DE19963838A1

DE19963838A1 - Getter-Spritzabschirmung

Info

Publication number: DE19963838A1
Application number: DE19963838A
Authority: DE
Inventors: Eric P Davenport
Original assignee: Imaging and Sensing Technology Corp
Current assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2019-12-31
Also published as: AU778355B2; GB2346007A; GB2346007B; US20010035717A1; AU2004224960B2; JP4417505B2; AU2004224960A1; GB9929683D0; US6356015B2; AU6553199A; JP2000215846A; DE19963838B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Hohlkathodenlampe (15). Bei der bevorzugten Ausführungsform weist die Lampe einen Fuß (23) auf, eine Kathodenleitung (18), die durch den Fuß hindurchgeht, und einen Getter (26). Die Verbesserung umfaßt eine Spritzabschirmung (28), die zwischen dem Getter und dem Fuß angeordnet ist, und die Ablagerung von Gettermetall auf dem Fuß eingeschränkt, wenn der Getter verspritzt wird. DOLLAR A Die Spritzabschirmung kann als kreisringförmige Scheibe ausgebildet sein und aus Nickel bestehen. Die Spritzabschirmung kann einen Evakuierungskanal (46) aufweisen. Weiterhin kann die Spritzabschirmung so ausgebildet sein, daß sie während des Verspritzens auf etwa 1000 DEG C erhitzt wird, wodurch die Spritzabschirmung erhitzt werden kann, um so auf herkömmliche Weise das Gettermetall abzustoßen, wenn der Getter verspritzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Hohlkathodenlampen, und insbesondere eine verbesserte Hohlkathodenlampe, welche die Ablagerung verspritzter Gettermetalle auf dem Fuß und den Kathodenleitungen der Lampe einschränkt.

Für Hohlkathodenlampen sind verschiedene Konstruktionen bekannt. Hohlkathodenlampen, die unter extremen Bedingungen eingesetzt werden, sind häufig so ausgelegt, daß zwei Kathodenleitungen und zwei Anodenleitungen elektrische Energie von der Stromversorgung befördern, durch den Glasfuß der Lampe, zur Kathode und Anode im Inneren der Lampe. Es ist bekannt, daß Hohlkathodenlampen, die über längere Zeiträume arbeiten müssen, und von denen ein Spektrum mit hoher Qualität gefordert wird (also Spektren-Kalibrierungslampen für Satelliteninstrumente) einen Getter aufweisen sollten, um gasförmige Verunreinigungen abzufangen, nachdem die Lampe abgedichtet wurde. Bekanntlich kann ein Getter die nutzbare Lebensdauer der Lampe dadurch verlängern, daß sichergestellt wird, daß die Spektren der Lampe nicht durch Wasserstoff, Sauerstoff oder Wasserdampf beeinträchtigt werden, die aus den internen Bauteilen ausdiffundieren. Der Getter, der aus einem reaktiven Metall wie beispielsweise Barium besteht, wird erhitzt, bis das Metall im Inneren der Lampe verdampft oder verspritzt, wodurch irgendwelche unerwünschten Gase an einem Ort eingefangen werden, von dem aus sie die Spektren nicht beeinflussen können.

