CN101523550B - 包括嵌入在灯的石英玻璃封壳中的导体的灯 - Google Patents

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Abstract

描述了一种灯，其包括包围灯的光源的石英玻璃的封壳(1)，其中电导体(8)(例如电极杆)至少部分地嵌入于封壳(1)的石英玻璃材料中。导体(8)的所述部分的至少一部分表面设有突起(15)，突起(15)在该表面上形成刷子状结构。突起(15)优选具有10μm和35μm之间的平均长度。

Description

包括嵌入在灯的石英玻璃封壳中的导体的灯
技术领域
本发明涉及一种灯，该灯包括包围该灯的光源的石英玻璃的封壳(envelope)，其中电导体被至少部分地嵌入于该封壳的石英玻璃材料中。所述电导体不仅可以是电极杆(electrode rod)，也可以是嵌入于灯封壳的石英玻璃材料中的其他导电构件，比如用于向白炽灯供电的杆状部件，所述白炽灯例如是用于烹饪或者用于工业加热应用的大功率卤素灯。
背景技术
在US-A-2001/0005117中公开了这种类型的灯。该公开描述了一种高电压放电灯，其包括封闭灯的放电空间的石英玻璃封壳。该灯设有两个密封部分，在石英玻璃封壳两端的每一端是一个密封部分。两电极杆的端部突出到放电空间中，并且每个电极杆的一部分被以这样的方式嵌入于封壳的密封部分中：即，使得两电极杆相对于彼此共轴设置。两电极杆的另外的端部连接到导电钼箔构件的端部，以便向电极杆供给电流，钼箔构件也被嵌入于灯的石英玻璃封壳的密封部分中。钼箔构件的另外的端部连接到延伸到灯的石英玻璃封壳之外的引出线。
两电极杆不仅可以在封壳的两端共轴设置，而且彼此平行并彼此分开一定距离，同时两电极杆被嵌入在灯的石英玻璃封壳的同一密封部分中。所述灯可以是氙金属卤化物灯或者任何其它放电灯(尤其是HID灯(高强度放电灯))，或者任何其它包括石英玻璃封壳的灯，比如卤素灯。所述灯可以是包括灯与反射体的单元的整体部分。
这样的灯呈现了导体材料与封壳的石英玻璃材料的膨胀系数的差异，其中至少一部分导体被嵌入于灯封壳的密封部分中。膨胀系数的这种差异会在使用时(尤其是在启动阶段)在灯的材料中产生高应力，并且这种高应力会导致灯由于灯封壳开裂或者爆裂而引起的早期灯故障。为了避免由于所述膨胀系数差异而导致的石英玻璃开裂，已知存在若干种措施，比如在灯的电极杆周围施加线圈，或者环绕电极杆施加箔。这些措施的缺点在于附加成本相对较高，所述措施中的大多数措施均需要在灯中的附加部件。
公开US-B-6891332描述了一种灯，其中导体的表面和石英玻璃材料的相邻表面通过细小凹坑与凸起相互接合。表面的平均粗糙度被设定为3μm或者更小，由此一定程度上降低开裂的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灯，其中电导体被至少部分地嵌入于该灯的封壳的石英玻璃材料中，由此降低了在灯的封壳的石英玻璃材料中发生开裂的风险，至少在需要这种降低的预定位置处降低了上述风险。
为了实现这个目的，导体的所述部分的至少一部分表面设有突起，突起在所述表面形成刷子状结构，即其中导体的部分材料向外延伸并形成所述突起的结构，其中相对于相同材料的实心结构，刷子状结构中的相对密度介于20％和80％之间，以该相对密度，刷子状结构的机械柔性和形变势显著高于相同材料的实心结构(solid structure)的机械柔性和形变势。突起的长度可以远大于它们截面的平均尺寸。表面的所述部分具有刚毛状或者刷子状外观，且突起从导体表面像刷子的毛刺或刷毛那样立起。经验证明，嵌入导体表面的这种刷子状结构防止了或至少减少了在周围的石英玻璃材料中产生应力和开裂，尤其是当导体被快速加热时。
这一点基于下面的阐述。尽管在被嵌入到石英玻璃材料中时导体表面的刷子状结构会在某种程度上变平，但是在刷毛之间仍将存在某些小的间隔，以便容纳导体材料在被加热时的额外膨胀。在导体的材料与石英玻璃材料之间存在直接接触，从而使得导体可以将其热量传导至石英玻璃。因此，导体的加热将导致周围的石英玻璃的同时加热，从而使得导体与周围的石英玻璃之间的膨胀差异减小。
在优选实施例中，突起的平均长度在10μm和35μm之间，优选地为15μm和25μm之间。
在优选实施例中，导体表面的所述部分设有一个或者多个凹部，同时所述突起位于所述凹部的边缘。这些凹部可以是导体表面中的坑，但是优选地它们是导体的所述部分的表面中的一个或多个槽。由此，可以以这样的方式对导体表面进行处理：导体的材料从凹部中被取出并且在凹部的边缘重新成形为刷子状结构的毛发状突起。
在优选实施例中，导体表面的刷子状结构在一个或者多个宽度小于25μm的区域内延伸，这些区域可以沿着所述凹部的边缘延伸。所述一个或多个区域可以是围绕导体的螺旋带，或者可以包括导体表面的多个更短的带，或者也可以是具有不同形状的区域。
导体表面的所述部分优选地借助于激光束进行处理，由此使得导体的材料局部分离并且在导体的表面形成突起。已经发现，通过借助于脉冲激光束对导体表面进行处理，导体的材料会在其暴露于激光之后移出，并且该材料的至少一部分在导体的表面形成突起。
