专利名称：快速再启动陶瓷放电金属卤素灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷放电金属卤素(CDM)灯，并且更具体地涉及具有显著减小的热态再启动(re-strike)时间的CDM灯。
背景技术：
CDM灯在瞬时断电后典型地需要十到十五分钟以冷却到足以到达可以发生再启动的击穿电压。通过比较，石英金属卤素灯典型地表现出在从大约六到十分钟的范围内的再启动时间，并且高压钠(HPS)灯典型地表现出在从大约一到两分钟的范围内的再启动时间。另外，当采用与第一惰性放电管(inactive discharge tube)并联的第二惰性放电管时，HPS灯可表现出基本上瞬间的再启动时间，电力一恢复其就启动。该方法已被证明在CDM灯中是不能工作的，尤其是高瓦特数形式，这是因为CDM灯中的高得多的蒸汽压力。
发明内容
根据本发明，已经发现，通过相对于高瓦特数(150W或更高)CDM灯的陶瓷放电管增大外灯泡的尺寸，减小了热态再启动时间。在此由比值A代表该尺寸区别，比值A是外灯泡的直径D与陶瓷放电管的内径ID的比值。该比值必须大于大约5.8，并且优选地至少为大约8.7。
还发现，通过使这种灯的外灯泡填充有诸如氮、氦、氖、氩、氪和氙中的一种或几种的惰性气体，也减小了热态再启动时间。
还发现，在热态再启动时间已通过上述方法中的一种或两种减小的这种灯中，通过将诸如钪、铈或钠的具有用于碘的消气能力的金属添加到放电管，进一步减小了热态再启动时间。
总之，通过以下方式减小了高瓦特数(150W或更高)陶瓷放电金属卤素(CDM)灯的热态再启动时间，所述方式包括(a)增大外灯泡的直径D与放电管的内径ID的比值A；或(b)使外灯泡填充有诸如氮、氦、氖、氩、氪或氙中的一种或多种的惰性气体；或即应用(a)又应用(b)。通过将(a)和/或(b)与(c)将诸如钪、铈和钠的用于碘的消气剂金属添加到放电管进行组合，可进一步减小热态再启动时间。
根据本发明的优选实施例，组合(a)、(b)和(c)以构成高瓦特数(150W或更高)CDM灯，其中比值A选择成至少为12；选择氮以在导致从大约100到500Torr的压力的量下存在于外灯泡中；并且以从大约3.75％到6.25％的重量百分比的量将钪金属添加到放电管的盐中。
图1是现有技术的高瓦特数CDM灯的一个实施例的示意图；图2是本发明的高瓦特数CDM灯的一个实施例的示意图；图3是相对于现有技术的高瓦特数CDM灯和本发明的高瓦特数CDM灯的各种实施例的设计特征的以分钟为单位的热态再启动时间的柱状图；以及图4是本发明的高瓦特数CDM灯的一个实施例中相对于以mg为单位的钪剂量的以分钟为单位的热态再启动时间的柱状图。
具体实施例方式
图1是现有技术的高瓦特数(150W或更高)CDM灯的示意图。该灯设有典型地由多晶氧化铝(PCA)制成的陶瓷放电管3，该陶瓷放电管具有陶瓷侧壁3a和陶瓷端壁3b和3c，该管3具有内径ID，并且封闭包含可电离的填充物的放电空间11。电极4、5延伸穿过插塞6和7，并且接收来自还支承放电管3的导体8、9的电流。管3由抽真空的外灯泡1围绕，该外灯泡具有直径D1并且在一端处用灯头2密封。
放电管3的可电离填充物典型地包括诸如氙、氩或氪的点燃气体。可电离的填充物还包括汞和钠、钙、铊和稀土元素的碘化物，所述稀土元素诸如镝、钬和铥。
在美国专利6,555,962、6,031,332和5,973,453中较详细地说明了这种现有技术的CDM灯，上述专利的全部说明书通过参考包含于此。用于这些灯的典型的热态再启动时间是从大约十到十五分钟。
图2是本发明的高瓦特数CDM灯的一个实施例的示意图。该实施例类似于图1的现有技术的灯，并且除了外灯泡10之外，相同的元件使用相同的附图标记，外灯泡10具有比图1的外灯泡1大的尺寸，如大于D1的直径D2所示。由于放电管的内径ID没变，所以比值A＝D2/ID大于比值D1/ID。
图3是相对于七个不同的灯的设计特征的以分钟为单位的热态再启动时间的柱状图。灯都是CDM400W/100V灯，这些灯在商品化的S51型CWA镇流器上工作，该镇流器在连接到真空泵的可拆除的外灯泡系统中。灯在用于再启动测试的再供电之前关闭五秒钟。
放电管是具有9.8mm×38mm(ID×IL)的标准尺寸的PCA电弧管，并且用高温玻璃密封到PCA。放电管充有包含NaI、CaI2、TlI和稀土元素碘化物的盐混合物。添加有作为启动辅助剂的少量氪的氙被用作点燃气体。除了其外灯泡填充有气体的灯之外，汞的剂量是4.6mg。这些灯添加有5至13mg的剂量的汞，以便获得在400W的10％以内的操作。放电管在测试之前放置十五分钟。
