專利名稱：高強(qiáng)度氣體放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為高亮度、高效率、高顯色性的燈具等的高強(qiáng)度
氣體放電燈(HID燈)。
背景技術(shù)：
如專利文獻(xiàn)1所明示，作為放電燈的結(jié)構(gòu)， 一般采用在放電容 器兩端固持電極，并經(jīng)由鉬箔/人外部給電極供電的結(jié)構(gòu)。
作為放電容器的材料， 一般采用氧化硅、氧化鋁陶瓷等，用w
與Mo或Nb等的組合及焊接來制作電極。另外，在放電容器內(nèi)除了 封入氬氣、汞、鈉以外，為了發(fā)揮高顯色性還封入Dy等稀土類金屬 的各種卣化物。
在這種HID燈中， 一接通電源，在電極間開始輝光放電，電極 自身發(fā)熱會首先使汞開始?xì)饣?br> 汞因電極間的熱電子和汞蒸氣之間的碰撞而暫時被激勵成為離 子，發(fā)出光后再恢復(fù)成汞原子。在恢復(fù)到汞的過程中，發(fā)出汞固有 的光(從紫外光到可見光直至紅外光的所有波長的光)。這個發(fā)光現(xiàn)象 稱為電弧放電。伴隨該現(xiàn)象，；故電容器內(nèi)的實際溫度慢慢上升，鈉 和金屬自化物就依次氣化。即，氣體的蒸氣壓就是它們各自持有的 一定分壓。然后，由于與熱電子的碰撞，這些金屬卣化物分子或金 屬類被激勵而成為離子，再次恢復(fù)到原狀態(tài)即金屬卣化物分子或金 屬類的過程中發(fā)出有關(guān)的固有的光(分子發(fā)光和原子發(fā)光)。上述的過
3程總稱為卣素循環(huán)。
在HID燈中，存在下述不良情況電極的實際溫度由輸入電流 或輸入電壓控制，不過在制造過程中不可避免被混入的雜質(zhì)與電極 端部的鎢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會導(dǎo)致電極自身的熔點降低(合金肯定比純 鴒的熔點低)。熔點一旦降低，合金就從電極的端部開始?xì)饣?，并?鍍在溫度相對較低的放電容器(也叫放電管)的內(nèi)壁上，最終會引起燈 管的黑化。其結(jié)果是，向外發(fā)射的光被遮擋。這是光通量維持系數(shù) 降低的原因之一。
在專利文獻(xiàn)2中公開了用金屬體覆蓋電極的結(jié)構(gòu)，具體而言就 是通過在密封部內(nèi)的電極周圍螺旋狀纏繞鴒絲來防止電極過于高溫 的方案。
另外，點燈時，由于HID燈的放電容器內(nèi)壁接近IOO(TC,氬氣 容易從密封部泄漏。因此，專利文獻(xiàn)3提出了如下方案用由漸變 機(jī)能材料制成的閉塞體封住氧化鋁陶瓷制的放電容器的兩端，在該 閉塞體的導(dǎo)電性部位插入熱膨脹系數(shù)與氧化鋁陶瓷大致相等的鈮制 外部電極，通過導(dǎo)電性部位與鎢制內(nèi)部電極導(dǎo)通。
專利文獻(xiàn)l:特開平6 - 52830號公報 專利文獻(xiàn)2:特開2000 - 268773號公報 專利文獻(xiàn)3:特開2002 - 343304號公報

發(fā)明內(nèi)容
HID燈的放電容器在密封部，其內(nèi)壁和插入的電極之間難免會 存在間隙。該間隙中會滯留有金屬囟化物。其原因是，液態(tài)金屬鹵 化物有表面張力，也就是說金屬囟化物的粘度高。而且，暫時停滯的金屬卣化物會隨著點燈引起的電極溫度上升而不再參與氣體的卣 素循環(huán)，并會與電極間引起化學(xué)反應(yīng)。
具體而言，會發(fā)生如下的現(xiàn)象Dy與部分電極材料即Nb發(fā)生 置換反應(yīng)，Nb向放電容器內(nèi)部移動，Dy則停滯在Nb(電極材料)內(nèi)。 然后，氣化了的Nb在熄燈時會附著在鎢電極端部(最冷部分)。并且， 在下次點燈時，由于電極發(fā)熱會使W和、Nb形成合金。該合金比純 鎢的熔點低，因此會導(dǎo)致鴒電極的端部慢慢耗損的現(xiàn)象。熔融的合 金會蒸鍍在放電容器內(nèi)壁，向外發(fā)光被遮擋。因此，光在內(nèi)壁上轉(zhuǎn) 換成熱，放電容器內(nèi)部的溫度不是如所期待地趨向穩(wěn)定，而是會逐 漸上升。隨著這一連串的化學(xué)反應(yīng)逐漸增多，最終導(dǎo)致燈的損壞。
本發(fā)明通過以下方法解決上述課題為了抑制成為根本觸發(fā)因 素的Nb和稀土類金屬的置換，在電極上設(shè)置由穩(wěn)定的0^03形成的 薄膜，同時由于Si02的置換依靠熔接玻璃和金屬卣化物的接觸溫度， 因此盡可能將該部位的溫度降低，即使其遠(yuǎn)離放電的熱源中心。
也就是，本發(fā)明具有如下的結(jié)構(gòu)在陶瓷制放電容器的兩端設(shè)置密封部，在該密封部用熔接玻璃固持電極的HID燈中，上述電極 中與熔接玻璃接觸的部分由Nb或其合金構(gòu)成，在該Nb或其合金的 表面、或者在Nb或其合金和W或Mo制電極的焊接部位的表面上 在密封前預(yù)先形成薄膜，所述薄膜由裝入放電容器內(nèi)的稀土類金屬 與卣素的化合物中的稀土類金屬的氧化物形成。
為了防止因HID燈的熱循環(huán)而導(dǎo)致薄膜和電極間的剝離，根據(jù) 經(jīng)驗，薄膜的厚度最好為30pm以下。另外，作為上述稀土類金屬， 例如有鏑(Dy)、鈧(Sc)、釹(Nd)、銪(Eu)、鈥(Ho)、銩(Tm)及鐿(Yb)
等元素。
在本發(fā)明的HID燈中，在密封部固持的電極由Nb(Nb合金)構(gòu)成， 用稀土類金屬氧化物的薄膜覆蓋該Nb(Nb合金)表面、或者Nb(Nb合 金)和W或Mo電極的焊接部位的表面，從而能防止Nb與W電極或 Mo電極形成低熔點合金，可大幅度提高壽命。
另外，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是將Nb構(gòu)成的部分全部由熔接玻璃覆蓋，但 是，本發(fā)明在Nb電極表面、或者Nb電極和W或Mo電極的焊接部 位的表面上形成稀土類金屬氧化物的薄膜，因此被封入的稀土類金 屬不會與之發(fā)生反應(yīng)。其結(jié)果，沒有必要用熔接玻璃將Nb部位全部 覆蓋，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，可使露出于放電容器內(nèi)表面的熔接玻璃的 位置向低溫側(cè)退卻。這樣一來，可抑制熔接玻璃中難免包含的Si02 被稀土類金屬還原而生成Si或SiO,可期待大幅度延長壽命，達(dá)到 與純Nb等效。


圖1是本發(fā)明的HID燈的整體圖； 圖2是本發(fā)明的HID燈的剖面圖； 圖3是電極的分解圖； 圖4是密封部的放大剖面圖5中(a)表示電極的另一實施例，(b)是(a)的要部放大
圖6中(a)表示另一實施例的電極在焊接前情況；(b)表示該 電極焊接后的情況。
具體實施方式

以下，基于

說明本發(fā)明的實施例。這里，圖1是裝入 了本發(fā)明的HID燈的照明器具的整體圖，圖2是本發(fā)明的HID燈的 剖面圖；圖3是電極的分解圖；圖4是密封部的放大剖面圖。
圖1所示的照明器具具有不需要前側(cè)玻璃的三重管結(jié)構(gòu)，在外 側(cè)管1內(nèi)配置內(nèi)側(cè)管2,在該內(nèi)側(cè)管2中裝入本發(fā)明的HID燈3，將 從燈頭4伸出的導(dǎo)電體5、 6各自接到HID燈3的外部電極7、 8上。 在本實施例中，外部電極7、 8由Nb (鈮)構(gòu)成。再有，7a、 8a是 將外部電極7、 8 —部分變形后形成的止擋部，如圖4所示，通過將 該止擋部7a、 8a組裝成抵觸放電容器端部，可正確設(shè)定HID燈中重 要的電極間距。
一般來說，放電燈3用氧化硅或氧化鋁陶瓷作為材料。將該HID 燈3的中央部作為發(fā)光部3a，兩端作為密封部3b。在發(fā)光部3a里面 除氬氣、汞、鈉之外，還裝入稀土類金屬(Dy)等的多種囟化物(主要 是碘化物)。
7
密封部3b通過由熔接玻璃組成的密封材料9來氣密性固持上述 Nb(鈮)制的外部電極7、 8,在這些外部電極7、 8上焊接W(鴒)或 Mo (鉬)制的內(nèi)部電極10、 11。另外，在內(nèi)部電極10、 11的端部 纏繞放電用的線圈12,在中間部纏繞散熱用的線圏13。
上述密封材料9 一般使用具有1500。C以上熔點的Dy203 - Si02 -八1203系熔接玻璃，如圖3所示，該密封材料9在加熱以前呈環(huán)狀。
另夕卜，在Nb制外部電極7、 8的表面形成由稀土類金屬氧化物(例 如0^03)所組成的薄膜14,該稀土類金屬與封入發(fā)光部3a內(nèi)的金屬 囟化物中的金屬相同?；蛘?，也可取代該稀土類金屬氧化物14而形 成稀土類金屬氧化物(100%氧化物—漸變層—100%鈮)以同心圓狀漸
