专利名称：压电式陶瓷升压器的制作方法
技术领域：
本实用新型属电光源技术领域，是将压电材料应用于人工光源的一种压电式陶瓷升压器。
众所周知，物体发光可分为两种，一种温度放射发光，一种为冷发光。冷发光有多种形式，可用于照明的主要有电场发光和光子激发发光。电场发光是电流通过某种气体产生放电现象而发光，例如霓虹灯。光子激发光是分子或原子受到光线、紫外线、X射线等的刺激，吸收其中某一部分波长的电磁波，然后将其一部分或全部能量转变为更长波长的光线放出。目前人工光源均是利用上述一种或一种以上的发光机理，例如月光灯可以说是上述电场发光的综合利用，又如白炽灯是靠高温辐射而发光。
人工光源中利用电场发光的日光灯等开始起动时必须加以高压，因此，都应附有起动装置，如镇流器、启动器等。其目的在于使日光灯内的灯丝通以电流而供给大量自由电子，并产生瞬时高压，以激励电子高速奔驰，产生放电；放电开始后马上将灯管两端的电压降低，并将灯丝电流切断。这种起动装置一般体积大、质量重、工作温度高、放电效率差、功率浪费大，且易受无线电干扰和放电干扰。另外，由于电极上的发射物质因过度激发而易在灯管两端产生暗区，影响灯的使用寿命。
本实用新型的目的在于提供一种使电极不致过度激发，温度不升高，可减少功率浪费，延长使用寿命的人工光源升压装置。
本实用新型设计的人工光源升压装置是一种压电式陶瓷升压器。它有一略呈长方形的陶瓷压电片，利用其压电原理的电机效应和机电效应将输入的电压转换成上述人工光源启动及工作电压；有一对输入端，设置于上述陶瓷压电片的一端，以便电压信号的输入；有一输出端，设置于上述陶瓷压电片的另一端(相对于设置输入端的那一端)；有一放射电极，为上述输出端的进一步延伸，供放出自由电子并进而激励电子高速奔驰产生放电。
图1为其基本结构形式。
本实用新型设计的压电式陶瓷升压器主要是利用压电材料的电机、机电效应，以便提供不同强度不同频率的电压，并藉放电电极输出，激发工作介质电子产生放电现象而发出不同频率的人工光源。
上述压电原理，其基本理论是当某些物质(如陶瓷的、晶体的或其它)被加压而变形时会产生电压，即机电转换特性；而当对这些物质外加一个电压，亦会发生变形而在表面产生压力，此即电机转换特性，利用此压电材料的电机、机电转换特性，配合有关振动部件、发电部件电极极化设计，由输入电压使压电片处在共振状态，由正压电效应，将高应变转换成电压输出达到变压的效果。图2为其原理图。输入端以IN表示，在输入端箭头表示压电产生的振动，另一端为输出端，以OUT表示，箭头表示因振动而在输出端产生的电压。如此，经由输出端的电压可藉不同的陶瓷配方来确定共振频率的共振点，而输入的电压、频率可由一个晶片来管理。实验证明，压电式陶瓷变压器可确保95％以上的高效率，而一般线圈漏磁变压器，其效率为70-80％。
由本实用新型设计的人工光源用压电式陶瓷升压器具有如下一些突出优点而可替换目前的放电灯变压器1．薄型化。线圈变压器的厚度的减少有一定的极限，而且，薄型线圈变压器制作难度较高，价格昂贵。而压电式陶瓷升压器的厚度可远低于线圈变压器的极限，其体积小、重量轻。
2．转换效率高。通常的线圈变压器的转换效率一般在85％以下，而压电式陶瓷变压器的转换效率确保在95％，具有绝对优势。
3．生产成本低。压电陶瓷片的制作，电极的处理等工艺简单，成本相当低，因此，压电升压器在价格上具有竞争性。
4．使用本压电式陶瓷升压器，可避免原来放电灯管因电极上发射物质的过度激发而导致的灯管端部的暗区的发生，工作温度不会升高，可减少功率浪费，可延长灯的使用寿命。
本实用新型设计的压电式陶瓷升压器，基本上可适用于任何一种运用前述发光原理的人工光源，例如水银灯、碳弧灯、高压水银灯、低压钠灯、日光灯、杀菌灯、环型灯、捕蚊灯、氙气灯、复金属灯、复金属陶瓷放电灯、三波长灯泡型日光灯等，以及其它水族、栽培等不同应用场合的人工光源。
以下结合附图和实施例进一步描述本实用新型。
图1为压电式陶瓷升压器的基本结构图。
图2为压电式陶瓷升压器的原理图。
图3为日光灯应用陶瓷升压器的结构图。
图4为金属卤化物灯应用陶瓷升压器的结构图。
图5为图4中电极放大图。
图6为普通照明灯泡应用陶瓷升压器的结构图。
图7为图6中电极放大图。
其中标号为1压电式陶瓷升压器，2陶瓷压电片，3、4压电片的输入端，5压电片输出端，6发射电极(包括6a、6b、6c、6d)，7日光灯玻璃管，8灯管输入端插头，9灯管导电端，10封装头，11导电层，12金属卤化物灯，13泡壳，14输入端旋转接头，15导电端，16导线，17碟形元件，18放电电极，19普通灯泡，20玻璃泡壳，21引出导线，22灯输入端插头，23对称弧形电极，24对称弧形电极中间的支撑横杆。
