(1) Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Keramikröhren für Metallhalogenid-Lampen zur
Verwendung als Entladungslampen mit hoher Intensität.
(2) Stand der Technik
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Eine Entladungslampe mit hoher Intensität, die mit einem ionisierbaren Material gefüllt
ist, das eine Metallhalogenidverbindung enthält, wird in der US-A-4.409.517
geoffenbart. Als Metall, das Elektroden für die Entladungslampen mit hoher Intensität dieser Art
bildet, werden Niob, Tantal oder dergleichen verwendet, da das Metall einen
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen muss, der nahe dem einer Keramikröhre,
insbesondere einer Aluminiumoxidröhre, liegt. Niob und Tantal weisen jedoch nicht
notwendigerweise ausreichende Beständigkeit auf, um dem Halogen standzuhalten. Aus diesem
Grund offenbart die EP-A-0.587.238 die Verwendung einer Keramikröhre, die wie in
Fig. 9 gezeigt konstruiert ist.
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Diese Keramikröhre umfasst einen Röhrenkörper 11, in dem ein Entladungsraum 4
ausgebildet ist, ein Paar ringförmiger Elemente 12, die in einander gegenüberliegende
Endabschnitte des Röhrenkörpers 11 eingeführt sind, und schlanke zylindrische Elektroden-
Einführungselemente 13, die jeweils fix in zentrale Öffnungen des ringförmigen
Elements 12 eingeführt sind. Zwischen der inneren Umfangsfläche 11a des Röhrenkörpers
11 und jedem ringförmigen Element 12 sowie zwischen dem ringförmigen Element 12
und dem Elektroden-Einführungselement 13 wird ein Druck aufgrund von
Brennschrumpfung ausgeübt. Dadurch werden die Elemente 11, 12 und 13 durch Brennschrumpfung
einstückig aneinandergesintert, so dass dazwischen Gasdichtheit beibehalten werden
kann. Ein nicht dargestelltes Elektrodenelement ist durch einen Raum 2 jedes der
Elektroden-Einführungselemente 12 eingeführt.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes haben kontinuierlich
konzentrierte Forschungen mit dem Ziel der Massenproduktion und Kommerzialisierung solcher
Keramikröhren betrieben. Im Speziellen haben die Erfinder zunächst eine
Anordnung hergestellt, indem sie einen kalzinierten Vorformling des
Elektroden-Einführungselements (Endelements) 13 in einen kalzinierten Vorformling des ringförmigen Elements
12 eingeführt und die Anordnung dann gebrannt haben. Dabei waren das ringförmige
Element 12 und das Endelement 13 so ausgebildet, dass der Außendurchmesser des
Endelements 13 nach dem Brennen etwas größer als der Innendurchmesser des
zentralen Lochs des ringförmigen Elements 12 sein kann, wenn das Endelement 13 und das
ringförmige Element 12 getrennt bei geeigneter Temperatur gebrannt werden. Dadurch
kommt es zwischen dem ringförmigen Element 12 und dem Endelement 13 zu einer
geeigneten Druckspannung, so dass dazwischen Gasdichtheit beibehalten wird. In
ähnlicher Weise wird durch Druckspannung zwischen dem Röhrenkörper 11 und dem
ringförmigen Element 12 Gasdichtheit beibehalten, die auf den Dimensionsunterschied
nach ihrer Brennschrumpfung zurückzuführen ist.
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Es wurde jedoch geklärt, dass das folgende Problem durch das obige
Herstellungsverfahren immer noch nicht gelöst war: Es bestand die Tendenz, dass der Innendurchmesser
des Endelements oder des Elektroden-Einführungselements 13, das heißt die
Dimensionen des Raums 2, der das Elektrodenelement aufnehmen sollte, an einem Abschnitt 14
im ringförmigen Element 12 kleiner wurden als der übrige Raum 2. Wenn
beispielsweise der Innendurchmesser des Endabschnitts 13, gemessen nach dem Brennen, auf 0,65
bis 1,4 mm festgelegt wurde, bestand die Tendenz, dass der Innendurchmesser des
Elektroden-Einführungselements 13 innerhalb des Abschnitts 14 um etwa 0,02 bis etwa 0,03
mm kleiner war als der Rest.
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Es stellte sich jedoch heraus, dass das obengenannte Herstellungsverfahren außerdem
folgende Probleme aufwies. Wenn das Endelement 13 einer Beanspruchung ausgesetzt
wird, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass sich in der Nähe eines Randes 15 des
ringförmigen Elements 13 durch den Einfluss von Restspannungen, die vermutlich durch das
einstückige Sintern bei der Schrumpfpassung verursacht werden, Risse bilden. Folglich
kann die Passfestigkeit des Endelements 13 verringert werden.
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Um die Differenz des Innendurchmessers zu verringern und die Passfestigkeit zu
erhöhen, wurde untersucht, wie die Differenz zwischen dem Außendurchmesser des
Endelements 13 und dem Innendurchmesser des ringförmigen Elements 12 verringert werden
kann. Es stellte sich jedoch heraus, dass in diesem Fall Gas durch eine Grenzfläche
zwischen dem Endelement 13 und dem ringförmigen Element 12 austreten kann.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer
Keramikröhre für Metallhalogenid-Keramiklampen bereitzustellen, bei dem das Risiko von
Rissbildung und Undichtheit minimiert ist. Durch die Erfindung kann verhindert werden,
dass der Innendurchmesser des Endelements zum Aufnehmen des Elektrodenelements
an jener Stelle, wo das Endelement mit dem ringförmigen Element in Kontakt steht,
verringert wird, wodurch die Passfestigkeit des Endelements am Röhrenkörper erhöht wird,
und die Möglichkeit verringert wird, dass Gas durch die Grenzfläche zwischen dem
Endelement und dem ringförmigen Element austritt.
