專(zhuān)利名稱(chēng)：低功率金屬鹵化物燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及金屬鹵化物弧光放電燈的領(lǐng)域，更具體地，涉及具有高效率和受控色溫性能的35瓦或以下的小型低功率金屬鹵化物燈。
在現(xiàn)有的典型的金屬鹵化物燈中，透明石英材料的外殼形成一個(gè)放弧室，其中充有水銀、惰性氣體和金屬鹵化物。放弧室中封裝著一對(duì)尖端彼此分開(kāi)的高熔點(diǎn)鎢電極。在電極尖端之間產(chǎn)生電弧放電后，放弧室的溫度迅速上升，導(dǎo)致水銀和金屬鹵化物蒸發(fā)，水銀原子和金屬鹵化物中的金屬原子被電離和激發(fā)，引起金屬的特征頻譜上的受激發(fā)射，這些輻射在放弧室內(nèi)大部分混合成為一體，產(chǎn)生一最終具有穩(wěn)定光強(qiáng)和色溫的光輸出。
色溫和效率(通常以每瓦的流明數(shù)來(lái)表示)基本取決于燈點(diǎn)燃時(shí)放弧室內(nèi)鹵化物的蒸汽壓力，鹵化物的蒸汽壓力受到形成該放弧室的外殼的周壁溫度的很大的影響。
現(xiàn)有技術(shù)的燈中，金屬鹵化物通常在燈點(diǎn)燃時(shí)并不完全蒸發(fā)，事實(shí)上，在放弧室的較冷區(qū)域出現(xiàn)顯著的凝結(jié)。人們?cè)缫阎?，這種鹵化物的凝結(jié)會(huì)顯著地降低效率和提高色溫至不能被接受的程度，尤其是對(duì)于低功率燈更是如此。而且，對(duì)于雙端式燈，鹵化物凝結(jié)一般發(fā)生在電極從透明的石英材料中露出處的相對(duì)的兩端。這些端部區(qū)域通常是放弧室中最冷之處。就雙端式燈而言，這一結(jié)果尤其不利，因?yàn)檫@些端部區(qū)域的溫度易受制造過(guò)程中的變化和隨時(shí)間發(fā)生的變化的影響，因此，在這些燈的使用壽命期間和燈與燈彼此之間其效率和色溫性能會(huì)有顯著的變化，這種改變?cè)谠S多應(yīng)用中是不能容許的。
人們作了種種嘗試來(lái)減小放弧室端部區(qū)域的鹵化物的凝結(jié)。例如，Cap等人的美國(guó)專(zhuān)利No.4，161，672揭示了減小燈殼端部桿體的橫截面面積，可減少這些端部桿體的熱損失，Cap等人還提出在這些端部區(qū)域使用不透光的氧化鋯涂層以把熱量保持在放弧室內(nèi)。French等人的美國(guó)專(zhuān)利No.4，808，876和Waymouth等人的美國(guó)專(zhuān)利No.3，324，332也提出了采用端部涂層和減小外殼端部封口或外殼桿體外殼尺寸的方法。此外，F(xiàn)rench等人和Waymouth等人還指出，在放弧室端部設(shè)立端室或腔，使它的橫截面比放弧室主體要小，以增加端部區(qū)域的溫度。
在另一例子中，Holle等人的美國(guó)專(zhuān)利No.4，202，999指出，減小小型金屬鹵化物燈電極的尺寸，可減少由此造成的熱損失，從而得到較高的工作溫度和效率。
在上述所有例子中，所敘述的各種技術(shù)都不足以充分減少放弧室端部區(qū)域的鹵化物的凝結(jié)，上述每一例子中，所描述的燈具設(shè)計(jì)方案都要求電極的尖端接近端部區(qū)域，以維持這些區(qū)域適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)溫度，所以，在這種已有的金屬鹵化物燈中，電極可插入(伸入、進(jìn)入)放弧室的距離(插入(進(jìn)入、伸入)深度)受到限制，這一插入深度的限制必然對(duì)電極尖端之間的間距帶來(lái)限制(假定必須維持可接受的殼壁負(fù)荷要求)。下面將會(huì)談到，這一限制將導(dǎo)致輸入功率為35瓦或以下的小型金屬鹵化物燈的效率降低。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提出克服已有技術(shù)中存在問(wèn)題的裝置，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出具有已有技術(shù)所不能達(dá)到的功率、色溫性能的新的小型金屬鹵化物弧光放電燈，本發(fā)明的進(jìn)一步是提供其功率輸入為35瓦或更小的新的小型金屬鹵化物弧光放電燈，使其在整個(gè)壽命期間具有可接受的效率水平和色溫性能，
