CN1214797A - 低压放电灯 - Google Patents

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Abstract

本发明的低压放电灯包括以真空密封的方式封闭的管状玻璃灯管(60)。灯管装有包括惰性气体在内的可电离填充物。灯管内设置备有电子发射体(50)的电极(20)。电流导体(30)连接到电极(20)并在灯管之外有表面(31)。起码一个电极(20)是网状体,并且电子发射体(50)包括元素Ba和Sr中的起码一种元素以及从包括Ta,Ti,Zr,Sc,Y,La和镧系元素的一组元素中选择的起码一种金属的起码一种混合的氧化物,其中不包括成分为BaxSr1-xY2O4的电子发射体,其中x在0到1的范围内。这种网状体为比实心电极体更快地到达工作温度准备了条件。这减少了溅散。

Description

低压放电灯
本发明涉及低压放电灯,它包括:以真空密封的方式封闭的管状玻璃灯管;在灯管内的包括惰性气体在内的可电离填充物;在灯管内的备有电子发射体的电极;连接到电极并在灯管之外有表面的电流导体。
可以从欧洲专利EP-A0562679(PHN14.189)得知这种低压放电灯。
已知的灯具有容易实现的简单结构。灯管有管状的主要部分和在两端的球形的辅助部分,后者通过金属管连接到主要部分。这些金属管起着电流导体的作用。其伸进放电管的主要部分内的端部形成电极。当制造灯时,可以通过金属管清洗灯管并充以填充物。可以通过把玻璃管熔合到每个金属管的办法来获得辅助部分,并在随后用例如熔合的办法来封闭玻璃管的自由端。
已知灯的结构表现出它易于制成相当小内径,例如1.5到7毫米,和相当长,例如1米或更长的灯。
可电离填充物包括一种惰性气体或惰性气体的混合物,或此外还有能蒸发的成分,例如汞。灯管壁可以涂有荧光材料。所述灯可用于照明目的,或用作信号灯,例如充氖的灯作为车辆的尾灯或停车信号灯。在后一种应用中,这种灯比起白炽灯有一种好处是,它在供电10毫秒后已发出全额的光,而白炽灯要在300毫秒后才能发出全额的光。
通常用于已知的灯的轴向配置的、无发射体和空心电极的结构的高阴极电压降(≌180伏)和高的逸出功把它的应用限制在相对小的灯电流的应用领域。低电流造成了低的光输出(<900流明/米),而高的阴极电压降降低了灯的功效。非常希望有高电流小直径(ND)的荧光氖灯,不过还不存在这样的灯。在其它方面,对这种灯的要求是低阴极电压降例如小于80伏。因此,技术上有必要开发高电流和高效能的ND灯。这种高电流荧光ND灯可以用在汽车内部照明或用作膝上计算机的背光。
可以通过增加电子发射来降低灯中电极的阴极电压降。在传统的大直径和高电流(>200mA)的荧光灯中,涂以三元碳酸盐(例如钡、锶和钙的碳酸盐的混合物)的钨线圈用作电极。结果这些灯有四个端子,在两端每个电极有两个端子。在制造灯期间,在额外的处理步骤中,在灯内用使电流通过钨线圈的办法来使碳酸盐受热转变成氧化物。在这灯中,当电极被加热到1000-1300℃时,这些氧化物[(Ba,Sr,Ca)O]通过热电子发射促进电子发射,电极的加热办法或是以加热电流流过钨线圈或是以离子轰击。希望有新的电极,它在制造期间不需要灯内的额外的热处理步骤,特别是因为这步骤需要宝贵的处理时间。
一种ND灯因为几何因素的限制要求单引线电极,因此,离子轰击是唯一的阴极加热源。由于没有线圈,所以,在单引线ND灯中使用碳酸盐,就会要求在制造期间用外部射频(RF)加热来把它们转变成氧化物。这给制造过程加进附加的甚至更费钱的步骤。
本发明的一个目的是提供本文开头所描述的那一类低压放电灯,它能提供更大的光通量。
根据本发明,这样来实现这目的,即,所述电极中起码一个是网状体,并且电子发射体包括元素Ba,Sr中起码一种元素以及从包括Ta,Ti,Zr,Sc,Y,La和镧系元素的一组元素中选择的起码一种金属的起码一种混合的氧化物,其中不包括成分为BaxSr1-xY2O4的电子发射体,其中x在0到1的范围内。
非在先公开的申请IB95/00951(PHN15023)描述了一种上述类型的电极为网状体的小直径灯。网状体可以复盖以BaxSr1-xY2O4作为发射体,其中x为例如0.75。
在根据本发明的灯中,电极由携带电子发射材料的网状体构成。与有连续的壁的电极相比,相同材料和几何形状的网状体有显著地减小的质量,因而有显著地减小的热容量。与对应的连续壁电极相比,这种网状体在给定的温度下,对其环境将有较少的热损耗。另一种说法是,对于给定的热损耗,网状体能够工作在比有连续壁的电极高得多的温度下。较高的温度促使来自电子发射材料的更大的发射,从而导致更低的阴极电压降。由于更低的阴极电压降,灯能有更高的灯电流和更大的光输出,而不会提高灯密封区域的温度。网状体一个附带的好处是,它有减少金属从电极到灯管的壁的溅射,从而减少接着发生的灯管内壁的变黑。这是因为,由于较小的质量,在点火阶段期间离子轰击使网状体的末端被更快地加热到它的工作温度,造成较快的辉光-弧过渡。溅射减少还可以归因于发射材料对网状体的更好的附着能力。
在一个好的实施例中,网状体是空心和圆柱形的,它起码基本上平行于灯轴延伸。这种形状对于小直径灯是有好处的,因为在小直径内可选择长度来携带足够数量的发射材料。这种形状易于通过以下方法来形成:绕着圆柱形模具滚压一段网状材料,焊接,然后切到应有的长度。
较好的是:电子发射体包括从由Ba4Ta2O9,Ba5Ta4O15,BaY2O4,BaCeO3,Ba2TiO4,BaZrO3,BaxSr1-xTiO3和BaxSr1-xZrO3的构成一组氧化物中所选出的一种或多种混合的氧化物,其中x为0到1的值。
最好的是:电子发射体包括从由Ba4Ta2O9,BaCeO3,Ba2TiO4,BaZrO3,Ba5Sr5TiO3和Ba5Sr5ZrO3构成的一组氧化物中所选出的一种或多种混合的氧化物。
只有一个备有网状体的电极的灯非常适合于直流工作。这时,带网状体的电极是阴极。可是,例如对于交流工作,两个电极都装配上这样的网状体是有利的。
