CN101331582A - 电极及其相关改进 - Google Patents

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史蒂文·巴莱特·大卫
约翰·霍顿·德里克
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Abstract

本发明提供了一种电极元件(1)，包含：一端开口的管子，塞子，电极和具有该电极元件的电气装置。同样还提供了一种形成电极元件的方法。

Description

电极及其相关改进
技术领域
本发明涉及电极，电极元件，包含电极的装置以及制造电极和电极元件的方法。
背景技术
目前已有多种结构和用途的电极，例如冷阴极电极在照明应用中极为有效，如作为LCD显示的背光的冷阴极电极荧光灯(CCFL)。然而这种这些电极尺寸很小，因此制造困难。
一种已知的电极含有钼，并且具有一端为封闭的管状体，这端连接一个管座(或塞子(plug))。管状体是深冲压处理(deep-drawing process)形成的单件，从而可能会有许多缺点。
由于深冲压处理效率低，因此会造成材料损耗，从而增加生产成本。
另外，由于深冲压处理，管状体的长度限制在其直径的五倍左右。然而对于更长的电极寿命和更强的灯管亮度，需要具有更大表面积的较长电极。
为了改善电极性能和/或延长其寿命，还有可能需要在管状体的内和/或外表面加涂层。然而在管状体的内部加涂层是很难实现的，特别是在管状体很长的情况下。
因此仍需要可替代电极和其制造方法。
相应的，本发明旨在解决与现有技术相关的至少一种缺点，不管所述现有技术是在本文中讨论的或不是在本文中讨论的。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种电极元件，包含一端开口的管子和一个塞子，其中管子包含的金属片形成管状结构，塞子位于管子内部，形成一端封闭的管状体。
适当的，该元件包含电极发射源部件。
适当的，该管状体的外直径在0.5至5mm之间。
适当的，该管状体的长度是其直径的1到20倍，最好是其直径的3到15倍，如约10倍其直径。
适当的，管状体的长度至少是其直径的5倍，例如至少是其直径的6，7，8，9，10，11或12倍。这种比例可以让具有电极的灯管比使用已知电极的灯管具有更长的寿命和/或更强的亮度，该电极包含电机发射源部件。
适当的，塞子包含头部，该头部位于管状体里面。
塞子可具有与管座相连的头部。或者，塞子可包含一个头部，以及连到该头部上的管座。因此电极元件可以包含一个电极。头部和管座可构成一个整体。或者它们可以形成为两部分。
如果塞子包含管座和头部，它可以具有大致上为T形的横截面。
塞子可以浇铸形成，也可以在适当情况下通过回火处理(drawing process)形成，或者挤压头部并且从棒上切下管座。
头部可以焊接到管座上。或者头部具有一个孔，管座可以插到这个孔中。头部包含一个有孔的圆盘，从而包含一个垫圈(washer)。适当的，管座直径略大于头部孔的直径，从而管座压入配合到头部孔中。
压入配合可以减小或者消除将管座和头部焊接在一起的需求，从而减少塞子的再结晶，还可以在部件之间提供很好的热传导率，简化制造过程，因为管座可以切割金属棒而获得，并且垫圈很容易被压紧。
适当的，可以将塞子放置在管状体的一端中，从而塞子可以封闭在里面。适当的，管状体仅与塞子的头部重叠。
适当的，塞子位于管状体中，从而管子和塞子的重叠区域是管子长度的0.1到30％，最好是管子长度的0.5到20％，如管子长度的2到15％。
适当的，管子与塞子的重叠区域为0.1mm到10mm。更好的，管子与塞子的重叠区域为0.1mm到1mm。适当的，管子与塞子的重叠区域为至少为0.1mm，最好至少为0.3mm，如至少为0.5mm。
适当的，头部具有的圆盘大致上是圆形。适当的，圆盘的直径可以让它紧贴在管子里面。
圆盘的直径在0.45和4.98mm之间。
