DE3003700A1

DE3003700A1 - Verfahren zum evakuieren einer leuchtstoffroehre

Info

Publication number: DE3003700A1
Application number: DE19803003700
Authority: DE
Inventors: Makoto Hojo; Shinichi Tsunekawa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-02-02
Filing date: 1980-02-01
Publication date: 1980-08-07
Also published as: GB2043994B; US4303290A; GB2043994A; AU5508880A; JPS55104044A; AU529887B2; JPS6338818B2

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

Registered Representatives before the ·? ^. European Patent Office

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D-8000 München

Kawasaki-shi, Japan

Tel.: 089/982085-87

Telex: 0529802 hnkl d Telegramme: ellipsoid

MK-54P1O8O-3

Π. teb. !380

Verfahren zum Evakuieren einer Leuchtstoffröhre

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Evakuieren einer Leuchtstoffröhre bei ihrer Fertigung, insbesondere unter Anwendung des Durchströmungs-Evakuierverfahrens„

Das übliche Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffröhre bzw. -lampe besteht darin, an beiden Enden der Röhre einen Röhrenfuß anzubringen, die Röhre zu evakuieren, ein vorgesehenes Inertgas unter einem vorgeschriebenen Druck in der Röhre einzuschließen und das zum Evakuieren benutzte Rohr durch Verschmelzen seiner Öffnung am Innenende abzutrennen. Für das Evakuieren von Leuchtstoffröhren sind bereits verschiedene Verfahren entwickelt worden. In jüngster Zeit wird jedoch verbreitet das sog. Durchströmungs-Evakuierverfahren (flow evacuation process) angewandt, nach welchem das Evakuieren der Leuchtstoffröhre schnell erfolgen kann.

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Bei diesem erwähnten Verfahren wird ein vorgesehenes Inertgas intermittierend in die Röhre eingeleitet. Hierbei wird die Röhre zunächst bis zu einem hohen Vakuum evakuiert, worauf das Inertgas in die Röhre eingeleitet wird. Nachdem die Röhre (wiederum) auf einen niedrigeren Druckwert als beim ersten Evakuieren oder Dekomprimieren evakuiert worden ist, wird wiederum Inertgas in die Röhre eingeleitet. Anschließend wird die Röhre erneut auf einen niedrigeren Druckpegel als beim zweiten Evakuieren und auf den vorgeschriebenen endgültigen Abdichtbzw. Schließdruck evakuiert. Schließlich wird das Inertgas in die Röhre eingeführt, um den im Röhreninneren herrschenden Druck auf den vorgeschriebenen endgültigen Wert (von z.B. 2,5 Torr) für das Verschließen der Röhre einzustellen. Dieses bisherige Verfahren ist mit dem Nachteil behaftet, daß die intermittierende Einführung des Inertgases in den Röhrenkolben etwa einer 40 W-Leuchtstoffröhre mit einem Innendurchmesser von z.B. 32 mm bis zum Erreichen des vorgeschriebenen Enddrucks nicht nur eine ziemlich lange Zeitspanne von etwa 40 s erfordert, sondern auch umständlich durchzuführen ist.

Aus diesem Grund besteht ein Bedarf für ein Verfahren zum Evakuieren einer Leuchtstoffröhre, das möglichst schnell und einfach durchführbar sein soll.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines solchen Verfahrens, mit dessen Hilfe eine Leuchtstoffröhre schnell und einfach evakuiert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem derartigen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst in einem ersten Evakuierschritt der Röhrenkolben der Leuchtstoffröhre, auf dessen Innen-

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fläche eine Fluoreszenzschicht aufgetragen ist und dessen beide Enden mit je einer Elektrode versehen und mit je einer Evakuierröhre verbunden sind, über die erste Evakuierröhre auf einen über einem vorgeschriebenen endgültigen Schließdruck liegenden Druck evakuiert wird, daß sodann ein Durchström- oder Einströmvorgang durchgeführt wird, bei dem, während das Innere des Röhrenkolbens auf dem beim ersten Evakuierschritt erreichten Druck gehalten wird, ein vorgesehenes (Inert-)Gas über die zweite Evakuierröhre in den Röhrenkolben eingeleitet und durch die erste Evakuierröhre abgesaugt wird, um den Röhrenkolben beim angegebenen Druckpegel mit diesem Gas zu füllen, und daß schließlich ein zweiter Evakuierschritt durchgeführt wird, bei welchem der im Inneren des Röhrenkolbens herrschende Druck von dem beim ersten Evakuierschritt erreichten Druckpegel auf den vorgeschriebenen endgültigen Schließdruck verringert wird.