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供其輸入功率為35瓦或更小的新的小型金屬鹵化物弧光放電燈，使其對(duì)制造過(guò)程中的變化不太敏感，本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供其輸入功率為35瓦或更小的新的小型金屬鹵化物弧光放電燈，使其具有較短的預(yù)熱時(shí)間，按照本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)這些和其它目的。本發(fā)明提供一種輸入功率不大于35瓦的金屬鹵化物弧光放電燈，按照本發(fā)明，它包括一個(gè)由透光材料構(gòu)成的外殼，外殼具有一個(gè)球形部，一對(duì)從該球形部延伸的過(guò)渡頸部，一對(duì)分別從過(guò)渡頸部延伸的管狀(桿體)部。外殼的球形部?jī)?nèi)形成了一個(gè)放弧室，并具有約能產(chǎn)生不超過(guò)35Watts/cm2殼壁負(fù)荷的外表面面積。放弧室內(nèi)充滿了水銀、惰性氣體和金屬鹵化物，水銀和金屬鹵化物易于在燈的工作期間基本上完全蒸發(fā)。一對(duì)電極從頸部伸入放弧室，其電極尖端在放弧室內(nèi)彼此相距為A。外殼的每一頸部各有圍繞一段電極的殼壁，頸部的殼壁各有一段被拉長(zhǎng)，其最小壁厚小于1.5mm。該燈還包括一對(duì)引線組件，分別與一對(duì)電極電氣相連，引線組件從電極經(jīng)過(guò)外殼管狀(桿體)部的密封部分到達(dá)燈的外部。
下面參照附圖詳細(xì)敘述實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種方法，附圖中畫(huà)出了三個(gè)具體的實(shí)施例，其中

圖1示出了按照本發(fā)明的一種帶反射器的20瓦金屬鹵化物燈的截面圖，圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的一種不帶反射器的金屬鹵化物燈的部分截面圖，并示出了該燈的重要的(關(guān)鍵的)尺寸，圖3是表示按照本發(fā)明的一種不帶反射器的2.5瓦金屬鹵化物燈的放大的局部截面圖，圖4是表示按照本發(fā)明的一種不帶反射器的12瓦金屬鹵化物燈的放大的局部截面圖，圖5是表示應(yīng)用本發(fā)明的一種不帶反射器的20瓦金屬鹵化物燈的放大的局部截面圖。
參見(jiàn)附圖，首先，參見(jiàn)圖1，其中用正面的局部截面圖示出了燈和反射器總成10，按照本發(fā)明構(gòu)成的小型金屬鹵化物低功率弧光放電燈12座落于一個(gè)橢球面反射器14中，燈12用陶瓷或玻璃膠混合物18固定在反射器14的套圈16中，膠混合物18可以是Cotronics公司生產(chǎn)的氧化鋯產(chǎn)品。燈12包括一個(gè)透光材料例如透明石英的外殼，在推薦的實(shí)施例中，采用了一種熔凝石英材料，如通用電器公司生產(chǎn)的214型材料。燈殼包括一對(duì)殼體的軀干部分20、20'，后者包括管狀部(桿體部)22、22’和過(guò)渡的頸部24、24'，殼體軀干20和20’之間是燈殼的球形部26。
球形部26的殼壁內(nèi)形成了一個(gè)放弧室28，其中容有水銀和金屬鹵化物的化學(xué)填充物29，如圖1所示，室溫時(shí)，水銀和金屬鹵化物凝結(jié)在放弧室28殼壁的內(nèi)表面上。除了金屬鹵化物和水銀以外，惰性氣體，例如氬，也充入放弧室28，壓力為幾百乇。
燈12設(shè)計(jì)成在直流電(D.C)輸入下工作，但是，本發(fā)明的各個(gè)方面也同樣可用于工作于交流電的金屬鹵物燈。如圖1所示，一對(duì)鎢絲電極30、30'從頸部24、24'伸入放弧室28，電極30為陰極，電極30'為陽(yáng)極。每一電極的端部是伸入放弧室28中的電極尖端，這在圖2-5中可以看得更為清楚。電極30、30'用搭焊連接到對(duì)應(yīng)的鉬薄片32、32'上，燈12的外殼在薄片32、32'處密封，下面將要敘述，管狀部(桿體部)22、22'被加熱直至圍繞薄片32、32'的石英熔化，冷卻后就在薄片周?chē)纬蓺饷艿拿芊狻?br> 鉬引線34、34'也用搭焊連接到薄片32、32'上，這里，把包括一個(gè)薄片和一條引線的組件稱(chēng)為一個(gè)引線組件，把包括一條引線、一個(gè)薄片和一個(gè)電極的組件稱(chēng)為電極組件。
引線34與一根長(zhǎng)接觸桿36成電氣連接，后者則連接至燈腳導(dǎo)體37上，引線34'與一根短的接觸桿38成電氣連接，后者則連接至燈腳導(dǎo)體39。一個(gè)外部啟動(dòng)(輔助)器40也連接到短接觸桿38，啟動(dòng)(輔助)器40可以使燈12更可靠地啟動(dòng)和在較低的啟動(dòng)電壓下啟動(dòng)。啟動(dòng)(輔助)器40由鎳制成，置于燈12的石英外殼之外。
