专利名称：在陶瓷金属卤化物(cmh)灯中较少每英寸匝数(tpi)的电极的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种电极组件和形成这种电极组件的方法，以及一种合并了这种电极组件的放电灯，诸如陶瓷金属卤化物(CMH)灯。
背景技术：
如果腿温度足够高，那么密封腐蚀是诸如CMH灯的放电灯的主要故障模式。特别地，材料不兼容性是与密封陶瓷电弧管中的金属线相关联的问题。即，如果相应材料的热膨胀系数不足够相似，那么分裂最终出现于密封玻璃或陶瓷中，这导致剂量(dose)泄漏和/ 或灯故障。例如，已知氧化铝，用于CMH灯的常用陶瓷，具有与铌的热膨胀系数相对密切匹配的热膨胀系数。这将倾向于建议使用铌作为引线或电极线的唯一材料。但是，铌与CMH 灯中常用的剂量材料不兼容。实际上，铌在暴露于卤化物剂量时在几个小时内变坏且最终导致灯故障。这暗示着铌不能用于引线组件。另一方面钨和钼与剂量材料更兼容。钨和钼具有热膨胀系数与氧化铝相对不兼容的问题使得这些材料的失配导致陶瓷材料开裂。为了试图满足这些竞争性考虑，发展了一种用于放电灯，特别地用于CMH灯的复合电极组件，其中引线或电极组件是复合件，在该复合件中，在第一端或外端是铌，铌对焊到作为组件的中间部分或中部的钼，且钨电极固定到钼的另一端。此外，钼的中间区域优选地包括两个不同部分，即，钼心轴(mandrel)或柄部，它接纳绕其缠绕的钼跨卷 (overwind)、螺旋或线圈。以此方式，穿过腿的开口填充有电极组件，该电极组件导电、耐热且耐受该剂量。带有钼跨卷的钼心轴满足这些需要且常规考虑是需要紧密的绕圈来尽可能完全填充该腿使得存在较少区域用于剂量凝结或沉淀。即，由于灯腿是冷点的等效物，故腿具有以下缺点例如在CMH灯中剂量在该腿中凝结或沉淀。引入到放电空间内的前数毫克剂量最终结束于腿中，这变成昂贵的提议。因此，常规地需要利用耐热但导电的耐剂量材料尽可能多地填充该腿。重要的是减少CMH灯中的密封空隙量以减轻缩短灯寿命的风险。密封玻璃或熔料 (frit)密封件沿着该引线组件的至少一部分提供以保护铌免于剂量且也优选地沿着该钼心轴和螺旋跨卷的一部分向内延伸。已确定空隙有时出现于结构布置中且密封空隙通常被称作沿着钼心轴的外径和沿着内径区域且在线圈相邻匝之间的无熔料密封件(例如，密封玻璃)或者具有穴或开口(即，空隙)的区域。尚未完全理解在密封过程中形成密封空隙的原因。但是，在单个批次中以及在不同批次之间发现密封空隙量较高的变化。灯腿温度较高和/或具有较大密封空隙量的产品更易于导致泄漏。虽然确定了熔料可能未完全进入到钼匝内，但是常规考虑是，在跨卷的相邻匝之间允许间隙是不合需要的。因此，需要减小密封空隙的程度从而改进灯寿命。
发明内容
本公开增加了在钼匝之间的间隙以便减小密封空隙的概率和减少这些空隙量。
—种用于放电灯的电极组件包括第一部分，其具有与陶瓷良好匹配的热膨胀系数但经受到灯剂量的攻击。电极组件的第二部分具有连接到第一部分的第一端，以及第二端。 电极组件的第二部分由不同于第一部分的材料形成，具有第二热膨胀系数，且比第一部分更耐受剂量的攻击。螺旋跨卷接纳于第二部分上，其中跨卷的相邻匝间隔开以便于在跨卷和第二部分上接纳相关联的密封材料。钨电极附连到第二部分的第二端。螺旋跨卷优选地具有间隙，其为在跨卷的相邻匝之间测量的第一尺寸、相对于跨卷直径大于大约百分之十(10%)，且优选地在大约百分之十(10%)至百分之五十(50%) 之间。间隙更优选地在百分之二十与百分之三十之间(20%至30% )。一种CMH放电灯包括陶瓷主体，陶瓷主体具有放电腔室和至少一个腿，腿具有与放电腔室连通的开口。电极组件至少部分地接纳于主体中，其中电极组件包括铌心轴、钼心轴、钨部和接纳于钼心轴上的钼跨卷，且其中跨卷的相邻匝由间隙隔开。熔料密封件在铌心轴的至少一部分上并且在跨卷和钼心轴的有限部分上延伸。钼心轴的直径优选地在钼跨卷的直径大约一倍至五倍的范围内(1 1至5 1)。熔料密封件在钼心轴的大约一毫米至二毫米(l-2mm)上延伸。一种制造电极组件的方法包括供应钼心轴和跨卷，其在第一端接合到铌心轴且在第二端接合到钨部。该方法还包括提供在钼心轴的相邻匝之间的间隙以在匝和钼心轴上接纳密封熔料。优选地，该间隙大于五微米(5 μ m)。该方法包括形成大于跨卷直径的大约10%且优选地在大约百分之十(10% )与大约百分之五十(50% )之间的范围内的间隙。优选地，钼心轴直径与跨卷直径的比大于大约1 1，且优选地在大约1 1至 5 1的范围内。一种主要益处在于延长灯寿命。与延长灯寿命相关联的是减少陶瓷中的开裂。相信的是，与制造相关联的增加的产出来自于这种灯结构和形成此灯结构的方法。另一益处在于合并此改进而不显著地改变已知制造过程的其余方面的能力。通过阅读和理解下面的详细描述，其它益处和优点将变得更加显然。
图1是根据优选实施例的灯组件的立视图，其局部以截面图示出。图2是根据现有布置的图1的圆圈部分的放大视图，局部以截面图示出。图3是本公开的类似于图2的视图。图4是本公开的另一示范性实施例的类似于图3的视图。图5是示出灯组件中的密封空隙的图像。图6是类似于图5的图像且示出沿着钼心轴/跨卷的长度的一部分减少或排除密封空隙。
具体实施方式
首先转至图1，示出灯组件或CMH灯组件20具有中空电弧管主体或封壳22。该主体包括内腔或电弧放电腔室对。第一腿26和第二腿观在纵向相反的轴向上延伸。这种陶瓷电弧管中的腿中的每一个包括开口，其分别接纳连接到外部电源(未图示)的电极/引线组件30，32。此外，密封件34，36设于腿中的每一个处以相对于腿气密地密封该电极组件。例如，优选密封件是熔料密封件，其通常沿着引线组件的铌部设置，且在电极组件的钼部上局部地延伸。更特定而言，引线/电极组件30，32优选地为三部件组件，其包括第一或外部引线部分40，也被称作热膨胀匹配部分，其优选地减轻或排除与来自热膨胀失配的应力相关的故障。第一引线部分40优选地由铌形成，但应了解在不偏离本公开的情况下可使用提供所需热膨胀匹配的其它材料。例如，铼是一种这样的材料，但通常是更昂贵的替代。第二或中间构件(图2)用作耐卤化物材料且一种优选结构布置是带有钼跨卷44的钼心轴42。当然，可使用其它材料，诸如钨或金属陶瓷(陶瓷金属)，其具有与钼相同的合乎需要的性质中的许多性质且发现在金属卤化物灯的高温环境下良好地操作。第三或内部引线部分46 包括柄部48和线圈50，它们通常都由钨制成。因此，外部引线部分或铌诸如通过焊接而接合到中间构件，且同样，钼构件的第二端通过焊接过程而接合到包括钨柄部和线圈的内部引线或电极。图2示出灯腿之一的放大圆圈部分。特别地，它包括中间构件，中间构件包括钼心轴42和钼跨卷44。在此布置中，跨卷的相邻匝意图较紧密，即，在跨卷的线圈之间无需空间。如上文所提出的那样，排除跨卷的线圈之间的空间的原因是为了确保在相邻匝之间并无间隙，且由此尽可能多地填充穿过腿的开口使得来自放电腔室M的剂量不在此区域中沉淀或凝结。同样，从传热观点而言，紧密的绕圈是特别有用的。由螺旋线圈或跨卷来提供细长路径，而不是采用单个较大直径的钼线或柄部(如果仅由实心线形成，其最终具有太大的热损失)。在图3中，钼心轴被称作构件142，而跨卷被称作144。如在图2与图3的比较中注意到，最显著的差别在于在跨卷的相邻匝或线圈之间提供间隙G或小空间。此间隙尺寸相对于跨卷线圈的直径D的比较提供大约百分之二十(20%)的间隙与直径比(G/D)。因此， 尽管间隙尺寸的绝对值较为重要，但是间隙G优选地大于五微米(5μ)且优选地需要G/D 比大于大约0.05。间隙G的提供形成更大空间用于玻璃熔料。通过少量地打开该空间，然后密封玻璃或密封熔料可到达缝隙空间且提供绕钼跨卷和钼心轴的有限长度的有效密封。 从灯性能观点而言，如果仅提供与电极组件的铌部相邻的跨卷中的间隙，将为理想的情况。 但是，组件的实用性决定了在组件的更经济方面在跨卷的整个长度上提供间隙G。尽管存在对间隙和额外体积将影响灯性能的最初顾虑，但最初测试表明需要最初剂量不太多的增量。图2的现有设计通常需要0%至间隙，即，使匝尽可能紧密，其中大部分相邻匝彼此接触，提供大于大约百分之十(10% )间隙和优选地大约百分之十(10% )至百分之五十(50% )间隙，和用于百分之十(10% )至百分之三十(30% )间隙的相关灯性能数据展示性能结果无显著降级。本领域技术人员应认识到由于热膨胀系数问题，仍需要限制由玻璃熔料密封的跨卷量。因此，可能在密封熔料中覆盖与铌心轴相邻的电极组件的钼部的大约仅l-2mm。
