專利名稱：包括饋通的較少裂隙端部封閉部件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓放電燈，如用于頭部照明的車燈，包括被端部封閉器件氣密封閉的具有至少一個開口的陶瓷放電容器。更精確地說，所述發明涉及金屬鹵化物燈，它包括具有陶瓷壁的基本上圓柱形的放電容器，放電容器封閉以內部直徑為特征的放電空間。所述放電容器借助端部封閉器件封閉，電極設置在其中，其尖端具有在其間維持放電的相互間隔。所述電極通過饋通元件連接到電流導體上，所述饋通元件以緊密配合方式突出到所述端部封閉器件中，并且借助連接裝置以氣密方式連接到其上。所述放電容器填充了可電離填充物。所述填充物包括惰性氣體如氙和可電離的鹽。所述發明涉及所述端部封閉器件的端部封閉部件的設計，更精確地說，涉及所述端部封閉器件的饋通開口的設計，即涉及端部封閉部件的設計，其中饋通設置在端部封閉部件中并氣密地連接到其上。
高壓放電燈和相關的制造工藝從現有技術中可知。然而，仍然必須提供一種所述高壓放電燈的制造工藝，以便避免從所述現有技術可知的缺陷。由于所述高壓填充物，氣密封閉所述高壓放電燈放電容器導致幾個問題。加熱用于氣密密封的所述放電容器導致所述內部填料膨脹或蒸發。結果是，填充氣體膨脹導致不良質量的密封，并且填充鹽蒸發導致不希望的燈特性。則所述密封的特征在于它以不可再現的長度結束，這是因為膨脹氣體趨于從所述放電容器向外推它。而且所述密封將包含缺陷，如氣泡，導致裂紋，這使密封機械強度變差，導致泄漏。
為了防止所述填充物的膨脹或蒸發，已經進行了尋找可替代的密封工藝的幾種嘗試和設計。
WO00/67294介紹了一種高壓放電燈，更精確地說是金屬鹵化物放電燈，其具有被填充氣體的外泡包圍的非常小的、極高壓填充容器。
所述燈具有以下優點放電容器具有非常緊湊的尺寸，這使它高度適合于車輛的頭部照明應用。由于該放電容器內部直徑比電極間隔小，因此放電電弧足夠直，并且充分嚴格限制其發光表面，因此它可用做汽車頭燈的光源，特別是用在具有復雜形狀反射器的頭燈中。
然而已知燈的缺陷是在氣密地封閉所述燈的放電容器而加熱它時的初始填充物的相對損失。這導致錯誤色點設置和顏色不穩定性。缺陷還包括在氣密密封所述放電容器時的不可再現的初始密封陶瓷長度，高的燈工作溫度范圍內的密封陶瓷裂開行為，這導致密封泄漏。此外，所述放電容器端部結構設計包括在所述饋通外表面和陶瓷塞內壁之間的寬間隙，這導致顏色不穩定。這些缺陷是由目前密封工藝造成的，或者涉及目前密封設計。所述工藝實際上加熱了所述填充放電容器的太多表面，并且所述設計在所述饋通和所述陶瓷塞之間留下太大間隙。此外，饋通和陶瓷塞都由不合適的熱機械匹配材料制成。
US5810635A1介紹了一種用于高壓放電燈的陶瓷放電容器，其包括插入塞子中的針狀饋通，該塞子由熱機械匹配復合材料制成。饋通已經被直接燒結為塞子。另外，所述饋通通過用陶瓷密封材料覆蓋其遠離放電容器的周圍面積而被密封到塞子上。該發明的主要目的是獲得長時間的氣密性，由此首先由燒結成復合塞子的饋通的緊密配合來保證，然后在燒結接頭變松散時由遠離放電容器的密封陶瓷材料來保證。陶瓷放電容器封閉的順序是非常重要的首先，在容器端部燒結具有燒結饋通的復合塞子，然后通過位于一個管形饋通中的小孔或通過放電容器側的孔進行填充。最后，封閉小孔。該發明解決了密封玻璃料長度、饋通和陶瓷塞之間的間隙以及在封閉塞子時加熱填充的放電容器的問題。