Bei Stand der Technik bildet ein gewisser Anteil des verdampften oder verspritzten Gettermetalls einen Film auf den Kathodenleitungen. Dieser Kontakt erzeugt ein negatives Potential in dem Getterfilm. Dies führt zu dem unerwünschten Ergebnis, daß die elektrische Entladung der Lampe zwischen der Anode und dem Getterfilm auftreten kann, statt zwischen der Anode und der Kathode. Der Getterfilm arbeitet daher als die Anode. Da es erforderlich ist, daß das Kathodenmetall die ausgesandten Spektren erzeugt, statt des Gettermetalls, führt eine zwischen der Anode und dem Gettermetallfilm auftretende Entladung dazu, daß die Lampe nutzlos wird. Daher wäre es nützlich, eine Hohlkathodenlampe mit einer Spritzabschirmung zur Verfügung zu stellen, welche die Ablagerung des Gettermetalls auf den Kathodenleitungen und dem Fuß einschränkt, um zu verhindern, daß das Gettermetall ein negatives Potential erlangt, und daher den ordnungsgemäßen Betrieb der Lampe stört.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie nachstehend anhand der entsprechenden Teile, Abschnitte oder Oberflächen der dargestellten Ausführungsform zum Zwecke der Erläuterung, jedoch ohne Einschränkung, noch genauer erläutert wird, eine verbesserte Hohlkathodenlampe (15) zur Verfügung gestellt, die einen Fuß (23) aufweist, eine Kathodenleitung (18), die durch den Fuß hindurchgeht, und einen Getter (26). Die Verbesserung umfaßt eine Spritzabschirmung (28), die zwischen dem Getter und dem Fuß angeordnet ist, wodurch die Spritzabschirmung die Ablagerung von Gettermetall auf dem Fuß einschränkt, wenn der Getter verspritzt wird.

Die Spritzabschirmung kann als kreisringförmige Scheibe ausgebildet sein, die aus Nickel besteht. Die Spritzabschirmung kann einen Evakuierungskanal (46) umfassen. Die Spritzabschirmung kann auch so ausgebildet sein, daß sie während des Spritzens auf etwa 1000°C erhitzt wird, wodurch die Spritzabschirmung erhitzt werden kann, um auf herkömmliche Weise das Gettermetall abzustoßen, wenn der Getter verspritzt wird.

Der allgemeine Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer verbesserten Hohlkathodenlampe mit einer Spritzabschirmung, welche die Ablagerung von Gettermetall auf dem Fuß und den Kathodenleitungen der Lampe beschränkt, wenn der Getter verspritzt wird.

Ein weiterer Vorteil besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Hohlkathodenlampe mit einer Spritzabschirmung, die erhitzt werden kann, um so auf herkömmliche Weise die Ablagerung von Gettermetall auf dem Fuß zu begrenzen, wenn der Getter verspritzt wird.

Ein weiterer Vorteil besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Hohlkathodenlampe mit internen Halterungen, welche den inneren Bauteilen der Lampe Stabilität verleihen.

Ein weiterer Vorteil besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Hohlkathodenlampe, welche verhindert, daß das Gettermetall ein negatives Potential annimmt.

Ein weiterer Vorteil besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Hohlkathodenlampe mit einer Spritzabschirmung, welche die unbeschränkte Evakuierung des Kolbens gestattet, wenn die Lampe abgedichtet wird.

Ein weiterer Vorteil besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Hohlkathodenlampe mit einer Spritzabschirmung, welche hohe Pumpgeschwindigkeiten während der Evakuierung gestattet.

Diese und weitere Ziele und Vorteile werden aus der voranstehenden und nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen, und den beigefügten Patentansprüchen noch deutlicher. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht, teilweise als Vertikalschnitt, der verbesserten Hohlkathodenlampe;

Fig. 2 eine Ansicht der rechten Seite, teilweise im Vertikalschnitt, der in Fig. 1 dargestellten, verbesserten Hohlkathodenlampe;

Fig. 3 eine Perspektivansicht der Spritzabschirmung;

Fig. 4a eine Teilansicht des unteren Randendabschnitts einer Hohlkathodenlampe, die im Stand der Technik bekannt ist, wobei die Vektoren in Bezug auf das Verspritzen von Gettermetall beim Stand der Technik dargestellt sind;

Fig. 4b eine Teilansicht, welche das Bodenrandende der verbesserten Hohlkathodenlampe zeigt, und die Vektoren beim Verspritzen von Gettermetall angibt; und

Fig. 5 eine Horizontalschnittansicht der in Fig. 4b dargestellten Hohlkathodenlampe entlang der Linie 5-5 von Fig. 4b.

