CN1155987C - 高压放电灯用的发光容器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
发光容器包括形成放电空间的躯干、插入电极构件的末端部分，其由透光性陶瓷材料一体性地形成。在躯干的至少是中央区域的壁厚形成为比末端部分和末端部分与躯干之间的交界区域的壁厚还薄。末端部分的内径约为2mm以下。
Description
技术领域
本发明涉及高压放电灯用的发光容器及其制造方法。
此外，本发明还涉及具有这样的发光容器的高压放电灯及其制造方法。
背景技术
作为这样的发光容器，有使形成放电空间的躯干和插入电极构件的末端部分成为一体的发光容器(以下，叫做‘一体式的发光容器’)和使躯干和末端部分形成为个别的构件，然后把它们组装起来的发光容器(以下，叫做‘组装式的发光容器’)。在组装式的发光容器的情况下，虽然使末端部分插入到躯干的开口部分中去，但是，由于灯泡的效率会因这些接合部分的热损失而变低，故不能在低功率用的高压放电灯中使用，即便是在中高功率用的高压放电灯中，在那些重视效率的高压放电灯中也不能使用。因此，在制造低功率用的高压放电灯或重视效率的中高功率用的高压放电灯的情况下，就必须使用没有这样的缺点的一体式的发光容器。
此外，由于在这样的高压放电灯中，理想的是使之透光性高，故理想的是至少使发光容器的躯干的中央部分的壁厚尽可能地薄。另一方面，在插入电极构件的发光容器的末端部分，由于理想的是要尽可能地使其机械强度高，故要使厚壁尽可能地厚。此外，在躯干与末端部分之间的交界区域附近，由于易于积存发光物质，腐蚀的进行速度快，故为了尽可能地减少腐蚀的影响以实现长寿命，理想的是尽可能地使壁厚厚。因此，采用使用躯干的至少是中央部分比末端部分和末端部分与躯干之间的交界区域的壁厚还薄的这么一种整体上壁厚不均一的发光容器的办法，就可以制造比在整体上具有大体上均一的壁厚的发光容器的高压放电灯寿命长的高压放电灯。
以往，在形成这样的一体式的发光容器时，在进行例如在日本特开平10-81183号公报中公开的那样的吹气成型的情况下，如图1所示，把氧化铝之类的透光性陶瓷材料制造的管子形状的成型体1(图1A)配置在上模2和下模3之间，使这些上模2和下模3分别在箭头a和b所示的方向移动对成型体1进行固定后，向成型体1的开口部分4内吹空气等的压力介质，得到放电容器的成型体5(图4B)。
但是，在进行吹气成型的情况下，虽然可以制造躯干的至少是中央部分比末端部分和末端部分与躯干之间的交界区域的壁厚还薄的这么一种整体上壁厚不均一的发光容器，但由于必须从开口部分4吹气，故开口部分4必须有某种程度的直径。因此要使末端部分的内径成为规定的值以下，例如2mm以下，是困难的，即便是可能，作为发光容器要作成为必要的躯干内径(例如，1-15mm)也是困难的。
此外，在进行例如特开平7-107333号公报中公开的那样的浇注成型的情况下，在从铸模6(图2A)的开口部分7向其内面8上涂敷上膏剂之后，排出剩余的膏剂得到成型体10(图2C)。
在这种情况下，开口部分7，由于只要确保排除剩余的膏剂的直径即可，故虽然其直径可以作成为2mm以下(但是，要在0.8以上)，但是，从浇注成型的特质来说，不可能制造躯干的至少是中央部分比末端部分和末端部分与躯干之间的交界区域的壁厚还薄的这么一种整体上壁厚不均一的发光容器。
发明内容
