DE102006052715B4

DE102006052715B4 - Verfahren zur Herstellung einer quecksilberfreien Bogenentladungsröhre mit jeweils einem Einkristall an den Elektrodenspitzen

Info

Publication number: DE102006052715B4
Application number: DE102006052715.1A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Fukuyo; Akira Homma; Michio Takagaki; Shinichi Irisawa
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2016-01-14
Anticipated expiration: 2026-11-09
Also published as: US20070103082A1; JP2007134051A; JP4799132B2; US8471473B2; DE102006052715A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampenvorrichtung mit zwei sich gegenüberliegenden Elektrodenstangen, welche an ihrer Spitze einen als Einkristall ausgebildeten Bereich aufweisen, wobei die Bogenentladungsröhre als eine quecksilberfreie Bogenentladungsröhre ausgebildet wird, mit den folgenden Verfahrensschritten: • Vakuumwärmebehandlung einer Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram innerhalb eines Temperaturbereichs von 1200°C–2000°C, • Herstellen einer Elektrodenbaugruppe durch Verbinden einer Molybdänfolie mit der vakuumwärmebehandelten Elektrodenstange und mit einem Leitungsdraht, • Herstellen einer Bogenentladungsröhre aus zwei Elektrodenbaugruppen und einem Glasrohr durch Quetschen der beiden Endöffnungen des Glasrohrs, wobei die Elektrodenbaugruppen durch die Endöffnungen hindurchgeführt sind und in der Glaskammer NaI oder ScI3 als Hauptlichtaussendematerial, Metallhalogenid als Puffer und ein Edelgas zur Zündung eingeschlossen wird, • Alterungsbehandlung durch Wiederholung des Ein- und Ausschaltens der Bogenentladungsröhre, so dass an der Spitze der Elektrodenstange eine Einkristallanordnung entsteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer quecksilberfreien Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampe, die mit einer abgedichteten Glaskammer versehen ist, die mit zumindest einem Metallhalogenid für die hauptsächliche Lichtemission sowie mit einem Edelgas gefüllt ist, durch Quetschabdichtung beider Endöffnungen einer Glasröhre, und miteinander gegenüberliegenden Elektrodenstangen versehen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft speziell eine quecksilberfreie Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampe, die mit Elektrodenstangen versehen ist, die eine derartige, konzentrisch abgestufte Form aufweisen, dass die Querschnittsfläche eines spitzenseitigen Bereichs, der in die abgedichtete Glaskammer vorsteht, größer ist als jene eines basisseitigen Bereichs, der in einem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt vorgesehen ist.
Die Druckschrift DE 10 2004 061 302 A1 zeigt eine herkömmliche Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampenvorrichtung. Die Druckschrift DD 36 340 A zeigt bereits, dass der Spitzenbereich einer Elektrode aus Einkristall gebildet ist. Die Elektrode ist eine Elektrode aus thoriumhaltigem Wolfram.
Die Druckschrift JP 2004-220 880 A beschreibt bereits eine Elektrodenspitze, bei der die Anzahl der Kristalle im Spitzenbereich < 5 ist.
Die Druckschrift JP 09-165 641 A zeigt bereits, Wolfram mit Kalium für die Herstellung einer Elektrode zu dotieren. Auch die Anwendung einer Wärmebehandlung ist bekannt.
Die JP 09-111 388 A zeigt bereits eine Wärmebehandlung einer Elektrode von 1600–2200°C. Hier wird keine K-dotierte Wolframelektrode erhitzt. Die Elektrodenstangenspitze ist nicht einkristallin.
Die DE 100 30 808 A1 zeigt ebenfalls bereits eine Bogenentladungsröhre und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, wobei die Entladungsröhre mehrfach ein- und ausgeschaltet wird.
4 zeigt eine Entladungslampenvorrichtung nach dem Stand der Technik. Das vordere Ende einer Bogenentladungsröhre 5, die aus Quarzglas besteht, ist durch eine einzelne Leitungshalterung 2 gehaltert, die von einer Isolierbasis 1 aus nach vorn vorsteht. Das hintere Ende der Bogenentladungsröhre 5 wird durch einen konkaven Abschnitt 1a der Isolierbasis 1 gehaltert. Der Bereich in der Nähe des hinteren Endes der Bogenentladungsröhre 5 wird durch ein Halterungsteil 4 aus Metall gehaltert, das an der vorderen Oberfläche der Isolierbasis 1 angebracht ist. Der Leitungsdraht 8 an der Vorderseite, der von der Bogenentladungsröhre 5 aus herausgeführt ist, ist durch Schweißen an der Leitungshalterung 2 befestigt. Andererseits gelangt der Leitungsdraht 8 an der rückwärtigen Endseite durch eine untere Wand 1b, auf welcher der konkave Abschnitt 1a der Basis 1 vorgesehen ist, und ist durch Schweißen an einer Klemme 3 befestigt, die auf der unteren Wand 1b vorgesehen ist. Das Bezugszeichen G bezeichnet eine zylindrische Glaskuppe zum Abschneiden ultravioletter Strahlungsbestandteile, die eine Wellenlänge aufweisen, die für den menschlichen Körper schädlich ist, und die von der Bogenentladungsröhre 5 ausgesandt werden. Die Kuppel G ist vereinigt mit der Bogenentladungsröhre 5 ausgebildet.
Die Bogenentladungsröhre 5 weist einen solchen Aufbau auf, dass zwischen einem Paar aus einem vorderen und einem hinteren Quetschabdichtungsabschnitt 5b, 5b eine abgedichtete Glaskammer 5a vorgesehen ist, in welcher Elektrodenstangen 6, 6 einander gegenüberliegend angeordnet sind, und ein Lichtaussendematerial (Halogenid von Na oder Sc sowie Hg) abgedichtet mit einem Edelgas enthalten ist. Innerhalb jeder Quetschabdichtungsabschnitte 5b ist eine Molybdänfolie 7 abgelagert, zur Verbindung der Elektrodenstange 6, die in die in die abgedichtete Glaskammer 5a vorspringt, und des Leitungsdrahtes 8, der von dem Quetschabdichtungsabschnitt 5b herausgeführt ist, wodurch die hermetische Abdichtung der Quetschabdichtungsabschnitte 5b sichergestellt wird.
Quecksilber (Hg), das in die abgedichtete Glaskammer 5a eingefüllt ist, ist eine sehr nützliche Substanz zur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Röhrenspannung, und zur Verringerung der Anzahl an Zusammenstößen von Elektronen mit der Elektrode, um hierdurch eine Beschädigung der Elektrode zu vermindern. Da Hg für die Umwelt schädlich ist, wurde in den vergangenen Jahren die Entwicklung einer ”quecksilberfreien Bogenentladungsröhre” vorangetrieben, welche kein Hg enthält.