Eingangs wird darauf hingewiesen, daß gleiche Bezugszeichen dazu dienen sollen, gleiche Bauteile, Abschnitte oder Oberflächen konsistent in den verschiedenen Zeichnungsfiguren zu bezeichnen, wobei derartige Bauteile, Abschnitte oder Oberflächen in dem gesamten Beschreibungstext weiter erläutert werden können, von welchem diese detaillierte Beschreibung einen wesentlichen Teil bildet. Falls nicht anders angegeben, sollen die Zeichnungen zusammen mit der Beschreibung gelesen werden (beispielsweise Schraffur, Anordnung von Teilen, Proportionen, usw.), und sollen als Teil der gesamten schriftlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung angesehen werden. In der folgenden Beschreibung betreffen die Begriffe "horizontal", "vertikal", "links", "rechts", "oben" und "unten", sowie entsprechende Adjektive und Adverbien (beispielsweise "horizontal", "nach rechts", "nach oben" usw.) einfach die Orientierung der dargestellten Anordnung, wenn die jeweilige Zeichnungsfigur dem Betrachter gegenüberliegt. Auf entsprechende Weise betreffen die Begriffe "innen" und "außen" allgemein die Orientierung einer Oberfläche in Bezug auf ihre Längs- oder Drehachse, je nach Fall.

Wie nunmehr aus den Zeichnungen hervorgeht, und insbesondere aus den Fig. 1 und 2, stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte Hohlkathodenlampe zur Verfügung, wobei die momentan bevorzugte Ausführungsform allgemein mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet ist. Die Lampe 15 ist so dargestellt, daß sie allgemein eine Kathode 16 aufweist, eine Anode 20, einen Getter 26, eine Spritzabschirmung 28, einen Glasfuß 23, und einen Glaskolben 24. Die Kathode 16, die Anode 20, der Getter 26, die Spritzabschirmung 28, der Fuß 23 und der Kolben 24 sind kreisringförmige Teile, mit der gemeinsamen Vertikalachse x-x. Der Fuß 23 ist eine kreisringförmige Glasscheibe. Der Kolben 24 ist ein zylindrisches Teil, welches an seinem Bodenrandende entlang dem Außendurchmesser des Fußes 23 am Fuß 23 befestigt ist.

Vier elektrische Leitungen 18, 19, 21 und 22 transportieren elektrische Energie von einer (nicht dargestellten) Stromversorgung zur Kathode 16 und zur Anode 20. Zwei gegenüberliegende Anodenleitungen 21, 22 liefern elektrische Energie an die Anode 20, und zwei gegenüberliegende Kathodenleitungen 18, 19 liefern elektrische Energie an die Kathode 16. Wie aus den Fig. 1, 2 und 5 hervorgeht, gehen die Anodenleitungen 21, 22 und die Kathodenleitungen 18, 19 durch den Fuß 23 in gleichen Radialentfernungen von der Achse x-x hindurch. Die Leitungen 18, 19, 21, 22 sind metallische Leiter mit kreisringförmigen Querschnitten. Die Kathodenleitungen 18, 19 verlaufen durch den Fuß 23 nach oben, parallel zur Achse x-x, zu axialen Positionen unmittelbar unterhalb der Kathode 16.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist die Kathode 16 ein massives zylindrisches Teil, welches in Längsrichtung entlang der Achse x-x verläuft. Die Kathode 16 ist am Zentrum ihrer nach unten weisenden, kreisringförmigen Oberfläche an einer Halterungsstange 28 befestigt, die wiederum durch Verbindungen zum oberen Kathodenstreifen 35 und zum unteren Kathodenstreifen 36 gehaltert wird. Die Streifen 35, 36 sind rechteckige Querstangen, die zwischen den Kathodenleitungen 18, 19 und senkrecht zur Achse x-x verlaufen. Die Halterungsstange 38 ist am Streifen 36 an ihrem unteren Randende angebracht, und ist am Streifen 35 in der Nähe von ihrem oberen Randende angebracht.

