專利名稱：具有改進的熔接密封部分的陶瓷金屬鹵化燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷金屬鹵化燈，尤其涉及一種具有改進的熔接密封部分的陶瓷金屬齒化燈。
背景技術：
陶瓷金屬齒化燈是一種高氣壓放電燈，陶瓷金屬齒化燈的發(fā)光原理是利用兩個電極之間的持續(xù)高壓(比如23000伏)放電激發(fā)密封在電弧管殼內(nèi)的惰性氣體和金屬鹵化物產(chǎn)生電弧發(fā)光，并以80-110伏電壓持續(xù)穩(wěn)定工作。發(fā)光的顏色取決于填充的金屬齒化物的種類。圖1的右半部分是現(xiàn)有技術中的陶瓷金屬鹵化燈100的簡化圖示，其主要包括電弧管101、兩個電極102和熔接密封部分103，電極102延伸到電弧管101的中央部分并在電弧管101的兩個毛細管104處被熔接密封部分103支撐。電弧管101 —般由多晶氧化鋁陶瓷制成，內(nèi)部填充有惰性氣體(如氙氣)和金屬鹵化物，電極102 —般由連接成一體的鈮桿和鑰桿制成，而熔接密封部分103 —般由密封材料如玻璃料制成。圖1的左半部分示出了密封部分103和電弧管101的毛細管104的放大圖，可見密封部分103至少包括位于毛細管中的管內(nèi)部分106和位于毛細管外的封接端部105。已有的陶瓷金屬鹵化燈100的封接端部的尺度滿足:h/(R-r) < H/R，其中H是所述封接端部相對于所述毛細管端部的垂直距離的最大值，R是封接端部相對于所述電極的垂直距離的最大值，h和r分別是在封接端部的任一點處的高度與半徑。因為已有的陶瓷金屬鹵化燈100的密封部分中使用的密封料重量較小，通常小于10mg，所述在封接端部處的密封是脆弱的，這可能導致電弧管在運輸和安裝期間斷裂，甚至有泄露的危險。目前還沒有陶瓷金屬鹵化燈生產(chǎn)者使用封接端部處的增強結構來解決斷裂問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過在毛細管端部處提供改進的熔接密封結構，來提高熔接密封的強度，避免電弧管在運輸和安裝期間斷裂甚至泄露。為此，本申請?zhí)岢鲆环N陶瓷金屬鹵化燈，包括電弧管和兩個電極，所述電極延伸到所述電弧管的中央部分并分別在所述電弧管的兩個毛細管處被對所述電弧管進行密封的密封部分支撐，其特征在于，所述密封部分至少包括位于所述毛細管中的管內(nèi)部分和位于所述毛細管外的封接端部，所述封接端部的尺度被配置為滿足:h/(R-r) 3H/R，其中H是所述封接端部相對于所述毛細管端部的垂直距離的最大值，R是封接端部相對于所述電極的垂直距離的最大值，h和r分別是在封接端部的任一點處的高度與半徑。根據(jù)本申請獲得的密封部分具有增強的結構，其強度比現(xiàn)有技術中的密封部分的強度有較大提高。根據(jù)下面的描述和所附權利要求可充分理解本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點和特征，或者可通過按照下文的闡述實施本發(fā)明來了解本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點和特征。


為了進一步闡明本發(fā)明的以上和其它優(yōu)點和特征，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。應當理解，這些附圖僅描述本發(fā)明的典型實施例，因此不應看作是對本發(fā)明的范圍的限制。在附圖中:圖1是示出現(xiàn)有的陶瓷金屬鹵化燈的基本結構和密封部分的截面圖；圖2是示出根據(jù)本申請第一實施例的密封部分的截面圖；圖3是示出根據(jù)本申請第二實施例的密封部分的截面圖；圖4是示出根據(jù)本申請第三實施例的陶瓷套管的截面圖；圖5是示出根據(jù)本申請第三實施例的密封部分的截面圖；圖6是示出本申請的實施例與現(xiàn)有的密封部分的強度的對比圖。
