CN1224530A - 带uv增强器的高压放电灯 - Google Patents

Abstract

披露一种高压放电灯,该高压放电灯包括:放电室;包围放电室的外壳,在该外壳与放电室之间限定中间空间;设置于外壳与放电室之间的空间中的UV增强器,UV增强器配有由陶瓷材料制备的壁和内部电极,其中用加压密封部分封闭UV增强器的端部。

Description

带UV增强器的高压放电灯

本发明涉及高压放电灯，该高压放电灯包括由配有灯头的外壳包围的放电室，特别涉及有在外壳与放电室之间的中间空间内设置的启动辅助部件的灯。

在本领域中众所周知，高压放电灯或更具体地说金属卤化物灯具有启动辅助部件。这样的灯适于诸如普通的内部照明、一般的外部照明、视频照明等各种应用。已知灯的放电室典型地由石英玻璃制备。或者，也可由陶瓷材料制备该放电室。在本说明书和权利要求中的陶瓷材料指的是诸如Al₂O₃或YAG之类的致密烧结的多晶金属氧化物和AlN之类的致密烧结的多晶金属氮化物。

金属卤化物灯的已知问题是在点火时间较宽的散布(spread)。该问题是因在灯填充物中存在负电性的碘导致的自由电子的缺少所引起的。在本领域中已知有几种方法来克服该问题。例如，在放电室中附加少量的⁸⁵Kr可补救这种缺少问题。作为填充材料的⁸⁵Kr的缺点是其放射性。

另一方面，例如UV增强器等点火辅助部件被用于金属卤化物灯中帮助点火。UV增强器典型地是与放电室相邻地设置的用作紫外线辐射源的小放电管。这种UV增强器公开于Zaslavsky等人的美国专利4818915中。该UV增强器有发射UV的石英材料外壳。在击穿时，该UV增强器将产生约253.7nm或更低的UV辐射。该UV增强器的影响导致在放电室中产生自由电子，这此自由电子反过来又强烈地促进灯点火。

在已知灯中使用石英UV增强器使改进的5kv数量级的点火电压脉冲可使用并被认可。可是，在实际使用的许多情况下，希望或甚至要求点火电压脉冲应基本上不超过3kv的水平。此外，这种UV增强器的制造和配料复杂和昂贵。

另一种辅助点火部件披露于共同受让的未审查专利申请IB97/00683。所公开的灯的特征在于UV增强器的壁由陶瓷材料制备。因在UV增强器的壁中有陶瓷材料，在UV增强器和在放电室中击穿的可能性都很强地出现了取决于施加点火脉冲的情况。增加的击穿可能性表明用于可靠的灯点火所要求的最小点火脉冲值降低。

在上述灯中公开的UV增强器的使用使点火特性得到改善。可是，完全陶瓷增强器的制造要求需要使用高成本的部件和材料以及附加的制造步骤。在上述灯中，UV增强器由陶瓷材料制备，该陶瓷材料被压制成空心圆柱体并进行烧结以实现半透明性和气密性。与石英相比，在烧结后陶瓷材料不能被软化和二次加工。必须对所形成的开口端部分进行密封，在其中填充填充物。结果，需要附加的部件，即端塞。要求附加的制造(或工艺)步骤来密封增强器管的端部。因此期望通过降低材料和减少所需的制造步骤，来改进灯的工作和制造。

期望在较小的灯的应用中使用UV增强器。可是，需要较小的多个单一部件的结构难以进行这样的最小化。所以从该观点出发期望提供具有简化的结构的启动辅助部件。

通常密封部件的一体化对UV增强器和灯的效率和寿命特性造成威胁。具有不同热膨胀率和耐久性的不同材料的使用有损于灯的工作。因此期望用简化的结构改进密封部件的一体化。

本发明就其目的来说是提供一种解决上述问题的措施。本发明披露一种独特的高压放电灯，该灯包括：放电室；包围所述放电室的外壳，在该外壳与放电室之间限定中间空间；设置于外壳与放电室之间的空间中的UV增强器，UV增强器配有由陶瓷材料制备的壁和内部电极，其中，用加压密封部分封闭UV增强器的端部。高压放电灯最好是带有包含稀有气体、汞和金属卤化物的放电室的金属卤化物灯。UV增强器的陶瓷壁可由致密烧结的多晶Al₂O₃制备。

在最佳实施例中，加压密封部分设置于远离内部电极的UV增强器的端部。

在另一个最佳实施例中，加压密封部分设置于与电极邻接的UV增强器的端部。

UV增强器可带有稀有气体填充物。在最佳实施例中，稀有气体填充物是氩。稀有气体填充物的填充压力处于30毫巴和1200毫巴之间。

公开一种制造高压放电灯的方法，该方法包括下列步骤：配置带有可电离填充物和一对导电体的放电室，其中各导电体有密封在放电室内的第一端；灯头；和在各所述导电体的第二端与所述灯头之间的电连接。压制陶瓷材料的中空部分。密封中空部分的第一端部。加热中空部分达到被硬化的状态。将电极插入中空部分中，和密封其中带有可电离填充物的中空部分的第二端部，形成UV增强器。提供从所述电极到所述导电体的电连接，和将所述放电室、所述UV增强器和所述导电体的一部分包围在外壳内。