Im Falle einer ”quecksilberfreien” Bogenentladungsröhre wird die Röhrenspannung verringert, so dass die Röhrenleistung nicht erhalten werden kann, die für die Entladung benötigt wird. Um die elektrische Leistung der Röhre zu erhöhen, ist es daher erforderlich, den Strom (Röhrenstrom) zu vergrößern, welcher der Bogenentladungsröhre zugeführt wird. Die Elektrodenspitze erreicht eine entsprechend hohe Temperatur.
Wenn daher das Ein- und Ausschalten der Bogenentladungsröhre wiederholt durchgeführt wird, wächst der Kristall in der Nähe der Elektrodenspitze (die Kristallabmessungen nehmen zu), so dass sich die Form der Elektrodenendoberfläche infolge der Verschiebung einer Kristallgrenzflächenposition ändert. Daher tritt eine ”Abnahme” des Lumineszenzpunktes auf, beispielsweise eine Verschiebung des Lumineszenzpunktes (der Lumineszenzpunkt der Entladung verschiebt sich, immer wenn die Bogenentladungsröhre ein- und ausgeschaltet wird), oder eine Verstellung des Lumineszenzpunktes (der Lumineszenzpunkt verstellt sich, während die Bogenentladungsröhre stabil eingeschaltet ist). Dies macht es schwierig, eine geeignete Lichtverteilung zu erzielen, und die Helligkeit im Zentrum eines Scheinwerfers zum Einsatz bei Fahrzeugen zu verringern.
Um derartige Unzuträglichkeiten auszuschalten, wird in der Patentveröffentlichung JP-A-2004-220880 vorgeschlagen, als Längsschnittanordnung des spitzenseitigen Bereichs, der in die abgedichtete Glaskammer der Wolframelektrodenstange 6 der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre vorsteht, eine Anordnung vorzusehen, bei welcher die Anzahl an Kristallen, die sich in einem Bereich 6a befinden, der sich von der Spitze der Elektrodenspitze bis zu einer Entfernung gleich dem Durchmesser d eines axialen Abschnitts erstreckt, gleich 5 oder kleiner ist, und die Anzahl an Kristallen, die sich in dem verbleibenden spitzenseitigen Bereich 6b befinden, gleich 10 oder größer ist, wie in 5 gezeigt ist.
Bei dieser Anordnung gibt es, da weniger Korngrenzen an der Elektrodenspitze vorhanden sind, weniger Änderungen der Form der Elektrodenendoberfläche, infolge von Kristallgrenzflächen-Positionsänderungen infolge von Kristallwachstum. Daher gibt es eine geringere Abnahme des Lumineszenzpunktes während der Entladung. Dies führt dazu, dass eine geringere Änderung der Lichtverteilung auftritt, und eine geringere Verringerung der zentralen Helligkeit eines Scheinwerfers zum Einsatz bei Fahrzeugen.
In dem Dokument JP-A-2004-220880 besteht jedoch die Längsschnittanordnung der Spitze, die in die abgedichtete Glaskammer vorsteht, der Wolframelektrodenstange aus 5 Kristallen oder weniger (so zeigt beispielsweise 5 insgesamt 3 verbundene Kristalle, die aus einem großen Kristall C2 im Zentrum und aus Kristallen C1 und C3 an der Oberseite bzw. Unterseite bestehen). Auf diese Weise kann, solange die Querschnittsanordnung der Spitze der Elektrodenstange aus mehreren Kristallen besteht, die Abnahme des Lumineszenzpunktes während der Entladung nicht sicher vermieden werden.
Im einzelnen wachsen, wenn das Ein- und Ausschalten der Bogenentladungsröhre wiederholt wird, die Kristalle C1, C2 und C3 (ihre Kristallgröße nimmt zu), so dass sich die Kristallgrenzflächenpositionen P1, P2 verschieben. Dies führt dazu, dass sich die Form der Elektrodenspitze ändert, was zu der Abnahme des Lumineszenzpunktes führt. Daher wird das Problem einer Änderung der Lichtverteilung und der Verringerung der zentralen Helligkeit bei einem Scheinwerfer zum Einsatz bei Fahrzeugen nicht gelöst.
Angesichts der voranstehenden Umstände haben sich die Erfinder der vorliegenden Erfindung folgendes überlegt. Wenn die Längsschnittanordnung der Spitze der Elektrodenstange, die in die abgedichtete Glaskammer der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampenvorrichtung vorsteht, aus einer Einkristallanordnung besteht (die Spitze der Elektrodenstange besteht aus einem Einkristall), so wird die Kristallgrenzfläche nicht gegenüber der Elektrodenendoberfläche freigelegt. Selbst wenn durch Wiederholung des Ein- und Ausschaltens der Bogenentladungsröhre der Kristall wächst (die Kristallabmessungen zunehmen), verschiebt sich daher die Kristallgrenzflächenposition nicht. Dies führt dazu, dass die Form der Elektrodenendoberfläche nicht geändert wird.
Bei jener Anordnung, bei welcher die Kristallanordnung der Spitze der Elektrodenstange als Einkristall-Anordnung ausgebildet ist, wurden Versuche und weitere Überlegungen wiederholt. Es stellte sich heraus, dass diese Anordnung dazu wirksam ist, das Problem einer Änderung der Lichtverteilung und einer Verringerung der Helligkeit im Zentrum bei einem Scheinwerfer zum Einsatz bei Fahrzeugen zu lösen. Auf Grundlage dieser Bestätigung wurde die vorliegende Anmeldung eingereicht.
Die vorliegende Erfindung wurde auf Grundlage des voranstehend geschilderten Problems beim Stand der Technik und der Kenntnisse des Erfinders entwickelt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer quecksilberfreien Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampenvorrichtung bereitzustellen, bei welcher eine Verschiebung des Lumineszenzpunktes während der Entladung nicht auftritt, selbst wenn das Ein- und Ausschalten der Bogenentladungsröhre wiederholt wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Konkrete Beispiele für eine Ausbildung, bei welcher die Kristallanordnung (im Längsschnitt) der Spitze eines Bereichs, der in die abgedichtete Glaskammer vorsteht, jeder der Elektrodenstangen als Einkristallanordnung ausgebildet ist, umfassen solche Fälle, bei welchen die Elektrodenstange als eine Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram besteht, und die Elektrodenstange als eine Elektrodenstange mit hoher Reinheit ausgebildet ist.
