochreinen Wolfram-Elektrodenstangen verwendet, wobei diese eine Dicke von 0,30 bis 0,35 mm aufweisen und wobei um die Elektrodenstange 60 in dem Quetschdichtungsteil (Breite: 2,2 mm) 13 herum die Reststauchungsschicht 16 (der Schnittstellenspalt 17) mit einem Radius von 0,5 mm oder weniger (ungefähr 1/4 oder weniger der Breite von 2,2 mm des Quetschdichtungsteils) ausgebildet ist. Die Glasschicht 15a mit einer Dicke von 0,6 mm oder mehr (ungefähr 1/4 oder mehr der Breite des Quetschdichtungsteils) ist um die Reststauchungsschicht 16 (den Schnittstellenspalt 17) herum ausgebildet. Wenn eine thermische Spannung bei einer Temperatur wirkt, die niedriger als diejenige beim Quetschdichten des Quetschdichtungsteils 13 ist, kann diese thermische Spannung natürlich effizient durch die Reststauchungsschicht 16 und den Schnittstellenspalt 17 wie oben beschrieben entspannt (absorbiert) werden. Die Glasschicht 15a mit einer Dicke von 0,6 mm oder mehr (ungefähr 1/4 oder mehr der Breite des Quetschdichtungsteils) um die Reststauchungsschicht 16 (den Schnittstellenspalt 17) herum wird durch die thermische Spannung belastet, die nicht durch die Reststauchungsschicht 16 und den Schnittstellenspalt 17 entspannt (absorbiert) wurde. Deshalb wird kein vertikaler Riss in dem Quetschdichtungsteil 13 erzeugt.
Im Folgenden werden Schritte zum Herstellen der quecksilberfreien Lichtbogenröhre 10 von 1 mit Bezug auf 8A bis 8E erläutert.
Zuerst wird die Glasröhre W mit einem kugelförmig erweiterten Teil w₂ in einem mittleren Bereich eines sich linear erstreckenden Teils w₁ hergestellt. Die Elektrodenstange 60 der Elektrodenanordnung A wird zuvor durch eine Wolframelektrode mit einer Dicke von 0,3 bis 0,35 mm gebildet und mit einer Temperatur von 1.600°C oder höher Vakuum-wärmebehandelt, sodass die maximale Länge der Kristallkörner in der Oberflächenstruktur der Elektrodenstange bei 5 μm oder länger liegt. Wie in 8A gezeigt, wird die Glasröhre W senkrecht gehalten, wird die Elektrodenanordnung A von einem unteren offenen Ende der an einer vorbestimmten Position gehaltenen Glasröhre W eingeführt und wird eine Düse 40 zum Zuführen eines Edelgases (Argongases oder Stickstoffgases) von einem oberen offenen Ende der Glasröhre W eingeführt. Ein unterer Endteil der Glasröhre W wird in ein Rohr 50 eingeführt, um ein Edelgas (Argongas oder Stickstoffgas) zuzuführen.
Ein von der Düse 40 zugeführtes Edelgas wird verwendet, um eine Oxidation der Elektrodenanordnung A in der Quetschdichtung zu verhindern. Ein von dem Gaszuführrohr 50 zugeführtes Edelgas wird verwendet, um den Anschlussdraht 8 in dem Zustand hoher Temperatur während und nach der Quetschdichtung in einer Edelgasatmosphäre zu halten und dadurch eine Oxidation des Anschlussdrahtes 8 zu verhindern. Die Bezugszeichen 42 und 52 in 8A geben Gaszylinder an, die mit den entsprechenden Edelgasen gefüllt sind, während die Bezugszeichen 44 und 54 Gasdruckregler angeben und das Bezugszeichen 22 ein Glasröhren-Halteglied angibt.
Wie in 8A gezeigt, wird während des Zuführens des Edelgases von der Düse 40 in die Glasröhre W und weiterhin während des Zuführens des Edelgases von dem Rohr 50 zu dem unteren Endteil der Glasröhre W eine Position (einschließlich der Molybdänfolie) des sich linear erstreckenden Teils w₁ in der Nachbarschaft zu dem kugelförmig erweiterten Teil w₂ durch Brenner 24a auf 2.100°C erhitzt und wird die Seite der Molybdänfolie 7, mit welcher der Anschlussdraht 8 verbunden ist, vorläufig durch ein Quetschdichtungswerkzeug 26a quetschgedichtet.
