专利名称：减少内部光电子生成的电灯泡的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压放电灯，它包括一个含有惰性气体、水银和金属卤化物填充物的放电容器，包围所述放电容器的一个外壳，在所述外壳内，使所述放电容器位于所述外壳内的适当位置上的金属框架，该框架的一部分沿所述放电容器延伸并具有一层封皮以保护金属框架部分不受紫外线辐射的影响。
从美国专利第3，484，637号中已知有这样一种灯。
在各种电灯泡中，引起光电子生成的原因，以及跟着发生的一些问题已有许多资料予以证明。例如，可参见1971年MIT出版社(MITPress，1971)出版的，由Waymouth所著的“放电灯”(ElectricDischargeLamps)10.5节。正如Waymouth详细叙述的，某些电灯泡，特别是包含离子化的水银的放电灯，发射出很强的紫外线辐射通量。这些灯一般由其中发生电弧放电、借助金属支撑结构安装在外壳内的放电容器组成。来自放电容器的紫外线辐射冲击金属支撑引起光电子发射。
光电子发射对某些电灯泡可能是非常有害的。在各种金属卤化物放电灯中，该放电容器通常由石英玻璃制成，并且，在灯使用期间，包含水银，少量诸如钠的金属原子，诸如碘的卤素，以及其他诸如钪和铊之类的金属及这些元素的各种化合物的离子化的等离子体。少量诸如钠离子的离子具有通过热的石英玻璃的很高的扩散速率。聚积在放电容器外表面上的光电子形成负电位，该负电位吸引正的钠离子并通过放电容器的器壁加速它们的扩散。光电子的生成显著地加速放电容器内钠的消耗，从而缩短灯的使用寿命。
为了减少光电子的影响曾经采取不同的措施。
美国专利第3，484，637号公开了水银蒸气放电灯，在该灯中，放电管支撑框架的一部分由氧化铝或二氧化硅制成的管进行包封。该套管保护金属杆不受紫外线辐射的影响，从而，减少光电子的生成。
在美国专利第3，780，331号中公开了一种类似的方法，该专利公开了一种放电灯，在该灯中，陶瓷或熔融石英管包住支撑灯放电管的支撑导体。该专利还讲到外加一个光电子收集器和使用具有氧化铬表面的不锈钢支撑导体，以代替通常使用的镀镍铁支撑导体。Fromm等申请人的美国专利4，171，498号也讲到用石英玻璃管包围所述支撑导体，用于减少光电子发射。
在上述参考资料中公开的所有灯都包含一个直的框架部分。因为包住框架部分的陶瓷或玻璃管是直的，所以该框架部分也是直的。为了要让使用的框架具有一个弯曲的部分，要制造弯曲的陶瓷或玻璃管将会是很难做到的。
总之，研究减少光电子发射的不同方法是避免框架沿放电管侧面延伸。美国专利第3，424，935号公开了一种金属卤化物灯，在灯外壳的相对两端处有支撑放电管相应两端的金属结构。没有沿放电管长度方向延伸的金属支撑杆提供机械支撑，只有一根细钨丝在灯头与放电管远端之间提供导电路径。省去金属支撑杆也就消除了由从放电管发射的紫外线辐射所产生的大部分光电子的来源。然而，在外壳内安装放电管却更加复杂化且更少刚性。
另一种适用于刚刚提及的两种灯型的用于减少光电子生成的措施是将象氮气一类的气体注入外壳中。所述氮气减少了到达光电管的光电子的数量，从而聚集于放电管上，并给管外壁一个负电位。然而，在所有灯中并不希望在外壳中充气。
还有一种技术是把框架做得使其元件尽可能离开放电管远一些。这看来效果不大，但也没有采取其他的措施。Waymouth报道在外壳抽真空、并且金属框架离开放电管三英寸的灯泡中光电流大于在外壳中充有氮气、并且金属框架沿着放电管只离开半英寸布置的灯泡中的光电流。
