專利名稱：低壓汞蒸汽放電燈和汞齊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括放電容器的低壓汞蒸汽放電燈，該放電容器以氣密方式密封提供有汞和惰性氣體填充物的放電空間，放電容器含有與放電空間連通的汞齊，并且該低壓汞蒸汽放電燈包括用于維持放電空間中的放電的裝置。
本發(fā)明還涉及用在該低壓汞蒸汽放電燈中的汞齊。
背景技術(shù)：
在該低壓汞蒸汽放電燈中，汞是用于(有效地)產(chǎn)生紫外(UV)光的主要部分?？捎冒l(fā)光層覆蓋放電容器的內(nèi)壁，發(fā)光層包括用于將UV轉(zhuǎn)換成其它波長例如轉(zhuǎn)換成用于曬黑目的(目光燈)的UV-B和UV-A或轉(zhuǎn)換成用于一般照明目的的可見輻射的發(fā)光材料(例如熒光粉粉末)。因此這種放電燈還被稱為熒光燈。低壓汞蒸汽放電燈的放電容器一般為管形和且截面為圓形，并包括兩個伸長和緊湊實例。一般情況下，所謂緊湊型熒光燈的管形放電容器包括相對短的收集部分和具有相對小直徑的直管部分，直管部分一方面借助橋接部分或另一方面借助例如弓形部分互連。緊湊型熒光燈一般設(shè)有燈頭(集成電子部件)。
在本發(fā)明的權(quán)利要求書和說明書中，使用術(shù)語“標(biāo)稱工作”表示汞蒸汽壓使得燈的輻射輸出至少是最佳工作期間的80％的工作條件，即在汞蒸汽壓最佳化的工作條件下。相對于只含有單體汞的放電燈來說，汞齊限制放電容器內(nèi)的汞蒸汽壓。這可使燈可在相對高的燈溫度下標(biāo)稱工作，在例如當(dāng)燈承受高負(fù)載或當(dāng)燈用在封閉或通風(fēng)不好的發(fā)光設(shè)備中時可產(chǎn)生這種相對高的燈溫。而且，在說明書和權(quán)利要求書中，“初始輻射輸出”定義為在接通放電燈之后1秒時放電燈的輻射輸出，“起動時間”定義為由放電燈達(dá)到最佳工作期間的80％的輻射輸出所需的時間。
開篇提到的低壓汞蒸汽放電燈還稱為蒸汽壓控制電燈，并公開于US專利4093889中。該公知燈具有在室溫下相對低的汞蒸汽壓。結(jié)果，該公知燈的缺點是當(dāng)普通電源用于操作所述燈時，初始輻射輸出相對低。另外，由于在接通燈之后汞蒸汽壓只稍稍有所增加，因此起動時間相對長。
除了上述汞齊燈之外，低壓汞蒸汽放電燈是公知的，它包括(主)汞齊和所謂輔助汞齊。如果輔助汞齊包括足夠的汞，則燈具有相對短的起動時間。在燈剛剛被接通之后，即在預(yù)熱電極期間，輔助汞齊被電極加熱，以便相對快速地分散它所含有的汞的實質(zhì)部分。在這點上，希望在接通之前燈在充分長的時間內(nèi)是熄滅的，以便容許輔助汞齊拾取足夠的汞。如果燈在相對短時間周期內(nèi)是熄滅的，則起動時間的減少只是很小的。此外，在初始輻射輸出(甚至)比只包括主汞齊的燈低的情況下，這起因于通過輔助汞齊調(diào)整放電空間中的相對低的汞蒸汽壓。相對長的燈遇到的另外的問題是由輔助汞齊釋放的汞散布到整個放電容器中花費(fèi)相對長的時間，因而在接通這種燈之后，證實了在輔助汞齊附近有相對亮區(qū)和在遠(yuǎn)離輔助汞齊的地方有相對暗區(qū)，這些區(qū)域在幾分鐘之后消失。
