专利名称：放电灯电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种放电灯，一种放电灯用电极，和电极的制作方法。
背景技术：
一种传统的放电灯电极，举例来说，已在日本的“经审查的实用新型申请公开”(No.38-26740)中公布。图1A显示了一种传统的放电灯电极。如图1A所示，制作放电灯电极900是用单根金属丝902围绕电极棒901缠绕，金属丝902形成了由第一层绕组911和第二层绕组912构成的双层绕组结构。更明确地说，金属丝902从电极棒901的预定部分朝电极棒901的放电端910缠绕，然后从电极棒901的放电端910朝电极棒901的相对端缠绕回来，故第一层绕组911和第二层绕组912各有相反的“转动方向”。这里，“转动方向”是指从电极棒910绕丝902绕过去的一端看去，金属丝902的转动方向要不是顺时针方向，就是逆时针方向。图1A中是一个示例，形成第一层绕组911的绕丝902是顺时针方向，形成第二层绕组912的绕丝902是逆时针方向转动。
这样，制造传统的电极900是通过围绕电极棒901缠绕金属丝902形成双层绕组结构，然后将金属丝绕组切断至预定的长度。
但传统的电极有下列问题。
首先，可以由图1B所示的电极900的放电端910的前视图知道，电极900包含有上述转动方向在此改变并具有单层绕组结构的部分。
其次，对于传统的电极900，在第一层绕组911和第二层绕组912之间存在空隙，故电极900端部的热容量不够，这造成端部的温度上升，因此端部易于熔化和蒸发。最终使电极材料耗散在发光管内，造成发光管壁内部变黑，在灯的使用初期就降低发光管发出光的亮度。
第三，当放电端910熔化和变形时，第二层绕组912逐渐朝放电端910移动，后来就熔化并随放电端910温度的增加而耗散。这进一步强化了发光管内部变黑。
开发小型化带有液晶屏的投影仪一直在进行，因此要求用作这种投影仪光源的放电灯有更短的电弧。短电弧会导致电极900端部的温度增加，但这种放电灯还要求更长的寿命。因此，目前急需开发出能够满足这些要求的放电灯电极。
发明内容
本发明的目的是提出一种其端部变形能够得到控制和电极有更长寿命的放电灯电极，一种使用这种电极的放电灯，和一种具有高生产率的放电灯电极的生产方法。
上述目标可以通过一种放电灯电极来实现。这种电极包括，一种由难熔金属制成的电极棒，由难熔金属丝围绕电极棒以相同的转动方向缠绕所形成的缠绕元件，有n层绕组(n大于1)，其中形成第(m+1)层的金属丝沿第m层绕组相邻绕丝之间的盘旋凹陷缠绕，m满足不等式0＜m＜n，各层都有一个序号代表各层绕组形成的顺序。
在这种结构，形成第(m+1)层绕组的金属丝沿第m层绕组相邻绕丝之间的盘旋凹陷缠绕。发光时，因电极端部温度升高，电极端部会熔化或蒸发而变形，这时这种结构可以防止外层绕组朝放电端移动。
其结果，电极端部的进一步变形得到控制，因此放电灯的寿命延长了。
根据本发明的放电灯电极的制作方法，其特征在于，其包括围绕芯轴件缠绕至少一种难熔金属丝的缠绕工序，一层一层形成n层绕组(n大于1)；切断所形成的n层绕组和该芯轴件的切断工序；在切断工序完成后除去该芯轴件的除去工序；将电极棒插入芯轴件除去前占据空间的插入电极棒工序，所述电极棒由难熔金属制成；和将形成的n层绕组固定到插入的电极棒的固定工序。
用这种方法，金属丝不必围绕各个电极棒缠绕形成各电极棒的绕组，所以，电极的生产率能够提高。
本发明的上述及其它目标，优点和特征将通过下面的介绍并结合本发明特定实施例的附图给以更清楚的说明。附图中，
图1A显示传统放电灯电极的示例结构，并显示局部剖面；图1B显示传统放电灯电极的示例结构的前视图；图2显示说明传统放电灯电极涉及问题的简图；图3是本发明第一个实施例的放电灯示例结构的截面图；图4显示同一实施例的电极结构，部分用剖面图来表示；图5A-5F是介绍上述实施例电极的生产方法的简图；和图6A-6B显示本发明改进的放电灯电极的示例结构，部分用剖面图表示。
具体实施例方式
下面参考附图介绍本发明的实施例。
第一个实施例(1)放电灯的结构图3是本发明第一个实施例的放电灯示例结构的截面图。该放电灯100是所谓的高压汞灯，被用作投影仪及类似产品的光源，具有如220W的额定功率。应当知道，有着与所提到的额定功率不同的放电灯基本上具有如图3所示的相同结构，虽然其零件的尺寸可能异于放电灯100零件的尺寸。
