CN102473566B - 用于包含活性材料的丝状元件的支撑件 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种用于包含粉末形式的活性材料的丝状元件的支撑件，所述支撑件包括支撑件的锚固装置和用于所述丝状元件的阻挡装置，并且本发明描述了制造所述支撑件、以及制造采用了所述支撑件的灯的方法。

Description

用于包含活性材料的丝状元件的支撑件

本发明涉及用于包含活性材料的丝状元件的支撑件，所述支撑件包括用于支撑件的锚固装置以及用于丝状元件的阻塞装置。

所述种类的支撑件用在灯中，特别但不专门用在本领域中已知缩写为FL的所谓荧光低压汞灯中、用在其中存在所谓的燃烧器的灯中，即高压放电灯(也称为高强度放电灯)和通常包含荧光粉的灯。另外，这些支撑件可以用于使用由热离子效应或场效应产生的电子发射所引致的激发的其它电致发光源，例如用于制造大尺寸显示器的小尺寸发光设备。

所述种类的灯和设备尽管性质和特征不同，但具有相同的问题，就是引入活性材料的步骤，所述活性材料根据灯或设备的种类而不同。

在使用本领域中已知为“电子激发发射”的技术用于其运行的灯和设备中，活性材料可以是可蒸发的吸气剂成分，所述吸气剂成分允许例如分配期望数量的碱土金属(选自镁、钙和钡)。在高强度放电灯中，经常使用的活性材料是不可蒸发的吸气剂合金，但是在某些情况下其也可以是可蒸发的吸气剂成分。

在FL灯中，主要的问题则是汞的剂量，而次要的问题是需要在灯的内部也引入吸气剂材料。一些方案(例如在申请人的国际申请WO98/53479中示出的方法)示出了采用可以直接固定在灯部件上的包含用于汞释放的化合物的丝状元件。

申请人的专利申请WO2006/0900423示出将吸气剂材料(其对于去除可危害吸气剂材料工作的气体杂质是必要的)引入灯中的方案，以便最小化发射光可能的暗淡效应，而申请人的专利申请WO 2009/156334示出在灯内布置丝状元件的方法。

专利申请US2009/0021173公开了一种用于活性材料的载体元件。在这种情况下，通过焊接或者粘合剂将丝状元件固定在载体上，所述载体是正方形平面或者轧制的窄带(rolled narrow band)。丝状元件被装配在载体元件的凸起部或凹陷部中，且较大面积固定到灯的电源线上。

所有先前的方案虽然适合于将丝状元件引入灯中，但是仍存在若干缺点。事实上，在设备中固定丝状元件的最简单的工艺需要涉及局部加热的焊接工艺(通常为借助于所谓的点焊工艺的电焊接或者可能的激光焊接)，所述局部加热可将丝状元件的若干部分加热至高温，在一些情况下高于500℃。

这种加热可涉及形成包含在丝状元件内部的活性材料的粉末种类的各种缺点。具体来说，在吸气剂材料的情况下，所述加热可在灯的制造过程的中间步骤期间(例如在其气密封之前)引起早期活化，且由于材料的氧化，吸气剂材料吸收气体的容量随之减少。如果存在汞释放材料，则在制造过程的中间步骤中，局部加热可导致不期望的汞排放，且由于汞污染带来后续的问题。另外，这种元素的释放中产出的减少也可被视作氧化现象的效应。在某种灯中，丝状元件包含汞释放粉末和吸气剂粉末，从而在这种情况下可以发生活性材料的恶化现象和早期释放。

当活性材料具有释放碱土材料的目的时，也存在由于不期望的氧化现象导致的上述缺点。同样在这种情况下，恶化与活性材料的正常活化步骤外的加热相关联，所述加热仅在灯制造过程结束前发生、并且根据所用的活性材料通常在400℃至900℃之间加热15秒至几分钟。

