CN1058862A - 低功率金属卤化物灯 - Google Patents

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蒂莫西·W·格雷厄姆
丹尼尔·C·布里格斯
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Abstract

金属卤化物弧光放电灯，功率不大于35瓦，包括 具有球形部、过渡颈部、一对管状部的外壳。球形部 内形成外表面不超过35瓦/平方厘米壳壁负荷的 放弧室，其中充有水银、惰性气体和金属卤化物，在灯 点燃时基本蒸发，一对电极分别从颈部伸入放弧室， 尖端相距为A。颈部各有围绕电极一段的壳壁，及 其最小壁厚不超过约1.5mm的拉伸段。引线组件分 别与电极电气相连，并经过外壳管状部中气密的密封 段通到灯的外部。

Description

本发明总的涉及金属卤化物弧光放电灯的领域，更具体地，涉及具有高效率和受控色温性能的35瓦或以下的小型低功率金属卤化物灯。
在现有的典型的金属卤化物灯中，透明石英材料的外壳形成一个放弧室，其中充有水银、惰性气体和金属卤化物。放弧室中封装着一对尖端彼此分开的高熔点钨电极。在电极尖端之间产生电弧放电后，放弧室的温度迅速上升，导致水银和金属卤化物蒸发，水银原子和金属卤化物中的金属原子被电离和激发，引起金属的特征频谱上的受激发射，这些辐射在放弧室内大部分混合成为一体，产生一最终具有稳定光强和色温的光输出。
色温和效率（通常以每瓦的流明数来表示）基本取决于灯点燃时放弧室内卤化物的蒸汽压力，卤化物的蒸汽压力受到形成该放弧室的外壳的周壁温度的很大的影响。
现有技术的灯中，金属卤化物通常在灯点燃时并不完全蒸发，事实上，在放弧室的较冷区域出现显著的凝结。人们早已知道，这种卤化物的凝结会显著地降低效率和提高色温至不能被接受的程度，尤其是对于低功率灯更是如此。而且，对于双端式灯，卤化物凝结一般发生在电极从透明的石英材料中露出处的相对的两端。这些端部区域通常是放弧室中最冷之处。就双端式灯而言，这一结果尤其不利，因为这些端部区域的温度易受制造过程中的变化和随时间发生的变化的影响，因此，在这些灯的使用寿命期间和灯与灯彼此之间其效率和色温性能会有显著的变化，这种改变在许多应用中是不能容许的。
人们作了种种尝试来减小放弧室端部区域的卤化物的凝结。例如，Cap等人的美国专利No.4，161，672揭示了减小灯壳端部杆体的横截面面积，可减少这些端部杆体的热损失，Cap等人还提出在这些端部区域使用不透光的氧化锆涂层以把热量保持在放弧室内。French等人的美国专利No.4，808，876和Waymouth等人的美国专利No.3，324，332也提出了采用端部涂层和减小外壳端部封口或外壳杆体外壳尺寸的方法。此外，French等人和Waymouth等人还指出，在放弧室端部设立端室或腔，使它的横截面比放弧室主体要小，以增加端部区域的温度。
在另一例子中，Holle等人的美国专利No.4，202，999指出，减小小型金属卤化物灯电极的尺寸，可减少由此造成的热损失，从而得到较高的工作温度和效率。
在上述所有例子中，所叙述的各种技术都不足以充分减少放弧室端部区域的卤化物的凝结，上述每一例子中，所描述的灯具设计方案都要求电极的尖端接近端部区域，以维持这些区域适当的蒸发温度，所以，在这种已有的金属卤化物灯中，电极可插入（伸入、进入）放弧室的距离（插入（进入、伸入）深度）受到限制，这一插入深度的限制必然对电极尖端之间的间距带来限制（假定必须维持可接受的壳壁负荷要求）。下面将会谈到，这一限制将导致输入功率为35瓦或以下的小型金属卤化物灯的效率降低。
本发明的一个目的是提出克服已有技术中存在问题的装置，
本发明的另一个目的是提出具有已有技术所不能达到的功率、色温性能的新的小型金属卤化物弧光放电灯，
本发明的进一步是提供其功率输入为35瓦或更小的新的小型金属卤化物弧光放电灯，使其在整个寿命期间具有可接受的效率水平和色温性能，
本发明的再一个目的是提供其输入功率为35瓦或更小的新的小型金属卤化物弧光放电灯，使其对制造过程中的变化不太敏感，
本发明的又一个目的是提供其输入功率为35瓦或更小的新的小型金属卤化物弧光放电灯，使其具有较短的预热时间，
按照本发明可实现这些和其它目的。本发明提供一种输入功率不大于35瓦的金属卤化物弧光放电灯，按照本发明，它包括一个由透光材料构成的外壳，外壳具有一个球形部，一对从该球形部延伸的过渡颈部，一对分别从过渡颈部延伸的管状（杆体）部。外壳的球形部内形成了一个放弧室，并具有约能产生不超过35Watts/cm2壳壁负荷的外表面面积。放弧室内充满了水银、惰性气体和金属卤化物，水银和金属卤化物易于在灯的工作期间基本上完全蒸发。一对电极从颈部伸入放弧室，其电极尖端在放弧室内彼此相距为A。外壳的每一颈部各有围绕一段电极的壳壁，颈部的壳壁各有一段被拉长，其最小壁厚小于1.5mm。该灯还包括一对引线组件，分别与一对电极电气相连，引线组件从电极经过外壳管状（杆体）部的密封部分到达灯的外部。
下面参照附图详细叙述实现本发明的一种方法，附图中画出了三个具体的实施例，其中：
图1示出了按照本发明的一种带反射器的20瓦金属卤化物灯的截面图，
图2是表示根据本发明的一种不带反射器的金属卤化物灯的部分截面图，并示出了该灯的重要的（关键的）尺寸，
图3是表示按照本发明的一种不带反射器的2.5瓦金属卤化物灯的放大的局部截面图，
图4是表示按照本发明的一种不带反射器的12瓦金属卤化物灯的放大的局部截面图，
图5是表示应用本发明的一种不带反射器的20瓦金属卤化物灯的放大的局部截面图。
参见附图，首先，参见图1，其中用正面的局部截面图示出了灯和反射器总成10，按照本发明构成的小型金属卤化物低功率弧光放电灯12座落于一个椭球面反射器14中，灯12用陶瓷或玻璃胶混合物18固定在反射器14的套圈16中，胶混合物18可以是Cotronics公司生产的氧化锆产品。灯12包括一个透光材料例如透明石英的外壳，在推荐的实施例中，采用了一种熔凝石英材料，如通用电器公司生产的214型材料。灯壳包括一对壳体的躯干部分20、20'，后者包括管状部（杆体部）22、22’和过渡的颈部24、24'，壳体躯干20和20’之间是灯壳的球形部26。
球形部26的壳壁内形成了一个放弧室28，其中容有水银和金属卤化物的化学填充物29，如图1所示，室温时，水银和金属卤化物凝结在放弧室28壳壁的内表面上。除了金属卤化物和水银以外，惰性气体，例如氩，也充入放弧室28，压力为几百乇。
灯12设计成在直流电（D.C）输入下工作，但是，本发明的各个方面也同样可用于工作于交流电的金属卤物灯。如图1所示，一对钨丝电极30、30'从颈部24、24'伸入放弧室28，电极30为阴极，电极30'为阳极。每一电极的端部是伸入放弧室28中的电极尖端，这在图2-5中可以看得更为清楚。电极30、30'用搭焊连接到对应的钼薄片32、32'上，灯12的外壳在薄片32、32'处密封，下面将要叙述，管状部（杆体部）22、22'被加热直至围绕薄片32、32'的石英熔化，冷却后就在薄片周围形成气密的密封。
钼引线34、34'也用搭焊连接到薄片32、32'上，这里，把包括一个薄片和一条引线的组件称为一个引线组件，把包括一条引线、一个薄片和一个电极的组件称为电极组件。
引线34与一根长接触杆36成电气连接，后者则连接至灯脚导体37上，引线34'与一根短的接触杆38成电气连接，后者则连接至灯脚导体39。一个外部启动（辅助）器40也连接到短接触杆38，启动（辅助）器40可以使灯12更可靠地启动和在较低的启动电压下启动。启动（辅助）器40由镍制成，置于灯12的石英外壳之外。
启动器40从在短接触杆38上的连接处延伸至管状部22，如图1所示，启动（辅助）器40在薄片32处围绕着管状部22。启动（辅助）器40工作的基本原理和结构在灯具制造业中是众所周知的，例如，Fridrich等人的美国专利No.4，053，809揭示了外部启动器的基础知识和结构。
现在介绍几个灯具设计概念，以便更好地理解本发明的各个方面，在考虑满意的灯具寿命和光通量时的一个重要概念是壳壁负荷，壳壁负荷定义为灯的输入功率除以放弧室的外辐射表面面积，近似地，辐射表面取作外壳的外表面，不包括端部杆体部分的外表面，过大的壳壁负荷会使外壳加快失去透明，导致不足的光通量和灯的寿命缩短，对壁厚小于1.5mm的石英外壳，壳壁负荷应小于35瓦/平方厘米，以确保良好的光通量和灯的寿命。
