專利名稱：低壓汞蒸氣放電燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及帶有放電容器的低壓汞蒸氣放電燈，該放電容器以氣密方式包圍放電空間，該放電空間帶有汞和稀有氣體的填充物，設置在放電空間中的電極，用于在放電空間中產(chǎn)生和維持放電，以及至少基本上包圍至少一個電極的電極屏蔽板。
汞是在汞蒸氣放電燈中用于(有效)產(chǎn)生紫外(UV)輻射的基本成分。包括發(fā)光材料(例如熒光粉末)的發(fā)光層可以存在于放電容器的內(nèi)壁上，用于將UV轉換到其它波長，例如轉換到用于太陽曬黑目的(太陽睡椅燈)的UV-B和UV-A，或者轉換到用于一般照明目的的可見光。因此這種放電燈也被稱為熒光燈。低壓汞蒸氣放電燈的放電容器一般是圓形形狀的，并且細長的和緊湊形的實施例都有。一般，所謂緊湊形熒光燈的管形放電容器包括一組較小直徑的較短的直的部分，各直的部分或者由橋部或者由彎曲部互連。緊湊形熒光燈一般帶有(一體的)燈頭。
由日本專利申請JP-A-62-208536的英文摘要可知開篇中所述類型的低壓汞蒸氣放電燈。在已知的燈中，包圍電極的電極屏蔽板是圓柱形形狀，并在所謂的陽極區(qū)的方向上帶有窄開口。已知的電極屏蔽板由玻璃制造，并與電極電絕緣。同時還被稱為陽極屏蔽或陰極屏蔽的已知電極屏蔽板的使用，實現(xiàn)了所謂陰極輝光中的高能電子的一部分在電極屏蔽板的內(nèi)表面處復合，同時這些電極的另一部分通過開口擴散。其結果是，陰極輝光和陽極區(qū)相互耦合，并提高了已知放電燈的效率。
使用已知低壓汞蒸氣放電燈的缺點是其汞消耗量較高。其結果是，如果要實現(xiàn)足夠長的壽命，對于已知的燈來說就需要較高的汞劑量。這在燈壽命結束以后非專業(yè)化處理的情況下對于環(huán)境是有害的。
本發(fā)明的目的是提供一種開篇中所述的低壓汞蒸氣放電燈，該燈消耗的汞較少。
為達到該目的，根據(jù)本發(fā)明的低壓汞蒸氣放電燈的特征在于電極屏蔽板具有蝸牛殼的形狀。
為實現(xiàn)低壓汞蒸氣放電燈的良好的工作，這種放電燈的電極不僅包括具有高熔點的材料(一種廣泛使用的金屬是鎢)，而且包括具有低的所謂功函數(shù)(降低的發(fā)射勢能)的(發(fā)射體)材料，以便于給放電提供電子(通過發(fā)射，陰極功能)，以及便于從放電接收電子(陽極功能)。已知的具有低功函數(shù)的發(fā)射體材料例如是堿土金屬的氧化物。已觀察到，在這種低壓汞蒸氣放電燈工作期間(發(fā)射體)材料例如由于來自一個電極(多個電極)的所述堿土金屬的蒸發(fā)或濺射而被釋放。已發(fā)現(xiàn)，一般這些材料沉積在放電容器的內(nèi)壁上。進一步發(fā)現(xiàn)沉積在放電容器中別處的堿土金屬不再參與光產(chǎn)生過程。在燈壽命期間，所沉積的(發(fā)射體)材料造成所謂的變黑(變灰效應)，這通?？梢砸栽诘蛪汗魵夥烹姛綦姌O附近的帶黑色的圈的形式被看到。由于審美上的原因這種變黑是不希望有的。化學分析還顯示出含汞的汞齊形成在內(nèi)壁上變黑的斑點中?？色@得的用于放電的汞量由于這些汞齊的形成而(逐漸)減少，這對燈壽命有不良影響。為抵消在燈壽命期間這種汞的損失，在燈中需要較高的汞劑量，這由于環(huán)境的原因是不希望的。
使用蝸牛殼形式的電極屏蔽板的另外的優(yōu)點是，在放電容器內(nèi)壁變黑現(xiàn)象的減少使得與已知放電燈相比放電燈提高了有用壽命期間的流明輸出。