另外，公知的低壓汞蒸汽放電燈沒有汞齊并只含有單體汞。這些燈，也稱為汞燈，具有在室溫下的汞蒸汽壓和初始輻射輸出相對高的優(yōu)點。此外，起動時間相對短。在接通之后，這種類型的相對長燈也證實了在整個長度上具有基本恒定的亮度，這歸因于在接通這些燈時蒸汽壓(室溫下)足夠高?？墒褂霉療魧崿F(xiàn)在相對高燈溫下的標(biāo)稱工作，其中汞燈的放電空間含有(適當(dāng))足夠汞以在工作溫度下產(chǎn)生接近于最佳汞蒸汽壓的汞蒸汽壓。然而，在燈的使用壽命期間，由于例如粘接到放電容器內(nèi)壁上和/或發(fā)射體材料上而使汞損失。結(jié)果是，這種燈實際上只有有限的使用壽命。因此，實際上汞燈中的汞劑量基本上比以汽相的標(biāo)稱工作期間需要的汞量高。然而，這種燈的缺點是汞蒸汽壓等于符合于放電容器的最冷點溫度的飽和蒸汽壓。由于飽和蒸汽壓隨著溫度指數(shù)地增加，因此例如在通風(fēng)不好的照明設(shè)備中或在燈承受高負(fù)載時發(fā)生的溫度變化導(dǎo)致輻射輸出的減少。在相對低的環(huán)境溫度，汞蒸汽壓降低，這也使輻射輸出的減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供開篇所述類型的燈，當(dāng)規(guī)則地使用時，具有相對高的初始輻射輸出和相對短的起動時間以及在相對大的環(huán)境溫度范圍內(nèi)的相對高輻射輸出。
根據(jù)本發(fā)明，該目的是如下實現(xiàn)的汞齊包括鉍鉛化合物，其中鉛含量(Pb)在35≤Pb≤60at％范圍內(nèi)，鉍含量(Bi)在40≤Bi≤65at％范圍內(nèi)，汞含量(Hg)在0.05≤Hg≤1at％范圍內(nèi)。
使用這種Bi-Pb汞齊的優(yōu)點是，在室溫下，汞蒸汽壓相對接近于液體汞的蒸汽壓。如果汞齊具有上述成分，則放電燈標(biāo)稱工作在位于從65-165℃的相對寬溫度范圍內(nèi)的放電容器的對應(yīng)最冷點溫度下。使用這種Bi-Pb汞齊的另一優(yōu)點在于汞蒸汽壓作為溫度函數(shù)所繪制的曲線，可通過汞含量調(diào)整?？赏ㄟ^選擇根據(jù)本發(fā)明的Bi-Pb汞齊的成分獲得(主)汞齊的所述特性，即寬溫度間隔和可變的汞蒸汽壓曲線。
使用根據(jù)本發(fā)明的Bi-Pb汞齊的又一優(yōu)點在于汞齊可用在暗淡的低壓汞蒸汽放電燈中。
優(yōu)選，汞齊中的鉛含量在40≤Pb≤50at％范圍內(nèi)，鉍含量(Bi)在50≤Bi≤60at％范圍內(nèi)。特別適合的是接近在44at％Pb的Bi-Pb低共熔點的汞齊組分。
在工作中，Bi-Pb汞齊的上述組分能在位于從65-165℃的相對寬溫度范圍內(nèi)的放電容器的對應(yīng)最冷點溫度下實現(xiàn)的低壓汞蒸汽放電燈的輻射輸出(標(biāo)稱工作)的至少80％。包括根據(jù)本發(fā)明的Bi-Pb汞齊的放電燈的起動時間少于十秒，在任何情況下，同時輔助汞齊使起動時間減少到小于3秒。根據(jù)本發(fā)明組成的汞齊特別適合用在(節(jié)能)(緊湊型)低壓汞蒸汽放電燈中。這種放電燈具有好的初始輻射輸出并在標(biāo)稱工作時將相對短起動時間與用于放電容器的最冷點溫度的相對寬間隔相結(jié)合。結(jié)果，可在相對大溫度間隔中進(jìn)行標(biāo)稱燈工作。
優(yōu)選，汞含量(Hg)在0.05和0.75at％范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，低壓汞蒸汽放電燈的優(yōu)選實施例的特征在于汞齊還包括金，金含量(Au)在0.1≤Au≤20at％范圍內(nèi)。
在工作中，使用Bi-Pb-Au汞齊的上述組分，在位于從50-160℃的相對寬溫度范圍內(nèi)的放電容器的對應(yīng)最冷點溫度下實現(xiàn)至少80％的低壓汞蒸汽放電燈的輻射輸出(標(biāo)稱工作)，同時在位于從70-130℃的相對寬溫度范圍內(nèi)的放電容器的對應(yīng)最冷點溫度下實現(xiàn)至少90％的輻射輸出。
使用這種Bi-Pb-Au汞齊的另一優(yōu)點是汞蒸汽壓作為溫度函數(shù)繪制的曲線不只是經(jīng)過汞含量調(diào)整而還可以經(jīng)過汞齊成分調(diào)整。
