CN1490841A - 能够保持稳定特性的金属蒸汽放电灯和照明设备 - Google Patents

Abstract

一种包括电弧管1的金属蒸汽放电灯，其中电弧管1包括容器10和输电构件20a和20b。由半透明陶瓷制成的容器10被分成一个主管部分11和两个分别从主管部分11两端伸出去的窄管部分12a和12b。输电构件20a和20b分别包括由钨制成的电极引脚21a和21b。由钨制成的线圈22a和22b分别缠绕在电极引脚21a和21b的末端，其中电极引脚21a和21b分别同由导电金属陶瓷制成的电极支撑构件23a和23b连接。电极长度L1设置为(0.041P+0.5)mm到(0.041P+8.0)mm，其中“P”表示以瓦特为单位的灯功率。可选地，窄管部分的长度设置为(0.032P+3.5)mm到(0.032P+8.0)mm的范围，包括这两个端点。

Description

能够保持稳定特性的金属蒸汽放电灯和照明设备

发明领域

本发明涉及一种金属蒸汽放电灯，尤其涉及一种金属蒸汽放电灯和具有该金属蒸汽放电灯的照明设备。

相关技术描述

包含在金属卤化物灯中的电弧管包括一个透明容器，其中密封了一种用作发光金属的卤化金属。该透明容器包括一对彼此面对面的电极。当电极从外部接收到电源并放电时，该金属卤化物灯在高温发射出光线。

通常，许多电弧管是由石英玻璃制成的。但是近年来，由于在耐热性方面氧化铝陶瓷优于石英玻璃，因此常使用由氧化铝陶瓷制成的电弧管。

为了将电极密封在由石英玻璃制成的电弧管中，向电弧管的两端施加热量和压力，从而使两端变形。在电弧管由氧化铝陶瓷制成的情况下，首先要准备一个容器，该容器被分成一个主管部分和从其两端伸出去的窄管部分。然后分别将两个输电构件通过窄管部分插入到该容器中。接着从两端将一种熔化状态的密封材料，如玻璃粉，倒入窄管部分内表面和输电构件之间的空隙，从而电弧管被密封材料密封(日本已公开的专利申请No.S57-78763)。

同时，氧化铝陶瓷电弧管还具有许多优点，因而是实现高性能灯所期望的。

例如，由于氧化铝陶瓷电弧管能够发出比石英玻璃电弧管温度高的光线，因此有可能增加密封在电弧管中物质的汽压。这对实现彩色重现和高效率都是有好处的。

此外，同石英玻璃相比，氧化铝陶瓷与密封在电弧管中的卤化物质有更高的活性。这有助于延长金属卤化物灯的使用寿命。

但是，利用这种氧化铝陶瓷电弧管的金属卤化物灯也有一个问题，就是在灯的使用寿命期间色温会发生变化。即，即使在开始的时候金属卤化物灯有足够的色温特性来保持灯的预定色温，但利用灯进行照明的时间越长，如100小时、1000小时等等，色温特性就越低。

以下对其原因进行考虑。

在以上述方式密封的氧化铝陶瓷电弧管中，每个窄管部分和每个输电构件之间空隙的各主管部分侧都没有充满密封材料。

当灯被点亮后，液态的发光金属逐渐滑到该空隙中。尤其是当这种灯是在电极保持垂直的情况下被点亮时，密封在电弧管中的发光金属渗到低于容器主管部分的空隙中。

由于金属渗入到空隙中，因此在放电空间用于发光的金属的量就减少了。这阻碍了提供足够的金属汽压，从而导致色温的改变。

人们可能认为可以通过装入足量的发光金属以防止色温改变来解决这个问题。但是，当装入太多的发光金属时，金属、电极、氧化铝和密封材料之间的反应也增加了。这会缩短灯的使用寿命。

可选地，密封材料可以倒入更低的空隙，从而减少渗入该空隙的发光金属的量。但是，在这种情况下，插入的密封材料的两端离放电空间就近了，在此温度升高得非常多。这增加了密封材料和发光金属之间的反应，导致缩短灯的使用寿命。此外，对于插入该空隙的密封材料，还容易产生裂缝。

发明概述

因此，本发明的第一个目的是提供一种防止发光金属滑入空隙，并且即使在长时间连续使用该灯照明后在色温和其它特性方面都呈现较小变化的金属蒸汽放电灯，还提供一种包括该金属蒸汽放电灯的照明设备。

本发明的第二个目的是解决使用了氧化铝陶瓷电弧管的金属卤化物灯的另一个问题，这个问题是如果发光金属包含铈，则灯在开启之后有可能马上熄灭，这种现象尤其是发生在最初的老化(aging)照明过程中，该过程是在灯生产出来以后立即执行的。

以上目的是通过一种具有电弧管的金属蒸汽放电灯来实现的，其中电弧管包括一个由半透明陶瓷制成的容器，该容器被分成一个主管部分和两个分别从主管部分的两端伸出去的窄管部分，在主管部分中形成一个放电空间，在这个放电空间中装入发光金属，每个窄管部分中都有一个电极，有一个线圈缠绕在电极面向放电空间的一端，在每个窄管部分中都插入一个电极支撑构件并连接到电极的另一端，该电弧管被一种插入到每个电极支撑构件和每个窄管部分之间各空隙的密封材料密封，每个电极的长度(电极长度L1)在包括(0.041P+0.5)mm到(0.041P+8.0)mm之间，其中“P”表示以瓦特为单位的灯功率。

