CZ95797A3

CZ95797A3 - Vysokotlaká výbojka a způsob její výroby

Info

Publication number: CZ95797A3
Application number: CZ97957A
Authority: CZ
Inventors: Norikazu Niimi; Michio Asai
Original assignee: Ngk Insulators, Ltd.
Priority date: 1996-05-16
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-01-14
Also published as: CN1275791A; JP3151166B2; EP0807957B1; JPH1031978A; CN1166045A; EP0807957A2; US6224449B1; US6057644A; DE69713453T2; DE69713453D1; CZ294773B6; EP0807957A3

Description

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká vysokotlakých výbojek používajících keramické trubice a způsobů výroby takových výboj ek.

Dosavadní stav techniky

U vysokotlakých výbojek shora uvedeného druhu jsou do obou koncových částí keramické trubice vloženy uzavírací prvky (běžně nazývané keramické zátky nebo zástrčky), aby uzavíraly tyto koncové části, v každém z těchto uzavíracích prvků je vytvořen průchozí otvor a do tohoto průchozího otvoru je vložen kovový proudový vodič, který má k sobě upevněn daný elektrodový systém. Ionizovatelný světlo vyzařující materiál je uzavřen ve vnitřním prostoru keramické trubice výbojky. Jako takové vysokotlaké výbojky jsou známé, například, sodíkové vysokotlaké výbojky, halogenové výbojky a podobně. Zejména halogenové výbojky mají dobré vlastnosti podání barev. Použití keramiky jako materiálů pro vysokotlaké trubice umožnilo použití takových vysokotlakých výbojek při vysokých teplotách.

U těchto výbojek je nezbytné vytvořit těsnění neprostupné pro plyn mezi koncovými částmi keramické trubice výbojky a odpovídajícími přídržnými prvky elektrodové jednotky. Hlavní část keramické trubice výbojky má trubkový tvar nebo válcový tvar, 'jehož obě koncové části mají menší rozměr, nebo tvar přímého válce. Keramická trubice výbojky je vyrobena, například, ze slinutého tělesa z oxidu hlinitého.

2₀ Za účelem utěsnění koncových částí keramické trubice výbojky je, například, v patentovém spisu JP-A-6 318435 popsána následující struktura. Uzavírací prvky jsou vloženy do vnitřků koncových částí keramické trubice výbojky a jsou zde uchyceny. V každém uzavíracím prvku je v jeho axiálním směru vytvořen průchozí otvor a do tohoto průchozího otvoru je pevně vložen přídržný prvek jehlové elektrodové jednotky. Uzavírací prvek je vyroben z cermetu, který obsahuje jak oxid hlinitý tak i kov, který tvoří přídržný prvek elektrodového systému, v takovém daném poměru, že součinitel teplotní roztažnosti uzavíracího prvku může spadat do intervalu mezi součinitel teplotní roztažnosti přídržného prvku elektrodové jednotky a součinitel teplotní roztažnosti keramické trubice výbojky.

Při vytváření shora popsané těsnící struktury je postupováno tak, aby vnitřní průměr každé koncové části keramické trubice výbojky byl mírně menší než vnější průměr uzavíracího prvku, pokud je keramická trubice výbojky vypalována v takovém stavu, že předlisek uzavíracího prvku není vložen do předlisku keramické trubice výbojky. Následně je uzavírací prvek pevně radiálně směrem dovnitř utěsněn a uchycen uvnitř koncové časti keramické trubice výbojky. Stejně se postupuje u uzavíracího prvku a přídržného prvku elektrodové jednotky.

Předkladatelé vynálezu ale dále prohloubili výzkumy v oblasti těchto těsnicích struktur, přičemž bylo zjištěno, že tyto struktury v sobě zahrnují následující problémy. Tak například, přestože uzavírací prvek a přídržný prvek elektrodové jednotky jsou utěsněny na základě tlaku mezi těmito prvky, nesporně spolehlivost těsnící části se dále zlepšuje v závislosti na rozdílu teplotní roztažnosti, protože výbojka opakovaně prochází množstvím cyklů mezi vypnutím a zapnutím. Zejména v případě halogenidů, které mají velkou schopnost způsobit korozi, musí být vytvořena těsnící struktura, která má velkou odolnost proti korozi a vysokou spolehlivost.

Podstata vynálezu

Cílem předkládaného vynálezu je navrhnout novou těsnící strukturu pro vysokotlakou výbojku, přičemž tato těsnící struktura bude mít vysokou odolnost proti korozi a vysokou spolehlivost proti halogenidům bez podstatného ovlivnění tepelného napětí mezi uzavíracím prvkem a keramickou trubicí výbojky.

Podstata vysokotlaké výbojky podle předkládaného vynálezu spočívá v tom, že zahrnuje keramickou trubici výbojky, která má vnitřní prostor naplněný ionizovatelným světlo vyzařujícím materiálem a startovacím plynem, uzavírací prvky, z nichž každý je alespoň částečně upevněn k vnitřní straně odpovídající jedné z koncových částí keramické trubice výbojky a z nichž každý má v sobě vytvořen průchozí otvor, vodivé prvky vložené do nebo skrz průchozí otvory uzavíracích prvků, a elektrodové jednotky umístěné ve vnitřním prostoru, přičemž materiál uzavíracích prvků je stejný jako materiál keramické trubice výbojky a každý z uzavíracích prvků je pro plyn nepropustně spojen s odpovídajícím vodivým prvkem prostřednictvím kovové vrstvy.