Betrieb
Bei einer quecksilberfreien Bogenentladungsröhre wird zum Ausgleich des Mangels, dass Quecksilber nicht abgedichtet in der abgedichteten Glaskammer enthalten ist, der Abdichtungsdruck des inneren Gases (beispielsweise Xe) auf 10 bis 15 atm eingestellt, höher als im Falle einer quecksilberhaltigen Bogenentladungsröhre (normalerweise 5 bis 8 atm). Um die elektrische Leistung der Röhre zu erzielen, die für die Entladung erforderlich ist, ist die Einschaltleistung auf 70 bis 85 W eingestellt, höher als im Falle der quecksilberhaltigen Bogenentladungsröhre (normalerweise 60 bis 70 W). Weiterhin wird der Strom (Röhrenstrom), welcher der Bogenentladungsröhre zugeführt werden soll, auf 2,7 bis 3,2 A eingestellt, höher als im Falle der quecksilberhaltigen Bogenentladungsröhre (normalerweise 2,2 bis 2,6 A). Daher wird die Temperatur der Spitze der Elektrodenstange entsprechend hoch. Demzufolge wachsen, wenn das Ein- und Ausschalten der Bogenentladungsröhre wiederholt durchgeführt wird, die Kristalle an der Spitze der Elektrodenstange, die einer hohen Temperatur ausgesetzt sind (vergrößern sich ihre Kristallabmessungen), so dass sich die Kristallgrenzflächenpositionen verschieben können. Dies führt dazu, dass sich die Form der Elektrodenendoberfläche ändern kann, was zu der Abnahme des Lumineszenzpunktes führt.
Bei der vorliegenden Erfindung besteht jedoch die Kristallanordnung der Spitze eines Bereichs, der in die abgedichtete Glaskammer vorsteht, jeder der Elektrodenstangen aus einem Einkristall, der bereits gewachsen ist (grob ausgebildet wurde), so dass die Elektrodenstange entsprechend schwierig zu verbrauchen ist. Selbst wenn der Kristall an der Spitze der Elektrodenstange weiter wächst (seine Kristallabmessungen zunehmen), infolge der Tatsache, dass er einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, ändert sich nicht die Einkristallanordnung an der Spitze der Elektrodenstange (an welcher die Korngrenze (Kristallgrenzfläche) nicht zur Endoberfläche der Elektrodenstange freiliegt), so dass sich auch die Form der Elektrodenendoberfläche (die Form der Endoberfläche des Einkristalls) nicht ändert. Daher tritt die Abnahme des Lumineszenzpunktes während der Entladung nicht auf. Selbst wenn die Spitze der Elektrodenstange, die aus dem Einkristall besteht, allmählich verbraucht wird, wird darüber hinaus die gesamte Endoberflächenform der Elektrode (die Endoberflächenform des Einkristalls) praktisch gleichmäßig verbraucht, und tritt keine Abnahme des Lumineszenzpunktes während der Entladung auf.
Jede der Elektrodenstangen kann eine konzentrisch abgestufte Form aufweisen, bei welcher der spitzenseitige Bereich, der in die abgedichtete Glaskammer vorsteht, dicker ist als der basisseitige Bereich, der auf einem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt abgelagert ist.
Die ”abgestufte Form” ist nicht auf eine Form beschränkt, bei welcher ein Niveauunterschiedsabschnitt zwischen dem spitzenseitigen Bereich der Elektrodenstange und dem basisseitigen Bereich der Elektrodenstange in Form eines rechten Winkels vorhanden ist, wie dies bei der beispielhaften Ausführungsform (siehe 3) dargestellt ist, sondern umfasst auch eine sich verjüngende Form oder Schrägform, bei welcher sich ein Niveauunterschied allmählich ändert.
Betrieb
Bei der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre (im Falle der ”Quecksilberfreiheit”) sinkt die Röhrenspannung ab, so dass die elektrische Leistung der Röhre nicht erzielt werden kann, die für die Entladung benötigt wird. Um die elektrische Leistung der Röhre zu erhöhen, ist es daher erforderlich, den Strom (Röhrenstrom) zu erhöhen, welcher der Bogenentladungsröhre zugeführt wird. Die Wärmebelastung der Elektrode steigt entsprechend an, so dass die Elektrode dazu neigt, verbraucht (beschädigt) zu werden. Wenn jedoch der Bereich, der in die abgedichtete Glaskammer vorsteht, der Elektrodenstange (der spitzenseitige Bereich) dicker als die Elektrodenstange ausgebildet wird, die bei einer quecksilberhaltigen Bogenentladungsröhre eingesetzt wird (durch Erhöhung der Wärmekapazität der Elektrode), wird ermöglicht, zu verhindern, dass die Temperatur der Spitze der Elektrodenstange übermäßig hoch wird, wodurch ein Verbrauch (eine Beschädigung) der Elektrode verhindert wird. Andererseits ist, wenn der Bereich, der auf dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt der Elektrodenstange (der basisseitige Bereich) abgelagert ist, ebenso dick ist, wie der spitzenseitige Bereich, die Differenz des Ausmaßes der Wärmeausdehnung zwischen der Elektrodenstange in dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt und der Glasschicht groß. Infolge der Wärmespannungen, die durch Wiederholung des Ein- und Ausschaltens der Bogenentladungsröhre auftreten, kann daher ein Riss in Längsrichtung (ein in Radialrichtung verlaufender Riss), der zu einem Leck der abgedichteten Substanz führt, in dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt auftreten. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, dass der Bereich, der auf dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt der Elektrodenstange (basisseitiger Bereich) abgelagert ist, dünner ist als der Bereich an der Seite der Spitze der Elektrodenstange. Durch Ausbildung der Elektrodenstange mit konzentrisch abgestufter Form, bei welcher der Bereich an der Seite der Spitze der Elektrodenstange, der in die abgedichtete Glaskammer vorsteht, dicker ist als der basisseitige Bereich, der auf dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt abgelagert ist, können sowohl ein Verbrauch (eine Beschädigung) der Elektrode als auch das Auftreten eines Risses in Längsrichtung unterdrückt werden.
Die Kristallanordnung des Bereichs mit Ausnahme der Spitze, der aus einem Einkristall in dem Bereich an der Seite der Spitze der Elektrodenstange besteht, der in die abgedichtete Glaskammer vorsteht, kann als nicht-durchhängende Kristallanordnung ausgebildet sein, die mehrere (beispielsweise zehn oder mehr) gestapelte, schlanke Kristalle aufweist, die sich in Axialrichtung erstrecken, und die Kristallanordnung des Bereichs an der Seite der Basis der Elektrodenstange, der auf dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt abgelagert ist, kann als eine gewebeartige Kristallanordnung ausgebildet sein.
Ein konkretes Beispiel für die voranstehend geschilderte Ausbildung, bei welcher die Spitze in dem Bereich an der Seite der Spitze der Elektrodenstange, der in die abgedichtete Glaskammer vorsteht, als eine Längsschnitt-Einkristallanordnung ausgebildet ist, und der Bereich mit Ausnahme der Spitze in dem Bereich an der Seite der Spitze der Elektrodenstange als eine nicht-durchhängende Kristallanordnung ausgebildet ist, und der Bereich an der Seite der Basis der Elektrodenstange, der auf dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt abgelagert ist, als eine gewebeartige Kristallanordnung ausgebildet ist, kann in einem Fall erzielt werden, in welchem die Elektrodenstange als Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram ausgebildet ist.