啟動(dòng)器40從在短接觸桿38上的連接處延伸至管狀部22，如圖1所示，啟動(dòng)(輔助)器40在薄片32處圍繞著管狀部22。啟動(dòng)(輔助)器40工作的基本原理和結(jié)構(gòu)在燈具制造業(yè)中是眾所周知的，例如，F(xiàn)ridrich等人的美國(guó)專(zhuān)利No.4，053，809揭示了外部啟動(dòng)器的基礎(chǔ)知識(shí)和結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在介紹幾個(gè)燈具設(shè)計(jì)概念，以便更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面，在考慮滿意的燈具壽命和光通量時(shí)的一個(gè)重要概念是殼壁負(fù)荷，殼壁負(fù)荷定義為燈的輸入功率除以放弧室的外輻射表面面積，近似地，輻射表面取作外殼的外表面，不包括端部桿體部分的外表面，過(guò)大的殼壁負(fù)荷會(huì)使外殼加快失去透明，導(dǎo)致不足的光通量和燈的壽命縮短，對(duì)壁厚小于1.5mm的石英外殼，殼壁負(fù)荷應(yīng)小于35瓦/平方厘米，以確保良好的光通量和燈的壽命。
另一個(gè)概念是與燈的效率直接有關(guān)的放弧負(fù)荷，放弧負(fù)荷定義為燈的輸入功率除以弧長(zhǎng)A，弧長(zhǎng)等于放弧室內(nèi)電極尖端之間的距離。對(duì)一給定的功率輸入，弧長(zhǎng)短則放弧負(fù)荷大，對(duì)于本發(fā)明的低功率金屬鹵化物燈，放弧負(fù)荷大產(chǎn)生較高的功率。
已有技術(shù)中的金屬鹵化物燈受到放弧負(fù)荷限制的影響，這一限制起源于要求電極尖端接近于放弧室的端部區(qū)域，根據(jù)這一要求，減小弧長(zhǎng)的唯一似乎合理的方法就是減小放弧室的長(zhǎng)度。但是，放弧室長(zhǎng)度的減小會(huì)導(dǎo)致較小的放弧室輻射面積，這就接下來(lái)產(chǎn)生較高的殼壁負(fù)荷。所以，如果放弧室長(zhǎng)度的減小超過(guò)一定程度，殼壁負(fù)荷就會(huì)超過(guò)可允許的數(shù)值。Cap等人的美國(guó)專(zhuān)利No.4，161，672提出的燈被規(guī)定成不超過(guò)150瓦/厘米的放弧負(fù)荷，以防止殼壁負(fù)荷大于35瓦/平方厘米。
本發(fā)明的金屬鹵化物燈不受這種限制，按照本發(fā)明，電極可比已有技術(shù)中的燈伸入放弧室更大的距離，而不會(huì)出現(xiàn)達(dá)到不能允許程度的端部區(qū)域的鹵化物的凝結(jié)。因此，對(duì)給定的放弧室長(zhǎng)度，電極的進(jìn)入深度1可以比已有技術(shù)中的燈大得多，較大的進(jìn)入深度導(dǎo)致較短的弧長(zhǎng)，從而產(chǎn)生較高的燈的效率，這種高效率的獲得不會(huì)導(dǎo)致殼壁負(fù)荷的增加。
另一設(shè)計(jì)參數(shù)是進(jìn)入系數(shù)Y，進(jìn)入系數(shù)Y由下式給出Y＝(W-A)/W對(duì)發(fā)明者目前所考慮的大部分應(yīng)用，在放弧室兩端的電極進(jìn)入深度1是大致相同的，所以，Y遵從下列關(guān)系Y＝2 1/W由于采用了較大的進(jìn)入深度，本發(fā)明的燈的進(jìn)入系數(shù)一般比已有技術(shù)的燈大得多，在推薦的實(shí)施例中，進(jìn)入系數(shù)大于0.6。
由于在燈點(diǎn)燃時(shí)放弧室端部區(qū)域的鹵化物凝結(jié)被減至最小，本發(fā)明的金屬鹵化物燈在效率和對(duì)色溫的控制上都得到了改進(jìn)，本發(fā)明取得這種效果的原因之一是在燈殼的過(guò)渡頸部采用了極薄的熔凝石英壁。參見(jiàn)圖2，這里畫(huà)出了按照本發(fā)明構(gòu)成的金屬鹵化物燈50的局部截面圖，此外，圖2還指出了該燈的重要的(關(guān)鍵的)尺寸。如圖2所示，過(guò)渡頸部52、52'有一由n表示的最小壁厚，該壁厚n不應(yīng)超過(guò)1.5mm，以保證本發(fā)明的效果。下面將要敘述，過(guò)渡頸部52、52'部分地是在燈殼制造時(shí)拉伸石英而形成的。拉伸石英的步驟是為了補(bǔ)償石英在被加熱時(shí)的自然收縮或增厚。通過(guò)使尺寸n不大于1.5mm，通過(guò)頸部52、52'的熱損失被減至最小，使燈的放弧室中端部區(qū)域較熱。
