CN1007475B - 紧凑的低压水银蒸汽放电灯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

紧凑低压水银蒸汽放电灯，包括两或多根直管2、3，它们用连接管4相连，形成两电极15间的放电腔，电极在放电腔的最外两端7、8，这些端以气密方式连到有必需的接触管脚和导体16的灯座9上。在电极的放电电流下方有管子缩颈13、14，它们限定了电极周围的空间，从电极发射物质中释放的离子在其中被聚集起来，在电流位相改变后落回到电极表面上。生产灯的方法始于直玻璃管，加热靠近管端部的环状区。在管旋转时在管壁上形成缩颈，再以已知方式制造出灯。

Description

本发明涉及所谓紧凑低压水银蒸汽放电灯，即包含两根或多根互相平行的管子的气体放电灯，这些管子在其端部附近连在一起，在两个设置在彼此相对的最远端的电极之间形成公共放电腔，这些端部以气密方式连到公共灯座上，灯座上装有启动器或点火装置和必需的串联阻抗系统，并设有用于提供电流的连接管脚。

发明了用来生产这种紧凑的气体放电灯的合适方法。

许多种紧凑低压水银蒸汽放电灯在现有技术中是已知的。对于这些已知设计，对只包括两个直管的灯的情况，有两种最常用的结构。第一种结构可简单地描述为在管子的自由端带有灯电极的倒U形，自由端连到共同的灯座上。这种灯的第二种结构具有大致为H形的结构，在两个垂直管子之间很高的位置上有水平桥。在这种灯中，电极安置在远离桥的管端。电极所在的管端也固定到共同的灯座上，灯座中设有启动器或点火装置和串联阻抗系统。这两种设计的管子内壁涂有具有所需成份的荧光粉。该荧光粉将放电产生的紫外线转化成可见光。

那些具有两个以上直管的紧凑低压水银放电灯通常包括四根管子。这些管子可位于一个平面内，也可位于矩形的角上，构成垂直于管子对称轴的想象的横截面。直管间的相互连接是通过交替连接远离灯座的管端和连接靠近灯座的管端而实现的。只有第一和最后一根管子连在灯座上，并且只是在这些与灯座相连的管子的端部设置电极。以这种方式形成了连续的放电腔，在灯通电时电极间的电流通过它流 动，只要连接管具有比直管更小的直径，当电流从一根管子通过连接管流到另一根管子时被迫改变方向这一事实对于发光效率没有大的影响。

在紧凑低压水银蒸汽放电灯里，如同其它低压气体放电灯一样，在电极间存在光弧的阳极区。该光弧通过混有水银蒸汽的稀有气体。在小型灯中气体的压强保持在500帕斯卡（Pascal或Pa）以下，而在工作温度下，水银的分压强低于1帕斯卡。

稀有气体的功能是使灯能在适当的启动电压下启动，并且在灯通电时增加电子和水银原子碰撞的几率。在40℃时的低压水银蒸汽压提供了产生水银共振线的最佳状态，这些线位于紫外区域，即253.7和185毫微米（nm）。在这样产生的光中，波长较长的光占强度的85%，而波长较短的光占15%。如果低压水银蒸汽放电灯只包含水银蒸汽，电子将几乎只与管壁和水银原子碰撞，在没有荧光粉时，电子能量将转化成热而不是光。

前面描述的H形紧凑低压水银蒸汽放电灯及其制造方法在EP-A-0094133（申请号第83200640，7号）中得到了描述。在这个申请中描述的发明目的是使直管管端能得到有效的封闭，（在以后生产阶段将在该直管管端附近制作连接管）。另一个目的（虽然没有明确说明）是借助周围的空气把直管和前述端面之间的薄转接区域冷却到使封在荧光灯里的水银在所述转接区域中发生凝聚的程度。以这种方式在管中保持了水银蒸汽压的平衡，因为在横向连接管之外的直管管端里没有热致放电发生。

本发明的一个基本目的是提供一种紧凑低压水银蒸汽放电灯，当这种灯通电时，放电腔中的水银分压被保持在能对水银共振线上的放电所产生的辐射提供最大影响的水平上。

一个进一步的目的是遮蔽灯的电极，以限制其上产生的热量的传导。可以确保位于远离灯座的管端的直管主要部分的温度不会高于40℃。当这种紧凑低压水银蒸汽灯被置于带有反射器或灯罩的灯具内时，这是特别重要的。当灯被置于这种灯具中时，灯发出的热不能有效地散掉，在灯内的温度要超过40℃。这使灯内的水银蒸汽压增高，使水银共振线上产生的辐射强度降低。