在上面的公式中，电极长度L1定义为电极头和连接到电极支撑构件的电极末端之间的距离。此外，灯功率P表示当灯稳定照明时的灯功率。

利用上面所说明的结构，其中电极长度L1设置为不大于(0.041P+8.0)mm，这防止装在电弧管中的发光金属滑入到窄管部分内表面和电极之间的空隙中。这使得有可能将放电空间中的汽压保持在一个令人满意的水平，这有助于实现即使在长时间连续使用该灯照明后在色温和其它特性方面都呈现较小变化的金属蒸汽放电灯。

此外，将电极长度L1设置为不小于(0.041P+0.5)mm也抑制了密封构件和发光金属之间的反应，并防止在密封构件中产生裂缝。

在上述金属蒸汽放电灯中，优选地，每个电极从各窄管部分伸入放电空间的一部分长度在包括3.0mm到6.5mm之间。

此外，优选地，每个电极的热导不小于130W/m*K，而每个电极支撑构件的热导不大于100W/m*K。

此外，优选地，每个电极都包含钨和/或钼，而每个电极支撑构件都包含铈。

此外，优选地，每个窄管部分的长度(窄管部分长度L2)在包括(0.032P+3.5)mm到(0.032P+8.0)mm之间，以确保抑制滑入空隙的发光金属量的有利效果。

此外，优选地，密封材料是从不面向放电空间的外端插入到每个窄管部分中的，而每个窄管部分中密封材料的长度(表示为“12”)在包括3.7mm到5.5mm之间，以增强使用寿命期限内密封构件的可靠性并保持特性。

在此应当指出，通过实验已经证明当电极长度L1设置为在包括(0.041P+0.5)mm到(0.041P+8.0)mm之间时，具有70W到400W灯功率的金属蒸汽放电灯关于上述效果显示出令人满意的水平。

以上目的还可以通过一种具有电弧管的金属蒸汽放电灯来实现，其中电弧管包括一个由半透明陶瓷制成的容器，该容器被分成一个主管部分和两个分别从主管部分的两端伸出去的窄管部分，在主管部分中形成一个放电空间，在这个放电空间中装入发光金属，每个窄管部分中都有一个电极，有一个线圈缠绕在电极面向放电空间的一端，在每个窄管部分中都插入一个电极支撑构件并连接到电极的另一端，该电弧管被一种插入到每个电极支撑构件和每个窄管部分之间各空隙的密封材料密封，每个窄管部分的长度(窄管部分长度L2)在包括(0.032P+3.5)mm到(0.032P+8.0)mm之间，其中“P”表示以瓦特为单位的灯功率。

利用上面所说明的结构，其中窄管部分长度L2设置为不大于(0.032P+8.0)mm，这防止装在电弧管中的发光金属滑到窄管部分内表面和电极之间的空隙中。这使得有可能将放电空间中的汽压保持在一个令人满意的水平，这有助于实现在长时间连续使用该灯照明后在色温和其它特性方面都呈现较小变化的金属蒸汽放电灯。

此外，将窄管部分长度L2设置为不小于(0.032P+3.5)mm也抑制了密封构件和发光金属之间的反应，并防止在密封构件中产生裂缝。

此外，当窄管部分长度L2设置在上述范围内时，灯开启故障的发生率降低了。观察发现这个效果是很显著的，尤其当装入的发光金属包含铈时。

在此应当指出，通过实验已经证明当窄管部分长度L2设置为在包括(0.032P+3.5)mm到(0.032P+8.0)mm之间时，具有70W到360W灯功率的金属蒸汽放电灯关于上述效果显示出令人满意的水平。

当窄管部分长度L2设置为在包括(0.032P+3.5)mm到(0.032P+6.0)mm之间时，可以改进抑制渗入空隙的发光金属量和降低灯开启故障发生率的有利效果。

此外，优选地，密封材料是从不面向放电空间的外端插入到每个窄管部分中的，而每个窄管部分中密封材料的长度(表示为“12”)在包括3.7mm到5.5mm之间，以增强使用寿命期限内密封构件的可靠性并保持特性。

通常，在每个窄管部分厚度不小于主管部分厚度1.15倍、或主管部分和窄管部分没有任何收缩配件地形成一块、或电弧管位于密封了氮的外管中的金属蒸汽放电灯中，容易发生发光金属滑入空隙的问题。因此，本发明对于这些类型的金属蒸汽放电灯尤其有效。

附图简述

通过以下对其进行的详细描述并联系相应附图，本发明的这些和其它目的、优点和特征将变得很明显，附图说明了本发明的一种具体实施方案。

在附图中：

图1是本发明一种实施方案中金属蒸汽放电灯的正视图，示出了其结构；

图2是电弧管1的剖面图，示出了其结构的一种实例；

图3示出了本发明一种实施方案中照明设备的结构；

图4是电弧管1的剖面图，示出了其结构的一种实例；

图5A和5B是电弧管的剖面图，用来解释电极长度L1；及

图6是关于开启故障发生机理的说明。

优选实施方案详述

以下参考附图描述了本发明的优选实施方案。

实施方案1

完整的金属蒸汽放电灯和电弧管的结构

图1是实施方案1中金属蒸汽放电灯的正视图(包括部分剖面图)，示出了其结构。

如图1所示，该金属蒸汽放电灯包括外管3，其中密封了一定压力的氮。在外管3中，由半透明陶瓷制成的电弧管1由输电线2a和2b固定在一个确定的位置。基座4附着在外管3密封的一端。

