CN104508793A - 具有uv增强器的高压放电灯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种高压气体放电灯（1）包括具有容器壁（2）的陶瓷放电器皿（3），容器壁（2）包围具有填充物（6）的放电空间（4）。第一（11）和第二电极（13）相互相对地布置在放电空间中并且分别安装在第一（19）和第二引线（21）上，第一和第二引线以气密密封方式延伸穿过容器壁（2）。UV增强器（23）包括壁部（24）和腔（29），所述腔被UV增强器（23）的壁部（24）以及容器壁（2）的端部（26）包围。

Description

具有UV增强器的高压放电灯及其制造方法

技术领域

本发明涉及高压气体放电灯，该灯包括具有容器壁的陶瓷放电器皿，该容器壁包围具有填充物的放电空间，该灯还包括相互相对地布置在放电空间中并且定义放电器皿的长度轴的第一和第二电极，该灯还进一步包括第一和第二引线，这两个引线以气密密封方式穿过容器壁延伸并且在该引线上安装相应电极，并且该灯还包括UV增强器。

本发明进一步涉及制造所述电灯的方法。

背景技术

从US5811933已知在开头段中提到的类型的灯。已知的灯是高压放电灯，更特别的是金属卤化物灯。这样的灯适合各种应用，例如一般内部照明、一般外部照明、视频照射等。已知的灯的放电器皿由陶瓷材料制成并且通常经由挤压工艺以管形状获得并且随后被设置有端塞/端部。替代地，使用注浆成型工艺或注射模铸工艺来制造具有端部的放电器皿。在本说明书和权利要求书中的陶瓷材料被理解为致密烧结的多晶金属氧化物（例如Al₂O₃或YAG），以及致密烧结的多晶金属氮化物（例如AlN）。

该类型的灯的已知问题是在点燃时间中相当宽的散布。这表明在灯点燃期间缺少自由电子。放电器皿中的小量⁸⁵Kr的添加可补充这样的短缺。然后，其缺点是该⁸⁵Kr是放射性的。已做出努力以通过使用UV增强器来避免这个缺点，UV增强器是位于放电器皿附近并且用作UV源的小的UV放电管。已知灯中的UV增强器是由被定位成与放电器皿平行并且与放电器皿具有一定距离的UV发射陶瓷管形成。在击穿之后，UV增强器将生成所述UV辐射。该UV辐射的影响导致在放电器皿中自由电子的产生，这转而强烈地促进灯点燃。已知灯的缺点是相对复杂的构造，以及相对麻烦的制造工艺，该制造工艺另外是相对昂贵的。

发明内容

本发明的目的是提供其中抵消上述缺点中的至少一个的灯。根据本发明，如在开头段中描述的类型的灯具有带有壁部和腔的UV增强器，所述腔被UV增强器的壁部以及容器壁的端部包围。因此获得的是UV增强器与放电器皿直接相邻，由此其作为快速且可靠的点燃辅助的功能得以改进。此外，获得相对紧凑、可容易制造的灯，其中与已知灯相比减少了部件的数量，不需要用于UV增强器的复杂、独立安装的构造并且放电器皿的容器壁同时用作UV增强器的壁。UV增强器具有由紧密烧结的多晶Al₂O₃制成的壁。其被广泛用作高压放电灯的壁材料的事实具有可利用用于陶瓷放电器皿的现有技术的主要实用优点。在此非常高度的小型化是可能的。尽管发现稀有气体和Hg的组合适合作为填充物，但是UV增强器优选具有稀有气体填充。适当的稀有气体尤其是Ne。发现Ar特别适合作为填充物。优选针对填充物来选择压力（填充压力），其伴随最小击穿电压。该填充压力可以经过试验容易确定。可凭借Paschen曲线来实现不错的逼近。以Penning混合的形式混合稀有气体也是适合的。

高压气体放电灯的实施例的特征在于引线之一形成UV增强器的内部电极，所述内部电极穿过腔延伸并且以气密密封方式延伸穿过所述壁部。因此，与已知灯相比，在组件的数量方面获得了进一步降低，这是因为在已知灯中的独立的引线和内部电极被组合成一个部分。

