專利名稱：鹵鎢白熾燈和金屬蒸汽放電燈及其制造工藝的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及白熾燈和放電燈，更具體地說，分別涉及白熾燈和放電燈中燈絲和電極的對中。
眾所周知，鹵鎢燈包含鎢絲燈絲和燈絲小室內一種或多種鹵素氣體，其燈絲室的表面包含可傳輸可見光但能把紅外線向燈絲反射的鍍層或過濾器。這種燈通常要求燈絲沿其燈絲室的光學中心精確地徑向排列，以便實現經涂層反射回燈絲的紅外線對過濾器傳輸的可見光輻射的最大轉換效率。如果燈絲不是定位于涂層的燈絲室的光學中心，那么由過濾器反射的相當部分的紅外線輻射就未打中燈絲，而打到小室的其他邊壁上。因為在每一次反射中一部分紅外輻射由過濾器傳輸，如果在會聚到燈絲以前紅外線經過多次反射，在轉變成可見光輻射以前，相當大部分的這種紅外輻射就會通過過濾器損失掉。
已經知道的使燈絲沿燈絲室光學中心定位的努力包括利用具有彎曲或成形的邊緣的鉬箔片的引入線組件。該箔片的彎曲的邊緣緊靠光源石英管的內壁，并在制造光源的過程中保持組件的對中。在轉讓給本受讓人的美國專利No.4254356中敘述了關于這種箔片的進一步的細節。
然而，制造具有精密彎邊的這種箔片是相當困難的，要求嚴密地控制制造公差。另外，如果箔片的任意邊有不精確的彎曲，那么燈絲就將不能精確定位在燈絲室的光學中心。進而當引入線組件裝入石英管內時，箔片的彎曲邊可能鉤住石英管的邊緣。其結果，箔片甚至燈絲都可能會變形，這反過來可能會影響燈絲的對中和工作。
提供燈絲對中的另一種已知的努力包括利用具有對中環的L銷釘的引入線組件。具體地說，在一種已知的結構中，一個彈簧夾被焊接到箔片的一端。箔片的另一端被焊到具有對中環的L銷釘上。L銷釘在箔片對面的一端焊接到燈絲上。一個相同的引入線組件焊接到燈絲的另一端。L銷釘對中環緊靠在光源石英管殼的內壁并在燈絲室內對中燈絲。在轉讓給本受讓人的美國專利No.4942331中描述了具有對中環的L銷釘。
制造這種L銷釘環是很困難的，并且增加了光源的制造成本。另外，當對中環裝入管殼中時有時會釣住石英管殼的邊。例如，如果對中環釣住子管殼的邊緣，對中環或燈絲，或二者都可能要變形，這種變形會引起燈絲偏離中心。即使當引入線組件裝入管殼時，不會發生這種變形，接著的工序也會引起燈絲偏離中心。例如，工藝過程中石英管一般定位搭焊到對中環。當搭焊過程中或搭焊的結果，如果L銷釘環出現角向偏移，燈絲將不正，因而不能對中。另一個例子，當制造工藝過程中，如果石英管殼不能與玻璃車床的頭架和尾架精確地成一直線，那么，至少有一部分管殼相對于另一部分可能出現與軸平行的位移，其結果，L銷釘環可能會角向偏移，從而引起燈絲偏離中心。
L銷釘對中環也增加了與光源相關連的材料的成本。例如，使用L銷釘對中環要求利用較大體積的燈絲室。要求附加的體積，才能把環放在燈絲室內。由于燈絲室的尺寸增大，要求附加的涂復材料去涂復小室的表面，并且要求附加的惰性氣體去充滿小室。較大尺寸的燈絲室一般也阻止顯著地成小使用燈絲室的燈的尺寸。自然，較小的燈要比較大的燈少花費一些。
此外，使用具有對中環的L銷釘加強了熱沖擊的可能性。具體地說，當使用對中環時長度較長的L銷釘在從小室的一端到燈絲之間延伸。這種增加的L銷釘長度可能招致燈絲較大的振動。自然，這種振動可以導致燈絲第二線圈各匝彼此相接觸。如果這種振動在工作時發生，燈絲的第二線圈各匝可能變成焊接在一起，這樣一種情況在技術上稱為熱沖擊，并且當熱沖擊發生時，燈絲壽命通常要縮短。
而且，反射紅外輻射到燈絲的所希望的小室結構一般是橢圓形的。要把對中環定位在一般為橢圓形的燈絲室的相應端，要求燈絲室有比理想的橢圓形小一些的部分。具體地說，燈絲室的兩端必須伸展，以接納L銷燈對中環。其結果，當使用具有對中環的L銷釘時，就發生特有的端室損耗。
上面描述的關于白熾燈的許多缺點也存在于金屬蒸汽放電燈。例如，具有彎邊的鉬箔片和L銷釘對中環相連系的許多同樣的困難也存在于放電燈的應用中。
因此提供一種光源燈絲和電極的更精確對中的引入線組件就是所希望的和有益的。提供這樣一種引入線組件，該組件更容易制造、能使用更小更加橢圓形的燈絲室，并減小熱沖擊的缺點也就是所希望的和有益的。
本發明達到這些和另一些目的，并且在某些方面本發明的目的在于燈絲組件和這種組件的制造方法。在一個實施例中燈絲組件包括燈絲線圈；具有大體上直的部分和L形部分的第一L銷釘，該第一L銷釘的L型部分被固定到燈絲線圈的第一端，和把具有大體上直線部分的第一彈簧夾固定到第一箔片的另一端。類似的L銷釘、箔片和彈簧夾組件被固定到燈絲線圈的第二端。
關于上面描述的燈絲組件，L銷釘沒有對中環，鉬箔片大體上是平的，因此這種組件相對容易制造，并且很小可能有危及燈絲線圈的情形。
