一种具有等温结构的陶瓷电弧管

技术领域

本发明涉及一种具有等温结构的陶瓷电弧管， 尤其应用于陶瓷金卤灯或 陶瓷投影灯。

背景技术

陶瓷放电腔是陶瓷电弧管的关键部件， 陶瓷材料选用的透明陶瓷材料如 氧化铝， 氧化氮铝， 钇铝石榴石 （YAG) 等。 陶瓷电弧管的结构直接影响灯的 性能和制作工艺。 在给定灯的工作功率下， 陶瓷电弧管的形状和尺寸决定了 陶瓷管的工作温度， 而工作温度决定了发光物质的工作气压。 发光物质的工 作气压与光源的电参数， 如管电压， 和光参数， 如光效， 显色性等有直接关 电弧管的结构与电弧管承受的应力直接有关。 应力来自于两部分， 一是 在成型烧结过程中本身带来的， 减少小曲率的弧线可以帮助减少这种应力； 另一种应力是在灯工作时由于温度梯度带来的 ， 这就要求在设计中尽量做到 温度分布均匀。 然而现有的陶瓷电弧管均未能提出一种具有等 温结构的陶瓷 电弧管。

发明内容

针对现有技术的缺点， 本发明的目的是提供一种保证电弧管内部性质 的 均匀性和一致性， 有助于提高其光效、 显色性和寿命的具有等温结构的陶瓷 电弧管。

为实现上述目的， 本发明的技术方案为： 一种具有等温结构的陶瓷电弧 管， 包括放电腔、 设于放电腔两边的电极管及通过电极管伸入放 电腔内的电 极组件， 该放电腔为非齐次的四次等温曲面腔体。

这样的曲面保证了电弧管内部性质的均匀性和 一致性， 最合理地减少电 弧管的结构应力。 腔体设计不同于被采用的圆柱， 球体或纯粹的椭球型。 腔 体的内表面设计为最接近电弧管工作的等温面 和等压面。 由于温度遵从二次 微分方程， 同时考虑到电极是线性分布的， 实际的等温面是含二次项的非齐 次的四次曲面， 即由于线性电弧分布修正的等温曲面。 这样的曲面设计可以 使得电弧管的温度梯度最小， 承受压力能力最大， 有助于提高灯的光效， 显 色性和寿命

该非齐次的偶次曲面腔体为

其中 x、 y、 z代表放电腔曲面的参数变量， a、 b为放电腔曲面的半长轴 与半短轴， 其数值由功率要求而定， 而 a: b ^ l, c ₂ : b〉l， c _n : c _n -^ 5 o 进一步地， 该非齐次的四次曲面腔体为：

其中 x、 y、 z代表放电腔曲面的参数变量， a、 b为放电腔曲面的半长轴 与半短轴， 其数值由功率要求而定， 而 a: b ^ l, c : b〉l。

等温面数学描述说明： 对于一个点热源， 其产生热的等温面是球面， 即

1， 其中 x、 y、 z代表放电腔曲面的参数变量， 而 a为球面

的半径。 一般的陶瓷灯其热源是一对电极间的电弧和电 极本身， 其热源轴向 尺寸大于横向尺寸， 所以其产生热的等温面接近椭球面， 即 l 其中 χ、 y、 z代表放电腔曲面的 参数变量， 而 a、 b 为椭球曲面的半长轴与半短轴， a: b ^ l, 即电极轴向的 尺度大于横向的尺度。 而当电极间距较大时， 即热源是比较长的线性热源时， 等温线中间一段温度变得更加平缓， 这种情况下的等温面的描述是椭球面的 修正。 考虑到热源的轴对称和中心面的镜面对称， 原来的二次方方程增加了 偶次的高次修正项， + i o 一般情况下主要是 四次方项的修正， 其中 c _{n :} b越小， 修正越大， 即椭球中间段越 "压扁"。 所 以， 长电极距的陶瓷灯 c _{n :} b较小， 而短极距的陶瓷灯， 如陶瓷投影灯的 c _{n :} b较大。

进一步地， 放电腔曲面的半长轴范围为 2匪 <a< 10匪。

该放电腔的等温曲面由放电腔内壁延伸至与电 极管内壁交接处， 以去除 其他工艺让交接部分形成喇叭口结构而带来的 "冷点"。 现有技术放电腔和电 极管等壁厚， 以致于在其两者交汇处形状呈喇叭形开口， 造成冷点。 此发明 在这一点也是遵照等温面的设计， 一直延续到电; ；立 I分， 这样消除了电弧 管内壁上的冷点。

