HU206787B

HU206787B - Low-pressure discharge lamp

Info

Publication number: HU206787B
Application number: HU913779A
Authority: HU
Inventors: Efim S Goldburt; Wim M Hellebrekers
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1990-12-04
Filing date: 1991-12-03
Publication date: 1992-12-28
Also published as: HU913779D0; US5138224A; JPH04269440A; CN1062056A; JP2993789B2; DE69105103D1; EP0489463A3; EP0489463A2; HUT59768A; EP0489463B1; DE69105103T2; CN1031850C

Description

A leírás terjedelme: 6 oldal (ezen belül 1 lap ábra)

HU 206 787 Β

A találmány tárgya kisnyomású kisülőlámpa, amelynek egy zárt kisülőedénye van, abban két folyamatos üzemi kisülést létesítő elrendezésű elektródja van.

Az ismert kisnyomású kisülőlámpák esetében szokásos az, hogy elektronokat emittáló elektródok úgy vannak kialakítva, mint elektronokat emittáló anyaggal bevont wolfram huzalból készített tekercsek.

Ezen elektródok esetében problematikus a feltekercselt wolfram huzalt bevonó elektronokat emittáló anyag pontos mennyiségi ellenőrzése. így igen nehézzé válik a lámpák élettartamának ellenőrzése, amely azért lenne szükséges, hogy azokat a gyártásban jól definiált élettartam kategóriákba sorolhassuk be. Ennek az az oka, hogy a lámpák élettartama nyagymértékben összefügg az elektródokon levő elektronokat emittáló anyagú bevonattal. Mivelhogy a wolfram huzalból készített tekercsek elektronokat emittáló anyaggal való egyenletes bevonása szinte lehetetlen, így a gyártott lámpák jól definiált élettartam kategóriákba való besorolása is igen nehéz.

Másik probléma a wolfram huzalból készített elektródoknál, hogy azokat nem lehet bármely tetszőlegesen választott alakúra formálni.

Továbbá az olyan, jelenleg legáltalánosabban használt elektródok gyártása, ahol az elektronokat emittáló anyag egy kettős helix formájú huzalra kerül felvitelre, meglehetősen bonyolult, és ennek következtében költséges berendezéseket igénylő művelet.

Az úgynevezett színtereit elektródok kisülőlámpában való használata nem ismeretlen, azonban eddig csak nagynyomású kisülőlámpában kerültek beépítésre. Erre mutat példát a 4303 848 lajstromszámú US szabadalom.

Azonban amíg a találmányunk esetében szóbanforgó kisnyomású kisülőlámpában az ívkisülés létrejötte előtt az elektródokra fűtőáramot kapcsolnak (melegkatódos üzemmódnál), ezért az elektródok ellenállásának nagynak kell lennie, addig a fenti szabadalom szerinti nagynyomású kisülőlámpában nincs fűtőáram az elektródokra kapcsolva. így az elektródok ellenállásának sem kell nagynak lennie. Valóban, ezek az elektródok csekély ellenállásúak.

A 4808 883 lajstromszámú US szabadalom olyan kisülőlámpát mutat be, amely félvezető kerémiából készült elektródot tartalmaz. Ez eltérően saját megoldásunktól, nem zömében wolframot tartalmazó kialakítású, hanem csak legfeljebb 0,8 mól% wolfram tartalommal rendelkezik.

A 3766423 lajstromszámú US szabadalom olyan kisnyomású higanygőz kisülőlámpát mutat be, amelynek izzó elektródjai wolfram és bárium-oxid, vagy bárium-, kalcium- és stroncium-oxidok keverékéből vannak kialakítva. Ebben nincsen ittrium-oxid. Nem említenek továbbá sajtolási és szinterelési eljárási lépéseket, amellyel 10%-nál kisebbre lehetne szorítani a porozitást. így az elektród térfogatának 80%-át üregek teszik ki, amely érték az elektród belsejében csökken, de az elektród közepén sem megy 10% alá. Ennek következményeképp az ilyen elektródok igen törékenyek, és nehéz azokat gázmentessé tenni.

A jelen találmány célja egy továbbfejlesztett kisnyomású kisülőlámpa, továbbfejlesztett elektródokkal.

A találmány annak felismerésén alapszik, hogy miként nyerhetünk kisebb porozitású elektródokat.

A találmány értelmében célkitűzésünk legáltalánosabb elérésére az elektródokat olyan szintereit keverékből alakítottuk ki, amelyben 50-90 tömeg% W; 5-25 tömeg% BaO vagy BaO, CaO és SrO 1:1:1 tömegarányú keveréke, valamint 5-25 tömeg% fémoxid van, ahol az utóbbi fémoxid az Y, Zr, Hf és a ritkaföldfémek oxidjai közül van választva. így az elektródok porozitása 10% alatti, villamos ellenállása pedig 1 ohm feletti.

