低壓汞汽放電燈的製作方法

2023-06-09 05:08:21 1

專利名稱：低壓汞汽放電燈的製作方法
技術領域：
本發明涉及低壓汞汽放電燈，它包括放電容器，所述放電容器以氣密方式封閉備有汞與惰性氣體的填充物的放電空間；布置在放電空間中的電極，用於產生並維持放電空間中的放電；以及至少基本上包圍所述電極中至少一個的電極屏罩。
在汞汽放電燈中，汞是用於(高效地)產生紫外(UV)光的主要成分。放電容器的內壁可備有包括用於將UV轉換成諸如用於日光浴目的(日光浴床燈)的UV-B與UV-A等其它波長或可見光輻射的發光材料(例如螢光粉)的發光層。因此，這種燈也稱作螢光燈。
從德國專利DE-A1060991得知開首段中提到的類型的低壓汞汽放電燈。在該已知的燈中，包圍電極的電極屏罩用鈦片製成。電極屏罩，也稱作陽極屏罩或陰極屏罩的使用減少放電容器內壁的變黑。這一方面，鈦的作用是作為化學結合氧、氮和/或碳的吸收劑。
使用金屬或合金的缺點在於它可能導致電極的電極線的短路。此外，電極屏罩中的金屬可能與燈中存在的汞混合，並從而吸收汞。結果為了獲得已知的燈的足夠長的使用壽命，需要相對地高的汞用量。如果在使用壽命結束之後不適當地處理燈管，會對環境產生不利影響。
本發明的目的為提供開首段中所描述的類型的消耗相對少量汞的低壓汞汽放電燈。
為達此目的，按照本發明的低壓汞汽放電燈的特徵在於至少一個電極包括工作時部分地從該電極析出的鹼土金屬，以及所述電極屏罩包含與源自所述至少一個電極的鹼土金屬反應或形成合金的材料。
為了保證低壓汞汽放電燈正常工作，這种放電燈的電極除了具有高熔點溫度的材料(常用的金屬為鎢)之外還包括具有低的所謂選出功(降低逸出功電壓)的(發射)材料來向放電提供(發射)電子(陰極功能)並且接收來自放電的電子(陽極功能)。已知的具有低逸出功的發射材料為鹼土金屬的氧化物，諸如鋇(Ba)、鍶(Sr)與鈣(Ca)的氧化物。已觀察到在低壓汞汽放電燈的工作中，例如因為通過蒸發或濺射從電極析出鹼土金屬，所以釋放出(發射)材料。通常這些材料澱積在放電容器的內壁上。進一步發現澱積在放電容器中任何地方的鹼土金屬不再參予發光過程。此外，澱積的(發射)材料在內壁上形成含汞的汞齊，從而放電可利用的汞量減少(逐漸地)，這給燈的使用壽命帶來不利的影響。為了抵消燈的壽命中這種汞的損失，燈需要相對高的汞用量，從環境的觀點這是不希望的。本發明人的實驗揭示金屬形式的鹼土金屬與汞形成汞齊，而鹼土金屬的氧化物則並不與汞起反應。例如，BaO、SrO、Ba3WO6、Sr3WO4等形式的鹼土金屬並不與汞構成汞齊，而在可比條件下，金屬性鹼土金屬則與汞結合而構成諸如Ba-Hg或Sr-Hg等汞齊。本發明人已實現通過設置包括與源自電極的鹼土金屬反應或形成合金的材料的電極屏罩，可觀地降低了形成汞齊的危險性，使得汞保持可用於放電的狀態，結果限制了放電燈的汞消耗。
按照本發明的低壓汞汽放電燈的最佳實施例的特徵在於電極屏罩的材料包括將鹼土金屬氧化的材料的氧化物。通過將源自電極並澱積在電極屏罩上的鹼土金屬的化學狀態從金屬改變成適當的金屬氧化物，限制了放電燈的汞消耗量。合適的材料包括具有一種以上氧化狀態的氧化材料，從而使該材料不在最低氧化狀態中。更合適的材料為缺氧材料。最好將鋇或鍶用作鹼土金屬，而氧化物則選自由MnO2、TiO2、Fe2O3、In2O3、SnO2、SnO2Sb、ZrO2、Nb2O5、V2O5、Tb4O7與ZnO構成的一組材料。與金屬性鹼土金屬(源自電極)接觸，構成對應的鹼土金屬氧化物，即BaO和/或SrO。
按照本發明的低壓汞汽放電燈的又一最佳實施例的特徵在於電極屏罩材料包括比鹼土金屬惰性高的材料的氧化物。在燈的正常工作條件下，這種材料將鹼土金屬氧化。結果，鹼土金屬被減少而不與存在於放電容器中的汞起反應。最好，鹼土金屬為鋇或鍶，而氧化物則選自由氧化銅與氧化鐵構成的一組材料。
按照本發明的低壓汞汽放電燈的另一最佳實施例的特徵在於電極屏罩的材料包含在工作中在高於電極屏罩的溫度的溫度上析出水的材料。最好所述鹼土金屬為鋇或鍶，而所述材料為選自由SiO2、Al2O3(特別適合的是所謂Alon-C)與稀土金屬氧化物(例如La2O3)構成的一組材料。
按照本發明的低壓汞汽放電燈的又一最佳實施例的特徵在於電極屏罩材料包含與鹼土金屬而不與汞形成合金的金屬。最好，該鹼土金屬為鋇或鍶，而金屬則選自由鋁、鋅、銅、銥與銠構成的一組材料。
電極屏罩本身只可以吸收可忽略不計的汞量。為了達到這一目的，電極屏罩材料包括由鎂、鋁、鈦、鋯、釔及稀土族構成的系列中至少一種元素的至少一種氧化物。按照本發明的低壓汞汽放電燈的特別最佳實施例的特徵在於該電極屏罩用陶瓷材料製成。特別適用的電極屏罩由所謂緻密燒結的Al2O3，也稱作DGA，製成。結果，降低了電極屏罩中的材料與存在於放電容器中汞反應形成汞齊的危險性。此外，採用電絕緣材料作為電極屏罩防止了電極的極線的短路和/或電極的若干圈的短路。已知的燈包括導電材料的電極屏罩，此外還相對容易與汞形成汞齊。採用氧化鋁的又一優點在於用這種材料製成的電極屏罩抗相對高的溫度。最好在工作中，電極屏罩的溫度高於250℃。在這種相對高溫下，增加了已知電極屏罩的(機械)強度降低的危險性，從而不利地影響電極屏罩的形狀。如果將金屬或合金用作電極屏罩，如在已知的放電燈中那樣，則電極屏罩的溫度不可太高，否則金屬或金屬合金中的一種金屬開始變形或蒸發而在放電容器的內壁上產生不希望的變黑。所述相對高溫的另一優點在於，特別是在初始階段中，電極屏罩的溫度變得高於已知的燈的溫度，結果是更快與更容易地釋放附著在電極屏罩上的任何汞。
源自電極並澱積在處於明顯地較高的溫度下用氧化鋁製成的電極屏罩上的鹼土金屬由於這一高溫而不能或很難與在放電中存在的汞反應，因而至少基本上排除了含汞的汞齊的形成。這樣，採用陶瓷材料製成的電極屏罩用來達到雙重目的。一方面，它有效地防止了來源於電極的材料澱積在放電燈的內壁上，而另一方面，它防止澱積在電極屏罩上的(發射)材料與存在於放電燈中的汞形成汞齊。
電極屏罩的形狀及其相對於電極的位置影響電極屏罩的溫度。低壓汞汽放電燈中的電極通常是長形且園柱形對稱的，例如幾圈圍繞縱軸的線圈。管形電極屏罩特別適用於這種電極形狀。最好，電極屏罩的對稱軸至少基本上平行於電極的縱軸或近似地與之重合。在後一情況下，從電極屏罩的內側到電極外尺寸的平均距離至少基本上不變。最好，電極屏罩在面向放電空間的一側上進一步設置有狹長切口。電極屏罩在放電方向上的狹長切口在低壓汞汽放電燈的電極之間產生相對地短的放電路徑。這有利於提高燈的效率。狹長切口最好平行於電極屏罩的對稱軸延伸(所謂的電極屏罩上的橫向狹長切口)。在已知的燈中，電極屏罩上的開口或狹長切口遠離而面對放電空間。
從參照下面描述的實施例的闡述中，本發明的這些與其它方面將是顯而易見的。
附圖中

圖1為按照本發明的低壓汞汽放電燈的實施例的縱剖面圖；圖2為圖1的細節的局部透視圖；圖3示出具有按照本發明的電極屏罩的低壓汞汽放電燈的汞消耗量相對於已知的放電燈的汞消耗量，前者依靠短周期冷起動鎮流器工作；以及圖4示出具有按照本發明的電極屏罩的低壓汞汽放電燈的汞消耗量相對於已知的放電燈的汞消耗量，前者依靠長周期減光鎮流器(dimming ballast)工作。
這些圖純粹是示意性的並未按比例繪製。特別是為了清楚起見，一些尺寸是大為放大的。這些圖中，只要有可能，相同的標號指稱相同的部件。
圖1示出的低壓汞汽放電燈包括帶有圍繞縱軸2的管狀部分11的玻璃放電容器10，該放電容器讓在放電容器10中產生的輻射穿過並設置有第一與第二端部12a；12b。在本實施例中，管狀部分11具有120cm長度及24mm內直徑。放電容器10以氣密方式封閉放電空間13，該放電空間包含汞填充物與惰性氣體，諸如氬等。管狀部分的壁上通常塗有發光層(未示出在圖1中)，該層中包含將受激勵的汞產生的紫外(UV)光轉換成(大部分)可見光的發光材料(例如螢光粉)。端部12a；12b各自分別支承布置在放電空間13中的電極20a；20b。電極20a；20b為在本例實施中用氧化鋇、氧化鈣與氧化鍶的混合物的電子發射材料覆蓋的鎢絲繞組，在電極20a；20b上，電流供給導線30a，30a』；30b，30b』穿過端部12a；12b到達放電容器10外部。電流供給導線30a，30a』；30b，30b』連接在分別固定在燈帽32a，32b上的接觸管腳31a，31a』；31b，31b』上。通常，在每個電極20a；20b周圍布置有電極環(圖1中未示出)，在該電極環上固定有用來投放汞的玻璃小皿。在另一實施例中，在與放電容器10連通的排氣管中提供有包含汞與PbSiSn的合金的汞齊。
在圖1中所示的實例中，電極20a；20b被具有長度ls(見圖2)的電極屏罩22a；22b包圍，按照本發明，後者包括與源自電極20a；20b的鹼土金屬反應或形成合金的材料。最好，電極屏罩22a；22b是用陶瓷材料製成的，並覆蓋有與鹼土金屬反應或形成合金的材料。圖2示出圖1的細節的局部透視圖，其中的端部12a通過電流供給導線30a、30a』支承電極20a。管狀(圓柱形對稱的)電極屏罩22a位於電極20a周圍，該電極屏罩是由設置在端部12a中的支承線26a支承的。最好在電極屏罩22a面向放電的放電燈一例上設置有橫向的狹長切口(圖2中未示出)。
電極屏罩防止來源於電極的(發射)材料澱積在放電容器的內壁上而導致不希望的變黑。按照本發明的電極屏罩導致在低壓汞汽放電燈的工作期間澱積在陶瓷電極屏罩上的(發射)材料具有這樣高的溫度，使得該材料不能形成含汞的汞齊，從而實現顯著地減少燈的汞消耗量。
實驗揭示，設置有用DGA製成的並且備有Fe2O3層的管狀電極屏罩並將該電極屏罩設置在電極周圍的低壓汞汽放電燈，在依靠所謂的高頻調整(HFR)減光鎮流器工作100個小時之後呈現在電極區中的汞消耗量少於4μg，而設置有已知的電極屏罩的對比燈呈現在電極區中的汞消耗量大於20μg。10,000個工作小時之後，依靠這種鎮流器工作的對比燈由於缺汞而不再能點亮。這一使用壽命顯著地低於這些放電燈的通常使用壽命，後者大約為17,000小時。包括設置有與鹼土金屬反應或形成合金的材料的電極屏罩並且該電極屏罩最好是用陶瓷材料製成的低壓汞汽放電燈符合規定的使用壽命的規範。來源於電極的發射材料的金屬鋇與鍶在電極屏罩上轉換成對應的氧化物，從而防止了金屬鋇及鍶與汞反應導致汞齊的形成。
在進一步的實驗中，將按照本發明製造的低壓汞汽放電燈與已知的放電燈比較。圖3示出包括按照本發明的電極屏罩的低壓汞汽放電燈的汞消耗量與已知的放電燈的汞消耗量的比較，這些放電燈依靠具有短開關周期的所謂冷起動鎮流器工作，其中15分鐘的工作時段與5分鐘的斷開時段交替進行。經過1000個工作小時之後，包含復蓋有Fe2O3層的管狀DGA電極屏罩的電極在電極區中呈現30μg的汞消耗量(曲線a)，而已知的燈在電極區中呈現148μg的汞消耗量(曲線b)。作為使用按照本發明的電極屏罩的結果，電極區中的汞消耗量減少了大約70％。圖4中，將包括按照本發明的電極屏罩的低壓汞汽放電燈的汞消耗量與已知的放電燈的汞消耗量比較，這些放電燈依靠長開關周期的減光鎮流器工作1000個工作小時，其中165分鐘的工作時段與15分鐘的斷開時段交替進行。1250小時之後，包含復蓋有Fe2O3層的管狀DGA電極屏罩的電極在電極區中呈現45μg的汞消耗量(曲線a』)，而已知的燈在電極區中呈現225μg的汞消耗量(曲線b』)。這一比較顯示已知的放電燈在其使用壽命期間具有比包含按照本發明的電極屏罩的放電燈明顯地較高的汞消耗量。
對於本專業的人員來說，顯然，在本發明的範圍內許多改型是可能的。放電容器沒有必要是長形及管狀的，其它形狀也都是可能的。特別是，放電容器可具有彎曲的形狀(例如曲折線形狀的)。
本發明體現在每一種新穎的特徵及這些特徵的每一種組合中。
權利要求
1.一種低壓汞汽放電燈，它包括放電容器(10)，所述放電容器(10)以氣密方式封閉備有汞與惰性氣體填充物的放電空間(13)；電極(20a；20b)，它布置在所述放電空間(13)中，用於在所述放電空間(13)中產生與保持放電；以及至少基本上包圍所述電極(20a；20b)中至少一個的電極屏罩(22a)，其特徵在於所述至少一個電極(20a；20b)包括在工作中部分地從所述電極(20a；20b)析出的鹼土金屬，以及所述電極屏罩(22a)包含與來源於所述至少一個電極(20a；20b)的鹼土金屬反應或形成合金的金屬。
2.權利要求1中所要求的低壓汞汽放電燈，其特徵在於所述電極屏罩(22a)的材料包括氧化所述鹼土金屬的材料的氧化物。
3.權利要求2中所要求的低壓汞汽放電燈，其特徵在於所述鹼土金屬為鋇或鍶，以及所述氧化物選自由MnO2、TiO2、Fe2O3、In2O3、SnO2、SnO2Sb、ZrO2、Nb2O5、V2O5、Tb4O7、及ZnO構成的一組材料。
4.權利要求1中所要求的低壓汽壓放電燈，其特徵在於所述電極屏罩(22a)的材料包括比所述鹼土金屬惰性更大的材料的氧化物。
5.權利要求4中所要求的低壓汞汽放電燈，其特徵在於所述鹼土金屬為鋇或鍶，以及所述氧化物選自由氧化銅與氧化鐵構成的一組材料。
6.權利要求1中所要求的低壓汞汽放電燈，其特徵在於所述電極屏罩(22a)的材料包含在工作中在高於所述電極屏罩(22a)的溫度的溫度下析出水的材料。
7.權利要求6中所要求的低壓汞汽放電燈，其特徵在於所述鹼土金屬為鋇或鍶，以及所述材料為選自由SiO2、Al2O3及稀土金屬氧化物構成的一組材料的氧化物。
8.權利要求1中所要求的低壓汞汽放電燈，其特徵在於所述電極屏罩的材料包含與所述鹼土金屬而不與汞形成合金的金屬。
9.權利要求8中所要求的低壓汞汽放電燈，其特徵在於所述鹼土金屬為鋇或鍶，以及所述金屬選自由鋁、鋅、銅、銥及銠構成的一組材料。
10.權利要求1、2、4、6或8中所要求的低壓汞汽放電燈，其特徵在於所述電極屏罩是由陶瓷材料製成的。
11.權利要求1、2、4、6或8中所要求的低壓汞汽放電燈，其特徵在於在工作中所述電極屏罩(22a)的溫度高於250℃。
全文摘要
低壓汞汽放電燈設置有放電容器及第一與第二端部(12a)。放電容器以氣密方式封閉備有汞與稀有氣體的填充物的放電空間。每個端部(12a)支承設置在放電空間中的電極(20a)。電極屏罩(22a)包圍電極(20a)並覆蓋有與鹼土金屬反應形成合金的材料,該材料由電極(20a)析出。最好,電極屏罩(22a)由陶瓷材料製成。按照本發明的燈具相對低的汞消耗量。
文檔編號H01J61/067GK1266539SQ99800642
公開日2000年9月13日 申請日期1999年4月29日 優先權日1998年5月8日
發明者C·R·隆達, C·J·M·德尼森, V·U·維勒, W·A·格羅恩, W·M·P·范克梅納德, B·J·德馬爾格特 申請人:皇家菲利浦電子有限公司