變的薄膜。
形成上述薄膜有以下三個方法。 (方法1)
在純度為99.9%以上的稀土類金屬氧化物中埋設(shè)Nb電極，并在 點燈時Nb電極溫度以上(500- 800。C)保持一定時間，使Nb電極表 面與稀土類金屬氧化物直接接觸，以形成稀土類金屬氧化物的濃度 從內(nèi)部向表層逐漸加大的薄膜。為使剝離的可能性降到最低，則Nb 電極的直徑為0.7mmcl)時，該薄膜的厚度最好不大于30 jum。
(方法2) '
在純度為99.99%以上的氬氣氣氛中，大氣壓以下且露點為-80 。C至-IO(TC范圍內(nèi)，將稀土類金屬的卣化物和Nb電極密封在氧化 硅容器中，使Nb電極跟通過/人外部進(jìn)行高頻加熱而氣化的卣化稀土 類金屬發(fā)生反應(yīng)。也就是強(qiáng)制地使Nb與稀土類金屬置換。然后，通 過使反應(yīng)后的Nb電極在大氣中加熱氧化，在Nb電極表面上形成穩(wěn)
8定的稀土類金屬氧化物膜。
本發(fā)明中，M)外部電極7、 8不是全部被密封材料9覆蓋，而 是外部電極7、 8的一部分以露出狀態(tài)置于放電容器內(nèi)。在傳統(tǒng)技術(shù) 中，在該露出的部分，封入的稀土類金屬與Nb發(fā)生置換反應(yīng)，Nb 移動到鵪電極的端部而生成低熔點的合金。但在本發(fā)明中，Nb制外 部電極7、 8表面上預(yù)先用Dy等稀土類金屬的氧化膜覆蓋，不會產(chǎn) 生上述反應(yīng)。另外，因為不必用密封材料9覆蓋整個外部電極7、 8, 能夠使密封材料9的內(nèi)表面后退到低溫區(qū)，消除了因還原反應(yīng)而在 放電管內(nèi)部形成Si或SiO的不利因素。
圖5(a)是電極的另一實施例的圖，(b)是(a)的要部放大圖，此例 中將內(nèi)部電極10、 11壓入Nb制的防護(hù)套15中，將該防護(hù)套15的 一部分固持在密封部。此實施例中，也在防護(hù)套15內(nèi)外表面上形成 稀土類金屬氧化物的薄膜14或稀土類金屬氧化物的漸變層。
圖6(a)是另一實施例的電極焊接前的圖，(b)是該電極焊接后的 圖，Nb制外部電極16和W制內(nèi)部電極17之間用Mo制中間電極18 連接。采用Mo制中間電極18是理想的，因為它容易與Nb焊接， 加工容易且成本也比較低，還很少跟金屬卣化物起反應(yīng)。
而且，在此另一實施例中，稀土類金屬氧化物的薄膜14覆蓋到 Nb制外部電極16和Mo制中間電極18之間的焊接部19的表面。
權(quán)利要求
1. 一種高強(qiáng)度氣體放電燈，在陶瓷制放電容器的兩端設(shè)有密封部，在所述密封部通過熔接玻璃來固持電極，其特征在于所述電極中與熔接玻璃接觸的部分由Nb或其合金制成，密封前在該Nb或其合金的表面、或者在Nb或其合金和W或Mo制電極的焊接部位的表面上預(yù)先形成薄膜，所述薄膜由裝入放電容器內(nèi)的稀土類金屬與鹵素的化合物中的稀土類金屬的氧化物形成。
2. 如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度氣體放電燈，其特征在于所述稀 土類金屬是Dy、 Sc、 Nd、 Eu、 Ho、 Tm或Yb。
全文摘要
本發(fā)明旨在抑制放電容器里封入的稀土類金屬和電極之間的化學(xué)反應(yīng)，能顯著改善燈的壽命。HID燈3以中間部為發(fā)光部3a，兩端部為密封部3b，在密封部3b通過由熔接玻璃形成的密封材料9將由Nb棒或一端封口的管(防護(hù)套)構(gòu)成的Nb外部電極7、8氣密性固持，在這些外部電極7、8上焊接由W(鎢)或由Mo(鉬)制成的內(nèi)部電極10、11。在由Nb棒或一端封口的管(防護(hù)套)構(gòu)成的外部電極7、8的表面上，形成稀土類金屬的氧化物(例如Dy₂O₃)的薄膜14，該稀土類金屬與封入發(fā)光部3a內(nèi)的稀土類金屬鹵化物中的金屬相同。
文檔編號H01J61/073GK101490795SQ20078000052
公開日2009年7月22日 申請日期2007年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月18日
發(fā)明者加藤育宏 申請人:上海精瓷照明電器有限公司