TWI397102B - 製造無電極白熾燈泡的方法 - Google Patents

Description

製造無電極白熾燈泡的方法

本發明係關於一種無電極白熾燈泡。

電燈通常包括：一白熾歐姆細絲燈泡與合宜配件；或一放電燈泡，其通常配有電極來激發放電。所產生的輻射通常係不可見的輻射，於此情況中，該燈泡襯以磷光材料，方能提供可見光。已知的技術還可提供一不具任何電極的燈泡，並且藉由施加外部的輻射(尤其是微波能量)來對其進行激發。

利用微波源的無電極燈已於F.M.Espiau等人所提申的美國專利第6,737,809號中作過說明，該案的摘要內容如下：一種介電波導整合的電漿燈，其具有一主體，基本上該主體係由介電常數約大於2的至少一種介電材料所構成，且當具有適當頻率之微波能量耦合至該主體之中時，該主體的形狀與尺寸可讓該主體共振於至少一種共振模式之中。一設置在該主體之一凹窩中的燈泡含有填充氣體，當從該共振主體中收到能量時，該填充氣體便會形成發光電漿。

雖然文中提及一「燈泡(bulb)」，不過，該案的說明書並未描述一離散式的燈泡，而可與該燈主體分離。

於本案發明人先前提申的國際專利申請案公告號WO 02/47102中便曾經作過下面的描述：一電燈，其具有：一主體，由經過燒結的氧化鋁陶瓷材料製成；以及一人工藍寶石窗體。剛開始，該主體係被模造成生胚狀態，而該窗體則會被壓入一正面凹口之中。上述組合體會在1500℃的溫度等級下燒成，以便將該主體熔融成與該窗體呈連續一致性(coherent)的緊壓狀態。在部份冷卻至600℃的溫度等級之後，便可經由一後方的填充孔洞來加入一可激發的材料丸體(pellet)。於該孔洞之上會設置一具有熔塊(frit)的陶瓷盤。該陶瓷盤會被雷射照射，以便將該熔塊與該陶瓷盤熔於該主體之中，從而將該可激發的材料密封至該電燈之中。

本發明的目的係提供一種經改良的製造無電極白熾燈泡的方法。

根據本發明，提供一種製造無電極白熾燈泡的方法，該方法包括的步驟如下：．提供一由石英玻璃製成的燈泡殼體，．形成一鄰接頸部，其口徑小於該燈泡殼體之橫向內徑，該頸部係：．與該燈泡殼體一體成形，或．位於開口通往該燈泡殼體的分支管體中，．經由該鄰接頸部於該燈泡殼體中置入至少一可激發的材料丸體，．經由該鄰接頸部來對該燈泡殼體進行抽真空，以及．密封該燈泡。

吾等發現，利用混合的可激發元素可達成有利的效果。據此，該丸體置入步驟便可包含置入一種以上的丸體。

雖然亦可採用其它形狀(如球形)，不過該殼體以管狀為宜，且該方法還包含封閉該燈管中至少一開口，且其中形成該鄰接頸部的步驟包含：．在該鄰接頸部以一體成形的方式形成於該燈泡內的情況中，於遠離該封閉端處形成該頸部，或．在該鄰接頸部形成於分支管體內的情況中，則封閉該燈泡殼體的另一端。

較佳的係以該燈管的中心軸線為基礎來形成且設置該鄰接頸部，俾使在水平放置該燈管或另一管體時，該丸體必會向上滾動方能進入該鄰接頸部的口徑之中。此配置方式讓該丸體能夠通過該頸部，且能夠受到該頸部的限制而不會沿著該管體滾動，且又可於密封期間保持遠離該管體的另一端。

一般而言，該鄰接頸部的中心軸線係同軸於(co－incident)該燈管的中心軸線，至少於交叉點處係同軸。

較佳的係：．於該鄰接頸部處密封該燈泡；．該燈管或另一管體(若有的話)會在遠離該鄰接頸部處形成另一頸部，且於該鄰接頸部處最後密封該燈泡以前，先於該另一頸部處預先密封該燈管或該另一管體。

若提供兩個頸部的話，那麼便可於外頸部處進行第一次密封，接著於內頸部處進行第二次密封，而介於該等頸部間的管體部份則可予以折斷且棄置。

於特定實施例中，利用該燈管本身的材料來封閉該燈管，以便密封該燈管的其中一端。此端可予以磨平或是加以研磨而形成一透鏡。同樣地，亦可利用該燈管本身的材料來密封另一端，並且予以磨平或是研磨成透鏡形狀。