本发明的目的是提供一种带有UV增强器的灯，其中UV增强器需要较少的部件和材料。

本发明的目的是提供一种带有UV增强器的灯，其中UV增强器具有高集成度的密封部件。

本领域的技术人员根据下面的详细描述，将更加明了本发明灯的这些和其它特征。

参照附图(未按比例画出)将更详细地说明本发明灯的各种实施例，其中：

图1是本发明灯的侧视图；

图2示意性表示UV增强器相对于灯的放电室的设置；

图3A是图1中灯的UV增强器的详细的剖面图；

图3B是按照本发明另一实施例的UV增强器的剖面图；

图4是表示已知灯和本发明灯的平均启动脉冲的图；和

图5是表示已知灯和本发明灯的最大启动脉冲的图。

图1表示本发明公开的高压放电灯的最佳实施例，用参考标号10表示该高压放电灯。灯10带有放电室12，放电室12被外壳14包围，并在放电室12与外壳14之间限定中间空间16。放电室12包含在本领域众所周知的如汞和金属卤化物之类的可电离填充物。灯10还包括位于外壳14端部的灯头18。第一电流供给导体20构成灯头18与放电室12的内部电极22之间的电连接。类似地，第二电流供给导体24构成灯头18与放电室12的内部电极26之间的电连接。

UV增强器28设置于外壳14与放电室12之间的中间空间16中。引入导体30的一端与电流供给导体24连接，另一端与UV增强器28的电极31连接。希望将电极31与引入导体30制造为成一体的集成部件。UV增强器28相对于电流供给导体20这样设置，以便在它们之间实现容性耦合。

按照本发明，UV增强器28应设置在离放电室非常近的距离处，以有助于快速和可靠地使灯点火。这可以图1所示的方式来实现，例如，UV增强器与放电室平行并相距一定距离d。最好，在这种设置中，距离d最多为10mm。UV增强器的另一种较好的设置位置是在相邻的引入导体电极之后，与放电室的纵轴成一角度(例如45°)，如图2所示。以这样的与放电室的短距离来设置UV增强器，要求UV增强器的壁有非常好的热阻。在灯工作期间的延长的周期内UV增强器的壁温将达于600℃以上，特别是如果灯具有陶瓷放电室。

图3A更详细地表示UV增强器28。UV增强器28有包围空腔34的壁32，空腔34限定一用于UV增强器28的放电空间，以下将说明该放电空间。壁32的端部33构成为可将电极31接收入气密性空腔34中。电极31配置于空腔34中。围绕与端部33相邻的电极31形成气密性密封。在最佳实施例中，用Nb制造电极31。另外也可将电极31制造成带有在空腔34内的W端部的Nb杆。

用陶瓷材料制备UV增强器28的壁32。在UV增强器28的最佳实施例中，由致密烧结的多晶Al₂O₃制备壁32。最好由该陶瓷材料的单圆筒形部件构成在其端部有压缩密封部分38的壁32。这种压缩密封部分38包括任何可使陶瓷材料气密性接合的壁6的夹封、扁封(crimp)或融封。最好在该密封部分38不使用附加的端帽或密封材料。最好，在烧结或其它加热处理或硬化处理之前，当陶瓷材料处于“未经焙烧”状态时形成压缩密封部分38。在最佳实施例中，密封部分设置于远离内部电极31的端部处。

尽管发现稀有气体和Hg的组合适于作填充物，但UV增强器最好在空腔34内有稀有气体填充物。尤其适用的气体是Ne。已发现Ar特别适于作填充物。最好选择填充压力使其伴有最小的击穿电压。该填充压力可由实验容易地确认。利用本领域众所周知的帕邢(Paschen)曲线可大致近似该值。以帕邢混合物形式的稀有气体混合物也适用。

稀有气体填充物的主要优点是不仅排除了在制造UV增强器中使用放射性物质(⁸⁵Kr)并且还取消了使用重金属(Hg)。令人惊奇的是，因稀有气体填充物中的击穿而使自由电子达到如此的量，以致可较强地促进灯的点火。

按照最佳实施例，UV增强器28有25mm的外部长度，2.6mm的外径，0.78mm的内径，和4mm的最大内部长度。Nb电极31的直径为71mm。UV增强器包含填充压力为133.5毫巴的Ar。最好，填充压力在30毫巴和1200毫巴之间。作为比较，应该指出，市场上可购得的带石英或石英玻璃壁的UV增强器的外部长度为25mm，直径为5mm。

可以用几种方法中的一种制造UV增强器28。将陶瓷材料压制成典型长度为30英寸的圆筒形部件。在这样的压制期间的陶瓷材料被看作是处于“未经焙烧的”状态。沿该压制的陶瓷部件长度的几个位置将其扁封、夹封在一起。扁封的间隔相应于UV增强器长度的两倍。然后在各扁封或夹封处切割该部分。这样生产出其长度为UV增强器所要求长度两倍且在两端夹封的几个部件。然后将这些部件预焙烧到1200℃以上的温度，以增加材料的致密度和烧掉如甲基纤维素之类的粘结材料。

