專利名稱：陶瓷放電燈殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是以在權(quán)利要求1前序部分為出發(fā)點(diǎn)的一種陶瓷放電燈殼。
特別是涉及供金屬鹵化物燈之用的、或者是供高壓鈉光燈用的陶瓷放電燈殼。該燈殼一般是用氧化鋁制成的。在氧化鋁中還可以摻有摻雜物。但是也可以使用藍(lán)寶石、氮化鋁等一類的已知材料。
在專利DE-A 31 37 076中記載了供高壓鈉光燈用的、細(xì)長(zhǎng)管狀的、或者在中段有鼓肚的放電燈殼。在這樣的燈殼中，放電容積段的直徑大于兩端的直徑。特別推薦在電極頂端高度處的直徑至少是中段直徑的60％的燈殼。
在專利EP-A 34 056中發(fā)表的是一種直筒管形的放電燈殼，其兩端的直徑逐漸縮小。該管筒的橫截面可以做成橢圓形。另一種是縱向長(zhǎng)度很長(zhǎng)的橢圓形放電燈殼，其長(zhǎng)徑比為1∶4至1∶8。
這樣的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的放電燈殼只能適合于容納金屬鹵化物，但卻不能在任何設(shè)置位置上都能燃點(diǎn)。當(dāng)處于豎立的燃點(diǎn)位置時(shí)，處于電極下方范圍內(nèi)的冷端溫度要明顯低于橫置燃點(diǎn)的燈。結(jié)果使其在處于橫置與豎立燃點(diǎn)位置時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的光色位移。除此以外，當(dāng)采用這樣的細(xì)長(zhǎng)幾何形狀的放電燈殼時(shí)，溫度分布還不太均勻，結(jié)果造成明顯的溫度梯度。通過預(yù)先選定冷端溫度(這是為了達(dá)到耐光照值所必需的)，就會(huì)使細(xì)長(zhǎng)的幾何形狀產(chǎn)生很高的熱端溫度，從而會(huì)使陶瓷放電燈殼承受超負(fù)荷。
在專利EP-A 587 238中發(fā)表了一種具有直交端面的圓筒形放電燈殼，其中的電極是設(shè)置在端部的深處。這樣的放電燈殼雖然能夠在任何的設(shè)置位置上都能燃點(diǎn)，但是其溫度分布仍然不均勻，結(jié)果仍然會(huì)產(chǎn)生很高的熱端溫度。
不論是細(xì)長(zhǎng)橢圓形的或者是圓筒形的放電燈殼，都會(huì)產(chǎn)生很高的溫度梯度，這樣就會(huì)促使該燈在使用壽命中使陶瓷遭受劇烈的腐蝕。
另外，由于采用陶瓷材料，根據(jù)已知的理論，雖然其提高冷端溫度的可能性要比石英玻璃優(yōu)越，從而改善其光照數(shù)據(jù)；但是，由于采用這樣的幾何形狀又會(huì)使其限制在這種情況下產(chǎn)生的很高的熱端溫度。如果要使其使用壽命延長(zhǎng)到6000至10000小時(shí)，就需要將陶瓷的熱端溫度最高限制在1250℃左右。
在此情況下卻發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用這樣的細(xì)長(zhǎng)圓筒形或者橢圓形的放電燈殼時(shí)，由于其溫度分布非常不均勻，結(jié)果使其光照性能和燈的電學(xué)數(shù)據(jù)在很大的程度上要取決于它的點(diǎn)燃設(shè)置位置。因此就使這種形狀的放電燈殼只能在不要求燈的電學(xué)數(shù)據(jù)不得受其點(diǎn)燃放置位置影響的條件下使用。而這只能在兩端都設(shè)插座的情況下方才能夠?qū)崿F(xiàn)。一般僅只在橫置點(diǎn)燃位置下方才允許采用。
本發(fā)明的目的是要提供按照權(quán)利要求1前序部分所述的陶瓷放電燈殼，它具有很均勻的溫度分布，從而能夠適合任何點(diǎn)燃設(shè)置位置。特別是要能夠用于在一端使用插座的燈具。