本发明的目的是提供一种能在缓和上述制约的同时使躯干的至少中央部分比末端部分以及末端部分与躯干之间的交界区域的壁厚薄的一体形成的发光容器和具有该容器的高压放电灯。
本发明的另一目的是提供这样的发光容器和高压放电灯的制造方法。
本发明的高压放电灯用发光容器，包括：形成放电空间的躯干和插入电极构件的末端部分，上述躯干和末端部分由透光性的材料一体性地形成；其特征在于：至少上述躯干的中央区域的壁厚比上述各末端部分以及躯干与末端部分之间的交界区域要薄，上述各末端部分的内径小于、等于2mm，且上述躯干的中央区域到上述各末端部分与躯干之间的交界区域的壁厚连续增厚。
采用本发明，由于使躯干的壁厚至少在中央区域形成得比末端部分薄，故可以得到高的透射率，同时也将提高把电极构件密封到末端部分上时的机械强度。另外，在末端部分与躯干之间的交界区域处易于积存发光物质，因此有易于进行腐蚀的倾向。但采用本发明的使末端部分和躯干之间的交界区域的壁厚比中央区域的壁厚还厚的办法，因腐蚀发展而产生的影响比壁厚在整个发光容器上大体均一的情况要小。结果，本发明的发光容器与用浇注成型法形成的壁厚整体大体上均一的发光容器相比，可以延长其寿命，因而使用该发生容器的高压放电灯的寿命也可以延长。
在制造使用发光容器的高压放电灯之际，随着插入到末端部分中的电极构件的直径的增大，高压放电灯发光时的热损失将变大，灯泡效率将恶化。这样的坏影响，在低功率用的一体式的发光容器的情况下特别显著，理想的是把电极构件的直径做成所需的最小限度。但是，当末端部分的内径显著大于电极构件的直径时，在高压放电灯制造完毕之后，发光物质就变得易于侵入到末端部分和电极构件之间的间隙中去，存在着高压放电灯的发光颜色变化等的缺点。因此，高压放电灯制造后的末端部分和电极构件之间的间隙小，即，末端部分的内径不显著地大于电极构件的直径，其高压放电灯的特性(颜色、效率)就好。把末端部分的内径做到约2mm以下是合适的。
本发明的发光容器特别适用于低功率(例如，10W、20W、50W)用的高压放电灯、中功率(例如，70W、100W、150W)用的高压放电灯或高功率(例如，250W、400W)用的高压放电灯，特别适合于那些重视效率的类型的高压放电灯。通过把本发明的发光容器使用到中功率或高功率用的高压放电灯，例如那些重视光源的显色效果的别的类型的高压放电灯中去，与使用壁厚在整体上大体均一的发光容器的高压放电灯比较，可以提高灯泡效率和寿命。
理想地说，要使末端部分的轴线方向的长度与末端部分的内径之比在4以上。由此，可以减小发生起因于末端部分处的发光容器和电极构件之间的热膨胀之差的热应力，故能进一步提高玻璃密封末端部分时的玻璃密封部分的可靠性。
在用发光容器制造高压放电灯之际，随着末端部分的外径的增大，高压放电灯发光时的热损失将变大，灯泡效率恶化。为了防止这样的灯泡效率的恶化，理想的是把末端部分的躯干附近的区域的外径做成为4mm以下。
本发明提供了一种高压放电灯，具有一种发光容器，所述发光容器包括：形成放电空间的躯干和插入电极构件的末端部分，上述躯干和末端部分由透光性的材料一体性地形成；其特征在于：至少上述躯干的中央区域的壁厚比上述各末端部分和躯干与末端部分之间的交界区域要薄，上述各末端部分的内径小于、等于2mm，且上述躯干的中央区域到上述各末端部分与躯干之间的交界区域的壁厚连续增厚。
与现有技术比较，本发明的高压放电灯缓和了发光容器的末端部分的内径的制约，至少在躯干的中央区域可以得到高的透射率，寿命延长，且特性(颜色、效率)变得良好。