於其它實施例中，藉由於該燈管的其中一端熔融一額外器件以密封燈管的該端。該額外器件可係平坦的圓形彎曲狀(兩表面上皆如此為宜)或是呈現透鏡形狀。當提供分支管體時，則同樣可藉由熔融一平坦或其它形狀的額外器件來密封另一端。

於其它實施例中，可藉由吹製(blow)的方式來一體成形該燈泡，並且於一頸部處將其黏著至一管體。

一般而言，該方法包含：．於進行抽真空之後且在進行密封以前，於該燈管中填充惰性氣體(較佳的係高貴氣體(noble gas))的額外步驟。

雖然在該鄰接頸部與該另一頸部之間提供一可估計的管體長度便可預測要被密封在該燈泡中的氣體量；但是，當該氣體具有夠高的沸點時(例如氪)，藉由施加液態氮給該燈管遠離在該鄰接頸部實施密封的末端處，該氣體便可在該燈泡的遠離密封處產生凝結。

另外，該方法還可包含：．對該燈管進行精確鑽孔的前置步驟；以及．無心(centrelessly)研磨與拋光該燈管的前置步驟。

不過，於特定實施例中，可能會用到精密沖壓的石英管。

較佳的係：．該可激發的材料係金屬鹵化物材料；．該(等)可激發材料丸體的大小所提供的材料超過該材料於該燈泡中被蒸發成飽和氣壓的量；以及．該方法包含於該鄰接頸部處該密封端內形成一輕微的凸起而非形成明顯的凹陷，以防止形成一易於過熱的栓體(spigot)，或是防止在遠離該電漿處形成一易於形成冷點(cold spot)的凹口，從而避免在使用中造成整塊的可激發材料於該處產生凝結。

根據本發明另一項觀點，提供一種根據第一項觀點之方法來製造的無電極白熾燈泡。

為幫助瞭解本發明，現在將舉例來說明本發明的特定實施例，說明時將會參考隨附的圖式。

請參考附圖，圖1中所示的燈泡含有：一石英壁1；一金屬鹵化物材料填充物2，初始的形狀為丸體；以及高貴氣體3，通常係氖、氬、氙、或是氪。該護壁係圓柱狀，元件符號4代表其長度，元件符號5代表其橫面端，後者由平坦內表面6與平坦外表面7所構成。內表面6係藉由已知的方式在玻璃車床中加熱且操控材料來進行製作，而外表面7則係藉由研磨與拋光的方式(同樣係利用已知的方式)來製作。該燈泡的長度係由經過精確鑽孔且無心研磨與拋光的材料所構成，從而可藉由其外部尺寸來事先決定該燈泡的體積。一般而言，其為12mm長、直徑6mm。

接著參考圖2至6，該燈泡係由石英管所製成，其長度標示為10，該長度一開始約為其成品長度的十倍。一般而言，6mm外徑管的內徑約為4mm。該燈泡的製造步驟如下：1.於一玻璃車床(圖中未顯示)中封閉其中一端11且使其變得平坦12，如圖2所示。

2.在該管體靠近該封閉端處形成第一頸部13，如圖3所示。設置與構成此頸部有助於形成該燈泡的精確長度。

3.於該管體中形成第二頸部14，靠近依然開放的一端，如圖4所示，前述的第一頸部的形成位置係靠近封閉端。從車床中移除該管體。

4.將已知大小的金屬鹵化物丸體15掉入該管體，且滾動與輕扣通過前述兩處頸部13、14。將該管體送回車床處。於該丸體位在部位16中且末端11被封閉的情況下，對該管體進行抽真空。此作業係利用配置在該管體之精確研磨外表面上的O形環17來施行。該O環係附著在具有一閥門19的配件18之上，該管體可經由該閥門來進行抽真空，並且於進行抽真空之後重新填充高貴氣體，參見圖5。該配件係固定在該車床的尾架(tail stock)之中。為方便起見，可於其中一車床中形成前述頸部，並且於另一車床中來實施填充與密封作業。