Navíc se předkládaný vynález dále týká způsobu výroby shora popisované vysokotlaké výbojky, přičemž podstata tohoto způsobu spočívá v tom, že zahrnuje následující kroky: vložení vodivých prvků do nebo skrz průchozí otvory nevypálených předlisků odpovídajících uzavíracích prvků; vytvoření kovových vrstev mezi průchozími otvory těchto nevypálených předlisků a odpovídajícími vodivými prvky; a potom integrální vypalování nevypálených předlisků, kovových vrstev a vodivých prvků.

Vysokotlaká výbojka podle dalšího aspektu předkládaného vynálezu je rovněž charakterizována tím, že zahrnuje keramickou trubici výbojky, která má vnitřní prostor naplněný ionizovatelným světlo vyzařujícím materiálem a startovacím plynem, vodivé prvky vložené do nebo skrz průchozí otvory keramické trubice výbojky v koncových částech, a elektrodové jednotky umístěné ve vnitřním prostoru, přičemž koncové části keramické trubice výbojky a každý z vodivých prvků jsou pro plyn nepropustně spojeny dohromady prostřednictvím kovové vrstvy.

Předkládaný vynález se rovněž týká způsobu výroby této shora popsané vysokotlaké výbojky, přičemž tento způsob je charakterizován tím, že zahrnuje následující kroky: vložení vodivých prvků do nebo skrz průchozí otvory nevypáleného předlisků keramické trubice výbojky; vytvoření vrstev kovového materiálu mezi průchozími otvory nevypáleného předlisků a povrchy odpovídajících vodivých prvků; a potom integrální vypalování nevypáleného předlisků, kovového materiálu a vodivých prvků.

Předkladatelé vynálezu vzali do úvahy technickou myšlenku, že materiál uzavíracích prvků upevněných ke koncovým částem keramické trubice výbojky je stejný jako materiál keramické trubice výbojky, a že uzavírací prvky jsou pro plyn nepropustně spojeny s odpovídajícími vodivými prvky prostřednictvím kovových vrstev. Prostřednictvím experimentů bylo zjištěno, že bylo dosaženo extrémně vysoké nepropustnosti pro plyn mezi uzavíracími prvky a odpovídajícími vodivými prvky, a že vysokotlaká výbojka si stále udržovala vysokou spolehlivost dokonce i když opakovaně prochází množstvím cyklů mezi zapnutím a vypnutím.

Předkladatelé vynálezu mohli navrhnout předkládaný vynález na základě shora uvedených zjištění.

Předkladateli vynálezu bylo dále zjištěno, že pokud byl vodivý prvek přímo a pro plyn nepropustně upevněn k vnitřní straně koncové části keramické trubice výbojky θ prostřednictvím kovové vrstvy, byla udržována extrémně vysoká nepropustnost pro plyn mezi keramickou trubicí a vodivým prvkem, a že vysokotlaká výbojka si stále udržovala vysokou spolehlivost dokonce i když opakovaně prochází množstvím cyklů mezi zapnutím a vypnutím. Díky tomu je možné dosáhnout 5 extrémně velkého využití v průmyslovém měřítku, protože tak může být vypuštěn uzavírací prvek, čímž se zmenšuje množství součástí a daný výrobní postup tak může být podstatně zj ednodušen.

Navíc je tato technika extrémně účinná při vytváření kompaktních vysokotlakých výbojek. To znamená, že rozměr na šířku vysokotlaké výbojky je omezen rozměrem její koncové části. Protože ale byl uzavírací prvek vložen do nebo skrz vnitřní stranu koncové části keramické trubice výbojky, bylo obtížné vytvořit rozměr keramické trubice výbojky menší ve 5 směru šířky než byl určitý limit, a následně bylo obtížné vytvořit objem vnitřního prostoru keramické trubice výbojky menší než byla daná úroveň. Výsledkem bylo, že pokud byl výstup konkrétně potlačen na hodnotu ne větší než 25 W, byla účinnost světelného vyzařování uvnitř prostoru keramické trubice výbojky podstatně snížena. Podle předkládaného vynálezu, protože keramická trubice výbojky může být vyrobena kompaktní oproti shora uvedenému příkladu, je vynález epochální v tom, že může být jako komerční výrobek nyní nabízena i vysokotlaká výbojka, která malou výstupní úroveň, to jest ne větší než 25 W.

Funkce a účinky předkládaného vynálezu budou uvedeny níže. Je zde přirozeně podstatný rozdíl v teplotní roztažnosti mezi keramikou, která má být použita pro světlo vyzařující trubice nebo uzavírací prvky, a vodivými prvky, a tento rozdíl teplotní roztažnosti může být příčinou unikání, pokud je výbojka podrobena opakovaným cyklům mezi zapínáním a vypínáním. V tomto ohledu je podle konstrukce předkládaného vynálezu, oproti běžným technikám, vytvořeno spojení nejen prostřednictvím lisovaného uložení ale také chemicky prostřednictvím kovové vrstvy. Navíc, protože tato kovová vrstva není úplně tuhým materiálem, působí pro zmírnění tepelného napětí vznikajícího v tomto spojeném vzájemném styku. Ještě navíc, protože tato kovová vrstva má vynikající odolnost proti korozi proti plynu na bází halogenidů nebo podobně, poskytuje vynikající těsnící účinek a vysokou trvanlivost.

Tyto a další cíle, znaky a výhody předkládaného vynálezu budou podrobněji vysvětleny v následujícím popisu výhodných provedení vynálezu ve spojení s připojenými výkresy, přičemž je zřejmé, že osoby znalé v oboru, které se předkládaný vynález týká, mohou v rozsahu vynálezu vždy provést určité modifikace, změny a úpravy.