适当的，圆盘的厚度在0.01和10mm之间，最好在0.01和1mm之间，更好的是在0.02和1mm之间，如0.5mm。
管子的金属片可以卷成管状结构。适当的，金属片弯成管状结构。
适当的，管子具有大致为圆形的横截面。
适当的，管子具有弯曲状金属片，该金属片在形成管子之前大致上为平面。适当的，管子具有弯曲状金属片，该金属片之前大致上为矩形。
适当的，在形成管子时，金属片的相对的第一和第二端部处于相邻位置。
适当的，在形成管子时，金属片的第一和第二端部是重叠的。从而在将管子绕成圆圈的接缝处，管子具有双层厚度。
适当的，当形成管子时，金属片的第一和第二端部的重叠区域是管子圆周的0.1％到10％，如0.5％到8％。
适当的，金属片的厚度为0.01到0.1mm，最好为0.02到0.1mm，如约0.08mm。因此管子的壁厚度为0.01到0.1mm，最好为0.02到0.1mm，如约0.08mm。在金属端部的重叠区域，该壁可具有该厚度的两倍。
适当的，电极元件包含一个或多个焊接点，从而确保弯曲的金属片为管状结构。
适当的，用一个或多个焊接点连接金属片的重叠区域。适当的，金属片的重叠区域是用激光焊接在一起的。适当的，焊接为点焊。
适当的，通过在金属片的第一和第二端部重叠以及管子和塞子重叠的区域放置第一个焊点，可以确保管子连接到塞子上。适当的，管子和塞子通过一个或多个焊点连接在一起，最好是位于90到150度之间的两个其他焊点，如约为120度，分别位于第一个焊点的两侧。
适当的，管子具有的金属片为纯金属。或者，管子具有的金属片为合金。
适当的，金属片的熔点高于1100℃。适当的，金属片的热传导率在0.2Watts/cm2·℃和5.0Watts/cm2·℃之间。适当的，在环境温度下，金属片的线性膨胀系数在1×10-6/℃和30×10-6/℃之间。
适当的，管子具有的金属片包含过渡金属元素。适当的，管子具有的金属片是钢(铁)合金组成的族中的一种金属，如科瓦铁镍钴合金，镍(Ni)，钼(Mo)，铌(Nb)，钽(Ta)和钨(W)或合金和/或混合物等难熔金属。适当的，金属片包含钼。或者，金属片包含镍，至少在一面上涂有镍。
塞子的头部包含纯金属。或者，塞子的头部包含合金。
适当的，塞子头部和/或管座的熔点高于1100℃。适当的，塞子头部和/或管座的热传导率在0.2Watts/cm2·℃和5.0Watts/cm2·℃之间。适当的，在环境温度下，塞子头部和/或管座的线性膨胀系数在1×10-6/℃和30×10-6/℃之间。
适当的，塞子头部和/或管座包含过渡金属元素。适当的，塞子头部和/或管座包含是钢(铁)合金组成的族中的一种金属，如科瓦铁镍钴合金，镍(Ni)，钼(Mo)，铌(Nb)，钽(Ta)和钨(W)或合金和/或混合物等难熔金属。适当的，塞子头部和/或管座包含钼。
适当的，塞子头部和管子包含同一金属。或者，塞子头部和管座包含不同金属。因此塞子头部和管子可由不同的金属制成，这些金属根据其在整个电极元件组合中具有特定性质和功能来选择。
适当的，塞子头部和管子包含同一金属。或者，塞子头部和管子包含不同金属。因此塞子头部和管子可由不同的金属制成，这些金属根据其在整个电极元件组合中具有特定性质和功能来选择。
适当的，电极元件的内表面具有表面涂层。可以同时在管子和塞子上有涂层，或仅在管子或仅在塞子上有涂层。
适当的，管子包含金属片，该金属片在第一面上具有表面涂层，然后形成管子，从而所述第一面形成管子的内表面。因此形成的管状体具有内部在整个长度上有均匀涂层的管子。
表面涂层可以改善电极元件的性能和/或寿命。
表面涂层的厚度在0.001mm和0.1mm之间。
表面涂层具有微小和/或极小颗粒从而增加电极元件的表面区域。这会使得具有电极的灯管有更大亮度和/或较低的运行温度，该电极包含电极发射源部件。
表面涂层包含金属，该金属比形成它所包裹的元件的金属具有更高的活性。由于具有较低的功函数和/或较高的电传导率，较强活性的金属更能抵抗离子轰击和/或具有增强的电子发射性能。表面涂层包含钼、钨、钡铝合金或其他合适的元素或合金。因此电子发射源部件可以由塞子和/或管子构成，塞子和/或管子含有镍等金属，而在塞子和/或管子上涂有活性较高但是较贵的金属，如钼、钨或钡铝合金。这使得有效电极的制造更为经济。