5.於移除配件18以前，先於第二頸部14處密封該石英管。當該管體被密封之後，金屬鹵化物與高貴氣體便會附著於該管體之中。接著便移除配件18並且可移除該管體的剩餘部分。其結果係在丸體15位於第一頸部13之第一密封末端側中的情況下，便能夠在第二頸部處施行密封20，而不會有金屬鹵化物蒸發的風險，且大部份的高貴氣體填充物亦將不會受到加熱。因此，便可妥善地確定該管體的內容物。

6.於21處密封第一頸部13，該金屬鹵化物丸體仍然位在部位16處。該管體加工密封之後的形狀如圖7中所示。萬一做出該燈泡的最終尺寸時讓該金屬鹵化物材料於此作業期間進行蒸發，其係仍包含在已知尺寸的管體之內，藉此便可知悉捕獲在部位16中的量。無論在最後的密封條件下是否發生蒸發(以發生蒸發為宜)，金屬鹵化物的初始量都落在部位16處。

7.最終步驟－圖中未分開顯示－將已密封且斷裂的末端研磨成一平滑端22。

現在參考圖9，基本上圖中所示之燈泡的右手端係以上述的方式來形成，而左手端則係以不同的方式來形成。右手端具有：一小型的內凸起23，其係在向內操控該玻璃時所形成，用以確保有良好的密封效果；以及一外尖端24，其係藉由拉引該管體中不必要的部份使其遠離已成形之燈泡而形成。該外尖端會被磨成平坦的末端22。而該內凸起則係用來確保不會因為有任何的凹面而使得該可激發材料於使用中可能遠離該電漿而發生凝結，其凝結程度導致該材料中僅有小部份發生蒸發從而造成不良的光輸出。不過，當利用外尖端24充當一散熱片時，其便可讓其內部的凸起23充當此凝結的冷點，其係位於會將熱能耦合至該燈泡中心處之金屬鹵化物/高貴氣體內含物之本體中的燈泡末端處。實務上，該金屬鹵化物丸體的大小會被設計成超過該燈泡中該材料的量，也就是，其量足以超過作業中在該燈泡中產生飽和蒸發氣壓所需的量。該材料從該燈泡中其它地方的熱點處進行蒸發時，剩餘的部份便會累積在冷點23(其為優先凝結點)處。

此管體的左手端係從一石英玻璃製成的平坦盤體31形成，其熔融於管體上。該平坦盤體可在作業中讓光從形成於該燈泡中心處的電漿沿著一條直線離開該燈泡。

圖10與11所示的係一第二燈泡，其係由一主燈管101以及一直徑略小的分支管體151所構成。主管體切割成所要長度，並且形成熔融、平坦的盤狀末端131、132。分支管體具有一第一頸部113與一第二頸部。該第二頸部和前述頸部14雷同，係形成於該管體的延伸部位處，不過圖10中並未顯示。頸部113係位於該燈管與該分支管體的接合處。於該燈管的壁中會設置一孔洞152，用來引進該金屬鹵化物丸體、抽真空與引進該高貴氣體。如同第一燈泡的同軸管體與多餘管體般，藉由讓該分支管體的軸線153確實地從該燈管的軸線154處呈徑向延伸，那麼一旦透過該分支管體與該孔洞152將該丸體引進該燈管之後，那麼在該燈管的大部份指向中，該丸體都不會滾出該燈管，藉此便可於該分支管體呈水平的狀態下來操控該燈泡，而不會有掉落該金屬鹵化物丸體的風險。

如圖11中所示，於頸部113處密封該燈泡可產生一內凸起123與一外尖端124，後者可予以磨平。

圖12中所示的第三燈泡具有一燈管201與一殘餘分支管體或臂部251。該燈泡的末端231、232呈現透鏡形狀，在熔融至管體201的末端以前便已經形成該等末端的形狀。此範例優於圖10之燈泡的平坦末端之處在於有利於讓該燈泡所發出的光產生聚焦，而平坦末端燈泡則有利於用到準直光的應用。

燈泡201具有一和凸起123雷同的凸起223。該殘餘分支管體臂251係在對該分支管體進行密封的過程中所形成的。其會對齊且鄰接該凸起。使用中，該臂部係置放在一陶瓷波導之中，其溫度會低於該燈泡。就此而言，該臂部可提供一條源自該燈泡的導熱路徑，並且讓該凸起的溫度保持低於該燈泡的其它部份，藉此，其便可充當一凝結冷點。

