專利名稱：放電器的裝配方法及無吸管型高壓氣體放電光源的放電器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高壓氣體放電光源放電器的裝配方法以及沒有吸管的放電器，這種放電器應用于高壓氣體放電光源，特別是高壓鈉蒸氣燈。
按照已知解決方法，放電器的裝配方法由以下步驟組成在氣體放電過程中，將必要的添加劑引入圓柱體，該圓柱體由陶瓷材料制成，一端由陶瓷封閉插頭封閉。該插頭有電流輸入端及與電流輸入端相聯(lián)的電極。通過燒結，真空密封材料和/或其它適當?shù)姆椒?，來密封圓柱體、陶瓷封閉插頭和電流輸入端的聯(lián)接面。在圓柱體另一端，安置另一個陶瓷封閉插頭。該插頭包含一個管形電流輸入端，它與另一個電極相聯(lián)接。這樣，圓柱體兩端均由陶瓷插頭封閉，抽出圓柱體內(nèi)的空氣。使用真空嚴密密封材料將封閉的陶瓷圓柱的陶瓷體密封，至少在陶瓷密封元件和管狀電流輸入端之間使用這種密封材料。圓柱體和陶瓷封閉插頭也可以用適當原料的燒制件制成。添加劑可以同啟動氣體一道引入圓柱體，或者在帶有管型電流輸入端的陶瓷封閉插頭安置前引入。
本發(fā)明提出的放電管，是一種不帶吸管的高壓氣體放電光源。它由以下部分組成氧化物為基礎的陶瓷材料制成的圓柱體。圓柱體上至少有一個陶瓷封閉插頭，上面安置至少一個管型電流輸入端。金屬添加劑引入圓柱體內(nèi)部空間，以便參與氣體放電過程。圓柱體內(nèi)充有啟動氣體。圓柱體空間內(nèi)的管型電流輸入端部分通過包含一個毛細作用系統(tǒng)的端部與電極相聯(lián)接。
高壓鈉蒸氣燈構成高壓氣體放電光源的一種。這類燈的放電器包括金屬添加劑(一般為水銀和鈉)，通過啟動氣體(一般為稀有氣體，大多用氙)使電路接通。這類燈在工作時，氣體放電過程最初是在兩個電極之間。這一過程至少導致一部分汞和鈉蒸發(fā)。未蒸發(fā)的鈉和汞形成液態(tài)合金，即冷凝在氣體放電器中最冷部位的汞齊合金。這個部位稱為冷腔。在燈的設計中，最困難的問題是選擇冷腔適當?shù)奈恢谩．斎?，冷腔的形狀也是一個重要問題。一般習慣作法是，放電器作成細長軸對稱的圓柱形式，放電器的直徑沿整個長度方向相同。然而，也有的設計是放電器的直徑向一端逐漸減小。放電器的陶瓷材料由礬土組成，它是透明或半透明的。放電器圓柱體的兩端安裝電極，電極與電流輸入端相聯(lián)接，電流輸入端由管形或細長致密的金屬元件組成。氣體放電器嚴密真空方式密封，這種密封由適當?shù)拿芊夂铣晌锖?或放電器的結構來保證。插頭元件上安置電流輸入端，插頭元件同時封閉了放電器圓柱體的端部。這種插頭元件一般也由陶瓷材料做成，通過適當?shù)拿芊獠牧下?lián)接到圓柱體端部或與陶瓷圓柱體燒結在一起。通過使用上述密封材料，燒結條件本身可以使陶瓷圓柱體具有嚴密真空封閉，或嚴密真空。陶瓷圓柱體同樣可做成整體式結構的形式，包含至少一個陶瓷插頭元件。