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Das Verfahren zur Herstellung einer Keramikröhre für eine Metallhalogenidlampe
gemäß vorliegender Erfindung umfasst die Schritte des Ausbildens eines einstückig
geformten Körpers, der aus einem Elektrodenelement-Einführungsabschnitt und einem
ringförmigen Abschnitt besteht, der um den äußeren Umfang des
Elektrodenelement-Einführungsabschnitts herum angeordnet ist, des Einführens des ringförmigen Abschnitts des
einstückig geformten Körpers in einen offenen Endabschnitt eines zylindrischen
geformten Röhrenkörpers in einem solchen Zustand, dass der einstückig geformte Körper und
der geformte Röhrenkörper jeweils nach dem Formen oder nach dem Kalzinieren
eingesetzt werden, wodurch ein zusammengesetzter Körper gebildet wird, sowie des
Brennens des zusammengesetzten Körpers, wodurch ein einstückiger gebrannter Körper
gebildet wird, der aus dem Elektrodenelement-Einführungsabschnitt und dem ringförmigen
Abschnitt besteht, während der ringförmige Abschnitt und der Röhrenkörper
aneinandergesintert werden, indem sie in einem solchen Zustand gebrannt werden, dass
zwischen dem ringförmigen Abschnitt und dem Röhrenkörper radiale Presspassungskräfte
wirken, wobei die Keramikröhre aus dem zylindrischen Röhrenkörper, der einen
Entladungsraum mit offenen Endabschnitten an beiden Enden, den ringförmigen Abschnitten,
die an den offenen Endabschnitten des Röhrenkörpers vorgesehen sind, und
Elektrodenelement-Einführungsabschitten besteht, die jeweils an den einander gegenüberliegenden
Enden des Röhrenkörpers durch die ringförmigen Abschnitte befestigt sind. Der Begriff
"zylindrisch", wie in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, soll auch
"spindelförmig" bzw. "fusiform" umfassen.
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Wie oben erwähnt, haben die Erfinder die technische Idee geboren, dass der
ringförmige Abschnitt und der Elektrodenelement-Einführungsabschnitt einstückig geformt
werden, und der ringförmige Abschnitt des einstückig geformten Körpers in einem solchen
Zustand in den offenen Endabschnitt des geformten zylindrischen Röhrenkörpers
eingeführt wird, dass der einstückig geformte Körper und der geformte Röhrenkörper jeweils,
wie sie sind, oder nach dem Kalzinieren verwendet werden, wodurch der
zusammengesetzte Körper gebildet wird, und der zusammengesetzte Körper gebrannt wird. Das klar
erkennbare Ergebnis ist, dass verhindert werden kann, der Innendurchmesser eines
Innenlochs des zylindrischen Elektrodenelement-Einführungsabschnitts, durch den das
Elektrodenelement einzuführen ist, an einer Stelle verringert wird, wo der zylindrische
Elektrodenelement-Einführungsabschnitt in das ringförmige Element übergeht, und die
Passfestigkeit des Endelements am Röhrenkörper stark erhöht und stabilisiert wird.
Außerdem kann die Möglichkeit vermieden werden, dass Gas durch eine Grenzfläche
zwischen dem Elektrodenelement-Einführungsabschnitt und dem ringförmigen Abschnitt
austritt. Daher stellt das erfindungsgemäße Verfahren vom Standpunkt der
Massenproduktion und der praktischen Anwendung von Entladungslampen mit hoher Intensität
eine stark verbesserte Technik dar.
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Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in Verbindung
mit der beiliegenden Zeichnung erklärt, wobei es sich versteht, dass einige
Modifikationen, Variationen und Änderungen leicht daran vorgenommen werden können.
Kurzbeschreibung der beiliegenden Zeichnungen
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug
genommen, worin:
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Fig. 1(a) eine perspektivische Ansicht eines ersten geformten oder anschließend
kalzinierten Körpers 1 ist, und Fig. 1(b) eine perspektivische Ansicht eines geformten oder
anschließend kalzinierten Körpers 3 eines Röhrenkörpers ist;
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Fig. 2 eine Schnittansicht ist, die einen zusammengesetzten Körper 5 darstellt, der durch
Zusammensetzen von zwei ersten geformten oder anschließend kalzinierten Körpern 1
zu einem geformten oder anschließend kalzinierten Körper eines Röhrenkörpers 3
erhalten wird;
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Fig. 3 eine Schnittansicht einer Keramikröhre 21 für eine Metallhalogenid-Lampe ist, die
durch Brennen des zusammengesetzten Körpers aus Fig. 2 erhalten wird;
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Fig. 4(a) eine Schnittansicht ist, die einen stranggepressten Körper 30 zeigt, Fig. 4(b)
eine Schnittansicht ist, die einen ersten Formkörper zeigt, der durch Schleifen des
geformten Körpers aus Fig. 4(a) erhalten wird, und Fig. 4(c) eine Schnittansicht zur
Veranschaulichung eines geformten Röhrenkörpers ist, der durch ein Pulverpressformen
erhalten wird;
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Fig. 5 eine perspektivische Ansicht ist, um den Zustand zu veranschaulichen, bevor ein
erster geformter oder anschließend kalzinierter Körper 1 mit einem zweiten geformten
oder anschließend kalzinierten Körper 8 kombiniert wird, der einen Röhrenkörper,
einen ringförmigen Abschnitt und einen Elektroden-Einführungsabschnitt aufweist;
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Fig. 6 eine Schnittansicht ist, die einen zusammengesetzten Körper 10 darstellt, der
erhalten wird, indem der erste geformte oder anschließend kalzinierte Körper 1 mit dem
zweiten geformten oder anschließend kalzinierten Körper 8 zusammengesetzt wird;
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Fig. 7 eine Schnittansicht ist, die eine Keramikröhre 24 für eine Metallhalogenid-Lampe
darstellt, die durch Brennen des zusammengesetzten Körpers aus Fig. 6 erhalten wird;
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die Fig. 8(a), (b) und (c) Schnittansichten sind, die Hauptabschnitte von
zusammengesetzten Körpern darstellen, die jeweils erhalten werden, indem ein erster geformter oder
anschließend kalzinierter Körper 1, 15, 19 mit einem geformten oder anschließend
kalzinierten Körper eines Röhrenkörpers zusammengesetzt wird; und
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Fig. 9 eine Schnittansicht ist, die einen zusammengesetzten Körper darstellt, der durch
Zusammensetzen eines ersten geformten Körper eines Röhrenkörpers, geformter Körper
ringförmiger Abschnitte und geformter Körper von
Elektrodenelement-Einführungsabschnitten zusammengesetzt werden.
