CN1165956C - 带陶瓷放电室的金属卤化物灯 - Google Patents
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Abstract
放电室具有两个端子(6),每个端子包括一个拉长形细(12),内部部分(14)为一种由抗卤化物金属(钨)制成的针,其最大外径为0.4mm,而且被一种陶瓷材料制成的管状护筒(20、21)包住,这种陶瓷材料为一种同心的铝的氧化物管(护筒),其中,外面部分(13)采用玻璃焊剂(18)通长密封,而内部部分(14)在用玻璃焊剂(18)密封时,距离护筒(20,21)始端的长度至少要超过1mm。
Description
本专利申请涉及以下专利申请:内部案卷标号97P5540,97P5541,97-1-001,93-1-430。
本发明涉及一种带陶瓷放电室的金属卤化物灯。在此,尤其涉及到一种带放电室的灯,其工作温度相当高,数量级可达1000℃。
这种灯的决定性问题在于,用一种陶瓷填塞方法将引线持续密封于陶瓷放电室中。对此,已有许多建议的方法。通常,采用一种金属(钨或钼)管或针作为引线,我们焊接或烧结在陶瓷填塞中。
EP-A 587238中公布了一种带陶瓷放电室的金属卤化物灯,其中,引线由两部分构成,通过填塞的放电远端处的玻璃焊剂,该引线被密封于一个长形填塞细管中。引线外面部分由磁导材料制成(铌针),内部部分为抗卤化物材料(例如由钨或钼制成的针)。根据附图2,引线内部部分可以是一种其它类型的抗卤化物金属涂层。还有一种可能性,针上可以缠绕一种螺旋部件(附图8)。但是,该文件讲述的方案只适用于不大于150W的小功率。原因在于,由于高功率及其高温交流负荷的存在,发热膨胀系数匹配得不好就经常会使陶瓷细管的器壁开裂。当钼针的外径加大时,这种开裂情况更会增多。作为范例,附图1给出了一种功率为70W的灯,其引线为一根外径为0.7mm的钼针。
EP-A 639853中公布了一种带陶瓷放电室的金属卤化物灯,其中,电极内部本身就是一个长形填塞部件(附图4),它由一个铝的氧化物制成的套筒包着。因此灯的点燃特性得到改善。电极柱柄处的外径为1.2mm。
本发明的目的为,提供一种带陶瓷放电室的金属卤化物灯,其引线作如下设计,它不但适用于小功率级,而且特别适用于大功率级(典型地,150~400W)。
该目的通过如下的技术方案实现:
带陶瓷放电室的金属卤化物灯,陶瓷放电室由铝的氧化物制成,其中,放电室带有两个由陶瓷填塞进行密封的端子,每个端子都包含一种长形细管,而且,导电引线通过该细管而导入灯内,该导电引线在外部由玻璃焊剂密封,其中该导电引线由两个部分组成,即一个靠近放电室的针形内部部分以及一个远离放电室的外面部分,其中带有柱柄的电极固定在引线上,电极伸至放电室内部,其特征在于,内部部分为一种由抗卤化物金属制成的针,它的最大外径为0.4mm,并被一护筒包住,该护筒由含铝的金属或陶瓷材料制成,其中,该引线借助于玻璃焊剂密封,并且该引线的外面部分位于填塞中的部分借助于玻璃焊剂密封,该引线的内部部分中与外面部分连接的区域,在一定的长度上借助于玻璃焊剂进行密封,该长度包括护筒长度的一部分。
另外本发明还存在如下的改进:
内部部分由钨制成,也可以附加有铼,外面部分由铌制成。
护筒延伸至少超过内部部分长度的60%。
护筒由多个轴向部件组成。
在内部部分放电侧上装有一个为护筒而设的停止装置。
护筒距电极柱柄的最小间距为0.5mm。
引线外面部分为一种管,内部部分固定在其孔中。
引线外面部分为一种针,它带有一种为内部部分而设的放电侧的阻止装置,具体为一个阶梯结构、一个槽或一个盲孔。
内部部分由钨制成,其中,在卤化物填料中,溴的摩尔百分含量大于10%。
内部部分的外径小于外面部分外径的50%。
确定内部部分的外径时,使得通过内部部分的电流密度最大不超过80A/mm2。
护筒由一个或两个同心管部件构成。
