低功率金屬鹵化物燈的制作方法

專利名稱：低功率金屬鹵化物燈的制作方法
技術領域：
本發明總的涉及金屬鹵化物弧光放電燈的領域，更具體地，涉及具有高效率和受控色溫性能的35瓦或以下的小型低功率金屬鹵化物燈。
在現有的典型的金屬鹵化物燈中，透明石英材料的外殼形成一個放弧室，其中充有水銀、惰性氣體和金屬鹵化物。放弧室中封裝著一對尖端彼此分開的高熔點鎢電極。在電極尖端之間產生電弧放電后，放弧室的溫度迅速上升，導致水銀和金屬鹵化物蒸發，水銀原子和金屬鹵化物中的金屬原子被電離和激發，引起金屬的特征頻譜上的受激發射，這些輻射在放弧室內大部分混合成為一體，產生一最終具有穩定光強和色溫的光輸出。
色溫和效率(通常以每瓦的流明數來表示)基本取決于燈點燃時放弧室內鹵化物的蒸汽壓力，鹵化物的蒸汽壓力受到形成該放弧室的外殼的周壁溫度的很大的影響。
現有技術的燈中，金屬鹵化物通常在燈點燃時并不完全蒸發，事實上，在放弧室的較冷區域出現顯著的凝結。人們早已知道，這種鹵化物的凝結會顯著地降低效率和提高色溫至不能被接受的程度，尤其是對于低功率燈更是如此。而且，對于雙端式燈，鹵化物凝結一般發生在電極從透明的石英材料中露出處的相對的兩端。這些端部區域通常是放弧室中最冷之處。就雙端式燈而言，這一結果尤其不利，因為這些端部區域的溫度易受制造過程中的變化和隨時間發生的變化的影響，因此，在這些燈的使用壽命期間和燈與燈彼此之間其效率和色溫性能會有顯著的變化，這種改變在許多應用中是不能容許的。
人們作了種種嘗試來減小放弧室端部區域的鹵化物的凝結。例如，Cap等人的美國專利No.4，161，672揭示了減小燈殼端部桿體的橫截面面積，可減少這些端部桿體的熱損失，Cap等人還提出在這些端部區域使用不透光的氧化鋯涂層以把熱量保持在放弧室內。French等人的美國專利No.4，808，876和Waymouth等人的美國專利No.3，324，332也提出了采用端部涂層和減小外殼端部封口或外殼桿體外殼尺寸的方法。此外，French等人和Waymouth等人還指出，在放弧室端部設立端室或腔，使它的橫截面比放弧室主體要小，以增加端部區域的溫度。
在另一例子中，Holle等人的美國專利No.4，202，999指出，減小小型金屬鹵化物燈電極的尺寸，可減少由此造成的熱損失，從而得到較高的工作溫度和效率。
在上述所有例子中，所敘述的各種技術都不足以充分減少放弧室端部區域的鹵化物的凝結，上述每一例子中，所描述的燈具設計方案都要求電極的尖端接近端部區域，以維持這些區域適當的蒸發溫度，所以，在這種已有的金屬鹵化物燈中，電極可插入(伸入、進入)放弧室的距離(插入(進入、伸入)深度)受到限制，這一插入深度的限制必然對電極尖端之間的間距帶來限制(假定必須維持可接受的殼壁負荷要求)。下面將會談到，這一限制將導致輸入功率為35瓦或以下的小型金屬鹵化物燈的效率降低。
本發明的一個目的是提出克服已有技術中存在問題的裝置，本發明的另一個目的是提出具有已有技術所不能達到的功率、色溫性能的新的小型金屬鹵化物弧光放電燈，本發明的進一步是提供其功率輸入為35瓦或更小的新的小型金屬鹵化物弧光放電燈，使其在整個壽命期間具有可接受的效率水平和色溫性能，