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Gemäß vorliegender Erfindung bestehen der Röhrenkörper und das Endelement aus
Keramikmaterial, aber das Keramikmaterial ist nicht auf ein bestimmtes beschränkt. Das
Keramikmaterial muss jedoch Korrosionsbeständigkeit gegen ein korrosives Gas auf
Halogenbasis aufweisen, und Aluminiumoxid, Yttriumoxid, YAG usw. werden dafür
bevorzugt.
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Die Konfiguration eines Elektrodenelements, das durch den
Elektrodenelement-Einführungsabschnitt einzuführen ist, unterliegt keiner speziellen Einschränkung. Als Material
für das Elektrodenelement können verschiedene Metalle mit hohem Schmelzpunkt und
leitende Keramikmaterialien verwendet werden. Vom Standpunkt der Leitfähigkeit
werden die Metalle mit hohem Schmelzpunkt bevorzugt. Als solche Metalle mit hohem
Schmelzpunkt werden wird zumindest eines der Metalle bevorzugt, die aus der aus
Molybdän, Wolfram, Rhenium, Niob, Tantal und Legierungen davon bestehenden Gruppe
ausgewählt sind.
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Von diesen ist bekannt, dass Niob und Tantal Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, die
mit jenem eines Keramikmaterials, insbesondere Aluminiumoxid-Keramik, praktisch
zusammenfallen, das den Röhrenkörper und die Endelemente der
Keramik-Entladungslampe bildet, aber es ist wahrscheinlich, dass diese Metalle durch Metallhalogenide
korrodiert werden. Daher ist es, um die Haltbarkeit des leitenden Elements zu verlängern,
vorzuziehen, dass das leitende Element aus einem Metall besteht, das aus der aus
Molybdän, Wolfram, Rhenium und deren Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Diese Metalle, die hohe Beständigkeit gegen Metallhalogenid aufweisen, weisen im
Allgemeinen einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Beispielsweise beträgt
der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminiumoxid-Keramik 8 · 10&supmin;&sup6; K&supmin;¹ und jener
von Molybdän 6 · 10&supmin;&sup6; K&supmin;¹, während jener von Wolfram und Rhenium unter 6 · 10&supmin;&sup6; K&supmin;¹
liegt.
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Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, dass der Abschnitt des Elektrodenelements nahe
dem Entladungsraum des Röhrenkörpers aus einem Metall besteht, das aus der aus
Molybdän, Wolfram, Rhenium und deren Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist,
während der Abschnitt, der dem Entladungsraum nicht zugewandt ist, aus Niob oder
Tantal besteht.
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Beim Verfahren zur Herstellung der Keramikröhre gemäß vorliegender Erfindung sind
der ringförmige Abschnitt und der Röhrenabschnitt vorzugsweise so konstruiert, dass,
wenn sie getrennt in jenem Zustand gebrannt werden, dass der einstückig geformte
Körper des Elektrodenelement-Einführungsabschnitts und der ringförmige Körper nicht an
den geformten Röhrenkörper angepasst sind, der Außendurchmesser des gebrannten
ringförmigen Abschnitts 1b nicht weniger als das 1,001 fache des Innendurchmessers des
gebrannten Röhrenkörpers 3 beträgt. Um thermische Spannungen zwischen dem
ringförmigen Abschnitt und dem Röhrenkörper weiter zu unterdrücken, beträgt weiters der
Außendurchmesser des gebrannten ringförmigen Abschnitts nicht mehr als das 1,010-
fache des Innendurchmessers des Röhrenkörpers.
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Beim Verfahren zur Herstellung der Keramikröhre gemäß vorliegender Erfindung wird
der zusammengesetzte Körper gebildet, indem der ringförmige Abschnitt in jenem
Zustand in den offenen Endabschnitt des zylindrischen Röhrenkörpers eingesetzt wird,
dass sowohl der einstückig geformte Körper des ringförmigen Körpers als auch der
Elektrodenelement-Einführungsabschnitt des Röhrenkörpers geformt oder kalziniert sind.
Um das obige Einführen problemlos durchführen zu können, ist der Außendurchmesser
des ringförmigen Abschnitts des einstückig geformten Körper in einem solchen Zustand,
dass sowohl der einstückig geformte Körper des ringförmigen Körpers als auch der
Elektrodenelement-Einführungsabschnitt und der Röhrenkörper geformt oder kalziniert sind,
kleiner als der Innendurchmesser des offenen Endabschnitts des geformten
Röhrenkörpers. Damit der Außendurchmesser des ringförmigen Körpers kleiner als der
Innendurchmesser des offenen Endabschnitts des Röhrenkörpers wird, können folgende
Möglichkeiten genutzt werden:
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(1) Der Brennschrumpfungsfaktor des ringförmigen Körpers wird kleiner als der des
Röhrenkörpers gemacht, indem die Dichte der jeweiligen Formkörper reguliert wird.