本發(fā)明的另一方面是，放弧室殼壁做成極薄的，通常不超過(guò)約0.5mm。如圖2所示，燈50的外殼有一球形部54，壁厚為t，壁厚t是由球形部54的中央段確定的，此中央段以兩個(gè)位于電極尖端處的假想平行面56、56'為界。通過(guò)把厚度尺寸t維持在不超過(guò)0.5mm，經(jīng)球形部54殼壁的熱損失可減至最小，使燈點(diǎn)燃時(shí)放弧室有較高的溫度。此外，通過(guò)減小t，也減小了在一給定的內(nèi)部放弧室容積下的球形部54外表面面積。相信外表面面積的這種減小將使從石英球形部對(duì)大氣的熱擴(kuò)散變得較小。
另一方面，獲得較高效率和受控制的色溫的原因是球形部54的殼壁在假想平行面56、56'之間的一段上有著均勻的厚度，殼壁厚度的均勻性使得在燈點(diǎn)燃時(shí)經(jīng)殼壁的熱損失較小，放弧室內(nèi)的熱量分布較為均勻。
燈50的放弧室的較好幾何形狀是橢球形和球形，以及相近的形狀。放弧室的大小可用其內(nèi)部長(zhǎng)度W和內(nèi)徑D來(lái)表示。如圖2所示，放弧室內(nèi)部長(zhǎng)度W是指兩電極從放弧室內(nèi)熔凝石英從外殼中露出點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，放弧室的內(nèi)徑D為放弧室橫截面最大處的直徑，在大多數(shù)情況下，該點(diǎn)處于或接近于放弧室的中央?？紤]放弧室?guī)缀涡螤顣r(shí)的一種有用的表示方法是縱橫比，放弧室的縱橫比由放弧室的長(zhǎng)度W除以內(nèi)徑D(W/D)的比率來(lái)確定，按照本發(fā)明構(gòu)成的金屬鹵化物燈的縱橫比可以在1.3-2.3的范圍內(nèi)。
如圖2所示，燈50電極的進(jìn)入深度1定義為電極從其露出熔凝石英外殼點(diǎn)至伸入放弧室的距離，對(duì)輸入功率在11至35瓦之間的燈，電極的進(jìn)入深度大于1.5mm。
進(jìn)一步參見(jiàn)圖2，其中示出了弧長(zhǎng)的尺寸A，弧長(zhǎng)是燈的電極之間產(chǎn)生的電弧長(zhǎng)度的度量，這一參數(shù)通常取電極尖端之間的距離。如下面的圖3-5所示，本發(fā)明的許多實(shí)用的例子中，弧長(zhǎng)A可設(shè)定為能夠產(chǎn)生大于150w/cm的放弧負(fù)荷的值。
在最佳實(shí)施例中，燈50放弧室的內(nèi)部體積對(duì)于35瓦或以下的各種尺寸燈都不超過(guò)0.3cm3。如將要參照?qǐng)D3-5敘述的那樣，本發(fā)明的許多實(shí)用例子中放弧室體積遠(yuǎn)小于0.3cm3。例如，在圖5中20瓦燈的情形下，放弧室體積小于0.05cm3。
本發(fā)明的另一方面涉及燈的放弧室內(nèi)所容納的金屬鹵化物添加劑，已經(jīng)知道，在使用金屬鹵化物時(shí)，如碘化鈉和三碘化鈧，這些添加劑的重量百分比對(duì)于優(yōu)化燈的效率和控制色溫是十分重要的。在大多數(shù)一般照明、光學(xué)和信號(hào)燈的應(yīng)用中，重量百分比是碘化鈉87%，三碘化鈧13%。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于鈉和鈧的金屬鹵化物。本領(lǐng)域中任何一種已知的金屬鹵化物都能用于本發(fā)明的燈，具體地說(shuō)，可以采用下列一組元素的碘化物或溴化物鈧、鉈、鋰、鋅、汞、鏑、銦、鎘和鈉。
本發(fā)明的另一方面是達(dá)到了較短的預(yù)熱時(shí)間，預(yù)熱時(shí)間定義為燈由起始脈沖開(kāi)始起弧至達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)的時(shí)間間隔。本發(fā)明的燈的預(yù)熱時(shí)間小于30秒，使本發(fā)明的燈具有較短預(yù)熱時(shí)間的因素包括直徑較小的電極(小于0.254mm)、較長(zhǎng)的進(jìn)入深度、放弧室體積小(小于0.3cm3)，以及金屬鹵化物密度低(小于10mg/cm3)。
參見(jiàn)圖3，其中示出了按照本發(fā)明構(gòu)成的2.5瓦金屬鹵化物弧光放電燈70，燈70包括一個(gè)熔凝石英外殼72，它具有一個(gè)球形部74和一對(duì)端部桿體76、76'，端部桿體76、76'包括相應(yīng)的過(guò)渡頸部78、78'和相應(yīng)的管狀部80、80'，球形部74的殼壁內(nèi)形成了放弧室82。