Nach dem vorläufigen Quetschdichten wird, wie in 8B gezeigt, das Innere der Glasröhre W durch eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) in einem Vakuumzustand (bei einem Druck von ca. 530 hPa oder weniger) gehalten, wird die Glasröhre durch Brenner 24b auf 2.100°C erhitzt und wird ein nicht-Quetschdichtungsteil einschließlich der Molybdänfolie 7 regulär durch ein Quetschdichtungswerkzeug 26b quetschgedichtet. Vorzugsweise liegt das auf das Innere der Glasröhre W wirkende Vakuum zwischen ca. 530 hPa und 0,53 Pa.
Daraus resultiert, dass der primäre Quetschdichtungsteil 13A in einem Zustand ist, in dem die Glasschicht 15 in engem Kontakt mit der Elektrodenstange 60, der Molybdänfolie 7 und dem Anschlussdraht 8 der Elektrodenanordnung A ist. In dem Teil, in dem die reguläre Quetschdichtung durchgeführt wurde, ist die Glasschicht 15 in engem Kontakt mit der Elektrodenstange 60 und der Molybdänfolie 7, ohne einen Zwischenraum zu bilden, sodass eine ausreichende Kompatibilität vorgesehen wird, wobei ein Modus hergestellt wird, in dem die Glasschicht 15 und die Molybdänfolie 7 (die Elektrodenstange 60) fest miteinander verbunden sind. Wenn der primäre Quetschdichtungsteil abkühlt, wird die Reststauchungsschicht 16 mit einer vorbestimmten Größe gebildet und wird der Schnittstellenspalt 17 an der äußeren Peripherie der Reststauchungsschicht 16 gebildet. Die Größe der Reststauchungsschicht 16 (des Schnittstellenspalts 17) wird mit einem Radius von 0,5 mm oder weniger in Bezug auf den Quetschdichtungsteil 13 mit einer Breite von 2,2 mm vorgesehen, und die Glasschicht wird mit einer Dicke von 0,6 mm oder mehr außerhalb der Reststauchungsschicht 16 (des Schnittstellenspalts 17) ausgebildet.
Weiterhin kann in dem regulären Quetschdichtungsschritt verhindert werden, dass der Anschlussdraht 8 oxidiert, indem die untere Öffnung der Glasröhre W in einer Edelgasatmosphäre (Argongas oder Stickstoffgas) gehalten wird.
Dann werden, wie in 8C gezeigt, von dem oberen offenen Ende der Glasröhre W her die Licht emittierenden Substanzen P in den kugelförmig erweiterten Teil w₂ eingeführt, und es wird die andere Elektrodenanordnung A', in der die Elektrodenstange 60, die Molybdänfolie 7 und der Anschlussdraht 8 verbunden und integriert sind, eingesetzt und an einer vorbestimmten Position gehalten. In gleicher Weise wie die Elektrodenstange 60 der Elektrodenanordnung A wird die Elektrodenstange 60 der Elektrodenanordnung A durch eine Wolfram-Elektrodenstange mit einer Dicke von 0,3 bis 0,35 mm gebildet, die mit einer Temperatur von 1.600°C oder höher Vakuum-wärmbehandelt wird, sodass die maximale Länge der Kristallkörner in der Oberflächenstruktur der Elektrodenstange 5 μm oder größer ist. In dem Anschlussdraht 8 ist ein W-förmig gebogener Teil 8b mit einer Breite, die größer als der Innendurchmesser der Glasröhre W ist, in einem in der Längsrichtung mittleren Teil ausgebildet. Der gebogene Teil 8b weist eine Form auf, bei der er drückend mit der inneren Umfangsfläche der Glasröhre W kontaktiert ist, sodass die Elektrodenanordnung A' an einer vorbestimmten Längsposition des sich linear erstreckenden Teils w₁ positioniert und gehalten werden kann.
Nachdem die Glasröhre W, wie in 8D gezeigt, evakuiert wurde, wird die Glasröhre W an einer vorbestimmten Position im oberen Teil abgeklemmt, während Xenongas in die Glasröhre W eingeführt wird, wodurch die Elektrodenanordnung A' mit dem Anschlussdraht vorläufig in der Glasröhre W fixiert wird und die Licht emittierenden Substanzen eingeschlossen werden. Das Bezugszeichen w₃ gibt den abgeklemmten Teil an.
