DE102006049359A1

DE102006049359A1 - Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp

Info

Publication number: DE102006049359A1
Application number: DE200610049359
Authority: DE
Inventors: Masaki Himeji Kato; Yukio Himeji Yasuda
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2007-05-10
Also published as: JP2007128755A; CN1959927A; KR20070048594A; JP4670597B2; TW200719380A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp, welche einen Emissionsteil umfasst, in welchem ein Paar Elektroden gegenüberliegend angeordnet ist und Quecksilber sowie Edelgas eingefüllt sind, und welche hermetisch abschließende Teile aufweist, welche an gegenüberliegenden Enden des Emissionsteils gebildet sind. Der Emissionsteil umfasst einen Hauptemissionsraum sowie einen Fußpunktraum, welcher in der Nachbarschaft des anodenseitigen hermetisch abschließenden Teils des Hauptemissionsraums gebildet ist. Das Verhältnis V2/V1 des Innenvolumens V1 des Hauptemissionsraums und des Innenvolumens V2 des Fußpunktraums zueinander liegt bei 0,01 bis 0,09.

Description

Die Erfindung betrifft eine Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp, deren Emissionsteil aus einem Hauptemissionsraum und einem Fußpunktraum besteht.
In den technischen Gebieten der Belichtung von Halbleitern sowie Flüssigkristallen und dergleichen wird zur Bestrahlung eine Belichtungstechnik unter Verwendung einer Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp angewendet.
Bei der Belichtung von Halbleitern wird aus Gründen einer chromatischen Aberration und dergleichen eine Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp angewendet, welche Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm (i-Linie) mit hohem Wirkungsgrad ausstrahlt. Bei den Belichtungen von Flüssigkristallen sowie gedruckten Platinen wird eine Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp angewendet, welche Licht mit Wellenlängen von 300 nm bis 450 nm ausstrahlt.
Als Emissionsstoff, welcher in die Lampe eingefüllt wird, wird deshalb Quecksilber benutzt. Zugleich wird als Startgas auch Edelgas wie Argon, Xenon oder dergleichen eingefüllt.
Andererseits wird die Belichtungsfläche des zu bestrahlenden Gegenstandes der Belichtungsvorrichtung immer größer, wobei die Behandlungszeit (Durchsatz), das heißt, die Belichtungszeit, immer kürzer wird. Bei einer Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp besteht deshalb die Tendenz, diesen Bedarf zu decken und zugleich die Lampen-Eingangsleitung zu vergrößern. Die Vergrößerung der Lampen-Eingangsleistung bedeutet eine physikalische Vergrößerung der Lampe. Als Folge davon tritt der Nachteil auf, dass die Zeit nach dem Starten des Betriebs bis zur Stabilisierung, die so genannte Anlaufzeit, länger wird. Eine lange Anlaufzeit ist im Sinne einer Verlängerung des Durchsatzes unerwünscht.
Eine vergrößerte Quecksilberlampe, welche für eine derartige Belichtungsvorrichtung verwendet wird, ist beispielsweise in der Japanischen Offenlegungsschrift 2003-151501 gezeigt. Das Merkmal dieser Lampe besteht darin, dass sie als Emissionsteil nicht nur einen kugelförmigen Teil, sondern auch einen stabförmigen Teil (Bezugszeichen 9 in der vorgenannten Offenlegungsschrift 2003-151501) aufweist, welcher an den kugelförmigen Teil angrenzt. Diese Druckschrift erwähnt jedoch nur die Nachteile einer Verzerrung sowie der Bruch-Charakteristik der Glasröhre. Die Anlaufcharakteristik beim Starten wird hierin gar nicht erwähnt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine vergrößerte Quecksilberlampe mit einer guten Anlauf-Charakteristik anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp, welche umfasst:

– einen Emissionsteil, in welchem ein Paar Elektroden gegenüberliegend angeordnet ist und Quecksilber sowie Edelgas eingefüllt sind; und
– hermetisch abschließende Teile, welche an den beiden Enden des Emissionsteils gebildet sind, dadurch gelöst, dass der Emissionsteil aus einem Hauptemissionsraum sowie einem Fußpunktraum gebildet ist, welcher in der Nachbarschaft des anodenseitigen, hermetisch abschließenden Teils dieses Hauptemissionsraums gebildet ist, und dass das Verhältnis V2/V1 eines Innenvolumens V1 des Hauptemissionsraums und eines Innenvolumens V2 des Fußpunktraums zueinander bei 0,01 bis 0,09 liegt.

Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das vorstehend beschriebene Innenvolumen V1 bei (1/6) × (☐R²) × (L) und das vorstehend beschriebene Innenvolumen V2 bei ☐r²h/4 liegen, wenn der maximale Außendurchmesser des Hauptemissionsraums mit R, die Länge des Hauptemissionsraums in der Richtung, in welcher die Elektroden sich erstrecken, mit L, der maximale Außendurchmesser des vorstehend beschriebenen Fußpunktraums mir r und die Länge des Fußpunktraums in der Richtung, in welcher die Elektroden sich erstrecken, mit h bezeichnet werden.

Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im anodenseitigen hermetisch abschließenden Teil ein Teil mit einem sich verkleinernden Durchmesser gebildet ist, wobei d/r ≤ 0,8 ist, wenn der Außendurchmesser des anodenseitigen hermetisch abschließenden Teils mit d und der maximale Außendurchmesser des anodenseitigen Fußpunktraums mit r bezeichnet werden.

Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im kathodenseitigen hermetisch abschließenden Teil ein Teil mit einem sich verkleinernden Durchmesser gebildet ist, wobei d1/r1 ≤ 0,8 ist, wenn der Außendurchmesser des kathodenseitigen hermetisch abschließenden Teils mit d1 und der maximale Außendurchmesser des kathodenseitigen Fußpunktraums mit r1 bezeichnet werden.

Erfindungsgemäß kann man durch das Festlegen des Verhältnisses V2/V1 des Innenvolumens V1 des Hauptemissionsraums und des Innenvolumens V2 des Fußpunktraums zueinander auf 0,01 bis 0,09 die Anlauf-Charakteristik der Quecksilberlampe verbessern.

Im Fall eines Betriebs der Quecksilberlampe bei einer senkrechten Anordnung der Quecksilberlampe entsteht zwar im Emissionsraum eine heftige Wärmekonvektion. Durch Festlegen des Verhältnisses des Innenvolumens des Hauptemissionsraums und des Innenvolumens V2 des Fußpunktraums zueinander kann man jedoch die Bewegung sowie die Richtung der Wärmekonvektion regeln und durch diese Regelung eine vorteilhafte Anlauf-Charakteristik erhalten.

Ferner kann man durch Festlegen des Verhältnisses der Werte des Außendurchmessers des Fußpunktraums und des Außendurchmessers des hermetisch abschließenden Teils zueinander eine Anordnung angeben, bei welcher eine Wärmeabstrahlung vom Fußpunktraum kaum erfolgt. Als Folge davon kann man das Verdampfen des Quecksilbers beschleunigen und die Anlaufzeit verbessern.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnung weiter beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp;
2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp;
3(a) und (b) jeweils eine schematische Darstellung eines Versuchsergebnisses, welches die Wirkung der Erfindung zeigt;
4 eine schematische Darstellung eines Versuchsergebnisses, welches die Wirkung der Erfindung zeigt;
5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp;
6 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp und
7(a) und (b) jeweils eine schematische Darstellung eines Versuchsergebnisses, welches die Wirkung der Erfindung zeigt.
1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp. In der Darstellung bezeichnet ein Bezugszeichen 10 eine Quecksilberlampe, welche einen beispielsweise aus Quarzglas bestehenden Emissionsteil 11 sowie stabförmige, hermetisch abschließende Teile 12 aufweist, die von den beiden Enden dieses Emissionsteils 11 vorstehen. Der Emissionsteil 11 besteht aus einem Hauptemissionsraum 110 sowie einem Fußpunktraum 111. Im Hauptemissionsraum 110 sind eine Kathode 20 und eine Anode 30 mit einem Abstand von beispielsweise ca. 5.0 mm gegenüberliegend angeordnet, wobei an der Kathodenspitze ein Lichtbogen-Leuchtfleck gebildet wird. Der Emissionsteil 11 weist eine Kugelform oder eine Spindelform auf, welche sich in der Röhrenachsrichtung (nach oben und unten in der Zeichnung) erstreckt. Diese Quecksilberlampe 10 wird bei einer senkrechten Anordnung betrieben, bei welcher die Kathode unten und die Anode oben angeordnet ist.
Die Kathode 20 ist ein zylindrischer Stab, beispielsweise aus thoriertem Wolfram. Ihre Spitze ist im Wesentlichen konisch gebildet und wird von einem Kathodenstab 21 abgestützt. Die Anode 30 besteht beispielsweise aus Wolfram und ist in einer Gesamtform eines zylindrischen Stabs und zugleich im Spitzenbereich im Wesentlichen ähnlich einer Kanonenkugel gebildet, wobei ihre Spitze eine Ebene aufweist. Sie wird von einem Anodenstab 31 abgestützt.
Der Kathodenstab 21 und der Anodenstab 31 erstrecken sich jeweils in Richtung auf einen hermetisch abschließenden Teil 12, welcher eine hermetisch abschließende Anordnung unter Verwendung einer Molybdänfolie aufweist. An das äußere Ende des jeweiligen hermetisch abschließenden Teils 12 ist ein metallischer Sockel 13 angeschlossen. Ferner steht ein Außenanschluss 14 über, welchem durch einen Anschluss an eine in der Zeichnung nicht dargestellte Speisevorrichtung Strom zugeführt wird.
Die Kathode 20 sowie die Anode 30 müssen keine vom Kathodenstab 21 sowie vom Anodenstab 31 physikalisch unabhängigen Körper sein, sondern können auch eine Anordnung aufweisen, bei welcher beispielsweise die beiden sich mit unverändertem, wie gezeigten Außendurchmessern erstrecken und physikalisch miteinander einteilig gebildet sind.
Im Emissionsteil 11 sind der Hauptemissionsraum 110 und der Fußpunktraum 111 gebildet. Auch am Fußpunkt des Kathodenstabs 21 wird ein Raum gebildet. In den Emissionsteil 11 sind als Emissionsstoff Quecksilber und ferner als Startgas Edelgas, wie Argon, Xenon oder derglei chen, eingefüllt.
Die Einfüllmenge des Quecksilbers pro Lampeninnenvolumen liegt beispielsweise in einem Bereich von 3 mg/cm³ bis 50 mg/cm³, beispielsweise bei 5 mg/cm³. Der Einfülldruck des Edelgases liegt bei 0,5 atm bis 5 atm, beispielsweise bei 4 atm. Der Gesamtinnendruck des Quecksilbers sowie des Edelgases beim stationären Betrieb liegt bei ca. 20 atm.
