DE19527361A1 - Verfahren zur Herstellung einer Lichtbogenröhre für einen Entladungskolben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtbogenröhre, die als Lichtquelle für eine Metallhalogenidlampe verwendet wird, die als Entladungskolben für einen Fahrzeugscheinwerfer oder dergleichen verwendet wird.

Ein Entladungskolben für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer oder dergleichen um­ faßt eine Lichtbogenröhre, die aus einer Glasröhre besteht, die Quecksilber oder Metallhaloge­ nid als Leuchtmaterial und ein Edelgas enthält. Der Entladungskolben ist einem Kolben des Glühdrahttyps insofern überlegen, daß ersterer frei von Ausfallen ist, die durch ein Durchbren­ nen des Glühdrahts verursacht werden, was den Vorteil einer großen emittierten Lichtmenge hat. Aus diesem Grund fand der Entladungskolben in letzter Zeit vermehrte Beachtung.

Wie in Fig. 19 gezeigt, besteht eine Lichtbogenröhre 1 aus einer Glasröhre 1a, die an ihren beiden Enden durch Einengung versiegelt ist. Metallhalogenid (Scandiumiodid (ScI₃), Natriumiodid (NaI), und dergleichen) als Leuchtmaterial, Quecksilber und ein Edelgas (Xe, Ar oder dergleichen) sind im zentralen Bereich der Glasröhre enthalten. Ein Draht a, eine Mo­ lybdänfolie b und eine Elektrode (ein Stab) c sind in einer einzigen Einheit (Elektrodeneinheit) zusammengefügt. Die Elektrodenanordnungen sind jeweils wie gezeigt an den eingeengten Versiegelungsbereichen 1b versiegelt befestigt. Ein Paar von Elektroden (Stäben) c ist einan­ der gegenüber in der Glasröhre 1a angeordnet.

Zum Herstellen der Lichtbogenröhre 1 wird zunächst eine T-förmige Glasröhre W zur Verfügung gestellt, wie in Fig. 20 gezeigt, bei der eine Absaugröhre 2 mit der Glasröhre 1a der Lichtbogenröhre 1 verbunden ist. Ein Entgasungsvorgang zum Beseitigen von Verun­ reinigungen aus der Glasröhre 1a wird durchgeführt. Bei dem Entgasungsvorgang wird die Glasröhre 1a durch Erhitzen der Röhre ohne Anschluß einer Absaugvorrichtung (nicht ge­ zeigt) über einen Verbindungskopf zur Absaugröhre 2 entgast. Danach wird ein Ionenbe­ schußvorgang durchgeführt. Für diesen Vorgang wird inertes Gas über die Absaugröhre 2 in die Glasröhre 1a eingeführt. Ihre Elektroden werden mit einem Glimmentladungs-Erzeugungs­ schaltkreis 6 verbunden. Den Elektroden wird Strom zugeführt, um dadurch eine Entladung zwischen den Elektroden zu bewirken. Als Ergebnis werden auf der Oberfläche der Elektroden c haftende Verunreinigungen vergast und aus dieser beseitigt. Danach werden Metallhalogenid (Scandiumiodid (ScI₃), Natriumiodid (NaI), und dergleichen), Quecksilber und ein Edelgas (Xe, Ar oder dergleichen) der Reihe nach in die Glasröhre 1a eingeführt. Dann wird die Ab­ saugröhre 2 abgezogen.

Der Glimmentladungsschaltkreis 6 ist so aufgebaut, daß die Elektroden der Licht­ bogenröhre über eine Strombegrenzerspule L1 mit der Sekundärwicklung eines Spannungser­ höhungstransformators T1 verbunden sind. Die Primärwicklung des Spannungserhö­ hungstransformators T1 ist über einen Schalter SW1 mit einer Wechselstromquelle (z. B. 200 V) verbunden.

Wenn eine Verunreinigung (Sauerstoff) in der Glasröhre 1a vorhanden ist, wird ScI₃ chemisch umgewandelt, wie es in der folgenden Gleichung dargestellt ist:

4ScI₃ + 4SiO₂ + 3O₂ + 6Hg → 2Sc₂Si₂O₇ + 6HgI₂.

Daraus kann geschlossen werden, daß der Lichtfluß verringert wird, wenn Sauerstoff als eine Verunreinigung vorhanden ist. Um die Verringerung im Lichtfluß zu kontrollieren, ist es wün­ schenswert, die Verunreinigungen (insbesondere den Sauerstoff) vor dem Einführen von Me­ tallhalogenid (Scandiumiodid (ScI₃), Natriumiodid (NaI) und dergleichen), Quecksilber und ei­ nes Edelgases aus dem Inneren der Glasröhre 1a zu entfernen.

Bei dem herkömmlichen Ionenbeschußvorgang wird Strom mit einer relativ gerin­ gen Stromdichte (einige mA/mm² bis einige 10 mA/mm²) von dem Glimmentladungs-Erzeu­ gungsschaltkreis 6 den Elektroden c zugeführt. Folglich ist die zwischen den Elektroden c er­ zeugte Entladung eine Glimmentladung. Die Glimmentladung ist nicht in der Lage, die Verun­ reinigungen in ausreichendem Maße von den Elektrodenoberflächen zu entfernen und eine ei­ nes ausreichend hohe Lichtflußerhaltungsrate sicherzustellen.

Bei dem herkömmlichen Lichtbogenröhren-Herstellungsverfahren folgt der Ionen­ beschußvorgang dem Entgasungsvorgang. Folglich gibt es die Möglichkeit, daß Oxydmaterial, das während der Glimmentladung bei dem Ionenbeschußvorgang von den Elektrodenoberflä­ chen gestreut wird, an der Wand der Glasröhre 1a haftet und somit Oxydmaterial nach dem Ionenbeschußvorgang an der Röhrenwand verbleibt.