此目的通過具有權(quán)利要求1特征部分的特征達(dá)到。特別的有利的實(shí)施結(jié)構(gòu)位于從屬權(quán)利要求中。
本發(fā)明記載一種特有的“鼓肚形”幾何形狀的放電燈殼。這種燈殼與現(xiàn)有已知的、圓管形或者橢圓形的幾何形狀相比，不論在任何點(diǎn)燃設(shè)置位置都能夠產(chǎn)生幾乎等值的計(jì)光數(shù)據(jù)。這樣的幾何形狀特別能夠使熱端溫度降低，并且使溫度分布非常均勻。
具體地說，本發(fā)明是一種適用于高壓放電燈的陶瓷放電燈殼，其含有發(fā)光填充物。該放電燈殼的內(nèi)壁輪廓體被定義為內(nèi)部容積V。該放電燈殼有一個(gè)長(zhǎng)軸和兩個(gè)開有開孔的端部。通過兩端的開孔裝設(shè)導(dǎo)電體，并經(jīng)氣密密封，在導(dǎo)電體上連接兩個(gè)電極；兩電極在內(nèi)容積中相隔一段EA的距離相對(duì)設(shè)置。
內(nèi)壁的輪廓體的幾何形狀如下所列可將該輪廓體設(shè)想為是由三個(gè)部分構(gòu)成的。即，一段長(zhǎng)度為L(zhǎng)、內(nèi)半徑為R的、基本上是直管狀的中段和連接在其兩端上的、基本上是半球形、且具有相同半徑R的兩個(gè)端塊。
其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是通過保證能夠同時(shí)保持多個(gè)幾何形狀的邊界條件，使其具備足以能夠不受點(diǎn)燃設(shè)置位置約制的非相關(guān)性。
其基本條件是直管中段的長(zhǎng)度要小于或等于其內(nèi)部半徑L≤R另外還要強(qiáng)調(diào)該放電燈殼的內(nèi)部直徑的長(zhǎng)度至少應(yīng)該是放電燈殼總長(zhǎng)度的2/3。最好是
L≤0.8R。
L與R的選用條件是要使電極距離EA保持一定的邊界條件。由這兩個(gè)數(shù)值定義電極在內(nèi)部容積中設(shè)置長(zhǎng)度的上限和下限值。放電燈殼的內(nèi)部總長(zhǎng)度必須至少大于電極距離EA的10％。否則就會(huì)使電極過于靠近端部范圍，從而使導(dǎo)電范圍受到太強(qiáng)的加熱影響2R+L≥1.1EA放電燈殼的直徑(2R)的長(zhǎng)度必須至少是電極距離EA的80％，否則就會(huì)由于電弧偏離使放電燈殼的中部受到不必要的加熱強(qiáng)度的影響。同時(shí)要使直徑最大不得超過電極距離EA的150％，否則就會(huì)使中部的溫度太低。
1.5EA≥2R≥0.8EA。
總之，根據(jù)在放電燈殼中使用的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，證明總長(zhǎng)度與最大內(nèi)部直徑之間的比值為1.5，最好是小于或等于1.3。
采用這樣的幾何形狀，就可以將放電燈殼的負(fù)荷(這是指換算為在內(nèi)表面上的功率)設(shè)定在25至45W/cm2之間，最好是設(shè)定在25至35W/cm2之間，如為低功率的燈，還可以取35(如為20W的額定功率，甚至于可以設(shè)定到45W/cm2)，如果是較高的功率，還可以設(shè)定在25W/cm2。這樣的設(shè)定方式特別適用于燈功率在20W左右至大約250W之間的范圍。采用這樣的設(shè)定方式，壁的負(fù)荷就較比按照以上引用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)普通燈的設(shè)定值低10％。