接着用例如金刚石锯将各部件分割为两半，由此制成第一端部密封和第二端部开口的两个增强器。随后在水中使增强器翻转预定时间，清洗出内部空腔中的污物。然后，使增强器干燥。将增强器装载进高温烧结炉(1850℃)内进行烧结，呈现半透明性。

在烧结之后，将电极31插入U增强器28中。例如，铌引线压成预定的长度并插入增强器中。熔接玻璃环36套在电极31上并置于增强器28一端面33上。将由增强器28、电极31和熔接玻璃环36构成的组件置于支撑部件上并插入高温炉(1400℃)内。在达到密封温度之前，充入Ar使炉的压力增加，在达到密封温度时，熔接玻璃环36熔化，在电极31和增强器壁32之间形成气密性密封。这样Ar可按约33毫巴的压力封入增强器空腔34内。另外，也可用其它稀有气体例如Ne填充增强器28。在另外的实施例中，虽然对于辅助启动用的增强器来说，如上所述，Hg并不是必需的，但也可用稀有气体和Hg的组合物作为增强器中的填充物。

对一系列的灯进行点火测试。灯为70W的CDM灯，通过配置点火电路的稳定镇流器与120V的电压源相连。这些灯带有陶瓷放电室，该陶瓷放电室中有包括金属卤化物的填充物。在灯工作期间放电室的陶瓷材料达到800℃到1000℃之间的温度。点火电路包括Velonex脉冲发生器。该启动器广泛地用于测试高压放电灯的点火，其施加有脉冲高度和宽度范围的点火脉冲。

这组灯的一部分配置上述实施例的陶瓷UV增强器。另一部分的灯配置具有Ar和Hg填充物的已知的石英UV增强器。

测试结果示于图4和图5中。平均启动电压示于图4中。石英增强器的平均启动电压200(倒三角形)与本发明陶瓷UV增强器的平均启动电压202可比。可是，如图5所示，最大启动电压显示出已知石英增强器的启动电压有大得多的延伸。本发明的陶瓷UV增强器的最大启动电压204比已知石英增强器的最大启动电压206低约500V。并且，已知石英增强器的一个在点火40小时时还不能启动灯，正如已知石英增强器在100小时时那样。

如图3B所示，在本发明另一实施例中公开的UV增强器128可配置邻接电极131的加压密封。大体按照上述UV增强器28那样压制陶瓷材料。按照本实施例，当陶瓷材料处于“未经焙烧”状态时与增强器128的一端部相邻地插入电极131。对陶瓷材料进行扁封或夹封，在陶瓷壁132和电极131之间形成密封。UV增强器28和电极131大体按上述那样进行烧结，形成气密性加压密封部分138。由于这种结构，可不再需要其它部件或密封材料。

应该指出，可对本申请所示的实施例进行各种改进。因此，上述描述并不构成对本发明的限制，其仅仅是作为最佳实施例的示例性说明。本领域的技术人员可进行其它修改而不会脱离所附权利要求的范围和实质。

Claims (9)

1．一种高压放电灯，包括：

(a)放电室；

(b)包围所述放电室的外壳，在该外壳与放电室之间限定中间空间；

(c)设置于外壳与放电室之间的空间中的UV增强器，UV增强器配有由陶瓷材料制备的壁和内部电极，其特征在于，用加压密封部分封闭UV增强器的端部。

2．如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，加压密封部分设置于远离内部电极的UV增强器的端部。

3．如权利要求1或2所述的高压放电灯，其特征在于，加压密封部分设置于与内部电极邻接的UV增强器的端部。

4．如权利要求1、2或3所述的高压放电灯，其特征在于，UV增强器的壁由致密烧结的多晶Al₂O₃制备。

5．如权利要求1、2、3或4所述的高压放电灯，其特征在于，UV增强器带有稀有气体填充物。

6．如权利要求5所述的高压放电灯，其特征在于，稀有气体填充物是氩。

7．如权利要求6所述的高压放电灯，其特征在于，稀有气体填充物的填充压力处于30毫巴和1200毫巴之间。

8．如前述权利要求中的任一项所述的高压放电灯，其特征在于，放电室包含汞、金属卤化物和稀有气体。

9．一种制造高压放电灯的方法，包括下列步骤：

a)配置带有可电离填充物和一对导电体的放电室，其中各导电体有密封在放电室内的第一端；灯头；和在各所述导电体的第二端与所述灯头之间的电连接；

b)压制陶瓷材料的中空部分；

c)密封中空部分的第一端部；

d)加热中空部分达到被硬化的状态；

e)将电极插入中空部分中；

f)密封其中带有可电离填充物的中空部分的第二端部，形成UV增强器；

g)提供从所述电极到所述导电体的电连接；和

h)将所述放电室、所述UV增强器和所述导电体的一部分包围在外壳内。

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