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(2) Nur der ringförmig Körper wird leicht kalziniert, um geschrumpft zu werden.
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(3) Der ringförmige Körper und der Röhrenkörper werden beide kalziniert, mit der
Maßgabe, dass der Kalzinierungsgrad des ringförmigen Körpers größer ist als jener des
röhrenförmigen Körpers.
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Gemäß vorliegender Erfindung kann es sein, dass ein Paar der einstückig geformten
Körper hergestellt wird, die jeweils aus dem Elektrodenelement-Einführungsabschnitt und
dem ringförmigen Abschnitt bestehen, ein zusammengesetzter Körper gebildet wird,
indem der ringförmige Abschnitt jedes einstückig geformten Körpers in einem solchen
Zustand in einen offenen Endabschnitt des Röhrenkörpers eingeführt wird, dass der
einstückig geformte Körper und der Röhrenkörper jeweils geformt werden, wie sie sind, oder
nachdem sie kalziniert wurden, und der zusammengesetzte Körper gebrannt wird. Diese
bevorzugte Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 erklärt.
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Fig. 1(a) ist eine perspektivische Ansicht, eines ersten einstückig geformten Körpers 1
nach dem Formen oder nach dem Kalzinieren. Der Körper 1 ist somit ein einstückiger
oder monolithischer Körper. Dieser geformte oder kalzinierte Körper 1 weist einen
Elektrodenelement-Einführungsabschnitt 1a und einen ringförmig Abschnitt 1b auf. Fig. 1 (b)
ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten geformten Körpers 3 nach dem Formen
oder nach dem Kalzinieren (eines geformten oder kalzinierten Röhrenkörpers), in dem
ein Entladungsraum 4 definiert ist. Wie in Fig. 2 gezeigt wird ein zusammengesetzter
Körper 5 durch Einführen des ringförmigen Abschnitts 1b des ersten geformten oder
kalzinierten Körpers 1 in einen der offenen Endabschnitte 3a des geformten oder
kalzinierten Röhrenkörpers 3 erhalten.
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Der zusammengesetzte Körper wird, wie er ist, bei einer bestimmten Temperatur
gebrannt und eine Röhre 21 für eine Metallhalogenid-Lampe kann erhalten werden wie in
Fig. 3 gezeigt. Diese Röhre 21 umfasst einen Röhrenkörper 20 und ein Paar der
einstückig gebrannten Körper 22. Der ringförmige Körper 22a jedes einstückig gebrannten
Körpers 22 wird in den Endabschnitt des Röhrenkörpers 20 eingepasst und etwa durch
Schrumpfpassung einstückig an den Röhrenkörper angesintert. Ein Elektrodenelement 6
wird in den Elektrodenelement-Einführungsabschnitt 22a des einstückig geformten
Körpers 22 eingeführt. Vorzugsweise beträgt der Spalt zwischen dem äußeren Umfang des
Elektrodenelements 6 und der inneren Umfangsfläche des
Elektrodenelement-Einführungsabschnitts 0,02 bis 0,10 mm.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht ein Abschnitt 6a des
Elektrodenelements 6, der dem Entladungsraum 4 zugewandt ist, aus einem Metall mit hoher
Korrosionsbeständigkeit gegen Halogengas, während ein Abschlussendabschnitt 6b des
Elektrodenelements 6 aus einem Metall besteht, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist, der nahe dem der obengenannten Keramikröhre liegt. Eine bestimmte
Elektrodeneinheit 7 wird an den Endabschnitt des Elektrodenelements 6 angepasst.
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In der Folge wird die obige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf konkrete Versuchsergebnisse beschrieben.
(Versuch 1)
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Zu Aluminiumoxidpulver mit einer hohen Reinheit von nicht weniger als 99,9%
wurden 750 ppm Magnesiumoxid, 2 Gew.-% Polyvinylalkohol, 0,5 Gew.-%
Polyethylenglykol und 50 Gew.-% Wasser zugegeben, und Pulvergranulat mit einem mittleren
Teilchendurchmesser von etwa 70 um wurde erhalten, indem das resultierende Gemisch in
einer Kugelmühle 1 h lang gemahlen und vermischt und das Resultat nahe 200ºC
getrocknet wurde.
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Das so erhaltene granulierte Pulver wurde unter einem Druck von 2.000 kg/cm²
formgepresst, wodurch zwei einstückig geformte Körper 1 und ein geformter Körper 3 eines
Röhrenkörpers erhalten wurden, wie in den Fig. 1(a) und 1(b) gezeigt. Zu diesem
Zeitpunkt waren die Dimensionen der einstückig geformten Körper 1 und des geformten
Körpers 3 so eingestellt, dass, wenn sie getrennt gebrannt werden, der
Außendurchmesser des ringförmigen Körpers 22b das 1,001fache bis 1,010fache des Innendurchmessers
des Röhrenkörpers 20 betrug.
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Dann wurde einer der geformten Körper 1 bei 1.200ºC kalziniert, um seine
Dimensionen zu schrumpfen, und der kalzinierte Körper 1 wurde in einen der offenen
Endabschnitte des geformten Körpers 3 des Röhrenkörpers eingeführt wie in Fig. 2 gezeigt, um
einen zusammengesetzten Körper 5 zu bilden. Der so zusammengesetzte Körper wurde
bei 1.200ºC kalziniert, so dass der geformte Körper 3 des Röhrenkörpers geschrumpft
wurde, und beide wurden auf Basis ihrer ursprünglichen Dimensionsdifferenz
miteinander verbunden. Als nächstes wurde der andere geformte Körper 1 bei 1.300ºC
kalziniert und in den anderen offenen Endabschnitt des kalzinierten Körpers 3 des Röhrenkörpers
eingeführt, wodurch ein fertiger zusammengesetzter Körper erhalten wurde.
