专利名称：放电灯及使用该灯的照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种放电灯，如汞灯，金属检卤灯，或高压钠灯，放电灯照明装置及使用这种灯的照明装置。
尤其是，本发明涉及这样一种放电灯，在其中氮化物层形成在放电管组件封管的管壁表面，用以阻止封装在封管中的放电介质及管壁材料之间的反应，由此改善了特性。
通常，对高压金属蒸气放电灯的放电管组件材料的选择考虑到透明性能，耐热性能，抗化学性能及可加工性能等。一种由石英作的放电管组件被用于高压汞灯或金属检卤灯，而对于高压钠灯使用透明陶瓷材料，例如矾土(Al2O3)陶瓷材料作的放电管组件。
即使上述放电管组件材料用于这类放电灯，在长期使用后光通量下降的问题依来被解决。
光通量的下降具有各种原因。一种原因是封装在放电管组件中的放电介质与放电管组件材料之间起反应。
例如，在一种金属检卤灯中，密封在石英作的放电管组件中的金属卤化物或从它中间分解出来的金属将与石英起反应，并引起石英变色。为此原因，光传播性能变差。由于放电金属量的下降也引起了光通量的下降。其结果是，光通量维持率下降。
在高压钠灯中，由于封装在由矾土陶瓷材料作的放电管组件中的钠或钠离子与放电管组件之间起反应而产生出反应产物。其后果是发生了所谓钠损失，并使放电电压增大或使光通量下降。
在中压汞灯中，封装在由石英作的放电管组件中的汞被散射到石英中。其结果是使放电管组件变黑。
为了消除这些缺点，日本专利公告文献No.57-44208公开了一种在放电管组件的内表面上涂氮化硅(Si3N4)膜的技术。根据该技术，当在上述局方公报中所述的氮化硅膜形成在放电管组件的内表面上时，该膜缓和了放电金属与放电管组件之间的反应，并阻止放电介质的迁移，由此阻止了光通量的下降及维持了高光通量。
此外，在日本专利申请公开文献No.62-262358公开的技术中，在矾土放电管组件内表面上形成了一层氮化铝涂层，用于减少放电管组件中心部分的温度，由此减少钠损失。
但是，在上述无论那个传统的技术中，因为与放电管组件封管管壁材料不同的氮化硅或氮化铝膜形成在封管内表面上，放电管组件材料在热膨胀系数上与膜材料不同。为此原因，氮化硅或氮化铝膜可能经历破裂、剥落、迁移等情况。
在后一局方公报中，为了解决这种问题，氮化铝膜的厚度需设置为5μm或更小。但是，甚至该膜厚度设为5μm或更小时，也会发生破裂或类似情况。这就是说，要形成足够有效的膜是很困难的。还没有这样一种膜付诸实现。
本发明的目的在于提供一种放电灯，其中在放电管组件的封管内表面上形成一种化学上及物理上稳定的氮化物层，以便阻止放电介质与放电管组件封管材料之间的反应，及阻止放电介质的迁移，由此维持高光通量维持率及阻止其破裂、剥落、迁移等情况，并提供使用该放电灯的照明装置。
为了达到上述目的，根据本发明提供了一种放电灯，它包括具有氧化物材料作的管壁的封管构成的放电管组件，及包含氮化物及形成在管壁内表面上的一个氮化物层，及封装在封管中的放电介质；及在放电管组件中用于产生放电的装置。该氮化物层在管壁的深度方向上呈现氮化物成分的连续及平滑的下降。
在此情况下，在放电管组件中用于产生放电的装置包括电极，电磁感应线圈，及除封装在封管中的电极外的封管外表面上的类似布置。
表达用语在深度方向上氮化物成分的＂连续及平滑的下降＂具有数学含意，其＂平滑＂是指代表在深度方向上氮化物成分下降的特性曲线可以连续地被微分。这意味着代表在深度方向上氮化物成分下降的特性曲线是连续及平滑的，氮化物成分的变化率、即该特性曲线的斜率也是连续变化的。
根据这样的特性，将包含氮化物的氮化物层形成在封管的内表面上。因此，这种化学上稳定的氮化物阻止了放电介质及放电管组件的封管管壁材料之间起反应，及阻止放电介质的迁移或阻止离子化放电介质喷射到管壁内表面中。
在该氮化物层中，代表管壁深度方向上氮化物成分下降的特性曲线是连续及平滑的，其下降率、也即特性曲线的斜率也是连续变化的。
在这种氮化物层中，因为成分在深度方向上连续地变化，在深度方向上热膨胀系数的变化也是连续的。这就阻止了氮化物层的破裂或剥落。