如圖13中所示，為形成參考圖1至9所述的燈泡，可讓該玻璃車床或至少該用來密封該燈泡的車床，排列成頭架/尾架軸線A呈傾斜狀，尾架高於頭架。此種配置方式有助於該可激發材料丸體停在該燈泡之已封閉端處，如圖13中所示。另一種可能範例係，應該利用液態氮來冷卻要被密封的燈泡，以便冷卻該燈管和延伸管體中內含的高貴氣體填充物，使之於密封該燈泡期間冷凝在該燈泡中。此作業可藉由下面的方式來施行：於夾盤301(用來固定該燈泡)的後方設置一噴嘴302，並且從該噴嘴中釋放一液態氮噴射流至該燈管的該末端之上。

現在請參考圖14，圖中所示的燈泡401具有一延伸部451，該延伸部係藉由加工該管體的殘餘部件且在和密封453相隔預期距離452的位置處將其折斷之後所形成。該延伸部可構成一方便的固定構件，用以在使用中固定該燈泡。或者，不是加工該殘餘管體，而是可於該密封處熔融一根棒體。此燈泡具有一半球形末端411，用以讓光垂直地通過該燈泡護壁。此有利於該白熾電漿具有雷同形狀的末端的應用中。藉由在一初始分離的器件上進行熔融作業，此藉由玻璃車床加工處理、或是藉由吹製方式，均可形成此末端。

本發明並不僅限於上述實施例的詳細說明內容。舉例來說，可使用的替代白熾放電材料尚有：硫；水銀、鈉以及鉀等的鹵化物。另外，雖然本文中提供的係一種具有單一凹陷與單一臂部的管狀燈泡，且此種燈泡係目前較佳的燈泡；不過，本發明例如亦可設計成一具有三臂部與熱點的球狀燈泡。

1．．．石英壁

2．．．金屬鹵化物材料填充物

3．．．高貴氣體

4．．．石英壁1的長度

5．．．石英壁1的橫面端

6．．．內表面

7．．．外表面

10．．．燈泡的長度

11．．．燈泡的其中一端

12．．．平坦端

13．．．第一頸部

14．．．第二頸部

15．．．金屬鹵化物丸體

16．．．管體部位

17．．．O形環

18．．．配件

19．．．閥門

20．．．密封位置

21．．．密封位置

22．．．平滑端

23．．．內凸起

24．．．外尖端

31．．．盤體

101．．．主燈管

113．．．第一頸部

123．．．內凸起

124．．．外尖端

131．．．盤狀末端

132．．．盤狀末端

151．．．分支管體

152．．．孔洞

153．．．分支管體151的軸線

154．．．主燈管的軸線

201．．．燈管

223．．．凸起

231．．．燈泡末端

232．．．燈泡末端

251．．．殘餘分支管體或臂部

301．．．夾盤

302．．．噴嘴

401．．．燈泡

411．．．燈泡末端

451．．．延伸部

452．．．距離

453．．．密封

A．．．車床之頭架/尾架軸線

圖1所示的係一根據本發明之燈泡的透視圖；圖2所示的係一石英管的側視圖解，其中一端已經被密封，以便準備製造圖1的燈泡；圖3所示的係該石英管的雷同圖解，其在進行密封以前先形成一第一頸部；圖4所示的係該管體的雷同圖解，其在進行密封以前先形成兩個頸部；圖5所示的係該管體的另一圖解，在其開放端處連接一抽真空配件；圖6所示的係經過第一次密封之後該管體的側視圖；圖7所示的係經過第二次密封之後該管體的雷同側視圖；圖8所示的係完成之後該管體的雷同側視圖；圖9所示的係圖8之燈泡的變形體的放大圖；圖10所示的係具有一側分支之本發明的部份成形燈泡的示意圖，其大小比例和圖9所示者相同；圖11所示的係圖10之燈泡完全成形之後的雷同圖解；圖12所示的係本發明之第三燈泡的雷同圖解；圖13所示的係於一玻璃車床中根據本發明來密封燈泡的示意圖；以及圖14所示的係根據本發明所形成之另一燈泡的示意圖。

1．．．石英壁

2．．．金屬鹵化物材料填充物

3．．．高貴氣體

4．．．石英壁1的長度

5．．．石英壁1的橫面端

6．．．內表面

7．．．外表面

Claims (28)