图2是电弧管1的剖面图。

如图2所示，电弧管1包括容器10和输电构件20a和20b。容器10被分成窄管部分12a和12b及主管部分(发光部分)11。输电构件20a和20b分别通过窄管部分12a和12b插入到容器10中。一种典型的用作客器10材料的半透明陶瓷是氧化铝陶瓷。

输电构件20a和20b分别包括电极引脚21a和21b。由钨制成的线圈22a和22b分别缠绕在电极引脚21a和21b的末端。电极引脚21a和21b分别在其另一端同由导电金属陶瓷制成的电极支撑构件23a和23b连接在一起。在此应当指出，导电金属陶瓷是通过将金属粉末同陶瓷粉末混合在一起并将混合物烘干来产生的，其热膨胀系数与陶瓷的大致相等。

电极引脚21a和21b分别利用激光束焊接法同电极支撑构件23a和23b连接在一起。利用电阻对缝焊接法，由于金属陶瓷具有较大的电阻，因此它们容易连接得很不结实。相反，激光束焊接法将它们连接得足够结实，几乎可以防止它们在灯使用寿命期间分离。

电极引脚21a和21b同容器10的窄管部分12a和12b中的电极支撑构件23a和23b连接在一起。

电极引脚21a和21b从窄管部分12a和12b伸到容器10的主管部分11中，从而其被线圈22a和22b缠绕的两端在主管部分11中彼此面对面，其中主管部分11中的空间充当放电空间。

电极支撑构件23a和23b分别从窄管部分12a和12b伸到外面。电极支撑构件23a和23b与窄管部分12a和12b之间的空隙在接近外面的一端被密封构件24a和24b密封，这是通过将玻璃粉从外面倒入该空隙中形成的。玻璃粉包括金属氧化物、氧化铝和二氧化硅。

汞、稀有气体和发光金属装在主管部分11中的放电空间中。

当外部驱动电路通过基座4和输电线2a和2b持续向输电构件20a和20b施加频率为60Hz、峰值电压为283伏的正弦波电压时，具有上述结构的金属蒸汽放电灯将持续发光。

照明设备的结构

图3是一种照明设备的剖面图，金属蒸汽放电灯附着在其上。

如图3所示，照明设备30包括一个主体和附着在该主体上的上述金属蒸汽放电灯34。该主体包括机座31、插座32和反射罩33。机座31用于将灯固定到天花板等。插座32附着到机座31。当其基座侧朝上放置时，金属蒸汽放电灯34附着到插座32，其中基座34固定到插座32。反射罩33是圆锥形的，其内表面具有反射性。反射罩33开口侧朝下固定，金属蒸汽放电灯34被其反射表面包围。应当指出，在一个与照明设备分开的地方提供照明电路设备(未说明)。

当通过插座32从照明电路设备供电时，金属蒸汽放电灯34发光，发出的一部分可见光直接通过开口向下传播，而另一部分从反射罩33的反射表面反射然后向下传播。

电极长度L1与灯特性之间的关系

在该实施方案中，电极引脚21a和21b的长度称为电极长度，且该电极长度设置为满足以下公式1条件的值。

公式1

0.041P+0.5≤L1≤0.041P+8.0，

其中，“L1”表示电极长度(mm)，而“P”表示灯功率(W)。

如这部分将详细描述的，通过将电极长度L1设置为在由公式1指定范围内的值，防止装在电弧管中的发光金属滑入到窄管部分内表面与电极引脚21a和21b之间的空隙中。这种电极长度设置还能防止在密封构件中产生裂缝，并抑制密封构件和发光金属之间的反应。这可以长时间防止色温的变化，并实现灯的长使用寿命。

对此将进行详细描述。

发光金属是否很容易滑入空隙依赖于间隙G中的温度。在此，间隙G是电极引脚21a和21b与窄管部分12a和12b之间所有未充满密封材料的空隙。密封构件24a和24b末端附近的温度尤其重要。

更具体而言，如果电极引脚21a和21b在窄管部分12a和12b中的温度低于在放电空间中的温度，而且如果包围电极引脚21a和21b的窄管部分12a和12b内表面的温度低于放电空间中的温度，则装入的发光金属在间隙G中变成液体，而液态的发光金属渗入到间隙G中。

相反，当电极长度L1设置为不大于(0.041P+8.0)mm的值时，间隙G中的温度保持足够高，可以使液态的发光金属汽化。

下面考虑这种机理。

具有高热导的电极引脚21a和21b易于从正极导热。相反，具有低热导的电极支撑构件23a和23b很难从电极引脚21a和21b导热。因此，间隙G中，尤其是密封构件24a和24b末端附近，的温度很大程度上受电极引脚21a和21b长度(热容量)的影响。电极引脚21a和21b越长，热容量越大，间隙G中，尤其是密封构件24a和24b末端附近，的温度就越低(相反，电极引脚21a和21b越短，间隙G中的温度就越高)。

如上所述，在该实施方案中，间隙G中，尤其是密封构件24a和24b末端附近，的温度保持高，这防止发光金属渗到窄管部分内表面与电极引脚21a和21b之间的空隙中。

相反，如果电极长度L1太短，则间隙G一侧密封构件24a和24b末端的温度就会变得太高，这促进了密封材料和发光金属之间的反应。

当电极引脚21a和21b与电极支撑构件23a和23b通过激光束焊接法连接时，焊接部分的表面变得含有大量氧化铝，从而促进了暴露在间隙G中的焊接部分和发光金属之间的反应。发光金属的反应增加了管电压，这容易使灯在早期熄灭，缩短灯的使用寿命。

