DE3504931A1

DE3504931A1 - Entladungslampe

Info

Publication number: DE3504931A1
Application number: DE19853504931
Authority: DE
Inventors: Yoji Katsuta Arai; Tsune Tokio/Tokyo Miyashita; Seiichi Kokubunji Murayama; Makoto Yasuda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-02-14
Filing date: 1985-02-13
Publication date: 1985-08-14
Also published as: US4622485A; JPS60170152A; JPH0622110B2; DE3504931C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gas-Entladungslampe, die eine innere Gas-Entladungsröhre und ein Süßeres Gehäuse aufweist, und insbesondere auf eine Gas-Entladungslampe, die so konstruiert ist, daß sie mit einer hohen Röhrenbelastung arbeiten kann.

Als ultraviolette Lichtquellen für physikalische und chemische Apparate, beispielsweise einen Fluoreszenzdetektor in einem Flüssigkeits-Chromatografen, sind konventionell Deuterium-Lampen oder Xenon-Kurzbogenlampen verwendet worden.

Die Erfassungsgrenze dieser Geräte hängt von der Leuchtdichte dieser Lichtquellen ab, und die Analyse von extrem geringen Materialmengen erfordert eine stark strahlende Lichtquelle, die bei kontinuierlicher Entladung stabil arbeitet. Deuterium-Lampen mit etwa 30 W werden gewöhnlich verwendet, aber ihre spezifische Lichtausstrahlung im ultravioletten Bereich ist nicht hoch genug für die Analyse von extrem geringen Materialmengen. Obwohl zur Bewältigung dieses Gegenstandes Deuterium-Lampen mit großer Leistung erhältlicht sind, haben sie Nachteile, wie z.B. Sperrigkeit aufgrund ihrer vergrößerten Wärmeabgabe und dem Erfordernis einer wassergekühlten Konstruktion. Xenon-Kurzbogenlampen liefern eine hohe spezifische Lichtausstrahlung, haben aber Nachteile, wie z.B. schlechte Stabilität in der Intensität und eine kurze Lebensdauer von 150 Stunden.

Eine alternative Ültraviolett-Lichtquelle mit hoher spezifischer Lichtausstrahlung ist die Metall-Halogen-Lampe, die mit einem Tantal-Halogen gefüllt ist (veröffentlicht in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 52-45391 , angemeldet am 9. April 1977). Die Metall-Halogen-Lampe, die für einen solchen Zweck hoher Belastung konstruiert ist, arbeitet mit einer Röhrentemperatur von etwa 1.000⁰C, was ein Ausdehnen

des Röhrenbogens beim Betrieb verursacht, wenn irgendeine kleine Verunreinigung in der Röhre beim Herstellungsprozeß eingeschlossen ist, oder wenn die Elektrode eine kleine Krümmung aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gas-Entladungslampe anzugeben, die eine innere Bogenröhre und eine äußere Ummantelung aufweist, und die eine hohe Strahlungsleistung liefert und im Betrieb zuverlässig ist.

Diese Aufgabe wird mit einer im Oberbegriff des Patentan-Spruches 1 angegebenen Gas-Entladungslampe gelöst, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches angegebenen Merkmale aufweist. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Gas-Entladungslampe umfaßt eine innere Röhre und eine äußere Röhre, die die innere Röhre einschließt, wobei die äußere Röhre mit Neon oder mit einer Gasmischung aus Neon mit 80 Druck-% oder mehr und einem einen Druchbruch unterdrückenden Gas mit einem Druck von 0,1 atm (10132,5 Pa) gefüllt ist, so daß der Temperaturanstieg der inneren Röhre unterdrückt wird und ebenfalls eine Entladung in der äußeren Röhre verhindert wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben und näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt der Gas-Entladungslampe nach

einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;und Fig. 2 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Neon-Partialdruck der in der äußeren Röhre der Gas-Entladungs lampe eingefüllten Gasmischung und deren Durchbruchspannung.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die in der Fig. 1 dargestellte Gas-Entladungslampe mit hoher spezifischer Lichtausstrahlung im Ultravioletten weist eine innere Bogenröhre 1 auf, die aus hydroxylionen-freiem (geschmolzenem) Quarz mit einer Dicke von 1,7 mm und einem inneren Radius von 4 mm gebildet und für ultraviolette Strahlen transparent ist. Ein Paar von zwei aus Wolfram bestehenden Hauptelektroden 2 und 2¹ sind mit einem Abstand von 10 mm voneinander am oberen Ende und an dem Boden der Bogenröhre 1 eingeschmolzen, und diese Elektroden 2 und 2¹ sind über Molybdän-Folien 3 und 3¹ mit Molybdän-Leiterdrähten 4 und 4' jeweils verbunden. Die Bogenröhre 1 ist mit Quecksilber, Tantaliodid und Xenon als Start-Edelgas gefüllt, und sie ist mit Bändern 6 und 6¹ im Inneren einer Außenröhre 5 befestigt, von der wenigstens ein Teil für ultraviolette Strahlen durchlässig ist.

Die Temperatur der Wand der Lichtbogenröhre 1 wurde im Betrieb der Lampe gemessen, wobei die Außenröhre 5 mit verschiedenen Gasarten gefüllt war. Die Meßergebnisse sind in der Tabelle aufgeführt, wobei der Gasdruck der Wert bei Raumtemperatur ist,

Tabelle

In der Außenröhre eingefülltes	(0,1	(0,	- 1 atm)	Gas (Druck)	Temperatur der Lichtbogenröhre	⁰C
Vakuum	(0,1	) mit	- 1 atm)		1010	⁰C
Stickstoff	Kohlendioxid (0,	) mit	1 - 1 atm)		970	⁰C
Argon	Neon	) mit	1 - 1 atm)		980	⁰C
	Neon (90 %		Stickstoff (10		970	⁰C
Neon (90 %	Kohlendioxid ( (0,1-1		900	⁰C
Neon (90 %	%) (0,1-1 atm)	910	⁰C
10 %) atm)	910	⁰C
Schwefelhexafluorid (10 %) (0,1-1 atm)	910

(1 atm = 101325 Pa)

Wenn die Außenröhre 5 mit einem von Neon verschiedenen Gas gefüllt ist, beträgt die Wandtemperatur der Lichtbogenröhre 1 etwa 970⁰C bei einer Leistungsaufnahme der Lampe von 60 Watt. Obgleich die Temperatur etwas niedriger als im Fall von Vakuum ist, ist die Kühlwirkung des Gases auf die Lichtbogenröhre 1 gering. Wenn die Außenröhre 5 mit Neon oder einer Neon als Hauptkomponente enthaltenden Gasmischung gefüllt ist, so beträgt die Wandtemperatur der Lichtbogenröhre 1 etwa 91O⁰C, d.h. sie ist etwa 10% niedriger als im Fall von Vakuum, und die Kühlwirkung ist vergrößert. Der Kühleffekt von Neon beruht auf seiner höheren thermischen Leitfähigkeit, und die Wirkung des Gasdruckes auf die Kühlung der Lichtbogenröhre 1 stellte sich im Bereich von 0,1 bis 1 atm als unverändert heraus. Als weitere Gase mit hoher thermischer Leitfähigkeit sind Wasserstoff und Helium bekannt. Wasserstoff ist für diesen Zweck nachteilig wegen seiner hohen Fähigkeit, aus der Außenröhre 5 in die Lichtbogenröhre 1 einzudringen, was dann zu einer höheren Startspannung der Lampe führt. Helium kann nur schwer innerhalb der Röhre gehalten werden, weil es eine hohe Diffusionsfähigkeit besitzt, und es kann für diesen Zweck nicht verwendet werden. Im Fall von Neon muß der Gasdruck wenigstens 0,1 atm (101325 Pa) sein, weil mit niedrigem Druck in der Außenröhre 5 eingefülltes Neon dazu neigt, eine Entladung zwischen den Leiterdrähten 4 und 4' hervorzurufen.

