CN103534782B - Hid电弧管及其制作方法、照明装置及照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种HID电弧管及其制作方法、照明装置及照明系统。所述制作HID电弧管的方法，包括：形成泡壳，所述泡壳包括放电腔（5）和分别从放电腔（5）两端外延的外引管（1），其中在外引管（1）上邻接放电腔（5）的位置形成锥形中空定位部件（11），该中空定位部件（11）在朝向放电腔（5）的方向上外径与内径同步逐渐减小，管壁厚度不变；形成梯形圆锥体形状的电极定位部件（9），其具有与中空定位部件（11）能够实现紧配合的锥面，其用于固定电极（8）并且在电极定位部件（9）与中空定位部件（11）紧配合时使电极（8）伸入放电腔（5）内预定长度（L）；以及将固定有电极（8）的电极定位部件（9）伸入中空定位部件（11）内，实现电极定位部件（9）与中空定位部件（11）之间的紧配合。通过本发明，可以确保电弧管精确的电极间距、提高真空度和冷端温度，从而可以提高产品的光效、寿命和一致性。

Description

HID电弧管及其制作方法、照明装置及照明系统

技术领域

本发明涉及照明领域，具体来讲涉及HID电弧管及其制作方法、照明装置及照明系统。

背景技术

如图1所示，现有HID电弧管中无论是传统的石英玻管还是最近一些年发展起来的PCA陶瓷电弧管，其制作过程通常都包括泡壳成形，所形成的泡壳包括放电腔5和放电腔两端的引出管1；装配第一电极4和封接；注入汞、金卤丸和惰性气体3等；装配第二电极6、排气和封接等。上述工艺大部分在手套箱中进行。手套箱里的电脑屏显示人工电极定位是把导丝尾巴打个圈2，依靠这个圈2与引出管1的内壁的摩擦力来对电极进行定位。HID电弧管排气工艺不仅仅是去除电弧管内材料的杂质气体，还要往电弧管内置入汞、金卤丸和惰性气体，最重要的是要精确调整两电极之间的距离，这是因为HID电弧管两电极之间的距离决定了HID电弧管工作的管压、管流、光电参数甚至金卤循环、寿命等重要指标。上述这些工艺过程目前均是靠人工手动来进行，而且大部分品种规格的电弧管还需要戴着手套箱上的手套进行，因此很难确保HID电弧管内两电极的极间距和同轴度。而且，传统的制作HID电弧管的工艺步骤关键排气完成后的第二电极封接（简称为二封），封接时的高温必然使材料释放杂质气体，并且残留在电弧管内，影响电弧管的光效和寿命。而且，电极定位不准确还严重影响电弧管与反射杯的配光，影响光输出、光束角度和灯具的投光效率和特性。

上述HID电弧管的制作方法可以称为一道封接方法。在本发明人的复合式HID电弧管（简称为复合电弧管）的中国专利申请（申请号为200810097227.7）中，对复合电弧管采用了两道封接方法，其中所述复合式HID电弧管的放电腔内涂敷有多晶氧化铝层以及外引管内靠近放电腔的两端也部分地涂敷有多晶氧化铝层。该方法可以改善上述复合式HID电弧管内层PCA陶瓷在采用一道玻璃焊料封接时引起的耐压及气密性不够的问题，提高了封接可靠性和成品合格率。具体地讲，该两道封接方法包括对HID电弧管的放电腔两端的引出管采用第一段和第二段的分段封接，靠近电弧腔体的第一段采用玻璃焊料封接，第二段采用钼箔非匹配性封接。通过该两段式封接方法，也不可避免像现有技术中的一道封接方法在二封时高温产生杂质气体进入放电腔的问题。尤其这种封接方法难度在于第一段封接时焊料送入引出管要经过一段距离，并且有钼箔、外引丝的阻拦，不便操作。另外，在该复合式HID电弧管制作中，两个电极的定位还是需要在摄像头和监视器的配合下手动实现，因此，也难确保HID电弧管内两电极的极间距和同轴度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制作HID电弧管的塞压封接方法，该制作方法能够精确地定位HID电弧管内两个电极之间的距离并且防止HID电弧管二道封接时高温加热材料可能释放的杂质气体进入电弧管放电腔内。本发明还提供一种由该方法制备的HID电弧管、由本发明的HID电弧管与蒸镀介质膜层的多菱抛物面反射灯杯配合构成的具有精确配光曲线的照明装置以及包括这种照明装置的照明系统。

为此，本发明提供了一种制作HID电弧管的方法，包括以下步骤：

形成泡壳，所述泡壳包括放电腔和分别从放电腔两端外延的外引管，其中在外引管上邻接放电腔的位置形成锥形中空定位部件，该中空定位部件在朝向放电腔的方向上外径与内径同步逐渐减小，管壁厚度不变；

形成梯形圆锥体形状的电极定位部件，其具有与中空定位部件能够实现紧配合的锥面，其用于固定电极并且在电极定位部件与中空定位部件紧配合时使电极伸入放电腔内预定长度；以及

将固定有电极的电极定位部件伸入中空定位部件内，实现电极定位部件与中空定位部件之间的紧配合。

优选地，在形成泡壳的步骤之后，还包括在放电腔和中空定位部件内壁上涂敷多晶氧化铝层。

优选地，所述电极定位部件由高纯氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁或氧化硼添加稀土材料制备。

