專利名稱：具有細腳的微型陶瓷金屬鹵化物燈的制作方法
具有細腳的微型陶瓷金屬鹵化物燈
背景技術：
本申請涉及燈，具體來說，涉及陶瓷金屬鹵化物(CMH)燈，并通過降低與燈組件關 聯(lián)的熱損耗來改進CMH燈的性能。更具體來說，本公開涉及控制從電弧室到腳的熱損耗，最 終提高光照明的效率。由于顯著的消費獲益，CMH燈變得越來越流行。傳統(tǒng)方式中，在金屬鹵化物電弧放 電燈中常用石英電弧管。但是，最近存在朝向使用包括陶瓷電弧管的CMH燈的趨勢，因為其 相對于傳統(tǒng)電弧放電燈，具有較好的顏色均勻度和穩(wěn)定性，以及改進的每瓦流明(LPW)和 顯色性(Ra)。陶瓷電弧管能夠有這些性能優(yōu)點是因為與石英電弧管比較它們有更高的溫度 以及降低的鈉損耗速率。在此類型的放電燈中，光效和燈性能受到沿著電弧管的腳或端部的熱傳導的能量 損耗負面影響。共同受讓的美國專利號6，621，219示出和描述一種限制沿著電弧管腳的 軸向熱通量的方式，其通過將腳結構設計成具有降低的熱傳導率來實現(xiàn)，并且該公開的細 節(jié)通過引用完全結合于本文。具體來說，通過降低鉬芯棒(mandrel)直徑，甚至在上繞絲 (overwind wire)的直徑增加或使用多個上繞時，仍有效地降低此組件的熱傳導率。即，與 芯棒部分比較時，該上繞因螺旋構造而提供沿其縱向的熱傳導上的顯著降低。在一般與腳軸平行的方向上有三個主熱傳導區(qū)域。主要熱傳導位于腳本身或多晶 氧化鋁(PCA)。次最大的熱傳導沿著鉬芯棒。第三熱傳導區(qū)域也即最小的熱傳導區(qū)域涉及 鉬上繞。小型化、改進的顏色質(zhì)量(Ra高于90)和能效是CMH技術發(fā)展領域中的三個主要 行業(yè)趨勢。隨著CMH燈制作得越來越小，要達到目標密封玻璃溫度、裝配在外封套中的總電 弧管長度更短以及同時達到目標的光度性能(即，流明、Ra等)變得更難。其他方已縮短 腳的長度或電弧室的長度，但是提供更厚的腳。因此最終燈的性能并不如期望。因此，存在提供一種避免密封玻璃溫度增加的CMH燈的需要，其具有降低的沿腳 的熱傳導率，并因此導致更多能量分布到電弧中以用于發(fā)光，并實現(xiàn)更短的腳長度以便于 將電弧管裝配到外封套中以及提供電弧管體設計上的更大靈活性以優(yōu)化性能。

發(fā)明內(nèi)容
本公開涉及一種陶瓷金屬鹵化物燈，其包括具有放電室的體和從放電室延伸的第 一和第二空心腳。第一和第二電極組裝件分別延伸通過腳，以及優(yōu)選地，腳是細的以限制從 放電室沿其的熱通量。細腳具有由腳的截面面積㈧相對于燈的功率⑵(A/P < 0. 065)定義的或小于 0.065mm2/瓦特的負載耗散因子。此處，腳的截面面積由A= π *(OD2-ID2)/4來給出，其中 OD和ID是陶瓷腳的外徑和內(nèi)徑(如果腳組件是圓柱形)或等效面積(如果這些組件實質(zhì) 上不是圓柱形)。優(yōu)選地，陶瓷金屬鹵化物燈是低瓦特燈，更優(yōu)選地，約為70瓦特或更低。電極組裝件還包括鉬芯棒，鉬芯棒具有由鉬芯棒的截面面積(A)相對于燈的功率(P) (A/P < 0. 0008)定義的或小于0. 0008mm2/瓦特的負載耗散因子?？梢詫⑦@些負載耗散因子的其中之一或二者均結合到燈中以降低通過CMH燈腳 的熱通量。