正常情况下,功率级数愈高,填塞细管的外径与内径也便愈大。尽管如此,为避免密封区域开裂,因此另外发明了一种方法。
具体地,本发明涉及一种金属卤化物灯,其陶瓷放电室由铝的氧化物制成,放电室有两个由陶瓷填塞密封的端子,每个端子带有一个拉长的细管(下文称作填塞细管),而且,还有一根导电的引线真空穿过该填塞细管,导电引线跟其内部针状部分和其外面部分形成的放电有关。引线在填塞时由外边的玻璃焊剂进行密封。带柱柄的电极固定在引线上,且伸入放电室内部。
引线的内部部分为一种抗卤化物金属针,其最大外径为0.4mm,且它由一种陶瓷或金属材料制成的管状护筒包住(下文称为护筒)。这种陶瓷护筒的材料含有铝。优选采用铝的氧化物(Al2O3)。但也可采用氮化铝(AlN)或氮氧化铝(AlON),这是因为这些材料抗卤化物的性能比较好。作为金属材料,钨是非常适合的。具体地说,护筒也可由多个陶瓷和/或金属部分连接而成。
引线的外面部分在通过玻璃焊剂密封时,它要大于其位于填塞细管内的长度。此外,引线的内部部分有一段是通过玻璃焊剂同其外面部分连接起来的,这一段的长度至少要超过护筒一小段(约1~2mm)。结果表明,通过下述方法可以基本延长使用的寿命,即引线的内部部分采用上述细小的针,这样,不管该引线同含铝材料的发热特性匹配与否,它都能经受得住发热的交流负荷,而且陶瓷及玻璃焊剂不会发射开裂和裂缝。因此,外面部分中易腐蚀的铌可受到可靠保护。
灯的功率优选采用150~400W之间,但也可以使功率做得更小些。
在引线的内部部分上,其放电侧装设了一种停止装置,它是为护筒而设的,在进行熔接工艺时,该装置可阻止护筒向下移位。这可由内部部分形成一个弯曲来做成,或装设一个横向导电块,或采用一个焊瘤等等。在灯的功率较小且同时采用足够长电极针(大于3mm)的情况下,也可在电极柱柄的末端采用一个长形阶梯结构作为停止装置。要避免护筒由于灼热的电极而造成过热现象,这是很重要的。
在各种情况下,护筒距离外面部分(铌针)的轴向间距应该尽可能小(典型地为0.1~0.5mm)。另外,出于上述原因,护筒距离电极柱柄至少为0.5mm,优选地,采取大于1mm。
在一种具体实施方案中,护筒至少是由两个轴向串联排列的部件组成。在护筒的外面部件与内部部件之间,有一个小间隙阻止玻璃焊剂流动。由此,护筒外面部件的内端便确定了玻璃焊剂在护筒外的熔接长度。继而,护筒内强大的毛细力可以将玻璃焊剂向前吸至电极附近。护筒带有两个轴向部件有一个十分突出的优点,就是护筒其外面部件也可以作为位于端子内的玻璃焊剂的屏障。因此,护筒的内部部件在高温工作时一直与玻璃焊剂保护隔开。
引线的外面部分优选地在放电侧带有一个阻止装置,它是为内部部分而设的,具体可采用一个阶梯结构,或一个横向槽,或一个盲孔等。在另一种实施方案中,引线的整个外面部分形成为一种管(具体地讲,由铌制成)。
在所有实施方案中,内部部分的外径基本上都比外面部分的外径小(大于50%)。
若照如下方法确定内部部分的外径尺寸,便可较好地实现延长使用寿命的目的,即通过内部部分的电流密度最大值为80A/mm2。由此,可以避免内部部分、尤其是护筒发生过热现象。
当灯的功率较大时,通过细管内的电极也将增大,细管的内径也就有必要加大。倘若护筒由一段或两段同心管组成,那么此处对隔离体的填充常常是有利的。护筒长度的数量级优选采取至少为引线内部部分长度的60%,优选地,采取80%~90%,这样,它的两端就可以保持自由的电气接触。在引线内部部分的前端区域,其隔离体优选采用一种紧邻的螺纹来实现,它由钨或钼制成。
本发明采用一种由两段组成的引线,它由一个外面部分(具体为由铌制成的针或管,但也可采用钽制成)及一个内部部分组成,外面部分通过玻璃焊剂掩蔽和密封起来,而内部部分则为抗卤化物材料,在其外端,只有一部分由玻璃焊剂进行掩蔽和熔接。该内部部分为一种极薄的钼质导线,或由高熔点钨制成。在钨的表面上可以附加一种铼作为合金或电镀。铼可以提高钨的耐高温性能及抗腐蚀性能。