Die Fig. 2 zeigt die Meßergebnisse der Durchbruchspannung zwischen den Leiterdrähten 4 und 4¹ mit einem Abstand von 4 mm bei der Konstruktion der Fig. 1, wobei die Außenröhre 5 mit Gasmischungen von Neon und Kohlendioxid und Neon mit Schwefel-Hexafluorid in verschiedenen Mischungsverhältnissen gefüllt ist. Anhand des Diagramms ist erkennbar, daß die mit der Gasmischung gefüllte Außenröhre eine verbesserte Durchbruchspannung liefert im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Außenröhre mit reinem Neon gefüllt ist, d.h. Kohlendioxid

und Hexafluorid arbeiten als ein den Durchbruch unterdrückendes Gas. Im Fall einer Neon-Kohlendioxid-Mischung bewirkt der Zusatz einer kleinen Menge von Kohlenmonoxid zu der Mischung einen Schutz der Leiterdrähte vor Oxidation. Als weitere, einen Druchbruch unterdrückende Gase stehen Stickstoff, Fluorkohlenstoff und Fluorchlor-Kohlenstoff zur Verfügung.

Die Durchbruchspannung zwischen den Leiterdrähten 4 und 4¹ muß höher sein als die Startspannung der Entladungslampe, und es werden wenigstens 1000 Volt allgemein gefordert. Gas-Entladungslampen mit niedriger Startspannung, die eine aus einer Gasmischung aus Neon und Argon gefüllte Bogenröhre aufweisen oder mit einer Startelektrode versehen sind, arbeiten mit einer Startspannung von bis herab zu 200 Volt, und in diesen Fällen muß die Durchbruchspannung der Leiterdrähte oberhalb von 200 Volt liegen. Die Durchbruchspannung von 200 Volt wird erreicht, wenn die Außenröhre mit Neon bei 50 Torr gefüllt ist, und die Durchbruchspannung wird auf 240 Volt und 300 Volt erhöht, wenn der Neon-Druck auf 100 Torr bzw. 200 Torr erhöht wird. Dementsprechend kann die Durchbruchspannung leicht auf ein Niveau gebracht werden, « das höher als die Startspannung liegt, indem die Außenröhre mit Neon von ungefähr 0,1 atm Druck gefüllt wird. Gas-Entladungslampen, die sich von den voranstehend erwähnten Gas-Entladungslampen niedriger Startspannung unterscheiden, insbesondere Gas-Entladungslampen mit hoher spezifischer Lichtausstrahlung, wie z.B. die der vorliegenden Erfindung, müssen ein den Durchbruch unterdrückendes Gas mit 0,1 Druck-% oder mehr enthalten, bei welchem Wert der den Durchbruch unterdrückende Effekt mit Rücksicht auf einen Sicherheitsbereich für Abweichungen der Startspannungen der einzelnen Lampen entsprechend der Fig. 2 ausreichend signifikant auftritt. Insbesondere muß die Außenröhre mit einem den Durchbruch unterdrückenden Gas mit 1 Druck-% oder mehr gefüllt sein, so daß die Wirkung der Durchbruch-Unterdrückung sichergestellt ist.

Meßergebnisse, die den in Fig. 2 dargestellten Ergebnissen gleich sind, erhielt man für Gasmischungen auf der Basis von Neon mit einem Zusatz an Stickstoff, Fluorkohlenstoff oder Fluorchlorkohlenstoff. Wird das den Durchbruch unterdrückende Gas dem Neon mit mehr als 20 Druck-% zugesetzt, so erhält die Gasmischung eine niedrigere thermische Leitfähigkeit, was zu einem verschlechterten Kühleffekt für die Lichtbogenröhre 1 führt, und deswegen muß der Anteil des den Durchbruch unterdrückenden Gases unterhalb von 20 Druck-% liegen. Eine Gasmischung, bei der das den Durchbruch unterdrückende Gas weniger als 10 Druck-% ausmacht, besitzt einen Kühleffekt, der ähnlich dem Fall von reinem Neon ist, wie die Tabelle 1 zeigt.

