专利名称：具有细脚的微型陶瓷金属卤化物灯的制作方法
具有细脚的微型陶瓷金属卤化物灯
背景技术：
本申请涉及灯，具体来说，涉及陶瓷金属卤化物(CMH)灯，并通过降低与灯组件关 联的热损耗来改进CMH灯的性能。更具体来说，本公开涉及控制从电弧室到脚的热损耗，最 终提高光照明的效率。由于显著的消费获益，CMH灯变得越来越流行。传统方式中，在金属卤化物电弧放 电灯中常用石英电弧管。但是，最近存在朝向使用包括陶瓷电弧管的CMH灯的趋势，因为其 相对于传统电弧放电灯，具有较好的颜色均勻度和稳定性，以及改进的每瓦流明(LPW)和 显色性(Ra)。陶瓷电弧管能够有这些性能优点是因为与石英电弧管比较它们有更高的温度 以及降低的钠损耗速率。在此类型的放电灯中，光效和灯性能受到沿着电弧管的脚或端部的热传导的能量 损耗负面影响。共同受让的美国专利号6，621，219示出和描述一种限制沿着电弧管脚的 轴向热通量的方式，其通过将脚结构设计成具有降低的热传导率来实现，并且该公开的细 节通过引用完全结合于本文。具体来说，通过降低钼芯棒(mandrel)直径，甚至在上绕丝 (overwind wire)的直径增加或使用多个上绕时，仍有效地降低此组件的热传导率。即，与 芯棒部分比较时，该上绕因螺旋构造而提供沿其纵向的热传导上的显著降低。在一般与脚轴平行的方向上有三个主热传导区域。主要热传导位于脚本身或多晶 氧化铝(PCA)。次最大的热传导沿着钼芯棒。第三热传导区域也即最小的热传导区域涉及 钼上绕。小型化、改进的颜色质量(Ra高于90)和能效是CMH技术发展领域中的三个主要 行业趋势。随着CMH灯制作得越来越小，要达到目标密封玻璃温度、装配在外封套中的总电 弧管长度更短以及同时达到目标的光度性能(即，流明、Ra等)变得更难。其他方已缩短 脚的长度或电弧室的长度，但是提供更厚的脚。因此最终灯的性能并不如期望。因此，存在提供一种避免密封玻璃温度增加的CMH灯的需要，其具有降低的沿脚 的热传导率，并因此导致更多能量分布到电弧中以用于发光，并实现更短的脚长度以便于 将电弧管装配到外封套中以及提供电弧管体设计上的更大灵活性以优化性能。
发明内容
本公开涉及一种陶瓷金属卤化物灯，其包括具有放电室的体和从放电室延伸的第 一和第二空心脚。第一和第二电极组装件分别延伸通过脚，以及优选地，脚是细的以限制从 放电室沿其的热通量。细脚具有由脚的截面面积㈧相对于灯的功率⑵(A/P < 0. 065)定义的或小于 0.065mm2/瓦特的负载耗散因子。此处，脚的截面面积由A= π *(OD2-ID2)/4来给出，其中 OD和ID是陶瓷脚的外径和内径(如果脚组件是圆柱形)或等效面积(如果这些组件实质 上不是圆柱形)。优选地，陶瓷金属卤化物灯是低瓦特灯，更优选地，约为70瓦特或更低。电极组装件还包括钼芯棒，钼芯棒具有由钼芯棒的截面面积(A)相对于灯的功率(P) (A/P < 0. 0008)定义的或小于0. 0008mm2/瓦特的负载耗散因子。可以将这些负载耗散因子的其中之一或二者均结合到灯中以降低通过CMH灯脚 的热通量。一种改进用于陶瓷金属卤化物灯的性能的方法包括，通过将脚截面面积与功率的 比限制到小于0. 065mm2/瓦特和/或将钼芯棒的负载耗散因子限制到小于0. 0008mm2/瓦特 来降低热通量。本公开能有利地降低密封玻璃温度并由此提高灯的稳定性或支持更短的脚同时 避免密封玻璃温度增加以保持良好的可靠性。还发现因细脚而能够使用更小的密封玻璃环，并因此能够使用更短的密封玻璃灯 芯长度。结果，大大地缩短了总电弧管长度以及易于将电弧管装配在外封套中。该灯还通过降低脚中的热损耗来实现流明和Ra方面的更优光度性能。通过阅读并理解下文详细的描述，本发明的另一些好处和优点将变得显而易见。
