專利名稱：能夠保持穩定特性的金屬蒸汽放電燈和照明設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬蒸汽放電燈，尤其涉及一種金屬蒸汽放電燈和具有該金屬蒸汽放電燈的照明設備。
相關技術描述包含在金屬鹵化物燈中的電弧管包括一個透明容器，其中密封了一種用作發光金屬的鹵化金屬。該透明容器包括一對彼此面對面的電極。當電極從外部接收到電源并放電時，該金屬鹵化物燈在高溫發射出光線。
通常，許多電弧管是由石英玻璃制成的。但是近年來，由于在耐熱性方面氧化鋁陶瓷優于石英玻璃，因此常使用由氧化鋁陶瓷制成的電弧管。
為了將電極密封在由石英玻璃制成的電弧管中，向電弧管的兩端施加熱量和壓力，從而使兩端變形。在電弧管由氧化鋁陶瓷制成的情況下，首先要準備一個容器，該容器被分成一個主管部分和從其兩端伸出去的窄管部分。然后分別將兩個輸電構件通過窄管部分插入到該容器中。接著從兩端將一種熔化狀態的密封材料，如玻璃粉，倒入窄管部分內表面和輸電構件之間的空隙，從而電弧管被密封材料密封(日本已公開的專利申請No.S57-78763)。
同時，氧化鋁陶瓷電弧管還具有許多優點，因而是實現高性能燈所期望的。
例如，由于氧化鋁陶瓷電弧管能夠發出比石英玻璃電弧管溫度高的光線，因此有可能增加密封在電弧管中物質的汽壓。這對實現彩色重現和高效率都是有好處的。
此外，同石英玻璃相比，氧化鋁陶瓷與密封在電弧管中的鹵化物質有更高的活性。這有助于延長金屬鹵化物燈的使用壽命。
但是，利用這種氧化鋁陶瓷電弧管的金屬鹵化物燈也有一個問題，就是在燈的使用壽命期間色溫會發生變化。即，即使在開始的時候金屬鹵化物燈有足夠的色溫特性來保持燈的預定色溫，但利用燈進行照明的時間越長，如100小時、1000小時等等，色溫特性就越低。
以下對其原因進行考慮。
在以上述方式密封的氧化鋁陶瓷電弧管中，每個窄管部分和每個輸電構件之間空隙的各主管部分側都沒有充滿密封材料。
當燈被點亮后，液態的發光金屬逐漸滑到該空隙中。尤其是當這種燈是在電極保持垂直的情況下被點亮時，密封在電弧管中的發光金屬滲到低于容器主管部分的空隙中。
由于金屬滲入到空隙中，因此在放電空間用于發光的金屬的量就減少了。這阻礙了提供足夠的金屬汽壓，從而導致色溫的改變。
人們可能認為可以通過裝入足量的發光金屬以防止色溫改變來解決這個問題。但是，當裝入太多的發光金屬時，金屬、電極、氧化鋁和密封材料之間的反應也增加了。這會縮短燈的使用壽命。
可選地，密封材料可以倒入更低的空隙，從而減少滲入該空隙的發光金屬的量。但是，在這種情況下，插入的密封材料的兩端離放電空間就近了，在此溫度升高得非常多。這增加了密封材料和發光金屬之間的反應，導致縮短燈的使用壽命。此外，對于插入該空隙的密封材料，還容易產生裂縫。
發明概述因此，本發明的第一個目的是提供一種防止發光金屬滑入空隙，并且即使在長時間連續使用該燈照明后在色溫和其它特性方面都呈現較小變化的金屬蒸汽放電燈，還提供一種包括該金屬蒸汽放電燈的照明設備。
本發明的第二個目的是解決使用了氧化鋁陶瓷電弧管的金屬鹵化物燈的另一個問題，這個問題是如果發光金屬包含鈰，則燈在開啟之后有可能馬上熄滅，這種現象尤其是發生在最初的老化(aging)照明過程中，該過程是在燈生產出來以后立即執行的。
以上目的是通過一種具有電弧管的金屬蒸汽放電燈來實現的，其中電弧管包括一個由半透明陶瓷制成的容器，該容器被分成一個主管部分和兩個分別從主管部分的兩端伸出去的窄管部分，在主管部分中形成一個放電空間，在這個放電空間中裝入發光金屬，每個窄管部分中都有一個電極，有一個線圈纏繞在電極面向放電空間的一端，在每個窄管部分中都插入一個電極支撐構件并連接到電極的另一端，該電弧管被一種插入到每個電極支撐構件和每個窄管部分之間各空隙的密封材料密封，每個電極的長度(電極長度L1)在包括(0.041P+0.5)mm到(0.041P+8.0)mm之間，其中“P”表示以瓦特為單位的燈功率。
在上面的公式中，電極長度L1定義為電極頭和連接到電極支撐構件的電極末端之間的距離。此外，燈功率P表示當燈穩定照明時的燈功率。
利用上面所說明的結構，其中電極長度L1設置為不大于(0.041P+8.0)mm，這防止裝在電弧管中的發光金屬滑入到窄管部分內表面和電極之間的空隙中。這使得有可能將放電空間中的汽壓保持在一個令人滿意的水平，這有助于實現即使在長時間連續使用該燈照明后在色溫和其它特性方面都呈現較小變化的金屬蒸汽放電燈。
此外，將電極長度L1設置為不小于(0.041P+0.5)mm也抑制了密封構件和發光金屬之間的反應，并防止在密封構件中產生裂縫。
在上述金屬蒸汽放電燈中，優選地，每個電極從各窄管部分伸入放電空間的一部分長度在包括3.0mm到6.5mm之間。
此外，優選地，每個電極的熱導不小于130W/m*K，而每個電極支撐構件的熱導不大于100W/m*K。
此外，優選地，每個電極都包含鎢和/或鉬，而每個電極支撐構件都包含鈰。
此外，優選地，每個窄管部分的長度(窄管部分長度L2)在包括(0.032P+3.5)mm到(0.032P+8.0)mm之間，以確保抑制滑入空隙的發光金屬量的有利效果。
此外，優選地，密封材料是從不面向放電空間的外端插入到每個窄管部分中的，而每個窄管部分中密封材料的長度(表示為“12”)在包括3.7mm到5.5mm之間，以增強使用壽命期限內密封構件的可靠性并保持特性。
在此應當指出，通過實驗已經證明當電極長度L1設置為在包括(0.041P+0.5)mm到(0.041P+8.0)mm之間時，具有70W到400W燈功率的金屬蒸汽放電燈關于上述效果顯示出令人滿意的水平。
以上目的還可以通過一種具有電弧管的金屬蒸汽放電燈來實現，其中電弧管包括一個由半透明陶瓷制成的容器，該容器被分成一個主管部分和兩個分別從主管部分的兩端伸出去的窄管部分，在主管部分中形成一個放電空間，在這個放電空間中裝入發光金屬，每個窄管部分中都有一個電極，有一個線圈纏繞在電極面向放電空間的一端，在每個窄管部分中都插入一個電極支撐構件并連接到電極的另一端，該電弧管被一種插入到每個電極支撐構件和每個窄管部分之間各空隙的密封材料密封，每個窄管部分的長度(窄管部分長度L2)在包括(0.032P+3.5)mm到(0.032P+8.0)mm之間，其中“P”表示以瓦特為單位的燈功率。
利用上面所說明的結構，其中窄管部分長度L2設置為不大于(0.032P+8.0)mm，這防止裝在電弧管中的發光金屬滑到窄管部分內表面和電極之間的空隙中。這使得有可能將放電空間中的汽壓保持在一個令人滿意的水平，這有助于實現在長時間連續使用該燈照明后在色溫和其它特性方面都呈現較小變化的金屬蒸汽放電燈。
此外，將窄管部分長度L2設置為不小于(0.032P+3.5)mm也抑制了密封構件和發光金屬之間的反應，并防止在密封構件中產生裂縫。
此外，當窄管部分長度L2設置在上述范圍內時，燈開啟故障的發生率降低了。觀察發現這個效果是很顯著的，尤其當裝入的發光金屬包含鈰時。
在此應當指出，通過實驗已經證明當窄管部分長度L2設置為在包括(0.032P+3.5)mm到(0.032P+8.0)mm之間時，具有70W到360W燈功率的金屬蒸汽放電燈關于上述效果顯示出令人滿意的水平。
當窄管部分長度L2設置為在包括(0.032P+3.5)mm到(0.032P+6.0)mm之間時，可以改進抑制滲入空隙的發光金屬量和降低燈開啟故障發生率的有利效果。
此外，優選地，密封材料是從不面向放電空間的外端插入到每個窄管部分中的，而每個窄管部分中密封材料的長度(表示為“12”)在包括3.7mm到5.5mm之間，以增強使用壽命期限內密封構件的可靠性并保持特性。
通常，在每個窄管部分厚度不小于主管部分厚度1.15倍、或主管部分和窄管部分沒有任何收縮配件地形成一塊、或電弧管位于密封了氮的外管中的金屬蒸汽放電燈中，容易發生發光金屬滑入空隙的問題。因此，本發明對于這些類型的金屬蒸汽放電燈尤其有效。
附圖簡述通過以下對其進行的詳細描述并聯系相應附圖，本發明的這些和其它目的、優點和特征將變得很明顯，
了本發明的一種具體實施方案。
在附圖中圖1是本發明一種實施方案中金屬蒸汽放電燈的正視圖，示出了其結構；圖2是電弧管1的剖面圖，示出了其結構的一種實例；圖3示出了本發明一種實施方案中照明設備的結構；圖4是電弧管1的剖面圖，示出了其結構的一種實例；圖5A和5B是電弧管的剖面圖，用來解釋電極長度L1；及圖6是關于開啟故障發生機理的說明。
優選實施方案詳述以下參考附圖描述了本發明的優選實施方案。
