包括嵌入在燈的石英玻璃封殼中的導體的燈的製作方法

2023-06-05 22:10:46

專利名稱：包括嵌入在燈的石英玻璃封殼中的導體的燈的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種燈，該燈包括包圍該燈的光源的石英玻璃的封殼
(envelope)，其中電導體被至少部分地嵌入於該封殼的石英玻璃材料 中。所述電導體不僅可以是電極杆(electrode rod),也可以是嵌入於
燈封殼的石英玻璃材料中的其他導電構件，比如用於向白熾燈供電的 杆狀部件，所述白織燈例如是用於烹飪或者用於工業加熱應用的大功
率卣素燈。
背景技術：
在US-A-2001/0005117中公開了這種類型的燈。該公開描述了一 種高電壓放電燈，其包括封閉燈的放電空間的石英玻璃封殼。該燈設 有兩個密封部分，在石英玻璃封殼兩端的每一端是一個密封部分。兩 電極杆的端部突出到放電空間中，並且每個電極杆的一部分被以這樣 的方式嵌入於封殼的密封部分中即，使得兩電極杆相對於彼此共軸 設置。兩電極杆的另外的端部連接到導電鉬箔構件的端部，以便向電 極杆供給電流，鉬箔構件也被嵌入於燈的石英玻璃封殼的密封部分中。 鉬箔構件的另外的端部連接到延伸到燈的石英玻璃封殼之外的引出線。
兩電極杆不僅可以在封殼的兩端共軸設置，而且彼此平行並彼此 分開一定距離，同時兩電極杆被嵌入在燈的石英玻璃封殼的同一密封 部分中。'所述燈可以是氙金屬離化物燈或者任何其它放電燈(尤其是 HID燈(高強度放電燈))，或者任何其它包括石英玻璃封殼的燈，比 如卣素燈。所述燈可以是包括燈與反射體的單元的整體部分。
這樣的燈呈現了導體材料與封殼的石英玻璃材料的膨脹係數的差 異，其中至少一部分導體被嵌入於燈封殼的密封部分中。膨脹係數的 這種差異會在使用時(尤其是在啟動階段)在燈的材料中產生高應力， 並且這種高應力會導致燈由於燈封殼開裂或者爆裂而引起的早期燈故 障。為了避免由於所述膨脹係數差異而導致的石英玻璃開裂，已知存 在若干種措施，比如在燈的電極杆周圍施加線圏，或者環繞電極杆施 加箔。這些措施的缺點在於附加成本相對較高，所述措施中的大多數
4措施均需要在燈中的附加部件。

發明內容
本發明的目的在於提供一種燈，其中電導體被至少部分地嵌入於 該燈的封殼的石英玻璃材料中，由此降低了在燈的封殼的石英玻璃材 料中發生開裂的風險，至少在需要這種降低的預定位置處降低了上述 風險。
為了實現這個目的，導體的所述部分的至少一部分表面設有突起， 突起在所述表面形成刷子狀結構，即其中導體的部分材料向外延伸並 形成所述突起的結構。突起的長度可以遠大於它們截面的平均尺寸。 表面的所述部分具有剛毛狀或者刷子狀外觀，且突起從導體表面像刷 子的毛刺或刷毛那樣立起。經驗證明，嵌入導體表面的這種刷子狀結 構防止了或至少減少了在周圍的石英玻璃材料中產生應力和開裂，尤 其是當導體被快速加熱時。
這一點基於下面的闡述。儘管在被嵌入到石英玻璃材料中時導體 表面的刷子狀結構會在某種程度上變平，但是在刷毛之間仍將存在某 些小的間隔，以便容納導體材料在被加熱時的額外膨脹。在導體的材 料與石英玻璃材料之間存在直接接觸，從而使得導體可以將其熱量傳 導至石英玻璃。因此，導體的加熱將導致周圍的石英玻璃的同時加熱， 從而使得導體與周圍的石英玻璃之間的膨脹差異減小。
在優選實施例中，突起的平均長度在10卩m和35卩m之間，優選 地為15Mm和25pm之間，並且所述刷子狀結構中的材料密度優選地 在20%和80%之間，以該材料密度，刷子狀結構的機械柔性和形變勢 顯著高於相同材料的實心結構的機械柔性和形變勢。
在優選實施例中，導體表面的所述部分設有一個或者多個凹部， 同時所述突起位於所述凹部的邊緣。這些凹部可以是導體表面中的坑， 但是優選地它們是導體的所述部分的表面中的一個或多個槽。由此， 可以以這樣的方式對導體表面進行處理導體的材料從凹部中被取出 並且在凹部的邊緣重新成形為刷子狀結構的毛髮狀突起。
在優選實施例中，導體表面的刷子狀結構在一個或者多個寬度小 於25pm的區域內延伸，這些區域可以沿著所述凹部的邊緣延伸。所 述一個或多個區域可以是圍繞導體的螺旋帶，或者可以包括導體表面
5的多個更短的帶，或者也可以是具有不同形狀的區域。
導體表面的所述部分優選地藉助於雷射束進行處理，由此使得導 體的材料局部分離並且在導體的表面形成突起。已經發現，通過藉助 於脈衝雷射束對導體表面進行處理，導體的材料會在其暴露於雷射之 後移出，並且該材料的至少一部分在導體的表面形成突起。
