TWI338315B - Electrode for glow lamp and a method for fabricating the such electrode - Google Patents

Description

13383.15 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種放電燈用之電極，此放電燈包括一圓筒 形的軸和一連接至該圓筒形之軸的尖端。此外，本發明涉 及一放電燈用之電極的製造方法以及相對應的放電燈。 【先前技術】 直流高壓放電燈，例如，水銀蒸氣燈（ΗB0燈）或氙燈（XB0 燈），之陰極通常由摻雜著氧化钍之鎢所構成。氧化钍之成 份大約是0.4至2重量百分比。由於氧化钍是一種放射性物 質，則在已钍化的鎢電極中亦會顯示出放射性》法律上的 規約通常會對具有放射性物質的環境作出規定。若已達到 臨界（critical)之活性（activity)，則在具有放射性物質的環境 中特定的責任和措施需予以改變。陰極以氧化钍來摻雜時 所具有的功能是使陰極尖端上的工作函數下降，於是，在 此燈操作時可使陰極尖端的溫度較低。在燈的壽命期間所 產生的陰極火花因此可減少，這樣對使用者而言可使有效 光束的衰減量明顯地變小。 光功率的增加通常需使陰極尺寸變大才可達成，以便使 溫度和電極火花保持儘可能小。在放電燈之功率至大約5 kW時，整個陰極或陰極頭可由已钍化的材料來製成而不會 超Ϊ1上述活性的極限値。在功率超過8 kW時，則活性的極 限値將被超越。 先前技術中已爲人所知的陰極顯示在第1圖中。陰極Γ 由於其大小和钍含量而處於總活性超過臨界極限値的範 1338315 圍。陰極1’中該活性可藉由使用二種機械上相關的材料來 調整’其中一種材料以氧化钍來摻雜。此陰極1，包括前側 的尖端區11’，其由已钍化的材料來製成。此方塊Π，設定 在一縱向中配置在其下方的第二區域12’上，第二區域12’ 由無钍的材料來形成。第1圖所示的陰極1，在製造時相對 較貴。該陰極Γ之二個部份11’和12’以較昂貴的方式來相 連接’此時使用一種焊接方式或螺栓接合方式。除了較昂 貴的製程和接合方式之外，此種陰極Γ會造成該放電燈起 動時發生問題，其是由下述原因所造成，即，在該二個部 份11’和12’之間的連接區中會形成電弧，此種電弧在該尖 端區之最前端上並不需要。 【發明內容】 本發明的目的是提供一種放電燈用之電極及其製造方 法，藉此可使電極以較少費用來製成且就此電極的材料之 活性而言臨界之極限値可保持在所需的範圍內。此外，本 發明的其它目的是提供一種具有上述電極的放電燈及此種 放電燈的製造方法。 上述目的藉由一種具有申請專利範圍第1項特徵的電極 和具有申請專利範圍第1 〇項特徵的放電燈來達成。此外， 上述目的亦藉由一種具有申請專利範圍第16項特徵的方法 來達成。 本發明之放電燈用之電極包括一圓筒形的軸和一連接至 該圓筒形的軸之尖端。在電極的縱向中形成一核心，其至 少以區域方式而由一外罩圍繞著。此核心由一第一材料區 1338315 所形成，其中此核心由形成該外罩之第二材料區所圍繞 著，各材料區之成份不相同。藉由電極之此種結構上的造 型，可使此電極的製造簡化，特別是可使此二個材料區之 間且因此是核心和外罩之間以耗費較少的方式形成一種連 接區。此外，藉由上述電極亦可使各材料（特別是第一材料 區）之臨界活性之極限符合法定上的需求。 該核心區較佳是在該軸和該尖端之整個長度上延伸，這 樣可使一種在該電極之縱向中完全連續的核心區形成第— 材料區。該核心以及第一材料區只有一部份在該電極的整 個長度上延伸。該核心因此完全埋置於該外罩中。 