專利名稱：一種放電燈及其形成方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及發(fā)光系統(tǒng)，具體地，涉及一種放電燈，其具有優(yōu)化適合垂直位置的電弧放電管；和形成優(yōu)化的電弧放電管的方法。
背景技術：
本發(fā)明適用于制造具有金屬鹵化物電弧放電管，比如石英金屬鹵化物電弧放電管，的放電燈，并將參考這樣的放電燈進行討論。但是，應當非常清楚，本發(fā)明同樣適用于其他放電燈，這些放電燈可用于任何適當?shù)陌l(fā)光場合，比如室內和/或室外照明場合。此外，根據(jù)本發(fā)明的放電燈適用于廣泛不同的功率，比如250瓦到大約600瓦。
所述領域的技術人員都已知道使用收縮或壓力成形方法來成形電弧放電管的端部。一般地，各個端部包括密封部分和旋轉面。為了實現(xiàn)更經(jīng)濟的制造，通過收縮或壓力成形方法制造的電弧放電管一般具有相對的普通結構的端部。對于某些電弧放電管，其兩端都具有錐形。對于另一些電弧放電管，兩端都具有橢圓形。對于這兩種情況，當電弧放電管用于垂直位置時，具有兩個普通結構端部的結構存在缺點。這是因為，至少部分因為，電弧放電管或其內部的熱中子激發(fā)的放射性，如所屬領域的技術人員都已知道的。
對于電弧放電管，其上部一般在比下部高很多的溫度下工作。由于上部的工作溫度可達到不希望的損害壽命和/或電弧放電管性能的水平，這可能帶來非常多的問題。通常，這樣的電弧放電管的下端的工作溫度位于適當?shù)乃?，可使電弧放電管具有希望的性能和操作?br> 對于放電燈，比如使用石英金屬鹵化物電弧放電管的放電燈，都知道當電弧放電管的工作溫度增加時，其效率是增加的。對于某些燈，存在可能達到的溫度上限，超過溫度上限，電弧放電管的配制成分會與石英發(fā)生有害反應。這是個缺點，尤其是對于具有錐形端部的電弧放電管，因為在放電管的上端會形成熱點。為了避免熱點對壽命和性能的限制作用，通常將放電管的整體工作溫度降低。但是，這樣將不希望地減少電弧放電管的效率，因此這不是最優(yōu)的方法。從而，在具競爭性的設計思路之間存在著折中協(xié)調。
對于具有兩個橢圓形端部的電弧放電管，上端的溫度同樣比下端的溫度高很多。在電弧放電管的上端使用橢圓形可減少或消除具有錐形端部的電弧放電管可出現(xiàn)的熱點，因此可在比具有錐形端部的電弧放電管低很多的溫度下工作。對于具有橢圓形端部的電弧放電管，上部的工作溫度一般位于電弧放電管產(chǎn)生希望的輸出和性能壽命的適當范圍內。但是，因為下端具有比上端溫度低很多的溫度，下端的操作溫度過低，以至使燈不具有希望的輸出和性能。所以，一般沿電弧放電管的底端設置反射涂層，以增加下端的工作溫度。但是，施加涂層會不希望地增加生產(chǎn)電弧放電管的成本。此外，施加過多的涂層可負面影響電弧放電管的性能，比如阻擋光線。
已經(jīng)知道其他一些電弧放電管進行了優(yōu)化以適合于垂直位置。但是，這些電弧放電管一般使用吹氣模制或吹氣鼓脹成型法或工藝進行制造。在這些方法中，需對小直徑管進行加熱，使其軟化，然后從內側吹到模具空腔中，模具空腔具有希望的物體形狀和/或端部結構。這樣的燈一般是梨形的，一般至少一個端部的膨脹比另一端部大得多，另一端通常是尖頂狀。這種電弧放電管的缺點是，從過去的情況來說，因為已知制造工藝導致的固有低效率，放電管的制造成本很高。已經(jīng)設計出沒有端部涂層的低瓦數(shù)吹氣模制的石英金屬鹵化物電弧放電管。但是這些電弧放電管一般具有對稱的端部。
因此，需要一種新的放電燈，尤其是可在垂直位置工作的放電燈，其可通過容易和經(jīng)濟的制造方式克服上面提到的缺點。

發(fā)明內容
一種形成電弧放電管的方法，所述電弧放電管最適合于垂直位置，所述方法包括步驟提供透光體，其具有第一開口端和第二開口端。其他步驟包括在第一端插入第一導線組件到所述透光體；在透光體的第一端收縮形成第一旋轉面。另外的步驟包括在第二端插入第二導線組件到所述透光體；在透光體的第二端收縮形成與第一旋轉面不同的第二旋轉面。
此外，本發(fā)明提出一種弧光燈，包括透光體，其具有第一端和第二端。第一導線組件沿第一端設置，第二導線組件沿第二端設置。第一旋轉面在第一端形成，與第一旋轉面不同的第二旋轉面在第二端形成。第一旋轉面和第二旋轉面中至少一個通過在第一和第二端收縮透光體形成。
此外，提供了一種適合用于垂直位置的弧光燈，包括透光體，其具有上端、下端和沿透光體的上端和下端之間的中心延伸的軸線。上導線組件沿上端設置，并具有上電極尖端。下導線組件沿下端設置，并具有下電極尖端。第一旋轉面在上端收縮形成，與第一旋轉面不同的第二旋轉面在下端收縮形成?；」鉄艟哂醒貜纳想姌O尖端到下電極尖端的軸線測得的溫度分布曲線。溫度分布曲線具有最大熱值，最小熱值和平均熱值。最小和最大熱值在平均熱值的大約35℃-50℃之間。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有電弧放電管的放電燈的一個實施例的部分剖開的側視圖；圖2是圖1的電弧放電管的放大的側視圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個方法各步驟的流程圖；圖4是沿不同結構的電弧放電管的溫度分布曲線的圖表。
參考標記 元件AGL角度BSE基體CMB1 導體件1CMB2 導體件2CMB3 導體件3CMB4 導體件4DCH放電燈ENV外殼體NB 凸起REL阻抗件SM1支承件SM2支承件STP夾持件100電弧放電管102上端104下端106引線108引線110引線112傳導片114電極116導線組件118傳導片120電極
122導線組件124傳導片126電極128導線組件130主體132密封區(qū)134密封區(qū)136放電腔138抽真空管140開口端142旋轉面144旋轉面146截頭圓錐部分148球形部分150形成電弧放電管的方法152步驟154步驟156步驟158步驟160步驟162步驟164步驟166步驟168曲線180曲線180A 上端熱點180B 下端熱點182曲線
182A 上端溫度182B 下端溫度182C 中部溫度184曲線184A 上端熱點184B 下端熱點具體實施方式
位于垂直位置的放電燈一般具有基體在上或基體在下的結構。圖1顯示了支撐電弧放電管100的放電燈DCH，其位于垂直的基體在上的位置。放電燈DCH包括基體BSE和外殼ENV。基體BSE包括與電弧放電管100電連接的適當?shù)碾娊佑|件，如所屬領域的技術人員都知道的。外殼ENV最好用玻璃質的光線可透過的材料，如玻璃，制造，并通過傳統(tǒng)的方式固定到基體BSE。支承件SM1和SM2以適當?shù)姆绞焦潭ǖ酵鈿NV。電弧放電管100通過夾持件STP固定其間。支承件和夾持件用適當?shù)牟牧闲纬?，如鎳涂復鋼。電弧放電?00具有第一或上端102，和第二或下端104。引線106和108從上端102延伸。引線110從下端104延伸。放電燈DCH包括導體件CMB1、CMB2、CMB3和CMB4，通過所屬領域的技術人員知道的方式電連接到基體BSE。導體件CMB1、CMB2和CMB3在基體BSE和引線106、108和110之間直接地或通過支承件電連接。如所屬領域的技術人員已經(jīng)知道的，導體件CMB2可形成或包括電阻件REL。此外，所屬領域的技術人員還知道導體件CMB2和引線108不是必須的，可根據(jù)鎮(zhèn)流器的類型進行選擇。
從圖2可清楚地看出，導體片112沿上端102連接到引線106和形成導線組件116的電極114之間?；蛘撸瑢w片118可連接到引線108和形成導線組件122的電極120之間。導體片124在下端104連接到引線110和形成導線組件128的電極126之間。在一優(yōu)選的結構中，電極用鎢形成，引線和導體片用鉬形成。
電弧放電管100由外殼或透光體130組成，透光體由耐高溫的透光的玻璃質材料，如石英，制成。密封區(qū)132和134分別在電弧放電管100的端部102和104形成。密封區(qū)最好用沿各端部的流體密封體形成。在一優(yōu)選實施例中，密封區(qū)與各端部的各個導線組件的導體片對齊，如所屬領域的技術人員已經(jīng)知道的。密封區(qū)132和134基本與沿透光體130在其間形成的放電腔136流體隔離。如圖2顯示，電極114、120和126的尖端設置在放電腔136中。
此外，電弧放電管100可包括排氣管138，其從透光體130突出。排氣管最好是中空的，并帶有開口端140，放電腔136可通過排氣管與環(huán)境大氣流體連通。作為適當結構的示例，排氣管138可具有大約3毫米的內徑和大約5毫米的外徑。可以理解，形成排氣管的工藝，有時稱為裝管，已為所屬領域的技術人員熟知。排氣管可用于抽真空和配料或填充放電腔。其后，將排氣管138的尖端去掉或修整并進行密封，形成圖1中的凸起NB。
放電腔136的上端壁或旋轉面142在靠近密封區(qū)132的上端102形成。放電腔136的下端壁或旋轉面144在靠近密封區(qū)134的下端104形成。如圖1和圖2清楚地顯示，旋轉面142與旋轉面144的結構和形狀有相當大的不同。旋轉面142最好是橢圓的，在一定范圍內，可近似半球形端蓋。旋轉面144最好是帶有截頭部分146和一定球形部分148的錐形。截頭部分146具有適當值的傾角AGL，比如從大約20度到大約100度，最好是從大約30度到大約90度。角度AGL在圖2中顯示出為大約60度。即使在放電管100上形成錐形的旋轉面144，在某些情況下，仍希望包括沿下端104的適當?shù)姆瓷涠送繉?。這些涂層材料可以是很寬組合的材料，最好是白色氧化物材料。其在放電管的操作溫度下穩(wěn)定并與形成透光體的材料，如石英，無反應。適當?shù)目蛇x氧化物材料包括，如氧化鋁和二氧化鋯。
圖3顯示了形成放電管，比如上面介紹的放電管100，的方法150。首先，提供作為薄壁中空管或圓柱體的透光體，如透光體130，如步驟152所顯示的。這種初始的石英圓柱體可從一段低成本的石英管切割出。在另一步驟154，將一個或多個導線組件插入圓柱體一端，比如插入導線組件116和122到端部102。在下一步驟156，通過加熱圓柱體的端部在透光體的端部形成密封區(qū)，比如密封區(qū)132，然后收縮或加壓圓柱體的加熱端部的一部分，同時至少部分封裝一個或多個設置在其中的導線組件。此外，在步驟156，第一旋轉面，比如旋轉面142，在透光體的端部形成。應當清楚要將透光體的端部加熱到足夠高的溫度，使材料轉變成塑性或其他可變形的狀態(tài)，這種加熱操作是所屬領域的技術人員都知道和常規(guī)使用的。
在另一個步驟158，一個或多個導線組件插入圓柱體的相對端，比如插入導線組件128到端部104。在另一步驟160，第二/和或透光體的相對端，如端部104，通過加熱圓柱體端部然后收縮或加壓形成密封區(qū)，如區(qū)域134。該步驟基本完成放電腔，比如放電腔136，的形成。此外，在步驟160，第二個不同的旋轉面，如旋轉面144在透光體的端部形成。因此，基本流體密封的放電管136在相對端部具有不同旋轉面的兩個端部102和104之間形成。在放電管形成的兩個不同旋轉面最好進行優(yōu)化以適用于垂直位置。
在下一步驟162，空腔(如，放電腔136)基本上抽成真空，然后充入適當?shù)呐渲瞥煞?，如步驟164所示。這些配制成分一般包括惰性氣體，比如氬；金屬鹵化物和/或水銀。但是，應當理解，可以使用任何適當?shù)呐渲瞥煞纸M合，這未脫離本發(fā)明的范圍和目的。步驟162和164可通過任何適當?shù)姆绞竭M行，如通過抽真空管138。抽真空管138可在前面的步驟形成，如所屬領域的技術人員所知道的。在步驟166，將抽真空管的端部去掉，密封其中的通道，去掉了管子的相當大的部分，如所屬領域的技術人員所知道的。
