高强度气体放电灯
阅读：994发布：2023-01-28
专利汇可以提供高强度气体放电灯专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 旨在抑制放电容器里封入的稀土类金属和 电极 之间的化学反应，能显著改善灯的寿命。HID灯3以中间部为发光部3a，两端部为密封部3b，在密封部3b通过由熔接玻璃形成的密封材料9将由Nb棒或一端封口的管(防护套)构成的Nb外部电极7、8气密性固持，在这些外部电极7、8上 焊接 由W(钨)或由Mo(钼)制成的内部电极10、11。在由Nb棒或一端封口的管(防护套)构成的外部电极7、8的表面上，形成稀土类金属的 氧 化物(例如Dy2O3)的 薄膜 14，该稀土类金属与封入发光部3a内的稀土类金属卤化物中的金属相同。，下面是高强度气体放电灯专利的具体信息内容。
技术领域
背景技术
[0003]作为放电容器的材料，一般采用氧化硅、氧化铝陶瓷等，用W 与Mo或Nb等的组合及焊接来制作电极。另外，在放电容器内除了 封入氩气、汞、钠以外，为了发挥高显色性还封入Dy等稀土类金属 的各种卤化物。
[0004]在这种HID灯中，一接通电源，在电极间开始辉光放电，电极 自身发热会首先使汞开始气化。
汞因电极间的热电子和汞蒸气之间的碰撞而暂时被激励成为离 子，发出光后再恢复成汞原子。在恢复到汞的过程中，发出汞固有 的光(从紫外光到可见光直至红外光的所有波长的光)。这个发光现象 称为电弧放电。伴随该现象，放电容器内的实际温度慢慢上升，钠 和金属卤化物就依次气化。即，气体的蒸气压就是它们各自持有的 一定分压。然后，由于与热电子的碰撞，这些金属卤化物分子或金 属类被激励而成为离子，再次恢复到原状态即金属卤化物分子或金 属类的过程中发出有关的固有的光(分子发光和原子发光)。上述的过 程总称为卤素循环。
汞因电极间的热电子和汞蒸气之间的碰撞而暂时被激励成为离 子，发出光后再恢复成汞原子。在恢复到汞的过程中，发出汞固有 的光(从紫外光到可见光直至红外光的所有波长的光)。这个发光现象 称为电弧放电。伴随该现象，放电容器内的实际温度慢慢上升，钠 和金属卤化物就依次气化。即，气体的蒸气压就是它们各自持有的 一定分压。然后，由于与热电子的碰撞，这些金属卤化物分子或金 属类被激励而成为离子，再次恢复到原状态即金属卤化物分子或金 属类的过程中发出有关的固有的光(分子发光和原子发光)。上述的过 程总称为卤素循环。
[0005]在HID灯中，存在下述不良情况：电极的实际温度由输入电流 或输入电压控制，不过在制造过程中不可避免被混入的杂质与电极 端部的钨发生化学反应，会导致电极自身的熔点降低(合金肯定比纯 钨的熔点低)。熔点一旦降低，合金就从电极的端部开始气化，并蒸 镀在温度相对较低的放电容器(也叫放电管)的内壁上，最终会引起灯 管的黑化。其结果是，向外发射的光被遮挡。这是光通量维持系数 降低的原因之一。
[0006]在专利文献2中公开了用金属体覆盖电极的结构，具体而言就 是通过在密封部内的电极周围螺旋状缠绕钨丝来防止电极过于高温 的方案。
[0007]另外，点灯时，由于HID灯的放电容器内壁接近1000℃，氩气 容易从密封部泄漏。因此，专利文献3提出了如下方案：用由渐变 机能材料制成的闭塞体封住氧化铝陶瓷制的放电容器的两端，在该 闭塞体的导电性部位插入热膨胀系数与氧化铝陶瓷大致相等的铌制 外部电极，通过导电性部位与钨制内部电极导通。
发明内容
[0009]HID灯的放电容器在密封部，其内壁和插入的电极之间难免会 存在间隙。该间隙中会滞留有金属卤化物。其原因是，液态金属卤 化物有表面张力，也就是说金属卤化物的粘度高。而且，暂时停滞 的金属卤化物会随着点灯引起的电极温度上升而不再参与气体的卤 素循环，并会与电极间引起化学反应。
[0010]具体而言，会发生如下的现象：Dy与部分电极材料即Nb发生 置换反应，Nb向放电容器内部移动，Dy则停滞在Nb(电极材料)内。 然后，气化了的Nb在熄灯时会附着在钨电极端部(最冷部分)。并且， 在下次点灯时，由于电极发热会使W和Nb形成合金。该合金比纯 钨的熔点低，因此会导致钨电极的端部慢慢耗损的现象。熔融的合 金会蒸镀在放电容器内壁，向外发光被遮挡。因此，光在内壁上转 换成热，放电容器内部的温度不是如所期待地趋向稳定，而是会逐 渐上升。随着这一连串的化学反应逐渐增多，最终导致灯的损坏。
[0011]因此，为了避免导致该现象的原因，一般用熔接玻璃完全覆盖 Nb部位，以不让Nb与金属卤化物发生反应。
然而，由于金属卤化物和由Dy2O3-SiO2-Al2O3组成的熔接玻 璃直接接触，熔接玻璃中尤其是SiO2容易被金属卤化物还原。也就 是说，金属卤化物中稀土类金属从SiO2中夺取氧而成为稳定的氧化 物。另一方面，熔接玻璃中的SiO2变成Si或SiO的卤化物，并移动 到放电容器内部。移动了的Si或SiO的卤化物，在放电容器内受热 而分离(与卤素分开)，生成Si或SiO。因此，与前面的Nb一样，它 在熄灯时会附着在电极端部(最冷部分)，在下次点灯时与钨形成硅化 合物。这些硅化合物也比纯钨熔点低，会导致钨电极的耗损。
然而，由于金属卤化物和由Dy2O3-SiO2-Al2O3组成的熔接玻 璃直接接触，熔接玻璃中尤其是SiO2容易被金属卤化物还原。也就 是说，金属卤化物中稀土类金属从SiO2中夺取氧而成为稳定的氧化 物。另一方面，熔接玻璃中的SiO2变成Si或SiO的卤化物，并移动 到放电容器内部。移动了的Si或SiO的卤化物，在放电容器内受热 而分离(与卤素分开)，生成Si或SiO。因此，与前面的Nb一样，它 在熄灯时会附着在电极端部(最冷部分)，在下次点灯时与钨形成硅化 合物。这些硅化合物也比纯钨熔点低，会导致钨电极的耗损。
[0012]本发明通过以下方法解决上述课题：为了抑制成为根本触发因 素的Nb和稀土类金属的置换，在电极上设置由稳定的Dy2O3形成的 薄膜，同时由于SiO2的置换依靠熔接玻璃和金属卤化物的接触温度， 因此尽可能将该部位的温度降低，即使其远离放电的热源中心。
[0013]也就是，本发明具有如下的结构：在陶瓷制放电容器的两端设 置密封部，在该密封部用熔接玻璃固持电极的HID灯中，上述电极 中与熔接玻璃接触的部分由Nb或其合金构成，在该Nb或其合金的 表面、或者在Nb或其合金和W或Mo制电极的焊接部位的表面上 在密封前预先形成薄膜，所述薄膜由装入放电容器内的稀土类金属 与卤素的化合物中的稀土类金属的氧化物形成。
[0014]为了防止因HID灯的热循环而导致薄膜和电极间的剥离，根据 经验，薄膜的厚度最好为30μm以下。另外，作为上述稀土类金属， 例如有镝(Dy)、钪(Sc)、钕(Nd)、铕(Eu)、钬(Ho)、铥(Tm)及镱(Yb) 等元素。
[0015]对稀土类金属氧化物可作如下考虑，即稀土类金属氧化物具有 其浓度向着Nb棒的中心连续变小的浓度渐变。稀土类金属氧化物的 连续渐变薄膜的形成方法可以考虑喷涂法、CVD法、气体淀积法等 方法。