在另一些方面中，本發明的目的在于裝有上述燈絲組件的光源和這些光源的制造方法。在一個實施例中，所述光源也包含具有燈絲室的光源體。燈絲組件被定位在光源體內部，以至燈絲線圈大體上定位在燈絲室的光學中心。
因為燈絲組件中沒有任何對中環，與要求接納對中環的燈絲室的尺寸相比較，其燈絲室就能做得相對小一些。這樣比較小的燈絲室就降低了材料的成本，因為要充滿這樣的小室要求較少的氣體，同時要求較少紅外涂復材料去涂復小室的外表面。另外更重要的是，因為小室沒有必要延伸去接納對中環，所以，小室能夠被做得更加橢圓形，因而能減小端室損耗，此外，使用較小的小室使得能夠在較小的燈中使用該光源。
也可以相信用此光源熱沖擊的缺點得以減小，因為L銷釘較大部分的長度由光源體支撐。結果，L銷釘僅有相對較短部分從燈絲室一端延伸到燈絲線圈，因此L銷釘更堅固地支撐燈絲線圈并且使燈絲線圈對中。
在又一些方面中，本發明的目的在于裝有按照本發明構成的光源的燈。這種燈包括含有反射器的密封集束裝置，拋物線鋁化反射燈，具有大體上梨形外殼和具有擰進部分的導電燈頭的白熾燈，以及蒸汽放電燈。
圖1簡要示出已知的引入線組件。
圖2a-k示出利用圖1示出的引入線組件來制造光源的先有技術工藝。
圖3示出利用圖2a-k示出的工藝制造的光源。
圖4a-b示出按照本發明的一個實施例的燈絲組件。
圖5a-e示出按照本發明的一個實施例的處理石英管殼的工藝步驟。
圖6a-m示出按照本發明的一個實施例的制造光源的工藝過程。
圖7示出按照本發明的一個實施例的照明裝置。
圖8示出按照本發明的另一個實施例的拋物線鋁化反射器(PAR)燈。
圖9示出按照本發明的再一個實施例的白熾燈。
圖10示出按照本發明的又一個實施例的白熾燈。
圖11示出按照本發明的另外一個實施例的高強度放電燈。
圖1示出先有技術中知道的三片式引入線組件20。組件20包括彈簧夾22，鉬箔片24和具有對中環或對中圈28的鎢或者鉬L銷燈26。L銷釘26進一步包含第一和第二支線30和32。L型部分34被形成在支線32的一端。L銷釘26被焊到鉬箔片24的一端，并且彈簧夾22被焊到箔片24的另一端。L型部分34被焊到燈絲(未表示出)。在轉讓給本受讓人的美國專利No.4942331中提供了關于L銷釘的詳細資料。
為了用引入線組件20構成燈絲組件，可以制造大體上與引入線組件20相同的另一種引入線組件。然后，該引入線組件的各相應的L部分34被焊到或者鉬焊到燈絲線圈的相對的各端部。
制造具有對中環的L銷釘是困難的，同時也增加了光源的制造成本。例如為了形成對中環，就必須實施復雜的成形環形工藝。此外，為確保使燈絲對中的環形功能，重要的是在非常有限的公差范圍以內制造對中環。
圖2a-k示出用引入線組件20制造光源的已知工藝。更具體地說， 圖2(a)示出把包含燈絲42和二個引入線組件20的燈絲組件裝入石英管殼內的插入或裝入步驟。燈絲組件40被預先裝入到有二個載體部件46a和46b的載體內。探針48和50分別釣住燈絲組件40的彈簧夾22，探針48用于把燈絲組件40引入石英管44的第一端。探針50用于保持適當的松緊度，以便裝入過程中保持燈絲42的選定的每英寸匝數。探針48把燈絲組件完全引入石英管44內，使得燈絲42大體上處于燈絲室52內的中心。
當被裝入石英管時，有時對中環會釣住石英管的邊緣。例如，如果對中環釣住石英管的邊緣，那么，對中環、或燈絲，或其二者都會變形。這種變形可能引起燈絲偏離中心。
然后，如圖2(b)中所示，把石英管44裝到有頭架54和尾架56的車床上。這種車床在本專業中是已眾所周知的，例如，在轉讓給本受讓人的美國專利No.4389201中描述了該車床。當石英管44被尾架56和頭架54轉動時，氮氣吹進石英管44。最初吹進的氮氣是消除石英管44中可能存在的任何碎硝。
然后，如圖2(c)所示，當通過石英管44吹進氮氣時，由火焰裝置58加熱石英管44。以這種方式加熱石英管44是要趕走水汽和其他雜質，同時釋放石英管的應力。
如圖2(d)所示，接著，例如當用真空泵通過尾架端64把石英管44抽成真空時，在區域60處用氫氧火焰62封接石英管44。如圖2(e)所示，下一步管44通過其頭架端66抽真空。一旦管44被抽成真室，如圖5(f)所示，火焰62被用于把石英管44定位搭焊到緊靠尾架56的L銷釘對中環28上。這種定位搭焊操作使石英管44收縮到與對中環28相接觸，然而氣體可能流過環28的中心部分。如圖2(g)所示，當石英管44再一次被從頭架端66用真空泵抽真空時，利用火焰62把石英管44定位搭焊到緊靠頭架54的L銷釘對中環28上。
當把引入線組件送入到管內時，即使沒有出現畸變，上面描述的定位搭焊操作也可能引起燈絲偏離中心。例如，如果L銷釘環角向偏移，或者由于搭焊操作方面的原因，或者由于搭焊操作的結果，燈絲將失配且將不在中心。