内部部分有一面同外面部分(铌针)连接,另一面则与电极相连。该导线的上方延伸有一个护筒,它由一个或多个薄铝细管组成,细管的外部直径尽可能与外面部分的外径相等。这样,在填塞细管中可凝结填料组分的环状间隙里,可减少大量的隔离体。此外,结果显示,若环状间隙尽可能做得小的话,便可改善玻璃焊剂的熔接作用。另外还有一个优点,即护筒的外部直径只与填塞细管保持一个很小的间隙。该间隙宽约30μm。这处决于内部部分的选择尺寸(≤0.45mm),还处决于护筒与填塞细管尤其要采用相同的材料(铝的氧化物)。因此,护筒的外部直径可作如下选择,它恰好同填塞细管的内部直径相匹配(小于μm级误差),通过这种方式来减少隔离体。
可以实施单段填塞,也可以实施多段填塞。譬如,通过一种熟悉的方法,填塞细管可由一种环状填塞部件进行包封。
就象外面部分装入填塞细管的深度一样,如果背离了技术水平,最终将起不到作用。为了可靠进行密封,上述深度有必要做到不小于2mm。考虑到发热条件,装入的最大深度不超过填塞细管长度的50%。
外面部分在其位于填塞细管内的长度上由玻璃焊剂进行完全熔接,钨导线(及护筒)在其外端约有1~2mm的长度被熔接。重要的是,由于填料对铌的腐蚀作用,铌针便完全由玻璃焊剂掩蔽了起来。
内部部分的优点为,在使用相对厚点的铌针时(可到2mm),只有一根较薄的钼导线或钨导线与之溶接。因此,由Mo和Al2O3发热膨胀系数不完全匹配所引起的电压大大减小,这是由于绝对膨胀微乎其微的缘故。同钨或钼相反,铌有一个显著的特点,就是与铝的氧化物发热膨胀匹配得很好。
作为导电材料,钨要优于钼,尤其在电极较短时更能体现出来(此内部部件短)。由于钼的熔点较低(相对于钨),所以危险就比较大,即在焊接过后,焊合处及钼针会由于距离灼热的电极接近而形成过热现象。这将产生下述后果,焊接松动,或钼针发软并由于电极的重量而导致弯曲,于是,电极便接触到放电室器壁而形成局部过热。此外,钨的抗腐蚀性能较钼好。在很大程度上,结果惊人地显示出,在采用含溴的填充物时(溴在卤化物(溴,碘)中的摩尔含量至少为10%),钨基本上比钼更为适合,原因是钼会同溴发生反应。可优选地采用一整块钨制的导电块,它不但承担引线内部部分的作用,而且还作电极柱柄使用。由此,可以去掉一种焊合连接。
结果表明,在铝的氧化物制成的陶瓷管中,钼或钨质导电线的外径达到约为0.4mm时容易被焊接。当外径较大时,膨胀的绝对值就比较大,会导致裂缝及不密封。
另外,厚度为0.4mm的导线其截面允许流经一个高约10A的起动电流。这与最大电流密度为80A/mm2是相符的。如果大于这些值,将产生严重的电阻过热。因此,本发明允许电灯功率不超过400W。
在一个具体优选实施方案中,内部部分的包皮由一个陶瓷的双重管组成。这在制造技术上比较有优点。此外,护筒的内部部件与外面部件也可很容易地采用其它不同材料(如带有不同掺杂的铝的氧化物等)。
下面,根据几个实施范例,本发明可得到较详尽的阐述。其中图解:
附图1为一种带陶瓷放电室的金属卤化物灯,
附图2为附图1所示灯的端子区域详图,
附图3为端子区域的另一种实施范例,
附图4为端子区域的又一种实施范例。
附图1采用图解的形式讲述了一种金属卤化物灯,其功率为150W。它由一个按灯轴定义的柱形石英玻璃外壳1组成,外壳1通过两面挤压(2)而插入管座(3)。轴向布置的放电室4呈柱形或凸起形,由Al2O3陶瓷制成,且带有两个端子6。它通过两个电流引线7固定在外壳1上,电流引线7经过薄膜8同插入部件3连接起来。电流引线7与引线9、10焊接在一起,在放电室的端子6上,引线9、10均被装配在末端填塞12之中。填塞部件实施为一个拉长的细管12(填塞细管)。放电室的端子6和填塞细管12直接烧结在一起。
引线9、10均由两部分组成。外面部分13在实施时为一种铌针,它在伸入细管12时,其伸入长度约占细管12长度四分之一以内。内部部分14位于细管12内且延伸至放电体。它将位于放电侧的电极16固定住,电极16由一个钨制电极柱柄15和一个推在放电端子上的螺纹17组成。引线的内部部分14与电极柱柄15焊接在一起,同时也与引线的外面部分13焊接起来。