Die Anode 20 ist ein zylindrisches, ringförmiges Teil, dessen Außendurchmesser mit den oberen Randenden gegenüberliegende Anodenleitungen 21, 22 verbunden ist. Die Anodenleitungen 21, 22 verlaufen parallel zur Achse x-x und durch den Fuß 23 nach oben, zu Axialpositionen, die höher liegen als die oberen Enden der Kathodenleitungen 18, 19. Daher ist die Anode 20 oberhalb der Kathode 16 angeordnet. Der Innendurchmesser der Anode 20 ist größer als der Außendurchmesser der Kathode 16.

Vier kreisringförmige Glimmer-Halterungsscheiben, von denen einige mit 33 bezeichnet sind, sind um die Kathode 16 herum angeordnet. Die Scheiben 33 sind länglich entlang der Achse x-X und stellen ringförmige Teile dar. Der Außendurchmesser jeder Halterungsscheibe 33 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des Kolbens 24. Der Innendurchmesser jeder Halterungsscheibe 33 ist etwas größer als der Außendurchmesser der Kathode 16. Anodenleitungen 21, 22 gehen durch zwei gegenüberliegende, kreisringförmige Löcher in jeder Halterungsscheibe 33 hindurch. Die Halterungsscheiben 33 sind in gleichmäßigem Abstand angeordnet, wobei die untere Scheibe in der Nähe des unteren Randendes der Kathode 16 angeordnet ist, und die obere Scheibe etwas höher angeordnet ist als die obere Oberfläche der Kathode 16. Vier Keramikmuffen, von denen einige mit 34 bezeichnet sind, isolieren die Anodenleitungen 20, und sorgen für einen Abstand zwischen den einzelnen Halterungsscheiben 33 sowie zwischen der oberen Halterungsscheibe und der Anode 20. Die Halterungsscheiben 33 dienen dazu, den Innenaufbau der Hohlkathodenlampe 15 beizubehalten.

Ein Bariumgetter 26 wird dazu eingesetzt, unerwünschte Gase einzufangen, nachdem die Lampe abgedichtet wurde. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Getter 26 ein zylindrisches, ringförmiges Teil, welches in Längsrichtung entlang der Achse x-x verläuft, und einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als die Querentfernung zwischen den Kathodenleitungen 18 und 19. Der Getter 26 ist nach unten gerichtet, und an der Unterseite des unteren Streifens 36 angebracht. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, daß ein Bariumgetter die nutzbare Lebensdauer der Lampe verlängern kann, und sicherstellen kann, daß das von der Lampe ausgesandte Spektrum nicht durch Wasserstoffspektrallinien gestört wird. Sauerstoff oder Wasserdampf kann aus den internen Bauteilen ausdiffundieren, nachdem die Lampe evakuiert und abgedichtet wurde. Der Getter 26 wird durch Kopplung mit einem Radiofrequenzfeld erhitzt bis das Metall verdampft und sich auf der Innenseite der Lampe niederschlägt. Bei den bevorzugten Ausführungsformen kann der Bariumgetter eingesetzt werden, der von Toshiba Amerika, Electronics Components, mit der Adresse 290 Donald Lynch Blvd., Marlborough, MA 01752 unter der Teilnummer N-1350M(6) hergestellt wird. Wie in den Fig. 4a, 4b gezeigt, ist der Getter 26 gerichtet angeordnet, und zwar so, daß er nach unten verspritzt wird, wie dies durch Vektoren 29 angedeutet ist. Bei Konstruktionen nach dem Stand der Technik, wie in Fig. 4a gezeigt, wird das Bariummetall verspritzt, und bildet einen Film auf dem unteren Innenabschnitt des Kolbens 24 und dem Inneren des Fußes 23. Allerdings führt eine derartige Konstruktion häufig dazu, daß das verspritzte Barium einen elektrischen Kontakt mit den Kathodenleitungen hervorruft, wodurch wiederum in dem Barium ein negatives Potential erzeugt wird. Diese unerwünschte elektrische Verbindung tritt hauptsächlich an den Kathodenauslässen 25 und 27 auf, an denen die Kathodenleitungen 18, 19 durch den Fuß 23 und in das Innere der Lampe hineingehen.