具體實施例方式本申請涉及一種具有改進的熔接密封部分的陶瓷金屬鹵化燈，包括電弧管和兩個電極，所述電極延伸到所述電弧管的中央部分并分別在所述電弧管的兩個毛細管處被密封部分支撐。密封部分至少包括位于毛細管中的管內(nèi)部分和位于毛細管外的封接端部，封接端部的尺度被配置為滿足:h/(R-r) ^ H/R，其中H是封接端部相對于毛細管端部的垂直距離的最大值，R是封接端部相對于電極的垂直距離的最大值，h和r分別是在封接端部的任一點處的高度與半徑。改進的熔接密封部分幫助避免密封部分在電弧管運輸甚至在工作期間的破裂。下面參照附圖描述本發(fā)明的實施例，但應注意，這些描述只作為說明而不是要限制所附權利要求或在此公開的實施例的范圍。本申請中的陶瓷金屬鹵化燈的基本組成部件和工作原理都與現(xiàn)有的陶瓷金屬鹵化燈相似，因此不再重復對基本組成部件和工作原理的說明。圖2示出根據(jù)本申請第一實施例的陶瓷金屬鹵化燈200的熔接密封部分203沿電極202軸線的截面圖。盡管在電弧管的一個端部示出了密封部分，但應當理解在另一個端部的密封部分也是類似的。在第一實施例中，電極202的直徑dl、電弧管201的毛細管204的內(nèi)直徑d2和外直徑d3被分別選擇為0.8彡dl彡0.6，1.1彡d2彡0.8以及2.9彡d3彡2.6。在一個優(yōu)選實施例中，電極的直徑dl是0.7-0.8mm,毛細管的內(nèi)直徑d2是0.8-1.0mm,毛細管的外直徑d3是2.8mm。通過以下步驟來形成熔接密封部分203:把電極202和玻璃料環(huán)安裝在毛細管204端部處并放置在密封箱中加熱，加熱溫度為1400-1600°C，玻璃料環(huán)熔化并沿著電極202逐漸流入毛細管204中，當流入期望長度L時停止加熱，在冷卻后玻璃料緊固在毛細管端部處，從而得到由流入毛細管的玻璃料形成的管內(nèi)部分206和由剩余的玻璃料形成的封接端部 205。

此處用作密封材料的玻璃料環(huán)的重量是13_20mg，按重量百分比計算包括60-70% 的 Dy203、15-25% 的 SiO2 和 10-15% 的 A1203。在一個優(yōu)選實施例中，管內(nèi)部分206的密封料的體積Vc和封接端部205的密封料的體積Vm之比滿足1/2≥Vc/Vm≥1/3，以及6.0≥L≥4.0。如圖2左半部分所示，在實施例1的情況下，得到的封接端部205的截面呈凸狀，具體而言，在封接端部205的每個點處都存在以下關系:h/(R-r) 3H/R，其中，H是封接端部相對于毛細管端部的垂直距離的最大值，R是封接端部相對于電極的垂直距離的最大值，對于每個電弧管來說，R、H是固定的，而h和r分別是在封接端部205的任一點處的高度與半徑。在一個優(yōu)選實施例中，3.0≥H≥1.0。圖3示出根據(jù)本申請第二實施例的陶瓷金屬鹵化燈300的熔接密封部分303沿電極302軸線的截面圖。在該實施例中，電極302的直徑dl、電弧管301的毛細管304的內(nèi)直徑d2和外直徑d3與第一實施例相同。不同之處在于，電弧管301的端部被設置為使得其通過電極軸線的縱截面具有兩個倒角，倒角的尺寸滿足:d = DXtga，其中d是倒角的深度，D是毛細管304的壁厚，D = l/2(d3-d2)，a是倒角角度，如圖3所示。在一個優(yōu)選實施例中，2.0≥d≥1.0，2.0≥D≥1.0，a是30-60度。通過以下步驟來形成熔接密封部分303:把電極302和玻璃料環(huán)安裝在毛細管304端部處并放置在密封箱中加熱，加熱溫度為1400-1600°C，玻璃料環(huán)熔化并沿著電極302經(jīng)由倒角逐漸流入毛細管304中，當流入期望長度L時停止加熱，在冷卻后玻璃料緊固在毛細管端部處，從而得到由流入毛細管的玻璃料形成的管內(nèi)部分306和由剩余的玻璃料形成的封接端部305。此處用作密封材料的玻璃料環(huán)的重量是18_30mg，按重量百分比計算包括60-70% 的 Dy203、15-25% 的 SiO2 和 10-15% 的 A1203。在一個優(yōu)選實施例中，管內(nèi)部分306的密封料的體積Vc和封接端部305的密封料的體積Vm之比滿足1/1≥Vc/Vm≥1/2，以及6.0≥L≥4.0。