該核心較佳是只在該尖端的前端上一可預設的長度上露 出來。第一材料區因此可有利地只在該前端上露出來，第 一材料區中該外罩和第一材料區未在該電極之整個長度上 延伸。該燈之操作條件（特別是陰極的操作溫度）因此較寬 鬆。電弧特別是亦可局部性地非常集中而設定著且亦可保 持在該電極之所期望的區域中。 在一特別有利的方式中’該電極以及特別是各材料區的 形式’特別是第一材料區和第二材料區之間的連接形式， 是藉由燒結過程來形成。一種昂貴的待安裝之機械式連 接’例如，先前技術中例如藉由焊接或螺栓來形成的連接， 在上述電極中已不需要。 第一材料區以較佳的方式在電極的縱向中圍繞該電極的 縱軸而形成且以電極爲中心而配置著。此種棒形核心配置 於中央時可使該外罩圍繞著該核心，這樣可對該縱軸形成 1338315 一種對稱的形$。因此，該電極的作用方式可受到良好的 影響。 第一材料區可有利地由鎢材料所形成，其含有钍且因此 特別是以氧化钍來摻雜。然而，第一材料區之鎢材料亦可 以其它適合作爲電極材料的材料來摻雜。例如，鎢材料亦 可以氧化鑭或氧化釔來摻雜或進行其它之摻雜和混合作 用。然而’第一材料區亦可由其它材料或其它材料組合所 形成。 第二材料區較佳是由鎢材料所形成且未含有钍。 藉由上述方法’在電極較大時第一材料區中可產生一種 均勻混合的材料。 可製成~種電極，特別是陰極，其由一種組合材料，特 別是鎢組合材料，所形成。此種組合材料在其內部靠近軸 的核心中較佳是具有一種含钍的材料區，此材料區上方的 外罩未含有钍。藉由此種形式可形成一種電極，其放射性 較完全由含钍之鎢所構成的相同大小的電極者小很多。就 火花特性而言，本發明的電極在與先前技術中已爲人所知 的電極相比較時未顯示出有缺陷的特性。 此外’亦可使電弧不會錯誤地設定在連接位置上，第i 圖之陰極1’中所示的情況即可避免。上述組合式電極的其 它優點亦包括：在壽命期間在該放電燈重新起動時，例如 在陰極邊緣上即不致於產生不適當的電弧，其原因在於： 電弧較佳是設定在工作函數較低之位置上且因此是設定在 含钍之材料區中。然而，由於在上述電極之較佳的形式中 1338315 該外罩未含有钍，則該處亦可未設定任何電弧^ 該電極之核心之直徑相對於整個電極之直徑之比是在 0 · 1和0.7之間的範圍中，0 · 4時特別有利。藉由此種尺寸， 則可使陰極的大小及操作特性最佳化，且就臨界活性而言 亦可達成法律上所需的規定。 在有利的形式中，該電極之直徑大於或等於12毫米，特 別是大於或等於15毫米。 本發明的另一主題是一種放電燈，特別是高壓放電燈， 其包括本發明的電極或此電極的有利形式。較佳是形成此 放電燈，使其電功率大於等於4 kWi特別是大於等於5 kW。 上述電功率大於8 kW之放電燈用的電極特別有利。藉由上 述形式的電極，則具有上述功率極限値之放電燈亦可遵守 上述之與活性有關的規定。 放電燈可以是水銀蒸氣燈或氙燈》在水銀蒸氣燈的構成 中，水銀濃度較佳是大於或等於8 mg/ccm，特別是大於或 等於10 mg/ccm。若此放電燈以氣燈來形成，則一種氣冷充 壓較佳是大於6巴（bar)，特別是大於8巴。 在本發明之放電燈用之電極的製造方法中，該電極具有 一圓筒形的軸和一連接至該圓筒形之軸的尖端。在電極的 縱向中形成一種形成一核心用的第一材料區且形成一種至 少以區域方式圍繞該核心的外罩，其中此外罩是由第二材 料區（其成份是與第一材料區者不同）所形成。藉由上述方 法，則可設計一種電極，其就此電極之材料的臨界活性而 言可滿足法律上的規定且能以費用少的方式來製成。特別 -9- 1338315 是在上述形式中該二個材料區可有利地藉由一種繞結過程 來產生’這樣可使各材料之間的機械性連接不需至少另一 在接合時較不準確的、昂貴的各別製程即可形成。於是可 製成一種放電燈，其包含以上述方式所形成的電極，這樣 可使電功率很高的放電燈不會超過該電極之材料的活性之 極限値。 本發明的電極之有利的形式和本發明的放電燈亦可視爲 本發明的電極製造方法之有利的形式和本發明之具有該電 極的放電燈之製造方法的有利之形式。 本發明以下將依據圖式來詳述。 【實施方式】 第2圖顯示一種作爲陰極1用之電極的切面圖。此陰極1 包含一尖端1 1 ’其在本實施形式屮形成一種錐體。此尖端 11轉接成一種圓筒形的軸12。在此陰極I之縱向中且因此 亦是該縱軸A之方向中’陰極1具有一種長度11，其由圓 筒形之軸12之長度12和該尖端11之長度13所組成。所示 的形式只是舉例而已’其可在長度比例和造型上予以改變。 如第2圖所示，此陰極1包括一核心13，其配置在陰極 1之中央且因此是以旋轉對稱的形式圍繞該縱軸 A而形 成。本實施形式中’此核心1 3由第一材料區所形成且是由 含钍之鎢材料所形成。此核心13在該陰極1之整個長度上 延伸。此核心1 3以氧化钍來摻雜。 核心13由一種外罩14圍繞者’其中該外罩14是由第二 材料區所形成’此第二材料區在本實施例中是無钍之鎢材料。 -10- 1338315 該核心13在該尖端11之前端上突出於該外罩丨4而延 伸。於是形成一種突出區，其在一種長度14上超越該外罩 14而延伸。在前方之區域中該核心13因此在該長度14上 裸露地配置著且未由該外罩14所圍繞。所示的長度Π至 1 4以及這些長度1 1至1 4之間各別的比例只是舉例而已且 亦可依據情況和需要而選擇其它數値。同樣，該核心1 3亦 可未在該陰極1之整個長度11上延伸而是例如只在該尖端 1 1之區域中延伸，且由該尖端1 1之前端開始例如在該長度 1 3上延伸。該核心1 3亦可由該尖端1 1開始而延伸至該圓 筒形之軸1 2中。 本實施例中該核心13以銷（pin)的形式來形成且在該長 度11上具有相同的直徑dl。只有在該尖端11之前端中且 因此是在該長度丨4上該核心1 3才是圓錐形的且因此以逐漸 變細的方式而形成。此核心1 3不必是銷形者且該核心13 之直徑d1和造型亦可改變。特別是直徑d 1亦可在該軸12 之區域中改變且然後在伸入至該尖端11之區域中改變。 因此，特別是就該電極使用在電功率較高（特別是大於8 kW)的燈中而言，該燈1 3特別是可達成一種依據需求而形 成的形式，其就放射性的極限値而言亦滿足合法的規定。 例如，該核心1 3特別是可在該尖端1 1之區域中擴大且 此種擴大部份實際上只通到該尖端1 1之傾斜的邊緣。由第 2圖中該圓筒形之軸12之下部區中所顯示的直徑dl開始， 在此種形式中形成一種擴大作用，特別是在該尖端11之方 向中且特別是在該尖端11之前方區域之方向中，該核心13 11 1338315 之直徑dl連續地擴大直至該尖端11之傾斜的邊緣上之核心 13之邊緣區域爲止。由該處至終端長度11爲止，該核心13 之直徑又由於該尖端Π之傾斜的邊緣而減少，如第2圖中 該長度1 4上所示者。該核心1 3之直徑連續地擴大是由該軸 12轉變成該尖端11時才開始且向上方繼續保持著。 除了第2圖中所示的核心13之直徑dl之外，亦顯示出 該陰極1之整個直徑d2。本實施例中該直徑dl和直徑d2 之比之値是0.4。 第2圖所示的陰極1藉由繞結過程來製成，其中特別是 該二個材料區和核心1 3、外罩1 4是與該燒結過程有關。該 陰極1因此形成一種組合式電極且由鎢合成材料來製成。 第3圖中顯示一種高壓放電燈I’其具有第2圖所示的陰 極1。 此外，須形成陽極2，其中該陰極1固定在固持棒3上且 陽極2固定在固持棒4上。各固持棒3或4分別通到另一固 定元件5或6(例如，石英棒）中。高壓放電燈I之上述各組 件配置在由石英玻璃所構成的放電管7中，其中特別是該 陽極2和陰極1配置在橢圓形的放電燈泡71中。各固持棒 3和4是與一種未顯示的鉬箱相連接，此鉬箱以真空密封的 方式熔合至該放電管7之管形的未端中。此外，該高壓放 電燈包括終端座8和9。 【圖式簡單說明】 第1圖先前技術中已爲人所知的陰極之切面圖。 第2圖本發明之電極之切面圖。 -12- 1338315 第3圖本發明之高壓放電燈之切面圖。 【主要元件符號說明】 1 陰極 2 陽極 3, 4 固持棒 5, 6 固定元件 7 放電管 8, 9 終端座 11 尖端 12 軸 13 核心 14 外罩 7 1 放電燈泡 I 高壓放電燈

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Claims (1)

1338315 第096 1 1 7773號「輝光燈用之電極及其製造方法」專利案 (2010年11月23日修正） 十、申請專利範圍： 1· 一種放電燈（I)用之電極’此電極包括一圓筒形之軸（12)和一 連接至該圓筒形之軸（12)之尖端（11)，其特徵爲：在該電極（1) 之縱向（A)中形成一種形成一核心用的第一材料區（13)，且該 核心至少以區域方式而由形成一外罩的第二材料區（1 4)所圍 繞著；其中，該第一材料區（1 3 )由一種含有钍之鎢材料所形 成，該第二材料區（14)由鎢材料所形成且未含有钍。 2. 如申請專利範圍第1項之電極，其中該第一材料區（13)在該 軸（12)和該尖端（11)之整個長度（L2，L3)上延伸。 3. 如申請專利範圍第1或2項之電極，其中該第一材料區（1 3) 在該尖端（11)之前端上裸露出一可預設的長度（L4)。 4. 如申請專利範圍第1項之電極’其中該第一材料區（13)和第 二材料區（1 4)之間的連接是以一種燒結過程來形成。 5 .如申請專利範圍第1項之電極’其中該第一材料區（1 3 )圍繞 著該縱軸（A)而形成且以電極（1)爲中心而配置著。 6. 如申請專利範圍第1項之電極’其中該第一材料區（13)之直 徑（d 1 )對整個電極（I)之直徑（d 2)之比介於0 . 1和0.7之間。 7. 如申請專利範圍第1項之電極’其中該電極（1)之直徑（d2)大 於或等於12毫米。 8 . —種放電燈，特別是高壓放電燈’其具有一種如申請專利範 * 圍第1至7項中任一項所述之電極（1)。 ' 9.如申請專利範圍第8項之放電燈’其中此放電燈所具有的電 1338315 j· —--. 1 年1/月味修正替換頁 ’ 功率大於或等於4 kW。 -*-- 1 0.如申請專利範圍第8或9項之放電燈，其形成水銀蒸氣燈。 1 1 ·如申請專利範圍第1 0項之放電燈，其中該水銀濃度大於或 • 等於 8 m g/ccm ° . 1 2.如申請專利範圍第8或9項之放電燈，其形成氙燈^ 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之放電燈，其中該氙冷塡充壓力大 於6巴。 14·一種放電燈（I)用之電極（1)的製造方法，此電極（1)包括一圓 筒形之軸（12)和一連接至該圓筒形之軸（12)之尖端（π)，其特 徵爲：在該電極（1)之縱向（Α)中形成一種形成—核心用的第 〜材料區（丨3)，且至少以區域方式圍繞著該核心的方式而形 成〜種形成一外罩的第二材料區（14);其中’該第一材料區 (13)由一種含有钍之鎢材料所形成，該第二材料區（14)由鎢 #料所形成且未含有钍。 15,如申請專利範圍第14項之製造方法，其中各材料區（13, 14) 之至少一連接區是藉由燒結過程而產生。