Dieser zusammengesetzte Körper wurde bei 1.800ºC unter Wasserstoffatmosphäre
gebrannt, wodurch die obigen Bestandteile, wie in Fig. 3 gezeigt, fest miteinander
verbunden wurden.
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An der so erhaltenen Keramikröhre 21 wurde die Differenz zwischen dem
Innendurchmesser des Hohlraums 2 an einer Stelle in einem Bereich 9 innerhalb des
Röhrenkörpers 20 und dem Innendurchmesser des Hohlraums 2 an einem anderen Abschnitt mit
etwa 0,01 mm gemessen.
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Weiters wurde die Biegefestigkeit gemessen, indem eine Sonde eines Festigkeitstesters
mit dem Elektrodenelement-Einführungsabschnitt 22a an einer Stelle im Abstand von 10
mm von seinem Basisende in Kontakt gebracht wurde und durch die Sonde in vertikaler
Richtung eine Belastung auf den Elektrodenelement-Einführungsabschnitt ausgeübt
wurde. Als Ergebnis betrug die Biegefestigkeit 29 kp/cm².
(Versuch 2)
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Zu Aluminiumoxidpulver mit einer hohen Reinheit von nicht weniger als 99,9%
wurden 750 ppm Magnesiumoxid, 4 Gew.-% Methylcellulose, 2 Gew.-% Polyethylenoxid,
5 Gew.-% Stearinsäure und 23 Gew.-% Wasser zugegeben, und das resultierende
Gemisch wurde in einem Kneter 15 min lang geknetet.
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Ein in Fig. 4(a) gezeigter stranggepresster Körper 20 wurde erhalten, indem das
geknetete Gemisch unter einem Extrusionsdruck von 15 kg/cm² stranggepresst und das Extrudat
getrocknet wurde. Durch den stranggepressten Körper 30 hindurch wurde ein
Durchgangsloch 31 ausgebildet.
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Ein einstückig geformter Körper 32, wie in Fig. 4(b) gezeigt, wurde erhalten, indem der
obige stranggepresste Körper 30 geschnitten wurde. Der einstückig geformte Körper 32
wies Abschnitte 32a und 32b auf, die nach dem Brennen einen Elektrodenelement-Einführungsabschnitt
bzw. einen ringförmigen Abschnitt bilden sollten, und im Abschnitt
32a wurde ein Hohlraum 33 ausgebildet. Ein geformter Körper 34, wie in Fig. 4(c)
gezeigt, wurde nach dem obengenannte Pulverpressverfahren erhalten. Innerhalb des
geformten Körpers 34 wurde ein Hohlraum 35 ausgebildet, um einen Entladungsraum zu
bilden. In diesem Fall wurden die Dimensionen des einstückig geformten Körpers 32
und des geformten Körpers 34 für den Röhrenkörper so eingestellt, dass, wenn sie
getrennt gebrannt werden, der Außendurchmesser des ringförmigen Abschnitts 22a das
1,001 fache bis 1,010fache des Innendurchmessers des Röhrenkörpers 20 betrug.
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Dann wurde ein einstückiger geformter Körper 32 bei 1.200ºC kalziniert, um seine
Dimensionen schrumpfen zu lassen, wodurch ein kalzinierter Körper 1 erhalten wurde,
und der kalzinierte Körper 1 wurde in einen der offenen Erdabschnitte des geformten
Körpers 34 des Röhrenkörpers eingeführt wie in Fig. 2 gezeigt, um einen
zusammengesetzten Körper herzustellen. Der so zusammengesetzte Körper wurde bei 1.200ºC
kalziniert, so dass der geformte Körper des Röhrenkörpers geschrumpft wurde, und beide
wurden auf Basis ihrer ursprünglichen Dimensionsdifferenz miteinander verbunden. Als
nächstes wurde der andere geformte Körper 32 bei 1.300ºC kalziniert und in den
anderen offenen Endabschnitt des kalzinierten Körpers 3 des Röhrenkörpers eingeführt,
wodurch ein fertiger zusammengesetzter Körper 5 erhalten wurde. Dieser
zusammengesetzte Körper wurde bei 1.800ºC unter Wasserstoffatmosphäre gebrannt, wodurch die
obigen Bestandteile, wie in Fig. 3 gezeigt, fest miteinander verbunden wurden.
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An der so erhaltenen Keramikröhre 21 wurde die Differenz zwischen dem
Innendurchmesser des Hohlraums 2 an einer Stelle in einem Bereich 9 innerhalb des
Röhrenkörpers 20 und dem Innendurchmesser des Hohlraums 2 an einem anderen Abschnitt mit
etwa 0,01 mm gemessen.
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Weiters wurde die Biegefestigkeit gemessen, indem eine Sonde eines Festigkeitstesters
mit dem Elektrodenelement-Einführungsabschnitt 22a an einer Stelle im Abstand von 10
mm von seinem Basisende in Kontakt gebracht wurde und durch die Sonde in vertikaler
Richtung eine Belastung auf den Elektrodenelement-Einführungsabschnitt ausgeübt
wurde. Als Ergebnis betrug die Biegefestigkeit 27 kp/cm².