另外，由于减小了起因于末端部分处的发光容器和电极构件之间的热膨胀之差的热应力，使得玻璃密封末端部分时的玻璃密封部分的可靠性进一步提高，故可以使末端部分的轴线方向的长度对末端部分的内径之比成为4以上。为了防止灯泡效率的恶化，也可以把末端部分的躯干附近的区域的外径作成为约4mm以下。
本发明提供了一种高压放电灯用的发光容器的制造方法，所述发光容器包括用透光性材料形成为一体的形成放电空间的躯干和插入电极构件的末端部分，该制造方法的特征在于包括下列步骤：把透光性材料的中空圆筒素材置放到至少一部分具有通气性的模具内；在至少是局部地加热或冷却上述模具的状态下，把上述中空圆筒素材的外面和上述模具内面之间减压，以使上述中空圆筒素材与上述模具贴紧，从而使上述中空圆筒素材的外部形状与上述模具内面相一致；以及拉伸上述与上述模具接触的中空圆筒素材，以使至少上述躯干的中央区域的壁厚到各末端部分与上述躯干之间的交界区域以及各末端部分的壁厚连续增厚。
采用本发明把透光性陶瓷材料的中空圆筒素材置放到至少是一部分具有通气性的模具内，在至少是局部地加热或冷却上述模具的状态下使上述素材外面和上述模具内面之间减压，以使上述素材与上述模具贴紧，在该贴紧状态下，使上述素材成型为与上述模具内面相一致的形状。与现有技术那样吹入空气、排除剩余的膏剂的情况比，本发明的制造方法缓和了末端部分的内径的制约，例如，可以在确保所希望的躯干内径的同时，把末端部分的内径作成为以往不可能的2mm以下。
另外，用本发明制造的发光容器，对于低功率用的高压放电灯、中功率用的高压放电灯或高功率用高压放电灯之内那些重视效率的类型的高压放电灯特别合适，但是，采用把该发光容器使用到中功率用或高功率用的高压放电灯之内，例如那些重视光源的显色效果的别的类型的高压放电灯中去的办法，与使用在整体上大体上均一的壁厚的发光容器的高压放电灯比较，可以提高灯泡效率和寿命。
理想地说，借助于在贴紧状态下的上述素材的膨胀变形，使躯干的至少是中央部分成为比末端部分和上述末端部分与躯干之间的交界区域的壁厚还薄。借助于此，可以在发光容器的至少是中央区域得到高的透射率，同时，还可以延长高压放电灯的寿命。
理想地说，在相当于末端部分的区域，把内径约2mm以下的中空圆筒素材置放在模具内。高压放电灯的特性可以变得良好。
理想地说，借助于在贴紧状态下的素材的膨胀变形，使末端部分的轴线方向的长度对末端部分的内径之比成为4以上。借助于此，可以减小起因于末端部分处的发光容器和电极构件之间的热膨胀之差的热应力的发生，使玻璃密封末端部分时的玻璃密封部分的可靠性进一步提高。
理想地说，在上述模具内使中空圆筒素材成型为所需要的形状后，进一步减小末端部分的上述躯干附近的区域的外径，更为理想的是使之减小到约4mm以下。借助于此，防止灯泡效率的恶化。
另外，采用把电极构件插入用上述方法制造的发光容器的每个末端部分的办法，就可以制造高压放电灯。
附图说明
图1是用来说明吹气成型的说明图。
图2是用来说明浇注成型的说明图。
图3是本发明的发光容器的实施例的剖面图。
图4A-4D是本发明的发光容器的变形例的剖面图。
图5是用来说明本发明的发光容器的制造工序的说明图。
图6是本发明的发光容器的制造工序的流程图。
图7示出了本发明的高压放电灯的实施例。
图8和图9是本发明的高压放电灯的制造工序的流程图。
具体实施方式
参照附图详细地说明本发明的发光容器及其制造方法。
