專(zhuān)利名稱(chēng)：高壓氣體放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓氣體放電燈，該燈包括燈室，以真空氣密方式密封，并且具有封閉放電空間的石英玻璃壁；金屬箔，嵌入燈室的壁中，分別與各自的外電流導(dǎo)體連接；鎢電極棒，分別與所述金屬箔的相應(yīng)一個(gè)連接，并從燈室的壁突入放電空間中；在放電空間中的可電離填充物；該燈滿(mǎn)足下列關(guān)系，finw＞＝40％其中finw＝封入燈室壁中的電極棒長(zhǎng)度部分，EP 0581354 A1披露了這種類(lèi)型的高壓氣體放電燈。該公知的燈適用于作為車(chē)輛照明燈，并且該燈有厚度為250μm的電極棒，在棒的自由端可以包有殼層或可以沒(méi)有殼層，可由例如含釷的鎢制備電極棒。
對(duì)燈在點(diǎn)火之后提供穩(wěn)定工作期間的大部分光通量的速度提出了嚴(yán)格的要求。還要求在因前一工作周期燈還是熱的情況下就可點(diǎn)燃燈。為了滿(mǎn)足這些要求，在幾KV的電壓和幾KHz的頻率下點(diǎn)燃該燈。
在已知燈的制造中，進(jìn)行將一個(gè)或幾個(gè)所述金屬箔封閉在壁中的密封操作。在該操作期間，軟化在有金屬箔、外部電流導(dǎo)體和電極棒時(shí)進(jìn)行該密封的區(qū)域處的石英玻璃。接著，冷卻該燈或?qū)⒁纬傻臒?。由于電極棒有較高的線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)(約45*0-7K-1)，因而電極棒的收縮比在其中嵌入該棒的石英玻璃的收縮更強(qiáng)。石英玻璃是至少含有98wt％的SiO2的玻璃，玻璃的膨脹系數(shù)約為6*0-7K-1。為了通過(guò)對(duì)電極棒鎢附加例如氧化釷獲得棒與石英玻璃之間良好的粘結(jié)，與壁的石英玻璃未機(jī)械連接地圍繞該棒涂敷石英玻璃。如果電極棒與石英玻璃彼此不能牢固地粘結(jié)，那么因圍繞該棒的收縮，產(chǎn)生毛細(xì)管空間。由于箔的這種形狀，因而在通常為鉬箔的金屬箔的周?chē)划a(chǎn)生這種毛細(xì)管空間。
在已知的燈中，通常在棒與石英玻璃之間有良好的粘結(jié)，并因此有圍繞該棒的石英玻璃涂層。在已知燈中電極棒的石英玻璃涂層增加其熱容量(升高相同溫度所需要的能量)，還增加其導(dǎo)熱率(每單位時(shí)間消耗的熱量)。另一方面，它們的導(dǎo)電率并不受影響。較高的熱容量延遲在燈點(diǎn)火期間棒溫度的升高，從而與嵌入的金屬箔的永久性接觸使周?chē)诘氖⒉ＡС尸F(xiàn)較高的溫度和膨脹，也是由于電流流過(guò)箔而在該箔中生熱。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一種類(lèi)型的燈的涂層有變化的長(zhǎng)度。這可能是由于進(jìn)行密封時(shí)石英玻璃的溫度變化較小。其缺點(diǎn)是，在燈制備期間，沒(méi)有涂層或沒(méi)有足夠的涂層會(huì)導(dǎo)致廢品，當(dāng)沒(méi)有或沒(méi)有足夠的石英玻璃涂層時(shí)和該燈在短操作周期之后經(jīng)常進(jìn)行接通和開(kāi)閉時(shí)，已知的燈僅有短的壽命。
當(dāng)點(diǎn)火這種沒(méi)有涂層的燈時(shí)，電極棒的溫度因流過(guò)其的高電流和因放電傳遞的熱而迅速升高。石英玻璃并不立即跟隨該溫度的升高。由于它們的較高溫度和較高膨脹系數(shù)，因而棒將與石英玻璃接觸并對(duì)其施加壓力。已發(fā)現(xiàn)在石英玻璃中產(chǎn)生例如微裂紋之類(lèi)的損傷，該微裂紋的數(shù)量和大小一般會(huì)在隨后的點(diǎn)火期間增加。這導(dǎo)致因漏氣，引起填充物成分逃逸，以致燈不再點(diǎn)火，或燈室破裂的燈壽命的(早期)終結(jié)。
除非創(chuàng)造特定的條件，例如圍繞電極棒的石英玻璃涂層，否則滿(mǎn)足關(guān)系finw＞＝40％的燈有產(chǎn)生上述有害現(xiàn)象的較大風(fēng)險(xiǎn)。
另一個(gè)缺陷是，涂層導(dǎo)致不希望和麻煩的在放電中產(chǎn)生的光的反射。