Wie in den Fig. 1 und 4b gezeigt, weist das verbesserte Gerät eine Spritzabschirmung 28 auf, um die Ablagerung des Bariumgettermetalls auf dem Fuß 23 und den Auslässen 27, 27 einzuschränken. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Spritzabschirmung 28 eine kreisförmige Scheibe, die sich entlang der Achse x-x erstreckt, und durch eine nach oben weisende, kreisringförmige, horizontale Oberfläche 39, einen nach unten gerichtete, kreisringförmige, horizontale Oberfläche 40 (nicht dargestellt), eine nach außen gerichtete, zylindrische Vertikaloberfläche 41 und nach innen weisende, rechteckige, vertikale, ebenen Oberflächen 42, 43, 44 und 45 begrenzt wird. Die Oberflächen 42, 43, 44 und 45 bilden einen rechteckigen Evakuierungskanal 46 aus. Der Evakuierungskanal 46 gestattet ein ungehindertes Evakuieren des Kolbens. Wie in Fig. 3 gezeigt, weist die Spritzabschirmung 28 zusätzlich zum Evakuierungskanal 46 zwei koaxiale Kathodenleitungsdurchgangsbohrungen auf, von denen einige mit 47 bezeichnet sind, sowie zwei koaxiale Anodenleitungsdurchgangsbohrungen, von denen einige mit 48 bezeichnet sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Spritzabschirmung 28 aus Nickel, und weist eine Dicke von annähernd 0,008 Zoll auf.

Darüber hinaus kann die Spritzabschirmung 28 auf 1000°C erhitzt werden, bevor der Getter verspritzt wird. Im erhitzten Zustand stellt die Spritzabschirmung 28 nicht nur eine körperliche Abschirmung für die Bariumgettermetalle dar, sondern auch eine Abschirmung in thermodynamischer Hinsicht. Wenn der Getter 26 verspritzt wird, neigt das verdampfte Barium dazu, sich zu Bereichen mit niedriger Temperatur zu bewegen, und weg von der erhitzten Spritzabschirmung 28, wodurch der Kontakt von Barium unterhalb der Spritzabschirmung 28 und auf dem Fuß 23 und den Kathodenauslässen 25, 27 eingeschränkt wird.

Wie in Fig. 4b gezeigt ist, weist der Fuß 23 Glasvorsprünge auf, von denen einige mit 50 bezeichnet sind, an den Kathodenauslässen 25, 27 sowie den Anodenauslässen 29. Die Kathodenleitungen 18, 19 und die Anodenleitungen 21, 22 sind mit dem Glasfuß 23 an ihren Berührungsoberflächen chemisch verbunden. Die Glasvorsprünge 50 sorgen für eine zusätzliche Oberfläche, um eine luftdichte, chemische Verbindung zwischen den Leitungen und dem mit diesen in Berührung stehenden Glasfuß zu erleichtern. Vier Keramikmuffen, von denen einige mit 51 bezeichnet sind, isolieren die Leitungen 18, 19, 21, 22 beim Austritt aus dem Fuß 23. Die Muffen 51 dienen darüber hinaus zur Halterung der Spritzabschirmung 28. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sitzt die Spritzabschirmung 28 auf der nach oben weisenden, kreisringförmigen Horizontaloberfläche der zylindrischen Muffen 51 auf. Um zusätzliche Stabilität zur Verfügung zu stellen, kann ein Kleber zwischen der Spritzabschirmung 28 und den nach oben weisenden, kreisringförmigen, vertikalen Oberflächen der Muffen 51 verwendet werden. Die Spritzabschirmung 38 wird darüber hinaus durch Anodenmuffen 31 an ihrem Ort gehalten, welche die Anodenleitungen 21, 22 zwischen der Oberseite der Spritzabschirmung 28 und der untersten Halterungsscheibe 33 isolieren. Kathodenmuffen 32 isolieren die Kathodenleitungen 18, 19 zwischen der Oberseite der Spritzabschirmung 28 und einer axialen Position unmittelbar oberhalb des Getters 26.

Fig. 5 ist eine Schnittansicht der in Fig. 4b dargestellten Hohlkathodenlampe entlang der Linie 5-5 von Fig. 4b. Fig. 5 zeigt die gegenüberliegende, koaxiale Orientierung der Kathodenleitungen 18, 19 und der Anodenleitungen 21, 22. Diese Orientierung sorgt dafür, daß die Hohlkathodenlampe 15 mechanisch stabil aufgebaut ist. Weiterhin zeigt Fig. 5 die Muffen 31 und 32, den Getter 26, die Spritzabschirmung 28, den rechteckigen Evakuierungskanal 46 und die axiale Durchgangsbohrung 53.

Wie in Fig. 4b gezeigt, erstreckt sich ein Auslaßrohr 52 vom Fuß 21 aus nach unten. Das Rohr 52 ist ein zylindrisches Glasteil. Eine axiale Durchgangsbohrung 53 ist durch den Fuß 21 geschnitten, und weist einen Durchmesser auf, der gleich dem Innendurchmesser des Rohrs 52 ist. Nach dem Evakuieren des Kolbens 24 wird das Rohr 52 abgeschmolzen, um eine kegelstumpfförmige Dichtung der axialen Fußdurchgangsbohrung 53 auszubilden.

Wie in Fig. 4b gezeigt ist, begrenzt die Spritzabschirmung 28 die Ablagerung von Bariummetall auf dem Fuß 23 und den Kathodenauslässen 25 und 27. Da das Barium, wenn es verspritzt wird, nicht in Kontakt mit den Kathodenleitungen gelangt, wird es nicht aufgeladen, nimmt kein negatives Potential an, und wirkt nicht als die Kathode, wenn in der Lampe eine Entladung brennt. Daher werden die gewünschten Spektren während der Entladung der Hohlkathodenlampe 15 emittiert.

MODIFIKATIONEN

Bei der vorliegenden Erfindung können zahlreiche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die speziellen Materialien, aus denen die verschiedenen Teile und Bauteile bestehen, sind nicht kritisch, und können leicht abgeändert werden. Die Form und die Abmessungen der Bauteile, einschließlich der Spritzabschirmung, können ebenfalls leicht geändert werden.

Zwar wurde die momentan bevorzugte Form der Hohlkathodenlampe dargestellt und beschrieben, und wurden verschiedene Abänderungen erläutert, jedoch wissen Fachleute, daß verschiedene zusätzliche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, das sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergibt und von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein soll.

Claims

1. Hohlkathodenlampe, welche einen Fuß aufweist, eine durch den Fuß hindurchgehende Kathodenleitung, und einen Getter, wobei als Verbesserung eine Spritzabschirmung vorgesehen ist, die zwischen dem Getter und dem Fuß angeordnet ist, und die Ablagerung von Gettermetall auf dem Fuß begrenzt, wenn der Getter verspritzt wird.

2. Hohlkathodenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzabschirmung eine kreisringförmige Scheibe ist.

3. Hohlkathodenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzabschirmung aus Nickel besteht.

4. Hohlkathodenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzabschirmung einen Evakuierungskanal aufweist.

5. Hohlkathodenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzabschirmung auf mehr als etwa 1000°C während des Verspritzens erhitzt werden kann, wodurch die Spritzabschirmung erhitzt werden kann, um so auf herkömmliche Weise das Gettermetall abzustoßen, wenn der Getter verspritzt wird.