另一个概念是与灯的效率直接有关的放弧负荷，放弧负荷定义为灯的输入功率除以弧长A，弧长等于放弧室内电极尖端之间的距离。对一给定的功率输入，弧长短则放弧负荷大，对于本发明的低功率金属卤化物灯，放弧负荷大产生较高的功率。
已有技术中的金属卤化物灯受到放弧负荷限制的影响，这一限制起源于要求电极尖端接近于放弧室的端部区域，根据这一要求，减小弧长的唯一似乎合理的方法就是减小放弧室的长度。但是，放弧室长度的减小会导致较小的放弧室辐射面积，这就接下来产生较高的壳壁负荷。所以，如果放弧室长度的减小超过一定程度，壳壁负荷就会超过可允许的数值。Cap等人的美国专利No.4，161，672提出的灯被规定成不超过150瓦/厘米的放弧负荷，以防止壳壁负荷大于35瓦/平方厘米。
本发明的金属卤化物灯不受这种限制，按照本发明，电极可比已有技术中的灯伸入放弧室更大的距离，而不会出现达到不能允许程度的端部区域的卤化物的凝结。因此，对给定的放弧室长度，电极的进入深度1可以比已有技术中的灯大得多，较大的进入深度导致较短的弧长，从而产生较高的灯的效率，这种高效率的获得不会导致壳壁负荷的增加。
另一设计参数是进入系数Y，进入系数Y由下式给出：
Y＝（W-A）/W
对发明者目前所考虑的大部分应用，在放弧室两端的电极进入深度1是大致相同的，所以，Y遵从下列关系：
Y＝2  1/W
由于采用了较大的进入深度，本发明的灯的进入系数一般比已有技术的灯大得多，在推荐的实施例中，进入系数大于0.6。
由于在灯点燃时放弧室端部区域的卤化物凝结被减至最小，本发明的金属卤化物灯在效率和对色温的控制上都得到了改进，本发明取得这种效果的原因之一是在灯壳的过渡颈部采用了极薄的熔凝石英壁。参见图2，这里画出了按照本发明构成的金属卤化物灯50的局部截面图，此外，图2还指出了该灯的重要的（关键的）尺寸。如图2所示，过渡颈部52、52'有一由n表示的最小壁厚，该壁厚n不应超过1.5mm，以保证本发明的效果。下面将要叙述，过渡颈部52、52'部分地是在灯壳制造时拉伸石英而形成的。拉伸石英的步骤是为了补偿石英在被加热时的自然收缩或增厚。通过使尺寸n不大于1.5mm，通过颈部52、52'的热损失被减至最小，使灯的放弧室中端部区域较热。
本发明的另一方面是，放弧室壳壁做成极薄的，通常不超过约0.5mm。如图2所示，灯50的外壳有一球形部54，壁厚为t，壁厚t是由球形部54的中央段确定的，此中央段以两个位于电极尖端处的假想平行面56、56'为界。通过把厚度尺寸t维持在不超过0.5mm，经球形部54壳壁的热损失可减至最小，使灯点燃时放弧室有较高的温度。此外，通过减小t，也减小了在一给定的内部放弧室容积下的球形部54外表面面积。相信外表面面积的这种减小将使从石英球形部对大气的热扩散变得较小。
另一方面，获得较高效率和受控制的色温的原因是球形部54的壳壁在假想平行面56、56'之间的一段上有着均匀的厚度，壳壁厚度的均匀性使得在灯点燃时经壳壁的热损失较小，放弧室内的热量分布较为均匀。
灯50的放弧室的较好几何形状是椭球形和球形，以及相近的形状。放弧室的大小可用其内部长度W和内径D来表示。如图2所示，放弧室内部长度W是指两电极从放弧室内熔凝石英从外壳中露出点之间的长度，放弧室的内径D为放弧室横截面最大处的直径，在大多数情况下，该点处于或接近于放弧室的中央。考虑放弧室几何形状时的一种有用的表示方法是纵横比，放弧室的纵横比由放弧室的长度W除以内径D（W/D）的比率来确定，按照本发明构成的金属卤化物灯的纵横比可以在1.3-2.3的范围内。
如图2所示，灯50电极的进入深度1定义为电极从其露出熔凝石英外壳点至伸入放弧室的距离，对输入功率在11至35瓦之间的灯，电极的进入深度大于1.5mm。
进一步参见图2，其中示出了弧长的尺寸A，弧长是灯的电极之间产生的电弧长度的度量，这一参数通常取电极尖端之间的距离。如下面的图3-5所示，本发明的许多实用的例子中，弧长A可设定为能够产生大于150w/cm的放弧负荷的值。
在最佳实施例中，灯50放弧室的内部体积对于35瓦或以下的各种尺寸灯都不超过0.3cm3。如将要参照图3-5叙述的那样，本发明的许多实用例子中放弧室体积远小于0.3cm3。例如，在图5中20瓦灯的情形下，放弧室体积小于0.05cm3。