这些目的是通过在下面的权利要求中限定和表征的本发明而实现的。

本发明基于下面的概念，即在用于紧凑低压水银蒸汽灯的实施方案中的放电腔内，负空间电荷集中在管壁上，而阳极区形成于电极之间，而空间电荷0则沿着阳极区的轴向。在灯启动后的每一时刻，阴极和阳极区域间的放电在轴向上是一致匀的。正离子和电子是与放电同时地形成。它们通过扩散集中在管壁。因为阳极区是轴向一致的，所以在轴向不出现粒子的损失。在这个扩散过程中，因为电子的质量小，电子的移动比正离子快得多，所以出现了由管子中心向外扩展的正空间电荷。这改善了阳极区中的放电条件，从而增大了紫外辐射的功率。

限制从电极传播的热的方法是箍缩或颈缩在电极的电流下方的直管子。我们发现荧光灯的使用寿命因这种方法而有很大增长。已确认其理因是由于在放电电流路径上电极的下方的玻璃管上存在的箍缩或收缩区域在电极起阳极作用的半周期内导致电子密度的增加。其结果是减小了阳极的损耗，这使覆在电极上的发射物质温度降低。这个温度下降减少了发射物质的蒸发速率，从而使电极的使用寿命延长，从而使紧凑低压水银蒸汽放电灯的寿命延长。

对于电极使用寿命的延长的一个重要贡献来自发生在电极周围的 缩颈空间对蒸发发射物质的反射，这个空间由电极下方的玻璃管缩颈区域确定。在一个半周期内由电极表面释放的发射物质离子沿灯中形成的阳极区的轴向移动的可能性受到了极大限制。玻璃管的缩颈区使阳极区受到了径向压缩，从而使得在箍缩或缩颈区域中沿管壁只有极小的负空间电荷。结果，释放出的离子保持在最靠近电极的缩颈空间内，并在下一个半周期内落回到电极表面上。

发射物质释放出的离子具有比电极周围的电子大得多的质量，所以其运动要慢得多。结果，在放电电流改变方向之前，不会有显著数量的这些离子到达管壁，因而也就不会沉淀在管壁上，而使管壁变黑。

除了在管壁上箍缩区域形成的缩颈导致了对发射物质的反射，从而大大限制了其损耗之外，缩颈也减少放电腔内来自发射物质的离子的出现。因为该腔的一部分的温度可保持在40℃，水银蒸汽压将在1帕斯卡，或大约5×10^-8乇以下，这是水银蒸汽中从光弧产生共振辐射的相对效率达到最高的压强。在较低的水银分压下，水银原子的间距太大，造成原子和电子间的碰撞次数变少，因而也使紫外辐射中的受激光子数或光强变小。在较高的水银分压下，水银原子的密度太大，使碰撞数变得过多，而且电子将被弹开，这也造成激发的光子数量减少。

来自发射物质的离子含量很低导致与这些离子发生碰撞而损失的电子很少。这样，大量的电子会与水银原子碰撞，从而导致高效率，即对提供的每个瓦特有很高的发光效率。测量表明，根据本发明的紧凑低压水银蒸汽放电灯的每瓦特光通量比同类的现有技术放电灯高3.5倍。

下面根据附图描述紧凑低压水银蒸汽放电灯的最佳实施方案和制 造方法，在附图中：

图1是紧凑低压水银蒸汽放电灯的部分剖视图;

图2显示了直玻璃管，它是灯生产的开始部件;

图3显示了内壁涂有荧光粉的管子;

图4显示了准备制出箍缩或缩颈区域的管子;

图5显示了设有缩颈区，电极和排气管的玻璃管。

紧凑荧光灯1包括两个直管2、3，它们的内部涂有两或三种谱带式的荧光粉，还包括接管4，它将管子2、3连接在一起并位于所述直管的第一端5、6上。直管的另外一端，或第二端7、8气密地联接到灯座9上，灯座9由所述管子共用。在灯座远离管子2、3的一端装具有矩形横截面的外壳10，它包含启动器和串联阻抗系统。外壳10的两端有接触管脚11、12，通过它们向灯1提供电流。

管子2、3在靠近它们的第二端7、8的地方受到箍缩，从而形成缩颈13、14。若管子内径为10毫米，箍缩区域的内径可为4毫米。以这种方式，在管子3的第二端8处限定了一个空间，在其中设置有电极15。该电极由两个导体16支撑，导体16熔进芯柱17并同接触管脚12和外壳10中的启动器相接触。在管2的第二端7中设置有相应的部件。

