CN87104474A - 高压钠灯 - Google Patents

Abstract

一种高压钠灯，包括一个透光的陶瓷灯管[13]，一对电极[15]、[17]被相对地安置在其中。电极之一[15]插入到一个金属管[25]的一端，金属管[25]的另一端被夹紧，金属管内表面的中心线平均表面粗糙度保持在2μm以下，以便防止凝结在金属管另一端内表面的熔化了的钠一水银混合物由于毛细管作用沿金属管内表面移向相对的一端。

Description

本发明一般地涉及高压钠灯，特别是涉及一种采用半透明陶瓷体作为灯管、在灯管内带有一对相对安置的电极、并充有帮助启动的稀有气体和水银以及钠等充入物的高压钠灯。

采用半透明陶瓷体作为灯管的高压钠灯在高效率放电灯方面是众所周知的，在这种灯中，透光陶瓷用高密度多晶体如矾土、金属氧化单晶体如红宝石或蓝宝石制成。

对这种采用半透明陶瓷体的灯管来说，由于陶瓷具有较高的熔点，因此难以用在加热时挤压灯管端部这种通常的方法把一对电极封装在灯管的端部。例如，对矾土陶瓷来说，封装件通过玻璃焊料来封装灯管的相对二端部，封装件采用与灯管相同的材料制成，如矾土陶瓷，或者用高熔点的金属制成，如铌和钽，其热膨胀系数几乎与矾土陶瓷相同。一对电极分别由每一封装件固定，特别是，一根金属管，例如由铌制成的金属管，穿过封装件之一，并与之成密封连接，一个电极固定在金属管位于灯管内的一端，在制造过程中，灯管内的空气通过金属管内的一个抽气孔抽出，这一金属外部开口在有助于启动的稀有气体、过量的水银和钠通过金属管充入灯管后被密封。而且，具有上述结构的灯管被置于一个罩壳内，罩壳内部处于真空状态。

在某些具有上述结构的灯具中，其电压在点燃时急剧增加，并且当电源电压迅速变化时电极之间出现电弧的熄灭。

本发明的发明人发现，过量的水银和钠凝结在处于邻近电极和抽气孔内侧区域的金属管内，由于与管子封口的外端相邻的外侧端口区域是金属管最冷的部分，这种凝结通常应当出现在这一区域。所以，发明人得出结论，凝结后的钠和水银一定是从外侧区域迁移到内侧区域。

在如上所述的情形下，由于金属管内侧区域的温度比外侧区域的温度高，凝结在内侧区域的水银和钠在点燃时会蒸发，灯管内水银和钠的蒸气压力增大。另外，钠易于同用作密封材料的玻璃焊料和用作灯管材料的矾土发生反应并被消耗。结果，灯管内的水银蒸汽压力相对增加，这样就使得灯的电压增大。

下面，将对水银和钠从金属管外侧区域向内侧区域的移动加以讨论。

可以用作钠灯金属管的材料是十分有限的，例如，通常用于这种金属管的铌比铁、镍或铜更难加工，结果，在制造加工过程中就在金属管内表面沿轴向产生许多不希望有的槽形皱纹。如果用过度的腐蚀和退火来除去这些皱纹，则在拉延之后，金属管的内表面会出现晶粒边界，使得金属管的内表面过于粗糙。

通常认为凝结在金属管上的钠-水银混合物在灯点亮时熔化成液体，液体的钠和水银由于毛细管作用沿着金属管的皱纹和粗糙的内表面朝金属管的内侧区域（高温部分）移动。

本发明的目的之一是延长高压钠灯的寿命;

本发明的另一目的是基本上防止高压钠灯金属管内液化的钠-水银混合物的移动;

本发明进一步的目的是稳定高压钠灯内的蒸气压力。

为了实现上述目的，本发明的高压钠灯包括一个透光的陶瓷灯管，其中充有有助于启动的稀有气体、钠和水银等充入物，一对位于灯管两端的彼此相对的电极，以便在其间产生电弧，一个用来固定位于其一端的一个电极的金属管，金属管的另一端被密封，金属管侧壁上的一个抽气孔使金属管内部对灯管内部成为敞开的。

灯管内的钠和水银通过抽气孔凝结在金属管的密封部分，并当灯点燃时熔化。金属管包括一个内壁，它具有一定的表面粗糙度，用来基本上防止熔化的钠和水银由于毛细管作用沿该内壁移动。