图3是本发明的发光容器的实施例的剖面图。该发光容器包括形成放电空间的大体上为球状的躯干1和插入电极构件的末端部分2a、2b，它们由作为透光性陶瓷材料的氧化铝一体地形成。
在本实施例中，躯干1的外径A、内径a和轴线方向的长度B分别定为2-30mm，1-15mm和2-50mm。
末端部分2a、2b各具有10-20mm的轴线方向的长度L和0.5-2.5mm的内径d。因此，长度L与内径d之比为4-40。之所以把长度L与内径d之比设定为这么一个值，是因为从起因于末端部分2a、2b和应当插入的电极构件之间的热膨胀之差的热应力的观点来看，这个值是合适的。
躯干1处的中央区域的壁厚l1(0.5-2mm)借助于因其内外的压力差的膨胀变形，形成为比末端部分2a、2b的壁厚l2(0.5-30mm)和末端部分2a、2b与躯干1之间的交界区域的壁厚l3(0.5-30mm)要薄。且上述躯干从中央区域到上述各末端部分与躯干之间的交界区域的壁厚连续增加。采用用这样的变形进行成型的办法，可以缓和以往的那种末端部分2a、2b的内径d的制约，在维持规定的躯干内径a的同时，可以使末端部分2a、2b的各自的内径成为以往不可能的2mm以下，在用于低功率的高压放电灯的情况下，可以把内径d作成为0.2-0.7mm。
采用使中央区域的壁厚l1成为比末端部分2a、2b的壁厚l2还薄的办法，在躯干1的中央区域处可以得到高的透射率的同时，使把电极构件玻璃密封到末端部分上之际的机械强度变高。此外，采用使中央区域的壁厚成为比末端部分2a、2b与躯干1之间的交界区域的壁厚l3还薄的办法，可以减小腐蚀的进行所产生的影响，结果是得以延长高压放电灯的寿命。
再有，采用使内径d成为2mm以下的办法，就可以减小高压放电灯制造后的每个末端部分2a、2b和插入到其中的电极构件之间的间隙，使高压放电灯的特性改善。
图4A-4D是本发明的发光容器的变形例的剖面图。图4A所示的发光容器，具有与躯干11成为一体的带阶梯的形状的末端部分12a、12b。
在具备这样的发光容器的高压放电灯中，随着末端部分12a、12b的躯干11附近的区域的外径D1的增大高压放电灯发光时的热损失将增大，结果是灯泡效率恶化。因此，理想的是使末端部分的外径成为必需的最小限值，特别是在具备低功率用的一体式的发光容器的情况下，这种热损失会变大，在外径D1比4mm大的情况下，结果成为难于得到足够的灯泡效率。反之，在外径D1减小为比1mm还小的情况下，则由于得不到足够的壁厚，在制造高压放电灯时，有时候会发生裂纹.结果，把外径定为1-4mm。
此外，采用借助于这样的带阶梯的形状，把末端部分12a、12b的顶端附近的外径D2作成为比外径D1还大的办法，来提高末端部分12a、12b的机械强度。图4B所示的发光容器具备与躯干21成为一体的大致锥状的末端部分22a、22b。在这种情况下，从灯泡效率和机械强度的观点来看，也要使末端部分22a、22b的躯干21的附近的区域的外径D3作成为1-4mm。
图4C所示的发光容器具备与躯干31成为一体的部分带阶梯的形状的末端部分32a、32b。
在把由铌构件、钼构件和钨构件构成的电极构件分别插入到末端部分32a、32b中去的情况下，由于插入钼构件的部分要求比除此以外的部分机械强度高，故其外径D4即该部分的壁厚增大到比末端部分32a、32b的除此之外的部分还大。