网状体可以直接固定在起着电极的电流导体作用的空心圆柱形金属套筒或其它导电元件上。可是,为了进一步减少通过电流导体的热传导,最好在电流导体与网状体之间插入导电的隔热体。所述隔热体可以是一段金属丝,如上述实施例那样。可以用焊接方法例如电阻焊或激光焊把所述金属丝固定到电流导体和网状体上。另一种方法是,所述导电的隔热体可以包括两段或者更多的金属丝。这种实施例在工作时例如由于冲击或振动而经历加速度的灯中可能更可取。另一种办法是,在使用金属套筒作为电流导体的情况下,隔热体可以是这金属套筒的这样形成的整体伸长部分,例如用切割、磨、锯等方法从金属套筒向内伸出的端部上去掉一部分材料而形成隔热体。
电流导体可以用其膨胀系数与灯管玻璃的膨胀系数相当的金属材料制成,例如在石灰玻璃的情况下的CrNiFe合金,例如6%(重量)Cr,42%(重量)Ni,其余为Fe。对于硬玻璃灯管的情况,例如硼硅酸盐玻璃的情况,电流导体可以用例如Ni/Fe或NiCoFe制成,后者的成分例如为29%(重量)Ni,17%(重量)Co,其余为Fe,它可以制成例如1.5mm直径和0.12mm壁厚。
另一种办法是,电流导体可以由例如18%(重量)Cr,10%(重量)Ni,其余为Fe的CrNiFe或Ni构成。那么导电隔热体可以是例如NiCr,例如Ni80Cr20(重量/重量),它的形状例如可以是直径0.125或0.250mm的金属丝。
在一个实施例中,电流导体是实心的。灯管可以用铅室法制造。较好的实施例的特点是:连接到网状体的电流导体是一根管子,以及灯管有主要部分和辅助部分,这些部分通过所述管子彼此连接。在这实施例中,所述管子可以用来对灯抽真空、并用来向灯注入其填充物,这使得制造过程更容易。
一个吸引人的实施例的特点是:网状体设置在灯管的辅助部分。这有一个好处,就是,工作期间从网状体脱落的材料将基本上停留在灯管的主要部分之外,使得这部分本身仍然保持清洁。因此,流明输出在灯的寿命期间保持高水平。这实施例对包括能够蒸发的成分的填充物的灯来说特别重要。因为在正常工作期间,放电弧本身主要加到网状体上,在灯管之外的容纳网状体的空间呈现较高的温度。这样,蒸发成分能有相当高的蒸汽压。
下面就附图而论更详细地讨论本发明的这些和别的方面。附图中:
图1示意地示出根据本发明的低压放电灯的实施例;
图2更详细地示出图1的灯的一部分;
图3表示第二实施例的对应部分;和
图4表示第三实施例的对应部分。
参考图1,低压放电灯有管状玻璃灯管60。灯管有主要部分61和辅助部分62。它有包括惰性气体的可电离填充物,例如氩或氖,或者根据灯的类型,它可以含有汞蒸汽。发光层2可复盖在内表面,或起码是内表面的主要部分。灯管由可透过发光层2内产生的可见光的玻璃制成。管状的电流导体30以各自的端部B伸入灯管的主要部分,并把主要部分与相应的辅助部分连接起来。电流导体30在灯管外有表面31。
图2中详细地示出的网状体已经用激光或电阻焊借助于例如Ni或Ni-Cr丝40的隔热体焊接到电流导体30上。在网状体20的起码一个表面、最好是在内表面上涂敷电子发射材料50。
圆柱形网状体20很容易通过把一小块网状材料卷绕在一根杆上并把重叠的或不重叠的相对的边缘焊起来的方法制成。很容易形成长的网状圆柱体,然后把它切成所希望的长度的突出物或电极末端20。然后,用焊接的方法把网状突出物连接到金属丝40上。用把网状体浸入发射材料的悬浮液的方法来把发射材料涂敷在网状体20上。这在把网状体与金属丝40焊在一起后是很容易做到的。在发射体干燥后,把金属丝40的另一端固定在金属套筒30上。也可以用其它的方法,例如喷涂的方法把发射材料涂敷在网上。
在一个实施例中,把开孔尺寸为0.14mm和开孔面积大约30%的100×100网状材料卷成空心管,并焊接、切割成3mm长。把NiCr丝焊接到网状体上,并且用与粘结剂(硝化纤维)和一种适当的溶剂(乙酸丁酯)混合的发射材料(例如Ba4Ta2O9)浸涂所述网状体。把涂敷后的网加热到1000℃以便烧掉粘结剂。对于Ni或Mo网,在He-H2中烧掉粘结剂。而对Ta网,在Ar中烧掉粘结剂。
图3表示另一个实施例,在这实施例中,隔热体40是金属套筒30的整体伸长部分,后者有长度“l”和宽度“w”,这是通过用例如锯、磨等方法从金属套筒30去掉一部分材料来形成的。
在上图中,空心金属套筒30既起着把电极连接到灯壳外的电压源的电流导体的作用,又起着对灯管抽真空和送入填充物的导管的作用。这种密封结构对于有小直径例如小于5mm的灯来说是有用的。在有较大直径的灯中,使用其它的密封结构,例如灯心柱。在灯心柱的情况下,使用玻璃管对灯管抽真空和送入填充物。并且在这情况下,电流导体是金属丝。图4说明有灯心柱的灯的电极的实施例,在这情况下,网状圆柱体直接连接到由金属丝引线形成的电流导体上。所述金属丝有一偏移,以保持网状体相对于灯轴对中。
下表表示一组有图4所描述的几何结构的并且有Ni,Mo或Ta网状材料的试验灯的阴极电压降。这些灯是有汞、40毫巴氩和40mA电流的荧光灯。发射材料是Ba4Ta2O9。结果包括连续工作的灯和开/关循环工作的灯。
                                  表
网状材料的类型     试验灯的数目     阴极电压降,伏(平均)1小时    100小时      820小时    1500小时
    Ni     4     28.9     31.3     38.4     41.0
    Mo     4     30.0     33.0     41.1     46.3
    Ta     3     30.0     31.1     38.4     39.9
工作期间,有某些灯变黑,但这是稳定的和不严重的。这试验由于汞耗尽而在1500小时后中断,而不是由于使用网状材料的必然结果。网状结构提供了比以前以实心杯状物和电极结构所做的试验的更好的结果。这样,使用网状体作为携带发射材料的电极末端,对灯设计者来说,起着在冷阴极灯,特别是小直径灯中改进灯特性的另一种工具的作用。

