專利名稱：無電極放電燈及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無電極放電燈及其制造方法，具體而言涉及包含高蒸氣壓金屬鹵化物的陶瓷放電管，以及采用陶瓷平板和熔融玻璃密封管子的方法。
作為一種輸入微波以產(chǎn)生發(fā)光能量的無電極放電燈，在已有的商品上采用的是石英放電管封入硫和稀有氣體的那種燈(參見第7屆光源科學(xué)與技術(shù)國際討論會B.P.Turner等人1995，p.125)。而且，正如在日本專利申請公開No.54-119783中所揭示的那樣，一種無電極陶瓷放電燈正在研制之中，這種燈用單晶氧化鋁或者多晶氧化鋁來密封堿金屬和惰性氣體。
但是，普通的微波激發(fā)具有石英放電管的高壓無電極放電燈的熱導(dǎo)率較小，所以如圖7所示，需要提供馬達(dá)驅(qū)動的支撐桿以使加熱均勻。由于不會因為電極材料的蒸發(fā)而發(fā)黑，所以無電極燈的壽命較長。但是，燈的壽命取決于用來使燈管加熱均勻的馬達(dá)的耐用程度。
另一方面，由于采用單晶氧化鋁或者多晶氧化鋁來密封的無電極放電燈內(nèi)的堿金屬并不處于鹵化狀態(tài)，所以據(jù)信必須提供極大的功率以使堿金屬蒸發(fā)并獲得有效的發(fā)射譜。因此，在實際應(yīng)用中還沒有采用在陶瓷放電管中密封作為發(fā)光材料的高蒸氣壓鹵化物的無電極放電燈。
在唯一已成為商品的陶瓷放電燈的鈉燈中，對于放置于電極密封單元內(nèi)的合金陶瓷應(yīng)加熱，以熔化熔融玻璃完成密封。但是，由于沒有電極，所以感應(yīng)加熱無法用于微波無電極放電燈。在實踐中已經(jīng)有采用鈮粉末管作為密封單元的高壓鈉燈。但是如果放電管在提供能量的腔體內(nèi)包含有金屬，則合金陶瓷內(nèi)的金屬部分或者鈮金屬就會被局部加熱，從而很容易損壞放電管。
為了實現(xiàn)無需轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)而能輸入較高能量的微波無電極放電燈，可以采用耐熱性高于透明石英的陶瓷材料。為了實現(xiàn)采用陶瓷材料的無電極放電燈，可以將陶瓷管插入耐熱管，并且可以采用吸熱器來加熱密封單元，代替用感應(yīng)加熱直接對該單元的加熱。
由此可見，本發(fā)明提供了如下的無電極放電燈。
即，本發(fā)明的無電極放電燈包含至少密封有稀有氣體和發(fā)光金屬與金屬鹵化物中一種的放電管、至少采用熔融玻璃真空密封的所述放電管上的開口以及位于提供使所述無電極放電燈發(fā)光的激發(fā)能量的腔體外部的所述放電管的密封單元。
本發(fā)明無電極放電燈的制造方法包括以下步驟將陶瓷放電管插入耐熱管，所述陶瓷放電管包括先行氣密密封的一端并至少封入金屬鹵化和發(fā)光金屬中的一種；以及將所述陶瓷放電管的密封部分加熱至高于其它部分的溫度以利用蓋件和熔融玻璃真空密封所述陶瓷放電燈的另一端。


圖1a為本發(fā)明一個實施例的陶瓷無電極放電燈的剖面示意圖，并且進(jìn)一步示出了其中一端先行燒結(jié)的放電管。
圖1b為本發(fā)明另一個實施例的陶瓷無電極放電燈的剖面示意圖。
圖1c為本發(fā)明另一個實施例的陶瓷無電極放電燈的剖面示意圖。
圖2為描述本發(fā)明一個實施例的無電極放電燈制造方法一個步驟的示意圖。
圖3為描述本發(fā)明該實施例的無電極放電燈制造方法另一個步驟的示意圖。
圖4為描述本發(fā)明該實施例的無電極放電燈制造方法還有一個步驟的示意圖。
圖5為描述本發(fā)明該實施例的無電極放電燈制造方法還有一個步驟的示意圖。
圖6a為描述本發(fā)明該實施例的無電極放電燈制造方法還有一個步驟的示意圖。
圖6b為描述本發(fā)明另一個實施例的無電極放電燈制造方法一個步驟的示意圖。
圖7a為普通微波激發(fā)石英管無電極燈的剖面示意圖。
圖7b為普通的有電極陶瓷燈的剖面示意圖。
圖8為采用本發(fā)明一個實施例的無電極燈的微波激發(fā)無電極燈的剖面示意圖。
圖9為采用熔融玻璃密封合金陶瓷和陶瓷管的普通陶瓷燈的剖面示意圖。
圖10為采用熔融玻璃密封覆蓋有陶瓷的合金陶瓷與陶瓷管的普通陶瓷燈的剖面示意圖。
圖11為采用位置控制馬達(dá)使本發(fā)明另一個實施例的放電管移動的陶瓷燈剖面不意圖。
以下借助附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的較佳實施例。
如圖1a所示，陶瓷管1的端2已經(jīng)通過燒結(jié)先行密封。瓶塞狀陶瓷部件5從陶瓷管1的另一端插入其中。陶瓷部件5包括盤狀端部3和桿狀部分4。盤狀端部3和桿狀部分4的外徑分別大于和小于作為放電管的陶瓷管1的內(nèi)徑。桿狀部分4和管1的長度決定了電弧長度。具體而言，整個管1的長度減去桿狀部分4的長度就得到了電弧長度。直徑大于管1內(nèi)徑的熔融玻璃環(huán)6附著于陶瓷部件5上面以密封管1。
上述構(gòu)造使得通過改變陶瓷部件5桿狀部分4的長度或者管1的內(nèi)徑和桿狀部分4的直徑可以隨意地改變電弧尺寸。這是因為當(dāng)微波激發(fā)的無電極放電燈放電時，電弧放電接近管壁并擴(kuò)展到整個管子，從而使管1與電弧的尺寸基本相等。
為了獲得投影用的放電燈，需要提供較短的電弧，這就要求縮短管1的尺寸。但是，當(dāng)石英管用作管1時，由于耐熱能力差，所以需要冷卻系統(tǒng)。因此，在普通方法中，向管1提供了馬達(dá)驅(qū)動支撐桿。相反，當(dāng)管1如本發(fā)明那樣由陶瓷材料組成時，與石英管的情形相比，在相同功率下加熱的均勻性更好。而且，不用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)就能獲得足夠好的發(fā)光性質(zhì)。
在本實施例中，當(dāng)燒結(jié)陶瓷時只密封了陶瓷放電管1的端2。但是，如圖1b所示其它端也可以用陶瓷部件5密封。
雖然在上述闡述中陶瓷部件5是凸形的，但是也可以采用如圖1c所示的陶瓷平板3。但是在封入發(fā)光材料和稀有氣體之前必須密封管1的一端。
本發(fā)明的陶瓷放電管1由高熔點的透明陶瓷構(gòu)成，例如高純氧化鋁、YAG(釔鋁石榴石)、氧化釔和氮化鋁。由于這些材料可以在高于石英的處理溫度下處理，所以脫水處理更充分。這樣就限制了發(fā)光材料與管子的反應(yīng)，從而抑制了失透。
以下借助圖2-5描述采用陶瓷管的本發(fā)明無電極放電燈的制造方法。
如圖2所示，包含發(fā)光材料7的陶瓷放電管1由熔融玻璃6和瓶塞狀陶瓷部件5密封，并且隨后放入真空玻璃容器8內(nèi)。容器8相當(dāng)于本發(fā)明的耐熱管。
隨后，如圖3所示，為了抽空容器8將它與真空系統(tǒng)連接。具體而言，容器8由真空系統(tǒng)的法蘭17、連接法蘭18和O形圈19密封。當(dāng)緊固連接法蘭18時，O形圈19由壓緊圈20壓迫，因此完成了氣密連接。隨后，容器8內(nèi)的空氣被抽至某一背景真空度，并且封入一定氣壓的惰性氣體(例如氬氣)。
如圖4所示，在密封部件處提供用于局部加熱的加熱器9以熔化熔融玻璃6，從而使管1與陶瓷部件5連接。此時，存有陶瓷發(fā)光材料7的管1下部由冷卻器10用水或空氣冷卻。該冷卻操作避免了陶瓷發(fā)光材料7從放電管材料上蒸發(fā)出來。
而且，法蘭17和18的接頭最好用空氣或水冷卻以防止O形圈受熱損壞。
在本發(fā)明的抽氣和放電管密封方法中，容器8用作冷卻器10與管1之間的緩沖器以減少對管1的熱沖擊。因此，在密封操作期間管1不會因受熱而損壞，并且在密封時沒有金屬鹵化物蒸發(fā)出來。
已經(jīng)確認(rèn)的是，如果采用由Kanthal(商標(biāo))制成的加熱器9(鉬硅化物加熱器)在2-3毫米范圍內(nèi)局部加熱至1450℃，密封管1時不會有發(fā)光材料7蒸發(fā)出來。用于本試驗的容器8和管1分別由透明石英和氧化鋁或YAG構(gòu)成。