在这种放电灯中，由放电管组件中放电产生的热被通过封管管壁扩散到外部，热量将以大热通量在管壁厚度方向上流动。当氮化物层具有在其中氮化物成分呈现不连续变化的下降率、即特性曲线斜率呈现不连续变化的部分时，将在该部分中产生大的热应力。但是，在这种氮化物层中，因为氮化物成分的下降率、即特性曲线的斜率在深度方向上是连续的，就不会由这种热通量引起氮化物层的破裂或剥落。
上述氮化物层是用氮原子置换构成封管管壁的氧化物材料的氧原子来形成的。根据另一措施，将包含氮化物的膜涂在封管管壁表面上，膜中的氮原子与管壁氧化物材料中的氧原子彼此扩散及置换。
在以此方式形成的氮化物层中，氧原子及氮原子在封管管壁的材料中以原子状态彼此进行置换。因此，这种置换率、即氮化物成分呈现在深度方向上的上述特性。
根据一个优选实施例，上述氮化物层是这样形成的，即其中氮化物成分下降到氮化物层表面氮化物成分50％的部分的深度离其表面为10nm或更大。这样一种氮化物层呈现小的氮化物成分的下降率，并进一步减少了热应力，由此更可靠地阻止了氮化物层的破裂或剥落。通常，氮化物的热膨胀系数大于封管管壁中氧化物的热膨胀系数。为此原因，如果该氮化物层的厚度设得相对大，在封管管壁平面方向上的导热性将增大。因此，在平面方向上，如管壁中心部分与两端部分之间的热非均均性将下降，并产生了热应力的下降。
某些放电灯具有一种放电管组件，在其中在封管中形成一个透孔，将放电装置的导体插入该透孔中并用无机粘剂密封，如由透明陶瓷材料作的放电管组件的情况中的那样。在该情况中，至少在透孔内表面上的氮化物层最好这样形成，即其中氮化物成分下降到氮化物层表面的氮化物成分的50％的部分的深度距表面为100μm或更小。由于这种结构，在无机粘剂及透孔内表面之间的热膨胀系数差下降到能允许可靠的密封。
此外，上述氮化物层可以在电极被密封在放电管组件封管中后，再形成在封管表面上。利用该方法，对于每个电极密封部分的气密状态可以被保持住。
图1A是表示根据本发明第一实施例的金属检卤灯的放电管组件的正视图；图1B是表示图1A中封管管壁部分的剖面概图；图2是表示根据本发明第一实施例的整个金属检卤灯的正视图；图3是表示使用图2中金属检卤灯的照明装置与起动装置在一起的概图；图4是表示根据本发明第二实施例的整个高压钠灯的正视图；图5是表示图4中灯的放电管组件的纵向剖视图；图6是表示图5中放电管组件的管壁部分的剖视概图；图7是表示根据本发明第三实施例的用于照射紫外线的高压汞灯的正视图；图8是表示图7中管壁部分的剖视概图；图9是表示根据本发明第四实施例的磁感应型无电极放电灯的纵向剖视图；图10是表示代表深度方向上氮化物层的氮化物成分下降的特性的曲线图；及图11是用于解释氮化物层形成方法的剖视图。
图1A至3表示根据本发明第一实施例的金属检卤灯。图1A表示金属检卤灯放电管组件的布置。图2表示金属检卤灯的整体布置。图3是表示使用金属检卤灯作为光源的一个照明装置的截面图。
参照图2中所示的整体布置，标号10表示由硬玻璃组成的外管，在其中包含氮气气氛。放电管组件1放置在外管10中。
如图1A中所示，放电管组件1具有在石英玻璃作的封管2两端部分形成的挟封部分4。一层氮化物层3形成在例如靠近封管2的整个内表面上。在该实施例中氮化物层3是包含一种氮化物，即氮化硅的表面层，它是当一种氧化物、如作为放电管组件1的封管2管壁材料的石英SiO2中的氧原子被氮原子置换形成的。
当放置在封管2中的氨(NH3)气氛被加热到高温时，便发生如以下化学式所表示的反应。由于这种反应，石英SiO2中的氧原子被氮原子置换，形成氮化硅，由此形成在封管2的管壁上的上述氮化物层3。
每个主电极5a及5b是利用在一个钨W作的或含钍Th的钨材料作的电极杆51上缠绕由钨作的电极线圈52形成的。由氧化镝Dy2O3，氧化钪Sc2O3或类似物作的电子发射材料(发射极)(未示出)被涂在电极线圈52上。辅助电极6是由钨丝作成的。
主电极5a及5b以及辅助电极经过封密在挟持部分4中由钼Mo或类似物作的金属箔导体7分别地连接到外引线8。
在该封管2中，密封了预定量的汞Hg，金属卤化物，如碘化坑ScI3，碘化钠NaI及作为一种起动稀有气体的氩。