优选地，所述电极定位部件包括在其中心轴上设置的用于容纳钨杆的锥形通孔，所述锥形通孔朝向放电腔的第一端的孔口的内径比第二端的孔口的内径大；钨杆上设置有一预制端，锥形通孔的第二端的孔口和第一端的孔口分别与钨杆和预制端实现紧配合，然后在通孔的小孔处钨杆被打扁固定；以及电极连接在钨杆上的预制端上以伸入放电腔的一端。

优选地，在固定有电极的电极定位部件伸入中空定位部件内与其紧配合之前，在放电腔内置入金卤丸，然后排气抽真空后再置入高纯汞和惰性气体。

优选地，本发明的制作方法还包括电极定位部件与锥形口紧配合之后的钼箔（对石英电弧管和复合式电弧管来说）或玻璃焊料（对陶瓷电弧管）封接。

本发明还提供了一种电弧管，其包括：

泡壳，所述泡壳包括放电腔和分别从放电腔两端外延的外引管，其中在外引管上邻接放电腔的位置形成有锥形中空定位部件，该中空定位部件在朝向放电腔的方向上外径与内径同步逐渐减小，管壁厚度不变；

梯形圆锥体形状的电极定位部件，所述电极定位部件伸入所述中空定位部件内并且与所述中空定位部件处于紧配合状态；其中所述电极定位部件上固定有电极，并且电极伸入放电腔内预定长度。

优选地，所述放电腔内壁和所述中空定位部件内壁上涂敷有多晶氧化铝层。

优选地，所述电极定位部件上还安装有钨杆。

优选地，所述电极定位部件包括在其中心轴上设置的用于容纳钨杆的锥形通孔，所述锥形通孔朝向放电腔的第一端的孔口的内径比第二端的孔口的内径大；钨杆上设置有一预制端，锥形通孔的第二端的孔口和第一端的孔口分别与钨杆和预制端实现紧配合，然后在通孔的小孔处钨杆被打扁固定；以及电极连接在钨杆上的预制端上以伸入放电腔的一端。

优选地，所述电极定位部件是由高纯氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁或氧化硼添加稀土材料制备的。

由于本发明在HID电弧管的外引管上与放电腔接合处设置有作为定位装置的一部分的锥形中空定位位置，称谓之中空定位部件，且中空定位部件在朝向放电腔的方向上外径和内径同步逐渐减小，外引管壁厚度不变；与紧靠电极的内导丝钨杆上的梯形圆锥体形状的电极定位部件一凹一凸完全实现紧配合；然后进行二封，即塞封，先塞后封；这样二封高温瞬态加温电弧管内充入的氩气及汞蒸气和伴随材料释放的杂质气体膨胀增压至接近一个大气压，猛烈向引出管仅仅此压力约十分之一左右的两端冲击，使得原本就紧密与凹接触的凸头受到巨大冲击压力，凹凸部位更加紧密配合，受热气体无法顺畅进入电弧管腔体，必然折返冲向引出管的另外一端；二封完毕电弧管完全实现了永久性气密性封接，再锯断尾管，也自然把杂质气体释放掉了。HID电弧管制成理论要求杂质气体<<1ppm，即<<百万分之一；但是按照HID传统工艺实际上二封这一道工艺引入的杂质气体就远远>>1ppm。采用本发明的方法制备的HID电弧管，其杂质含量<<1ppm。

本发明还提供了一种照明装置，其包括根据上述塞压封接的方法制作的HID电弧管、电弧管外保护管、反射灯杯和灯盖等。

优选地，所述灯杯由硬料玻璃制成，用于反光的内表面设置构成抛物线的反射面。

优选地，在灯杯的反射面均匀分布有蒸镀介质膜层的多菱面。

本发明还提供了一种包括多个上述照明装置的照明系统。

优选地，所述多个照明装置沿一字排列，并且分别与每个照明装置相适配的多个灯杯的反射光束的光轴与所述一字排列方向所成的光轴角在沿着所述一字排列的一个方向上依次减小，同时所述多个灯杯的所述反射光束的光束角依次减小。

优选地，所述光轴角介于90°到30°之间，而所述光束角介于60°到8°之间。

在本发明中，在外引管上与放电腔接合处形成一对锥形中空定位部件来作为电极的定位基准，由结构上与锥形中空定位部件相适配并且可以实现紧配合的梯形圆锥体形状的电极定位部件来确定伸入放电腔中的电极的长度，利用锥形中空定位部件与电极定位部件的密封固定，来精确定位HID电弧管内的两个电极之间的距离和实现封接的气密性。也就是说，将现有技术中通过放大镜或者监视器与照相机结合来确定电弧管两电极的极间距和同轴度转换为采用锥形中空定位部件与电极定位部件的密封固定来实现，从而不仅能够精确定位两电极之间的距离，从而大大提高了产品的合格率和一致性，而且，通过锥形中空定位部件与电极定位部件的紧配合可以避免或者大大减轻二道无论是石英电弧管和复合电弧管的钼箔封接还是陶瓷电弧管的玻璃焊料封接时的高温加热材料可能释放的杂质气体进入电弧管放电腔体，从而保证和提高了电弧管的光效和流明维持率，另外还能降低人工的劳动强度，提高了电弧管封口和排气工序的劳动生产率。