本发明的另一方面涉及灯的放弧室内所容纳的金属卤化物添加剂，已经知道，在使用金属卤化物时，如碘化钠和三碘化钪，这些添加剂的重量百分比对于优化灯的效率和控制色温是十分重要的。在大多数一般照明、光学和信号灯的应用中，重量百分比是碘化钠87%，三碘化钪13%。但是，应当理解，本发明并不限于钠和钪的金属卤化物。本领域中任何一种已知的金属卤化物都能用于本发明的灯，具体地说，可以采用下列一组元素的碘化物或溴化物：钪、铊、锂、锌、汞、镝、铟、镉和钠。
本发明的另一方面是达到了较短的预热时间，预热时间定义为灯由起始脉冲开始起弧至达到稳定工作状态的时间间隔。本发明的灯的预热时间小于30秒，使本发明的灯具有较短预热时间的因素包括：直径较小的电极（小于0.254mm）、较长的进入深度、放弧室体积小（小于0.3cm3），以及金属卤化物密度低（小于10mg/cm3）。
参见图3，其中示出了按照本发明构成的2.5瓦金属卤化物弧光放电灯70，灯70包括一个熔凝石英外壳72，它具有一个球形部74和一对端部杆体76、76'，端部杆体76、76'包括相应的过渡颈部78、78'和相应的管状部80、80'，球形部74的壳壁内形成了放弧室82。
放弧室82内充有水银、氩气和金属卤化物，如碘化钠和三碘化钪。一对钨电极84、84'分别由颈部78、78'伸入放弧室82，电极84、84'的尖端在放弧室82中彼此相距A。电极84、84'搭焊在对应的钼薄片86、86'上。灯壳72在薄片86、86'处密封，一对钼引线88、88'分别搭焊到薄片86、86'上，启动（辅助）器90与引线88'电气相连，启动辅助器90的作用与前面对图1中启动（辅助）器40所描述的一样。可是，启动器90的一端围绕在球形部74和薄片86之间的杆体76上。灯70工作于交流电，电极84、84'是同样长度的直的钨金属细丝，各有一个切成一定角度的钨金属扩口尖端，每一电极的直径约为0.05mm，末端扩口直径达约0.13mm。
可以用石英管罩壳92来罩住灯70.以把灯70安装在某个固定物上，如图1中的反射器上。灯70的典型参数和性能数据如表1所示。
表1
2.5瓦金属卤化物灯
放弧室直径（D）  0.08cm
放弧室长度（W）  0.14cm
放弧室体积 8×10-4cm3
弧长（A）  0.008cm
放弧负荷  312.5w/cm
纵横比（W/D）  1.75
放弧室壁厚（t）  0.11mm
色温  3800K
效率  38lpw
电极直径  0.05mm
进入深度（l）  0.066cm
进入系数（Y）  0.94
水银加入量  0.112mg
金属卤化物加入量
（87%NaI，13%ScI3） 0.025mg
颈部壁厚（n）  0.3mm
壳壁负荷 14w/cm2
预热时间  ＜5sec
在本发明的2.5瓦金属卤化物灯的最佳实施例中，放弧室82的内径D范围可在0.08至0.11cm之间，放弧室82的长度W范围可在0.14至0.185cm之间，弧长A范围可在0.075至0.28mm之间，球形部74的壁厚t约为0.11mm，电极84、84'的直径范围可在0.04至0.076mm之间，进入深度1范围可在0.6至0.8mm之间，水银加入量范围可在0.096至0.112mg之间，金属卤化物加入量约为0.025mg，该金属卤化物包括87%的碘化钠和13%的三碘化钪。氩气的压力在室温时约为540乇（10.44绝对压强）颈部78、78'的壁厚n小于0.5mm，纵横比W/D范围可在1.3至2.3之间，灯70的色温约为3800K，预热时间小于5秒。相信这些参数范围可用于输入功率在1.5至3.5瓦之间的灯。
参见图4，其中示出了按照本发明构成的一种12瓦金属卤化物弧光放电灯100，它有一熔凝石英外壳102，后者具有一个球形部104和一对端部杆体106、106'，端部杆体106、106'包括过渡颈部108、108'和管状部110、110'，球形部104的壳壁形成了一个放弧室112。
放弧室112内充有水银、氩气和金属卤化物，如碘化钠和三碘化钪，一对钨电极114、114'分别从颈部108、108’伸入放弧室112。电极114、114'的尖端在放弧室112内彼此相距A，电极114、114'搭焊在对应的钼薄片116、116'上。石英外壳102在薄片116、116'处密封，一对钼引线118、118'分别搭焊在钼薄片116、116'上。灯100以直流电工作。电极114、114'是同样长度的直的钨金属细丝，各有一针形末端，电极114是阴极，直径为0.1524mm，电极114'是阳极，直径为0.254mm。
灯100参数和性能数据表示在表2中
表2
12瓦金属卤化物灯
放弧室直径（D）  0.3cm
放弧室长度（W）  0.53cm
放弧室体积 0.016cm3
弧长（A）  0.05cm
放弧负荷  240
纵横比（W/D）  1.8
放弧室壁厚（t）  0.26mm
色温  3800K
效率  64lpw
进入深度（l）  0.24cm
进入系数（Y）  0.91
水银加入量  1.4mg
金属卤化物加入量
（87%NaI，13%ScI3） 0.075mg
颈部壁厚（n）  0.75mm
壳壁负荷 12w/cm2
预热时间  ＜12sec
在本发明的12瓦金属卤化物灯的最佳实施例中，放弧室112的内径范围可以在0.29至0.32cm之间，放弧室112的长度W范围可以在0.53至0.59cm之间，弧长A的范围可以在0.5至0.8mm之间，放弧室112的纵横比W/D的范围可以在1.7至2之间。本发明的12瓦金属卤化物灯可达到每瓦64流明的效率。进入深度1的范围可在2至2.8mm，球形部104的壁厚t约0.26mm按照这些参数，放弧负荷将超过150w/cm，壳壁负荷约12w/cm2。颈部108、108'的壁厚（n）小于1.5mm，在大多数情况下，小于0.75mm。
在最佳实施例中，水银加入量约为1.4mg，放弧室内所含的金属卤化物包括87%的碘化钠和13%的三碘化钪。加入量的范围可以在0.075至0.15mg之间，氩气压力在室温时为540乇（10.44绝对压强），灯的色温为3800°K，预热时间小于12秒。相信这些参数范围适用于功率输入在11至13瓦之间的灯。
参见图5，图中示出了按照本发明构成的20瓦金属卤化物灯130。灯130包括一个熔凝石英外壳132，具有一球形部134和一对端部杆体136、136'，后者包括过渡颈部138、138'和管状部140、140'，球形部134的壳壁内形成了放弧室142。
放弧室142内充有水银、氩气和金属卤化物，如碘化钠和三碘化钪。一对钨丝电极144、144'分别从管状部140、140’伸入放弧室142，电极144、144’的尖端在放弧室142内彼此分开一定距离A。电极144、144’搭焊在对应的钼薄片146、146'上。外壳142在薄片146、146'处密封，一对钼引线148、148分别搭焊在薄片146、146'上。如图5所示，灯130包括一个外部启动器150，其一端与引线148'电气相连，另一端围绕管状部140的外表面，其功能与相对于启动器40所述的相同。灯130以直流电工作，电极144、144'是同样长度的直的钨金属细丝，各有一针形尖端。电极144为阴极，直径为0.2032mm，电极144'为阳极，直径为0.254mm。
下表中包括灯130的典型物理参数和性能数据。
表3
20瓦金属卤化物灯
放弧室直径（D）  0.37cm
放弧室长度（W）  0.60cm
放弧室体积 0.039cm3
弧长（A）  0.1cm
放弧负荷  200
纵横比（W/D）  1.6
放弧室壁厚（t）  0.26mm
效率  103lpw
电极直径  0.2032mm
进入深度（l）  0.25cm
进入系数（Y）  0.83
水银加入量  2.8mg
金属卤化物加入量
（87%NaI，13%ScI3） 0.125mg
颈部壁厚（n）
壳壁负荷 10w/cm2
在本发明的20瓦金属卤化物灯的最佳实施例中，放弧室142的内径D的范围可以从0.37至0.39cm，放弧室142的长度W的范围可从0.58至0.64cm，电极144、144'间的放弧距离A的范围可从1至1.2mm，灯103的纵横比W/D可从1.4至1.7，球形部134的壁厚t约为0.26mm，电极144、144'的进入深度l可从2.25至2.8mm，颈部138、138'的壁厚n小于1.5mm，在大多数情形下，小于0.75mm。
按照这些实际参数，灯130的放弧负荷在壳壁负荷保持为约10w/cm2时，将超过140w/cm，放弧室142内的水银加入量约为2.8mg，放弧室142内的金属卤化物添加剂由87%的碘化钠和13%三碘化钪组成，金属卤化物加入量的范围可在0.05至0.225mg之间，氩气压力在室温时为540乇。按照本发明的20瓦的金属卤化物灯可获得约103流明/瓦的恒定效率，色温为3800K。预热时间小于30秒。相信这些参数范围适用于输入功率在18至22瓦之间的灯。
按照本发明的灯的外壳可在玻璃吹制机上制造，如Fridrich的美国专利No.3，263，852所述的那种。制灯时用一段外径约3mm、内径约2mm的熔凝石英管开始进行制作，对打算用于4瓦以上的灯的外壳，施行下列步骤：把石英管放在机器上，用燃烧器沿管上一点加热直至石英变为塑性，然后，拉伸石英管的一端使塑性的石英伸长所需的量，随后略微加热石英管的伸长部分，使其直径缩小到所需的程度。
在离开最初（加热）点距离约为所需的放弧室长度的第二点重复上述一系列步骤，对第二点，拉伸石英管的另一端以使石英管伸长。其后的一步是加热伸长点之间的一段管子，直至石英成为塑性。同时，用压力将空气引入管内以使管子的塑性段扩张（吹制）成所希望的放弧室的形状。然后，从机器上剩余的管子上取下完整的外壳。
对打算用于约4瓦以下的灯壳，用燃烧器加热管子上的一段，使其直径收缩至预定程度，接着对该段再次加热直至石英成为塑性，这次，以相反方向拉伸管子的两端，结果，整个的这一段被拉伸成所希望的长度。最后，用压力将空气引入管子使拉伸过的塑性段中央部分扩张（吹制）到形成所希望的放弧室形状。
一旦用上述两种方法之一形成外壳后，对灯进行装配。在装配过程中，石英外壳保持在垂直位置。一电极组件，包括一条钼引线，一钼薄片和一钨电极，下降到外壳的上部杆体中，同时，外壳内不断充以合适的干燥惰性气体进行冲洗，例如氩，氩向上流过外壳。当组件的电极部分正确地在放弧室内定位后，用两个燃烧器加热上部壳子的杆体的颈部，颈部一边一只燃烧器，加热到恰好能围绕电极杆体略微收缩颈部，使其紧固住电极，电极周围的石英不出现熔化，以避免灯点燃时的热应力。不断地用干燥气体冲洗外壳内部，使污染减到最小。
围绕电极体的外壳杆体的颈部形成以后，向上移动燃烧器以加热外壳杆体的管状部，这一位置的加热使薄片周围的石英收缩并熔化，形成气密的密封。此后，管状部被加热以使其围绕引线作紧固收缩。涉及加热杆体的步骤时，外壳的球形部一直用水冷却，在整个过程中一直小心避免污染外壳内部。
将部分组装好的灯的位置旋转180°，使外壳上部杆体现在处于下面，干燥的惰性气体继续从开口的杆体充入外壳，同时，用惰性气体气流从开口的杆体将含有规定的卤化物成份和数量的金属卤化物颗粒吹入球形部，其后，规定数量的水银由干燥的惰性气体气流吹入球形部。最后，电极组件下降到开口的外壳杆体中，并在其中如前所述的那样被密封以完成整个组装过程。
虽然本发明在说明书的附图中都是联系最佳实施例来描述和图示的，但本技术领域中人员将会理解，对本发明的各个部分可以作出许多变化和等同代换，而不离开权利要求书的范围。此外，还可以作出许多变化。以使本发明适合某一具体的情况或材料，而不离开这里的基本范围。所以，本发明并不打算被限制在说明书和附图中目前作为实现本发明的最好方式所描述的具体实施例内，而是本发明应当包括在权利要求书叙述范围之中的任何实施例。

Claims (18)

1、一种低输入功率的金属卤化物弧光放电灯，包括：
一个透光材料的外壳，具有一个球形部(26)，一对自所述球形部(26)延伸的过渡颈部(24、24’)，以及一对分别从所述过渡颈部(24、24’)延伸的管状部(22、22’)，
所述外壳的所述球形部(26)内形成一个放弧室(28)，
所述放弧室(28)内充有水银、惰性气体和金属卤化物，
一对电极(30、30’)分别从所述一对颈部(24、24’)伸入所述放弧室(28)，电极尖端在所述放弧室(28)内彼此离开一距离A(图2)，
所述外壳的所述颈部(24、24’)各有分别围住所述电极(30、30’)一段的壳壁，以及，
一对引线组件，分别与所述电极对(30、30’)作电气连接，并从所述电极(30、30’)经所述管状部(22、22’)中的密封段通到所述灯的外部，
其特征在于：
所述颈部(24、24’)的壳壁各有一拉伸段，其最小壁厚不超过约1.5毫米，
所述水银和所述金属卤化物适于在所述灯点亮时基本蒸发。
2、如权利要求1所述的灯，所述外壳的所述球形部（26）具有形成所述放弧室（28）的壳壁，其特征在于，所述壳壁在由分别位于电极尖端的两假想平行面（图2中56、56'）所限定的中间一段上具有基本上均匀的厚度。
3、如权利要求1所述的灯，所述放弧室（28）具有长度W，该长度W系指所述外壳的颈部（24、24'）之间的距离（图2），其特征在于：所述电极（30、30'）有一相应于公式Y＝（W-A）/W的进（插、伸）入系数Y，其值约大于0.6。
4、如权利要求1所述的灯，所述外壳的所述球形部（26）具有形成所述放弧室（28）的壳壁，其特征在于：所述壳壁在由分别位于电极尖端的两假想平行面（图2中56、56'）所限定的中间一段上的厚度不超过约0.5mm。
5、如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述放弧室（28）的形状大致为椭球形。
6、如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述放弧室（28）的形状大致为球形。
7、如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述放弧室（28）的体积不超过0.3mm3。
8、如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述灯的输入功率范围在约11至35瓦之间，所述电极（30、30'）的进（伸、插）入深度大于1.5mm。
9、如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述灯的壳壁负荷范围从约10至20瓦/平方厘米。
10、如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述电极（30、30'）的直径范围从约0.06至0.26mm。
11、如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述灯的水银加入量范围从约0.096至2.8mg。
12、如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述灯的输入功率约12瓦，所述电极尖端之间的所述距离A（图2）范围从约0，5至0.8mm，可产生大于150瓦/厘米的放弧负荷。
13、如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述灯的输入功率范围从约18至22瓦，所述电极尖端之间的所述距离A（图2）范围从约1.0至1.2mm，以产生大于150瓦/厘米的放弧负荷。
14、如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述灯的输入功率范围从约18至35瓦，所述颈部（24、24'）的壳壁各有一拉伸段，其最小壁厚范围从约0.5至1.5mm。
15、如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述灯的功率输入小于11瓦，所述颈部（24、24'）的壳壁各有一拉伸段，其最小壁厚小于0.5mm。
16、如权利要求2所述的灯，其特征在于，所述球形部（26）的壳壁的厚度在其中间一段上不超过约0.5mm。
17、如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述充入的金属卤化物包括87%的碘化钠和13%的三碘化钪。
18、如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述球形部（26）有一其值产生不大于约35瓦/平方厘米的壳壁负荷的外表面面积。
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