然而，應該指出，在US5810635A1中所述的端部結構設計和工藝具有兩個主要缺點。首先，在非常小的和緊湊燃燒器中使用用于將填充物引入放電腔的管形饋通設計或者側面穿透放電容器設計是非常困難的。而且，在其部件之一通常由薄復合材料如金屬陶瓷構成時，管形饋通設計是非常困難的。因而，提出的工藝順序涉及所述燈制造，就是說首先選擇放電容器，然后填充它，其不能適用于非常緊湊的燃燒器。
前述燈具有的缺陷是它能在饋通和端部封閉器件之間形成裂隙，例如在由于熱機械失配而使燒結氣密結構變松散時。
氣密封閉所述放電容器導致幾個問題。
本發明的目的是提供一種金屬鹵化物燈，其中解決了前述缺陷。為了實現這個目的，所提出的密封設計的目的在于減小饋通和端部封閉器件之間的裂隙。
另一方案是將饋通設置在端部封閉器件的饋通開口中之后，即各個端部封閉部件的饋通開口，裂隙保持例如在密封附近的所述裂隙末端，其用做最冷點，并沿著它分解的鹽能夠凝結和形成腐蝕鹽灘。則這種裂隙導致顏色不穩定和密封腐蝕。
然而，所述“最冷點”促進分解可電離鹽填充物的凝結。沿著燃燒器主對稱軸的裂隙越長，最冷點就越遠離相對于熱放電容器，因此最冷點的溫度越低。
分解可電離鹽填充物凝結負面地影響燈的色坐標和顏色穩定性。此外，位于對著密封的裂隙中的腐蝕鹽灘之一有害地影響高壓放電容器的長時間氣密性。因此，這種燈的壽命不令人滿意。
為了克服現有技術中已知的缺陷，必須提供端部封閉部件設計，這是減少裂隙的，即具有改進的耐化學性和用于鹽凝結的減少的空間。
因此本發明的目的是提供一種耐腐蝕的端部封閉器件。
本發明的另一目的是提供一種減少裂隙的端部封閉器件。
這兩個問題都是通過設置至少一個饋通的端部封閉器件來解決的，由此端部封閉器件具有至少一個貫穿饋通開口，由此貫穿通開口的其橫截面、尺寸和/或直徑沿著燃燒器的主對稱軸變化。
本發明的饋通包括位于其一端的電極。
沿著垂直于燃燒器主對稱軸的平面的端部封閉部件貫穿饋通開口的橫截面可以具有任何合適的形狀。優選地，端部封閉部件貫穿饋通開口橫截面具有三角形、正方形、圓形、多邊形、橢圓形、或矩形的形狀。端部封閉部件貫穿饋通開口橫截面可以具有任何合適的形狀；優選地，所述橫截面具有圓錐、拋物線、雙曲線、橢圓形、半圓形、Y形外形、0形外形、T形外形或X形外形等外形。
最小貫穿饋通開口橫截面的面積與最大貫穿饋通開口橫截面的面積的比≤1且＞0，優選所述面積之比≤0.5且＞0，更優選所述比≤0.2且＞0。顯然，由于因燒結工藝、制造容限或任何其它非計劃的容限產生的變形而引起的饋通開口橫截面面積的小變化不是創新意義上的饋通開口橫截面的變化。
優選地，最大貫穿饋通開口橫截面的面積和最小貫穿饋通開口橫截面的面積之間的差值是＞0mm2，優選地，這些面積之間的差值≥1.5mm2，更優選該差值≥5.0mm2，并且最優選該差值≥13.4mm2。顯然，由于因燒結工藝、制造容限或任何其它非計劃的容限產生的變形而引起的饋通開口橫截面面積的小變化不是該發明意義上的饋通開口橫截面的變化。
在這種情況下，如果饋通開口橫截面具有圓形外形，則饋通橫截面的最大直徑和饋通橫截面的最小直徑之間的差值＞0mm，優選地最大直徑和最小直徑之間的差值＞1.2mm，更優選地該差值＞2.0mm，并且最優選地該差值＞2.7mm。
然而，端部封閉部件饋通開口橫截面、尺寸、和/或其直徑必須至少稍微大于設置在所述饋通開口中的饋通橫截面、尺寸和/或直徑。這樣，當饋通設置在所述饋通開口中時，在饋通和端部封閉部件之間形成小裂隙。根據本發明，形成饋通開口，例如所述裂隙可以用連接裝置填充，以便可以顯著地減少在所述裂隙中的分解可電離鹽填充物凝結。
根據本發明，端部封閉部件饋通開口具有饋通入口和饋通出口。饋通的電極側設置在入口內部。優選地，饋通的電極穿過位于端部封閉部件饋通開口的另一端的出口。
在本發明的優選實施例中，端部封閉部件饋通入口的橫截面、尺寸和/或直徑大于饋通出口的橫截面、尺寸和/或直徑。這種幾何形狀容易在饋通開口中插入饋通。而且，所述幾何形狀實現了饋通和端部封閉部件之間的連接裝置和/或連接工藝，如電阻焊，使其非常緊密地靠近饋通出口，或者分別直接位于所述饋通出口處，以便實現所述饋通和所述端部封閉部件之間的氣密連接同時具有最小裂隙，或者根本沒有裂隙。由于所述減少裂隙的饋通開口設計，可以減小用于分解可電離鹽的空間。
端部封閉部件具有適于放電容器的端部的形狀。所述形狀取決于安裝端部封閉部件的位置。端部封閉部件可以插入端部的端部開口中。在這種情況下，端部封閉部件可以具有塞子形式。端部封閉部件可以設置成使其接觸端部開口外端部。在這種情況下，端部封閉部件可以具有圓盤或端冒形式。優選地，端冒可以至少部分地包圍端部開口外端部。實際上，端部封閉部件可以有利地部分位于所述端部開口內部和部分地位于其外部。在這種情況下，端部封閉部件可以具有軟木塞的形式。
然而，端部封閉部件基本上是管形的；優選所述形狀具有軟木塞形狀、圓盤形狀、塞子形狀和/或端冒形狀。
本發明的另一優選實施例是具有連接裝置的端部封閉部件，由此將饋通氣密連接到饋通開口上，并由此氣密連接非常緊密地靠近出口形成，優選位于出口處。通過非常近地靠近饋通出口或在饋通出口處設置氣密連接，形成最小裂隙或無裂隙，因而對于鹽灘形成的空間很小。
優選地，本發明的端部封閉部件由任何熱機械匹配和耐腐蝕材料制成，即，由被證明在高壓放電燈工作條件下是穩定的材料制成。
在本發明的優選實施例中，端部封閉部件材料包括金屬、金屬合金、涂覆金屬、金屬組件、和/或金屬陶瓷材料。更優選地，所述端部封閉部件是金屬陶瓷材料的。最優選地，所述金屬陶瓷材料是功能性分級的材料。
放電容器通常被端部封閉器件封閉，以便提供氣密的高壓燃燒器。如本發明中使用的端部封閉器件在其最簡單形式中是具有饋通開口和設置在其中的饋通的端部封閉部件的組件。饋通氣密連接到所述端部封閉部件上。端部封閉器件可以包括至少一個饋通開口和設置在其中的至少一個饋通。端部封閉器件可以通過連接裝置和/或改進連接裝置粘接性的涂層而氣密連接到放電容器上。使用連接裝置和涂層可以提高與放電容器和/或與端部封閉器件的連接。
端部封閉器件應該具有與放電容器的熱膨脹系數相匹配的熱膨脹系數，從而在密封工藝以及后來使燃燒器工作的熱循環期間不產生應力或裂紋。這樣，端部封閉器件、優選端部封閉部件和/或連接裝置由金屬、優選由Mo，涂覆金屬、優選涂覆Mo或Al2O3的Ta，金屬合金、優選金屬間合金如Mo3Al，金屬陶瓷和/或陶瓷優選Al2O3制成。端部封閉器件應該由金屬陶瓷材料制成，優選是功能性分級的材料。
根據本發明使用的合適的金屬陶瓷材料具有至少化合物A和B的基本連續梯度，由此由于材料化合物B的濃度減小，而材料化合物A的濃度基本上以相同程度增加。濃度梯度可以優選用任何線性或非線性函數來表述。
優選地，化合物A和B的重量比增加，從而一端與放電容器的膨脹系數匹配。例如，如果放電容器由Al2O3制成，其膨脹系數為8·10-6K-1，所述化合物之一將與這個膨脹系數匹配。放電容器可以由其它材料制成，如YAG、YbAG或AlN，所述化合物之一將被選擇為與其膨脹系數匹配。另一端必須是能焊接的。
包括至少化合物A和B的梯度的金屬陶瓷材料，其特征在于它具有外層，其中材料化合物A和B的濃度是恒定的。
優選地，在對立的最高和最低層中的化合物A和B的重量百分比設置成例如最高層包括≤100％的重量百分比A和≥0％的重量百分比B，最低層包括≤100％的重量百分比B和≥0％的重量百分比A；或者，最低層包括≤100％的重量百分比A和≥0％的重量百分比B，最高層包括≤100％的重量百分比B和≥0％的重量百分比A。
所述層可以具有0-500μm的厚度，優選為0-50μm、最優選為0-5μm。
化合物A可以是Al2O3，化合物B可以是Mo。可以按照相同分級或非分級方式向A和B中附加地混合其他化合物。
在本發明的優選實施例中，氣密高壓燃燒器包括具有至少一個饋通的至少一個所述端部封閉部件。
此外，燈，優選高壓放電燈，最優選是安裝在頭燈中的氙高壓放電燈，可以包括至少一個所述端部封閉部件，至少一個饋通設置在其中并氣密連接到其上。
本發明的第三方案是提供一種制造氣密高壓燃燒器的方法，該氣密高壓燃燒器包括至少一個端部封閉器件、至少兩個饋通部件、和具有至少一個端部開口的至少一個放電容器，由此所述方法包括以下步驟i)經至少一個開口用可電離填充物填充所述放電容器；和ii)通過在其中設置饋通而封閉所述開口，接著將所述饋通氣密連接到端部封閉器件和/或放電容器上，由此獲得氣密高壓燃燒器。
從參照下述實施例使本發明的這些和其它方案更顯然和更容易闡明。
圖1表示沿著端部封閉部件、放電容器的端部以及饋通的縱軸的剖面圖，圖2表示沿著具有端部封閉部件和饋通的氣密高壓燃燒器的縱向的剖面圖，圖3-6表示具有各種形狀的端部封閉部件橫截面，圖7-13表示具有各種形狀的饋通開口橫截面。
圖1表示具有一個貫穿饋通開口2的端部封閉部件1。端部封閉部件1設置在放電容器3中，更準確地說位于放電容器3的端部的端部開口4中。具有電極6的饋通5設置在所述端部封閉部件1的饋通開口2中。饋通5穿過端部封閉部件1的兩個前側7，由此所述饋通5的一端突出到放電容器3的端部開口4中。饋通開口2的橫截面從遠離放電腔的第一前側7a到面向放電腔的第二前側7b在縱向上變化，由此饋通入口8的橫截面大于饋通出口9的橫截面。饋通開口2被分為具有不同直徑的兩個圓柱形部件和一個圓錐部件。設置在端部封閉部件1的饋通開口2中的饋通5通過連接裝置10在饋通出口9附近連接。端部封閉部件1的外部形狀構形為適合于放電容器3的端部開口4的塞子形式。
圖2表示具有兩個端部封閉部件1的氣密高壓燃燒器1，每個端部封閉部件成形為端冒并且每個端部封閉部件與設置在相應饋通開口2中的饋通連接。每個饋通開口2構形為圓錐形，其具有較大的圓形饋通入口8和較小的饋通出口9。將饋通連接到端部封閉部件1上的連接裝置10非常靠近地、分別直接設置在饋通出口處，從而實際上不形成裂隙。
圖3-6表示具有各種外部形狀的端部封閉部件。
圖3表示具有圓盤形外部形狀的端部封閉部件1。端部封閉部件1位于放電容器的端部開口的前面。
圖4表示具有成形為端冒的外部形狀的端部封閉部件1。端部封閉部件1部分地包圍放電容器。
圖5表示具有成形為軟木塞的外部形式的端部封閉部件1。端部封閉部件1部分地位于端部開口的前面和部分地位于放電容器的端部開口中。
圖6表示具有塞子形外部形狀的端部封閉部件1。端部封閉部件1部分地插入放電容器的端部開口中。
饋通開口的各種形狀示于圖7-14中。
圖7表示由不同圓柱形部件制成的饋通開口外形，由此不同部件的直徑從一個部件向另一個部件階梯性地減小。
圖8表示圓錐形饋通開口外形，由此圓錐的直徑從端部封閉部件的饋通入口向饋通出口連續減小。
圖9表示具有比饋通出口大的饋通入口的構形為拋物線的饋通開口外形。
圖10表示另一饋通開口外形。圖10中的外形具有橢圓形式。
圖11表示T形饋通開口外形。這種形狀是圖7所示的外形的特殊結構，由此T狀饋通開口外形只由兩個圓柱形部件構成。
圖12表示Y狀饋通開口外形。這種形狀是饋通入口側的圓錐外形與饋通出口側的圓柱外形的組合形狀。
圖13表示具有兩個圓錐形部件的X狀饋通開口外形。每個圓錐形部件從端部封閉部件的前側向端部封閉部件的中部變小，從而縱向橫截面構形為X狀外形。
參考標記的列表1、端部封閉部件2、饋通開口3、放電容器4、(放電容器的)端部開口5、饋通6、電極7、(端部封閉部件的)前側7a、(端部封閉部件的)第一前側7b、(端部封閉部件的)第二前側8、饋通入口9、饋通出口10、連接裝置11、氣密高壓燃燒器
權利要求
1.一種具有至少一個饋通(5)的端部封閉部件(1)，其特征在于端部封閉部件(1)具有至少一個貫穿饋通開口(2)，由此貫穿饋通開口(2)橫截面沿著端部封閉部件(1)的縱軸變化。
2.根據權利要求1的端部封閉部件(1)，其特征在于最小貫穿饋通開口橫截面的面積與最大貫穿饋通開口橫截面的面積的比是≤1且＞0，優選所述比≤0.5且＞0，更優選所述比≤0.2且＞0，和/或最大貫穿饋通開口橫截面的面積和最小貫穿饋通開口橫截面的面積之間的差值是＞0mm2，優選地，這些面積之間的差值是≥1.5mm2，更優選該差值是≥5.0mm2，并且最優選該差值是≥13.4mm2。
3.根據權利要求1-2的端部封閉部件(1)，其特征在于端部封閉部件(1)是金屬、金屬合金、涂覆金屬、金屬組件、和/或金屬陶瓷材料，優選是金屬陶瓷，最優選的金屬陶瓷材料具有梯度。
4.根據權利要求1-3的端部封閉部件(1)，其特征在于端部封閉部件(1)基本上是管形的，優選該形狀具有來自由軟木塞、圓盤、塞子和/或端冒組成的組中的形狀。
5.根據權利要求1-4的端部封閉部件(1)，其特征在于端部封閉部件(1)的饋通入口(8)的橫截面大于饋通出口(9)的橫截面。
6.根據權利要求1-5的端部封閉部件(1)，其特征在于縱向饋通開口(2)橫截面具有圓錐形、拋物線、雙曲線、橢圓形、半圓形、Y形、X形、T形、或V形的形狀。
7.根據權利要求1-6的端部封閉部件(1)，具有連接裝置(10)，由此饋通(5)氣密連接到饋通開口(2)中，并由此在至少靠近饋通出口(9)的區域上形成氣密連接，優選氣密連接直接形成在饋通出口(9)上。
8.一種氣密高壓燃燒器(11)，包括根據權利要求1-7的具有饋通(5)的至少一個端部封閉部件(1)。
9.一種燈，包括根據/權利要求8的的至少一個氣密高壓燃燒器(11)，由此該燈優選設置在車頭燈單元中。
10.一種制造氣密高壓燃燒器(11)的方法，該氣密高壓燃燒器包括a)至少一個根據權利要求1-7的端部封閉部件(1)，和、b)具有至少一個端部開口(4)的至少一個放電容器(3)，由此所述方法包括以下步驟i)經至少一個饋通開口(2)用可電離填充物填充所述放電容器(3)；和ii)通過在所述饋通開口(2)中設置饋通(5)而封閉所述饋通開口(2)，接著將所述饋通(5)氣密連接到端部封閉部件(1)，由此獲得氣密高壓燃燒器(11)。
全文摘要
本發明提供涉及一種具有至少一個饋通(5)的端部封閉部件(1)，由此該端部封閉部件(1)具有至少一個貫穿饋通開口(2)和由此貫穿饋通開口(2)的橫截面在縱向沿著端部封閉部件(1)變化。
文檔編號H01J9/395GK1714424SQ200380104021
公開日2005年12月28日 申請日期2003年11月14日 優先權日2002年11月25日
發明者A·戈特澤恩, M·博勒奇, J·-S·斯特拉特曼斯, J·F·M·西勒斯森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司