1. 一種製造無電極白熾燈泡的方法，該方法包括的步驟如下：‧提供一由石英玻璃製成的可密封燈泡殼體，‧形成一鄰接頸部，其口徑小於該燈泡殼體之橫向內徑，該頸部係：‧與該燈泡殼體一體成形，或‧位於開口通往該燈泡殼體的分支管體中，‧在遠離該鄰接頸部的下列所述之處形成另一頸部：‧從與該燈泡殼體一體成形的該鄰接頸部處一體延伸而出的管體處，或‧該分支管體中，‧經由該鄰接頸部於該燈泡殼體中置入至少一可激發的材料丸體，‧經由該鄰接頸部來對該燈泡殼體進行抽真空，‧先於該另一頸部處預先密封該燈泡，以及‧最後於該鄰接頸部處密封該燈泡。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該殼體係一管體。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其包含吹製含有該燈管之一封閉端的殼體的步驟，該封閉端係平坦狀或半球狀，且其中形成該鄰接頸部的步驟包含：‧在該鄰接頸部以一體成形的方式形成於該燈泡的情況中，於遠離該封閉端處形成該頸部，或 ‧在該鄰接頸部形成於分支管體的情況中，則封閉該燈管的另一端。
4. 如申請專利範圍第2項之方法，其包含在密封該燈泡以前先封閉該燈管至少一端的步驟，且其中形成該鄰接頸部的步驟包含：‧在該鄰接頸部以一體成形的方式形成於該燈泡的情況中，於遠離該封閉端處形成該頸部，或‧在該鄰接頸部形成於分支管體的情況中，則封閉該燈管的另一端。
5. 如申請專利範圍第3或4項之方法，其中係以該燈管的中心軸線為基礎來形成且設置該鄰接頸部，俾使在水平放置該燈管或該分支管體時，該丸體必須向上滾動方能進入該鄰接頸部的口徑之中。
6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該鄰接頸部的中心軸線係同軸於該燈管的中心軸線，至少於交叉點處係同軸。
7. 如申請專利範圍第4項之方法，其中封閉該燈管至少一端的步驟是以利用該燈管本身的材料來封閉該燈管而加以實施。
8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該燈管的該其中一端被磨平。
9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該燈管的該其中一端被磨成一透鏡。
10. 如申請專利範圍第4項之方法，其中係藉由於該燈 管的該末端處熔融一額外器件來密封該燈管的一端。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該額外器件係平坦狀、透鏡形狀、或是半球形。
12. 如申請專利範圍第3或4項之方法，其中利用該燈管本身的材料來封閉該燈管以密封該燈管的另一端。
13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該燈管的該另一端被磨平。
14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該燈管的該另一端被磨成一透鏡。
15. 如申請專利範圍第3或4項之方法，其中該頸部係形成於該分支管體，且係藉由於該燈管的該末端處熔融一額外器件來密封該燈管的該另一端。
16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該額外器件係平坦狀、透鏡形狀、或是半球形。
17. 如申請專利範圍第3或4項之方法，其包含於抽真空後且於進行密封以前先以惰性氣體來填充該燈管的額外步驟。
18. 如申請專利範圍第3或4項之方法，其包含對該燈管進行精確鑽孔的前置步驟。
19. 如申請專利範圍第3或4項之方法，其包含無心研磨與拋光該燈管的前置步驟。
20. 如申請專利範圍第1到4項中任一項之方法，其中該可激發材料係金屬鹵化物材料。
21. 如申請專利範圍第1到4項中任一項之方法，其包 含於該燈泡內形成一凸起的步驟。
22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中會形成冷點，作為密封該燈泡之步驟的一部份。
23. 如申請專利範圍第1到4項中任一項之方法，其包含於該燈泡形成一外部延伸部的步驟，該延伸部對齊內凸起(若有的話)。
24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該延伸部係藉由加工該燈泡的殘餘部件且在和最後密封處相隔預期距離的位置處將其折斷之後所形成。
25. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該延伸部係一於最後密封處所熔融的棒體。
26. 如申請專利範圍第1到4項中任一項之方法，其中該可激發材料丸體的大小會提供過量的材料，用以於被蒸發時在該燈泡中形成該材料的飽和氣壓。
27. 如申請專利範圍第1到4項中任一項之方法，其中該密封步驟係在一玻璃車床中來施行，該玻璃車床的軸線會呈傾斜狀，以便讓該可激發材料遠離要形成密封的位置。
28. 如申請專利範圍第1到4項中任一項之方法，其包含冷卻該殼體的步驟，以便於其密封期間來保存該燈泡的內容物。