根據(jù)本發(fā)明的所述Bi-Pb-Au汞齊的組分如此選擇，以便汞齊在100-140℃的溫度范圍內(nèi)熔化。此外，所述汞齊的少量汞含量在較高溫度下(140-175℃)產(chǎn)生相對低的汞激活性，汞齊以液體狀態(tài)存在于放電容器內(nèi)(汞是汽相的)。在相對低溫度下的相對高的汞激活性可通過汞不容易與下面的合金混合而獲得。Bi-Pb-Au汞齊組分特別適合，其中添加的金接近于Bi和Pb的上述低共熔點。這種汞齊具有56∶44的Bi-Pb比。
優(yōu)選，汞齊中的金含量在8≤Au≤12at％范圍內(nèi)。這種組分的Bi-Pb-Au汞齊在汞蒸汽壓曲線中呈現(xiàn)雙峰值，這是由Bi-Pb低共熔點(在125℃)上的結(jié)構(gòu)式BiPb3Au的大量三元金屬間化合物熔化造成的。
向Bi-Pb汞齊中添加金的又一優(yōu)點是，在低溫下(室溫)，汞蒸汽壓基本上與達(dá)到非常低的汞濃度(0.3％Hg)的汞濃度無關(guān)。結(jié)果，放電燈對在其它燈部件例如放電容器壁和/或發(fā)射體材料中的汞損失相對遲鈍的(不可逆的)。
除了上述材料之外，根據(jù)本發(fā)明的汞齊可包括添加劑，例如鋅、銀、鎵、銦、錫、銻和/或其它元素。希望這種添加劑不使Bi-Pb合金的熔化溫度范圍(100-140℃)移動20℃以上。
在低壓汞蒸汽放電燈的使用壽命開始階段，在工作期間相對大量的汞粘接到壁上。為了預(yù)防發(fā)生這種情況，根據(jù)本發(fā)明的燈的放電容器可用金屬氧化物保護(hù)層涂敷內(nèi)表面。例如是氧化鈧、氧化釔、氧化鑭或鑭系的一種元素的氧化物的這種保護(hù)層抵制由粘接在壁上引起的汞損失。具有少量汞消耗的放電燈是有利的，因為它能進(jìn)行汞的更優(yōu)化設(shè)計。
通過參照以下所述實施例(一個或多個)使本發(fā)明的這些和其它方面更明顯。


圖1A是包括根據(jù)本發(fā)明的低壓汞蒸汽放電燈的緊湊型熒光燈的實施例的截面圖；和圖1B是圖1A中所示的低壓汞蒸汽放電燈的細(xì)節(jié)的截面圖；圖2是用于根據(jù)本發(fā)明的Bi-Pb汞齊的作為溫度函數(shù)的汞蒸汽壓與兩種公知汞齊的汞蒸汽壓曲線對比的曲線圖；和圖3是用于根據(jù)本發(fā)明的汞齊Bi-Pb-Au的作為溫度函數(shù)的汞蒸汽壓與兩種公知汞齊的汞蒸汽壓曲線對比的曲線圖。
附圖只是示意性的，并沒有按比例繪出。特別是為了清楚起見，有些尺寸放大了很多。在附圖中，相同參考標(biāo)記盡可能表示相同的部件。
具體實施例方式
圖1A表示包括低壓汞蒸汽放電燈的緊湊型熒光燈。所述低壓汞蒸汽放電燈提供有透輻射的放電容器10，它以氣密方式封閉具有約10cm3體積的放電空間11。放電容器10是截面至少基本上為圓形和具有約10mm的(有效)內(nèi)徑的玻璃管。該玻璃管被彎成所謂鉤形，并且在本例中，包括大量直管部分，圖1A中示出了兩個直管部分31、33。該玻璃管還包括大量弧狀部分，圖1A中示出了兩個弧狀部分32、34。放電容器10在內(nèi)壁12上設(shè)有發(fā)光層17。在另一實施例中，省略發(fā)光層。放電容器10由殼體70支撐，而殼體70還支撐設(shè)有本質(zhì)上公知的電和機(jī)械接觸件73a、73b的燈頭71。低壓汞蒸汽放電燈的放電容器10被固定到燈殼體70上的透光外殼60包圍。透光外殼60一般具有粗糙外形。