Betrieb
Der Bereich an der Seite der Spitze der Elektrodenstange ist als Kristallanordnung ausgebildet, bei welcher mehrere (zehn oder mehr) schlanke Kristalle, die sich entlang der Axialrichtung erstrecken, gestapelt vorgesehen sind (als nicht-durchhängende Kristallanordnung, bei welcher mehrere schlanke Kristalle, die sich entlang der Axialrichtung erstrecken, so vereinigt sind, dass sie gebündelt sind), und weist eine daher eine hervorragende Festigkeit gegen in Axialrichtung einwirkende Belastungen auf, und auch gegen in Seitenrichtung einwirkende Belastungen. Insbesondere wenn Schwingungen in Vertikalrichtung auf den Bereich an der Seite der Spitze der Elektrodenstange einwirken, führt dies nicht zu einem Bruch der Elektrodenstange. Weiterhin weist der Bereich an der Seite der Basis der Elektrodenstange die gewebeartige Kristallanordnung auf, und weist daher eine hervorragende Festigkeit auf, so dass er bruchfest ist.
Jede der Elektrodenstangen kann als Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram ausgebildet sein, bei der vorher eine Vakuumwärmebehandlung im Bereich von 1200°C bis 2000°C durchgeführt wurde, und bei welcher eine Alterungsbearbeitung mit wiederholtem Ein- und Ausschalten der Bogenentladungsröhre nach Fertigstellung der Bogenentladungsröhre durchgeführt wurde.
Betrieb
Jede der Elektrodenstangen, die einander gegenüberliegend in der abgedichteten Glaskammer beim Stand der Technik vorgesehen sind, ist als Elektrodenstange ausgebildet, die aus thoriertem Wolfram besteht (üblicherweise bezeichnet als ”thori-tun”). Infolge des in dem Wolfram enthaltenen Thoriumdioxid (ThO₂) kann daher leicht ein Flimmern (Lichtbogenflackern) auftreten. 6 erläutert den Mechanismus (die chemische Reaktion) des Auftretens von Flimmern bei einer Elektrodenstange aus thoriertem Wolfram. Es wird bei dieser chemischen Reaktion angenommen, dass infolge einer Verformung der Elektrode und des Entweichens von Thoriumdioxid die Spannung zum erneuten Zünden ansteigt, so dass Flimmern auftritt. Weiterhin ist zur Bereitstellung der abgestuften Elektrodenstange normalerweise eine Schneidbearbeitung einer säulenförmigen Elektrode zu einer abgestuften Form erforderlich, so dass sich entsprechend Verunreinigungen auf der Oberfläche der Elektrodenstange ablagern, oder Wasser von der Oberfläche absorbiert wird. Hierdurch wird das Auftreten von Flimmern noch wahrscheinlicher.
Bei der Elektrodenstange aus Kalium dotiertem Wolfram tritt jedoch kein Flimmern (Lichtbogenflackern) infolge von Thoriumdioxid (ThO₂) auf. Durch vorheriges Durchführen einer Vakuumwärmebehandlung innerhalb eines Temperaturbereiches von 1200°C bis 2000°C vor der Quetschabdichtung können darüber hinaus die Verunreinigungen, die sich auf der Elektrodenoberfläche abgelagert haben, oder das Wasser, das in der Elektrodenoberfläche absorbiert wurde, entfernt werden. In diesem Fall ist die Kristallanordnung des gesamten Bereichs der Elektrodenstange eine gewebeartige Kristallanordnung, die eine hervorragende Festigkeit und Bruchfestigkeit aufweist. Weiterhin besteht bei der Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram, bei welcher eine Alterungsbearbeitung mit wiederholtem Ein- und Ausschalten nach Fertigstellung der Bogenentladungsröhre durchgeführt wurde, die Kristallanordnung des spitzenseitigen Bereichs, der in die abgedichtete Glaskammer vorsteht, der Elektrodenstange aus einer nicht-durchhängenden Kristallanordnung, bei welcher die gewebeartigen Kristalle, welche die gewebeartige Kristallanordnung vor der Alterungsbearbeitung bilden, gewachsen sind (grob ausgebildet wurden), wie in 3(a) gezeigt, und sind mehrere (zehn oder mehr) Kristalle gestapelt angeordnet, die sich in Axialrichtung erstrecken. Weiterhin besteht die Spitze aus einem Einkristall (einem Einkristall in der Kristallanordnung), der gewachsen ist (grob ausgebildet wurde), so dass er sich von dem nicht-durchhängenden Kristall unterscheidet.
Bei der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die Kristallanordnung an der Spitze in dem Bereich, der in die abgedichtete Glaskammer vorsteht, der Elektrodenstange aus einem Einkristall, der bereits gewachsen ist. Aus diesem Grund wird durch wiederholtes Ein- und Ausschalten der Bogenentladungsröhre, selbst wenn der Kristall an der Spitze der Elektrodenstange, welcher einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, wächst, oder die Spitze der Elektrode verbraucht wird, die Spitze so verbraucht, dass die Form der Elektrodenendoberfläche unverändert bleibt, die aus dem Einkristall besteht. Daher tritt keine Abnahme des Lumineszenzpunktes während der Entladung auf. Daher kann das Problem einer Änderung der Lichtverteilung und einer Verringerung der zentralen Helligkeit eines Scheinwerfers zum Einsatz bei Fahrzeugen sicher gelöst werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine quecksilberfreie Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampenvorrichtung mit langer Lebensdauer zur Verfügung gestellt werden, da sowohl ein Verbrauch (eine Beschädigung) der Elektrode als auch das Auftreten eines Risses in Längsrichtung verhindert werden können, der zu einem Leck der eingefüllten Substanz in dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt führt.
Gemäß einem anderen Aspekt bricht die Elektrodenstange selbst dann nicht, wenn Schwingungen in Vertikalrichtung auf die Elektrodenstange einwirken. Wegen einer derartigen Standfestigkeit der Elektrodenstange wird eine lange Lebensdauer der Bogenentladungsröhre sichergestellt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird dadurch, dass bei der Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram eine vorbestimmte Bearbeitung durchgeführt wird, eine quecksilberfreie Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampe zur Verfügung gestellt, die mit einer derartigen Elektrode versehen ist, die keine Abnahme des Lumineszenzpunktes während der Entladung hervorruft, eine hervorragende Standfestigkeit hat, und bei der kein Flimmern auftritt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
1 eine Längsschnittansicht des Hauptteils einer Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampenvorrichtung gemäß einer ersten, beispielhaften Ausführungsform, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine vergrößerte, perspektivische Seitenansicht einer Elektrodenstange der Bogenentladungsröhre von 1;
3(a) bis 3(c) vergrößert die Kristallanordnung der Elektrodenstange aus Wolfram, bei der vorher eine Vakuumwärmebehandlung durchgeführt wurde, wenn bei ihr eine Alterungsbearbeitung mit wiederholtem Ein- und Ausschalten der Bogenentladungsröhre nach Fertigstellung der Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampenvorrichtung durchgeführt wird; wobei 3(a) jenen Fall zeigt, in welchem die Elektrodenstange als Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram ausgebildet ist, 3(b) jenen Fall zeigt, bei welchem die Elektrodenstange als Elektrodenstange aus hochreinem Wolfram ausgebildet ist, und 3(c) jenen Fall zeigt, in welchem die Elektrodenstange als Elektrodenstange aus thoriertem Wolfram ausgebildet ist;
4 eine Längsschnittansicht einer Entladungslampenvorrichtung nach dem Stand der Technik;
5 die Kristallanordnung eines Elektrodenstangen-Spitzenbereiches bei der JP-A-2004-220880 ; und
6 eine Darstellung des Mechanismus (der chemischen Reaktion) für das Auftreten von Flimmern bei einer Bogenentladungsröhre, die mit einer Elektrode versehen ist, die als Elektrodenstange aus thoriertem Wolfram ausgebildet ist.