实施例1，如图3所示，将压电式陶瓷升压器应用于气体放电管。该放电管包括一玻璃灯管7，可被真空封装或抽真空后注入一种容易被激发产生游离放电的物质，例如水银蒸气及少量氩气，灯管一端外有与电源连接的输入端插头8，另一端的适当位置有一导电端9，灯管两端为封装头10，灯管外壁在输入端和导电端9之间有一导电层11，使之成为电连接。该导电层可用透明或透光材料制成。典型的可为卤化锡雾化加热积层制成，也可使用导电油墨或简单地以一条导线即可达到相同目的。陶瓷升压器1封装于灯管内，其输入端3、4与灯管的输入端插头8连接，其发射电极6为前叉形状，其中电极6a与压电片的输出端5连接，电极6b与导电端9连接，而前叉形电极相互对准，以便激发放电。在放电初期瞬间，导电层或导线11在灯管输入端插头8和导电端9之间形成电导通，由于压电片的电机、机电效应转换至放电电极，放出自由电子，待自由电子加速后亦即启动后，电极6的自由电子高速奔驰于电极6a与6b，电阻降低，此时可由外在输入较低电压即可维持放电。
上述实施例中，陶瓷升压器1，其陶瓷压电片组合可进一步封装于玻离管内，再经抽真空、加热及高压撞击极化处理，使之达到更好的工作环境。放电电极6除了如6a、6b前叉形态以外，也可以为其它形式。
实施例2，如图4所示，将压电式陶瓷升压器使用于金属卤化物灯12的情形。该卤化物灯有玻璃灯壳13，其下端以输入端螺旋形接头14封装形成基本形态，压电式陶瓷升压器设置于灯壳内，陶瓷压电片2作为压电产生器，其输入端的一个端点与螺旋形接头14成电连接，另一个端点与相隔一空间的导电端15通过导线16成电连接。导线16的目的在于提供启动与操作时的电流回路，而陶瓷压电片与导电端之间则借助卤化物激发放电进而导通。而发射电极6的一部分6c作为陶瓷压电片的输出端5的延伸，与和导电端15相连接的另一部分6d相对准。接头14与通常的灯类似，其螺纹部和焊锡触点相互隔离绝缘，并与电源相接，这样形成一自螺旋接头至压电升压器、经卤化物放电、与引出导线回到螺旋接头另一端的导电回路。在导通状态时，卤化物放电而将电能转换成光能。
本实施例中其放电电极6可采用与例1中不同的形式，如图5所示，它由一个碟状元件17及置于该碟状元件中心位置并约略凸出的电极18构成，以利碟状元件17相互对焦，增强放射能力。
实施例3，如图6所示，将压电式陶瓷升压器使用于普通照明灯泡19的情形。该照明灯有一玻璃外壳20，内有荧光粉涂层，并以灯头封装于底部，陶瓷升压器(即压电产生器)设置于玻璃外壳20内，并与外部电源保持电连接。其中陶瓷压电片2的两个输入端3、4分别通过引出导线21与灯的输入端插头22连接，并通常以焊锡触点来达成；压电片2的输出端5的延伸为放射电极6，该电极结构如图7所示。其有两个弧形叉体23成镜面对称，中间有横向支撑24连接，输出端5与横向支撑24的中部连接。这样，当电源输入能量时，经由压电升压器升压后，由放电电极放射电子，再藉由玻璃外壳内的荧光粉层的作用将能量转换成可见光。
权利要求1．一种适用于人工光源的压电式陶瓷升压器，其特征在于一有一略呈长方形的陶瓷压电片，利用其机电、电机效应将输入的电压转换成上述人工光源的启动及工作电压；一有一对输入端，设置于上述陶瓷压电片的一端，以便电压信号输入；一有一输出端，设置于上述陶瓷压电片的另一端；一有放射电极，为上述输出端的进一步延伸，供放出自由电子并进而激励电子高速奔驰产生放电。
2．根据权利要求1所述的压电式陶瓷升压器，其特征在于进一步包括一玻璃管，上述陶瓷压电片封装于该玻璃管内。
3．根据权利要求2所述的压电式陶瓷升压器，其特征在于该玻璃管内系呈真空状态。
4．根据权利要求1所述的压电式陶瓷升压器，其特征在于该人工光源系一种放电灯管。
5．根据权利要求1所述的压电式陶瓷升压器，其特征在于该人工光源系一种金属卤化物灯。
6．根据权利要求1所述的压电式陶瓷升压器，其特征在于该人工光源系一种照明灯泡。
7．根据权利要求1所述的压电式陶瓷升压器，其特征在于该放射电极为两叉前伸的叉体形状。
8．根据权利要求1所述的压电式陶瓷升压器，其特征在于该放射电极系包括一碟状元件，一放射电极约略凸出于该碟状元件中心位置，以便将电子集中放射出。
9．根据权利要求1所述的压电式陶瓷升压器，其特征在于该放射电极系包括一对弧形叉体元件，互成镜面对称，一横向支撑连接该对叉状元件于中间部位，以便放射出电子。
专利摘要本实用新型是一种人工光源的压电式陶瓷升压器。它有一略呈长方形体的陶瓷压电片,其一端设有一接受电源的输入端,在相对一端设有一输出端并延伸有一放射电极,藉由压电原理之电机、机电效应将输入电压转换成启动与工作电压,激当工作介质电子产生放电现象而发出不同频率的人工光源。本陶瓷升压器具有超薄型、重量轻、成本低、转换效率高、可延长灯的使用寿命等优点,因而可广泛应用于人工光源,例如日光灯、低压钠灯、金属卤化物灯、碳弧灯等。
文档编号H01L41/08GK2343679SQ9822502
公开日1999年10月13日 申请日期1998年9月4日 优先权日1998年9月4日
发明者黄显荣 申请人:上海宇宙霓虹有限公司