<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze voor het vervaardigen van een lagedrukkwikontladingslamp en lagedruk- kwikontladingslamp die met een dergelijke werkwijze is te vervaardigen.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een lagedrukkwikontladingslamp waarbij een kwikbevattende capsule wordt opgesteld in een stralingdoorlatend ontladingsvat, waarna het ontladingsvat van een edelgas wordt voorzien en gesloten, waarbij middelen voor het in stand houden van een elektrische ontlading in of nabij het ontladingsvat worden opgesteld, waarbij de capsule na het sluiten van het ontladingsvat wordt geopend.
De uitvinding heeft voorts betrekking op een lagedrukkwikontladingslamp voorzien van een gasdicht gesloten, stralingdoorlatend ontladingsvat, welk ontladingsvat een kwikbevattende ioniseerbare vulling heeft, waarbij in het ontladingsvat een capsule met een van een opening voorziene glazen wand is opgesteld, waarbij de lamp voorts is voorzien van middelen voor het in stand houden van een elektrische ontlading in een door het ontladingsvat omgeven ontladingsruimte.
In US 4 278 908 is een werkwijze beschreven voor het doseren van kwik in een conventionele lagedrukkwikontladingslamp, d. w. z. een lagedrukkwikontladingslamp voorzien van een buisvormig ontladingsvat waarin aan weerseinden een elektrode is opgesteld en waarbij van elke elektrode stroomtoevoergeleiders tot buiten het ontladingsvat treden. Volgens het Amerikaanse octrooischrift wordt het kwik gedoseerd met een glazen capsule, die van een geperforeerde metalen omhulling is voorzien en daarmee aan een eindgedeelte van het ontladingsvat is bevestigd. Volgens de bekende werkwijze wordt de capsule verhit door de lamp in een hoogfrequent magnetisch veld op te stellen.
In de metalen omhulling van de capsule ontstaan dan wervelstromen die een warmteontwikkeling tot gevolg hebben die de glazen capsule ter plaatse van de perforatie doet opensmelten zodat het daarin aanwezige kwik in het ontladingsvat beschikbaar komt.
Een bezwaar is dat de metalen omhulling van de capsule een extra onderdeel vormt dat extra kosten voor vervaardiging, opslag, transport en assemblage
<Desc/Clms Page number 2>
met zieh meebrengt.
Doel van de uitvinding is een werkwijze te verschaffen zoals die in de aanhef is beschreven en die het mogelijk maakt het genoemde bezwaar te ondervangen.
Volgens de uitvinding heeft de werkwijze zoals die in de aanhef is beschreven daartoe het kenmerk, dat de capsule wordt geopend door deze te bestralen via een wandgedeelte van het ontladingsvat. Met behulp van een stralingsbundel kan de wand van de capsule bijvoorbeeld op een nauwkeurig gedefinieerde plaats verhit worden zodanig dat de wand op die plaats smelt en een opening in de capsule wordt gevormd.
Anderszins kan de capsule door een stralingsbundel worden doorsneden. Voor de capsule kan met een enkel onderdeel worden volstaan, bijvoorbeeld van keramiek of van metaal, hetgeen de konstruktie van de lamp vereenvoudigt. Daar met een laser zeer gemakkelijk nauwkeurig gebundelde straling van een hoge intensiteit verkregen kan worden leent deze stralingsbron zieh uitstekend voor toepassing bij deze werkwijze. Bij voorkeur levert de stralingsbron in hoofdzaak straling binnen een golflengtebereik van
100 nm tot 5. um.
Volgens een uitvoeringswijze van de werkwijze volgens de uitvinding wordt met een stralingsbron een zieh vemauwende stralingsbundel in het genoemde golflengtebereik op de capsule gericht, zodanig dat de bundel op de plaats waar deze door het wandgedeelte van het ontladingsvat treedt wijd is ten opzichte van een brandvlek van de bundel die met de wand van de capsule samenvalt. Ook als het wandgedeelte van het ontladingsvat en de wand van de capsule de straling dan in ongeveer gelijke mate absorberen kan het genoemde wandgedeelte toch voldoende koel blijven om vervorming ervan te vermijden terwijl de wand van de capsule voldoende sterk verhit wordt om hem open te doen smelten.