Die 1 bis 3 zeigen die erste Ausführungsform, hergestellt mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine Längsschnittansicht einer Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine vergrößerte, perspektivische Seitenansicht einer Elektrodenstange der Bogenentladungsröhre von 1. Die 3(a) bis 3(c) sind Darstellungen, welche die vergrößerte Kristallanordnung der Elektrodenstange aus Wolfram zeigen, bei der vorher eine Vakuumwärmebehandlung durchgeführt wurde, und wenn eine Alterungsbearbeitung mit wiederholtem Ein- und Ausschalten der Bogenentladungsröhre durchgeführt wird, nachdem die Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampenvorrichtung fertig gestellt wurde; wobei (a) jenen Fall zeigt, in welchem die Elektrodenstange als Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram ausgebildet ist, (b) jenen Fall zeigt, in welchem die Elektrodenstange als Elektrodenstange aus hochreinem Wolfram ausgebildet ist, und (c) jenen Fall zeigt, in welchem die Elektrodenstange als Elektrodenstange aus thoriertem Wolfram besteht.
In diesen Figuren ist die Entladungslampenvorrichtung mit einer Bogenentladungsröhre 10 versehen, die im wesentlichen den gleichen Aufbau wie bei der Entladungslampe nach dem Stand der Technik von 4 aufweist, mit Ausnahme der Tatsache, dass sie eine quecksilberfreie Bogenentladungsröhre einsetzt, die bei einer Nennleistung von 75 bis 85 W (beispielsweise 75 W) arbeitet.
Die Bogenentladungsröhre 10 weist einen sehr kompakten Aufbau auf, bei welchem in Längsrichtung eines geradlinig verlaufenden Abschnitts einer Quarzglasröhre in Form eines kreisförmigen Rohres ein kugelförmiger, ausgebeulter Abschnitt vorgesehen ist, und in der Nähe des kugelförmigen, ausgebeulten Abschnitts eine Quetschabdichtung durchgeführt ist, um durch Quetschen abgedichtete Abschnitte 13, 13 auszubilden, die jeweils eine quadratische Form im Querschnitt an beiden Enden einer elliptischen oder zylindrischen, keine Spitzen aufweisenden, abgedichteten Glaskammer 12 aufweisen, die einen Entladungsraum mit einem inneren Volumen von 50 μl oder weniger ausbildet. Die abgedichtete Glaskammer 12 ist mit einem Lichtemissionsmaterial (NaI, ScI₃) und einem abpuffernden Metallhalogenid wie beispielsweise ZnI₂ oder ThI₄ anstelle von Hg gefüllt, sowie mit einem Edelgas zum Zünden (beispielsweise Xe-Gas).
Weiterhin sind in der abgedichteten Glaskammer 12 Wolfram-Elektrodenstangen 14, 14 einander gegenüberliegend angeordnet, welche Entladungselektroden bilden. Jede der Elektrodenstangen 14, 14 ist mit einer Molybdänfolie 17 verbunden, die auf dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt 13 abgelagert ist. Von dem Ende des durch Quetschen abgedichteten Abschnitts 13, 13 aus ist ein Molybdänleitungsdraht 18, 18 herausgeführt, der mit der Molybdänfolie 17, 17 verbunden ist.
Wie die Elektrode, die bei der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre eingesetzt wird, die in dem Patentdokument JP-A-2005-183164 beschrieben wird, ist bei der Bogenentladungsröhre 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Elektrodenstange 14 als säulenförmiger, spitzenseitiger Bereich 15, der in die abgedichtete Glaskammer 12 vorsteht, und einen Außendurchmesser d1 aufweist, und als säulenförmiger, basisseitiger Bereich 16 ausgebildet, der auf dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt 13 abgelagert ist, und einen Außendurchmesser d2 aufweist (> d1), wodurch eine konzentrisch, abgestufte Säule ausgebildet wird. Weiterhin liegt das Verhältnis a1/a2 der Querschnittsfläche a1 des spitzenseitigen Bereichs 15 zur Querschnittsfläche a2 des basisseitigen Bereichs 16, der auf dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt 13 abgelagert ist, im Bereich von 1,1 bis 7,3.
Im einzelnen weist, wenn der Außendurchmesser d1 groß ist, der Bereich 15 an der Seite der Spitze der Elektrodenstange, der in die abgedichtete Glaskammer 12 vorsteht, eine größere Wärmekapazität auf, so dass bei ihm ein geringerer Verbrauch (geringere Beschädigungen) auftritt, beispielsweise ein Verbrauch oder eine Schwärzung der Elektrode. Aus diesem Grund ist der Außendurchmesser d1 vorzugsweise so groß wie möglich (beispielsweise 0,3 bis 0,4 mm), innerhalb eines Bereiches, der nicht die Obergrenze von 0,4 mm des Standards für den Außendurchmesser für die säulenförmige Elektrode für die gleiche Art von Bogenentladungsröhre überschreitet. Wenn hierbei der Außendurchmesser d1 zu groß ist, ist auch die Wärmekapazität der Elektrode zu groß, so dass der Verbrauch von Wärmeenergie an der Elektrodenspitze zunimmt, und der Verbrauch optischer Energie, also der Energiewirkungsgrad, beeinträchtigt wird. Allerdings ist dies solange nicht problematisch, wie der Außendurchmesser d1 nicht die Obergrenze von 0,4 mm des Standards für den äußeren Durchmesser für die Wolframelektrode der Bogenentladungsröhre überschreitet.
Andererseits ist der Außendurchmesser d2 des Bereiches 16 an der Seite der Basis der Elektrodenstange, der auf dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt 13 abgelagert ist, vorzugsweise so klein (beispielsweise 0,1 bis 0,3 mm), dass die Wärmespannungen klein sind, die in der Quarzglasschicht des durch Quetschen abgedichteten Abschnitts 13 hervorgerufen werden, wenn die Bogenentladungsröhre ein- und ausgeschaltet wird.
Im einzelnen ist, um die Tatsache zu kompensieren, dass die abgedichtete Glaskammer 12 nicht mit Quecksilber gefüllt ist, bei der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre 10 der Fülldruck des Edelgases (beispielsweise Xe) auf 10 bis 15 atm eingestellt, höher als bei einer quecksilberhaltigen Bogenentladungsröhre (normalerweise 5 bis 8 atm), ist die Nennleistung zum Erhalten der elektrischen Leistung der Röhre, die für die Entladung benötigt wird, auf 75 bis 85 W eingestellt, höher als bei der quecksilberhaltigen Bogenentladungsröhre (normalerweise 60 bis 70 W); und ist der Strom (Röhrenstrom), welcher der Bogenentladungsröhre 10 zugeführt wird, auf 2,7 bis 3,2 A eingestellt, höher als bei der quecksilberhaltigen Bogenentladungsröhre (normalerweise 2,2 bis 2,6 A). Da die Wärmebelastung zunimmt, die auf die Elektrode einwirkt, und die Elektrode beschädigt werden kann, ist daher das Gesamtvolumen (die Kapazität) der Elektrode 14 auf 0,4 bis 0,6 mm³ eingestellt, also auf mehr als bei der quecksilberhaltigen Bogenentladungsröhre (normalerweise 0,25 bis 0,35 mm³). Weiterhin ist der Bereich 15 an der Seite der Spitze der Elektrodenstange, der beschädigt werden könnte, entsprechend widerstandsfähig gegen Beschädigungen, da er den größeren Durchmesser aufweist. Wenn andererseits der Bereich 16 an der Seite der Basis der Elektrodenstange, der auf dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt 13 abgelagert ist, den größeren Durchmesser aufweist, ist das Auftreten eines Risses in Längsrichtung, der zum Leck der eingefüllten Substanz führt, in dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt 13 möglich, infolge der Wärmespannungen, die hervorgerufen werden, wenn die Bogenentladungsröhre ein – und ausgeschaltet wird. Da der Durchmesser des Bereiches 16 an der Seite der Basis der Elektrodenstange kleiner ist als jener des Bereiches 15 an der Seite der Spitze der Elektrodenstange, wird jedoch das Auftreten von Längsrissen in dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt 13 entsprechend verhindert.
Wie voranstehend geschildert, kann bei dieser beispielhaften Ausführungsform eine Beschädigung der Elektrodenstange 14 und das Auftreten eines Risses in Längsrichtung in dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt 13 in gewissem Ausmaß verhindert werden, bei einer Anordnung, welche eine abgestufte Form aufweist, bei welcher der Durchmesser des Bereiches 15 an der Seite der Spitze, der in die abgedichtete Glaskammer 12 vorsteht, größer ist als jener des Bereiches 16 an der Seite der Basis, der abgedichtet an dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt 13 vorgesehen ist.
Wenn die Elektrodenstange 14 als Elektrodenstange aus thoriertem Wolfram ausgebildet ist, als Anordnung, die in weitem Ausmaß als gegenüberliegende Elektroden für diese Art einer quecksilberfreien Bogenentladungsröhre eingesetzt wurde, kann infolge des Thoriumdioxids (ThO₂), das in dem Wolfram enthalten ist, ein Flimmern (Lichtbogenflackern) auftreten (siehe 6). Wenn das Ein- und Ausschalten der Bogenentladungsröhre 10 wiederholt wird, wachsen die gewebeartigen Kristalle in dem Bereich 15 an der Seite der Spitze der Elektrodenstange, der einer hohen Temperatur ausgesetzt ist (es vergrößern sich die Kristallabmessungen), so dass hierdurch eine nicht-durchhängende Kristallanordnung zur Verfügung gestellt wird, bei welcher mehrere Kristalle, die jeweils eine schlanke Form aufweisen, und sich entlang der Axialrichtung erstrecken, in Vertikalrichtung gestapelt angeordnet sind, wie dies in 3(c) gezeigt ist. Daher verschieben sich die Kristallgrenzflächenpositionen P11, P12, P13, P14 und P15 auf der Endoberfläche der Elektrodenstange, an welcher eine große Anzahl an Korngrenzen freiliegt, so dass sich die Form der Endoberfläche der Elektrode ändert. Daher tritt die Abnahme des Lumineszenzpunktes auf, was zu dem Problem führt, dass es unmöglich wird, eine geeignete Lichtverteilung zu erzielen, und eine Verringerung der Helligkeit im Zentrum eines Scheinwerfers zum Einsatz bei Fahrzeugen.
Allerdings besteht bei der vorliegenden Ausführungsform die Elektrodenstange 14 aus mit Kalium dotiertem Wolfram, so dass die Neigung zum Flimmern unterdrückt wird. Weiterhin besteht, wie aus 3(a) hervorgeht, die Kristallanordnung 15A an der Spitze der Elektrodenstange, die in die abgedichtete Kammer 12 vorsteht, aus einem Einkristall C10, der bereits gewachsen ist (grob ausgebildet wurde), so dass die Elektrodenstange 14 entsprechend widerstandsfähig gegen einen Verbrauch ist. Selbst wenn der Kristall an der Spitze der Elektrodenstange weiter wächst (die Kristallabmessungen zunehmen), infolge der Einwirkung einer hohen Temperatur, ändert sich nicht die Einkristallanordnung an der Spitze der Elektrodenstange (wo keine Korngrenze (Grenzfläche) an der Spitze der Elektrodenstange vorhanden ist), so dass sich die Form der Elektrodenendoberfläche F (die Form der Endoberfläche des Einkristalls C10) nicht ändert. Selbst wenn die Spitze der Elektrodenstange, die aus dem Einkristall C10 besteht, allmählich verbraucht wird, infolge der hohen Wärmebelastung, die auf die Spitze der Elektrodenstange einwirkt, wird die Form der Elektrodenendoberfläche F (die Form der Endoberfläche des Einkristalls C10) praktisch gleichförmig verbraucht, so dass keine Abnahme des Lumineszenzpunktes während der Entladung auftritt.
Weiterhin ist in dem Bereich 15 an der Seite der Spitze der Elektrodenstange, der in die abgedichtete Glaskammer 12 vorsteht, wie in 3(a) dargestellt, die Kristallanordnung des Bereiches mit Ausnahme der Spitze, die aus dem Einkristall C10 besteht, als nicht-durchhängende Kristallanordnung 15B ausgebildet, bei welcher mehrere schlanke Kristalle, die sich entlang der Axialrichtung erstrecken, gestapelt sind (die Kristalle C21, C22, C23, C24, C25 und C26..., die jeweils eine schlanke Form aufweisen, so dass sie sich in Axialrichtung erstrecken, sind in einer Form vereinigt, in welcher sie ringförmig gebündelt sind), und daher ist diese Anordnung an sich hervorragend in Bezug auf die Festigkeit gegen Belastungen, die in Axialrichtung einwirken, und auch gegen Belastungen, die in Seitenrichtung einwirken. Speziell tritt kein Bruch auf, selbst wenn vertikale Schwingungen auf die Elektrodenstange 14 einwirken.