在已知的低壓汞蒸氣放電燈中，在圍繞電極的區(qū)域中由于存在圓柱形電極屏蔽板而使汞吸收降低。然而，在已知電極屏蔽板中面對放電空間(陽極區(qū)方向)的較大開口的存在仍使得在放電燈工作期間釋放的發(fā)射體材料的相當一部分有可能沉積在放電容器的內(nèi)壁上。
當根據(jù)本發(fā)明在低壓汞蒸氣放電燈中使用蝸牛殼形狀的電極屏蔽板時，從放電空間的方向看去電極(電極上的發(fā)射體材料)被電極屏蔽板完全遮蓋。這種蝸牛殼形狀的電極屏蔽板可以說是實現(xiàn)了當沿放電空間的方向看去時電極不能看到放電容器內(nèi)壁的直接“圖象”。根據(jù)本發(fā)明的措施顯著降低了工作期間由電極沿放電空間的方向發(fā)射的材料沉積在放電容器內(nèi)壁上的危險。
當電極屏蔽板的橫截面基本為螺旋形時特別有利。這種螺旋形電極屏蔽板給從電極到放電空間的放電提供了良好的通路。另外，例如由于給合適的材料薄片提供所需要的螺旋形狀，使得螺旋形電極屏蔽板容易制造。
根據(jù)本發(fā)明的低壓汞蒸氣放電燈的一個優(yōu)選實施例的特征在于電極屏蔽板被繞成螺旋形，使得這種螺旋形包括至少一整圈。從電極到放電空間的放電通路穿過螺旋形繞制的電極屏蔽板的圈而延伸。如果該螺旋形包括至少完整的一圈，則沿放電空間的方向在任何地方電極都將不會“看到”放電容器的壁，換句話說，發(fā)射體材料被沉積在放電容器壁上的風險顯著降低。
在根據(jù)本發(fā)明的低壓汞蒸氣放電燈的另一個實施例中，電極屏蔽板有一窄的開口，使所述開口的尺寸合適，從而允許電極穿過。這種措施的優(yōu)點是，在制造放電燈的過程中，當電極已被(例如借助于焊接操作)安裝在所謂的固定件上時，可以圍繞該電極設置電極屏蔽板，其中該固定件包括穿過放電燈端部到達放電容器外的電流提供導體。
根據(jù)本發(fā)明的低壓汞蒸氣放電燈的再一個實施例的特征在于，至少一個電極包括在工作期間部分地從電極釋放的堿土金屬，并且在于，電極屏蔽板包括與源于至少一個電極的堿土金屬反應或與之形成合金的材料。由實驗發(fā)現(xiàn)，金屬形式的堿土金屬與汞一起形成汞齊，并且發(fā)現(xiàn)堿土金屬的氧化物不與汞反應。這樣，在相似的條件下例如BaO、SrO、Ba3WO6，Sr3WO4等形式的堿土金屬不與汞一起形成汞齊，而金屬形式的堿土金屬確實與汞結合，形成例如Ba-Hg或Sr-Hg汞齊。包括與源于電極的堿土金屬反應或與之一起形成合金的材料的電極屏蔽板的設置顯著降低了汞被汞齊化的危險，從而保持了供放電使用的汞，并且降低了放電燈的汞消耗量。
根據(jù)本發(fā)明的低壓汞蒸氣放電燈的優(yōu)選實施例的特征在于，電極屏蔽板的材料包括對堿土金屬進行氧化的材料的氧化物。由于源于電極并沉積在電極屏蔽板上的堿土金屬的化學狀態(tài)從金屬形式改變成合適的金屬氧化物，因而放電燈的汞消耗量降低。合適的材料是具有一個以上氧化狀態(tài)的氧化材料，該材料不處于其最低的氧化狀態(tài)。另外的合適的材料是氧不足(oxygen deficit)的材料。堿土金屬最好是鋇或鍶，并且氧化物從由MnO2、TiO2、Fe2O3、In2O3、SnO2、SnO2Sb、ZrO2、Nb2O5、V2O5、Tb4O7和ZnO形成的一組中選擇。與金屬形式的堿土金屬(來自電極)接觸將導致相應的堿土金屬氧化物的形成，即BaO和／或SrO。