Přehled obrázků na výkresech

Obr.l je půdorysný pohled, který schematicky znázorňuje jedno provedení celé struktury vysokotlaké výbojky;

Obr.2 (a) a obr. 2 (b) jsou pohledy v řezech pro znázornění, ve zvětšeném měřítku, oblastí kolem koncových částí keramických trubic výbojek podle dalších provedení předkládaného vynálezu;

Obr.3 (a) a obr. 3(b) jsou pohledy v řezech pro znázornění, ve zvětšeném měřítku, oblastí kolem koncových částí keramických trubic výbojek podle ještě dalších provedení předkládaného vynálezu;

Obr.4 (a) a obr. 4 (b) jsou pohledy v řezech pro schematické znázornění vysokotlakých výbojek podle výhodných provedení předkládaného vynálezu;

Obr.5(a) a obr. 5(b) schematické vysokotlakých jsou pohledy v znázornění výbojek podle řezech pro dalších výhodných provedení předkládaného vynálezu;

Obr.6(a) je pohled v řezu pro znázornění laminátové struktury keramické trubice 11, 21, 22 výbojky nebo uzavíracího prvku 14 a vodivého prvku 5 (16, 30) přes kovovou vrstvu 15 (19);

Obr.6(b) je schematické znázornění mikrostruktury pohledu v řezu na obr. 6 (a);

Obr.7(a) je pohled v řezu pro znázornění laminátové struktury keramické trubice 11, 21, 22 výbojky nebo uzavíracího prvku 14 a vodivého prvku 5 (16, 30) přes kovovou vrstvu 15 (19);

Obr.7(b) je schematické znázornění mikrostruktury pohledu v řezu na obr. 7(a);

Obr.8 je postupový diagram pro ilustraci výhodného provedení způsobu výroby vysokotlaké výbojky podle předkládaného vynálezu;

Obr.9 je postupový diagram pro ilustraci dalšího výhodného provedení způsobu výroby vysokotlaké výbojky podle předkládaného vynálezu; a

Obr.10 je postupový diagram pro ilustraci dalšího výhodného provedení způsobu výroby vysokotlaké výbojky podle předkládaného vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Předkládaný vynález bude nyní podrobněji vysvětlen

Vodivý prvek může být přídržný prvek elektrodové jednotky, ke kterému je přímo upevněna elektrodová jednotka, nebo trubkový prvek, do nebo skrz který má být vložen takový přídržný prvek elektrodové jednotky, který má k sobě přímo upevněnou tuto elektrodovou jednotku. Žádné zvláštní omezení není zadáno pro vodivý prvek. Jako odpovídající již známý příklad může být uvedena technika popsaná v patentovém spisu JP-A 6-318435.

c

Jako materiálu pro vodivý prvek může být použito množství kovů s vysokou teplotou tání a vodivých keramik. Z hlediska vodivosti jsou výhodné kovy s vysokou teplotou tání. Z těchto kovů s vysokou teplotou tání je výhodný jeden nebo více druhů kovů vybraných ze skupiny sestávající z molybdenu,

Π . · · · wolframu, rhenia, niobu, tantalu a jejich slitin.

Mezi těmito kovy je známo, že přestože niob a tantal mají součinitele teplotní roztažnosti téměř v oblasti součinitelů teplotních roztažnosti keramik, které tvoří keramické trubice výbojek, zejména keramiky s obsahem oxidu 15 hlinitého, je pravděpodobné, že niob a tantal budou podléhat korozi při působení halogenidů. Za účelem prodloužení životnosti vodivého prvku je tedy výhodné vytvořit vodivý prvek z kovu vybraného ze skupiny sestávající z molybdenu, wolframu, rhenia a jejich slitin. Tyto kovy, které mají ²⁰ vysokou odolnost proti korozi proti halogenidům, mají ovšem obecně malé součinitele teplotní roztažnosti. Například je součinitel teplotní roztažnosti keramiky s obsahem oxidu hlinitého 8 x 10⁶K^_:L a součinitel roztažnosti molybdenu není větší než 6 x 10'⁶K^_1.

Pokud je jako materiál pro vodivý prvek použit molybden, je zvláště výhodné, aby alespoň jeden druh z oxidů La₂O₃ a CeO₂ byl obsažen v molybdenu v celkovém množství od 0,1 % hmotnostního do 2,0 % hmotnostních.

Jako kov tvořící kovovou vrstvu je výhodný jeden nebo více druhů z kovů vybraných ze skupiny sestávající z molybdenu, wolframu, rhenia, niobu, tantalu a jejich slitin. Zejména za účelem zlepšení odolnosti proti korozi proti halogenidům, jsou výhodné kovy vybrané ze skupiny sestávající z molybdenu, wolframu, rhenia, niobu, tantalu a jejich slitin.

V kovové vrstvě může být začleněna keramická složka.

jako keramická složka je výhodná keramika, která má velkou

....

odolnost proti korozi proti íonizovatelnemu světlo vyzařujícímu materiálu. Přesněji je výhodný jeden nebo více druhů keramiky vybrané ze skupiny sestávající z Al₂O₃, SiO₂, Y₂O₃, Dy₂O₃ a B₂O₃. Zejména je výhodný stejný druh keramiky jako je materiál keramické trubice výbojky, přičemž obzvláště c , , , výhodné je použití keramiky s obsahem oxidu hlinitého.

Objemový poměr mezi kovovou složkou a keramickou složkou v kovové vrstvě je výhodně 30/70 % objemových až 70/30 % objemových. Tloušťka kovové vrstvy je výhodně 10 až 20 pm.

Je obzvláště výhodné, aby kovová složka tvořící kovovou vrstvu byla sestavena převážně z kovu vybraného ze skupiny sestávající z molybdenu, wolframu, rhenia a jejich slitin, a keramická složka byla sestavena převážně z jednoho nebo více druhů keramiky vybrané z oxidu hlinitého, oxidu itričitého, mullitu a oxidu křemičitého, a aby poměr mezi oběma složkami byl 30/70 až 70/30 % objemových. Navíc, pokud je přidáno ne více než 20 % objemových kovového křemíku do materiálu kovové vrstvy před vypalováním, reaguje křemík s

3Q kyslíkem ve vlhku vypalovací atmosféry, takže je tento křemík vázán ke kovové složce v kovové vrstvě prostřednictvím tohoto kyslíku, čímž se zvyšuje nepropustnost pro plyn této kovové tkáně.

Aby se vytvořila kovová vrstva podle předkládaného vynálezu, je vrstva materiálu kovové vrstvy upravena nebo vložena mezi průchozí otvor nevypáleného tělesa uzavíracího prvku nebo nevypáleného tělesa keramické trubice výbojky a vodivý prvek. Materiál kovové vrstvy má být materiál, který tvoří kovovou vrstvu po vypálení. Přesněji tedy může materiál kovové vrstvy zahrnovat shora popisované kovové složky a keramické složky.

Vrstva materiálu kovové vrstvy může být vytvořena nebo upravena výhodně podle kteréhokoliv z následujících postupů.

(1) Metalizační pasta je nanesena a natisknuta na vnitřní obvodový povrch průchozího otvoru nevypáleného tělesa uzavíracího prvku nebo vnitřní obvodový povrch průchozího otvoru nevypáleného tělesa keramické trubice výbojky. Alternativně je metalizační pasta nanesena a natisknuta na vnější obvodový povrch vodivého prvku.

Je výhodné přidat pojivo mající vysokou rozložitelnost teplem do materiálu kovové vrstvy tvořícího kovovou vrstvu. Jako takové pojivo může být uvedena, například etylcelulóza a akrylové pojivo.

(2) Válcové tvářené těleso materiálu kovové vrstvy je vloženo a zařazeno mezi kterékoliv ze shora uváděných nevypálených těles a vodivý prvek. Protože toto válcové tvářené těleso potřebuje mít konstrukční pevnost dostatečnou pro to, aby vydrželo manipulaci, je toto válcové tvářené těleso výhodně vyrobeno lisováním.

Aby se vytvořilo shora uvedené válcové tvářené těleso, je do kovové složky a kterékoliv potřebné keramické složky shora uvedené kovové vrstvy přidáno pojivo. Toto pojivo je výhodně pojivo, které se pravděpodobně rozloží teplem a lze snadno lisovat. Jako pojivo je výhodný, například, polyvinylalkohol (PVA) a akrylové pojivo. Toto pojivo a dané množství rozpouštědla je přidáno do shora uvedené složky (složek) pro metalizaci, a směs je granulována s použitím rozprašovací sušičky, přičemž se vytvářejí granule. Alternativně je toto pojivo a nějaké rozpouštědlo přidáno do shora uvedené složky (složek) pro metalizaci, a směs je podrobena hnětení, sušení a drcení, čímž se vytvářejí granule. Válcové tvářené těleso se potom získá lisováním granulí pod tlakem 2 až 3 tuny/cm². Pokud má být válcové tvářené těleso usazeno mezi kterékoliv z nevypálených těles a vodivý prvek, je toto válcové tvářené těleso usazeno kolem vodivého prvku a nevypálené těleso je usazeno kolem vnějšího obvodu tvářeného tělesa. Vypalovací podmínky jsou stejné jako podmínky pro metalizační pastu.

(3) Tvářené těleso ve tvaru fólie, vyrobené z materiálu kovové vrstvy je vloženo mezi shora uvedené nevypálené těleso a vodivý prvek.

Aby se vytvořilo shora uvedené tvářené těleso, ve tvaru fólie, je do kovové složky a kterékoliv potřebné keramické složky kovové vrstvy přidáno pojivo, jako je například akrylové pojivo nebo etylcelulóza, a tvářené těleso, ve tvaru fólie se získá s použitím rozpouštědla, jako je například butylkarbitolacetát (BCA) , například, prostřednictvím škrabákového nože.

Jako materiálu pro uzavírací prvek je použito stejného materiálu, jako je materiál keramické trubice výbojky. Pokud, je toto dodrženo, nevzniká téměř žádné napětí působící směrem k centrální ose keramické trubice výbojky. Za stejný materiál je v tomto smyslu považován materiál, který má společnou keramiku jako základní materiál, přestože příměsi mohou být různé.

Pokud je vodivý prvek vyroben z kovu, je kovová složka v kovové vrstvě výhodně ze stejného materiálu jako je Ί Ω materiál vodivého prvku. V takovém případe se zlepší spojovací síla mezi vodivým prvkem a kovovou vrstvou.

Shora uvedený způsob těsnění může být použit v obou koncových částech keramické trubice výbojky. Protože ionizovatelný světlo vyzařující materiál potřebuje být nalit 15 do trubice výbojky skrz vodivý prvek v jedné koncové části, je třeba vyrobit tento vodivý prvek trubkový. V druhé koncové části mohou být použity vodivé prvky, které mají tvar tyče, tvar trubky nebo jakékoliv jiné různé tvary.

Keramická trubice výbojky může obecně mít trubkový tvar, válcový tvar, sudovitý tvar nebo podobně. Pokud je přídržný prvek elektrodové jednotky trubkový a ionizovatelný světlo vyzařující materiál je nepropustně naplněn do trubice výbojky skrz tento přídržný prvek elektrodové jednotky, pak přídržný prvek elektrodové jednotky je utěsněn laserovým svařováním nebo TIG svařováním po shora uvedeném nepropustném naplnění.