如图2中所示，具有上述布置的放电管组件1被放置在在外管10中。尤其是，在放电管组件1两端的挟持部分4分别地经由夹持件11a及11b被支架12a及12b支承。一个支架12a被焊在密封在灯茎13中的一根导线14a上，而另一支架12b与外管10的顶部分相衔接。
该放电管组件1的一个主电极5a与支架12a形成电连接。放电管组件1的另一主电极5b经由导线15连接在密封于灯茎13的另一导线14b上。
放电管组件1的辅助电极6经由一起动电阻18连接到另一导线14b上。
导线14a被连接到安装在外管10一端部的灯头16上。另一导线14b被连接到灯头16的外端子17上。
以下将详细描述形成在放电管组件1的封管2管壁内表面上的氮化物层。
如图10中所示，在氮化物层3中，氮化物成份即氮化硅成分C呈现从封管2内表面到封管2管壁的深度d方向上的持续及平滑变化，因此不形成清晰的边界。在氮化物层3非常接近表面的位置的一部分中氮化硅分子的成分C约为60％。图10粗略地表示代表，氮化物成分下降的特性，也即氮化硅成分C相对封管2的管壁深度下降的特性。
图10中所示的代表氮化硅成分C下降的特性是基于上述的原子级特性，即在氨气中的氮原子被扩散到封管2管壁的石英材料中并置换石英中的氧原子。代表氮化物(氮化硅)成分下降的特性曲线呈现出连续及平滑的下降，如图10中所示。
应指出，＂连续及平滑＂的表达具有数学的含意，＂平滑＂是指图10中的特性曲线的函数或与其近似的曲线函数可以连续地被微分。
在该氮化物层3中，一种氮化物如氮化硅以高比率包含在非常接近表面的部分中，也即，与放电介质相接触的区域中。因此，化学上稳定的氮化物用于阻止放电介质及电管组件1的封管2管壁材料之间的反应，或阻止放电介质排走或阻止使离子化的放电介质注入到管壁中。
此外，因为氮化物层3的成分在深度d的方向上连续地变化，故在深度d的方向上热膨胀系数的变化也是连续的。这就减少了热应力及阻止氮化物层3的破裂或剥落。另外，在放电灯中的由放电管组件1中的放电产生的热经由封管2的管壁被扩散到外部，热将以大热通量在该管壁的厚度方向上流动。在此情况下，如果氮化物层3具有氮化物下降率呈不连续变化的部分、也即特性曲线斜率不连续变化的部分时，将在该部分中产生大热应力。但是，由于氮化物层3在深度方向上呈现氮化物下降率、即特性曲线斜率的连续变化，甚至在这样的热通量下也不会使氮化物层3破裂或剥落。
在此情况下，氮化物层3的氮化物成分C变成氮化物层表面氮化物成分的50％的这部分深度s(为简便起见，以下称为深度s)最好被调整到为10nm或更大、例如约80nm。
根据氮化物层3，氮化物的下降率小时，热应力进一步减小，由此将更可靠地阻止氮化物层的破裂及剥落。此外，通常氮化物的导热性比氧化物导热性大。因此，由于上述的厚氮化物层3，封管2的管壁的导热性在平面方向上将增加。在放电管组件1中，封管2中心部分的温度将变高，而其两端部分的深度将变低，以致在封管2管壁的平面方向中出现热不均匀性。利用上述氮化物层，在管壁、例如封管2中心部分5端部分之间的管壁的平面方向上的导热性被增大，就使管壁平面方向上的热非均匀性下降，由此减少了热应力。
具有上述布置的金属检卤灯用作为照明装置中的光源，如在图3中所示。参见图3，标号30表示照明装置壳体，它具有一个反射面31。该照明装置壳体30具有其下表面或一个侧表面张开的外壳结构。一个前表面盖32安装在照明装置壳体30的张开部分上。一个灯座33安装在照明装置壳体30的一个侧壁上。图2中所示的金属检卤灯的灯头16可用螺旋与安装在照明装置壳体30上的灯座33相连接。
灯座33通过一个包括稳压器的并装在照明装置壳体30上或布置在照明装置壳体30外部的起动电路35连接到一个商用电源36上。
在具有上述布置的照明装置中，当金属检卤灯与商用电源36相连接时，包括稳压器的起动电路35在辅助电极6及一个与辅助电极6相邻近的主电极5a之间提供起动脉冲电压，并在主电极5a及5b之间提供起动脉冲电压。其结果是，在辅助电极6及一个与它相邻近的主电极15a之间起动放电，并导致主电极5a及5b之间的主放电。作为其结果，放电管组件1发射出光。随着该放电，密封在放电管组件1中的金属卤化物，如碘化钪ScI3及碘化钠NaI发射出光。
由该金属检卤灯发射出的光被照明装置壳体30的反射面31反射，并经由张开部分的前表面盖32照射到外部。