进一步地，HID电弧管放电腔与外引管邻接的接合处是冷端位置，常常因为温度太低造成卤钨循环不良，影响光通输出和寿命；在本发明中在外引管上与放电腔接合处形成作为定位装置的一部分的锥形中空定位部件，该中空定位部件在朝向放电腔的方向上直径逐渐减小，即放电腔与外引管的接合处的外径尺寸相对整个外引管直径来说是最纤细的地方；这十分有利于冷端温度的提高，增强电弧管的金卤循环，提高光效延长寿命。

再进一步地，根据上述塞压封接的方法制作的HID电弧管与电弧管外保护管、反射灯杯和灯盖等配合制作成照明装置。由于两端电极位置准确和电极之间距离精确，再与模压一次性成型的硬料灯杯的抛物线反射面配合，只要在设计配光曲线时按照灯杯本身设计的反射角度计算好（或者实际调出后测量）电弧管插入灯杯反射面垂直中心线的深度尺寸，即满足电弧管发光中心在灯杯的反射面轴心聚光的高度，就能够即得到最大光强和投射角度十分准确一致的光束角度；批量生产中用不着每只去对光看光斑，因此适合批量化大生产；灯杯内反射面由多菱面构成，有利于形成均匀的光斑，没有暗区，提高了照度的均匀度；再者，由高纯一氧化硅和硫化锌在高真空气氛下交替蒸镀而成的介质膜层有19～21层，极大地增强了对光子的干涉性，比较其他类型的反射体在电弧管同光通的情况下可以获得最大光强的输出。

而且这种与硬料灯杯相互配合的设计也有利于生产计划安排的灵活性：如对电弧管采用加外保护管抽真空，装杯用氟硅酸钾+氧化铝+水玻璃组成的泥料粘接即十分牢靠；如不加保护管，可以设计灯杯尾口与电弧管引出脚钼杆直接匹配性气密封接，灯杯与灯盖也火封再抽真空，省去一道保护管封接，并且可以得到同样效果。

上述技术虽然只是以HID（高压气体放电灯）中的MH（金卤灯）电弧管制作为例，但业内技术人员很容易理解并且将本技术延伸至整个HID电弧管的设计与制作工艺的改进，如高压钠灯、超高压汞灯等。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易理解本发明并且更容易理解其伴随的优点和特征，其中：

图1示出了现有技术中HID电弧管的制作方法的示意图；

图2示出了根据本发明实施例形成的HID电弧管的泡壳结构的示意图；

图3示出了用于形成根据本发明实施例的HID电弧管的泡壳的模具的示意图；

图4示出了根据本发明实施例的电极定位部件的结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例的通过电极定位部件与中空定位部件紧配合来定位第一电极的示意图；

图6示出了根据本发明实施例的通过电极定位部件与中空定位部件紧配合来定位两个电极的示意图；

图7示出了根据本发明实施利的制作HID电弧管的塞压封接方法的流程图；

图8a示出了Mr16型号反射灯杯的结构及聚光反射示意图；

图8b示出了三种不同规格型号的反射灯杯的结构示意图；

图8c示出了现有技术中用于陶瓷金卤灯的反射灯杯的结构示意图；

图9示出了根据本发明实施例制作的复合电弧管与反射灯杯构成的照明装置的示意图；

图10a和图10b分别示出了为根据本发明实施例制作的复合电弧管制作的小功率系列金卤灯灯杯的两种组合方式；以及

图10c为图10a所示的小功率系列金卤灯灯杯的组合方式与根据本发明实施例的HID电弧管构成的照明系统的示意图。

需要说明的是，附图并非按比例绘制以及附图中相应的元件被标记为相同或相应的参考标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易于理解，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1示出了现有技术中所采用的所谓一道封接方法来封接HID电弧管的方法，该方法中的排气工艺除了用石英玻璃制作中大功率的HID中在电弧管中部另接一根排气管上排气车排气外（实践证明这种方法破坏了放电腔体几何尺寸，不利于金卤循环，影响光输出、寿命和光色稳定）之外，均是靠人手来进行，而且还戴着手套箱上的手套在手套箱中进行，因此很难确保HID电弧管内两电极的极间距和同轴度，从而产品的合格率和一致性无法得以保证。另外，这种制作HID电弧管的工艺步骤关键排气完成后的二封，封接时的高温必然使材料释放杂质气体，这些杂质气体残留在电弧管内，影响电弧管的品质。

本发明对现有技术进行了改进。本发明的关键在于在HID电弧管的制作过程中引入用于对电极进行定位的定位装置来确保HID电弧管内两电极之间的距离为预定距离。也就是说，本发明把现有技术中通过人工手套箱中的操作来确定电极间距转变为通过作为精密预制件的定位装置来确定电极间距。在本发明中，由于电极间距由定位装置来确定，因此可以避免人工操作的不确定性和不一致性，提高了产品合格率和一致性。另外，本发明在HID电弧管制作过程中引入的定位装置在电极固定之后还可以起到对放电腔进行密封的作用，也就是说，在电极位置固定的同时还可以实现电弧腔的密封，从而可以有效防止二道封接时高温使得材料释放的杂质气体进入放电腔内，进一步确保了HID放电管的品质。