(Vergleichsversuch)
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Zu Aluminiumoxidpulver mit einer hohen Reinheit von nicht weniger als 99,9%
wurden 750 ppm Magnesiumoxid, 2 Gew.-% Polyvinylalkohol, 0,5 Gew.-%
Polyethylenglykol und 50 Gew.-% Wasser zugegeben, und das resultierende Gemisch wurde in einer
Kugelmühle 1 h lang gemahlen und vermischt. Pulvergranulat mit einem mittleren
Teilchendurchmesser von etwa 70 um wurde durch Trocknen des gemahlenen und
vermischten Pulver nahe 200ºC in einem Sprühtrockner erhalten.
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Formkörper 11, 12, wie in Fig. 9 gezeigt, wurden durch Pressformen des so granulierten
Pulvers unter einem Druck von 1.000 kg/cm² erhalten. Andererseits wurde zu
Aluminiumoxidpulver mit einer hohen Reinheit von nicht weniger als 99,9% 750 ppm
Magnesiumoxid, 4 Gew.-% Methylcellulose, 2 Gew.-% Polyethylenoxid, 5 Gew.-%
Stearinsäure und 23 Gew.-% Wasser zugegeben, und das resultierende Gemisch wurde in
einer Knetermühle 15 min lang geknetet. Ein stranggepresster Körper 13 wurde durch
Spritzgießen des gekneteten Gemisches unter einem Strangpressdruck von 15 kg/cm²,
Trocknen des resultierenden Extrudats und Schneiden desselben hergestellt.
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In diesem Fall wurden die Dimensionen der Formkörper 11 und 12 so eingestellt, dass,
wenn sie getrennt gebrannt werden, der Außendurchmesser des ringförmigen Abschnitts
das 1,001 fache bis 1,010fache des Innendurchmessers des Röhrenkörpers betrug.
Weiters wurden die Dimensionen der Formkörper 12 und 13 so eingestellt, dass, wenn sie
getrennt gebrannt wurden, der Außendurchmesser des
Elektrodenelement-Einführungsabschnitts das 1,001 fache bis 1,010fache des Innendurchmessers des ringförmigen
Abschnitts betrug.
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Als nächstes wurden zwei zusammengesetzte Körper jeweils hergestellt, indem der
Formkörper 13 bei 1.300ºC kalziniert und der kalzinierte Körper 13 in den Formkörper
12 eingeführt wurde. Einer der zusammengesetzten Körper wurde bei 1.200ºC
kalziniert, und der andere wurde bei 1.300ºC kalziniert. Der Formkörper 12 des bei 1.200
ºC kalzinierten zusammengesetzten Körpers wurde in den Formkörper 11 des
Röhrenkörpers eingeführt, und sie wurden bei 1.200ºC kalziniert. Die so kalzinierte
Anordnung wurde mit dem oben bei 1.300ºC kalzinierten zusammmengesetzten Körper
kombiniert. Die gesamte Anordnung wurde bei 1.800ºC in einer
Wasserstoffatmosphäre gebrannt, wodurch die Bestandteile miteinander verbunden wurden.
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An der so erhaltenen Keramikröhre wurde die Differenz zwischen dem
Innendurchmesser des Hohlraums 2 an einer Stelle in einem Bereich innerhalb des Röhrenkörpers und
dem Innendurchmesser des Hohlraums 2 an einem anderen Abschnitt mit etwa 0,03
mm gemessen.
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Weiters wurde die Biegefestigkeit gemessen, indem eine Sonde eines Festigkeitstesters
mit dem Elektrodenelement-Einführungsabschnitt 22a an einer Stelle im Abstand von 10
mm von seinem Basisende in Kontakt gebracht wurde und durch die Sonde in vertikaler
Richtung eine Belastung auf den Elektrodenelement-Einführungsabschnitt ausgeübt
wurde. Als Ergebnis betrug die Biegefestigkeit 14 kp/cm².
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Es wird ein erster einstückig geformter oder anschließend kalzinierte Körper hergestellt,
der aus einem Elektrodenelement-Einführungsabschnitt und einem ringförmigen
Abschnitt besteht, der um ein Ende des Elektrodenelement-Einführungsabschnitts herum
angeordnet ist. Es wird ein zweiter einstückig geformter oder anschließend kalzinierter
Körper hergestellt, der aus einem Röhrenkörper, einem radial innen an einem Ende des
Röhrenkörpers angeordneten ringförmigen Abschnitt und einem
Elektrodenelement-Einführungsabschnitt besteht, der an einem Ende in einem zentralen Loch des ringförmigen
Abschnitts angeordnet ist. Eine Anordnung wird gebildet, indem der ringförmige
Abschnitt des ersten geformten oder anschließend kalzinierten Körpers in die obige
Öffnung des zweiten geformten und anschließend kalzinierten Körpers eingeführt wird.
Der fertig zusammengesetzte Körper wird gebrannt, so dass der erste geformte oder
anschließend
kalzinierte Körper, der aus dem Elektrodenelement-Einführungsabschnitt
besteht, einstückig gebrannt wird, und der zweite geformte oder anschließend kalzinierte
Körper, der aus dem Elektrodenelement-Einführungsabschnitt, dem ringförmigen
Abschnitt und dem Röhrenkörper besteht, einstückig gebrannt wird, während der
ringförmige Abschnitt des ersten geformten oder anschließend kalzinierten Körpers mit dem
Röhrenkörper des zweiten in einem solchen Zustand gesintert wird, dass sich der Erstere
und der Zweitere in Schrumpfpassungseingriff befinden.