此外，如果密封构件24a和24b末端的温度变得太高，则在密封构件24a和24b中很容易产生裂缝。

另一方面，如果电极长度L1设置为不小于(0.041P+0.5)mm的值，则密封构件24a和24b末端的温度不会上升得太高。这防止在密封构件24a和24b中产生裂缝，并防止密封材料和发光金属之间的反应。

突出的电极长度11

优选地，从窄管部分12a和12b伸到放电空间中的电极引脚21a和21b的长度，在本文中称为突出的电极长度11，设置为不小于3.0mm且不大于6.5mm。原因如下。

如果突出的电极长度11小于3.0mm，则管壁就会过于靠近主管部分11与窄管部分12a和12b之间边界附近的正极。由于热冲击，这会促进产生裂缝，并促进管壁和装入金属(发光金属)之间的反应。同样，如果突出的电极长度11大于6.5mm，则正极与窄管部分12a和12b之间的距离就会变得太大，使窄管部分12a和12b及间隙G的温度太低。这使得装入的金属(发光金属)渗到窄管部分内表面与电极引脚21a和21b之间的空隙中。在此应当指出，窄管部分12a和12b与放电空间之间的边界基本上就是窄管部分12a和12b内径开始增加的部分。

线圈25a和25b的实例

在图2所示的实例中，间隙G存在于窄管部分12a和12b的内表面与电极引脚21a和21b的外表面之间，间隙G中两个表面之间的距离等于它们的直径差。

图4示出了一种实例，其中由钼制成的线圈25a和25b缠绕在电极引脚21a和21b被窄管部分12a和12b包围的部分周围。

利用这种布置，间隙G在很大程度上被线圈25a和25b充满，减少了渗入间隙中的发光金属量，并使得密封材料和发光金属之间很难发生反应。但是，由于间隙G并没有完全被线圈25a和25b充满，因此发光金属还是会渗到间隙中，密封材料和发光金属之间也还是会发生反应。

在此，该结构可以同将电极长度L1(mm)设置为满足公式1条件的值相结合来获得与图2所示实例相同的效果。即，通过这种结合，防止发光金属渗到窄管部分内表面与电极引脚21a和21b之间的空隙中，并防止密封材料和发光金属之间的反应。

电极的形状和电极长度L1

图5A和5B是电弧管的剖面图，用来解释电极长度L1。通常，电极的长度(电极长度L1)定义为电极引脚21a(21b)的长度，或放电空间一侧线圈22a(22b)的头和电极支撑构件23a(23b)的末端之间的距离。这适用于图5A所示的实例，其中电极引脚21a(21b)的末端部分嵌入到电极支撑构件23a(23b)中。在这种情况下，电极长度L1等于电极引脚21a(21b)的长度。

另一方面，在图5B所示的实例中，其中线圈25a(25b)依次缠绕在窄管部分12a(12b)中的电极引脚21a(21b)和电极支撑构件23a(23b)周围，电极长度L1定义为(i)放电空间中电极引脚21a(21b)或线圈22a(22b)的头和(ii)(外侧)线圈25a(25b)末端之间的距离。

电极和电极支撑构件的热导

如上所述，难熔金属钨用作电极引脚21a和21b及线圈22a和22b的材料。钨具有不低于130(W/m*K)的热导。同样，如图4所示，由钼制成的线圈25a和25b也可以缠绕在电极引脚21a和21b周围。钼也具有不低于130(W/m*K)的热导。

因此，(i)由电极引脚21a和21b与线圈22a和22b组成的电极及(ii)由电极引脚21a和21b、线圈22a和22b与线圈25a和25b组成的电极都具有不低于130(W/m*K)的热导。

另一方面，一种导电金属陶瓷用作电极支撑构件23a和23b的材料。优选地，用作电极支撑构件23a和23b材料的导电金属陶瓷的热导要低于电极的热导且不大于100(W/m*K)。

如从随后提供的实验2结果显而易见的，这是因为当电极支撑构件23a和23b的热导同电极的一样高时，热量很容易从电极引脚漏到电极支撑构件。这会降低间隙G中的温度，使发光金属滑入到窄管部分内表面和电极引脚之间的空隙中。

窄管部分长度L2与灯特性之间的关系

在该实施方案中，窄管部分的长度称为窄管部分长度，且窄管部分长度设置为满足下面公式2条件的值。

公式2

0.032P+3.5≤L2≤0.032P+8.0，

其中，“L2”表示窄管部分长度(mm)，而“P”表示灯功率(W)。

这里，窄管部分长度L2是窄管部分12a(12b)从末端伸到管径开始增加位置的一部分的长度。通常，通过与窄管部分长度L2对应的部分的电弧管的直径基本上是恒定的。

如从随后所示的实验3结果显而易见的，通过这种将窄管部分长度L2设置为满足公式2条件的值的布置，防止发光金属渗到窄管部分内表面与电极引脚21a和21b之间的空隙中。这种窄管部分长度的设置还防止在密封构件中产生裂缝，并抑制密封构件和发光金属之间的反应。这可以长时间防止色温的变化，并实现灯的长使用寿命。