本发明的定位装置包括两个部分，一部分为形成于外引管上邻接放电腔位置的锥形中空定位部件，其起到定位基准的作用，该锥形中空定位部件形成于外引管上邻接外引管与放电腔的接合处；而另一部分为电极定位部件，其为梯形圆锥体形状，能够与中空定位部件紧配合，以实现中空定位部件和电极定位部件的密封固定，其中电极定位部件用于固定电极，在电极定位部件与外引管上形成的中空定位部件精密紧配合时，可以确保电极伸入放电腔内预定长度，以此方式来确定电极间距。

下面，参照附图描述本发明的具体实施例。

首先，形成如图2所示的泡壳。根据本发明的HID电弧管的泡壳包括放电腔5和外引管1。其中，与现有技术不同之处在于，本发明在外引管1上与放电腔5接合处形成有锥形中空定位部件11。

一般来说，石英电弧管成型过程是使用与引出管相同外径和内径的石英玻管两端夹在电弧管成型机上旋转，加热火头给玻管中部位置不断加热，两端夹具同时往中间送料挤料，当满足设计的挤料程序完成之后，泡壳外模合拢，外模合拢的同时给风装置往电弧管内给风吹泡。

为了形成根据本发明的如图2所示的泡壳，如图3所示，本发明在石英玻管原有给风管内设置了一对锥形内模7’和挤料装置6，其锥形内模7’尺寸（仅仅复合电弧管增加预留陶瓷涂层的设计厚度）的外形与本发明的电极定位部件完全一致。在给风吹泡完成之后泡壳外模开启之前的瞬态两端外引管1内连接锥形内模7’的挤料装置6同时往放电腔5内挤料；上述动作完成后，外模7’’开启，连接锥形内模7’的挤料装置6退出，图3所示是外模7’’开启后，连接锥形内模7’的挤料装置6还未退出的瞬间状态。以此方法，石英电弧管（复合电弧管需再涂覆陶瓷粉浆且烧结（图中未示出）后便在外引管1上邻接放电腔5的位置形成了一对可以作为定位基准的中空定位部件11。现有陶瓷电弧管成型是既有外模又有内模，只要按照本发明设计调整模具，就可以满足塞压封接技术的要求，而且无需再涂覆陶瓷粉浆，十分便捷方便。

如图2所示，根据本发明形成的HID电弧管的泡壳包括放电腔5和放电腔两端的外引管1。图2所示的放电腔的长度为H。现有技术中采用人工手套箱中的操作来定位电极、确定两电极的间距，这很难保证产品的一致性。本发明采用作为精密预制件的定位装置来定位电极、确定电极间距，以此来提高产品一致性。为此，本发明首先在外引管1上形成一对可以作为定位基准的中空定位部件11，该中空定位部件11是用于定位电极的所述定位装置的一部分。

如图2所示，在本发明中，在外引管1上与放电腔5的接合处形成有锥形的中空定位部件11，该中空定位部件11作为外引管1的一部分，在朝向放电腔的方向上外径和内径同步逐渐减小，外引管1的管壁厚度不变；直径最小处与放电腔5接合。

在本发明中，在HID电弧管泡壳成型之后，在两端外引管上与电弧管放电腔接合部位形成有一对几何尺寸精密、内小外大、像磨口瓶一样的“锥形口”的中空定位部件，其是本发明的定位装置的一部分，起到定位基准的作用。如果用于此方法的内模形成的不够精密，还可以采用所属领域的技术人员已知的方法进行弥补，例如在陶瓷电弧管预烧制之后进行精密磨制。对于复合电弧管来说，在上述形成类似“锥形口”的中空定位部件之后，再涂覆陶瓷粉浆烧结即可形成本发明中作为定位装置一部分的锥形中空定位部件。

下面，参照图4描述根据本发明实施例的作为定位装置的另一部分的电极定位部件9。

如图4所示，电极定位部件9为梯形圆锥体形状，可由高纯氧化铝、氧化锆、氧化硼、或氧化硅添加稀土制备，适当调整各种配料的配比以适合电弧管所用主要材料的膨胀系数，其制备工艺成熟、容易操作。电极定位部件9的中心轴上设有一个略带锥度的通孔9-1，该通孔9-1的锥度是在将电极定位部件9安装于HID电弧管泡壳上时大孔朝向外引管一端、小孔朝向放电腔一端。通孔9-1用于容纳钨杆12，钨杆12的外形尺寸能够与通孔孔径的最大和最小处完全精确紧密配合。钨杆上设置有一预制端12-1，其被预先精细制作以便于与电极精确紧固连接（如焊接），而电极连接在钨杆的预制端12-1上从而可以伸入放电腔的一端。钨杆12插入通孔9-1紧配合，然后在通孔9-1的小孔处被打扁固定，图4示出了打扁固定处12-2。当钨杆12插入通孔9-1中后，可以再往打扁固定处的隙缝中填入玻璃焊料后加温来进行气密性封接。

