CN1169207A - 荧光灯内汞释放、活性气体吸附和电极屏蔽用的器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种装在荧光灯内用来进行汞释放、活性气体吸附和电极屏蔽的器件(常被称为屏蔽)的生产方法。屏蔽是由在同一表面上沉积着一条或多条粉末的汞释放材料和吸气剂材料的轨迹的金属带弯曲成环状而成。在将这些材料沉积到金属带上时不使金属带发生变形。
Description
本发明涉及荧光灯内汞释放、活性气体吸附和电极屏蔽用的器件的一种制造方法及这样制造出来的器件。
众所周知，荧光灯是由玻璃管(直线的或环状的视灯的型式而定)构成的，其内表面敷有被称为磷的荧光材料粉，它是发出可见光的活性元素。管内充有稀有气体，一般为氩或氖，包括数量为数毫克的汞蒸汽。最后有两电极，也被称为阴极，由金属丝制成，设在直线灯管的两端或环状灯管的给定区内。有一电位差施加在这两电极之间，这样便产生电子发射，结果形成自由电子和稀有气体离子的等离子体，该等离子体激励汞原子使它发出UV(紫外)辐射。一般电极在侧边用金属带制成的零件放置在灯管的同一轴线上以资屏蔽，为的是避免在电极区内由于电子或离子的直接撞击而产生磷发黑现象。汞原子发出的UV辐射被磷吸收，通过荧光现象，磷发出可见光。因此汞是灯管工作必需的组成部分。这个元素在灯内的用量必须以最精确和可重复的方式确定。事实上汞必须以最小量存在，小于此量灯就不能工作，而在配料中该元素的含量过分超过必需的最小值也是不希望有的，因为由于汞的毒性，当灯管破裂时即使灯管使用寿命已经到头，也会给环境带来问题。近年来汞的用量问题变得复杂起来，因为在市场上出现了品种增多的灯，它们在形状尺寸和组成材料上各不相同，这就需要确定一种方法以便能精确地和可重复地制定汞的用量，它们对各个灯可能极不相同。
传统的在液态下确定汞元素用量的方法是不可靠的，因为很难在几个微升的液汞体积的范围内精确地和可重复地确定用量，而且还涉及汞蒸汽在工作区域内扩散的问题。作为替代方案曾提出过各种方法：已知有与其他元素加锌制成汞齐而后使用的，但这方法在装配灯的工步中显示有缺点，因为这些汞齐在温度低到约100℃时仍会释放汞，而在制造灯的各个工步中常可迂到该灯在较高温度下还保持开放(没有被封闭)。
美国专利US-4,823,047和US-4,754,193建议采用含有液汞的胶囊，但在这种情况下确定汞元素的用量也是困难，而且制造小尺寸的胶囊也不好办。美国专利US-4,808,136和欧洲专利申请EP-A-568317曾公开过采用多孔材料制成片或丸然后用液汞浸透的方法；但在这种情况下，如何将这些丸、片定位在灯管中将是一个麻烦的问题。
以本申请人名义持有的美国专利US-3,657,589曾公开过一种方法是将汞和钛及/或锆制成金属互化物以便用来引入并精确地确定汞在灯内的用量：这是因为这些材料在最高到约500℃的温度下都是稳定的，可被制造灯时所有的常用工步接受。在这些材料中，较好的化合物要算本申请人以st 505的商品名制造并销售的Ti3Hg。按照所说专利，st 505化合物可用各种方式引入灯内，可以是自由形式如压缩的粉末，也可以是被支承的形式如压紧在开口容器内的粉末或沉积在支承金属带上的粉末。最后一种方式特别受到灯的制造商的重视，因为载有汞释放材料的带能被封闭成为一环，这样便可形成电极屏蔽件。在灯管封闭(密封)后，可通过一个所谓活化处理使汞释出，该处理是用在灯外的线圈所产生的RF(射频)波在约900℃的温度下将化合物加热，持续约30秒。在活化时这些化合物产出的汞虽然小于50％，但其余的汞可在灯的使用寿命中缓慢地释出。