Obr. 1 je půdorysný pohled pro schematické znázornění jednoho provedení celé struktury vysokotlaké výbojky.

Keramická trubice IQ výbojky je uložena ve vnější trubce 2 vyrobené z křemenného skla nebo tvrzeného skla, a centrální osa této vnější trubky 2 je přesně zarovnána s centrální osou keramické trubice 10 výbojky. Oba konce vnější trubky 2 jsou pro plyn nepropustně utěsněny odpovídajícími víčky 3. Keramická trubice 10 výbojky zahrnuje hlavní těleso 11 soudkovitého tvaru, které má vydutou centrální část, a koncové části 12 na obou koncích hlavního tělesa 11. Keramická trubice 10 výbojky je držena vnější trubkou 2 prostřednictvím dvou olověných drátů 1. Každý olověný drát 1 je spojen s víčkem 3 prostřednictvím fólie 4.. Horní olověný drát 1 je přivařen k trubkovému nebo tyčovému přídržnému prvku 6_ elektrodové jednotky, zatímco spodní olověný drát 1 je přivařen k trubkovému přídržnému prvku 5 elektrodové jednotky.

Každý z přídržných prvků 5, 6. elektrodové jednotky je pevně vložen skrz průchozí otvor v uzavíracím prvku. Ke každému z přídržných prvků 5, 6. elektrodové jednotky je pro plyn nepropustně připojena elektrodová hřídel 7 uvnitř hlavního tělesa 11 prostřednictvím svařování, a kolem této elektrodové hřídele 7 je navinuta cívka, čímž je vytvořena elektrodová jednotka. Tvar elektrodové jednotky není nijak zvlášť omezen a, například, koncová část elektrodové hřídele může mít kulový tvar, který může být použit jako elektroda. 25

Těsnící struktura koncových časti výbojky bude popsana později. V případě halogenové vysokotlaké výbojky jsou do vnitřního prostoru 13 keramické trubice 10 výbojky nepropustně naplněny netečný plyn, jako je argon, a halogenid, a pokud je to nezbytné, je dovnitř rovněž nepropustně naplněna rtuť.

Obr. 2(a) respektive obr. 2(b) jsou pohledy v řezech pro znázornění, ve zvětšeném měřítku, oblastí kolem koncových částí keramické trubice výbojky. Na obr. 2 (a) má hlavní těleso 11 keramické trubice výbojky zakřivený vnitřní povrch, a vnitřní povrch 12a koncové části 12 je přímý při pohledu ve směru centrální osy keramické trubice výbojky. Dovnitř koncové části 12 keramické trubice výbojky je vložen uzavírací prvek 14 . Keramická trubice 11 výbojky a uzavírací prvek 14 jsou vyrobeny ze stejné keramiky, výhodně keramiky s obsahem oxidu hlinitého, a vzájemný styk mezi keramickou trubicí 11 a uzavíracím prvkem 14 téměř zmizí v průběhu kroku vypalování.

Jehlový trubkový přídržný prvek 5 elektrodové jednotky je vložen skrz průchozí otvor 14a uzavíracího prvku 14. V ukončovacím konci na vnější straně přídržného prvku 5 elektrodové jednotky je upraven otvor, který má být utěsněn poté, co jsou nepropustně naplněny startovací plyn a ionizovatelný světlo vyzařující materiál. Utěsnění je provedeno mezi uzavíracím prvkem 14 a přídržným prvkem 5 elektrodové jednotky prostřednictvím kovové vrstvy 15.

Na obr. 2 (b) má vodivý prvek 16 trubkový tvar a přídržný prvek 17 elektrodové jednotky, ke kterému je přímo upevněna elektrodová jednotka, je vložen do vnitřku tohoto trubkového vodivého prvku 16. Tento postup uchycení je popsán v patentovém spisu JP-A 6 3188435. Přesněji je trubkový vodivý prvek 16 přivařen k přídržnému prvku 17 elektrodové jednotky v jeho vnějších koncových částech.

Jak je patrné na obr. 3 (a), je přídržný prvek 5 elektrodové jednotky vložen do vnitřku koncové části 18 keramické trubice 11 výbojky a utěsnění je provedeno mezi tímto přídržným prvkem 5 elektrodové jednotky a vnitřním obvodovým povrchem 18a koncové části 18 prostřednictvím kovové vrstvy 19. Na obr. 3(b) je znázorněno, že přídržný prvek 17 elektrodové jednotky je vložen do vnitřku trubkového vodivého prvku 16 a utěsnění je provedeno mezi tímto trubkovým vodícím prvkem 16 a vnitřním obvodovým povrchem koncové části 18 prostřednictvím kovové vrstvy 19.

Obr. 4(a), obr. 4 (b) , obr. 5(a) a obr. 5(b) jsou pohledy v řezech pro schematické znázornění výhodných θ provedení vysokotlakých výbojek podle předkládaného vynálezu.

Na obr. 4 (a) je znázorněno, že uzavírací prvky 14 jsou upevněny k vnitřním stranám odpovídajících protilehlých konců přímé a trubkové keramické trubice 20 výbojky. Těsnění je provedeno mezi trubkovým vodivým prvkem 16 a vnitřním 5 obvodovým povrchem 18a koncové časti 18 prostřednictvím kovové vrstvy 19.