在钨杆12容纳于处于中间轴的通孔9-1之后，对于复合电弧管来说，需要装配电极8、钼箔10、钼杆13；而对于陶瓷电弧管来说装配电极8、钼内引线、铌外引线（图未示出）。具体地讲，将电极8精确紧固连接（如焊接）在图4所示的钨杆12的预先精细制作端12-1上，以此方式，不仅可以容易地确定电极8伸出的距离，而且精确紧固连接（如焊接）后的电极8同时又处于外引管1的中心轴上。在这个过程中，要确保从电极定位部件9的梯形圆锥体上底伸出的钨杆与电极8的总长度为一预定长度L。该预定长度L由需要形成的最终HID电弧管产品中两电极间的距离来决定。即，在本发明中，通过该预定长度L来决定电极8伸入放电腔的长度。预定长度L与最终HID电弧管产品中两个电极之间的距离直接相关，改变预定长度L就可以改变最终HID电弧管中两个电极之间的距离。在本发明中，通过电极定位部件9来确保放电腔2内两电极之间的距离和同轴。如图4所示，钨杆12上另外还设有钼箔10、钼杆13。

在本发明中，图4所示的电极定位部件9在结构上需要与图3所示的中空定位部件11相适配，即其应当与外引管1上的锥形中空定位部件11能够精密紧配合，以此实现HID电弧管内的两电极的精确定位。在该实施例中，电极定位部件9与制备电弧管泡壳时使用的内模在外形尺寸上完全一致。但是本发明不限于此，只要电极定位部件与中空定位部件可以实现紧密配合即可。

在一优选实施例中，可以采用根据本发明的制作HID电弧管的塞压封接法来制作复合式HID电弧管，其制作过程与上述用于制备常规HID电弧管的过程基本相同。但是，应当注意在形成复合式HID电弧管的过程中，泡壳成型之后需要在其放电腔内以及外引管内邻接放电腔的两端部分地涂敷多晶氧化铝层。因此，在采用本发明的塞压封接法制备复合式HID电弧管时所使用的用于泡壳成型的内膜和电极定位部件二者在外形成尺寸上不是完全一致的。由于复合电弧管外引管内邻接放电腔的两端部分地涂敷多晶氧化铝层，因此用于形成具有中空定位部件的泡壳的内模和电极定位部件在外形尺寸上将不完全一致，而应当相差一多晶氧化铝层。

参照图5和图6，对电极定位部件与中空定位部件紧密配合来固定两电极的间距来进行描述。

图5示出了根据本发明实施例的通过电极定位部件9与中空定位部件11紧配合来定位一个电极8的示意图。在图5中，装配有电极8、钼箔10、钼杆13的电极定位部件9伸入外引管1内，与外引管1上的中空定位部件11密闭连接，此时从电极定位部件9的梯形圆锥体上底伸出的钨杆和电极8的总长度固定为所需的预定长度L。此时，类似于磨口“瓶盖”塞入磨口“瓶口”中，梯形圆锥体形状的电极定位部件9被“塞入”锥形中空定位部件11中并且进一步与其精密紧配合。一旦电极定位部件9与中空定位部件11紧配合，就可以实现电极8在放电腔5内的精确定位。

在精确定位一个电极8（进行一封封接）之后，在放电腔5（被除气后）内置入金卤丸，然后排气抽真空后再置入高纯汞和惰性气体，然后采用与图5所示的相同步骤定位另一个电极，如图6所示。

上述的电极定位部件9与中空定位部件11的紧配合不仅可以精确地定位电极，还可以在二者之间实现密封。也就是说，通过电极定位部件9与中空定位部件11的紧配合来实现密封和固定，精确定位电极并且在放电腔与外部空间之间设置了屏障，从而确保了二封时外部气体不能够顺畅进入放电腔内破坏HID电弧管的品质。对于近年发展起来的采用一封二封同步进行的封排一体化生产的陶瓷金卤灯电弧管，采用本发明的塞封技术更有利于操作的简便容易，提高劳动生产率，确保电极的精确定位和电弧管制成之后杂质气体<<1ppm。

在本发明中，用于定位电极的定位装置包括中空定位部件11和电极定位部件9，其中的中空定位部件11形成于外引管上邻接放电腔的位置，起到定位基准的作用，而电极定位部件9用于固定电极伸入放电腔内的长度。本发明通过这两个部件的精密紧配合（即，塞压封接）来实现HID电弧管内两电极之间的精确定位。

根据本发明的实施例，在制作HID电弧管的过程中，在定位电极之前，预先形成精密的预制件（即，包括电极定位部件和中空定位部件的定位装置），然后靠精密的预制件把现有技术中要用玻璃焊料高温的封接变为紧密配合的“塞”住了。这种“塞”无疑对下道工序进行外管的钼箔或者玻璃焊料的二道封接时高温可能释放的杂质气体进入电弧管放电腔体设置了一道很有效的“闸伐”。对于石英电弧管和复合式电弧管二道封接的钼箔压封来说，石英外引管高温软化进入熔化点时，二封封口夹模完全挤压到位时把引出管的气体“赶”得干干净净，有“一劳永逸”的效果。对于陶瓷电弧管的二道封接或者是一封二封同步进行的封排一体化生产的陶瓷金卤灯电弧管，从塞压封接处至引出管的玻璃焊料二封位置有较长一段距离，而且是一小段略低于电弧管放电腔压力的空间（常温下的汞蒸气压约0.5Pa），难免有杂质气体的存在。但是，在电弧管制成之后第一时间的燃点老炼，电极两端靠近电极尾端的封接处是电弧管的自然冷端处，源源不断循环到这里的金卤物质在放电腔体的高位压力下会把这里仅仅可能够有的一点点漏气的地方封的严严实实，这是因为电弧管的放电腔高温工作，气压远远高于引出管的压力，关灯冷却电弧管是在真空保护状态下缓慢进行的，从而使得放电腔体的压力仍然高于外引管；完全冷却后因为放电腔内含汞的原因，汞蒸气压在常温下也接近0.5Pa，那理论上放电腔的压力始终高于外引管；即使完全平衡，在两“室”堵塞状态下气体交换也极其缓慢困难，如同两间密室中间有一道密封门不能够顺畅对流是一个道理。待二次开灯，源源不断循环到这里的金卤物质再次开始第二次“封接”“堵漏”。