高压气体放电灯的实施例的特征在于UV增强器是管状的并且与延伸穿过UV增强器的纵轴同轴。这具有以下优点：与已知灯相比，使得能够制造具有UV增强器的旋转对称的放电器皿以及因此实现灯的更简单制造工艺。进一步简化制造工艺的一个方式是将（将要）位于UV增强器的一侧的引线分为密封在端部中的第一部分和密封在壁部中的第二部分，一旦灯完全组装，第一部分与第二部分就导电接触。分为两个部分使得能够实现密封部分的独立、简单、专用处理，而不必采取预防措施来抵消对相应专用密封工艺的密封质量的相互不利影响。特别地，用于制造放电器皿的专用工艺包括在真空或氢气气氛下将放电器皿收缩烧结密封到至少98%的密度以获得气密、相对干净的放电器皿。用于UV增强器的专用工艺包括在惰性（非腐蚀/氧化）气氛下到大约60%密度的初步烧结收缩密封工艺，UV增强器的壁部仍然具有多孔结构，其气孔对于环境气体仍然是可进入的。而且，所述分为两个部分使得能够实现特征在于第一部分和第二部分之间的所述导电接触免于焊接的高压气体放电灯的实施例。不具有焊接的这种导电接触是根据以下可获得的：

- 将具有完全烧结到至少98%密度的相对干净的容器壁的放电器皿与其壁部初步烧结到仅大约60%密度的UV增强器组装在一起，注意，放电器皿中的引线的第一部分和UV增强器中的引线的第二部分使得所述第一和第二部分相互邻接或基本上相互邻接；随后，完全烧结的放电器皿与初步烧结的UV增强器的组合在例如Ar或N2气氛下经历最终的烧结步骤，以实现UV增强器壁部到容器壁上的完全（即98%密度）收缩烧结。

所述最终收缩烧结步骤包含四个现象，即：

- UV增强器在径向方向上收缩，由此以气密方式将自己夹钳在容器壁上，因此实现UV增强器的气密腔；

- UV增强器在轴向方向上收缩，由此迫使引线的第一部分和第二部分相互接近，因此在不利用焊接的情况下建立导电接触；

- UV增强器的腔自动填充有在最终烧结步骤期间使用的气体，即填充有Ar或N2；当在最终烧结步骤期间应用大约1bar的气压时，在腔内部获得大约0.15bar的填充压力；

- 由于Ar或N2气体气氛的缘故，作为在最终烧结步骤期间包含环境气体的结果，UV增强器的壁部变成不透明的，一旦最终烧结步骤完成，该气体就被捕获到壁部内。所述不透明壁部在灯的工作期间将生成的UV辐射向着容器壁反射并且反射到容器壁内以及放电空间内，因此诱发灯的快速且可靠的点燃。

高压气体放电灯的实施例的特征在于，第一部分由铱制成并且第二部分由铌制成。铱直接可密封到容器的壁内，即不需要/使用密封玻璃/玻璃料，因此提供对放电器皿内部的盐填充物具有相当大抵抗力的密封。众所周知铌可容易密封在UV增强器的壁部中，因为其热膨胀系数极度匹配氧化铝的热膨胀系统。

高压气体放电灯的实施例的特征在于，第二部分包括具有薄直径部分和厚直径部分（例如250μm）的铌线，铌线以其厚直径部分密封在壁部中。该实施例特别适合具有相对高标称功率的灯，例如具有至少400W的标称功率的灯。

高压气体放电灯的实施例的特征在于，容器壁具有外容器表面并且壁部具有外壁表面，并且有源天线在所述外容器表面和所述外壁表面之上延伸。在该实施例中，UV增强器（的电极）和有源天线相互布置使得实现UV增强器与有源天线之间的容性耦合，由此进一步使得能够实现灯的快速且可靠的点燃。在容器壁和壁部上提供这样的有源天线的常规方法使用例如包含钨的导电膏的印刷工艺。为了简化该印刷工艺，当高压气体放电灯的实施例的特征在于外容器表面与UV增强器的外壁表面齐平时是有利的。