[0016]在本发明的HID灯中，在密封部固持的电极由Nb(Nb合金)构成， 用稀土类金属氧化物的薄膜覆盖该Nb(Nb合金)表面、或者Nb(Nb合 金)和W或Mo电极的焊接部位的表面，从而能防止Nb与W电极或 Mo电极形成低熔点合金，可大幅度提高寿命。
[0017]另外，传统的结构是将Nb构成的部分全部由熔接玻璃覆盖，但 是，本发明在Nb电极表面、或者Nb电极和W或Mo电极的焊接部 位的表面上形成稀土类金属氧化物的薄膜，因此被封入的稀土类金 属不会与之发生反应。其结果，没有必要用熔接玻璃将Nb部位全部 覆盖，与传统结构相比，可使露出于放电容器内表面的熔接玻璃的 位置向低温侧退却。这样一来，可抑制熔接玻璃中难免包含的SiO2 被稀土类金属还原而生成Si或SiO，可期待大幅度延长寿命，达到 与纯Nb等效。
附图说明
附图说明
[0018]图1是本发明的HID灯的整体图；
图2是本发明的HID灯的剖面图；
图3是电极的分解图；
图4是密封部的放大剖面图；
图5中(a)表示电极的另一实施例，(b)是(a)的要部放大 图；
图6中(a)表示另一实施例的电极在焊接前情况；(b)表示该 电极焊接后的情况。
图2是本发明的HID灯的剖面图；
图3是电极的分解图；
图4是密封部的放大剖面图；
图5中(a)表示电极的另一实施例，(b)是(a)的要部放大 图；
图6中(a)表示另一实施例的电极在焊接前情况；(b)表示该 电极焊接后的情况。
具体实施方式
[0019]以下，基于附图说明说明本发明的实施例。这里，图1是装入 了本发明的HID灯的照明器具的整体图，图2是本发明的HID灯的 剖面图；图3是电极的分解图；图4是密封部的放大剖面图。
[0020]图1所示的照明器具具有不需要前侧玻璃的三重管结构，在外 侧管1内配置内侧管2，在该内侧管2中装入本发明的HID灯3，将 从灯头4伸出的导电体5、6各自接到HID灯3的外部电极7、8上。 在本实施例中，外部电极7、8由Nb(铌)构成。再有，7a、8a是 将外部电极7、8一部分变形后形成的止挡部，如图4所示，通过将 该止挡部7a、8a组装成抵触放电容器端部，可正确设定HID灯中重 要的电极间距。
[0021]一般来说，放电灯3用氧化硅或氧化铝陶瓷作为材料。将该HID 灯3的中央部作为发光部3a，两端作为密封部3b。在发光部3a里面 除氩气、汞、钠之外，还装入稀土类金属(Dy)等的多种卤化物(主要 是碘化物)。
[0022]密封部3b通过由熔接玻璃组成的密封材料9来气密性固持上述 Nb(铌)制的外部电极7、8，在这些外部电极7、8上焊接W(钨)或 Mo(钼)制的内部电极10、11。另外，在内部电极10、11的端部 缠绕放电用的线圈12，在中间部缠绕散热用的线圈13。
[0023]上述密封材料9一般使用具有1500℃以上熔点的Dy2O3-SiO2- Al2O3系熔接玻璃，如图3所示，该密封材料9在加热以前呈环状。
[0024]另外，在Nb制外部电极7、8的表面形成由稀土类金属氧化物(例 如Dy2O3)所组成的薄膜14，该稀土类金属与封入发光部3a内的金属 卤化物中的金属相同。或者，也可取代该稀土类金属氧化物14而形 成稀土类金属氧化物(100％氧化物→渐变层→100％铌)以同心圆状渐 变的薄膜。
[0025]形成上述薄膜有以下三个方法。
(方法1)