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Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen solchen zweiten einstückig geformten
oder anschließend kalzinierten Körper 8 veranschaulicht. Bezugszeichen 8a bezeichnet
eine Elektrodenelement-Einführungsabschnitt, und die Bezugszeichen 8b und 8c
bezeichnen einen ringförmigen Abschnitt bzw. einen Röhrenabschnitt. Ein erster
einstückig geformter oder anschließend kalzinierter Körper wird in Fig. 5 rechts mit 1
bezeichnet gezeigt. Wie in Fig. 6 zu erkennen ist eine Öffnung 29 in einem Ende des zweiten
einstückig geformten oder anschließend kalzinierten Körpers 8 vorgesehen, und ein
ringförmiger Abschnitt 1b des ersten einstückig geformten oder anschließend
kalzinierten Körpers 1 ist in die Öffnung 29 eingeführt. Bezugszeichen 8d bezeichnet eine
Öffnung eines Hohlraums 2 an einer Seite eines Entladungsraums 4, während
Bezugszeichen 8e eine Öffnung des Hohlraums an der Außenseite bezeichnet.
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In diesem Fall sind der ringförmige Abschnitt und der Röhrenkörper vorzugsweise so
konstruiert, dass, wenn sie in dem Zustand, dass der erste einstückig geformte Körper 1
nicht an den zweiten geformten Körpers 8 angepasst ist, getrennt gebrannt werden, der
Außendurchmesser des gebrannten ringförmigen Abschnitts 1b nicht weniger als das
1,001 fache des Innendurchmessers des gebrannten Röhrenkörpers beträgt. Dadurch
können beide fester miteinander verbunden werden. Um thermische Spannungen
zwischen dem ringförmigen Abschnitt und dem Röhrenkörper zu unterdrücken, beträgt der
Außendurchmesser des gebrannten ringförmigen Abschnitts vorzugsweise nicht mehr
als das 1,010fache des Innendurchmessers des Röhrenkörpers.
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Der zusammengesetzte Körper wird bei einer bestimmten Temperatur im obigen
Zustand gebrannt, und eine Röhre 24 für eine Metallhalogenid-Lampe, wie in Fig. 7
gezeigt, kann erhalten werden. Diese Röhre 24 umfasst den einstückig gebrannten Körper
22 und den einstückig gebrannten Körper 25. Der einstückig geformte Körper 25
umfasst einen Elektrodenelement-Einführungsabschnitt 2a, den ringförmigen Abschnitt 25b
und den Röhrenabschnitt 25c. Der ringförmige Abschnitt 22b des einstückig gebrannten
Körpers 22 wird in die Endöffnung des Röhrenkörpers 25c eingeführt, und beide werden
wie bei der Schrumpfpassung einstückig aneinandergesintert. Bezugszeichen 25d
bezeichnet eine Öffnung eines Hohlraums 2 auf einer Seite des Entladungsraums 4, und
Bezugszahl 25e bezeichnet eine Öffnung des Hohlraums 2 an einer Außenseite. Ein
Elektrodenelement 6 wird in den Elektrodenelement-Einführungsabschnitt 25a
eingeführt. Der Spalt zwischen dem Außenumfang des Elektrodenelements 6 und der inneren
Umfangsfläche des Elektrodenelement-Einführungsabschnitts 25b beträgt vorzugsweise
0,02 bis 0,10 mm.
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Im Folgenden werden spezifischere Versuchsergebnisse beschrieben.
(Versuch 3)
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Zu Aluminiumoxidpulver mit einer hohen Reinheit von nicht weniger als 99,9 Gew.-%
wurden 750 ppm Magnesiumoxid, 5 Gew.-% Polvinylalkohol, 4 Gew.-% Polystyrol, 4
Gew.-% Acrylharz, 1 Gew.-% Stearinsäure und 1 Gew.-% DOP zugegeben, und Pellets
mit einem Durchmesser von etwa 3 mm wurden aus dem resultierenden Gemisch unter
Verwendung eines kontinuierlichen Extrudierkneters granuliert. Spritzguss wurde unter
Verwendung der obigen Pellets bei einer Harztemperatur von 180ºC, einer
Einspritzgeschwindigkeit von 2,5 cm³/s und einem Einspritzdruck von 600 kg/cm² durchgeführt,
und ein Eingussabschnitt wurde weggeschnitten. Dadurch wurden Formlinge 1 und 8,
wie in Fig. 5 gezeigt, hergestellt.
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Dabei waren die Dimensionen der Formkörper 1,8 so beschaffen, dass, wenn sie
getrennt gebrannt wurden, der Außendurchmesser des gebrannten ringförmigen Abschnitts
22b nicht weniger als das 1,001 fache, aber nicht mehr als das 1,010fache des
Innendurchmessers des gebrannten Röhrenkörpers 25c betrug.
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Als nächstes wurde der Formkörper 1 entwachst, indem er mit einer Heizrate von
5ºC/min auf 450ºC erhitzt wurde, und bei 1.200ºC kalziniert und geschrumpft, wodurch
ein kalzinierter Körper erhalten wurde. Der ringförmige Abschnitt dieses kalzinierten
Körpers wurde in den Formkörper 8 eingeführt, wodurch ein zusammengesetzter Körper
erhalten wurde. Dieser zusammengesetzte Körper wurde bei 1.800ºC unter
Wasserstoffatmosphäre gebrannt, wodurch die Bestandteile, wie in Fig. 7 gezeigt, fest
miteinander verbunden wurden.
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An der so erhaltenen Keramikröhre 24 wurde die Differenz zwischen dem
Innendurchmesser des Hohlraums 2 an einer Stelle in einem Bereich 9 innerhalb des
Röhrenkörpers 25c und dem Innendurchmesser des Hohlraums 2 am anderen Abschnitt mit etwa
0,01 mm gemessen.