本發(fā)明的目的在于提供一種在開(kāi)篇的段中所述的那種類(lèi)型的高壓氣體放電燈，該燈具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)并可克服所述缺點(diǎn)。
按照本發(fā)明，這樣實(shí)現(xiàn)該目的，即電極棒具有突入放電空間的第一部分和至少局部封入壁中的第二部分，該第一部分至少大體由鎢制備，第二部分由從鎢、鉬和鎢鉬合金的組中選擇的元素構(gòu)成，其中所述鎢的厚度在120μm與180μm之間的范圍內(nèi)，所述鉬的厚度在120μm與350μm之間的范圍內(nèi)，和所述鎢鉬合金的厚度在120μm與350μm之間的范圍內(nèi)，所述第一部分和第二部分接觸并且通過(guò)相面對(duì)的端彼此連接。
由于電極由第一和第二部分構(gòu)成，因而可使電極適合該環(huán)境。使第一部分與已知燈的突入放電空間的電極端部一致，因而在燈壽命期間，該電極可抵抗因高啟動(dòng)電流和放電產(chǎn)生的熱。以這種方式設(shè)計(jì)第二部分，以便至少基本上不再發(fā)生在燈點(diǎn)火(再點(diǎn)火)期間，因膨脹并因此通過(guò)電極棒的第二部分對(duì)石英玻璃施加壓力而使燈漏氣或破裂的問(wèn)題。
已發(fā)現(xiàn)，滿(mǎn)足關(guān)系finw＞＝40％的燈，在具有封入壁中的第二部分的較小厚度的電極棒中至少基本上不產(chǎn)生漏氣問(wèn)題。在具有其厚度為180μm的鎢的第二部分的電極棒的燈中，發(fā)現(xiàn)僅偶然發(fā)生燈的漏氣。在低于180μm的厚度時(shí)，膨脹和因此由電極棒施加給石英玻璃的壓力的絕對(duì)值是如此之小，從而不再發(fā)生例如微裂紋之類(lèi)的損傷。
在包括具有厚度為350μm的鎢鉬合金和鉬的第二部分的電極棒的燈中，發(fā)現(xiàn)僅偶然地發(fā)生燈的漏氣。如果選擇該第二部分的厚度小于350μm，那么可明顯減少燈漏氣或破裂的危險(xiǎn)。成功地使用較大厚度的鉬或鎢鉬合金的第二部分是基于這些材料的延展性。當(dāng)因膨脹由電極對(duì)石英玻璃施加壓力時(shí)，由于相對(duì)于使用例如較低延展性的鎢制備的電極來(lái)說(shuō)的較大延展性的材料的變形，因而該壓力被更均勻地分布。
可是，對(duì)于厚度小于120μm的鎢、鎢鉬合金和鉬制備的第二部分來(lái)說(shuō)，由于它們的質(zhì)量輕，因而該電極僅有這樣小的熱容量，并且由于它們的較小直徑，因而該電極僅有較小的熱傳導(dǎo)性，以致在燈啟動(dòng)期間，電極隨后變得較熱。盡管因第二部分的較小厚度，在嵌入石英玻璃期間形成了小的毛細(xì)管空間，但發(fā)現(xiàn)在給定的環(huán)境下，在這些毛細(xì)管空間中的電極棒局部與燈室壁永久性接觸，從而以這種方式增加熱損耗，充分地補(bǔ)償由其較小直徑造成的電極的小熱傳導(dǎo)性，從而防止燈壽命的較早終結(jié)。
還發(fā)現(xiàn)具有厚度低于120μm，例如厚度為100μm的第二部分的電極在燈工作期間變得太熱并且似乎要變形和/或熔化。由于電極熔化的事實(shí)，在電極之間放電電弧的長(zhǎng)度發(fā)生變化，并因此還改變燈正常工作期間的功耗。
按照本發(fā)明措施的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于電極棒來(lái)說(shuō)提供了使用無(wú)釷材料的可能性，而不會(huì)不利地影響燈的壽命。在將電極棒嵌入石英玻璃期間形成的毛細(xì)管空間在厚度小于350μm的第二部分中相對(duì)較少。因此，這有附加的優(yōu)點(diǎn)，即在這些毛細(xì)管空間中不會(huì)大量累積鹽(salts)，否則將從放電中抽取該鹽。
利用常規(guī)的技術(shù)例如激光焊接可使電極的第一和第二部分相互固定。重要的是在第一和第二部分通過(guò)電極棒的端部相互固定時(shí)，要實(shí)現(xiàn)良好的接觸。這是將熱從第一部分令人滿(mǎn)足地轉(zhuǎn)移到第二部分所需要的，它有助于電極抵擋在燈壽命期間因高啟動(dòng)電流和放電產(chǎn)生的熱。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙糠钟涉u制備時(shí)最好。也可以利用腐蝕技術(shù)例如酸洗，由一金屬件制備第一和第二部分。
由于第二部分的較小厚度，因而為了有堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)即避免電極變形，最接近于與第二部分連接處的第一部分最好與燈室壁永久性接觸，例如在0.1-1.0mm的長(zhǎng)度上例如部份封入容器中。最接近于與第二部分連接處的第一部分與燈室壁永久性接觸，也有利于對(duì)于復(fù)合電極的熱的令人滿(mǎn)意的損耗。
由于燈點(diǎn)火時(shí)的高啟動(dòng)電流和因放電產(chǎn)生的熱，不僅在第二部分中，而且也在電極的第一部分中產(chǎn)生較高的溫度。在厚度低于250μm的第一部分中，存在電極頭熔化的較大危險(xiǎn)。由于具有厚度高于250μm的第一部分的電極具有足夠的熱傳導(dǎo)率，從而可非常顯著地降低熔化的風(fēng)險(xiǎn)。并且，第一部分的厚度最好低于400μm。這樣幾乎沒(méi)有任何發(fā)生燈閃爍即放電接觸點(diǎn)在電極頭上跳躍的風(fēng)險(xiǎn)。
按照本發(fā)明的高壓氣體放電燈可用作例如車(chē)輛照明燈，或不同種類(lèi)的光學(xué)系統(tǒng)。為此，燈配置有燈頭，可以或者不可以用外殼包圍。燈頭可以或者不可以與反射器成為一體。
也可以由整個(gè)電極的總長(zhǎng)度確定第一和第二部分的長(zhǎng)度。在最佳實(shí)施例中，整個(gè)電極的長(zhǎng)度在4.5和7.5mm之間，最好是6mm。這樣選擇分離部分的長(zhǎng)度，以便第一部分至第二部分的連接至少大體位于壁與放電空間的邊界表面，位于電極突進(jìn)放電空間的位置之處。
金屬箔可以相互鄰近地嵌入壁的一個(gè)區(qū)域中，或在相互相距一定距離例如相互相對(duì)的區(qū)域中。電極棒的第一部分可以有或者沒(méi)有在放電空間中包圍其自由端的殼層。電極棒的第一部分可以由未摻雜的鎢，例如鎢-ZG，或摻雜的鎢，例如有1.5wt％的Th的W制備。電極棒的第二部分可由未摻雜的鎢或鉬，例如鎢-ZG；鎢鉬混合物；或摻雜的鎢或鉬，例如摻雜3wt％的Y的鉬制備。當(dāng)使用摻雜的鎢時(shí)，可附加少量的晶體生長(zhǎng)調(diào)節(jié)成分，例如總重量為0.01wt％的K、Al和Si，以影響鎢晶粒尺寸。
特別是，可電離的填充物包括稀有氣體、汞和金屬鹵化物的混合物，金屬鹵化物例如作為鑭系元素、鈧和釔的鹵化物的稀土鹵化物。
參照下述實(shí)施例，通過(guò)非限制性的實(shí)例，可說(shuō)明和理解本發(fā)明的這些和其它方案。
附圖中

圖1是燈的側(cè)視圖；圖2A和2B放大表示圖1的細(xì)節(jié)；圖3表示帶有燈頭的圖1的燈的側(cè)視圖。
圖1中，高壓氣體放電燈有以真空氣密方式密封的燈室1和封閉放電空間3的石英玻璃壁2。金屬箔4嵌入燈室的壁中，其中在附圖中為摻有0.5wt％的Y2O3的Mo金屬箔的金屬箔4分別連接到在本實(shí)施例中為Mo的相應(yīng)外電流導(dǎo)體5上。分別連接到所述金屬箔4的相應(yīng)一個(gè)上的鎢電極棒6a從燈室壁突入放電空間中。
在放電空間3中存在可電離的填充物。
由于連接到其上固定有外導(dǎo)體5的金屬箔4上，因而電極棒6a部份地封閉于燈室的壁中，在這些導(dǎo)體的區(qū)域處利用導(dǎo)體使壁熔化，或使該壁變平以便實(shí)現(xiàn)夾封。
該圖中，用外殼9包圍燈室，并且該外殼耦接在燈室上。在金屬夾緊套筒10處可用燈頭夾持該燈。
所述的燈有汞、碘化鈉和碘化鈧和氙的填充物，例如，在室溫下有壓力為7巴的氙，在按額定電壓的工作期間該燈的功率消耗為35W。