在纯度为99.9％以上的稀土类金属氧化物中埋设Nb电极，并在 点灯时Nb电极温度以上(500-800℃)保持一定时间，使Nb电极表 面与稀土类金属氧化物直接接触，以形成稀土类金属氧化物的浓度 从内部向表层逐渐加大的薄膜。为使剥离的可能性降到最低，则Nb 电极的直径为0.7mmφ时，该薄膜的厚度最好不大于30μm。
(方法1)
在纯度为99.9％以上的稀土类金属氧化物中埋设Nb电极，并在 点灯时Nb电极温度以上(500-800℃)保持一定时间，使Nb电极表 面与稀土类金属氧化物直接接触，以形成稀土类金属氧化物的浓度 从内部向表层逐渐加大的薄膜。为使剥离的可能性降到最低，则Nb 电极的直径为0.7mmφ时，该薄膜的厚度最好不大于30μm。
[0026](方法2)
在纯度为99.99％以上的氩气气氛中，大气压以下且露点为-80 ℃至-100℃范围内，将稀土类金属的卤化物和Nb电极密封在氧化 硅容器中，使Nb电极跟通过从外部进行高频加热而气化的卤化稀土 类金属发生反应。也就是强制地使Nb与稀土类金属置换。然后，通 过使反应后的Nb电极在大气中加热氧化，在Nb电极表面上形成稳 定的稀土类金属氧化物膜。
在纯度为99.99％以上的氩气气氛中，大气压以下且露点为-80 ℃至-100℃范围内，将稀土类金属的卤化物和Nb电极密封在氧化 硅容器中，使Nb电极跟通过从外部进行高频加热而气化的卤化稀土 类金属发生反应。也就是强制地使Nb与稀土类金属置换。然后，通 过使反应后的Nb电极在大气中加热氧化，在Nb电极表面上形成稳 定的稀土类金属氧化物膜。
[0027](方法3)
在大气中，以氩气为载气进行喷吹，高速、高温地将稀土类金 属氧化物喷涂到Nb电极的表面上。接着，在纯度为99.99％以上的 氩气气氛中，在大气压以下且露点为-80℃成为-100℃范围内，将 其密封在氧化硅容器中，通过从外部进行高频加热来去除杂质。
在大气中，以氩气为载气进行喷吹，高速、高温地将稀土类金 属氧化物喷涂到Nb电极的表面上。接着，在纯度为99.99％以上的 氩气气氛中，在大气压以下且露点为-80℃成为-100℃范围内，将 其密封在氧化硅容器中，通过从外部进行高频加热来去除杂质。
[0028]本发明中，Nb外部电极7、8不是全部被密封材料9覆盖，而 是外部电极7、8的一部分以露出状态置于放电容器内。在传统技术 中，在该露出的部分，封入的稀土类金属与Nb发生置换反应，Nb 移动到钨电极的端部而生成低熔点的合金。但在本发明中，Nb制外 部电极7、8表面上预先用Dy等稀土类金属的氧化膜覆盖，不会产 生上述反应。另外，因为不必用密封材料9覆盖整个外部电极7、8， 能够使密封材料9的内表面后退到低温区，消除了因还原反应而在 放电管内部形成Si或SiO的不利因素。
[0029]图5(a)是电极的另一实施例的图，(b)是(a)的要部放大图，此例 中将内部电极10、11压入Nb制的防护套15中，将该防护套15的 一部分固持在密封部。此实施例中，也在防护套15内外表面上形成 稀土类金属氧化物的薄膜14或稀土类金属氧化物的渐变层。
[0030]图6(a)是另一实施例的电极焊接前的图，(b)是该电极焊接后的 图，Nb制外部电极16和W制内部电极17之间用Mo制中间电极18 连接。采用Mo制中间电极18是理想的，因为它容易与Nb焊接， 加工容易且成本也比较低，还很少跟金属卤化物起反应。
[0031]而且，在此另一实施例中，稀土类金属氧化物的薄膜14覆盖到 Nb制外部电极16和Mo制中间电极18之间的焊接部19的表面。
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