为了提高降低渗入空隙的发光金属量的可靠性，优选地设置电极长度L1为满足公式1条件的值，而设置窄管部分长度L2为满足公式2条件的值。

对此将进行详细描述。

发光金属是否很容易滑入空隙依赖于间隙G中的温度。

更具体而言，如果电极引脚21a和21b在窄管部分12a和12b中的温度低于在放电空间中的温度，而且如果包围电极引脚21a和21b的窄管部分12a和12b内表面的温度低于放电空间中的温度，则装入的发光金属在间隙G中变成液体，没有汽化，而液态的发光金属渗到间隙G中。

相反，当窄管部分长度L2设置为不大于(0.032P+8.0)mm的值时，间隙G中的温度保持足够高，可以使液态的发光金属汽化。

下面考虑这种机理。

间隙G中，尤其是密封构件24a和24b末端附近，的温度受窄管部分长度L2的影响很大。窄管部分长度L2越长，与正极的距离越远，热容量越大，间隙G中，尤其是密封构件24a和24b末端附近，的温度就越低(相反，窄管部分长度L2越短，间隙G中的温度就越高)。

相反，如果窄管部分长度L2太短，则间隙G一侧密封构件24a和24b末端的温度就会变得太高，这会促进密封材料和发光金属之间的反应。

在电极引脚21a和21b与电极支撑构件23a和23b通过激光束焊接法连接的情况下，焊接部分的表面变得含有大量氧化铝，从而促进了暴露在间隙G中的焊接部分和发光金属之间的反应。发光金属的反应增加了管电压，这易于使灯在早期熄灭，缩短灯的使用寿命。

此外，如果密封构件24a和24b末端的温度变得太高，则密封构件24a和24b中很容易产生裂缝。

另一方面，如果窄管部分长度L2设置为不小于(0.032P+3.5)mm的值，则密封构件24a和24b末端的温度就不会变得太高。这防止在密封构件24a和24b中产生裂缝，并防止密封材料和发光金属之间的反应。

窄管部分长度L2和灯开启故障之间的关系

当金属蒸汽放电灯利用包含铈的发光金属时，灯有可能在开启之后立刻熄灭。这种现象尤其是发生在最初的老化照明过程中，该过程是在灯生产出来以后立即执行的。但是，通过将窄管部分长度L2设置为满足公式2条件的值，可以减少这种问题的发生。

通过将窄管部分长度L2设置为满足下面公式3条件的值，可以增强减少开启故障的效果。

公式3

0.032P+3.5≤L2≤0.032P+6.0，

其中，“L2”表示窄管部分长度(mm)，而“P”表示灯功率(W)。

现在描述灯开启故障的机理和通过将窄管部分长度L2设置为一个较小的值来实现对其的抑制。

图6是关于发生开启故障的机理。

在图6中，“Vm”表示驱动电路的电源电压输入，而“Vla”表示施加到灯的灯电压。

在图6中，灯电压波形的峰值电压相当于重燃电压。

在灯开启之后，灯电压Vla逐渐升高。这里，如果发光金属包含铈(Ce)，则灯开启几秒钟之后重燃电压就会迅速升高。关于图6所示的图，可以发现在第5个波形处重燃电压迅速升高。这是因为在灯开启之后当电弧管壁的温度升高到一定程度时，铈会急剧汽化，引起不规律的电弧放电。

在此，当电弧管壁温度升高的速度较慢时，需要很长一段时间电弧管壁的温度才能升高到引起铈汽化的程度。在这种情况下，当由于铈汽化重燃电压迅速升高时，灯电压Vla已经升高到了一个相当高的水平，这使得重燃电压升高得更多。因此，可能出现在这一点上电源电压Vm和重燃电压之间的差值VA是“0”。

在图6所示的图中，可以发现在第5个波形处重燃电压迅速升高，从而电源电压Vm和重燃电压之间的差值VA是0。

如上所述，在电源电压Vm和重燃电压之间的差值VA变成0的瞬间灯就会熄灭。

相反，当窄管部分长度L2设置为一个较小的值时，电弧管壁温度升高的速度加快，在很短的时间内铈就会汽化。在这种情况下，当铈汽化后，灯电压Vla还没有升高到一个相当高的水平，而且这里即使重燃电压升高，电源电压Vm和重燃电压之间的差值VA变成“0”的可能性也是极小的。

已经通过实验证明在金属蒸汽放电灯中，可以通过将窄管部分长度L2设置为不大于(0.032P+8.0)mm来抑制灯的开启故障，其中在放电空间中装入了13.5mg的发光金属，该发光金属由CeI3(5.4mg的铈)、NaI(7.1mg的钠)、TlI(0.6mg的铊)及InI(0.4mg的铟)组成。

密封材料插入长度12和电弧管容器的厚度

在该实施方案中，密封材料插入窄管部分的长度称为密封材料插入长度12，优选地，密封材料插入长度设置为满足下面公式4条件的值。

公式4

3.7≤12≤5.5，

其中，“12”表示密封材料插入长度(mm)。

如从随后详细描述的实验4结果显而易见的，该长度的设置增强了灯使用寿命期间密封构件的可靠性，并稳定了特性。

在普通陶瓷发光容器的情况下，窄管部分的厚度t2不小于主管部分厚度t1的1.15倍。

如在这种情况下，当窄管部分比主管部分厚时(即，t2＞t1)，间隙G中，尤其是密封构件24a和24b末端附近，的温度容易变低。在这种情况下，将窄管部分长度设置为满足公式2或3条件的值能够有效地防止发光金属渗到窄管部分内表面与电极引脚21a和21b之间的空隙中。