在用作上述光源的金属检卤灯中，在放电管组件1的封管2内表面上的上述氮化物层3的形成阻止了石英与放电金属、如封装在放电管组件1中的金属卤化物及从金属卤化物中分解出的钪Sc及钠Na之间相接触，并且也阻止放电金属如金属卤化物或钪Sc及钠与石英起反应。因此，改善了石英的抗腐蚀性，并防止了它的变色。此外，因为阻止了放电管组件1中放电金属的减少，因此减少了光通量的下降，并能使光通量的维持率增大。
假设在具有在放电管组件内径为1.05mm，电极间距离为18mm及额定输出为100W的金属检卤灯中封装了总量为10mg、其重量比为1∶5的碘化钪ScI3及碘化钠NaI。在此情况下，在其中氮化物层3不是形成在放电管组件1内表面上传统灯中，在该灯点燃6,000小时后，其光通量维持率变为50％。与此相反，在本发明的灯中，其中在放电管组件1的内表面上形成的氮化物层3的深度为80nm，在该灯点燃6,000小时后，其光通量维持率变为70％。也就是，证实了氮化物层3的形成效果。
如上所述，由于上述氮化物层3是具有由氮N2置换构成放电管组件1的氧化硅SiO2中的氧O2形成的反应结构的层，因此不会出现氮化物层3的破裂、剥落或迁移。
如果氮化物层3的深度S为10nm或更大，该层能有效地用于改善石英的抗腐蚀性。如果深度约为80nm，该层呈现出足够的效果。
使用这种金属检卤物灯作光源的发光装置及照明装置具有高的光通量维持率。
在根据第一实施例的金属检卤灯中，使用碘化钪ScI3及碘化钠NaI作为金属卤化物。但是，金属卤化物并不局限于此。例如，稀有金属的卤化物，碱金属的卤化物，或铟或铊的卤化物也能被使用。
以下将描述本发明的第二实施例。该实施例作为一个通用照明汞灯的例子。该通用照明汞灯实质上具有与图1A至3中所示的灯相同的布置。图1A至3中所示的结构可用于说明该汞灯，并省略了对它的描述。
该汞灯与金属检卤灯的区别在于在放电管组件1中封装了起动稀有气体，如汞Hg及氩Ar。在该汞灯中，汞离子H+g注入到石英中时，放电管组件将变黑。尤其是，在石英表面形成小孔，汞离子H+g被玻璃中的OH-及玻璃表面的负电荷吸引并进入到这些小孔中。其结果是促进了石英变黑。
与此相反地，在该实施例中，因为氮化物层3与图1A及1B中所示的第一实施例中的一个相似地形成，便阻止了密封在放电管组件1中的汞与石英之间相接触。这也阻止了汞离子H+g被吸引到石英表面的小孔中。因此阻止了石英的变黑。
以下将参照图4及图6来描述本发明的第三实施例。在该实施例中，本发明用于一种高压钠灯。
图4表示一个整体的高压钠灯。标号110表示外管。外管110由硬玻璃组成并在其中心部分具有鼓出部分。在图4中外管110在其上部分具有一个小直径顶部分111，并在图4中在其下部分具有小直径颈部分112，因此构成所谓的BT形式。灯头113安装在颈部分112的端部上。应指出，在外管110中保持真空。
一个放电管组件101被放置在外管110中。以下将描述该放电管组件101的结构。在外管110中，放电管组件101被支承丝114支撑。该支承丝114是导电丝，如矩形框架形式的不锈钢丝。支承丝114的上部分经由弹性体115被锁止在外管110的顶部分111上，而支承丝114的下部分被焊在密封于灯茎116中的一个密封丝117a上。
从放电管组件101上端伸出的一根导体105经由也作导线用的导电保持架118与支承丝114形成电连接及机械连接。从放电管组件101下端伸出的另一导体105经由一个绝缘子119a被另一保持架119机械地支承。保持架119机械地安装在支承丝114上。这就是，放电管组件101在其上端及下端部分被保持架118及119支承，并经由保持架118及119被支承丝114支承。
从放电管组件101下端部分伸出的导体105经由导线125与密封在灯茎116中的另一密封丝117b形成电连接。密封丝117a及117b被连接到灯头113的壳113a及外端子113b上。
用于辅助起动操作的一个邻近导体(起动器)120布置在放电管组件101外表面的附近。该邻近导体120是由钼、钨、钽、铌、铁、镍及类似金属中的至少一种组成的耐高温金属制成的。邻近导体120的一端被一个双金属片121支承，而邻近导体120的另一端被一个构成在导电保持架118上的锁止部件122可转动地支承。双金属片121的相邻端被固定在支承丝114上。
