CN1273432A - 长寿命金属卤化物灯 - Google Patents

Abstract

一种金属卤化物灯,由于能够防止电极温度过度升高,因此具有较长的寿命。该金属卤化物灯具有一个由发光部分1和在发光部分的每一端的密封部分2构成的电弧放电管3。一对电极4从电弧放电管3端部伸出,伸入发光部分1的放电室,以便电极4的放电侧端彼此面对。电极4的其它端连接密封在密封部分2内的导线5。电极4密封在密封部分2内的一部分称为电极密封部分L,该部分从发光部分1和密封部分2之间的边界到导线5的放电侧端。金属元件7部分地覆盖电极密封部分L。金属元件7的重量(mg)与电极密封部分L的重量B(mg)之比满足不等式0.2≤A/B≤1.6。

Description

长寿命金属卤化物灯

本申请是基于在日本提出的申请No.11-69746，因此，该申请的内容被收入做为参考资料。

本发明涉及用作照明灯等的金属卤化物灯。

当金属卤化物灯用作照明灯时，在灯被点亮之后，灯的照度将迅速达到预定水平，以便保证安全。通常，灯点亮之后，利用通过灯电极的高起动电流，产生适当的光通量，从而在灯被点亮后的一段短的时间周期内，达到预定的照明水平。

但是，高起动电流的通过电极引起电极温度过度升高。由于电极温度过度升高，有可能使用于制造电极的材料分散。由于材料分散，灯的寿命降低。在制造金属卤化物灯的生产过程中的一个任务就是提高它们的寿命。

因此本发明的一个目的是提供一种长寿金属卤化物灯。

本发明的发明人从各个方面进行了分析。作为分析的结果，发明人发现，能够通过以满足一定条件的方式用一种金属元件覆盖电极，可以防止电极温度在开灯时过分升高。。

可以利用金属卤化物灯达到本发明的目的，该金属卤化物灯包括：一个由发光部分和在发光部分每一端的密封部分构成的电弧放电管，发光部分包括一个含有金属卤素物质的放电室；一对从密封部分伸出的具有内端和外端的电极，内端在放电室内在预定的距离处彼此相对，以便在相对的内端之间发生放电，外端被密封在密封部分内，与密封在密封部分内的导线连接；及一对以一一对应的关系附着于该对电极上的金属元件，每一个金属元件部分地覆盖电极，该覆盖处于沿电极测量的长度内，从位于发光部分和密封部分之间的边界层到导线内端，其中满足不等式0.2≤A/B≤1.6，其中A是金属元件的重量(mg)，B是边界和导线内端之间的重量(mg)。

由于采用了这种构造，来自电极的热量传递至金属元件，结果使得能够防止电极的温度过度上升。因此延长了灯泡的使用寿命。

通过参照附图对本发明的具体实施例的描述，本发明的上述和其它目的、优点和特点将会变的更加清楚。其中：

图1是本发明的一个实施例中金属卤化物灯的前视图，该金属卤化物灯为35w；

图2是该金属卤化物灯的主要部分的放大视图；

图3是表示测试金属卤化物灯的寿命和照明效率的第一试验的结果表，其中电极密封部分L的重量(mg)与金属元件7的重量(mg)之比对于每一个金属卤化物灯是变化的；

图4是表示测试金属卤化物灯的寿命的第二试验的结果表，从该表可以看出灯是否将熄灭，其中在稳定状态下灯点亮期间的管流I_1a(A)与电极外径D(mm))之比对于每一个金属卤化物灯是变化的；

图5是表示测试金属卤化物照明灯的寿命的第三试验的结果表，从该表可以看出灯是否会出现裂缝，其中沿电极4从位于发光单元1和密封单元2之间测得的长度d(mm)与金属元件7的放电侧端之比对于金属元件7的外径OD(mm)是变化的。

下面将参照附图描述本发明的一个实施例。

图1是本发明的一个实施例中金属卤化物灯的前视图，该金属卤化物灯为35w。图2是该金属卤化物灯的主要部分的放大视图。本发明的金属卤化物灯在长度方向的中间是一个球状体。该金属卤化物灯具有由一个发光部分1和一个一对密封部分2组成的电弧放电管3。发光部分1最大外径为6mm，最大长度为8mm，内部有一个放电室。一个密封部分2位于发光部分1的两端，长度为13mm，直径为4mm。电弧放电管3由石英玻璃制成。一对电极4从电弧放电管两端伸入发光部分1的放电室，以便在放电室内电极4端部彼此以预定的距离相对。每一个电极4都由钨制成。钨中可以掺杂一定量的氧化钍。在该实施例中，该对电极4相对端之间的长度为4mm。每一个电极4通过一根密封在密封部分2内的导线5与外接导线6连接，该导线5由钼箔材料制成。

本实施例的每个电极4都是杆状的，直径为0.25mm，长7mm。在密封部分中密封的电极4中，位于从发光部分1和密封部分之间的边界层到导线5的放电侧端称为电极密封部分L(见图2)。以下将位于发光部分1和密封部分之间的边界层简称为“边界”。本发明所用的“放电侧端”指位置靠近放电发生端而不是其它端(外端)的内端。电极密封部分L长4mm。电极密封部分L由金属元件7部分地覆盖。本实施例的金属元件7是一个通过卷绕钨丝达到厚度为60μm的方式而制造出的具有单层结构的线圈。该导线可以通过钨丝掺混预定量的氧化钍制成。最好使用相同的材料制造电极4和金属元件7。金属元件7通过电阻焊接固定于电极4，以便使该金属元件7部分地覆盖电极4，一直延伸到导线5的放电侧端，从边界起留预定长度d不予覆盖(见图2)。

金属元件7和电极4的电阻焊接位于导线5附近。更具体地说，该位置位于沿着电极4距导线5的放电侧端的距离为钨丝绕两圈处。也就是说，电阻焊在温度低于金属元件7放电侧端的位置上进行。如果在灯点亮期间，电阻焊在温度将要上升的位置进行，密封部分2会出现裂缝。为了避免这种裂缝，焊接部分应该位于灯点亮期间温度不会过度上升的位置。

电弧放电管3内充满了用作发光材料的预定量的金属卤素物质、作为起动气体的稀有气体，如氙气和水银。关于金属卤素物质，可以使用如碘化钠、碘化钪，或者碘化钠和碘化钪的混合物。具体讲，在准备将本发明的金属卤化物灯用作照明灯时，金属卤素物质可以是一种以76∶24-80∶20的比例混合的碘化钠和碘化钪的混合物。

如上所述，在电极相对侧端的温度过高时，用于制造电极的材料可以被分散。可以通过使每个电极4保持高热容量来有效防止温度过度升高。电极的热容量与电极的重量密切相关。根据这个事实，第一试验是用每一个都是35w的金属卤化物灯来进行的。对于第一个试验，按照金属元件的重量A(mg)与电极密封部分L的重量B(mg)的比值来制造这些金属卤化物灯，该比值对于每一个金属卤化物灯来说是不同的。电源连接在每一个灯的外部导线6之间，该灯在管压为85V，管流为0.41的条件下点亮。在本发明的试验中，测试了这样制备的每一个金属卤化物灯的寿命和照明效率。本发明第一试验的结果见图3。

该试验中寿命的测试是依据在120分钟周期内每一个灯重复开关一定的时间的测试方法进行的。在灯维持开的时间变化时，该灯维持关的时间也改变。该方法在IEC(国际电学技术会议)60810(1997)中有详细的描述。作为用于该试验中的每个金属卤化物灯中的物质，水银是0.6mg，金属卤素物质是0.25mg。碘化钠和碘化钪的重量比是80∶20。氙气的密封压力在室温下为0.7Mpa。评价光通量保持系数的标准是基于IEC60810中描述的标准。具体地说，从灯点亮至1500小时过去之后，当光通量等于或者大于初始光通量的60％之后，适当调节灯的光通量保持系数。当在1500小时之后，光通量小于初始光通量的60％时，判断灯的保持系数为不适当。

如在实例1至6和对照实例2中那样，当A/B的计算值为等于或者大于0.2时，每一个光通量保持系数等于或者大于60％，因此满足上述标准。在对照实例1的情况下，A/B值小于0.2，光通量保持系数为55％。对照实例1中所用的灯不能够满足上述标准，因为电极温度过度升高。同时，在对照实例2的情况下，A/B值超过1.6，照明效率小于80lm/w，结果变得不实用。这是因为电极4的温升不满足放电所需。电极4的低温归因于密封部分的热损失。由于利用金属元件7大量增加了热容量，该温度损失增加。

A/B值由不等式0.2≤A/B≤1.6来确定，以便使光通量保持系数满足规定的标准，以及使照明效率等于或者大于80lm/w，这在实际应用中是适当的。最好按不等式0.8≤A/B≤1.4来确定A/B值，以便获得等于或者大于70％的光通量保持系数。

由于采用了根据该不等式的本发明的金属卤化物灯结构，所以可以利用从电极4把过多的热量传递到金属元件7来防止温度过度升高。因此提高灯的寿命。

即使值A/B在该规定的不等式表示的范围内，也可能会引起电极4温度过度上升的问题。例如，在电极4的外径过小，而通过电极的管流过大时，也会出现电极温度过度上升的问题。根据该假定进行第二试验。

与第一试验相同，用35w的金属卤化物灯进行第二个试验。为了制造用于第二试验的这些金属卤化物灯，金属元件7的重量A(mg)与电极密封部分L的重量B(mg)之比设定为0.7-0.9，灯在点亮的稳定状态下的管流I_1a((A)与电极4外径D(mm)之比对于每一个金属卤化物灯来说是不同的。在第二个试验中，检查如此制备的每一个灯在点亮之后1500小时的光通量保持系数。第二试验的结果表示于图4的表中。

每一个灯在与第一实验相同的管压和管流的条件下点亮。用于评价光通量保持系数的标准也是相同的。

当I_1a/D的计算值等于或者大于实例7-10和对照实例3中的2.5时，每个光通量保持系数等于或者大于60％，因此满足规定的标准。在I_1a/D的值小于1.2的对照实例3的情况下，会出现闪烁，有时灯会熄灭。这是因为放电不能够保持稳定。不稳定的放电是由于管流值对于电极4的外径D来说太小，使得放电很难从辉光放电阶段转移至电弧放电阶段。同时，在I_1a/D的值超过2.5的对照实例4的情况下，光通量保持系数等于45％，远远低于该标准。这是因为电极4的温升过高。引起温度的过度升高的原因是，即使利用金属元件7使电极4的热容量增大，但是对于电极4的外径D来说，管流值也太高。

需要根据不等式1.2≤I_1a/D≤2.5来确定I_1a/D的值，以便光通量保持系数满足规定的标准，灯不会出现闪烁或者熄灭。更为可取是按照不等式1.2≤I_1a/D≤1.7来确定I_1a/D的值，以便获得等于或者大于70％的光通量保持系数。

由于采用了根据该规定标准的本发明的金属卤化物灯结构，所以该管流可以根据电极4的外径D来适当地确定。此外，可以通过将过量的热量从电极4传递到金属元件7，来防止电极4的温度过度升高。因此，可以提高灯的寿命。

不等式1.2≤I_1a/D≤2.5不仅适用于不等式0.7≤A/B≤0.9，而且适用于不等式0.2≤A/B≤1.6。当使用功率等于或者小于70w的金属卤化物灯时，最好满足不等式1.2≤I_1a/D≤2.5。

当用于本发明的实施例中的杆状电极4密封在密封部分2中时，在电极4和密封部分2之间可能会有小缝。在本发明的实施例中，每个电极在垂直于电极轴向的横截面是圆形的。电极4的直径越大，该缝隙越大。当使用横截面为多边形的电极时，电极和密封部分之间的缝隙比电极横截面为圆形时的缝隙要大。在该缝隙大的时候，发光部分1中的材料就进入该缝隙。由于发光材料进入缝隙，发光部分1内发光材料的量，即金属卤素物质的量减少，因此灯点亮的初始阶段光通量保持系数降低。根据电极4和密封部分2之间的缝隙，进行第三个实验。

第三个实验用35w的金属卤化物灯进行。为了制造这些用于本发明实验的金属卤化物灯，对于每一个金属卤化物灯，金属元件7的长度d(mm)与外径OD(mm)(见图2)的比值是不同的。在第三试验中，检查这样制造的灯在从点亮到已经熄灭1500小时之后的光通量保持系数。第三实验的结果表示在图5的表中。每个灯在与第一和第二实验相同的管压和管流的条件下点亮。评价光通量保持系数的标准也是相同的。

当d/OD的计算值等于或者大于实例11-14和对照实例6中的0.5时，每个光通量保持系数等于或者大于65％，因此满足规定的标准。在对照实例5的情况下，其中d/OD的值小于0.5，光通量保持系数为50％，不满足该规定的标准。这是由于发光部分1中金属卤素物质的量由于该物质大量进入密封部分2而减少。同时，在d/OD的值超过3.5的对照实例6的情况下，在点亮之后1000小时内，密封部分2出现裂缝。裂缝的原因是由于电极4和密封部分的热膨胀系数不同，导致密封部分2出现变形。

d/OD的值需要根据不等式0.5≤d/OD≤3.5确定，以便光通量保持系数满足规定的标准，密封部分2不会出现裂缝。更为可取的是根据不等式1.6≤d/OD≤3.5确定d/OD的值，以便获得等于或者大于70％的光通量保持系数。

由于采用了根据该规定标准的本发明的金属卤化物灯结构，所以密封部分2的密封性可以适当地保持，结果防止发光部分1内的金属卤素物质进入密封部分2。此外，即使电极4和密封部分的热膨胀系数不同，也能够防止密封部分2出现变形。

如上所述，本发明能够提供一种防止温度过度升高的长寿金属卤化物灯。

显然，最好使金属元件7覆盖电极密封部分L的长度等于或者大于电极密封部分L的一半长度。这能够考虑到密封性的均匀一致和热平衡的均匀一致。

当该金属卤化物灯设在一个灯的反光镜内时，可以获得与本发明的实施例相同的效果。

在本发明的实施例中，金属元件7是具有单层结构的线圈。但是，金属元件7也可以是具有两层结构的线圈。换言之，金属元件7可以是圆柱形的。采用两层结构或者圆柱形的金属元件7，能够获得与本发明实施例相同的效果。

尽管已经参照附图通过实例充分描述了本发明，但是，显然本领域的普通技术人员可以进行各种变化和改进。

因此，除非这些变化和改进脱离本发明的范围，否则都包括在本发明中。

Claims (12)

1、一种金属卤化物灯，该灯包括：

一个由发光部分和位于发光部分的每一端的密封部分构成的电弧放电管，发光部分包括一个含有金属卤素物质的放电室；

一对从密封部分伸出的具有内端和外端的电极，内端在放电室内以预定的距离彼此相对，以便使放电发生在相对的内端之间，外端被密封在密封部分内，与密封在密封部分内的导线连接；以及

一对以一一对应的关系附着于该对电极上的金属元件，每一个金属元件部分地覆盖在沿电极从位于发光部分和密封部分之间的边界到导线内端测量的长度范围内的电极。

在其中，满足不等式0.2≤A/B≤1.6，其中A是金属元件的重量(mg)，B是边界和导线内端之间的重量(mg)。

2、根据权利要求1的金属卤化物灯，其特征在于满足不等式0.5≤d/OD≤3.5，其中OD是金属元件的外径(mm)，d是从边界层至金属元件内端测量的长度。

3、根据权利要求2的金属卤化物灯，其特征在于，满足不等式1.2≤I_1a/D≤2.5，其中D是电极的外径(mm)，I_1a是灯在稳定状态下点亮的管流(A)。

4、根据权利要求3的金属卤化物灯，其特征在于金属元件是由高熔点金属线制成的线圈。

5、根据权利要求4的金属卤化物灯，其特征在于高熔点金属线利用焊接的方法固定于靠近导线的位置。

6、根据权利要求5的金属卤化物灯，其特征在于高熔点金属线从导线内端覆盖电极，长度至少为L/2(mm)，其中L是从边界到导线内端测量的电极长度(mm)。

7、根据权利要求6的金属卤化物灯，其特征在于长度L接近4mm。

8、根据权利要求7的金属卤化物灯，其特征在于导线是钼箔线圈。

9、根据权利要求6的金属卤化物灯，其特征在于电极由一个钨丝和掺混预定量氧化钍的钨丝制成。

10、根据权利要求6的金属卤化物灯，其特征在于高熔点金属线由一个钨丝和掺混预定量氧化钍的钨丝之一制成。

11、根据权利要求7的金属卤化物灯，其特征在于灯在稳定状态下点亮的功率不大于70w。

12、根据权利要求3的金属卤化物灯，其特征在于金属元件是圆柱形的。

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