實施方案1完整的金屬蒸汽放電燈和電弧管的結構圖1是實施方案1中金屬蒸汽放電燈的正視圖(包括部分剖面圖)，示出了其結構。
如圖1所示，該金屬蒸汽放電燈包括外管3，其中密封了一定壓力的氮。在外管3中，由半透明陶瓷制成的電弧管1由輸電線2a和2b固定在一個確定的位置。基座4附著在外管3密封的一端。
圖2是電弧管1的剖面圖。
如圖2所示，電弧管1包括容器10和輸電構件20a和20b。容器10被分成窄管部分12a和12b及主管部分(發光部分)11。輸電構件20a和20b分別通過窄管部分12a和12b插入到容器10中。一種典型的用作容器10材料的半透明陶瓷是氧化鋁陶瓷。
輸電構件20a和20b分別包括電極引腳21a和21b。由鎢制成的線圈22a和22b分別纏繞在電極引腳21a和21b的末端。電極引腳21a和21b分別在其另一端同由導電金屬陶瓷制成的電極支撐構件23a和23b連接在一起。在此應當指出，導電金屬陶瓷是通過將金屬粉末同陶瓷粉末混合在一起并將混合物烘干來產生的，其熱膨脹系數與陶瓷的大致相等。
電極引腳21a和21b分別利用激光束焊接法同電極支撐構件23a和23b連接在一起。利用電阻對縫焊接法，由于金屬陶瓷具有較大的電阻，因此它們容易連接得很不結實。相反，激光束焊接法將它們連接得足夠結實，幾乎可以防止它們在燈使用壽命期間分離。
電極引腳21a和21b同容器10的窄管部分12a和12b中的電極支撐構件23a和23b連接在一起。
電極引腳21a和21b從窄管部分12a和12b伸到容器10的主管部分11中，從而其被線圈22a和22b纏繞的兩端在主管部分11中彼此面對面，其中主管部分11中的空間充當放電空間。
電極支撐構件23a和23b分別從窄管部分12a和12b伸到外面。電極支撐構件23a和23b與窄管部分12a和12b之間的空隙在接近外面的一端被密封構件24a和24b密封，這是通過將玻璃粉從外面倒入該空隙中形成的。玻璃粉包括金屬氧化物、氧化鋁和二氧化硅。
汞、稀有氣體和發光金屬裝在主管部分11中的放電空間中。
當外部驅動電路通過基座4和輸電線2a和2b持續向輸電構件20a和20b施加頻率為60Hz、峰值電壓為283伏的正弦波電壓時，具有上述結構的金屬蒸汽放電燈將持續發光。
照明設備的結構圖3是一種照明設備的剖面圖，金屬蒸汽放電燈附著在其上。
如圖3所示，照明設備30包括一個主體和附著在該主體上的上述金屬蒸汽放電燈34。該主體包括機座31、插座32和反射罩33。機座31用于將燈固定到天花板等。插座32附著到機座31。當其基座側朝上放置時，金屬蒸汽放電燈34附著到插座32，其中基座34固定到插座32。反射罩33是圓錐形的，其內表面具有反射性。反射罩33開口側朝下固定，金屬蒸汽放電燈34被其反射表面包圍。應當指出，在一個與照明設備分開的地方提供照明電路設備(未說明)。
當通過插座32從照明電路設備供電時，金屬蒸汽放電燈34發光，發出的一部分可見光直接通過開口向下傳播，而另一部分從反射罩33的反射表面反射然后向下傳播。
電極長度L1與燈特性之間的關系在該實施方案中，電極引腳21a和21b的長度稱為電極長度，且該電極長度設置為滿足以下公式1條件的值。
公式10.041P+0.5≤L1≤0.041P+8.0，其中，“L1”表示電極長度(mm)，而“P”表示燈功率(W)。
如這部分將詳細描述的，通過將電極長度L1設置為在由公式1指定范圍內的值，防止裝在電弧管中的發光金屬滑入到窄管部分內表面與電極引腳21a和21b之間的空隙中。這種電極長度設置還能防止在密封構件中產生裂縫，并抑制密封構件和發光金屬之間的反應。這可以長時間防止色溫的變化，并實現燈的長使用壽命。
對此將進行詳細描述。
發光金屬是否很容易滑入空隙依賴于間隙G中的溫度。在此，間隙G是電極引腳21a和21b與窄管部分12a和12b之間所有未充滿密封材料的空隙。密封構件24a和24b末端附近的溫度尤其重要。
更具體而言，如果電極引腳21a和21b在窄管部分12a和12b中的溫度低于在放電空間中的溫度，而且如果包圍電極引腳21a和21b的窄管部分12a和12b內表面的溫度低于放電空間中的溫度，則裝入的發光金屬在間隙G中變成液體，而液態的發光金屬滲入到間隙G中。
相反，當電極長度L1設置為不大于(0.041P+8.0)mm的值時，間隙G中的溫度保持足夠高，可以使液態的發光金屬汽化。