Weiterhin ist, wie in 3(a) gezeigt, die Kristallanordnung des Bereichs 16 an der Seite der Basis der Elektrodenstange, der auf dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt 13 abgelagert ist, als gewebeartige oder textilartige Kristallanordnung 16A ausgebildet, die eine hervorragende Festigkeit und daher Bruchfestigkeit aufweist.
Weiterhin wird die Elektrodenstange so hergestellt, dass ein Draht, der aus einem Block gesinterten Pulvermaterials hergestellt wird, unter Verwendung eines Werkzeugs gezogen wird (so genanntes Drahtziehen), so dass die Kristalle, welche die Elektrodenstange bilden, länger ausgebildet werden, so dass sie textilartig oder gewebeartig werden. Die so hergestellte Elektrodenstange weist noch Verwindungen (Druckverwindungen) auf, und wenn Wärme auf die Elektrodenstange einwirkt, neigen die Kristalle dazu, rund zu werden, und die Verwindung zu lösen. Bei der Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram, die ein Dotiermittel enthält, oder bei einer Elektrodenstange aus thoriertem Wolfram, neigen daher die Kristalle dazu, rund und groß zu werden, wenn die Temperatur der Elektrodenspitze infolge eines wiederholten Ein- und Ausschaltens der Bogenentladungsröhre hoch wird. Diese Neigung wird jedoch in gewissem Ausmaß infolge des Vorhandenseins des Dotiermittels begrenzt. Dies führt dazu, dass die Kristalle grob werden, während sie sich zu einer nicht-durchhängenden Form ändern. Insbesondere bei der Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram wird angenommen, dass das Dotiermittel (Kalium), das in den Kristallen an der Elektrodenspitze enthalten ist, verstreut ist, so dass ein großer Einkristall C10 zur Verfügung gestellt wird (siehe die 3(a), (c)). Andererseits wird bei der Elektrodenstange aus hochreinem Wolfram, das kein Dotiermittel enthält, die Neigung der Kristalle nicht eingeschränkt, rund und groß zu werden. Daher werden die Kristalle über den gesamten Bereich der Elektrode grob mit durchhängender Form durch eine Vakuumwärmebehandlung ausgebildet. Weiterhin werden, wenn die Temperatur der Elektrodenspitze hoch wird, infolge wiederholten Ein- und Ausschaltens der Bogenentladungsröhre, die Kristalle allmählich grob an der Elektrodenspitze ausgebildet (siehe 3(b)).
Als nächstes erfolgt eine Erläuterung eines Verfahrens zur Ausbildung der abgestuften Elektrodenstange 14 aus mit Kalium dotiertem Wolfram in der Kristallanordnung (15A, 15B, 16A), wie sie voranstehend geschildert wurde.
Zuerst wird mit der abgestuften Elektrodenstange 14 aus mit Kalium dotiertem Wolfram die Vakuumwärmebehandlung innerhalb eines Bereiches von 1200°C bis 2000°C (vorzugsweise 1600°C) durchgeführt. Durch die Vakuumwärmebehandlung der Elektrodenstange 14 werden Wasser, das sich auf der Oberfläche der Elektrodenstange 14 abgelagert hat, und Verunreinigungen, welche die Elektrodenstange 14 adsorbiert hat, entfernt. Zu diesem Zeitpunkt weist die Kristallanordnung über dem gesamten Bereich der Elektrodenstange 14 immer noch die textilartige oder gewebeartige Kristallanordnung (Bezugszeichen 16A) auf, die eine hervorragende Festigkeit und Bruchfestigkeit aufweist. Als nächstes wird eine Elektrodenbaugruppe hergestellt, durch vereinigtes Verbinden der Basisseite der Elektrodenstange 14 sowie eines Leitungsdrahtes 18 mit einer Molybdänfolie 17. Weiterhin werden mit einer herkömmlichen, bekannten Vorgehensweise, die nicht dargestellt ist, beide Endöffnungen eines Glasrohrs, durch welche die Elektrodenbaugruppen hindurchgeführt sind, durch Quetschen an den Positionen abgedichtet, wo sich jeweils die Molybdänfolie befindet, so dass die abgedichtete Glaskammer mit NaI oder ScI₃ gefüllt ist, das als Hauptlichtaussendematerial dient, und mit einem puffernden Metallhalogenid wie beispielsweise ZnI₂ oder ThI₄ anstelle von Hg, sowie mit einem Edelgas zur Zündung (beispielsweise Xe-Gas). Auf diese Weise wird eine quecksilberfreie Bogenentladungsröhre 10 erhalten, die mit einer abgedichteten Glaskammer 12 versehen ist, in welcher die Elektrodenstangen 14 einander gegenüberliegen.
Bei der Bogenentladungsröhre 10 wird eine Alterungsbearbeitung durch Wiederholung ihres Ein- und Ausschaltens über zwei Stunden durchgeführt. In diesem Fall bleibt in dem Bereich 16 an der Seite der Basis der Elektrodenstange, der auf dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt 13 abgelagert ist, der nicht durch die Wärmealterung beeinflusst wird, die textilartige oder gewebeartige Kristallanordnung 16A unverändert. Andererseits wachsen in dem Bereich 15 an der Seite der Spitze der Elektrodenstange, der in die abgedichtete Glaskammer 12 vorsteht, unter dem Einfluss der Wärmealterung einzelne textilartige oder gewebeartige Kristalle, so dass eine nicht-durchhängende Kristallanordnung 15B zur Verfügung gestellt wird. Weiterhin liegt an der Spitze des Bereichs 15 an der Seite der Spitze der Elektrodenstange eine Querschnitts-Einkristallanordnung 15A vor, die aus dem Einkristall C10 besteht, der einen Durchmesser nahezu gleich jenem des Bereichs 15 an der Seite der Spitze der Elektrodenstange aufweist.
Die 3(a) bis 3(c) zeigen die jeweiligen Kristallanordnungen bei einem Versuch, bei welchem drei Arten von Wolfram-Elektrodenstangen eingesetzt werden, nämlich aus mit Kalium dotiertem Wolfram, hochreinem Wolfram und thoriertem Wolfram, als die Wolfram-Elektrodenstange 14 in der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre 10. Bei diesem Versuch ist die Gesamtlänge L der Elektrodenstange 14 auf 6,5 mm eingestellt; ist die Länge L1 des Bereiches 15 an der Seite der Spitze der Elektrodenstange auf 1,5 mm eingestellt; ist die Länge L2 des Bereichs 16 an der Seite der Basis der Elektrodenstange auf 5,0 mm eingestellt; ist der Außendurchmesser d1 des Bereichs 15 an der Seite der Spitze der Elektrodenstange auf 0,37 mm eingestellt; und ist der Außendurchmesser d2 des Bereichs 16 an der Seite der Basis der Elektrodenstange auf 0,3 mm eingestellt. Weiterhin wird unter vollständig gleichen Bedingungen bei diesen drei Arten von Elektrodenstangen die Vakuumwärmebehandlung und die Alterungsbearbeitung mit wiederholtem Ein- und Ausschalten der Bogenentladungsröhre durchgeführt, nachdem die Bogenentladungsröhre 10 fertig gestellt wurde.