正如圖2(h)所示，然后在緊靠尾架端64的箔片24處進行收縮封接68。當管殼64通過其頭架端66抽真空時，利用火焰62進行這種收縮封接68。
接著，在石英管44由利用液氮的冷卻器70冷卻的同時，通過石英管44的頭架端66把填充氣體投配到管44內，如圖2(i)所示。所述填充氣體可以是惰性氣體(如氙或氪)加上鹵素氣體(如CH3Br)的混合氣體。更具體地說，由液態氮噴射嘴或冷卻器70對收縮封接68附近的燈絲室52的一端噴射液態氮。當投配填充氣體和形成收縮封接72時，一直對準小室52的這一端噴射液態氮。當小室52的這一端被充分冷卻，以致所填充的氣體例如CH3Br·PH3，和氙的一部分被冷凝時，就在燈絲小室52中投配了具有預計的體積和壓力的氣體。因為氮氣在這溫度下不冷凝，但氮氣立即從隨后的鹵素氣體中分離出來。在最后的填充氣體中氮的濃度由形成收縮封接72前小室52內的溫度和壓力來決定。
正如2(j)中所示，收縮封接72在最靠近頭架54的燈絲組件40的箔片24處形成。結果，鹵素氣體被收集在燈絲小室52內。接著，通過在區域74處加火焰62來封接管殼44，如圖2(k)中所示。
如圖2(k)所示，L銷釘對中環要求較大體積的燈絲室，以便L銷釘可以被收容在燈絲室內。因為燈絲室的尺寸增加，要求附加涂復材料去涂復小室的表面，也要求附加的鹵素氣體去充滿小室。而且由于較大的燈絲室尺寸，光學系統的應用也受到限制。
而且，把紅外線反射回燈絲的所希望的小室結構一般是橢圓形的。把對中環定位在一般橢圓形燈絲室的相應端的位置要求燈絲室的某些部分比完全的橢圓形小一些。具體地說，燈絲室的端部必須延伸，以接納L銷釘對中環。結果，當使用具有對中環的L銷釘時，通常出現端室損失。
利用示出在圖2(a)-(k)的步驟制造的一種光源80表示在圖3。燈絲失配被夸大后表示在圖3，圖中示出一種一般稱為“曲軸”的可能情況。在制造過程中，如果石英管與玻璃車床的頭座和尾座設有精確地排列成一直線，那么，就會出現這種“曲軸”。在這種情況下，至少一部分玻璃管相對于其他部分的玻璃管與軸平行地位移，結果，L銷釘環可能角向位移，因而引起燈絲偏離中心。
再者，使用具有對中環的L銷釘增加了熱沖擊的可能性，具體地說，當使用對中環時，L銷釘的較長的長度在從小室的一端到燈絲之間延伸。這樣增加的L銷釘長度可能使燈絲承受較強的振動。自然，這種振動可能導致燈絲第二線圈各匝彼此接觸。當工作時如果發生這種振動，燈絲的第二線圈各匝可能焊接在一起。這樣的情況技術上稱為熱沖擊。當熱沖擊發生時，燈絲的壽命通常被縮短了。
圖4(a)和4(b)示出按照本發明的一個實例的燈絲組件100。具體地說，組件100包括二個L銷釘104a和104b焊接其上的燈絲102。如本專業中眾所周知，燈絲102包含繞在第二線圈中的主線圈。L銷釘104a和104b在燈絲102的相對的兩端分別焊到大體上為板片或平面的鉬箔片106a和106b上。箔片106a和106b焊到相應的彈簧夾108a和108b上。與上面討論的燈絲組件40的相比較，燈絲組件100沒有包含具有對中環的L銷釘。
燈絲組件100使燈絲在光源之內精確地對中，并且很容易制造。另外，燈絲組件100能使用更小、更加橢圓形的燈絲室，并且減小了熱沖擊的可能性。
關于制造燈絲組件100的一種方法，鎢燈絲或絲圈102裝載到一對滾軸上，該滾軸為線圈102提供取向和支持能力。然后，例如可用觀測系統來決定線圈102的長度和其端子的取向，這種觀測系統可以從Acuity Imaging Inc.9 Townsend West.Nashuva N.H.03063以商品的形式買到。所決定的線圈102的長度用于在后續工序中選擇銷釘104a和104b的長度。接著，滾軸旋轉到線圈102端子位置，首先將在1000位置進行鉬焊接。接著用真空吸引法將線圈102傳送到V塊夾具上，不改變其取向。
為了形成L銷釘104a和104b，從硬質合金導軌饋送固定長度的鎢絲。自然也可以用鉬絲。然而相信鎢絲在燈的性能方面會有更長的壽命。固定長度的鎢絲用鎢硬質合金成形模在垂直向上彎曲成大約近似22度的角。在所述彎曲操作之后，當鎢絲和模子水平移動分開時，由模子中的不連續性傳感器測定的不連續點測定線的回彈量和L銷釘彎曲的水平長度，或者L段的水平長度。
然后，使所述鎢絲進給根據由觀測系統測定的線圈102的長度而選定的可變長度和如上述測定的彎曲線或L段的水平長度。組件100中L銷釘104a和104b的長度大約相等。因為所有的線圈102不會有相同的長度，L銷釘的長度在組件與組件之間是可變化的，然而L銷釘、箔片、L銷釘組件三者的長度在燈絲組件與燈絲組件之間大體上是不變化的。正如技術人員所知，這樣一種結構便于線圈在燈絲室中對中。