放电灯100有70毫米长的发光管103。发光管103由最大外径为13毫米的发光元件101和位于发光元件两端的两个密封件102组成。在发光元件101内部，两根主要成分为钨的电极106从密封件102的端部延伸。最冷点105也位于密封件102的这些端部。
两个电极106的放电端120互相面对，它们之间的距离(图中为‘L’，距离‘L’在下面称作弧长)保持在1.7毫米。发射空间104的内径分别是12毫米和7毫米，前者相当于主轴，后者相当于短轴。氩气、作为发光物质的水银和预定数量的卤化物，如CH2Br2，充填到发射空间104。每立方毫米的发射空间104要充入0.17毫克的水银。氩气以室温、压力20千帕充入。两个电极106放电端的相对端经钼制成的金属箔导体107连接到外部引线108。
(2)放电灯电极的结构图4显示了电极106的结构，部分用剖面来表示。电极106有由第一层(内层)绕组112和第二层(外层)绕组113构成的双层绕组结构，是用直径为280微米的不同钨丝围绕外径为400微米的电极棒111缠绕而成。两绕组112和113的端部114与相对电极棒111放电端120的部分焊到一起。第一层绕组112和第二层绕组113各有11圈，对本实施例每一圈都是以相同的旋转方向缠绕。第一层绕组112和第二层绕组113的缠绕要使同一层绕组的相邻绕丝之间不留任何间隙。
第一层绕组112和第二层绕组113是用不同的钨丝制作，可使两个绕组112和113的绕丝有相同的转动方向。两个绕组112和113以相同的节距缠绕，形成第二层绕组113的绕丝沿第一层绕组112的相邻绕丝之间形成的凹陷缠绕。这种结构甚至在放电端120熔化和蒸发出现变形时都可以防止第二层绕组113朝放电端120方向移动。要指出，虽然本实施例中两根金属丝有相同的直径，如后面将介绍的那样，形成第一绕组112和第二绕组113的两根金属丝可以有不同的直径。
(3)电极和放电灯的生产方法下面参照图5A-5F介绍本实施例的电极106和放电灯100的生产方法。
首先，如图5A所示准备一根用钼制作的并与电极棒111有相同直径(本实施例是400微米)的芯轴件201。如图5B所示用直径280微米的钨丝绕着芯轴件201缠绕，形成第一层绕组112。图5B中，芯轴件201以箭头所示的方向转动使金属丝绕芯轴件201缠绕。然而，使金属丝绕芯轴件201缠绕的方法不只限于这种方法，比如，还可能固定芯轴件201，让金属丝绕芯轴件201转动。金属丝转动的总圈数可以按照电极106的制作数量来决定。
用这种方式完成第一层绕组112以后，如图5C所示，形成第二层绕组113的另一种金属丝采用与第一层绕组112所用转动方向和节距相同的方向和节距，绕着第一层绕组112缠绕。第二层绕组113的金属丝沿如图4所示第一层绕组112的相邻绕丝之间形成的凹陷缠绕。用这种方式完成第二层绕组113以后，整个结构在温度高达摄氏约1500度下加热以消除两个绕组112和113(后面集中称为绕组)的变形和稳定它们的形状。
然后，如图5D所示从上述结构切下对一绕组的预定的长度‘N’。进行这种切割可以使用，如切割器、激光器、或其它类似器具。采用将钨丝绕芯轴件201缠绕后再切割预定长度的方法，可以消除绕组长度不一致的情况，很容易就可以为不同的放电灯提供相同的电极106端部114(见图4)到最冷点105间的长度‘M’(见图3)。这可以抑制各放电灯最冷点的温度变化，同时稳定发光灯的发光特性。这点对于某些灯是特别有作用的，例如金属卤化物灯，其使用的发光物质的光谱特性随温度改变而变化。
在上述结构被切割到预定的长度‘N’后，如图5E所示从该结构除去芯轴件201。如前面所述，芯轴件201是用钼制作的，这不仅因为钼可以耐受上述的热加工，还因为钼可以溶于某些液体，如王水。而王水不能溶解钨。这点对图5E所示的除去工序有帮助。然而应当知道，芯轴件201可以用钼以外的其他物质来制造。
如图5E所示除去工序完成后，如果需要可以清洗整个绕组。然后，如图5F所示用钨制作的电极棒111插入芯轴件201除去前所占据的空间。绕组的端部114，例如用电阻焊，焊接并固定到电极棒111。应当知道，进行电阻焊的部分不限于绕组的上述端部114，同样固定绕组到电极棒111的方法不限于电阻焊。
上述方法使电极106容易制造并提高了其生产率，这是因为金属丝不必分别绕各电极棒缠绕。上述电极106，发光物质和其它必要的物质密封到玻璃壳内(图中未示出)后，放电灯就可以提供了。