在该灯起动前，因为放电管部件101的温度及环境温度均低，由于双金属片121的变形使邻近导体120与放电管组件101的外表面相接触。当灯与电源相连接时，在邻近导体120与一个电极106之间形成电位差，便引起邻近导体120及放电管组件101中的一个电极106之间的起动放电。该起动放电导致两电极106之间的主放电。由于这种操作，使起动操作易于进行。当灯被导通时，双金属片121由于接收到来自放电管组件101的热而经受热变形。其结果是，邻近导体120从放电管组件101的外表面移开，由此阻止了邻近导体120挡着从放电管组件101发射出来的光。标号126表示吸气剂。
对该放电管组件101的布置将参照图5及图6进行描述。该放电管组件101是由同一种透明陶瓷材料作的管102构成的，该透明陶瓷材料如为单晶的或多晶的矾土或蓝宝石(在此实施例中为透明矾土(Al2O3))。在该透明陶瓷管102的两端部分形成透孔129。由铌Nb或铌Nb与锆Zn的合金构成的每个导体105分别穿过透孔129。利用玻璃密封剂109使导体105与管102的两端部分形成密封连接。
将各电极108分别地焊在各导体105上。每个电极108是在由钨作的电极杆108a的末端部分上缠绕多次由钨作的电极线圈108b构成的。在电极线圈108b上涂上电子发射材料(发射极)，如BaO-CaO-WO3。
将预定量的汞Hg，钠Na，及氙Xe气作为起动稀有气体密封在放电管组件101中。
在该实施例中，如在图6中所示的那些氮化物层103及104被分别地形成在放电管组件101的封管，如透明矾土(Al2O3)，的内表面及外表面上。这些氮化物层103及104中的每个是具有用氮原子置换构成放电管组件1的矾土Al2O3中的氧原子形成的反应结构。
在该实施例中的氮化物层103及104是以与第一实施例中相同的方式形成的，除去使用了氮化铝代替氮化硅外，它们基本上具有与第一实施例中氮化物层相同的布置。此外，代表在厚度/深度方向上氮化铝(氮化物)成分下降的特性基本上与上述第一实施例中的那些特性相同。这就是说，在该实施例中的下降特性也在深度方向上呈现连续及平滑的下降。
另外，在该实施例中，利用一种无机粘剂如玻璃密封剂109将导体105密封在透明陶瓷管101的透孔129中。因此，如果在导体105密封前在该透明陶瓷管101的整个表面上形成一个氮化物层时，则由于在透孔129内表面上的氮化物层故相对于玻璃粘剂的密封性能变差。在这种情况下，上述氮化物层的深度最好被调整到100μm或更小。
在具有这种布置的高压钠灯中，氮化物层103形成在放电管组件101的内表面上，用以阻止钠Na及钒土Al2O3之间的反应，并由此阻止了晶体、如针状晶体的增长及钠的损失。因而，抑制了光通量的下降，及能达到光通量维持率的增加。
因为上述氮化物层103是这样形成的，即，使得在深度方向上氮化物成份连续地下降，热膨胀系数也由表面向内连续地变化，便阻止了破裂，剥落，迁移及类似现象。此外，导热性增大，使抗热冲击性增大。
因此，放电管组件101中心及端部分之间的温度差下降，使耐久性改善。为此原因，构成放电管组件101的矾土管102的厚度可以减小，以便增大透光度。
具有上述布置的高压钠灯使用邻近导体120用来辅助起动操作，使之易于起动操作。当灯被起动时，邻近导体120与放电管组件101的外表面相接触。该邻近导体120一直保持与放电管组件101的外表面相接触，直到放电管组件101的温度达到一个预定温度时为止。在此状态下，放电管组件101的管壁温度在与邻近导体120相接触的部分上局部地变高。为此原因，会发生升华或熔化，或使灯被关断。此外，在与邻近导体120相接触的部分及其余部分之间可能引起温度差，由此引起放电管组件101的透明矾土管120的热变形。这可能成为管102破裂的原因。
与此相反，在本实施例中，氮化物层104形成在放电管组件101的透明矾土管102的外表面上。因为该氮化物层104用于改善上述的导热性，具有高温的部分的热能有效地扩散到具有低温的其余部分。因此，不会局部地产生升华或熔化，也便不会引起热变形。这就阻止了管的损坏。为此原因，改善了放电管组件101的耐久性。
在以上的实施例中，氮化物层103及104分别地形成在放电管组件101的透明矾土管102的内表面及外表面上。这些氮化物层103及104具有不同的功能。因此，甚至当氮化物层103或104仅形成在这些表面的一个上时，本发明也能被实施。其中氮化物层103形成在放电管组件101的内表面上的情况相当于本发明的权利要求4。而其中氮化物层104形成在放电管组件101的外表面上的情况相当于本发明的权利要求6。
在其中放电管组件101是由矾土管102构成的陶瓷放电管中，甚至将金属卤化物作为放电金属取代钠封装时，可获得与上述相同之效果。
根据例如在日本专利申请公开文献No.5-205701中所公开的这样一种灯，为了形成放电管组件，将排气管及用作导电体的钼Mo或钨W与矾土管整体煅烧，即经受所谓无缝式密封，以便在未排气放电管组件的内表面上形成氮化物层。用此工艺，可同时防止被密封的氮化物及玻璃密封剂109之间的反应。
以下参照图7及8来描述本发明的第四实施例。在该实施例中，本发明应用于一种紫外线汞灯。
参照图7及8，标号200表示该紫外线汞灯的放电管组件200。放电管组件200由石英玻璃作成。在放电管组件200的两端部分上形成密封部分201。各电极202被分别地密封在各密封部分201中。每个电极202是用在钨W制电极杆203上缠绕钨W制电极线圈204形成的。
各电极202的电极杆203分别经过由钼Mo作的并密封在密封部分201中的金属箔导体205与各分引线206相连接。
在该放电管组件200中，被封装了预定量的汞Hg及氩Ar，作为起动稀有气体。
如图8中所示，在放电管组件200的整个内表面及外表面上分别地形成氮化物层210及220。每个氮化物层210及220是利用氮原子置换构成作为放电管组件材料的石英的硅石SiO2中的氧原子形成的表面层。
如图8中所示，在这些氮化物层210及220的每个中，氮化物成分也是从放电管组件200的表面在管壁的深度方向上连续下降的，其深度s被调整到10nm或更大、例如约为80nm，尽管没有明显的界线。
例如，这样一种紫外线汞灯是用于在水处理中消灭筛状杆菌用的灯。在具有放电管组件内径为20mm，有效发射长度为350mm，及额定输入为1600W的灯中，灯的电压被设为410V；灯电流为4.4A；在灯导通工作时的估算汞蒸气压力为66.6KPa。
当这种紫外线汞灯被导通时，汞离子H+g将喷射到石英中使放电管组件变黑，正如在第二实施例中所述的通用照明汞灯的情况那样。这就是在石英表面形成了小孔，并且上述汞离子H+g被玻璃中的OH-及玻璃表面的负电荷吸引并进入到石英表面的小孔中。其结果是促使石英变黑。
与此相反地，在该实施例中，如图8中所示，因为氮化物层210形成在石英内表面上，就避免了石英与封装在具有氮化物层210的放电管组件200中的汞之间的接触，并阻止了汞离子H+g被吸入到石英表面的小孔中。这便防止石英变黑及增加了光通量维持率。
已经证实，在该实施例中的具有氮化物层210的紫外线汞灯在254nm紫外线辐射输出方面比没有氮化物层210的传统紫外线汞灯高1.2倍。也已经证实，在灯点燃10,000小时后的光通量维持率为75％或更高，这比传统的紫外线汞灯高出5％或更大。
上述紫外线汞灯可用作干燥一种紫外线处理油墨的光源。尤其是，在使用一种紫外线处理油墨的印刷装置中，它能在印刷操作后利用紫外线汞灯照射紫外线立即地使该油墨干燥。与自然干燥类型的印刷机相比较，这种印刷装置能节省用于干燥期间辅助操作的空间，并有高的干燥速度。但是在现有的油墨中，某些彩色油墨不能仅被汞灯发出的紫外线足够地干燥。因此，如果印页在紫外线照射后立即彼此叠放时，与还未干燥的油墨部分对应的印页将会弄污。为了解决这个问题，在印好的表面涂上一层淀粉(碳水化合物)的薄膜，以阻止印品弄污。
这种碳水化合物的粉末将飘扬在被紫外线汞灯照射的气氛中，因而将会粘在紫外线汞灯的表面上。紫外线汞灯的放电管组件是由石英构成的，在灯导通工作期间放电管组件的温度达到700至800℃。为此原因，粘在石英表面的碳水化合物的粉末(淀粉末)削弱了石英的透明度并使石英模糊。