Aus den obigen Gründen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren zur Herstellung einer Lichtbogenröhre zur Verfügung zu stellen, das eine hohe Licht­ flußerhaltungsrate sicherstellen kann, indem es sicher Verunreinigungen, wie etwa Oxyde, von den Oberflächen der Elektroden innerhalb der Glasröhre entfernt.

Diese und weitere Aufgaben werden durch das in den beigefügten Patentansprü­ chen definierte Verfahren zur Herstellung einer Lichtbogenröhre gelöst.

Insbesondere wird zum Lösen der obigen und weiterer Aufgabe erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellen einer Lichtbogenröhre für einen Entladungskolben zur Verfü­ gung gestellt, bei dem eine Absaugröhre mit einer Glasröhre der Lichtbogenröhre verbunden wird, in der ein Paar von Elektroden einander gegenüberliegend angeordnet ist. Eine Absaug­ vorrichtung ist mit der Absaugröhre verbunden, und in der Glasröhre enthaltenes Gas wird da­ durch abgesogen. Nach dem Absaugen von Gas aus der Glasröhre durch die Absaugröhre wird inertes Gas in die Glasröhre eingeführt. Ein Lichtbogenentladungs-Erzeugungsschaltkreis wird mit den einander gegenüberliegenden Elektroden verbunden, und ein Ionenbeschußvor­ gang wird ausgeführt, bei dem eine Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden in der iner­ ten Gasatmosphäre durchgeführt wird. Dann wird das Gas aus der Glasröhre abgesogen, und ein Entgasungsvorgang wird durchgeführt, bei dem die Glasröhre durch Erhitzen entgast wird. Metallhalogenid als Leuchtstoff, Quecksilber und ein Edelgas werden der Reihe nach durch die Absaugröhre in die Glasröhre eingeführt, und die Absaugröhre wird dann abgezogen. Das er­ findungsgemäße Verfahren ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdichte des den Elektroden zugeführten Stroms während des Ionenbeschußvorgangs auf 30 bis 100 A/mm² eingestellt wird, wodurch eine Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden bewirkt wird.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren einer Lichtbogenröhre beträgt die Anlege­ zeit für den während des Ionenbeschußvorgangs an die Elektroden angelegten Strom 0,5 bis 1 Sekunde.

Weiterhin ist das während des Ionenbeschußvorgangs in die Glasröhre eingeführte, inerte Gas vorzugsweise Argon, und der Gasdruck in der Glasröhre liegt im Bereich von 800 bis 1200 Torr.

Bei dem Ionenbeschußvorgang beträgt die Stromdichte des den Elektroden zuge­ führten Stroms 30 bis 100 A/mm². Dieser Wertebereich ist wesentlich höher als der der Strom­ dichte des bei dem herkömmlichen Ionenbeschußvorgang den Elektroden zugeführten Stroms (einige mA/mm² bis einige 10 mA/mm²). Folglich findet eine Lichtbogenentladung, die eine hö­ here Temperatur erzeugt als eine Glimmentladung, zwischen den Elektroden statt. Aufgrund der Lichtbogenentladung werden alle Verunreinigungen (hauptsächlich Oxyde), die an den Elektrodenoberflächen haften, vergast, und die vergasten Verunreinigungen werden durch die Absaugröhre abgesogen. Als Ergebnis, werden Oxyde und dergleichen, die an den Elektro­ denoberflächen haften, sicher davon entfernt.

Ein Teil der Verunreinigungen, die von den Elektrodenoberflächen während der Lichtbogenentladung gestreut werden, können an der Wand des Glasröhre haften. Diese Ver­ unreinigungen können an der Wand der Glasröhre verbleiben. Jedoch werden alle derartigen Verunreinigungen durch den Entgasungsvorgang entfernt, der dem Ionenbeschußvorgang folgt. Bei dem Entgasungsvorgang wird die Glasröhre entgast, während sie erhitzt wird.

Wenn die Dauer des Anlegens des Stroms an die Elektroden kurzer als 0,5 Sekun­ den ist, ist die Lichtbogenentladung so kurz, daß das Entfernen von Oxyden von den Elektro­ den nicht zufriedenstellend ist. Wenn die Stromanlegedauer 1 Sekunde übersteigt, ist die Lichtbogenentladungszeit so lang, daß die Elektroden exzessiv bis zu einem Punkt erwärmt werden, daß sie sich möglicherweise verformen.

Argongas ist billig und leicht zu handhaben. Da der Gasdruck in der Glasröhre hö­ her ist, wird ein gründliches Entfernen von Oxyden von den kugelförmigen Teilen der Elektro­ den sichergestellt, wobei der Gasdruck vorzugsweise in einem Bereich zwischen 800 und 1200 Torr eingestellt wird.

Fig. 1 ist ein longitudinaler Querschnitt einer Lichtbogenröhre, die nach einem Verfahren entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.

Fig. 2 ist ein Diagramm zum Erklären des Lichtbogenröhren-Herstellungsverfah­ rens nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das eine Punktanalyseposition und eine Linienanalysepo­ sition auf der Elektrode zeigt.

Fig. 4 ist ein Graph, der Punktanalysedaten einer Standardprobe (kugelförmiger Teil der Elektrode) zeigt.

Fig. 5 ist ein Graph, der Punktanalysedaten einer Probe (kugelförmiger Teil) zeigt, die nicht einem Ionenbeschußvorgang unterworfen wurde.

Fig. 6 ist ein Graph, der Punktanalysedaten einer Probe (kugelförmiger Teil) zeigt, die einem Ionenbeschußvorgang für eine Sekunde bei 400 Torr unterworfen wurde.

Fig. 7 ist ein Graph, der Punktanalysedaten einer Probe (kugelförmiger Teil) zeigt, die einem Ionenbeschußvorgang für eine Sekunde bei 800 Torr unterworfen wurde.

Fig. 8 ist ein Graph, der Punktanalysedaten einer Probe (kugelförmiger Teil) zeigt, die einem Ionenbeschußvorgang für eine Sekunde bei 1200 Torr unterworfen wurde.

Fig. 9 ist eine Tabelle, die die Mengen von Sauerstoff zeigt, die durch die Intensi­ täten der Analysepeaks der Testproben im Vergleich zu dem Analysepeak einer Standardprobe bestimmt wurden.

Fig. 10 ist ein Graph, der Linienanalysedaten einer Probe (Schaftteil der Elektro­ de) zeigt, die nicht einem Ionenbeschußvorgang unterworfen wurde.

Fig. 11 ist ein Graph, der Linienanalysedaten einer Probe (Schaftteil) zeigt, die ei­ nem Ionenbeschußvorgang für eine Sekunde bei 400 Torr unterworfen wurde.

Fig. 12 ist ein Graph, der Linienanalysedaten einer Probe (Schaftteil) zeigt, die ei­ nem Ionenbeschußvorgang für eine Sekunde bei 800 Torr unterworfen wurde.

Fig. 13 ist ein Graph, der Linienanalysedaten einer Probe (Schaftteil) zeigt, die ei­ nem Ionenbeschußvorgang für eine Sekunde bei 1200 Torr unterworfen wurde.

Fig. 14 ist eine Tabelle, die die Sauerstoffmengen zeigt, die durch die Intensitäten der Analysepeaks der Testproben im Vergleich zur Intensität des Analysepeaks einer Stan­ dardprobe (gemessen alle 150 µm von dem Rand des Schaftteils und dem kugelförmigen Teil der Elektrode) zeigt.

Fig. 15(a) ist eine Kurve, die die Röhrenspannungscharakteristik von Röhren zeigt, die mit einem herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden (also einem Ionenbeschuß­ vorgang mit Glimmentladung unterworfen wurden).

Fig. 15(b) ist eine Kurve, die die Röhrenspannungscharakteristik von Lichtbogen­ röhren, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurden (also ei­ nem Ionenbeschußvorgang mit Lichtbogenentladung unterworfen wurden).

Fig. 16(a) ist eine Kurve, die die Erhaltungsratencharakteristik des Lichtflusses von Lichtbogenröhren zeigt, die mit einem herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden (also einem Ionenbeschußvorgang mit Glimmentladung unterworfen wurden).

Fig. 16(b) ist eine Kurve, die die Erhaltungsratencharakteristik des Lichtflusses von Lichtbogenröhren, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurden (also einem Ionenbeschußvorgang mit Lichtbogenentladung unterworfen wurden).

Fig. 17(a) ist eine Kurve, die die Farbtemperaturcharakteristik von Lichtbogenröh­ ren zeigt, die mit einem herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden (also einem Ionenbe­ schußvorgang mit Glimmentladung unterworfen wurden).

Fig. 17(b) ist eine Kurve, die die Farbtemperaturcharakteristik von Lichtbogenröh­ ren, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurden (also einem Ionenbeschußvorgang mit Lichtbogenentladung unterworfen wurden).

Fig. 18(a) ist eine Kurve, die die Farbwiedergabeindex- (Ra) Charakteristik von Lichtbogenröhren zeigt, die mit einem herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden (also ei­ nem Ionenbeschußvorgang mit Glimmentladung unterworfen wurden).

Fig. 18(b) ist eine Kurve, die die Farbwiedergabeindex- (Ra) Charakteristik von Lichtbogenröhren, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wur­ den (also einem Ionenbeschußvorgang mit Lichtbogenentladung unterworfen wurden).

Fig. 19 ist ein longitudinaler Querschnitt, der eine herkömmliche Lichtbogenröhre zeigt.

Fig. 20 ist ein Diagramm, das ein herkömmliches Verfahren zum Herstellen einer Lichtbogenröhre zeigt.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Be­ zugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein longitudinaler Querschnitt einer Lichtbogenröhre, die unter Verwen­ dung eines Verfahrens nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung hergestellt wurde. Fig. 2 ist ein Diagramm zum Erklären des Herstellungsverfahrens für Lichtbogenröhren nach der vorliegenden Erfindung.

In diesen Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Lichtbogenröhre für einen Entladungskolben. Der Aufbau der Lichtbogenröhre 1 ist im allgemeinen der gleiche wie der der herkömmlichen, in Fig. 19 gezeigten Lichtbogenröhre. Daher werden der Einfachheit halber die gleichen Bezugszeichen verwendet, um gleiche Teile wie in Fig. 19 zu bezeichnen.

Die Mengen an Verunreinigungen (andere Verunreinigungen als Metallhalogenide, Quecksilber und absichtlich eingeführtes Edelgas) innerhalb der Glasröhre 1a der Lichtbogen­ röhre sind kleiner als in der herkömmlichen Glasröhre der Fig. 19.

Jede Elektrode c ist mit einem Laserwerkzeug bearbeitet, um eine kugelförmige Spitze zu erhalten. Die derart geformte Elektrode c, Molybdänfolien b und Drähte a sind in ei­ ner Elektrodenanordnung vereinigt. Die derart aufgebaute Elektrodenanordnung und die Lichtbogenröhren sind durch Einengung versiegelt. Wenn die Elektroden mit einem Laser be­ arbeitet werden, werden die Oberflächen der Elektroden oxydiert.

Bevor die Elektroden und die Lichtbogenröhre durch Einengung versiegelt wer­ den, werden die Elektroden bei 2000°C in einem Vakuum behandelt, um Oxyd von den Elektrodenoberflächen zu entfernen.

Nachdem die Elektrodenanordnungen und die Lichtbogenröhre durch Einengung versiegelt worden sind, wird die resultierende Struktur einem Ionenbeschußvorgang unter Be­ dingungen unterworfen, die von denjenigen des herkömmlichen Ionenbeschußvorgangs ver­ schieden sind. Durch den erfindungsgemäßen Ionenbeschußvorgang werden Verunreinigungen innerhalb der Glasröhre 1a, wie etwa Oxyde, die an den Oberflächen der Elektroden c haften, sicher entfernt. Danach werden Metallhalogenid, Natriumiodid, Quecksilber und ein Edelgas der Reihe nach in die Glasröhre 1a eingeführt.

Die Bedingungen für den Ionenbeschußvorgang sind folgende: Argongas wird un­ ter einem Druck im Bereich von 200 bis 1200 Torr in die Glasröhre 1a eingeführt, und ein Strom mit einer Stromdichte von 30 bis 100 A/mm² wird an die Elektroden c angelegt. Unter diesen Bedingungen wird eine Lichtbogenentladung für 0,5 bis 1 Sekunde zwischen den Elek­ troden erzeugt. Wenn die Stromdichte kleiner oder gleich 30 A/mm² ist, findet keine Lichtbo­ genentladung zwischen den Elektroden statt, so daß die Oxyde unzureichend von den Elektro­ denoberflächen entfernt werden. Wenn auf der anderen Seite die Stromdichte größer oder gleich 100 A/mm² ist, werden die Elektroden in einem solchen Maße übermäßig erwärmt, daß sie verformt werden können. Aus diesem Grund liegt die an die Elektroden angelegte Strom­ dichte vorzugsweise im Bereich von 30 bis 100 A/mm².

Wenn die Dauer der Lichtbogenentladung eine Sekunde übersteigt, werden be­ stimmte Defekte erzeugt, es werden dann nämlich die Elektroden verformt oder die Wände der Glasröhre 1a werden geschwärzt. Es wird vermutet, daß diese Defekte durch die Streuung vom Wolfram der Elektroden c verursacht werden. In dieser Hinsicht ist es vorzuziehen, die Anlegezeit für den Strom (Entladungszeit) auf nicht mehr als 1 Sekunde einzustellen. Wenn auf der anderen Seite die Stromanlegezeit kürzer als 0,5 Sekunden ist, wird das Oxyd nicht in ausreichendem Maße entfernt. Als Konsequenz ist eine Dauer von 0,5 bis 1 Sekunde für das Anlegen des Stroms an die Elektroden, also für die Dauer der Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden, vorzuziehen.

In Fig. 2 ist eine Absaugröhre 2 mit der Glasröhre 1a der Lichtbogenröhre 1 ver­ bunden, so daß sie mit dieser in Verbindung steht, wodurch eine T-förmige Glasröhre W ge­ formt wird.

Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Entladungsröhren-Verbindungskopf zum Verbinden einer Absaugvorrichtung mit der Absaugröhre 2 der Lichtbogenröhre 1. Die Entla­ dungsröhren-Verbindungskopf 10 umfaßt innen einen T-förmigen Gang, der aus einem verti­ kalen Gang 12 und einem horizontalen Gang 13 besteht, der sich horizontal von dem Mittel­ punkt des vertikalen Gangs 12 aus erstreckt.

Ein Spannmechanismus ist sowohl mit dem oberen als auch dem unteren Ende, die beide offen sind, dieses vertikalen Gangs 12 verbunden. Der Spannmechanismus umfaßt eine Basis 14a, eine zylindrisch Gummibuchse 15a, ein zylindrisches Element 16a mit einer Kra­ gung, die in einem zylindrischen Bereich 11a eines Kopfteils 11 enthalten ist, und eine Befesti­ gungsschraube 17a, die auf einen männlichen Schraubenteil des zylindrischen Bereichs 11a ge­ schraubt ist und das zylindrische Element 16a hält.

Wenn die Absaugröhre 2 der T-förmigen Glasröhre W in das Einsetzloch der Buchse 15a eingesetzt wird und die Befestigungsschraube 17a angezogen wird, wird die Buchse 15a axial zusammengedrückt, während sie radial gedehnt wird, um dadurch die Luft­ dichtigkeit des vertikalen Gangs 12 der Absaugröhre 2 sicherzustellen.

Das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen Handverschlußstopfen zum Verschließen der Öffnung des oberen Endes- des vertikalen Gangs 12, wenn er auf die Spitze des vertikalen Gangs 12 gesetzt wird.

Ein Lichtbogen-Erzeugungsschaltkreis 20 ist vorgesehen, um eine Lichtbogenent­ ladung zwischen den einander gegenüber angeordneten Elektroden c zu erzeugen, wobei der Schaltkreis 20 einen Schaltkreis A zum Aufrechterhalten der Entladung und einen Schaltkreis B zum Auslösen der Entladung umfaßt. Der Schaltkreis A zum Aufrechterhalten der Entla­ dung umfaßt eine Strombegrenzungsspule L2, deren Sekundärwicklung mit einem Ende mit einer der Elektroden verbunden ist, einen Schalter SW2, dessen normalerweise offener Kon­ takt an einem Ende mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung der Strombegrenzungsspule L2 verbunden ist, und eine Wechselspannungsquelle, die wechselstrommäßig zwischen dem anderen Ende des Schalters SW2 und der anderen Elektrode angeschlossen ist. Die Wech­ selspannungsquelle legt zum Beispiel eine Wechselspannung von 200 V an. Die Wellenform der Wechselspannung kann sinusförmig oder rechteckig sein.

Der Auslöseschaltkreis B umfaßt einen Kondensator C, der zwischen einem Rei­ henschaltkreis eines normalerweise offenen Kontakts des Schalters SW2 und der Primärwick­ lung des Strombegrenzungsspule L2 angeordnet ist, und eine Gleichspannungsquelle E, die zwischen einem Reihenschaltkreis eines normalerweise geschlossenen Kontakts des Schalters SW2 und dem Kondensator C angeordnet ist. In dem Auslöseschaltkreis B wird der Konden­ sator C vorweg durch die Gleichspannungsquelle E geladen.

In dem derart aufgebauten Lichtbogenentladungs-Erzeugungsschaltkreis 20 wird, wenn der Schalter SW2 angeschaltet wird, die Spannung von der Wechselspannungsquelle AC zwischen den paarigen Elektroden angelegt, und eine Spannung von dem Auslöseschaltkreis B wird über die Strombegrenzungsspule L2 ebenfalls an die Elektroden angelegt.

Die Spannung des Auslöseschaltkreises B wird für eine kurze Zeitperiode erzeugt, wenn der Kondensator C durch die Strombegrenzungsspule L2 entladen wird. Zu dem Zeit­ punkt, zu dem die überlagerte Spannung an dem Elektrodenpaar anliegt, ist die Stromdichte des an den Elektroden anliegenden und durch sie hindurchfließenden Strom in einer Anfangs­ phase sehr hoch. Als Ergebnis findet eine Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden statt.

Die derart erzeugte Lichtbogenentladung wird durch die von der Wechselspannungsquelle AC angelegte Spannung aufrechterhalten.

Ein Verfahren zum Herstellen der in Fig. 1 beschriebenen Lichtbogenröhre wird im folgenden beschrieben.

Ein Absaugvorrichtung (nicht gezeigt) wird über den Lichtbogenröhren-Verbin­ dungskopf 10, der in Fig. 2 gezeigt ist, mit der Absaugröhre 2 der Lichtbogenröhre 1 verbun­ den. Nach dem Absaugen von Gas aus der Glasröhre 1a durch die Absaugvorrichtung, wird Argongas in die Glasröhre 1a eingeführt, wobei der Gasdruck in der Glasröhre 1a bei 800 bis 1200 Torr gehalten wird. Der Lichtbogenentladungs-Erzeugungsschaltkreis 20 legt einen Strom (mit einer Dichte von 30 bis 100 A/mm²) an das Elektrodenpaar c an, wodurch eine Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden bewirkt wird. Aufgrund der Lichtbogenentla­ dung wird an den Elektrodenoberflächen haftendes Oxyd vergast und das resultierende Oxyd­ gas wird durch die Absaugröhre 2 aus der Glasröhre 1a abgesogen. Auf diese Weise wird der Ionenbeschußvorgang ausgeführt, um dadurch die Verunreinigungen von den Elektroden c zu entfernen.

Nach dem Ionenbeschußvorgang wird ein Entgasungsvorgang durchgeführt, bei dem die Glasröhre 1a entgast wird, während sie auf 1100°C erwärmt wird, um dadurch voll­ ständig an den Wänden der Glasröhre 1a haftende Verunreinigungen zu entfernen.

Argongas wird in die Glasröhre 1a eingeführt, und dann werden Kügelchen von Metallhalogenid (ScI₃, NaI oder dergleichen) in die Röhre eingesetzt. Dann wird die Öffnung an dem oberen Ende des vertikalen Gangs 12 mit dem Handverschlußstopfen 18 verschlossen.

Die Glasröhre 1a wird auf eine Temperatur erhöht, die ausreicht, um das Metallhalogenid zu schmelzen, z. B. auf 400 bis 800°C. Auf diese Weise wird ein Verfahren zum Ausbacken des Metallhalogenids durchgeführt.

Anschließend wird das obere Ende des vertikalen Gangs 12 geöffnet, und Queck­ silberteilchen werden in die Glasröhre 1a eingesetzt, während inertes Gas (Ar-Gas) durch den horizontalen Gang 13 in die Glasröhre 1a geführt wird. Danach wird das oberen Ende des ver­ tikalen Gangs 12 mit dem Handverschlußstopfen 18 verschlossen, und inertes Gas (Xe-Gas) wird durch den horizontalen Gang 13 der Glasröhre 1a zugeführt.

Die Absaugröhre 2 wird erstens an einer Stelle oberhalb der Glasröhre 1a abgezo­ gen, während der Raum um die Glasröhre 1a mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird. Die Ab­ saugröhre 2 wird zweitens an einer Stelle in der Nähe der Glasröhre 1a abgezogen, um da­ durch das Quecksilber und das Metallhalogenid zusammen mit dem Xe-Gas in der Glasröhre zu versiegeln.

Bei dem herkömmlichen Lichtbogenröhre-Herstellungsverfahren wird ein Entga­ sungsvorgang, der die Glasröhre 1a entgast, während sie erwärmt wird, vor dem Ionenbe­ schußvorgang durchgeführt. Erfindungsgemäß wird jedoch der Entgasungsvorgang nach dem Ionenbeschußvorgang durchgeführt. Daher können Verunreinigungen innerhalb der Glasröhre, wie etwa an den Elektroden und an der Röhrenwand haftende Verunreinigungen, vollständig entfernt werden. In der Tat können an den Elektroden haftende Oxyde durch die Lichtbo­ genentladung bei dem Ionenbeschußvorgang entfernt werden.

Jedoch ist es möglich, daß von den Elektrodenoberflächen während des Ionenbe­ schußvorgangs gestreute Oxyde auf der Wand der Glasröhre verbleiben. Daher ist die alleinige Verwendung des Ionenbeschußvorgangs nicht ausreichend zur Beseitigung aller Verunreini­ gungen von der Röhrenwand. Es sei hier festgestellt, daß bei dem Lichtbogenröhren-Herstel­ lungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung der Entgasungsvorgang, der dem Ionenbe­ schußvorgang folgt, alle verbleibenden Verunreinigungen von der Wand der Glasröhre besei­ tigt. Daher werden durch die Erfindung alle Verunreinigungen von der Glasröhre entfernt.

Der in der Erfindung verwendet Entgasungsvorgang ist derselbe wie bei dem her­ kömmlichen Verfahren. Auch das Verfahren zum Einführen von Metallhalogenid, Quecksilber und Xe-Gas in die Glasröhre ist dasselbe wie bei dem herkömmlichen Verfahren. Daher wer­ den nur Vorgänge beschrieben, die von denen in der herkömmlichen Praxis verschieden sind, während für die verbleibenden Vorgänge auf die schon gegebene Beschreibung verwiesen wird.

Die Bedingungen für den Ionenbeschußvorgang werden nun genauer beschrieben.

Der Ionenbeschußvorgang wurde auf folgende Weise ausgeführt. Drei Arten von Lichtbogenröhren (als Testproben bezeichnet) mit Gas bei 400, 800 und 1200 Torr wurden verwendet. Ein Strom mit 80 A/mm² Stromdichte wurde für eine Sekunde an die Elektroden dieser Röhren angelegt. Unter dieser Bedingung wurde eine Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden erzeugt. Dann wurde jede der Röhren entgast. Diese Testproben wurden dann mit einer Punktanalyse und einer Linienanalyse getestet. Für die Tests wurde ein elektroni­ scher Mikroanalysator (Shimazu Modell EPMA-8705) verwendet. Die resultierenden Punktanalysedaten sind in den Fig. 4 bis 9 gezeigt, und die resultierenden Linienanalyseda­ ten sind in den Fig. 10 bis 14 gezeigt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wurde die Punktanalyse für Sauerstoff an der Stelle P₁ in der Nähe des Mittelpunkts des kugelförmigen Teils C₁ der Elektrode durchgeführt. Die Linienana­ lyse wurde für Sauerstoff über die axiale Länge gemessen von der Grenze zwischen einem Elektrodenschaftteil C₂ und dem kugelförmigen Teil C₁ durchgeführt.

Von den Fig. 4 bis 9, die die Punktanalysedaten zeigen, zeigt Fig. 4 Punktana­ lysedaten einer Standardprobe (kugelförmiger Teil der Elektrode); ist Fig. 5 eine Kurve, die Punktanalysedaten einer Probe (kugelförmiger Teil) zeigt, die nicht dem Ionenbeschußvorgang unterworfen wurde; ist Fig. 6 eine Kurve, die Punktanalysedaten einer Probe (kugelförmiger Teil) zeigt, die dem Ionenbeschußvorgang für eine Sekunde bei 400 Torr unterworfen wurde; ist Fig. 7 eine Kurve, die Punktanalysedaten einer Probe (kugelförmiger Teil) zeigt, die dem Ionenbeschußvorgang für eine Sekunde bei 800 Torr unterworfen wurde; ist Fig. 8 eine Kur­ ve, die Punktanalysedaten einer Probe (kugelförmiger Teil) zeigt, die dem Ionenbeschußvor­ gang für eine Sekunde bei 1200 Torr unterworfen wurde; und ist Fig. 9 eine Tabelle, die die Mengen von Sauerstoff zeigt, die durch die Intensitäten der Analysepeaks der Testproben im Vergleich zu dem Analysepeak der Standardprobe festgestellt wurden.

Wie aus den Fig. 4 bis 9 ersichtlich, beträgt die Menge des Restsauerstoffs im kugelförmigen Bereich der Elektrode 0,74 Gewichtsprozent, wenn die Probe keinem Ionenbe­ schußvorgang unterworfen wurde, und 0,06 Gewichtsprozent, wenn sie einem Ionenbeschuß­ vorgang für eine Sekunde bei 1200 Torr unterworfen wurde. Dieser Wert von 0,06 Gewichts­ prozent Restsauerstoff ist geringer als der Wert von 0,17 Gewichtsprozent, wenn die Probe ei­ nem Ionenbeschußvorgang für eine Sekunde bei 400 oder 800 Torr unterworfen wurde. Aus dieser Tatsache ist erkennbar, daß mit zunehmenden Argongasdruck die Menge des Restsau­ erstoffs verringert wird, daß also Sauerstoff wirkungsvoll beseitigt wird.

Von den Fig. 10 bis 14, die die Linienanalysedaten zeigen, zeigt Fig. 10 Lini­ enanalysedaten einer Standardprobe (Schaftteil der Elektrode); ist Fig. 11 eine Kurve, die Lini­ enanalysedaten einer Probe (Schaftteil) zeigt, die dem Ionenbeschußvorgang für eine Sekunde bei 400 Torr unterworfen wurde; ist Fig. 12 eine Kurve, die Linienanalysedaten einer Probe (Schaftteil) zeigt, die dem Ionenbeschußvorgang für eine Sekunde bei 800 Torr unterworfen wurde; ist Fig. 13 eine Kurve, die Linienanalysedaten einer Probe (Schaftteil) zeigt, die dem Ionenbeschußvorgang für eine Sekunde bei 1200 Torr unterworfen wurde; und ist Fig. 14 eine Tabelle, die die Mengen von Sauerstoff zeigt, die durch die Intensitäten der Analysepeaks der Testproben im Vergleich zu dem Analysepeak der Standardprobe (gemessen alle 150 µm von der Grenze zwischen dem Schaftteil und dem kugelförmigen Teil der Elektrode) festgestellt wurden.