放弧室82內(nèi)充有水銀、氬氣和金屬鹵化物，如碘化鈉和三碘化鈧。一對(duì)鎢電極84、84'分別由頸部78、78'伸入放弧室82，電極84、84'的尖端在放弧室82中彼此相距A。電極84、84'搭焊在對(duì)應(yīng)的鉬薄片86、86'上。燈殼72在薄片86、86'處密封，一對(duì)鉬引線88、88'分別搭焊到薄片86、86'上，啟動(dòng)(輔助)器90與引線88'電氣相連，啟動(dòng)輔助器90的作用與前面對(duì)圖1中啟動(dòng)(輔助)器40所描述的一樣?？墒牵瑔?dòng)器90的一端圍繞在球形部74和薄片86之間的桿體76上。燈70工作于交流電，電極84、84'是同樣長(zhǎng)度的直的鎢金屬細(xì)絲，各有一個(gè)切成一定角度的鎢金屬擴(kuò)口尖端，每一電極的直徑約為0.05mm，末端擴(kuò)口直徑達(dá)約0.13mm。
可以用石英管罩殼92來(lái)罩住燈70.以把燈70安裝在某個(gè)固定物上，如圖1中的反射器上。燈70的典型參數(shù)和性能數(shù)據(jù)如表1所示。
表12.5瓦金屬鹵化物燈放弧室直徑(D) 0.08cm放弧室長(zhǎng)度(W) 0.14cm放弧室體積 8×10-4cm3弧長(zhǎng)(A) 0.008cm放弧負(fù)荷 312.5w/cm縱橫比(W/D) 1.75放弧室壁厚(t) 0.11mm色溫 3800K效率 38lpw電極直徑 0.05mm進(jìn)入深度(l) 0.066cm進(jìn)入系數(shù)(Y) 0.94水銀加入量 0.112mg金屬鹵化物加入量(87%NaI，13%ScI3) 0.025mg頸部壁厚(n) 0.3mm殼壁負(fù)荷 14w/cm2預(yù)熱時(shí)間 ＜5sec在本發(fā)明的2.5瓦金屬鹵化物燈的最佳實(shí)施例中，放弧室82的內(nèi)徑D范圍可在0.08至0.11cm之間，放弧室82的長(zhǎng)度W范圍可在0.14至0.185cm之間，弧長(zhǎng)A范圍可在0.075至0.28mm之間，球形部74的壁厚t約為0.11mm，電極84、84'的直徑范圍可在0.04至0.076mm之間，進(jìn)入深度1范圍可在0.6至0.8mm之間，水銀加入量范圍可在0.096至0.112mg之間，金屬鹵化物加入量約為0.025mg，該金屬鹵化物包括87%的碘化鈉和13%的三碘化鈧。氬氣的壓力在室溫時(shí)約為540乇(10.44絕對(duì)壓強(qiáng))頸部78、78'的壁厚n小于0.5mm，縱橫比W/D范圍可在1.3至2.3之間，燈70的色溫約為3800K，預(yù)熱時(shí)間小于5秒。相信這些參數(shù)范圍可用于輸入功率在1.5至3.5瓦之間的燈。
參見(jiàn)圖4，其中示出了按照本發(fā)明構(gòu)成的一種12瓦金屬鹵化物弧光放電燈100，它有一熔凝石英外殼102，后者具有一個(gè)球形部104和一對(duì)端部桿體106、106'，端部桿體106、106'包括過(guò)渡頸部108、108'和管狀部110、110'，球形部104的殼壁形成了一個(gè)放弧室112。
放弧室112內(nèi)充有水銀、氬氣和金屬鹵化物，如碘化鈉和三碘化鈧，一對(duì)鎢電極114、114'分別從頸部108、108’伸入放弧室112。電極114、114'的尖端在放弧室112內(nèi)彼此相距A，電極114、114'搭焊在對(duì)應(yīng)的鉬薄片116、116'上。石英外殼102在薄片116、116'處密封，一對(duì)鉬引線118、118'分別搭焊在鉬薄片116、116'上。燈100以直流電工作。電極114、114'是同樣長(zhǎng)度的直的鎢金屬細(xì)絲，各有一針形末端，電極114是陰極，直徑為0.1524mm，電極114'是陽(yáng)極，直徑為0.254mm。
燈100參數(shù)和性能數(shù)據(jù)表示在表2中表212瓦金屬鹵化物燈放弧室直徑(D) 0.3cm
放弧室長(zhǎng)度(W) 0.53cm放弧室體積 0.016cm3弧長(zhǎng)(A) 0.05cm放弧負(fù)荷 240縱橫比(W/D) 1.8放弧室壁厚(t) 0.26mm色溫 3800K效率 64lpw進(jìn)入深度(l) 0.24cm進(jìn)入系數(shù)(Y) 0.91水銀加入量 1.4mg金屬鹵化物加入量(87%NaI，13%ScI3) 0.075mg頸部壁厚(n) 0.75mm殼壁負(fù)荷 12w/cm2預(yù)熱時(shí)間 ＜12sec在本發(fā)明的12瓦金屬鹵化物燈的最佳實(shí)施例中，放弧室112的內(nèi)徑范圍可以在0.29至0.32cm之間，放弧室112的長(zhǎng)度W范圍可以在0.53至0.59cm之間，弧長(zhǎng)A的范圍可以在0.5至0.8mm之間，放弧室112的縱橫比W/D的范圍可以在1.7至2之間。本發(fā)明的12瓦金屬鹵化物燈可達(dá)到每瓦64流明的效率。進(jìn)入深度1的范圍可在2至2.8mm，球形部104的壁厚t約0.26mm按照這些參數(shù)，放弧負(fù)荷將超過(guò)150w/cm，殼壁負(fù)荷約12w/cm2。頸部108、108'的壁厚(n)小于1.5mm，在大多數(shù)情況下，小于0.75mm。