该电极管包括相连接的内管段及焊接槽， 该内管段靠近放电腔， 焊接槽 位于端面处， 且焊接槽的内径较内管段大， 焊接槽通过填充焊料实现放电腔 的气密密封。 本方案中， 采用在电极管的端面处形成一焊接槽结构， 将以往 的封接位置由电极管壁转移到管口， 管口的直径较大， 大大方便了放焊料和 完成封接。 而且， 焊料基本在焊接槽融化和完成封接， 而不需要通过相当长 的流动到电极管壁来完成封接。 另外， 焊料比起在现有现有技术焊接的工艺 更远离电弧高温区， 电极管的长度可以相应减小， 有助于一些对电弧管尺度 要求短小一点的应用。 此方案的冷端位置能有效控制靠前， 由于更接近热源 部分， 提高了冷端温度， 保证光源的工作压力。

该电极组件包括依次相连接的钨芯棒、 金属陶瓷杆及引线， 该钨芯棒伸 入放电腔内， 该金属陶瓷杆位于内管段， 且金属陶瓷杆的外径与内管段的内 径相当， 引线与金属陶瓷杆末端连接并穿过焊接槽中的 焊料伸出电极管外。 由于电极管内壁没有焊接的功能， 电极管和电极组件可以尽可能的减小间隙， 以阻拦汞和卤化物进入电极管间隙而带来的流 失。 由于金属陶瓷杆部分主要 在内管段内， 其功能为输送电流并且有效地阻拦热量的传导 。 外加一条引线， 用于与外电路相接。 该金属陶瓷杆的膨胀系数与电极管很接近， 能有效避免 由于电极管或导电杆的膨胀系数不一致， 而导致的电极管破裂或存在间隙。 较小的间隙有效地防止了发光物质如卤化物和 汞进入间隙而带来的发光物质 的流失和由此引起的光效减低和光的颜色的变 化。

或者， 该电极组件包括依次相连接的钨芯棒、 导电杆及导电管， 该钨芯 棒伸入放电腔内， 该导电杆位于内管段， 且导电杆的外径与内管段的内径相 当， 该导电管与导电杆末端连接并穿过焊接槽中的 焊料伸出电极管外与弓 I线 相接。

该金属陶瓷杆末端设有与焊接槽配合定位的凸 台结构。 封接时， 将电极 组件插进电极管中， 由于凸台结构的作用， 电极组件能很好地定位在预设位 置， 插装后， 再将填料填充到焊料槽上， 此方案中， 由于焊料不是填充在电 极组件与电极管的间隙中， 能有效减少密封工艺的复杂性。 该凸台结构外侧 端面形成有若干种锥面， 使焊料更容易润湿焊接槽和电极。

进一步地， 为防止焊料老化后由焊料槽脱落， 该焊接槽呈一向外缩口结 构或该焊接槽侧面上设有若干凹 /凸槽结构。

该放电腔的外曲面与电极管的连接处为光滑过 渡结构， 避免锐角曲率， 以减小陶瓷电弧管的应力。

附图说明

图 1 为本发明具有等温结构的陶瓷电弧管的框架示 意图；

图 2 为本发明具有等温结构的陶瓷电弧管的剖面图 ；

图 3 为不带凸台结构的陶瓷电弧管的剖面图；

图 4 为凸台结构为圆台型的陶瓷电弧管的剖面图；

图 5 为凸台结构为方形的陶瓷电弧管的剖面图；

图 6 为实施例 2具有等温结构的陶瓷电弧管的剖面图；

图 7 为 c _{2 :} b=l. 5时的陶瓷电弧管的管壳的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本发明进行详细的描 述。

如图 1 所示， 本发明公开了一种具有等温结构的陶瓷电弧管 ， 包括放电 腔 18、 设于放电腔 18两边的电极管 15及通过电极管 15伸入放电腔 18内的 电极组件， 该放电腔 18为非齐次的偶次等温曲面腔体。

该非齐次的偶次曲面腔体为：

+ 其中本实施例以四次方项的修正为 例说明， 其中 χ、 y、 z代表放电腔曲面的参数变量， 曲面中方程中的四次项使得 曲面在 y轴和 z轴方向向对称轴 x轴收缩。 a、 b为放电腔曲面的半长轴与半 短轴， 其数值由功率要求而定， 而 a : b^ l, c : b〉l。 等温面的这个修正是 由于作为热源的电弧线性分布带来的修正。 其中 c参数一般大于 a和 b的数 值。 如图 7所示， 为 c _{2 :} b= l . 5时的陶瓷电弧管的管壳的结构示意图。