转至图4，钼心轴现被称作附图标记M2，而跨卷则由附图标记244表示。此处，提供在跨卷的相邻线圈之间大约百分之五十(50%)的更大空间或间隙。通过提供在与铌相邻的电极组件的钼部端部的密封熔料的有限覆盖，仅存在在钼与陶瓷之间的任何潜在热膨胀失配的有限影响。同样，密封件和钼为铌提供所需保护防止卤化物剂量的有害效果，卤化物剂量原本将会与铌不利地起反应。久而久之，该剂量最终通过密封玻璃扩散且可变成寿命机制的结束。但是，谨慎地控制钼上的密封长度排除了由于来自热膨胀失配的应力所引起的故障。本公开还需要填充钼跨卷的缝隙空间以通过更好地保护铌而促进更长的灯寿命。本公开还设想到钼心轴直径与钼跨卷直径的比大于大约1 1，且优选地在大约 1 1至5 1的范围。标准比是大约3 1，因为缝隙空间更可能由玻璃熔料填充，故打开该间距现确保密封中间构件的跨卷和心轴部分。作为制造过程的一部分，购买铌线，拉直该铌线，且将它切割成段。用于跨卷的钼线和用于柄部的钼线然后在连续件中一起缠绕且然后被同样切割成段。电极组件或钼复合件的第二部分然后对焊到铌心轴/柄部，而钨心轴/柄部和电极在钼复合件的另一端对焊。 电极组件通过放电腿中的开口插入，且玻璃密封熔料盘放置于腿上。谨慎地控制电极组件的特定位置使得电极精确地定位于电弧放电腔室中且同样铌-钼界面的位置精确地装配于腿中所需的位置。以此方式，加热和熔融在铌周围的密封熔料提供所需密封。同样，密封熔料的一部分在与铌柄部相邻的钼构件的大约l_2mm上延伸且提供所需的铌保护防止卤化物剂量，如上所述。通过增加在钼匝之间的间隙，减小了出现密封空隙的概率且同样减少这些空隙的量。在钼线圈之间引入较宽间隙提供该问题的可靠解决方案。通过增加在钼匝之间的间隙， 熔融的熔料可更易于流入到空隙内。对于高瓦特(150W至400W)和低瓦特(39W至70W)CMH 灯，具有更少每英寸匝数的钼的电极被证明有效地排除了密封空隙。通过排除电弧管的陶瓷腿中的密封空隙，降低了早期密封泄漏的风险。尽管如所提到的那样对低瓦特和高瓦特灯进行了可行性实验，但是不应认为这些特定值过度地限制本公开。图5和图6的比较特别地示出减少或排除了沿着钼心轴和跨卷的至少一部分的密封空隙。更特定而言，图5示出位于与铌柄部相邻的轴向位置在沿着钼心轴的外径和沿着钼跨卷的外径定界的区域中不合需要的多个密封空隙。这些密封空隙由于上文所提到的原因是不合需要的，且在密封空隙出现于在钼心轴和跨卷上延伸的密封玻璃的大部分中的情况下是特别不合需要的，因为卤化物剂量到达铌的可能性因此增加。因此，基本上存在三个区域。第一区域设于左端，在那里，熔料密封件接纳于铌柄部上。第二区域大体上由钼心轴和跨卷形成于右端，第三区域大体上位于第一区域与第二区域之间，在那里，熔料密封件覆盖该铌/钼焊缝且在用作耐卤化物剂量分段的耐卤化物构件或钼构件(心轴和跨卷)的有限或最小长度上延伸。图6在另一方面示出减少或排除了在钼心轴和跨卷上延伸的第三区域中沿着密封玻璃的更大范围的密封空隙。在具有较少每英寸匝数的跨卷(即，跨卷的相邻匝间隔开)的那些布置中实现密封空隙的减小的百分比，以便于在钼心轴上和跨卷下方接纳熔料密封件。参考优选实施例描述了本公开。显然，在阅读和理解前文详细描述时其他人将想到修改和更改。意图认为本公开包括所有这些修改和更改。
权利要求