Im allgemeinen wird dabei ein Carbonat eines Erdalkalimetalls im voraus auf die Oberfläche von Elektroden an den beiden Enden des Röhrenkolbens aufgetragen. Während des Durchströmvorgangs wird über die Elektroden elektrischer Strom angelegt, um das genannte Carbonat zu einem Oxid zu zersetzen. Ein dabei entstehendes Nebenprodukt (CO-) der thermischen Zersetzung wird mit dem gewünschten oder vorgesehenen Gas entfernt (Spülvorgang) .

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 eine graphische Darstellung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips,

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Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu evakuierenden Leuchtstoffröhre und

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Evakuieranlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 veranschaulicht die Dekompressions - bzw. Evakuierungsschritte anhand des Prinzips, welches dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegt.

Bei dem in Fig. 1 mit A bezeichneten ersten Evakuiervorgang wird ein Leuchtstoff-Röhrenkolben linear bis zu einem Druckpegel von z.B. 1 - 10 Torr evakuiert, der beim anschließenden Einströmvorgang B anliegen soll, d.h. auf einen Druckpegel über dem vorgeschriebenen endgültigen Druck für das Verschließen der Röhre. Während des Einströmvorgangs B wird ein vorgesehenes oder gewünschtes Inertgas durch eine am einen Ende des Röhrenkolbens angebrachte Evakuierröhre in den Röhrenkolben eingeleitet, und das Gas wird durch eine andere Evakuierröhre am anderen Ende des Röhrenkolbens ausgetrieben, um den Druck im Inneren des Röhrenkolbens auf einem Wert über dem vorgeschriebenen Enddruck zu halten (z.B. 1 - 10 Torr und üblicherweise 5-10 Torr.) Während des Einströmvorgangs B werden im Röhrenkolben enthaltene Restkomponenten der Atmosphärenluft durch das Inertgas ersetzt. Während dieser Zeitspanne wird im allgemeinen über an beiden Enden des Röhrenkolbens vorgesehene Elektroden elektrischer Strom angelegt, um das genannte Carbonat eines Erdalkalimetalls, das auf die Elektrodenoberfläche aufgebracht wurde, thermisch zu zersetzen. Dabei wird in einem sogenannten Spülvorgang das freigesetzte Nebenprodukt (CO-) durch das vorgesehene Inertgas ausgetrieben.

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Wie in Fig. 1 bei C angedeutet, wird anschließend ein zweiter Evakuiervorgang durchgeführt, bei dem der Röhrenkolben nach dem Einströmvorgang B auf einen vorgeschriebenen Schließ- bzw. Verschweißdruck, im allgemeinen zwischen 0,5 und 5 Torr und z.B. von 2,5 Torr, evakuiert wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit das vorgesehene Inertgas nur einmal in den Röhrenkolben eingeleitet, ohne daß die Vorgänge des Evakuierens des Röhrenkolbens und der Inertgaseinleitung wiederholt zu werden brauchen, wie dies beim bisherigen Verfahren der Fall ist. Anschließend kann das Inertgas einfach unter Durchführung eines zweiten Evakuiervorgangs im Röhrenkolben auf den endgültigen Schließdruck eingestellt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit eine Leuchtstoffröhre schnell und einfach evakuiert werden.

Als Inertgas für den Einströmvorgang können Argon, Krypton, Neon u.dgl. Gase allein oder in Kombination miteinander verwendet werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es außerdem möglich, ein Mischgas in den Röhrenkolben einzuschließen, indem zunächst beispielsweise Argon eingeleitet und dieses Gas anschließend zu einem späteren Zeitpunkt im Einströmvorgang durch ein Mischgas aus Argon und Krypton oder Neon ersetzt wird.

Im folgenden ist anhand der Fig„ 2 und 3 ein konkretes Beispiel für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.

