[发明专利]高强度放电灯、弧光灯管及其制造方法

说明书

本申请是2002年4月9日递交、发明名称为“高强度放电灯、弧光灯管及其制造方法”的发明专利申请02810851.5(国际申请号PCT/US02/11053)的分案申请。

技术领域

本发明大体上涉及高强度放电(“HID”)灯、弧光灯管及其制造方法。

背景技术

由于与其它类型的灯相比HID灯具有效率相对较高、尺寸较小并且低维护的优点，所以HID灯例如金属卤化物和水银灯已经广泛应用在照明大型室外和室内区域例如运动场、体育馆、仓库、停车场等中。通常优选使用金属卤化物灯，因为这种灯在产生白光方面效率较高。

HID灯包括支撑在外部灯罩内的弧光灯管。弧光灯管包括由透光材料例如石英或陶瓷材料构成的通常为管状的主体，它形成有装有灯填充材料和惰性填充气体的气密封发光腔室。一般来说，HID灯具有几种弧光灯管主体。一种弧光灯管主体为由具有所述大体圆筒形弧光灯管腔室的直径的石英管形成的“圆筒形”主体，其中所述腔室是通过夹紧密封所述管子的端部来形成的。另一种弧光灯管主体是一种“成形”主体，它由直径小得多的石英管形成，其中球形发光腔室是在直径比管子小得多的两个端部之间的内压作用下通过膨胀形成的。上述类型的弧光灯管主体用在形成“双端”弧光灯管即具有间隔开的电极并且每个电极密封在每个端部处的弧光灯管中。用于HID灯的弧光灯管也可以是具有只在其一个端部处密封的球形腔室的“单端”弧光灯管。

弧光灯管包括一对间隔开的电极，在灯工作期间在这些电极之间形成弧光。在双端弧光灯管中，电极引线组件被密封在该弧光灯管的每个端部中。该电极引线组件通常包括一钨电极、一钼薄膜24和一外部钼引线。

在HID灯的双端弧光灯管(圆筒形主体或成形主体弧光灯管)的制造中，通过以下步骤使发光腔室密封：将电极引线组件设置在弧光灯管主体的每个端部中、加热每个端部的一部分然后使受热部分收缩或者夹紧在设置在其中的电极引线组件周围，由此使该组件的位置相对于弧光灯管主体固定并且形成气密封。受热部分的温度通常高达大约2000℃或者更高。在这些高温下，设置在端部内的电极引线组件的金属部件在暴露于不受控大气例如工厂生产线周围的空气时非常容易腐蚀，并且任何腐蚀都会显著降低灯的性能并且可能导致引线组件的机械故障。因此，重要的是要避免这些电极引线组件在制造过程中当其温度升高时暴露于不受控大气。

在本发明的上下文中，“不受控大气”是除了其中该大气的组分受到严格控制的大气例如在手套箱中的大气之外的任何大气。工厂生产线周围的大气即使在其温度、湿度、颗粒含量等方面受到一些控制也被认为是不受控大气。

在HID灯的制造中，用固态灯填充材料例如一种或多种金属卤化物投配到弧光灯管主体的发光腔室中。该材料在暴露于受控大气中时容易受到水分污染，这使灯的性能明显降低。因此在该制造过程中，避免该固态灯填充材料暴露于污染气体中也是重要的。

在一种制造HID灯的弧光灯管的已知方法中，弧光灯管主体由玻璃质材料例如石英形成。然后在靠近将形成发光腔室的主体的纵向中心附近将填充/排气管熔合。排气管为腔室内部和弧光灯管主体的外部之间的连通提供一途径。设置电极引线组件，然后将它们夹紧密封在弧光灯管主体的端部中。在夹紧密封过程中，通过填充/排气管注入非反应性气体以防止这些电极引线组件的金属部件在这些部件在密封过程中被加热时暴露在空气中，由此防止这些金属部件腐蚀。在本发明的上下文中，“非反应性”气体是相对于灯部件例如包括电极引线组件和灯填充材料不反应的气体。

一旦将弧光灯管主体的端部密封，就通过填充/排气管将固态填充材料和水银输入到该腔室中。然后在所要求的填充压力下将惰性填充气体注入到该腔室中，并且将填充/排气管熔合封闭，由此使该腔室气密封。

这种现有技术方法具有几个缺点，其包括实质的缺点在于，腔室壁在填充/排气管连接然后熔合封闭并且熔下的位置处包括不规则部分。这个不规则部分在卤化物在灯工作期间将冷凝的腔室壁上引起冷点，并且卤化物的冷凝会在从灯发出的光的色彩均匀性上具有显著影响。在腔室中的不规则性还会干扰从腔室中发射出的光，并且冷凝的卤化物会产生阴影，从而使得难以控制和引导光。这在光学系统例如光纤光学器件、投影显示装置和汽车前灯中尤为不好。这些缺点在功率更低的灯上具有更大的不利效果，这种灯更小并且其中不规则部分包括更大部分的腔室壁。