專利名稱：壓電式陶瓷升壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬電光源技術(shù)領(lǐng)域，是將壓電材料應(yīng)用于人工光源的一種壓電式陶瓷升壓器。
眾所周知，物體發(fā)光可分為兩種，一種溫度放射發(fā)光，一種為冷發(fā)光。冷發(fā)光有多種形式，可用于照明的主要有電場發(fā)光和光子激發(fā)發(fā)光。電場發(fā)光是電流通過某種氣體產(chǎn)生放電現(xiàn)象而發(fā)光，例如霓虹燈。光子激發(fā)光是分子或原子受到光線、紫外線、X射線等的刺激，吸收其中某一部分波長的電磁波，然后將其一部分或全部能量轉(zhuǎn)變?yōu)楦L波長的光線放出。目前人工光源均是利用上述一種或一種以上的發(fā)光機(jī)理，例如月光燈可以說是上述電場發(fā)光的綜合利用，又如白熾燈是靠高溫輻射而發(fā)光。
人工光源中利用電場發(fā)光的日光燈等開始起動時(shí)必須加以高壓，因此，都應(yīng)附有起動裝置，如鎮(zhèn)流器、啟動器等。其目的在于使日光燈內(nèi)的燈絲通以電流而供給大量自由電子，并產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，以激勵電子高速奔馳，產(chǎn)生放電；放電開始后馬上將燈管兩端的電壓降低，并將燈絲電流切斷。這種起動裝置一般體積大、質(zhì)量重、工作溫度高、放電效率差、功率浪費(fèi)大，且易受無線電干擾和放電干擾。另外，由于電極上的發(fā)射物質(zhì)因過度激發(fā)而易在燈管兩端產(chǎn)生暗區(qū)，影響燈的使用壽命。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種使電極不致過度激發(fā)，溫度不升高，可減少功率浪費(fèi)，延長使用壽命的人工光源升壓裝置。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的人工光源升壓裝置是一種壓電式陶瓷升壓器。它有一略呈長方形的陶瓷壓電片，利用其壓電原理的電機(jī)效應(yīng)和機(jī)電效應(yīng)將輸入的電壓轉(zhuǎn)換成上述人工光源啟動及工作電壓；有一對輸入端，設(shè)置于上述陶瓷壓電片的一端，以便電壓信號的輸入；有一輸出端，設(shè)置于上述陶瓷壓電片的另一端(相對于設(shè)置輸入端的那一端)；有一放射電極，為上述輸出端的進(jìn)一步延伸，供放出自由電子并進(jìn)而激勵電子高速奔馳產(chǎn)生放電。

圖1為其基本結(jié)構(gòu)形式。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的壓電式陶瓷升壓器主要是利用壓電材料的電機(jī)、機(jī)電效應(yīng)，以便提供不同強(qiáng)度不同頻率的電壓，并藉放電電極輸出，激發(fā)工作介質(zhì)電子產(chǎn)生放電現(xiàn)象而發(fā)出不同頻率的人工光源。
上述壓電原理，其基本理論是當(dāng)某些物質(zhì)(如陶瓷的、晶體的或其它)被加壓而變形時(shí)會產(chǎn)生電壓，即機(jī)電轉(zhuǎn)換特性；而當(dāng)對這些物質(zhì)外加一個(gè)電壓，亦會發(fā)生變形而在表面產(chǎn)生壓力，此即電機(jī)轉(zhuǎn)換特性，利用此壓電材料的電機(jī)、機(jī)電轉(zhuǎn)換特性，配合有關(guān)振動部件、發(fā)電部件電極極化設(shè)計(jì)，由輸入電壓使壓電片處在共振狀態(tài)，由正壓電效應(yīng)，將高應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電壓輸出達(dá)到變壓的效果。圖2為其原理圖。輸入端以IN表示，在輸入端箭頭表示壓電產(chǎn)生的振動，另一端為輸出端，以O(shè)UT表示，箭頭表示因振動而在輸出端產(chǎn)生的電壓。如此，經(jīng)由輸出端的電壓可藉不同的陶瓷配方來確定共振頻率的共振點(diǎn)，而輸入的電壓、頻率可由一個(gè)晶片來管理。實(shí)驗(yàn)證明，壓電式陶瓷變壓器可確保95％以上的高效率，而一般線圈漏磁變壓器，其效率為70-80％。
由本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的人工光源用壓電式陶瓷升壓器具有如下一些突出優(yōu)點(diǎn)而可替換目前的放電燈變壓器1．薄型化。線圈變壓器的厚度的減少有一定的極限，而且，薄型線圈變壓器制作難度較高，價(jià)格昂貴。而壓電式陶瓷升壓器的厚度可遠(yuǎn)低于線圈變壓器的極限，其體積小、重量輕。