灯内通常充有压强约为3乇的稀有气体氩。如果缩颈13、14的直径变小，灯的辉光电压将增大，这是不希望的。已发现该趋势可通过在所充的稀有气体中加入氪来克服。因为氪很贵，所以希望将其用量控制在最小。虽然已发现添加50至90%的氪会提供显著的效应，但并不意味着在所充稀薄气体中的更高的加入量可进一步减小缩颈13、14的直径。

箍缩或颈缩区14在电极15的周围提供了一个空间，在其中由 电极发射物质释放的离子（主要是钡离子）具有相当高的浓度。作为缩颈14的结果，在灯的两个电极间形成的阳极区在所述缩颈的位置上充满管子3的横截面区域。这对从发射物质释放的离子离开电极15周围空间的可能性有明显的负作用。当电流在下半周周期中变相时，几乎所有这些离子都落回到电极15的表面上，从而使电极15能在至少15，000小时内保持可用性。

可对用于生产紧凑低压水银蒸汽放电灯1的方法进行如下的描述。

制造从具有标准质量的直玻璃管开始，该玻璃管具有诸如12毫米的外径和10毫米的内径（图2）。管的内部以已知的方式涂有荧光粉，该荧光粉包括具有任何所希望的成分的荧光物质。然后将荧光粉熔化形成稳定的荧光层（图3）。接着将玻璃管放在玻璃旋床上旋转，同时将气体火焰20加到玻璃管靠近端部的地方，在整个紧凑荧光灯中这些端部构成前面所述的第二端7、8。在用所述气体火焰将玻璃管的环状区域上的玻璃壁软化后，用彼此相对放置的成形轮21靠压所述软化区域（图4）。成形轮受到适当设置，以沿固定的终端止动器移动，从而决定形成缩颈13、14的箍缩区的深度。然后加热管子的外端，并将带有由导体16支承的电极15的芯柱以已知的方式熔入所述端。排气管22同芯柱17中的通道相连。这个排气管至到在玻璃管具有了准备安到灯座9上的最后形式时才使用。通过排气管22、23用惰性气体清洗该玻璃管，然后把管子23熔掉。然后将玻璃管抽真空，并加入稀有气体，同时加入需要数量的水银，直至达到所希望的压强。然后熔掉剩下的排气管22，并借助于适当的基座粘合剂，以已知的方法将玻璃管安在灯座9上。

前面已参考其最简单的变形，即包含两根互相平行的管子的灯，描述了紧凑低压水银蒸汽放电灯，然而应当理解到，根据本发明的灯可包 括任意数目的直管。然而，由于主要关心的是只在灯的一端安置灯座，所以灯必须有偶数个直管。所以，直管配有相当于连接管4的管子，这些管子交替制作在直管的两根直管远离灯座9的管端，和靠近灯座的管之间。直管的长度根据灯的瓦特数确定。

Claims (6)

1、紧凑低压水银蒸汽放电灯，它包括两根或多根互相平行的直管，这些直管在其相应的端部附近互相连接，形成在两个电极之间延伸的公共放电腔，该电极被设置在放电腔的相距最远的两个端部，这些端部连到装有启动器和串联阻抗装置的灯座上，其特征在于直管(2、3)在其与灯座(9)相连的端部(7、8)附近的区域带有缩颈(13、14)，该缩颈部分地限定了最靠近灯电极(15)的空间，并在灯通电时使电极(15)之间的阳极区得到集中。

2、根据权利要求1的灯，其特征在于缩颈（13、14）的直径最好是直管（2，3）直径的40%。

3、根据权利要求1或权利要求2的灯，其特征在于它充有其成分包括90%的氪的稀有气体。

4、根据前面任一权利要求的灯，其特征在于灯的电极（15）上覆有发射材料，在灯工作时从其上释放出钡离子。

5、根据权利要求1的紧凑低压水银蒸汽放电灯的方法，其中构成放电腔的管子是直的，其内部涂覆有荧光粉，并在将玻璃管连到灯座（9）上之前熔化荧光粉，包括绕玻璃管的纵轴旋转玻璃管并加热所述管子的端部（7、8）附近的环状区域，用成形轮（21）贴压管子的加热环状区域以形成缩颈（13、14）;在用已知方法使放电腔形成它的最终形式之前，以适当方式加热管子的端部（7、8）使带有电极（15）和排气管（22、23）的芯柱（17）以气密方式熔合到所述端头（7、8）上。

6、根据权利要求6的方法，其特征在于形成缩颈（13、14）时，将玻璃固定在玻璃旋床上;用气体火焰加热邻近所述端部（7、8）的所述环状区域;以恒定速度朝终端止动器移动成形轮（21），上述终端止动器被用来阻止达到终端位置时的成形轮的进一步平移。

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