在德國公開的，申請?zhí)枮?110872的專利中，出示了一種陶瓷圓柱體形式的放電器。一端是管形用鈮制作的電流輸入端，它也可用來將放電器內(nèi)部的空氣吸出。管形電流輸入端一般對著圓柱體另一邊的致密鈮電流輸入端。致密電流輸入端與管形電流輸入端都穿過陶瓷插頭元件，而且用適當?shù)拿芊獠牧?即琺瑯)密封在插頭元件里。這種方案的優(yōu)點是冷腔獲得一個明確的位置，即在吸管端部和加工平的蝶形部位之間。這樣，冷腔內(nèi)液態(tài)添加劑既不能與密封材料相接觸，也不能與放電器的礬土材料相接觸。這種安排的優(yōu)點在于提高了高壓鈉蒸汽放電光源的壽命，而這種光源損壞一般是從金屬添加劑和放電器部分之間的接觸，鈉有損失而發(fā)生的。這種方案的缺點在于冷腔離放電空間過遠，導致冷腔溫度和放電器端部之間相對高的溫度差。因此，在光源功率不超過400W的情況下，陶瓷圓柱體兩端需要熱反射元件。由于應用熱反射元件，制造費用增加，光效率略有下降。相對長的吸管也造成熱損失增加，進一步導致熱效率下降。因此，冷腔容積可以增加，但不能超過預定的限制，這是應用有限量的金屬添加劑的基準，金屬添加劑會限制壽命增加。
本發(fā)明的目的是建立一種放電器的裝配方法及一種高壓氣體放電光源放電器，特別是高壓鈉蒸汽燈。在此，密封元件的結構和電流輸入端新穎的安排保證了冷腔明確的位置，隔絕了液態(tài)金屬添加劑和放電器密封材料或礬土部分之間的直接接觸。本發(fā)明的另一個目的是可以按要求增加冷腔的容積，由此有可能在功率范圍達到400W的放電器中避免使用熱反射元件。按照正常光效果，在20≤Ra≤30的范圍低的顏色重現(xiàn)指數(shù)能夠在這種方法下得到保證。本發(fā)明再一個目的是建立一種方法和結構，從而保證節(jié)約材料，增加光效率。
本發(fā)明是基于這樣的認識，即冷腔的溫度以確定的方式影響放電燈具的溫度，特別是高壓鈉蒸汽燈放電空間的端部地區(qū)的溫度(在這一區(qū)域內(nèi)最佳溫度是一個十分重要的條件)。如果管形電流輸入端以預定的比率，從放電器的外前表面延伸到整個長度(表面積)，在這里，電流輸入端的延伸端在放電器外部被緊密地封閉，那么，冷腔的溫度可以保證，并可用便利的方法選擇。
為實現(xiàn)這些目的，提出一種新的方法和放電器。在提出的方法中，最初的一些步驟包括以下所有必需的方法制作陶瓷圓柱體，其兩端用陶瓷插頭元件封閉起來;在圓柱體內(nèi)部空間引入氣體放電過程所要求的添加劑和啟動氣體成份;在陶瓷插頭元件上安置管形電流輸入端;在這里，本發(fā)明的新穎性體現(xiàn)在放電器冷腔形成的進一步的步驟上，它基于管形電流輸入端被用來從放電器內(nèi)部空間抽吸空氣;電流輸入端包括在封閉的圓柱體外的封閉端延伸到封閉圓柱體內(nèi)部空間的另一端的內(nèi)部空間;在封閉了圓柱體陶瓷封閉插頭后，冷卻管形電流輸入端的封閉外端;在冷卻步驟進行的同時，加熱圓柱體并聚集放電器冷卻腔的添加劑。
應用于高壓氣體放電光源的放電器，特別是高壓鈉蒸汽燈。這種燈由氧化物為基礎的陶瓷材料所組成。至少一個管形電流輸入端安置在圓柱體的至少一個陶瓷封閉插頭上。金屬添加劑被吸入到圓柱體內(nèi)部空間參與氣體放電過程。在圓柱體內(nèi)部空間含有啟動氣體。在圓柱體內(nèi)部空間的管形電流輸入端的部分，通過一個包含有毛細作用系統(tǒng)的端部與一個電極相聯(lián)接。按照本發(fā)明，陶瓷封閉插頭外面的管形電流輸入端嚴密封閉部分的表面積，一般情況下為管形電流輸入端整個表面積10%到30%，最多為35%。
通過冷卻管形電流輸入端的外封閉端，完成冷卻步驟，有利的冷卻溫度是低于30℃。通過加熱圓柱體，完成加熱步驟，達到大約800℃。提高的溫度有利的保持時間最多不超過10分鐘。
溫度值的選擇是按照給定的放電器的條件和性質來確定的。