Danach wird, wie in 8E gezeigt, ein Abschnitt (einschließlich der Molybdänfolie) des sich linear erstreckenden Teils w₁ in der Nachbarschaft zu dem kugelförmig erweiterten Teil w₂ durch die Brenner 24 auf 2.100°C erhitzt, während der kugelförmig erweiterte Teil w₂ durch flüssigen Stickstoff gekühlt wird, sodass die Licht emittierenden Substanzen nicht verdampfen, wobei eine sekundäre Quetschdichtung durch ein Quetschdichtungswerkzeug 26c durchgeführt wird, um den kugelförmig erweiterten Teil w₂ hermetisch zu dichten. Auf diese Weise wird eine quecksilberfreie Lichtbogenröhre mit der geschlossenen Glasbirne 12, den darin angeordneten Elektroden 6, 6 und den eingefüllten Licht emittierenden Substanzen P fertig gestellt.
Während in dem sekundären Quetschdichtungsschritt das Innere der Glasröhre W im Gegensatz zu dem regulären Quetschdichten des primären Quetschdichtungsschritts nicht notwendigerweise durch die Vakuumpumpe zu einem negativen Druck gebracht werden muss, wird das Innere der Glasröhre W durch das Verflüssigen des in der Glasröhre W eingeschlossenen Xenongases auf einem negativen Druck gehalten. Die Glasschicht in dem sekundären Quetschdichtungsteil 13B weist deshalb eine hervorragende Haftung an der Elektrodenanordnung A' (an der Elektrodenstange 60, der Molybdänfolie 7 und dem Anschlussdraht 8) auf.
Genauso wie bei dem regulären Quetschdichten in dem primären Quetschdichtungsschritt wird die erweichend erhitzte Glasschicht zusätzlich zu dem Pressdruck des Quetschdichtungswerkzeugs 26c dem negativen Druck ausgesetzt, und weil die Glasschicht in einem engen Kontakt mit der Elektrodenstange 60, der Molybdänfolie 7 und dem Anschlussdraht 8 ist, ohne einen Zwischenraum zu bilden, um eine ausreichende Kompatibilität vorzusehen, wird ein Modus hergestellt, in dem die Glasschicht fest mit der Elektrodenstange 60, der Molybdänfolie 7 und dem Anschlussdraht 8 verbunden ist. Wenn der sekundäre Quetschdichtungsteil 13B gekühlt wird, werden deshalb die Reststauchungsschicht 16 und der Schnittstellenspalt 17 ähnlich wie bei dem primären Quetschdichtungsteil 13A ausgebildet. Die Größe der Reststauchungsschicht 16 (des Schnittstellenspalts 17) wird mit einem Radius von 0,5 mm oder weniger in Bezug auf den Quetschdichtungsteil 13 mit einer Breite von 2,2 mm vorgesehen, und die Glasschicht wird mit einer Dicke von 0,6 mm oder mehr außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspalts 17) vorgesehen.
Schließlich werden die Endteile der Lichtbogenröhre auf eine vorbestimmte Länge abgeschnitten, um die in 1 gezeigte Lichtbogenröhre zu erhalten. Die Größe der Reststauchungsschicht 16 in jedem der Quetschdichtungsteile der hergestellten Lichtbogenröhre wird durch ein Messgerät (nicht gezeigt) gemessen. Wenn die Größe der Reststauchungsschicht 16 (des Schnittstellenspalts 17) nicht größer als ein vorbestimmter Wert von zum Beispiel 0,5 mm ist (die Dicke der Glasschicht außerhalb der Reststauchungsschicht 16 nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert von zum Beispiel 0,6 mm ist), dann wird die Lichtbogenröhre als annehmbar betrachtet. Und wenn die Größe der Reststauchungsschicht 16 (des Schnittstellenspalts 17) nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert von zum Beispiel 0,5 mm ist (die Dicke der Glasschicht außerhalb der Reststauchungsschicht 16 nicht größer als ein vorbestimmter Wert von zum Beispiel 0,6 mm ist), wird die Lichtbogenröhre als unannehmbar betrachtet.
Die Ausführungsform weist einen Aufbau auf, bei dem die Reststauchungsschicht 16 mit einer vorbestimmten Größe auf der Seite ausgebildet ist, die in engem Kontakt mit der Elektrodenstange 60 der Glasschicht 15 in jedem der Quetschdichtungsteile 13 (13A, 13B) an der vorderen und hinteren Endseite ist, und bei dem der Schnittstellenspalt 17 an der äußeren Peripherie der Reststauchungsschicht 16 ausgebildet ist. Alternativ hierzu kann der Schnittstellenspalt 17 auch nicht an der äußeren Peripherie der Reststauchungsschicht 16 ausgebildet werden.
In der beschriebenen Ausführungsform weist die Reststauchungsschicht 16, die an der eng mit der Elektrodenstange 60 der Glasschicht 15 in dem Quetschdichtungsteil 13 kontaktierten Seite ausgebildet ist, eine vorbestimmte Achsenlänge L₁ und einen vorbestimmten Umfangswinkel θ₁ auf. Alternativ hierzu kann die Schicht auch nur eine vorbestimmte Achsenlänge L₁ oder einen vorbestimmten Umfangswinkel θ₁ aufweisen.
Weiterhin wird in der Ausführungsform für die einander gegenüberliegend in der geschlossenen Glasbirne 12 angeordneten Elektrodenstangen 60 eine thorierte Wolfram-Elektrodenstange, die in dem Bereich zwischen 1.600 und 2.200°C Vakuum-wärmebehandelt wurde, eine mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange, die in dem Bereich zwischen 1.400 und 2.000°C Vakuum-wärmebehandelt wurde, oder eine hochreine Wolfram-Elektrodenstange, die in dem Bereich zwischen 1.200 und 1.800°C Vakuum-wärmebehandelt wurde, verwendet. Alternativ hierzu kann für die Elektrodenstange 60 auch eine mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange ohne Vakuum-Wärmebehandlung oder eine hochreine Wolfram-Elektrodenstange ohne Vakuum-Wärmebehandlung verwendet werden, wenn nur eine Glasschicht mit einer ausreichenden Dicke außerhalb der Reststauchungsschicht (des Schnittstellenspalts) in dem Quetschdichtungsteil erforderlich ist.

Claims

Quecksilberfreie Lichtbogenröhre (10) für eine Entladungslampe, mit einer geschlossenen Glasbirne (12), die in der Mitte einer Glasröhre angeordnet ist, wobei ein Startedelgas und eine Licht emittierende Substanz in der geschlossenen Glasbirne (12) eingeschlossen sind, einer Wolfram-Elektrodenstange (60), die dichtend an einem Quetschdichtungsteil (13) an einem Ende der Glasröhre befestigt ist, wobei ein Spitzenteil der Elektrodenstange (60) in die geschlossene Glasbirne (12) vorsteht, und einer Reststauchungsschicht (16), die an einer Kontaktfläche zwischen einer Glasschicht in dem Quetschdichtungsteil (13) und der Elektrodenstange ausgebildet ist, wobei die Reststauchungsschicht (16) die Elektrodenstange (60) umgibt, wobei die Elektrodenstange (60) einen Durchmesser von 0,3 mm oder mehr aufweist, und die Reststauchungsschicht (16) einen Radius ≤ D/4 um die Elektrodenstange in Bezug auf die Breite D des Quetschdichtungsteils (13) aufweist.
Quecksilberfreie Lichtbogenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstange (60) in einer Vakuumatmosphäre und mit einer vorbestimmten Temperatur proportional zu dem Durchmesser der Elektrodenstange (60) in einem Bereich zwischen 1200 und 2.200°C wärmebehandelt wird.
Quecksilberfreie Lichtbogenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstange (60) eine thorierte Wolfram-Elektrodenstange ist und die vorbestimmte Temperatur in einem Bereich zwischen 1.600 und 2.200°C liegt.
Quecksilberfreie Lichtbogenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstange eine mit Kalium dotierte Wolfram-Elektrodenstange (60) ist.
Quecksilberfreie Lichtbogenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstange (60) in einer Vakuumatmosphäre und mit einer vorbestimmten Temperatur proportional zu dem Durchmesser der Elektrodenstange in einem Bereich zwischen 1.400 und 2.000°C wärmebehandelt wird.
Quecksilberfreie Lichtbogenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstange (60) eine hochreine Wolfram-Elektrodenstange ist.
Quecksilberfreie Lichtbogenröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstange (60) in einer Vakuumatmosphäre und mit einer vorbestimmten Temperatur proportional zu dem Durchmesser der Elektrodenstange in einem Bereich zwischen 1.200 und 1.800°C wärmebehandelt wird.
Quecksilberfreie Lichtbogenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wolfram-Kristallkörner, die eine Oberflächenstruktur an jeder der Elektrodenstangen (60) bilden, eine maximale Länge von 5 μm oder mehr aufweisen.