Bei der erfindungsgemäßen Quecksilberlampe handelt es sich um eine große Lampe. Konkret wird eine große Lampe mit einem Nennwert der Lampenleistung von größer/gleich 10 kW und einem Innenvolumen des Emissionsteils von größer/gleich 800 cm³ angestrebt, wobei die Lampenleistung von größer/gleich 10 kW ein Maßstab ist und wobei man deshalb je nach den Kühlungsbedingungen die Lampe in der Tat auch mit einer niedrigeren Eingangsleistung als 10 kW verwenden kann. Bei der Lampe als Gegenstand der Erfindung ist es wichtig, dass das Innenvolumen an sich groß ist, weil insbesondere die Anlauf-Charakteristik der Lampe sich durch eine Vergrößerung der Quecksilberlampe verschlechtert und die Zeit bis Erreichen eines stabilen Betriebszustandes sich daher verlängert. Der Grund hierfür liegt in folgenden zwei Punkten:
Wenn die Lampe sich physikalisch vergrößert, werden auch die Komponenten wie Elektroden und dergleichen größer, wodurch die Wärmekapazität sich vergrößert und die Temperaturerhöhung erschwert wird. Dadurch verzögert sich das Verdampfen des Quecksilbers im Emissionsteil. Man kann sich zwar als Maßnahme eine Verkleinerung der Abmessung des Emissionsteils sowie der Abmessung der Bauteile wie der Elektroden und dergleichen vorstellen. Unter Berücksichtigung der Eigenschaften wie der Lebensdauer, Bruch und dergleichen der Lampe muss man jedoch den Emissionsteil sowie die Elektroden entsprechend der Lampenleistung vergrößern.
Man kann sich vorstellen, dass bei einer Vergrößerung des Emissionsteils, insbesondere des Hauptemissionsraums, die Konvektion innerhalb des Emissionsteils sich verschlechtert und verdampftes Quecksilber nicht mit hohem Wirkungsgrad im Hauptemissionsraum vorhanden ist.
Der zweite Grund wird anhand von 2 beschrieben. Bei einer Quecksilberlampe vom senkrechten Betriebstyp sammelt sich in einem unten befindlichen hermetisch abschließenden Teil (oder im Fußpunktraum) flüssiges Quecksilber an, bevor ein Betrieb gestartet wird. Dieses Quecksilber verdampft im Lauf des Betriebs der Quecksilberlampe durch die Wärme und strahlt erwünschtes Licht aus. Das heißt, ein schnelles Verdampfen des Quecksilbers, welches vor dem Starten des Betriebs flüssig angesammelt wurde, führt zur Beschleunigung des Anlaufs der Lampe.
Das verdampfte Quecksilber erzeugt durch den Temperaturunterschied im Hauptemissionsraum eine Konvektion A. Durch eine vorteilhafte Zirkulation dieser Konvektion kann man das Quecksilber im Emissionsraum vollständig verdampfen und das angesammelte Quecksilber mit hohem Wirkungsgrad ausnutzen.
Im Fall einer vergrößerten Quecksilberlampe wird jedoch eine Entstehung der Konvektion A erschwert, welche eigentlich entstehen soll. Es entsteht im Gegenteil eine unerwünschte Konvektion B (Wirbelströmung). Man kann sich vorstellen, dass gerade diese Konvektion B die Verzögerung des Anlaufs der Lampe bei einer Vergrößerung der Quecksilberlampe verursacht.
Erfindungsgemäß wird der zweite Nachteil der vorstehend beschriebenen beiden Nachteile beachtet und der Anlauf der Quecksilberlampe verbessert. Konkret wird das Innenvolumenverhältnis des Hauptemissionsraums und des Fußpunktraums zueinander festgelegt.
Nachfolgend wird die im Emissionsteil entstehende Konvektion A weiter beschrieben.
Wenn die Quecksilberlampe betrieben wird, entsteht durch die Wärme, welche durch den Lichtbogen entsteht, eine ansteigende Strömung A1, welche zum oberen Bereich des Emissionsteils gelangt, die Richtung verändert und sich entlang der Wand der Emissionsröhre nach unten bewegt (A2). Diese Strömung steigt bezüglich der Radialrichtung des Emissionsteils in der Nähe der Mitte an und bewegt sich in der Nähe der Röhrenwand nach unten. Da bei einer Quecksilberlampe mit einem großen Emissionsteil der Abstand in der Radialrichtung groß ist, stoßen die ansteigende Strömung A1 und die sich nach unten bewegende Strömung A2 nicht miteinander zusammen, sondern sie fließen problemlos.