下面考慮這種機理。
具有高熱導的電極引腳21a和21b易于從正極導熱。相反，具有低熱導的電極支撐構件23a和23b很難從電極引腳21a和21b導熱。因此，間隙G中，尤其是密封構件24a和24b末端附近，的溫度很大程度上受電極引腳21a和21b長度(熱容量)的影響。電極引腳21a和21b越長，熱容量越大，間隙G中，尤其是密封構件24a和24b末端附近，的溫度就越低(相反，電極引腳21a和21b越短，間隙G中的溫度就越高)。
如上所述，在該實施方案中，間隙G中，尤其是密封構件24a和24b末端附近，的溫度保持高，這防止發光金屬滲到窄管部分內表面與電極引腳21a和21b之間的空隙中。
相反，如果電極長度L1太短，則間隙G一側密封構件24a和24b末端的溫度就會變得太高，這促進了密封材料和發光金屬之間的反應。
當電極引腳21a和21b與電極支撐構件23a和23b通過激光束焊接法連接時，焊接部分的表面變得含有大量氧化鋁，從而促進了暴露在間隙G中的焊接部分和發光金屬之間的反應。發光金屬的反應增加了管電壓，這容易使燈在早期熄滅，縮短燈的使用壽命。
此外，如果密封構件24a和24b末端的溫度變得太高，則在密封構件24a和24b中很容易產生裂縫。
另一方面，如果電極長度L1設置為不小于(0.041P+0.5)mm的值，則密封構件24a和24b末端的溫度不會上升得太高。這防止在密封構件24a和24b中產生裂縫，并防止密封材料和發光金屬之間的反應。
突出的電極長度11優選地，從窄管部分12a和12b伸到放電空間中的電極引腳21a和21b的長度，在本文中稱為突出的電極長度11，設置為不小于3.0mm且不大于6.5mm。原因如下。
如果突出的電極長度11小于3.0mm，則管壁就會過于靠近主管部分11與窄管部分12a和12b之間邊界附近的正極。由于熱沖擊，這會促進產生裂縫，并促進管壁和裝入金屬(發光金屬)之間的反應。同樣，如果突出的電極長度11大于6.5mm，則正極與窄管部分12a和12b之間的距離就會變得太大，使窄管部分12a和12b及間隙G的溫度太低。這使得裝入的金屬(發光金屬)滲到窄管部分內表面與電極引腳21a和21b之間的空隙中。在此應當指出，窄管部分12a和12b與放電空間之間的邊界基本上就是窄管部分12a和12b內徑開始增加的部分。
線圈25a和25b的實例在圖2所示的實例中，間隙G存在于窄管部分12a和12b的內表面與電極引腳21a和21b的外表面之間，間隙G中兩個表面之間的距離等于它們的直徑差。
圖4示出了一種實例，其中由鉬制成的線圈25a和25b纏繞在電極引腳21a和21b被窄管部分12a和12b包圍的部分周圍。
利用這種布置，間隙G在很大程度上被線圈25a和25b充滿，減少了滲入間隙中的發光金屬量，并使得密封材料和發光金屬之間很難發生反應。但是，由于間隙G并沒有完全被線圈25a和25b充滿，因此發光金屬還是會滲到間隙中，密封材料和發光金屬之間也還是會發生反應。
在此，該結構可以同將電極長度L1(mm)設置為滿足公式1條件的值相結合來獲得與圖2所示實例相同的效果。即，通過這種結合，防止發光金屬滲到窄管部分內表面與電極引腳21a和21b之間的空隙中，并防止密封材料和發光金屬之間的反應。
電極的形狀和電極長度L1圖5A和5B是電弧管的剖面圖，用來解釋電極長度L1。通常，電極的長度(電極長度L1)定義為電極引腳21a(21b)的長度，或放電空間一側線圈22a(22b)的頭和電極支撐構件23a(23b)的末端之間的距離。這適用于圖5A所示的實例，其中電極引腳21a(21b)的末端部分嵌入到電極支撐構件23a(23b)中。在這種情況下，電極長度L1等于電極引腳21a(21b)的長度。
另一方面，在圖5B所示的實例中，其中線圈25a(25b)依次纏繞在窄管部分12a(12b)中的電極引腳21a(21b)和電極支撐構件23a(23b)周圍，電極長度L1定義為(i)放電空間中電極引腳21a(21b)或線圈22a(22b)的頭和(ii)(外側)線圈25a(25b)末端之間的距離。
電極和電極支撐構件的熱導如上所述，難熔金屬鎢用作電極引腳21a和21b及線圈22a和22b的材料。鎢具有不低于130(W/m*K)的熱導。同樣，如圖4所示，由鉬制成的線圈25a和25b也可以纏繞在電極引腳21a和21b周圍。鉬也具有不低于130(W/m*K)的熱導。