在七个灯泡设计(指示为1-7)的系列中的变量包括两个不同的外灯泡尺寸，第一个代表现有技术的灯，指示为ED 18，并且具有大约21/4英寸的直径，而第二个指示为ED 37，具有大约45/8英寸的直径，该直径是ED 18灯泡的直径的大约105％。某些外灯泡维持真空，而其它的则填充有300 Torr的压力的氮。包含真空的灯具有钡环形消气剂，而填充有气体的灯具有固态消气剂。某些放电管添加有2mg剂量的钪金属，这对应于盐的5％的重量百分比。
图3示出，当单独或以不同组合引入不同变量时，热态再启动时间的逐步减小。柱条1代表灯1的热态再启动时间，该灯1是具有维持真空的ED 18外灯泡的现有技术的灯，并且具有12.2分钟的热态再启动时间。柱条2代表灯2的热态再启动时间，该灯2是通过用较大的ED 37外灯泡代替ED 18外灯泡而修改了的灯1，导致热态再启动时间减小到11.7分钟。柱条3代表灯3的热态再启动时间，该灯3是通过用氮填充外灯泡而修改了的灯1，导致热态再启动时间减小到8.2分钟。柱条4代表灯4的热态再启动时间，该灯4是通过将较大的ED 37外灯泡与氮填充进行组合而修改了的灯1，导致热态再启动时间减小到7.4分钟。柱条5代表灯5的热态再启动时间，该灯5是通过将较大的ED 37外灯泡与将钪添加到放电管进行组合而修改了的灯1，导致热态再启动时间减小到6.7分钟。柱条6代表灯6的热态再启动时间，该灯6是通过将氮填充与钪的添加进行组合而修改了的灯1，导致热态再启动时间减小到6.4分钟。柱条7代表灯7的热态再启动时间，该灯7是通过将较大的ED 37外灯泡、氮填充和钪的添加进行组合而修改了的灯1，导致热态再启动时间减小到4.2分钟。
这些结果证明，外灯泡的较大尺寸和外灯泡的气体填充的两个设计特征每个都导致热态再启动时间的减小(分别到11.7和8.2分钟)，而这两个特征的组合导致进一步的减小(到7.4分钟)，并且这些特征中的任意一个与将钪添加到放电管的组合导致进一步的减小(分别到6.7和6.4分钟)，并且所有这些特征的组合导致最大的减小(到4.2分钟)。
还可看出，单独气体填充具有比单独增大灯泡尺寸具有稍大的效果，导致热态再启动时间对于灯3从12.2减小到8.2分钟或减小32％，与此相比对于灯2从12.2减小到11.7分钟或减小4％。也可以通过比较具有较大外灯泡和钪的灯5和7的热态再启动时间看出该效果。增加气体填充导致热态再启动时间从灯5的6.7分钟减小到灯7的4.2分钟，减小大约37％。
图4是对于本发明的CDM400W灯相对于以mg为单位的钪剂量的以分钟为单位的热态再启动时间的柱状图，这些灯具有气体填充的ED37外灯泡和分别包含1mg、2mg和4mg的钪金属的放电管。以与上述灯1-7相同的方式构造并测试标记为8-10的灯的热态再启动时间。图4示出从具有1mg钪的灯8的7.1分钟变化到具有4mg钪的灯10的3.8分钟。
这些结果可与具有气体填充的ED37灯泡但不具有钪的灯4的7.4分钟的再启动时间相比较。虽然灯8表现出相对于灯4的大约4％的改进，但进一步的测试显示出不一致的结果。灯9表现出相对于灯4的大约43％的大得多的改善，并且灯10表现出相对于灯9的大约10％的进一步的改善。然而，灯10中的较大量的钪减小了灯电压达因数2，因而需要添加10mg的汞。
基于这些和其它考虑，优选添加至少约1.5mg并且不多于约2.5mg的量的钪，低于1.5mg则对热态再启动时间的改善倾向于微小或不一致，而高于2.5mg虽然可获得进一步的改善，但可能伴随有显著的灯电压降低。
重要的是，作为金属添加碘消气剂，以便在灯冷却时吸收过量的碘，因而减小时间以达到为了发生再启动的足够低的击穿电压。
虽然不用来限定本发明，但理论表明在灯冷却期间，形成带高负电的碘离子，耗尽灯再启动所需的自由电子的放电空间。如果存在过量的汞，则其可以通过形成HgI2吸收过量的碘。然而，HgI2在较低温度下形成并且冷凝掉热放电气体。诸如钪的消气剂金属的添加导致ScI3的优先形成，ScI3较快地去除过量的碘离子，因为其在比HgI2高的温度下形成和冷凝掉热放电气体。这里提出的实施例和示例是为了解释分发明及其实际应用，并且由此使本领域的技术人员能够做出并利用本发明。然而，本领域的技术人员将认识到，上述说明和示例仅是为了说明和举例的目的而提出的。本发明的其它实施例、各种实施例和等效物，以及其它方面、目的和优点，对于本领域的技术人员是显而易见的。因而，可从研究附图、公开内容和所附权利要求书获得本发明的原理。
权利要求
1.一种高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，包括具有侧壁(3a)和端壁(3b，3c)的陶瓷放电管(3)，所述陶瓷放电管(3)封闭一放电空间(11)，所述放电空间容纳包括盐的填充物，所述填充物能够在施加的电压的影响下维持气体放电；通过所述端壁(3b，3c)延伸到所述放电空间(11)中的一对电极(4，5)；用于将电流供给到所述电极(4，5)并用于支承所述陶瓷放电管的一对导体(8，9)；围绕所述陶瓷放电管(3)、所述电极(4，5)和所述导体(8，9)的外灯泡(1)；以及用于密封所述外灯泡并用于提供从外部电流源到所述导体(8，9)的穿过连接的端盖(2)；其特征在于，所述外灯泡(1)的直径D2与所述陶瓷放电管(3)的内径ID的比值大于5.8。
2.根据权利要求1所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述外灯泡(1)的直径D2与所述陶瓷放电管(3)的内径ID的比值至少为8.7。
3.根据权利要求2所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述外灯泡(1)的直径D2与所述陶瓷放电管(3)的内径ID的比值至少为12。
4.根据权利要求1所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，在所述外灯泡(1)中存在惰性气体。
5.根据权利要求4所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述惰性气体是从由氮、氦、氖、氩、氪和氙组成的组中选择的一种或多种气体。
6.根据权利要求5所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述惰性气体是氮。
7.根据权利要求6所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述氮以在大约100到500Torr的范围内的压力存在于所述外灯泡(1)中。
8.根据权利要求1所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，在所述放电管(3)中存在用于碘的消气剂金属。
9.根据权利要求8所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述消气剂金属是从由钪、铈和钠组成的组中选择的。
10.根据权利要求9所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述消气剂金属是钪。
11.根据权利要求10所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述钪以盐的从大约3.75％到6.25％的重量百分比的量存在于所述放电管(3)中。
12.根据权利要求11所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述钪以盐的大约5％的重量百分比的量存在于所述放电管(3)中。
13.根据权利要求7所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，在所述放电管(3)中存在钪。
14.根据权利要求13所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述钪以盐的从大约3.75％到6.25％的重量百分比的量存在于所述放电管(3)中。
15.根据权利要求14所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述钪以盐的大约5％的重量百分比的量存在于所述放电管(3)中。
16.一种高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，包括具有侧壁(3a)和端壁(3b，3c)的陶瓷放电管(3)，所述陶瓷放电管(3)封闭一放电空间(11)，所述放电空间容纳包括盐的填充物，所述填充物能够在施加的电压的影响下维持气体放电；通过所述端壁(3b，3c)延伸到所述放电空间(11)中的一对电极(4，5)；用于将电流供给到所述电极(4，5)并用于支承所述陶瓷放电管的一对导体(8，9)；围绕所述陶瓷放电管(3)、所述电极(4，5)和所述导体(8，9)的外灯泡(1)；以及用于密封所述外灯泡并用于提供从外部电流源到所述导体(8，9)的穿过连接的端盖(2)；其特征在于，在所述外灯泡中存在惰性气体。
17.根据权利要求16所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述惰性气体是从由氮、氦、氖、氩、氪和氙组成的组中选择的一种或多种气体。
18.根据权利要求16所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述惰性气体是氮。
19.根据权利要求16所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述氮以在大约100到500Torr的范围内的压力存在于所述外灯泡(1)中。
20.根据权利要求16所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述外灯泡(1)的直径D2与所述陶瓷放电管(3)的内径ID的比值A大于5.8。
21.根据权利要求20所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述外灯泡(1)的直径D2与所述陶瓷放电管(3)的内径ID的比值至少为8.7。
22.根据权利要求21所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述外灯泡(1)的直径D2与所述陶瓷放电管(3)的内径ID的比值至少为12。
23.根据权利要求16所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，在所述放电管(3)中存在用于碘的消气剂金属。
24.根据权利要求23所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述消气剂金属是从由钪、铈和钠组成的组中选择的。
25.根据权利要求24所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述消气剂金属是钪。
26.根据权利要求25所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述钪以盐的从大约3.75％到6.25％的重量百分比的量存在于所述放电管(3)中。
27.根据权利要求26所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述钪以盐的大约5％的重量百分比的量存在于所述放电管(3)中。
28.根据权利要求20所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述放电管(3)中存在钪。
29.根据权利要求28所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述钪以盐的从大约3.75％到6.25％的重量百分比的量存在于所述放电管(3)中。
30.根据权利要求29所述的高瓦特数陶瓷放电金属卤素灯，其特征在于，所述钪以盐的大约5％的重量百分比的量存在于所述放电管(3)中。
全文摘要
通过以下方式减小高瓦特数(150W或更高)陶瓷放电金属卤素(CDM)灯的热态再启动时间，所述方式包括(a)增大外灯泡(1)的直径(D2)与放电管(3)的内径(ID)的比值A；或(b)使外灯泡填充有诸如氮、氦、氖、氩、氪或氙的惰性气体；或既应用(a)又应用(b)。通过将(a)和/或(b)与(c)将诸如钪、铈和钠的用于碘的消气剂金属添加到放电管(3)进行组合，可进一步减小热态再启动时间。
文档编号H01J61/26GK101061567SQ200580039670
公开日2007年10月24日 申请日期2005年11月18日 优先权日2004年11月19日
发明者R·G·吉布森, J·J·帕尔默 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司