Da hierbei im oberen Raum, in welchem die ansteigende Strömung A1 in die sich nach unten bewegende Strömung A2 verändert wird, die Anstiegsgeschwindigkeit der ansteigenden Strömung A1 verringert wird, wird eine problemlose Umschaltung von der ansteigenden Strömung A1 in die nach unten sich bewegende Strömung A2 unter Konstanthaltung der gleichen Geschwindigkeit erschwert, wodurch eine unregelmäßige Strömung entsteht. Als Folge davon entsteht im unteren Bereich des Emissionsraums die vorstehend beschriebene Konvektion B.
Bei der Quecksilberlampe ist nicht immer der erfindungsgemäße Fußpunktraum vorhanden, sondern man kann sagen, dass eine Quecksilberlampe mit einem Fußpunktraum vielmehr unüblich ist.
Das Merkmal der Erfindung besteht darin, außer dem Hauptemissionsraum einen Fuß punktraum aktiv anzuordnen und ferner das Verhältnis des Innenvolumens dieses Fußpunktraums und des Innenvolumens des Hauptemissionsraums zueinander festzulegen. Dadurch wird die ansteigende Strömung A1 zum oberen Teil der Leuchtröhre abgeleitet. Durch eine Erwärmung des oberen Raums wird das innerhalb der Leuchtröhre vorhandene Quecksilber schnell verdampft, und man erzielt zugleich durch das Festlegen der Größe hiervon anhand des Verhältnisses zur Größe des Hauptemissionsraums eine problemlose Strömung zusammen mit der nach unten sich bewegenden Strömung A2.
Die Erfinder haben durch einen nachstehend beschriebenen Versuch herausgefunden, dass im Fall des Verhältnisses V2/V1 des Innenvolumens V1 des Hauptemissionsraums 110 und des Innenvolumens V2 des Fußpunktraums 111 zueinander von 0,01 bis 0,09 eine problemlose Strömung der ansteigenden Strömung und der nach unten sich bewegenden Strömung hergestellt wird und dass man somit den Nachteil der verkürzten Anlaufzeit beseitigen kann.
Ferner ist der Fußpunktraum 111 auf der Seite des anodenseitigen hermetisch abschließenden Teils angeordnet, und man kann theoretisch das Innenvolumen V1 des Hauptemissionsraums 110 im Wesentlichen auf ☐R²L/6 festlegen, wobei der maximale Außendurchmesser des Hauptemissionsraums 110 mit R, die Länge des Hauptemissionsraums in der Richtung, in welcher die Elektroden sich erstrecken, mit L, der maximale Außendurchmesser des Fußpunktraums 111 mit r und die Länge des Fußpunktraums in der Richtung, in welcher die Elektroden des Fußpunktraums 111 sich erstrecken, mit h bezeichnet wird, wie in 2 gezeigt. Da das Volumen der Kugel als 4☐(Radius³)/3 berechnet wird, lässt sich das Volumen des Hauptemissionsraums durch (4/3) × (☐R²/4) × (L/2) berechnet, wenn man einen der Radien durch (L/2) und zwei weitere Radien durch (R/2) substituiert. Daraus ergibt sich (☐R²L/6).
Ferner kann man das Innenvolumen V2 des Fußpunktraums 111 theoretisch im Wesentlichen auf (☐r²h/4) festlegen. Da das Volumen eines Zylinders durch (☐(Radius²)(Höhe)/4) berechnet wird, ergibt sich ((☐r²h/4), wenn man den Radius durch (r/2) substituiert. Bei dieser Festlegung sind allerdings weder die Dicke der Glasröhre noch das Elektrodenvolumen berücksichtigt.
Die Unterscheidung zwischen dem Hauptemissionsraum 110 und dem Fußpunktraum 111, das heißt, die Grenzposition zwischen der Höhe h und der Höhe L, wird, streng genommen, an der Innenseite der Leuchtröhre 10, nämlich anhand eines Bereiches, in welchem die Innenseite des Emissionsraums die Form (den Verlauft seiner Wölbung verändert, beurteilt.
3(a) und (b) zeigen die Versuchsergebnisse, welche die Wirkung der Erfindung darstel len. Hierbei wird die Relation zwischen dem Verhältnis des Innenvolumens des Hauptemissionsraums 110 und des Innenvolumens des Fußpunktraums 111 zueinander und der Anlaufzeit gezeigt, wobei das Innenvolumen V1 des Hauptemissionsraums 110 bei ☐R²L/6 und das Innenvolumen V2 des Fußpunktraums 111 bei ☐r²h/4 liegen.
Sowohl in 3(a) als auch in 3(b) stellt die Ordinatenachse die Anlaufzeit (Minute) und die Abszissenachse das Innenvolumen-Verhältnis (V2N1) dar, wobei 3(a) ein Innenvolumen-Verhältnis von 0 bis 0,04 und 3(b) ein Innenvolumen-Verhältnis von 0,04 bis 0,11 zeigt. Der Versuch wurde dadurch durchgeführt, dass man elf Lampen hergestellt hat.
4 zeigt konkret die folgende Zahlenwerte:

– maximaler Außendurchmesser R (cm) des Hauptemissionsraums der elf Lampen (Lampe 1 bis Lampe 11);
– Länge L (cm) des Hauptemissionsraums in der Richtung, in welcher die Elektroden sich erstrecken;
– maximaler Außendurchmesser r (cm) des Fußpunktraums;
– Länge h (cm) des Fußpunktraums in der Richtung, in welcher die Elektroden sich erstrecken;
– Innenvolumen V1 des Hauptemissionsraums;
– Innenvolumen V2 des Fußpunktraums;
– Verhältnis V2/V1 der Innenvolumina zueinander und
– Anlaufzeit (Minuten).

Man kann daher sagen, dass 3(a) und (b) die in 4 gezeigten Zahlenwerte graphisch darstellen.
Die jeweiligen Lampen werden mit einer Quecksilbermenge von 30 mg/cm³, Xenongas von 0,9 atm und einem Abstand zwischen den Elektroden von 10 mm unter denselben Bedingungen betrieben.
Hierbei wurde der Begriff "Anlaufzeit" als Zeit vom Zeitpunkt des Anlegens einer Hochspannung zwischen den Elektroden durch einen Starter bis zum Erreichen einer stabilen Spannung von 80 % definiert, wobei man unter dem Begriff "stabile Spannung" die Nennspannung verstehen soll. Bei einer Lampe mit einer Nennspannung von beispielsweise 100 V entspricht die Zeit bis zum Erreichen von 80 V der Anlaufzeit.
Aus 3(a) wird ersichtlich, dass bei Lampen mit einem Innenvolumen-Verhältnis (V2/V1) von kleiner als 0,01 (Lampen 1 und 2) die Anlaufzeit bei größer/gleich 10 Minuten liegt, während bei Lampen mit einem Innenvolumen-Verhältnis (V2/V1) von größer als 0,01 (Lampen 3, 4, 5) die Anlaufzeit bei kleiner/gleich 10 Minuten liegt und also kurz ist.
Aus 3(b) wird ersichtlich, dass bei Lampen mit einem Innenvolumen-Verhältnis (V2N1) von größer als 0,09 (Lampen 10 und 11) die Anlaufzeit bei größer/gleich 11 Minuten liegt, während bei Lampen mit einem Innenvolumen-Verhältnis (V2N1) von kleiner als 0,09 (Lampen 7, 8, 9) die Anlaufzeit bei kleiner/gleich 10 Minuten liegt und also klein ist.
Aus den vorstehend beschriebenen Ergebnissen wird ersichtlich, dass ein erwünschtes Innenvolumen-Verhältnis (V2/V1) des Hauptemissionsraums und des Fußpunktsraums zueinander bei 0,01 bis 0,09 liegt.
Ein Innenvolumen-Verhältnis (V2/V1) im vorstehend beschriebenen Bereich bedeutet, dass eine problemlose Strömung der in 2 gezeigten ansteigenden Strömung A1 und der nach unten sich bewegenden Strömung A2 gebildet wird. Ein Fall eines Innenvolumen-Verhältnisses (V2/V1) von kleiner als 0,01 bedeutet dagegen, dass wegen eines zu kleinen Fußpunktraums im Vergleich zum Hauptemissionsraum keine problemlose Strömung gebildet wird. Ein Fall eines Innenvolumen-Verhältnisses (V2/V1) von größer/gleich 0,09 bedeutet, dass der Fußpunktraum im Vergleich zum Hauptemissionsraum zu groß ist. Man vermutet, dass die Temperaturerhöhung der gesamten Leuchtröhre durch den Fußpunktraum bestimmt und dadurch die Anlaufzeit verzögert wurde.
5 zeigt eine erfindungsgemäße Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp. Der Unterschied zwischen dieser und der in 1 gezeigten Quecksilberlampe besteht darin, dass im anodenseitigen hermetisch abschließenden Teil 12 ein Teil 121 mit einem sich verkleinernden Durchmesser gebildet ist. Durch die Verkleinerung des Außendurchmessers des hermetisch abschließenden Teils bei diesem Teil 121 mit einem sich verkleinernden Durchmesser wird verhindert, dass die im Emissionsteil angesammelte Wärme vom hermetisch abschließenden Teil 12 abgestrahlt wird. Dadurch kann man das Verdampfen des Quecksilbers mehr beschleunigen.
Konkret wird die Relation zwischen dem Außendurchmesser r des Fußpunktraums und dem Außendurchmesser d des Teils 121 mit einem sich verkleinernden Durchmesser durch d/r ≤ 0,8 dargestellt. Beispielhaft liegt der Außendurchmesser r des Fußpunktraums bei 4,2 cm und der Außendurchmesser d des Teils mit einem sich verkleinernden Durchmesser bei 3,0 cm.
6 zeigt auch eine erfindungsgemäße Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp. Der Unterschied zwischen dieser und der in 5 gezeigten Quecksilberlampe besteht darin, dass nicht nur in dem anodenseitigen hermetisch abschließenden Teil 12a ein Teil 121a mit einem sich verkleinernden Durchmesser d gebildet ist, sondern auch in dem kathodenseitigen hermetisch abschließenden Teil 12b ein Teil 121b mit einem sich verkleinernden Durchmesser d1 vorgesehen ist. Ferner ist auch auf der Kathodenseite ein Fußpunktraum 112 in gleicher Weise wie auf der Anodenseite gebildet.
Durch die Bildung des Teils 121b mit einem sich verkleinernden Durchmesser auch auf der Kathodenseite kann man auch auf der Kathodenseite das Abgeben der Wärme aus dem erwärmten Emissionsteil erschweren und das Verdampfen des Quecksilbers mehr beschleunigen.
Konkret wird die Relation zwischen dem Außendurchmesser r1 des kathodenseitigen Fußpunktraums 112 und dem Außendurchmesser d1 des Teils 121b mit einem sich verkleinernden Durchmesser durch d1/r1 ≤ 0,8 dargestellt. Beispielhaft liegt der Außendurchmesser r1 des Fußpunktraums 112 bei 4,2 cm und der Außendurchmesser d1 des Teils mit einem sich verkleinernden Durchmesser bei 2,7 cm.
7(a) und (b) zeigen Versuchsergebnisse, welche die Wirkung der vorstehend beschriebenen Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp darstellen. 7(a) zeigt die Relation zwischen dem Fußpunktraum und dem Teil mit einem sich verkleinernden Durchmesser der in 5 gezeigten Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp. 7(b) zeigt die Relation zwischen dem Fußpunktraum und den Teilen mit einem sich verkleinernden Durchmessern der in 6 gezeigten Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp. Sowohl in 7(a) als auch in 7(b) geht es um Lampen, deren maximaler Außendurchmesser R des Hauptemissionsraums, deren Länge L des Hauptemissionsraums und deren Innenvolumen-Verhältnis V2/V1 mit denen der Lampen 4 und 5 gemäß 4 identisch sind. Die Werte des maximalen Außendurchmessers d bzw. d1 des Teils mit einem sich verkleinernden Durchmesser und des maximalen Außendurchmessers r bzw. r1 des Fußpunktsraums wurden verschiedenartig verändert, und somit wurde der Versuch durchgeführt. In den Lampen gemäß 6 und 7(b) ist d gleich d1 und r gleich r1. Entsprechend ist d/r identisch mit d1/r1.
Daraus wird ersichtlich, dass sowohl in 7(a) als auch in 7(b) bei einem Wert von d/r und gegebenenfalls d1/r1 von kleiner als 0,8 die Anlaufzeit bei kleiner als 9 Sekunden liegt, diese also verbessert wurde.
Das heißt, durch das Festlegen des Innenvolumen-Verhältnisses (V2N1) des Hauptemissionsraums und des Fußpunktraums zueinander kann die Anlaufzeit auf kleiner als 10 Sekunden festgelegt werden. Gleichzeitig kann man durch das Festlegen des Außendurchmesser-Verhältnisses (d/r und/oder d1/r1) des Fußpunktraums und des Teils mit einem sich verkleinernden Durchmesser zueinander die Anlaufzeit auf kleiner als 9 Sekunden festlegen.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann man bei der erfindungsgemäßen Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp durch das Festlegen des Innenvolumen-Verhältnisses (V2/V1) des Hauptemissionsraums und des Fußpunktraums zueinander die Anlaufzeit verkürzen und ferner durch das Festlegen des Außendurchmesserwert-Verhältnisses des Fußpunktraums und des Teils mit einem sich verkleinernden Durchmesser zueinander die Anlaufzeit noch weiter verkürzen.