電極屏蔽板本身不能吸收明顯的汞量。為此目的，電極屏蔽板的材料包括，例如來自由鎂、硅、鋁、鈦、鋯、釔和稀土元素形成的一組的至少一種元素的至少一種氧化物，或者電極屏蔽板由金屬制造，例如鐵或鈦。電極屏蔽板最好由包括氧化鋁的陶瓷材料制造。一種特別合適的電極屏蔽板是由致密地燒結的Al2O3制造的電極屏蔽板，也被稱作PCA(多晶鋁氧)。使用氧化鋁的一個額外的優(yōu)點是由這種材料制造的電極屏蔽板耐較高的溫度(＞250℃)。電極屏蔽板的(機械)強度被減弱的風險在這種較高的溫度下增加，由此電極屏蔽板形狀的耐久性受到不良影響。源于電極并沉積在由氧化鋁制造的處于這種顯著升高溫度下的電極屏蔽板上的材料(即發(fā)射體)由于這一升高的溫度而不能或者基本上不能與放電中出現(xiàn)的汞反應，從而至少基本上防止了汞形成汞齊。這樣，根據(jù)本發(fā)明的蝸牛殼形狀的陶瓷電極屏蔽板的使用起到雙重作用。一方面，它有效地減少源于電極的材料在放電容器內(nèi)壁上的沉積，同時另一方面，它阻礙沉積在電極屏蔽板上的材料(發(fā)射體)與放電燈中存在的汞一起形成汞齊。在工作期間電極屏蔽板的溫度最好高于250℃。這種較高溫度的優(yōu)點是電極屏蔽板變得比在已知燈中熱，特別是在最初階段，其結果是仍被束縛在電極屏蔽板上的任何汞都更快速和更容易地被釋放。
在靠可控鎮(zhèn)流器例如所謂高頻調整(HFR)減光鎮(zhèn)流器而工作的燈中存在了使用蝸牛殼形狀的氧化鋁電極屏蔽板的另一個優(yōu)點，其中特別是在降低的光輸出的情況下可能發(fā)生電極的(發(fā)射體)材料的過量蒸發(fā)，同時在這些條件下一般通過“偏置”電流的使用，電極被額外地加熱。電極屏蔽板將捕獲該材料，并實現(xiàn)對汞齊的形成的有效抵消。由此低壓汞蒸氣放電燈的汞消耗量降低。
陶瓷電極屏蔽板的使用進一步降低了在電極屏蔽板中材料的反應能力，即它們與放電容器中存在的汞反應以形成汞齊(Hg-Ba，Hg-Sr)的傾向。此外，電絕緣材料的使用防止了電極引線的短路和／或電極的若干線匝的短路。
電極屏蔽板的形狀及其相對于電極的定位影響電極屏蔽板的溫度。電極屏蔽板的對稱軸最好至少與電極的縱軸基本平行或者基本與之重合。
現(xiàn)在將參照若干實施例和附圖更詳細地說明本發(fā)明，其中

圖1以縱向截面視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的低壓汞蒸氣放電燈的一個實施例；圖2以透視圖示出了圖1的細部；圖3A是圖2的蝸牛殼類型的電極屏蔽板的橫截面視圖；圖3B是圖3A的蝸牛殼類型的電極屏蔽板的另一個實施例的橫截面；以及圖4與已知放電燈的汞消耗量相比，示出了帶有根據(jù)本發(fā)明的電極屏蔽板并以所謂長周期靠減光鎮(zhèn)流器而工作的低壓汞蒸氣放電燈的汞消耗量。
各附圖純屬圖解性質的，并非按比例真實繪制的。為清楚起見有些尺寸已被特意放大。在各圖中已盡可能對等同的部件給出了同樣的參考標號。
圖1示出了具有玻璃放電容器10的低壓汞蒸氣放電燈，該放電容器帶有圍繞縱軸2的管形部分11，該放電容器能透射在放電容器10中產(chǎn)生的光輻射，并具有第一和第二端部12a、12b。在本例中，管形部分11長度為120cm，內(nèi)徑為24mm。放電容器10以氣密方式封閉了一個放電空間，該放電空間具有汞和稀有氣體例如氬的填充物。管形部分的壁通常涂覆有發(fā)光層(圖1中未示出)，該發(fā)光層包括將紫外(UV)輻射(通常)轉換成可見光的發(fā)光材料(例如熒光粉)，該紫外輻射是由受激的汞返回到基態(tài)而產(chǎn)生的。端部12a、12b各支撐一個設置在放電空間13中的電極20a、20b。電極20a、20b包括鎢繞組，該鎢繞組涂覆有電子發(fā)射物質，在本例中為鋇、鈣和鍶的氧化物的混合物。電流提供導體30a、30a’、30b、30b’從電極20a、20b開始延伸，穿過端部12a、12b到達放電容器10的外部。電流提供導體30a、30a’、30b、30b’連接到緊固在燈頭32a、32b上的各接觸管腳31a、31a’、31b、31b’上。電極環(huán)(圖1中未示出)通常繞其上夾持有玻璃封殼的各電極20a、20b而設置，利用該電極環(huán)投配汞。在另一個實施例中，在排氣管中設置包括汞和PbBiSn或BiIn合金的汞齊，該管與放電容器10相連通。