一種改進用于陶瓷金屬鹵化物燈的性能的方法包括，通過將腳截面面積與功率的 比限制到小于0. 065mm2/瓦特和/或?qū)f芯棒的負載耗散因子限制到小于0. 0008mm2/瓦特 來降低熱通量。本公開能有利地降低密封玻璃溫度并由此提高燈的穩(wěn)定性或支持更短的腳同時 避免密封玻璃溫度增加以保持良好的可靠性。還發(fā)現(xiàn)因細腳而能夠使用更小的密封玻璃環(huán)，并因此能夠使用更短的密封玻璃燈 芯長度。結果，大大地縮短了總電弧管長度以及易于將電弧管裝配在外封套中。該燈還通過降低腳中的熱損耗來實現(xiàn)流明和Ra方面的更優(yōu)光度性能。通過閱讀并理解下文詳細的描述，本發(fā)明的另一些好處和優(yōu)點將變得顯而易見。


圖1是根據(jù)優(yōu)選實施例的在截面中部分示出的燈組裝件的前視圖。圖2是在外封套內(nèi)支承并安裝在反射器組裝件中時圖1的燈組裝件的放大視圖。圖3是腳的放大視圖，具體為圖1的環(huán)繞部分。圖4是PCA數(shù)據(jù)的條線圖。圖5是鉬芯棒數(shù)據(jù)的條線圖。圖6是相對于兩個現(xiàn)有技術設計來比較本公開的一百小時測試數(shù)據(jù)的表，其中現(xiàn) 有技術設計示出流明與Ra之間的典型折衷。圖7是與本公開相關聯(lián)的優(yōu)點的圖。
具體實施例方式圖1示出具有空心電弧管體或外殼22的燈組裝件20，其包括內(nèi)腔或電弧放電室 24。沿著縱向相反的軸方向延伸的是第一和第二空心腳26、28。正如此類型的陶瓷電弧管 中已知的，腳中的開口分別接納電極/引線組裝件30、32，它們連接到外部電源(未示出)。 此外，在腳的每個外端處提供密封裝置34、36以密閉地將電極組裝件相對于腳密封。例如， 優(yōu)選的密封裝置是玻璃料(frit)密封裝置，其通常沿著引線組裝件的鈮部分來提供。更具 體來說，引線/電極組裝件30、32優(yōu)選地是三部分組裝件，其包括第一或鈮外部引線40、具 有鉬上繞44的第二或中間組件(如鉬芯棒42)(圖3)。當然，還可以使用具有許多與鉬相 同的期望性質(zhì)以及已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在金屬鹵化物燈的高溫環(huán)境中工作良好的其他材料，如金屬陶 瓷(陶瓷金屬)。第三或內(nèi)部引線46由桿(Shank)48和線圈50組成，二者通常由鎢制成。 因此，外部鈮接合到由鉬芯棒和鉬上繞組成的中間組件，然后接合到由桿和線圈組成的內(nèi) 部引線或電極。如圖2中所示，例如在本發(fā)明公開的低瓦特示例中，具體來說當在尺寸上縮小燈 時，可以將燈20接納在外封套或封殼60中。支承件62用于在機械上和電性能上支承與封 殼內(nèi)的腳之一關聯(lián)的電極組裝件，同時將另一個腳和電極組裝件(未示出)接合到封殼的 基座。此外，將封殼安裝在由反射器66和透鏡68組成的反射器組裝件64內(nèi)?？梢栽诜瓷淦鹘M裝件內(nèi)按需對封殼設置朝向，例如在優(yōu)選布置中，將封殼和光源沿著反射器的旋轉軸 安置。但是，在不背離本發(fā)明公開的范圍和本意的前提下，也可以使用其他朝向，例如與反 射器軸錯位且平行或與反射器軸垂直。正如圖3中示意示出的，存在熱通量從電弧室通過腳軸向沿其傳導的三個通道， 與腳的軸平行。還有熱通量的徑向分量從鉬、通過上繞、通過上繞與PCA腳內(nèi)側之間的環(huán)形 間隙徑向傳導，然后通過PCA腳徑向傳導到外部環(huán)境。雖然徑向熱通量的量值小于軸向分 量，并且不受三個通道的任何一個通道的徑向尺寸太大地影響，但是熱通量的這種徑向分 量用于保持三個軸向通道的每個通道中的軸向溫度剖面(profile)大約相等。首先，主要 軸向熱傳導與鉬芯棒關聯(lián)。因此，引用箭頭70指示沿著與腳平行的方向延伸的所有熱梯 度，而引用箭頭72具體表示通過鉬芯棒的熱傳導。另一個熱傳導由箭頭74表示，并與多晶 氧化鋁(PCA)腳關聯(lián)。第三個熱傳導由箭頭76表示，與鉬上繞關聯(lián)。正如先前提到的，因 為螺旋的螺旋構造和延長的路徑，所以沿著腳的縱向通過上繞的熱傳導中有顯著降低。期望降低從電弧放電室以及沿腳向下的熱通量以保護安置在每個腳遠端處的密 封裝置34、36。這些密封裝置不能運行太熱，否則可能對燈的壽命有負面影響。而且，腳向 下的熱傳遞與從電弧管傳導的對應熱損耗相關。期望降低從電弧管傳導的熱損耗以便保持 高的電弧管的內(nèi)在效率，并由此獲得更高的每瓦特流明以及更好的光度性能，包括高顏色 質(zhì)量。在共同擁有的美國專利號6，621，219中概述了提出的一種解決方案，其中相對于 上繞的尺寸減小鉬芯棒的尺寸而不考慮燈的瓦數(shù)。作為本發(fā)明公開中的教導，已確定的是 相對于燈的瓦數(shù)的細腳對于限制熱通量是重要的特征。通過相比于燈功率的腳的截面面積 (^(OD2-ID2)/4)的比來描述細腳，并由此將其表示為面積/功率(A/P)或mm2/W。在較高 瓦數(shù)的燈中，可以滿足約為小于0. 065mm2/W的這種細腳耗散因子，因為體如此大且瓦特足 夠高以將此比值保持為低。但是，在低瓦數(shù)燈中遠遠更難實現(xiàn)這一點。一般，低瓦特意味著 約70瓦特或更低。當對于低瓦特應用往往縮短或縮減燈的總體尺寸時，除本發(fā)明公開的受 讓人制造的燈以外，大多數(shù)其他燈制造商使用“粗”腳。已發(fā)現(xiàn)，腳的低耗散因子對于較低瓦數(shù)燈而言具有更大影響。縮減PCA腳的橫側 向尺寸成為此比值中重要的考慮事項。結果，保護了腳遠端處的密封裝置，并實現(xiàn)了改進的 光度值，即，更高的每瓦特流明或更好的顏色(即改進的Ra)，因為電弧管以更有效率的方 式工作。此外，這在較低瓦數(shù)燈中是特別重要的。較低瓦數(shù)燈往往更小，并由此縮減腳的軸 向長度。通常，縮減的腳軸向長度將貢獻于更高的密封裝置溫度，并且可能負面地影響燈的 壽命。但是，通過實現(xiàn)細腳耗散因子，不僅在軸向上縮短腳，而且低瓦特燈仍可以達到可接 受的密封裝置溫度。而且，縮減燈的總尺寸并使之更緊湊，從而允許將小瓦數(shù)的燈置于外封 套或封殼中或置于較小的反射器中。因此，已確定的是，小于0. 065mm2/w的PCA腳耗散因 子允許燈制造得更小，縮減腳的軸向長度，并且可以將密封裝置移向更靠近電弧而不會因 熱增加而受到負面影響。此外，已確定的是，還可以將電極鉬芯棒負載耗散因子表示為相對于功率的截面 面積。具體來說，鉬負載耗散因子或比值應該小于0.0008mm2/W。更小尺寸的鉬芯棒是重要 的，因為其熱傳導通常比PCA腳的熱傳導大一個數(shù)量級。
所以，為了管理腳中的總熱通量，相對于瓦數(shù)的鉬芯棒截面面積是一個因子，此外 PCA腳耗散因子是另一個因子。還已有利地發(fā)現(xiàn)，當同時控制鉬截面面積相對于瓦數(shù)以及 PCA腳截面面積相對于瓦數(shù)的耗散因子時還產(chǎn)生非線性好處。這些熱傳導如同并聯(lián)的電阻 器，其中純電抗等同于將電抗倒數(shù)相加。同樣情況在此處對于熱傳導是成立的，熱傳導是熱 阻的倒數(shù)，即，純熱傳導是各個熱傳導相加之和。因此，通過控制相對于功率的腳的截面面 積來解決熱通量，降低了密封玻璃溫度并實現(xiàn)期望的燈性能。或者，控制相對于功率的鉬芯 棒的截面面積也達到相同的目的。而且，當以組合方式控制這兩個熱傳導特征時，疊加效果 具有甚至更大的作用。圖4和圖5以圖形方式示出與腳陶瓷負載耗散因子和鉬芯棒耗散因子關聯(lián)的優(yōu) 點。顯然，保持PCA腳熱傳導優(yōu)選地小于0. 065mm2/W,更為優(yōu)選地小于0. 06mm2/W,展示出顯 著的改進，并且類似地，鉬芯棒負載耗散因子優(yōu)選地達到0. 0008mm2/W，以及更為優(yōu)選地小 于 0. 0006mm2/W。圖4表示多種燈的PCA腳熱傳導值。在圖中先前提到的0. 065mm2/W的熱傳導值處 繪制水平線，其表示本發(fā)明公開的細腳設計的低瓦數(shù)燈相對于其他低瓦特燈的明顯分界， 以及相同的值還如何相比于較高瓦數(shù)燈(100W以及更高)。圖5類似地以圖形方式示出多 種燈的鉬芯棒熱傳導值。水平線表示本發(fā)明公開與現(xiàn)有技術的燈之間鉬芯棒的熱傳導值中 的分界，其在約為0. 0008mm2/W的值。正如圖6中顯見的，CRI上五個點中有改進，不犧牲流明(3，421流明對3，415流 明)的CRI對R9改進，并且全部達到有Img鹵化物的重量降低。這還對應于燈的使用壽命 中陶瓷體很少腐蝕，并且具有關聯(lián)的材料成本節(jié)省。圖7還示出采用本發(fā)明公開的特征的 細腳燈的密封材料溫度中的改進。已經(jīng)參考多種優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。顯然，在閱讀和理解前文詳細描述時本 領域技術人員將設想到修改和替換。本發(fā)明旨在被視為涵蓋所有此類修改和替換。
權利要求
一種改進用于低瓦特陶瓷金屬鹵化物燈的性能的方法，包括提供具有放電室的電弧管體和從所述放電室延伸的至少一個空心腳，所述放電室具有以間隔關系在其中安置的第一和第二腳；以及通過將腳截面面積對功率比(面積/瓦特)限制到小于0.065mm2/瓦特來降低所述腳中的熱通量。
2.如權利要求1所述的方法，還包括將鉬芯棒負載耗散因子限制到小于0.0008mm2/瓦特。
3.如權利要求1所述的方法，其中低瓦特約為70瓦特或更低。
4.一種改進用于低瓦特陶瓷金屬鹵化物燈的性能的方法，包括提供具有放電室的電弧管體和從所述放電室延伸的至少一個空心腳，所述放電室具有 以間隔關系在其中安置的第一和第二腳；以及通過將鉬芯棒負載耗散因子限制到小于0. 0008mm2/瓦特來降低所述腳中的熱通量。
5.如權利要求4所述的方法，其中低瓦特約為70瓦特或更低。
6.一種低瓦特陶瓷金屬鹵化物燈，包括具有在其中安置的放電室的體；第一和第二空心腳，從所述放電室延伸；第一和第二電極組裝件，分別延伸通過所述第一和第二腳，并且所述電極組裝件的第 一端以間隔關系安置在所述放電室中；以及其中所述腳具有限制從所述放電室沿著其的熱通量的細剖面，所述細剖面具有小于 0. 065mm2/瓦特的負載耗散因子。
7.如權利要求6所述的低瓦特陶瓷金屬鹵化物燈，其中所述電極組裝件還包括鉬芯 棒，并且所述芯棒具有小于0. 0008mm2/瓦特的負載耗散因子。
8.如權利要求6所述的低瓦特陶瓷金屬鹵化物燈，其中所述腳由多晶氧化鋁形成。
9.如權利要求6所述的低瓦特陶瓷金屬鹵化物燈，其中所述第一和第二腳從所述放電 室沿著基本相反的直線方向延伸。
10.如權利要求6所述的低瓦特陶瓷金屬鹵化物燈，其中在與所述放電室間隔的腳端 將所述電極組裝件密封到相應的第一和第二腳。
11.如權利要求6所述的低瓦特陶瓷金屬鹵化物燈，其中所述燈具有約70瓦特或更低 的功率。
12.如權利要求6所述的低瓦特陶瓷金屬鹵化物燈，還包括用于從所述放電室引導燈 的反射器。
13.如權利要求6所述的低瓦特陶瓷金屬鹵化物燈，還包括在所述放電室周圍接納的 外封套。
14.一種陶瓷金屬鹵化物燈，包括具有在其中安置的放電室的體；第一和第二空心腳，從所述放電室延伸；第一和第二電極組裝件，分別延伸通過所述第一和第二腳，并且所述電極組裝件的第 一端以間隔關系安置在所述放電室中；以及其中所述電極組裝件包括芯棒，每個電極組裝件的芯棒具有小于0. 0008mm2/瓦特的負載耗散因子。
15.如權利要求14所述的陶瓷金屬鹵化物燈，其中所述燈的功率額定值約為70瓦特或更低。
16.如權利要求15所述的陶瓷金屬鹵化物燈，其中每個腳的截面面積與所述燈的瓦數(shù) 功率的熱通量比小于0. 065mm2/瓦特。
17.如權利要求16所述的陶瓷金屬鹵化物燈，其中所述芯棒負載耗散因子和所述腳截 面面積的熱通量比各自限制到電極組裝件與相應的腳之間在與所述放電室間隔的位置處 形成的密封裝置的熱傳導的量。
18.一種陶瓷金屬鹵化物燈，包括 具有其中包含填充材料的電弧放電室的體； 第一和第二空心腳，從所述電弧放電室向外延伸；第一和第二電極組裝件，分別延伸通過所述第一和第二空心腳； 其中通過將以mm2/瓦特所測量的每個腳的截面面積相對于燈功率的腳耗散比保持到 小于0. 065mm2/w以及將以mm2/W所測量的所述電極組裝件的芯棒的截面面積相對于所述燈 功率的芯棒負載耗散比保持到小于0. OOOSmmVw來控制沿著腳的熱通量的耗散。
19.如權利要求18所述的陶瓷金屬鹵化物燈，其中所述燈功率小于約70瓦特。
20.如權利要求18所述的陶瓷金屬鹵化物燈，其中所述腳由多晶氧化鋁形成。
全文摘要
低瓦特陶瓷金屬鹵化物燈具有在其中安置的放電室(24)的體(22)。第一和第二空心腳(26、28)從放電室延伸并分別接納第一和第二電極組裝件，電極組裝件(30、32)的第一端以間隔關系安置在放電室中。使用細腳來限制來自放電室的熱通量。優(yōu)選地，通過小于0.065mm的陶瓷部件的負載耗散因子來定義細腳。
文檔編號H01J61/82GK101911246SQ200880123572
公開日2010年12月8日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權日2007年12月26日
發(fā)明者G·R·艾倫, L·鄧 申請人:通用電氣公司