专利名称:高压放电灯的陶瓷密封装置的制作方法
本发明基本上涉及一种用在高压放电灯(以后均称“HID灯”;“HID”意即高强度放电)上的陶瓷密封装置，尤其是关系到那些导电端帽的或是那些闭合半透明陶瓷管两个相对端并与其端帽配合一起，形成装在HID灯内的气密装置。
在这种用半透明陶瓷管构成的HID灯上，有一对导电圆盘作为端帽用以封闭半透明陶瓷管的各开口端。这种封闭端帽的实例已在美国专利NO、4、155、757和4、155、758中阐明。这种端帽是用一种诸如混和二氧化铝与钨粉并烧结而成的导电金属陶瓷制作的。这种导电金属陶瓷端帽在那陶瓷密封装置的里面支住一对钨电极，于是两只电极就可以从端帽的里面对峙地钻出来，也即其纵长方向向着半透明陶瓷管内心。同时，那些导电杆或接线柱则用适当方法接到或固定到金属陶瓷端帽的外面来，因而电源得以通过接线柱和金属陶瓷端帽通到一对相互对峙的钨极上。现在这种金属陶瓷端帽已有效地用在了譬如高压钠灯上，因为不必再用很贵的金属铌，所以十分有利。而且这种金属陶瓷端帽还颇有经济效益地用在采用半透明陶瓷灯管并在管内充一种适当的含汞和稀有气体的金属卤素的一种金属卤素灯上，因为这种金属陶瓷对金属卤素有相当高的抗锈蚀能力。
可是，这种具有用金属陶瓷端帽封闭的半透明陶瓷灯管的HID灯可能会被一种通常称为“逆弧”的现象所困扰，即这种HID灯一合上电源，电弧不发生在那些相应的电极间，却发生在电极与相应的金属陶端帽间。这种逆弧现象使金属陶瓷端帽开裂，造成半透明陶瓷管泄漏。此外，这种“逆弧”现象还会使金属陶瓷里的耐火金属蒸发和散发出来，沉积在那陶瓷管的内表面上，使管壁变黑，减低它的亮度。
另外，陶瓷管过饱和的金属卤素会在管子里冷的地方，即如灯泡立着使用，在该陶瓷管垂直放置的下部较冷地方冷凝，因而在该管封闭端处的金属陶瓷端帽，由于冷凝后的金属卤素呈液态，端帽受到锈蚀伤害，如果锈蚀严重，其后果就是无法把那支电极稳固地支住成直立的状态。
有见于现有技术的前述不利之处，本发明的主要目的是为高压金属放电灯提供一支陶瓷密封装置，以免除在其电极与相应的封闭半透明陶瓷管的端帽之间发生这样的“逆弧”现象，因而可使这种电极长时期被端帽稳固地支住在应有的位置上。
根据本发明，在高压放电灯里采用了一支包括一段半透明陶瓷管和一对封闭陶瓷管两端的端帽的陶瓷密封装置，以及一对相对着的放电电极;每个放电电极由相应的端帽支住其一头，另外一头则从相应的端帽的里面钻出来，并在纵长的方向凸向这根陶瓷管的内心;其特征在于这些端帽都导电，它们的内表面则用一层电气绝缘物加以覆盖。
在上述结构的高压放电灯的陶瓷密封装置里，覆盖相应端帽内表面的电气绝缘物能在灯泡合上电源时有效地保护该陶瓷密封装置，使其不受“逆弧”现象之害。所以该层电气绝缘物起保护端帽的作用，不致受这种“逆弧”现象伤害，因而有助于改进这种灯的工作可靠性。此外，电气绝缘既防止了“逆弧”之害，也就解决了该半透明陶瓷管常见的内表面变黑的问题，从而保证了该半透明陶瓷管的高度明亮。
本发明的一个具体实施方案为，那些端帽是用一种由金属和非金属材料混合物组成的金属陶瓷制成的;即它是一种含一适当比例的金属的陶瓷材料。这种混合物可取的较佳组成是8～50%重量的钨或钼之类的耐火金属外加余额氧化铝，也即铝钒土。