在最佳實(shí)施例中，水銀加入量約為1.4mg，放弧室內(nèi)所含的金屬鹵化物包括87%的碘化鈉和13%的三碘化鈧。加入量的范圍可以在0.075至0.15mg之間，氬氣壓力在室溫時(shí)為540乇(10.44絕對(duì)壓強(qiáng))，燈的色溫為3800°K，預(yù)熱時(shí)間小于12秒。相信這些參數(shù)范圍適用于功率輸入在11至13瓦之間的燈。
參見(jiàn)圖5，圖中示出了按照本發(fā)明構(gòu)成的20瓦金屬鹵化物燈130。燈130包括一個(gè)熔凝石英外殼132，具有一球形部134和一對(duì)端部桿體136、136'，后者包括過(guò)渡頸部138、138'和管狀部140、140'，球形部134的殼壁內(nèi)形成了放弧室142。
放弧室142內(nèi)充有水銀、氬氣和金屬鹵化物，如碘化鈉和三碘化鈧。一對(duì)鎢絲電極144、144'分別從管狀部140、140’伸入放弧室142，電極144、144’的尖端在放弧室142內(nèi)彼此分開(kāi)一定距離A。電極144、144’搭焊在對(duì)應(yīng)的鉬薄片146、146'上。外殼142在薄片146、146'處密封，一對(duì)鉬引線148、148分別搭焊在薄片146、146'上。如圖5所示，燈130包括一個(gè)外部啟動(dòng)器150，其一端與引線148'電氣相連，另一端圍繞管狀部140的外表面，其功能與相對(duì)于啟動(dòng)器40所述的相同。燈130以直流電工作，電極144、144'是同樣長(zhǎng)度的直的鎢金屬細(xì)絲，各有一針形尖端。電極144為陰極，直徑為0.2032mm，電極144'為陽(yáng)極，直徑為0.254mm。
下表中包括燈130的典型物理參數(shù)和性能數(shù)據(jù)。
表320瓦金屬鹵化物燈放弧室直徑(D) 0.37cm放弧室長(zhǎng)度(W) 0.60cm放弧室體積 0.039cm3弧長(zhǎng)(A) 0.1cm放弧負(fù)荷 200縱橫比(W/D) 1.6放弧室壁厚(t) 0.26mm效率 103lpw
電極直徑 0.2032mm進(jìn)入深度(l) 0.25cm進(jìn)入系數(shù)(Y) 0.83水銀加入量 2.8mg金屬鹵化物加入量(87%NaI，13%ScI3) 0.125mg頸部壁厚(n)殼壁負(fù)荷 10w/cm2在本發(fā)明的20瓦金屬鹵化物燈的最佳實(shí)施例中，放弧室142的內(nèi)徑D的范圍可以從0.37至0.39cm，放弧室142的長(zhǎng)度W的范圍可從0.58至0.64cm，電極144、144'間的放弧距離A的范圍可從1至1.2mm，燈103的縱橫比W/D可從1.4至1.7，球形部134的壁厚t約為0.26mm，電極144、144'的進(jìn)入深度l可從2.25至2.8mm，頸部138、138'的壁厚n小于1.5mm，在大多數(shù)情形下，小于0.75mm。
按照這些實(shí)際參數(shù)，燈130的放弧負(fù)荷在殼壁負(fù)荷保持為約10w/cm2時(shí)，將超過(guò)140w/cm，放弧室142內(nèi)的水銀加入量約為2.8mg，放弧室142內(nèi)的金屬鹵化物添加劑由87%的碘化鈉和13%三碘化鈧組成，金屬鹵化物加入量的范圍可在0.05至0.225mg之間，氬氣壓力在室溫時(shí)為540乇。按照本發(fā)明的20瓦的金屬鹵化物燈可獲得約103流明/瓦的恒定效率，色溫為3800K。預(yù)熱時(shí)間小于30秒。相信這些參數(shù)范圍適用于輸入功率在18至22瓦之間的燈。
按照本發(fā)明的燈的外殼可在玻璃吹制機(jī)上制造，如Fridrich的美國(guó)專(zhuān)利No.3，263，852所述的那種。制燈時(shí)用一段外徑約3mm、內(nèi)徑約2mm的熔凝石英管開(kāi)始進(jìn)行制作，對(duì)打算用于4瓦以上的燈的外殼，施行下列步驟把石英管放在機(jī)器上，用燃燒器沿管上一點(diǎn)加熱直至石英變?yōu)樗苄?，然后，拉伸石英管的一端使塑性的石英伸長(zhǎng)所需的量，隨后略微加熱石英管的伸長(zhǎng)部分，使其直徑縮小到所需的程度。
在離開(kāi)最初(加熱)點(diǎn)距離約為所需的放弧室長(zhǎng)度的第二點(diǎn)重復(fù)上述一系列步驟，對(duì)第二點(diǎn)，拉伸石英管的另一端以使石英管伸長(zhǎng)。其后的一步是加熱伸長(zhǎng)點(diǎn)之間的一段管子，直至石英成為塑性。同時(shí)，用壓力將空氣引入管內(nèi)以使管子的塑性段擴(kuò)張(吹制)成所希望的放弧室的形狀。然后，從機(jī)器上剩余的管子上取下完整的外殼。