图1是根据优选实施例的在截面中部分示出的灯组装件的前视图。图2是在外封套内支承并安装在反射器组装件中时图1的灯组装件的放大视图。图3是脚的放大视图，具体为图1的环绕部分。图4是PCA数据的条线图。图5是钼芯棒数据的条线图。图6是相对于两个现有技术设计来比较本公开的一百小时测试数据的表，其中现 有技术设计示出流明与Ra之间的典型折衷。图7是与本公开相关联的优点的图。
具体实施例方式图1示出具有空心电弧管体或外壳22的灯组装件20，其包括内腔或电弧放电室 24。沿着纵向相反的轴方向延伸的是第一和第二空心脚26、28。正如此类型的陶瓷电弧管 中已知的，脚中的开口分别接纳电极/引线组装件30、32，它们连接到外部电源(未示出)。 此外，在脚的每个外端处提供密封装置34、36以密闭地将电极组装件相对于脚密封。例如， 优选的密封装置是玻璃料(frit)密封装置，其通常沿着引线组装件的铌部分来提供。更具 体来说，引线/电极组装件30、32优选地是三部分组装件，其包括第一或铌外部引线40、具 有钼上绕44的第二或中间组件(如钼芯棒42)(图3)。当然，还可以使用具有许多与钼相 同的期望性质以及已经发现在金属卤化物灯的高温环境中工作良好的其他材料，如金属陶 瓷(陶瓷金属)。第三或内部引线46由杆(Shank)48和线圈50组成，二者通常由钨制成。 因此，外部铌接合到由钼芯棒和钼上绕组成的中间组件，然后接合到由杆和线圈组成的内 部引线或电极。如图2中所示，例如在本发明公开的低瓦特示例中，具体来说当在尺寸上缩小灯 时，可以将灯20接纳在外封套或封壳60中。支承件62用于在机械上和电性能上支承与封 壳内的脚之一关联的电极组装件，同时将另一个脚和电极组装件(未示出)接合到封壳的 基座。此外，将封壳安装在由反射器66和透镜68组成的反射器组装件64内。可以在反射器组装件内按需对封壳设置朝向，例如在优选布置中，将封壳和光源沿着反射器的旋转轴 安置。但是，在不背离本发明公开的范围和本意的前提下，也可以使用其他朝向，例如与反 射器轴错位且平行或与反射器轴垂直。正如图3中示意示出的，存在热通量从电弧室通过脚轴向沿其传导的三个通道， 与脚的轴平行。还有热通量的径向分量从钼、通过上绕、通过上绕与PCA脚内侧之间的环形 间隙径向传导，然后通过PCA脚径向传导到外部环境。虽然径向热通量的量值小于轴向分 量，并且不受三个通道的任何一个通道的径向尺寸太大地影响，但是热通量的这种径向分 量用于保持三个轴向通道的每个通道中的轴向温度剖面(profile)大约相等。首先，主要 轴向热传导与钼芯棒关联。因此，引用箭头70指示沿着与脚平行的方向延伸的所有热梯 度，而引用箭头72具体表示通过钼芯棒的热传导。另一个热传导由箭头74表示，并与多晶 氧化铝(PCA)脚关联。第三个热传导由箭头76表示，与钼上绕关联。正如先前提到的，因 为螺旋的螺旋构造和延长的路径，所以沿着脚的纵向通过上绕的热传导中有显著降低。期望降低从电弧放电室以及沿脚向下的热通量以保护安置在每个脚远端处的密 封装置34、36。这些密封装置不能运行太热，否则可能对灯的寿命有负面影响。而且，脚向 下的热传递与从电弧管传导的对应热损耗相关。期望降低从电弧管传导的热损耗以便保持 高的电弧管的内在效率，并由此获得更高的每瓦特流明以及更好的光度性能，包括高颜色 质量。在共同拥有的美国专利号6，621，219中概述了提出的一种解决方案，其中相对于 上绕的尺寸减小钼芯棒的尺寸而不考虑灯的瓦数。作为本发明公开中的教导，已确定的是 相对于灯的瓦数的细脚对于限制热通量是重要的特征。通过相比于灯功率的脚的截面面积 (^(OD2-ID2)/4)的比来描述细脚，并由此将其表示为面积/功率(A/P)或mm2/W。在较高 瓦数的灯中，可以满足约为小于0. 065mm2/W的这种细脚耗散因子，因为体如此大且瓦特足 够高以将此比值保持为低。但是，在低瓦数灯中远远更难实现这一点。一般，低瓦特意味着 约70瓦特或更低。当对于低瓦特应用往往缩短或缩减灯的总体尺寸时，除本发明公开的受 让人制造的灯以外，大多数其他灯制造商使用“粗”脚。已发现，脚的低耗散因子对于较低瓦数灯而言具有更大影响。缩减PCA脚的横侧 向尺寸成为此比值中重要的考虑事项。结果，保护了脚远端处的密封装置，并实现了改进的 光度值，即，更高的每瓦特流明或更好的颜色(即改进的Ra)，因为电弧管以更有效率的方 式工作。此外，这在较低瓦数灯中是特别重要的。较低瓦数灯往往更小，并由此缩减脚的轴 向长度。通常，缩减的脚轴向长度将贡献于更高的密封装置温度，并且可能负面地影响灯的 寿命。但是，通过实现细脚耗散因子，不仅在轴向上缩短脚，而且低瓦特灯仍可以达到可接 受的密封装置温度。而且，缩减灯的总尺寸并使之更紧凑，从而允许将小瓦数的灯置于外封 套或封壳中或置于较小的反射器中。因此，已确定的是，小于0. 065mm2/w的PCA脚耗散因 子允许灯制造得更小，缩减脚的轴向长度，并且可以将密封装置移向更靠近电弧而不会因 热增加而受到负面影响。此外，已确定的是，还可以将电极钼芯棒负载耗散因子表示为相对于功率的截面 面积。具体来说，钼负载耗散因子或比值应该小于0.0008mm2/W。更小尺寸的钼芯棒是重要 的，因为其热传导通常比PCA脚的热传导大一个数量级。
所以，为了管理脚中的总热通量，相对于瓦数的钼芯棒截面面积是一个因子，此外 PCA脚耗散因子是另一个因子。还已有利地发现，当同时控制钼截面面积相对于瓦数以及 PCA脚截面面积相对于瓦数的耗散因子时还产生非线性好处。这些热传导如同并联的电阻 器，其中纯电抗等同于将电抗倒数相加。同样情况在此处对于热传导是成立的，热传导是热 阻的倒数，即，纯热传导是各个热传导相加之和。因此，通过控制相对于功率的脚的截面面 积来解决热通量，降低了密封玻璃温度并实现期望的灯性能。或者，控制相对于功率的钼芯 棒的截面面积也达到相同的目的。而且，当以组合方式控制这两个热传导特征时，叠加效果 具有甚至更大的作用。图4和图5以图形方式示出与脚陶瓷负载耗散因子和钼芯棒耗散因子关联的优 点。显然，保持PCA脚热传导优选地小于0. 065mm2/W,更为优选地小于0. 06mm2/W,展示出显 著的改进，并且类似地，钼芯棒负载耗散因子优选地达到0. 0008mm2/W，以及更为优选地小 于 0. 0006mm2/W。图4表示多种灯的PCA脚热传导值。在图中先前提到的0. 065mm2/W的热传导值处 绘制水平线，其表示本发明公开的细脚设计的低瓦数灯相对于其他低瓦特灯的明显分界， 以及相同的值还如何相比于较高瓦数灯(100W以及更高)。图5类似地以图形方式示出多 种灯的钼芯棒热传导值。水平线表示本发明公开与现有技术的灯之间钼芯棒的热传导值中 的分界，其在约为0. 0008mm2/W的值。正如图6中显见的，CRI上五个点中有改进，不牺牲流明(3，421流明对3，415流 明)的CRI对R9改进，并且全部达到有Img卤化物的重量降低。这还对应于灯的使用寿命 中陶瓷体很少腐蚀，并且具有关联的材料成本节省。图7还示出采用本发明公开的特征的 细脚灯的密封材料温度中的改进。已经参考多种优选实施例描述了本发明。显然，在阅读和理解前文详细描述时本 领域技术人员将设想到修改和替换。本发明旨在被视为涵盖所有此类修改和替换。
权利要求
一种改进用于低瓦特陶瓷金属卤化物灯的性能的方法，包括提供具有放电室的电弧管体和从所述放电室延伸的至少一个空心脚，所述放电室具有以间隔关系在其中安置的第一和第二脚；以及通过将脚截面面积对功率比(面积/瓦特)限制到小于0.065mm2/瓦特来降低所述脚中的热通量。
2.如权利要求1所述的方法，还包括将钼芯棒负载耗散因子限制到小于0.0008mm2/瓦特。
3.如权利要求1所述的方法，其中低瓦特约为70瓦特或更低。
4.一种改进用于低瓦特陶瓷金属卤化物灯的性能的方法，包括提供具有放电室的电弧管体和从所述放电室延伸的至少一个空心脚，所述放电室具有 以间隔关系在其中安置的第一和第二脚；以及通过将钼芯棒负载耗散因子限制到小于0. 0008mm2/瓦特来降低所述脚中的热通量。
5.如权利要求4所述的方法，其中低瓦特约为70瓦特或更低。
6.一种低瓦特陶瓷金属卤化物灯，包括具有在其中安置的放电室的体；第一和第二空心脚，从所述放电室延伸；第一和第二电极组装件，分别延伸通过所述第一和第二脚，并且所述电极组装件的第 一端以间隔关系安置在所述放电室中；以及其中所述脚具有限制从所述放电室沿着其的热通量的细剖面，所述细剖面具有小于 0. 065mm2/瓦特的负载耗散因子。
7.如权利要求6所述的低瓦特陶瓷金属卤化物灯，其中所述电极组装件还包括钼芯 棒，并且所述芯棒具有小于0. 0008mm2/瓦特的负载耗散因子。
8.如权利要求6所述的低瓦特陶瓷金属卤化物灯，其中所述脚由多晶氧化铝形成。
9.如权利要求6所述的低瓦特陶瓷金属卤化物灯，其中所述第一和第二脚从所述放电 室沿着基本相反的直线方向延伸。
10.如权利要求6所述的低瓦特陶瓷金属卤化物灯，其中在与所述放电室间隔的脚端 将所述电极组装件密封到相应的第一和第二脚。
11.如权利要求6所述的低瓦特陶瓷金属卤化物灯，其中所述灯具有约70瓦特或更低 的功率。
12.如权利要求6所述的低瓦特陶瓷金属卤化物灯，还包括用于从所述放电室引导灯 的反射器。
13.如权利要求6所述的低瓦特陶瓷金属卤化物灯，还包括在所述放电室周围接纳的 外封套。
14.一种陶瓷金属卤化物灯，包括具有在其中安置的放电室的体；第一和第二空心脚，从所述放电室延伸；第一和第二电极组装件，分别延伸通过所述第一和第二脚，并且所述电极组装件的第 一端以间隔关系安置在所述放电室中；以及其中所述电极组装件包括芯棒，每个电极组装件的芯棒具有小于0. 0008mm2/瓦特的负载耗散因子。
15.如权利要求14所述的陶瓷金属卤化物灯，其中所述灯的功率额定值约为70瓦特或更低。
16.如权利要求15所述的陶瓷金属卤化物灯，其中每个脚的截面面积与所述灯的瓦数 功率的热通量比小于0. 065mm2/瓦特。
17.如权利要求16所述的陶瓷金属卤化物灯，其中所述芯棒负载耗散因子和所述脚截 面面积的热通量比各自限制到电极组装件与相应的脚之间在与所述放电室间隔的位置处 形成的密封装置的热传导的量。
18.一种陶瓷金属卤化物灯，包括 具有其中包含填充材料的电弧放电室的体； 第一和第二空心脚，从所述电弧放电室向外延伸；第一和第二电极组装件，分别延伸通过所述第一和第二空心脚； 其中通过将以mm2/瓦特所测量的每个脚的截面面积相对于灯功率的脚耗散比保持到 小于0. 065mm2/w以及将以mm2/W所测量的所述电极组装件的芯棒的截面面积相对于所述灯 功率的芯棒负载耗散比保持到小于0. OOOSmmVw来控制沿着脚的热通量的耗散。
19.如权利要求18所述的陶瓷金属卤化物灯，其中所述灯功率小于约70瓦特。
20.如权利要求18所述的陶瓷金属卤化物灯，其中所述脚由多晶氧化铝形成。
全文摘要
低瓦特陶瓷金属卤化物灯具有在其中安置的放电室(24)的体(22)。第一和第二空心脚(26、28)从放电室延伸并分别接纳第一和第二电极组装件，电极组装件(30、32)的第一端以间隔关系安置在放电室中。使用细脚来限制来自放电室的热通量。优选地，通过小于0.065mm的陶瓷部件的负载耗散因子来定义细脚。
文档编号H01J61/82GK101911246SQ200880123572
公开日2010年12月8日 申请日期2008年11月14日 优先权日2007年12月26日
发明者G·R·艾伦, L·邓 申请人:通用电气公司