在凸起部和凹陷部中使用粘合剂作为将丝状元件固定到支撑件的可替代方法，这通常不被接受为好的选择，这是因为粘合剂通常无法经受活性材料所需的活化温度。

另外，也存在与设备的尺寸相关的工业问题：鉴于设备的不断小型化，需要一种改进的精度和方法以用于将尺寸越来越小的丝状元件固定到设备部件上。

在如此小的设备中很好地固定包含活性材料的元件而没有不期望的附带效应是当前制造中的问题。例如，仅通过选择丝状元件在小型光电子设备或灯中的特定位置能暂时避免小型光电子设备或灯的“阴影效应”，这并不能总是适用，因为与设备结构有很大的关系，即存在能够放置丝状元件的特定结构性元件。因此，本发明的目标是提供一种用于将包含活性材料的丝状元件引入灯或设备中的支撑件，该支撑件还能容易地安装到灯或设备的任何已有的元件或部件上，并且能够避免由引入和固定步骤产生的灯或设备的一个或多个部分的局部加热，而没有诸如在合适的时间与活性材料的有效活化相关的困难、变暗、或者恶化的附带效应。

这些结果通过本发明而得到，在本发明的第一方面，用于包括粉末形式的活性材料的丝状元件的支撑件，所述支撑件包括在所述支撑件上的每个丝状元件的阻挡装置、用于所述支撑件的锚固装置，其特征在于，所述锚固装置在丝状元件上施加25至90MPa的压力。

在下文中将参考附图来描述本发明，其中：

图1示出根据本发明的支撑件的可能实施例；

图2示出根据本发明的支撑件的优选实施例；

图3示出用于丝状元件的支撑件的可替代优选实施例；

图4示出根据本发明的支撑件的可能实施例；

图4a示出如图4所示的实施例的侧视图；

图5示出用于至少两个丝状元件的支撑件的可替代实施例；

图6示出如图5所示的支撑件的变形实施例；以及

图6a示出图6所示的实施例的侧视图；

图7示出根据本发明的用于丝状元件的支撑件的可能的可替代实施例；

图8示出根据本发明制成的包含用于丝状元件的支撑件的灯的剖视图，所述丝状元件包含活性材料。

在附图中，各种元件的大小和尺寸比率不是准确的、且有时呈现的是被改动的，以增强其可理解性：例如活性材料的粉末没有如实示出，而是通过使用全色在各种图形中示出活性材料。

在本说明书和权利要求书中，参考丝状元件的长度和横向尺寸之间至少为2的比率，丝状元件被设想为具有细长形状的元件。通常，横向尺寸小于1.5mm。在丝状元件具有复杂形状(例如梯形)的横向截面的情况下，该比率参照较大的横向尺寸。

如涉及丝状汞分配器的WO98/53479所述，单个元件通常通过切割较长长度的元件来开始制造。这允许简化工业制造工艺、并且允许通过合适地选择丝状元件的长度来选择期望数量的汞和/或吸气剂材料。机械切割工艺是优选的，这是因为切割步骤后形成的横向开口的特征在于粉末的压力作用，从而有助于将粉末保持在丝状设备内。

另一种类型的丝状元件及其制造工艺在申请人的国际申请WO01/67479中公开。并且，对该设备使用切割步骤，以用于获得单个丝状元件。

此外，可选的是，丝状元件具有以改进功能特征为目的的横向缝隙，例如通过所述缝隙有利于汞释放，或者在形成活性材料的粉末还包括吸气剂材料的情况下，通过增加与丝状元件的外侧直接接触的表面，以利于对气体杂质的吸附。

关于活性材料的定义，活性材料通常由粉末的混合物形成，该粉末可以是多种用于汞释放的化合物的粉末、多种吸气剂材料的粉末或及其混合物。

发明人在研究将包含粉末形式的活性材料的丝状元件引入灯的方案的过程中，必须从用于制造其的工艺中抓住这种设备的特性。

因此存在着设备结构和可能的阻挡系统的关键方面，其不仅应该避免宏观地损坏丝状元件的结构，而且应该不施加能引起活性材料的粉末泄漏的作用力。

具体来说，发明人已经发现可以使用用于丝状元件的联结支撑件、甚至使用仅作用在其长度的限制部分上的阻挡装置，但是这些不应该在丝状元件上施加过度的压力作用。这种压力作用不应该高于90MPa，大于该限度会损坏丝状元件的功能性。优选的，丝状元件上承受的压力作用不高于55MPa，以避免微粒损失的任何可能风险，避免由于活化工艺而提高的不可预测的风险。