在優選實施例中，導體的材料為鴒或者鴒合金或者摻雜的鵠。在 另一個優選實施例中，導體的材料是除鎢之外的金屬，所述金屬來自
純的、摻雜的或合金性質的比如Mo、 Ta、 Re、 In的難熔金屬的組。這 些在燈中常用的材料，被嵌入於燈封殼的石英玻璃材料中，並且已經 發現可以藉助於雷射束通過簡單快速的操作來製造這樣材料的刷子狀 結構。
導體優選地是部分地嵌入於封殼的石英玻璃材料中的電極杆，同 時燈優選地是高壓氣體放電燈，其中電極杆被嵌入在石英玻璃封殼的 密封部分內。在這些燈中，在燈被打開時電極杆將被快速加熱，尤其 是車輛用氙氣燈的情況，其中為了在短時間內達到高的光強度會向燈 供給額外的功率。於是，電極杆的溫度將非常快速地升高。在這樣的 燈中，藉助於電極杆表面的刷子狀結構，可以避免開裂，同時存在用 於電極杆的膨脹的一些空間。這種刷子狀結構確保了熱量從電極杆相 對快速地傳導至周圍的石英玻璃。
本發明還涉及一種製造燈的方法，所述燈包括包圍燈的光源的石 英玻璃的封殼，其中電導體被至少部分地嵌入於所述封殼的石英玻璃 材料中，並且藉助於雷射束對導體的所述部分的至少一部分表面進行 處理，由此使得導體的材料局部分離並且在導體的表面形成突起。
本發明的這些以及其它方面將通過參照下文描述的實施例而變得 明顯並被闡明。


在附圖中
圖1示出了一種氣體放電燈；
圖2是燈的一部分的示意性截面圖3示出了電極杆的刷子狀表面；
圖4是電極杆表面的示意性截面圖；以及
6圖5示出了另一電極杆的刷子狀表面。 這些圖是圖形化表示，僅示出了與本發明相關的部件。
具體實施例方式
圖1示出具有石英玻璃的封殼1的氣體放電燈。封殼1容納氣體 放電空間2，該空間例如填充有汞、碘化鈉、碘化鈧、氮和/或其它氣 體。封殼l被透明外罩3所包圍。
燈的封殼1在封殼1的相對端部設置有兩個密封部分4、 5。每個 密封部分4、5均包括嵌入於封殼1的石英玻璃材料中的鉬箔構件6、7. 每個鉬箔構件6、 7與電極杆8、 9的端部相連，而每個電極杆8、 9的 另一端突出到氣體放電空間2中。電極杆8、 9(至少在其表面處)由 鴒製成，所述鵠可以包括附加物，例如Th02。
兩個鉬箔構件6、 7中的每一個還分別連接到引出線10、 11，引出 線10、 ll伸出封殼1的石英玻璃材料之外，從而使得它們可以與用於 供電的裝置相連。電能通過鉬箔構件6、 7提供給電極杆8、 9。
燈設有帽12，以便將該燈連接到燈座上。燈的帽12設有用以與燈 座中的對應接觸構件連接的接觸元件(未示出)，從而使得電能可以 通過這些接觸構件從燈座提供給所述燈。引出線10與所述接觸元件之 一相連，而另一接觸元件與電流導杆13相連，以便將電能提供給引出 線11。
圖2是燈的一部分的示意性截面分解圖，所述部分在圖1中由圓 圏17指示。燈的封殼1的石英玻璃材料的密封部分4包括與電極杆8 的端部相連的鉬箔構件6。電極杆8的另一端突出到燈的封殼1的氣體 放電空間2中。
圓柱形電極杆8的一部分嵌入在燈的石英玻璃封殼1的密封部分4 中。電極杆8的這部分的表面設有螺旋槽14，螺旋槽14在圖2中由反 向斜線指示。沿著槽14的兩邊緣存在突起，從而得到在電極杆8表面 處的刷子狀結構。
圖3表示電極杆8的一部分，其中示出了電極杆8表面的刷子狀 結構。該刷子狀結構包括由電極杆8的材料形成的毛髮狀突起15，所 述突起位於電極杆8圓柱形表面中的螺旋槽14的邊緣處。
刷子狀結構在槽14旁邊寬度小於25pm的區域內延伸，並且高度典型地為15pm至25jum，呈樹枝、纖維和/或圓錐形狀。所述區域中 的突起15具有20%和80%之間的平均材料密度，同時樹枝、纖維或 者圓錐形狀具有接近100%的材料密度。突起15具有這樣的高度與截 面t匕率(height over cross—section ratio) : ^卩它4門的機械柔'性和 形變勢顯著高於相同尺寸的實心結構(solid structure)的機械柔性和 形變勢。
在圖3中示出的刷子狀結構藉助於將雷射束引導到電極杆8表面 上的操作來形成，同時電極杆8繞其軸旋轉，從而獲得螺旋槽14。以 這種方式，電極杆8的材料局部地分離並且形成如圖3中所示的刷子 狀結構的毛髮狀突起15。
圖4圖解化地示出了槽14和突起15。在本示例中，槽14的寬度 A大約是25Mm而深度C大約為75卩m。槽14之間的距離B大約為100 Mm,並且突起15的長度D (即高度)大約為20pm。
圖5示出了圓柱形電極杆8，其表面藉助於脈衝雷射束被處理，從 而在該電極杆8的表面中形成坑18，並且突起15位於坑18的邊緣處。 利用Q開關納秒YAG雷射器IR 1064nm執行該操作。脈寬大約為16ns， 並且脈衝頻率為33Hz。平均功率為9. 6 W ( 12W系統的80% )。坑的 尺寸大約為25iim。在操作期間，電極杆8以1000rpm的速度旋轉。而 且，為了允許有微量(traces )的氧而施加氣流(空氣或者氬氣)，因 為氧是獲得所需刷子狀結構的反應的一部分。
由於電極杆8表面的刷子狀結構，在電極杆8與燈的封殼1的密 封部分4的石英玻璃材料之間將存在一些間隔，從而使得電極杆8可 以略微比石英玻璃材料膨脹更多。而且，由於刷子狀結構，在電極杆8 的材料與燈的封殼1的密封部分4的石英玻璃材料之間存在良好導熱 接觸。因此，顯著降低了在石英玻璃中出現開裂的風險。
如上所述的燈的實施例僅是根據本發明的氣體放電燈的示例；許 多其它實施例也是可能的，比如其中僅導體嵌入部分的某些部分設有 刷子狀結構的實施例，或者其中引出線表面的某些部分設有刷子狀結 構的實施例。
權利要求
1. 一種燈，包括包圍燈的光源的石英玻璃的封殼(1)，其中電導體(8)至少部分地嵌入於封殼(1)的石英玻璃材料中，其特徵在於，導體(8)的所述部分的表面的至少一部分設置有突起(15)，所述突起(15)在所述表面形成刷子狀結構。
2. 如權利要求l所述的燈，其特徵在於，突起(15)具有10pm 和35pm之間的平均長度，優選15卩m和25 m m之間的平均長度。
3. 如前述權利要求中任一項權利要求所述的燈，其特徵在於，刷 子狀結構(15)中的材料密度在20%和80%之間，以該材料密度，刷 子狀結構(15)的機械柔性和形變勢顯著高於相同材料的實心結構的 機械柔性和形變勢。
4. 如前述權利要求中任一項權利要求所述的燈，其特徵在於，導 體(8)的表面的所述部分設置有凹部(14, 18)，同時所述突起(15) 位於所述凹部(14, 18)的邊緣，所述凹部(14， 18)優選地是導體 (8)的所述部分的表面中的一個或多個槽(")。
5. 如前述權利要求中任一項權利要求所述的燈，其特徵在於，導 體(8)表面的刷子狀結構(15)在寬度小於25卩m的區域內延伸。
6. 如前述權利要求中任一項權利要求所述的燈，其特徵在於，導 體(8)的表面的所述部分藉助於雷射束被處理，通過所述雷射束，導 體(8)的材料局部分離並且在導體(8)的表面形成突起(l5)。
7. 如前述權利要求中任一項權利要求所述的燈，其特徵在於，導 體(8)的材料為鴿或者鎢合金或者摻雜的鎢。
8. 如前述權利要求中任一項權利要求所述的燈，其特徵在於，導 體(8)的材料是除鎢之外的金屬，所述金屬來自純的、摻雜的或合金 性質的比如Mo、 Ta、 Re、 In的難熔金屬的組。
9. 如前述權利要求中任一項權利要求所述的燈，其特徵在於，所 述導體(8)是部分地嵌入於封殼(1)的石英玻璃材料中的電極杆(8， "。
10. 如權利要求9所述的燈，其特徵在於，所述燈是高壓氣體放 電燈，其中電極杆(8, 9)嵌入在石英玻璃封殼(1)的密封部分(4， 5)中。
11. 一種製造燈的方法，所述燈包括包圍燈的光源的石英玻璃的封殼，其中電導體(8)至少部分地嵌入於封殼(1)的石英玻璃材料 中，其特徵在於，藉助於雷射束來處理導體(8)的所述部分的表面的 至少一部分，通過所述雷射束，導體(8)的材料被局部分離並且在導 體(8)的表面形成突起(l5)。
全文摘要
描述了一種燈，其包括包圍燈的光源的石英玻璃的封殼(1)，其中電導體(8)(例如電極杆)至少部分地嵌入於封殼(1)的石英玻璃材料中。導體(8)的所述部分的至少一部分表面設有突起(15)，突起(15)在該表面上形成刷子狀結構。突起(15)優選具有10μm和35μm之間的平均長度。
文檔編號H01J61/073GK101523550SQ200780033928
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月7日 優先權日2006年9月12日
發明者F·M·J·德普雷茨, J·默克斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司