Bei der Stange aus mit Kalium dotiertem Wolfram, die in 3(a) gezeigt ist, besteht die Elektrodenspitze aus dem Einkristall, der grob ausgebildet wurde, und sind die Kristalle C21, C22, C23, C24, C25 und C26 über dem gesamten Bereich (dem Bereich, der sich bis 1,5 mm entfernt von der Elektrodenspitze erstreckt) des Bereichs 15 an der Seite der Elektrodenstange mit Ausnahme des Einkristalls C10 der Elektrodenspitze grob ausgebildet, mit nicht-durchhängender Form. Diese nicht-durchhängenden Kristalle erscheinen geringfügig dicker als jene in der Elektrodenstange aus thoriertem Wolfram, die in 3(c) gezeigt ist. Der gesamte Bereich des Bereichs 16 an der Seite der Basis der Elektrodenstange weist die textilartige oder gewebeartige Kristallanordnung 16A auf.
Bei der Elektrodenstange aus hochreinem Wolfram, die in 3(b) gezeigt ist, sind die Kristalle grob mit durchhängender Form über dem gesamten Bereich der Elektrodenstange ausgebildet. Insbesondere sind in dem Bereich 16 an der Seite der Basis der Elektrodenstange die Kristalle an der Seite näher zur Stufe hin grob ausgebildet.
Bei der Elektrodenstange aus thoriertem Wolfram, die in 3(c) gezeigt ist, sind die Kristalle in dem Bereich, der sich bis 1,2 mm von der Elektrodenspitze des Bereichs 15 an der Seite der Spitze der Elektrodenstange grob mit nicht-durchhängender Form ausgebildet. Der gesamte Bereich des Bereiches 16 an der Seite der Basis der Elektrodenstange weist die textilartige oder gewebeartige Kristallanordnung 16A auf.
Bei der in 3(c) gezeigten Elektrodenstange aus thoriertem Wolfram weist der Bereich 15 an der Seite der Spitze der Elektrodenstange einschließlich der Spitze die nicht-durchhängende Kristallanordnung auf. Dies führt dazu, dass eine große Anzahl an Korngrenzen P11, P12, P13, P14 und P15, die zur Abnahme des Lumineszenzpunktes während der Entladung führen, an der Endoberfläche der Elektrodenstange freiliegen. Andererseits ist bei der in 3(a) gezeigten Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram, und bei der in 3(b) gezeigten Elektrodenstange aus hochreinem Wolfram, die Elektrodenspitze als gewachsener (grob ausgebildeter) Einkristall ausgebildet, und ist an der Elektrodenendoberfläche keine Kristallgrenzfläche (Korngrenze) vorhanden, die zu der Abnahme des Lumineszenzpunktes während der Entladung führt. Daher ist bei der Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram und der Stange aus hochreinem Wolfram keine ”Abnahme” des Lumineszenzpunktes infolge einer Änderung der Form der Elektrodenendoberfläche vorhanden, etwa eine Verschiebung des Lumineszenzpunktes oder eine Verstellung des Lumineszenzpunktes.
Auf diese Weise kann die Elektrodenstange 14 als Elektrodenstange aus hochreinem Wolfram ausgebildet werden, wenn man die Tatsache berücksichtigt, dass die Kristallanordnung der Spitze der Elektrodenstange 14, die in die abgedichtete Glaskammer 12 vorsteht, aus dem Einkristall ausgebildet wird, der bereits gewachsen ist (grob ausgebildet wurde), wodurch die Abnahme des Lumineszenzpunktes während der Entladung verhindert werden kann.
Allerdings ist die Elektrodenstange aus hochreinem Wolfram teuer, im Vergleich zu der Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram. Weiterhin ist, wie in 3(b) gezeigt, die Kristallanordnung über den gesamten Bereich mit durchhängender Form ausgebildet, die eine geringe Festigkeit aufweist, im Vergleich zu der nicht-durchhängenden Kristallanordnung oder der gewebeartigen oder textilen Kristallanordnung. Weiterhin ist die Kristallanordnung in dem Bereich an der Seite der Spitze der Elektrodenstange mit durchhängender Form von Kristallen versehen, die weiter gewachsen sind (gröber ausgebildet wurden), so dass die Standfestigkeit schlechter ist, insbesondere im Bereich an der Seite der Spitze der Elektrodenstange. Daher weist bei der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre die Elektrodenstange 14, die als Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram ausgebildet ist, verschiedene Vorteile auf.
Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform war die Elektrodenstange 14 mit konzentrisch abgestufter Form ausgebildet, bei welcher der Bereich 15 an der Seite der Spitze, der in die abgedichtete Glaskammer 12 vorsteht, dicker ist als der Bereich 16 an der Basisseite, der abgedichtet an dem durch Quetschen abgedichteten Abschnitt 13 vorgesehen ist. Allerdings ist die Form der Elektrodenstange 14 nicht auf die konzentrisch abgestufte Form beschränkt, sondern kann eine Form sein, bei welcher der spitzenseitige Bereich 15 und der basisseitige Bereich 16 eine gleichmäßige Dicke aufweisen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampenvorrichtung mit zwei sich gegenüberliegenden Elektrodenstangen, welche an ihrer Spitze einen als Einkristall ausgebildeten Bereich aufweisen, wobei die Bogenentladungsröhre als eine quecksilberfreie Bogenentladungsröhre ausgebildet wird, mit den folgenden Verfahrensschritten: • Vakuumwärmebehandlung einer Elektrodenstange aus mit Kalium dotiertem Wolfram innerhalb eines Temperaturbereichs von 1200°C–2000°C, • Herstellen einer Elektrodenbaugruppe durch Verbinden einer Molybdänfolie mit der vakuumwärmebehandelten Elektrodenstange und mit einem Leitungsdraht, • Herstellen einer Bogenentladungsröhre aus zwei Elektrodenbaugruppen und einem Glasrohr durch Quetschen der beiden Endöffnungen des Glasrohrs, wobei die Elektrodenbaugruppen durch die Endöffnungen hindurchgeführt sind und in der Glaskammer NaI oder ScI₃ als Hauptlichtaussendematerial, Metallhalogenid als Puffer und ein Edelgas zur Zündung eingeschlossen wird, • Alterungsbehandlung durch Wiederholung des Ein- und Ausschaltens der Bogenentladungsröhre, so dass an der Spitze der Elektrodenstange eine Einkristallanordnung entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Alterungsprozess durch Wiederholung des Ein- und Ausschaltens der Bogenentladungsröhre über zwei Stunden durchgeführt wird, so dass an der Spitze der Elektrodenstange eine Einkristallanordnung entsteht.