本发明的另一具体实施方案是，电气绝缘物系选用氧化铝、氧化铍尖晶石、氮化硼和搪瓷用玻璃料等类材料形成的一种耐火陶瓷材料。
本发明的再一种具体实施方案的电气绝缘物是，从相应的端帽内表面量起，具有一层恒定厚度的绝缘层，在此情况下，这层绝缘物的厚度，最好保持在0.05～0.8毫米的范围内。
本发明的又一种具体实施方案是，上述的电气绝缘层具有以纵长的方向朝向该陶瓷管的内心凸出来一部分，以围住从相应端帽内表面凸出的相应放电电极的一部分。这个凸出部分的厚度可保持在从相应的端帽内表面量起为1.0～3.0毫米的范围内。
根据上述实施方案，电气绝缘物的凸出部分能使在端帽附近凝结的液态金属卤素远离该高温放电电极外露端部，故该电极固定端周围的端帽中央部分不致暴露于液态金属卤素中，因而它也不会因此锈蚀。故而这层电气绝缘物的凸出部分可以克服那种常见的端帽损坏，使电极被稳固地支持住。
上述实施方案的一种方式为，该层电气绝缘物的凸出部分位于相应端帽幅射方向的中央部分，而且有一个中心膛孔，可以由此穿过该相应放放电电极的延伸部分。这样，这一层电气绝缘物可形成一厚度恒定的环形周圈部分，上述中央凸起部分即由此凸出。这个电气绝缘物的中央凸起部分可具有一可变直径部分，其厚度按辐射方向向所形成的中心膛孔的中心加厚，其厚度由该相应端帽的内表面量起。例如，该中央凸起部分可做成一种基本上是平顶圆椎体的形状。
金属陶瓷端帽有个从其内表面凸起的中央凸起部分是可能的。在这种情况下，该中央凸起部分则被电气绝缘物的中央凸出部分所覆盖。
图1为一立面示意图，示出本发明的有一陶瓷密封装置的HID灯实例的部分断面示意图，它包括一段半透明陶瓷管及其闭合两端的端帽。
图2为图1HID灯的密封装置的部分断面放大图;以及图3-6是图2的各种视图，用以说明本发明所改进的各种具体实施方案。
本发明所推荐的具体装置将参照所附图纸作详细说明如下图1示意地说明一支HID灯的全部组合情况，可以看出灯内有一支本发明所推荐的陶瓷密封装置6的较佳实施方案。图中的编号2是通常用玻璃或类似材料做的灯泡似的半透明套。这个半透明套2用灯头4把它的敞口封闭。这个套2和灯头4结合在一起，形成一个气密封闭器，器内充以某种惰性气体，例如氮，或保持真空。正如早已熟知的，电源是加在灯头上，通过导电体10，10，到导电杆8，8而到达布置在半透明套2内陶瓷密封装置6的两个相对端的。
陶瓷密封管6有一段半透明的陶瓷弧光管12和位于该陶瓷弧光管12两端，形成端帽14状的一对封闭圆盘，以保持该陶瓷密封装置6的气密性。这支半透明陶瓷弧光管12是一段用氧化铝或其它陶瓷材料制成的管状件，如美国专利USP3，026，210与3，792，142中所阐明的。端帽14是由导电的金属陶瓷做成的。在该气密陶瓷密封装置6的陶瓷弧光管12里，根据这具HID灯的特定种类，以及灯的幅照效率，辨色性能等等充以适当的气体和适当的金属或其混合物。举例来说，若是一种高压钠灯，其弧光管12中充以金属钠、汞和稀有金属。假如是一种金属卤素灯，其弧光管12里充一种金属卤素(如碘化镝、碘化铊、碘化钠、碘化铟等等)和汞稀有气体。