对此，在用目视来确认在末端部分32a、32b的顶端附近玻璃之类的密封剂的流动等的情况下，理想的是使顶端附近的壁厚尽可能地薄。此外，由于氧化铝之类的透光性陶瓷材料和铌之间的热膨胀系数之差比较小，故不要求高的机械强度，即便是作成为使顶端附近的壁厚即外径D5比外径D4还小，在密封时发生裂纹等的情况也很少。
结果，这样的发光容器在插入由铌构件、钼构件和钨构件构成的电极构件的情况下是特别有利的。另外，在这种情况下，从灯泡效率和机械强度的观点来看，也要使末端部分32a、32b的躯干31附近的区域的外径D6作成为1-4mm。
图4D所示的发光容器，具备与躯干41成为一体的大致纺锤状的末端部分42a、42b。在这种情况下，采用使插入钼构件的部分的外径D7比其它的部分的外径大的同时，使顶端附近即插入铌构件的部分的外径D8比外径D7小的办法，在插入由铌构件、钼构件和钨构件构成的电极构件的情况下，也是特别有利的，从灯泡效率和机械强度的观点来看，也要使末端部分42a、42b的躯干41附近的区域的外径D9作成为1-4mm。
另外，图4A-4D所示的末端部分的形状，如后所述，可借助于研磨等得到。
其次，说明发光容器的制造工序。
图5是用来说明本发明的发光容器的制造工序的说明图，图6是本发明的发光容器的制造工序的流程图。另外，图5所示的发光容器形成用的模具，具有由具有通气性的芯子51a、51b和粘接在其上边的真空用衬垫52a、52b形成的真空室53，在成型时，至少要对芯子51a、51b进行加热或冷却。
芯子51a、51b只要是具有通气性，可以使用任意的部件。具体地说，芯子51a、51b的表面，理想的是由下述物质形成：用自我融合法或粘接剂将至少具有开气孔的多孔质材料、细粒的珠进行结合后的物质，对金属丝进行弯曲加工后进行集合并冲压成型为所希望的形状的物质，使细孔的穿孔金属、网状构件塑性变形为所希望的形状的物质，在通常所使用的模具材质上打上许多孔使之具有通气性的物质等。
首先，向纯度99.9％以上的高纯度的铝粉末中，分别混入750ppm的氧化镁，4重量％的甲基纤维素，2重量％的聚氧化乙烯，5重量％的硬脂酸和23％的水，并用叶片混砂机混练15分钟。
然后，对这样得到的混练物进行原料供应后使之成为管道状的成型体(未画出来)，再把该成型体配置到芯子51a和真空用衬垫52a与芯子51b和真空用衬垫52b之间并进行固定。采用用真空泵54真空吸引这样固定的成型体的办法，使管道状的成型体变形，以便使得成型体的透光性陶瓷材料沿芯子51a、51b的表面贴紧，形成与模具形状相同的的末端部分和躯干，得到一体式的发光容器的成型体。
这样得到的成型体，在干燥、末端部分的研磨等的加工、预焙烧后，在真空或H2气氛中进行烧结，得到图3，图4A、4B、4C或4D所示的那样的发光容器。
图7示出了本发明的高压放电灯的实施例。在图7中，在用石英玻璃或硬质玻璃构成的外管61内，收容陶瓷放电管62，并使61的中心轴线和陶瓷放电管62的中心轴线一致。
外管61的两端，用灯头63a、63b使之密闭。陶瓷放电管62，具备图3所示的那样的发光容器64、和分别插入到发光容器64的末端部分中去的电极构件65a、65b，使得一端在由发光容器64的躯干形成的内部空间内露出来的同时，另一端在发光容器64的外部露出来。另外，可以把电极构件65a、65b分别作成为以往已知的任意的构成。
用2条导线66a、66b保持陶瓷放电管62，分别通过薄片67a、67b把这些导线66a、66b连接到灯头63a、63b上.
其次，说明本发明的高压放电灯的制造工序。
图8的流程图示出了本发明的高压放电灯的制造工序的第1例。该制造工序，在依据图6所示的发光容器的制造工序得到发光容器的烧结体的同时或其前后加工或组装电极构件，并把该电极构件分别插入发光容器的末端部分中去，对电极构件和末端部分之间的间隙进行玻璃密封。
图9的流程图示出了本发明的高压放电灯的制造工序的第1例。该制造工序，在依据图6所示的发光容器的制造工序得到发光容器的烧结体的同时或其前后加工或组装电极构件，并把该电极构件分别插入发光容器的末端部分中去，对电极构件和末端部分进行一体烧结。
本发明并不受限于上述实施例，若干的变更和变形是可能的。例如，在本发明的高压放电灯用的发光容器中，虽然其躯干的形状作成为纺锤状，但是可以使该形状成为管状、球状等的其它的任意的形状。作为透光性陶瓷材料也可以用氧化钇、氧化铝氧化钇石榴石、石英等的其它的透光性材料来取代氧化铝。
在得到本发明的高压放电灯用的发光容器的成型体时，也可以不进行真空吸引，而代之以使芯子和真空用衬垫与管道状的成型体之间以及芯子和真空用衬垫与管道状成型体之间的气压，形成得比管道状的成型体的内压还低。此外，发光容器的末端部分，也可以通过真空吸引成型后的拉伸来成型。
本发明的高压放电灯，也可以不具有图3所示的那种发光容器，代之以具有图4A-4D所示的那种发光容器。在制造本发明的高压放电灯时，可以用其它的已知的制造工序来得到高压放电灯，例如，也可以不进行玻璃密封或一体烧结，而代之以在电极构件和发光容器的末端部分之间进行焊接。
Claims (11)
1.一种高压放电灯用的发光容器，包括：形成放电空间的躯干和插入电极构件的末端部分，上述躯干和末端部分由透光性的材料一体性地形成；
其特征在于：至少上述躯干的中央区域的壁厚比上述各末端部分以及躯干与末端部分之间的交界区域要薄，上述各末端部分的内径为2mm以下，且上述躯干的中央区域到上述各末端部分与躯干之间的交界区域的壁厚连续增厚。
2.如权利要求1所述的发光容器，其特征是：上述末端部分的轴线方向的长度对上述末端部分的内径之比在4以上。
3.如权利要求1所述的发光容器，其特征是：上述末端部分的上述躯干附近的区域的外径为4mm以下。
4.一种高压放电灯，具有一种发光容器，所述发光容器包括：形成放电空间的躯干和插入电极构件的末端部分，上述躯干和末端部分由透光性的材料一体性地形成；
其特征在于：至少上述躯干的中央区域的壁厚比上述各末端部分和躯干与末端部分之间的交界区域要薄，上述各末端部分的内径为2mm以下，且上述躯干的中央区域到上述各末端部分与躯干之间的交界区域的壁厚连续增厚。
5.如权利要求4所述的高压放电灯，其特征是：上述末端部分的轴线方向的长度对上述末端部分的内径之比在4以上。
6.如权利要求4所述的高压放电灯，其特征是：上述末端部分的上述躯干附近的区域的外径为4mm以下。
7.一种高压放电灯用的发光容器的制造方法，所述发光容器包括用透光性材料形成为一体的形成放电空间的躯干和插入电极构件的末端部分，该制造方法的特征在于包括下列步骤：
把透光性材料的中空圆筒素材置放到至少一部分具有通气性的模具内；
在至少是局部地加热或冷却上述模具的状态下，把上述中空圆筒素材的外面和上述模具内面之间减压，以使上述中空圆筒素材与上述模具贴紧，从而使上述中空圆筒素材的外部形状与上述模具内面相一致；
拉伸上述与上述模具接触的中空圆筒素材，以使至少上述躯干的中央区域的壁厚到各末端部分与上述躯干之间的交界区域以及各末端部分的壁厚连续增厚，以及
在所述置放中空圆筒素材的步骤中，上述中空圆筒素材与各末端部分相应的部分的内径小于、等于2mm。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于：借助于在上述贴紧的状态下的膨胀变形，使上述末端部分的轴线方向的长度与上述末端部分的内径之比大于、等于4。
9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于：在上述模具内使上述真空圆筒素材成型为所要的形状后，进一步减小上述末端部分的上述躯干附近的区域的外径。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于：使上述末端部分的上述躯干附近的区域的外径减小到4mm以下。
11.如权利要求7-10中的任意一项所述的制造方法，其特征在于：在发光容器的各末端部分插入电极构件。
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