如圖3左半部分所示，在第二實施例的情況下，得到的封接端部305的縱截面也呈凸狀，具體而言，在封接端部305的每個點處都存在以下關系:h/(R-r)彡H/R，其中，H是封接端部305相對于毛細管端部的垂直距離的最大值，R是封接端部305相對于電極的垂直距離的最大值，對于每個電弧管來說，R、H是固定的，而h和r分別是在封接端部305的任一點處的高度與半徑。在一個優(yōu)選實施例中，3.0≥H≥1.0。圖5示出根據(jù)本申請第三實施例的陶瓷金屬鹵化燈500的熔接密封部分503的截面圖。在該實施例中，電極502的直徑dl、電弧管501的毛細管504的內(nèi)直徑d2和外直徑d3與第一實施例相同。不同之處在于使用了圖4所示的陶瓷套管。陶瓷套管被形成為具有梯形縱截面，中間有用于電極穿過的孔，梯形的尺度滿足:d3 ^ Rs > rs ；Rs > rs >dl ；Hs < H，其中rs、Rs和Hs分別為梯形的上底長度、下底長度和高度，H是封接端部的總高度。陶瓷套管的材料是A1203、ZrO2或其組合物，這些材料被燒結并且在1600°C以上的溫度保持熱穩(wěn)定。通過以下步驟來形成熔接密封部分503:首先把陶瓷套管設置在毛細管504的端部，電極502穿過陶瓷套管，再把和玻璃料環(huán)安裝在陶瓷套管上，然后放置在密封箱中加熱，加熱溫度為1400-1600°C，玻璃料環(huán)熔化并一方面沿著電極302經(jīng)由陶瓷套管逐漸流入毛細管504中，另一方面沿著梯形的腰流下，同時在加熱過程中玻璃料和陶瓷套管在交界面處相互作用；當流入毛細管中期望長度L時停止加熱，在冷卻后玻璃料緊固在毛細管端部處同時玻璃料和陶瓷套管也緊固在一起，從而得到由流入毛細管的玻璃料形成的管內(nèi)部分506和由剩余的玻璃料形成的封接端部505。此處用作密封材料的玻璃料環(huán)的重量是10_15mg，按重量百分比計算包括60-70% 的 Dy203、15-25% 的 SiO2 和 10-15% 的 A1203。在一個優(yōu)選實施例中，管內(nèi)部分506的密封料的體積Vc和封接端部505的密封料的體積 Vm 之比滿足 2/1 ≥ Vc/Vm ^ 1/1,6.0 ≥ L ≥ 4.00如圖5左半部分所示，在第三實施例的情況下，得到的封接端部505的縱截面也呈凸狀，具體而言，在封接端部505的每個點處都存在以下關系:h/(R-r)彡H/R，其中，H是封接端部相對于毛細管端部的垂直距離的最大值，R是封接端部相對于電極的垂直距離的最大值，對于每個電弧管來說，R、H是固定的，而h和r分別是在封接端部505的任一點處的
高度與半徑。在一個優(yōu)選實施例中，3.0≥H≥1.0。圖6示出了根據(jù)本申請的三個實施例形成的密封部分與現(xiàn)有技術中的密封部分的強度的對比圖。針對每種情況選擇10個電弧管樣本，通過施加拉力把電極從毛細管中拉出來測試密封部分的強度。圖6中橫坐標表示樣本數(shù)量，縱坐標表示拉出電極所需的拉力。由圖6可知，根據(jù)本申請的實施例形成的密封部分的強度相對于現(xiàn)有技術中的密封部分的強度有較大提高。前述段落解釋了作為優(yōu)選實施例的在毛細管端部形成的熔接密封部分及其制作方式。本領域技術人員可以根據(jù)需要來調(diào)整和優(yōu)化各個參數(shù)以獲得最佳的熔接密封部分。顯然，密封部分的截面形狀不限于上面實施例中的半圓形，而是可以具有能夠滿足h/(R-r) ^ H/R的任意形狀，類似地，陶瓷套管的形狀也可以根據(jù)密封部分的變化而變化；雖然實施例中對電極和電弧管的尺度進行了選擇，但也可想到使用其他合適的尺度；密封料也不限于說明書中規(guī)定的成分，而是可以由具有等同性能的其它成分構成，相應地，使密封料熔化的溫度也應進行相應調(diào)整。應當理解在各個方面，所描述的實施例僅是說明性的而不是限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由所附的權利要求、而不是前面的描述來表示。在不偏離如權利要求書限定的本發(fā)明的范圍的情況下可以進行各種修改和改變。
權利要求
1.一種陶瓷金屬鹵化燈，包括電弧管和兩個電極，所述電極延伸到所述電弧管的中央部分并分別在所述電弧管的兩個毛細管處被對所述電弧管進行密封的密封部分支撐，其特征在于， 所述密封部分至少包括位于所述毛細管中的管內(nèi)部分和位于所述毛細管外的封接端部，所述封接端部的尺度被配置為滿足:h/(R-r) 3H/R，其中H是所述封接端部相對于所述毛細管端 部的垂直距離的最大值，R是封接端部相對于所述電極的垂直距離的最大值，h和r分別是在封接端部的任一點處的高度與半徑。
2.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷金屬鹵化燈，其中，所述電極的直徑dl是0.7-0.8mm，所述毛細管的內(nèi)直徑d2是0.8-1.0mm，所述毛細管的外直徑d3是2.8mm。
3.根據(jù)權利要求2所述的陶瓷金屬鹵化燈，其中，所述管內(nèi)部分的長度是4-6毫米。
4.根據(jù)權利要求3所述的陶瓷金屬鹵化燈，其中，所述密封部分按重量百分比計算包括 60-70% 的 Dy203、15-25% 的 SiO2 和 10-15% 的 A1203。
5.根據(jù)權利要求4所述的陶瓷金屬鹵化燈，其中，所述密封部分是使用密封料環(huán)在1400-1600°C 形成的。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的陶瓷金屬鹵化燈，其中，所述密封部分的密封料的重量是13-20mg。
7.根據(jù)權利要求6所述的陶瓷金屬鹵化燈，其中，所述管內(nèi)部分與所述封接端部的密封料的體積比是1/3-1/2。
8.根據(jù)權利要求1-5之一所述的陶瓷金屬鹵化燈，其中，所述密封部分的密封料的重量是 18_30mg。
9.根據(jù)權利要求8所述的陶瓷金屬鹵化燈，其中，所述密封部分還可以在所述毛細管的端部具有圓形倒角，所述倒角的倒角深度d、倒角角度α和所述毛細管的壁厚D滿足d =DX tg α 0
10.根據(jù)權利要求9所述的陶瓷金屬鹵化燈，其中，所述管內(nèi)部分與所述封接端部的密封料的體積比是1/2-1/1。
11.根據(jù)權利要求9所述的陶瓷金屬鹵化燈，其中，所述倒角的角度是30-60度，深度d是 0.5-1.Smnin
12.根據(jù)權利要求1-5之一所述的陶瓷金屬鹵化燈，其中，所述密封部分還可以包括在所述毛細管的端部固定到封裝端部中的陶瓷套管。
13.根據(jù)權利要求12所述的陶瓷金屬鹵化燈，其中，所述陶瓷套管的材料是Al203、Zr02或其組合物，這些材料被燒結并且在1600°C以上的溫度保持熱穩(wěn)定。
14.根據(jù)權利要求13所述的陶瓷金屬鹵化燈，其中，所述陶瓷套管被形成為具有梯形縱截面，中間有用于所述電極穿過的孔，梯形的尺度滿足:d3彡Rs > rs ；Rs > rs > dl ；Hs< H，其中梯形的上底長度為rs，下底長度為Rs，高度為Hs。
15.根據(jù)權利要求14所述的陶瓷金屬鹵化燈，其中，所述管內(nèi)部分與所述封接端部的密封料的體積比是2/1-1/1。
全文摘要
一種具有改進的熔接密封部分的陶瓷金屬鹵化燈，包括電弧管和兩個電極，所述電極延伸到所述電弧管的中央部分并分別在所述電弧管的兩個毛細管處被密封部分支撐。密封部分至少包括位于毛細管中的管內(nèi)部分和位于毛細管外的封接端部，封接端部的尺度被配置為滿足h/(R-r)≥H/R，其中H是封接端部相對于毛細管端部的垂直距離的最大值，R是封接端部相對于電極的垂直距離的最大值，h和r分別是在封接端部的任一點處的高度與半徑。改進的熔接密封部分幫助避免電弧管在運輸甚至在工作期間的破裂或泄露。
文檔編號H01J61/36GK103137423SQ20111039945
公開日2013年6月5日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權日2011年12月5日
發(fā)明者陳錦華, 金濤, 大谷騰也, 王凌宇 申請人:歐司朗股份有限公司