因此，(i)由電極引腳21a和21b與線圈22a和22b組成的電極及(ii)由電極引腳21a和21b、線圈22a和22b與線圈25a和25b組成的電極都具有不低于130(W/m*K)的熱導。
另一方面，一種導電金屬陶瓷用作電極支撐構件23a和23b的材料。優選地，用作電極支撐構件23a和23b材料的導電金屬陶瓷的熱導要低于電極的熱導且不大于100(W/m*K)。
如從隨后提供的實驗2結果顯而易見的，這是因為當電極支撐構件23a和23b的熱導同電極的一樣高時，熱量很容易從電極引腳漏到電極支撐構件。這會降低間隙G中的溫度，使發光金屬滑入到窄管部分內表面和電極引腳之間的空隙中。
窄管部分長度L2與燈特性之間的關系在該實施方案中，窄管部分的長度稱為窄管部分長度，且窄管部分長度設置為滿足下面公式2條件的值。
公式20.032P+3.5≤L2≤0.032P+8.0，其中，“L2”表示窄管部分長度(mm)，而“P”表示燈功率(W)。
這里，窄管部分長度L2是窄管部分12a(12b)從末端伸到管徑開始增加位置的一部分的長度。通常，通過與窄管部分長度L2對應的部分的電弧管的直徑基本上是恒定的。
如從隨后所示的實驗3結果顯而易見的，通過這種將窄管部分長度L2設置為滿足公式2條件的值的布置，防止發光金屬滲到窄管部分內表面與電極引腳21a和21b之間的空隙中。這種窄管部分長度的設置還防止在密封構件中產生裂縫，并抑制密封構件和發光金屬之間的反應。這可以長時間防止色溫的變化，并實現燈的長使用壽命。
為了提高降低滲入空隙的發光金屬量的可靠性，優選地設置電極長度L1為滿足公式1條件的值，而設置窄管部分長度L2為滿足公式2條件的值。
對此將進行詳細描述。
發光金屬是否很容易滑入空隙依賴于間隙G中的溫度。
更具體而言，如果電極引腳21a和21b在窄管部分12a和12b中的溫度低于在放電空間中的溫度，而且如果包圍電極引腳21a和21b的窄管部分12a和12b內表面的溫度低于放電空間中的溫度，則裝入的發光金屬在間隙G中變成液體，沒有汽化，而液態的發光金屬滲到間隙G中。
相反，當窄管部分長度L2設置為不大于(0.032P+8.0)mm的值時，間隙G中的溫度保持足夠高，可以使液態的發光金屬汽化。
下面考慮這種機理。
間隙G中，尤其是密封構件24a和24b末端附近，的溫度受窄管部分長度L2的影響很大。窄管部分長度L2越長，與正極的距離越遠，熱容量越大，間隙G中，尤其是密封構件24a和24b末端附近，的溫度就越低(相反，窄管部分長度L2越短，間隙G中的溫度就越高)。
相反，如果窄管部分長度L2太短，則間隙G一側密封構件24a和24b末端的溫度就會變得太高，這會促進密封材料和發光金屬之間的反應。
在電極引腳21a和21b與電極支撐構件23a和23b通過激光束焊接法連接的情況下，焊接部分的表面變得含有大量氧化鋁，從而促進了暴露在間隙G中的焊接部分和發光金屬之間的反應。發光金屬的反應增加了管電壓，這易于使燈在早期熄滅，縮短燈的使用壽命。
此外，如果密封構件24a和24b末端的溫度變得太高，則密封構件24a和24b中很容易產生裂縫。
另一方面，如果窄管部分長度L2設置為不小于(0.032P+3.5)mm的值，則密封構件24a和24b末端的溫度就不會變得太高。這防止在密封構件24a和24b中產生裂縫，并防止密封材料和發光金屬之間的反應。
窄管部分長度L2和燈開啟故障之間的關系當金屬蒸汽放電燈利用包含鈰的發光金屬時，燈有可能在開啟之后立刻熄滅。這種現象尤其是發生在最初的老化照明過程中，該過程是在燈生產出來以后立即執行的。但是，通過將窄管部分長度L2設置為滿足公式2條件的值，可以減少這種問題的發生。
通過將窄管部分長度L2設置為滿足下面公式3條件的值，可以增強減少開啟故障的效果。
公式3
0.032P+3.5≤L2≤0.032P+6.0，其中，“L2”表示窄管部分長度(mm)，而“P”表示燈功率(W)。
現在描述燈開啟故障的機理和通過將窄管部分長度L2設置為一個較小的值來實現對其的抑制。
圖6是關于發生開啟故障的機理。
在圖6中，“Vm”表示驅動電路的電源電壓輸入，而“Vla”表示施加到燈的燈電壓。
在圖6中，燈電壓波形的峰值電壓相當于重燃電壓。
在燈開啟之后，燈電壓Vla逐漸升高。這里，如果發光金屬包含鈰(Ce)，則燈開啟幾秒鐘之后重燃電壓就會迅速升高。關于圖6所示的圖，可以發現在第5個波形處重燃電壓迅速升高。這是因為在燈開啟之后當電弧管壁的溫度升高到一定程度時，鈰會急劇汽化，引起不規律的電弧放電。
在此，當電弧管壁溫度升高的速度較慢時，需要很長一段時間電弧管壁的溫度才能升高到引起鈰汽化的程度。在這種情況下，當由于鈰汽化重燃電壓迅速升高時，燈電壓Vla已經升高到了一個相當高的水平，這使得重燃電壓升高得更多。因此，可能出現在這一點上電源電壓Vm和重燃電壓之間的差值VA是“0”。
在圖6所示的圖中，可以發現在第5個波形處重燃電壓迅速升高，從而電源電壓Vm和重燃電壓之間的差值VA是0。
如上所述，在電源電壓Vm和重燃電壓之間的差值VA變成0的瞬間燈就會熄滅。
相反，當窄管部分長度L2設置為一個較小的值時，電弧管壁溫度升高的速度加快，在很短的時間內鈰就會汽化。在這種情況下，當鈰汽化后，燈電壓Vla還沒有升高到一個相當高的水平，而且這里即使重燃電壓升高，電源電壓Vm和重燃電壓之間的差值VA變成“0”的可能性也是極小的。
已經通過實驗證明在金屬蒸汽放電燈中，可以通過將窄管部分長度L2設置為不大于(0.032P+8.0)mm來抑制燈的開啟故障，其中在放電空間中裝入了13.5mg的發光金屬，該發光金屬由CeI3(5.4mg的鈰)、NaI(7.1mg的鈉)、TlI(0.6mg的鉈)及InI(0.4mg的銦)組成。
密封材料插入長度12和電弧管容器的厚度在該實施方案中，密封材料插入窄管部分的長度稱為密封材料插入長度12，優選地，密封材料插入長度設置為滿足下面公式4條件的值。
公式43.7≤12≤5.5，其中，“12”表示密封材料插入長度(mm)。
如從隨后詳細描述的實驗4結果顯而易見的，該長度的設置增強了燈使用壽命期間密封構件的可靠性，并穩定了特性。
在普通陶瓷發光容器的情況下，窄管部分的厚度t2不小于主管部分厚度t1的1.15倍。
如在這種情況下，當窄管部分比主管部分厚時(即，t2＞t1)，間隙G中，尤其是密封構件24a和24b末端附近，的溫度容易變低。在這種情況下，將窄管部分長度設置為滿足公式2或3條件的值能夠有效地防止發光金屬滲到窄管部分內表面與電極引腳21a和21b之間的空隙中。
變體及其它發光金屬下滲的問題主要發生在電極垂直放置時下面的窄管部分中。因此，當事先知道哪個窄管部分12a和12b位置在下面時，上面解釋的包括窄管部分長度L2的長度設置就可以僅應用到下面的窄管部分。希望這樣能夠提供相同的效果。
否則，由于任意一個都可以放置在下面，因此優選地上面解釋的長度設置要應用到兩個窄管部分12a和12b。
實例準備了該實施方案中金屬蒸汽放電燈的實例，其中燈功率P＝300W。元件的型號和尺寸如下。
窄管部分長度L2設置為15.8mm。
電極引腳21a和21b的外徑為0.71mm，長度為17.8mm。
用作電極支撐構件23a和23b的導電金屬陶瓷是通過烘干鉬和氧化鋁的混合物形成的。導電金屬陶瓷的熱膨脹系數是7.0×10-6，熱導是70(W/m*K)。電極支撐構件23a和23b的外徑為1.3mm，長度為30mm。
裝在放電空間中的發光金屬量共13.5mg。該發光金屬是由2.6mg的DyI3、2.6mg的HoI3、2.6mg的TmI3、3.3mg的NaI和2.4mg的TlI組成的。此外，在放電空間中裝入作為稀有氣體的20kPa的氬。
窄管部分12a和12b的內徑為1.3mm。主管部分11的厚度t1設置為1.1mm，而窄管部分12a和12b的厚度t2設置為1.35mm。
對于金屬蒸汽放電燈的每種實例，都進行以下實驗。在這些實驗中，使用由鉬制成的電極引腳21a和21b，線圈25a和25b圍繞在其周圍。
實驗1對金屬蒸汽放電燈的實例進行3000小時的壽命實驗，其中電極長度L1分別設置為11.8mm、12.8mm、16.3mm、19.8mm和20.8mm，測量管電壓的增加(V)和色溫的變化(K)。
間隙G的長度(窄管部分12a(12b)放電空間一側的末端和密封構件24a(24b)一端表面之間的距離)固定為4.5mm。
表1示出了實驗結果。
在表1的“評價”一列中，符號“○”表示“好”，而符號“×”表示“不好”(這也適用于表2-6)。
表1
表1的實驗結果表明具有12.8mm或更長電極長度L1的金屬蒸汽放電燈的實例每3000小時管電壓增長得很小。
這可以看作是因為當電極長度L1為12.8mm或更短時，密封構件24a和24b末端的溫度會增加得足夠多，從而促進同發光金屬的反應，而相反，當電極長度L1小于12.8mm時，抑制了溫度的上升。
表1的實驗結果還表明具有不小于19.8mm電極長度L1的金屬蒸汽放電燈的實例每3000小時色溫的變化很小。
這可以看作是因為窄管部分內壁表面的溫度保持足夠高，從而抑制發光金屬滲到間隙中。
如從該實驗結果可以理解的，在燈功率P＝300W的金屬蒸汽放電燈中，當電極長度L1設置為12.8mm到19.8mm之間(即，公式1指定的范圍)的值時，可以抑制管電壓的增加和色溫的變化。
對燈功率P＝70W的金屬蒸汽放電燈的實例也進行3000小時的壽命實驗，其中電極引腳21a和21b的外徑為0.35mm，電極長度L1分別設置為3.0mm、3.5mm、7.0mm、10.8mm和11.3mm，測量管電壓的增加(V)和色溫的變化(K)。
表2示出了實驗結果，如從結果可以理解的，當電極長度L1設置為3.5mm到10.8mm之間(即，公式1指定的范圍)的值時，可以抑制管電壓的增加和色溫的變化。
表2
在此應當指出，對燈功率P＝70W到400W的金屬蒸汽放電燈的實例也進行了類似的實驗，證明當電極長度L1設置為滿足公式1指定條件的值時，可以抑制使用壽命期間管電壓的增加和色溫的變化。
對發光金屬成分的不同比例也進行了類似的實驗，證明當電極長度L1設置為滿足公式1指定條件的值時，不管發光金屬成分的比例是多少，都可以抑制使用壽命期間管電壓的增加和色溫的變化。
實例2
對金屬蒸汽放電燈的實例進行3000小時的壽命實驗，其中電極長度L1固定為17.8mm，而分別用具有70、100和110W/m*K熱導的金屬陶瓷及具有138W/m*K熱導的鉬作為電極支撐構件的材料，測量色溫的變化(K)。
表3示出了實驗結果。
表3
如從結果可以理解的，當具有不小于100W/m*K熱導的材料用作電極支撐構件23a和23b的材料時，使用壽命期間色溫的變化很大。這可以看作是因為當電極支撐構件具有高熱導時，熱量很容易從電極引腳漏到電極支撐構件，這會降低間隙G中，尤其是密封構件24a和24b末端附近，的溫度，從而使發光金屬滲到間隙中。
實例3對金屬蒸汽放電燈的實例進行3000小時的壽命實驗，其中窄管部分長度L2分別設置為10.0mm、11.6mm、13.1mm、15.0mm、17.6mm和19.1mm，測量產生裂縫的可能性和色溫的變化。
電極長度L1固定為17.6mm，而密封材料插入長度12固定為4.5mm。
表4示出了實驗結果。
在表4的“評價”一列中，符號“◎”表示“極好”(這也適用于表5)。
表4
如從結果可以理解的，窄管部分長度L2設置得不大于11.6mm的金屬蒸汽放電燈會產生裂縫，而窄管部分長度L2設置得不小于13.1mm的金屬蒸汽放電燈產生裂縫的可能性就非常小。這可以看作是因為當窄管部分長度L2不小于13.1mm時，當燈點亮后，窄管部分中電極支撐構件和密封構件的溫度不會上升得太高，這防止了這些構件與發光金屬的反應和熱膨脹。
如上所述，應當理解，在燈功率P＝300W的金屬蒸汽放電燈中，當窄管部分長度L2設置為13.1mm到17.6mm之間(即，公式2指定的范圍)的值時，可以抑制裂縫的產生和色溫的變化。
對燈功率P＝70W的金屬蒸汽放電燈的實例也進行3000小時的壽命實驗，其中窄管部分長度L2分別設置為4.0mm、5.0mm、5.8mm、8.0mm、10.0mm和11.0mm，測量產生裂縫的可能性和色溫的變化(K)。
表5示出了實驗結果，如從結果可以理解的，在燈功率P＝70W的金屬蒸汽放電燈中，當窄管部分長度L2設置為5.8mm到10.0mm之間(即，公式2指定的范圍)的值時，可以抑制產生裂縫的可能性和色溫的變化。
表5
實例4對金屬蒸汽放電燈的實例進行3000小時的壽命實驗，其中電極長度L1和窄管部分長度L2分別固定為17.6mm和15.8mm，而密封材料插入長度12分別設置為3.2mm、3.7mm、5.5mm和6.0mm，測量在密封構件中產生裂縫的可能性和色溫的變化。