在使鎢絲進給可變化的長度以后，二個分開大約0.015英寸的電接觸夾子在電阻加熱位置的每一邊夾住鎢絲，加負載到前夾子以產生頸狀收縮，當在二個夾子之間加3.5瓦秒脈沖時鎢絲就斷開了。通常應當在熱頸狀收縮區使用形成氣體罩蓋的工藝，以防止鎢絲氧化。在前夾子中的新成型的L銷釘104a連續向前輸送，直到它被焊接機的上端夾緊裝置接納為止。眾所周知，上面描述的熱頸狀收縮工藝可以由切斷或剪斷操作工藝來代替。
然后，當上端夾子松開時，一組連鎖的夾子夾住與所述彎曲部分相對的新形成的L銷釘104a向著第一線圈端部。該連鎖夾子移動L銷釘104a向著第一線圈端部，直到在L銷釘104a與線圈102之間達到電連接為止。接著，通過線校直器進給一根直徑0.005英寸至0.007英寸的鉬焊絲，該焊絲定位在靠著與線圈102相對的L銷釘104a的L部分上。當等離子體火焰給L部分的一端加熱時，焊料線熔化并浸潤在鎢絲上，同時，沿銷釘104a流動并流入到線圈102的各初級匝上。利用連續測量鉬焊接絲來控制每一焊接點的鉬焊料量。用焊線的不連續性來測定焊接完成了。
當連鎖的夾子松開并退回時，上端夾重新夾住L銷釘104a。接著第一L銷釘104a和線圈102組件旋轉到這樣的位置，就是線圈的另一端或自由端處于1000位置，以便鉬焊接到第二L銷釘104b上。關于第一L銷釘104a上面所描述的工藝被重復，以形成并鉬焊接第二L銷釘104b。
如上所述，關于旋轉第一L銷釘104a和線圈102以便鉬焊接第二L銷釘104b，如果線圈102被構造成具有整數的有效次級匝數，則能夠取消這種旋轉。更具體地說，當保持燈絲線圈102的有效線長度，以致線圈102具有整數次級匝數時，第一和第二L銷釘104a和104b就能夠定位在相同的平面。
在第一和第二L銷釘104a和104b二者已經固定在燈絲線圈102以后，當上端夾松開第二銷釘104b時，一組連鎖夾子夾住第一和第二L銷釘的一端。立即探測L銷釘104a和104b的端部，以便測量連續性來證實二個焊接連接部分的存在。這就是說，移動L銷釘104a和104b到預定的固定位置，以便設置關于線圈102的所希望的延伸或每英寸的匝數。用這種方式固定線圈每英寸匝數(TPI)相信比已知的TPI設定方法更容易、更快、更一致。現在線圈102具有基于線圈102和銷釘104a和104b的長度的預定延伸或TPI。
為了把鉬箔片106a和106b固定在L銷釘上，把厚0.001英寸、寬0.095英寸的鉬箔帶饋送到相對于第一L銷釘104a一端的固定位置上，并且，饋送到二個電阻焊接電極的中心和面上。上電極是大體上的圓柱形電極，具有大體上矩形的面，下電極是延伸的棒狀電極。當調整好箔片的位置以及第一L銷釘夾稍稍松開時，二個電極會合夾住L銷釘104a和箔片106a。高電流(例如550安培)、低電壓(如2伏)的焊接脈沖加到電極上，持續約5毫秒，便箔片106a焊接并浸潤到鎢L銷釘104a上。當焊接電極松開后，第一L銷釘夾重新閉合以夾住L銷釘104a。
鉬彈簧夾108a的端子套準在彈簧夾具內。彈簧夾108a的直支線110a定位在調整好位置的箔片106a的端部及二個電阻焊接電極的中心和面的下面。當彈簧夾具稍稍松開時，二個電極會合夾住彈簧夾108a和箔片106a。加到電極的焊接脈沖可以類似于用于把L銷釘104a焊接到箔片106a的脈沖。當焊接電極松開時，彈簧夾具再次閉合夾住彈簧夾108a。
打算提供硬度更高的箔片106a和106b，這樣的箔片106a和106b可以做成波紋形。然而這種波紋并不必需。為了形成這種波紋，具有L銷釘104a和附帶的彈簧夾108a的箔片106a被對中在波紋模具中。在箔片成形工序中，僅當L銷釘夾和彈簧夾具充分松開允許L銷釘104a和彈簧夾108a自由移動時，底模才上升直到它與箔片106a相接觸為止。在這種波紋成形工序中，力不能加在焊接位置上。在用這種模具把鉬箔片加工成波紋狀后，當彈簧夾具允許彈簧夾108a維持受約束狀態，但又自由時，L銷釘夾又重新閉合。
上面描述的第一箔片106a和彈簧夾108a固定到第一L銷釘104a的工藝過程再次被重復，以便把第二箔片106b和彈簧夾108b固定到第二L銷釘104b上。一旦完成這些操作，燈絲組件工序就完成了。燈絲組件100可以裝入載體，裝入石英管，如下面所描述的那樣。
為了提高燈的生產速度，可以設想，把幾臺相同的車床裝載在適合于間歇地反時針繞垂直軸旋轉換位的旋轉轉臺或圓盤傳送帶上、并且使它們在角向上隔開，以便移動每臺車床通過一系統工位，如下文將要描述的，在這些工位上完成用來制造本發明的光源的連續的操作。當制造光源時，每臺車床可以轉位并瞬間有規則地小停頓在各工位上，當玻璃制造機工作臺旋轉通過半個周期時，車床移動通過所述各工位。為了有效使用各工位，車床可以圍繞工作臺的一半在角向上隔開，這樣，每當一臺車床在每個工位有規則地小停頓時，工作臺就停下來。另外的車床可以圍繞另一半工作臺而隔開，并移動通過各工位，這些工位與圍繞第一半工作臺的相應的工位相同。用這種設備，當任意指定的車床由工作臺移動通過半個周期時，就制造出一個光源，然后當該車床移動另外一半周期時，在該同一個車床上制造出第二個光源。例如，在轉讓給本受讓人的美國專利No 4389201中描述了可以利用的制造機器。
結合參考圖5(a)-(e)和6(a)-(m)所描述的工序可以利用來制造按本發明的光源。雖然所述臥式工序提到連續地通過不同工位來制造單個光源，但是，應該認識到，該描述可應用于連續通過各工位而制造多個光源的情況。
對于圖5(a)-(e)表示的工藝步驟，該工藝最初備有空的光源體或中心部分150，如圖5(a)所示，該空的光源體有中心部分152a以及第一管頸部分152b和第二管頸部分152c。圖5(a)表示光源體150為相當厚管壁的空心管，其典型尺寸是3.0×5.0毫米，該空心管是夾在車床頭座156上時，用與光源體150的軸構成大約30°角的激光束切割的。這種切割在一端產生點部分152d和錐體部分152e。點部152d幫助引導光源體10到玻璃車床的夾具。錐體部分152e幫助引導在制造光源時使用的插入部件，如下面所述。
光源體150的錐體和點部分也可以用不同于激光切割的例如用吹玻璃切割技術來形成。對于吹玻璃技術，首先加熱相關的管頸部分，然后再拉伸，從內表面向外吹，最后用火焰切斷，以便在其一端形成所希望的錐體，另一端收縮形成點部分。切割體150表示在圖5(b)。
吹切割技術和激光切割技術都會使光源體150的某些石英材料蒸發到光源體的內表面，引起石英煙霧的沉積。這種石英煙霧的沉積可以用氫氟酸清洗管殼的內外表面來清除。因為殘余的石英煙霧沉積可能轉移或被制成的光源體中所用的部件表面所接收，所以當這些部件插入到光源體150之前，這種清洗是必須的。清除石英煙霧沉積清除了石英污染源以及由石英煙霧沉積相關的任何污染，例如水汽、氧、氮和吸收的石英等。
還有另一種稱為刻痕-折斷工藝的切割方法，其中光源體150用切割輪劃痕，然后機械上突然折斷，在劃痕處分離成部件。在“折斷”位置的光源體150的一端用火焰拋光，提供圓角面、這便于實現連續的處理步驟。
下一步為漸擴大步驟，表示在圖5(c)中。在這一步驟中，用氣體火焰158加熱光源體150的中間部分152a。這種加熱把中間部分152a的溫度提高到其軟化溫度。為了產生適當的玻璃泡壁的厚度，必須增加在中間部分152a的光源體的石英材料量，以形成泡狀形狀。為了實現這一目標，加熱石英管，并且尾架160稍稍向前移動，以便收集增加中間部分152a的石英材料。必要時，尾架160的移動重復進行，以便在形成泡狀部分，在光源體150的中間部分152a形成相對均勻的厚度。
下一步工序表示在圖5(d)，該步驟是把光源體150的中間部分152a模壓成預定形狀。這預定形狀可以是圓球形、橢圓形、管狀形、或由不同的燈參量決定的其他希望的形狀。所希望的形狀通過預先選擇模子162的內部形狀來得到。
在中間部分152a加熱到軟化狀態以后，使模子162環繞光源體150。同時把孔塞64塞入第二管頸部分152c，以便基本上阻擋住由吹入第一管頸部分152b的氬166產生的氬氣的任何泄漏。對著軟化的中間部分152a吹氣并得到模子162的形狀。非常精確控制該中間部分的尺寸是由這一模壓過程來實現的。很顯然，在這模壓過程以后，光源體150的中心縱軸沿著管頸152b和152c以及中間部分152a的孔的中心伸展。
在模壓以后，如圖5(e)所示，中間部分152a、包括其附近的管頸部分152b和152c的區域由火焰裝置168加熱，此時光源體150用高純氮氣170吹。這種加熱使光源體150退火，并且釋放光源體150的內應力。對氬氣170中的水汽和氧氣的含量進行連續監控，其典型的含量水平為氬氣170內的百萬分之幾。
關于表示在圖6(a)-(m)中的各工藝步驟，最初備有象結合圖5(a)-(e)所描述的那樣處理過的空光源體150，和象結合圖4(a)-(e)所描述的燈絲組件100。參考圖6(a)，在銷釘104a和104b的位置處燈絲組件100由一對夾子200a和200b夾住。第一探針202a延伸通過光源體150并鉤住燈絲組件100的彈簧夾108a，第二探針202b鉤住燈絲組件100的彈簧夾108b。探針202a和202b、燈絲組件100和光源體150的固定夾具由相應的線性步進馬達控制。燈絲組件100由第一探針202a拉進管體150，所以線圈102的中心被移動到中間部分或管泡152a的中心。
更具體地說，燈絲組件100以線圈102拉伸的方式裝入光源體150，該線圈了102的拉伸比最終希望的線圈拉伸要長1.0到2.0毫米。線圈102根據線圈102和玻璃泡152a在裝入前后的位置、借助于探針202a和202b以及步進馬達而在玻璃泡之內對中。在從彈簧夾118a和118b釋放開探針202a和202b以后，具有圓頭端的第二組探針(未表示出)用于把彈簧夾108a和180b向內推到最終的預定位置，所述預定位置基于為在下面描述的封接操作之后形成最后的線圈每英寸匝數(TPI)和線圈伸長而設定的、所需要的燈絲組件長度。