进一步地， 放电腔 18曲面的半长轴范围为 2匪 <a< 10匪。

电弧管是以一对电极组件为轴的轴对称结构， 由于热主要来自放电腔， 放电腔等温曲面的数学表达式是四次曲面， 即同时含有四次和二次项的轴对 称曲面。

该放电腔 18的等温曲面由放电腔内壁延伸至与电极管内� ��交接处。 如图 2至图 5所示， 该电极管 15包括相连接的内管段 19及焊接槽 13， 该内管段 19靠近放电腔 18， 焊接槽 13位于端面处， 且焊接槽 13的内径较内 管段 19大， 焊接槽 13通过填充焊料 12实现放电腔 18的气密密封。 该放电 腔 18及电极管 15采用了透明陶瓷材料。

本方案中， 采用在电极管 15的端面处形成一焊接槽 13结构， 将以往的 封接位置由电极管壁转移到管口， 管口的直径较大， 大大方便了放焊料和完 成封接。 另外， 焊料比起在现有现有技术焊接的工艺更远离电 弧高温区， 电 极管的长度可以相应减小， 有助于一些对电弧管尺度要求短小一点的应用 。 此方案的冷端位置 20能有效控制靠前， 由于更接近热源部分， 提高了冷端温 度， 保证光源的工作压力。 放电腔内壁和电极管的交接处由于距离电弧和 电 极头最远， 一般是放电腔内最冷的表面， 也常常被称为冷端。

该电极组件包括依次相连接的钨芯棒 16、 金属陶瓷杆 14及引线 11， 该 钨芯棒 16伸入放电腔 18内， 该金属陶瓷杆 14位于内管段 19， 且金属陶瓷杆 14的外径与内管段 19的内径相当，引线 11与金属陶瓷杆 14末端连接并穿过 焊接槽 13中的焊料伸出电极管 15外。 由于电极管内 15壁没有焊接的功能， 电极管 15和电极组件可以尽可能的减小间隙， 以阻拦汞和卤化物进入电极管 15间隙而带来的流失。 电极管 15内壁可以通过研磨、 内抛光， 加上金属陶瓷 杆 14的外表面加工， 他们之间的间隙可以控制在小于 2微米的精度。 这样的 精度有利于提高陶瓷电弧管的寿命并且增加了 制作灯过程中电极组件的同轴 度， 保证电弧在陶瓷电弧管的中心。 避免偏离的电弧会导致对陶瓷电弧管等 温的偏离， 甚至带来灯局部的过热而影响灯的使用效果和 寿命。

该金属陶瓷杆 14外加一条引线 11， 用于与外电路相接。 该金属陶瓷杆 14的膨胀系数与电极管 15很接近，能有效避免由于电极管 15或导电杆 14的 膨胀系数不一致， 而导致的电极管 15破裂或存在间隙。

该金属陶瓷杆 14末端设有与焊接槽 13配合定位的凸台结构 17。封接时， 将电极组件插进电极管 15中， 由于凸台结构 17的作用， 电极组件能很好地 定位在预设位置， 插装后， 再将填料 12填充到焊料槽 13上， 引线 11再从焊 料 12中穿过。 此方案中， 由于焊料 12不是填充在电极组件与电极管 15的间 隙中， 能有效减少密封工艺的复杂性。

该凸台结构 17顶部形成有若干种锥面，使焊料更容易润湿� ��接槽和电极。 该凸台结构 17可成圆台型或方形结构。

进一步地， 为防止焊料 12老化后由焊料槽 13脱落， 该焊接槽 13呈一向 外缩口结构， 缩口结构给焊料 12的整体结构施加一轴向的压力， 能有效防止 其脱落。

进一步地， 该焊接槽 13可呈圆台结构或球形结构。

同样地， 该焊接槽 13侧面上也可设有若干凹 /凸槽结构， 凹槽 /凸槽结构 对焊料整体具有抓紧力， 能有效防止焊料 12老化后由焊料槽 13脱落。 进一步地， 该焊接槽 13的内径尺寸为 1到 5毫米范围内， 深度在 1到 5 毫米， 内管段 19内径在 0. 4-1. 5毫米范围内。

该放电腔 18的外曲面与电极管 15的连接处 21为光滑过渡结构， 避免锐 角曲率， 以减小陶瓷电弧管的应力。

实施例 2

如图 6所示， 本实施例与实施例 1 的结构相近似， 其区别在于， 该电极组件 包括依次相连接的钨芯棒 16、 导电杆 14及导电管 22， 该钨芯棒 16伸入放电 腔 18内， 该导电杆 14位于内管段 19， 且导电杆 14的外径与内管段 19的内 径相当， 该导电管 22与导电杆 14末端连接并穿过焊接槽 13中的焊料 12伸 出电极管 15外与引线 11相接。