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Weiters wurde die Biegefestigkeit gemessen, indem eine Sonde eines Festigkeitstesters
mit dem Elektrodenelement-Einführungsabschnitt 22a an einer Stelle im Abstand von 10
mm von seinem Basisende in Kontakt gebracht wurde und durch die Sonde in vertikaler
Richtung eine Belastung auf den Elektrodenelement-Einführungsabschnitt ausgeübt
wurde. Als Ergebnis betrug die Biegefestigkeit 29 kp/cm².
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Gemäß vorliegender Erfindung ist es insbesondere vorzuziehen, dass der ringförmige
Abschnitt des ersten einstückig geformten oder anschließend kalzinierten Körpers und
des geformten oder anschließend kalzinierten Körpers einander entsprechende Formen
aufweisen, die es ermöglichen, sie miteinander in Eingriff zu bringen. Beim ersten
geformten oder anschließend kalzinierten Körper kann eine gekrümmte Fläche mit
C-förmigem Querschnitt oder eine gekrümmte Fläche mit R-förmigem Querschnitt an einer
Verbindung zwischen dem Elektrodenelement-Einführungsabschnitt und dem
ringförmigen Abschnitt ausgebildet sein.
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Die Fig. 8(A), 8(b) und 8(c) zeigen an Hauptabschnitten, dass ein ringförmiger Abschnitt
1, 15, 19 eines einstückig geformten und anschließend kalzinierten Körpers 3, der aus
einem Elektrodenelement-Einführungsabschnitt und dem obigen ringförmigen Abschnitt
besteht, fix in einen geformten oder anschließend kalzinierten Körper 3 eines
Röhrenkörpers oder eines einstückig geformten oder anschließend kalzinierten Körpers 8
eingeführt ist, der aus einem Röhrenkörper, einem ringförmigen Körper und einem
Elektrodenelement-Einführungselement besteht. Wie zuvor beschrieben, können, obwohl
zylindrische Röhrenkörper in den Zeichnungen dargestellt sind, auch fusiforme
Röhrenkörper verwendet werden können.
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In Fig. 8(a) umfasst der einstückig geformte oder anschließend kalzinierte Körper 15 den
Elektrodenelement-Einführungsabschnitt 15a und den ringförmigen Abschnitt 15b, und
ein Hohlraum 2 im Elektrodenelement-Einführungsabschnitt 15b ist bei 15c und 15d
geöffnet. Ein ausgeschnittener Abschnitt 16 ist an einem Innenrand des ringförmigen
Abschnitts 15b an dessen äußerer Umfangsseite ausgebildet. Ein Endabschnitt des
geformten oder anschließend kalzinierten Körpers 3 (8) ist an den ausgeschnittenen Abschnitt
16 angepasst, während die Endfläche des geformten oder anschließend kalzinierten
Körpers 3 (8) an einem ringförmigen Fortsatz ansteht.
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In Fig. 8(b) weist der einstückig geformte oder anschließend kalzinierte Körper die
gleichen Konfigurationen wie zuvor erwähnt auf. Andererseits ist ein ausgeschnittener
Abschnitt 18 an einer Innenseite eines Endabschnitts des geformten oder anschließend
kalzinierten Körpers 3 (8) ausgebildet. Durch diese Konstruktion ist ein Endabschnitt des
geformten oder anschließend kalzinierten Körpers 8 an den ausgeschnittenen Abschnitt
18 angepasst und wird von einem Fortsatz 17 gehalten.
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Auf diese Weise können, wenn der ringförmige Abschnitt des ersten einstückig
geformten oder anschließend kalzinierten Körpers und der geformte oder anschließend
kalzinierte Röhrenkörper so konstruiert sind, dass sie einander entsprechende Formen aufweisen,
die es ermöglichen, sie miteinander in Eingriff zu bringen, die beiden geformten
oder anschließend kalzinierten Körper leicht und präzise angeordnet werden, um den
zusammengesetzten Körper daraus zu erhalten.
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In Fig. 8(c) umfasst der einstückig geformte oder anschließend kalzinierte Körper 19
einen Elektrodenelement-Einführungsabschnitt 19a und einen ringförmig Abschnitt 19b,
und ein Hohlraum 2 im Inneren des Elektrodenelement-Einführungsabschnitts 19b ist an
19c und 19d offen. Im ersten geformten oder anschließend kalzinierten Körper 19 ist an
einer Verbindung zwischen dem Elektrodenelement-Einführungsabschnitt 19a und dem
ringförmigen Abschnitt 19b eine gekrümmte Fläche mit C-förmigem Querschnitt oder
eine gekrümmte Fläche mit R-förmigem Querschnitt vorgesehen. Durch diese
Konstruktion kann die Biegefestigkeit des Elektrodenelement-Einführungsabschnitts 19a weiter
erhöht werden. Es wird angenommen, dass so die Wahrscheinlichkeit von Rissbildung an
einer Stelle, wo Spannungen einwirken, verringert wird.
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Wie oben erwähnt, kann gemäß vorliegender Erfindung, wenn die Keramikröhre mit
einer spezifischen Struktur für eine Metallhalogenid-Lampe zu erzeugen ist, die
Reduktion des Innendurchmessers des Elektrodeneinführungsabschnitts an einer Stelle, wo der
Elektrodenelement-Einführungsabschnitt in den ringförmig Abschnitt übergeht,
verhindert werden. Weiters kann die Passfestigkeit des Endelements, das aus dem
Elektrodenelement-Einführungsabschnitt und dem ringförmigen Abschnitt besteht und an den
Röhrenkörper angepasst ist, erhöht werden. Weiters kann die Möglichkeit, dass durch eine
Grenzfläche zwischen dem Endelement und dem ringförmigen Element Gas austritt,
eingedämmt werden.