活性涂层材料可以是含有汞的合金。适当的，活性材料是包含钡的合金，如钡铝合金和汞。活性材料可以包含Ba-Al和Hg合金。在使用中包含汞时，通过与钡发生反应可以消除与灯管中汞(Hg)蒸汽的排除有关的难题。因此这种合金的使用可以增强灯管的亮度和/或效率。
表面涂层含有的材料具有低的功函数和高的抗离子轰击性。例如表面涂层包含金刚石或多晶硅。
电极元件的外表面可以具有表面涂层。
可以同时在管子和塞子上有表面涂层，或仅在管子或仅在塞子上有表面涂层。
管子包含金属片，该金属片的第二面上添加表面涂层，然后形成管子，这样所述第二面形成管子的外表面。
表面涂层用于提高电极元件的性能和/或寿命。
表面涂层包含的涂料如电子元件的内表面所述一致。
外表面使用的涂层可以和内表面一样，也可以完全不同。因此在金属片的第二面使用的表面涂层可以与在金属片的第一面使用的涂层是一样的，也可以不同。
用多种已知方法，如溅射涂膜、电化学沉积、金属有机气相沉积、原位沉淀、溶胶-凝胶法、喷涂、刷或卷材涂层等，将表面涂层应用到电极元件的某部分上。
适当的，表面涂层包含的金属比它涂裹的元件所含有的金属具有较高的活性。
一旦使用了涂层，需要在电极元件的部件用于制造电极元件之前，通过热处理和/或化学处理让涂层转换成适当的金属形态。
管子的金属片可以具有表面涂层，然后在金属片形成管子之前转换成适当的金属形态。
根据本发明的第二个方面，提供的电极包含第一方面所述的电极元件，其中一个管座连接到电极元件的塞子的头部。
管座可以与塞子一体成型。或者管座可以连接到塞子头部。管座可以焊接到塞子头部和/或通过压入配合的方法连接到塞子头部。
适当的，管座到在与管子的轴大致平行的方向上伸展。适当的，管子和管座具有大致共同的轴。
适当的，电极有一个安装在管座上的玻璃环。玻璃环有个连接点，通过连接点，电极可以稳固在机架上。
根据本发明的第三个方面，提供的电气装置包含第一方面和/或第二方面所述的电极元件。
所述电气装置包含一个照明装置。电气装置可以包含一个冷阴极电极荧光灯，用于LCD显示的背光。
根据本发明的第四个方面，提供了形成第一方面所述的电极元件的方法，其中该方法包含通过沿着成型构件上包裹金属片形成一个管子，从而金属片具有与成型构件的外表面相应的管状结构，并且在管子内部放置一个塞子从而形成一端封闭的管状体。
成型构件包含成型装置的成型销，塞子位于经过管子成型步骤后的管子的内部。或者，成型构件包含塞子头部，金属片包裹在塞子头部，从而塞子位于管子内部形成所述的一端封闭的管状体。因此，在管子内部放置一个塞子的步骤可以在管子形成过程中同步进行。
适当的，用多个成型手指可以将金属片包裹在成型构件上。成型手指可以将金属片压在成型构件上从而形成管子。
适当的，成型构件具有近似的圆柱横截面。适当的，成型构建具有近似的圆形横截面。或者，成型构建具有正方形，矩形或三角形的横截面。
一旦形成管状结构，金属片就能够基本保持这种结构。
适当的，该方法包含确保可以让金属片形成管状结构的步骤。所述确保步骤包含将金属片的端部焊接在一起形成管状结构。
或者/另外，确保步骤包含将管子稳固在塞子上，塞子可以在管状结构中托住金属片。管子和塞子可以焊接在一起。
所述方法包含将管座连接到塞子头部，从而制造出电极。
或者，塞子包含管座和头部，从而该方法生产的电极元件具有一个电极。
所述方法包含将管座放置在塞子头部的孔中，从而两者可以通过压入配合的方法进行连接。
所述方法可以包含压紧头部，从棒上切割下管座，并将管座和头部连接在一起。
所述方法可以进一步包含制造第二方面的电极和/或第三方面的电气装置的方法。
附图说明
以下通过实例和参考附图的方式阐述本发明，在附图中：
图1是表示所有隐藏细节的电极元件的透视图；
图2是图1电极元件的截面图；
图3是图1的电极元件的端部图；
图4是包含图1至3的电极元件的冷阴极电极荧光灯的截面图，并显示了隐藏的细节。
具体实施方式
如图1至图3所示，电极元件1包含一端5封闭而在相对的另一端7开口的管状体3。管状体3包含由弯曲的金属片11所形成的管子9和托住管子9的塞子3(如图1中的点状轮廓所示)。
在所述实施例中，塞子13包含具有圆形圆盘的头部14以及与其相连的管座15。管座15和头部14一体成型，从而电极元件1构成一个电极。在该实施例中，塞子13包含钼，并通过铸造成型。在另一个实施例中(未示出)，塞子13仅包含头部14，随后一个单独的管座15必须接到头部上，从而形成一个电极。
在所述实施例中，金属片11包含钼，并通过弯曲形成管子9。金属片11是弯曲的，从而第一和第二端部区域19，21可以重叠在一起。金属片的第一面25形成电极元件1的内表面29，第二面27形成其外表面31。
塞子13的头部14和管子9在焊接点23处用激光焊接在一起，从而将管子固定到塞子13并保证金属片11为管状结构。第一焊接点位于塞子13和管子9的端部区域19，21重叠的区域。管子9和塞子13重叠的区域中，塞子13上还有另外两个焊接点，位于第一个焊接点的两侧，所述两个焊接点之间为约120°。另一个焊接点位于端部区域19，21的重叠区域中的管状体3的第二端7。
电极元件1的长度约为3mm，直径约为1mm。
所述实施例中，通过在包含成型销(未示出)的成型构件上包裹金属片11形成管子9。金属片11压在成型销上，从而具有大致与成型构件的外表面相应的管状结构。
为了形成电极构件1，塞子13的头部14位于管子9中，并且用激光将管子9和塞子13焊接在一起。
在另一个实施例中，塞子13的头部14自身作为成型构件，从而在成型时，塞子13的头部14位于管子9中。
在所述实施例中，塞子13和管子9具有同样的未涂层的金属，但是在另一个实施例中，它们可以具有不同金属，或者一个或两个有涂层。
图4阐述了具有电极203的冷阴极电极荧光灯201，每个电极203都包含具有管座15的电极元件1。灯管201包含玻璃体(支架)207，管座15通过玻璃体延伸。玻璃体207的内部具有磷光体涂层209，玻璃体已经抽真空，并填充少量汞。
在另一个实施例中(未示出)，电极元件包含具有头部的塞子和与塞子连接的管座。头部具有一个圆盘，在圆盘中心有一个孔，从而形成一个垫圈。管座的直径略大于头部的孔的孔径，从而可以压入配合到孔中。因此通过压入配合的方法，使得头部和管座可以紧密的连接在一起。否则如上所述，电极元件用于所述实施例。
应该认识到本发明优选实施例的电极元件可以是有利的。特别的，与已知元件相比，它可以有效的生产并具有较长寿命。
对于与本发明书同时或提前提交的，与本应用有关的，并与本说明书一起公开进行公众审查的所有论文和文献，这些论文和文献的内容以引用的方式并入本文中。
本说明书(包括附录的权利要求，摘要和附图)公开的所有特点，和/或公开的任一方法的步骤或过程都可以组合起来使用，除非在某些组合中某些特点和/或步骤是排他的。
除非明确说明，本说明书(包括附录的权利要求，摘要和附图)公开的所有特点可以用具有相同作用，等价或相似目的的相似特点进行代替。因此除非明确说明，本发明公开的各个特点仅是同等或相似特点的一类中的一个实例。
本说明不限于本说明书(包括附录的权利要求，摘要和附图)公开的特点的上述实施例的细节。本发明可以延伸到任一新的实施例或其各种组合，或者是公开的各种方法步骤和过程的任一新的组合。

Claims (39)

1.一个电极元件包含一端开口的管子和一个塞子，其中管子包含形成管状结构的金属片，塞子位于管子内部，形成一端封闭的管状体。
2.如权利要求1所述元件，其中元件包含电极发射源部件。
3.如权利要求1或2所述的元件，其中塞子具有头部，以及连接到头部的管座。
4.如权利要求1或2所述元件，其中塞子包括设置成与管座相连的头部。
5.如权利要求3或4所述的元件，其中头部包含大致圆形的圆盘，所述圆形圆盘的直径在0.45和4.98mm之间。
6.如权利要求3至5中的任一权利要求所述的元件，其中头部包括厚度为0.1到1mm的圆盘。
7.如权利要求3或5或6所述的元件，其中塞子具有大致T形的横截面。
8.如上述任一权利要求所述的元件，其中管状体的外直径在0.5和5mm之间。
9.如上述任一权利要求所述的元件，其中管状体的长度至少是其直径的5倍。
10.如上述任一权利要求所述的元件，其中形成管子时，金属片的第一和第二端部区域的重叠区域是管子圆周的0.1％到10％。
11.如上述任一权利要求所述的元件，其中塞子位于管子内部，从而塞子和管子的重叠区域是管子长度的0.1到30％。
12.如权利要求11所述的元件，其中管子仅和塞子的头部重叠。
13.如上述任一权利要求所述的元件，其中元件包含一个或多个焊点以确保弯曲的金属片成管状结构。
14.如上述任一权利要求所述的元件，其中管子通过一个或多个焊点固定在塞子上。
15.如上述任一权利要求所述的元件，其中管子的金属片是纯金属。
16.如权利要求1至14中的任一个所述的元件，其中管子的金属片为合金。
17.如上述任一权利要求所述的元件，其中管子具有的金属片是钢(铁)合金组成的族中的一种金属，如科瓦铁镍钴合金，镍(Ni)，钼(Mo)，铌(Nb)，钽(Ta)和钨(W)或合金和/或混合物。
18.如上述任一权利要求所述的元件，其中塞子为纯金属。
19.如权利要求1至17中的任一个所述的元件，其中塞子为合金。
20.如上述任一权利要求所述的元件，其中塞子具有的金属是钢(铁)合金组成的族中的一种金属，如科瓦铁镍钴合金，镍(Ni)，钼(Mo)，铌(Nb)，钽(Ta)和钨(W)或合金和/或混合物。
21.如上述任一权利要求所述的元件，其中塞子和管子包括同一金属。
22.如权利要求1至20中的任一个所述的元件，其中塞子和管子包括不同金属。
23.如上述任一权利要求所述的元件，其中电极元件的内表面具有表面涂层。
24.如权利要求23所述的元件，其中管子包含的金属片在第一面上具有表面涂层，然后形成管子，从而所述第一面形成管子的内表面。
25.如上述任一权利要求所述的元件，其中电极元件的外表面具有表面涂层。
26.如权利要求25所述的元件，其中管子包含的金属片在第二面上具有表面涂层，然后形成管子从而所述第二面形成管子的外表面。
27.如权利要求24至25中的任一个所述的元件，其中表面涂层包含的金属比它涂裹的元件所含有的金属具有较高的活性。
28.一种电极元件，如本文中参考任一附图所描述的。
29.一种包含如权利要求1至28中的任一个所述的电极元件的电极，该电极元件具有与塞子的头部相连的管座，从而所述元件包含一个电极。
30.一种包含如权利要求1至28中的任一个所述的电极元件和/或权利要求29所述的电极的电气装置。
31.一种形成如权利要求1至28中的任一个所述的电极元件的方法，其中该方法包含通过在成型构件上包裹金属片形成一个管子，从而金属片大致具有与成型构件的外表面相应的管状结构，并且在管子内部放置一个塞子从而形成一端封闭的管状体。
32.如权利要求31所述的方法，其中成型构件包含成型装置的成型销，塞子位于经过管子成型步骤后的管子的内部。
33.如权利要求31所述的方法，其中成型构件包含塞子头部，金属片包裹在塞子头部，从而塞子位于管子内部形成所述的一端封闭的管状体。
34.如权利要求31至33中的任一个所述的方法，其中用多个成型手指可以将金属片包裹在成型构件上。
35.如权利要求31至33中的任一个所述的方法，其中该方法包含确保可以让金属片形成管状结构的步骤。
36.如权利要求31至35中的任一个所述的方法，其中管子和塞子焊接在一起。
37.如权利要求31至36中的任一个所述的方法，其中管座连接到塞子头部，从而制造出电极。
38.如权利要求31至36中的任一个所述的方法，其中塞子包含管座和头部，从而通过该方法生产出电极。
39.一种如本文中参考任一附图所述的，形成电极元件的方法。
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