一種特別優(yōu)選的結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)方式是當(dāng)選用燈的放電燈殼壁的負(fù)荷(單位為W/cm2)時(shí)，對(duì)于功率在35至250W的燈，不受額定功率P(單位W)和放電燈殼的R和L的值(一律為cm)的制約，一律按下式選定25≤P/(4(R2+2(RL)≤35一個(gè)35W的燈的放電燈殼的容積V約為100-150μl；每當(dāng)功率增加1W，容積約增加7-10μl。若功率變小，也按此照減。一個(gè)功率為20W的燈的放電容積約為35μl。
一種特別優(yōu)越的結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)方式是當(dāng)選用燈的放電燈殼的內(nèi)部容積V(單位為(l)時(shí)，根據(jù)功率P(單位W)的大小，按下式選擇0.16·P5/3≤V≤0.32·P5/3，最好是0.22·P5/3≤V≤0.32·P5/3。
具體地說，當(dāng)選定L≤0.6R時(shí)，就有利于產(chǎn)生溫度分布最為均勻的結(jié)果。這對(duì)于小功率的燈特別重要，因?yàn)檫@樣的燈在兩端的熱量流失相對(duì)而言是最大的。在此情況下，該內(nèi)部輪廓體非常近似于按下式所列的小半軸a和大半軸b描述的旋轉(zhuǎn)橢圓體R≤a≤1.1R和b＝R+L/2。
放電燈殼的壁厚在放電燈殼中部最好至少是取在內(nèi)部半徑的5至15％之間。最合適的是這樣的一個(gè)放電燈殼，即其壁厚沿著朝向兩端的走向增厚，截止至兩端增至為中段壁厚的兩倍。
放電燈殼一般是用氧化鋁以及摻雜其他氧化物的氧化鋁做成的；也可以是用其他材料，如氮化鋁或藍(lán)寶石做成的。
本發(fā)明還涉及采用上述的一種陶瓷放電燈殼的一種高壓放電燈。
在放電燈殼的兩端最好是備有分體的陶瓷堵頭(也可以是用金屬陶瓷做成的堵頭)，用來安裝導(dǎo)電體。兩端的端部也可以與放電燈殼一體化制造。
也可以選用現(xiàn)有的成型材料作為導(dǎo)電體(例如，用鈮或鉬或者導(dǎo)電陶瓷做的管材或棒材)，最好是用有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的材料做成的，以便可以用來在其中采用釬焊的方法焊入一種適用的電極系統(tǒng)。
以下主要說明放電燈殼的內(nèi)部輪廓體。對(duì)于本發(fā)明不太重要的外形輪廓可以預(yù)先通過壁厚的加減設(shè)定。
外形輪廓最簡(jiǎn)單的辦法就是根據(jù)一種均一的壁厚預(yù)先確定。壁厚取在放電燈殼內(nèi)部半徑的5％至15％之間。還有一種較為妥當(dāng)?shù)霓k法，就是做成一種從中間向兩端稍微增厚的壁厚。這樣的做法主要是一種蓄熱措施，然后再?gòu)闹虚g向兩端傳導(dǎo)過熱的熱量；并且通過電極系統(tǒng)和導(dǎo)電體范圍對(duì)熱量流失作部分補(bǔ)償。這樣還可以起到進(jìn)一步對(duì)于溫度分布均勻化的作用。在這種情況下，典型的做法是將放電燈殼中部的壁厚增加內(nèi)部半徑的10％，當(dāng)達(dá)到兩端時(shí)，使壁厚的增厚達(dá)到該值的兩倍。這樣還可以阻止陶瓷在使用壽命中首先在兩端遭受快速的腐蝕。
以下參照附圖的多個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。附圖如下所示

圖1一個(gè)金屬鹵化物燈的陶瓷放電燈殼的剖面圖，圖2陶瓷放電燈殼的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖，圖3短長(zhǎng)度L的橢圓近似原理圖，圖4根據(jù)圖3所示的近似原理所作的陶瓷放電燈殼的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。