Fig. 2 veranschaulicht eine Leuchtstoffröhre 1, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren evakuiert Zierden soll. Auf die

Innenfläche des Röhrenkolbens 1 ist eine Fluoreszenzschicht 2 aufgetragen. In die beiden endseitigen Öffnungen des Röhrenkolbens 1 ist je ein Röhrenfuß 3 unter luftdichter Abdichtung eingesetzt. Jeder Röhrenfuß 3 ist mit einer Elektrode 4 versehen, auf deren Oberfläche eine Schicht eines Carbonats eines Erdalkalimetalls aufgetragen ist. Die beiden Elektroden 4 sind so in den Röhrenkolben 1 eingesetzt, daß sie einander zugewandt sind. Das Innere des Röhrenkolbens steht über Evakuierröhren 5a, 5b mit der Außenluft in Verbindung. Nach Abschluß des Evakuiervorgangs des Röhrenkolbens 1 werden die Evakuierröhren 5a, 5b durch Verschmelzung der Öffnungen der mit dem Röhrenkolben 1 verbundenen Teile abgetrennt.

Im Fall einer 40 W-Leuchtstoffröhre bzw. -lampe besitzt der Röhrenkolben 1 z.B. einen Außendurchmesser von 38 mm und eine Gesamtlänge von 1198 mm, wobei der effektive Xnnenraum des Röhrenkolbens 1 eine Länge von etwa ¹JIOO mm besitzt. Die Evakuierröhren 5a, 5b besitzen jeweils einen Innendurchmesser von 3,3 mm bei einer Länge von 90 mm.

Die Evakuierröhren 5a, 5b des beschriebenen Röhrenkolbens 1 werden jeweils auf die in Fig. 3 dargestellte Weise mittels eines Spannfutters 10 unter Herstellung einer luftdichten Abdichtung eingesetzt. Die eine Evakuierröhre 5a wird sodann über ein Ventil, z.B. ein elektromagnetisches Ventil, welches die gewünschte Inertgas-Durchsatzmenge zu führen vermag, mit einem Vorrat 12 des vorgesehenen Inertgases verbunden. An die andere Evakuierröhre 5b wird eine Vakuumpumpe 13 angeschlossen. In der Anfangsstufe des Fertigungsvorgangs wird der Röhrenkolben 1 in vorher erwärmtem Zustand mit den Spannfuttern 10 verbunden oder zunächst in die Spannfutter 10 eingesetzt und so-

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dann erwärmt» Die Erwärmung des Röhrenkolbens erfolgt üblicherweise auf mehr als 150 C* vorzugsweise auf eine Temperatur von 300 - 450 C, Durch diese Erwärmung sollen verunreinigende Gase ausgetrieben werden, die vom Glas des Röhrenkolbens 1 absorbiert oder in diesem eingeschlossen sind. Der von den Spannfuttern 10 getragene, erwärmte Röhrenkolben 1 wird hierauf mittels der Vakuumpumpe 13, wie bei A in Fig. 1 veranschaulicht, augenblicklich linear bis zu einem Punkt D evakuiert, bei dem das anschließend einzuleitende Gas einen Strömungsdruck erreicht Bei der vorstehend genannten 40 W-Leuchtstoffröhre beträgt die Zeitspanne für das Evakuieren des Röhrenkolbens 1 vom Ätmo sphärendruck auf den Fließ- bzw. Strömungsdruck von z.B. 10 Torr im allgemeinen etwa 5 Sekunden. Dies gilt für den Fall, daß die Dekompression bzw. das Evakuieren (entsprechend A in Fig. 1) nur durch die Evakuierröhre 5b erfolgt. Wenn der Röhrenkolben jedoch über beide Evakuierröhren 5a, 5b gleichzeitig e\^akuiert wird, ist nur eine kürzere Zeitspanne von etwa 3 Sekunden erforderlich.

Sodann wird das elektromagnetische Ventil 11 geöffnet, um vom Inertgasvorrat 12 her über die Evakuierröhre 5a Argongas in den Röhrenkolben 1 einzuleiten. Dabei wird der Röhrenkolben 1 mittels der Vakuumpumpe 13 über die andere Evakuierröhre 5b abgesaugt, um im Inneren des Röhrenkolbens einen Druck in der Größenordnung von 10 Torr aufrechtzuerhalten. Das in den Röhrenkolben 1 eingeführte Argon ersetzt und verdrängt somit die im Röhrenkolben 1 verbliebene Restatmosphäre. Das Innere des Röhrenkolbens 1 wird somit durch das Argongas gereinigt.

Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, daß die im Röhrenkolben eingeschlossene Atmosphäre schnell durch hochreines Argongas

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ersetzt wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird auf die Wiederholung der Evakuierung des Röhrenkolbens und der Einleitung eines Gases, wie dies beim bisherigen Verfahren der Fall war, verzichtet. Kennzeichnend für das erfindungsgemäße Verfahren ist die schnelle Austreibung der Atmosphäre aus dem Inneren des Röhrenkolbens durch das schnell eingeleitete Argongas. Wenn der Innendruck des Röhrenkolbens am Punkt D gemäß Fig. 1 10 Torr beträgt, kann bei diesem Verfahren das Argongas den Röhrenkolben 1 mit einer Strömungsmenge von 15 Liter/Sekunde oder mehr durchströmen. Infolgedessen kann der Partialdruck der atmosphärischen Komponenten vom Punkt D aus in weniger als 2 Sekunden auf einen Druckwert von 0,01 Torr am Punkt E (Fig. 1) reduziert werden. Der Vorgang des Austreibens der Atmosphäre aus dem Inneren des Röhrenkolbens mittels Argons, der sich von der Stufe A bis zum Punkt E erstreckt, dauert also nur 7 Sekunden.

Auch nach dem Austreiben der Atmosphäre aus dem Röhrenkolben mit Hilfe des Argongases wird dieses weiterhin durch den Röhrenkolben 1 geleitet, wobei der Druck im Inneren des Röhrenkolbens praktisch auf 10 Torr gehalten wird. Unter diesen Bedingungen wird das auf die Oberfläche der Elektroden 4 an den beiden Enden des Röhrenkolbens 1 aufgetragene Carbonat eines Erdalkalimetalls aktiviert. Wenn nämlich über die Elektroden elektrischer Strom eingeleitet wird, zersetzt sich das Carbonat thermisch nach folgender Reaktionsgleichung:

RCO₃ -♦ RO + CO₂ (1)

in welcher R für ein Erdalkalimetall, wie Barium, Calcium oder Strontium, steht. Für den schnellen und zuverlässigen Ablauf der chemischen Reaktion nach obiger Reaktionsgleichung ist es erforderlich, CO₂ schnell zu beseitigen, d.h. den Partialdruck

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von CO- zu verringern. Zu diesem Zweck werden die unerwünschten Gase durch z.B. hochreines Inertgas, wie Argon, ersetzt,
und es wird außerdem ein sogenannter Spülvorgang durchgeführt, während das Inertgas kontinuierlich strömt. Bei diesem Evakuiervorgang wird das gasförmige CO₂ vom Inertgas, wie Argon, eingeschlossen und mitgerissen. Dadurch wird der Partialdruck des gasförmigen CO- im Bereich der Elektroden stark verringert, wodurch die thermische Zersetzung nach obiger Reaktionsgleichung (1) beschleunigt wird. Wenn die Strömungsmenge des Argongases auf 0,6 bis 14 Torr/l/s eingestellt ist, kann sichergestellt werden, daß die thermische Zersetzung des genannten Carbonats auf den Elektroden 4 des Röhrenkolbens 1 innerhalb von etwa 5 Sekunden während eines Spülvorgangs zwischen den Punkten E und F (Fig. 1) abgeschlossen ist. Während der Zeitspanne zwischen den Punkten F und D (Fig. 1) erfolgt der Spülvorgang während etwa 2 Sekunden, um etwa noch im Röhrenkolben 1 verbliebenes CO₂-GaS auszutreiben.

Anschließend sollte der Druck im Röhrenkolbeninneren zweckmäßig mittels einer geeigneten, nicht dargestellten Absaug- bzw. Evakuiervorrichtung auf einen vorgeschriebenen Schließdruck von
z.B. 2,5 Torr für das Einschließen eines Inertgases reduziert werden. Obgleich für diesen Zweck verschiedene Absaugvorrichtungen verwendet werden können, wird bevorzugt eine Kombination aus einem elektromagnetischen Ventil an einer Vakuumpumpe angewandt, die einen vorgeschriebenen Auslaßdruck mit hoher Präzision aufrechtzuerhalten vermag, ohne durch den Einlaßdruck
oder die Strömungsmenge des Gases beeinflusst zu werden. Mit
einer solchen Absaugvorrichtung kann der Druck im Inneren des Röhrenkolbens linear auf einen vorgeschriebenen Pegel für den Einschluß des Inertgases reduziert werden. Der Arbeitsgang C
(Fig. 1) benötigt daher nur 5 oder 6 Sekunden, so daß das Evakuieren des Röhrenkolbens wesentlich schneller vor sich gehen

