專利名稱：高壓氣體放電燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高壓氣體放電燈，它包括用真空密封方式密封的燈管，該燈管具有用石英玻璃壁面封閉著的放電空間;
嵌入在燈管壁面內(nèi)的金屬箔，每個金屬箔分別和外部的電流導體連接;
可具有添加劑的鎢電極桿，它們分別和上述的一個金屬箔連接，該電極桿從燈管壁面中伸入到放電空間;
位于放電空間內(nèi)的電離填充劑;
在美國專利4594529中可了解這種高壓氣體放電燈。這種公知的燈適合用作車輛的前燈，并具有可能用敷釷鎢制成，在其端頭可能具有也可能不具有包絡線圈的電極桿。
這種燈的反應速度要求高，當燈被激勵后，提供在穩(wěn)定工作時必須提供的主要部分的光通量。當燈已先工作一段時間而變熱時，要求此燈仍能被點亮。為了符合這些要求，要在幾千伏和幾千赫茲的電壓下點亮此燈。
人們發(fā)現(xiàn)，如果這種公知的燈在短時間內(nèi)經(jīng)常打開又關閉，壽命就短。當燈管內(nèi)填充物泄漏后，燈管就會漏電，燈也就不能再被點亮或者燈管因此而破裂。
在制造這種公知的燈時，做成一個密封結構，并把一個或幾個上述的金屬箔密封在玻璃壁面內(nèi)。在此過程中，存在有金屬箔、外部電流導體和電極桿處的石英玻璃就會變軟。此后，燈或?qū)⒁瞥傻臒衾鋮s下來。由于電極桿具有相對高的線性熱膨脹系數(shù)(大約45×10-7K-1)，而石英玻璃里含有重量至少占98%的SiO2(膨脹系數(shù)約6×10-7K-1)，因此，電極桿就比石英玻璃收縮得厲害。這樣會在上述電極桿周圍產(chǎn)生毛細空間。因為金屬箔的形狀原因，在金屬箔的周圍不會產(chǎn)生這種毛細空間，金屬箔通常是鉬箔。
當點亮這種公知的燈時，由于有很高的電流流過電極桿和放電所產(chǎn)生的熱傳遞，電極桿的溫度將急驟上升。而石英玻璃的溫度不會隨之立刻上升。由于電極桿溫度和膨脹系數(shù)都較高，電極桿就會逐漸接觸到石英玻璃，并且對它產(chǎn)生壓力。人們發(fā)現(xiàn)，這樣會損壞石英玻璃，比如產(chǎn)生微小裂紋，在隨后燈被點亮的期間，這些微小裂紋數(shù)目和大小都會增加并引起燈的漏電。
避免這些影響的可能的方法在于在電極桿的周圍產(chǎn)生一個相對寬的空間，這樣就防止了在制造密封的時候石英玻璃壁面的玻璃和電極桿相接觸。然而，這種可能性在實踐中不總是可行的。因為在制作過程中會因此使一個溫度相對低的空間增加，具有低揮發(fā)性的空間填充成份可能會積聚在此空間，并可能不再參予放電。歐洲專利0206598-B1公開了一種在電極桿周圍具有一相對較寬，但受一定限制的空間的燈。
美國專利3868528-A公開了一種金屬鹵化物燈，其中用于主電極和輔助電極的電流供電導體被燈管的密封層所封閉并且彼此相鄰。在導體的相對電勢和金屬鹵化物的影響下，此燈的密封層可能失去透明。為了防止出現(xiàn)這種情況，此燈中電極桿周圍的空間被填入了熔點相對低，線性熱膨脹系數(shù)和鎢接近的堿土硅酸鹽玻璃。
這種燈的缺點在于在制造密封時，為了使硅酸鹽流入并停留在電極桿周圍的空間，必須使電極桿位于金屬箔的上方。在此位置，不可能使燈管內(nèi)的電離填充物充分地冷卻下來。在隨后的步驟中，必須通過一排氣管來提供填充物，隨后把此排氣管密封。然而，此排氣管會干擾產(chǎn)生的光的光路。
本發(fā)明的目的是提供一種在首段提到的高壓氣體放電燈，它結構簡單，并能消除制作完成前的早期破損。
根據(jù)本發(fā)明，該目的是這樣完成的，即在玻璃壁內(nèi)電極桿周邊具有石英玻璃涂層，至少在鄰近相應金屬箔處，涂層和壁面的石英玻璃沒有機械上的連結。
本發(fā)明是基于以下認識，即電極桿質(zhì)量增加而不因此實質(zhì)上改變它的電特性和放電特性。電極桿的石英涂層增加了電極的質(zhì)量也因此增加了它的熱容量，即溫度上升一度所需的能量，同時增加了電極桿的直徑，并因此而增加了它們的導熱性。另一方面，電極桿的導電性不增加。質(zhì)量的增加減弱了在燈點亮期間電極桿溫度的上升，以使壁面的包繞石英玻璃能承受由于玻璃與嵌入的金屬箔永久性接觸而引起的較高的溫度和膨脹，這些溫度和膨脹一部分也是由于電流通過金屬箔而產(chǎn)生的熱量所引起的。
根據(jù)本發(fā)明，這種高壓氣體放電燈很容易制造。
例如，制作過程從制作至少在其表面上含有ThO2添加劑的電極桿開始。用外部電流導體固定到金屬箔上的電極桿密封在燈管壁面內(nèi)，其中制造中的燈管的玻璃在壁面內(nèi)局部加熱，并和上述的金屬部件進入接觸。隨著冷卻產(chǎn)生收縮，玻璃因此而發(fā)生變形，從而引起玻璃裂化，這樣就能獲得電極桿周邊的石英玻璃涂層，并且由于此裂化它和壁面的玻璃不機械接觸。
裂化是沿著在涂層表面變形最小的路徑而發(fā)生裂化開始于電極桿與放電空間相鄰的壁面失去接觸的地方，并相對于電極桿成銳角α，裂化沿著金屬箔方向呈實際上圓柱形發(fā)生并且以相對于電極桿呈鈍角結束。象通常一樣，燈管的真空密封層位于金屬箔端頭之間的區(qū)域。如果電極桿應延續(xù)到燈管的外部，同時相應地嵌入的金屬箔不和電極桿相連接，燈管顯然從開始就漏電。
人們發(fā)現(xiàn)，同屬一種燈的各具體的燈的涂層可能具有不同的長度，因為在制作密封時，電極桿和壁面脫離接觸的地方因各具體的燈而不同。這可能是因為在制作密封時，石英玻璃的溫度有少許的不同。
在制作密封時，面朝放電空間的壁面部分應盡可能少受熱，以避免變形。相應地，由于在制作密封時有很大的溫度差，因此密封位置有少許不同。
如果在密封處于單個燈的密封中密封位置時，該密封位置具有比其它位置低些的高溫，那么在此位置的石英玻璃就會相對較粘，且在冷卻后就不會附在電極桿上。人們也發(fā)現(xiàn)，盡管涂層的長度是變化的，即具有涂層的電極桿的徑向部分的長度不同，也能完成本發(fā)明的目的。實際上，在附在用于完成密封的石英玻璃的金屬箔的相鄰區(qū)域中，該涂層是靠高溫和石英玻璃與密封過程中的電流導入點之間的緊密接觸達到的，或是在制造壓緊密封時利用壓緊部件在電極桿上施加壓力而獲得。
由于至少在上述電極桿的表面含有添加劑并且此添加劑也滲入到與電極桿和涂層界面相鄰的那層涂層里，所以此涂層的石英玻璃對電極桿有很強的附著力。
該燈除了經(jīng)久耐用，易于制造以外，它的優(yōu)點是由于裂紋而產(chǎn)生的路徑寬度很小，它比上述的毛細空間的寬度還要小。
歐洲專利0330268-A1公開了一種用真空密封方式密封的燈，該燈的鎢電線直接地通過壁面從燈管的外部進入內(nèi)部。該電線相應地具有一個石英玻璃涂層，且壁面密封在兩個涂層端點之間，以便涂層從燈管的內(nèi)部及外部伸出。該涂層是分別提供的并且在每一邊都以銳角結束。重要的是該涂層在鄰接于金屬/玻璃界面的層中包括有添加劑，如釷。
盡管此方法具有優(yōu)點，根據(jù)本發(fā)明，在本發(fā)明的燈中還是使用常用的包括箔部分的電流導入點，因為對其的工業(yè)應用已非常熟悉。
如果該添加劑出現(xiàn)在電極桿體中，根據(jù)引用的歐洲專利申請，例如對敷釷鎢電極桿的情況，必須把添加劑敷到電極桿的表面，以便使石英玻璃附到電極桿上。為達到此目的，首先必須把電極桿氧化，然后通過蒸發(fā)除去氧化鎢，這樣就從桿上除去了其表層。然而，位于其表層中的添加劑，仍留在其表層下。
可選擇另一種方法，即可以一種懸浮物的形式把添加劑加到桿的表面，可以參照所引用的歐洲專利申請。一旦具備了石英玻璃涂層，那么添加劑就會滲透到和金屬玻璃界面相鄰接的那層涂層中，這樣會使石英玻璃粘附于電極桿上。
根據(jù)所引用的歐洲專利申請，可以使用的添加劑有例如釷，鉿，鉻，鋁，鈦，鉭，鎂，鈣，鍶，鋇，鋯，鑭，鈧，鑭系元素，鈮，硼和鐿，它們可作為一種元素或以氧化物或鹽的形式出現(xiàn)。通過使用“X射線能量擴散分析”和“X射線波長能量擴散分析”，在“掃描式電子顯微鏡”中觀察到在金屬/涂層界面的涂層玻璃中的添加元素。
另外一種方法，此方法處理過程可以從至少在其表面含有錸的電極桿開始。錸可以一種懸浮物或它的氧化物或鹽的懸浮物的形式提供。把它的鹽和氧化物加熱到比如2200℃，該化合物就會分解，錸仍會留下。另一種制造過程可以鎢/錸電線而開始，例如錸的重量占總重量的百分之一到百分之幾，且可以把錸加到電線表面，在此表面，電線已被氧化，鎢的氧化物已經(jīng)蒸發(fā)。
從歐洲專利0410511-A1中得知，在其表面含有錸的鎢線對石英玻璃涂層具有很強的附著性，并具有機械上的聯(lián)鎖結構，且該已涂復的導線可直接密封入涂層兩端間的石英燈管。在緊鄰金屬/玻璃界面的石英玻璃中不能直接觀察到錸。
可以選擇在制造燈前，采用一單獨的步驟提供電極桿的涂層，例如，利用石英玻璃管。
根據(jù)本發(fā)明的高壓氣體放電燈可以用作車輛前燈，或者在不同類的光學系統(tǒng)中使用。為此目的，可以用燈帽固定燈，并且可以用外殼或不用外殼包圍此燈。燈帽可以帶有一個反光罩，也可以不帶。
金屬箔可以嵌在接近另一壁面的區(qū)域，或者嵌入與另一壁面有一定距離的區(qū)域，例如在其對面。
根據(jù)本發(fā)明的高壓氣體放電燈的實施例在附圖所示，其中

圖1是燈的側視圖;
圖2是對圖1的細節(jié)進行放大的圖;
圖3和圖4是帶有燈帽的圖1中燈的側視圖。
附圖中的高壓氣體放電燈具有燈管1，燈管1用真空密封方式封閉，且具有封閉放電空間3的石英玻璃壁2。分別和外部電流導體5連接的金屬箔4被嵌在燈管壁內(nèi)。
鎢電板桿6分別和上述的一個金屬箔連接，在圖中金屬泊用含有0.5%重量的Y2O3的Mo制成，電極桿從燈管壁伸出進入到放電空間。通常金屬箔具有羽毛狀的邊緣。放電空間內(nèi)裝有電離填充劑。
在幾乎和相應的金屬箔接近的壁面2中，電極桿6分別具有石英玻璃周邊涂層7，此桿和玻璃壁面2沒有機械上的接觸。
電極桿6至少在與電極桿6和涂層的界面相鄰接的那層涂層7中含有添加劑。
添加劑從包括下列元素的組中選取釷，鉿，鉻，鋁，鈦，鉭，鎂，鈣，鍶，鋇，鋯，鑭，鈧，鑭系元素，鈮，硼和鐿。
圖1和圖2中的電極桿含有少量的鎢晶體生產(chǎn)調(diào)節(jié)物質(zhì)，例如完全由K，Al和Si組成的重量占0.01%的物質(zhì)，也可把重量占1.5%的ThO2作為添加劑分布到所述桿中。鎢晶體的大小尺寸為3×3×10μm3，從電極桿6移去表層，其中電極桿6是氧化的且形成的氧化物也被移去，從而ThO2達至表面。在本發(fā)明實施例中，由Mo制成、連至金屬箔4并從而連至外部導體5的電極桿6被部分封裝在燈管壁內(nèi)，其中石英玻璃融合其上或壓緊其上以便制成壓緊密封。
在圖中，外殼9包圍著燈管并與之相連。使用具有金屬緊固套筒10的燈帽可以卡緊此燈。
燈內(nèi)填有例如水銀、碘化鈉和碘化鈧和氙這些填充劑中的一種，氙在室溫下，壓力為7巴時，在額定電壓下工作時，消耗35W的功率。
從圖2中可以看到，電極桿6在燈管1的壁面2內(nèi)部具有至少和金屬箔4相鄰的涂層7。該涂層布滿桿的周邊，并用石英玻璃制成，即燈管1的玻璃。涂層基本上為圓柱形，在它與箔相鄰處及金屬桿和玻璃失去接觸處具有一錐形端頭。因此，涂層具有一銳邊緣角α。虛線7′表示和電極桿/涂層界面相鄰的那層涂層7。注意到用2′表示的那部分燈管壁面在制作密封時沒有變形，因為在制作密封前，燈管在此位置已經(jīng)具有了最終的外形。在此位置，桿與玻璃之間緊密的周邊接觸并沒有受到影響。在具有長度至少為箔和定位點2′之間距離三分之一且具有凸緣的電極桿區(qū)域中，石英玻璃的溫度總是足夠高，以使燈在制造過程中，石英玻璃和(電極桿)接觸緊密，并能粘附到(桿)上。
在所示的實施例中，電極桿厚度為250μm，涂層厚度約40μm。可以看到，涂層7和圍繞它的裂紋在桿與箔之間的接頭4′處結束，或在箔上結束。在外部電流導體和電極桿4之間的區(qū)域中密封2是真空密封的。
在圖3中，燈管被一不同的外殼9′封閉并且外殼與之相聯(lián)結。燈管固定在一種卡口式的燈帽中，這種燈帽設有中央銷形接觸頭11和環(huán)形接觸頭12，它們分別和電極桿6相連，環(huán)形接觸頭通過連接導體13連接。電極桿腔內(nèi)及電極桿涂層的玻璃中含有重量占3%的Y2O3作為添加劑。
圖4中，燈管被另一種不同的燈帽8′封閉，燈帽8′具有接觸頭11′和12′，它們分別有導線與外部相連。在與電極桿/涂層界面相鄰接的那層涂層中電極桿6含有HfO2作為添加劑。在連接導體13的四周具有陶瓷絕緣層14。
在一種改進的方案中，圖4中的鎢電極桿含有1%的錸分布其內(nèi)。錸也位于桿的表面，因此，由于桿與其涂層的聯(lián)鎖表面結構，在石英玻璃涂層與電極桿之間具有很強的粘附性。
權利要求
1.一種高壓氣體放電燈，它包括用真空密封方式密封的燈管(1)，該燈管具有用石英玻璃壁面(2)封閉著的放電空間(3)；嵌入在燈管壁面內(nèi)的金屬箔(4)，每個金屬箔分別和外部的電流導體(5)連接；可能具有添加劑的鎢電極桿(6)，它們每個分別和所述的一個金屬箔連接，并從燈管壁面中伸出到放電空間內(nèi)；位于被電空間內(nèi)的電離填充劑；其特征在于在壁面(2)內(nèi)，電極桿(6)具有石英玻璃的周邊涂層(7)，該涂層至少和相應的金屬箔(4)相鄰，并且該涂層和石英玻璃壁面(2)不機械連接。
2.如權利要求1的高壓氣體放電燈，其特征在于電極桿(6)至少在與電極桿(6)和涂層的界面相鄰接的那層涂層(7)含有添加劑。
3.如權利要求1的高壓氣體放電燈，其特征在于添加劑從包括下列元素的組中選取;釷，鉿，鉻，鋁，鈦，鉭，鎂，鈣，鍶，鋇，鋯，鑭，鈧，鑭系元素，鈮，硼和鐿。
4.如權利要求1的高壓氣體放電燈，其特征在于電極桿至少在其表面含有錸。
5.如上述權利要求中任何一個的高壓氣體放電燈，其特征在于該燈固定在一燈帽(8)中。
全文摘要
一種高壓氣體放電燈，它包括具有用石英玻璃壁面封閉著放電空間的密封燈管，金屬箔嵌入在壁面內(nèi)，并且和具有石英玻璃周邊涂層的金屬桿相連，此涂層至少和金屬箔相鄰接。涂層對桿有堅固的粘附性。它在其與桿/涂層界面的邊界含有添加劑。可選擇的另一種方法是把錸添到桿的表面，使桿和它的涂層具有聯(lián)鎖結構。由于在完成密封時，石英玻璃和桿具有很強的粘附性及它們之間膨脹系數(shù)的很大差異，涂層會脫離壁面而和壁面失去機械上的接觸。此涂層能防止此燈由于漏電而引起的制成前早期損壞。
文檔編號H01J61/073GK1081786SQ9310805
公開日1994年2月9日 申請日期1993年7月10日 優(yōu)先權日1992年7月13日
發(fā)明者P·M·G·范亨尼普, M·J·L·M·范多梅倫 申請人:菲利浦電子有限公司