变体及其它

发光金属下渗的问题主要发生在电极垂直放置时下面的窄管部分中。因此，当事先知道哪个窄管部分12a和12b位置在下面时，上面解释的包括窄管部分长度L2的长度设置就可以仅应用到下面的窄管部分。希望这样能够提供相同的效果。

否则，由于任意一个都可以放置在下面，因此优选地上面解释的长度设置要应用到两个窄管部分12a和12b。

实例

准备了该实施方案中金属蒸汽放电灯的实例，其中灯功率P＝300W。元件的型号和尺寸如下。

窄管部分长度L2设置为15.8mm。

电极引脚21a和21b的外径为0.71mm，长度为17.8mm。

用作电极支撑构件23a和23b的导电金属陶瓷是通过烘干钼和氧化铝的混合物形成的。导电金属陶瓷的热膨胀系数是7.0×10^-6，热导是70(W/m*K)。电极支撑构件23a和23b的外径为1.3mm，长度为30mm。

装在放电空间中的发光金属量共13.5mg。该发光金属是由2.6mg的DyI₃、2.6mg的HoI₃、2.6mg的TmI₃、3.3mg的NaI和2.4mg的TlI组成的。此外，在放电空间中装入作为稀有气体的20kPa的氩。

窄管部分12a和12b的内径为1.3mm。主管部分11的厚度t1设置为1.1mm，而窄管部分12a和12b的厚度t2设置为1.35mm。

对于金属蒸汽放电灯的每种实例，都进行以下实验。在这些实验中，使用由钼制成的电极引脚21a和21b，线圈25a和25b围绕在其周围。

实验1

对金属蒸汽放电灯的实例进行3000小时的寿命实验，其中电极长度L1分别设置为11.8mm、12.8mm、16.3mm、19.8mm和20.8mm，测量管电压的增加(V)和色温的变化(K)。

间隙G的长度(窄管部分12a(12b)放电空间一侧的末端和密封构件24a(24b)一端表面之间的距离)固定为4.5mm。

表1示出了实验结果。

在表1的“评价”一列中，符号“○”表示“好”，而符号“×”表示”不好”(这也适用于表2-6)。

表1

电极长度L1(mm)	每3000小时管电压的增加值	每3000小时色温的变化	评价
				11.8	27V	130K	×
12.8	15V	145K	○
				16.3	7V	205K	○
19.8	10V	280K	○
				20.8	6V	550K	×

表1的实验结果表明具有12.8mm或更长电极长度L1的金属蒸汽放电灯的实例每3000小时管电压增长得很小。

这可以看作是因为当电极长度L1为12.8mm或更短时，密封构件24a和24b末端的温度会增加得足够多，从而促进同发光金属的反应，而相反，当电极长度L1小于12.8mm时，抑制了温度的上升。

表1的实验结果还表明具有不小于19.8mm电极长度L1的金属蒸汽放电灯的实例每3000小时色温的变化很小。

这可以看作是因为窄管部分内壁表面的温度保持足够高，从而抑制发光金属渗到间隙中。

如从该实验结果可以理解的，在灯功率P＝300W的金属蒸汽放电灯中，当电极长度L1设置为12.8mm到19.8mm之间(即，公式1指定的范围)的值时，可以抑制管电压的增加和色温的变化。

对灯功率P＝70W的金属蒸汽放电灯的实例也进行3000小时的寿命实验，其中电极引脚21a和21b的外径为0.35mm，电极长度L1分别设置为3.0mm、3.5mm、7.0mm、10.8mm和11.3mm，测量管电压的增加(V)和色温的变化(K)。

表2示出了实验结果，如从结果可以理解的，当电极长度L1设置为3.5mm到10.8mm之间(即，公式1指定的范围)的值时，可以抑制管电压的增加和色温的变化。

表2

电极长度L1(mm)	每3000小时管电压的增加值	每3000小时色温的变化	评价
				3.0	24V	155K	×
3.5	18V	170K	○
				7.0	7V	200K	○
10.8	5V	240K	○
				11.3	5V	510K	×

在此应当指出，对灯功率P＝70W到400W的金属蒸汽放电灯的实例也进行了类似的实验，证明当电极长度L1设置为满足公式1指定条件的值时，可以抑制使用寿命期间管电压的增加和色温的变化。

对发光金属成分的不同比例也进行了类似的实验，证明当电极长度L1设置为满足公式1指定条件的值时，不管发光金属成分的比例是多少，都可以抑制使用寿命期间管电压的增加和色温的变化。

实例2

对金属蒸汽放电灯的实例进行3000小时的寿命实验，其中电极长度L1固定为17.8mm，而分别用具有70、100和110W/m*K热导的金属陶瓷及具有138W/m*K热导的钼作为电极支撑构件的材料，测量色温的变化(K)。

表3示出了实验结果。

表3

电极支撑构件的材料	热导(W/m*K)	每3000小时色温的变化	评价
				金属陶瓷	70	200K	○
金属陶瓷	100	240K	○
				金属陶瓷	110	380K	×
钼	138	525K	×

如从结果可以理解的，当具有不小于100W/m*K热导的材料用作电极支撑构件23a和23b的材料时，使用寿命期间色温的变化很大。这可以看作是因为当电极支撑构件具有高热导时，热量很容易从电极引脚漏到电极支撑构件，这会降低间隙G中，尤其是密封构件24a和24b末端附近，的温度，从而使发光金属渗到间隙中。

实例3

对金属蒸汽放电灯的实例进行3000小时的寿命实验，其中窄管部分长度L2分别设置为10.0mm、11.6mm、13.1mm、15.0mm、17.6mm和19.1mm，测量产生裂缝的可能性和色温的变化。

电极长度L1固定为17.6mm，而密封材料插入长度12固定为4.5mm。

表4示出了实验结果。

在表4的“评价”一列中，符号“◎”表示“极好”(这也适用于表5)。

表4

窄管部分长度L2(mm)

每3000小时产生裂缝的可能性

每3000小时色温的变化

评价

10.0	4/8	155K	×
				11.6	1/10	185K	×
13.1	0/10	220K	◎
				15.6	0/10	230K	◎
17.6	0/8	300K	○
				19.1	0/7	430K	×

如从结果可以理解的，窄管部分长度L2设置得不大于11.6mm的金属蒸汽放电灯会产生裂缝，而窄管部分长度L2设置得不小于13.1mm的金属蒸汽放电灯产生裂缝的可能性就非常小。这可以看作是因为当窄管部分长度L2不小于13.1mm时，当灯点亮后，窄管部分中电极支撑构件和密封构件的温度不会上升得太高，这防止了这些构件与发光金属的反应和热膨胀。

如上所述，应当理解，在灯功率P＝300W的金属蒸汽放电灯中，当窄管部分长度L2设置为13.1mm到17.6mm之间(即，公式2指定的范围)的值时，可以抑制裂缝的产生和色温的变化。

对灯功率P＝70W的金属蒸汽放电灯的实例也进行3000小时的寿命实验，其中窄管部分长度L2分别设置为4.0mm、5.0mm、5.8mm、8.0mm、10.0mm和11.0mm，测量产生裂缝的可能性和色温的变化(K)。

表5示出了实验结果，如从结果可以理解的，在灯功率P＝70W的金属蒸汽放电灯中，当窄管部分长度L2设置为5.8mm到10.0mm之间(即，公式2指定的范围)的值时，可以抑制产生裂缝的可能性和色温的变化。

表5

窄管部分长度L2(mm)	每3000小时产生裂缝的可能性	每3000小时色温的变化	评价
				4.0	3/8	165K	×
5.0	2/8	180K	×
				5.8	0/10	190K	◎
8.0	0/10	210K	◎
				10.0	0/10	295K	○
11.0	0/5	500K	×

实例4

对金属蒸汽放电灯的实例进行3000小时的寿命实验，其中电极长度L1和窄管部分长度L2分别固定为17.6mm和15.8mm，而密封材料插入长度12分别设置为3.2mm、3.7mm、5.5mm和6.0mm，测量在密封构件中产生裂缝的可能性和色温的变化。

表6示出了实验结果。

表6

密封材料插入长度12(mm)	每3000小时产生裂缝的可能性	每3000小时色温的变化	评价
				3.2	0/6	455K	×
3.7	0/8	280K	○
				5.5	0/10	220K	○
6.0	2/7	200K	×

如从结果可以理解的，当密封材料插入长度12不大于5.5mm时，产生裂缝的可能性是很小的。这可以看作是因为当密封材料插入长度12不大于5.5mm时，当灯点亮后，窄管部分中电极支撑构件和密封构件的温度不会上升得太高，这防止了这些构件与发光金属的反应和热膨胀。

另一方面，从表6所示的结果应当理解，当密封材料插入长度12不小于3.7mm时，使用寿命期间色温的变化是很小的。这可以看作是因为当密封材料插入长度12不小于3.7mm时，密封构件末端的温度保持足够高，从而可以防止发光金属渗到间隙G中。

尽管已经通过实例并参考相应附图完整地对本发明进行了描述，但是应当指出，对本领域技术人员来说，各种修改和变化是显而易见的。因此，除非这些修改和变化背离了本发明的范围，它们都应当被看作是包括在其中的。

Claims (18)