在该实施例中，如图8中所示，在石英作的放电管组件200上形成氮化物层220。该氮化物层220可阻止碳水化合物粉末(淀粉末)与作为放电管组件材料的石英进行接触。这就阻止了石英的透明度被削弱，并增加了光通量维持率。
在具有管外径为27mm，有效发射长度为1000mm，及额定输出为8000W的紫外线汞灯中，在放电管组件200的外表面上形成的氮化物层220在灯点燃1,000小时后防止了石英变模糊。与此相反地，在其中放电管组件200的外表面上没有形成氮化物层200的某些传统紫外线汞灯中，甚至在灯点燃500小时后石英就变模糊了。
在图7及8中所示的紫外线灯并不局限在汞灯上。例如，具有封装在放电管组件中的汞及金属卤化物的金属卤化物灯可用作紫外线光源。
在上述实施例中，氮化物层210及220地分别地形成在放电管组件200的外表面及内表面上。这些氮化物层210及220具有不同的功能。因此，甚至氮化物层210或220仅形成在这些表面的一个上时，本发明也能被实施。其中氮化物层210形成在放电管组件220内表面上的情况相当于本发明的权利要求3。而其中氮化物层220形成在放电管组件200外表面的情况相当于本发明的权利要求5。
以下将借助于图9对本发明的第五实施例进行描述。在该实施例中，本发明应用于一种称为无电极放电灯的灯中。
参见图9，标号300表示一个磁感应耦合式无电极放电灯的放电管组件。该放电管组件300是由单晶或多晶透明陶瓷材料、如透明矾土，蓝宝石，或柘榴石，或石英作成的，它具有近于扁球形的外形。在放电管组件300中形成的放电空间311中，封装了发射材料、如金属卤化物，例如碘化钪ScI3及碘化钠NaI，它们在以环形发生的等离子放电312时发射光，并封装了由氩、氙、氪及氖中至少一种构成的起动稀有气体。
一个圆柱形的伸出部分314与放电管组件300的一端形成整体。圆柱形伸出部分314的一端与放电空间311连通，该部分314的另一端被一个起动感应头315(待以下描述)密封住。
在放电管组件300的内表面上形成一层氮化物层313。该氮化物层313是由以氮原子置换作为放电管组件材料的透明陶瓷材料、如矾土Al2O3中的氧原子形成的一个表面层。在该氮化物层313中，氮化物成份也在管壁深度方向上连续地下降。氮化物层313的深度s调整为10nm中更大，例如约80nm。
起动感应头315插在圆柱形伸出部分314中。该起动感应头315是由小直径陶瓷管作成的。被插在圆柱形伸出部分314中的感应头315的内端部分被密封壁316密封住，并且该密封壁316面朝着放电空间311。
起动感应头315的另一端被一个起动电极317气密地密封。起动电极317由导体金属如铌，不锈钢，或铜Cu作成。起动电极317经由玻璃粘剂与起动感应头315的另一端形成气密连接。
起动电极317经由一起动电路326与一个射频(RF)振荡电路325相连接。
起动放电空间319被形成在起动感应头315中。至少一种稀有气体如氩、氙、氪、氖等被封装在起动放电空间319中，该气体在电场耦合时产生放电。
具有上述布置的起动感应头315被插入在由放电管组件300伸出的圆柱形伸出部分314内。圆柱形伸出部分314的外端部分与起动感应头315的外端部分315用另一玻璃粘剂320形成气密连接。
在放电管组件300四周绕有一个高频激磁线圈330。高频激磁线圈330具有相应于线圈绕线的导体。该导体由一对环形金属盘331组成，每个盘是由具有高导电率的金属，如高纯度铝，铜，或银作成的。该环形金属盘对331沿线圈轴彼此对立。环形金属盘313的内圆周部分彼此相焊并连接基本形成一个螺旋形的激磁通路。这就是说，每个环形金属盘331在圆周方向上不连续，并且在圆周方向的一部分上是分开的。一个环形金属盘331的内圆周部分部分地与另一环形金属盘331的内圆周部分相连接，形成了一个基本的螺旋形激磁通路。
由这个环形金属盘对331组成的高频激磁线圈330与射频振荡电路325相连接，具有频率例如约为13.56MHz的高频电流从射频电路325流到高频激磁线圈330。由于该高频电流，在高频激磁线圈330中沿线圈轴产生出一个磁场，并由该磁场，在放置高频激磁线圈330中心空间中的放电管组件300内、围绕线圈轴产生出一个环状等离子体。其结果是由磁场耦合产生出等离子体放电312。放电介质被等离子体放电312离子化并激励达到发射光。光通过放电管组件300的管壁传播，并照射到外部。
当具有上述布置的感应耦合型无电极放电管将要起动时，来自射频振荡电路325的起动电压经由起动电路326供给起动电极317，并在同时，将高频电流提供给到高频激磁线圈330，由此在放电管组件300的放电空间311中基于高频磁场产生出电场。在起动电极317及放电管组件300中的电场之间便产生出电位差。其结果是，在起动放电空间319中密封的稀有气体产生发光的放电。
因为该发光放电产生出相对放电管组件300中的电场一个电场梯度，在放电空间311中由该起动放电感应出等离子体放电。其结果是，产生出环状等离子体放电312。
当环状等离子体放电312以此方式产生在放电空间311中时，在放电空间311中心放电材料被离子化并被激励。产生出的光透过放电管组件300的管壁照射到外面。
在以上述方式工作的感应耦合型无电极放电灯中，因为氮化物层313形成在放电管组件300的内表面上，便阻止了放电材料与透明陶瓷材料之间的反应，也阻止了放电金属离子射入到透明陶瓷材料中。这就阻止了放电管组件300的透明度的削弱并防止其变黑。其结果是使光通量维持率增加。
本发明中封管表面氮化物层的形成方法不限于如在上述情况下在氨气气氛中加热封管的方法上。例如，也可使用向封管管壁表面喷射氮离子的方法。
如图11所示，在放电介质、如放电金属及起动气体封装在放电管组件200中以前，在一个作好的放电管组件200中通过排气管210封装入氨气及其它气体，利用加热放电管组件200或在其中产生放电使氮化物层形成在放电管组件200的封管内表面上。该方法可阻止在密封部分201中每个金属箔205接合能力由该氮化物层而变差。
此外，也可首先在封管管壁表面上形成一个薄的氮化物膜，该氮化物膜中的氮原子及封管管壁氧化物材料中的氧原子会彼此扩散，并在后来借助于如使封管加热一预定时间使它们彼此置换，由此形成一个氮化物层。在该方法中，因为这些氮原子及氧原子是以原子级状态扩散在材料中的，这个氮化物层在深度方向上也呈氮化物成分连续及平滑的下降。
本发明并不限制在上述各实施例的布置上。在所附权利要求书规定的精神及范围内还可作出各种变化及改型。
权利要求
1.一种放电灯，包括具有主要由氧化物材料作的管壁的封管构成的放电管组件，封装在所述封管中的放电介质，及在所述放电管组件中产生放电的装置，该放电灯还包括包含氮化物及部分地形成在至少所述封管内表面附近的一个氮化物层，其中所述氮化物层在管壁深度方向上呈现氮化物成分的连续及平滑下降。
2.根据权利要求1的灯，其中所述氮化物层是用氮原子置换构成所述封管管壁的氧化物材料中的氧原子形成的。
3.根据权利要求1的灯，其中所述氮化物层是用在所述封管管壁的表面上涂上一层包含氮化物的膜，并使膜中的氮原子及管壁氧化物材料中的氧原子扩散及置换形成的。
4.根据权利要求1至3中任一项的灯，其中所述氮化物层是这样形成的，即在氮化物成分减少到所述氮化物层表面的氮化物成分的50％的部分的深度离其表面不小于10μm。
5.根据权利要求1的灯，其中，在所述管中形成透孔并将所述放电装置的导体插入及用无机粘剂密封在该透孔中形成的放电管组件中，至少在透孔的内表面上这样形成所述氮化物层，即其中氮化物成分下降到所述氮化物层表面的氮化物成分50％的部分的深度离其表面不大于100μm。
全文摘要
在具有密封在包括产生放电的电极的放电管组件内的放电介质的放电灯中，在放电管组件的封管表面形成一个氮化物层。该氮化物层是用氮置换构成封管管壁的氧化物的氧元素而形成的，并在深度方向上呈现氮化物成分的连续及平滑的下降。该化学上稳定的氮化物层阻止了放电介质及管壁材料之间的反应，及阻止了放电介质的迁移或散射。此外，由于该氮化物层在深度方向上的热膨胀系数也呈连续变化，使热应力下降，并不会发生破裂、剥落、迁移及类似现象。
文档编号H01J61/35GK1121640SQ95107108
公开日1996年5月1日 申请日期1995年5月17日 优先权日1994年5月17日
发明者犬饲伸治, 龙田和雄, 西沢诚, 伊藤彰, 冈村和好, 内田一生, 青木贵之, 吉川和彦, 米沢昭弘, 佐佐木博基 申请人:东芝照明技术株式会社