理论上说，可制造一种在灯泡中采用几种光电子减少技术的灯。一般说来，金属卤化物灯在其外壳中有氮气气氛、并且，具有诸如石英玻璃或氧化铝的管状外套包住金属框架的支撑杆。因为这样的玻璃或陶瓷套管只有做成直的时才是切实可行的，所以它们的使用限制了金属框架的形状也需要是直的。于是，唯一的其他可供选择的方法是完全省去支撑杆，而采用上述在美国专利第3，424，935号中所公开的实施的原理性结构。
本发明的目的是提供一种在本专利起始段落中所定义的，具有简易的抑制电子的光致发射的装置。
按照本发明，该目的通过将金属框架部分涂上颗粒状的氧化层而得以实现。
用一种悬浮液，可容易地涂上这样一层，例如，通过浸渍的方法。将ZrO2用作颗粒状材料是适当的。ZrO2具有大大超过5.0电子伏特(eV)的高逸出功，即5.8eV，另一种可以用的选择物是具有5.0eV逸出功的SiO2，或具有4.7eV逸出功的Al2O3。
在一个实施例中，灯外壳有一个向外凸出的球状外形。外壳内的安装放电容器的金属框架包含一个离开放电容器、靠近外壳以便使金属框架与光源之间的距离达到最大限度、并沿灯壳的长度方向延伸的杆。氧化锆层基本上可覆盖整个杆。
在附图中示出按照本发明的灯的实施例。附图中
图1是已知的放电灯的纵剖面图，在该管中，常规的套管包封金属框架的一部分以减少光电子生成;
图2是按照本发明的放电灯的纵面剖视图。
图1所示现有技术的灯由安装在外壳2内的光源1组成。该光源1具有密封在石英放电容器5中的放电电极3，4，并且该放电容器包含维持放电的填充物。该填充物包括稀有气体，碘化钠，水银和其它象碘化铊一类的金属卤化物。邻近相应的电极3，4的放电容器部分涂有氧化锆层6，后者抑制来自己涂层部分的热辐射以避免放电容器两端的冷却。这在灯运行期间使放电容器不致把内部的等离子体冷却到低于最佳温度。
导电引线8和9连接到相应的放电电极3，4上，并贯穿放电容器5供外部连接用。导电支撑杆10、11、14组成金属框架，并为把电压加到放电电极确定导电路径，同时还为把放电容器5悬挂在外壳2里面提供机械的支撑。
当电压加到灯头13上时，该电压将被加到导电引线8，9上，以在放电电极两端建立电位差，并且在放电电极3，4之间产生放电现象。另外，在放电装置1内部由于水银蒸汽电离而发射出紫外线光谱区域的强光能量。冲击金属框架的紫外光子引起金属的光电子发射。这些自由光电子能够积聚在石英放电管5的外表面上，并将负电荷堆集其上面。该负电荷通过放电管5的壁将使少量象钠离子这样的离子加速扩散，结果引起放电管内部钠浓度逐渐降低。该现象被称作钠清除，它有损于灯泡的质量。随着放电管内部钠浓度降低，灯的压降就增加。
作为金属框架一部分的支撑杆10的主要部分由石英玻璃套管18包封。石英玻璃套管18具有高的光电子逸出功。因此，它屏蔽了所述金属杆10的大部分，从而不再成为光电子生成的原因之一。这样，与如果不存在石英玻璃套管18的情况相比，可以用来促使钠清除的光电子就会少一些。
为了减少光电子的生成，将金属框架30、31的导电杆30涂上一层颗粒状的氧化物38，即，氧化锆(ZrO2)。为使氧化锆粘附于金属支撑杆30上，将氧化锆与有机粘合剂混合涂敷。该粘合剂可以是与用来将氧化锆层26粘附于放电容器25上时所用的相同的类型。在涂层已干后，将其加热以便驱除有机材料而留下氧化锆层38粘着于金属支撑杆30上。
为了进一步减少光电子生成，该金属支撑杆30是非直线形的，而大体上是随着外壳22的外形而弯成弓形或曲线形的。这对于增大放电装置21与金属支撑杆30之间的距离是有效的，由此可使光电子的生成减少到最低限度。它还给予支撑杆30以机械的刚性，以便支撑放电装置21而不用使之固定于灯头的相反端处。
虽然图2所展示的金属支撑杆30被弯成一系列的直线段，但是，如需要的话，也可将其制成比较光顺的弯曲础Ｒ蛭⒑脱趸恋母招院痛嘈裕韵胍檬⒉Ａ坠芑蜓趸撂坠芾窗⊥淝慕鹗糁С鸥 0是不可能的。石英或氧化铝套管只能用来包住杆的直段。因此，使用石英或氧化铝套管在支架结构设计方面受到限制，即，该支架结构不能制成弯曲或弓形的，而同时又是以刚性和脆性的套管予以包住的。
颗粒状的氧化物，诸如氧化锆，氧化硅或三氧化二铝的另一个优点是其比较低的成本。管状石英玻璃比较贵，而管状氧化铝甚至更贵。
通过在涂层前将杆作好喷砂的准备工作，使其处于涂层烘干的温度，以及应用多涂层法使氧化物层38粘附于支撑杆30上。为了确定如何才能获得涂层的最佳附着力，对镀镍铁制成的金属支撑杆进行涂覆，这时支撑杆首先进行喷砂(在某种情况下不用)，涂层在不同温度下烘干，涂上一或两层涂层。表Ⅰ概述了有关ZrO2涂层的数据。
曾经发现试样B的氧化锆涂层具有最好的附着力，同时，试样C也具有很好的附着力。试样A的氧化锆涂层没涂在经喷砂的支撑杆上，不如试样B或C的那些涂层粘附得好。试样D、E和F具有锆的涂层，但不如试样B或C的那些涂层粘附得好，并且，该涂层呈现出一种趋势烘干温度越高则剥落越多。
为了评价本发明的效果，按本申请书的图1和2中示出的结构制作灯。按照本发明的灯具有如以上表Ⅰ中试样B一样的、涂在镀镍铁支撑杆上的颗粒状的氧化物层，即，氧化锆层。一种现有技术的灯在支撑杆上套有石英玻璃套管，而另一种现有技术的灯在支撑杆上套有氧化铝的套管。
除此以外，所述各灯都是相同的100瓦金属卤化物高度放电灯。放电容器填料是10毫克水银，10.5毫克碘化钠(NaI)，2.0毫克碘化汞(HgI2)和0.5毫克钪(Sc)。该放电容器还含压强为13.3kPa的氩气，并且，该灯外壳中含有压强为26.7kPa的氮气。
使灯工作3000小时，随之确定了灯电压，灯电压的变化，功效和保存率情况。该数据在表Ⅱ中示出以供比较之用。
不出所料，具有石英玻璃套管和氧化铝套管的两种灯，在最初的3000小时工作期间灯电压有所提高。相反，按照本发明的灯在1000小时期间初始电压有所升高以后，灯电压就开始逐渐下降。这是一个意想不到的结果，而且，与现有技术的灯相比较这是显著不同的特性。在本发明中，灯电压随着时间下降是与由于光电子生成而发生的显著的钠消除不相容的。据此，就有一个强有力的根据来推断出光电子生成有显著减少的结论。
在表Ⅱ中还示出所述不同的灯在功效或保存率方面的变化。按照本发明的具有氧化锆涂层的灯，在整个试验期间与具有石英玻璃套管的灯相比，明显地改善了保存率。意外的发现，具有氧化铝套管灯的保存率竟然比本发明的保存率还稍微好一些。具有石英玻璃套管的灯显示出功效的下降，这也是金属卤化物灯的特征。
权利要求
1.一种高压放电灯，它包括一个包含惰性气体、水银和金属卤化物填充物的放电容器，包围所述放电容器的一个外壳，在所述外壳内、使所述放电容器位于所述外壳内的适当位置上的金属框架，该框架的一部分沿所述放电容器延伸并具有一层封皮以保护所述金属框架部分不受紫外线辐射的影响。其特征在于部分框架涂有颗粒状的氧化物层。
2.如权利要求1的高压放电灯，其特征在于灯外壳有一个向外凸出的球状外形，并且，沿着放电容器延伸的部分金属框架向外弯曲以便延伸贴近该外壳。
3.如权利要求1或2的高压放电灯，其特征在于将ZrO2用作颗粒状的氧化物涂层。
全文摘要
在外壳(22)内部具有用于支撑放电容器(25)的金属框架(30、31)的高压放电灯具有沿着放电容器(25)的框架部分(30)。为了抑制电子的光致发射，使所述框架部分涂上一种颗粒状的氧化物(38)，在向外凸出的外壳(22)中，所述具有涂层的框架部分(30、38)向外弯曲，以便延伸贴近所述外壳(22)。
文档编号H01J61/34GK1037048SQ8910233
公开日1989年11月8日 申请日期1989年4月12日 优先权日1988年4月15日
发明者丹尼尔·苏威, 拉格胡·拉迈亚 申请人:菲利浦(北美)有限公司