本發明的再一個目的是提供其輸入功率為35瓦或更小的新的小型金屬鹵化物弧光放電燈，使其對制造過程中的變化不太敏感，本發明的又一個目的是提供其輸入功率為35瓦或更小的新的小型金屬鹵化物弧光放電燈，使其具有較短的預熱時間，按照本發明可實現這些和其它目的。本發明提供一種輸入功率不大于35瓦的金屬鹵化物弧光放電燈，按照本發明，它包括一個由透光材料構成的外殼，外殼具有一個球形部，一對從該球形部延伸的過渡頸部，一對分別從過渡頸部延伸的管狀(桿體)部。外殼的球形部內形成了一個放弧室，并具有約能產生不超過35Watts/cm2殼壁負荷的外表面面積。放弧室內充滿了水銀、惰性氣體和金屬鹵化物，水銀和金屬鹵化物易于在燈的工作期間基本上完全蒸發。一對電極從頸部伸入放弧室，其電極尖端在放弧室內彼此相距為A。外殼的每一頸部各有圍繞一段電極的殼壁，頸部的殼壁各有一段被拉長，其最小壁厚小于1.5mm。該燈還包括一對引線組件，分別與一對電極電氣相連，引線組件從電極經過外殼管狀(桿體)部的密封部分到達燈的外部。
下面參照附圖詳細敘述實現本發明的一種方法，附圖中畫出了三個具體的實施例，其中

圖1示出了按照本發明的一種帶反射器的20瓦金屬鹵化物燈的截面圖，圖2是表示根據本發明的一種不帶反射器的金屬鹵化物燈的部分截面圖，并示出了該燈的重要的(關鍵的)尺寸，圖3是表示按照本發明的一種不帶反射器的2.5瓦金屬鹵化物燈的放大的局部截面圖，圖4是表示按照本發明的一種不帶反射器的12瓦金屬鹵化物燈的放大的局部截面圖，圖5是表示應用本發明的一種不帶反射器的20瓦金屬鹵化物燈的放大的局部截面圖。
參見附圖，首先，參見圖1，其中用正面的局部截面圖示出了燈和反射器總成10，按照本發明構成的小型金屬鹵化物低功率弧光放電燈12座落于一個橢球面反射器14中，燈12用陶瓷或玻璃膠混合物18固定在反射器14的套圈16中，膠混合物18可以是Cotronics公司生產的氧化鋯產品。燈12包括一個透光材料例如透明石英的外殼，在推薦的實施例中，采用了一種熔凝石英材料，如通用電器公司生產的214型材料。燈殼包括一對殼體的軀干部分20、20'，后者包括管狀部(桿體部)22、22’和過渡的頸部24、24'，殼體軀干20和20’之間是燈殼的球形部26。
球形部26的殼壁內形成了一個放弧室28，其中容有水銀和金屬鹵化物的化學填充物29，如圖1所示，室溫時，水銀和金屬鹵化物凝結在放弧室28殼壁的內表面上。除了金屬鹵化物和水銀以外，惰性氣體，例如氬，也充入放弧室28，壓力為幾百乇。
燈12設計成在直流電(D.C)輸入下工作，但是，本發明的各個方面也同樣可用于工作于交流電的金屬鹵物燈。如圖1所示，一對鎢絲電極30、30'從頸部24、24'伸入放弧室28，電極30為陰極，電極30'為陽極。每一電極的端部是伸入放弧室28中的電極尖端，這在圖2-5中可以看得更為清楚。電極30、30'用搭焊連接到對應的鉬薄片32、32'上，燈12的外殼在薄片32、32'處密封，下面將要敘述，管狀部(桿體部)22、22'被加熱直至圍繞薄片32、32'的石英熔化，冷卻后就在薄片周圍形成氣密的密封。
鉬引線34、34'也用搭焊連接到薄片32、32'上，這里，把包括一個薄片和一條引線的組件稱為一個引線組件，把包括一條引線、一個薄片和一個電極的組件稱為電極組件。
引線34與一根長接觸桿36成電氣連接，后者則連接至燈腳導體37上，引線34'與一根短的接觸桿38成電氣連接，后者則連接至燈腳導體39。一個外部啟動(輔助)器40也連接到短接觸桿38，啟動(輔助)器40可以使燈12更可靠地啟動和在較低的啟動電壓下啟動。啟動(輔助)器40由鎳制成，置于燈12的石英外殼之外。
啟動器40從在短接觸桿38上的連接處延伸至管狀部22，如圖1所示，啟動(輔助)器40在薄片32處圍繞著管狀部22。啟動(輔助)器40工作的基本原理和結構在燈具制造業中是眾所周知的，例如，Fridrich等人的美國專利No.4，053，809揭示了外部啟動器的基礎知識和結構。