以本申请人名义申请的欧洲专利申请95830046.9(EP-A-0669639)和95830284.6(EP-A-0691670)曾建议用所谓促进合金如铜锡和铜硅合金与上述汞金属互化物混合，这些促进合金具有在活化工步促进汞从金属互化物中释出的功能，这样便可用较短的加热时间或在较低的温度下加热。由于在本发明的屏蔽元素中，铜基促进合金总是与汞金属互化物掺和在一起而存在，因此在说明书的其余部分和在权利要求书中，名称“汞释放材料”将被用来指材料的这种混合物。
生产荧光灯时另一个要面对的问题是要提供吸附活性气体的装置。实际上大家都知道灯在操作时通过各种机制会受到某些气体的损害：氢(H2)和稀有气体放电时发出的电子中的一部分相互作用，会使灯管起辉时所需的最低电压增加；氧(O2)和水(H2O)产生氧化汞，这样就带走汞元素；最后碳的氧化物CO和CO2在与电极接触时分解而产生O2，成为与上述相反的效应，而碳沉积在磷上会在灯管上造成暗区。
这个问题也是EP-A-0669639和EP-A-0691670曾经面对过的，这两文件建议在汞释放材料的粉末内增添吸气剂材料的粉末以资吸附上述气体。最常用的吸气剂材料为本申请人以商品名st 101制造并销售的、其成分以重量百分比计为Zr 84％-Al 16％的合金。其他可用在灯管内的吸气剂例如其成分以重量百分比计为Zr 70％-V 24.6％-Fe 5.4％的合金和Zr 76.6％-Fe 23.4％的合金，这两者都是本申请人制造并销售的，商品名分别为st 707和st 198。
从现有技术中已知吸气剂材料和汞释出材料都可直接提供到环绕电极的屏蔽件上，这样在同一件内便可包括所有的三种功能，即汞释放、活性气体吸附和电极屏蔽。该件在本行业中可简称为“屏蔽”，这个术语将在下面的说明中使用。
而在美国专利US 3,657,589中说，虽然可能使吸气剂材料与汞释放材料混合，但当采用铜基促进合金时，这就不再可能了：因为实际上，在使汞释出的活化期间，铜基合金会熔化，这样至少会部分覆盖在吸气剂的表面上，从而减少其吸附气体的功能。为此理由当采用促进合金时最好使吸气剂材料与汞释放材料分开。这可用最方便的方式做到，只要将粉末的汞释放材料和粉末的吸气剂用分开的轨迹沉积在带状支承上就可以了。上述欧洲专利申请早就建议过符合这种条件的方法，但它们要求通过冷轧将两种粉末沉积在带的两个反对面上，这样一种技术须使冷支承带和具有适当形状的粉末在两个压力辊之间通过以便得出粉末的轨迹，而将粉末沉积在带的两个反对面上在实际上是很难做到的。事实上要在一个工步内滚轧两个面需要使该带垂直通过两个对置辊之间，同时还要从该带的两个反对侧注入不同的粉末，这种操作是相当复杂的。在另一方面，当用两个不同的工步将粉末沉积在带的两个反对面上时会有这样的危险，即在第二次轧制工步内第一次沉积的轨迹会移走或随便改变。轧制带的两面另一个可能发生的危险是当该带被弯曲以便制出屏蔽时，其上的粉末会跑掉，特别是在弯曲的向内凹的部分上。最后还有一个缺点是在用不同粉末轧制时会遇到的。实际上，具有不同硬度的粉末会在支承金属带上诱导出具有不同强度的机械应变，这些应变如果不予平衡会引起变形，特别是该带将沿两边中的一边伸长，造成侧向弯曲(犹如军刀的弯曲形状)。
本发明的目的是要提供一种荧光灯用的改进的屏蔽的生产方法，该屏蔽将汞释放和气体吸附的功能结合在一起而没有上面提到的这些缺点。本发明另一个目的是提供这样生产出来的屏蔽。
按照本发明，上述这些目的是这样达到的，即在其第一方案中涉及荧光灯内汞释放、活性气体吸附和电极屏蔽用的器件的生产方法，该方法包括下列工步：
将粉末的汞释放材料和一种或多种粉末的吸气剂材料构成的数目可变的轨迹用冷轧操作沉积在金属带的一个单一表面上使施加在与带轴对称的两个点上的机械应变之差不高于15％；
将该带切割成块，其节距就要生产的屏蔽言，或是略大于其周边长，或是等于其高度；
将切块弯曲成环状，使其两个短边连结在一起。
下面本发明将结合附图用非限定性的范例来说明，其中：
图1为按照本发明可能用来生产屏蔽的带；
图2为按照本发明另一个实施例可能用来生产屏蔽的带；
图3为用来生产创造性屏蔽的较优形状而可能采用的金属支承带的横断面(未按比例示出)；
图4为从图1的带制出的本发明的屏蔽；
图5a和5b为从图2的带制出的按照本发明的屏蔽的两个较优实施例；
图6为一灯管的切开视图，可以看到有一个按照本发明的屏蔽装在其环绕一个电极的工作位置上。
如前所述，各种材料的轨迹是用冷轧沉积在支承金属带的一个单一表面上的。这是一种人们熟知的技术，包括首先将松散的粉末投放在连续输送到轧辊间的支承带上形成轨迹，然后用冷压使粉末粘结在支承带上。
支承带可用各种金属制成，但以镀镍钢为较优，因为它能将良好的机械性能和良好的抗氧化能力结合起来，而氧化是在制灯的高温工步常会发生的。带厚最好在0.1和0.3mm之间，带宽可与最终制成屏蔽的高度相当，一般在4和6.5mm之间，或略大于所设计的屏蔽的周边长；这两种方案分别在图1和2中示出，并将在下面详细论述。
为了防止发生所谓带子成军刀形的问题，在轧制材料时，必须小心使作用在带上的机械应变对称于同一带的中心轴线。今后在涉及机械应变时，对称这个概念将被赋予较松的含义，即它并不意味着机械载荷数值的严格相等；而是意味着作用在对带的中心轴线几何上为对称的点上的机械载荷为相似的，相互间在数值上的差别不大于15％。
对称应变的条件可用各种不同的方法来得到：当支承带中心轴线两旁的粉末轨迹分布得不均匀时，可用窄辊组成阵列，使每一辊对其下的带有粉末轨迹的或未带的带区域施加不同的载荷。达到上述对称应变条件的较容易的方法是将各种不同材料这样沉积在支承带上，使两种相互间在硬度值上的差别不超过15％的材料的轨迹对称地分布在支承带中心轴线的两侧。就几何方面看，这种条件要求有成对数目的轨迹，而支承带的轴线上没有被辗压的材料，当轨迹数为奇数时支承带的轴线须与其中一条材料轨迹的轴线重合。为了满足上述对称条件；必须知道所用各种材料的硬度。作为一般规律，可以说吸气剂合金比汞释放金属互化物硬。但在一个较优的实施例中，所需的硬度对称条件也可用简单的方法来做到，即用成对相同材料的轨迹(除了可能有的中心轨迹之外)使它们对称地分布在支承带轴线的两侧。
图1和图2示出具有对称材料轨迹的可用支承带的区段。在图1中所示出的带的宽度等于最终制成屏蔽的高度，其中在金属支承带11的表面12上沉积着数条汞释放材料的轨迹13、13′(在图中只画出两条)和一条吸气剂材料的轨迹15，当然这些轨迹的数目、位置和距离都可根据需要而变。在图2中所示出的金属带20的宽度大于图1中的带宽并略大于要制成的屏蔽的圆周长度。在支承带20表面21的中央区域内滚压有数条(在本例为三条)汞释放材料的轨迹23、23′、23″和数条(在本例为二条)吸气剂材料的轨迹24、24′；当然如同已经在图1的带中说过的那样，这些数目即都是可以变化的。在支承带的两边，表面21上留有两个没有材料轨迹的区域。不同材料的轨迹在滚压后的厚度一般在20到120μm之间。
为了协助将粉末轨迹粘结在带上可使用本领域内已知的技术；例如可用机械处理的方法使带表面变粗糙；或者可在支承带的整个长度上制出若干凹部以便接纳粉末轨迹。这种方案如图3所示，图中画出本发明的支承带可用的横断面(未按比例画出而是扩大了厚度/宽度比以便更好地示出所关心的细节)：带30在其上表面31上设有凹座32、32′……以便用来滚压活性材料，而在下表面33上设有纵长的缺口34、34′……(供弯折时定位用)，这样可有助于制出屏蔽的较优型式，在下面还要细述。这种或其他种带的合适的横断面很易制出，只要在粉末滚压之前使扁平金属带预先通过适当成型的轧辊就可以了。
带有材料轨迹的带然后被切割成块。具有宽度等于所需屏蔽高度的，如图1所示的那种带沿着图中的虚线，按照一个略大于屏蔽周边长的节距被切割；而在图2所示出的另一种实施例中，带宽可略大于所设计的屏蔽的周边长，这时可按相当于所需屏蔽高度的节距沿着图中的虚线将带切割成块。在这两种情况下，切成的块都是长方形，长宽边之比一般在约5∶1到15∶1之间。
在生产本发明的屏蔽的最后一个工步内，从带上切下的块被弯曲并被围成环状，然后将两个短边连结在一起。连结可用机械方法实现，例如用折曲或用焊接。虽然屏蔽的横断面可制成各种形状如椭圆形或正方形，但较优的实施例为那些在图5a和5b中所分别示出的圆形横断面的屏蔽51和基本上为长方形横断面的屏蔽52。
在第二方案中，本发明涉及用上述方法制出的荧光灯管用的屏蔽。
要制出的实际屏蔽取决于装设它的灯管；特别是因为材料数量，也就是要沉积的轨迹的数量和宽度取决于在不同的灯管内所需的汞释放材料和吸气剂材料的数量。
按照上面提到的美国专利US-3,657,589，汞释放材料为汞和钛及/和锆的金属互化物，掺和着促进汞释放的铜合金，如同以本申请人的名义申请的欧洲专利申请EP-A-0669639和EP-A-0691670中所说明的。对这些材料中汞释放的准备和条件可参阅上述这些文件。这些材料最好以粉末形式采用，微粒大小从100至250μm。
所用的吸气剂材料最好为上面所提到的st 101合金，也就是美国专利US-3,203,901所公开的，关于该合金的制备和使用条件可参阅该专利。也可能使用上面提到的st 707和st 198合金，这两种合金的制备和使用条件分别在美国专利US-4,312,669和US-4,306,887中有说明。吸气剂材料的微粒尺寸最好在100和225μm之间。
图4示出用图1中的带制出的屏蔽40，从其中可看到轨迹被沉积在圆周方向上。图1中的带沿着虚线按略大于屏蔽周边长的节距被切割；这样得到的块被弯曲成为环并在点41被点焊，这样就形成一个完整的屏蔽40，在其外表面42上承载着轨迹13、13′和15。
按照本发明的屏蔽的较优实施例是从图2中的带制出的并在图5a和5b中示出。在带的两边保留着两个没有被材料沉积的区域，可供生产屏蔽的最后焊接工步使用。在这种情况下，沿着图2中的虚线按照与屏蔽所需高度相当的节距将带切断。切成的块被弯曲然后在区域25、25′内被焊接，这样得到的屏蔽，其中各种材料的轨迹是以平行于轴线的方向出现在屏蔽的外表面54上的。屏蔽可能有各种形状的横断面，但最好是图5a所示的圆形屏蔽51和图5b所示的基本为长方形的屏蔽52。采用图2中的宽带是较好的，因为在这种情况下有一较宽的自由区可供进行焊接53之用，还有自由区可用来将屏蔽焊接到支承上从而将屏蔽保持在灯管内应占的位置上。
采用具有图3所示横断面的带制出的屏蔽52的形状将特别合适。由于屏蔽52具有基本上为长方形的横断面，因此有可能将切块要弯曲的部分设在没有材料轨迹的区域内，这样就可从根本上防止在弯曲时容易出现的微粒散失的风险。当然，即使从具有图3所示横断面的带制出的长方形屏蔽被认为是较好的，按照本发明，能够对屏蔽的形状和带的横断面进行各种可能的接合；例如可以从具有缺口34、34′……而没有凹座32、32′……的带生产出长方形的屏蔽，或从屏蔽的外表面上设有缺口34、34′……及设有或没有凹座32、32′……的带生产出具有圆形横断面的屏蔽。图6为一个直线灯管端部切开的视图，图中示出本发明的屏蔽在其工作位置上的情况。图中还示出灯管60、将电力输送给电极62的电触头61，以及一个固定在支座64上的屏蔽63。
与现有技术相比，本发明的屏蔽具有许多优点。主要优点为采用本发明的屏蔽时，汞释放材料能保持与吸气剂材料分离，这样就能防止各种材料在功能上可能发生的干扰；另外，采用本发明的屏蔽时，各种材料都被滚压在支承的单一表面上，这样可避免现有技术中某些屏蔽需要在两个反对面上进行滚压，这在实际制造时是有困难的。
Claims (14)
1.一种荧光灯内汞释放、活性气体吸附和电极屏蔽用的器件的生产方法，该方法包括下列工步：
将粉末的汞释放材料和一种或多种粉末的吸气剂材料构成的数目可变的轨迹(tracks)用冷轧操作沉积在金属带的单一面上使施加在与带中心轴对称的两个点上的机械应变之差不高于15％；
将该带切割成块，其节距就要生产的屏蔽言，或是略大于其周边长，或是等于其高度；
将切块弯曲成环状，使其两个短边连结在一起。
2.按照权利要求1的方法，其特征为，当支承带中心轴线两旁的粉末轨迹分布得不均匀时，可用窄辊组成阵列，使每一辊对带的基层区域施加不同的载荷。
3.按照权利要求1的方法，其特征为，各种不同材料的粉末这样沉积在支承带上，使两种相互间在硬度值上的差别不超过15％的材料的轨迹对称于支承带中心轴线分布。
4.按照权利要求1的方法，其特征为，支承带(10)的宽度等于所要生产的屏蔽的高度，并且该带被切割成块，每一块的长度略大于所要生产的屏蔽的周边长度。
5.按照权利要求1的方法，其特征为，支承带(20)的宽度略大于所要生产的屏蔽的周边长度，并且该带被切割成块，每一块的长度等于所要生产的屏蔽的高度。
6.按照权利要求1的方法，其特征为，支承带的一个表面(31)上设有适宜接纳粉末轨迹的纵长凹座(32、32′……)。
7.按照权利要求1的方法，其特征为，支承带的一个表面(33)设有适宜使弯曲定位的纵长变形(34、34′……)。
8.一种装在荧光灯内用来进行汞发放、活性气体吸附和电极屏蔽的器件，该器件具有一个由金属带(10；20；30；)构成的环状件，在其一个单一的表面上沉积着汞释放材料和铜基促进合金的混合物的粉末轨迹(13、13＇；23、23＇、23″)及由一种或多种吸气剂材料构成的轨迹(15；24、24′)。
9.按照权利要求8的器件，其特征为，在支承带轴线两侧对称设置的材料，它们之间的硬度值相差不超过15％。
10.按照权利要求8的器件，其特征为，轨迹(13、13′；15)沿圆周方向沉积在环状件的外表面(54)上。
11.按照权利要求8的器件，其特征为，轨迹(23、23′、23″；24、24′)以平行于轴线的方向沉积在环状件的外表面(54)上。
12.按照权利要求8的器件，其特征为，所说混合物包括金属互化物Ti3Hg和一种在铜锡合金和铜硅合金中选用的汞释放促进合金。
13.按照权利要求8的器件，其特征为，吸气剂材料为一种重量组成百分比为Zr 84％-Al 16％的合金。
14.按照权利要求11的器件有一基本上为长方形的横断面，其沉积汞释放材料混合物和吸气剂材料的区域基本上为平面并且弯曲部被定位在没有所说材料的区域内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20030521 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |