專利名稱：氣密封燈、氣密封燈的制造方法以及發(fā)光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及發(fā)光系統(tǒng)，尤其是涉及高強度放電(HID)燈，特別是涉及氣密封燈及其制造方法，改進密封特征以及對于腐蝕劑材料例如鹵化物和金屬鹵化物的耐腐蝕能力。
背景技術(shù)：
高強度放電燈通常由陶瓷管形體或電弧管而形成，該陶瓷管形體或電弧管由一個或多個端部結(jié)構(gòu)來密封。對于該陶瓷管形體，端部結(jié)構(gòu)通常使用密封玻璃來密封，該密封玻璃的物理和機械性能都與陶瓷部件和端部結(jié)構(gòu)匹配。密封通常涉及加熱陶瓷管形體、端部結(jié)構(gòu)和密封玻璃的組件，以便使密封玻璃熔化，并與陶瓷體起反應(yīng)，從而形成較強的化學(xué)和物理粘合(bond)。陶瓷管形體和端部結(jié)構(gòu)通常由相同材料例如多晶氧化鋁(PCA)制成。不過，對于特定用途，可能需要使用不同材料來用于陶瓷管形體和端部結(jié)構(gòu)。在各種情況下，通過密封處理，在連接部件之間的交界面以及用于不同部件的材料中將形成各種應(yīng)力。例如部件材料可能有不同的機械和物理性能，例如不同熱膨脹系數(shù)(CTE)，這可能導(dǎo)致殘余應(yīng)力和密封裂紋。這些可能的應(yīng)力和密封裂紋對于高壓燈特別成問題。
在陶瓷管形體和端部結(jié)構(gòu)之間的交界面的幾何形狀也造成了前述應(yīng)力。例如，端部結(jié)構(gòu)通常具有塞子或口袋的形狀，它與陶瓷管形體的平表面和柱形表面交界。當部件有不同熱膨脹系數(shù)和彈性特性時，由于不同應(yīng)變而產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這使得材料不能釋放成無應(yīng)力狀態(tài)。例如，當為塞子型端部結(jié)構(gòu)時，如果塞子的熱膨脹系數(shù)小于陶瓷管形體和密封玻璃，那么在陶瓷-密封玻璃中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，而在塞子區(qū)域中產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。
除了陶瓷管形體和端部結(jié)構(gòu)，高強度放電燈還包括內(nèi)部材料(例如氣體)和電極材料，以便產(chǎn)生發(fā)光所希望的高強度放電。布置在高強度放電燈中的特定內(nèi)部材料可能影響密封特性、光特性以及可用于燈部件和密封玻璃的材料類型。例如，某些內(nèi)部材料例如鹵化物和金屬鹵化物可能適合于光特性，但是它們對包括管形體和端部結(jié)構(gòu)的某些陶瓷和金屬部件產(chǎn)生腐蝕。
在特定用途中(例如需要良好光學(xué)控制的光投射)，現(xiàn)有的高強度放電燈不能提供合適的光特性和顏色特性。例如，現(xiàn)有的高強度放電燈通常局限于它們的“投射屏幕光通量”，即較大視在源尺寸以及在投射屏幕光通量的光譜分布中的紅色含量不充分。光散射或源尺寸將定量表示為“etendue”，而缺乏紅色含量將定量表示為高強度放電燈的“顏色效率”。這些缺點限制了投射系統(tǒng)例如計算機或投影系統(tǒng)的屏幕亮度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要提供一種改進密封特性的發(fā)光系統(tǒng)例如高強度放電燈。
本發(fā)明提供了一種燈，其包括電弧封套，該電弧封套有開口端；以及端部結(jié)構(gòu)，該端部結(jié)構(gòu)與該電弧封套在開口端處擴散粘接。該端部結(jié)構(gòu)還有伸入該電弧封套內(nèi)的充料通道。
本發(fā)明還提供了一種制造燈的方法，包括使電弧封套與有充料通道的端部結(jié)構(gòu)擴散粘接；通過充料通道將合適物質(zhì)注入電弧封套內(nèi)；以及封閉該充料通道。
本發(fā)明還提供了一種發(fā)光系統(tǒng)，包括發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置包括空心本體，該空心本體包括擴散粘接在一起的第一部分和第二部分，其中，第一部分和第二部分中的至少一個包括透明陶瓷；一對電弧電極(，該對電弧電極支承在空心體中；以及可離子化氣體和水銀，該氣體和水銀裝在空心體中。發(fā)光裝置的另一實施例有電弧封套和端部結(jié)構(gòu)，該端部結(jié)構(gòu)擴散粘接在電弧封套的開口端上。


通過閱讀下面的詳細說明并參考附圖，可以清楚本發(fā)明的前述和其它優(yōu)點和特征，附圖中圖1是根據(jù)本技術(shù)的某些實施例的燈的透視圖；圖2是圖1中所示的燈的側(cè)剖圖，表示了電弧封套、端部結(jié)構(gòu)和充料管的氣密密封組件；圖3是根據(jù)本技術(shù)的某些實施例的燈的可選實施例的側(cè)剖圖，該燈有彎曲電弧封套、端部結(jié)構(gòu)和充料管；圖4是表示圖2和3中所示的封套和端部結(jié)構(gòu)的材料擴散對接接頭的實例的特寫側(cè)剖圖；圖5是表示連接圖2和3中所示的端部結(jié)構(gòu)和充料管的材料擴散接頭的實例的特寫側(cè)剖圖；圖6、7和8是具有與各種電弧封套連接的一個或多個充料管的燈的還一可選實施例的側(cè)剖圖；圖9是表示連接圖6-8中所示的封套和充料管的材料擴散接頭的實例的特寫側(cè)剖圖；圖10、11、12和13是圖6中所示的燈的側(cè)剖圖，它進一步表示了燈的充料和密封處理；圖14是表示圖1-13中所示結(jié)構(gòu)的燈裝配、充料和密封處理的流程圖；圖15是圖3中所示的燈的可選實施例的側(cè)剖圖，它進一步表示了電弧封套與端部結(jié)構(gòu)通過密封材料進行的對接密封；圖16是圖3中所示的燈的另一可選實施例的側(cè)剖圖，它有臺階形端部結(jié)構(gòu)；圖17、18和19表示了圖16中所示的密封的可選結(jié)構(gòu)的特寫剖視圖；圖20和21是圖3中所示的燈的還一實施例的側(cè)剖圖，表示了可選的端部結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)；圖22是圖6中所示的燈的可選實施例的側(cè)剖圖，它有傾斜電極；圖23是圖6中所示的燈的可選實施例的側(cè)剖圖，它有偏離的充料管；圖24是圖8中所示的燈的可選實施例的側(cè)剖圖，它有環(huán)繞充料管內(nèi)的兩個引線中的一個的非導(dǎo)體外殼；圖25是圖24中所示的充料管的剖視圖，它還表示了由非導(dǎo)體外殼隔開的兩個引線；圖26是圖8中所示的燈的可選實施例的側(cè)剖圖，它有在充料管內(nèi)環(huán)繞一對用于電極的引線的非導(dǎo)體填料或密封材料；圖27、28、29、30和31是圖3中所示的燈的可選實施例的剖視圖，表示了充料管和電弧極的各種結(jié)構(gòu)；圖32是根據(jù)本技術(shù)的某些實施例的可選燈的側(cè)剖圖，該燈有上部和底部杯形部分、傾斜電弧電極和反射層或涂層；以及圖33是圖3中所示的燈的可選實施例的側(cè)剖圖，它有用透鏡透射光的圓頂形結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
如下面詳細所述，本發(fā)明的實施例提供了用于減小在燈組件例如高強度放電燈中產(chǎn)生裂紋和應(yīng)力的可能性的各種獨特密封系統(tǒng)和方法。這些密封系統(tǒng)和方法使得該燈可以在超過普通工作情況的相對較高溫度和壓力下工作。例如，燈的某些實施例可在內(nèi)部壓力超過200巴和內(nèi)部溫度超過1000開氏度的情況下工作。在其它實施例中，燈可在內(nèi)部壓力超過300至400巴和內(nèi)部溫度超過1300至1400開氏度的情況下工作。根據(jù)特殊結(jié)構(gòu)材料、內(nèi)部填充材料(例如惰性氣體、水銀等)、幾何形狀和其它特征，燈也可在甚至更高的溫度和壓力下工作。除了前述溫度和壓力條件，燈也可以在有各種腐蝕性內(nèi)部填充材料例如鹵化物和金屬鹵化物的情況下工作。
如下面更詳細所述，燈的前述特征是由于使用了材料擴散密封技術(shù)、室溫密封技術(shù)、局部或聚焦熱密封技術(shù)、簡化密封交界面、多區(qū)域密封技術(shù)和/或耐腐蝕材料。例如，材料擴散密封技術(shù)便于除去在燈部件之間的粘接交界面處的密封材料或交界面基質(zhì)。除去該密封材料交界面減小了殘余應(yīng)力和最終產(chǎn)生裂紋的可能性，該殘余應(yīng)力和裂紋通常是由于各個燈部件和密封材料的不同熱膨脹系數(shù)(CTE)造成的。另外，除去密封材料便于減小腐蝕的危險或與填充材料的不利作用。非熱或室溫密封技術(shù)通過在室溫下使可延展材料機械變形或卷邊而產(chǎn)生密封件。局部或聚焦熱密封技術(shù)通過將熱聚焦(例如激光焊接)在所希望的密封區(qū)域而減小對燈部件的熱沖擊和損害。簡化密封交界面基本減小了在具有不同熱膨脹系數(shù)的部件之間產(chǎn)生壓縮和拉伸應(yīng)力的可能性。例如，某些部件進行端對端地密封，這樣，交界面將沿單個平面。因此，該平面交界面或?qū)用芊饣鞠嗽谡辰硬考g產(chǎn)生壓縮或拉伸應(yīng)力的可能性。多區(qū)域密封技術(shù)也減小了在具有不同熱膨脹系數(shù)的部件之間產(chǎn)生壓縮和拉伸應(yīng)力的可能性。該多區(qū)域密封技術(shù)將不同密封材料物理分開和/或施加在密封交界面的各個部分而不是有平面交界面。如后面詳細所述，燈的實施例由能夠通過前述技術(shù)密封且能夠承受相對較高溫度和壓力以及腐蝕性材料(例如鹵化物)的各種材料形成。
盡管本技術(shù)用于各種發(fā)光系統(tǒng)，但是上述獨特特征將參考圖1-21中所示的幾個燈的實例來介紹。下面參考這些附圖，圖1是根據(jù)本發(fā)明某些實施例的燈100的透視圖。如圖所示，燈10包括空心體或電弧封套12、充料結(jié)構(gòu)14和端部結(jié)構(gòu)20的氣密密封組件；該充料結(jié)構(gòu)14有穿過端部結(jié)構(gòu)18延伸的充料管16。如圖所示，該電弧封套12有柱形或管形幾何形狀，同時端部結(jié)構(gòu)20有板形或帽式幾何形狀。燈10還有引線22和24，該引線22和24穿過(或從)端部結(jié)構(gòu)18和20伸入電弧封套12。在該電弧封套12中，電弧電極21和23從引線22和24伸出并終止于電弧末端26和28。在電弧末端26、28之間的電弧間隙根據(jù)電弧電極21和23插入端部結(jié)構(gòu)18和20內(nèi)的距離來設(shè)定。內(nèi)部填充材料30也可以布置在氣密密封組件內(nèi)。例如，填充材料30的某些實施例包括稀有氣體和水銀。填充材料30的其它實施例還包括鹵化物例如溴或稀土金屬鹵化物。
如后面更詳細所述，燈10的某些實施例通過一種或多種密封材料、材料擴散或共同燒結(jié)處理、局部加熱和/或其它合適技術(shù)而粘接或密封在一起。例如，燈10的一個實施例具有施加在端部結(jié)構(gòu)18和20與電弧封套12的相對端之間的密封材料。在另一實施例中，端部結(jié)構(gòu)18和20在不使用任何密封材料的情況下通過材料擴散而粘接在電弧封套12的相對端上。同樣，燈10的某些實施例有通過施加一種或多種密封材料、材料擴散和/或局部加熱而粘接在各個端部結(jié)構(gòu)18、20上的充料管16和引線22和24。在將填充材料30注入電弧封套12中之后，充料管16通過局部加熱、冷焊接、卷邊和/或其它合適密封技術(shù)來密封。
燈10的各個實施例也有各種不同的燈結(jié)構(gòu)和形式，例如高強度放電(HID)或超高強度放電(UHID)燈。例如，燈10的某些實施例包括高壓鈉(HPS)燈、陶瓷材料鹵化物(CMH)燈、短弧燈、超高壓(UHP)燈或聚光燈。如上所述，燈10進行獨特密封，以便適應(yīng)較極端的工作狀態(tài)。在外部，燈10的某些實施例能夠在真空、氮氣、空氣或各種其它氣體環(huán)境中工作。在內(nèi)部，燈10的某些實施例保持壓力超過200、300或400巴，溫度超過100、1300或1400開氏度。例如，燈10的某些結(jié)構(gòu)在400巴內(nèi)部壓力下和在400巴的水銀露點或高于該水銀露點的內(nèi)部溫度下工作，該水銀露點即大約1400開氏度。更高內(nèi)部壓力也特別有利于短弧燈，該短弧燈能夠在燈內(nèi)部壓力增加時產(chǎn)生更小(例如它在所有方向上更小)電弧。燈10的不同實施例也密封保持各種填充材料30例如稀有氣體和水銀。在某些實施例中，填充材料30包括鹵化物(例如溴、碘等)或稀土金屬鹵化物。
燈10的部件由各種材料形成，這些材料彼此相同或不同。例如，電弧封套12的不同實施例由各種透明陶瓷和其它材料形成，例如釔-鋁-金剛砂、鐿-鋁-金剛砂、微粒多晶氧化鋁(μPCA)、氧化鋁或單晶藍寶石、氧化釔、尖晶石和氧化鐿。封套12的其它實施例由普通燈材料形成，例如多晶氧化鋁(PCA)。不過，前述材料優(yōu)選是提供有較低光散射和其它合適特征。電弧封套12的各種實施例還有不同形式，例如球形、柱形、半球形或任何其它合適空心體。
對于燈10的端部結(jié)構(gòu)18和20，這些部件由各種陶瓷和其它合適材料形成，例如鈮、涂覆有耐腐蝕材料(例如耐鹵化物材料)的鈮、金屬陶瓷(例如穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷、氧化鋁-鎢等)以及其它導(dǎo)電或非導(dǎo)電材料。例如，穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷的某些實施例包括鉬-穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷或鎢-穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷。而且，在穩(wěn)定氧化鋯陶瓷的不同實施例中，氧化鋯通過氧化釔、氧化鈣、氧化鎂或合適的鑭系元素而穩(wěn)定。鈮的熱膨脹系數(shù)接近使用的陶瓷的熱膨脹系數(shù)，且它的熱化學(xué)性質(zhì)為能夠穩(wěn)定地抗熱鈉和水銀蒸氣。因此，鈮對于某些用途特別有利。不過，當腐蝕性材料例如鹵化物布置在燈10中時，耐腐蝕材料為優(yōu)選。例如，包括鉬的耐腐蝕材料特別能抗熱鹵化物蒸氣。在一個實施例中，端部結(jié)構(gòu)18、20包括涂覆有薄鉬層的鈮板。該薄層足夠薄，以便使鉬和陶瓷之間熱膨脹系數(shù)的不匹配減至最小，從而減小最終產(chǎn)生陶瓷應(yīng)力和裂紋的可能性。金屬陶瓷例如氧化鋁-鉬、氧化鋁-鎢、鎢-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯或鉬-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯也特別有利于燈10。例如，某些金屬陶瓷的CTE與陶瓷電弧封套12相對接近匹配，同時還能夠耐熱鹵化物蒸氣。鉬-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷的實例包括百分之35至70容積組分的氧化鋯。在某些實施例中，鉬-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷有百分之55至65容積組分的氧化鋯。不過，任意其它合適的鉬-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯組分也在本技術(shù)的范圍內(nèi)。
對于燈10的電部件，當端部結(jié)構(gòu)材料不導(dǎo)電時，引線22和24的某些實施例穿過端部結(jié)構(gòu)18和20，并與電極21和23物理連接。在其它實施例中，當端部結(jié)構(gòu)材料導(dǎo)電時，引線22和24直接安裝在端部結(jié)構(gòu)18和20上，從而形成從24通過20至23以及從22通過18至21的導(dǎo)電通路。引線22和24包括任意合適材料，例如鎢或鉬。當材料相容時，燈的其它實施例有擴散粘接到端部結(jié)構(gòu)和充料管上的引線22和24。例如，擴散粘接的實例包括在相應(yīng)部件之間的鎢金屬陶瓷擴散粘接或鉬擴散粘接。同樣，電極21和23以及電極末端26和28包括鎢和任意其它合適材料。
對于充料管16，燈10的不同實施例有各種不同結(jié)構(gòu)和材料組分，例如鈮。不過，充料管16的某些實施例具有在高溫和高壓下的穩(wěn)定性、抗腐蝕材料例如熱鹵化物蒸氣的穩(wěn)定性、以及用于冷焊接充料管16的延展性。例如，充料管16的某些實施例由鉬和錸的合金形成，該鉬和錸都能穩(wěn)定地抗熱鹵化物。盡管任意合適的組分都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，不過鉬-錸合金實例包括大約百分之35至55重量的錸。在某些實施例中，鉬-錸合金包括大約百分之44至48重量的錸。不過，任意其它合適的鉬-錸組分也在本技術(shù)的范圍內(nèi)。鉬和錸的合金也有充分的延展性，以便使充料管16能夠通過卷邊處理、冷焊接處理或任意其它合適的機械變形技術(shù)而進行氣密密封。在燈10的某些實施例中，前述卷邊、冷焊接和局部加熱的組合和/或多步驟也用于密封該充料管16。不過，在燈10的示例實施例中，在沒有外部加熱的情況下進行充料管16的初始氣密密封(例如通過冷焊接)。這樣，填充材料30的揮發(fā)性組分并不會在電弧封套12中過度加熱。而且，冷焊接基本消除了對燈10的電弧封套12和其它部件的熱沖擊。需要時，對冷焊接進行局部加熱，以便于使充料管16進行更強密封。例如，當卷邊工具用于進行冷焊接時，進行局部加熱的一個技術(shù)是加熱工具的卷邊夾鉗。另一種局部加熱技術(shù)涉及在通過工具首先產(chǎn)生冷焊接后向該冷焊接進行局部加熱。這樣，該局部加熱保證冷焊接或卷邊充料管16能夠承受更高壓力，例如從1至500大氣壓(例如200、300或400atm)的內(nèi)部壓力。激光焊接是局部加熱技術(shù)的一個實例。
如上所述，充料結(jié)構(gòu)14的充料管16使得電弧封套12的容積能夠抽空和回充合適的填充材料30，例如稀有氣體、水銀、鹵化物和金屬鹵化物。如后面更詳細所述，抽空和回充處理的示例實施例通過將充料管16簡單安裝在合適的處理站上來進行，與在干燥箱和/或爐中處理組件不同。當在室溫下在電弧封套12中的稀有氣體壓力大大高于1巴時，這特別有利。
對于裝配處理，燈10的某些實施例利用密封材料例如玻璃或硬釬焊料來裝配。在裝配處理過程中，密封材料布置在部件之間，并進行加熱以便將該部件連接在一起。例如，根據(jù)燈10的某些實施例，裝配處理涉及加熱在電弧封套12與端部結(jié)構(gòu)18和20之間、在端部結(jié)構(gòu)18和20與充料管16之間、和/或在端部結(jié)構(gòu)18和20與引線22和24之間的密封玻璃材料。加熱通過從熔爐至激光的各種非局部和局部加熱技術(shù)來進行。密封材料的某些實施例包括密封玻璃，例如鋁酸鈣、氧化鏑-氧化鋁-二氧化硅、氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅以及氧化釔-氧化鋯-氧化鋁。其它可能的非玻璃材料包括鈮基的硬釬焊料以及任意其它合適材料。某些密封玻璃能夠在高溫下工作。例如，鋁酸鈣密封材料能夠在大約1500開氏度的溫度下工作。
在燈10的某些實施例中，還在部件之間提供了無密封材料的粘接。因此，裝配處理在各個部件之間沒有任何中間密封玻璃或硬釬焊材料的情況下將部件粘接在一起，即進行無密封材料粘接。無密封材料粘接的一個實施例是通過在相鄰部件之間的材料擴散或共同燒結(jié)來實現(xiàn)。根據(jù)燈10的某些實施例，包括鉬的相鄰部件通過鉬擴散而粘接在一起。例如，在一個實施例中，鉬引線22和24、由氧化鋁-鉬或鉬-穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷(例如通過氧化釔、氧化鈣、氧化鎂或合適鑭系元素來穩(wěn)定的氧化鋯)形成的端部結(jié)構(gòu)18和20以及鉬-錸充料管16通過在各個相鄰部件中的鉬的鉬擴散而熱粘接在一起。另一實例是在藍寶石或鐿-鋁-石榴石(YAG)的電弧封套12和金屬陶瓷的端部結(jié)構(gòu)18和20之間的鋁和氧化鋯的材料擴散。金屬陶瓷端部結(jié)構(gòu)18和20的不同實施例包括鉬-氧化鋁金屬陶瓷或鉬-穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷(例如通過氧化釔、氧化鈣、氧化鎂或合適鑭系元素來穩(wěn)定的氧化鋯)。還一實例是在YAG和氧化鋁-鉬或合適金屬-金屬陶瓷交界面之間形成的材料擴散粘接。其它材料也可以用于方便進行在燈10的相鄰部件之間的前述材料擴散或共同燒結(jié)。此外，燈裝配處理的某些實施例采用聚焦和局部加熱技術(shù)(例如激光)以便于前述在燈10的各個部件之間的無密封材料粘接。如上所述，無密封材料將基本消除密封裂紋和應(yīng)力的可能性，該裂紋的應(yīng)力與在密封材料和燈部件之間的不同熱膨脹系數(shù)有關(guān)。假定某些密封材料對腐蝕性填充材料例如鹵化物和金屬鹵化物敏感，則前述無密封材料粘接技術(shù)進一步改進了在該腐蝕材料中工作的燈10。
為了減少產(chǎn)生應(yīng)力和密封裂紋的可能性，在燈10的不同實施例中，燈的裝配處理還采用在部件之間的變化結(jié)構(gòu)交界面。例如，如后面更詳細所述，該變化的結(jié)構(gòu)交界面通常在部件之間有更小的角度或臺階形狀，從而減小在部件之間形成拉伸和/或壓縮應(yīng)力的可能性。這對于具有不同熱膨脹系數(shù)的部件特別有利。例如，在圖1中所示的電弧封套12和端部結(jié)構(gòu)18和20進行端對端密封，即對接密封，以便減小前述應(yīng)力和密封裂紋的可能性。這樣，端對端的密封在單個平面內(nèi)，它不會受到部件的相互壓縮或膨脹。
考慮到上述獨特特征和材料，下面將參考圖2-33介紹燈10的不同實施例。圖2是燈10的側(cè)視圖，表示了在端部結(jié)構(gòu)18和20與電弧封套12的相對端之間的端對端或?qū)用芊?9的實例。如圖所示，端部結(jié)構(gòu)18和20并不伸入電弧封套12內(nèi)或環(huán)繞該電弧封套12的外周延伸。通過將密封交界面減少至單個平面(即對接端表面)，對接密封29將有效減小通常與多角度或多臺階密封交界面相關(guān)的應(yīng)力和裂紋。該對接密封技術(shù)可以用于任意燈結(jié)構(gòu)或類型，例如具有一個或多個能夠由端部結(jié)構(gòu)密封的開口端的燈。
圖3表示了可選實施例的燈50的側(cè)剖圖，該燈50包括單個端部結(jié)構(gòu)52，該端部結(jié)構(gòu)52在平面或環(huán)形密封交界面55處與空心體或電弧封套54進行對接密封。如圖所示，電弧封套54有圓頂形或杯形幾何形狀。如上所述，本技術(shù)利用任意合適的連接或密封機構(gòu)，例如密封材料、共同燒結(jié)、局部加熱和/或感應(yīng)加熱。與圖1中所示的燈10類似，燈50也包括充料管56，該充料管56穿過端部結(jié)構(gòu)52伸入電弧封套56內(nèi)，這樣，填充材料58可以注入燈50內(nèi)。所示燈50還包括伸向電弧電極61和63的引線60和62，該電弧電極61和63有在電弧封套54內(nèi)的電弧末端64和66。在該圖示實施例中，端部結(jié)構(gòu)52包括用于電極61和63以及引線60和62的精確定位開口65和67。這些開口65和67直接控制在電弧末端64和66之間的間距。因此，將根據(jù)開口65和67的位置精確設(shè)置合適的電弧間距，這與上面參考圖1和2所述的電弧距離控制(即電弧電極的插入距離)形成對比。還有，如上所述，參考圖1、2和3所述的燈10和50由在上述和后面更詳細所述的任何材料和密封處理而形成。
圖4是圖2和3中所示的一個對接密封29和55的側(cè)剖圖。如圖所示，通過相鄰材料的共同燒結(jié)或擴散粘接而獲得在端部結(jié)構(gòu)20、52與封套12、54之間的材料擴散對接密封68，如箭頭70和72所示。例如，由鉬-氧化鋯金屬陶瓷(例如通過氧化釔、氧化鈣、氧化鎂或合適鑭系元素來穩(wěn)定的氧化鋯)形成的端部結(jié)構(gòu)20、52的實施例與由氧化鋁(例如單晶藍寶石)形成的電弧封套12、54的實施例通過在這兩個部件之間的氧化鋁和氧化鋯的材料擴散而進行熱粘接，以便產(chǎn)生對接密封68。也可選擇，由氧化鋁-鉬金屬陶瓷形成的端部結(jié)構(gòu)20、52的實施例與由氧化鋁(例如單晶藍寶石)形成的電弧封套12、54的實施例通過在這兩個部件之間的氧化鋁的材料擴散而進行熱粘接，以便產(chǎn)生對接密封68。該共同燒結(jié)或擴散粘接可用于任何結(jié)構(gòu)形狀的端部結(jié)構(gòu)和電弧封套，也可用于粘接燈10的各個其它部件。
例如，圖5表示了如圖2和3所示的、充料管16、56與端部結(jié)構(gòu)18、52之間的擴散粘接。如圖所示，在端部結(jié)構(gòu)18、52和充料管16、56之間的材料擴散粘接或密封74通過相鄰材料的共同燒結(jié)或擴散粘接而實現(xiàn)，如箭頭76和78所示。例如，由氧化鋁-鉬或鉬-氧化鋯金屬陶瓷(例如通過氧化釔、氧化鈣、氧化鎂或合適鑭系元素來穩(wěn)定的氧化鋯)形成的端部結(jié)構(gòu)18、52的實施例與由鉬-錸合金形成的充料管16、56的實施例通過在這兩個部件之間的鉬擴散而進行熱粘接，以便產(chǎn)生材料擴散粘接或密封74。該共同燒結(jié)或擴散粘接可用于任何結(jié)構(gòu)形狀的充料管，包括充料管直接與電弧封套連接的結(jié)構(gòu)(而不是通過端部結(jié)構(gòu))。
圖6-8表示了燈10的還一可選實施例的側(cè)剖圖，該燈10有與各電弧封套連接的一個或多個充料管。在這些可選實施例中，所示電弧封套有一個或多個接收器，充料管通過密封材料、材料擴散、局部加熱和/或其它合適的粘接技術(shù)而插入和密封在該接收器中。例如，圖6是表示具有柱形空心體或電弧封套82的可選燈80，該電弧封套82有相對接收器或開口端84和86。如圖所示，電弧封套82為柱形或管形幾何形狀。在裝配過程中，充料管88和90裝入這些開口端84和86內(nèi)，并隨后進行粘接，以便與電弧封套82形成氣密密封。另外，引線92和94穿過充料管88和90伸向電弧封套82。然后，引線92和94再伸向具有電弧末端96和98的電弧電極93和95，該電弧末端96和98布置在電弧封套82內(nèi)。如后面所述，充料管88和90隨后通過卷邊處理、局部加熱處理和/或其它合適密封技術(shù)而密封或粘接關(guān)閉。當希望提高在這些部件之間的機械和/或熱接觸時，填料或中間材料環(huán)繞引線92和94而布置在充料管88和90中。例如，中間材料的一個實施例是纏繞在引線92和94上的金屬絲或其它材料。不過，任意合適結(jié)構(gòu)都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。燈80的裝配處理的實例將在后面參考圖9-14更詳細介紹。
如圖7所述，可選的燈100提供有基本圓形(例如橢圓形、球形、長圓形等)的空心體或電弧封套102，該電弧封套102有相對接收器或開口端104和106。如圖所示，電弧封套102有卵形、橢圓形或基本橢圓形的幾何形狀。還有，充料管108和110裝入這些開口端104和106，并隨后進行粘接以便與電弧封套102形成氣密密封。另外，引線112和114穿過充料管108和110伸向電弧封套102，然后，該引線112和114再伸向有電弧末端116和118的電弧電極113和115，該電弧末端116和118布置在電弧封套102內(nèi)。還有，充料管108和110隨后通過卷邊處理、局部加熱處理和/或其它合適密封技術(shù)而密封或粘接關(guān)閉。燈100的裝配處理的某些實施例將參考圖9-14介紹。
圖8表示了具有基本圓形(例如橢圓形、球形、長圓形等)的空心體或電弧封套122的另一可選燈120，該電弧封套122有單個接收器或開口端124。還有，所述電弧封套122為卵形、橢圓形或基本橢圓形的幾何形狀。在所示實施例中，單個充料管126裝入開口端124中，隨后進行粘接，以便與電弧封套122形成氣密密封。在所示實施例中省略了端部結(jié)構(gòu)，這提高了光學(xué)性能和發(fā)光效率，因為燈120的光障礙更少，用于分配光的透明表面更大。此外，省略端部結(jié)構(gòu)將通過減少在燈120的整個裝配中的粘接數(shù)目而提高燈120的密封特性。對于燈120的電子元件，引線127和128穿過充料管126伸向電弧封套122。在電弧封套122內(nèi)部，電弧末端129和130布置在從引線127和128伸出的電弧電極131和133上。還有，充料管隨后通過卷邊處理、局部加熱處理和/或其它合適密封技術(shù)來密封或粘接關(guān)閉。在所示實施例中，引線127和128通過墊片134彼此絕緣。這些墊片134使得能夠準確控制在電弧末端129和130之間的電弧間隙。燈120的其它實施例通過絕緣填料材料、絕緣線護套和/或其它合適絕緣技術(shù)來使引線127和128電隔離和間隔開。各種可選實施例將在后面參考圖24、25和26介紹。而且，燈100的裝配處理的某些實施例將參考圖9-14介紹。
如上所述，充料管80、100和120通過各種密封機構(gòu)例如一個或多個密封材料、局部加熱技術(shù)和擴散粘接或共同燒結(jié)技術(shù)而與相應(yīng)電弧封套82、102和122連接。例如，在某些實施例中，密封玻璃料或鈮基硬釬焊料布置在這些充料管80、100和120與相應(yīng)電弧封套82、102、122之間的交界面處。然后通過加熱整個燈或通過局部加熱交界面區(qū)域而形成氣密密封。在其它實施例中，在充料管80、100和120與相應(yīng)電弧封套82、102、122之間形成無密封材料粘接。圖9是表示使圖6-8中所示的充料管80、100和120與相應(yīng)電弧封套82、102、122連接的材料擴散密封132的實例的放大剖視圖。如圖所示，箭頭135和136表示在相應(yīng)充料管80、100和120與電弧封套82、102、122之間的材料擴散。還有，材料擴散的特殊類型取決于各相應(yīng)部件的材料組分。
在使充料管80、100和120與相應(yīng)電弧封套82、102、122裝配之后，本技術(shù)進行對相應(yīng)燈80、100和120的密封、抽空以及充入合適的填充材料。圖10-13是圖6中所示的燈的側(cè)剖圖，它們進一步表示了燈的充料和密封處理。不過，該處理也可用于其它形式的燈，例如圖1-5中所示的燈。在所示實施例中，燈80有兩個充料管88和90，只需要一個來將填充材料注入燈80內(nèi)。因此，如圖10所示，充料管88通過冷焊接或卷邊操作來封閉，以便形成氣密密封150。例如，由鈮或鉬-錸合金形成的充料管88的實施例通過卷邊工具或其它機械變形工具來機械壓縮。當希望在氣密密封150處有更強粘接時，向該氣密密封150施加熱量(例如激光焊接、感應(yīng)加熱等)。此外，充料管88的前述密封的功能為設(shè)置引線92和/或電弧電極93的位置，從而控制電弧末端96的位置。
一旦密封，燈80與一個或多個處理系統(tǒng)連接，以便向該燈80中提供合適的填充材料。在圖11所示的實施例中，處理系統(tǒng)152用于抽空在電弧封套82中的任何物質(zhì)154，如箭頭156、158和160所示。例如，該物質(zhì)154可以包括空氣、粘接處理的殘余物和其它不希望的物質(zhì)。
在抽空這些物質(zhì)154之后，處理系統(tǒng)152繼續(xù)用于將一種或多種填充材料162注入電弧封套82內(nèi)。如圖12中的箭頭164、166和168所示。例如，填充材料162的某些實施例包括稀有氣體和水銀。填充材料162的其它實施例包括稀有氣體、水銀和鹵化物(例如溴、稀土金屬鹵化物等)。而且，填充材料162的不同實施例以氣體、液體或固體(例如填充材料丸)的形式注入電弧封套82內(nèi)。
在將合適的填充材料162注入燈80中之后，本技術(shù)將封閉剩余的充料管90，如圖13所示。例如，如上所述，充料管90的某些實施例包括延展性材料例如鈮或鉬-錸合金。因此，充料管90的延展性實施例通過卷邊工具或其它機械變形工具來進行機械壓縮，以便形成氣密密封170。還有，當希望在氣密密封170處有更強粘接或密封時，可以在卷邊處理過程中或之后向該氣密密封170區(qū)域進行局部加熱。此外，充料管90的前述封閉也用于設(shè)置引線94和/或電弧電極95的位置，從而控制電弧末端98的位置。因此，充料管88和90在引線92和94和/或電弧電極93和95周圍的封閉將有助于電弧末端96和98的精確電弧間隙控制。
圖14是表示燈裝配、充料和密封處理200的實例的流程圖，最好是參考圖1-13的各個燈實施例來理解該流程圖。如圖14所示，處理200開始于根據(jù)特殊實施例提供多個燈部件，例如空心體或電弧封套、一個或多個電弧電極和引線、一個或多個充料通道；以及一個或多個端部結(jié)構(gòu)(方框202)。這些部件為標準部件或定制部件，從外部供給源進行購買，自己形成、為特殊燈進行特制、或者通過其它方式獲得。例如，燈的某些實施例包括從外部供應(yīng)商購買的電極，同時自己使用合適材料來制造電弧封套或充料通道。而且，燈的某些實施例有縮短或加長的電弧封套和充料管、不同材料組分、以及其它幾何和材料特征。上述材料和結(jié)構(gòu)也可用于在方框202中提供的燈部件。
在獲得、制造或提供合適燈部件之后，繼續(xù)進行處理200，以便通過合適粘接技術(shù)將燈部件連接在一起(方框204)。粘接方框204的不同實施例包括一種或多種的材料擴散粘接、密封/硬釬焊材料、感應(yīng)加熱、冷焊接、卷邊和/或簡化幾何交界面。例如，粘接方框204的某些實施例將電弧封套、一個或多個端部結(jié)構(gòu)以及一個或多個充料管(如圖2-3和6-8所示)裝配起來。當裝配的燈有多個充料管時(例如圖6-8)，粘接方框204還包括粘接關(guān)閉或普通封閉除一個外的其它全部充料管。例如，在某些實施例中，粘接方框204通過機械變形、局部加熱和/或其它合適密封技術(shù)來封閉充料管(見圖10-12)。
再到圖14的方框206，繼續(xù)進行處理，以便使燈部件(例如氣密密封電弧封套和充料管)充滿合適的填充材料例如稀有氣體、水銀、鹵化物例如溴或碘、和/或金屬鹵化物(方框206)。充料步驟206通過任意合適的處理系統(tǒng)來進行，例如參考圖10-12所述的處理系統(tǒng)152。如上所述，填充材料的不同實施例為氣態(tài)、流體態(tài)和/或固態(tài)(例如丸、粉末等)。而且，當填充材料包括多種物質(zhì)時，充料步驟206的某些實施例包括將各個物質(zhì)單獨或一起注入燈部件內(nèi)。需要時，充料步驟206還涉及在注入前述填充材料之前抽空該燈部件。
在圖14的方框208中，處理200將生成整個燈組件的氣密密封，從而密封注入到燈部件內(nèi)(例如在電弧封套內(nèi))的填充材料。例如，密封方框208的不同實施例包括一種或多種密封或粘接處理，例如冷焊接、局部密封(例如激光焊、感應(yīng)加熱等)和卷邊(方框208)。由于這些密封技術(shù)，通過處理200生成的燈具有各種獨特密封性能、耐腐蝕性、可在較高內(nèi)部溫度和壓力下工作、并降低產(chǎn)生應(yīng)力和裂紋的可能性。
如下面參考圖15-21更詳細所述，燈的幾個實施例包括密封材料粘接。這些密封材料粘接的特性至少部分影響了用于各個燈部件(例如電弧封套、充料管和端部結(jié)構(gòu))的材料類型。例如，燈的某些實施例由與多晶氧化鋁(PCA)端部結(jié)構(gòu)粘接的藍寶石管形電弧封套而形成。在部件之間的各個粘接交界面處，這些燈包括密封材料(例如密封玻璃或鈮硬釬焊料)，該密封材料有合適的熱膨脹系數(shù)(CTE)，以便控制各個PCA/藍寶石密封交界面處的應(yīng)力。例如，某些不同密封材料包括能夠使冷卻時產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力減至最小的密封玻璃，例如CTE值為PCA的CTE值與邊緣生長藍寶石的a軸或徑向CTE值的平均值。還有，在某些實施例中，對密封材料進行局部加熱，以便控制密封材料例如密封玻璃的局部微結(jié)構(gòu)發(fā)展。而且，燈的某些實施例有施加在密封交界面的選定區(qū)域中(例如PCA/藍寶石交界面)的密封材料，同時其它交界面進行無密封材料粘接(例如材料擴散粘接)。
下面將參考圖15-21介紹前述的各個實施例。圖15是圖3中所示的燈50的可選實施例的側(cè)剖圖。如圖所示，燈50有通過密封材料222在電弧封套54和端部結(jié)構(gòu)52之間的端對端或?qū)用芊?20的實例。還有，所示電弧封套54有圓頂形、杯形或基本半球形幾何形狀。在該示例實施例中，電弧電極61和63通過粘接劑223和224而粘接在端部結(jié)構(gòu)52的內(nèi)側(cè)部分上。同樣，引線60和62通過粘接劑227和228而粘接在端部結(jié)構(gòu)52的外側(cè)部分上。如圖所示，端部結(jié)構(gòu)52包括非導(dǎo)電材料，它有至少兩個在內(nèi)側(cè)和外側(cè)部分之間延伸的導(dǎo)電部分225和226，這樣，引線60與電弧電極61電連接，而引線62與電弧電極63電連接。例如，導(dǎo)電部分225和226的某些實施例包括金屬陶瓷材料。這些可選引線結(jié)構(gòu)基本避免了在端部結(jié)構(gòu)52中的引線密封問題。其它實施例使得引線60和62和/或電弧電極61和63部分伸入端部結(jié)構(gòu)52的內(nèi)側(cè)和外側(cè)部分。
圖16是圖3中所示的燈50的另一可選實施例的側(cè)剖圖。如圖所示，燈50具有一示例性的多密封材料接頭230，位于電弧封套54和臺階形端部結(jié)構(gòu)232之間。該臺階形端部結(jié)構(gòu)232的其它實施例包括成角形的交界面(例如90度)、U形或狹槽形交界面、或者其它任何具有布置在不同方向中的部分的交界面。在該示例實施例中，選擇多種密封材料，以便更好地適應(yīng)沿在電弧封套54和臺階形端部結(jié)構(gòu)232之間的臺階形交界面的不同熱膨脹系數(shù)。這樣，在燈50的接頭230中產(chǎn)生應(yīng)力和裂紋的可能性大大減小。在某些實施例中，電弧封套54和臺階形端部結(jié)構(gòu)232選擇為具有不同熱膨脹系數(shù)，這樣，電弧封套54壓縮或收縮安裝在該臺階形端部結(jié)構(gòu)232上。該壓縮力有助于提高在電弧封套54和臺階形端部結(jié)構(gòu)232之間的密封。
對于圖16中所示的接頭230，多密封材料接頭230包括沿內(nèi)部圓形或環(huán)形交界面236的密封材料234以及沿電弧封套54的平面端或盤形交界面240的另外密封材料238。某些實施例還提供了在兩個密封材料234和238之間的隔離材料，以便使它們保持彼此隔離。密封材料234和238通過施加合適熱源而在電弧封套54和臺階形端部結(jié)構(gòu)232之間進行氣密粘接。在某些實施例中，在另一密封材料(例如密封材料238)固化之前對一個密封材料(例如密封材料234)進行局部加熱。當該多步驟固化處理用于固化多密封材料接頭230時，密封材料234和238是相同或不同的密封物質(zhì)。類似地，如果在密封材料234和238之間設(shè)置隔離材料，那么，密封材料234和238也可以是相同或不同的密封物質(zhì)。否則，對于密封材料234和238選擇不同的密封物質(zhì)。多密封材料接頭230的另外結(jié)構(gòu)如圖17-19所示。
對于圖16的端部結(jié)構(gòu)，引線60和62以及電弧電極61和63部分伸入臺階形端部結(jié)構(gòu)232內(nèi)。在該示例實施例中，電弧電極61和63通過粘接劑243和244伸入導(dǎo)電部分225和226內(nèi)。如上所述，導(dǎo)電部分225和226由臺階形端部結(jié)構(gòu)232的其余非導(dǎo)電部分(例如金屬陶瓷)包圍。還有，燈部件的任何其它結(jié)構(gòu)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
下面參考圖17-19，多密封材料接頭230的多個不同實施例以放大剖視圖表示。在圖17中，阻擋材料246布置在密封材料234和238之間，以便如上述使兩個密封件隔離。圖18表示了多密封材料接頭230的可選實施例，其中，臺階形端部結(jié)構(gòu)232有在兩個密封材料234和238之間延伸的附加臺階或凸緣部分248。在某些實施例中，一個或多個密封交界面236和240為有角的幾何形狀，以便于在電弧封套54和端部結(jié)構(gòu)232之間的密封處理。如圖19所示，臺階形端部結(jié)構(gòu)232有沿端部交界面240的傾斜部分250。
圖20和21表示了燈50的還一可選實施例。在圖20的實施例中，圍繞的端部結(jié)構(gòu)252布置在電弧封套54的外端區(qū)域周圍。如上面詳細所述，各種密封技術(shù)用于使端部結(jié)構(gòu)252與電弧封套54連接。不過，在所示實施例中，密封材料254和256布置在端部結(jié)構(gòu)252和電弧封套54之間，并在電弧封套54的外部圓形或環(huán)形交界面258和平面端部或盤形端部交界面260。還有，該密封材料254和256包括相同或不同的密封材料。需要時，密封材料254和256由阻擋材料或凸緣分開，以便于該密封處理。而且，在某些實施例中，在多臺階固化處理中進行局部加熱，以便在兩個密封材料254和256中提供不同特性。
如圖21所示，狹槽式端部結(jié)構(gòu)270與燈50的電弧封套54連接。在該示例實施例中，燈50有在電弧封套54和端部結(jié)構(gòu)270之間的三個不同密封交界面。在所示實施例中，密封材料272、274和276布置在端部結(jié)構(gòu)270和電弧封套54之間，并分別在外部圓形或環(huán)形交界面278、平面端部或盤形端部交界面280以及內(nèi)部圓形或環(huán)形交界面282。這些密封材料272、274和276根據(jù)燈50的具體實施方式
而包括相同或不同的密封物質(zhì)。在可選實施例中，一個或多個這樣的密封材料由材料擴散粘接處理來代替。在某些實施例中，局部加熱也用于使各種密封材料固化和/或在三個密封材料272、274和276中提供不同特性。
圖22和23是圖6中所示的燈80的還一可選實施例的側(cè)剖圖。在這些可選實施例中，所示電弧電極93和95偏心地位于電弧封套82內(nèi)，以便更好地適應(yīng)在電弧末端96和98之間形成的電弧290。例如，圖6表示了燈80的可選實施例，該燈80有傾斜離開沿縱向穿過電弧封套82延伸的中心線292。如圖所示，電弧電極93和95有在電弧封套82內(nèi)的傾斜部分294和296，這樣，形成于電弧末端96和98之間的電弧290基本相對于中心線292定心。這樣，偏離的電弧末端96和98提高了燈80的熱特征和性能。
同樣，圖23中所示的燈80的電弧末端96和98也在電弧封套82中偏心。在該示例實施例中，充料管88和90的幾何形狀變化，以便使電弧電極93和95以及電弧末端96和98偏心，這樣，形成于電弧末端96和98之間的電弧290基本相對于中心線292定心。如圖所示，充料管88和90有不同尺寸的端部，該端部并不彼此同心。充料管88和90的管形端部298和300的尺寸設(shè)置成裝入電弧封套82的開口端84和86的相對接收器內(nèi)，這樣，這些管形端部298和300以及開口端84和86的中心線基本相互對齊。因此，在裝配過程中，這些管形端部298和300插入這些開口端84和86內(nèi)，并隨后通過上面所述的任何粘接技術(shù)來進行粘接，以便與電弧封套82形成氣密密封。不過，充料管88和90的管形端部302和304相對較小且相對于管形端部298和300以及開口端84和86偏心305。因此，在裝配過程中，引線92和94和/或電弧電極93和95固定在尺寸較小且偏心的管形端部302和304內(nèi)，這樣，電弧末端96和98也偏心305地定位在充料管88和90中。需要時，該偏心位置305還由填料材料、墊片或其它合適支承件來支承。不過，任意合適結(jié)構(gòu)都在本技術(shù)的范圍內(nèi)。如上面參考圖22所述，所形成的偏心電弧末端96和98提高了燈80的熱特征和性能。
圖24、25和26是圖8中所示的燈120的其它可選實施例的剖視圖。在這些可選實施例中，所示引線127和128和/或電弧電極131和133通過合適的非導(dǎo)電材料彼此電絕緣。所示燈120包括單個充料管126，該充料管126氣密密封在基本圓形的空心體或電弧封套122的開口端124內(nèi)。還有，所示電弧封套122有卵形、橢圓形或基本橢圓形的幾何形狀。在圖24所示的實施例中，引線127和128通過環(huán)繞引線128布置的絕緣或非導(dǎo)電護套306而彼此電絕緣地通過充料管126。圖25是充料管126的剖視圖，表示在引線127和128之間的該電絕緣。需要時，引線127和128還由充料管126中的一個或多個墊片134或填料材料支承。在圖26所示的實施例中，引線127和128通過絕緣或非導(dǎo)電填料材料308而彼此電絕緣和間隔開地穿過充料管126，該填料材料308使引線127和128完全分開。還有，任意其它合適的絕緣技術(shù)也在本技術(shù)的范圍內(nèi)。
圖27至31表示了參考圖3和15至21所述的端部結(jié)構(gòu)52、232、252和270的其它可選實施例。例如，圖27是可選燈310的局部剖側(cè)視圖，該燈310包括非導(dǎo)電的基座或端部結(jié)構(gòu)312，該端部結(jié)構(gòu)312為基本扁平或平面的結(jié)構(gòu)。因此，端部結(jié)構(gòu)312的該平面結(jié)構(gòu)有利于與相鄰的電弧封套(未視出)進行平面交界面粘接。該非導(dǎo)電基座或端部結(jié)構(gòu)312還有在內(nèi)表面318和外表面320之間延伸的導(dǎo)電部分314和316。如圖所示，引線60和62在非導(dǎo)電端部結(jié)構(gòu)312的外表面320處與導(dǎo)電部分314和316連接。類似地，電弧電極61和63在非導(dǎo)電端部結(jié)構(gòu)312的內(nèi)表面318處與導(dǎo)電部分314和316連接。因此，這些導(dǎo)電部分314和316提供了在引線60和62與電弧電極61和63之間的導(dǎo)電通路，同時還消除了由于用于引線60和62以及電弧電極61和63的通道而引起泄漏的可能性。如圖27-31所示，燈310還包括充料管56，該充料管56與非導(dǎo)電基座或端部結(jié)構(gòu)312進行氣密密封或粘接。電極63和61以及引線62和60還可以部分插入導(dǎo)電部分316和314內(nèi)，與圖16中所示實施例類似。
圖28是參考圖27所述的燈310的俯視剖視圖。如圖所示，充料管56與電弧電極61和63、電弧末端64和66以及導(dǎo)電部分314和316間隔開。這樣，充料管56的位置不會與在電弧電極61和63、電弧末端64和66以及導(dǎo)電部分314和316之間的空間干涉。因此，所示實施例便于使電弧電極61和63靠近定位，以便在電弧末端64和66之間提供相對較短的電弧通路。
圖29是可選燈330的局部剖側(cè)視圖，該燈330包括非導(dǎo)電的基座和端部結(jié)構(gòu)332，該端部結(jié)構(gòu)332有臺階形或多高度的外周334。如圖所示，端部結(jié)構(gòu)332的底表面336基本上是平的。不過，多高度外周334布置在端部結(jié)構(gòu)332的上表面338上，用于與相應(yīng)的電弧封套(未視出)粘接。在所示實施例中，多高度外周334確定了基本L形槽340，否則該上表面338為平直幾何形狀。與圖27中所示的燈310類似，非導(dǎo)電的基座或端部結(jié)構(gòu)332也包括在外表面336和內(nèi)表面342之間延伸的導(dǎo)電部分314和316。且引線60和62在非導(dǎo)電端部結(jié)構(gòu)332的外表面336處與導(dǎo)電部分314和316連接。類似地，電弧電極61和63在非導(dǎo)電端部結(jié)構(gòu)332的內(nèi)表面342處與導(dǎo)電部分314和316連接。因此，這些導(dǎo)電部分314和316提供了在引線60和62與電弧電極61和63之間的導(dǎo)電通路，同時還消除了由于用于引線60和62以及電弧電極61和63的通道而引起泄漏的可能性。另外，燈330包括充料管56，該充料管56與非導(dǎo)電基座或端部結(jié)構(gòu)332進行氣密密封或粘接。例如，象上面參考圖28所述的那樣，燈330的某些實施例使部件間隔開，以便在電弧末端64和66之間提供相對較短的電弧通路。
在其它實施例中，充料管56定位成靠近電弧末端64和66，以便在電弧末端64和66之間產(chǎn)生電弧。例如，圖30是圖27中所示的燈310的可選實施例的局部剖側(cè)視圖，該燈有超過內(nèi)表面318延伸的充料管56，這樣，充料管56的端部344相對更靠近電弧末端64和66。因此，在充料管56和各電弧末端64和66之間的距離相對小于在電弧末端64和66之間的距離。在工作中，充料管56與電弧末端64和66相對靠近便于在充料管56和電弧末端64和66之間隔開始形成電弧。在該起始電弧之后，全弧在兩個電弧末端64和66之間延伸。例如，起始弧起到使內(nèi)部填充材料(例如稀有氣體和水銀)離子化的作用，從而降低跨接在電弧末端64和66之間的電弧間隙所需的電壓。一旦氣體離子化，電弧更容易跨接在電弧末端64和66之間的間隙。因此，充料管56的所示實施例包括導(dǎo)電材料例如鉬或鉬-錸合金，這樣，充料管56起到用于產(chǎn)生電弧的起動裝置的作用。
圖31是圖30中所示的燈310的俯視圖，還表示了充料管56相對于電弧末端64和66的幾何位置。如圖所示，相對于在電弧末端64和66之間的正常電弧末端間距348，充料管56離電弧末端64的距離346更短。因此，該更短距離346有利于開始產(chǎn)生電弧，該電弧隨后跨過兩個電弧末端64和66。與圖28所示的實施例類似，所示實施例便于使電弧電極61和63靠近定位，以便在電弧末端64和66之間提供相對較短的電弧通路。
圖32是根據(jù)本發(fā)明某些實施例的可選燈350的側(cè)剖圖。如圖所示，燈350包括具有上部和底部杯形部分354和356的電弧封套352，該上部和底部杯形部分354和356在臺階形或多角形交界面358處連接在一起。所示多角形交界面358包括在底部杯形部分356的凸緣結(jié)構(gòu)362內(nèi)的L形槽360。該L形槽360包括水平的環(huán)或盤部分364以及垂直的環(huán)或環(huán)形部分366。L形槽360的這些部分364和366與上部杯形部分354在該杯形部分354的相應(yīng)相對端368和外周370處相交。在各個實施例中，該多角形交界面358采用一種或多種密封材料、擴散粘接處理、局部或非局部加熱處理和/或其它合適粘接技術(shù)來氣密密封。
圖32中所示的燈350還包括充料管372、引線374和376、具有電弧末端382和384的角形電弧電極378和380、以及反射層或涂層386。如圖所示，充料管372與底部杯形部分356連接，以便注入合適的填充材料，如上面詳細所述。充料管372隨后通過冷焊接、局部加熱和/或其它合適的密封技術(shù)而密封關(guān)閉。
在所示實施例中，底部杯形部分356還包括非導(dǎo)電材料，它有至少兩個在內(nèi)表面392和外表面394之間延伸的導(dǎo)電部分388和390。引線374和376在外表面394處與導(dǎo)電部分388和390連接。然后，角形電弧電極378和380再在內(nèi)表面392處與導(dǎo)電部分388和390連接。這樣，導(dǎo)電部分388和390提供了在引線374和376以及角形電弧電極378和380之間的導(dǎo)電通路，同時還提高了燈350的密封特性。對于電弧電極378和380的角形結(jié)構(gòu)，所示實施例使得燈350工作的電弧距離減小。此外，上部和底部杯形部分354和356的彎曲幾何形狀提高了對稱性，并提供了用于容納在電弧末端382和384之間形成的電弧的空間。這樣，前述特征提高了燈350的熱控制和性能。
此外，底部杯形部分356的彎曲幾何形狀以及反射層或涂層386也提高了燈350的發(fā)光性能。該反射層或涂層386起到使得由在電弧末端382和384之間形成的電弧發(fā)出的光通量更加集中的作用。在各個實施例中，反射層或涂層386的材料組分包括一層或多層鉬、鎢、錸和/或其它合適材料。例如，反射層或涂層386的某些實施例包括多層陶瓷。彎曲幾何形狀還提高了光通量的集中，同時還直接控制光通量。例如，底部杯形部分356的不同實施例包括不同曲率、半徑、厚度和其它幾何結(jié)構(gòu)，以便更高效和精確地捕獲和聚焦光通量。底部杯形部分356的實施例有各種材料組分，例如具有高折射率和低折射率的交替材料層(例如氧化鉭和二氧化硅)。
圖33是本發(fā)明某些實施例的可選燈400的側(cè)剖圖。如圖所示，燈400包括封套402和端部結(jié)構(gòu)404，它們在臺階狀或多角形交界面406處連接在一起。所示多角形交界面406包括在端部結(jié)構(gòu)404的外周410處的L形槽408，該L形槽408包括水平的環(huán)或盤部分412以及垂直的環(huán)或環(huán)形部分414。L形槽408的這些部分412和414與電弧封套402在該電弧封套的相應(yīng)相對端416和外周408處相交。在各個實施例中，該多角形交界面406采用一種或多種密封材料、擴散粘接處理、局部或非局部加熱處理和/或其它合適粘接技術(shù)來氣密密封。
對于端部結(jié)構(gòu)404，圖33中所示的燈400還包括充料管420、引線422和424以及具有電弧末端430和432的角形電弧電極426和428。如圖所示，充料管420與端部結(jié)構(gòu)404連接，用于注入合適的填充材料，如上面詳細所述。充料管420隨后通過冷焊接、局部加熱和/或其它合適密封技術(shù)而密封關(guān)閉。
在圖33的所示實施例中，端部結(jié)構(gòu)404還包括非導(dǎo)電材料，它有至少兩個在內(nèi)表面438和外表面440之間延伸的導(dǎo)電部分434和436。引線422和424在外表面440處與導(dǎo)電部分434和436連接。然后，角形電弧電極426和428再在內(nèi)表面438處與導(dǎo)電部分434和436連接。這樣，導(dǎo)電部分434和436提供了在引線422和424以及角形電弧電極426和428之間的導(dǎo)電通路，同時還提高了燈400的密封特性。對于電弧電極426和428的角形結(jié)構(gòu)，所示實施例使得燈400工作的電弧距離減小。電弧電極426和428的角形結(jié)構(gòu)還提高了燈400的熱控制和性能。例如，電弧電極426和428的角形結(jié)構(gòu)便于相對定心和/或?qū)ΨQ定位在燈400的工作過程中在電弧末端430和432之間形成的電弧。這樣，熱更均勻地分布在整個燈400上。
對于光學(xué)特征和發(fā)光性能，圖33中所示的電弧封套402包括透鏡結(jié)構(gòu)或圓頂442，該圓頂442有具有相對較厚的中心部分444以及相對較薄的外部部分446。在工作中，圓頂442聚焦或透射在電弧末端430、432處產(chǎn)生的光。例如，圓頂442的某些實施例起到將光聚焦在離燈400合適距離的特定目標上。這樣，圓頂442增加了對于特殊用途的可用光。例如，圓頂442的不同實施例包括不同曲率、半徑、厚度和其它幾何結(jié)構(gòu)，以便更高效和準確地捕獲和聚焦光。通過組合圖33的圓頂442和圖32的底部杯形部分356，可以獲得附加的性能和效率。而且，上面參考圖1-33所述的任何特征都可用于圖1-33所示的任意一個實施例，這樣，另外的可選實施例包括這里所述的特征的任意組合。
盡管已經(jīng)通過圖中所示的實例表示和詳細介紹了某些實施例，但是本發(fā)明可以有各種變化和改變形式。而且，應(yīng)當知道，本發(fā)明并不局限于所述的特殊形式。例如，上面參考附圖所述的特征可以用于與燈組件、制造處理或其它發(fā)光系統(tǒng)和處理進行合適組合。因此，本發(fā)明覆蓋落在由后面的附加權(quán)利要求確定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有變化、等效形式和可選方案。
權(quán)利要求
1.一種燈(10、50、80、100、120、350、400)，包括電弧封套(12、54、82、102、122、352、402)，該電弧封套有開口端；以及端部結(jié)構(gòu)(18、52、90、110、126)，該端部結(jié)構(gòu)與該電弧封套(12、54、82、102、122、352、402)在開口端處擴散粘接，其中，該端部結(jié)構(gòu)(18、52、90、110、126)包括伸入該電弧封套(12、54、82、102、122、352、402)內(nèi)的充料通道(16、56、90、110、126)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燈(10、50、80、100、120、350、400)，還包括電弧電極引線(94、114、128)，該電弧電極引線安裝在充料通道(16、56、90、110、126)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燈(10、50、80、100、120、350、400)，還包括電弧電極(21、61、95、131、278、426)，該電弧電極與端部結(jié)構(gòu)(18、52、90、110、126)連接，其中，該端部結(jié)構(gòu)(18、52、90、110、126)包括非導(dǎo)電材料，且電弧電極(21、61、95、131、278、426)與端部結(jié)構(gòu)(18、52、90、110、126)的導(dǎo)電部分(225、314、388、434)連接。
4.一種發(fā)光系統(tǒng)，包括發(fā)光裝置(10、50、80、100、120、350、400)，該發(fā)光裝置包括空心本體(12、54、82、102、122、352、402)，該空心本體包括擴散粘接在一起的第一部分和第二部分，其中，第一部分和第二部分中的至少一個包括透明陶瓷；一對電弧電極(21、61、95、131、378、426)，該對電弧電極支承在空心體(12、54、82、102、122、352、402)中；以及可離子化氣體和水銀，該氣體和水銀裝在空心體(12、54、82、102、122、352、402)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中第一部分包括圓頂(54、354、442)，第二部分包括有充料管(16、56、90、110、126)的端部結(jié)構(gòu)(18、52、90、110、126)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中該充料管(16、56、90、110、126)在冷焊接部分(150、170)處氣密密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中該第一部分包括透鏡結(jié)構(gòu)(442)，用于聚焦光。
8.一種制造燈(10、50、80、100、120、350、400)的方法，包括使電弧封套(12、54、82、102、122、352、402)與有充料通道(16、56、90、110、126)的端部結(jié)構(gòu)(18、52、90、110、126)擴散粘接；通過充料通道(16、56、90、110、126)將合適物質(zhì)注入電弧封套(12、54、82、102、122、352、402)內(nèi)；以及封閉該充料通道(16、56、90、110、126)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中擴散粘接還包括對電弧封套(12、54、82、102、122、352、402)和端部結(jié)構(gòu)(18、52、90、110、126)之間的交界面進行局部加熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中擴散粘接還包括在電弧封套(12、54、82、102、122、352、402)和端部結(jié)構(gòu)(18、52、90、110、126)之間的鉬擴散粘接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣密封燈、氣密封燈的制造方法以及發(fā)光系統(tǒng)。其中，燈的某些實施例有電弧封套，該電弧封套有開口端；以及端部結(jié)構(gòu)，該端部結(jié)構(gòu)與該電弧封套在開口端處擴散粘接。該端部結(jié)構(gòu)包括伸入該電弧封套內(nèi)的充料通道。在發(fā)光系統(tǒng)的實施例中，發(fā)光裝置有端部結(jié)構(gòu)，該端部結(jié)構(gòu)用于封閉電弧封套的開口端；以及充料管，該充料管擴散粘接在該端部結(jié)構(gòu)上。發(fā)光裝置的另一實施例有電弧封套和端部結(jié)構(gòu)，該端部結(jié)構(gòu)擴散粘接在電弧封套的開口端上。
文檔編號H01J9/40GK1630020SQ200410045799
公開日2005年6月22日 申請日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月17日
發(fā)明者伯納德·P·比萊, 詹姆斯·A·布魯爾, 西爾萬·S·庫隆布, 西爾維亞·M·德卡爾, 盧亞納·E·艾奧里奧, 安特尼·凱比德, 蒂莫西·J·薩默勒, 詹姆斯·S·瓦圖利 申請人:通用電氣公司