在优选实施例中，导体的材料为钨或者钨合金或者掺杂的钨。在另一个优选实施例中，导体的材料是除钨之外的金属，所述金属来自纯的、掺杂的或合金性质的比如Mo、Ta、Re、In的难熔金属的组。这些在灯中常用的材料，被嵌入于灯封壳的石英玻璃材料中，并且已经发现可以借助于激光束通过简单快速的操作来制造这样材料的刷子状结构。
导体优选地是部分地嵌入于封壳的石英玻璃材料中的电极杆，同时灯优选地是高压气体放电灯，其中电极杆被嵌入在石英玻璃封壳的密封部分内。在这些灯中，在灯被打开时电极杆将被快速加热，尤其是车辆用氙气灯的情况，其中为了在短时间内达到高的光强度会向灯供给额外的功率。于是，电极杆的温度将非常快速地升高。在这样的灯中，借助于电极杆表面的刷子状结构，可以避免开裂，同时存在用于电极杆的膨胀的一些空间。这种刷子状结构确保了热量从电极杆相对快速地传导至周围的石英玻璃。
本发明还涉及一种制造灯的方法，所述灯包括包围灯的光源的石英玻璃的封壳，其中电导体被至少部分地嵌入于所述封壳的石英玻璃材料中，并且借助于激光束对导体的所述部分的至少一部分表面进行处理，由此使得导体的材料局部分离并且在导体的表面形成突起，从而使得所述刷子状结构中的相对密度在20％和80％之间，以该相对密度，刷子状结构的机械柔性和形变势显著高于相同材料的实心结构的机械柔性和形变势。
本发明的这些以及其它方面将通过参照下文描述的实施例而变得明显并被阐明。
附图说明
在附图中：
图1示出了一种气体放电灯；
图2是灯的一部分的示意性截面图；
图3示出了电极杆的刷子状表面；
图4是电极杆表面的示意性截面图；以及
图5示出了另一电极杆的刷子状表面。
这些图是图形化表示，仅示出了与本发明相关的部件。
具体实施方式
图1示出具有石英玻璃的封壳1的气体放电灯。封壳1容纳气体放电空间2，该空间例如填充有汞、碘化钠、碘化钪、氙和/或其它气体。封壳1被透明外罩3所包围。
灯的封壳1在封壳1的相对端部设置有两个密封部分4、5。每个密封部分4、5均包括嵌入于封壳1的石英玻璃材料中的钼箔构件6、7。每个钼箔构件6、7与电极杆8、9的端部相连，而每个电极杆8、9的另一端突出到气体放电空间2中。电极杆8、9(至少在其表面处)由钨制成，所述钨可以包括附加物，例如ThO2。
两个钼箔构件6、7中的每一个还分别连接到引出线10、11，引出线10、11伸出封壳1的石英玻璃材料之外，从而使得它们可以与用于供电的装置相连。电能通过钼箔构件6、7提供给电极杆8、9。
灯设有帽12，以便将该灯连接到灯座上。灯的帽12设有用以与灯座中的对应接触构件连接的接触元件(未示出)，从而使得电能可以通过这些接触构件从灯座提供给所述灯。引出线10与所述接触元件之一相连，而另一接触元件与电流导杆13相连，以便将电能提供给引出线11。
图2是灯的一部分的示意性截面分解图，所述部分在图1中由圆圈17指示。灯的封壳1的石英玻璃材料的密封部分4包括与电极杆8的端部相连的钼箔构件6。电极杆8的另一端突出到灯的封壳1的气体放电空间2中。
圆柱形电极杆8的一部分嵌入在灯的石英玻璃封壳1的密封部分4中。电极杆8的这部分的表面设有螺旋槽14，螺旋槽14在图2中由反向斜线指示。沿着槽14的两边缘存在突起，从而得到在电极杆8表面处的刷子状结构。
图3表示电极杆8的一部分，其中示出了电极杆8表面的刷子状结构。该刷子状结构包括由电极杆8的材料形成的毛发状突起15，所述突起位于电极杆8圆柱形表面中的螺旋槽14的边缘处。
刷子状结构在槽14旁边宽度小于25μm的区域内延伸，并且高度典型地为15μm至25μm，呈树枝、纤维和/或圆锥形状。所述区域中的突起15具有20％和80％之间的平均相对密度，同时树枝、纤维或者圆锥形状具有接近100％的相对密度。突起15具有这样的高度与截面比率(height over cross-section ratio)：即它们的机械柔性和形变势显著高于相同尺寸的实心结构(solid structure)的机械柔性和形变势。
在图3中示出的刷子状结构借助于将激光束引导到电极杆8表面上的操作来形成，同时电极杆8绕其轴旋转，从而获得螺旋槽14。以这种方式，电极杆8的材料局部地分离并且形成如图3中所示的刷子状结构的毛发状突起15。
图4图解化地示出了槽14和突起15。在本示例中，槽14的宽度A大约是25μm而深度C大约为75μm。槽14之间的距离B大约为100μm，并且突起15的长度D(即高度)大约为20μm。
图5示出了圆柱形电极杆8，其表面借助于脉冲激光束被处理，从而在该电极杆8的表面中形成坑18，并且突起15位于坑18的边缘处。利用Q开关纳秒YAG激光器IR 1064nm执行该操作。脉宽大约为16ns，并且脉冲频率为33Hz。平均功率为9.6W(12W系统的80％)。坑的尺寸大约为25μm。在操作期间，电极杆8以1000rpm的速度旋转。而且，为了允许有微量(traces)的氧而施加气流(空气或者氩气)，因为氧是获得所需刷子状结构的反应的一部分。
由于电极杆8表面的刷子状结构，在电极杆8与灯的封壳1的密封部分4的石英玻璃材料之间将存在一些间隔，从而使得电极杆8可以略微比石英玻璃材料膨胀更多。而且，由于刷子状结构，在电极杆8的材料与灯的封壳1的密封部分4的石英玻璃材料之间存在良好导热接触。因此，显著降低了在石英玻璃中出现开裂的风险。
如上所述的灯的实施例仅是根据本发明的气体放电灯的示例；许多其它实施例也是可能的，比如其中仅导体嵌入部分的某些部分设有刷子状结构的实施例，或者其中引出线表面的某些部分设有刷子状结构的实施例。