Die Mengen an Restsauerstoff an den entsprechenden Analysepositionen sind so, wie sie in Fig. 14 aufgeführt sind. Wie gezeigt, betrugen unter den Bedingungen, daß der Io­ nenbeschußvorgang (zum Erzeugen einer Lichtbogenentladung) für eine Sekunde bei 800 Torr und bei 1200 Torr durchgeführt wurde, die Mengen an Restsauerstoff 2,21 Gewichtsprozent beziehungsweise 3,08 Gewichtsprozent im Mittel entlang des kugelförmigen Teils der Elektro­ de. Diese Werte für den Restsauerstoff sind geringer als der Wert von 4,76 Gewichtsprozent an Restsauerstoff entlang dem kugelförmigen Teil der Elektrode unter den Bedingungen, daß der Ionenbeschußvorgang (zum Erzeugen einer Lichtbogenentladung) für eine Sekunde bei 400 Torr durchgeführt wurde. Aus dieser Tatsache ist ersichtlich, daß der Restsauerstoff ent­ lang dem kugelförmigen Teil der Elektrode effektiv beseitigt werden kann, wenn der Argon­ gasdruck 800 bis 1200 Torr beträgt.

Die Fig. 15(a) bis 18(b) sind Kurven, die die Ergebnisse von Lebensdauertests in zwei Arten von Lichtbogenröhren zeigen.

Der erste Typ von Lichtbogenröhre wurde einem Ionenbeschußvorgang nach der Erfindung (die Prozeßbedingungen waren 1000 Torr Argongasdruck, 80 A/mm² Stromdichte und 1 Sekunde Entladungszeit) unterworfen. Der zweite Typ von Lichtbogenröhre wurde ei­ nem herkömmlichen Ionenbeschußvorgang (die Prozeßbedingungen waren 400 Torr Argon­ gasdruck, einige mA/mm² Stromdichte und 0,2 Sekunde Entladungszeit) unterworfen.

In diesen Figuren zeigen die Kurven (a) die Ergebnisse des Lebensdauertests für Lichtbogenröhren, die dem herkömmlichen Ionenbeschußvorgang unterworfen wurden, und die Kurven (b) zeigen Ergebnisse des Lebensdauertests für Lichtbogenröhren, die dem Ionen­ beschußvorgang nach der vorliegenden Erfindung unterworfen wurden.

Die Fig. 15(a) und 15(b) sind Kurven, die die elektrische Leistung basierend auf der Röhrenspannung zeigen. Die Fig. 16(a) und 16(b) sind Kurven, die die elektrische Leistung basierend auf der Lichtflußerhaltungsrate zeigen. Die Fig. 17(a) und 17(b) sind Kurven, die die elektrische Leistung basierend auf der Farbtemperatur zeigen. Die Fig. 18(a) und 18(b) sind Kurven, die die elektrische Leistung basierend auf Ra zeigen.

Wie in den Fig. 15(a) und 15(b) zu sehen, ändert sich die Röhrenspannung nach 1000 Stunden um +9,9 V (112,8%) in den herkömmlichen Testproben, während sie sich in den Testproben nach der Erfindung nur um +8,8 V (109,5%) ändert. Mit anderen Worten ändert sich bei der Erfindung die Röhrenspannung nur geringförmig von dem Wert zu dem Zeitpunkt, zu dem die Röhre eingeschaltet wurde. Mit anderen Worten wird, obwohl die Pro­ ben nach der vorliegenden Erfindung dem Ionenbeschußvorgang ausgesetzt waren, während eine hohe Stromdichte angelegt wurde, die Röhrenspannung wenig von der hohen Stromdichte beeinflußt.

Wie in den Fig. 16(a) und 16(b) zu sehen ändert sich die Lichtflußerhaltungs­ rate nach 1000 Stunden um 83,0% in den herkömmlichen Testproben, während sie sich bei den Testproben nach der vorliegenden Erfindung um 86,6% ändert. Das bedeutet, daß der Än­ derungsbetrag der Lichtflußerhaltungsrate der Proben nach der vorliegenden Erfindung gerin­ ger ist als der der herkömmlichen Proben (die Verringerung der Lichtflußerhaltungsrate ist in der Erfindung klein).

Wenn der Lichtflußwert nach 100 Stunden auf 100% gesetzt wird, ist die Licht­ flußerhaltungsrate in den herkömmlichen Proben 89%, während sie in den Beispielen nach der vorliegenden Erfindung 89,9% ist. Diese Werte für den Lichtfluß der herkömmlichen und der erfindungsgemäßen Proben unterscheiden sich nur geringfügig von dem Lichtflußwert nach 100 Stunden. Nach 2000 Stunden beträgt die Lichtflußerhaltungsrate der Proben nach der Er­ findung 82,1%, was höher ist als die Rate von 76,1% für die herkömmlichen Proben nach 2000 Stunden.

Diese Tatsache impliziert, daß in den Proben nach der Erfindung die Verringerung der Lichtflußerhaltungsrate im Bereich des Zeitpunktes von 100 Stunden geringer ist als bei den herkömmlichen Proben und daß sich die Lichtflußerhaltungsraten beider Proben danach mit im wesentlichen den gleichen Reduktionsraten ändern. Es ist zu bedenken, daß dies von der Tatsache herrührt, daß im Anfangsstadium der Lebenszeit der Lichtbogenröhre, wenn Sau­ erstoff in der Lichtbogenröhre (der Glasröhre) vorhanden ist, die folgende Reaktion stattfin­ det:

4ScI₃ + 4SiO₂ + 3O₂ + 6Hg 2Sc₂Si₂O₇ + 6HgI₂.

Durch diese Reaktion verschwindet ScI₃, das zur Lumineszenz beiträgt.

In der vorliegenden Erfindung ist die in der Lichtbogenröhre (der Glasröhre) ver­ bleibende Sauerstoffinenge gering, so daß eine geringere Menge an ScI₃ durch diese Reaktion verschwindet und keine abrupte Verringerung des Lichtflusses in der Anfangsphase der Röh­ renlebenszeit stattfindet.

Wie aus den Fig. 17(a) und 17(b) ersichtlich, beträgt die Farbtemperatur in den herkömmlichen Proben +310K (107,2%), während sie in den Proben nach der vorliegenden Erfindung +428(111,8%) beträgt. Die Werte der beiden Proben sind im wesentlichen einander gleich, und daraus kann man erkennen, daß die Farbtemperatur wenig beeinflußt wird.

Die Fig. 18(a) und 18(b) zeigen, daß der Farbwiedergabeindex (Ra) in den her­ kömmlichen Proben +4,7% (106,9%) wird, während er in den Proben nach der vorliegenden Erfindung +4,2% (106,0%) beträgt. Diese Werte sind nahezu gleich und weisen daher wenig Beeinflussung auf.

Die Absaugvorrichtung wird mit der Absaugröhre 2 der Lichtbogenröhre mittels des Absaugröhren-Verbindungskopfes 10 verbunden. Die Absaugvorrichtung kann alternativ auch direkt mit der Absaugröhre 2 verbunden werden, wie es in der veröffentlichten, unge­ prüften japanischen Patentanmeldung Nr. Sho. 63-128519 beschrieben ist.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, beträgt bei dem erfindungsge­ mäßen Verfahren zum Herstellen einer Lichtbogenröhre die Stromdichte, die den Elektroden beim Ionenbeschußvorgang zugeführt wird, 30 bis 100 A/mm². Dieser Wert ist beträchtlich höher als die Stromdichte (einige A/mm² bis einige 10 A/mm²) beim herkömmlichen Ionenbe­ schußvorgang. Folglich findet eine Lichtbogenentladung, die eine hohe Temperatur bewirkt, zwischen den Elektroden statt. Durch diese Lichtbogenentladung werden Verunreinigungen (hauptsächlich Sauerstoff) vollständig von den Elektrodenoberflächen entfernt. Der Erwär­ mungs/Entgasungsvorgang, der dem Ionenbeschußvorgang folgt, entfernt die Verunreinigun­ gen vollständig von der Innenwand der Glasröhre. Die resultierende Lichtbogenröhre besitzt eine gute Lichtflußerhaltungsrate.

Die Zeitdauer für die Lichtbogenentladung, die zwischen den Elektroden stattfin­ det, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 1 Sekunde. Eine Entladungszeit von 0,5 Sekun­ den und länger sorgt für eine effektive Entfernung der Oxyde, während eine Entladungszeit von 1 Sekunde oder kürzer nicht zu einer Verformung der Elektroden führt. Folglich ist die Lichtbogenröhre nach der vorliegenden Erfindung frei von den Problemen, die bei einer unge­ nügenden Entfernung von Oxyden von den Elektrodenoberflächen und bei einer Deformation der Elektroden aufgrund von Überhitzung auftreten.

Darüberhinaus wird bei der praktischen Ausführung der Erfindung Argongas als inertes Gas verwendet. Der Ionenbeschußvorgang wird bei einem Gasdruck im Bereich von 800 bis 1200 Torr durchgeführt. Dieser Bereich für den Gasdruck ist wirkungsvoll für das Be­ seitigen von Oxyden von den kugelförmigen Teilen der Elektroden. Die resultierende Lichtbo­ genröhre besitzt eine gute Lichtflußerhaltungsrate.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen einer Lichtbogenröhre (1) für einen Entladungskol­ ben, mit folgenden Verfahrensschritten:
Anordnen eines Paars von Elektroden (c) einander gegenüberliegend in einer Lichtbogenröhre (1);
Verbinden einer Absaugröhre (2) mit der Lichtbogenröhre (1);
Absaugen von Gas aus der Lichtbogenröhre (1) durch die Absaugröhre (2);
Verbinden eines Lichtbogenentladungs-Erzeugungsschaltkreises mit den einander gegenüberliegenden Elektroden;
Leiten eines Stromes mittels eines Lichtbogenentladungs-Erzeugungsschaltkreises (20) durch die Elektroden (c), um einen Ionenbeschußvorgang durchzuführen, bei dem eine Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden (c) in einer inerten Gasatmosphäre erzeugt wird, wobei die Stromdichte des durch den Lichtbogenentladungs-Erzeugungsschaltkreis (20) an die Elektroden (c) angelegten Stroms im Bereich von 30 bis 100 A/mm² liegt;
Absaugen von Gas aus der Lichtbogenröhre (1) durch die Absaugröhre (2);
Entgasen der Lichtbogenröhre (1), während die Lichtbogenröhre erwärmt wird;
Einführen eines Metallhalogenids als Leuchtstoff von Quecksilber und einem Edelgas in die Lichtbogenröhre (1) durch die Absaugröhre (2); und
Abziehen der Absaugröhre (2).

2. Verfahren zum Herstellen einer Lichtbogenröhre nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anlegedauer für den während des Ionenbeschußvorgangs an die Elek­ troden (c) angelegten Stroms im Bereich von 0,5 bis 1 Sekunde liegt.

3. Verfahren zum Herstellen einer Lichtbogenröhre nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das in die Lichtbogenröhre eingeführte Gas Argongas ist und daß der Gas­ druck des Argongases in der Lichtbogenröhre im Bereich von 800 bis 1200 Torr liegt.

4. Verfahren zum Herstellen einer Lichtbogenröhre nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das in die Lichtbogenröhre eingeführte Gas Argongas ist und daß der Gas­ druck des Argongases in der Lichtbogenröhre im Bereich von 800 bis 1200 Torr liegt.

5. Verfahren zum Herstellen einer Lichtbogenröhre nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektrode (c) aus Wolfram besteht.