在圖1中所示的陶瓷放電燈殼1是設(shè)想用在70W燈的燈殼。它是由長(zhǎng)度＝2mm的一段直管形中段2和半徑＝4mm的兩個(gè)半球形的端塊3構(gòu)成的。內(nèi)部容積的總長(zhǎng)度為10mm。放電燈殼的壁厚為恒定值0.9mm。最大外徑為9.8mm。在端塊3處沿軸向外延，分別形成管狀的、整體制成的、長(zhǎng)度約為1.5mm的接頭4。在接頭4上裝有陶瓷的縱長(zhǎng)堵頭5。堵頭插進(jìn)接頭4的深度較深，這樣可以使半球形的內(nèi)部輪廓體近似于理想形狀的程度得到更進(jìn)一步地改善。在最簡(jiǎn)單的情況下，堵頭5的內(nèi)側(cè)正端面6是垂直端面(圖1的左半部)。但最好是將堵頭的內(nèi)側(cè)正端面6′做成向內(nèi)傾斜的、或者甚至是呈內(nèi)凹的形狀，這樣就能夠更好地與半球形的內(nèi)部輪廓面適配(圖1的右半部)。通過這樣的辦法就能夠產(chǎn)生理想的等溫條件。
在堵頭中，與專利EP-A 587 238的所述相類似，分別裝設(shè)一套電極系統(tǒng)(圖中未示出)，兩個(gè)電極的距離為7.5mm。在放電容積中充填的充填物，與器壁承受高壓的燈類一般所裝的充填物相同，是含有鹵素的金屬化合物NaJ以及TlJ和稀土碘化物的混合物，如DyJ3、TmJ3、HoJ3。這樣就可以在垂直點(diǎn)燃位置上一開始在3030±80K處以及在水平點(diǎn)燃位置上在2980±80K處產(chǎn)生開始的色溫。當(dāng)采用這種燈時(shí)，在冷點(diǎn)和熱點(diǎn)之間的溫差僅只為20℃，而在普通的、端部為垂直封頭的管狀燈管的場(chǎng)合下，溫差卻為70℃。
這種放電燈殼的器壁承受的負(fù)荷約為28W/cm2。放電燈殼的內(nèi)部容積為370μl。
圖2所示，是一個(gè)35W的燈的一個(gè)放電燈殼1。但是，此處的管形中段2的長(zhǎng)度為1.9mm，而半球形端塊3在此處的半徑為2.55mm。內(nèi)部容積的總長(zhǎng)度為7.0mm。
放電燈殼1的壁厚從中間位置處(0.8mm)向外開始增厚，最大增至0.95mm。最大外徑為6.8mm。此處同樣備有整體的接頭4和分體的堵頭5。
在實(shí)施例中的其他類似的結(jié)構(gòu)中選用較高的燈功率。當(dāng)功率為100W時(shí)，L＝2.5mm，R＝4.5mm。當(dāng)功率為150W時(shí)，L＝2mm，R＝6mm。當(dāng)功率為250W時(shí)，L＝6mm，R＝7.0mm。
為了更能夠令人滿意地滿足上列輪廓體的要求，還可以在最大偏差不超過15％的條件下采用一種近似計(jì)算法來達(dá)到上列尺寸設(shè)計(jì)的規(guī)定。
由于這種近似計(jì)算法達(dá)到了15％的精確度，當(dāng)中段的長(zhǎng)度達(dá)到下限時(shí)(L≈0.5R)，就能夠利用半軸a及b、通過一個(gè)橢圓公式來描述內(nèi)部輪廓體。
圖3所示是從理論出發(fā)所作的設(shè)想和根據(jù)實(shí)際情況所作的考慮形成的兩個(gè)輪廓體的對(duì)比圖。理論的設(shè)想是在選擇橢圓體的半短軸a時(shí)，要使其能以滿足下式關(guān)系的半徑R和長(zhǎng)度L所形成的理想輪廓體的偏差不大于15％R≤a≤1.1R。實(shí)際的考慮是可以在滿足b＝R+L/2的條件下來選定半長(zhǎng)軸b。由圖可見，在橢圓體半軸之間呈以下的關(guān)系b/a≤1.25在選定涉及到電極距離和壁負(fù)荷的其他尺寸時(shí)，也不得違背這個(gè)原則。
圖4所示是一個(gè)70W的燈的示例。圖中的放電燈殼9的內(nèi)部輪廓體10是作為一個(gè)封閉橢圓體形成的。其尺寸的設(shè)計(jì)是a＝4.4mm、b＝5mm，是根據(jù)R＝4mm的一種設(shè)計(jì)形成的。于是b/a＝1.14。端塊11和堵頭12是用氧化鋁作原料、整體成型制成的整塊陶瓷模塊。中段壁厚為0.8mm，沿著朝向兩端的方向增厚，截至端頭處，壁厚增至原來的兩倍。