正如上面描述的在燈絲組件裝入或插進光源體150以后，光源體150裝入有前架204和后架206的車床。正如上面所述，這種車床是眾所周知的。光源體150由前架204和后架206帶動旋轉，按照如圖6(b)所示那樣吹進氮氣。最初的氮氣流清除管體150中可能存在的任何細屑。
如圖6(c)所示，接著光源體150被校直，以便形成管體150的旋轉中心。具體地說，光源體150由頭架204和尾架206夾住。管體150用加熱校正，其方法是，在頭架204附近的很窄區域用火焰216加熱，同時在光源體150的尾架端用柔軟器具，如指狀裝置208，施加聚中壓力，與此同時，通過光源體150的限定區域輸送沖洗氣體210。在接近尾架206的很窄區域加熱，同時用指狀物裝置208加聚中壓力到光源體150的頭架端，這種過程重復進行。
接著，如圖6(d)所示，當氮氣吹過管體150時，光源體150用火焰裝置212加熱。用這種方法加熱石英光源體150以驅趕水氣和其他不純物質并且釋放管體150的應力。
下面，如圖6(e)所示，在區域214用氫氧火焰216(窄的噴槍)封接管體150，同時通過尾架218對管體150抽真空。換一種方式，用氮氣流吹時，管體的旋轉可以停止，管體150在區域214由夾緊裝置機械夾緊。接著，如圖6(f)所示，管體150通過頭架頭220抽真空。一旦管子軸真空后，如圖6(g)所示，火焰216(窄的噴槍)加到L銷釘104a初始位置，在箔片106a附近形成第一收縮封口222。接著，這種收縮封口222由火焰216(寬的噴槍)最后完成，如圖6(h)所示。
在玻璃泡152a處由冷卻器226利用液氮冷卻管體150的同時，填充氣體224通過頭架端220注入到管體150，如圖6(i)所示。填充氣體224可以是惰性氣體(如氙或氪)加鹵素氣體(CH3Br)的混合氣體。更具體地說，用液氮噴嘴或冷卻器226把液態氮噴射到靠近收縮封口222的燈絲室150的一端。當填充氣體投配并形成收縮封接228時，液氮噴射對準燈絲室150的這一端。例如，當燈絲室150的這一端被充分冷卻以至填充氣氣體的一部分CH3Br和氙被冷凝時，把預先估量的氣體體積和壓力投配到燈絲室150中。因為氮氣在這一溫度下沒有冷凝，所以，緊跟在鹵素投配之后，分開地投配氮氣。在最終的填充氣中氮氣的濃度由形成收縮封接222以前燈絲室150的溫度和壓力決定。
如上所述，附加的光源配料可以從如下構成的組中選擇(1)氪和氙以及從HBr，HI，CH3Br，CH2Br2，Br2和I2構成的組中選擇鹵素添加劑，(2)水銀和從HBr，HI，CH3Br，CH2Br2，Br2和I2構成的組中選擇的鹵素添加劑附加氙或不附加氙，(3)水銀以及從氬、氦、氪、氙構成的組中選擇的惰性氣體。第一種可選擇的光源添加劑包括氪或氙，在室溫下其范圍大約為300到16000乇；以及鹵素添加劑，其范圍大約為0.005％到大約0.1％的重量比。第二組可選擇的光源添加劑包括水銀，其范圍當蒸發時為1000到30000乇；鹵素添加劑，其范圍大約為0.005％到0.1％的重量比，如果存在氙，那么，在室溫下其范圍大約為400到大約600乇。
如果要把水銀加壓用于所關注的特種光源，那么，可以通過能夠高精度配置小量水銀的水銀配料器來提供水銀。這種水銀配料器可以是由Karkas在美國專利No.4253591中所描述的配料器，所述專利已轉讓給本發明的受讓人。
如圖6(j)所示，用火焰216(窄的噴槍)在L銷釘104b處開始管體150中的第二收縮封接228。接著，用火焰216(寬的噴槍)在箔片106b附近最終完成收縮封接228，形成真空密封封接，如圖6(k)所示。
如果要用適當的方法，例如用沉積法為光源體150涂復反射膜，那么，用火焰216(窄的噴槍)密封的光源體150就具有優越性，因為，它允許整個光源體150具有沉積在其上的反射涂層。這種封接方法避免反射薄膜涂層降低燈絲組件元件的電的和機械的性能。這種封接方法正好在彈簧夾108b處的區域完成密封，如圖6(l)所示。
如果光源體150沒有必要加反射涂層，那么，所述制造工藝可以從圖6(k)所示步驟直接到圖6(m)中所示的步驟。具體地說，光源體150的外部分可以用刻痕操作來分離，其方法是當光源體150由車床固定時，通過應用小金剛石切割輪實現。光源體150的從彈簧夾108a和尾架206之間以及彈簧夾108b和頭架204之間的部分可以被切割下來。
按照上面描述的工藝制造的光源可以利用在不同類型的燈中。另外，正如上面所說明的，光源可以具有紅外線型的反射膜，該反射膜將燈絲發射的紅外線電磁波能量反射回燈絲，以增加燈絲的工作溫度，而無需增加加到燈絲上的功率電平，因此就提高了燈本身的效率。