下面参照图7，详细地描述根据本发明实施例的制作HID电弧管的方法。首先，在步骤S71，形成泡壳，其中在外引管上邻接放电腔的位置形成作为定位装置一部分的锥形中空定位部件，该中空定位部件在朝向放电腔的方向上外径与内径同步逐渐减小，管壁厚度不变。在步骤S72，形成作为定位装置另一部分的电极定位部件9，将电极8固定在电极定位部件9上并且使其从电极定位部件9伸出预定长度。在步骤S73，将作为定位装置两部分的电极定位部件9与中空定位部件11进行紧配合，进行第一电极的塞压封接，然后对整个电弧管高温除气、然后置入金卤丸、对放电腔内的金卤丸低温除气和进行排气达到高真空，然后置入汞和惰性气体等。在步骤S74，将作为定位装置两部分的电极定位部件9与中空定位部件11进行紧配合，实现二者之间的塞封和电极的精确定位，实现第二电极的精确定位。在步骤S75，进行二道封接。

HID电弧管内两支电极间的距离决定了HID电弧管工作的管压、管流、光电参数甚至金卤循环、寿命等重要指标。现有技术中靠人工用放大镜观察定位，很难保证精确性，尤其是产品的一致性。本发明对现有技术进行了改进，采用精密的预制件作为定位装置，对电极进行定位。其中的预制件可以通过机械化精密模具挤压之后形成，还可以在制备预烧结之后再给予精密磨制加工形成，可以保证精确的定位尺寸和几何精度，从而保证HID电弧管达到设计的优良品质和一致性。另外，在本发明中，采用精密的预制件对电极进行定位的过程中，还有效防止了HID电弧管二道封接时高温加热材料可能释放的杂质气体进入电弧管放电腔体，从而保证和提高了电弧管的品质。降低了人工的劳动强度，提高了电弧管封口和排气工序的劳动生产率。

采用本发明上述方法制备的HID电弧管，能够把电极精确定位到正负0.01mm的误差，并且二封的钼箔封接之后电弧管内残存的杂质气体<1ppm。这样的话，就能够把由HID电弧管形成的灯的灯功率细分，形成具有更多功率且功率之间差别更小的照明系列。

图8a所示的是高硼硅硬料玻璃冲压制成的Mr16灯杯，其内表面为抛物线的多菱反射面；其上在高真空气氛下交替蒸镀有19～21层介质膜层。因此，这种灯杯所具有的光束角度十分准确，如从窄光束的8°、12°到中光束的24°、36°再到宽光束的60°等；其次，在上述的19～21层介质膜层的设计中，每一层都对光子发生作用，累加起来对光子具有最大的反射和折射的干涉性，即在所配光源光通相同的情况下具有最大的光引出；再次，多菱反射面调整光折射后的投射角度，使得光斑均匀。另外，这种膜层高温固膜时间长，长时间浸水不掉膜，适合室内外使用。具有上述这种优异特性的反射灯杯如图8b所示还有PAR20、PAR30、PAR38等多种不同规格型号。

上述灯杯通常与石英泡壳制作的卤素灯配合，卤素灯在很小体积下能够做到从20W到250W，而且发光体近似在一个点，即所谓点光源的情况下能够提供5000lm以下的任意光通。当前，在普通照明领域卤素灯被列为淘汰产品。鉴于此种原因出现了多种卤素灯的替代品：荧光灯，其仅仅在宽光束（接近180°）的低光通下可行；LED，LED虽然小得接近一个点，但光通低，与传统点光源的卤素灯、HID比较在体积光通比方面来说是一个面光源，需要的光通越大，其发光面也随之增大，其小瓦数的聚光是靠一个聚光透镜来完成，与本发明所述的光源与反射灯杯配合不同；与本发明同一发光原理的HID中的金属卤化物灯，一般称为金卤灯，金卤灯中石英电弧管系列，因为挤压泡壳成型时有外模无内模，放电腔体是不规则的，这造成灯燃点时不同的偏转角度色温变化很大，例如一支灯旋转360°色温最大变化1000K，显然石英电弧管系列的金卤灯是不适合制作带反射灯杯的投射灯的；另外如图8c所示，陶瓷金卤灯比较适合与上述灯杯配合，但因为泡壳成型制作、排气封接等关键工序难度太大，操作困难，造成成本高居不下，难以普及，还有电极定位不准确，光中心偏移等原因，更是加大了降低成本予以普及的困难；特别值得指出的是因为单层陶瓷成型耐压不够和精确定位电极极度困难，目前小功率陶瓷金卤灯最小功率才到20W，光通已经高达1200lm；相比较最为普及使用量能最大的Mr16/50W卤素灯杯，最大光通仅仅600lm左右，所以当前极需要能够替代这一款卤素灯杯的新光源品种。