本发明的主体特别涉及到用作半透明弧光管12封闭件的导电端帽14、14。如放大图12中所示，每个端帽都与该弧光管12的一端相配合，并在那儿填以玻璃料或类似材料作封闭层19。导电杆8的一端埋置在该端帽14靠外面部分的端面里，它的另一端则从该端帽14的外表面向外凸出来。同时，有一支常规的用钨或其它材料制作的电极16，同样也是一端埋置在端帽14里面，这样，该电极16的另一端就从该端帽14的内表面18凸出来，它的凸向是以纵长方向凸向这支半透明弧光管12的内心。电极16被固定在弧光管12的端帽14的幅向中心位置上。在凸出电极16处的内表面18上全部覆盖一层电气绝缘物，形成一恒定的适当厚度的绝缘层20。
这些盖住导电端帽14、14内表面18的绝缘层20、20能有效地防止“逆弧”现象，这是这种HID灯合上电源时，在相对的电极16、16之间有了电压，通过导电杆8、8，在电极16与其相应的内表面18间发生的一种放电现象。也即绝缘层20容许在相对的放电电极16两端之间发生正常的飞弧，从而能防止因上述“逆弧”现象经常造成的在端帽(14、14)处密封装置6开裂，接着就泄漏的毛病因之也避免了该金属陶瓷端帽(14、14)的耐火金属的蒸发与发散。故这些绝缘层20、20能解决常见的半透明弧光管12的内表面因积聚了耐火金属而变黑，克服了该弧光管12降低亮度的问题。
闭合陶瓷密封装置6的半透明陶瓷弧光管12的导电端帽14、14都用其膨胀系数介乎半透明陶瓷弧光管12的材料与电极16、16和导电杆8、8的耐火金属之间的一种熟知的合适的导电材料制成的。例如，金属钨或钼和铝的氧化物，或者碳化钨、硼化钨，或类似的合成材料可用于端帽14、14。尤其建议操用一种金属陶瓷、它由非金属材料与金属合成的一种合成材料;在改变合成材料的成分时，其耐火度(抗热性)，抗锈性能，热膨胀系数和电阻都将变化。这种金属陶瓷最好由8～50%重量的例如钨和钼之类的耐火金属与余量氧化铝组成。这种含有不超过8%重量金属材料的金属陶瓷，其电阻过大，而含超过50%重量的同上金属的金属陶瓷不能形成一种足够密度的材体，因而用来制作端帽14、14，其气密性不佳。
盖住电极16、16侧面，端帽14的内表面18、18的绝缘层20、20用熟知的适当绝缘材料制成，最好是其热膨胀系数很接近端帽14、14材料的耐火绝电陶瓷。例如，绝缘层20、20可用氧化铝、铍、尖晶石、氮化硼或玻璃料制成。这些绝缘层20、20用一种熟知的适当加工过程制作。例如，把它作为端帽14、14整体的一部分同时模塑和烧结而成，或是在有一层玻璃密封层的端帽14、14的予烧结的材料上镀一层选好的绝缘材料而成，或者用热喷，雾化沉积或其它适当方法制成。
尽管每个端帽14的内表面18上至少应盖上一层本发明的绝缘层20，也可用这种绝缘层20盖住端帽14的全部表面。这层绝缘层20的厚度被选在能满足本发明的目的的范围之内，也即要能有效地限制所述的“逆弧”现象。通常这层绝缘层20的厚度约为0.05～0.8毫米。