本发明进一步涉及制造高压气体放电灯的方法，该方法包括以下步骤：

- 通过提供放电器皿的具有填充物的放电空间和安装在相应第一引线部分上的第一及第二电极并且将所述第一引线部分气密地密封在放电器皿的容器壁中，制造密封的放电器皿；

- 使用密封玻璃，将凹的UV增强器部分的陶瓷壁部收缩烧结到大约60%的密度，该步骤与将引线之一的第二部分密封在凹的UV增强器部分的陶瓷壁中以便穿过其延伸同时地进行，或者在引线的第二部分在UV增强器部分的壁部中的单独密封步骤之前进行；

- 组装放电器皿和UV增强器部分使得它们都抵靠第一引线和第二引线部分邻接，并且随后在所选择的气体气氛下将UV增强器部分收缩烧结（在大约1600℃下，即1500-1700℃，以及大约1bar氩气，即0.4-2bar氩气下）到大约98%的密度并收缩烧结到放电器皿上，以形成填充气体的UV增强器的闭合壁并且建立第一引线与第二引线部分的固定的导电接触。

该方法具有相对简单的制造工艺的优点。分成两个部分使得能够实现密封部分的单独、简单、专用处理，而不必采取预防措施来抵消对相应专用密封工艺的密封质量的相互不利影响。特别地，用于放电器皿的制造的专用工艺包括在真空或氢气气氛下将放电器皿收缩烧结密封到烧结的容器壁材料不再是多孔的或不再对气体可渗透的密度（例如因为其具有至少90%或98%的密度），以获得气密、相对干净的放电器皿。用于UV增强器的专用工艺包括在惰性（非腐蚀/氧化）气氛下到大约60%密度（即50%-65%密度）的初步烧结收缩密封工艺，UV增强器的壁部仍然具有多孔结构，其气孔对于环境气体仍然是可进入的。随后，完全烧结的放电器皿和初步烧结的UV增强器的组合在期望的气体气氛（例如Ar或N2气氛）下经历最终烧结步骤，以实现UV增强器壁部到容器壁上的完全（即至少90%或至少98%的密度）收缩烧结。而且，如上文已经提到的，所述分为两个部分使得能够实现特征在于第一部分和第二部分之间的所述导电接触免于焊接的高压气体放电灯的实施例。

所述最终收缩烧结步骤包含三个或四个现象，即：

- UV增强器在径向方向上收缩，由此以气密方式将自己夹钳在容器壁上，因此实现UV增强器的气密腔；

- UV增强器在轴向方向上收缩，由此迫使引线的第一部分和第二部分互相靠近，因此在不利用焊接的情况下建立导电接触；

- UV增强器的腔自动填充有在最终烧结步骤期间使用的期望气体；当在最终烧结步骤期间应用大约1bar的气压时，在腔内部获得大约0.15bar的填充压力；

- 如果在最终烧结步骤期间使用Ar和/或N2气体气氛，则由于Ar或N2气体气氛的缘故，作为在最终烧结步骤期间包含环境气体的结果，UV增强器的壁部变成不透明的，一旦最终烧结步骤完成，该气体就被捕获到壁部内。所述不透明壁部在灯的工作期间将生成的UV辐射向着容器壁反射并且反射到容器壁内以及放电空间内，因此诱发灯的快速且可靠的点燃。

附图说明

将参考附图（未真正按照比例）更详细解释根据本发明的灯的上述方面和另外方面，在附图中：

图1是根据本发明的灯的第一实施例的侧视图；

图2a-c示出灯的制造工艺中的各个阶段；

图3示出根据本发明的灯的第二实施例。

具体实施方式

图1示出高压金属卤化物灯1，其包括具有容器壁2的放电器皿3，容器壁2包围填充有填充物6的放电空间4，该放电器皿3被外罩7围绕，其中具有内空间5，该外罩7支撑灯头9。放电器皿3由紧密烧结的多晶氧化铝制成并且具有第一灯电极11和第二灯电极13，这些电极凭借在放电器皿3的纵轴A之上延伸的相应第一引线19和第二引线21连接到灯头4上的相应接触15和17。灯1设置有具有壁部24的UV增强器23，所述UV增强器23位于放电器皿3的端部26。UV增强器23具有作为内部增强器电极20的第一引线19。UV增强器23与在容器壁2的外容器表面27之上以及壁部24的外壁表面28之上延伸的天线25具有容性耦合。UV增强器23在由容器壁2和壁部24形成的腔29中以170mbar的填充压力包含Ar。优选地，填充压力位于50mbar和300mbar之间。在小于50mbar的压力值下，增强器的UV输出似乎变得更小；在大于300mbar的压力值下，增强器的点燃电压可呈现过高的值。汞和惰性（稀有）气体（例如N2、Ne、Ar、Xe或Kr）的组合也可以作为UV增强器的填充物。然而，优选惰性（稀有）气体或惰性（稀有）气体的混合，因为这排除了重金属汞的使用。

具有如图1所示的构造的若干灯受到点燃测试。该灯是飞利浦制造的39W CDM灯，其经由设置有点燃器电路的稳定器镇流器连接到220V、50Hz的供应电压源。这些灯具有陶瓷放电器皿，陶瓷放电器皿具有包括金属卤化物的填充物。放电器皿的陶瓷材料在灯工作期间达到800℃和1000℃之间的温度。如图1所示那样放置这些灯中的UV增强器。灯电极因此直接被UV增强器中所生成的UV辐射照射。点燃电路包括启动器，型号为SN57（飞利浦）；供应具有大约2kV的最大值和大约8·s的脉宽的点燃脉冲。在点燃测试之前，灯工作10到15分钟并且随后被关闭并在暗房间中维持至少1.5小时。在充分处于30s的要求内的点燃时间之后，所有灯点燃。清楚看出，在相对低的点燃电压脉冲（2kV）下仅存在非常小的点燃延迟。此外，该点燃延迟的散布看起来非常小。

图2a-c以截面图并且以更大的细节在其制造的各个阶段中示出类似于图1的那些的UV增强器23和放电器皿3。在图2a中，示出制造的第一阶段，其中放电器皿3和UV增强器23处于未组装的配置。放电器皿3具有安装在铱线31上的钨电极11，铱线31经由收缩密封工艺被完全、气密地嵌入陶瓷容器壁2的端部26中的孔33中。端部由陶瓷材料，例如被烧结到大约98%密度的致密烧结多晶氧化铝制成，并且其具有外直径41，外直径41在随后应用的烧结步骤期间将基本上不改变。UV增强器23具有圆柱、杯/凹形壁部24，铌线35穿过壁部24延伸，壁部24由陶瓷材料，例如被烧结到大约60%密度的烧结多晶氧化铝制成。圆柱、杯形壁部24具有开口侧37和内直径39，内直径39仅比容器壁2的端部26的外直径41稍微更大，使得其紧贴地适配在所述端部26之上。

在图2b中，放电器皿3和UV增强器23处于组装后的位置，即UV增强器23的壁部24转移到容器壁2之上并且铌线35插入到容器壁2的端部26的孔33内，使得其抵靠嵌入的铱线31邻接。随后，在大约1600℃下在1bar氩气氛下烧结组装后的组合。该烧结通过从60%密度到大约98%密度的收缩密封使壁部24气密地烧结到端部26上以形成UV增强器腔29。因此，UV增强器23的壁部24与容器壁2的部分一起形成UV增强器23的闭合壁30，闭合壁30包围所述腔29。所述腔29填充有在所述烧结步骤期间应用的气体气氛，即填充有氩气，其压力在室温（·20℃）下为大约150mbar。此外，由于壁部24的收缩，迫使铌线35靠近铱线31以与其建立无焊接又非常好的可靠导电接触43。因此，形成引线，其中铱形成第一引线部分18a并且铌形成第二引线部分18b。因为最初壁部24仅具有60%密度并且是多孔的，即环境气体可穿透到壁部24的材料的体积45内，所以所述壁部24的孔将填充有环境气体，即填充有氩气。随后，在烧结步骤期间，由于壁部24的材料的收缩，所述氩气被捕捉到壁部24的体积45内，从而导致壁部24变成不透明并且高度反射性的。因此将向透明容器壁2并且向放电器皿3内部的电极11“引导”在UV增强器23的腔29中生成的UV辐射。UV增强器电极20是在第一灯电极11被安装于引线上的一侧处穿过腔29的第一末端47延伸的引线19，并且所述引线延伸穿过腔29中凭借烧结的塞以真空密封方式密封UV增强器23的第二末端49。所述塞形成容器壁2的端部26，引线19穿过端部26延伸并且连接到电流导体（其转而连接到电接触，参见图1）。UV增强器23具有13mm的长度、1.5mm的外部直径和0.675mm的内部直径。