把高壓氣體放電光源的電極聯(lián)接到正常的電源裝置上，只要保證正常應用條件下所要求的電壓，加熱步驟就能夠方便地進行。
本發(fā)明提出的方法改進了放電器的制造條件，這是因為采用了廣泛使用的抽吸和密封方法，又無需任何吸管。
下面將通過舉例和參考附圖所示的特定具體情況，對本發(fā)明作更詳細的說明。


圖1為放電器的縱向剖面圖。它是按本發(fā)明提出的方法完成的，準備用于高壓鈉蒸汽燈;
圖2是圖1的放電器的A-A剖面圖。
按照本發(fā)明，高壓氣體放電器，特別是高壓鈉蒸汽燈，一般是用限定的直線套筒，制成圓柱體1的形式。圓柱體1的兩端由陶瓷封閉插頭4、5封閉，密封是用一層適當?shù)拿芊獠牧?琺瑯)2、3。這將給出一個緊密真空封閉。當然，陶瓷封閉插頭4、5或至少其中一個可以通過把適當?shù)奶沾稍Y到圓柱體1上制成。陶瓷插頭元件4、5分別安置有電流輸入端8、9，并用適當?shù)拿芊獠牧蠈?、7密封。電流輸入端8、9中的至少一個(在這里標示為8)被制做成管狀。電流輸入端8、9由鉭或鈮組成，例如鈮中含有重量百分比率為1的鋯。管形電流輸入端8在圓柱體1內(nèi)部空間的端部是加工成平的。平的、蝶形部位10安裝電極11。在電流輸入端8加工成平的部位10和電極11之間，有毛細作用的通道12，如圖2所示。在本例中顯示的毛細作用通道數(shù)為四，但是，數(shù)目可以少些，例如二個，或者多一些，這可以按照需要決定。在管形電流輸入端和電極之間聯(lián)接線也可應用焊接的方法，以加強其聯(lián)接。當然，電極11也可通過焊接安置在電流輸入端8上，但是，在這種情況下，必須準備一些小孔，以保證形成冷腔14的管形電流輸入端8的內(nèi)部空間和形成放電空間13的圓柱體的內(nèi)部空間之間的聯(lián)系。
標示為9的另一個電流輸入端可由致密金屬制成，并與電極15相聯(lián)接，可以通過焊接或其它合適的方法都可以形成本發(fā)明。
在管形電流輸入端8和電極11之間由焊接聯(lián)接完成的毛細作用通道系統(tǒng)12或毛細作用小孔系統(tǒng)，應該保證添加劑以氣態(tài)存在的情況下自由的交流，在液體金屬添加劑成份的情況下，則除去這一過程。
管形電流輸入端的外端在位置16處緊密封閉。冷腔14是從外端16延伸到陶瓷插頭元件4的前表面，經(jīng)過陶瓷插頭元件4的內(nèi)部部分，直到加工平的部分10。冷腔這樣的布置是為了使其整個表面積中最多35%的表面積位于陶瓷插頭元件4的前表面的外部，即放電器圓柱元件1的外部。屬于管形電流輸入端8的延伸部分的表面部分有賴于高壓氣體放電光源的給定條件，并且要保證在冷腔14內(nèi)達到所要求的溫度來進行選擇。根據(jù)經(jīng)驗該表面部分最小為2%～3%，正如上面談過的，選擇的要求是要保證冷腔的最佳溫度。
按照本發(fā)明提出的方法的最佳實施例，加熱爐內(nèi)充滿保護氣體。首先的步驟是使陶瓷封閉插頭5與放電器圓柱體1結合，然后壓迫致密電流輸入端9就位，并以環(huán)狀形式引入密封材料3和7，從而實現(xiàn)緊密密封。下一個步驟是將圓柱體1開口端向上放入加熱爐內(nèi)，加熱爐內(nèi)充滿保護氣體，它們是作為啟動氣體。例如，這種氣體可以是氙。再把金屬添加劑引入圓柱體的內(nèi)部空間。在分開的工序中，先準備好陶瓷元件4。元件4包括帶有開口端，并與電極11聯(lián)接起來的管形電流輸入端4。密封材料2和6以環(huán)狀形式與陶瓷插頭元件4放在一起。在圓柱體1內(nèi)部空間充斥的氣體可以通過管形電流輸入端8排出。圓柱體內(nèi)充入啟動氣體，通過熔化了的密封材料2和6密封。最高的密封溫度在1200到1600℃范圍內(nèi)。在冷態(tài)下，圓柱體1內(nèi)的啟動氣體的內(nèi)壓在10到500乇范圍內(nèi)(即1.3到66.7KN/m2或0.19到9.67磅/吋)。為了避免金屬添加劑的蒸發(fā)，在加熱爐內(nèi)，帶有陶瓷封閉插頭5的圓柱體1的下端暴露在一個被冷卻的空間中。如果陶瓷封閉插頭4或5分別用燒結技術制備，也可不用密封材料2和3。
本發(fā)明提出方法的下一個步驟是這樣的，冷卻管形電流輸入端8的外封閉端16，加熱圓柱體1。把在放電器內(nèi)的電極11和15與適當?shù)碾娫聪嗦?lián)并接通，有助于加熱步驟的進行。通過加熱圓柱體1，在管形電流輸入端8和圓柱體1之間至少要保證有50℃的溫差。在這些條件下，以液態(tài)存在的過量的添加劑被收集在冷腔14內(nèi)，僅僅在放電器空間13才有氣態(tài)的存在。
假如上述的圓柱體1的加熱步驟不是通過在光源內(nèi)接通電源以保證正常的工作條件，而是用傳統(tǒng)的方式在加熱爐內(nèi)，那么管形電流輸入端8的最冷部分一定要達到溫度不超過30℃的空間，并在這個空間被冷卻。同時，圓柱體1可以安置在溫度為800℃左右的空間，并允許停留8到10分鐘。
權利要求
1.用于無吸管型高壓氣體放電光源的放電器的裝配方法，該方法由以下步驟組成，將氣體放電過程所需的添加劑引入圓柱體(1)，圓柱體(1)由陶瓷材料制成，并由帶有電流輸入端(7)的陶瓷封閉插頭(5)從一端封閉，電極(15)與上述電流輸入端(7)相聯(lián)接，以真空密封方法將上述電流輸入端(7)和上述陶瓷封閉插頭(5)，上述陶瓷封閉插頭(5)和上述圓柱體(1)相互密封，將已裝配上管形電流輸入端(8)的另一個陶瓷封閉插頭(4)安放在上述圓柱體(1)的開口端，上述管形電流輸入端(8)與另一電極(11)相聯(lián)接，由另一個陶瓷封閉插頭(4)封閉的上述圓柱體(1)的內(nèi)部空間抽出空氣，將啟動氣體引入上述內(nèi)部空間，在上述另一個陶瓷封閉插頭(4)和上述圓柱體(1)之間，進而在上述陶瓷封閉插頭(4)和上述管形電流輸入端(8)之間，采用真空氣密密封材料將上述封閉陶瓷體(1)密封，其特征在于形成放電器冷腔(14)進一步的一些步驟是基于上述管形電流輸入端(8)，它包括的內(nèi)部空間是從上述封閉陶瓷體(1)外部的封閉外端(16)延伸到在上述封閉陶瓷體(1)的內(nèi)部空間另一端，上述另一端與上述另一電極(11)相聯(lián)接，在上述另一陶瓷封閉托插頭(4)密封后，冷卻上述管形電流輸入端(8)的上述封閉外端(16)，在上述冷卻步驟的同時加熱上述圓柱體(1)并收集上述放電器冷腔(14)內(nèi)的上述添加劑。
2.無吸管型高壓氣體放電光源的放電器的裝配方法，其步驟由以下方面組成，安裝有電極(11)的管形電流輸入端(8)安置在圓柱體(1)的陶瓷封閉插頭(4)上，圓柱體(1)由陶瓷材料制成，上述圓柱體(1)和上述陶瓷封閉插頭(4)通過燒結或用一整塊原料制成，形成均勻體，上述圓柱體(1)通過一個緊密方式密封的陶瓷封閉插頭(5)封閉其另一端，上述圓柱體(1)包含陶瓷封閉插頭(5)以及與電極(15)聯(lián)接在一起的電流輸入端(7)，從組成陶瓷體的上述圓柱體(1)的內(nèi)部空間將空氣抽出，將添加劑和啟動氣體引入上述圓柱體(1)的上述內(nèi)部空間，為將上述管形電源輸入端(8)安置在上述陶瓷封閉插頭(4)上，使用真空嚴密密封材料(6)密封上述陶瓷體，其特征在于，形成放電器冷腔(14)進一步的一些步驟是基于上述管形電流輸入端(8)，它包括的內(nèi)部空間是從上述封閉圓柱體(1)外部的封閉外端16延伸到在上述封閉圓柱體(1)內(nèi)部空間的另一端，上述另一端與上述電極(11)相聯(lián)系，在密封了安置有上述管形電流輸入端(8)的上述陶瓷封閉插頭(4)后，冷卻上述管形電流輸入端(8)的上述封閉外端(16)，在上述冷卻步驟的同時，加熱上述圓柱體(1)并收集上述放電器的上述冷腔(14)內(nèi)的上述添加劑。
3.按照權利要求1或權利要求2所述的方法，其特征是應用水銀-鈉汞齊合金作為高壓鈉蒸汽燈的添加劑成份，把氙氣引入上述圓柱體(1)的上述內(nèi)部空間作為啟動氣體，增加上述內(nèi)部空間的壓力，并使壓力值不超過66.7KN/m2，通過冷卻上述管形電流輸入端(8)的上述外封閉端(16)的溫度到低于30℃，完成上述冷卻步驟，通過加熱上述圓柱體(1)到800℃左右，并且時間周期不超過10分鐘，完成上述加熱步驟。
4.按照權利要求1，2和3中任何一項所述的方法，其特征是，在上述圓柱體(1)內(nèi)將上述電極(11，15)聯(lián)接到一個適當?shù)碾娫瓷?，加熱含有為正常使用而裝配的放電器的光源，來執(zhí)行上述加熱步驟。
5.高壓氣體放電光源的放電器由以下部分組成，氧化物為基礎的陶瓷材料制成的圓柱體(1)，至少一個管形電流輸入端(8)安置在上述圓柱體(1)的至少一個陶瓷封閉插頭(4)上，為參與氣體放電過程，將金屬添加劑引入上述圓柱體(1)的內(nèi)部空間，包含在上述圓柱體(1)的上述內(nèi)部空間的啟動氣體，管形電流輸入端(8)在上述圓柱體(1)的內(nèi)部空間的部分，借助于帶有毛細作用系統(tǒng)的端部(10)與電極(11)相聯(lián)接，其特征在于上述陶瓷封閉插頭(4)外部的上述管形電流輸入端(8)緊密封閉部分的表面積，最多為管形電流輸入端(8)整個表面積的35%。
6.按照權利要求5規(guī)定的放電器裝置，其特征是在上述陶瓷封閉插頭(4)外部的上述管形電流輸入端(8)緊密封閉部分的表面積，其范圍為管形電流輸入端(8)整個表面積的10-30%。
全文摘要
用于無吸管型高壓氣體放電光源的放電器的裝配方法。圓柱體1從一端用陶瓷插頭5封閉，插頭5包含電流輸入端7，上面安置電極15。另外一端由另一個陶瓷插頭4封閉，該插頭環(huán)繞一個管形電流輸入端8，聯(lián)接到另一電極11，將起動氣體和添加劑引入到圓柱體1的內(nèi)部空間，通過密封材料密封圓柱體1，新穎性在于管形電流輸入端8的外端部16的冷卻步驟以及圓柱體1同時的加熱步驟，由此使管形電流輸入端8的內(nèi)部空間組成放電器冷腔14。
文檔編號H01J61/33GK1041064SQ8910652
公開日1990年4月4日 申請日期1989年8月25日 優(yōu)先權日1988年8月26日
發(fā)明者米克羅斯·科薩波迪, 彼得·弗蘭西 申請人:藤格斯蘭姆股份公司