圖1B是圖1A中所示的低壓汞蒸汽放電燈的細(xì)節(jié)的非常示意的截面圖。除了汞之外，放電容器10中的放電空間11包括惰性氣體，本例中為氬。由設(shè)置在放電空間11中的電極對41a(圖1B中只示出一個電極)形成用于維持放電的裝置。電極對41a是用電子發(fā)射物質(zhì)覆蓋的鎢線圈，本例中電子發(fā)射物質(zhì)是氧化鋇、氧化鈣和氧化鍶的混合物。每個電極對41a由放電容器10的(窄)端部支撐。饋流導(dǎo)體50a、50a’通過放電容器10的端部從電極對41a延伸，并伸出到外部。饋流導(dǎo)體50a、50a’與容納在殼體70內(nèi)并與燈頭71上的電接觸件73b(見圖1A)電連接的(電子)電源連接。
除了汞之外，放電空間11還包括惰性氣體，本例中為氬和氖。在本例中，汞不只存在于放電空間11中，而且還存在于根據(jù)本發(fā)明的汞齊63中。為此，在圖1B所示的例子中，在放電容器10中設(shè)置具有含4.0％重量FeO的石灰玻璃的壁61的容器60，在本例中，容器60位于放電容器10的管形凸部62a中。在工作中，汞齊63與放電容器10連通。在容器60的壁61中，通過熔化形成開口64。容器60具有凸出部分68，容器60利用該凸出部分68夾持在凸部62a中。容器60包括根據(jù)本發(fā)明的汞齊63；在所示實施例中，為帶有鉍、鉛和金的合金的Hg汞齊的100mg的量。(除了少量添加劑或雜質(zhì)以外)，根據(jù)本發(fā)明的Bi-Pb-Au汞齊63的特別適合的組分具有在40≤Pb≤50at％范圍內(nèi)的鉛含量，在50≤Bi≤60at％范圍內(nèi)的鉍含量，在8≤Au≤12at％范圍內(nèi)的金含量，和約0.5at％Hg的汞含量。
圖1B中所示的例子中，饋流導(dǎo)體之一50a’還設(shè)有載有所謂輔助汞齊83的所謂標(biāo)記。當(dāng)接通低壓汞蒸汽放電燈時，輔助汞齊83被電極41a加熱，使它相對快速地釋放存在于其中的汞的本質(zhì)部分。在上述低壓汞蒸汽放電燈的又一實施例中，不用容器配置汞齊，在這種情況下，使用玻璃棒以防止汞齊進(jìn)入放電容器中。
根據(jù)本發(fā)明的Bi-Pb和Bi-Pb-Au汞齊特別適合用在(緊湊型)熒光燈中。
根據(jù)本發(fā)明的放電燈的另一實施例包括所謂無電極放電燈，其中用于維持放電的裝置位于由放電容器包圍的放電空間外部。通常，所述裝置是由電導(dǎo)體纏繞的線圈形成的，并在工作期間，利用高頻電壓，例如具有約3MHz的頻率，給所述線圈供電。一般情況下，所述線圈環(huán)繞軟磁材料的芯。
圖2表示其中根據(jù)本發(fā)明的特別合適的汞齊Bi56-Pb44-Hg0.5(曲線A)的作為溫度(攝氏度)函數(shù)的汞蒸汽壓(以Pa表示的PHg)與兩個公知汞齊即Bi53-Sn47-Hg3(曲線R，從US4157485知道的汞齊)和Bi48-Sn24-Pb28-Hg3(曲線T，從US4093889知道的汞齊)的對應(yīng)汞蒸汽壓曲線對比的曲線圖。兩個水平鏈點線表示輻射輸出至少為最佳工作期間的80％的范圍。圖2中所示的汞蒸汽壓曲線之間的對比表示根據(jù)本發(fā)明的Bi-Pb汞齊具有較寬的飽和范圍并且這種汞齊可用于具有較高最冷點溫度的燈中。
圖3表示其中根據(jù)本發(fā)明的特別合適的汞齊Bi50-Pb40-Au10-Hg0.5(曲線B)的作為溫度(攝氏度)函數(shù)的汞蒸汽壓(以Pa表示的PHg)與兩個公知汞齊即Bi53-Sn47-Hg3(曲線R，從US4157485知道的汞齊)和Bi48-Sn24-Pb28-Hg3(曲線T，從US4093889知道的汞齊)的對應(yīng)汞蒸汽壓曲線對比的曲線圖。兩個水平鏈點線表示輻射輸出至少為最佳工作期間的80％的范圍。對于Bi50-Pb40-Au10-Hg0.5汞齊的汞蒸汽壓曲線呈現(xiàn)雙峰值，這是由于在125℃的Bi-Pb低共熔點上的大量結(jié)構(gòu)式BiPb3Au的三元金屬間化合物的熔化造成的。圖3中所示的汞蒸汽壓曲線之間的對比表示根據(jù)本發(fā)明的Bi-Pb汞齊具有較寬的飽和范圍并且這種汞齊可用于具有較高最冷點溫度的燈中。
對于在它們的使用壽命期間消耗相對少的汞的無電極低壓汞蒸汽放電燈，可設(shè)計具有相對低的初始汞含量的更優(yōu)化汞齊，這有利于在放電燈的使用壽命期間在相對大環(huán)境溫度范圍內(nèi)獲得高輻射輸出。
顯然，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可做出各種修改。本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上面給出的實施例。本發(fā)明體現(xiàn)在每個新的特征和特征的每個組合上。權(quán)利要求書中的參考標(biāo)記不限制其保護(hù)范圍。動詞“包括”及其動詞變化的使用不排除存在權(quán)利要求書中提到的元件以外的元件或步驟。在元件前面使用冠詞“一個”不排除存在多個這種元件。
權(quán)利要求
1.一種低壓汞蒸汽放電燈，包括放電容器(10)，該放電容器(10)以氣密方式封閉提供有汞和惰性氣體填充物的放電空間(11)，放電容器(10)含有與放電空間(11)連通的汞齊(63)，并且該低壓汞蒸汽放電燈包括用于維持放電空間(11)中的放電的裝置(41a、41b)，其特征在于汞齊(63)包括鉍-鉛化合物，其中鉛含量(Pb)在35≤Pb≤60at％范圍內(nèi)，鉍含量(Bi)在40≤Bi≤65at％范圍內(nèi)，汞含量(Hg)在0.05≤Hg≤1at％范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于鉛含量在40≤Pb≤50at％范圍內(nèi)，鉍含量在50≤Bi≤60at％范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于汞齊(63)還包括金，金含量(Au)在0.1≤Au≤20at％范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于金含量在8≤Au≤12at％范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于汞含量(Hg)在0.05-0.75at％范圍內(nèi)。
6.一種用在如權(quán)利要求1或2所述的低壓汞蒸汽放電燈中的汞齊。
全文摘要
一種低壓汞蒸汽放電燈提供有放電容器(10)。放電容器(10)以氣密方式封閉提供有汞和惰性氣體填充物的放電空間(11)。放電容器(10)設(shè)有與放電空間(11)連通的汞齊。該放電燈包括用于維持放電容器(10)內(nèi)的放電的裝置。該放電燈的特征在于汞齊包括鉍－鉛汞齊,其中鉛含量在35≤Pb≤60at%范圍內(nèi),鉍含量在40≤Bi≤65at%范圍內(nèi),汞含量在0.05≤Hg≤1at%范圍內(nèi)。優(yōu)選,汞齊另外包括金,金含量在0.1≤Au≤20at%范圍內(nèi)。優(yōu)選,金含量在8≤Au≤12at%范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的燈在標(biāo)稱工作時呈現(xiàn)高初始輻射輸出和與相對高輻射輸出相結(jié)合的短起動時間,這可以在相對大的溫度間隔中實現(xiàn)。
文檔編號H01J61/24GK1365509SQ01800580
公開日2002年8月21日 申請日期2001年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月21日
發(fā)明者M·H·R·蘭克霍爾斯特, W·C·克伊爾, L·C·I·卡爾登霍文 申請人:皇家菲利浦電子有限公司