如果熔融玻璃6受熱熔化并與透明石英容器8接觸，則在冷卻操作期間的膨脹系數(shù)的差異可能會使透明石英破裂或者無法取出管1。為此，在密封操作之前，如圖5所示，先用由氧化鋯或氮化硼構(gòu)成的管16覆蓋熔融玻璃6。由此避免了熔融玻璃6與透明石英容器8之間的直接接觸，因而沒有管1無法取出的麻煩。
如圖6a所示，可以采用加熱器9局部加熱熔融玻璃6并如同在容器8中那樣冷卻發(fā)光材料7。冷卻介質(zhì)可以是水等物質(zhì)。如圖6b所示，如果在容器8的外部提供微波吸熱器25以輸入微波，則可通過控制功率而只熔化熔融玻璃6以密封管1。
與普通加熱器相比，該方法使管1的加熱區(qū)域可以更為集中，從而可以在不引起發(fā)光材料7蒸發(fā)的同時更牢固地密封。
以下借助附圖7-11描述使這樣制造的無電極陶瓷放電管通過微波激發(fā)而發(fā)光的不同裝置。
如圖7a所示，在普通方法中，透明石英放電管23完全放入微波腔體12內(nèi)部并焊接在由外部馬達(dá)14驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的支撐桿22上。如果陶瓷燈上有電極29，則如圖7b所示，密封單元21不得不放置在電弧附近。
相反，在本發(fā)明中，如圖8所示，陶瓷放電管1的密封單元21放置在微波腔體12的外面而只有發(fā)光單元A在腔體12的內(nèi)部。因此，熔融玻璃6溫度的升高受到了抑制，而這使得可以在確定能量大小時只考慮管1的耐熱特性。此外，熔融玻璃6附近密封單元21溫度的升高也受到了抑制，從而也抑制了發(fā)光材料7與熔融玻璃6之間的反應(yīng)。因此，改善了因密封單元21泄漏引起的短壽命性質(zhì)。
因此，如果采用這種輸入微波的構(gòu)造，則如圖9所示，可以采用由普通的合金陶瓷15和熔融玻璃6組成的密封單元21來密封管1。
當(dāng)如圖10所示提供陶瓷桿24來保護(hù)合金陶瓷15不受電弧損壞時，發(fā)光材料7與合金陶瓷15之間的反應(yīng)受到了抑制。
圖11所示的構(gòu)造可以較為容易地控制管1的位置。這種方便的控制位置的性能使得可以控制輸入管1的能量的匹配，因此可以優(yōu)化發(fā)光強(qiáng)度。而且，如果采用檢測器監(jiān)視與亮度或者發(fā)光強(qiáng)度對應(yīng)的電信號，則可以檢查產(chǎn)生最大光強(qiáng)的優(yōu)化位置。因此，將位置控制馬達(dá)26與監(jiān)視設(shè)備連接在一起可以較為方便地控制位置。為此，管1被固定在向微波腔體提供的法蘭27上，而法蘭27上通孔28的直徑調(diào)整得使輸入微波沒有泄漏。雖然無法完全密封，但是可以將泄漏控制在1％或更小。管1的優(yōu)化位置隨著燈壽命條件的變化而變化。但是，如圖11所示的構(gòu)造可以根據(jù)能量輸入條件的不同使位置協(xié)同變化。
雖然在上面的闡述中輸入能量的形式為微波，但是本發(fā)明也可以用于輸入能量形式為電場或磁場時的情形。
本發(fā)明簡化了采用陶瓷材料的無電極放電燈的制造過程。采用陶瓷材料代替石英提高了燈的耐熱性能并且對冷卻機(jī)構(gòu)的依賴程度也不是很大。因此，可縮小管子本身的尺寸，并且適于用作點光源。而且，本發(fā)明的制造方法可以不用對普通合金陶瓷采用感應(yīng)加熱就可以密封陶瓷。
此外，由于管1由諸如氧化鋁之類的陶瓷材料構(gòu)成，所以與透明石英管相比，與發(fā)光材料之間的反應(yīng)受到了抑制。這樣就獲得了長壽命的燈。
將密封單元放置在微波腔體外部使得可以將合金陶瓷或者鉬管用于密封單元。此外，由于抑制了密封單元的溫度升高，所以可以改善因泄漏引起的短壽命性質(zhì)。
而且，當(dāng)管子做成可移動時，即使在初始設(shè)定或者在發(fā)光過程中也可以很容易地完成能量匹配。
權(quán)利要求
1.一種無電極放電燈，其特征在于包含至少封入稀有氣體和發(fā)光金屬與金屬鹵化物中一種的放電管、至少采用熔融玻璃真空密封的所述放電管上的開口以及位于提供使所述無電極放電燈發(fā)光的激發(fā)能量的腔體外部的所述放電管的密封單元。
2.如權(quán)利要求1所述的無電極放電燈，其特征在于所述放電管由陶瓷和玻璃中的一種構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的無電極放電燈，其特征在于進(jìn)一步包含一個蓋件以使泄漏至所述密封單元的所述激發(fā)能量被限制在1％以下。
4.如權(quán)利要求1所述的無電極放電燈，其特征在于所述放電管自動或者手動地向所述腔體移動。
5.如權(quán)利要求4所述的無電極放電燈，其特征在于對所述放電管的發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行檢測并改變所述放電管的位置以使發(fā)光強(qiáng)度最大。
6.如權(quán)利要求1所述的無電極放電燈，其特征在于所述腔體帶有通孔以使所述放電管從外部插入。
7.如權(quán)利要求1或2所述的無電極放電燈，其特征在于除了所述熔融玻璃之外還采用陶瓷部件真空密封所述放電管的開。
8.如權(quán)利要求1或2所述的無電極放電燈，其特征在于除了所述熔融玻璃之外還采用合金陶瓷和鈮部件中的一種來真空密封所述放電管的開。
9.如權(quán)利要求7所述的無電極放電燈，其特征在于所述陶瓷部件為一個由平板部分和桿狀部分組成的蓋子，所述平板部分和桿狀部分的直徑分別大于和小于所述放電管的內(nèi)徑，并且所述放電管內(nèi)部不存在所述桿狀部分的自由空間決定了發(fā)光電弧的狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求7所述的無電極放電燈，其特征在于所述陶瓷部件為一盤狀蓋子，其直徑大于所述放電管的外徑。
11.如權(quán)利要求8所述的無電極放電燈，其特征在于暴露在發(fā)光電弧下的所述合金陶瓷由陶瓷材料覆蓋。
12.一種無電極放電燈的制造方法，其特征在于包括以下步驟將陶瓷放電管插入耐熱管，所述陶瓷放電管包括先行氣密密封的一端并至少封入金屬鹵化和發(fā)光金屬中的一種；以及將所述陶瓷放電管的密封部分加熱至高于其它部分的溫度以利用蓋件和熔融玻璃真空密封所述陶瓷放電燈的另一端。
13.如權(quán)利要求12所述的制造方法，其特征在于所述其它部分具有金屬鹵化物和發(fā)光金屬中的一種并且采用水或空氣來冷卻。
14.如權(quán)利要求12所述的制造方法，其特征在于所述蓋件為陶瓷部件并且所述陶瓷部件為一個由平板部分和桿狀部分組成的蓋子，所述平板部分和桿狀部分的直徑分別大于和小于所述放電管的內(nèi)徑。
15.如權(quán)利要求12所述的制造方法，其特征在于通過在所述耐熱管與所述陶瓷管之間插入隔離圈進(jìn)行加熱，所述隔離圈由氮化硼和氧化鋯中的一種構(gòu)成。
16.如權(quán)利要求12所述的制造方法，其特征在于所述耐熱管由石英、氮化硅和氧化鋁管材中的一種組成。
全文摘要
一種無電極放電燈，其特征在于包含至少封入稀有氣體和發(fā)光金屬與金屬鹵化物中一種的放電管、至少采用熔融玻璃真空密封的所述放電管上的開口以及位于提供使所述無電極放電燈發(fā)光的激發(fā)能量的腔體外部的所述放電管的密封單元。
文檔編號H01J9/40GK1164756SQ9710233
公開日1997年11月12日 申請日期1997年1月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月24日
發(fā)明者竹田守, 松岡富造, 保知昌 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社