1.一种用于放电灯的电极组件，包括第一部分，其具有第一热膨胀系数(CTE)且经受所述灯的剂量的攻击；第二部分，其具有由不同于第一部分的材料形成的第一端和第二端，所述第二部分具有不同于第一 CTE的第二 CTE且比所述第一部分更耐受所述剂量的攻击；电极，其连接到所述分段部分的第二端；以及螺旋跨卷，其接纳于所述第二部分上，其中，所述跨卷的相邻匝间隔开以便于在所述跨卷和第二部分上接纳相关联的密封材料。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述螺旋跨卷具有间隙，其为在所述跨卷的相邻匝之间测量的第一尺寸、相对于所述跨卷的直径的大约10%至50%。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，所述间隙在20%与30%之间。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一部分由铌形成。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第二部分由钼形成。
6.根据权利要求5所述的电极组件，其特征在于，所述螺旋跨卷由钼形成。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述螺旋跨卷由钼形成。
8.一种陶瓷金属卤化物(CMH)放电灯，包括陶瓷主体，其具有放电腔室和至少一个腿，所述至少一个腿具有与所述放电腔室连通的穿过所述至少一个腿的开口；电极组件，其至少部分地接纳于所述主体中，其中，所述组件包括铌心轴、钼心轴、钨部和接纳于所述钼心轴上的钼跨卷，并且其中，所述跨卷的相邻匝由间隙隔开；以及至少第一密封件，其在所述铌心轴的至少一部分上并且在所述跨卷和钼心轴的有限部分上延伸。
9.根据权利要求8所述的CMH放电灯，其特征在于，所述间隙为所述跨卷的相邻匝之间测量的第一尺寸、相对于所述跨卷的直径的大约10%至50%。
10.根据权利要求9所述的CMH放电灯，其特征在于，所述间隙为大约20%至30%。
11.根据权利要求8所述的CMH放电灯，其特征在于，所述钼心轴的直径在所述钼跨卷的直径大约一倍至五倍的范围内(1 1至5 1)。
12.根据权利要求8所述的CMH放电灯，其特征在于，所述钼心轴的直径是所述跨卷的直径的大约三倍(3:1)。
13.根据权利要求8所述的CMH放电灯，其特征在于，所述灯在35瓦与400瓦之间。
14.根据权利要求8所述的CMH放电灯，其特征在于，所述至少第一密封件在所述钼心轴的大约一毫米至二毫米(l-2mm)上延伸。
15.根据权利要求8所述的CMH放电灯，其特征在于，在所述跨卷的相邻绕圈之间的间隙(G)大于5μ。
16.根据权利要求15所述的CMH放电灯，其特征在于，间隙与跨卷直径⑶的比(G/D) 大于0. 05。
17.—种制造用于放电灯的电极组件的方法，包括供应耐商化物心轴和跨卷，所述心轴和跨卷在第一端接合到心轴且在第二端接合到电极部分；以及提供在所述耐卤化物跨卷的相邻匝之间的间隙以在所述匝和所述耐卤化物心轴上接纳密封熔料。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述间隙大于5μ。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述间隙大于所述跨卷的直径的大约 10%。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述耐卤化物心轴的直径与所述跨卷的直径的比大于大约1 1。
全文摘要
一种用于放电灯(20)，特别是具有陶瓷主体(22)的陶瓷金属卤化物(CMH)灯的电极组件(30，32)，陶瓷主体(22)具有放电腔室(24)和至少一个腿(26，28)，至少一个腿(26，28)具有穿过它的开口。电极组件至少部分地接纳于主体中，它优选地包括铌心轴(40)、钼心轴和接纳于该心轴上的钼跨卷(44)。然后钨部(48，50)接合到钼复合件上。跨卷的相邻匝由间隙隔开以便于在跨卷和钼心轴上接纳相关联的密封材料。该间隙为在跨卷的相邻匝之间的尺寸、相对于跨卷直径的大约10％至50％。
文档编号H01J9/28GK102177568SQ200980140575
公开日2011年9月7日 申请日期2009年7月16日 优先权日2008年8月8日
发明者J·A·莱昂纳, J·何, S·内梅特 申请人:通用电气公司