圖2A和2B表示整個(gè)電極棒6a的約75％的長(zhǎng)度f(wàn)inw部分被封閉在燈室1的壁2中，以便燈滿(mǎn)足關(guān)系finw＞＝40％。電極棒6a的長(zhǎng)度分別為約6mm，并且分別具有其長(zhǎng)度約為1.5mm和4.5mm的第一部分7a和第二部分7b，這兩部分相鄰并且例如利用焊接通過(guò)第一和第二部分的端部7c相互連接。端部7c位于燈室1的壁2附近。但是，第一部分7a與燈室1的壁2在接觸區(qū)域6c永久性地接觸，而沒(méi)有燈漏氣或擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。電極棒6a分別具有在壁2中的第二部分7b，該部分至少接近有關(guān)的金屬箔4，該第二部分與壁的玻璃不機(jī)械連接。
在圖2A所示的實(shí)施例中，電極棒6a具有用厚度為300μm的鎢制備的第一部分7a，和用厚度為150μm的鎢制備的第二部分7b。在圖2B所示的實(shí)施例中，電極棒6a具有用厚度為300μm的鎢制備的第一部分7a，和用厚度為300μm的鉬制備的第二部分7b。該圖表明，第二部分7b和圍繞它的毛細(xì)管6b終結(jié)于箔上棒的熔接部分4a。密封部分2a在外電流導(dǎo)體5和電極棒6a之間的區(qū)域中是真空氣密的。
圖3中，用不同的外殼9a封閉燈室1，并且該外殼耦接于其上。燈室固定于卡口型燈頭8中，該燈頭配置有分別與各自的電極棒6a連接的中心管腳觸點(diǎn)11和環(huán)形管腳觸點(diǎn)12，其中該環(huán)形觸點(diǎn)是通過(guò)連接導(dǎo)體13與相應(yīng)的電極棒6a連接的。配備這種燈頭8的燈室1顯然適于作為車(chē)輛照明燈。
權(quán)利要求
1.一種高壓氣體放電燈，包括燈室(1)，以真空氣密方式密封，并且具有封閉放電空間(3)的石英玻璃壁(2)；金屬箔(4)，嵌入燈室的壁中，分別與各自的外電流導(dǎo)體(5)連接；鎢電極棒(6a)，分別與所述金屬箔的相應(yīng)一個(gè)連接，并從燈室的壁突入放電空間中；在放電空間中的可電離填充物；該燈滿(mǎn)足下列關(guān)系，finw＞＝40％其中finw＝封入燈室壁中的電極棒長(zhǎng)度部分，其特征在于，電極棒(6a)具有突入放電空間(3)的第一部分(7a)和至少部份封入壁(2)中的第二部分(7b)，該第一部分至少大體由鎢制備，第二部分由從鎢、鉬和鎢鉬合金的組中選擇的元素構(gòu)成，其中所述鎢的厚度在120μm與180μm之間的范圍內(nèi)，所述鉬的厚度在120μm與350μm之間的范圍內(nèi)，和所述鎢鉬合金的厚度在120μm與350μm之間的范圍內(nèi)，所述第一部分和第二部分接觸并且通過(guò)相面對(duì)的端部(7c)彼此連接。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于電極棒(6a)的第一部分(7a)與燈室(1)的壁(2)，在接觸區(qū)域(6c)永久性地接觸。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，電極棒(6a)的第一部分(7a)的厚度為250μm到400μm。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，電極棒(6a)的長(zhǎng)度在4.5mm與7.5mm之間。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該燈配有燈頭(8)。
全文摘要
一種高壓氣體放電燈,包括密封的燈室(1),該燈室具有封閉放電空間(3)的石英玻璃壁(2)。金屬箔(4)嵌入該壁中,并與從壁突入放電空間中的電極棒(6a)連接。電極棒(6a)具有第一部分(7a)和第二部分(7b),第二部分至少大體由直徑為120μm至180μm的鎢、或直徑為120μm至350μm的鉬、或直徑為120μm至350μm的鎢鉬混合物構(gòu)成。設(shè)置于壁(2)內(nèi)的第二部分可防止因漏氣所引起的燈的永久性失效。
文檔編號(hào)H01J61/073GK1273690SQ99801044
公開(kāi)日2000年11月15日 申請(qǐng)日期1999年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月30日
發(fā)明者J·F·R·埃塞曼斯, D·賽波德, A·喬雷斯 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司