利用按照本發明的一個實施例的光源250的密封集束前燈裝置252表示在圖7中。密封集束前燈裝置252具有反射器254和一對位于反射器254基座的金屬包頭256和258。金屬包頭256和258分別連到一對電氣端子260和262。光源250的燈絲102由第一電支持構件265和第二電支持構件266連接到一對金屬包頭上。燈絲102具有其中心部分268，它位于前燈裝置252的反射器的焦點附邊，并且燈絲102的參量是按照安裝燈的設備例如汽車中可以利用的激勵條件來選擇的。
應用于場所照明和泛光照明、并且利用光源250的拋物線鋁化反射器燈表示在圖8中。PAR燈270具有反射器272，該反射器包含具有最好涂復有反射材料的內表面的拋物線型部分274。反射器272還具有最好也用反射材料涂復在其內表面的球形中間段276。此外，反射器272還有其內表面最好也有反射材料的拋物線后段278。燈270有一個密封在反射器272前段上部的透鏡280。燈270的導電的管基282連接到反射器下部并有擰入式部分。
光源250由適當的粘接材料如環氧樹脂固定在導電的管基282的中心部分。光源250的燈絲102的中心部分268位于反射器272焦點附近。光源250的一根引入線連接到反射器272的導電的管基的邊部分284。類似地，光源250的另一根引入線112連接到燈270的導電的管基的尖部分286。
光源250可以安裝在白熾燈300中，該燈示于圖9中。白熾燈300有外殼302，該外殼具有常用于白熾燈的典型的梨形狀，和有連接到外殼302的擰入式部分的導電的管基304。外殼320不必封接到導電的管基，其中，光源250有一個固定在其小室內的燈絲102，該小室在其外殼的限定區內不需要有任何填充氣體，不同方面在于它要求外殼真空密封。光源250用適當的粘接材料如環氧樹脂固定在導電的管基304的中心部分306上。光源250有一根引入線，該引入線例如通過導線308連接到位于310的導電的管基304的尖島狀部分312上。
光源250可以有一個可選用的燈絲102，以便該燈絲具有特別適合于用低于120伏的電壓啟動的參數。這種低電壓燈絲包含這樣的燈絲線的尺寸和絲的長度，它相對于選用120伏啟動的燈絲而言，增加了燈絲的機械穩定性，同時也增加了燈300的預期壽命。
適合于與低電壓類型燈絲有益配合的發光裝置320示出在圖10中。發光裝置320類似于前面描述的白熾燈300，除了控制電路322安放在導電的管基304以內以外。控制電路322降低加到導電的管基304的一般的家用交流電源(60周120伏)、控制電路322把一般的120伏交流電壓降低到20伏至低于120伏的范圍內的交流或直流電壓值，但希望在大約20伏到40伏的范圍內。然后把這降低的電壓加到燈絲102上。如果需要的話，可以把二極管串聯到燈絲102，以便把燈絲102上的有效電壓減低到大約84伏的方均根值。控制電路322可以是電壓降低裝置類型，如美國專利No 4547704中描述的，該專利轉讓給本發明的受讓人。
已經安裝在其限定光源342內的蒸汽放電燈340示出在圖11中。示出在圖6(a)-(m)的大體相同的工藝步驟將用于制造光源342。蒸汽放電燈340有外殼344和導電的管基346。光源342由適當的粘膠固定到導電的管基346的中心部分348上。光源342的第二電極354連接到導電的管基346的尖頂部分356。
雖然光源350示出為被固定在圓柱外殼344以內，應該認識到，光源342可以用于其他類型的蒸汽放電燈，例如用于高強度照相、豪華型和電影攝影應用場合的。
從本發明的先前描述的幾個實施例中，很顯然，本發明的目的已經達到。雖然本發明已經被詳細描述和顯示出來了，應該清楚地認識到，以上的描述僅僅作為說明和例子而不作為限制。因此，本發明的精神和范圍僅僅受所附的權利要求的條款的限制。
權利要求
1.白熾燈光源的燈絲組件，所述組件包括燈絲線圈；第一L銷釘，它具有沒有對中環的大體上直的部分和L型部分，所述L銷釘的所述L型部分固定到所述燈絲線圈的第一端；第一鉬箔片，它固定到所述第一L銷釘的所述直的部分的一端；第一彈簧夾，它具有大體上直的部分，所述第一彈簧夾的所述大體上直的部分固定到所述第一鉬箔片上。
2.按照權利要求1的燈絲組件，其特征在于進一步包括具有大體上直的部分和L型部分的第二L銷釘，所述第二L銷釘的所述L型部分固定到所述燈絲線圈的第二端；第二箔片，它固定到在所述第二L銷釘直部分的一端的所述L銷釘上；第二彈簧夾，它具有大體上直的部分，所述第二彈簧夾的所述大體上直的部分固定到所述第二鉬箔片上。
3.按照權利要求2的燈絲組件、其特征在于所述燈絲線圈具有整數的有效線圈匝數，所述第一L銷釘和所述第二L銷釘大體上處在相同的平面，并且有大約近似相等的長度。
