專利名稱：高強度放電燈的電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強度放電燈的電極，其至少由電極頭和電極基底組成。
背景技術(shù)：
高強度放電燈(HID燈)和尤其UHP(超高性能)燈由于它們的光學(xué)性能被優(yōu)選地特別用于投影目的。在本發(fā)明的內(nèi)容中，術(shù)語UHP燈(飛利浦)也包括其他制造商制造的UHP類型的燈。
高強度放電燈通常包括兩個這種電極。這些電極經(jīng)常在位于燈管內(nèi)的放電空間中彼此相對地設(shè)置。這些電極在一端具有電極頭且在另一端具有電極基底。在本發(fā)明的內(nèi)容中，電極頭和電極基底可被設(shè)置在一個部件內(nèi)，例如桿狀電極內(nèi)，或者在多個部件內(nèi)。電極基底連接到通常由石英或硬玻璃制成的燈管。
高強度放電燈的放電空間被氣密密封并特別地充滿惰性氣體。在彼此相對設(shè)置的電極的端部之間，在放電空間內(nèi)產(chǎn)生電弧放電，其中電弧用作高強度放電燈的光源。
能量通過優(yōu)選由鎢制成的內(nèi)部電極被引入。電極通常經(jīng)由鉬與外部鎮(zhèn)流器相連。鉬通常形成為鉬箔或鉬條和鉬絲。氣密封閉通常由通常為石英的玻璃類材料和鉬之間的至少一個氣密密封形成。該密封以已知的方式被設(shè)計為所謂的收縮(pinch)密封或鉬箔密封。由于石英玻璃和鉬的熱膨脹系數(shù)很不相同，在較大溫度波動的情況下，密封中鉬的收縮是不可避免的。通過測定密封的鉬，尤其是鉬箔的尺寸來確保該密封的氣密密封。
燈的工作壽命尤其被下列事實影響在燈的工作期間，電極基底區(qū)域中的材料被去除了。這是尤其被普遍接近1800到2200K的工作溫度所引起的。
由于熱傳導(dǎo)，熱量也傳輸?shù)綗艄艿拿芊鈪^(qū)內(nèi)，該密封區(qū)用來將電極固定到燈上。這個區(qū)域，尤其在密封或所謂收縮內(nèi)的區(qū)域的石英材料的再結(jié)晶不能被消除。
為了減少熱量傳輸?shù)矫芊庵校瓌t上對于給定的最大燈功率來最小化電極基底的尺寸是可能的。然而，在這方面由所要求的機械穩(wěn)定性形成了一個限制，即使當(dāng)加工和運輸該燈時也必須確保該機械穩(wěn)定性。
在另一方面，當(dāng)為了應(yīng)用目的增加最大燈功率時，電極基底尺寸的增加通常也是必須的，并且這在熱傳輸方面導(dǎo)致了不希望的增加。
為了冷卻電極，通常鎢絲一次或多次地緊繞電極。這個方法的冷卻效果是有限的并且不能用于每個應(yīng)用。
EP0756312A2披露了具有用于冷卻電極端部的冷卻體的電極。該冷卻體由高熔點金屬材料制成并利用粉末冶金處理固定地與電極連接。據(jù)說利用最佳的熱傳導(dǎo)可以獲得電極端部的冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于上面提到的類型的高強度放電燈和具有增加的工作壽命的相應(yīng)高強度放電燈的電極，該電極限制熱傳輸?shù)诫姌O基底和高強度放電燈的密封中。
通過權(quán)利要求1的特征獲得本發(fā)明的目的。
在這里，電極基底的至少一個區(qū)域比電極頭具有更低的熱傳導(dǎo)率和/或在電極頭和電極基底之間設(shè)置至少一個限制熱量流入電極基底的元件對本發(fā)明是必要的。
由于根據(jù)本發(fā)明的方案，在電極基底和高強度放電燈的密封內(nèi)能顯著地減少燈的工作溫度。
而且，由于根據(jù)本發(fā)明在電極基底的至少一個區(qū)域內(nèi)減少的熱傳導(dǎo)率，在燈管的密封區(qū)域中發(fā)生每單位時間減少的熱傳導(dǎo)。這個區(qū)域尤其是在密封中的石英材料不期望的再結(jié)晶的風(fēng)險由此被完全或部分地避免了。
電極頭和它們的端部由慣用的電極材料組成，并被特別設(shè)計為實心的并形成不同的形狀，例如以圓柱形、圓錐形或球形的方式成形。在本發(fā)明的內(nèi)容內(nèi)上面提到的名單不是限定性的。
電極的各部分，例如電極頭和電極基底，以本身已知的方法或以本身已知的方式固定地彼此連接?？梢允褂美绾附踊蚣す饧夹g(shù)的已知方法。單個、幾個或所有的部件可一起制造或分別制造并彼此連接。
優(yōu)選電極基底的至少一個區(qū)域具有結(jié)構(gòu)特征，以使得那里的熱傳導(dǎo)率低于電極頭內(nèi)的熱傳導(dǎo)率。這里應(yīng)該考慮熱動力因素，例如本身是已知的圓柱形。尤其是根據(jù)用于熱傳輸?shù)母倪M條件帶來改進冷卻的設(shè)計方法，例如散熱片的設(shè)置，在本發(fā)明的內(nèi)容里是單獨有益的。
除了結(jié)構(gòu)特征，這還涉及相對于它們的例如密度的物理性質(zhì)的材料的選擇。電極在截面上不同的密度分布在這方面也是優(yōu)選的。
例如在材料是利用粉末冶金工藝，例如燒結(jié)工藝來生成的情況下，孔隙率或顆粒尺寸同樣在這方面也是優(yōu)選的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，優(yōu)選在電極頭和電極基底之間設(shè)置元件，以使得它們彼此不直接接觸。根據(jù)這個實施例，熱流必須經(jīng)由這個元件來進行，以致于能確保本發(fā)明內(nèi)容中的熱流或熱傳導(dǎo)率的預(yù)期的限制。
在上面提到的意義上，該元件既具有結(jié)構(gòu)特征又具有物理特征，以使得那里的熱傳導(dǎo)率低于電極頭內(nèi)的熱傳導(dǎo)率。該元件尤其實現(xiàn)了機械連接的功能，其中不得不確保必須的機械穩(wěn)定性；然而，它還可以另外完成其他功能。這些另外的功能之一為例如冷卻功能，使得在這種情況下從該元件傳輸?shù)诫姌O基底的熱量顯著地少于從電極頭傳輸?shù)皆撛臒崃俊?br> 尤其優(yōu)選該元件是冷卻元件，優(yōu)選是繞線或圓柱體，其尤其由利用粉末冶金工藝制成的材料組成。
另外優(yōu)選成形圓柱形元件，使得它的外表面例如通過熱輻射增強了熱的散失，和/或它的內(nèi)表面限制了向著電極基底的熱流動。
另外優(yōu)選在燈的工作期間經(jīng)受了增加的材料去除的電極基底的區(qū)域中或區(qū)域上，有一個附加的以截面擴展或附加設(shè)置的圓柱體的形式的材料儲蓄器。該附加的材料儲蓄器可以是電極基底的整體部件，例如以截面擴張的形式，或者是一個隨后固定到電極基底上的附加部件。該材料儲蓄器優(yōu)選設(shè)置在考慮上面描述的溫度條件存在材料被去除風(fēng)險的點上。該材料儲蓄器的尺寸優(yōu)選作為電極的希望工作壽命的函數(shù)作為一個整體來特別地度量尺寸。
而且，本發(fā)明的目的通過具有權(quán)利要求10的特征的高強度放電燈和通過具有權(quán)利要求11的特征的投影系統(tǒng)來獲得。
本發(fā)明將參照附圖中所示的實施例來進一步描述，然而，本發(fā)明并不局限與此。


圖1示出了包含電極裝置的高強度放電燈(UHP燈)的燈管的示意性截面圖。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明電極的一個實施例的示意性截面圖。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明電極的可替換實施例(與圖2比較)的示意性截面圖。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明電極的另一個實施例的示意性截面圖。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明包含材料儲蓄器的電極的示意性截面圖。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了具有從現(xiàn)有技術(shù)已知的高強度放電燈(UHP燈)的放電空間2的燈管1的截面圖。整體形成并通常由石英玻璃制成且氣密密封充滿普通氣體的放電空間2的燈管1，包括兩個圓柱形的密封區(qū)域9，10，該區(qū)域彼此相對地設(shè)置并且在其之間具有直徑約10mm的基本為球形的區(qū)域。電極裝置基本包括第一電極3和第二電極4，在相對的電極頭7，8之間的放電區(qū)2內(nèi)產(chǎn)生電弧放電，其中該電弧用作高強度放電燈的光源。叫做電極基底5，6的電極3，4的另一端經(jīng)由鉬條11，12連接到鉬絲13，14。鉬絲13，14還連接到燈的電連接端子(圖1中未示出)，經(jīng)由該電連接端子由電源輸入操作該燈所需的電源電壓，可能要使用為通用的電源電壓設(shè)計的鎮(zhèn)流器。
主要由鎢材料組成的電極3，4具有圓柱形形狀并且大約4到8mm長，并且電極基底5，6具有大約0.3到0.7mm的直徑。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明電極3的一個實施例。電極基底5成形為空心的圓柱體，其中它的外直徑約0.6mm且它的內(nèi)直徑約0.3mm。電極基底5由利用粉末冶金工藝制成的鎢材料組成，因此電極基底5具有比電極頭7更低的密度。電極基底5的這個鎢材料可以例如以傳統(tǒng)的燒結(jié)處理從具有大約0.4到30μm的顆粒尺寸的鎢粉末制成，其中空心圓柱體的形狀通過擠壓獲得。電極基底5的一端固定地連接到電極頭7，該電極頭是實心的并由鎢組成且具有圓柱形形狀。為了冷卻電極3，鎢絲15以已知的方法緊繞電極3多次。
至少一個這種根據(jù)本發(fā)明的電極可被用在高強度放電燈，尤其是UHP燈中，該燈可被用在用于投影目的的系統(tǒng)中。
圖3示出了針對圖2的可替換實施例，其中這還具有上面所描述的電極基底5和不同的電極頭7。這個電極頭7是球形的、實心的并由鎢制成。
可以例如根據(jù)US6,552,499B2來設(shè)計并制造電極頭7。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的電極3的另一個實施例。電極3具有電極基底5和實心電極頭7，其中至少一個限制電極基底中的熱流的元件16被設(shè)置在電極頭7和電極基底5之間。通過元件16電極基底5和電極頭7固定地彼此連接，其中它們不彼此接觸。在這種情況下作為冷卻元件的元件16成形為空心圓柱體形狀并由利用粉末冶金處理制成的鎢材料組成，因此該冷卻元件具有比電極頭7更低的密度。
可替換地，該冷卻元件還可以是固定地連接到電極基底5和電極頭7的繞線且保證電極3所必需的機械穩(wěn)定性。
該電極基底5可以是實心或空心的，或者具有至少一個具有比電極頭7更低的熱傳導(dǎo)率的區(qū)域。
電極頭7可以是圓柱形或球形并優(yōu)選由實心鎢組成。
圖5以截面示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明在電極基底5的區(qū)域內(nèi)包含材料儲蓄器17的電極3。
原則上電極3以圖4中示出的相同方式進行設(shè)計，但另外具有至少一個材料儲蓄器17。以截面擴張或附加設(shè)置圓柱體(部件)形式的材料儲蓄器17被設(shè)置在電極基底5的區(qū)域內(nèi)(圖5.1)或區(qū)域上(圖5.2)，該區(qū)域在燈的工作期間經(jīng)受了增加的材料去除。
權(quán)利要求
1.一種用于高強度放電燈的電極，至少由電極頭(7)和電極基底(5)組成，其特征在于電極基底(5)的至少一個區(qū)域具有比電極頭(7)更低的熱傳導(dǎo)率，和/或至少一個設(shè)計來限制電極基底(5)中的熱流的元件(16)被設(shè)置在電極頭(7)和電極基底(5)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于該電極基底(5)的至少一個區(qū)域具有結(jié)構(gòu)特征，以使得那里的熱傳導(dǎo)率低于電極頭(7)內(nèi)的熱傳導(dǎo)率。
3.如權(quán)利要求2所述的電極，其特征在于該電極基底(5)的至少一個區(qū)域是圓柱形。
4.如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于該電極基底(5)的至少一個區(qū)域具有物理特征，以使得那里的熱傳導(dǎo)率低于電極頭(7)內(nèi)的熱傳導(dǎo)率。
5.如權(quán)利要求4所述的電極，其特征在于該電極基底(5)的至少一個區(qū)域具有比電極頭(7)更低的密度，其中該區(qū)域尤其由利用粉末冶金工藝制成的材料組成。
6.如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于元件(16)被設(shè)置在電極頭(7)和電極基底(5)之間，以使得它們彼此不直接接觸。
7.如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于該元件(16)是冷卻元件，優(yōu)選為繞線或圓柱體，其尤其由利用粉末冶金工藝制成的材料組成。
8.如權(quán)利要求7所述的電極，其特征在于該圓柱形元件(16)被成形，以使得它的外表面提高了熱的散失和/或它的內(nèi)表面限制了朝向電極基底(5)的熱流動。
9.如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于，在燈的工作期間經(jīng)受了增加的材料去除的電極基底(5)的區(qū)域內(nèi)或區(qū)域上，具有以截面擴張和/或附加設(shè)置的圓柱體的形式的附加的材料儲蓄器(17)。
10.一種高強度放電燈，包括至少一個如權(quán)利要求1-9中任一所述的電極。
11.一種投影系統(tǒng)，包括至少一個如權(quán)利要求10所述的燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于高強度放電燈的電極，至少由電極頭(7)和電極基底(5)組成，其中電極基底(5)的至少一個區(qū)域具有比電極頭(5)更低的熱傳導(dǎo)率和/或至少一個設(shè)計用來限制電極基底內(nèi)的熱流的元件被設(shè)置在電極頭和電極基底之間。
文檔編號H01J61/36GK1985346SQ200580023257
公開日2007年6月20日 申請日期2005年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者P·佩卡斯基, H·莫恩克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司