高壓放電燈的制作方法

專利名稱：高壓放電燈的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓放電燈。
功率在35至150W范圍內的高壓放電燈在照明燈具零售中占支配地位。已經出現的趨勢為向更低流明包裝和/或更低瓦數擴展創造積極條件。例如在專賣店中，使用較低的亮度級，使光聚集于各個商品上而不是充滿整個區域。市場里的最終用戶對光的均勻性越來越感興趣，從而更喜歡使用高壓放電燈來取代鹵素燈而用于低流明包裝與重點照明。
通常，開始段落中所述類型的高壓放電燈具有帶陶瓷壁的放電容器或者具有石英玻璃放電容器。這種高壓放電燈在實踐中廣泛應用，并且將高發光效能與有利的色澤性結合。燈的放電容器包含一種或若干種除Hg之外的鹵化物和稀有氣體填充物。
在本描述與權利要求中，放電容器的陶瓷壁應當理解成由下述材料之一制成的壁單晶體金屬氧化物(例如藍寶石)，半透明致密燒結多晶金屬氧化物(例如Al2O3、YAG)，半透明致密燒結多晶金屬氮化物(例如AlN)。
開始段落中所述類型的燈見于JP-A 04002035的英文摘要中。已知的放電燈包括放電容器與供電導體，其中供電導體支承著放電容器并安裝成從由絕緣材料制成的燈頭伸出。外殼或外部燈泡固定于燈頭上并且封裝著放電容器和供電導體，其一端敞開。
已知的放電燈的缺點在于在壽命結束時(EOL)，燈的填充壓力的增加就容許出現輝光放電。這種輝光放電可以持續很長時間(例如幾百小時)。這種輝光放電可能導致沿著放電容器延伸從而繞著燈頭形成鏡子的連接導體發生噴濺，這就可能觸發所謂的白熾模式，在這種模式下高壓放電燈可能急劇過熱，通常超過放電燈的外殼與布線的安全材料限制溫度。
本發明的一個目的是完全或部分消除以上缺點。根據本發明，為此目的，在開始段落中所述的這種類型的高壓放電燈包括外殼，其中放電容器繞著縱向軸線設置，放電容器以氣密方式封裝著帶有可電離填充物的放電空間，
放電容器具有互相對置的第一、第二頸狀部分，第一、第二供電導體分別穿過所述頸狀部分延伸至設置于放電空間中的一對電極處，由電絕緣材料制成的燈頭通過第一、第二供電導體支承著放電容器，燈頭帶有連接于相應第一、第二供電導體上的第一、第二接觸構件，燈頭和/或第一和/或第二接觸構件用作壽命終止裝置。
根據本發明的燈頭，第一和/或第二接觸構件在高壓放電燈的壽命終止過程中用作保險絲。第一、第二接觸構件之間的電弧放電在燈頭中誘發應力。燈頭在由電弧放電所誘發的應力作用下開始熔化或產生裂紋。燈頭的損壞就阻止出現上述白熾模式。
根據本發明的高壓放電燈的一個優選實施例的特征在于燈頭由軟玻璃、硬玻璃或陶瓷材料制成。優選地，燈頭由軟玻璃制成。軟玻璃的有利性能在于其具有低軟化點并且對熱沖擊比較敏感。當出現白熾模式時，由軟玻璃制成的燈頭將會在達到極度溫度之前變形并產生裂紋。
優選地，燈頭顏色為略帶白色以便以有用光束角度反射額外的光，這就有效地增加了燈的發光效能。優選地，燈頭為板的形式。
根據本發明的高壓放電燈的一個優選實施例的特征在于第一、第二接觸構件由(預)氧化鎳-鐵-鉻材料制成。這種材料為由軟玻璃制成的燈頭提供良好的熱匹配。優選地，第一、第二接觸構件由鎳鐵鉻合金如vacovit制成。
根據本發明的高壓放電燈的一個優選實施例的特征在于燈頭支承著外殼，外殼封裝著第一、第二供電導體并以氣密方式連接于燈頭上。對外殼或外部燈泡中的大氣壓進行控制就能令人滿意地防止供電導體被氧化。通過控制外殼中的大氣壓就意味著抽空外殼或者提供氣密環境，該氣密環境中尤其沒有氧化劑如氧氣。替代地，對外殼中的大氣壓進行控制并不排除在外殼中提供用于控制外殼中的大氣壓的裝置。在本發明的一個實施例中，外殼中充滿著包括例如少量百分比氧氣的氮氣。對供電導體的氧化進行控制就使得供電導體可以比較靠近放電容器定位。正常情況下，提供沖壓密封圈和/或分接(石英)裝管以便減少供電導體的氧化作用，從而導致高壓放電燈體積龐大且長度過長。對于石英放電容器而言，優選地，沖壓密封圈和供電導體的尺寸設置成通過在空氣中操作以達到所需的壽命。用于帶有鈮供電導體的陶瓷放電容器中的鈮在放電容器的工作溫度處氧化非常快，致使高壓放電燈的使用期限非常有限。
優選地，第一、第二接觸構件從外殼發出。燈頭中的第一接觸構件連接于第一供電導體上。燈頭中的第二接觸構件通過沿著放電容器延伸的連接導體而連接于第二供電導體上。第一、第二接觸構件為放電容器連接提供機械支撐并且提供放電容器的電極與高壓放電燈的外部之間的電接觸。
對外殼中的大氣壓進行控制就使得制造結構簡化且緊湊的高壓放電燈成為可能。尤其是，可以顯著減少高壓放電燈的長度。為此，高壓放電燈的一個優選的實施例的特征在于電極之間的距離de與高壓放電燈沿縱向軸線的高度hdl的比值處于以下范圍內0.02≤de/hdl≤0.2。
根據本發明的這個實施例，高壓放電燈沿著縱向軸線的高度hdl可小于大約50mm，以便使電極之間的距離de處于1mm左右至10mm左右的范圍內。
根據本發明的高壓放電燈的一個優選實施例的特征在于，用于抽空外殼的排氣管提供于燈頭中或提供于外殼中。這樣做的優點在于將放電容器和外殼安裝于高壓放電燈的燈頭上之后，通過排氣管可以抽空外殼。在另一個優選實施例中，排氣管還形成了通向燈的放電容器的供電導體的饋通元件。這樣做還具有簡化燈的構造的優點。
燈頭可以以高尺寸精度進行制造。當燈頭在其背離放電容器的表面處為平面時就很有利。該表面可以安裝于(燈)支架如托架上，因此其為用作放電容器位置參考的適用表面。
根據本發明的高壓放電燈的一個優選實施例的特征在于外殼通過瓷漆而固定于燈頭上。優選地，瓷漆以預先成型環的形式來提供。使用預先成型環就大大簡化了高壓放電燈的制造過程。
根據本發明的高壓放電燈的優點在于，當燈處于工作狀態時，放電容器的有效尺寸在光學上非常緊湊，這就使得燈極其適用于緊湊型照明設備中。由于根據本發明的高壓放電燈的燈頭具有特定構造，所以放電燈非常適合用于反射器中。由于放電容器相對于燈頭板以較高準確度定位并且燈頭板具有良好的尺寸再現性，所以就容許其用于帶有不同的卡配連接的組件中。
現在將參看多個實施例與附圖來對本發明進行更詳細地說明，圖中

圖1A概略地示出了根據本發明的高壓放電燈；圖1B為圖1A中所示的高壓放電燈的剖面圖；圖2示出了根據本發明的高壓放電燈的一個替代實施例；圖3示出了根據本發明的高壓放電燈的另一個替代實施例；以及圖4示出了根據本發明的高壓放電燈的又一個替代實施例。
這些圖純粹為示意性且并非按比例繪制。尤其是，為了清楚起見，對一些尺寸進行了明顯放大。各個圖中的等效部件盡可能地由相同的參考數字來標示。
圖1A示出了根據本發明的高壓放電燈的透視圖。圖1B中概略地示出了圖1A中所示的高壓放電燈的剖面。高壓放電燈包括繞著縱向軸線22設置的放電容器11。放電容器11以氣密方式封裝著放電空間13，放電空間13帶有包括汞、金屬鹵化物和稀有氣體的可電離填充物。在圖1A和1B的實例中，放電容器11具有第一頸狀部分2和第二、對置頸狀部分3，第一供電導體4與第二供電導體5通過所述頸狀部分分別延伸至一對電極6、7處，電極6、7設置于放電空間13中。高壓放電燈還帶有由絕緣材料制成的燈頭8。燈頭8通過第一、第二供電導體4、5支承著放電容器11。燈頭8還支承著外部燈泡或外殼1。在圖1A和1B的實例中，燈頭8帶有連接于第一供電導體4上的第一接觸構件14。另外，燈頭8帶有第二接觸構件15，第二接觸構件通過沿著放電容器11延伸的連接導體16而連接于第二供電導體5上。
根據本發明，燈頭8與第一和/或第二接觸構件14、15用作壽命終止裝置。燈頭8與第一和/或第二接觸構件14、15在高壓放電燈的壽命終止過程中用作保險絲。第一、第二接觸構件14、15之間的電弧放電在燈頭8中誘發應力。燈頭8在由電弧放電所誘發的應力作用下開始熔化或產生裂紋。燈頭8的損壞就阻止出現上述白熾模式。
在替代實施例中，至少一個接觸構件由位于燈頭中的饋通管形成，容許供電導體之一緊固于所述的饋通管中。替代地，在燈頭中可以提供兩個饋通管。這些饋通管中的緊固方式可以通過電阻焊接、激光焊接或壓接來完成。使用饋通管代替接觸構件的優點在于，能夠實現放電容器關于高壓放電燈的縱向軸線以更大的自由度定位。這樣就可以進一步改進放電容器在高壓放電燈的外殼中的準確定位。
優選地，燈頭8還作為燒結體提供，優選地是作為燒結陶瓷體。優選地，燈頭為板的形式。燈頭8可以按照高尺寸精度來進行制造。燈頭8的其它優點在于其可以按照淺色如白色或淺灰色來制造。由于使用淺色的材料，所以放電容器11所發出的光將以有用光束角度被反射，從而有效地增加照明設備的效率或高壓放電燈的總效率。因而就防止了入射在燈頭8上的光損失于由反射器所形成的光束中。另外，當燈頭8具有背離放電容器11的平坦表面時，就很有利。該表面可以安裝于(燈)支架如托架、反射器上，因此其為用作放電容器11定位參考的適用表面。在另一個有利實施例中，面向放電容器的燈頭8的表面具有中心隆起，其用于在高壓放電燈的制造期間使放電容器11和瓷漆環相對于燈頭8居中。
優選地，外殼1以氣密方式連接于燈頭8上。對外殼1中的大氣壓進行控制就能令人滿意地防止供電導體4、5被氧化。由于防止了供電導體4、5被氧化，就使得供電導體4、5可以比較靠近放電容器11定位。對控制外殼中的大氣壓進行控制就不需要提供沖壓密封圈和/或分接(石英)裝管，從而簡化高壓放電燈的構造并使其結構緊湊。優選地，用于抽空外殼1的排氣管18提供于燈頭8中，按照這種方式，在將放電容器11和外殼1安裝于高壓放電燈的燈頭8上之后，通過排氣管18可以抽空外殼1。在抽空之后，并且如果需要在外殼1內部被提供了所需的大氣壓之后，就將排氣管18密封起來。優選地，在外殼內使用吸氣劑，例如用于吸收雜質的水/氫/氧的混合物。如果燈頭8中的排氣管18由金屬或NiFeCr合金制成，就很有利。
優選地，外殼1由石英玻璃、硬玻璃或軟玻璃制成。優選地，外殼1通過(玻璃)熔塊的瓷漆而固定于燈頭8上。當瓷漆以預先成型環的形式來提供時就很有利。使用這種預先成型環就大大改進了在高壓放電燈的制造期間放電容器11的定位精度。根據外殼1的材料和燈頭8的材料來選擇瓷漆。
在圖1A和1B的實例中，提供了一種大致為圓柱形的外殼1。圖2示出了根據本發明的高壓放電燈的一個替代實施例。在圖2的實例中，提供了一種大致為球形的外殼1。
在圖1A、1B和2的實例中，放電容器11由陶瓷材料制成。在圖2中，密封式排氣管18’提供于外殼1中。在外殼中提供玻璃或石英裝管就意味著可以省去燈頭中的排氣管。圖3示出了根據本發明的高壓放電燈的又一個替代實施例，其中放電容器11由石英制成。在這個實施例中，放電空間中的可電離填充物包括汞、金屬鹵化物和稀有氣體。在圖3的實例中，外殼的一部分大致為球形。在圖4中所示的替代實施例中，排氣管18還形成了饋通管，供電導體4固定于該饋通管上。
對外殼中的大氣壓進行控制意味著可以簡化高壓放電燈的構造并使其結構緊湊。尤其是，可以顯著減少高壓放電燈的長度。為此，高壓放電燈的一個優選的實施例的特征在于電極之間的距離de與高壓放電燈沿縱向軸線的高度hdl的比值處于以下范圍內0.02≤de/hdl≤0.2。
根據本發明，提供了一種簡化的燈設計方案，其可以用作基于模塊化膠囊燈的產品族的標準部件。放電容器11支承于固定連接于燈頭板8上的供電導體4、5上。放電容器11以及供電導體4、5位于外殼1中，外殼1保持于受控的大氣壓下。由于省去了沖壓密封圈與分接(石英)裝管就使得高壓放電燈結構緊湊。優選地，高壓放電燈的高度hdl等于或小于50mm，優選地小于40mm。另外，由于高壓放電燈相對于縱向軸線22的制造受到更好的控制，并且放電容器11還可以在垂直于縱向軸線22的平面中進行準確定位，就消除了放電容器11的定位問題。
應當指出，上述實施例不是用于限制本發明，在不背離附屬權利要求的范圍的情況下，本發明所屬領域的普通技術人員可以設計出多種替代實施例。在這些權利要求中，任何放置于括號之間的參考標記都不應當理解成對權利要求的限制。使用動詞“包括”及其各種變化形式并不排除除了權利要求中所列之外的其它元件或步驟的存在。在一個元件之前使用冠詞“一”、“一個”或“一種”并不排除多個這種元件的存在。本發明可以通過包括若干不同元件的硬件并利用適當編程的計算機來實現。在列舉了若干裝置的設備權利要求中，這些裝置中的幾個可以通過同一項硬件來實現。某些措施在互不相同的從屬權利要求中進行了陳述的起碼事實并未表明不能使用這些措施的組合以便有利。
權利要求
1.一種高壓放電燈，包括外殼(1)，其中放電容器(11)繞著縱向軸線(22)設置，放電容器(11)，其以氣密方式封裝著帶有可電離填充物的放電空間(13)，放電容器(11)，其具有第一(2)、第二(3)互相對置的頸狀部分，第一(4)、第二(5)供電導體分別穿過所述頸狀部分延伸至設置于放電空間(13)中的一對電極(6、7)上，由電絕緣材料制成的燈頭(8)，其通過第一、第二供電導體(4、5)支承著放電容器(11)，燈頭(8)帶有連接于相應第一、第二供電導體(4、5)上的第一(14)、第二(15)接觸構件，燈頭(8)和/或第一和/或第二接觸構件(14、15)用作壽命終止裝置。
2.根據權利要求1所述的高壓放電燈，其特征在于，燈頭(8)由軟玻璃、硬玻璃或陶瓷材料制成。
3.根據權利要求1或2所述的高壓放電燈，其特征在于，第一、第二接觸構件(14、15)由氧化鎳-鐵-鉻材料制成。
4.根據權利要求3所述的高壓放電燈，其特征在于，第一、第二接觸構件(14、15)由NiFeCr合金制成。
5.根據權利要求1或2所述的高壓放電燈，其特征在于，燈頭(8)支承著外殼(1)，外殼(1)封裝著第一、第二供電導體(4、5)，并且外殼(1)以氣密方式聯接于燈頭(8)上。
6.根據權利要求5所述的高壓放電燈，其特征在于，第一、第二接觸構件(14、15)從外殼(1)發出。
7.根據權利要求1或2所述的高壓放電燈，其特征在于，用于抽空外殼(1)的排氣管(18、18’)提供于燈頭(8)中或提供于外殼(1)中。
8.根據權利要求7所述的高壓放電燈，其特征在于，燈頭(8)中的排氣管(18)由金屬或NiFeCr合金制成。
9.根據權利要求1或2所述的高壓放電燈，其特征在于，電極(6、7)之間的距離d。與高壓放電燈沿縱向軸線(22)的高度hdl的比值處于以下范圍內0.02≤de/hdl≤0.2。
全文摘要
一種高壓放電燈具有設置著放電容器(11)的外殼(1)。放電容器封裝著帶有可電離填充物的放電空間(13)。放電容器具有兩個互相對置的頸狀部分(2、3)，供電導體(4、5)穿過所述頸狀部分延伸至放電空間中的一對電極(6、7)上。由電絕緣材料制成的燈頭(8)通過第一、第二供電導體支承著放電容器(11)。燈頭帶有分別連接于相應第一、第二供電導體上的第一(14)、第二(15)接觸構件。燈頭(8)和/或第一和/或第二接觸構件(14、15)用作壽命終止裝置。優選地，燈頭由軟玻璃制成，而第一、第二接觸構件由氧化鎳－鐵－鉻材料制成，優選地由NiFeCr合金如vacocit制成。
文檔編號H01J61/56GK1791963SQ200480013817
公開日2006年6月21日 申請日期2004年5月13日 優先權日2003年5月21日
發明者L·G·J·E·馬里恩, N·J·卡魯索 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司