在图2c中，示出放电器皿3+UV增强器23的制造的最终阶段，其中设置天线25，天线25在容器壁2的外表面27上并且在UV增强器23的壁部24的外表面28上延伸。天线25可由导电材料，例如透明导电涂层，例如ITO（氧化铟锡）形成，或由金属涂层形成，例如由在放电器皿3和UV增强器23已被结合并烧结之后沉积于外表面27、28上的钨形成。

图3以截面视图并且以更大的细节示出类似于图1和图2c的那些的组装后的UV增强器23和放电器皿3。放电器皿3的容器壁2的端部26具有阶梯轮廓51，使得所述轮廓和UV增强器23的壁部24以这样的方式适配在一起以使容器壁2和壁部24的外表面27、28在收缩烧结于一起之后是齐平的。因此，使得能够容易地在所述外表面27、28上提供天线25。此外，铌线35具有薄直径部分34和厚直径部分36。铌线35以其厚直径部分36密封在壁部24中。这样的构造尤其适合具有相对高标称功率，例如400W或更多的标称功率的电灯。

Claims (10)

1.一种高压气体放电灯，包括：

- 具有容器壁的陶瓷放电器皿，所述容器壁包围具有填充物的放电空间；

- 第一和第二电极，其相互相对地布置在所述放电空间中并且定义所述放电器皿的纵轴；

- 第一和第二引线，两者都以气密密封方式延伸穿过所述容器壁并且在所述引线上安装相应电极；

- 包括壁部和腔的UV增强器，所述腔被所述UV增强器的壁部以及所述容器壁的端部包围。

2.根据权利要求1所述的高压气体放电灯，特征在于所述引线其中之一形成所述UV增强器的内部电极，所述内部电极延伸穿过所述腔并且以气密密封方式延伸穿过所述壁部。

3.根据权利要求1或2所述的高压气体放电灯，特征在于所述UV增强器是管状并且与延伸穿过所述UV增强器的纵轴同轴。

4.根据权利要求1所述的高压气体放电灯，特征在于所述第一和第二引线中的至少一个包括密封在所述端部中的第一部分和密封在所述壁部中的第二部分，所述第一部分具有与所述第二部分的导电接触。

5.根据权利要求4所述的高压气体放电灯，特征在于所述第一部分和所述第二部分之间的所述导电接触是免于焊接的。

6.根据权利要求1所述的高压气体放电灯，特征在于所述第一部分由铱制成并且所述第二部分由铌制成。

7.根据权利要求1所述的高压气体放电灯，特征在于所述第二部分包括具有薄直径部分和厚直径部分的铌线，所述铌线以其厚直径部分密封在所述壁部中。

8.根据权利要求1所述的高压气体放电灯，特征在于所述容器壁具有外容器表面并且所述壁部具有外壁表面，并且有源天线在所述外容器表面和所述外壁表面之上延伸。

9.根据权利要求8所述的高压气体放电灯，特征在于所述外容器表面与所述UV增强器的所述外壁表面齐平。

10.一种制造高压气体放电灯的方法，包括以下步骤：

- 通过提供放电器皿的具有填充物的放电空间和安装在相应第一引线部分上的第一及第二电极并且将所述第一引线部分气密地密封在所述放电器皿的容器壁中，制造密封的放电器皿；

- 使用密封玻璃，将凹的UV增强器部分的陶瓷壁部收缩烧结到大约60%的密度，该步骤与将所述引线其中之一的第二部分密封在所述凹的UV增强器部分的陶瓷壁中以便穿过其延伸同时地进行，或者在引线的所述第二部分在所述UV增强器部分的壁部中的单独密封步骤之前进行；

- 组装所述放电器皿和UV增强器部分使得它们都抵靠所述第一引线和第二引线部分邻接，并且随后在所选择的气体气氛下将所述UV增强器部分收缩烧结（在大约1600℃下以及大约1bar氩气下）到大约98%的密度并收缩烧结到所述放电器皿上，以形成填充气体的UV增强器的闭合壁并且建立所述第一引线与第二引线部分的固定的导电接触。