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kann als beim bisherigen Verfahren. Mit anderen Worten: mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Evakuieren einer Leuchtstoffröhre in etwa 20 Sekunden durchgeführt werden, so daß die für das Evakuieren erforderliche Zeit im Vergleich zum bisherigen Verfahren um 20 Sekunden verkürzt wird.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde der Durchström- bzw. Einströmvorgang B (Fig. 1) bei einem Druck von 10 Torr durchgeführt. Falls jedoch der vorgeschriebene endgültige Schließdruck bei weniger als 1 Torr liegen soll, kann dieser Einströmvorgang B bei einem Druck von 1 Torr durchgeführt werden. Wesentlich ist dabei, daß dieser Einströmvorgang B bei einem Druck über dem vorgeschriebenen endgültigen Schließdruck durchgeführt wird.

Im Gegensatz zum bisherigen Evakuierverfahren, bei dem vor dem Durchström- bzw. Einströmvorgang die Leuchtstoffröhre im voraus auf einen Druckwert unter dem Druck evakuiert wird, bei welchem das Durchströmen erfolgt, werden beim erfindungsgemäßen Verfahren im Inneren der Leuchtstoffröhre verbliebene atmosphärische Komponenten zwangsweise durch ein Inertgas ausgetrieben bzw. ersetzt, sobald der Durchströmvorgang einsetzt, wodurch die für die Durchführung des Verfahrens erforderliche Zeit erheblich verkürzt wird. Weiterhin wird beim bisherigen Verfahren der Röhrenkolben unmittelbar vor dem Verschließen auf einen Druckwert evakuiert, der unter dem endgültigen Schließdruck liegt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren \-fird andererseits der im Inneren des Kolbens herrschende Druck augenblicklich vom Gasdruck beim Durchströmvorgang auf den endgültigen Schließdruck reduziert. Hierdurch verkürzt sich ebenfalls die für die Durchführung des Verfahrens erforderliche Zeit.

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Aufgrund der verkürzten Gesamtzeit für die Durchführung des erfindungsgemäßen Evakuierverfahrens verbessert sich somit dessen Wirtschaftlichkeit.

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Claims

Patentansprüche

f 1/. Verfahren zum Evakuieren einer Leuchtstoffröhre, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in einem ersten Evakuierschritt der Röhrenkolben der Leuchtstoffröhre, auf dessen Innenfläche eine Fluoreszenzschicht aufgetragen ist und dessen beide Enden mit je einer Elektrode versehen und mit je einer Evakuierröhre verbunden sind, über die erste Evakuierröhre auf einen über einem vorgeschriebenen endgültigen Schließdruck liegenden Druck evakuiert wird, daß sodann ein Durchström- oder Einströmvorgang durchgeführt wird, bei dem, während das Innere des Röhrenkolbens auf dem beim ersten Evakuierschritt erreichten Druck gehalten wird, ein vorgesehenes (Inert-)Gas über die zweite Evakuierröhre in den Röhrenkolben eingeleitet und durch die erste Evakuierröhre abgesaugt wird, um den Röhrenkolben beim angegebenen Druckpegel mit diesem Gas zu füllen, und daß schließlich ein zweiter Evakuierschritt durchgeführt wird, bei welchem der

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im Inneren des Röhrenkolbens herrschende Druck von dem beim ersten Evakuierschritt erreichten Druckpegel auf den vorgeschriebenen endgültigen Schließdruck verringert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberflächen beider Elektroden ein Erdalkalimetall-Carbonat aufgetragen wird, daß ein Spülvorgang durchgeführt wird, bei dem während des Durchström- oder Einströmvorgangs über die Elektroden elektrischer Strom geleitet wird, um das Carbonat thermisch zu zersetzen, und daß ein Nebenprodukt der thermischen Zersetzung mittels eines vorgesehenen Gases ausgetrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Druck im Inneren des Röhrenkolbens im ersten Evakuierschritt auf 5-10 Torr und im zweiten Evakuierschritt auf 0,5-5 Torr reduziert wird.

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