Az ilyen színtereit elektródok használatával azt tapasztaltuk, hogy a lámpák várható élettartam kategóriákba való besorolása megbízhatóbban válik lehetővé. Továbbá a gyártás egyszerűsödése miatt az elektródok gyártási költsége, következésképpen a lámpák gyártási költsége lényegesen kisebb, mint a tekercselt elektródos lámpáknál. Ezen felül a találmány szerint készült elektródoknak viszonylag nagy az ellenállása (1 ohmot meghaladó), ezért csak minimális katódáramot igényelnek. A találmány szerint készült lámpáknál a kisülési folyamat meglehetősen nagy stabilitást mutat.

Bár az ittrium, cirkónium és hafnium oxidjai közül bármelyik választható, úgy találtuk, hogy a legjobb eredményt akkor kapjuk, ha a fémoxid Y₂O₃.

Előnyös kiviteli esetben az elektród 50-80 tömeg% wolfram, 10-25 tömeg% ittrium-oxid, és 1025 tömeg% bárium-oxid keverékéből nyer kialakítást, valamint ezen összetevők szemcsemérete 0,0510 pm közé esik.

Habár az elektródoknak tetszőleges alakja lehet, mégis azok szokásosan rúd alakúak, 5 és 30 mm közötti hosszúsággal, célszerűen pedig 15 és 20 mm közötti hosszúsággal. A rúd előnyös vastagsági mérete 0,52 mm.

Az elektródokat a gyártás folyamán úgy állítjuk elő, hogy a por alakú wolframot és az oxidokat sajtoljuk és szintereljük, vagy a por alakú wolframot először szol-gél technológiával bevonjuk az oxidokkal, és ezt követően sajtoljuk és szintereljük.

A sajtolás rendszerint izosztatikus sajtolás, 530xl0⁷ Pa nyomással.

A szinterelési folyamat rendszerint olyan redukáló atmoszférában megy végbe, amely egészen 5% koncentrációig tartalmaz hidrogént valamely semleges gázban, amilyen például a hélium, és a szinterelési folyamat körülbelül 1600-2200 °C-on és 5 perctől 1 óráig terjedő időintervallumon belül zajlik le.

Az elektródok kialakítása egyaránt történhet közvetlen módon, amikor azokat egy lépésben színtereit rúd formátumú alkatelemekké alakítjuk, valamint történhet úgy, hogy elsőként színtereit pelleteket nyerünk, majd ezekből vágjuk, préseljük a megfelelő elektródokat.

Az elektródokat közvetlenül köthetjük az árambevezetőkhöz, például ponthegesztéssel.

HU 206 787 Β

Előnyös esetben a lámpa egy kisnyomású higanygőz kisülőlámpa, amely kevés higanyt, továbbá 115xl0² Pa nyomású nemesgázt tartalmaz.

Példa tömegszázaléknyi, 0,4 pm részecskeméretű wolframot 10 tömegszázaléknyi ittrium-oxiddal, és 10 tömegszázaléknyi bárium-oxiddal vontunk be.

A wolfram por szol-gél technológiával lett ittriumoxiddal és bárium-oxiddal bevonva. Ezen technológia véghezvitelekor a wolfram por ittrium-izopropoxid és bárium-butoxid szerves oldatában lett diszpergálva, amely 10 tömegszázaléknyi ittrium-oxidot, és 10 tömegszázaléknyi bárium-oxidot tartalmazott. A keveréket miután diszperzióvá alakítottuk, körülbelül 90 ’Cra melegítettük, hogy eltávolítsuk belőle az oldószert. Az eredményül kapott bevonatos port 620 ’C-on, 2% hidrogént tartalmazó atmoszférában két órán keresztüli hevítéssel kiégettük.

A port ezután pelletekké alakítottuk (1,4 mm vastagságú és 25 mm átmérőjű pelletekké), amikor is l,4xl0⁸ Pa nyomást alkalmaztunk. A pelletek ezután szinterelésre kerültek, 2000 ’C-on, kb. 95% héliumot és 5% hidrogént tartalmazó atmoszférában. A pelleteket ezt követően 0,9x1,0x18 mm méretű rudakká alakítottuk, vágás segítségével.

Az eredményül kapott rudak porozitása 10% alattinak, ellenállása 2-4 ohm közöttinek bizonyult.

A kisnyomású higanygőz kisülőlámpát két elektródos kivitelben állítottuk elő, amely elektródok mindegyike a fentiek szerint lett elkészítve. A rudakat úgy helyeztük el, hogy azok tengelye merőleges volt a kisülési edény tengelyére.

Ezzel a lámpával a következő mérési tesztet hajtottuk végre. Tápforrásként egy (600 V, 1 A-es) DC tápegységet alkalmaztunk, terhelő elem gyanánt pedig egy ellenállást, a lámpafeszültség és a lámpaáram megfigyelését különböző fűtőáramok mellett, ívkisüléses üzem közben végeztük.

Az egyes mérések között kb. két perc telt el, a külső hőmérséklet kb. 22 ’C volt. A kapott eredményeket az

1. táblázatban foglaljuk össze.

Az 1. táblázatban feltüntetett értékekből világosan kitűnik, hogy az ezen lámpával elért kisülés a katód- és lámpaáram széles értéktartományán keresztül stabil.

1. táblázat

Lámpafeszültség a lámpaáram függvényében, különböző katódot fűtő áramok esetén
Katódáram (A)	2,2	2,0	1.8	1,6	1,5
Lámpaáram (A)
200	123
250	118

Lámpafeszültség a lámpaáram függvényében, különböző katódot
	fűtő áramok esetén
300	114	115,5
350	110	111	115
400	107	108	110	115	112
425	106	106,5	109	113,5	111
450	105	105	107	112	109
475	104	104	106	109	108
495	103	103	106	109	107

A katódáramok és a katódfeszültség közötti összefüggést szemlélteti a következő 2. táblázat.

A 2. táblázat szerint a katód hideg állapotú ellenállása kb. 0,5 ohm, 2,8 A fűtőáramnál mért ellenállása pedig kb. 1,31 ohm értékűnek bizonyult.

2. táblázat

10% BaO tartalmú katód áram-feszültség karakterisztikája
Katódáram (A)	Katódfeszültség (V)
0,1	0,05
0,2	0,08
0,3	0,14
0,4	0,19
1,0	0,63
1,5	1,58
1,8	2,08
2,0	2,42
2,2	2,79
2,4	3,11
2,6	3,37
2,8	3,68

A lámpát újragyújtottuk, a lámpaáram kb. 400 mA volt, és a katódáramot 2,2 A induló értékről nulláig csökkentettük. A kisülés stabil maradt. A lámpaáramot 400 mA-től 150 mA-ig csökkentettük. Az utóbbi áram mellett a kisülés instabillá vált. Az eredmények összefoglalását a 3. táblázatban láthatjuk.

HU 206 787 Β

3, táblázat

Lámpafeszültség és áram, különböző katódáramok esetén
Katódáram (A)	Lámpaáram (mA)	Lámpafeszültség (V)
2,2	400	109
0,6	400	114
0,4	400	114
0	400	116
0	350	120
0	300	126
0	250	132
0	200	144
0	150	170

A kisülés mindaddig stabil maradt, mígnem a lámpaáram 150 mA alá süllyedt. így elmondható, hogy az elért kisülés a lámpaáram széles értéktartományán keresztül stabil maradt.

A mellékelt ábrán egy, a jelen találmány szerint színtereit elektródokkal kivitelezett kisnyomású higanygőz kisülőlámpát láthatunk.

A lámpának egy zárt, üvegből készített (1) kisülőedénye van, amely higanygőzt, és nemesgázt, például argont tartalmaz. A (2 és 3) elektródok úgy vannak a (1) kisülőedényben elhelyezve, hogy a lámpa üzemelése közben azok között a kisülés fennmaradjon. Az elektródok a jelen találmány szerinti rúd alakú színtereit elektródok. A (1) kisülőedény belső felületére egy lumineszcens (4) réteg került felhordásra. A lumineszcens (4) réteg legalább egy lumineszcens anyagot (fényport) tartalmaz, amely a higanygőz kisülés 254 nm-es hullámhosszú kisugárzásának hatására, mint gerjesztésre látható fényt bocsát ki.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Kisnyomású kisülőlámpa, amelynek egy zárt kisülőedénye van, abban két folyamatos üzemi kisülést létesítő elrendezésű elektródja van, azzal jellemezve, hogy az elektródok (2, 3) olyan színtereit keverékből vannak kialakítva, amelyben 50-90 tömeg% W; 5-25 tömeg% BaO vagy BaO, CaO és SrO 1:1:1 tömegarányú keveréke; valamint 5-25 tömeg% fémoxid van, ahol az utóbbi fémoxid az Y, Zr, Hf és a ritkaföldfémek oxidjai közül van választva, továbbá az elektródok (2, 3) porozitása 10% alatti, villamos ellenállása pedig 1 ohm feletti.
2. Az 1. igénypont szerinti kisnyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a fémoxid Y₂O₃.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kisnyomású kisűlőlámpa, azzal jellemezve, hogy az elektródok (2, 3) olyan színtereit keverékből vannak kialakítva, amelyben 50-80 tömeg% W, 10-25 tömeg% BaO; valamint 5-25 tömeg% Y₂O₃ van.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti kisnyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy az elektródok (2, 3) rúd alakúak, és legalább 5 mm hosszúak.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti kisnyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy az elektródok (2, 3) 0,05-10 pm szemcseméretű W, 0,05-10 pm szemcseméretű BaO, és 0,05-10 pm szemcseméretű Y₂O₃ alapanyagokból vannak színtéréivé.