图3是该陶瓷密闭装置6的另一种实施方案，其中导电端帽14、14都是牢固地装配在一支半透明陶瓷弧光管12的两端，是用在烧结过程中冷缩弧光管12而装配的。导电杆8的一端埋置在端帽14靠外面部分的里面;它的另一端则从端帽14的外表面凸出来。同时，用钨或其它金属做的一个一般的电极16的另一端从端帽14内表面里凸出来，以其纵长方向凸向半透明弧光管12的内心。这个电极16系配置在弧光管12的端帽14的中央部分。在有凸出电极16的内表面18全部复盖一层电气绝缘层20。在此改进的实施方案中，下端的端帽114(此灯如图1所示的竖放时的下端)的绝缘层20至少有一个中央凸起部分22，按纵长的方向凸向陶瓷弧光管12的内心，以及便围住从相应(下面)端帽14内表面18上中央凸出来的。放电电极16的纵向一部分。更明确地说，那个中央凸出部分22是从绝缘层20的环状周圈部位23上凸出来的，且其厚度要比从端帽14的内表面18量起的周圈部分23的厚度厚些。放电电极16埋在相应端帽14里一段相当长度后从绝缘层20上的中心孔伸出来。
在上述陶瓷密封装置6中，盖住端帽14内表面18的中央凸起的绝缘层20能有效地防止该HID灯合上电源，通过导电杆8、8，在相对电极16、16间有了电压时在电极16与内表面18之间放电而形成的“逆弧”现象。也即那些绝缘层20可使相对的电极16间产生正常的闪弧，以致能防止常遇到因“逆弧”现象在端帽14、14上造成开裂因而泄漏的问题，也避免了金属陶瓷端帽14、14中的耐火金属的蒸发和发散。因之，这种绝缘层20，20能解决常遇的因耐火金属沉积而使半透明弧光管12内壁发黑而造成的弧光管12亮度降低的问题。
此外，下端帽14的绝缘层20的中央凸起部分22使端帽14附近冷凝的液体状态金属卤保持远离放电电极的外露端头部分，由此包围着固定端的金属陶瓷端帽14部分得到保护而不致暴露于液态金属卤素中造成锈蚀，因而可以有效地避免牢固支住电极16的端帽14上常见的损坏。
虽然在图3的实施方案中绝缘层20中央凸起部分22有一段阶式部分从环状周圈部分23凸出来，仍有可能象图4那样使该绝缘层20形成一种平顶圆椎体的形状，使其厚度向电极16的内心方向辐向地加厚，也即朝向中心膛孔20a加厚，厚度测定由端帽14的内表面18测起。改在这种情况下，该绝缘层20的中央部分有一变直径的部分，其直径随着它从内表面18凸出的增大而减小。
图3和图4的绝缘层20周圈部分的厚度所选范围要能有效地限制“逆弧”现象，通常约在0.05～0.8毫米的范围内，如先前在图2中的绝缘层的连接相同。另一方面，围绕电极16中间部分的中央凸起部分的厚度要在1.0～3.0毫米范围内，以便保护电极16的外露部分，不致于让它暴露部分，不致于让它暴露于冷凝的金属卤素上，从而保护了电极16固定端周围的端帽14的中央部分。不过，这个中央凸出部分的厚度应这样决定，即这个凸出部分22的顶不致与电极16外露部分上所缠的线圈17相接触。
以上所描述的用绝缘层20所覆盖的封闭端帽14都适用于诸如金属卤素灯和高压钠灯之类的HID灯所采用的半透明陶瓷管12上。
虽然图3和4的端帽14是用烧结后冷缩的办法固定在陶瓷弧光管12上面的，显然，该端帽14也可用一种玻璃料密封层24来固定，如图5中所示，这与图2的密封层19类似。
在图3至5的前述一些实施方案中，放电电极16周围的绝缘层20的部分做成厚于其余的周圈部分，以便围住电极16的中间部分。虽然在本发明中这样配置较为可取，但伸出电极16的端帽14部分，如下述方法制作也很好，即让它从内表面18指向电极16外露端凸出来，形成一个台阶部分或平顶圆椎体部分。在这种情况下，端帽14的凸出部分要覆盖以或弄上绝缘层20的凸出部分22。图6为此种改进后端帽14的一个实例，它有一个台阶式的中央凸出部分14a，又被绝缘层20的中央凸起部分所覆盖，绝缘层20的厚度与周圈部分23的厚度相同。