現在介紹幾個燈具設計概念，以便更好地理解本發明的各個方面，在考慮滿意的燈具壽命和光通量時的一個重要概念是殼壁負荷，殼壁負荷定義為燈的輸入功率除以放弧室的外輻射表面面積，近似地，輻射表面取作外殼的外表面，不包括端部桿體部分的外表面，過大的殼壁負荷會使外殼加快失去透明，導致不足的光通量和燈的壽命縮短，對壁厚小于1.5mm的石英外殼，殼壁負荷應小于35瓦/平方厘米，以確保良好的光通量和燈的壽命。
另一個概念是與燈的效率直接有關的放弧負荷，放弧負荷定義為燈的輸入功率除以弧長A，弧長等于放弧室內電極尖端之間的距離。對一給定的功率輸入，弧長短則放弧負荷大，對于本發明的低功率金屬鹵化物燈，放弧負荷大產生較高的功率。
已有技術中的金屬鹵化物燈受到放弧負荷限制的影響，這一限制起源于要求電極尖端接近于放弧室的端部區域，根據這一要求，減小弧長的唯一似乎合理的方法就是減小放弧室的長度。但是，放弧室長度的減小會導致較小的放弧室輻射面積，這就接下來產生較高的殼壁負荷。所以，如果放弧室長度的減小超過一定程度，殼壁負荷就會超過可允許的數值。Cap等人的美國專利No.4，161，672提出的燈被規定成不超過150瓦/厘米的放弧負荷，以防止殼壁負荷大于35瓦/平方厘米。
本發明的金屬鹵化物燈不受這種限制，按照本發明，電極可比已有技術中的燈伸入放弧室更大的距離，而不會出現達到不能允許程度的端部區域的鹵化物的凝結。因此，對給定的放弧室長度，電極的進入深度1可以比已有技術中的燈大得多，較大的進入深度導致較短的弧長，從而產生較高的燈的效率，這種高效率的獲得不會導致殼壁負荷的增加。
另一設計參數是進入系數Y，進入系數Y由下式給出Y＝(W-A)/W對發明者目前所考慮的大部分應用，在放弧室兩端的電極進入深度1是大致相同的，所以，Y遵從下列關系Y＝2 1/W由于采用了較大的進入深度，本發明的燈的進入系數一般比已有技術的燈大得多，在推薦的實施例中，進入系數大于0.6。
由于在燈點燃時放弧室端部區域的鹵化物凝結被減至最小，本發明的金屬鹵化物燈在效率和對色溫的控制上都得到了改進，本發明取得這種效果的原因之一是在燈殼的過渡頸部采用了極薄的熔凝石英壁。參見圖2，這里畫出了按照本發明構成的金屬鹵化物燈50的局部截面圖，此外，圖2還指出了該燈的重要的(關鍵的)尺寸。如圖2所示，過渡頸部52、52'有一由n表示的最小壁厚，該壁厚n不應超過1.5mm，以保證本發明的效果。下面將要敘述，過渡頸部52、52'部分地是在燈殼制造時拉伸石英而形成的。拉伸石英的步驟是為了補償石英在被加熱時的自然收縮或增厚。通過使尺寸n不大于1.5mm，通過頸部52、52'的熱損失被減至最小，使燈的放弧室中端部區域較熱。
本發明的另一方面是，放弧室殼壁做成極薄的，通常不超過約0.5mm。如圖2所示，燈50的外殼有一球形部54，壁厚為t，壁厚t是由球形部54的中央段確定的，此中央段以兩個位于電極尖端處的假想平行面56、56'為界。通過把厚度尺寸t維持在不超過0.5mm，經球形部54殼壁的熱損失可減至最小，使燈點燃時放弧室有較高的溫度。此外，通過減小t，也減小了在一給定的內部放弧室容積下的球形部54外表面面積。相信外表面面積的這種減小將使從石英球形部對大氣的熱擴散變得較小。
另一方面，獲得較高效率和受控制的色溫的原因是球形部54的殼壁在假想平行面56、56'之間的一段上有著均勻的厚度，殼壁厚度的均勻性使得在燈點燃時經殼壁的熱損失較小，放弧室內的熱量分布較為均勻。
燈50的放弧室的較好幾何形狀是橢球形和球形，以及相近的形狀。放弧室的大小可用其內部長度W和內徑D來表示。如圖2所示，放弧室內部長度W是指兩電極從放弧室內熔凝石英從外殼中露出點之間的長度，放弧室的內徑D為放弧室橫截面最大處的直徑，在大多數情況下，該點處于或接近于放弧室的中央。考慮放弧室幾何形狀時的一種有用的表示方法是縱橫比，放弧室的縱橫比由放弧室的長度W除以內徑D(W/D)的比率來確定，按照本發明構成的金屬鹵化物燈的縱橫比可以在1.3-2.3的范圍內。
如圖2所示，燈50電極的進入深度1定義為電極從其露出熔凝石英外殼點至伸入放弧室的距離，對輸入功率在11至35瓦之間的燈，電極的進入深度大于1.5mm。
進一步參見圖2，其中示出了弧長的尺寸A，弧長是燈的電極之間產生的電弧長度的度量，這一參數通常取電極尖端之間的距離。如下面的圖3-5所示，本發明的許多實用的例子中，弧長A可設定為能夠產生大于150w/cm的放弧負荷的值。
在最佳實施例中，燈50放弧室的內部體積對于35瓦或以下的各種尺寸燈都不超過0.3cm3。如將要參照圖3-5敘述的那樣，本發明的許多實用例子中放弧室體積遠小于0.3cm3。例如，在圖5中20瓦燈的情形下，放弧室體積小于0.05cm3。
本發明的另一方面涉及燈的放弧室內所容納的金屬鹵化物添加劑，已經知道，在使用金屬鹵化物時，如碘化鈉和三碘化鈧，這些添加劑的重量百分比對于優化燈的效率和控制色溫是十分重要的。在大多數一般照明、光學和信號燈的應用中，重量百分比是碘化鈉87%，三碘化鈧13%。但是，應當理解，本發明并不限于鈉和鈧的金屬鹵化物。本領域中任何一種已知的金屬鹵化物都能用于本發明的燈，具體地說，可以采用下列一組元素的碘化物或溴化物鈧、鉈、鋰、鋅、汞、鏑、銦、鎘和鈉。
本發明的另一方面是達到了較短的預熱時間，預熱時間定義為燈由起始脈沖開始起弧至達到穩定工作狀態的時間間隔。本發明的燈的預熱時間小于30秒，使本發明的燈具有較短預熱時間的因素包括直徑較小的電極(小于0.254mm)、較長的進入深度、放弧室體積小(小于0.3cm3)，以及金屬鹵化物密度低(小于10mg/cm3)。
參見圖3，其中示出了按照本發明構成的2.5瓦金屬鹵化物弧光放電燈70，燈70包括一個熔凝石英外殼72，它具有一個球形部74和一對端部桿體76、76'，端部桿體76、76'包括相應的過渡頸部78、78'和相應的管狀部80、80'，球形部74的殼壁內形成了放弧室82。
放弧室82內充有水銀、氬氣和金屬鹵化物，如碘化鈉和三碘化鈧。一對鎢電極84、84'分別由頸部78、78'伸入放弧室82，電極84、84'的尖端在放弧室82中彼此相距A。電極84、84'搭焊在對應的鉬薄片86、86'上。燈殼72在薄片86、86'處密封，一對鉬引線88、88'分別搭焊到薄片86、86'上，啟動(輔助)器90與引線88'電氣相連，啟動輔助器90的作用與前面對圖1中啟動(輔助)器40所描述的一樣。可是，啟動器90的一端圍繞在球形部74和薄片86之間的桿體76上。燈70工作于交流電，電極84、84'是同樣長度的直的鎢金屬細絲，各有一個切成一定角度的鎢金屬擴口尖端，每一電極的直徑約為0.05mm，末端擴口直徑達約0.13mm。
可以用石英管罩殼92來罩住燈70.以把燈70安裝在某個固定物上，如圖1中的反射器上。燈70的典型參數和性能數據如表1所示。
表12.5瓦金屬鹵化物燈放弧室直徑(D) 0.08cm放弧室長度(W) 0.14cm放弧室體積 8×10-4cm3弧長(A) 0.008cm放弧負荷 312.5w/cm縱橫比(W/D) 1.75放弧室壁厚(t) 0.11mm色溫 3800K效率 38lpw電極直徑 0.05mm進入深度(l) 0.066cm進入系數(Y) 0.94水銀加入量 0.112mg金屬鹵化物加入量(87%NaI，13%ScI3) 0.025mg頸部壁厚(n) 0.3mm殼壁負荷 14w/cm2預熱時間 ＜5sec在本發明的2.5瓦金屬鹵化物燈的最佳實施例中，放弧室82的內徑D范圍可在0.08至0.11cm之間，放弧室82的長度W范圍可在0.14至0.185cm之間，弧長A范圍可在0.075至0.28mm之間，球形部74的壁厚t約為0.11mm，電極84、84'的直徑范圍可在0.04至0.076mm之間，進入深度1范圍可在0.6至0.8mm之間，水銀加入量范圍可在0.096至0.112mg之間，金屬鹵化物加入量約為0.025mg，該金屬鹵化物包括87%的碘化鈉和13%的三碘化鈧。氬氣的壓力在室溫時約為540乇(10.44絕對壓強)頸部78、78'的壁厚n小于0.5mm，縱橫比W/D范圍可在1.3至2.3之間，燈70的色溫約為3800K，預熱時間小于5秒。相信這些參數范圍可用于輸入功率在1.5至3.5瓦之間的燈。
參見圖4，其中示出了按照本發明構成的一種12瓦金屬鹵化物弧光放電燈100，它有一熔凝石英外殼102，后者具有一個球形部104和一對端部桿體106、106'，端部桿體106、106'包括過渡頸部108、108'和管狀部110、110'，球形部104的殼壁形成了一個放弧室112。
放弧室112內充有水銀、氬氣和金屬鹵化物，如碘化鈉和三碘化鈧，一對鎢電極114、114'分別從頸部108、108’伸入放弧室112。電極114、114'的尖端在放弧室112內彼此相距A，電極114、114'搭焊在對應的鉬薄片116、116'上。石英外殼102在薄片116、116'處密封，一對鉬引線118、118'分別搭焊在鉬薄片116、116'上。燈100以直流電工作。電極114、114'是同樣長度的直的鎢金屬細絲，各有一針形末端，電極114是陰極，直徑為0.1524mm，電極114'是陽極，直徑為0.254mm。
燈100參數和性能數據表示在表2中表212瓦金屬鹵化物燈放弧室直徑(D) 0.3cm
放弧室長度(W) 0.53cm放弧室體積 0.016cm3弧長(A) 0.05cm放弧負荷 240縱橫比(W/D) 1.8放弧室壁厚(t) 0.26mm色溫 3800K效率 64lpw進入深度(l) 0.24cm進入系數(Y) 0.91水銀加入量 1.4mg金屬鹵化物加入量(87%NaI，13%ScI3) 0.075mg頸部壁厚(n) 0.75mm殼壁負荷 12w/cm2預熱時間 ＜12sec在本發明的12瓦金屬鹵化物燈的最佳實施例中，放弧室112的內徑范圍可以在0.29至0.32cm之間，放弧室112的長度W范圍可以在0.53至0.59cm之間，弧長A的范圍可以在0.5至0.8mm之間，放弧室112的縱橫比W/D的范圍可以在1.7至2之間。本發明的12瓦金屬鹵化物燈可達到每瓦64流明的效率。進入深度1的范圍可在2至2.8mm，球形部104的壁厚t約0.26mm按照這些參數，放弧負荷將超過150w/cm，殼壁負荷約12w/cm2。頸部108、108'的壁厚(n)小于1.5mm，在大多數情況下，小于0.75mm。
在最佳實施例中，水銀加入量約為1.4mg，放弧室內所含的金屬鹵化物包括87%的碘化鈉和13%的三碘化鈧。加入量的范圍可以在0.075至0.15mg之間，氬氣壓力在室溫時為540乇(10.44絕對壓強)，燈的色溫為3800°K，預熱時間小于12秒。相信這些參數范圍適用于功率輸入在11至13瓦之間的燈。
參見圖5，圖中示出了按照本發明構成的20瓦金屬鹵化物燈130。燈130包括一個熔凝石英外殼132，具有一球形部134和一對端部桿體136、136'，后者包括過渡頸部138、138'和管狀部140、140'，球形部134的殼壁內形成了放弧室142。
放弧室142內充有水銀、氬氣和金屬鹵化物，如碘化鈉和三碘化鈧。一對鎢絲電極144、144'分別從管狀部140、140’伸入放弧室142，電極144、144’的尖端在放弧室142內彼此分開一定距離A。電極144、144’搭焊在對應的鉬薄片146、146'上。外殼142在薄片146、146'處密封，一對鉬引線148、148分別搭焊在薄片146、146'上。如圖5所示，燈130包括一個外部啟動器150，其一端與引線148'電氣相連，另一端圍繞管狀部140的外表面，其功能與相對于啟動器40所述的相同。燈130以直流電工作，電極144、144'是同樣長度的直的鎢金屬細絲，各有一針形尖端。電極144為陰極，直徑為0.2032mm，電極144'為陽極，直徑為0.254mm。
下表中包括燈130的典型物理參數和性能數據。
表320瓦金屬鹵化物燈放弧室直徑(D) 0.37cm放弧室長度(W) 0.60cm放弧室體積 0.039cm3弧長(A) 0.1cm放弧負荷 200縱橫比(W/D) 1.6放弧室壁厚(t) 0.26mm效率 103lpw
電極直徑 0.2032mm進入深度(l) 0.25cm進入系數(Y) 0.83水銀加入量 2.8mg金屬鹵化物加入量(87%NaI，13%ScI3) 0.125mg頸部壁厚(n)殼壁負荷 10w/cm2在本發明的20瓦金屬鹵化物燈的最佳實施例中，放弧室142的內徑D的范圍可以從0.37至0.39cm，放弧室142的長度W的范圍可從0.58至0.64cm，電極144、144'間的放弧距離A的范圍可從1至1.2mm，燈103的縱橫比W/D可從1.4至1.7，球形部134的壁厚t約為0.26mm，電極144、144'的進入深度l可從2.25至2.8mm，頸部138、138'的壁厚n小于1.5mm，在大多數情形下，小于0.75mm。
按照這些實際參數，燈130的放弧負荷在殼壁負荷保持為約10w/cm2時，將超過140w/cm，放弧室142內的水銀加入量約為2.8mg，放弧室142內的金屬鹵化物添加劑由87%的碘化鈉和13%三碘化鈧組成，金屬鹵化物加入量的范圍可在0.05至0.225mg之間，氬氣壓力在室溫時為540乇。按照本發明的20瓦的金屬鹵化物燈可獲得約103流明/瓦的恒定效率，色溫為3800K。預熱時間小于30秒。相信這些參數范圍適用于輸入功率在18至22瓦之間的燈。
按照本發明的燈的外殼可在玻璃吹制機上制造，如Fridrich的美國專利No.3，263，852所述的那種。制燈時用一段外徑約3mm、內徑約2mm的熔凝石英管開始進行制作，對打算用于4瓦以上的燈的外殼，施行下列步驟把石英管放在機器上，用燃燒器沿管上一點加熱直至石英變為塑性，然后，拉伸石英管的一端使塑性的石英伸長所需的量，隨后略微加熱石英管的伸長部分，使其直徑縮小到所需的程度。
在離開最初(加熱)點距離約為所需的放弧室長度的第二點重復上述一系列步驟，對第二點，拉伸石英管的另一端以使石英管伸長。其后的一步是加熱伸長點之間的一段管子，直至石英成為塑性。同時，用壓力將空氣引入管內以使管子的塑性段擴張(吹制)成所希望的放弧室的形狀。然后，從機器上剩余的管子上取下完整的外殼。
對打算用于約4瓦以下的燈殼，用燃燒器加熱管子上的一段，使其直徑收縮至預定程度，接著對該段再次加熱直至石英成為塑性，這次，以相反方向拉伸管子的兩端，結果，整個的這一段被拉伸成所希望的長度。最后，用壓力將空氣引入管子使拉伸過的塑性段中央部分擴張(吹制)到形成所希望的放弧室形狀。
一旦用上述兩種方法之一形成外殼后，對燈進行裝配。在裝配過程中，石英外殼保持在垂直位置。一電極組件，包括一條鉬引線，一鉬薄片和一鎢電極，下降到外殼的上部桿體中，同時，外殼內不斷充以合適的干燥惰性氣體進行沖洗，例如氬，氬向上流過外殼。當組件的電極部分正確地在放弧室內定位后，用兩個燃燒器加熱上部殼子的桿體的頸部，頸部一邊一只燃燒器，加熱到恰好能圍繞電極桿體略微收縮頸部，使其緊固住電極，電極周圍的石英不出現熔化，以避免燈點燃時的熱應力。不斷地用干燥氣體沖洗外殼內部，使污染減到最小。
圍繞電極體的外殼桿體的頸部形成以后，向上移動燃燒器以加熱外殼桿體的管狀部，這一位置的加熱使薄片周圍的石英收縮并熔化，形成氣密的密封。此后，管狀部被加熱以使其圍繞引線作緊固收縮。涉及加熱桿體的步驟時，外殼的球形部一直用水冷卻，在整個過程中一直小心避免污染外殼內部。
將部分組裝好的燈的位置旋轉180°，使外殼上部桿體現在處于下面，干燥的惰性氣體繼續從開口的桿體充入外殼，同時，用惰性氣體氣流從開口的桿體將含有規定的鹵化物成份和數量的金屬鹵化物顆粒吹入球形部，其后，規定數量的水銀由干燥的惰性氣體氣流吹入球形部。最后，電極組件下降到開口的外殼桿體中，并在其中如前所述的那樣被密封以完成整個組裝過程。
雖然本發明在說明書的附圖中都是聯系最佳實施例來描述和圖示的，但本技術領域中人員將會理解，對本發明的各個部分可以作出許多變化和等同代換，而不離開權利要求書的范圍。此外，還可以作出許多變化。以使本發明適合某一具體的情況或材料，而不離開這里的基本范圍。所以，本發明并不打算被限制在說明書和附圖中目前作為實現本發明的最好方式所描述的具體實施例內，而是本發明應當包括在權利要求書敘述范圍之中的任何實施例。
權利要求
1.一種低輸入功率的金屬鹵化物弧光放電燈，包括一個透光材料的外殼，具有一個球形部(26)，一對自所述球形部(26)延伸的過渡頸部(24、24’)，以及一對分別從所述過渡頸部(24、24’)延伸的管狀部(22、22’)，所述外殼的所述球形部(26)內形成一個放弧室(28)，所述放弧室(28)內充有水銀、惰性氣體和金屬鹵化物，一對電極(30、30’)分別從所述一對頸部(24、24’)伸入所述放弧室(28)，電極尖端在所述放弧室(28)內彼此離開一距離A(圖2)，所述外殼的所述頸部(24、24’)各有分別圍住所述電極(30、30’)一段的殼壁，以及，一對引線組件，分別與所述電極對(30、30’)作電氣連接，并從所述電極(30、30’)經所述管狀部(22、22’)中的密封段通到所述燈的外部，其特征在于所述頸部(24、24’)的殼壁各有一拉伸段，其最小壁厚不超過約1.5毫米，所述水銀和所述金屬鹵化物適于在所述燈點亮時基本蒸發。
2.如權利要求1所述的燈，所述外殼的所述球形部(26)具有形成所述放弧室(28)的殼壁，其特征在于，所述殼壁在由分別位于電極尖端的兩假想平行面(圖2中56、56')所限定的中間一段上具有基本上均勻的厚度。
3.如權利要求1所述的燈，所述放弧室(28)具有長度W，該長度W系指所述外殼的頸部(24、24')之間的距離(圖2)，其特征在于所述電極(30、30')有一相應于公式Y＝(W-A)/W的進(插、伸)入系數Y，其值約大于0.6。
4.如權利要求1所述的燈，所述外殼的所述球形部(26)具有形成所述放弧室(28)的殼壁，其特征在于所述殼壁在由分別位于電極尖端的兩假想平行面(圖2中56、56')所限定的中間一段上的厚度不超過約0.5mm。
5.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述放弧室(28)的形狀大致為橢球形。
6.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述放弧室(28)的形狀大致為球形。
7.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述放弧室(28)的體積不超過0.3mm3。
8.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈的輸入功率范圍在約11至35瓦之間，所述電極(30、30')的進(伸、插)入深度大于1.5mm。
9.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈的殼壁負荷范圍從約10至20瓦/平方厘米。
10.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述電極(30、30')的直徑范圍從約0.06至0.26mm。
11.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈的水銀加入量范圍從約0.096至2.8mg。
12.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈的輸入功率約12瓦，所述電極尖端之間的所述距離A(圖2)范圍從約0，5至0.8mm，可產生大于150瓦/厘米的放弧負荷。
13.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈的輸入功率范圍從約18至22瓦，所述電極尖端之間的所述距離A(圖2)范圍從約1.0至1.2mm，以產生大于150瓦/厘米的放弧負荷。
14.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈的輸入功率范圍從約18至35瓦，所述頸部(24、24')的殼壁各有一拉伸段，其最小壁厚范圍從約0.5至1.5mm。
15.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈的功率輸入小于11瓦，所述頸部(24、24')的殼壁各有一拉伸段，其最小壁厚小于0.5mm。
16.如權利要求2所述的燈，其特征在于，所述球形部(26)的殼壁的厚度在其中間一段上不超過約0.5mm。
17.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述充入的金屬鹵化物包括87%的碘化鈉和13%的三碘化鈧。
18.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述球形部(26)有一其值產生不大于約35瓦/平方厘米的殼壁負荷的外表面面積。
全文摘要
金屬鹵化物弧光放電燈，功率不大于35瓦，包括具有球形部、過渡頸部、一對管狀部的外殼。球形部內形成外表面不超過35瓦/平方厘米殼壁負荷的放弧室，其中充有水銀、惰性氣體和金屬鹵化物，在燈點燃時基本蒸發，一對電極分別從頸部伸入放弧室，尖端相距為A。頸部各有圍繞電極一段的殼壁，及其最小壁厚不超過約1.5mm的拉伸段。引線組件分別與電極電氣相連，并經過外殼管狀部中氣密的密封段通到燈的外部。
文檔編號H01J61/88GK1058862SQ9110120
公開日1992年2月19日 申請日期1991年2月23日 優先權日1990年2月23日
發明者蒂莫西·W·格雷厄姆, 丹尼爾·C·布里格斯 申請人:威爾企·埃林股份有限公司