图9所示是为根据本发明方法制作的复合电弧管制造的小功率5W～150W系列灯杯。从5W开始到35W每间隔5W为一个规格，即5W、10W、15W一直到35W；从35W开始每间隔10W一个规格，一直到75W；从75W开始每间隔25W一个规格一直到150W。覆盖了传统小功率金卤灯的全系列，由仅仅20W、35W、50W、75W、100W、150W这6个传统规格品种增加到了14个；尤其是从5W到35W的原来仅有的2个增加到了7个。这种能够把灯功率分到如此之细小，主要是本发明的塞压封接方法能够把电弧管内的电极精确定位到正负0.01mm的误差和二封的钼箔封接之后电弧管内残存的杂质气体真正<1ppm。与现有技术的陶瓷金卤灯1200lm/20W比较，光通提高了50%，达到了1800lm；寿命增加了1.5倍，由6000h提高到了15000h。尤其是5W、10W、15W三个品种规格分别直接替代卤素灯杯20W、35W、50W三个最常用的品种，与电子镇流器匹配可以直接用作普通照明产品。

图10a、图10b所示为复合电弧管制作的小功率5W～150W系列金卤灯灯杯排列组合构成的两种有代表意义的照明装置，图10c为图10a所示产品用于高等级马路，如高速公路的照明效果示意图。

随着高速公路的发展和城市化的快速推进，马路照明的需求是越来越大，人们对照度要求越来越大，导致用电量是每年上升很快。采用图10a所示的复合电弧管制作的小功率5W～150W系列金卤灯灯杯合理排列组合的照明装置作马路灯，可以满足任何杆高、杆距和照度要求，更为重要的是一瓦相当以往任何光源的两瓦的照度，并且照度的均匀度提高50%以上。以一条单边三车道，杆距30m，杆高12m原装400W高压钠灯一支作参照系；本发明替代方案是用复合电弧管制作的小功率20W金卤灯灯杯5支一组×2组，一组负责照向杆的一边；每组5支灯杯的反射角度从投射最远点到杆下分别是8°、12°、24°、36°、60°，每支灯杯分别投向3m距离一段马路的中心；这样一种合理排列组合，如图10c所示，马路中心的光斑一个接着一个，形成一个照度非常均匀的线性光带。这种采用多个灯以及与每个灯适配的多个灯杯，将多个灯沿一字排列，并且每个灯被与其适配的灯杯反射的光束角沿一字朝一个方向逐渐下降，可以实现一种“带状”照明；通过简单地调节每个灯的功率及被灯杯反射的光束角来增大带状照明中光强分布的均匀度，减少眩光；由于采用了多个灯以及与每个灯适配的灯杯，则在满足所需照度的情况下，可以采用小功率的灯，实现降低电能的消耗的目的；在道路照明应用中，由于路面照度和光强均匀度均可以通过调节灯的数量和功率以及与灯适配的灯杯反射的光束角来实现，因此可以降低灯杆的高度，从而不仅可以简化道路照明装置的维修、维护等，还可以进一步地通过降低灯杆的高度来增大路面照度。实际比较测量照度数据如表1：

表1

	400W高压钠灯	本发明技术
			杆下	36lx	43lx
距离杆3米	30lx	37lx
			距离杆6米	23lx	33lx
距离杆9米	18lx	29lx
			距离杆12米	15lx	26lx

其中，未对距离杆15米的数据进行测试，这是因为其与邻近杆相交。

对比结果：照度平均提高20%以上，照度均匀度提高30%以上；20W/支×10支=200W，比原来400W节约用电200W，节电50%；显色指数由Ra20提高到Ra80（阳光下临窗是Ra100），提高了4倍；驾驶员开车从远处过来没有感觉到有炫目光，只觉得这一块亮了很多，物体看的更加清楚。

图10b所示为复合电弧管制作的小功率150W金卤灯PAR38灯杯排列组合构成的照明装置的示意图。不同的排列与组合适合不同的大面积投光照明的场合使用，如城市广场圆柱高杆投光照明可以排列为圆圈形式(如图10b的简单示意)，洗墙和大型广告牌投光可以两两、三三…或者一支一支一字型排列。原则是，在原来设计的总功率按照减半安装使用，即可达到满意的照度或物体表面亮度效果。

总之，根据上述塞压封接的方法制作的HID电弧管与电弧管外保护管、反射灯杯和灯盖等配合制作成照明装置。由于两端电极位置准确和电极之间距离精确，再与模压一次性成型的硬料灯杯的抛物线介质膜反射面配合，只要在设计配光曲线时按照灯杯本身设计的反射角度计算好（或者实际调出后测量）电弧管插入灯杯反射面垂直中心线的深度尺寸，即满足电弧管发光中心在灯杯的反射面轴心聚光的高度，就能够得到最大光强和投射角度十分准确一致的光束角度；批量生产中用不着每只去对光看光斑，因此适合批量化大生产；灯杯内反射面由多菱面构成，有利于形成均匀的光斑，没有暗区，提高了照度的均匀度；再者，由高纯一氧化硅和硫化锌在高真空气氛下交替蒸镀而成的介质膜层有19～21层，极大地增强了对光子的干涉性，比较其他类型的反射体在电弧管同光通的情况下可以获得最大照度，或者在维持原有照度的情况下把装灯功率减少一半，实现节电50%左右。