Durch Einfüllen von Neon in die Außenröhre 5 der Gas-Entladungslampe kann die Wandtemperatur der Lichtbogenröhre 1 an einem Ansteigen gehindert werden, und durch Zusetzen eines den Durchbruch unterdrückenden Gases mit 0,1 bis 20 Druck-% zu dem Neon kann die Durchbruchspannung zwischen den Leiterdrähten 4 und 4¹ erhöht werden, wodurch die spezifische Lichtausstrahlung der Gas-Entladungslampe verbessert, ein Schwellen^ der Lichtbogenröhre 1 und eine Entladung in der Außenröhre 5 verhindert werden können. Durch Zugabe des den Durchbruch unterdrückenden Gases mit 1 Druck-% oder mehr zu dem Neon kann eine Entladung zwischen den Leiterdrähten 4 und 4¹ in der Außenröhre 5 sicher verhindert werden, und durch Erhöhen des Anteiles des den Durchbruch unterdrückenden Gases bis zu 10 Druck-% kann die Wandtemperatur der Lichtbogenröhre 1 auf ein Niveau abgesenkt werden, das dem Fall entspricht, bei dem reines Neon in die Außenröhre eingefüllt ist. Demzufolge ist es sehr wünschenswert, ein den Durchbruch unterdrückendes Gas mit einem Anteil von 1 bis 10 Druck-% (Partialdruck) dem Neon zuzusetzen.

Obgleich in dem vorangehenden Ausführungsbeispiel eine Metall-

Halogen-Lampe als Gas-Entladungslampe mit hoher spezifischer Lichtausstrahlung im Ultravioletten beschrieben worden ist, kann auch bei Quecksüberlampen, Natrium-Hochdrucklampen und kleinen Fluoreszenzlampen mit einer inneren Lichtbogenröhre und einer Außenröhre der Kühleffekt für die Lichtbogenröhre ausgenutzt werden, indem die Außenröhre mit Neon von 0,1 atm oder mehr oder mit einer Gasmischung aus Neon mit 80 Druck-% oder mehr und einem den Durchbruch unterdrückenden Gas gefüllt wird, wodurch die Entladungslampen der oben angegebenen Arten kompakt und strahlungsintensiver gemacht werden können, und wodurch eine Entladung in der Außenröhre verhindert werden kann.

Wie voran beschrieben wurde, besteht die erfindungsgemäße Gas-Entladungslampe aus einer inneren Lichtbogenröhre und einer Außenröhre, die mit Neon mit 0,1 atm oder mehr oder mit einer Gasmischung aus Neon mit 80 Druck-% oder mehr und einem die Entladung unterdrückenden Gas gefüllt ist, so daß ein Temperaturanstieg bei der inneren Röhre unterdrückt und die Last der Lampe verbessert wird, und weiterhin wird die innere Röhre als ein Betrieb an einem Schwellen (swelling) gehin-*¹ dert, und es wird eine Entladung in der Außenröhre verhütet, wodurch eine kompakte, zuverlässige Gas-Entladungslampe von hoher spezifischer Lichtausstrahlung erreicht werden kann.

RS/bi

Claims

"■ΛΤ1·ΚΤΛΝν"Μ.Ί Ι'- *

STREHL SCHÜBEL-HOPF SCHULZ 3504931

WIDENMAYKKSTKASSK 17. I) 8000 MÜNCHEN Tl

HITACHI ,,.LTD,

DEA-27026 13. Februar 1985

Entladungslampe

Gas-Entladungslampe mit einer inneren Röhre (1) und einer Außenröhre (5), die die innere Röhre (1) umschließt, dadurch gekenn ze ichnet, daß die Außenröhre mit Neon mit einem Druck von 0,1 atm oder mehr oder mit einer Gasmischung aus Neon mit einem Partialdruck von 80 % oder mehr und einem einen Durchbruch unterdrückenden Gas gefüllt ist.
2. Gas-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Durchbruch unterdrückende Gas Stickstoff, Kohlendioxid, Schwefelhexafluorid, Fluorkohlenstoff, FluorchlorkohTenstoff oder eine Kombination dieser Materialien mit einem Partialdruck von 0,1 bis 20 % enthält.