在圖1的實施例中，電極20a、20b被電極屏蔽板22a、22b包圍，根據(jù)本發(fā)明該電極屏蔽板22a、22b具有蝸牛殼(被高度示意地畫出)的形狀。圖2以透視圖示出圖1的細部，其中端部12a借助于電流提供導體30a、30a’支撐電極20a。圍繞電極20a有一由緊固裝置27a支撐的蝸牛殼類型的電極屏蔽板22a，該緊固裝置27a由支撐裝置26a保持在端部12a中。圖3A示出了圖2的蝸牛殼類型的電極屏蔽板22a的橫截面。這里電極20a作為具有由de表示的外周的繞組的一部分被高度示意地畫出。蝸牛殼類型的電極屏蔽板22a具有由ds表示的窄開口。在圖3b所示的另一實施例中，蝸牛殼類型的電極屏蔽板22a’具有(有規(guī)則的)多邊形形狀。蝸牛殼的另一實施例包括基本為立方體形或六邊形形狀的電極屏蔽板。在面對放電的放電燈一側，電極屏蔽板22a、22a’帶有一由ds表示的尺寸的橫向窄開口25a、25a’。在一具體的優(yōu)選實施例中，電極20a具有外徑de=1．8mm，開口的尺寸ds≥1．8mm，最好ds至少基本上等于2mm。
蝸牛殼類型的電極屏蔽板降低了來自電極的(發(fā)射體)材料沉積在放電容器內(nèi)壁上，并在那里引起不希望有的變黑的危險。當由陶瓷材料(例如致密地燒結的氧化鋁)制造這種電極屏蔽板時，進一步實現(xiàn)了使在低壓汞蒸氣放電燈工作期間沉積在陶瓷電極屏蔽板上的(發(fā)射體)材料具有如此高的溫度，使該材料不能形成汞的汞齊，由此實現(xiàn)了燈的汞消耗量的顯著的進一步降低。
進行了若干實驗，在實驗期間帶有根據(jù)本發(fā)明的蝸牛殼類型電極屏蔽板的低壓汞蒸氣放電燈靠所謂的高頻調整(HFR)減光鎮(zhèn)流器而工作，并測量了電極區(qū)域中的汞消耗量，同時將其與帶有已知電極屏蔽板的參考燈的汞消耗量進行比較。圖4與已知放電燈的汞消耗量相比，示出了隨低壓汞蒸氣放電燈的工作小時數(shù)而變化的汞消耗量，該低壓汞蒸氣放電燈具有蝸牛殼類型的電極屏蔽板，各電極屏蔽板由致密地燒結的氧化鋁制造，并各帶有Fe2O3層，每個電極屏蔽板圍繞電極而設置。這里放電燈靠減光鎮(zhèn)流器以165分鐘ON與15分鐘OFF的交替的所謂長切換周期工作了1250小時。安裝有蝸牛殼類型電極屏蔽板的電極在工作1000小時之后顯示出在電極區(qū)域(對于每個電極測量的)中7μg(曲線a’)的汞消耗量，其中蝸牛殼類型電極屏蔽板是涂覆有Fe2O3層的氧化鋁，而已知燈顯示出在電極區(qū)域中225μg(曲線b’)的汞消耗量。通過這一比較明顯看出在壽命期間已知放電燈比安裝有根據(jù)本發(fā)明的電極屏蔽板的放電燈消耗明星更多的汞。
顯而易見，對于本領域技術人員來說可以在本發(fā)明范圍內(nèi)有許多變型。放電容器的形狀不必是細長的和管形的，而是也可以是不同的形狀。特別是，放電容器可以具有彎曲的形狀(例如彎彎曲曲的形狀)。電極屏蔽板的緊湊結構使得可以在小型熒光燈中有利地利用本發(fā)明。此外，蝸牛殼可以用另一種方法由幾個部分構成。