对于本领域技术人员来说明显的是，可在不脱离本发明的范围的情况下对本发明进行各种改变和变形。本领域技术人员可以理解的是，所描述的实施例仅用于说明本发明，而不是限制本发明；本发明并不限于所述实施例，而是仅由所附权利要求限定。

Claims (15)

1.一种制作HID电弧管的方法，包括：

形成泡壳，所述泡壳包括放电腔(5)和分别从放电腔(5)两端外延的外引管(1)，其中在外引管(1)上邻接放电腔(5)的位置形成锥形中空定位部件(11)，该中空定位部件(11)在朝向放电腔(5)的方向上外径与内径同步逐渐减小，管壁厚度不变；

形成梯形圆锥体形状的电极定位部件(9)，其具有与中空定位部件(11)能够实现紧配合的锥面，其用于固定电极(8)并且在电极定位部件(9)与中空定位部件(11)紧配合时使电极(8)伸入放电腔(5)内预定长度(L)；以及

将固定有电极(8)的电极定位部件(9)伸入中空定位部件(11)内，实现电极定位部件(9)与中空定位部件(11)之间的紧配合，

其中所述电极定位部件(9)包括在其中心轴上设置的用于容纳钨杆(12)的锥形通孔(9-1)，所述锥形通孔(9-1)朝向放电腔(5)的第一端的孔口的内径比第二端的孔口的内径大；

钨杆(12)上设置有一预制端(12-1)，锥形通孔(9-1)的第二端的孔口和第一端的孔口分别与钨杆(12)和预制端(12-1)实现紧配合，然后在通孔(9-1)的小孔处钨杆(12)被打扁固定；以及

电极(8)连接在钨杆(12)上的预制端(12-1)以伸入放电腔(5)的一端。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在形成泡壳的步骤之后，还包括在放电腔(5)和中空定位部件(11)内壁上涂敷多晶氧化铝层。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电极定位部件(9)由高纯氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁或氧化硼添加稀土材料制备。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中在固定有电极(8)的电极定位部件(9)伸入中空定位部件(11)内与其紧配合之前，在放电腔(5)内置入金卤丸，然后排气抽真空后再置入高纯汞和惰性气体。

5.根据权利要求1或2所述的方法，还包括电极定位部件(9)与中空定位部件(11)紧配合之后的钼箔或玻璃焊料封接。

6.一种HID电弧管，其包括：

泡壳，所述泡壳包括放电腔(5)和分别从放电腔(5)两端外延的外引管(1)，其中在外引管(1)上邻接放电腔(5)的位置形成有锥形中空定位部件(11)，该中空定位部件(11)在朝向放电腔(5)的方向上外径与内径同步逐渐减小，管壁厚不变；

梯形圆锥体形状的电极定位部件(9)，所述电极定位部件(9)伸入所述中空定位部件(11)内并且与所述中空定位部件(11)处于紧配合状态；其中所述电极定位部件(9)上固定有电极(8)，并且电极(8)伸入放电腔(5)内预定长度(L)，

其中所述电极定位部件(9)包括在其中心轴上设置的用于容纳钨杆(12)的锥形通孔(9-1)，所述锥形通孔(9-1)朝向放电腔(5)的第一端的孔口的内径比第二端的孔口的内径大；

钨杆(12)上设置有一预制端(12-1)，锥形通孔(9-1)的第二端的孔口和第一端的孔口分别与钨杆(12)和预制端(12-1)实现了紧配合，然后在通孔(9-1)的小孔处钨杆(12)被打扁固定；以及

电极(8)连接在钨杆(12)上的预制端(12-1)以伸入放电腔(5)的一端。

7.根据权利要求6所述的HID电弧管，其中所述放电腔(5)内壁和所述中空定位部件(11)内壁上涂敷有多晶氧化铝层。

8.根据权利要求6或7所述的HID电弧管，其中所述电极定位部件(9)上还安装有钨杆(12)。

9.根据权利要求6或7所述的HID电弧管，其中所述电极定位部件(9)是由高纯氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁或氧化硼添加稀土材料制备的。

10.一种照明装置，其包括：

根据权利要求6至9之一所述的HID电弧管；

HID电弧管的外保护管；

反射灯杯，与所述HID电弧管相适配；以及

灯盖。

11.根据权利要求10所述的照明装置，其特征在于，所述灯杯由硬料玻璃制成且内表面设置构成抛物线的反射面。

12.根据权利要求11所述的照明装置，其特征在于，反射面均匀分布有蒸镀介质膜层的多菱面。

13.一种照明系统，包括：

多个根据权利要求10-11之一所述的照明装置。

14.根据权利要求13所述的照明系统，其中

所述多个照明装置沿一字排列，并且分别与每个照明装置相适配的多个灯杯的反射光束的光轴与所述一字排列方向所成的光轴角在沿着所述一字排列的一个方向上依次减小，同时所述多个灯杯的所述反射光束的光束角依次减小。

15.根据权利要求14所述的照明系统，其中

所述光轴角介于90°到30°之间，而所述光束角介于60°到8°之间。