要指出，上述制造方法可以用于除本实施例的电极106以外的电极。这就是说，该方法可以用于一种电极，其形成双层绕组(即，第一层绕组和第二层绕组)的金属丝为了提高生产率以相反的转动方向缠绕。这种电极可以用于如具有长弧的放电灯，其两个互相面对电极的端部温度不会升得过高。
还要指出，上述制造方法可以用于除高压汞灯外的各种灯的电极制作。尽管本实施例将高压汞灯100用作放电灯的示例。
(4)灯寿命测试结果下面介绍灯寿命测试的结果。为了测试准备了20个高压汞灯100(后面称为发明的灯)和同样数量的传统高压汞灯。发明的灯和传统的灯，除了传统灯包含的电极不同于本发明的电极106，基本上有相同的结构。每个灯置于具有前固定玻璃的反射镜里面，在交流电下发光，得到两种类型灯的‘照度维护系数’。这里照度维护系数是用百分比来表示，以光的照度在刚点亮时为100％。下表一显示通过灯寿命测试得到的照度维护系数。
表一
如表一所清楚显示的，发明的灯在灯点亮1000小时和2000小时的照度维护系数分别是80％和70％。2000小时过后，每个发明的灯的发光管103的内部仍没有出现发黑现象。另外，可以清楚的观察到第二层绕组113没有移动。
另一方面，传统的灯在灯点亮后经过100小时，其照度维护系数是70％。一旦到达这一点，就可以明显观察到传统灯的发光管的内部出现发黑现象，同时第二层绕组的一部分朝放电端移动。经过1000小时，传统的灯的照度维护系数是50％。当经过2000小时，传统的灯熄灭。所以寿命测试已经证实放电灯使用本发明的电极106延长了放电灯的寿命。
(5)提高灯寿命的研究下面介绍得到上述结果的原因。首先，形成第一层绕组112和第二层绕组113的钨丝围绕电极106以相同的转动方向缠绕，钨丝是不相同的。结果是电极106不含有单层绕组结构。另外，形成第一层绕组112和第二层绕组113的钨丝在两层绕组之间不形成空隙，故电极106的放电端120具有足够的热容量。可以推论，足够的热容量防止了放电端周围的温度升高超过需要的温度并抑制了放电端120的熔化。
还有，对于本电极106，第二层绕组113的绕线沿第一层绕组112绕线之间的凹陷缠绕，第一层绕组112和第二层绕组113采用相同的转动方向。这就抑制了第二层绕组113朝放电端120移动，所以若放电端120出现一定的变形，电极材料不会进一步熔化和耗散。结果是，放电灯100的寿命能够延长。
(6)两个电极间弧长的研究电极材料耗散的程度主要取决于两个电极106之间的弧长‘L’。这是由于，相同额定功率的灯比较，具有较短电弧的灯电极106流过较大电流，电极106的温度会因此上升。
结果是，对于弧长短于2.5毫米的传统的灯，在灯点亮后不到100小时，电极的端部就出现熔化和耗散，发光管内出现变黑现象。
作为对比，在上述灯寿命测试期间，发明的灯，其弧长短于2.5毫米，没有出现变黑现象。
对于装备有放电灯和反射镜的光学装置，最好使两个电极之间的弧长短于2.5毫米。这是因为对于较短的弧长，反射镜的焦点距弧长中心的位移会变得较小，故反射效率得到改进。这就是说，对于配置在如前述光学装置的灯，较短的弧长(不包括0毫米)是所希望的。本发明可以提供一种灯，其具有较短的弧长但仍能够有较长寿命。
第二个实施例下面介绍一个案例，其中本发明的电极应用到具有额定功率100瓦的高压汞灯，对该高压汞灯进行了最短可能弧长的检测。
本发明的高压汞灯具有与图3所示第一个实施例相同的结构，除了尺寸不同。即是说，本高压汞灯的发光管103长55毫米，最大外径为9毫米，起初设定的弧长为1毫米。汞的密度和充入发光管103的氩气压力与第一个实施例的情况相同。
本实施例的电极106有如图4所示双层绕组结构。电极111的外径是300微米。钨丝缠绕形成第一层绕组112和第二层绕组113，在各层绕组的绕丝之间不允许留有间隙。各钨丝直径为175微米。
当弧长缩短到0.8毫米，点亮本高压汞灯进行测试。测试的结果证明本高压汞灯没出现变黑现象。一般来说，弧长的变化在±0.2毫米，因此弧长为0.6毫米的灯可能存在于一批灯中。所以对电极106之间弧长为0.6毫米的高压汞灯也进行了测试，这个汞灯也没观察到变黑现象。
示例改进已经借上述的实施例对本发明进了介绍，但是，应当明白本发明不只限制于上述实施例所介绍的示例。下面介绍可能的示例改进。
(1)上述实施例说电极106有由第一层绕组112和第二层绕组113组成的双层绕组结构。但绕组的层数不限于两层，可以有更多的层数。
(2)在上述实施例，形成第一层绕组112和第二层绕组113的金属丝有相同的直径280微米。然而，第一层绕组112和第二层绕组113的绕丝直径可以不是280微米或这两层绕丝有不同的直径。例如，第二层113较大直径的绕丝，以如图6A所示在相邻绕丝之间留出空隙124的方式，围绕有较小直径绕丝的第一层绕组112缠绕，发射材料然后可以填入空隙124。代替这种在电极棒111和第一层绕组122及第二层绕组123之间形成空隙124的方式，可采用三层绕组来形成空隙。例如，以在绕组‘p’的绕线之间留出间隙并将‘p-1’及‘p+1’绕组在各间隙上进行缠绕的方式，通过形成由‘p-1’、‘p’和‘p+1’组成的三层绕组来实现。当三个绕组‘p-1’、‘p’和‘p+1’ 分别有直径‘P-1’、‘P’、‘P+1’时，需要满足表达式‘P’＜‘P-1’和‘P’＜‘P+1’。
还可能如图6B所示，围绕第二层绕组133的较大直径的绕丝进行第三(最外)层绕组135较小直径绕丝的缠绕以调节热容量。通过围绕绕组的较大直径相邻绕丝间的凹陷缠绕较小直径绕丝的绕组的方式，在两层绕组之间不存在间隙。虽较小直径绕丝的绕组没必要在绕组的相邻绕丝之间留有空隙。当两层绕组以这种方式紧密缠绕时，可以有足够的热容量，这种电极可以很容易地按照上述实施例的电极生产方法进行生产。
(3)在上述实施例，钨丝的截面形状基本上是圆的。要指出，为了各绕组尽可能的紧密缠绕，除了最外层绕组外，即使绕组的总层数增加或如上述示例改进中使用不同直径的金属丝，所有的绕组最好采用圆截面形状的钨丝。还可能使用不同截面形状的金属丝来形成各层绕组。本发明的电极制作方法可以用来制作由不同截面形状金属丝构成的电极。
(4)上述实施例利用额定功率为220瓦和100瓦的高压汞灯来介绍本发明。但是，本发明电极可以用在有与上述功率数不同的额定功率的放电灯或其它类型的放电灯，如低压灯，及包括钠灯和金属卤化物灯的高压灯。
虽然通过示例及参考附图的方式对本发明进行了全面介绍，应当指出，对于专业技术人员来说各种变化和改进是明显存在的，因此除非这些改变和改进脱离本发明的范围，都应被认作属于本发明。
权利要求
1.一种生产放电灯用电极的方法，其包括缠绕工序，将至少一种难熔金属丝围绕芯轴件缠绕，一层一层形成n层绕组，n大于1；切断工序，将所形成的n层绕组和所述芯轴件切断；除去工序，将完成切断工序后的所述芯轴件除去；插入极棒工序，将电极棒插入芯轴件取下后的空间，所述电极棒由难熔金属制成；和固定工序，将形成的所述n层绕组固定到插入的所述电极棒。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述缠绕工序，形成第(m+1)层绕组的难熔金属丝沿第m层绕组的相邻绕丝间的盘旋凹陷缠绕，m满足不等式0＜m＜n，每一层都有序号代表该层绕组形成的顺序，和形成第(m+1)层绕组和第m层绕组的难熔金属丝以相同的旋转方向缠绕。
3.如权利要求1所述的方法，还包括，形状固化工序，对所述n数层绕组的形状进行稳定化处理，其中，所述形状固化工序在所述缠绕工序和所述切断工序之间进行。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述除去工序是将周围已形成所述n数层绕组的所述芯轴件浸入能够溶解所述芯轴件但不能溶解各难熔金属丝的液体中。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述芯轴件用钼制作，而各难熔金属丝是用钨制作。
全文摘要
公开了一种具有高生产率的放电灯电极制造方法，其包括缠绕工序，将至少一种难熔金属丝围绕芯轴件缠绕，一层一层形成n层绕组，n大于1；切断工序，将所形成的n层绕组和所述芯轴件切断；除去工序，将完成切断工序后的所述芯轴件除去；插入极棒工序，将电极棒插入芯轴件取下后的空间，所述电极棒由难熔金属制成；和固定工序，将形成的所述n层绕组固定到插入的所述电极棒。
文档编号H01J61/073GK1516215SQ200410004060
公开日2004年7月28日 申请日期2000年10月19日 优先权日1999年10月20日
发明者古田忍, 栗本嘉隆, 田中和久, 谷胁达也, 久, 也, 隆 申请人:松下电器产业株式会社