所有這樣的燈，經(jīng)過9000小時(shí)以后，放電燈殼未見任何腐蝕現(xiàn)象。與按照在本文開頭所述的技術(shù)水平制成的普通燈相比，后者在經(jīng)過8000小時(shí)以后的腐蝕率為50％。
權(quán)利要求
1.一種適用于高壓放電燈的陶瓷放電燈殼，該放電燈殼的內(nèi)壁輪廓體積被定義為內(nèi)容積V，其中容納有一種發(fā)光填充物；該放電燈殼有一個(gè)長(zhǎng)軸和兩個(gè)開有開孔的端塊；通過兩端的開孔穿入電導(dǎo)線，并經(jīng)氣密密封，在導(dǎo)線上連接兩個(gè)電極；兩電極在內(nèi)容積中相隔一段相距為EA的距離相對(duì)設(shè)置，其特征在于內(nèi)壁的輪廓體的幾何形狀如下所列*該輪廓體包括一段長(zhǎng)度為L(zhǎng)、內(nèi)半徑為R的、基本上是直管形的中段和在其兩端所連接的、基本上是半球形、且具有相同半徑R的兩個(gè)端塊，*直管形中段的長(zhǎng)度小于或等于其內(nèi)部半徑L≤R，*該放電燈殼的內(nèi)部長(zhǎng)度至少大于電極距離EA的10％2R+L≥1.1EA、*該放電燈殼的直徑(2R)至少相當(dāng)于電極距離EA的80％；其長(zhǎng)度最大不得大于電極距離EA的150％1.5EA≥2R≥0.8EA
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷放電燈殼，其特征在于該放電燈殼的殼壁負(fù)荷在25至45W/cm2之間。
3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷放電燈殼，其特征在于在設(shè)計(jì)該放電燈殼的殼壁負(fù)荷(單位為W/cm2)時(shí)，應(yīng)按其與放電燈殼的額定功率P(W)呈下列的相關(guān)關(guān)系選定25≤P/(4πR2+2πRL)≤35
4.如權(quán)利要求1所述的陶瓷放電燈殼，其特征在于額定功率至少為35W的放電容器的內(nèi)部容積V至少為100μl。
5.如權(quán)利要求1所述的陶瓷放電燈殼，其特征在于放電燈殼的內(nèi)部容積(單位為μl)應(yīng)按其與額定功率P(單位為W)呈下列的相關(guān)關(guān)系選定0.16·P5/3≤V≤0.32·P5/3，最好是0.22·P5/3≤V≤0.32·P5/3。
6.如權(quán)利要求1中記載的陶瓷放電燈殼，其特征在于L≤0.5R。
7.如權(quán)利要求6所述的陶瓷放電燈殼，其特征在于該內(nèi)部輪廓體是用下式中的半軸a和b描述的一個(gè)橢圓體R≤a≤1.1R和b＝R+L/2。
8.如權(quán)利要求1所述的陶瓷放電燈殼，其特征在于放電燈殼的壁厚至少在中部應(yīng)在內(nèi)部半徑R的5至15％之間。
9.如權(quán)利要求1所述的陶瓷放電燈殼，其特征在于壁厚沿著朝向兩端的走向增厚，截至兩端增至中段壁厚的兩倍。
10.如權(quán)利要求1所述的陶瓷放電燈殼，其特征在于在開孔處安裝堵頭，并在放電側(cè)的一面做成斜坡或做成凹面。
11.具有如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)中記載的陶瓷放電燈殼的高壓放電燈。
全文摘要
一種放電燈殼,適用于高壓放電燈,由一段圓管形中段和兩端的半球形管端塊構(gòu)成。其中段的長(zhǎng)度選定在小于或等于端塊的半徑,從而改進(jìn)了放電燈殼的等溫條件。
文檔編號(hào)H01J61/82GK1182276SQ97122218
公開日1998年5月20日 申請(qǐng)日期1997年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月7日
發(fā)明者D·朗 申請(qǐng)人:電燈專利信托有限公司