Claims (12)

1.一种灯，包括包围灯的光源的石英玻璃的封壳(1)，其中电导体(8)至少部分地嵌入于封壳(1)的石英玻璃材料中，其特征在于，导体(8)的所述部分的表面的至少一部分设置有突起(15)，所述突起(15)在所述表面形成刷子状结构，其中相对于相同材料的实心结构，刷子状结构(15)的相对密度介于20％和80％之间，以该相对密度，刷子状结构(15)的机械柔性和形变势显著高于相同材料的实心结构的机械柔性和形变势。
2.如权利要求1所述的灯，其特征在于，突起(15)具有10μm和35μm之间的平均长度。
3.如权利要求1所述的灯，其特征在于，突起(15)具有15μm和25μm之间的平均长度。
4.如前述权利要求中任一项权利要求所述的灯，其特征在于，导体(8)的表面的所述部分设置有凹部(14，18)，同时所述突起(15)位于所述凹部(14，18)的边缘，所述凹部(14，18)是导体(8)的所述部分的表面中的一个或多个槽(14)。
5.如权利要求1所述的灯，其特征在于，位于导体(8)的表面的刷子状结构(15)在宽度小于25μm的区域内延伸。
6.如权利要求1所述的灯，其特征在于，导体(8)的表面的所述部分借助于激光束被处理，通过所述激光束，导体(8)的材料局部分离并且在导体(8)的表面形成突起(15)。
7.如权利要求1所述的灯，其特征在于，导体(8)的材料为钨或者钨合金或者掺杂的钨。
8.如权利要求1所述的灯，其特征在于，导体(8)的材料是除钨之外的金属，所述金属来自纯的、掺杂的或合金性质的难熔金属的组。
9.如权利要求8所述的灯，其特征在于，所述难熔金属为Mo、Ta、Re、In。
10.如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述导体(8)是部分地嵌入于封壳(1)的石英玻璃材料中的电极杆(8，9)。
11.如权利要求10所述的灯，其特征在于，所述灯是高压气体放电灯，其中电极杆(8，9)嵌入在石英玻璃封壳(1)的密封部分(4，5)中。
12.一种制造灯的方法，所述灯包括包围灯的光源的石英玻璃的封壳，其中电导体(8)至少部分地嵌入于封壳(1)的石英玻璃材料中，其特征在于，借助于激光束来处理导体(8)的所述部分的表面的至少一部分，通过所述激光束，导体(8)的材料被局部分离并且在导体(8)的表面形成突起(15)，从而使相对于相同材料的实心结构，刷子状结构(15)的相对密度介于20％和80％之间，以该相对密度，刷子状结构(15)的机械柔性和形变势显著高于相同材料的实心结构的机械柔性和形变势。
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