SE435332B

SE435332B - CATHOD UNIT OF LIGHT

Info

Publication number: SE435332B
Application number: SE7909213A
Authority: SE
Inventors: K A G Bjorkman
Original assignee: Lumalampan Ab
Priority date: 1979-11-07
Filing date: 1979-11-07
Publication date: 1984-09-17
Also published as: BE886030A; IT8025764A0; DE8029380U1; SE7909213L; YU39696B; FI812128L; GB2077033B; WO1981001344A1; AU6570480A; CA1150340A; ATA547480A; NO153946B; CH649653A5; CS250206B2; PT72017B; FI68928C; YU283980A; DK158177C; AT377385B; NO153946C

Description

15 20 25 30 35 40 7999213-6 Bariumvolframatskiktet medför en dämpning av reaktionen enligt ovanstående formel, dvs. minskad bildning av barium. Till följd härav kommer under kontinuerlig bränning av ett normalt lysrör all barium att ha förångat först efter cirka 30 000 timmar. På- frestningen på rörets katoder under startprocessen är dock så stor att livslängden reduceras med en faktor 2-3 vid normal an- se vändning av lysrör, dvs. med en genomsnittlig inkopplingstid på 2-3 timmar per gång. The barium tungstate layer causes an attenuation of the reaction according to the above formula, i.e. reduced formation of barium. As a result, during continuous firing of a normal fluorescent lamp, all barium will have evaporated only after about 30,000 hours. The stress on the cathodes of the tube during the start-up process is, however, so great that the service life is reduced by a factor of 2-3 during normal use of fluorescent lamps, ie. with an average switch-on time of 2-3 hours at a time.

Förlust av det som emissionsmassa tjänande katodmaterialet, och därmed åtföljande förkortning av lysrörets livslängd, för- orsakas i princip av tre olika processer, nämligen 1) borttrans- port av emissionsmaterial på grund av jonbombardemang, speciellt i samband med för låg katodtemperatur; 2) förångning av emissions- materialet; och 3) kemiska reaktioner mellan emissionsmaterialet och gasformiga föroreningar i röret. I Vid konstruktion av ett lysrör avsett för extremt lång livs- längd i kombination med ett avsevärt antal tändningar och släck- ningar, måste rörets katoder konstrueras med största hänsyns- tagande till dessa tre orsaker till förkortad katodlivslängd.Loss of the cathode material serving as emission compound, and consequent shortening of the life of the fluorescent lamp, is caused in principle by three different processes, namely 1) removal of emission material due to ion bombardment, especially in connection with too low cathode temperature; 2) evaporation of the emission material; and 3) chemical reactions between the emission material and gaseous pollutants in the pipe. I When designing a fluorescent lamp intended for extremely long service life in combination with a considerable number of ignitions and extinguishings, the cathodes of the tube must be designed with the greatest consideration for these three reasons for shortened cathode service life.

Borttransport av emissionsmaterial på grund av jonbombarde- mang förutsätter i princip att varje atom, som lämnar katodytan, aldrig återvänder till katoden. Detta gäller dock endast i vakuum. I verkligheten omges katoden i en normal lysrörskonstruk- tion av en ädelgasatmosfär med ett tryck av omkring 2,5 - 102 Pa, varför den fria medelväglängden för från ytan frigjorda atomer och molekyler är betydligt kortare än avståndet mellan katoden och rörväggen. Härav följer att många av de frigjorda atomerna och molekylerna reflekteras tillbaka och åter infaller mot katod- ytan, vilket medför en avsevärd minskning av materialförlusten.Transport of emission material due to ion bombardment presupposes in principle that every atom that leaves the cathode surface never returns to the cathode. However, this only applies in a vacuum. In reality, in a normal fluorescent tube construction, the cathode is surrounded by a noble gas atmosphere with a pressure of about 2.5 - 102 Pa, so the free mean path length for atoms and molecules released from the surface is significantly shorter than the distance between the cathode and the tube wall. It follows that many of the released atoms and molecules are reflected back and forth against the cathode surface, which results in a considerable reduction in material loss.

Denna minskning är dock otillräcklig då det gäller katoder för långlivsrör.However, this reduction is insufficient in the case of cathodes for long-life pipes.

Förångning av emissionsmassa är relativt konstant vid kontinuerlig drift men sker med förhöjd hastighet efter varje start och inom de därpå följande minutrarna till följd av den förhöjda katodtemperaturen. En katod för ett långlivsrör måste således konstrueras så att förångade atomer och molekyler i stor utsträckning reflekteras tillbaka till katodytan och så att katodtemperaturen förblir måttlig även under själva startperioden.Evaporation of emission mass is relatively constant during continuous operation but occurs at increased speed after each start and within the following minutes due to the elevated cathode temperature. Thus, a cathode for a long-life tube must be designed so that vaporized atoms and molecules are largely reflected back to the cathode surface and so that the cathode temperature remains moderate even during the initial period itself.

Föreliggande uppfinning har till ändamål att lösa de ovan skisserade problemen och därigenom åstadkomma en för ett lysrör 10 15 20 30 35 40 1999213-5 avsedd katodkonstruktion som avsevärt ökar rörets livslängd.The present invention has for its object to solve the problems outlined above and thereby provide a cathode construction intended for a fluorescent tube which significantly increases the life of the tube.

Enligt uppfinningen uppnås detta därigenom att katodskärmen utgöres av ett burkformat hölje, i vars botten är upptagen en öppning för katodens införande i burkens inre, och genom att burkens öppna ände är tillsluten av en med ett centralt hål försedd skiva av elektriskt isolerande material, vilket hål har en diameter som är vald så liten som möjligt, företrädesvis 10-12 mm, under samtidigt hänsynstagande till att rörets startspänning ej får överskrida ett förutbestämt värde, samt genom att öppningen i katodskärmens botten har en area som är minst lika stor som skivans hâlarea. Med en katodenhet av detta slag uppnås en kraftigt förhöjd reflexion tillbaka till katodytan av från denna yta frigjorda atomer och molekyler, såväl sådana som frigjorts genom jonbom- bardenmng som sådana som förångats från katodytan.According to the invention, this is achieved in that the cathode shield consists of a can-shaped casing, in the bottom of which an opening is accommodated for insertion of the cathode into the interior of the can, and in that the open end of the can is closed by a central hole of electrically insulating material. has a diameter that is chosen as small as possible, preferably 10-12 mm, while taking into account that the starting voltage of the pipe must not exceed a predetermined value, and that the opening in the bottom of the cathode shield has an area that is at least equal to the holding area of the disc. With a cathode unit of this kind a greatly increased reflection is achieved back to the cathode surface of atoms and molecules released from this surface, both those released by ion bombardment and those evaporated from the cathode surface.

Katodskärmen består företrädesvis av järn eller nickel. Skivan, som dock måste utgöras av ett material som ej förstoftas vid jonbombardemang, består företrädesvis av glimmer.The cathode shield preferably consists of iron or nickel. The disc, which, however, must consist of a material which is not sputtered during ion bombardment, preferably consists of mica.

För att reducera svärtningen av rörväggens insida i högsta möjliga grad skall skivans hål ha så liten diameter som möjligt. Alltför liten håldiameter medför dock att lysrörets startspänning stiger på icke önskat sätt, varför det är att föredraga att skivans hål har en diameter som är vald så liten som möjligt under samtidig hänsynstagande till att rörets startspänning ej får överskrida ett förutbestämt värde. För ett normalt lysrör med en rördiameter på 38 m har lämpligaste håldiametern visat sig vara 10-12 mm.In order to reduce the blackening of the inside of the pipe wall as much as possible, the holes of the disc must have as small a diameter as possible. However, too small a hole diameter causes the fluorescent lamp starting voltage to rise in an undesired manner, so it is preferable for the disc hole to have a diameter that is chosen as small as possible while taking into account that the starting voltage of the tube must not exceed a predetermined value. For a normal fluorescent lamp with a tube diameter of 38 m, the most suitable hole diameter has been found to be 10-12 mm.

Eftersom oönskade kemiska reaktioner mellan emissionsmateri~ alet och gasformiga föroreningar inom röret helt kan fördärva rörets livslängd, är det av största vikt att man vid rörets till- verkning använder en effektiv pumpprocess för avlägsnande av alla spar av differenta gaser. Erfarenhetsmässigt vet man, att den effektivaste pumpprocessen uppnàs i en pumpautomat, där vakuumpumpning under hög värme kombineras med "intern pumpning" àstadkommen genom att kvicksilerdroppar doseras ned i det heta lysröret. När kvicksilverdropparna träffar lysröret förängas de explosionsartat och ger upphov till en diffusionspumpverkan i Iysröret. varigenom ytterst effektiv borttransport sker av för- oreningar. till- räcklig utsträckning är dock att katodskärmen inte verkar hämman- Förutsättningen för att detta skall äga rum i de pa den nyssnämnda pumpnrocessens effektivitet. Av denna an- ledning föredrages det att öppningen i katodskärmens botten har en area som minst är lika stor som skivans halarea.Since undesirable chemical reactions between the emission material and gaseous pollutants within the pipe can completely ruin the life of the pipe, it is of the utmost importance that an efficient pumping process is used in the manufacture of the pipe to remove all traces of different gases. It is known from experience that the most efficient pumping process is achieved in a pumping machine, where vacuum pumping under high heat is combined with "internal pumping" achieved by dosing mercury droplets into the hot fluorescent lamp. When the mercury droplets hit the fluorescent tube, they narrow explosively and give rise to a diffusion pumping action in the fluorescent tube. whereby extremely efficient removal of contaminants takes place. A sufficient extent is, however, that the cathode shield does not act as an inhibitor. The prerequisite for this to take place in the efficiency of the pump process just mentioned. For this reason, it is preferred that the opening in the bottom of the cathode shield has an area that is at least as large as the tail area of the disc.

Uppfinningen beskrivas närmare nedan i form av ett utförings- UXOmﬂPl och med hänvisning till den bifogade ritningen. Fig. l 10 15 20 25 30 35 40 rsoszis-6 visar ena änden av ett lysrör försett med en i enlighet med upp- finningen utförd katodenhet. fig¿_§a och gb visar i vertikalt tvärsnitt respektive underifrån en vid katodenheten använd katod- skärm. Fig. 3 visar i planvy en glimmerskiva avsedd att täcka den öppna änden av den i fig. 2a och 2b visade katodskärmen.The invention is described in more detail below in the form of an embodiment UXOm ﬂ P1 and with reference to the accompanying drawing. Fig. 1 10 15 20 25 30 35 40 rsoszis-6 shows one end of a fluorescent lamp provided with a cathode unit embodied in accordance with the invention. Figs and gb show in vertical cross-section and from below a cathode screen used at the cathode unit. Fig. 3 shows in plan view a mica disc intended to cover the open end of the cathode screen shown in Figs. 2a and 2b.

Fig. 4 är ett kurvdiagram som illustrerar startspänningens och svärtningsgradens beroende av glimmerskivans håldiameter.Fig. 4 is a graph illustrating the dependence of the starting voltage and the degree of blackening on the hole diameter of the mica disc.

I fig. 1_visas i snitt ena änden av ett lysrör utfört i en- lighet med uppfinningen. Rörets glasvägg 1 är vid sin ände på konventionellt sätt tillsluten av en fot 2, som samtidigt tjänar som bärorgan för de rörets katod 3 uppbärande katodstöden 4.Fig. 1 shows in section one end of a fluorescent lamp made in accordance with the invention. The glass wall 1 of the tube is closed at its end in a conventional manner by a foot 2, which at the same time serves as support means for the cathode supports 4 supporting the cathode 3 of the tube.

Dessa stöd, som är elektriskt ledande, är förbundna med tilled- ningstrådar 5 insmälta i foten 2, genom vilka ström kan bringas passera katoden 3 och upphetta denna. Katoden 3 omges av en katodskärm 6, som företrädesvis är av järn eller nickeh Skärmen 6 uppbäres av ett i foten 2 insmält stag 7 och är elektrisk iso- lerad från katoden 3. I ' Såsom tydligast framgår av fig. 2a och 2b har katodskärmen 6 formen av en burk, i vars botten upptagits en avlâng öppning 8 för införing av katoden 3 och delar av katodstöden 4. Katod- skärmens 6 öppna ände tillslutes med hjälp av en glimmerskiva 9, vars tjocklek företrädesvis uppgår till 0,10 - 0,15 mm. Såsom framgår av fig. 3 är glimmerskivan 9 försedd med ett centralt hål 10, företrädesvis av cirkulär form. För ett normalt lysrör med rördiametern 38 mm har hålet 10 en diameter på 10-12 mm.These supports, which are electrically conductive, are connected to lead wires 5 fused into the foot 2, through which current can be caused to pass the cathode 3 and heat it. The cathode 3 is surrounded by a cathode shield 6, which is preferably of iron or nickel. The shield 6 is supported by a strut 7 fused into the foot 2 and is electrically isolated from the cathode 3. in the form of a can, in the bottom of which an elongate opening 8 is received for insertion of the cathode 3 and parts of the cathode supports 4. The open end of the cathode screen 6 is closed by means of a mica disc 9, the thickness of which preferably amounts to 0.10 - 0.15 mm. As can be seen from Fig. 3, the mica disc 9 is provided with a central hole 10, preferably of circular shape. For a normal fluorescent lamp with a tube diameter of 38 mm, the hole 10 has a diameter of 10-12 mm.

Mindre diameter minskar visserligen svärtningen av rörväggens insida men höjer samtidigt startspänningen till oacceptabla värden, vilket illustreras i fig. 4, som visar dels startspän- ningen U,i volt, dels relativa svärtningsgraden S som funktion av hålets 10 diameter D10 i mm. Större hâldiameter sänker endast startspänningen obetydligt men höjer rörväggens svärtning avsevärt.Although smaller diameter reduces the blackening of the inside of the pipe wall but at the same time raises the starting voltage to unacceptable values, which is illustrated in Fig. 4, which shows both the starting voltage U, in volts, and the relative degree of blackening S as a function of hole 10 diameter D10 in mm. Larger holding diameter only lowers the starting voltage insignificantly but increases the blackening of the pipe wall considerably.

Det är av vikt att hålskivan 9 är av glimmer eller annat elektriskt oledande, icke gasavgivande material, eftersom jon- bombardemanget, om skivan vore exempelvis av järn, skulle ge upphov till ytterligare förstoftningsmaterial och därmed ökad svärtning av rörväggen.It is important that the perforated plate 9 is made of mica or other electrically non-conductive, non-gas-emitting material, since the ion bombardment, if the plate were, for example, of iron, would give rise to additional sputtering material and thus increased blackening of the pipe wall.

Med den ovan beskrivna konstruktionen uppnås ännu en fördel, nämligen under de halvperioder då spiralen 3 fungerar som anod.With the construction described above, another advantage is achieved, namely during the half periods when the spiral 3 functions as an anode.

Genom att urladdningen måste passera genom den hålförsedda 15 20 25 7999213-6 glimmerskivan 9 erhålles en kraftig ökning av elektrontätheten i närheten av den som anod fungerande spiralen 3, varvid anodfallet reduceras, vilket medför sänkt katodtemperatur och därmed minskad förângningshastighet.Because the discharge must pass through the perforated mica disc 9, a sharp increase in the electron density in the vicinity of the spiral 3 acting as an anode is obtained, whereby the anode drop is reduced, which results in lowered cathode temperature and thus reduced evaporation rate.

Såsom nämnts inledningsvis, är det önskvärt att röret evakue- ras med hjälp av en pumpprocess, vid vilken vakuumpumpning kombi- neras med."intern pumpning" åstadkommen genom att kvicksilver- droppar får träffa det heta röret. En dylik droppe visas schema- tiskt vid 11 i fig. 1. Då droppen träffar det upphettade lysröret (väggen 1 och/eller foten 2) förângas den explosionsartat, och den därvid bildade kvicksilverångan strömmar snabbt uppåt. Pilar- na 12, 13 anger schematiskt de i sammanhanget väsentligaste strömningsbanorna för ångan. För att vid emissionsskiktet befint- lig koldioxid - uppkommen genom omvandling från karbonater till oxider - effektivt skall bortledas, liksom för att den interna pumpningen skall bli effektiv, får den kvicksilverånga som föl- jer den med pilen 13 markerade vägen, ej hindras av den av katod- skärmen 6 och glimmerskivan 9 bildade konstruktionen. Av detta skäl bör glimmerskivans 9 hâldiameter överstiga 10 mm (för lys- rör med rördiametern 38 mm), varjämte katodskärmens 6 botten- öppning 8 måste ha en area som minst är lika stor som glimmer- skivans hålarea men företrädesvis större.As mentioned in the introduction, it is desirable for the pipe to be evacuated by means of a pumping process, in which vacuum pumping is combined with "internal pumping" effected by allowing mercury droplets to hit the hot pipe. Such a drop is shown schematically at 11 in Fig. 1. When the drop hits the heated fluorescent lamp (wall 1 and / or the foot 2), it evaporates explosively, and the mercury vapor thus formed flows rapidly upwards. Arrows 12, 13 schematically indicate the most important flow paths for the steam in this context. In order for the carbon dioxide present at the emission layer - arising from conversion from carbonates to oxides - to be effectively discharged, as well as for the internal pumping to be efficient, the mercury vapor that follows the path marked with arrow 13 must not be obstructed by the the cathode screen 6 and the mica disc 9 formed the structure. For this reason, the holding diameter of the mica disc 9 should exceed 10 mm (for fluorescent tubes with a tube diameter of 38 mm), and the bottom opening 8 of the cathode shield 6 must have an area at least equal to the hollow area of the mica disc but preferably larger.

Den ovan beskrivna katodkonstruktionen gör det möjligt att med bibehållande av normal bränntid på 3 timmar per inkoppling uppnå en livslängd som är 3-4 gånger större än vid konventionel- la lysrör.The cathode construction described above makes it possible to achieve a service life of 3-4 hours greater than with conventional fluorescent lamps, while maintaining a normal burning time of 3 hours per connection.

Claims

79:19:21 z-tfs b Patent claim

Cathode unit for fluorescent lamps with a cathode (3) fixedly mounted relative to the wall of the tube (1), which is surrounded by a cathode shield (6) not electrically connected to the cathode of electrically conductive material, characterized in that the cathode shield (6) consists of a can-shaped housing, in the bottom of which is accommodated an opening (8) for insertion of the cathode (3) into the interior of the can, and in that the open end of the can is closed by a disc (9) of electrically insulating material provided with a central hole (10), which hole (10) has a diameter which is chosen as small as possible, preferably 10-12 mm while taking into account that the starting voltage of the pipe must not exceed a predetermined value, and that the opening in the bottom of the cathode shield (6) has an area which is at least equal to the hole area of the disc (9).

Cathode unit according to Claim 1, characterized in that the cathode shield (6) consists of iron or nickel.

Cathode unit according to Claim 1 or 2, characterized in that the disc (9) consists of mica.