至少在金属管的密封部分附近的金属管内壁中心线平均表面粗糙度要求达到2μm以下，以便基本上防止熔化的钠和水银的移动。

这一高压钠灯可以包括一个透光的外部罩壳，用来固定其中的灯管。

参考下列附图可以很好地理解本发明，其中：

图1是说明按照本发明的实施例的灯的侧面图;

图2是图1中带有一个电极的金属管的放大了的纵向剖面图。

现在参照附图详细叙述本发明的最佳实施例。

图1是说明高压钠灯的侧视图。电弧管[11]包括灯管[13]和分别安置在这一灯管[13]每一端的一对电极[15]和[17]，灯管[13]具有半透明的陶瓷罩壳，如矾土陶瓷，并充有适当数量有助于启动的稀有气体，如氙、水银和钠等充入物。为了气密地封接灯管[13]相对的两端，一对用矾土陶瓷制成的盖塞[19]和[21]由玻璃焊料[23]分别固定在灯管[13]的每一端。

一个由铌制成的金属管[25]穿过盖塞[19]并由玻璃焊料[23]固定在这一盖塞上，如图2所示。

电极之一[15]插入到位于灯管[13]内的金属管[25]一端[27]，位于灯管[13]内的另一电极[17]固定到由铌制成的引线[26]上。引线[26]穿过盖塞[21]并由玻璃焊料气密地固定在芯柱[21]上。

如图2所示，金属管[25]侧壁上具有抽气孔[29]，它位于灯管[13]内部，用来在制造过程中由此抽出灯管[13]内空气。

如前所述，有助于启动的稀有气体，如氙、水银和钠通过金属管[25]的另一端[31]和抽气孔[29]被充入灯管[13]内，与正常点燃所需的蒸气数量相比较之下，过量的水银和钠从金属管[25]的另一端[31]通过抽气孔[29]充入灯管[13]。当灯管[13]充满之后，金属管[25]的另一端[31]被夹断或密封，如图2所示。在灯点燃时，金属管[25]端部[31]附近的温度保持低于固定着电极[15]的金属管端部[27]的温度。所以，充入灯管[13]内过量的钠-水银混合物[33]凝结在另一端[31]（夹断部分35）的内表面，如图2所示。金属管[25]的端部[31]由支撑杆[37]通过金属板[39]支撑，金属板[39]紧密地固定在支撑杆[37]上。支撑杆[37]由管座[41]支撑，这样电压可以通过支撑杆[37]、金属板[39]和金属管[25]加到电极[15]上。

引线[26]的一端连结到电极[17]，另一端连结到固定在管座[41]上的接线端[43]，电压可以通过接线端[43]和引线[26]加到电极[17]上。

金属板[45]焊接在支撑杆[37]上，绝缘套管[46]固定在金属板[45]的中央，引线[26]穿过绝缘套管[46]，并由金属板[45]通过绝缘套管[46]支撑，特别是，引线[26]松弛地穿过绝缘套管[46]，这样它可以沿其轴向移动而不会产生额外的卷曲，其结果是当灯管[13]在点燃后沿其轴向膨胀时，引线[26]沿绝缘套管[46]移动以吸收灯管[13]的膨胀。

由支撑杆[37]支撑的电弧管[11]固定在用硬质玻璃制成的外部罩壳[47]内，上述结构与各种常规的灯类似。

图2是图1中所示钠灯的金属管的放大的纵向剖面图。金属管[25]的内表面被做成光滑的，其中心线平均表面粗糙度（以下略作表面粗糙度）为0.8μm，金属管[25]内表面的表面粗糙度用Rank    Taylor    Hobson    Leicester公司制造的Talysurf-6型表面粗糙计测量，Talysurf-6型表面粗糙计配备有金刚石描迹针，其顶角为90°，顶点曲率为2.5μm，测量结果的计算方法由日本工业标准B0601规定。

在上述结构中，凝结在金属管[25]端部[31]内表面上的钠-水银混合物随着点燃时的温度升高而被液化。

液化的钠-水银混合物从金属管[25]的端部[31]移向端部[27]，端部[27]的温度比端部[31]高。熔化的钠-水银混合物由于毛细管作用沿金属管[25]的内表面移动。但是，在本实施例中，如前所述，由于金属管[25]的内表面是光滑的，不会出现毛细管作用，因此可以防止金属管[25]内不希望有的熔化的钠-水银混合物的移动。所以，同时还防止了灯管[13]内不希望出现的蒸汽压力增大、以及由于蒸汽压力增大引起的额外的灯的电压增大，并避免了灯的熄灭。