Om absorptie van straling in het wandgedeelte van het ontladingsvat te beperken is het gunstig als het wandgedeelte van het ontladingsvat op de genoemde plaats relatief dun is ten opzichte van de wand van de capsule. Bij de genoemde uitvoeringswijze is de intensiteit van de straling ter plaatse van de wand van de capsule afhankelijk van de afstand tot de stralingsbron, zodat de lamp nauwkeurig gepositioneerd moet worden tijdens het bestralen.
Een verder doel van de uitvinding is dan ook een lamp van de in de aanhef beschreven soort te verschaffen die zieh met de werkwijze volgens de uitvinding
<Desc/Clms Page number 3>
relatief gemakkelijk laat vervaardigen.
Volgens de uitvinding heeft de lagedrukkwikontladingslamp van de in de aanhef beschreven soort daartoe het kenmerk, dat de capsule van buiten het ontlading- vat via een wandgedeelte van het ontladingsvat bereikbaar is voor straling van althans een golflengte in een bereik van 100 nm tot 5 m en dat de wand van de capsule voor die straling een relatief hoge absorptiecoefficient heeft, d. w. z. tenminste het tienvoudige van die van het wandgedeelte van het ontladingsvat. Onder de absorptiecoefficient van een materiaal wordt verstaan de reciproke waarde van de dikte van dat materiaal die nodig is om een fraktie l-e (-0. 632) van de straling te absorberen.
Door de relatief hoge absorbtiecoeficient van de wand van de capsule t. o. v. die van het wandgedeelte van het ontladingsvat kan de capsule desgewenst met een evenwijdige stralingsbundel worden bestraald, zodat de intensiteit van de straling ter plaatse van, de capsule nauwelijks afhankelijk is van de afstand tot de stralingsbron. Een nog grotere tolerantie ten opzichte van de plaats kan worden gerealiseerd als de lamp in wording zieh tijdens bestraling verplaatst, bij voorkeur in een richting dwars op een lengterichting van de capsule. Een glazen capsule voorzien van een kwikbevattende vulling laat zieh gemakke- lijker vervaardigen dan een capsule van keramiek of van metaal. Introductie van verontreinigingen in het ontladingsvat kan bij toepassing van een glazen capsule relatief gemakkelijk vermeden worden.
Gunstig is een lage smelttemperatuur van het glas van de capsule, d. w. z. de temperatuur waarbij de viscositeit 100 dPa bedraagt. De capsules kunnen dan met een relatief laag vermogen van de stralingsbron toch snel worden geopend.
Het ontladingsvat kan behalve de ontladingsruimte voorts verdere, daarmee communicerende ruimten omgeven. Het ontladingsvat is bijvoorbeeld van een uitstulping voorzien die tijdens vervaardiging van de lamp als pompstengel dienst heeft gedaan.
De capsule kan bijvoorbeeld bij de vervaardiging van de lamp worden verwijderd na dienst te hebben gedaan bij het doseren van kwik. Anderszins kan de capsule in de gerede lamp achterblijven. Bij lampen waarvan de capsule een amalgaam bevat, is het gunstig als de capsule in een uitstulping van het ontladingsvat is opgesteld.
Afhankelijk van de afstand van de capsule tot de andere onderdelen van de lamp kan het amalgaam in de capsule een relatief lage temperatuur hebben. Anderszins kan de capsule meer centraal in het ontladingsvat, bijvoorbeeld in de ontladingsruimte, zijn
<Desc/Clms Page number 4>
opgesteld. Een dergelijke uitvoeringsvorm kan gunstig zijn als de capsule uitsluitend werd gebruikt om kwik te doseren of als de capsule een amalgaam bevat dat de voor optimaal bedrijf van de lamp benodigde kwikdampdruk bij een relatief hoge temperatuur stuurt. In het geval dat het ontladingsvat van een luminescerende laag is voorzien kan daarin een venster zijn aangebracht om bij de vervaardiging van de lamp straling van buiten het ontladingsvat tot de capsule toe te laten.
Een in de lamp achterblijvende capsule is bij voorkeur daarin vastgezet.
Een losse capsule kan de suggestie wekken dat de lamp defect is. In het geval dat de capsule een amalgaam bevat kunnen veranderingen in de brandstand bij een losse capsule variaties in de amalgaamtemperatuur en daarmee in de kwikdampdruk tot gevolg hebben. De capsule kan bijvoorbeeld door versmelten in het ontladingsvat worden bevestigd.
Een aantrekkelijke uitvoeringsvorm van de lagedrukkwikontladingslamp volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de capsule aan een opgebold gedeelte ervan in een uitstulping van het ontladingsvat is geklemd. De bedrijfstemperatuur van het amalgaam vertoont dan slechts geringe variaties bij veranderingen in de brandstand van de lamp. Nog betrouwbaarder is de instelling van de bedrijfstemperatuur van het amalgaam als het amalgaam ook een vaste positie ten opzichte van de capsule inneemt.
Dit kan worden gerealiseerd door het amalgaam, bijvoorbeeld tijdens de werkwijzestap voor het opbollen van de capsule, door bestraling voldoende te verhitten om het amalgaam in de capsule te doen vastsmelten. Daarbij kan het amalgaam zelf worden bestraald, dan wel indirekt worden verhit door warmte die het amalgaam bereikt bij bestraling van de capsule.
Een lamp van een dergelijke uitvoeringsvorm volgens de uitvinding laat zieh gemakkelijk vervaardigen met een werkwijze die volgens de uitvinding het kenmerk heeft, dat de kwikbevattende capsule in een uitstulping van het ontladingsvat wordt opgesteld en dat de capsule na het afsluiten van het ontladingsvat en vòòr het openen van de capsule door bestraling via een wandgedeelte van de uitstulping zodanig wordt verhit dat het glas van de wand van de capsule verweekt en onder invloed van de daarin heersende kwikdampdruk opbolt waarbij deze zieh tegen het binnenoppervlak van de uitstulping vastzet. De capsule kan b. v. worden bestraald door het ontladingsvat en daarmee de daarin opgesloten capsule een bundel te laten passeren, zodat de capsule gedurende het tijdsinterval dat deze in de bundel aanwezig is wordt bestraald.
Anders-
<Desc/Clms Page number 5>
zins kan het ontladingsvat met de capsule een vaste plaats innemen in de bundel terwijl de stralingsbron geactiveerd is. Om de capsule rondom gelijkmatig te verhitten kunnen bijvoorbeeld meer stralingsbronnen rondom de capsule zijn opgesteld. Anderszins kan het ontladingsvat tijdens de bestraling worden geroteerd.
Bij een relatief nauwe uitstulping kunnen tijdens het openen van de capsule thermische spanningen in de uitstulping van het ontladingsvat ontstaan als gevolg van daar tegen botsende gesmolten deeltjes van de capsule. Gunstig is het als de capsule in hoofdzaak vanuit een richting wordt bestraald. Door de eenzijdige verhitting van de capsule bolt deze hoofdzakelijk in de genoemde richting op en neemt daarmee een excentrische opstelling binnen de uitstulping van het ontladingsvat in. Een resterend, ¯niet opgebold gedeelte van de capsule dat eveneens naar die richting is toegekeerd heeft daardoor een relatief grote afstand tot het binnenoppervlak van de uitstulping.
Indien de capsule in het genoemde niet opgebolde gedeelte door bestraling wordt geopend vermindert de relatief grote afstand de kans op thermische spanningen.
Een aantrekkelijke uitvoeringsvorm van de lagedrukkwikontladingslamp volgens de uitvinding heeft derhalve het kenmerk, dat de capsule een opening heeft die naar een richting is toegekeerd en dat de capsule naast de opening in die richting is opgebold.
Bij voorkeur vindt het opbollen van de capsule kort voor het openen van de capsule plaats. De relatief hoge kwikdampdruk in de capsule vergemakkelijkt dan het ontstaan van een opening.
Het is gunstig als de capsule straling met een golflengte in een interval van ongeveer cm tot ongeveer 1. 5 ", m relatief sterk absorbeert. In dit gebied hebben thermische stralers een relatief sterke vermogensdichtheid. Bij toepassing van een glazen capsule kan dit bijvoorbeeld worden gerealiseerd als het glas van de capsule enkele gew. % van de oxides FeO, CuO en/of V203 bevat.
Bij voorkeur is de capsule voor althans een gedeelte van het zichtbare spectrum lichtdoorlatend. Dit vereenvoudigt inspektie van de inhoud van de capsule.
Gunstig is het als de nog gesloten capsule gevuld is met een inert gas, bijvoorbeeld een edelgas, met een vuldruk van ongeveer 1 mbar tot ongeveer 100 mbar.
Door de capsules een hoogfrequent magnetisch veld te laten passeren kunnen lekke capsules gemakkelijk worden onderscheiden. Tijdens passeren van het veld vertonen in takt zijnde capsules in tegenstelling tot lekke exemplaren een duidelijk zichtbare
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
gasontlading, aan de hand waarvan de lekke capsules met behulp van automatische detectiemiddelen uit het produktieproces zijn te verwijderen.
Deze en andere aspekten van de uitvinding zijn nader toegelicht aan de hand van de tekening. Daarin toont Figuur 1 een perspektivisch aanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van de lagedrukkwikontladingslamp volgens de uitvinding Figuur 2 een detail van de lamp van Figuur 1 volgens n in zijaanzicht Figuur 3A t/m 3C stappen van een uitvoeringswijze van de werkwijze volgens de uitvinding Figuur 3D stappen van een verdere uitvoeringswijze yan de werkwijze volgens de uitvinding Figuur 4 een tweede uitvoeringsvorm van de lagedrukkwikontladingslamp volgens de uitvinding.
De in Figuur 1 getoonde lagedrukkwikontladingslamp is voorzien van een gasdicht gesloten, stralingdoorlatend ontladingsvat 10 van kalkglas. In casu is het, buisvormige ontladingsvat in de vorm van een haak gebogen. Het ontladingsvat 10 is voorzien van een ioniseerbare vulling van kwik en argon. Het ontladingsvat 10 is aan een inwendig oppervlak voorzien van een luminescerende laag 19. In het ontladingsvat 10, in casu in een buisvormige uitstulping 12 ervan, is een capsule 20 opgesteld met een wand 21 van een kalkglas dat 4. gew% FeO bevat (Zie ook Figuur 2). In de wand 21 van de capsule 20 is een opening 24 gesmolten. De capsule 20 die een lengte van 13 mm, een inwendige diameter van 1. mm en een wanddikte van 0. mm heeft, bevat een amalgaam 23 van bismuth, indium en kwik. De smelttemperatuur van het glas van de capsule is 1490"C.
De lamp is voorts voorzien van middelen voor het in stand houden van een elektrische ontlading in een door het ontladingsvat 10 omgeven ontladingsruimte 13. In de getoonde uitvoeringsvorm zijn de middelen gevormd door een elektrodepaar 31A, 31B dat in de ontladingsruimte 13 is opgesteld. Vanaf elke elektrode 31A, 31B treden stroomtoevoergeleiders 32A, 32A' 32B, 32B'tot buiten het ontladingsvat 10.
De lagedrukkwikontladingslamp heeft het kenmerk, dat de capsule 20 van
<Desc/Clms Page number 7>
buiten het ontladingsvat 10 via een wandgedeelte 11 van het ontladingsvat 10 bereikbaar is voor straling van althans een golflengte in een bereik van 100 nm tot 5 um en dat de wand 21 van de capsule 20 voor die straling een relatief hoge absorptiecoefficient heeft t. o. v. die van het wandgedeelte 11 van het ontladingsvat. Bij de getoonde lamp heeft het glas van de capsule voor het golflengtebereik van 0. 9 tot 1. 5 jim een absorptiecoeffi- cient die tenminste 2. 69 mm-1 bedraagt. De absorptiecoeficient van het wandgedeelte van het ontladingsvat bedraagt in dat golflengtebereik ten hoogste 0. 0074 mm-1.
Behoudens een geringe reflektie van ongeveer 5 % kan straling in het genoemde golf- lengtebereik de wand 21 van de capsule 20 derhalve nagenoeg ongehinderd bereiken en wordt in de 0. 3 mm dikke wand 21 van de capsule 20 ongeveer 50% van de straling geabsorbeerd.
De capsule 20 heeft een opgebold gedeelte 22, waÅarmee het in de uitstulping 12 is geklemd (Zie ook Fig. 3C).
Bij de vervaardiging van de lamp werd de glazen capsule 20 aangebracht in een buisvormige uitstulping 12 (Zie Figuur 3A) van het ontladingsvat 10 en tussen eerste indeukingen 14 en tweede indeukingen 14' (gestippeld weergegeven) in de uitstulping 12 aan weerszijden vastgehouden. De capsule 20 bevatte een amalgaam 23 van 60 mg van de legering Bino (at/at) met 3 mg kwik en argon met een druk van 10 mbar.
Nadat het ontladingsvat 10 via de uitstulping 12 geevakueerd en van een vulling van een edelgas was voorzien werd het ontladingsvat gesloten door de uitstulping 12 aan zijn vrije einde 12A, ter plaatse van de tweede indeukingen, dicht te smelten.
Vervolgens werd de capsule 20 gedurende 8 sekonden met infrarode straling 40 van buitenaf verhit (Figuur 3B). Daarbij werden thermische infrarodestralingsbronnen (niet getoond) met een vermogen van 2 kW toegepast waarvan de straling werd gebundeld tot een brandlijn 41 met een lengte van 175 mm en een breedte van 2. 5 mm. Het ontladingsvat werd tussen twee van die, tegenover elkaar opgestelde, infrarodestralingsbronnen opgesteld waarbij de brandlijnen van de bronnen samenvielen en waarbij de uitstulping 12 van het ontladingsvat zieh dwars in de gemeenschappelijke brandlijn 41 van de infraroodstralingsbronnen uitstrekte. Tijdens de bestraling verweekte het glas van de capsule 20 zieh, waarna dit onder invloed van de dampdruk van het in de capsule aanwezige kwik opbolde en de capsule 20 zieh tegen het binnenoppervlak 15 van de uitstulping 12 vastzette.
De capsule 20 neemt daardoor een vaste positie ten opzichte van het ontladingsvat 10 in. Hierdoor is vermeden dat losse onderdelen
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
hoorbaar zijn. De vaste positie van de capsule 20 bewerkstelligt bovendien een betrouwbare instelling van de bedrijfstemperatuur van het amalgaam 23. De capsule 20 kan tijdens de werkwijzestap voor het opbollen ervan tegen indeukingen 14 of tegen het vrije einde 12A steunen. Tijdens de werkwijze-stap voor het opbollen van de capsule 20 smolt het amalgaam 23 in de capsule vast door warmte die de bestraalde capsule door geleiding aan het amalgaam afstond. Het amalgaam 23 neemt daardoor in de capsule 20 een vaste positie in hetgeen bijdraagt aan de betrouwbaarheid van de instelling van de bedrijfstemperatuur van het amalgaam.
In casu nam het ontladingsvat tijdens bestraling een vaste positie in, maar anderszins kan het ontladingsvat bijvoorbeeld langs de brandlijn getransporteerd worden. De lamp kan tijdens het bestralen geroteerd worden om een gelijkmatige verhitting van de capsule te bevorderen.
Vervolgens werd de lamp met de buisvormige uitstulping 12 met een snelheid van 8 mm/s langs een stralingsbundel 42 van een Nd-YAG laser gevoerd (Zie Figuur 3C). De stralingsbundel had een vermogen van 30 W en een diameter van 0. mm. De golflengte van de straling van de bundel 1064 nm. De door absorptie van de straling in de wand 21 van de capsule 20 ontwikkelde warmte deed het glas smelten en een opening 24 in de wand 21 van de capsule 20 ontstaan. Als gevolg van de nog relatief hoge dampdruk van het in de capsule 20 aanwezige kwik werd een naar buiten gestulpte rand 25 rond de opening 24 van de capsule 20 gevormd. In de beschreven uitvoeringswijze werd een continue laser gebruikt. Anderszins kan echter een pulsbedreven laser worden toegepast.
In plaats van het ontladingsvat 10 van de lamp van een vulling van een edelgas te voorzien voordat dit is gesloten, kan de edelgasvulling vanuit de capsule worden aangebracht na sluiten van het ontladingsvat.
Een variant van de in Figuur 3B getoonde werkwijzestap is getoond in Figuur 3D. Onderdelen daarin die korresponderen met die van Figuur 3B en 3C hebben een verwijzingscijfer dat 100 hoger is. Volgens de in Figuur 3D getoonde werkwijzestap wordt de capsule 120 opgebold door deze in hoofdzaak vanuit een richting R te bestralen. Door de eenzijdige verhitting van de capsule 120 bolt deze zieh hoofdzakelijk op in die richting R en neemt daarmee een excentrische opstelling binnen de uitstulping 112 van het ontladingsvat 110 in. Vervolgens wordt met een laserbundel 142 vanuit in hoofdzaak dezelfde richting R een opening 124 aangebracht in een resterend, niet opgebold gedeelte 120T van de capsule 120 dat eveneens naar die richting R is toegekeerd.
Door de relatief grote afstand tussen het gedeelte 120T en het binnenop-
<Desc/Clms Page number 9>
pervlak 115 van de uitstulping 112 van het ontladingsvat is de kans op thermische spanningen in de uitstulping gering.
In Figuur 4 hebben onderdelen die overeenkomen met die uit Figuur 1 een verwijzingscijfer dat 200 hoger is. In de in Figuur 4 getoonde uitvoeringsvorm van de lamp volgens de uitvinding heeft het ontladingsvat 210 een peervormig omhullend gedeelte 216 en een buisvormig ingestulpt gedeelte 217 dat via een flensvormig gedeelte 218 met het omhullende gedeelte 216 is verbonden. Aan het flensvormige gedeelte 218 van het ontladingsvat 210 is in een uitstulping 212 een capsule 220 opgenomen. De capsule 220 is via het wandgedeelte 211 dat gevormd wordt door de uitstulping 212 bereikbaar voor straling van althans een golflengte in een bereik van 100 nm tot 5 gm.
De wand 221 van de capsule 220 heeft voor die straling een relatief hoge absorptiecoefficient t. o. v. die van het wandgedeelte 211 van het ontladingsvat 210. De capsule 220 werd op overeenkomstige wijze in de uitstulping 212 bevestigd en geopend als is beschreven aan de hand van Fig 3A t/m 3C. In het ingestulpte gedeelte 217, buiten een door het ontladingsvat 210 omgeven ontladingsruimte 213, is een spoel 233 voorzien van een wikkeling 234 van een elektrische geleider opgesteld die middelen voor het in stand houden van een elektrische ontlading in de ontladingsruimte 213 vormt. De spoel 233 wordt tijdens bedrijf via stroomtoevoergeleiders 232, 232'gevoed met een hoogfrequent spanning, d. w. z. met een frequentie groter dan ongeveer 20 kHz, b. v. met een frequentie van ongeveer 3 MHz.
De spoel 233 omgeeft een kern 235 van zachtmagnetisch materiaal (gestippeld weergegeven). Anderszins kan een kern afwezig zijn.
In een verdere uitvoeringsvorm is de spoel bijvoorbeeld in de ontladingsruimte opgesteld.