放电室内的填充物由汞和金属卤化物辅助剂组成,附加有惰性可燃气体,如氩等。例如,也可以采用一种不带汞的金属卤化物作为填充,其中,可燃气体氙具有较高的气压。
附图2详细展示了放电室的端子区域。系统作为引线9使用,它由一个作为外面部分13的铌针和一个作为内部部分14的薄形钨针(外径0.25mm)组成,外面部分13的外径为1.1mm,在内部部分14的上方,推入两个配合好的Al2O3细管20、21为作为护筒。外部细管21的外部直径为1.1mm,内部直径为0.62mm,而内部细管20的外部直径为0.58mm,内部直径为0.3mm。细管12的总长约为17mm,钨针14长约15mm,电极长约5mm,其柱柄15外径为0.5mm。
在铌针的放电侧,阶梯结构22被抛光。钨针14通过电阻焊19固定在阶梯结构22上。阶梯结构有一定高度,使得它可以给钨针14提供足够的导板,这样,钨针便准确地位于中心位置。对此,整个系统可以同轴地排成一行,而且能很好地导入由两个部件构成的护筒(细管20、21)之中,这是很重要的。
在放电侧,钨针以相同的方法焊接在电极柱柄15上,其中,根据上述相同的原理,电极柱柄15也带有一个阶梯结构。
铌针13在填塞细管12内的安装深度约为3mm,且由玻璃焊剂18密封。护筒20、21在铌针附近结束(间距0.1~0.5mm),由此玻璃焊剂可很容易浸湿这种间隙,而且,铌被完全覆盖,而内部部分的始端(1~2mm)也由琉璃焊剂掩蔽住。
在垂直熔接时,为阻止细管由于重力而向下移位,细管必须通过在一个地方装设一停止装置来阻住。在此,由钨针形成一个曲线弯曲23来实现。但是,钨针14的末端也可以弯成一种螺纹。优选地,采用一至二个绕匝就够了。
在一种实施范例中,附图2的灯功率为250W,铌针13的外径为1.3mm。钨针14的外径为0.35mm。内部细管20的外部直径为0.8mm,外部细管21的外部直径为1.2mm。钨针总长度为14.5mm,电极总长度为3.5mm,且外径为0.7mm。细管20、21距铌针和电极的间距均为0.5mm。填塞细管12的长度约为18mm。铌针在它里面的浓度约为2.5mm。
附图3表示了另一种实施方案范例。在此,铌针13在放电侧带有一个盲孔24,钨针14装入其中并焊接上。这种排列确保了对中的准确性。这里的停止装置为一个导电块25,它位于钨针的放电端子附近,固定在钨针上,且与灯轴垂直。结果表明,由于热负荷经常可能导致铝的氧化物同填料组分发生反应,所以护筒没有与电极直接保持接触。由此,在一般情况下,建议细管至电极的最小间距至少要为0.5mm。此间距优选采取大于1mm。
该停止装置也可以是在钨制的针状引线上做一个平板或焊瘤,以及其它与之类似的东西。
在使用铌管作为外面部分时,又可产生一种使引线内部部分准确对中的可能性。铌管的内部直径作如下选择,即内部部分(钨针)在匹配时能够较好地装进铌管的内孔。
附图4展示了放电室端子区域的又一种实施方案范例,其功率为70W。在此,一个简单实施的护筒30(外部直径0.6mm)将外径为0.2mm的钨针31包住。护筒由三个部分组成,有两个是轴向串联排列的外面部件3a、30b,还有一个是内部螺纹部件34。最靠外的部件30b较短,作为玻璃焊剂18渗透的阻塞设备。
钨针31固定在电极柱33的阶梯结构32上。在此,阶梯结构32至少高为0.5mm,同时还作为护筒30其中间部件34a的停止装置。在护筒30其长形中间部件30a前的放电区域附近,隔离体由一个钼制的螺纹部件34来实现。
但是,这种技术只能用于小功率(100W以下),原因是通至护筒的热流常常会变得过高。除此之外,采取长形的电极针是比较适合的(典型地,长为5mm)。
此外的外面部分为一个带孔29的铌管13’,内部部分钨针31伸进其前端并在此焊接。
在另一种与附图4相似的实施方案范例中,钨针延伸过铌管的整个长度,且在铌管的一个端子处焊接。该护筒为一种铝的氧化物套管,或者为一种掺杂有铼的钨质螺纹。
Claims (12)
1.带陶瓷放电室(4)的金属卤化物灯,陶瓷放电室(4)由铝的氧化物制成,其中,放电室带有两个由陶瓷填塞进行密封的端子(6),每个端子都包含一种长形细管(12),而且,导电引线(9、10)通过该细管(12)而导入灯内,该导电引线(9、10)在外部由玻璃焊剂密封,其中该导电引线(9、10)由两个部分组成,即一个靠近放电室的针形内部部分(14)以及一个远离放电室的外面部分(13),其中带有柱柄(15)的电极(16)固定在引线上,电极(16)伸至放电室内部,其特征在于,内部部分(14)为一种由抗卤化物金属制成的针,它的最大外径为0.4mm,并被一护筒(20、21)包住,该护筒由含铝的金属或陶瓷材料制成,其中,该引线借助于玻璃焊剂(18)密封,并且该引线的外面部分(13)位于填塞中的部分借助于玻璃焊剂(18)密封,该引线的内部部分(14)中与外面部分连接的区域,在一定的长度上借助于玻璃焊剂(18)进行密封,该长度包括护筒(20、21)长度的一部分。
2.根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯,其特征在于,内部部分(14)由钨制成,也可以附加有铼,外面部分(13)由铌制成。
3.根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯,其特征在于,护筒(20,21;30)延伸至少超过内部部分(14)长度的60%。
4.根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯,其特征在于,护筒由多个轴向部件组成。
5.根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯,其特征在于,在内部部分放电侧上装有一个为护筒(20,21;30)而设的停止装置(23,25)。
6.根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯,其特征在于,护筒(20,21;30)距电极柱柄的最小间距为0.5mm。
7.根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯,其特征在于,引线外面部分(13)为一种管(13’),内部部分(14)固定在其孔(29)中。
8.根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯,其特征在于,引线外面部分(13)为一种针,它带有一种为内部部分(14)而设的放电侧的阻止装置,具体为一个阶梯结构(22)、一个槽或一个盲孔(24)。
9.根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯,其特征在于,内部部分(14)由钨制成,其中,在卤化物填料中,溴的摩尔百分含量大于10%。
10.根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯,其特征在于,内部部分(14)的外径小于外面部分(13)外径的50%。
11.根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯,其特征在于,确定内部部分(14)的外径时,使得通过内部部分的电流密度最大不超过80A/mm2。
12.根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯,其特征在于,护筒(20,21;30)由一个或两个同心管部件构成。
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