Claims (6)

1.一种低压放电灯,它包括
以真空密封的方式封闭的管状玻璃灯管(60);
在灯管内的包括惰性气体在内的可电离填充物;
在灯管内的备有电子发射体(50)的电极(20);
连接到电极(20)并在灯管之外有表面(31)的电流导体(30);
其特征在于:
起码一个所述电极(20)是网状体,以及所述电子发射体(50)包括元素Ba和Sr中起码一种元素以及从包括Ta,Ti,Zr,Sc,Y,La和镧系元素的一组元素中选择的起码一种金属的起码一种混合的氧化物,其中不包括成分为BaxSr1-xY2O4的电子发射体,其中x在0到1的范围内。
2.权利要求1的灯,其特征在于:所述电子发射体(50)包括从由Ba4Ta2O9,Ba5Ta4O15,BaY2O4,BaCeO3,Ba2TiO4,BaZrO3,BaxSr1-xTiO3和BaxSr1-xZrO3构成的一组氧化物中所选出的一种或多种混合的氧化物,其中x为0到1的值。
3.权利要求2的灯,其特征在于:所述电子发射体(50)包括从由Ba4Ta2O9,BaCeO3,Ba2TiO4,BaZrO3,Ba5Sr5TiO3和Ba5Sr5ZrO3构成的一组氧化物中所选出的一种或多种混合的氧化物。
4.权利要求1,2或3的低压放电灯,其特征在于:连接到所述网状体(20)的电流导体(30)是一种管子,以及所述灯管(60)有主要部分(61)和辅助部分(62),这些部分通过所述管子彼此连接。
5.权利要求4的低压放电灯,其特征在于:所述网状体(20)设置在灯管(60)的辅助部分(62)内。
6.权利要求4或5的低压放电灯,其特征在于:所述电极(20)中的每一个是网状体。
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