所屬領域的技術人員應當理解，盡管圖3的流程圖代表了形成放電管的優(yōu)選方法，步驟的具體次序、附加工藝步驟或選定的步驟組合可以變化，這未脫離本發(fā)明的范圍和目的。例如，可在插入導線組件后施加希望的端部涂層。以改進燈的效率。
圖4顯示了具有不同端部結構的放電管的圖表。曲線180代表沿兩端是錐形的放電管的軸線的溫度曲線。曲線182是沿根據(jù)本發(fā)明的放電管的一個實施例的軸線的溫度曲線，其中放電管具有橢圓上旋轉面和錐形下旋轉面。曲線184是沿具有橢圓端部的放電管的軸線的溫度曲線。
圖4中給出的數(shù)據(jù)對應于示例性的大約360瓦的放電管。相信對于更大功率，如大約400瓦和大約600瓦，的已知放電燈，其工作在問題更大的溫度曲線下。即，預計更大功率的放電燈將具有工作在比圖4所示更高溫度的高溫度區(qū)或熱點。差別在于，圖4所示的曲線要比更高功率的放電燈的溫度曲線好。重要的一點是，形成大約250瓦到600瓦的放電燈一般是用相同的石英材料制成。這樣，熱點的溫度越高，放電燈的壽命越低。都清楚知道，這里給出的瓦特值是名義功率值，而實際功率各個燈是不同的。例如，360瓦的放電燈可在大約350瓦到370瓦的范圍工作，400瓦的放電燈可在大約390瓦到410瓦的范圍工作，600瓦的放電燈可在580瓦到620瓦之間變化。
回到圖4，曲線180表示熱點180A位于放電管的上端，180B位于下端。上熱點是不希望的，可限制壽命或性能，因為高溫可使相關放電管產(chǎn)生不希望的反應，比如造成石英放電管中鈉損失的有害反應。在這個示例中，曲線180具有上熱點溫度180A，其靠近溫度為大約900℃的上電極尖端；和下熱點溫度180B，靠近大約750℃的下電極尖端。
曲線184，具有大約730℃的上熱點溫度184A和大約650℃的下熱點溫度184B。不幸的是，放電管下端部這樣的溫度通常過低，難以支撐放電管中鹵化物成分所要求的蒸氣壓來得到最大效率。在一些情況下，可沿這種放電管的下端設置反射涂層來提高工作溫度。但是，施加這些涂層增加了放電管的生產(chǎn)成本，在某些情況下，可負面影響到光輸出。
從曲線182可看出，具有橢圓上旋轉面和錐形下旋轉面的放電管可減少不希望的熱點，如熱點180A。此外，該放電管可在下端保持較高的溫度，因此消除或減少了設置反射涂層的必要。如曲線182所示，放電管的上端在大約750℃的最大溫度182A工作，放電管的下端也在大約750℃的溫度182B工作。放電管的中間部分的最大工作溫度，如曲線182所示，顯示出具有大約750℃的基本恒定和線性部分182C。放電管的溫度曲線具有平均的溫度值，上端附近的溫度和下端附近的溫度的偏差不超過大約35℃。對于功率大約為400瓦到大約600瓦的放電管，相信放電管的溫度曲線將具有平均溫度值，靠近上端的溫度和靠近下端的溫度的偏差不會超過大約50℃。
總之，本發(fā)明具有吹氣模制形狀的石英透光體的優(yōu)點，生產(chǎn)工藝成本非常低。圓柱體形石英主體的兩端收縮密封。對于設計用于垂直放置點燃的放電管，上端收縮成的碗狀最好是橢圓形或半球形。下部收縮成的碗狀是錐形的。錐形下部的優(yōu)點是可聚熱。這樣就意味著，與橢圓或半球形下端部的要求相比，下端部可施加較少的端部涂層。下端部施加較少的端部涂層可提供更高的效率。
橢圓形或半球形上端部的優(yōu)點是可幫助散發(fā)熱量。上部碗狀的垂直點燃金屬鹵化物放電管用圓柱體形石英體制造，具有相同形狀的收縮端部，由于對流，其在比下端部溫度高的溫度下工作。由于最高的石英溫度限制了放電管的壽命，頂部和底部不對稱可提供更長的壽命。此外，與通過吹氣模制來制造不對稱的放電管相比，通過已知的收縮技術(在各端使用不同的模具)用圓柱體形石英件制造不對稱的放電管比較容易和便宜。