1、一种具有电弧管的金属蒸汽放电灯，其中

电弧管包括一个由半透明陶瓷制成的容器，该容器被分成一个主管部分和两个分别从该主管部分两端伸出去的窄管部分，

在主管部分中形成一个放电空间，在该放电空间中装入发光金属，

每个窄管部分中都有一个电极，一个线圈缠绕在该电极面向放电空间的一端，

每个窄管部分中都插入一个电极支撑构件并连接到电极的另一端，

电弧管被插入到每个电极支撑构件和每个窄管部分之间各空隙的密封材料密封，及

每个电极的长度在(0.041P+0.5)mm到(0.041P+8.0)mm的范围内，包括这两个端点，其中“P”表示以瓦特为单位的灯功率。

2、权利要求1的金属蒸汽放电灯，其中

每个电极从各窄管部分伸到放电空间中的一部分长度在3.0mm到6.5mm的范围内，包括这两个端点。

3、权利要求1的金属蒸汽放电灯，其中

每个电极都具有不小于130W/m*K的热导，且

每个电极支撑构件都具有不大于100W/m*K的热导。

4、权利要求1的金属蒸汽放电灯，其中

每个电极都包含钨和/或钼，而

每个电极支撑构件都包含金属陶瓷。

5、权利要求1的金属蒸汽放电灯，其中

每个窄管部分的长度在(0.032P+3.5)mm到(0.032P+8.0)mm的范围内，包括这两个端点，其中“P”表示以瓦特为单位的灯功率。

6、权利要求1的金属蒸汽放电灯，其中

密封材料从不面向放电空间的外端插入到每个窄管部分中，且每个窄管部分中密封材料的长度在3.7mm到5.5mm的范围内，包括这两个端点。

7、权利要求1的金属蒸汽放电灯，其中

主管部分和窄管部分形成一块。

8、一种具有电弧管的金属蒸汽放电灯，其中

电弧管包括一个由半透明陶瓷制成的容器，该容器被分成一个主管部分和两个分别从该主管部分两端伸出去的窄管部分，

在主管部分中形成一个放电空间，在该放电空间中装入发光金属，

每个窄管部分中都有一个电极，一个线圈缠绕在该电极面向放电空间的一端，

每个窄管部分中都插入一个电极支撑构件并连接到电极的另一端，

电弧管被插入到每个电极支撑构件和每个窄管部分之间各空隙的密封材料密封，

每个电极的长度在(0.041P+0.5)mm到(0.041P+8.0)mm的范围内，包括这两个端点，其中“P”表示以瓦特为单位的灯功率，及

灯功率在包括70瓦特到400瓦特之间。

9、一种具有电弧管的金属蒸汽放电灯，其中

电弧管包括一个由半透明陶瓷制成的容器，该容器被分成一个主管部分和两个分别从该主管部分两端伸出去的窄管部分，

在主管部分中形成一个放电空间，在该放电空间中装入发光金属，

每个窄管部分中都有一个电极，一个线圈缠绕在该电极面向放电空间的一端，

每个窄管部分中都插入一个电极支撑构件并连接到电极的另一端，

电弧管被插入到每个电极支撑构件和每个窄管部分之间各空隙的密封材料密封，及

每个窄管部分的长度在(0.032P+3.5)mm到(0.032P+8.0)mm的范围内，包括这两个端点，其中“P”表示以瓦特为单位的灯功率。

10、一种具有电弧管的金属蒸汽放电灯，其中

电弧管包括一个由半透明陶瓷制成的容器，该容器被分成一个主管部分和两个分别从该主管部分两端伸出去的窄管部分，

在主管部分中形成一个放电空间，在该放电空间中装入发光金属，

每个窄管部分中都有一个电极，一个线圈缠绕在该电极面向放电空间的一端，

每个窄管部分中都插入一个电极支撑构件并连接到电极的另一端，

电弧管被插入到每个电极支撑构件和每个窄管部分之间各空隙的密封材料密封，及

每个窄管部分的长度在(0.032P+3.5)mm到(0.032P+6.0)mm的范围内，包括这两个端点，其中“P”表示以瓦特为单位的灯功率。

11、权利要求10的金属蒸汽放电灯，其中

装在主管部分中的发光金属包含铈。

12、权利要求9的金属蒸汽放电灯，其中密封材料从不面向放电空间的外端插入到每个窄管部分中，且每个窄管部分中密封材料的长度在3.7mm到5.5mm的范围内，包括这两个端点。

13、权利要求9的金属蒸汽放电灯，其中每个窄管部分的厚度不小于主管部分厚度的1.15倍。

14、权利要求9的金属蒸汽放电灯，其中

每个电极支撑构件都是由金属陶瓷制成的。

15、权利要求9的金属蒸汽放电灯，其中

主管部分和窄管部分形成一块。

16、权利要求9的金属蒸汽放电灯，其中

灯功率在70瓦特到360瓦特的范围内，包括这两个端点。

17、一种照明设备，包括一个主体、一个位于该主体中的金属蒸汽放电灯及连接到该金属蒸汽放电灯的照明电路设备，该金属蒸汽放电灯具有一个电弧管，其中

电弧管包括一个由半透明陶瓷制成的容器，该容器被分成一个主管部分和两个分别从该主管部分两端伸出去的窄管部分，

在主管部分中形成一个放电空间，在该放电空间中装入发光金属，

每个窄管部分中都有一个电极，一个线圈缠绕在该电极面向放电空间的一端，

每个窄管部分中都插入一个电极支撑构件并连接到电极的另一端，

电弧管被插入到每个电极支撑构件和每个窄管部分之间各空隙的密封材料密封，及

每个电极的长度在(0.041P+0.5)mm到(0.041P+8.0)mm的范围内，包括这两个端点，其中“P”表示以瓦特为单位的灯功率。

18、一种照明设备，包括一个主体、一个位于该主体中的金属蒸汽放电灯及连接到该金属蒸汽放电灯的照明电路设备，该金属蒸汽放电灯具有一个电弧管，其中

电弧管包括一个由半透明陶瓷制成的容器，该容器被分成一个主管部分和两个分别从该主管部分两端伸出去的窄管部分，

在主管部分中形成一个放电空间，在该放电空间中装入发光金属，

每个窄管部分中都有一个电极，一个线圈缠绕在该电极面向放电空间的一端，

每个窄管部分中都插入一个电极支撑构件并连接到电极的另一端，

电弧管被插入到每个电极支撑构件和每个窄管部分之间各空隙的密封材料密封，及

每个窄管部分的长度在(0.032P+3.5)mm到(0.032P+8.0)mm的范围内，包括这两个端点，其中“P”表示以瓦特为单位的灯功率。

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