專利名稱：調(diào)光特性增強(qiáng)的高強(qiáng)度放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度放電(HID)燈，特別是包括用于增強(qiáng)的燈的調(diào)光 (dimming)特性的改良電極的HID燈。本發(fā)明也涉及這種改良電極的制造方法。
背景技術(shù)：
大多數(shù)市場(chǎng)上可購(gòu)買到的已知HID燈有幾個(gè)用途，例如低功率金屬鹵化物燈用于 室內(nèi)照明應(yīng)用。HID燈具有不需要預(yù)熱特性的電極。該燈必須使用冷電極可靠地啟動(dòng)，并在 初始和達(dá)到穩(wěn)態(tài)操作溫度后的整個(gè)壽命期間都表現(xiàn)出規(guī)定的電和光特性。這些要求對(duì)電極 設(shè)計(jì)設(shè)置了不同的且經(jīng)常矛盾的條件。 除了這些要求之外，在燈的光輸出必須調(diào)整為某減小的值，或者實(shí)際情況允許減 少燈功率和能量消耗的應(yīng)用中，調(diào)光是大的優(yōu)點(diǎn)。 最重要的HID燈類型是高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、放電汽車燈、和特殊 類型(投影，攝影棚等)燈。在用于室內(nèi)照明或可能用于車輛照明的HID燈的低瓦數(shù)范圍 內(nèi)，持續(xù)模式調(diào)光尤其重要。 傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)只能使調(diào)光降至額定瓦數(shù)的大約60%，這使得它們不能用于某些應(yīng) 用。 根據(jù)US2， 887， 603和US2， 951， 171中公開的方案，在燈內(nèi)使用了一對(duì)特殊電極。其 中之一包括在錐形腔內(nèi)的氧化釷發(fā)射材料。另一個(gè)公開了具有線圈的電極，該線圈為發(fā)射 材料提供巢從而減少其損失率并因此延長(zhǎng)燈的壽命。 在涉及放電燈電極的US3， 619， 699中，示出了以片狀或粒狀的形式使用氧化釷作 為發(fā)射材料。發(fā)射材料的蒸汽放氣幫助弧末端穿透入電極腔中，這在零電流后的AC再點(diǎn)火 期間將等離子體成份注入腔中。這種放氣在高壓低電流燈中是非常希望的。深度不顯著大 于末端穿透的深度的腔有助于放氣。腔內(nèi)深處的高溫是有利的，其通過(guò)在腔組件前端和包 圍它的冷卻器輻射屏蔽之間提供增強(qiáng)的熱耦合來(lái)達(dá)到，同時(shí)也通過(guò)在腔組件側(cè)面和冷卻器 屏蔽之間的熱絕緣來(lái)達(dá)到。將發(fā)射材料布置在腔的較低部分中有助于更深的末端穿透。避 免了使輻射屏蔽突出超過(guò)腔組件，因?yàn)檫@種突出會(huì)有助于在屏蔽上形成點(diǎn)狀弧末端。
該教導(dǎo)暗示了在電極尖端上使用螺旋組件，但是螺旋組件并不真的形成腔。螺旋 組件用來(lái)給發(fā)射材料做貯存器。發(fā)射材料沒(méi)有完全填滿該貯存器，而是將該材料保持在合 適位置的元件將腔完全填滿。由于發(fā)射材料的嵌入和大量電極部件，導(dǎo)致制造這種電極也 很復(fù)雜。 從已公開專利申請(qǐng)US2006/0238127中已知了另一種解決方案，其中放電容器具 有設(shè)有一對(duì)電極的相互對(duì)置的第一和第二頸狀部分，每個(gè)頸狀部分沿其整個(gè)長(zhǎng)度為管狀。 該文獻(xiàn)中公開了棒和螺旋組合，其具有例如棒和螺旋之間的熱接觸難以控制的一些缺點(diǎn)。 因此，利用中間組件將鎢管安裝在鎢棒上來(lái)制造該電極。小直徑鎢管非常昂貴，并且需要非 傳統(tǒng)的電極制造技術(shù)，該技術(shù)會(huì)進(jìn)一步增加生產(chǎn)成本并會(huì)涉及到主要是亞毫米尺寸電極具 有的直徑控制問(wèn)題。
需要具有腔電極的HID燈，該腔電極需要簡(jiǎn)單且成本有效的制造技術(shù)。 最近新出現(xiàn)的需求是，HID燈可使用連續(xù)的寬瓦數(shù)范圍調(diào)光。更進(jìn)一步特別需要
通過(guò)合適的電極結(jié)構(gòu)來(lái)滿足這個(gè)需求。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例中，提供了高強(qiáng)度放電燈，其包括放電容器，和在放電 容器內(nèi)在相對(duì)的位置上具有彼此面對(duì)的基本上平坦的端部的兩個(gè)電極。導(dǎo)線的螺旋線圈至 少纏繞在電極棒中至少一個(gè)的表面的一部分上。螺旋線圈從對(duì)應(yīng)電極棒的所述端部突出， 從而形成空心腔以擴(kuò)大燈的可調(diào)光瓦數(shù)范圍。 在本發(fā)明另一方面的典型實(shí)施例中，提供了用于高強(qiáng)度放電燈的電極。該電極包
括具有基本上平坦端部的電極棒。導(dǎo)線的螺旋線圈至少纏繞在電極棒表面的一部分上，螺
旋線圈從電極的所述端部突出，從而形成空心腔以擴(kuò)大燈的可調(diào)光瓦數(shù)范圍。 最后提供了這種電極的制造方法，該方法包括如下步驟將至少一個(gè)導(dǎo)線的螺旋
線圈層的匝纏繞在電極棒表面上，同時(shí)螺旋線圈層從電極棒的所述端部突出，從而形成空心腔。 在該方法的典型實(shí)施例中，螺旋線圈層和其匝在壓模中壓在一起，該壓模包括圓 柱體、內(nèi)核和一個(gè)或兩個(gè)同心環(huán)形可移動(dòng)活塞。 本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有一些優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于已知的HID燈的可調(diào)光瓦數(shù)范圍，它 顯著擴(kuò)大了 HID燈的可調(diào)光瓦數(shù)范圍。燈電極的柔性腔形結(jié)構(gòu)提供了更好的發(fā)光效率；更 好地限定的弧附件，以及由此產(chǎn)生的燈的更穩(wěn)定的操作。本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)能夠僅僅對(duì)現(xiàn) 有制造技術(shù)應(yīng)用小的修改而制造，這又使燈的制造便宜且簡(jiǎn)單。


現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中 圖1是顯示本發(fā)明的包括放電容器的HID燈的一個(gè)典型實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D， 圖2是顯示圖1中放電容器的截面?zhèn)纫晥D， 圖3是顯示圖1中燈的電極端部的截面?zhèn)纫晥D， 圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的電極的另一實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D， 圖5是顯示電極的又一個(gè)實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D， 圖6是顯示電極的再一個(gè)實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D， 圖7是示意性顯示在電極制造中使用的模壓裝置的截面?zhèn)纫晥D， 圖8是示意性顯示在電極制造中使用的另一模壓裝置的截面?zhèn)纫晥D， 圖9是示意性顯示模壓之后圖7的布置的截面?zhèn)纫晥D， 圖10是現(xiàn)有的燈與本發(fā)明的燈的調(diào)光瓦數(shù)范圍的對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式
首先參考圖l，顯示了高強(qiáng)度放電燈，或者通常稱為HID燈。該燈具有包括放電容 器2的外殼l，放電容器2通過(guò)引入線5與夾緊部分6中的電端子4相連。放電容器2包 括兩個(gè)電極3。放電容器2可以由例如石英玻璃形成，當(dāng)然也可以使用其他合適的材料，例如，多晶氧化鋁、釔鋁石榴石、A1N。外殼1可以由例如硬質(zhì)玻璃、石英玻璃、或其摻雜形式形 成，以實(shí)現(xiàn)容器內(nèi)的放電所發(fā)射的UV輻射的適度過(guò)濾。 圖2示出了放電容器2。在HID燈中廣泛使用的、任何公知的物質(zhì)，例如稀有氣體、 鈉、金屬鹵化物、汞或替代汞的材料例如Znl2 Al^，均可對(duì)其進(jìn)行填充。兩個(gè)電極3具有 在放電容器內(nèi)相對(duì)位置上彼此面對(duì)的自由端部。這種布置通常用于其他HID燈。
圖3顯示了圖1的燈的電極7中的一個(gè)的端部部分。在圖3中，電極棒9由鎢或 鎢合金形成。后者可以包含1_3%重量的選自包括例如釷、鉿和鈰的組的一種或多種金屬的 某些氧化物。這種材料通常用于放電燈電極。鎢或鎢合金導(dǎo)線的螺旋線圈io纏繞在電極 棒9中至少一個(gè)的表面的一部分上。鎢合金導(dǎo)線可以包括與電極棒9的材料相同的添加材 料。纏繞有導(dǎo)線的表面部分靠近電極棒9的自由端部，在此處電極棒9終止于朝向放電空 間的基本上平坦的端部16。螺旋線圈10從電極棒9的端部16突出。從而形成空心腔ll 以獲得擴(kuò)大的HID燈的可調(diào)光瓦數(shù)范圍。 圖4顯示了另一種可選空心電極的端部部分。這與圖3中示出的版本非常類似， 其不同之處是螺旋線圈IO包括兩層。第一層17以與圖3實(shí)施例中相同的方式纏繞在電極 棒9上。然而，外部第二層18直接纏繞在第一層17上。這兩層17和18—起提供了對(duì)于 電極熱質(zhì)量更好的設(shè)計(jì)靈活性并且同時(shí)提供了更大的機(jī)械穩(wěn)定性。在這個(gè)實(shí)施例中也形成 了空心腔ll，并保證了所需要的工作特性。 接下來(lái)圖5和圖6示出了最后這種兩層類型的電極的兩個(gè)改進(jìn)實(shí)施例。
在圖5中，第二層18相對(duì)于第一層17朝著電極的自由端部移動(dòng)。這導(dǎo)致了腔11 的不同形狀，該形狀具有漏斗狀加寬喉部。已經(jīng)有經(jīng)驗(yàn)證明，這種形狀也顯著地促進(jìn)可獲得 的擴(kuò)大的可調(diào)光范圍。腔11的漏斗狀加寬喉部實(shí)際上包括長(zhǎng)度為L(zhǎng)l的內(nèi)部部分和外部加 寬部分。空心腔11的總長(zhǎng)度是L2。在該所示實(shí)施例中，通過(guò)第一層17中的導(dǎo)線的半徑r2 確定喉部中加寬的度量。在這種情況下，該加寬等于r2的四倍，因?yàn)閮蓚€(gè)線圈的導(dǎo)線的直 徑相同。然而，該加寬可以在第二層18中的線圈的隨后的匝中增長(zhǎng)同時(shí)遠(yuǎn)離電極棒19的 端部16移動(dòng)。這得到了錐形漏斗狀加寬喉部。該可能的實(shí)施例并沒(méi)有通過(guò)單獨(dú)的附圖示 出。 第二層18中導(dǎo)線的半徑r3可以與第一層17中導(dǎo)線的半徑r2大致上相同或不同。
作為這種尺寸的常用實(shí)踐規(guī)則，建議螺旋線圈的導(dǎo)線的半徑r2和r3小于對(duì)應(yīng)圓柱形電極
棒9的半徑rl的3/5。該規(guī)則來(lái)自于當(dāng)前工藝水平的制造技術(shù)的制約。 圖6顯示了以第三層19結(jié)束的圖5的一個(gè)版本。在這種情況下，第二層18也以
大于第一層17的長(zhǎng)度從對(duì)應(yīng)電極棒的端部16突出。第三層19由鎢或鎢合金導(dǎo)線形成，纏
繞在第一層17和第二層18之間，第三層中的導(dǎo)線的半徑小于第一層17和第二層18中的
導(dǎo)線的半徑。例如，該半徑可以通過(guò)幾何得到優(yōu)化，即通過(guò)半徑r2和r3優(yōu)化?；谶@種布
置，螺旋線圈10的導(dǎo)線之間的空間能夠得到比之前的實(shí)施例更好的填充。第三層19可以
延伸至第一層17的整個(gè)外側(cè)，而不僅僅是與第二層18重疊的部分。發(fā)射材料也能夠分配
在線圈匝之間，而不是以合金的形式將其添加到電極棒或螺旋線圈的材料中。 在制造過(guò)程中，實(shí)施將至少一個(gè)鎢或鎢合金導(dǎo)線的螺旋線圈層的匝纏繞在電極棒
9的表面上的步驟，同時(shí)所得到的螺旋線圈層將從電極棒9的端部16突出，從而形成空心腔11。
因此電極7的端部部分由螺旋線圈10形成。這意味著線圈相鄰匝之間的電氣與 機(jī)械接觸有時(shí)會(huì)不充分。為了提高接觸質(zhì)量，在制造過(guò)程中可以將螺旋線圈層和其匝壓在 一起。圖7示意性示出用于這種目的的模壓裝置。圓柱體13的內(nèi)部直徑基本上等于第二 層18的外部直徑，以在模壓期間提供支撐。出于同樣的原因，將內(nèi)核14推入腔11中。內(nèi)核 14給第一層17提供內(nèi)部支撐。在第一層17和第二層18以相同的長(zhǎng)度從對(duì)應(yīng)電極棒9的 端部16突出的情況中，唯一需要的模壓元件是布置在內(nèi)核14周圍的環(huán)形活塞15。環(huán)形活 塞15可沿內(nèi)核14移動(dòng)。如果向活塞15施加力Fp螺旋線圈10的匝開始變形直至某一程 度，就像圖9所示的那樣。結(jié)果是更密集的電極端部結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在燈工作期間更抗放電。
如圖9所示，圖5的層結(jié)構(gòu)需要不同的模壓工具。由于突出長(zhǎng)度Ll和L2不同，適 合在內(nèi)核14周圍放置兩個(gè)同心環(huán)形活塞15'和15"。以彼此獨(dú)立的方式分別施加對(duì)應(yīng)的 力F丄和F2。 在圖10的圖表中，對(duì)比了不具有腔11的公知HID燈(Dl)和根據(jù)本發(fā)明典型實(shí)施 例的具有腔ll的HID燈(D2)的可調(diào)光瓦數(shù)范圍。這兩個(gè)HID燈具有相同的額定瓦數(shù)值。 可以看到的是，D2情況中的可調(diào)光瓦數(shù)范圍起始值比Dl情況中低很多。更進(jìn)一步，D2的 lm/W效率也更好。擴(kuò)大的燈的可調(diào)光瓦數(shù)范圍包括額定瓦數(shù)的至少10-100%。通常在額定 功率的5-100%的整個(gè)范圍內(nèi)可以得到穩(wěn)定的操作，這使得在額定燈流明輸出的1-100% 內(nèi)得到調(diào)光能力。使用任何公知HID電極，這都是不可能。 圖2的兩個(gè)電極都是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的類型。但是也可以使用一個(gè)不具有空心 腔的傳統(tǒng)電極和一個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電極。 本發(fā)明并不限于已顯示和公開的實(shí)施例，其他元件、改進(jìn)和變形也在本發(fā)明的范 圍內(nèi)。例如，為了本發(fā)明的目的，也可以應(yīng)用電極棒的不同橫截面形狀，例如多邊形橫截面， 這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
一種高強(qiáng)度放電燈，包括放電容器和兩個(gè)電極棒，該兩個(gè)電極棒具有在放電容器內(nèi)相對(duì)位置上彼此面對(duì)的基本上平坦的端部，導(dǎo)線的螺旋線圈至少纏繞在電極棒中至少一個(gè)的表面的一部分上，螺旋線圈從對(duì)應(yīng)電極棒的所述端部突出，從而形成空心腔以擴(kuò)大燈的可調(diào)光瓦數(shù)范圍。
2. 如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度放電燈，其中兩個(gè)電極棒都設(shè)有從對(duì)應(yīng)電極棒的所述端 部突出并從而形成空心腔的螺旋線圈。
3. 如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度放電燈，其中所述螺旋線圈至少以兩層，內(nèi)部第一層和 外部第二層，纏繞在對(duì)應(yīng)電極棒上。
4. 如權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度放電燈，其中第一和第二層以相同的長(zhǎng)度從對(duì)應(yīng)電極棒 的所述端部突出。
5. 如權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度放電燈，其中外部第二層以大于第一層的長(zhǎng)度從對(duì)應(yīng)電 極棒的所述端部突出。
6. 如權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度放電燈，其中第三層導(dǎo)線纏繞在第一和第二層之間，第 三層的導(dǎo)線的半徑小于第一和第二層中導(dǎo)線的半徑。
7. 如權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度放電燈，其中第一和第二層中導(dǎo)線的半徑基本上相等。
8. 如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度放電燈，其中電極棒是圓柱體形狀。
9. 如權(quán)利要求8所述的高強(qiáng)度放電燈，其中螺旋線圈的導(dǎo)線的半徑小于對(duì)應(yīng)電極棒半 徑的3/5。
10. 如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度放電燈，其中燈的擴(kuò)大的可調(diào)光瓦數(shù)范圍包括額定瓦 數(shù)的至少10-100%。
11. 如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度放電燈，其中發(fā)射材料施加到螺旋線圈的匝之間的空間。
12. —種用于高強(qiáng)度放電燈的電極，包括具有基本上平坦端部的電極棒，至少纏繞在電 極棒表面的一部分上的導(dǎo)線的螺旋線圈，該螺旋線圈從電極棒的所述端部突出，從而形成 空心腔以擴(kuò)大燈的可調(diào)光瓦數(shù)范圍。
13. 如權(quán)利要求12所述的電極，其中電極棒由鎢形成。
14. 如權(quán)利要求12所述的電極，其中電極棒由鎢合金形成。
15. 如權(quán)利要求14所述的電極，其中電極棒的材料是鎢合金，該鎢合金包含1-3%重量 的包括釷、鉿和鈰的金屬的至少一種的氧化物。
16. 如權(quán)利要求12所述的電極，其中螺旋線圈由鎢形成。
17. 如權(quán)利要求12所述的電極，其中螺旋線圈由鎢合金形成。
18. 如權(quán)利要求17所述的電極，其中螺旋線圈的材料是鎢合金，該鎢合金包含1-3%重 量的包括釷、鉿和鈰的金屬的至少一種的氧化物。
19. 一種制造權(quán)利要求12的電極的方法，包括如下步驟將至少一個(gè)導(dǎo)線的螺旋線圈 層的匝纏繞在電極棒的表面上，該螺旋線圈層從電極棒的所述端部突出，從而形成空心腔。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟在包含圓柱體、內(nèi)核和環(huán)形可移 動(dòng)活塞的壓模內(nèi)將螺旋線圈層和其匝壓在一起。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟在包含圓柱體、內(nèi)核和兩個(gè)同心 環(huán)形可移動(dòng)活塞的壓模內(nèi)將螺旋線圈層和其匝壓在一起。
全文摘要
一種高強(qiáng)度放電燈，包括放電容器(2)，和在放電容器內(nèi)相對(duì)位置上具有彼此面對(duì)基本上平坦的端部(16)的兩個(gè)電極棒(9)。導(dǎo)線(10)的螺旋線圈至少纏繞在電極棒中至少一個(gè)的表面的一部分上。螺旋線圈從對(duì)應(yīng)電極棒的所述端部突出，從而形成空心腔(11)以擴(kuò)大燈的可調(diào)光瓦數(shù)范圍。
文檔編號(hào)H01J61/073GK101743608SQ200880021863
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月25日
發(fā)明者A·博羅茨基, C·霍瓦特 申請(qǐng)人:通用電氣公司