盡管已經(jīng)通過參考前面的實施例對本發(fā)明進行了介紹，并將主要重點放在結構和所介紹實施例的零件之間的結構關系，很明顯，本發(fā)明可具有其他實施例，不脫離本發(fā)明的原理的情況下，對于圖示和介紹的實施例可以進行改進。在閱讀和理解前面進行的詳細介紹后可進行各種變化和改進。因此，前面介紹性的示例只是用于說明本發(fā)明，而不是用于限制本發(fā)明。希望本發(fā)明包括所有這些改進和變化，所附權利要求和等同體的范圍包括這些改進和變化。
權利要求
1.一種形成弧光燈的方法(150)，所述弧光燈優(yōu)化適合于垂直位置，所述方法包括步驟a)提供透光體(152)，其具有第一開口端和第二開口端；b)在所述第一端插入第一導線組件到所述透光體(154)；c)在所述透光體的第一端收縮形成第一旋轉面(156)；d)在所述第二端插入第二導線組件到所述透光體(158)；e)在所述透光體的第二端收縮形成與所述第一旋轉面不同的第二旋轉面(160)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟，形成所述第一導線組件與所述透光體的所述第一端的密封(156)，形成所述第二導線組件與所述透光體的所述第二端的密封(160)。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，形成所述第一導線組件密封的步驟(156)與所述步驟c)同時進行，形成所述第二導線組件密封的所述步驟(160)與所述步驟c)同時進行。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟c)的所述第一旋轉面是橢圓形或錐形。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟g)的所述第二旋轉面是橢圓或錐體中的另一個。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟在所述透光體的所述錐形端施加反射端涂層。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟對所述石英圓柱部分抽真空(162)，并在步驟e)后加入一定數(shù)量的填充氣體到所述基本為真空的圓柱部分(164)。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在步驟e)前插入第三導線組件的步驟。
9.一種弧光燈(100)，包括透光體(130)，具有第一端(102)和第二端(104)；沿第一端(102)設置的第一導線組件(116)，沿第二端(104)設置的第二導線組件(128)；第一端(102)形成的第一旋轉面(142)，與第一旋轉面不同的第二旋轉面(144)在第二端(104)形成；所述第一旋轉面(142)和第二旋轉面(144)中至少一個通過在第一和第二端收縮透光體(130)形成。
10.根據(jù)權利要求9所述的弧光燈，其特征在于，所述第一旋轉面(142)是橢圓形或錐形。
全文摘要
一種弧光燈(100)，包括具有第一端(102)和第二端(104)的透光體(130)。第一導線組件(116)沿第一端設置，第二導線組件(128)沿第二端設置。第一旋轉面(142)在第一端形成，與第一旋轉面不同的第二旋轉面(144)在第二端形成。第一旋轉面和第二旋轉面中至少一個通過在第一和第二端收縮透光體形成。本發(fā)明還包括形成弧光燈的方法(150)。
文檔編號H01J61/88GK1658358SQ20051000955
公開日2005年8月24日 申請日期2005年2月17日 優(yōu)先權日2004年2月17日
發(fā)明者J·M·斯特羅克 申請人:通用電氣公司