2．轉(zhuǎn)換效率高。通常的線圈變壓器的轉(zhuǎn)換效率一般在85％以下，而壓電式陶瓷變壓器的轉(zhuǎn)換效率確保在95％，具有絕對優(yōu)勢。
3．生產(chǎn)成本低。壓電陶瓷片的制作，電極的處理等工藝簡單，成本相當(dāng)?shù)停虼?，壓電升壓器在價(jià)格上具有競爭性。
4．使用本壓電式陶瓷升壓器，可避免原來放電燈管因電極上發(fā)射物質(zhì)的過度激發(fā)而導(dǎo)致的燈管端部的暗區(qū)的發(fā)生，工作溫度不會升高，可減少功率浪費(fèi)，可延長燈的使用壽命。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的壓電式陶瓷升壓器，基本上可適用于任何一種運(yùn)用前述發(fā)光原理的人工光源，例如水銀燈、碳弧燈、高壓水銀燈、低壓鈉燈、日光燈、殺菌燈、環(huán)型燈、捕蚊燈、氙氣燈、復(fù)金屬燈、復(fù)金屬陶瓷放電燈、三波長燈泡型日光燈等，以及其它水族、栽培等不同應(yīng)用場合的人工光源。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步描述本實(shí)用新型。
圖1為壓電式陶瓷升壓器的基本結(jié)構(gòu)圖。
圖2為壓電式陶瓷升壓器的原理圖。
圖3為日光燈應(yīng)用陶瓷升壓器的結(jié)構(gòu)圖。
圖4為金屬鹵化物燈應(yīng)用陶瓷升壓器的結(jié)構(gòu)圖。
圖5為圖4中電極放大圖。
圖6為普通照明燈泡應(yīng)用陶瓷升壓器的結(jié)構(gòu)圖。
圖7為圖6中電極放大圖。
其中標(biāo)號為1壓電式陶瓷升壓器，2陶瓷壓電片，3、4壓電片的輸入端，5壓電片輸出端，6發(fā)射電極(包括6a、6b、6c、6d)，7日光燈玻璃管，8燈管輸入端插頭，9燈管導(dǎo)電端，10封裝頭，11導(dǎo)電層，12金屬鹵化物燈，13泡殼，14輸入端旋轉(zhuǎn)接頭，15導(dǎo)電端，16導(dǎo)線，17碟形元件，18放電電極，19普通燈泡，20玻璃泡殼，21引出導(dǎo)線，22燈輸入端插頭，23對稱弧形電極，24對稱弧形電極中間的支撐橫桿。
實(shí)施例1，如圖3所示，將壓電式陶瓷升壓器應(yīng)用于氣體放電管。該放電管包括一玻璃燈管7，可被真空封裝或抽真空后注入一種容易被激發(fā)產(chǎn)生游離放電的物質(zhì)，例如水銀蒸氣及少量氬氣，燈管一端外有與電源連接的輸入端插頭8，另一端的適當(dāng)位置有一導(dǎo)電端9，燈管兩端為封裝頭10，燈管外壁在輸入端和導(dǎo)電端9之間有一導(dǎo)電層11，使之成為電連接。該導(dǎo)電層可用透明或透光材料制成。典型的可為鹵化錫霧化加熱積層制成，也可使用導(dǎo)電油墨或簡單地以一條導(dǎo)線即可達(dá)到相同目的。陶瓷升壓器1封裝于燈管內(nèi)，其輸入端3、4與燈管的輸入端插頭8連接，其發(fā)射電極6為前叉形狀，其中電極6a與壓電片的輸出端5連接，電極6b與導(dǎo)電端9連接，而前叉形電極相互對準(zhǔn)，以便激發(fā)放電。在放電初期瞬間，導(dǎo)電層或?qū)Ь€11在燈管輸入端插頭8和導(dǎo)電端9之間形成電導(dǎo)通，由于壓電片的電機(jī)、機(jī)電效應(yīng)轉(zhuǎn)換至放電電極，放出自由電子，待自由電子加速后亦即啟動后，電極6的自由電子高速奔馳于電極6a與6b，電阻降低，此時(shí)可由外在輸入較低電壓即可維持放電。
上述實(shí)施例中，陶瓷升壓器1，其陶瓷壓電片組合可進(jìn)一步封裝于玻離管內(nèi)，再經(jīng)抽真空、加熱及高壓撞擊極化處理，使之達(dá)到更好的工作環(huán)境。放電電極6除了如6a、6b前叉形態(tài)以外，也可以為其它形式。
實(shí)施例2，如圖4所示，將壓電式陶瓷升壓器使用于金屬鹵化物燈12的情形。該鹵化物燈有玻璃燈殼13，其下端以輸入端螺旋形接頭14封裝形成基本形態(tài)，壓電式陶瓷升壓器設(shè)置于燈殼內(nèi)，陶瓷壓電片2作為壓電產(chǎn)生器，其輸入端的一個(gè)端點(diǎn)與螺旋形接頭14成電連接，另一個(gè)端點(diǎn)與相隔一空間的導(dǎo)電端15通過導(dǎo)線16成電連接。導(dǎo)線16的目的在于提供啟動與操作時(shí)的電流回路，而陶瓷壓電片與導(dǎo)電端之間則借助鹵化物激發(fā)放電進(jìn)而導(dǎo)通。而發(fā)射電極6的一部分6c作為陶瓷壓電片的輸出端5的延伸，與和導(dǎo)電端15相連接的另一部分6d相對準(zhǔn)。接頭14與通常的燈類似，其螺紋部和焊錫觸點(diǎn)相互隔離絕緣，并與電源相接，這樣形成一自螺旋接頭至壓電升壓器、經(jīng)鹵化物放電、與引出導(dǎo)線回到螺旋接頭另一端的導(dǎo)電回路。在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，鹵化物放電而將電能轉(zhuǎn)換成光能。
本實(shí)施例中其放電電極6可采用與例1中不同的形式，如圖5所示，它由一個(gè)碟狀元件17及置于該碟狀元件中心位置并約略凸出的電極18構(gòu)成，以利碟狀元件17相互對焦，增強(qiáng)放射能力。
實(shí)施例3，如圖6所示，將壓電式陶瓷升壓器使用于普通照明燈泡19的情形。該照明燈有一玻璃外殼20，內(nèi)有熒光粉涂層，并以燈頭封裝于底部，陶瓷升壓器(即壓電產(chǎn)生器)設(shè)置于玻璃外殼20內(nèi)，并與外部電源保持電連接。其中陶瓷壓電片2的兩個(gè)輸入端3、4分別通過引出導(dǎo)線21與燈的輸入端插頭22連接，并通常以焊錫觸點(diǎn)來達(dá)成；壓電片2的輸出端5的延伸為放射電極6，該電極結(jié)構(gòu)如圖7所示。其有兩個(gè)弧形叉體23成鏡面對稱，中間有橫向支撐24連接，輸出端5與橫向支撐24的中部連接。這樣，當(dāng)電源輸入能量時(shí)，經(jīng)由壓電升壓器升壓后，由放電電極放射電子，再藉由玻璃外殼內(nèi)的熒光粉層的作用將能量轉(zhuǎn)換成可見光。
權(quán)利要求1．一種適用于人工光源的壓電式陶瓷升壓器，其特征在于一有一略呈長方形的陶瓷壓電片，利用其機(jī)電、電機(jī)效應(yīng)將輸入的電壓轉(zhuǎn)換成上述人工光源的啟動及工作電壓；一有一對輸入端，設(shè)置于上述陶瓷壓電片的一端，以便電壓信號輸入；一有一輸出端，設(shè)置于上述陶瓷壓電片的另一端；一有放射電極，為上述輸出端的進(jìn)一步延伸，供放出自由電子并進(jìn)而激勵電子高速奔馳產(chǎn)生放電。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式陶瓷升壓器，其特征在于進(jìn)一步包括一玻璃管，上述陶瓷壓電片封裝于該玻璃管內(nèi)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電式陶瓷升壓器，其特征在于該玻璃管內(nèi)系呈真空狀態(tài)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式陶瓷升壓器，其特征在于該人工光源系一種放電燈管。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式陶瓷升壓器，其特征在于該人工光源系一種金屬鹵化物燈。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式陶瓷升壓器，其特征在于該人工光源系一種照明燈泡。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式陶瓷升壓器，其特征在于該放射電極為兩叉前伸的叉體形狀。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式陶瓷升壓器，其特征在于該放射電極系包括一碟狀元件，一放射電極約略凸出于該碟狀元件中心位置，以便將電子集中放射出。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式陶瓷升壓器，其特征在于該放射電極系包括一對弧形叉體元件，互成鏡面對稱，一橫向支撐連接該對叉狀元件于中間部位，以便放射出電子。
專利摘要本實(shí)用新型是一種人工光源的壓電式陶瓷升壓器。它有一略呈長方形體的陶瓷壓電片,其一端設(shè)有一接受電源的輸入端,在相對一端設(shè)有一輸出端并延伸有一放射電極,藉由壓電原理之電機(jī)、機(jī)電效應(yīng)將輸入電壓轉(zhuǎn)換成啟動與工作電壓,激當(dāng)工作介質(zhì)電子產(chǎn)生放電現(xiàn)象而發(fā)出不同頻率的人工光源。本陶瓷升壓器具有超薄型、重量輕、成本低、轉(zhuǎn)換效率高、可延長燈的使用壽命等優(yōu)點(diǎn),因而可廣泛應(yīng)用于人工光源,例如日光燈、低壓鈉燈、金屬鹵化物燈、碳弧燈等。
文檔編號H01L41/08GK2343679SQ9822502
公開日1999年10月13日 申請日期1998年9月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月4日
發(fā)明者黃顯榮 申請人:上海宇宙霓虹有限公司