Na obr. 4 (b) je znázorněno, že uzavírací prvky jsou upevněny k vnitřním stranám protilehlých konců přímé, trubkové keramické trubice 20 výbojky. Na obr. 4 (b) je 0 — těsnění provedeno mezi uzavíracím prvkem 14 a přídržným prvkem 5 elektrodové jednotky prostřednictvím kovové vrstvy v horní koncové části. Ve spodní koncové části, je uzavírací prvek 14A upevněn k vnitřku koncové části 20a a tyčový přídržný prvek 30 elektrodové jednotky je vložen skrz 5 průchozí otvor 14a uzavíracího prvku 14A. Těsnění je provedeno mezi uzavíracím prvkem 14A a přídržným prvkem 30 elektrodové jednotky prostřednictvím kovové vrstvy 15.

Na obr. 5(a) jsou trubkové vodivé prvky 16 vloženy do q obou koncových částí přímé, trubkové keramické trubice výbojky a přídržný prvek 17 elektrodové jednotky je upevněn v průchozím otvoru každého z těchto trubkových vodivých prvků 16. Utěsnění je provedeno mezi trubkovým vodivým prvkem 16 a koncovou částí keramické trubice 21 výbojky prostřednictvím kovové vrstvy.

Na obr. 5(b) je vytvořen výstupek 22c na vnitřní straně, při pohledu na obrázek, horní koncové části přímé, trubkové keramické trubice 22 výbojky a tyčový přídržný prvek 30 elektrodové jednotky je vložen skrz výstupek 22c. Utěsnění je provedeno mezi vnitřním obvodovým povrchem 22b výstupku 22c a přídržným prvkem 30 elektrodové jednotky prostřednictvím kovové vrstvy 19. Ve spodní koncové části je přídržný prvek 5 elektrodové jednotky vložen do koncové části keramické trubice výbojky a utěsnění je provedeno mezi tímto přídržným prvkem 5 elektrodové jednotky a vnitřním obvodovým povrchem 22a koncové části prostřednictvím kovové vrstvy 19.

U shora uvedených příkladů provedení je zvláště výhodné, aby kovová vrstva byla vytvořena na vodivém prvku a současně aby vypalovaná keramická vrstva byla vytvořena mezi kovovou vrstvou a keramickou trubicí výbojky nebo uzavíracím prvkem. To bude podrobněji vysvětleno níže. Obr. 6(a) je pohled v řezu pro znázornění, ve zvětšeném měřítku, laminátové struktury mezi keramickou trubicí 11, 21, 22 výbojky nebo uzavíracím prvkem 14 a vodivým prvkem 5, (15, 30) přes kovovou vrstvu 15 (19). Obr. 6(b) schematicky znázorňuje, ve zvětšeném měřítku, pohled v řezu na mikrostrukturu struktury podle obr. 6(a). Vztahová značka C označuje vodivý prvek, který má kompaktní a téměř hustou mikrostrukturu. Vztahová značka B označuje kovovou vrstvu a vztahová značka A označuje keramickou trubici výbojky nebo uzavírací prvek. V průběhu procesu, ve kterém se vytváří spojená struktura, je kovová vrstva pevně spojena s keramickou trubicí výbojky nebo uzavíracím prvkem prostřednictvím difúze kovu z materiálu kovové vrstvy do vodivého prvku. Na druhé straně, protože keramická trubice výbojky nebo uzavírací prvek již byly pevně vylisovány a mají částicovou strukturu s malými póry, je velmi nepravděpodobné, aby se keramická složka pohybovala nebo aby probíhala její difúze. Pokud probíhá difúze kovové složky z materiálu kovové vrstvy do keramické trubice výbojky nebo uzavíracího prvku, je pravděpodobné, že dojde k nepříznivému účinku.

Z tohoto důvodu je zvláště výhodné provedení znázorněné na obr. 7 (a), kde je vypálená keramická vrstva 24 vytvořena mezi keramickou trubicí 11, 21, 22 nebo uzavíracím prvkem 14 a kovovou vrstvou 15 (19). Tato mikrostruktura je znázorněna na obr. 7(b). Kovová vrstva B je vytvořena jako přiléhající k téměř husté mikrostruktuře C. Vztahová značka D označuje vypálenou keramickou vrstvu, a velmi pravděpodobně proběhne difúze keramické složky mezi vypalovanou vrstvou a kovovou vrstvou, přičemž je pravděpodobné, že vypálená vrstva ? Π a keramická trubice výbojky nebo uzavírací prvek budou pevně navzájem spojeny prostřednictvím difúze keramické složky, protože jejich materiály jsou stejné nebo podobné.

Jak bylo uvedeno výše, bude pravděpodobně probíhat difúze keramické složky ve vrstvě vypáleného keramického materiálu do keramické trubice výbojky nebo uzavíracího prvku, takže spojovací síla mezi keramickou vrstvou a keramickou trubicí výbojky je dále zvětšena a stabilizována.

Navíc je omezena difúze kovové složky z keramické kovové vrstvy 15 (19) do mikrostruktury keramické trubice výbojky nebo uzavíracího prvku.

Za účelem vytvoření vypálené keramické vrstvy mezi uzavíracím prvkem nebo keramickou trubicí výbojky a kovovou vrstvou, je mezi tyto prvky vložen vypalovací keramický materiál. Termín vypalovací keramický materiál zde označuje materiál, který vytvoří požadovaný keramický materiál po vypálení. Přesněji tedy vypalovací keramický materiál zahrnuje shora uvedenou keramickou složku (složky).

Vrstva vypalovacího keramického materiálu je výhodně vytvořena prostřednictvím kteréhokoliv jednoho z následujících postupů.

(1) Je nanesena a natisknuta keramická pasta.