表6示出了實驗結果。
表6
如從結果可以理解的，當密封材料插入長度12不大于5.5mm時，產生裂縫的可能性是很小的。這可以看作是因為當密封材料插入長度12不大于5.5mm時，當燈點亮后，窄管部分中電極支撐構件和密封構件的溫度不會上升得太高，這防止了這些構件與發光金屬的反應和熱膨脹。
另一方面，從表6所示的結果應當理解，當密封材料插入長度12不小于3.7mm時，使用壽命期間色溫的變化是很小的。這可以看作是因為當密封材料插入長度12不小于3.7mm時，密封構件末端的溫度保持足夠高，從而可以防止發光金屬滲到間隙G中。
盡管已經通過實例并參考相應附圖完整地對本發明進行了描述，但是應當指出，對本領域技術人員來說，各種修改和變化是顯而易見的。因此，除非這些修改和變化背離了本發明的范圍，它們都應當被看作是包括在其中的。
權利要求
1.一種具有電弧管的金屬蒸汽放電燈，其中電弧管包括一個由半透明陶瓷制成的容器，該容器被分成一個主管部分和兩個分別從該主管部分兩端伸出去的窄管部分，在主管部分中形成一個放電空間，在該放電空間中裝入發光金屬，每個窄管部分中都有一個電極，一個線圈纏繞在該電極面向放電空間的一端，每個窄管部分中都插入一個電極支撐構件并連接到電極的另一端，電弧管被插入到每個電極支撐構件和每個窄管部分之間各空隙中以密封材料密封，每個窄管部分的長度在(0.032P+3.5)mm到(0.032P+8.0)mm的范圍內，包括這兩個端點，其中“P”表示以瓦特為單位的燈功率，以及所述燈功率在70瓦特到360瓦特的范圍內，包括這兩個端點。
2.如權利要求1所述的金屬蒸汽放電燈，其中密封材料從不面向放電空間的外端插入到每個窄管部分中，并且每個窄管部分中密封材料的長度在3.7mm到5.5mm的范圍內，包括這兩個端點。
3.如權利要求1所述的金屬蒸汽放電燈，其中每個窄管部分的厚度不小于主管部分厚度的1.15倍。
4.如權利要求1所述的金屬蒸汽放電燈，其中每個電極支撐構件都是由金屬陶瓷制成的。
5.如權利要求1所述的金屬蒸汽放電燈，其中主管部分和窄管部分形成一塊。
6.如權利要求1所述的金屬蒸汽放電燈，其中每個窄管部分的長度在(0.032P+3.5)mm到(0.032P+6.0)mm的范圍內，包括這兩個端點，以及裝在主管部分中的發光金屬包含鈰。
7.一種照明設備，包括一個主體、一個位于該主體中的金屬蒸汽放電燈以及連接到該金屬蒸汽放電燈的照明電路設備，該金屬蒸汽放電燈具有一個電弧管，其中電弧管包括一個由半透明陶瓷制成的容器，該容器被分成一個主管部分和兩個分別從該主管部分兩端伸出去的窄管部分，在主管部分中形成一個放電空間，在該放電空間中裝入發光金屬，每個窄管部分中都有一個電極，一個線圈纏繞在該電極面向放電空間的一端，每個窄管部分中都插入一個電極支撐構件并連接到電極的另一端，電弧管被插入到每個電極支撐構件和每個窄管部分之間各空隙中以密封材料密封，每個窄管部分的長度在(0.032P+3.5)mm到(0.032P+8.0)mm的范圍內，包括這兩個端點，其中“P”表示以瓦特為單位的燈功率，以及所述燈功率在70瓦特到360瓦特的范圍內，包括這兩個端點。
全文摘要
一種包括電弧管(1)的金屬蒸汽放電燈，其中電弧管包括容器(10)和輸電構件(20a和20b)。由半透明陶瓷制成的容器被分成一個主管部分(11)和兩個分別從主管部分兩端伸出去的窄管部分(12a和12b)。輸電構件分別包括由鎢制成的電極引腳(21a和21b)。由鎢制成的線圈(22a和22b)分別纏繞在電極引腳的末端，其中電極引腳分別同由導電金屬陶瓷制成的電極支撐構件(23a和23b)連接。電極長度L1設置為(0.041P+0.5)mm到(0.041P+8.0)mm，其中“P”表示以瓦特為單位的燈功率。可選地，窄管部分的長度設置為(0.032P+3.5)mm到(0.032P+8.0)mm的范圍，包括這兩個端點。
文檔編號H01J61/36GK101047104SQ20071008581
公開日2007年10月3日 申請日期2003年8月29日 優先權日2002年8月30日
發明者柿坂俊介, 西本達雄, 東昌范, 三浦干雄, 榎并博司, 西浦義晴 申請人:松下電器產業株式會社