對(duì)打算用于約4瓦以下的燈殼，用燃燒器加熱管子上的一段，使其直徑收縮至預(yù)定程度，接著對(duì)該段再次加熱直至石英成為塑性，這次，以相反方向拉伸管子的兩端，結(jié)果，整個(gè)的這一段被拉伸成所希望的長(zhǎng)度。最后，用壓力將空氣引入管子使拉伸過(guò)的塑性段中央部分?jǐn)U張(吹制)到形成所希望的放弧室形狀。
一旦用上述兩種方法之一形成外殼后，對(duì)燈進(jìn)行裝配。在裝配過(guò)程中，石英外殼保持在垂直位置。一電極組件，包括一條鉬引線，一鉬薄片和一鎢電極，下降到外殼的上部桿體中，同時(shí)，外殼內(nèi)不斷充以合適的干燥惰性氣體進(jìn)行沖洗，例如氬，氬向上流過(guò)外殼。當(dāng)組件的電極部分正確地在放弧室內(nèi)定位后，用兩個(gè)燃燒器加熱上部殼子的桿體的頸部，頸部一邊一只燃燒器，加熱到恰好能?chē)@電極桿體略微收縮頸部，使其緊固住電極，電極周?chē)氖⒉怀霈F(xiàn)熔化，以避免燈點(diǎn)燃時(shí)的熱應(yīng)力。不斷地用干燥氣體沖洗外殼內(nèi)部，使污染減到最小。
圍繞電極體的外殼桿體的頸部形成以后，向上移動(dòng)燃燒器以加熱外殼桿體的管狀部，這一位置的加熱使薄片周?chē)氖⑹湛s并熔化，形成氣密的密封。此后，管狀部被加熱以使其圍繞引線作緊固收縮。涉及加熱桿體的步驟時(shí)，外殼的球形部一直用水冷卻，在整個(gè)過(guò)程中一直小心避免污染外殼內(nèi)部。
將部分組裝好的燈的位置旋轉(zhuǎn)180°，使外殼上部桿體現(xiàn)在處于下面，干燥的惰性氣體繼續(xù)從開(kāi)口的桿體充入外殼，同時(shí)，用惰性氣體氣流從開(kāi)口的桿體將含有規(guī)定的鹵化物成份和數(shù)量的金屬鹵化物顆粒吹入球形部，其后，規(guī)定數(shù)量的水銀由干燥的惰性氣體氣流吹入球形部。最后，電極組件下降到開(kāi)口的外殼桿體中，并在其中如前所述的那樣被密封以完成整個(gè)組裝過(guò)程。
雖然本發(fā)明在說(shuō)明書(shū)的附圖中都是聯(lián)系最佳實(shí)施例來(lái)描述和圖示的，但本技術(shù)領(lǐng)域中人員將會(huì)理解，對(duì)本發(fā)明的各個(gè)部分可以作出許多變化和等同代換，而不離開(kāi)權(quán)利要求書(shū)的范圍。此外，還可以作出許多變化。以使本發(fā)明適合某一具體的情況或材料，而不離開(kāi)這里的基本范圍。所以，本發(fā)明并不打算被限制在說(shuō)明書(shū)和附圖中目前作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最好方式所描述的具體實(shí)施例內(nèi)，而是本發(fā)明應(yīng)當(dāng)包括在權(quán)利要求書(shū)敘述范圍之中的任何實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種低輸入功率的金屬鹵化物弧光放電燈，包括一個(gè)透光材料的外殼，具有一個(gè)球形部(26)，一對(duì)自所述球形部(26)延伸的過(guò)渡頸部(24、24’)，以及一對(duì)分別從所述過(guò)渡頸部(24、24’)延伸的管狀部(22、22’)，所述外殼的所述球形部(26)內(nèi)形成一個(gè)放弧室(28)，所述放弧室(28)內(nèi)充有水銀、惰性氣體和金屬鹵化物，一對(duì)電極(30、30’)分別從所述一對(duì)頸部(24、24’)伸入所述放弧室(28)，電極尖端在所述放弧室(28)內(nèi)彼此離開(kāi)一距離A(圖2)，所述外殼的所述頸部(24、24’)各有分別圍住所述電極(30、30’)一段的殼壁，以及，一對(duì)引線組件，分別與所述電極對(duì)(30、30’)作電氣連接，并從所述電極(30、30’)經(jīng)所述管狀部(22、22’)中的密封段通到所述燈的外部，其特征在于所述頸部(24、24’)的殼壁各有一拉伸段，其最小壁厚不超過(guò)約1.5毫米，所述水銀和所述金屬鹵化物適于在所述燈點(diǎn)亮?xí)r基本蒸發(fā)。