(2) Válcové tvářené těleso vyrobené z keramického materiálu je vloženo a umístěno mezi nevypálené těleso uzavíracího prvku nebo nevypálené těleso keramické trubice výbojky a vrstvu materiálu kovové vrstvy, protože toto válcové tvářené těleso musí mít konstrukční pevnost dostatečnou k tomu, aby vydrželo manipulaci, je výhodně vyrobeno lisováním.

2a účelem vytvoření shora uvedeného válcového tvářeného tělesa je do keramické složky přidáno pojivo. Toto pojivo je výhodně pojivo, které pravděpodobně podlehne teplotnímu rozkladu a které lze snadno lisovat. Jako pojivo je výhodný polyvínylalkohol (PVA) a akrylové pojivo. Pojivo a dané množství rozpouštědla je přidáno do shora uvedené keramické složky a tato směs je granulována prostřednictvím rozprašovací sušičky nebo podobně, čímž jsou vytvářeny granule. Alternativně je pojivo a nějaké množství rozpouštědla přidáno do shora uvedené keramické složky a směs j_e podrobena hnětení, sušení a drcení, čímž jsou vytvářeny granule. Válcové tvářené těleso se potom získá lisováním těchto granulí pod tlakem 2 až 3 tuny/cm².

(3) Tvářené těleso ve tvaru fólie, vyrobené z vypalovacího keramického materiálu je vloženo mezi nevypálené těleso uzavíracího prvku nebo nevypálené těleso keramické trubice výbojky a vrstvu materiálu kovové vrstvy.

Za účelem vytvoření shora uvedeného tvářeného tělesa ve tvaru fólie, je do keramické složky přidáno pojivo, jako je například akrylové pojivo nebo etylcelulóza, a oto tvářené těleso ve tvaru fólie je získáno z této směsi prostřednictvím použití rozpouštědla, jako je butylkarbitolacetát, například pomocí škrabákových nožů.

Dále budou podrobněji vysvětleny výhodné příklady provedení způsobů výroby vysokotlakých výbojek podle předkládaného vynálezu. Obr. 8, obr. 9 respektive obr. 10 jsou postupové diagramy pro ilustraci způsobů výroby vysokotlakých výbojek podle předkládaného vynálezu. Vysokotlaká výbojka využívající uzavírací prvky může být vyrobena podle každé z linek znázorněných na obr. 8. Nejprve se tvářením práškového materiálu (výhodně prášku oxidu hlinitého) pro uzavírací prvky získají tvářená tělesa pro prstencovité uzavírací prvky. V této fázi je výhodné, aby byl práškový granulát, vytvořený prostřednictví rozprašovací sušičky nebo podobně, byl lisován pod tlakem 2000 až 3000 kgf/cm². Kalcinované těleso se získá odparafínováním a kalcinováním takto tvářeného tělesa. Odparafínování se výhodně provede prostřednictví zahřátí na teplotu od 600 do 800°C a kalcinování se výhodně provede ohřátím na teplotu od 1200 do 1400°C v redukční vodíkové atmosféře. Touto kalcinací je tvářenému tělesu pro uzavírací prvek dodána určitá pevnost, takže nanesené metalizační pastě může být zabráněno v tom, aby byla nedostatečně rozvrstvena prostřednictvím odsávání rozpouštědla, a rovněž takto může být usnadněna manipulace s uzavíracím prvkem.

Potom se na vnitřním obvodovém povrchu kalcinovaného tělesa pro uzavírací prvek vytvoří vrstva metalizační pasty nanesením této metalizační pasty na daný povrch. Jako nejvýhodnější příklad provedení je použita metalizační pasta složená z 60 % objemových Mo, 40 % objemových alespoň jednoho druhu z Al₂O₃, mullitu a kovového křemíku, určitého množství pojivá a rozpouštědla. Kalcinované těleso se výhodně suší při 90 až 120’C. Výhodně se průchozí otvor uzavíracího prvku potiskne metalizační pastou prostřednictví přivedení této metalizační pasty do průchozího otvoru uzavíracího prvku z jednoho konce přes masku, sáním pasty prostřednictvím vakua z druhého konce průchozího otvoru, aby se tato metalizační pasta nasála do průchozího otvoru a aby se celý vnitřní povrch tohoto průchozího otvoru potisknul touto metalizační pastou.

Dále se vodivý prvek vloží do průchozího otvoru shora uvedeného kalcinovaného tělesa (krok sestavení). Toto kalcinované těleso se předběžně vypaluje při teplotě 1200 až 1600°C v redukční atmosféře, která má rosný bod při teplotě 20 až 50°C (krok vypalování) . V tom okamžiku, kdy je toto předběžné vypalování ukončeno, je vodivý prvek upevněn k uzavíracímu prvku.

Na druhou stranu se hlavní těleso keramické trubice výbojky tváří a kalcinované těleso pro keramickou trubici výbojky se získá odparafínováním a kalcinováním tohoto tvářeného tělesa. Předběžně vypálené těleso uzavíracího prvku se vloží a usadí do koncového povrchu tohoto kalcinovaného tělesa keramické trubice výbojky, a tato sestava se finálně vypaluje při teplotě 1600 až 1900°C v redukční atmosféře, která má rosný bod při teplotě od -15 °C do 15 °C. Takto se získá vysokotlaká výbojka.

Ve způsobu znázorněném na obr. 8 může být metalizační pasta natisknuta na povrch vodivého prvku, aniž by byl potisknut vnitřní obvodový povrch uzavíracího prvku touto metalizační pastou. Alternativním provedením může být to, že se vrstva keramické pasty, vyrobené ze stejného materiálu jako je materiál uzavíracího prvku, vytvoří na povrchu uzavíracího prvku prostřednictvím nanesení této keramické pasty na tento povrch, a metalizační pasta se potom nanese na tuto vrstvu keramické pasty.

