CN1106673C - 高压钠灯的电极组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

通过下列措施达到调节高压钠灯后间距的目的：采用一端借摩擦力与电极接合的空心电极座，电极的实心极心的一端绕有线圈。实心极心插入电极座中插到一定的深度，并借摩擦力保持就位，再焊接固定。电极座配备有一个定位环在极座第一次形成时形成。本电极组件可与采用同大小弧管但弧长不同的放电灯一起使用。

Description

高压钠灯的电极组件及其制造方法
本发明涉及高压放电灯，更具体地说，涉及高压钠灯。更为具体地说，本发明涉及这种钠灯的电极组件和这种电极和电极组件的制造方法。
高压钠(HPS)灯中的弧管通常是单晶氧化铝(蓝宝石)或多晶氧化铝(PCA)制成的。放电管与一对铌电流引入线之间的气密陶瓷及金属的密封件封闭住放电管的两端。钨阴极固定在铌电流引入线上。铌(可附加1％左右的锆)通常用作引入线材料，因为其热膨胀系数与氧化铝弧管几乎相等。此外，铌在高温下不受钠的影响，氢对其的渗透率又相当高，使弧管中的氢杂质可从弧管逸出，为弧管外套管中的吸气剂所吸收。铌电流引入线可以取导线(美国专利4,538,091)或导管(美国专利4,559,473；5,026,311；5,424,608)的形式，钨电极即通常和钛一起，通常压接和/或焊接或钎接固定在铌引入线上。
HPS灯的关键性能是其弧长，即弧管内两电极端部之间的间距。为控制各电极在弧管中的位置，铌引入线上配备有定位件。定位件可以是焊接在引入线上的细导线(例如上述美国专利5,206,311所示的那一种)、借摩擦力附着的夹持件(例如美国专利4,538,091中所示的那一种)、引入线上形成的变形体(例如美国专利4,559,473和4,937,494中所示的那一种)、也可以是弧管端部密封件中形成的特殊形状的配合膜片(例如美国专利5,424,608中所示的那一种)。定位件的位置在确定后间距时很重要，后间距为定位件上表面或灯侧表面与阴极线圈顶部之间的间距。这个间距确定了弧长。不管过去采用哪一种定位件，只要想使引入线可用在多种形式的灯中，总需要在引入线上不同的位置形成定位件。这个工序会提高灯的造价，而且还导致在选取电极时出差错。
因此本发明的目的是消除现有技术的上述缺点。
本发明的另一目的是改进HPS灯的电极和电极组件。
本发明还有另一个目的，即经济实惠地制取阴极组件。
按照本发明的一个方面，提供了一种高压钠放电灯的电极的电极座，所述电极座包括：管形导电座体和围绕其中间部分形成的定位环，座体包括具有第一内径的第一端以及带有一个具有第二内径的区域和带有一个具有第三内径的区域的第二端，其中带有第二内径的区域位于带有第一内径的区域和带有第三内径的区域之间，所述第二内径和第三内径小于所述第一内径，所述第二内径小于第三内径，并且定位环围绕所述第一端的中间部分形成。
按照本发明的另一个方面，提供了一种电极组件，包括：一个电极，该电极具有实心的棒形极心，由导电材料制成，其一端绕有导电材料制成的线圈；和电极座；所述棒形极心的外径等于所述第二内径，并借摩擦力嵌入所述极座的所述第二端中。
根据本发明的再一个方面，提供了一种高压钠放电灯，包括：细长的半透明气密密封的陶瓷体，其中装有产生和维持电弧的介质；密封件，封闭所述陶瓷体的每一端部；以及装入所述每一端部的电极组件。
此外，上述目的还通过提供这样一种制造放电灯电极组件的方法达到，该方法包括以下步骤：形成电极座，该电极座包括一个定位件；形成电极；将所述电极座安置到其工作位置就位；借摩擦力将所述电极插入所述电极座中；将后间距调节到预定的大小；以及将所述电极焊接到所述电极座上形成所述电极组件。
图1是应用本发明一个实施例的电弧放电光源的部分剖视正视图。
图2是电极座一个实施例的正面剖视图。
图3是与本发明一起使用的心棒的正视图。
图4至图6是本发明一个实施例制造电极组件时各工序中电极组件的正面剖视图。
图7和图8的正面剖视图示出了本发明在尺寸上所进行调节。
图9是本发明阴极制造方法的流程图。
为更好地理解本发明连同其其它目的、优点和性能，结合上述附图参看下面的说明和所附的权利要求书。
现在更仔细地参看附图。图1中示出了高压钠灯的弧管10。弧管10的管体12是半透明的，起码可看到里面的放电辐射情况，由氧化铝或钇制成。采用氧化铝时通常是采用多晶氧化铝，里面可掺上杂质，如本技术领域所周知的那样，这有助于粒度的控制。此外还可以采用单晶氧化铝(即蓝宝石)。弧管体12两端都用密封片14封起来，里面分别装有电极组件16密封在其中。密封片14可用任何适当的方法密封在弧管体两端，例如令弧管体与密封片就位后一起焙烧，再使其有节制地收缩从而达到压配合的目的，或采用密封玻璃料，当然并不局限于这两种方法。采用密封玻璃料时，密封操作是将弧管体12连同其密封片14和具玻璃料环的电极组件16垂直放入真空炉中，使电极端朝下。接着将真空炉抽真空，抽到亚微米的真空度，再将电极组件充分加热，使密封玻璃料熔融流动：密封温度约为1400摄氏度。玻璃料全流到电极座24的四周围并流入电极座24与密封片14之间的毛细管空间17中。毛细管空间只有几个密耳厚。玻璃原料为密封HPS灯的氧化铝弧管通常使用的那一种，如本技术领域所周知的那样，主要由氧化铝和碱土金属氧化物(主要是氧化钙)组成。这方面可参看例如美国专利3,986,236。气密密封着的弧管10中装有产生和保持电弧的介质，大家都知道，这种介质可含有钠、汞和惰性气体。这种灯的钠工作蒸气压在50乇至100乇的范围，每瓦输出的光通量可达100流明以上。
电极组件16由电极18和电极座24组成。电极18的实心极心20呈棒状，由适当的导电材料(例如钨)制成，其一端固定绕制有钨线圈22。电极座24的导电座体26呈管形，由热膨胀系数与PCA密封片14相适应的适当材料制成。这类材料有铌，最好是含大约1％锆的铌。座体26(参看图2)第一端28的内径为第一内径30，第二端32有两个内径：第二内径34和第三内径36，两者都比内径30小，第二内径34则小于第三内径36。定位件38呈环形40，位于第一端28的大致中间位置。
实心心棒20的外径42与第二内径34相同，其两端44可以如图3所示的那样呈锥形，也可以如图4至图6所示的那样呈圆形，这有助于其往第二端32中插入。极心20由于其外径42与第二内径34相适应，因而可摩擦嵌入座体26中。
阴极组件16的制造如图4至图6中所示。先是将电极座24安置在初始工作位置上，再将预制好的阴极电极18插入电极座24中使后间距达到要求。起初，电极18是借助于心棒20与第二端26由极座24的第二内径34界定的座壁的摩擦接合固定就位的。合乎要求的后间距确定下来后再将电极18焊接到极座24上，焊接最好采用钨/惰性气体(TIG)焊接法，无需增加其它额外的材料。为确保焊接操作不致影响电极18在极座24中的对中位置，第二端32横壁部分46的壁厚取第一端28壁厚的两倍。
现在参看图7和图8。可以看到，完全相同的极座24和电极18可以制成后间距为A的电极组件16a和后间距为远大于A的B的电极组件16b，从而用在同长度的弧管中时使形成的弧隙小得多。
因此，可以看出本发明比起现有技术来具有许多优点。调节钨棒20插入电极座24的深度就可轻易地控制后间距。极座24与棒20摩擦接合的部位是根据其较大的壁厚设计的，因而在TIG焊接的过程中不致熔融，从而确保棒20与极座24不致相对移动。基座的这种设计减少了需加以熔融在极座24与心棒20之间形成气密接头所需要的极座材料量，从而缩短了焊接时间，提高了生产率。
定位件38是电极装配之前制造好了的，因而电极装配过程中无需在极座上制取，从电极组件的制造历史看，后间距的确定历来是电极组件工艺中限制制造速度的一个工序。
在极座24上形成的定位环40并不影响弧管的连接强度或弧管在灯成品上的安装强度，而且电极组件16与现行弧管的密封工艺和密封材料相适应。
这里取消了原先与直管设计配合使用的如美国专利5,343,117中所示的那种压接工序。
极座24的外部长度固定，这方便了自动装配系统的设计和操作。所有可采用不同后间距的灯型都采用同长度的钨棒，这样减少了原料的库存量而且减少了混淆原料的问题。
上面已就本发明目前认为是最佳的实施例进行说明，但本发明领域的一般技术人员都知道，在不脱离本发明在本说明书所附权利要求书中所述的范围的前提下可以对上述实施例进行种种更改和修改。

Claims (5)

1.一种高压钠放电灯的电极的电极座(24)，所述电极座包括：管形导电座体(26)和围绕其中间部分形成的定位环(40)，其特征在于座体(26)包括具有第一内径(30)的第一端(28)以及带有一个具有第二内径(34)的区域和带有一个具有第三内径(36)的区域的第二端(32)，其中带有第二内径的区域位于带有第一内径的区域和带有第三内径的区域之间，所述第二内径(34)和第三内径(36)小于所述第一内径(30)，所述第二内径(34)小于第三内径(36)，并且定位环(40)围绕所述第一端(28)的中间部分形成。
2.如权利要求1所述的电极座，其特征在于所述第一端(28)具有一个给定的壁厚，所述第二端(32)在第二内径的区域中具有一个横向部分(46)，其壁厚为所述第一端的壁厚的两倍。
3.一种电极组件(16)，其特征在于包括：一个电极(18)，该电极具有实心的棒形极心(20)，由导电材料制成，其一端绕有导电材料制成的线圈(22)；和根据权利要求1或2的电极座(24)；所述棒形极心(20)的外径等于所述第二内径(34)，并借摩擦力嵌入所述电极座的所述第二端(32)中。
4.一种高压钠放电灯，其特征在于包括：细长的半透明气密密封的陶瓷体(12)，其中装有产生和维持电弧的介质；密封件(14)，封闭所述陶瓷体(12)的每一端部；以及装入所述每一端部的电极组件(16)，所述电极组件(16)按权利要求3制成。
5.一种制造放电灯电极组件(16)的方法，包括以下步骤：形成根据权利要求1或2的电极座(24)，该电极座(24)包括一个定位件(38)；形成电极(18)；将所述电极座(24)安置到其工作位置就位；借摩擦力将所述电极(18)插入所述电极座(24)中；将后间距(A；B)调节到预定的大小；以及将所述电极(18)焊接到所述电极座(24)上形成所述电极组件(16)。
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