专利名称：通用烧金属检卤灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及通用烧金属检囟灯，更具体地说，本发明涉及这样一种金属囟化物电弧放电灯，即它可以或者在垂直位置上或者在水平位置上使用而不会在颜色或光强方面发生显著变化，它包括容积小于1cm3的椭球形电弧室，该电弧室具有特定的长宽比、电极插入长度、金属囟化物密度、壁负载、和在两端上的热反射镀层，其长度由室的长度决定。
金属囟化物电弧放电灯总是为能垂直地或水平地使用而构成，正如本领域技术人员所公知的一些水平电弧放电灯具有弧形或弓形电弧放电管。在不同于原设计的位置上使用金属检囟灯总是导致显著的彩色偏移和光强方面的损失。与水平位置上使用的电弧有关的内部对流电流导致电弧朝着电弧管的上部弯曲或上升。人们已经发现利用弧形或弓形电弧放电管作为使用于水平位置上的金属检囟灯会导致灯的效率提高。因为电弧没有像电弧管未被弯成弓形那样扩展到接近电弧室的上壁面。可在或者垂直位置上或者水平位置上使用的市场上买得到的金属检囟灯采用了制造起来很昂贵的复杂设计，它包括园柱形电弧管即配有被石英罩围绕的园形端的室用于电弧室的热量平衡。石英罩是与电弧室电绝缘的以便将钠损失减至最低程度，并要求复杂、昂贵的安装设计。有罩电弧室被装入真空外壳内。在此灯的外壳内部的真空装置要求使用起动辅助装置，包括非线性电容器和紫外发射辉光套或在外壳内电容耦合的辉光瓶。这种类型的灯被一般地揭示于美国专利4987344中。所以，仍有必要提供简单的较廉价的金属囟化物电弧放电灯，它可用于多方面因为它可在水平垂直之间的任何位置范围内烧制而不致引起光强或颜色的过多变化。
本发明涉及额定输入功率不超过150瓦的通用烧金属囟化物放电灯，所述灯包括容积小于1cm3的光透射、椭园形电弧放电室，该放电室具有1.6-2.3范围的长宽比，其两端镀以热反射镀层，各端涂层长度是电弧室长度的12-16%，同时具有在所述灯使用期间的17-23瓦/cm2的壁负载，所述室还包括(ⅰ)一对彼此以定距离间隔的电极，各电极伸入所述室的距离不大于所述室长度的15%，最好不大于13%，(ⅱ)惰性启动气体，(ⅲ)钠囟化物和至少一种附加的金属囟化物，其总量足以达到1.5-4.0mg/cm2的金属囟化物密度以及(ⅳ)水银，其总量足以获得不大于100伏的电压。为适当使用该灯，事实上电弧室被装在透明外壳内部，在电弧室和外壳壁之间的空间内含有诸如氮之类的合适惰性气体。所谓通用烧制指的是垂直和水平使用灯的区别不大于(ⅰ)500°K颜色温度和(ⅱ)基于较大数值的10%光强。
图1大略地示出按照本发明的实施例的完整灯组件。
图2(a)和2(b)大徊地示出按照本发明的一个椭园形电弧室。
回到图1，该图大略地表示了灯组件50，如包括用合适的光透射、透明材料制成的外壳52，例如采用在一端，具有合适的电接触面用于电连接到相应电源的典型螺纹座54的玻璃。在外壳52内部的空间56包含合适的惰性气体，例如氮或在高达400乇(torr)左右压力下的氮和稀有气体(即，氩)的混合物。接线柱62穿过真空杆密封58并被焊接到支撑杆64的一端。接线柱62的另一端连接到座54(未示出)。支撑杆64的支臂66焊接到引线24上。引线24又焊接到密封在电弧管即灯10的夹紧密封部16内的钼密封箔18上。在外壳52的一端设置有锚定凹座68。环70被安置在凹座68周围并组成支撑杆72的一端。支撑杆72被焊接到环绕夹紧密封16′的搭接片74以便向外壳52内部的灯10的那端提供支承。引线78的一端焊接到接线柱60，另一端焊接到引线24′，它穿入电弧管10的冲压密封圈16′，在那里它被焊接到密封在夹紧密封圈16′内的钼箔25′上。锆铝合金吸气器80被焊接到支撑杆72以吸收来自外壳52的内部空间56的氢和水蒸气。外壳52是玻璃并且(若必要的话)可包括布置在内表面上，诸如二氧化钛、氧化铝或磷之类的镀层。
龈图2较详细显示了灯，即，电弧管10，它包括光透射的透明材料(例如熔凝石英)制的外壳12，外壳12由内部包含腔20的椭园形电弧室14组成并端接在夹紧密封端部16和16′的相对端上。为了获得密封，把端点部16和16′在钼箔片18和18′上被夹紧密封。一对彼此以一定距离间隔的电极22和22′被置于电弧室14的腔20内并被焊接到相应的钼箔片18和18′上。引线24的一端被焊接到箔片密封圈18和18′，并超出夹紧密封端部16和16′延伸。电极22和22′各以不大于实际电弧室长度L的15%(最好不大于13%)的距离E插到电弧室里。
图2(b)示出包括安装在椭园形电弧室14的各端上的热反射镀层26和26′的灯10。在电弧室14的相对端上存在镀层26和26′是本发明的基本特征，从椭园形电弧室的各端延伸出的镀层的长度L是室的实际长度L的16-20%并大于电极插到电弧室里的长度E，而长度E本身又不大于电弧室实际长度L的15%。
在以上概述段所列出的所有参数对实施本发明是最重要的并且就是这些特征的组合，才产生了无需特殊“浮动”罩、紫外发射辉光套、非线性电容器等等的通用烧金属检囟灯。因此，椭园形电弧室形状、其容积和长宽比、壁负载、决定工作电压的水银总量、热反射镀层的存在及其在电弧室两端的长度、电极插入长度、金属囟化物密度及在外套壳内存在的合适惰性气体，所有这些对本发明的灯能垂直地、水平地或在垂直与水平之间的任一点上使用而不引起超过500°K的颜色温度变化和超过10%较大数值的光强变化来说都是必不可少的。人们已经用实验法确定，若这些参数中任一个超过给定范围，那么在颜色温度和光强的显著较大差异将由灯，即电弧管在垂直和水平之间使用位置上的差异造成。因此，本发明涉及独有的和意想不到的设计空间，其中，按照定义该设计空间的参数制造的金属检囟灯将在垂直和水平位置上都能很好工作而且在两个位置上几乎都一样好的参数制造金属检囟灯。在某些方面，这些参数当中的某几个属于美国专利4161672所揭示的范围。但是，第672号专利所揭示的灯只为垂直使用而设计的(参阅，Lake和Davenport的72页，“低瓦数金属检卤灯”，J.IES，第66-73页，1982年1月)。
电弧室必须是椭园形并且必须有大致范围在1.6-2.3之间和最好在1.8-2.1之间的长宽比。因此，电弧室既不是园柱形也不是球形。所谓长宽比指的是椭园形电弧室的理论长度对其最大外直径之比。在制造该电弧室的过程中，尺寸适当的熔凝石英灯管被熔吹成椭园形，正如本领域技术人员所已知的并如(例如)美国专利4389201和4810932中所揭示的那样，这两专利的说明书并入本文中供参考。在实施端点密封之前，椭园形电弧室的长度就是理论长度。在收缩密封的情况下，理论和实际的电弧室长度之间的差异可能很微小。可是，若电弧管的端点如在本文中附图所示那样被夹紧密封时，理论电弧室长度和实际长度之间的差异会是显著的。举例来说，如图中所示电弧室，其实际长度为17mm，最大宽度为9mm，通过把椭园形电弧室的端点夹紧密封制成，其模制即理论长度为19mm。因此，电弧室的夹紧密封区域即部分与真实的椭园形表面不一致。如在本文中所使用的，术语椭园形的包括端部为收缩密封的以及端部有夹紧密封装置的椭球形电弧室。电弧室的容积将小于1cm3，最好小于3/4cm3，小于1/2cm3则更好。尽管那些附图示出配有夹紧密封装置的电弧管，但也可采用收缩密封装置，因为在电弧室的各端密封的类型不是关键。电弧室的各端必须镀以合适的热反射镀层(即氧化铝、氧化锆，等等)并且(如上面所述的)必须从电弧室的各相应端向其中部延伸的一段距离为电弧室实际长度的12-16%。必要时各端镀层也可以在全部或一部分的夹紧或收缩密封装置上延伸。本发明的另一重要方面是电极插入长度。如上面所述的，各电极插到电弧室里的距离应不超过电弧室实际长度的13%。
除一对彼此相隔一定距离的电极以外，电弧室还必须包括由惰性启动气体、水银、钠囟化物以及至少一种附加的金属囟化物组成的填料。现有金属囟化物的总量应足以获得大致从电弧室壁面区域的1 1/2 至4mg/cm2的金属囟化物密度，最好从2至3l/3mg/cm2的范围。水银的数量应按足以保证所需不超过100伏工作电压计。在灯工作期间，输入到电弧室的功率应是为获得17-23瓦/cm2电弧室壁面的壁负载的数量计。电弧室的惰性气体将包括用作启动气体的稀有气体(例如氩)。如图1所表明的，电弧室即管将被安装在外壳内部。外壳是玻璃的，可使它透明或给它涂以磷或其他材料。外壳内的空间(图1的56)将包括大约200到500乇压力范围的惰性气体(例如氮)。为获得适当的热平衡使灯不论在垂直还是水平位置上都能成功运作，业已证实在外壳空间内存在气体是必要的。若这外空间被抽空，例如在美国专利4987344中所揭示的，该灯就不会在垂直和水平两位置上都能令人满意地运作。现已发现氮特别适用。必要时，氮可包含，例如一种或多种稀有气体的其他惰性气体。现已证实使用稀有气体对其本身是不适宜的因为外套壳内有可能形成电弧。尽管围绕电弧室的罩未与本发明的灯一起使用，但若需要时，可使用罩以防其对电弧室的冲击，并可在罩的表面上包括光波干涉镀层用于有选择地透射和反射光谱的不同部分。然而，若使用罩的话，必须使它与电弧室相隔足够距离以致不会影响电弧管辐射和获得适当热平衡所需要的在外壳内部的热对流电流。
现参照下列实例进一步描述本发明。
如图1所示制成的灯，包括如图2所示的电弧管室，其中外壳包含380乇的氮和电弧室在所有情况下都包含主要由钠碘化物与钪碘化物以19∶1克分子比组成的约12mg金属囟化物，同时也包含3wt.%(重量百分比)的钍碘化物。端部镀层是氧化铝，电极是镀钍钨。电弧室还包含100乇的氩作为惰性启动气体和含有3克分子百分数镉的大约4mg汞剂。电弧室的容积是0.4cm3。这些灯设计成能获得3200°K的颜色温度(CTT)和至少5200垂直及5000水平的光强。该灯工作条件为85伏(AC)和电弧室输入功率为70瓦。制造了五十个以上的不同灯组，其中变量是端部镀层的长度、电极插入长度，长宽比金属囟化物密度以及壁负载，下面所显示的例子仅仅是说明性的。在外壳空间内部的吸气剂是锆铝合金。
实例1在本例中，所有电弧室都具有1.85的长宽比、16.5mm的椭园形电弧管长度以及20W/cm2的壁负载。各电极插入电弧室3.2mm，电弧室给定其电极插入长度为电弧室长度的19%，电弧管两端上的镀层向室的中心延伸2.6mm的距离，该室给定其端部镀层长度为电弧室长度的16%。金属囟化物密度为2mg/cm2。在使用100小时之后，水平和垂直的流明输出分别为5327和6129。这流明输出正好是在对垂直至少5200和对水平5000的设计标准范围内。可是，从水平转为垂直的流明偏移显著大于10%。水平和垂直位置的颜色温度分别为2317和3480K，它是在设计颜色温度的范围以内和在容许颜色偏移的范围以内。但是，这组灯不符合关于流明输出和颜色温度的偏移都不超过10%的标准。因此，这些灯都不符合本发明的要求。
制成的一组类似的灯，唯一差别是各电极的电极插入长度是2.0mm，即电弧室长度的12%。水平的和垂直的流明分别为5607和5645，即，正好是在设计范围之内和在流明输出变化的标准以内。此外，水平和垂直颜色温度分别是3154K和3341K，它也在设计标准范围以内。因此，这些灯满足本发明的技术条件。
制成的另一组类似于上述两组的灯，各端的电极插入长度为2.6mm(16%)，电弧室各端的端部镀层长度为3.2mm(19%)。这些灯的垂直和水平流明输出分别是5085和5497。垂直和水平颜色温度分别为3352K和3306K。尽管颜色是在设计和本发明的灯所用标准范围以内，但垂直流明输出太低，因此，这些灯不符合本发明的灯的要求。
实例2制成的一组灯，具有16.4mm的电弧室长和1.6的长宽比。壁负载是17瓦/cm2。金属囟化物密度是2mg/cm2。电极插入长度是2.0mm即电弧室长度的12%，各端镀层的长度是2.6mm，即，电弧室长度的16%。在通电时，垂直和水平流明分别为5458和4965，而水平和垂直颜色温度分别为3476K和3135K。这样，颜色温度和颜色温度偏移是令人满意的，但水平流明不满足5000的标准。按照本发明的标准，这种灯被认为是模棱两可的。
制成的一组类似灯，唯一差别是在电极插入长度方面，在这情况下，该值是3.2mm即电弧室长度的20%。垂直和水平流明输出分别是4182和5611，而垂直和水平颜色温度分别是2803K和2987K。因此，这种灯不满足本发明的要求，因为其垂直流明非常低，在垂直和水平流明输出之间有太大的差别以及在垂直使用位置上的颜色温度过低。
所制的第三组灯，其差别是椭园形电弧室各端的端部镀层为2mm长，即电弧室长度的12%和金属囟化物密度为3mg/cm2。电极插入长度为2mm即电弧室长度的12%。垂直和水平流明分别是5698和5474，而垂直和水平颜色温度分别是3221K和3423K。因此这些灯满足本发明的要求。
实例3在本例中，制成的灯其中电弧室具有14.2mm的长度，1.6的长宽比、2mg/cm2的金属囟化物密度、2.6mm即电弧室长度的18%的电极插入长度以及3.2mm长，即电弧室长度的23%的椭园各端的端部镀层。壁负载为23瓦/cm2。垂直和水平流明分别是4311和4592，而垂直和水平使用的颜色温度分别为2925K和2964K。因此这些灯不符合按照本发明的灯的要求，因为垂直和水平流明输出都太低。
实例4在本例中，制成的灯具有16.6mm的椭园形电弧室长度和2.1的长宽比、2mg/cm2的金属囟化物密度、2.0mm，即，电弧室长度的12%的电极插入长度以及2.6mm，即，电弧室长度的16%的电弧室各端的镀层长度。壁负载是23瓦/cm2。这组灯的垂直和水平流明输出分别为5418和5489，而垂直和水平颜色温度分别为3200K和3401K。这些灯不符合本发明的要求。类似的一组灯，除4mg/cm2的金属囟化物密度符合本发明的范围以外，在具有5266和5187的垂直和水平流明及3135和3271K的垂直和水平颜色温度方面是相同的。
制成的另一组灯具有2.1的长宽比，但具有17瓦/cm2的壁负载，3.2mm的电弧室各端的端部镀层长度和2mm即11%的电极插入长度。此灯的垂直和水平流明输出是5299和5263而垂直和水平颜色温度是3096和3325K，它满足本发明的标准，尽管电弧室各端的镀层长度是17%。此灯的金属囟化物密度是3mg/cm2。
权利要求
1.透明的、光透射电弧室用于通用烧金属囟化物电弧放电灯，额定输入功率不大于150瓦，工作期间具有17-23瓦/cm2的壁负载，所述电弧室具有椭园形轮廓，包括不大于1cm3的容积及1.6到2.3的长宽比范围，所述室在两端镀以热反射镀层，各端镀层长度是所述室长度的12-16%，所述室装入一对彼此以一定距离相隔的电极，各电极伸入所述室的距离不大于所述室长度的15%，所述室还包括(i)惰性启动气体，(ii)金属囟化物，包含钠的囟化物和至少另外一种金属，其数量足以获得从1.5到4mg/cm2的金属囟化物密度，及(iii)水银，其数量足以获得所要求的不超过100伏的工作电压。
2.如权利要求1的电弧室，其特征在于所述容积不大于3/4cm3。
3.如权利要求2的电弧室，其特征在于，所述长宽比是在1.8-2.1之间。
4.如权利要求3的电弧室，其特征在于所述金属囟化物密度是从2到3 1/3 。
5.如权利要求4的电弧室，其特征在于所述容积不大于1/2cm3。
6.如权利要求5的电弧室，其特征在于包括钪囟化物。
7.如权利要求6的电弧室，其特征在于所述囟化物包括碘化物。
8.通用烧金属囟化物电弧放电灯，其额定输入功率不大于150瓦，包括按照1至7中任一权利要求的透明的、光透射电弧室，所述电弧室被封闭在一个透明的、光透射外壳内，惰性气体存在于所述电弧室和所述外壳的内表面之间的空间内。
9.如权利要求8所述的灯，其特征在于存在于所述电弧室和外壳之间的所述空间内部的所述气体，包括氮。
全文摘要
额定值不超过150瓦和100伏的金属卤化物电弧放电灯，它可以在水平位置上或在垂直位置上使用而不会显著改变颜色温度或流明输出值，它具有安装在含氮外壳内部的椭圆形电弧室。该电弧室包括一对电极、水银及钠和钪碘化物，并在各端镀以热反射镀层。电弧室的长宽比、电极插入长度、金属卤化物密度、镀层长度和壁负载都被限定在狭窄的范围内。
文档编号H01J61/82GK1079583SQ9310671
公开日1993年12月15日 申请日期1993年6月3日 优先权日1992年6月3日
发明者P·G·马修斯, B·L·戈登, D·E·科罗, M·N·哈辛克 申请人:通用电气公司