另一个非常重要的参数是阻挡装置必须施加的最小压力作用，以确保也在操作期间保持丝状元件。这个数值优选不小于25MPa。事实上，发明人已经发现活化工艺(即在期望时加热以活化吸气剂和/或释放汞)的效率与丝状元件上的阻挡效应有非常大的关系。

在对应于丝状元件的至少一个端部布置阻挡元件的优选方案的情况下，这相当于限制丝状元件的端部处的横向面积的减少。这种减少能够相对于中心部分的横截面积容易地进行测量，或者更普遍地相对于丝状元件的不对应于阻挡元件的部分的面积进行测量。从丝状元件的几何特征的观点来看，一旦丝状元件安装在支撑件上，丝状元件的横截面积应该具有小于8％、优选小于5％的减少，从而确保设备内的粉末不承受上述的关键压力数值。根据本发明的优选实施例，已经发现丝状元件的横截面积的减少在1.5％和4％之间：这保证了丝状元件安装的优化，以及作为次要的未预料到的方面保证了其活化效率。

在阻挡元件位于丝状元件端部处的其中一个优选方案的情况下，这相当于相对中心截面的面积、或者更普遍地相对于丝状元件的不对应阻挡元件的部分的面积，来限制丝状元件端部处的横向面积的减少。

图1示出用于丝状元件11的支撑件10，所述支撑件10包含活性材料粉末12，在丝状元件11上设置用于将支撑件联结至设备部件的锚固装置14和阻挡装置13、13’。

在图1所示的优选实施例中，锚固装置14的结构是插入式压力型，从而允许容易地设置在支撑燃烧器的金属元件(例如放电灯)的圆柱形部件上。用于构建锚固装置的另一个可替代的方法是卷曲支撑件上的合适的金属元件。

此外，丝状元件11具有在其上部分中的缝隙15，但是如上所述，根据本发明的支撑件也能够应用于侧部不设置缝隙的丝状元件。进一步，丝状元件11能够被定位成使得缝隙无需转向支撑件的上部分，但是缝隙能够转向任何其它地方、甚至转向支撑件基座。

关于丝状元件的缝隙的存在和定位的这些考虑也适用于以下的附图。

这种支撑件的第一可替代实施例包括定位在丝状元件的中心部分处的单个阻挡元件。

在图2中，支撑件20的阻挡装置的功能性特征在于两部分，即通过按压丝状元件的横向表面来施加阻挡作用的第一部分13，而阻挡装置的终端部分23朝向丝状元件的横向部分弯曲；这确定了不仅通过由阻挡元件施加在丝状元件表面上的力的作用、而且还通过几何捆绑(tie)的作用将丝状元件保持在支撑件上。

在图2中，与图1共同的元件不再明确地指示出，并且另外，阻挡装置13的终端部分23的弯曲也出现在元件13’上(弯曲23’)。图2示出根据本发明的一种类型的支撑件，所述支撑件具有阻挡装置的终端部分的弯曲、具体来说具有两个横向翼(flap)的弯曲，然而，用单个翼、或者更普遍的通过弯曲阻挡元件的一个或多个部分也能获得相同的结果。

而且，在图2中示出90°的弯曲，但是，只要弯曲后阻挡装置的横截面的端部处的面积小于丝状元件的横截面积，更小角度的弯曲就能实现同样的功能。在这种情况下，优选的是，阻挡装置没有覆盖丝状元件的端部处的大于60％的面积，以持其功能性，即防止或限制汞释放、和/或限制特别参照吸收速率的吸气剂功能性。

图3示出根据本发明的用于丝状元件的支撑件的可替代实施例30：在这种情况下，支撑件20(比如图2所示的支撑件)还具有横向金属延伸部31、31’，所述横向金属延伸部31、31’具有增强拦截电磁场的作用，所述电磁场通常用于在活性材料的活化过程期间进行加热，即用于汞释放、吸气剂材料的活化或者以上两者。

在用于FL的情况下，金属横向延伸部不仅有助于丝状元件的活性材料的活化工艺，而且用于制作灯中电极的所谓防护构造，所述防护构造形成为围绕电极的环或者定位成电极上方的帽，所述防护构造通常定位在几毫米(在某些情况下为几十毫米数量级)的距离处。图4和图4a示出用于包含活性材料粉末42的丝状元件41的支撑件40，在所述丝状元件41的一个端部处设置用于将支撑件限制在设备部件上的锚固装置44、44’、44”、……和阻挡装置43、43’。附图示出具有相同长度的三个锚固装置。然而，根据设备以及所期望的锚固物的类型，可基于本领域技术人员能够想到的变形而改变锚固装置的数量及其形状和尺寸。

阻挡装置示出具有相互不同的尺寸。然而，本发明还包括所有阻挡装置具有相同尺寸的特殊情况。

另外，丝状元件具有位于其上部分的缝隙45，但是如上所述，本发明的支撑件也可以应用于不具有侧缝隙的丝状元件，或者可替代的，缝隙可以面向任何地方、也可以面向支撑件的基座。出现和布置丝状元件的缝隙的这些考虑应用于本发明所公开的全部可能的实施例。

在优选的实施例中，锚固元件将用于丝状元件的支撑件弹性地限制到、或者通过塑性变形限制到形成灯的一个部件上，例如支撑燃烧器的线、或者在高压放电灯中的电气馈通件(electrical feedthrough)、或者称作引线的支撑钨丝的线、或者已知为第三电极的用于支撑FL中的防护构件的其它线。

一种可能的替代方案是，使用锚固装置作为粘合到壁部上的标记，从而允许支撑件被限制在最终设备中管状构件的预设部分内，例如部分地连接到灯的一个端部上且在本领域中已知为“排气管”的排空管的部分处。在下文的情况中，本发明的支撑件物体物理性地或借助于相同锚固翅片的弹性效应被相应地限制到所述管的具有减小的横截面的一部分上。通常，能够被用于该目的的支撑件的特征在于具有长度小于适于例如弯曲、焊接或者压力插入式工艺的锚固装置的锚固装置。

在其中一个实施例中，例如如图5所示的实施例，本发明使用阻挡多于一个的丝状元件的支撑件。在图5特定示出的情况下，提供具有缝隙55、55’的两个丝状元件51、51’，类似于图4所示的那样，丝状元件被阻挡装置53、53’…阻挡。

另外，图6和图6a示出该实施例的可能变形。在配置成缝隙65、65’面向支撑件30的相对侧的丝状元件61、61’的相等的相对定位上，阻挡装置63、63’…的形状和尺寸可以被优化，以便于在最终设备要求的情况中不阻挡丝状元件的缝隙。进一步，如图5和6所示的两个实施例的变形使用支撑条64、64’的部分，以用于在最终设备中锚固到支撑件。这样的使用(当实施例提供用于支撑单个丝状元件时也可以发生)允许使用焊接作为固定工艺，这是因为其不会导致丝状元件不期望的过热的风险。例如，这可以用于将支撑件直接固定到一些类型的灯中的防护部的表面上。另外，尤其参照具有一对丝状元件的支撑件的特征的实施例，这种支撑件具有使活性材料的活化工艺特别有效的次生效应。

用于构建根据本发明的支撑件的有用材料是例如镀镍铁、冷夹层钢、不锈钢；在优选的实施例中支撑件的材料与丝状元件的材料相同。

每当待插入的丝状元件仅为一个(并且不是图5和图6中实施例的至少两个)时，根据本发明的另一个可替代的实施例在图7中示出，所述实施例能通过RF源最大化活化工艺的效力。支撑件70通过穿孔的横向金属延伸部72得以改进，所述穿孔的金属延伸部72能够改进与丝状元件71相对应的感应加热电流，所述丝状元件71通过两个阻挡装置73、73’固定到支撑件上。横向金属延伸部可以仅选择性地作为锚固到设备的装置(例如通过焊接)。事实上，即使还存在机械锚固元件，类似的实施例也是可应用的。在更适于实施本发明的吸气剂材料中，有申请人的专利US3203901(锆-铝合金)、US4306887(锆-铁合金)以及US5961750(锆-钴-稀土)中描述的那些。对于特别在高温时的氢气吸收，已知使用钇或其合金，如西屋电气公司的专利GB1248184中或者申请人的国际专利申请WO03/029502和WO2007/099575中所述的。

在活性材料包括用于汞释放的粉末的情况下，这些优选地由专利US3657589中描述的化合物形成，即Ti_xZ_yHg_z，其中x和y在0至13之间变化，附加条件是x和y之和在3和13之间并且z是1或2。具体来说，优选使用Ti₃Hg。这些化合物还可以与使汞释放最大化的促进剂组合使用。所述促进剂由如专利EP0669639所述的铜、以及选自锡、铟和银中的至少一种第二元素形成，或者如专利EP0691670所述的铜和硅形成，或者如专利EP0737995所述的铜、锡和稀土形成。

可替代的，能够使用汞释放化合物，所述汞释放化合物包括如国际申请WO2006/008771所述的重量百分比为10％至42％的钛、14％至50％的铜、20％至50％的汞、以及重量百分比为1％至20％之间的选自锡、铬和硅中的一种或多种元素，或者如专利GB2056490中所述的三元钛-铜-汞化合物。

除了汞化合物之外，活性材料还可以有利地包括吸气剂材料，例如专利US3203901所述的包括16％铝的Zr-Al合金或者Zr-Co-MM合金，其中MM指代Y、La、Ce、Pr、Nd、稀土金属或者这些元素的混合物，包括大约80％重量的锌、15％的钴以及其余的为MM。在这种情况下，汞释放化合物和吸气剂材料以混合粉末的形式存在于丝状元件中，并且通常具有低于125μm的颗粒尺寸。

典型的，汞释放化合物的粉末与吸气剂材料的粉未之间的重量比例在8∶2至1∶9之间。

最终，当活性材料仅为吸气剂材料时，其可以是可蒸发型(例如Ba-Al或者Ba-Al合金和Ni的组合)或者非蒸发型的吸气剂(例如钇及其二元合金，Zr-Al、Zr-Co-MM、Zr-Fe-Y合金或者更一般地Zr-M-Y合金)。

关于根据本发明的用于包含活性材料的丝状元件的支撑件的制造方法，所述制造方法优选地包括使用由金属条(优选钢或镀镍铁)形成的起始材料，所述金属条还可以具有可能的金属涂层或聚合涂层，以用于改进机械特征或美学特征或者耐腐蚀现象的特征。金属条借助于分别为冲压和弯曲的两个后续自动化步骤形成。可能的最终铆接步骤允许固定包含活性材料的丝状元件的所述支撑元件。

在本发明的第二方面，本发明涉及一种灯，所述灯包括用于包含粉末形式活性材料的丝状元件的支撑件，所述支撑件包括在所述支撑件上的丝状元件的阻挡装置、用于所述支撑件的锚固装置，其特征在于所述阻挡装置在丝状元件上施加25至90MPa之间的压力。

在图8中示出可以包含根据本发明的支撑件的灯的剖视图。具体来说，剖视图示出一般的高压放电灯80，在该类型的高压放电灯中电连接器仅位于灯的一侧上，所述灯由一般为玻璃或石英的外部灯泡81形成，其中设有所谓的燃烧器82，所述燃烧器82由透明氧化铝或石英制成的大体球形或圆柱形容器形成。在燃烧器的两个端部处设有两个电极83、83’，并且在其内部设有填充气体、以及蒸气形式的或通过开启灯(未示出)可蒸发的一种或多种金属或化合物，这些提供了在其内产生放电的媒介；当电极由石英制成时，燃烧器的两个端部84、84’通过热压而闭合。燃烧器通过两个金属支撑部分85、86被保持在其位置上，所述两个金属支撑部分85、86也具有电连接电极的功能并且其中一个通常具有与燃烧器结构平行的部分。

在图8所示的实施例中，在支撑件86上定位根据本发明制成的用于丝状元件的支撑件20，所述支撑件20定位在元件86和灯泡81之间，平行于元件86，从而使灯发光变暗的可能性最小。

灯的结构进一步通过外部接触器88、88’、金属馈通件87、87’以及灯泡的一个闭合部分89而完成。

在优选实施例中，锚固装置通过机械变形或通过弹性捆绑用于丝状元件的支撑件而固定到灯的其中一个结构元件上，例如燃烧器的支撑线(如图8所示)、或高压放电灯中的馈通件、或钨丝的支撑线(即引线)、或用于在FL中支撑屏蔽元件的已知为第三电极的其他线。

在FL灯的情况下，活性材料包括汞释放化合物的粉末、以及可选地吸气剂材料粉末；在高压放电灯的情况下，活性材料包括吸气剂材料粉末。

在特定的实施例中，灯包括设有横向延伸部的用于丝状元件的支撑件，所述支撑件通过锚固装置固定到灯的其中一根引线上或者固定到所谓的第三电极上。可能的是，具有合适长度的横向延伸部能够弯曲、并且成形为具有围绕电极的闭合环或半闭合环形式的防护部，或者如上所述，横向延伸部能够以适当的距离放置在电极的上方。

通过以下的示例将进一步阐述本发明。这些非限制性的示例说明若干实施例，所述实施例旨在教导本领域的技术人员如何将本发明用于实践、以及如何展示最佳模式以实施本发明。

示例1

通过用大约42MPa的压力作用将丝状元件(长度大约5mm，并且具有大约1mm的最大横向宽度和大约0.8mm的高度的梯形截面)固定在根据本发明的支撑件(如图4所示)上来获得包含活性材料的系统。在真空条件下(压力低于10^-4mbar)，通过40mm直径的感应线圈加热该系统大约20至30秒，所述感应线圈连接到具有2KW额定功率的RF功率源上。在测试过程中，该系统垂直地耦合到电磁场。在表1中列出由RF感应获得的有效温度、以及作为压力作用效应的丝状元件的横截面变形。

示例2(比较)

如在示例1中那样，通过固定丝状分配元件获得包含活性材料的系统，但是使用大约18MPa的压力作用。在表1中列出由RF感应获得的有效温度、以及作为压力作用效应的丝状状元件的横截面变形。

表1

如示例所示，根据本发明获得的支撑件不仅能够保证丝状元件的的有效阻挡、而且在活化工艺期间改进了它的加热：事实上，如一些设备的制造生产线上所要求的，示例1中描述的根据本发明的样品加热30秒后达到500℃以上的温度(如大部分通行的活性材料所要求的)。即使丝状元件被阻挡在支撑件上，该比较示例也未达到活化步骤中所要求的效率，这是因为温度低于预期。

Claims (15)

1.一种用于至少一个包含粉末(12)形式的活性材料的丝状元件(11；41；51；61；71)的支撑件(10；20；30；40；50；60；70)，所述支撑件包括在所述支撑件上的每个丝状元件的阻挡装置(13,13'；23,23'；……)、用于所述支撑件的锚固装置(14；44,44'，……)，其特征在于，所述阻挡装置在所述丝状元件上施加25至90MPa之间的压力；其中所述丝状元件的对应于所述阻挡装置的截面面积相对于所述丝状元件的不对应于所述阻挡装置的截面面积减小小于8％；其中所述丝状元件包含一种或多种吸气剂材料的粉末或者包含一种或多种用于汞释放的化合物的粉末，支撑件用于灯中。

2.根据权利要求1所述的支撑件，其中所述压力在25至55MPa之间。

3.根据权利要求1所述的支撑件，其中截面面积的所述减少在所述丝状元件的不对应于所述阻挡装置的截面面积的1.5％至4％之间。

4.根据权利要求1所述的支撑件，其中所述锚固装置通过卷曲而保持或者仅通过弹力而保持。

5.根据权利要求1所述的支撑件，其中所述阻挡装置位于所述丝状元件的端部部分上并且设有弯曲终端分段。

6.根据权利要求5所述的支撑件，其中所述弯曲终端分段覆盖所述丝状元件的端部处的不超过60％的面积。

7.根据权利要求1所述的支撑件，其中设有横向延伸部(31,31’)。

8.根据权利要求1所述的支撑件，其中所述支撑件的材料是镀镍铁或钢。

9.根据权利要求1所述的支撑件，其中所述丝状元件在横向表面上设有缝隙(15；45)。

10.一种灯，包括根据权利要求1所述的用于包含活性材料粉末的丝状元件的支撑件。

11.根据权利要求10所述的灯，其中所述灯是低压汞灯。

12.根据权利要求10所述的灯，其中所述活性材料包括一种或多种用于汞释放的化合物的粉末。

13.根据权利要求12所述的灯，其中所述活性材料包括一种或多种吸气剂材料的粉末。

14.根据权利要求10所述的灯，其中所述灯包括燃烧器。

15.根据权利要求14所述的灯，其中所述活性材料包含一种或多种吸气剂材料的粉末。