在对常规的灯和本实施例所述的灯各一百个所作的比较中，本实施例的灯未出现熄灭，另一方面，常规的灯在点燃3000小时后有四个灯熄灭。

目前，金属管内表面表面粗糙度（Ra）的差异取决于金属管材料的制造工艺，例如，轧制、挤压、压延、退火和其它工艺，如平整轧制方法，在这种平整轧制方法中，塑性形变仅出现在金属表面，金属表面颗粒由此得到细化，形成光滑的表面。

为了得出实测结果，用上述各种工艺制造了多个金属管，并按照内表面的表面粗糙度对其进行分类。

用这些分门别类的金属管分别制造了一百个灯，对两类高压钠灯（70瓦额定功率和150瓦额定功率）进行观察，结果列在下面的表1和表2中。

表1（70瓦）

点燃时间（h）    0    3，000

灯的特性    灯的电压    灯的电压    熄灭

表面粗糙度    平均    波动    平均    波动

（μm）    （Av）    （σ）    （Av）    （σ）

0.3    90    4    89    5    0

0.5    89    4    89    5.5    0

1.0    91    4    90    5.5    0

2.0    93    5.5    97    7    0

3.0    94    6    99    9    3

4.0    97    6    107    13    5

表2（150瓦）

点燃时间（h）    0    3，000

灯的特性    灯的电压    灯的电压    熄灭

表面粗糙度    平均    波动    平均    波动

（μm）    （Av）    （σ）    （Av）    （σ）

0.3    90    4    91    5    0

0.5    90    4    90    5.5    0

1.0    89    4    90    5.5    0

2.0    91    5.5    92    7    0

3.0    93    5    97    9    2

4.0    95    6    104    12    3

由表1可知，随着表面粗糙度（Ra）的增加，灯的电压和其波动（σ）也增大，当表面粗糙度（Ra）超过2μm时出现熄灭，结论是，如果金属管内表面的表面粗糙度（Ra）保持在小于2μm，即使灯持续点燃3000小时其电压也几乎不增加，这样就可以防止熄灭。

对150瓦额定功率的灯来说，以表2可以得出与70瓦额定功率的灯类似的结果。在此情形下，灯的电压的离差在制造后的最初阶段较小，特别是当表面粗糙度（Ra）保持小于1μm时，如表2所示。这样，可以制造出这一类型高质量的灯。

由上述结果，不管灯的额定输入功率（瓦）是多少，只要金属管内表面的表面粗糙度保持在小于2μm，就可以制造出所需要的灯。这一结果也被具有不同额定功率的同类型灯所证实。

在上述实施例中，金属管只用在灯管的一侧，但是，这种金属管也可以用在灯管的两端。

在上述实施例中，金属管的整个内表面都被做成光滑的。但是，可以只把金属管凝结钠-水银混合物的内端部分附近做成光滑的，而且，钽和钽或铌的合金也可以用作金属管材料。

本发明已经参照特定的实施例进行了描述，但是，根据本发明的原理作出的其它实施例对熟悉这一领域的普通人员来说是显而易见的，这些实施例包括在权利要求书中。

Claims (5)

1、一种高压钠灯，包括一个充有有助于启动的稀有气体、钠和水银的透光灯管，一对安置在灯管相对的两端、用来在其间通过充入物产生电弧的电极，一个位于灯管一端以支撑一个电极的空心管，这一空心管具有一个密封端，充入的钠和水银凝结在其中，本发明的特征在于，所述的空心管[25]包括一个内壁，至少在密封端[31]附近的内壁中心线表面粗糙度小于2μm，以便基本上防止灯点燃时熔化的钠和水银的移动。

2、如权利要求1所述的灯，其特征在于所述的空心管[25]包括一个抽气孔[29]，空心管内部通过所述的抽气孔朝灯管[13]的内部成为敞开的，该抽气孔在灯的制造过程中经由金属管向灯管内提供充入物。

3、如权利要求1所述的灯，其特征在于进一步包括一个用于固定灯管内的另一电极的引线装置[26]。

4、如权利要求2所述的灯，其特征在于进一步包括用于支撑灯管的支撑装置[37]。

5、如权利要求4所述的灯，其特征在于所述的支撑装置[37]包括一个金属部件，所述的灯进一步包括用于固定灯管和支撑装置、并用来防止支撑装置的金属部件氧化的外部透光罩壳[47]。

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