Ve způsobu znázorněném na obr. 9 se tváří hlavní trubice výbojky a výbojky se získá kalcinováním tohoto tvářeného tělesa, na vnitřní obvodový povrch takto kalcinovaného tělesa se nanese metalizační pasta, tak jak bylo uvedeno výše. V tomto okamžiku se, pokud je to nezbytné, na kalcinované těleso před nanesením metalizační pasty nanese keramická pasta vyrobená ze stejného materiálu jako je materiál kalcinovaného tělesa. Kalcinované těleso se suší při teplotě 90 až 120°C ve vzduchu a vodivý prvek se vloží a usadí na místo v průchozím otvoru sušeného tělesa. Potom se výsledná sestava předběžně vypaluje při teplotě 1200 až 1600°C v redukční atmosféře, která má rosný bod při teplotě 20 až 50°C, a finálně vypaluje při teplotě 1700 až 1900°C v redukční atmosféře, která má rosný bod při teplotě od -15°C do 15’C. Shora uvedené předběžné vypalování kalcinované těleso odparafínováním a těleso keramické keramické trubice a shora uvedené finální vypalování může být prováděno nezávisle, ale, pokud může být pro tato vypalování použita atmosférická pec se společnou redukční atmosférou, tato dvě vypalování mohou být prováděna kontinuálně.

Alternativně se shora uvedené kalcinované těleso odparafínuje prostřednictvím ohřátí na teplotu od 300 do 400°C, načež následuje sestavení a finální vypalování při teplotě 1700 až 1900’C v redukční atmosféře, která má rosný bod při teplotě od -15°C do 15°C.

Může být použít způsob znázorněný na obr. 10, ve kterém metalizační pasta (včetně keramické pasty, pokud je to nezbytné) není nanesena na hlavní těleso keramické trubice výbojky s keramickou pastou ve způsobu znázorněném na obr. 9. Ve způsobu znázorněném na obr. 10 se metalizační pasta (včetně keramické pasty, pokud je to nezbytné) nanese na povrch vodivého prvku.

Jak bylo uvedeno výše může být podle předkládaného vynálezu nabídnuta pro vysokotlaké výbojky nová těsnící struktura, která má velkou odolnost proti korozi a vysokou spolehlivost proti halogenidům nebo podobně.

Zastupuje :

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vysokotlaká výbojka, vyznačující se tím, že zahrnuje keramickou trubici (10, 11) výbojky, která má vnitřní prostor (13) naplněný ionizovatelným světlo vyzařujícím materiálem a startovacím plynem, uzavírací prvky (14), z nichž každý je alespoň částečně upevněn k vnitřní straně odpovídající jedné z koncových částí (12, 18) keramické trubice (10, 11) výbojky a z nichž každý má v sobě vytvořen průchozí otvor, vodivé prvky (16) vložené, do nebo skrz průchozí otvory uzavíracích prvků (14), a elektrodové jednotky umístěné ve vnitřním prostoru (13), přičemž materiál uzavíracích prvků je stejný jako materiál keramické trubice (10, 11) výbojky a každý z uzavíracích prvků (14) je pro plyn nepropustně spojen s odpovídajícím vodivým prvkem (16) prostřednictvím kovové vrstvy (15, 19)
2. Vysokotlaká výbojka podle nároku 1, vyznačuj í cí se tím, že kovová vrstva (15) a vypálená keramická vrstva jsou vytvořeny mezi každým z vodivých prvků (16) a odpovídajícím jedním z uzavíracích prvků (14), v tomto pořadí.
3. Vysokotlaká výbojka, vyznačující se tím, že zahrnuje keramickou trubici (11) výbojky, která má vnitřní prostor naplněný ionizovatelným světlo vyzařujícím materiálem a startovacím plynem, vodivé prvky (16) vložené do nebo skrz průchozí otvory keramické trubice (11) výbojky v koncových částech (18), a elektrodové jednotky umístěné ve vnitřním prostoru, přičemž koncové části (18) keramické trubice (11) výbojky a každý z vodivých prvků (16) jsou pro plyn nepropustně spojeny dohromady prostřednictvím kovové vrstvy (19).

- 25
4. Vysokotlaká výbojka podle nároku 1, vyznačující se tím, že kovová vrstva (15, 19) a vypálená keramická vrstva jsou vytvořeny mezi každým z vodivých prvků (16) a keramickou trubicí (10, 11) výbojky, v tomto pořadí.
5. Způsob výroby vysokotlaké výbojky, která zahrnuje keramickou trubici výbojky, která má vnitřní prostor naplněný ionizovateiným světlo vyzařujícím materiálem a startovacím plynem, uzavírací prvky, z nichž každý je alespoň částečně upevněn k vnitřní straně odpovídající jedné z koncových částí keramické trubice výbojky a z nichž každý má v sobě vytvořen průchozí otvor, vodivé prvky vložené do nebo skrz průchozí otvory uzavíracích prvků, a elektrodové jednotky umístěné ve vnitřním prostoru, přičemž materiál uzavíracích prvků je stejný jako materiál keramické trubice výbojky, vyznačující se tím, že zahrnuje následující kroky:

vložení vodivých prvků do nebo skrz průchozí otvory nevypálených předlisků odpovídajících uzavíracích prvků;

vytvoření kovových vrstev mezi průchozími otvory těchto nevypálených předlisků a odpovídajícími vodivými prvky; a potom integrální vypalování nevypálených předlisků, kovových vrstev a vodivých prvků.