4.制造光源用燈絲組件的一種方法，燈絲組件包括燈絲線圈，第一和第二L銷釘，每一個L銷釘有大體上直的部分和L型部分，第一和第二箔片，以及第一和第二彈簧夾，所述方法包括以下步驟決定燈絲線圈的長度，根據燈絲線圈長度和第一L銷燈的L型部分的長度選擇第一L銷釘直線部分的長度，把第一L銷釘的L型部分固定到燈絲線圈的第一端，根據燈絲線圈的長度和第二L銷釘的L型部分的長度選擇第二L銷釘的直線部分的長度，和把第二L銷釘的L型部分固定到燈絲線圈的第二端。
5.按照權利要求4的制造燈絲組件的方法，其特征在于把第一銷釘的L型部分固定到燈絲線圈的第一端的過程包括以下步驟旋轉燈絲線圈，使得燈絲線圈的第一端的自由端近似地定位在1000位置，把鉬焊絲放置靠在燈絲線圈對面的第一L銷釘的L型部分的面上，加熱第一L銷釘的L型部分，使得至少一部分鉬焊絲熔解并流入到線圈的初級匝上。
6.按照權利要求4的制造燈絲組件的方法，其特征在于把第二L銷釘的L型部分固定到燈絲線圈的第二端的過程包含以下步驟旋轉線圈，使得燈絲線圈的第二端的自由線圈端近似地定位在1000位置，把鉬焊絲放置靠在燈絲線圈對面的第二L銷釘的L型部分的面上，加熱第二L銷釘的L型部分使得至少一部分鉬焊絲烷解并流入到線圈的初級匝上。
7.一種白熾燈的光源，其特征在于所述光源包含光源體，該光源體包括燈絲室和放置在所述光源體內的燈絲組件，所述燈絲組件包含大體上安置在所述燈絲室的光學中心的燈絲線圈；第一L銷釘，它有大體上直的部分和L型部分，所述第一L銷釘不含在其中形成的對中環，所述第一L銷釘的所述L型部分固定到所述燈絲線圈的第一端；第一箔片，它固定到所述第一L銷釘的所述直的部分的一端，所述第一箔片大體上是平的。
8.按照權利要求7的光源，其特征在于所述燈絲組件進一步包括具有大體上直的部分和L型部分的第二L銷釘，所述第二L銷釘不含在其中形成的對中環，所述第二L銷釘的所述L型部分固定到所述燈絲線圈的第二端；第二箔片，它固定到所述第二L銷釘的直的部分的一端的所述L銷釘上，所述第二箔片大體是平的。
9.制造光源的方法，所述光源包括具有燈絲室和燈絲組件的光源體，燈絲組件包括燈絲線圈，第一和第二L銷釘，每個L銷釘有大體上直的部分和L型部分，第一和第二L銷釘沒有任何對中環，燈絲組件還包括第一和第二箔片以及第一和第二彈簧夾，第一和第二箔片大體是平的，其特征在于所述方法包括以下步驟把燈絲組件裝入光源體，使得燈絲組件位于燈絲室內，在第一彈簧夾附近的區域封接光源體的第一端，在第一箔片附近的光源體上形成第一收縮封接，當至少冷卻燈絲室的外部時，把填充氣體注入到光源體中，和在第二箔片附近的光源體上形成第二收縮封接。
10.按照權利要求9的方法，其特征在于在第一彈簧夾近鄰區域封接光源體的第一端以前，所述方法包括以下步驟校直光源體，當沖洗氮氣流通過其中以驅趕光源體內的水汽和其他雜質時，加熱光源體。
11.一種包含光源體的燈，該光源體包括燈絲室，位于所述光源體內的燈絲組件，所述組件包含燈絲，它大體定位在燈絲室的光學中心；第一L銷釘，它有大體上直的部分和L型部分，所述第一L銷釘沒有在其上形成的對中環，所述第一銷釘的所述L部分固定在所述燈絲線圈的第一端，并且第一箔片固定在所述第一L銷釘的所述大體上直的部分一端，所述第一箔片大體是平的。其特征在于所述線圈組件還包含有大體上直的部分和L型部分的第二L銷釘，所述第二L銷釘沒有在其上形成的對中環，所述第二L銷釘的所述L型部分固定到所述燈絲線圈的第二端，第二箔片固定到所述第二L銷釘直部分的一端的所述L銷釘上，所述第二箔片大體是平的。
12.一種蒸汽放電燈，它包括外殼和導電的管基，光源固定在所述管基的中心部分，所述光源包含第一和第二電極；第一L銷釘，它有大體上直的部分和L型部分，所述第一L銷釘沒有在其上形成的對中環，所述第一L銷釘的所述L型部分固定到所述第一電極上；以及第一箔片，它固定到所述第一L銷釘的所述直部分的一端，所述第一箔片大體上是平的，所述光源還包括具有大體上直的部分和L型部分的第二L銷釘，所述第二L銷釘沒有在其上形成的對中環，所述第二L銷釘的所述L型部分固定到所述第二電極上；第二箔片，它固定到所述第二L銷釘直的部分的一端的所述L銷釘上，所述第二泊片大體是平的。
全文摘要
描述了燈絲組件和用于白熾燈和蒸汽放電燈光源的生產工藝。該工藝也生產特別適合于在其外表面沉積反射涂層的燈。燈絲組件沒有對中環，或者箔片沒有彎邊，因燈絲室能夠做得更小和做成更加橢圓形，所以，該燈在具有反射涂層的燈中有特殊的優越性。
文檔編號F21H1/00GK1152089SQ9611920
公開日1997年6月18日 申請日期1996年11月20日 優先權日1995年11月20日
發明者E·J·柯林斯 申請人:通用電氣公司