2.如權(quán)利要求1所述的燈，所述外殼的所述球形部(26)具有形成所述放弧室(28)的殼壁，其特征在于，所述殼壁在由分別位于電極尖端的兩假想平行面(圖2中56、56')所限定的中間一段上具有基本上均勻的厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的燈，所述放弧室(28)具有長(zhǎng)度W，該長(zhǎng)度W系指所述外殼的頸部(24、24')之間的距離(圖2)，其特征在于所述電極(30、30')有一相應(yīng)于公式Y(jié)＝(W-A)/W的進(jìn)(插、伸)入系數(shù)Y，其值約大于0.6。
4.如權(quán)利要求1所述的燈，所述外殼的所述球形部(26)具有形成所述放弧室(28)的殼壁，其特征在于所述殼壁在由分別位于電極尖端的兩假想平行面(圖2中56、56')所限定的中間一段上的厚度不超過(guò)約0.5mm。
5.如權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述放弧室(28)的形狀大致為橢球形。
6.如權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述放弧室(28)的形狀大致為球形。
7.如權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述放弧室(28)的體積不超過(guò)0.3mm3。
8.如權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈的輸入功率范圍在約11至35瓦之間，所述電極(30、30')的進(jìn)(伸、插)入深度大于1.5mm。
9.如權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈的殼壁負(fù)荷范圍從約10至20瓦/平方厘米。
10.如權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述電極(30、30')的直徑范圍從約0.06至0.26mm。
11.如權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈的水銀加入量范圍從約0.096至2.8mg。
12.如權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈的輸入功率約12瓦，所述電極尖端之間的所述距離A(圖2)范圍從約0，5至0.8mm，可產(chǎn)生大于150瓦/厘米的放弧負(fù)荷。
13.如權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈的輸入功率范圍從約18至22瓦，所述電極尖端之間的所述距離A(圖2)范圍從約1.0至1.2mm，以產(chǎn)生大于150瓦/厘米的放弧負(fù)荷。
14.如權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈的輸入功率范圍從約18至35瓦，所述頸部(24、24')的殼壁各有一拉伸段，其最小壁厚范圍從約0.5至1.5mm。
15.如權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈的功率輸入小于11瓦，所述頸部(24、24')的殼壁各有一拉伸段，其最小壁厚小于0.5mm。
16.如權(quán)利要求2所述的燈，其特征在于，所述球形部(26)的殼壁的厚度在其中間一段上不超過(guò)約0.5mm。
17.如權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述充入的金屬鹵化物包括87%的碘化鈉和13%的三碘化鈧。
18.如權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述球形部(26)有一其值產(chǎn)生不大于約35瓦/平方厘米的殼壁負(fù)荷的外表面面積。
全文摘要
金屬鹵化物弧光放電燈，功率不大于35瓦，包括具有球形部、過(guò)渡頸部、一對(duì)管狀部的外殼。球形部?jī)?nèi)形成外表面不超過(guò)35瓦/平方厘米殼壁負(fù)荷的放弧室，其中充有水銀、惰性氣體和金屬鹵化物，在燈點(diǎn)燃時(shí)基本蒸發(fā)，一對(duì)電極分別從頸部伸入放弧室，尖端相距為A。頸部各有圍繞電極一段的殼壁，及其最小壁厚不超過(guò)約1.5mm的拉伸段。引線組件分別與電極電氣相連，并經(jīng)過(guò)外殼管狀部中氣密的密封段通到燈的外部。
文檔編號(hào)H01J61/88GK1058862SQ9110120
公開(kāi)日1992年2月19日 申請(qǐng)日期1991年2月23日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月23日
發(fā)明者蒂莫西·W·格雷厄姆, 丹尼爾·C·布里格斯 申請(qǐng)人:威爾企·埃林股份有限公司