CN1273690A - 高压气体放电灯 - Google Patents

Abstract

一种高压气体放电灯,包括密封的灯室(1),该灯室具有封闭放电空间(3)的石英玻璃壁(2)。金属箔(4)嵌入该壁中,并与从壁突入放电空间中的电极棒(6a)连接。电极棒(6a)具有第一部分(7a)和第二部分(7b),第二部分至少大体由直径为120μm至180μm的钨、或直径为120μm至350μm的钼、或直径为120μm至350μm的钨钼混合物构成。设置于壁(2)内的第二部分可防止因漏气所引起的灯的永久性失效。

Description

高压气体放电灯

本发明涉及高压气体放电灯，该灯包括：

灯室，以真空气密方式密封，并且具有封闭放电空间的石英玻璃壁；

金属箔，嵌入灯室的壁中，分别与各自的外电流导体连接；

钨电极棒，分别与所述金属箔的相应一个连接，并从灯室的壁突入放电空间中；

在放电空间中的可电离填充物；

该灯满足下列关系，

f_inw＞＝40％

其中：f_inw＝封入灯室壁中的电极棒长度部分，

EP 0581354 A1披露了这种类型的高压气体放电灯。该公知的灯适用于作为车辆照明灯，并且该灯有厚度为250μm的电极棒，在棒的自由端可以包有壳层或可以没有壳层，可由例如含钍的钨制备电极棒。

对灯在点火之后提供稳定工作期间的大部分光通量的速度提出了严格的要求。还要求在因前一工作周期灯还是热的情况下就可点燃灯。为了满足这些要求，在几KV的电压和几KHz的频率下点燃该灯。

在已知灯的制造中，进行将一个或几个所述金属箔封闭在壁中的密封操作。在该操作期间，软化在有金属箔、外部电流导体和电极棒时进行该密封的区域处的石英玻璃。接着，冷却该灯或将要形成的灯。由于电极棒有较高的线性热膨胀系数(约45*0^-7K^-1)，因而电极棒的收缩比在其中嵌入该棒的石英玻璃的收缩更强。石英玻璃是至少含有98wt％的SiO₂的玻璃，玻璃的膨胀系数约为6*0^-7K^-1。为了通过对电极棒钨附加例如氧化钍获得棒与石英玻璃之间良好的粘结，与壁的石英玻璃未机械连接地围绕该棒涂敷石英玻璃。如果电极棒与石英玻璃彼此不能牢固地粘结，那么因围绕该棒的收缩，产生毛细管空间。由于箔的这种形状，因而在通常为钼箔的金属箔的周围不产生这种毛细管空间。

在已知的灯中，通常在棒与石英玻璃之间有良好的粘结，并因此有围绕该棒的石英玻璃涂层。在已知灯中电极棒的石英玻璃涂层增加其热容量(升高相同温度所需要的能量)，还增加其导热率(每单位时间消耗的热量)。另一方面，它们的导电率并不受影响。较高的热容量延迟在灯点火期间棒温度的升高，从而与嵌入的金属箔的永久性接触使周围壁的石英玻璃呈现较高的温度和膨胀，也是由于电流流过箔而在该箔中生热。

已经发现，一种类型的灯的涂层有变化的长度。这可能是由于进行密封时石英玻璃的温度变化较小。其缺点是，在灯制备期间，没有涂层或没有足够的涂层会导致废品，当没有或没有足够的石英玻璃涂层时和该灯在短操作周期之后经常进行接通和开闭时，已知的灯仅有短的寿命。

当点火这种没有涂层的灯时，电极棒的温度因流过其的高电流和因放电传递的热而迅速升高。石英玻璃并不立即跟随该温度的升高。由于它们的较高温度和较高膨胀系数，因而棒将与石英玻璃接触并对其施加压力。已发现在石英玻璃中产生例如微裂纹之类的损伤，该微裂纹的数量和大小一般会在随后的点火期间增加。这导致因漏气，引起填充物成分逃逸，以致灯不再点火，或灯室破裂的灯寿命的(早期)终结。

除非创造特定的条件，例如围绕电极棒的石英玻璃涂层，否则满足关系f_inw＞＝40％的灯有产生上述有害现象的较大风险。

另一个缺陷是，涂层导致不希望和麻烦的在放电中产生的光的反射。

本发明的目的在于提供一种在开篇的段中所述的那种类型的高压气体放电灯，该灯具有简单的结构并可克服所述缺点。

按照本发明，这样实现该目的，即电极棒具有突入放电空间的第一部分和至少局部封入壁中的第二部分，该第一部分至少大体由钨制备，第二部分由从钨、钼和钨钼合金的组中选择的元素构成，其中所述钨的厚度在120μm与180μm之间的范围内，所述钼的厚度在120μm与350μm之间的范围内，和所述钨钼合金的厚度在120μm与350μm之间的范围内，所述第一部分和第二部分接触并且通过相面对的端彼此连接。

由于电极由第一和第二部分构成，因而可使电极适合该环境。使第一部分与已知灯的突入放电空间的电极端部一致，因而在灯寿命期间，该电极可抵抗因高启动电流和放电产生的热。以这种方式设计第二部分，以便至少基本上不再发生在灯点火(再点火)期间，因膨胀并因此通过电极棒的第二部分对石英玻璃施加压力而使灯漏气或破裂的问题。

已发现，满足关系f_inw＞＝40％的灯，在具有封入壁中的第二部分的较小厚度的电极棒中至少基本上不产生漏气问题。在具有其厚度为180μm的钨的第二部分的电极棒的灯中，发现仅偶然发生灯的漏气。在低于180μm的厚度时，膨胀和因此由电极棒施加给石英玻璃的压力的绝对值是如此之小，从而不再发生例如微裂纹之类的损伤。

在包括具有厚度为350μm的钨钼合金和钼的第二部分的电极棒的灯中，发现仅偶然地发生灯的漏气。如果选择该第二部分的厚度小于350μm，那么可明显减少灯漏气或破裂的危险。成功地使用较大厚度的钼或钨钼合金的第二部分是基于这些材料的延展性。当因膨胀由电极对石英玻璃施加压力时，由于相对于使用例如较低延展性的钨制备的电极来说的较大延展性的材料的变形，因而该压力被更均匀地分布。

可是，对于厚度小于120μm的钨、钨钼合金和钼制备的第二部分来说，由于它们的质量轻，因而该电极仅有这样小的热容量，并且由于它们的较小直径，因而该电极仅有较小的热传导性，以致在灯启动期间，电极随后变得较热。尽管因第二部分的较小厚度，在嵌入石英玻璃期间形成了小的毛细管空间，但发现在给定的环境下，在这些毛细管空间中的电极棒局部与灯室壁永久性接触，从而以这种方式增加热损耗，充分地补偿由其较小直径造成的电极的小热传导性，从而防止灯寿命的较早终结。

还发现具有厚度低于120μm，例如厚度为100μm的第二部分的电极在灯工作期间变得太热并且似乎要变形和/或熔化。由于电极熔化的事实，在电极之间放电电弧的长度发生变化，并因此还改变灯正常工作期间的功耗。

按照本发明措施的一个重要优点是，对于电极棒来说提供了使用无钍材料的可能性，而不会不利地影响灯的寿命。在将电极棒嵌入石英玻璃期间形成的毛细管空间在厚度小于350μm的第二部分中相对较少。因此，这有附加的优点，即在这些毛细管空间中不会大量累积盐(salts)，否则将从放电中抽取该盐。

利用常规的技术例如激光焊接可使电极的第一和第二部分相互固定。重要的是在第一和第二部分通过电极棒的端部相互固定时，要实现良好的接触。这是将热从第一部分令人满足地转移到第二部分所需要的，它有助于电极抵挡在灯寿命期间因高启动电流和放电产生的热。

当第一和第二部分由钨制备时最好。也可以利用腐蚀技术例如酸洗，由一金属件制备第一和第二部分。

由于第二部分的较小厚度，因而为了有坚固的结构即避免电极变形，最接近于与第二部分连接处的第一部分最好与灯室壁永久性接触，例如在0.1-1.0mm的长度上例如部份封入容器中。最接近于与第二部分连接处的第一部分与灯室壁永久性接触，也有利于对于复合电极的热的令人满意的损耗。

由于灯点火时的高启动电流和因放电产生的热，不仅在第二部分中，而且也在电极的第一部分中产生较高的温度。在厚度低于250μm的第一部分中，存在电极头熔化的较大危险。由于具有厚度高于250μm的第一部分的电极具有足够的热传导率，从而可非常显著地降低熔化的风险。并且，第一部分的厚度最好低于400μm。这样几乎没有任何发生灯闪烁即放电接触点在电极头上跳跃的风险。

按照本发明的高压气体放电灯可用作例如车辆照明灯，或不同种类的光学系统。为此，灯配置有灯头，可以或者不可以用外壳包围。灯头可以或者不可以与反射器成为一体。

也可以由整个电极的总长度确定第一和第二部分的长度。在最佳实施例中，整个电极的长度在4.5和7.5mm之间，最好是6mm。这样选择分离部分的长度，以便第一部分至第二部分的连接至少大体位于壁与放电空间的边界表面，位于电极突进放电空间的位置之处。

金属箔可以相互邻近地嵌入壁的一个区域中，或在相互相距一定距离例如相互相对的区域中。电极棒的第一部分可以有或者没有在放电空间中包围其自由端的壳层。电极棒的第一部分可以由未掺杂的钨，例如钨-ZG，或掺杂的钨，例如有1.5wt％的Th的W制备。电极棒的第二部分可由未掺杂的钨或钼，例如钨-ZG；钨钼混合物；或掺杂的钨或钼，例如掺杂3wt％的Y的钼制备。当使用掺杂的钨时，可附加少量的晶体生长调节成分，例如总重量为0.01wt％的K、Al和Si，以影响钨晶粒尺寸。

特别是，可电离的填充物包括稀有气体、汞和金属卤化物的混合物，金属卤化物例如作为镧系元素、钪和钇的卤化物的稀土卤化物。

参照下述实施例，通过非限制性的实例，可说明和理解本发明的这些和其它方案。

附图中：

图1是灯的侧视图；

图2A和2B放大表示图1的细节；

图3表示带有灯头的图1的灯的侧视图。

图1中，高压气体放电灯有以真空气密方式密封的灯室1和封闭放电空间3的石英玻璃壁2。金属箔4嵌入灯室的壁中，其中在附图中为掺有0.5wt％的Y₂O₃的Mo金属箔的金属箔4分别连接到在本实施例中为Mo的相应外电流导体5上。分别连接到所述金属箔4的相应一个上的钨电极棒6a从灯室壁突入放电空间中。

在放电空间3中存在可电离的填充物。

由于连接到其上固定有外导体5的金属箔4上，因而电极棒6a部份地封闭于灯室的壁中，在这些导体的区域处利用导体使壁熔化，或使该壁变平以便实现夹封。

该图中，用外壳9包围灯室，并且该外壳耦接在灯室上。在金属夹紧套筒10处可用灯头夹持该灯。

所述的灯有汞、碘化钠和碘化钪和氙的填充物，例如，在室温下有压力为7巴的氙，在按额定电压的工作期间该灯的功率消耗为35W。

图2A和2B表示整个电极棒6a的约75％的长度f_inw部分被封闭在灯室1的壁2中，以便灯满足关系f_inw＞＝40％。电极棒6a的长度分别为约6mm，并且分别具有其长度约为1.5mm和4.5mm的第一部分7a和第二部分7b，这两部分相邻并且例如利用焊接通过第一和第二部分的端部7c相互连接。端部7c位于灯室1的壁2附近。但是，第一部分7a与灯室1的壁2在接触区域6c永久性地接触，而没有灯漏气或击穿的风险。电极棒6a分别具有在壁2中的第二部分7b，该部分至少接近有关的金属箔4，该第二部分与壁的玻璃不机械连接。

在图2A所示的实施例中，电极棒6a具有用厚度为300μm的钨制备的第一部分7a，和用厚度为150μm的钨制备的第二部分7b。在图2B所示的实施例中，电极棒6a具有用厚度为300μm的钨制备的第一部分7a，和用厚度为300μm的钼制备的第二部分7b。该图表明，第二部分7b和围绕它的毛细管6b终结于箔上棒的熔接部分4a。密封部分2a在外电流导体5和电极棒6a之间的区域中是真空气密的。

图3中，用不同的外壳9a封闭灯室1，并且该外壳耦接于其上。灯室固定于卡口型灯头8中，该灯头配置有分别与各自的电极棒6a连接的中心管脚触点11和环形管脚触点12，其中该环形触点是通过连接导体13与相应的电极棒6a连接的。配备这种灯头8的灯室1显然适于作为车辆照明灯。

Claims (5)

1.一种高压气体放电灯，包括：

灯室(1)，以真空气密方式密封，并且具有封闭放电空间(3)的石英玻璃壁(2)；

金属箔(4)，嵌入灯室的壁中，分别与各自的外电流导体(5)连接；

钨电极棒(6a)，分别与所述金属箔的相应一个连接，并从灯室的壁突入放电空间中；

在放电空间中的可电离填充物；

该灯满足下列关系，

f_inw＞＝40％

其中：f_inw＝封入灯室壁中的电极棒长度部分，

其特征在于，电极棒(6a)具有突入放电空间(3)的第一部分(7a)和至少部份封入壁(2)中的第二部分(7b)，该第一部分至少大体由钨制备，第二部分由从钨、钼和钨钼合金的组中选择的元素构成，其中所述钨的厚度在120μm与180μm之间的范围内，所述钼的厚度在120μm与350μm之间的范围内，和所述钨钼合金的厚度在120μm与350μm之间的范围内，所述第一部分和第二部分接触并且通过相面对的端部(7c)彼此连接。

2.如权利要求1所述的高压气体放电灯，其特征在于电极棒(6a)的第一部分(7a)与灯室(1)的壁(2)，在接触区域(6c)永久性地接触。

3.如权利要求1或2所述的高压气体放电灯，其特征在于，电极棒(6a)的第一部分(7a)的厚度为250μm到400μm。

4.如权利要求1、2或3所述的高压气体放电灯，其特征在于，电极棒(6a)的长度在4.5mm与7.5mm之间。

5.如权利要求1、2、3或4所述的高压气体放电灯，其特征在于，该灯配有灯头(8)。

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