Claims

Quecksilberlampe (10) vom Kurzbogentyp, welche umfasst: – einen Emissionsteil (11), in welchem ein Paar Elektroden (20, 30) gegenüberliegend angeordnet ist und Quecksilber sowie Edelgas eingefüllt sind, und – hermetisch abschließende Teile (12; 12a, 12b), welche an gegenüber liegenden Enden des Emissionsteils (11) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Emissionsteil (11) einen Hauptemissionsraum (110) sowie einem Fußpunktraum (111) umfasst, welcher in der Nachbarschaft des anodenseitigen hermetisch abschließenden Teils (12; 12a) des Hauptemissionsraums (110) gebildet ist, und dass das Verhältnis V2/V1 des Innenvolumens V1 des Hauptemissionsraums (110) und des Innenvolumens V2 des Fußpunktraums (111) zueinander bei 0,01 bis 0,09 liegt.
Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nachbarschaft des kathodenseitigen hermetisch abschließenden Teils (12; 12b) des Hauptemissionsraums (110) ein weiterer Fußpunktraum (112) gebildet ist.
Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis V2/V1 des Innenvolumens V1 des Hauptemissionsraums (110) und des Innenvolumens V2 des kathodenseitigen Fußpunktraums (112) zueinander bei 0,01 bis 0,09 liegt.
Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenvolumen V1 bei ☐R²L/6 und das Innenvolumen V2 bei ☐r²h/4 liegt, wobei R der maximale Außendurchmesser des Hauptemissionsraums (110) ist, L die Länge des Hauptemissionsraums (110) in der Richtung, in welcher die Elektroden (29, 30) sich erstrecken, r der maximale Außendurchmesser des Fußpunktraums (111; 112) und h die Länge des Fußpunktraums (111; 112) in der Richtung, in welcher die Elektroden (20, 30) sich erstrecken.
Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im anodenseitigen hermetisch abschließenden Teil (12; 12a) ein Teil (121; 121a) mit einem sich verkleinernden Durchmesser derart gebildet ist, dass d/r ≤ 0,8 ist, wobei d der Außendurchmesser des Teil (121; 121a) mit einem sich verkleinernden Durchmesser und r der maximale Außendurchmesser des anodenseitigen Fußpunktraums (111) ist.
Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im kathodenseitigen hermetisch abschließenden Teil (12b) ein Teil (121b) mit einem sich verkleinernden Durchmesser derart gebildet ist, dass d1/r1 ≤ 0,8 ist, wobei d1 der Außendurchmesser des Teil (121b) mit einem sich verkleinernden Durchmesser und r1 der maximale Außendurchmesser des kathodenseitigen Fußpunktraums (112) ist.