本發(fā)明存在于各新穎的特征以及各特征的任意結合中。
權利要求
1．一種帶有放電容器(10)的低壓汞蒸氣放電燈，該放電容器(10)以氣密方式包圍放電空間(13)，該放電空間(13)帶有汞和稀有氣體的填充物，設置在放電空間(13)中的電極(20a、20b)，用于在放電空間(13)中產(chǎn)生和保持放電，以及至少基本上包圍至少一個電極(20a、20b)的電極屏蔽板(22a、22a’)，其特征在于，電極屏蔽板(22a、22a’)具有蝸牛殼的形狀。
2．如權利要求1的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，電極屏蔽板(22a、22a’)的橫截面基本上為螺旋形形狀。
3．如權利要求1或2的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于電極屏蔽板(22a、22a’)被繞成螺旋形，使得所述螺旋形包括至少完整的一圈。
4．如權利要求3的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，電極屏蔽板(22a、22a’)有一窄的開口(25a、25a’)，使所述開口的尺寸適于允許電極穿過。
5．如權利要求1或2的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，至少一個電極(20a、20b)包括在工作期間部分地從電極(20a、20b)釋放的堿土金屬，并且在于，電極屏蔽板(22a、22a’)包括與源于至少一個電極(20a、20b)的堿土金屬反應或與之形成合金的材料。
6．如權利要求5的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，電極屏蔽板(22a、22a’)的材料包括對堿土金屬進行氧化的材料的氧化物。
7．如權利要求6的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，堿土金屬是鋇或鍶，并且氧化物從由MnO2、TiO2、Fe2O3、In2O3、SnO2、SnO2Sb、ZrO2、Nb2O5、V2O5、Tb4O7和ZnO形成的一組中選擇。
8．如權利要求1或2的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，電極屏蔽板(22a、22a’)由陶瓷材料制造。
9．如權利要求1或2的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，在工作期間電極屏蔽板(22a、22a’)的溫度高于250℃。
全文摘要
低壓汞蒸氣放電燈帶有放電容器和第一和第二端部(12a)。放電容器以氣密方式封閉放電空間,放電空間帶有汞和稀有氣體的填充物。每個端部(12a)支持設置在放電空間中的電極(20a)。電極屏蔽板(22a)環(huán)繞至少一個電極(20a),并根據(jù)本發(fā)明具有蝸牛殼形狀。電極屏蔽板(22a)最好是螺旋形的。電極屏蔽板(22a)最好由陶瓷材料制成。電極屏蔽板(22a)最好由與堿土金屬反應或與之形成合金的材料所覆蓋,該減土金屬由電極(20a)釋放。根據(jù)本發(fā)明的燈具有較低的汞消耗量。
文檔編號H01J61/10GK1291342SQ99803209
公開日2001年4月11日 申請日期1999年9月20日 優(yōu)先權日1998年10月23日
發(fā)明者J·H·雷斯, A·J·H·P·范德波爾 申請人:皇家菲利浦電子有限公司