尽管本发明已在它推荐的各实施方案中阐明，还应说明，本发明并不受所述的构造和配置上的细节所限，而还要包括这项技术所有的明显的改型，改进和改良方案，这些既不影响本发明的精神，也不超出所附的权利要求
中所述的范围。
权利要求
1.高压金属气体放电灯上用的一种陶瓷封闭装置，包括有一个半透明陶瓷管，一对封闭陶瓷管两端的端帽，和一对相对着的放电电极；每个放电电极的一端由相应的端帽支持住，电极的另一端从相应端帽内表面凸出来；并以纵长方向凸向该陶瓷管的内心，其特征为所述端帽均导电，且在其内表面均覆一层电气绝缘物。
2.权利要求
1中的陶瓷密封装置，其中所述的那些端帽用一种金属陶瓷制作，这种陶瓷是由一种金属和一些非金属材料混合而成的。
3.权利要求
2中所述的陶瓷密封装置，其中所述的金属陶瓷由8～50%重量的耐火金属和余量为氧化铝组成。
4.权利要求
3中所述的陶瓷密封装置，其中所述的耐火金属由钨或钼组成。
5.权利要求
1中所述的陶瓷密封装置，其中所述的电气绝缘物用一种选自由氧化铝，铍，尖晶石，及氮化硼和玻璃料组成的料族的一种耐火陶瓷材料制成。
6.权利要求
1中所述的陶瓷密封装置，其中所述的电气绝缘物是一具有恒定厚度的电气绝缘层，厚度系由其相应端帽所述的内表面量起。
7.权利要求
6中所述的陶瓷密封装置，其中所述的电气绝缘层的厚度为0.05～0.8毫米。
8.权利要求
1中所述的陶瓷密封装置，其中所述的电气绝缘物有一凸出部分，以其纵长方向凸向所述陶瓷管的内心，以便围住从相应端帽内表面凸出来的相应放电电极的一部分。
9.权利要求
8中所述的陶瓷密封装置，其中所述的凸出部分由相应的端帽内表面量起有1.0～3.0毫米的厚度。
10.权利要求
8中所述的陶瓷密封装置，其中所述的电气绝缘物的凸起部分位于相应端帽的幅向中央部位，并有一中心膛孔，从孔中伸出相应的放电电极。
11.权利要求
10中所述的陶瓷密封装置，其中所述的电气绝缘有一恒定厚度的环状周圈部分，从这部分凸起一个中央凸出部分。
12.权利要求
10中所述的陶瓷密封装置，其中所述的凸起部分有一个变直径部分，这部分的厚度辐向地向着所述的中心膛孔逐渐加厚，厚度的测量由该相应端帽的内表面量起。
13.权利要求
12中所述的陶瓷密封装置，其中所述的凸起部分基本上呈平顶圆柱体的形状。
14.权利要求
10中所述的陶瓷密封装置，其中所述的相应端帽有一中央凸起部分，它是从所述的内表面凸起的，并且它被所述的电气绝缘物的中央凸起部分覆盖。
专利摘要
高压金属气体放电灯上用的一种陶瓷密封装置，包括有一个半透明陶瓷管，一对封闭这根陶瓷管两端的端幅，和一对相对的放电电极；每个放电电极的一端由相应的端帽支持，电极的另一端从该相应端帽的内表面凸出来，凸向是该陶瓷管的纵长方向。端帽都能导电，且其内表面均覆盖一层电气绝缘物。
文档编号H01J1/88GK85102649SQ85102649
公开日1988年2月3日 申请日期1985年4月12日
发明者泉谷宏次, 梶原健弘, 湿美宣二 申请人:日本碍子株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan